(57)【要約】【課題】分散電源の出力変動として現実に近いものを模擬すること。【解決手段】自然エネルギー量発生器１０１から発生する自然エネルギー量に対して、基本特性モデル１０２から、自然エネルギー量に対して発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力を生成して出力し、出力変動模擬部１０４からは、自然エネルギー量に対して、発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力の変動分として、確率分布（例えば正規分布）にしたがった出力変動分を模擬して出力し、基本特性モデル１０２の出力と出力変動模擬部１０４の出力とを加算器１０３で加算して、実機に見られるような不確定な出力変動を模擬し、この模擬結果を基に、現実的な分散電源の出力変動による電力系統の解析を行う。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーを発生する自然エネルギー発生手段と、前記自然エネルギー発生手段により発生した自然エネルギー量に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力と前記理論的な出力の変動分として確率分布にしたがった出力変動分とを含む全出力を生成する分散電源モデルとを備えてなる分散電源出力変動模擬システム。
【請求項２】
自然エネルギーを発生する自然エネルギー発生手段と、前記自然エネルギー発生手段により発生した自然エネルギー量に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力を生成する基本特性モデルと、前記自然エネルギー発生手段により発生した自然エネルギー量に対して、前記理論的な出力の変動分として確率分布にしたがった出力変動分を模擬して出力する出力変動模擬手段と、前記基本特性モデルの生成による理論的な出力と前記出力変動模擬手段の模擬による出力変動分とを加算して出力する加算手段とを備えてなる分散電源出力変動模擬システム。
【請求項３】
自然エネルギーを発生する自然エネルギー発生手段と、前記自然エネルギー発生手段により発生した自然エネルギー量に対して、前記自然エネルギー量の変動分として確率分布にしたがった変動分を模擬して出力する自然エネルギー量変動模擬手段と、前記自然エネルギー量変動模擬手段の模擬による自然エネルギー量の変動分に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力を生成する基本特性モデルとを備えてなる分散電源出力変動模擬システム。
【請求項４】
自然エネルギーを発生する自然エネルギー発生手段と、前記自然エネルギー発生手段により発生した自然エネルギー量に対して、前記自然エネルギー量に対応したトルクを発生する出力特性モデルと、前記自然エネルギー発生手段により発生した自然エネルギー量に対して、前記トルクの変動分として確率分布にしたがったトルク変動分を模擬して出力するトルク変動模擬手段と、前記出力特性モデルにより発生したトルクと前記トルク変動模擬手段の模擬によるトルクの変動分とを加算して出力する加算手段と、前記加算手段の出力によるトルクに対して、発電機の特性から決まる理論的な出力を生成する発電機モデルとを備えてなる分散電源出力変動模擬システム。
【請求項５】
請求項１に記載の分散電源出力変動模擬システムにおいて、前記分散電源モデルは、時間軸に沿って発生する乱数を基に前記確率分布にしたがった出力変動分を生成してなることを特徴とする分散電源出力変動模擬システム。
【請求項６】
請求項２に記載の分散電源出力変動模擬システムにおいて、前記出力変動模擬手段は、時間軸に沿って発生する乱数を基に前記確率分布にしたがった出力変動分を生成してなることを特徴とする分散電源出力変動模擬システム。
【請求項７】
請求項３に記載の分散電源出力変動模擬システムにおいて、前記自然エネルギー量変動模擬手段は、時間軸に沿って発生する乱数を基に前記確率分布にしたがった変動分を生成してなることを特徴とする分散電源出力変動模擬システム。
【請求項８】
請求項４に記載の分散電源出力変動模擬システムにおいて、前記トルク変動模擬手段は、時間軸に沿って発生する乱数を基に前記確率分布にしたがったトルク変動分を生成してなることを特徴とする分散電源出力変動模擬システム。
【請求項９】
自然エネルギーを発生し、前記発生した自然エネルギー量に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力と前記理論的な出力の変動分として確率分布にしたがった出力変動分とを含む全出力を生成して出力する分散電源出力変動模擬方法。
【請求項１０】
自然エネルギーを発生し、前記発生した自然エネルギー量に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力を生成するとともに、前記発生した自然エネルギー量に対して、前記理論的な出力の変動分として確率分布にしたがった出力変動分を模擬して出力し、前記理論的な出力と前記模擬による出力変動分とを加算して出力する分散電源出力変動模擬方法。
【請求項１１】
自然エネルギーを発生し、前記発生した自然エネルギー量に対して、前記自然エネルギー量の変動分として確率分布にしたがった変動分を生成し、これを前記自然エネルギー量に加算することによって、確率分布にしたがった変動分を考慮した自然エネルギー量の変動を模擬して出力し、前記模擬による自然エネルギー量の変動に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力を生成する分散電源出力変動模擬方法。
【請求項１２】
自然エネルギーを発生し、前記発生した自然エネルギー量に対して、前記自然エネルギー量に対応したトルクを発生するするとともに、前記発生した自然エネルギー量に対して、前記トルクの変動分として確率分布にしたがったトルク変動分を模擬して出力し、前記発生したトルクと前記模擬によるトルクの変動分とを加算して出力し、前記加算したトルクに対して、発電機の特性から決まる理論的な出力を生成する分散電源出力変動模擬方法。
【請求項１３】
請求項９または１０に記載の分散電源出力変動模擬方法において、時間軸に沿って発生する乱数を基に前記確率分布にしたがった出力変動分を生成することを特徴とする分散電源出力変動模擬方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の分散電源出力変動模擬方法において、時間軸に沿って発生する乱数を基に前記確率分布にしたがった変動分を生成することを特徴とする分散電源出力変動模擬方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の分散電源出力変動模擬方法において、時間軸に沿って発生する乱数を基に前記確率分布にしたがったトルク変動分を生成することを特徴とする分散電源出力変動模擬方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散電源出力変動模擬システムおよびその方法に係り、特に、風力発電や太陽光発電など、自然エネルギーを利用した分散電源システムにおける出力変動を模擬するに好適な分散電源出力変動模擬システムおよびその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自然エネルギーを利用した分散電源を解析するに際しては、風速や日射量などの自然エネルギー量に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力（電力）を生成することが行われている。
【０００３】
また、機器の耐量を評価する場合においては、自然エネルギー量に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力に、ある安全係数を掛けたり、風速や日射量などの自然エネルギー量自体に安全係数を掛けたりして分散電源の出力（電力）を求め、求めた出力を基に、系統の電圧変動や周波数変動などを評価することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、風力発電や太陽光発電といった自然エネルギーを利用した分散電源の系統への影響等を解析するに際して、分散電源の出力として、風速や日射量などの自然エネルギー量に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力を一義的に設定していたが、実際の分散電源の出力は、自然エネルギー量に対して、理論的な出力とは一致せず絶えず変動しており、この変動は模擬できない。すなわち、風速や日射量の変化の状態などによって発電機の出力が変動したり、自然エネルギー量を観測する観測装置の精度によっても、観測したエネルギー量に対する発電機出力が異なることによって結果的に出力が変化したりし、観測した自然エネルギー量に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力（電力）が実際の出力と異なることがある。
【０００５】
本発明の課題は、分散電源の出力変動として現実に近いものを模擬することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、自然エネルギーとして、例えば、風力発電や太陽光発電などによる自然エネルギーを発生し、発生した自然エネルギーに対して、発電機の特性から決まる理論的な出力とこの理論的な出力の変動分として確率分布にしたがった出力変動分とを含む全出力（合計の出力）を生成して出力するようにしたものである。この場合、時間軸に沿って発生する乱数を基に確率分布にしたがった出力変動分を生成することができる。
【０００７】
前記した手段によれば、発生した自然エネルギー量に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力（電力）に、確率分布にしたがった出力変動分（電力の変動分）が付加された状態で出力されるため、分散電源の出力変動として現実に近いものを模擬することができ、この模擬結果を基に、現実的な分散電源の出力変動による電力系統の解析を行うことが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態を示す分散電源出力変動模擬システムのブロック構成図である。図１において、分散電源出力変動模擬システムは、自然エネルギー量発生器１０１、基本特性モデル１０２、加算器１０３、出力変動模擬部１０４、確率分布情報記憶部１０５を備えて構成されており、加算器１０３の出力側が電力系統モデル１０に接続されている。
【０００９】
自然エネルギー量発生器１０１は、風速や日射量、地熱、波力などの自然エネルギー量に関するデータを発生する自然エネルギー発生手段として構成されており、自然エネルギー量に関するデータは、基本特性モデル１０２と出力変動模擬部１０４に出力されるようになっている。基本特性モデル１０２は、風力発電システムをはじめ太陽光発電システムや地熱発電システム、波力発電システムなど自然エネルギーによる発電を行う分散電源システム（発電機を含むシステム）をモデル化したものであって、自然エネルギー量発生器１０１から発生する自然エネルギー量に対して、例えば、図２に示すように、風速に対して、発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力として、パワーカーブ（Ｐカーブ）に沿った電力を出力するようになっている。
【００１０】
出力変動模擬部１０４は、出力変動模擬手段として、自然エネルギー量発生器１０１から自然エネルギー量に関するデータを取り込むとともに、確率分布情報記憶部１０５に記憶された確率分布情報として、例えば、確率分布の種類やその確率分布を規定するために必要な情報、例えば、正規分布の場合、標準偏差や平均値などの情報を取り込み、発生した自然エネルギー量（例えば、風速）に対して、発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力の変動分として、正規分布にしたがった出力変動分を模擬して出力するようになっている。この変動分は、０を基準とした変動分の標準偏差にしたがった出力（電力）として加算器１０３に出力される。
【００１１】
加算器１０３は、基本特性モデル１０２の出力（電力）と出力模擬変動部１０４の出力（変動分）とを加算して出力する加算手段として構成されている。すなわち、加算器１０３においては、発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力（Ｐカーブ）と、この理論的な出力（Ｐカーブ）と実際の出力（電力）との差を示す変動分とが加算され、加算された出力（電力）が電力系統モデル１０に出力される。
【００１２】
このように、本実施形態においては、発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力（Ｐカーブ）と、この理論的な出力（Ｐカーブ）と実際の出力（電力）との差を示す変動分とを加算し、加算された出力を解析するようにしたため、自然エネルギーを利用した分散電源において、実機に見られるような出力変動を模擬することができ、分散電源の出力変動として、現実に近いものを模擬することができる。したがって、この模擬結果を基に、現実的な分散電源の出力変動による電力系統の解析を行うことができる。
【００１３】
次に、本発明の第２実施形態を図３にしたがって説明する。本実施形態は、出力変動模擬部１０４に乱数発生モデル１０７を設け、この乱数発生モデル１０７にタイマ、計算刻みなどの時間情報１０８を取り込むとともに、確率分布情報記憶部１０５から、例えば、正規分布などの情報を取り込み、時間軸に沿って発生する乱数を基に正規分布にしたがった出力変動分を生成して加算器１０３に出力するようにしたものであり、他の構成は図１のものと同様である。
【００１４】
具体的には、例えば、風力発電機の場合、出力変動模擬部１０４に自然エネルギー量を取り込むに際して、例えば、風速時変関数として、図４（ａ）に示すように、時間に比例する風速を与えると、変動分を模擬しない場合の基本特性モデル１０２の出力（ブレード出力）は、図２に示すＰカーブ特性にしたがった出力となり、加算器１０３の出力は、図４（ｂ）の点線で示される特性となる。これに対して、時間に比例する風速を与えるとともに、時間情報１０８を利用して、解析における時間ごとに確率分布情報で指定した正規分布となるような乱数を発生させて変動分を出力すると、加算器１０３の出力としては、図４（ｂ）の実線で示されるような出力特性となる。
【００１５】
ここで、確率分布として正規分布を用いた場合、混合合同法により、０から１までの一様な乱数を二つ発生させる。この二つの一様な乱数を基に、Ｂｏｘ−Ｍｕｌｌｅｒ法を用いて、平均が０、標準偏差σの正規乱数を発生させる方法を採用することができる。この場合、σは外部から定数として与えることができる。
【００１６】
本実施形態における出力変動の解析結果を図５に示す。またこの解析に用いた風速および電力の実測データを図６に示す。図５、図６から本実施形態における出力変動の解析結果として、実際のデータに近いものが得られることが分かる。
【００１７】
次に、本発明の第３実施形態を図７にしたがって説明する。本実施形態は、基本特性モデル１０２と出力変動模擬部１０４の代わりに、基本特性モデル１０２と出力変動模擬部１０４の機能を有する出力変動機能付加分散電源モデル１０２ａを用い、確率分布情報記憶部１０５に記憶された確率分布情報として、例えば、正規分布による出力の標準偏差を用いたものであり、他の構成は図１のものと同様である。
【００１８】
すなわち、分散電源モデル１０２ａは、自然エネルギー量発生器１０１が発生した自然エネルギー量に対して、発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力（Ｐカーブに沿った電力）と、この理論的な出力の変動として正規分布にしたがった出力変動分とを含む全出力（合計の電力）を生成し、生成した出力（電力）を電力系統モデル１０に出力するように構成されている。
【００１９】
本実施形態においては、発生した自然エネルギー量に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力（電力）に、正規分布にしたがった出力変動分（電力の変動分）が付加された状態で出力されるため、分散電源の出力変動として、現実に近いものを模擬することができ、この模擬結果を基に現実的な分散電源の出力変動による電力系統の解析を行なうことができる。
【００２０】
次に、本発明の第４実施形態を図８にしたがって説明する。本実施形態は、出力変動機能付加分散電源モデル１０２ａに乱数発生モデル１０７を設け、乱数発生モデル１０７に時間情報１０８と確率分布情報を取り込み、時間軸に沿って発生する乱数を基に、例えば、正規分布にしたがった出力変動分を生成し、生成した出力変動分と発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力とを合計した全出力を電力系統モデル１０に出力するようにしたものであり、他の構成は、図７のものと同様である。
【００２１】
本実施形態においては、発生した自然エネルギー量に対して、発電機の特性から決まる理論的な出力（電力）に、正規分布にしたがった出力変動分（電力の変動分）が付加された状態で出力されるため、分散電源の出力変動として、現実に近いものを模擬することができ、この模擬結果を基に現実的な分散電源の出力変動による電力系統の解析を行なうことができる。
【００２２】
次に、本発明の第５実施形態を図９にしたがって説明する。本実施形態は、出力変動模擬部１０４の代わりに自然エネルギー量変動模擬部１０６を設け、自然エネルギー量変動模擬部１０６の出力を基本特性モデル１０２へ出力するようにしたものあり、他の構成は図１のものと同様である。
【００２３】
自然エネルギー量変動模擬部１０６は、自然エネルギー量発生器１０１が発生する自然エネルギー量に対して、自然エネルギー量の変動分として、例えば、正規分布にしたがった変動分を模擬して出力する自然エネルギー量変動模擬手段として構成されている。この場合、基本特性モデル１０２は、自然エネルギー量変動模擬部１０６の出力による自然エネルギー量の変動分に対して、例えば、風速などの変動分に対して、発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力を生成して電力系統モデル１０に出力することになる。
【００２４】
具体的には、自然エネルギー量としてある風速が与えられたときに、自然エネルギー量変動模擬部１０６は、確率分布情報記憶部１０５に記憶された確率分布のうち、例えば、正規分布にしたがった情報を取り込み、風速のばらつきを考慮した風速の変動分に関する情報を模擬して基本特性モデル１０２へ出力するようになっている。これにより、基本特性モデル１０２からは、風速のばらつきに応じた発電機出力（電力）が出力されることになる。
【００２５】
本実施形態によれば、発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力（Ｐカーブ）と実際の出力（電力）との差を示す変動分が自然エネルギー量に応じて生成され、この変動分が発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力に付加されて出力されるため、自然エネルギーを利用した分散電源において、実機に見られるような出力変動を模擬することができ、分散電源の出力変動として、現実に近いものを模擬することができる。したがって、この模擬結果を基に、現実的な分散電源の出力変動による電力系統の解析を行うことができる。
【００２６】
次に、本発明の第６実施形態を図１０にしたがって説明する。本実施形態は、自然エネルギー量変動模擬部１０６に乱数発生モデル１０７を設け、この乱数発生モデル１０７に時間情報１０８を取り込むとともに、確率分布情報記憶部１０５から確率分布として、例えば正規分布に関する情報を取り込むようにしたものであり、他の構成は図９のものと同様である。
【００２７】
本実施形態における自然エネルギー量変動模擬部１０６は、時間軸に沿って発生する乱数を基に自然エネルギー量の変動分、例えば、風速の変動分として、正規分布にしたがった変動分を生成して基本特性モデル１０２へ出力するようになっている。
【００２８】
本実施形態によれば、発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力（Ｐカーブ）と実際の出力（電力）との差を示す変動分が自然エネルギー量に応じて生成され、この変動分が発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力に付加されて出力されるため、自然エネルギーを利用した分散電源において、実機に見られるような出力変動を模擬することができ、分散電源の出力変動として、現実に近いものを模擬することができる。したがって、この模擬結果を基に、現実的な分散電源の出力変動による電力系統の解析を行うことができる。
【００２９】
次に、本発明の第７実施形態を図１１にしたがって説明する。本実施形態は、基本特性モデル１０２の代わりに、出力特性モデル１０９を用い、出力変動模擬部１０４の代わりにトルク変動模擬部１１０を用い、加算器１０３と電力系統モデル１０との間に発電機モデル１１を設けたものであり、他の構成は図１のものと同様である。
【００３０】
出力特性モデル１０９は、自然エネルギー量発生器１０１が発生する自然エネルギー量に対して、自然エネルギー量に対応したトルクを発生するようになっている。一方、トルク変動模擬部１１０は、自然エネルギー量発生器１０１が発生する自然エネルギー量に対して、トルクの変動分として、例えば、正規分布にしたがったトルク変動分を模擬して出力するトルク変動模擬手段として構成されている。そして加算器１０７は、出力特性モデル１０９の出力トルクとトルク変動模擬部１１０の出力によるトルク変動分とを加算して発電機モデル１１１に出力するようになっている。
【００３１】
発電機モデル１１１は、加算器１０３の出力によるトルクに対して、発電機の発電性能特性から決まる理論的な出力（電力）を生成して電力系統モデル１０に出力するようになっている。
【００３２】
本実施形態においては、自然エネルギー量に対応して変化するトルクと、このトルクの変動分とを加算して発電機モデルの入力トルクとしたため、自然エネルギーを利用した分散電源において、実機に見られるような出力変動を模擬することができ、分散電源の出力変動として、現実に近いものを模擬することができる。したがって、この模擬結果を基に、現実的な分散電源の出力変動による電力系統の解析を行うことができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、分散電源の出力変動として現実に近いものを模擬することができ、この模擬結果を基に、現実的な分散電源の出力変動による電力系統の解析を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すシステムのブロック構成図である。
【図２】風力発電機における風速と電力との関係を示す特性図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示すシステムのブロック構成図である。
【図４】（ａ）は、風速の時変関数を示す図、（ｂ）は、Ｐカーブと出力変動との関係を示す特性図である。
【図５】Ｐカーブアダプタを用いたときの解析結果を示す図である。
【図６】（ａ）は、風速の実測データを示す図、（ｂ）は、電力の実測データを示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態を示すシステムのブロック構成図である。
【図８】本発明の第４実施形態を示すシステムのブロック構成図である。
【図９】本発明の第５実施形態を示すシステムのブロック構成図である。
【図１０】本発明の第６実施形態を示すシステムのブロック構成図である。
【図１１】本発明の第７実施形態を示すシステムのブロック構成図である。
【符号の説明】
１０  電力系統モデル
１０１  自然エネルギー量発生器
１０２  基本特性モデル
１０３  加算器
１０４  出力変動模擬部
１０５  確率分布情報記憶部
１０６  自然エネルギー量変動模擬部
１０７  乱数発生モデル
１０８  時間情報
１０９  出力特性モデル
１１０  トルク変動模擬部
１１１  発電機モデル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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