(57)【要約】【課題】発電設備の要求予備力を確保できない場合であっても運転計画を生成する。【解決手段】複数の発電設備の運転計画を生成する運転計画生成装置であって、発電コストまたは温室効果ガスの発生量を算出するための目的関数及び発電設備の制約条件を取得する目的関数取得部と、運転計画の対象期間中における所定時間毎の電力の需給予測値及び誤差に基づいて、所定時間毎に発電すべき発電量である要求発電量と需給予測が外れた場合に備えて確保しておくべき要求発電量からの調整量である要求調整量とを算出する発電量算出部と、確保可能な発電量の調整量が要求調整量よりも小さい場合に要求調整量に対する不足分に応じた値を算出するペナルティ関数を取得するペナルティ取得部と、制約条件を満たしつつペナルティ関数を目的関数に加えて得られる拡張目的関数の値が最小になるように運転計画を生成する運転計画生成部と、を備える。【選択図】図２
2016093016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に連系する複数の発電設備の運転計画を生成する運転計画生成装置であって、
前記複数の発電設備の発電コストまたは温室効果ガスの発生量を算出するための目的関数、及び前記複数の発電設備の運転時の制約条件を取得する目的関数取得部と、
前記運転計画の対象期間中における所定時間毎の電力の需給予測値及び当該需給予測値の誤差に基づいて、前記所定時間毎に前記複数の発電設備が発電すべき発電量である要求発電量と、前記需給予測が外れた場合に備えて前記複数の発電設備が確保しておくべき前記要求発電量からの調整量である要求調整量と、を算出する発電量算出部と、
前記複数の発電設備が確保可能な発電量の調整量が前記要求調整量よりも小さい場合に前記要求調整量に対する不足分に応じた値を算出するペナルティ関数を取得するペナルティ関数取得部と、
前記制約条件を満たしつつ、前記ペナルティ関数を前記目的関数に加えて得られる拡張目的関数の値が最小になるように、前記対象期間中の前記複数の発電設備の運転計画を生成する運転計画生成部と、
を備えることを特徴とする運転計画生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載の運転計画生成装置であって、
前記要求調整量は、前記要求発電量よりも発電量の増加が必要な場合の増加分である上げ側要求調整量と、前記要求発電量よりも発電量の減少が必要な場合の減少分である下げ側要求調整量と、を含み、
前記ペナルティ関数は、前記複数の発電設備が発電量を増加する方向に確保可能な調整量が前記上げ側要求調整量に対して不足する場合の不足分に応じた値を算出する上昇側ペナルティ関数と、前記複数の発電設備が発電量を減少する方向に確保可能な調整量が前記下げ側要求調整量に対して不足する場合の不足分に応じた値を算出する下降側ペナルティ関数と、を含む
ことを特徴とする運転計画生成装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の運転計画生成装置であって、
前記需給予測値の誤差は、前記運転計画の対象期間における、電力需要の前記予測値に対する想定誤差と、自然エネルギー利用発電設備による発電量の前記予測値の誤差と、の差分から求められる値である
ことを特徴とする運転計画生成装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の運転計画生成装置であって、
前記運転計画には、前記複数の発電設備のそれぞれの前記所定時間毎の起動停止状態及び発電量を示す情報が含まれる
ことを特徴とする運転計画生成装置。
【請求項５】
電力系統に連系する複数の発電設備の運転計画を生成する運転計画生成方法であって、
前記複数の発電設備の発電コストまたは温室効果ガスの発生量を算出するための目的関数、及び前記複数の発電設備の運転時の制約条件を取得し、
前記運転計画の対象期間中における所定時間毎の電力の需給予測値及び当該需給予測値の誤差に基づいて、前記所定時間毎に前記複数の発電設備が発電すべき発電量である要求発電量と、前記需給予測が外れた場合ににおいても需給バランスを維持するために前記複数の発電設備が確保しておくべき前記要求発電量からの調整量である要求調整量と、を算出し、
前記複数の発電設備が確保可能な発電量の調整量が前記要求調整量よりも小さい場合に前記要求調整量に対する不足分に応じた値を算出するペナルティ関数を取得し、
前記制約条件を満たしつつ、前記ペナルティ関数を前記目的関数に加えて得られる拡張目的関数の値が最小になるように、前記対象期間中の前記複数の発電設備の運転計画を生成する
ことを特徴とする運転計画生成方法。
【請求項６】
電力系統に連系する複数の発電設備の運転計画を生成する運転計画生成装置に、
前記複数の発電設備の発電コストまたは温室効果ガスの発生量を算出するための目的関数、及び前記複数の発電設備の運転時の制約条件を取得する手段と、
前記運転計画の対象期間中における所定時間毎の電力の需給予測値及び当該需給予測値の誤差に基づいて、前記所定時間毎に前記複数の発電設備が発電すべき発電量である要求発電量と、前記需給予測が外れた場合に備えて前記複数の発電設備が確保しておくべき前記要求発電量からの調整量である要求調整量と、を算出する手段と、
前記複数の発電設備が確保可能な発電量の調整量が前記要求調整量よりも小さい場合に前記要求調整量に対する不足分に応じた値を算出するペナルティ関数を取得する手段と、
前記制約条件を満たしつつ、前記ペナルティ関数を前記目的関数に加えて得られる拡張目的関数の値が最小になるように、前記対象期間中の前記複数の発電設備の運転計画を生成する手段と、
を実現するためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転計画生成装置、運転計画生成方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力需要は、季節や時間帯、曜日等の様々な要因によって時々刻々と変化するが、電力の需要と供給のバランスが崩れると電力系統の周波数や電圧の変化、停電などが発生し、安定的な電力の供給に支障が生じる。
【０００３】
そのため発電事業を行う電力会社は、日々電力需要の予測を行い、需要と供給のバランスを維持するように、各発電所を運営している。
【０００４】
例えば、電力会社は、過去の電力需要の実績や気象情報などの様々な情報を元に将来の電力需要の予測を行い、各発電所内の発電機の運転計画を立てたうえで、発電量を制御している。
【０００５】
このような運転計画を立てる際には、電力需要や発電コスト、発電機の発電特性、点検スケジュールなど相互に関連する様々な制約条件を考慮する必要があるため、これらの制約条件や発電コストを数式で表現し、最適解を求めることで発電機の運転計画を求めることができるような数式モデルも開発されている。例えば、電力需要の予測や気象予測等に含まれている誤差も考慮した数式モデルを用いて運転計画を立てるような技術も開発されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００６】
特許文献１には、太陽光や風力等の自然エネルギーを利用した発電を行う自然エネルギー利用発電設備の発電出力の予測値及び実績値、及び、電力需要の予測値及び実績値から算出した予測誤差を用いて複数の電力供給シナリオを作成し、コスト削減優先の需給計画や電力需給バランス優先の電力需給計画を作成することが記載されている。そして電力需給バランス優先の電力需給計画を作成する際には、予備力不足時に可制御発電設備の起動台数を増やすことで予備力を確保し、予測に誤差が生じた場合でも運用可能な需給計画を立案可能にすることが記載されている。
【０００７】
また特許文献２には、実現可能性のある負荷予測結果、および負荷予測結果に基づく需給計画を複数作成し、確率的な重みを持った負荷予測結果を求めることで需給計画時の修正量を評価し、需給計画群の中から最適な計画を選択することで、需給計画の頑強性を向上させることが記載されている。
【０００８】
一方で近年、環境問題やエネルギーセキュリティー問題への対応のため、太陽光発電や風力発電に代表される自然エネルギー利用発電設備などの様々な分散型電源の導入が急速に進んでおり、電力供給源としての比重も増している。
【０００９】
そのため、自然エネルギーを利用した発電設備からの出力や負荷を予測し、その予測誤差の推定幅を求める技術も様々に開発されている（例えば、非特許文献１〜非特許文献３参照）。
【００１０】
非特許文献１及び非特許文献２には、自然エネルギーを利用した発電設備からの出力の予測値とその推定幅を求めることが記載されている。また非特許文献３には、負荷の予測値と気象予報が外れた場合の推定幅を求めることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１１−１３０５８４号公報
【特許文献２】特許第５２４８３７２号
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】石橋直人、外３名、「部分的最小二乗法を用いた日射量予測とその信頼区間の推定方法」、電気学会論文誌B、２０１２年、Ｖｏｌ．１３３、Ｎｏ．１、６４−７１頁
【非特許文献２】飯坂達也、外５名、「風力発電方法とその信頼区間の推定手法」、電気学会論文誌Ｃ、２０１１年、Ｖｏｌ．１３１、Ｎｏ．１０、１６７２−１６７８頁
【非特許文献３】近江正太郎、外１名「ガウシアンプロセスによる不確定性を表現した短期電力負荷予測」、電気学会論文誌B、２００２年、Ｖｏｌ．１２６、Ｎｏ．２、２０２−２０８頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、近年、様々な分散型電源の導入が急速に進み、電力系統に対してこれらの分散型電源から供給される電力が増大しているため、既存の水力発電所や火力発電所、原子力発電所等の集中型電源の運転計画を立案する際には、これらの分散型電源からの発電量も考慮に入れる必要がある。
【００１４】
しかしながら分散型電源の発電量は、天候や時間帯等によって大きく変動し、予測値の誤差も大きいため、電力の需要予測の誤差と相まって全体の需給予測の誤差が大きくなり、数式モデルを用いて各発電所の運転計画を立てる場合に、各発電機の制約条件を満たしつつ、需給予測が外れた場合の発電量の変動にも対応できるような解が求められないケースも生じている。
【００１５】
本発明はこのような課題を鑑みてなされたものであり、電力系統に連系する複数の発電設備の運転計画を立てる場合に、各発電設備の制約条件を満たしつつ、電力の需給予測が外れた場合の発電量の変動にも対応できるような解を得ることが可能な運転計画生成装置、運転計画生成方法およびプログラムを提供することを一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するための手段の一つは、電力系統に連系する複数の発電設備の運転計画を生成する運転計画生成装置であって、前記複数の発電設備の発電コストまたは温室効果ガスの発生量を算出するための目的関数、及び前記複数の発電設備の運転時の制約条件を取得する目的関数取得部と、前記運転計画の対象期間中における所定時間毎の電力の需給予測値及び当該需給予測値の誤差に基づいて、前記所定時間毎に前記複数の発電設備が発電すべき発電量である要求発電量と、前記需給予測が外れた場合に備えて前記複数の発電設備が確保しておくべき前記要求発電量からの調整量である要求調整量と、を算出する発電量算出部と、前記複数の発電設備が確保可能な発電量の調整量が前記要求調整量よりも小さい場合に前記要求調整量に対する不足分に応じた値を算出するペナルティ関数を取得するペナルティ関数取得部と、前記制約条件を満たしつつ、前記ペナルティ関数を前記目的関数に加えて得られる拡張目的関数の値が最小になるように、前記対象期間中の前記複数の発電設備の運転計画を生成する運転計画生成部と、を備える。
【００１７】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための形態の欄の記載、及び図面の記載等により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、電力系統に連系する複数の発電設備の運転計画を立てる場合に、各発電設備の制約条件を満たしつつ、電力の需給予測が外れた場合の発電量の変動にも対応できるような解を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電力制御システムの全体構成を示す図である。
【図２】運転計画生成装置の構成を示す図である。
【図３】運転計画生成装置の制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】分散型電源発電量予測例を示す図である。
【図５】電力需要予測例を示す図である。
【図６】供給電力の例を示す図である。
【図７】供給電力と要求予備力の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００２１】
本発明の実施形態に係る電力システム１０００の全体構成を図１に示す。
【００２２】
電力システム１０００は、複数の電力供給源６００及び複数の電力負荷装置７００が電力ケーブル５１０を介して電力系統５００に連系するとともに、通信ネットワーク４００を介して上記複数の電力供給源６００及び複数の電力負荷装置７００、さらに、監視制御システム２００及び運転計画生成装置１００が通信可能に接続されて構成される。
【００２３】
通信ネットワーク４００は、例えばインターネットや電話回線網を含む公衆網や、ＬＡＮ（Local Area Network）等の専用網により構成され、通信ケーブル４１０を介して各電力供給源６００、各電力負荷装置７００、監視制御システム２００及び運転計画生成装置１００を相互に接続している。
【００２４】
電力負荷装置７００は、電力系統５００を介して供給される電力を消費する家庭や工場等における電気機器である。
【００２５】
電力供給源６００は、エネルギー源から電力エネルギーを取り出して電力系統５００に供給する電力源であり、水力発電所や原子力発電所、火力発電所のように、事前の発電計画に従って発電量を制御可能な発電設備である可制御発電設備６１０と、事前の発電計画に従って発電量を制御困難な発電設備である自然エネルギー利用発電設備６２０と、を含む。
【００２６】
可制御発電設備６１０には、例えば火力発電所、水力発電所、原子力発電所、燃料電池、バイオマス発電、電池などの電力貯蔵設備などが含まれる。
【００２７】
また自然エネルギー利用発電設備６２０には、例えば太陽光発電や風力発電を行う発電所などが含まれる。
【００２８】
運転計画生成装置１００は、複数の可制御発電設備６１０の運転計画を生成する情報処理装置である。詳細は後述するが、本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、電力系統５００に連系する複数の可制御発電設備６１０の運転計画を立てる場合に、各可制御発電設備６１０の制約条件を満たしつつ、電力の需給予測が外れた場合の発電量の変動にも対応できるような解を得ることが可能である。
【００２９】
なお本実施形態では、複数の可制御発電設備６１０の運転計画を運転計画生成装置１００が生成する場合について説明する。
【００３０】
監視制御システム２００は、電力供給源６００や電力負荷装置７００、運転計画生成装置１００と通信可能に接続され、様々な情報を授受する。例えば監視制御システム２００は、各電力供給源６００及び各電力負荷装置７００から、定期的に発電量や消費電力の実績値を取得し、運転計画生成装置１００に送信する。また監視制御システム２００は、運転計画生成装置１００によって生成された運転計画に基づき、より短周期の制御コマンドを生成し、各可制御発電設備６１０に対して制御コマンドを送信することで各可制御発電設備６１０のリアルタイム制御を行う。
【００３１】
次に運転計画生成装置１００の構成について、図２を参照しながら説明する。
【００３２】
運転計画生成装置１００は、可制御発電設備６１０、自然エネルギー利用発電設備６２０、及び電力負荷装置７００の電力計測値（実績値）を監視制御システム２００より取得する。また運転計画生成装置１００は、これらの実績値と、各種気象データと、を用いて、自然エネルギー利用発電設備６２０で発生する発電量の予測値及び誤差と、電力負荷装置７００で消費される電力である電力需要の予測値及び誤差を求める。そして運転計画生成装置１００は、上記予測値及び誤差を用いて可制御発電設備６１０の運転計画を作成する。
【００３３】
なお、運転計画を作成する時間間隔（所定時間）は通常３０分おき、或いは１時間おきとなるが、この時間間隔は任意に設定することが可能である。また、運転計画を作成する時間範囲（運転計画の対象期間）は、通常１日分、或いは１週間分であるが、運転計画を作成する時間範囲についても任意に設定することが可能である。さらに作成された運転計画は、監視制御システム２００を介して各可制御発電設備６１０へ送信される。
【００３４】
運転計画生成装置１００は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ、ハードディスク等の不揮発性記憶装置、キーボード、モニタ、マウス、通信装置、記録媒体読み取り装置等を備えるコンピュータであり、ＣＰＵが、本実施形態に係る各種の動作を行うためのコードから構成される運転計画生成装置制御プログラム８１０を不揮発性記憶装置からメモリに読み出して実行することにより、運転計画生成装置１００としての各種機能を実現する。
【００３５】
例えば、詳細は後述するが、ＣＰＵにより運転計画生成装置制御プログラム８１０が実行され、メモリや通信装置、不揮発性記憶装置等のハードウェア機器と協働することにより、目的関数取得部、発電量算出部、ペナルティ関数取得部、運転計画生成部などが実現される。
【００３６】
また運転計画生成装置１００は、運転計画生成装置制御プログラム８１０を、ＣＤやＤＶＤ等の各種記録媒体８００から読み出して不揮発性記憶装置に格納する。あるいは運転計画生成装置１００は、通信ネットワーク４００に接続された他のコンピュータから運転計画生成装置制御プログラム８１０を受信して不揮発性記憶装置に格納する。
【００３７】
さらに運転計画生成装置１００は、不揮発性記憶装置を備えずに、通信ネットワーク４００に接続された他のコンピュータに記憶されている運転計画生成装置制御プログラム８１０をメモリに読み出して実行するような形態も可能である。
【００３８】
図２に示すように、本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、電力需要予測部１０１、自然エネルギー利用発電設備発電量予測部１０２、要求電力算出部１０３、運転計画算出部１０４、運転計画出力部１０５、電力消費量ＤＢ（データベース）１１０、気象ＤＢ（データベース）１１１、自然エネルギー利用発電設備発電量ＤＢ（データベース）１１２、発電設備ＤＢ（データベース）１１３、を有する。
【００３９】
これらのうち、運転計画算出部１０４には、上述した目的関数取得部、ペナルティ関数取得部、運転計画生成部が含まれる。また要求電力算出部１０３には、上述した発電量算出部が含まれる。また電力消費量ＤＢ１１０、気象ＤＢ１１１、自然エネルギー利用発電設備発電量ＤＢ１１２、発電設備ＤＢ１１３は、ハードディスクを用いて実現される。
【００４０】
なお、電力消費量ＤＢ１１０、気象ＤＢ１１１、自然エネルギー利用発電設備発電量ＤＢ１１２、発電設備ＤＢ１１３は、運転計画生成装置１００が内蔵するハードディスク上に実現される形態でもよいし、クラウドのように、通信可能に接続される他のコンピュータにより制御されるハードディスク上に実現される形態でもよい。
【００４１】
電力消費量ＤＢ１１０には、各電力負荷装置７００に設置されている不図示の電力計測装置から通信ネットワーク４００を介して送信されてくる電力消費量が蓄積される。
【００４２】
また、気象ＤＢ１１１には、不図示の気象サーバから通信ネットワーク４００を介して送信されてくる様々な気象データの実績値や予報値が蓄積される。
【００４３】
自然エネルギー利用発電設備発電量ＤＢ１１２には、自然エネルギー利用発電設備６２０に設置されている不図示の電力計測装置から通信ネットワーク４００を介して送信されてくる発電量の実績値が蓄積される。
【００４４】
発電設備ＤＢ１１３には、後述する本実施形態に係る目的関数やペナルティ関数、拡張目的関数、各可制御発電設備６１０の様々な制約条件などが記憶されている。
【００４５】
自然エネルギー利用発電設備発電量予測部１０２は、自然エネルギー利用発電設備発電量ＤＢ１１２に蓄積されている自然エネルギー利用発電設備６２０の発電量の過去の実績値、および気象ＤＢ１１１に蓄積されている過去の気象実績や気象予報を用いて、自然エネルギー利用発電設備６２０の発電量の予測値及び誤差を算出する。予測値の誤差は、予測値の上限値と下限値とを含む。
【００４６】
自然エネルギー利用発電設備６２０の発電量の予測は、例えば非特許文献１や非特許文献２などに記載されているような様々な技術を利用して行うことが可能である。
【００４７】
本実施形態では、一例として、自然エネルギー利用発電設備６２０の発電量の予測値は、過去の実績値の平均値と、上限値と、下限値と、により求める。
【００４８】
自然エネルギー利用発電設備発電量予測部１０２は、自然エネルギー利用発電設備６２０の発電量の予測値、予測上限値、予測下限値を、自然エネルギー利用発電設備発電量ＤＢ１１２に蓄積する。
【００４９】
電力需要予測部１０１は、電力消費量ＤＢ１１０に蓄積されている電力負荷装置７００の過去の電力消費量（電力需要とも記す）の実績値および気象ＤＢ１１１に蓄積されている過去の気象実績、気象予報を参照して、電力需要の予測値、及び想定誤差を算出する。予測値の想定誤差は、予測値の上限値と下限値とを含む。
【００５０】
電力需要の予測は、非特許文献３に記載された方法などを用いて行うことができる。
【００５１】
本実施形態では、一例として、電力需要の予測値は、過去の電力需要の平均値と、上限値と、下限値と、によりを求める。
【００５２】
電力需要予測部１０１は、電力需要の予測値、予測上限値、予測下限値を、電力消費量ＤＢ１１０に蓄積する。
【００５３】
要求電力算出部１０３は、電力負荷装置７００の電力消費量の予測値及び誤差と、自然エネルギー利用発電設備６２０の発電量の予測値及び誤差と、を用いて、供給電力（要求発電量）と要求予備力（要求調整量）とを算出する。
【００５４】
なお本実施形態において、供給電力とは、電力の需給予測に基づいて求められる複数の可制御発電設備６１０が発電すべき所定時間毎の発電量である。また本実施形態において、要求予備力とは、電力の需給予測が外れた場合においても需給バランスを維持するために複数の可制御発電設備６１０が確保しておくべき要求発電量からの調整量である。また、可制御発電設備６１０の稼働台数を変化させずとも確保可能な発電量の調整量を供給予備力とも記す。
【００５５】
また、要求予備力には上げ側要求予備力と下げ側要求予備力の２つが存在する。上げ側要求予備力は、供給電力よりも発電量の増加が必要な場合の増加分である。下げ側要求予備力は、供給電力よりも発電量の減少が必要な場合の減少分である。つまり、上げ側要求予備力は、可制御発電設備６１０の発電出力を上昇させる方向に必要とされる発電量の調整量（予備力）であり、下げ側要求予備力は、可制御発電設備６１０の発電出力を低減させる方向に必要とされる発電量の調整量（予備力）である。
【００５６】
運転計画算出部１０４は、要求電力算出部１０３が算出した供給電力、要求予備力、及び発電設備ＤＢ１１３に記憶されている可制御発電設備６１０の制約条件などの様々なデータを用いて、可制御発電設備６１０の起動停止状態および発電出力の運転計画を作成する。
【００５７】
このとき、運転計画算出部１０４は、発電設備ＤＢ１１３から、複数の可制御発電設備６１０の発電コストを算出するための目的関数と、複数の可制御発電設備６１０が確保可能な発電量の調整量が要求予備力よりも小さい場合に要求予備力に対する不足分に応じた値を算出するペナルティ関数と、を取得する。そして運転計画算出部１０４は、ペナルティ関数を目的関数に加えることで拡張目的関数を取得する。
【００５８】
そして運転計画算出部１０４は、発電設備ＤＢ１１３から複数の可制御発電設備６１０の運転時の制約条件を取得し、この制約条件を満たしつつ、拡張目的関数の値が最小になるように、運転計画の対象期間中における複数の可制御発電設備６１０の運転計画を生成する。なお、目的関数は、温室効果ガスの発生量を算出するものであってもよい。
【００５９】
運転計画出力部１０５は、運転計画算出部１０４にて算出された運転計画を、通信ネットワーク４００を介して各可制御発電設備６１０の制御部に送信するとともに、監視制御システム２００にも送信する。監視制御システム２００はこの運転計画をベースにして、各可制御発電設備６１０のリアルタイム制御を行う。
【００６０】
次に、本実施形態に係る運転計画作成装置１００の処理の流れを、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００６１】
まず、自然エネルギー利用発電設備発電量予測部１０２は、自然エネルギー利用発電装置６２０の発電量の予測を行う（S1000）。自然エネルギー利用発電設備発電量予測部１０２は、通信ネットワーク４００に接続される気象サーバ（不図示）から送信される気象予報、自然エネルギー利用発電設備発電量ＤＢ１１２に蓄積されている分散型電源発電設備６２０の発電量の過去の実績値、気象ＤＢ１１１に蓄積されている過去の気象実績を用いて、自然エネルギー利用発電設備６２０の発電量の予測を行う。
【００６２】
自然エネルギー利用発電設備発電量予測部１０２は、自然エネルギー利用発電設備６２０の発電量の予測を行う際には、例えば非特許文献１、非特許文献２などに記載されているような手法を用いて、自然エネルギー利用発電設備６２０の発電量の予測値、予測上限値及び予測下限値を出力する。
【００６３】
なお、自然エネルギー利用発電設備発電量予測部１０２は、後述する負荷予測値（電力消費量の予測値）と同じ時間範囲（例えば１日）、時間間隔（例えば３０分）にて自然エネルギー利用発電設備６２０の発電量の予測値の算出を行う。時間範囲を１日、時間間隔を３０分とした場合の再生可能利用発電設備６２０の発電量の予測例を図４に示す。
【００６４】
次に電力需要予測部１０１は、負荷の予測、すなわち電力負荷装置７００による電力消費量の予測を行う（S1010）。電力需要予測部１０１は、通信ネットワーク４００に接続される気象サーバ（不図示）から送信される気象予報、電力消費量ＤＢ１１０に蓄積されている電力負荷装置７００による過去の電力消費量の実績値、気象ＤＢ１１１に蓄積されている過去の気象実績を用いて負荷の予測を行う。
【００６５】
電力需要予測部１０１は、負荷の予測を行う際には、非特許文献３に記載されているような手法などを用いて、負荷予測値および負荷予測上限値、負荷予測下限値を出力する。
【００６６】
なお、電力需要予測部１０１は、運転計画を作成する任意の時間範囲（例えば１日）の任意の時間間隔（例えば３０分）にて負荷予測値の予測を行う。時間範囲を１日、時間間隔を３０分とした場合の負荷の予測例を図５に示す。
【００６７】
次に要求電力算出部１０３は、電力消費量ＤＢ１１０および自然エネルギー利用発電設備発電量ＤＢ１１２に蓄積されている、電力負荷装置７００による電力消費量の予測値（負荷予測値）、および自然エネルギー利用発電設備６２０による発電量の予測値を用いて、可制御発電設備６１０にて供給すべき供給電力を算出する（S1020）。
【００６８】
要求電力算出部１０３は、式（１）に示すように、電力消費量の予測値から自然エネルギー利用発電設備６２０による発電量の予測値を減算することにより、供給電力を求める。
【００６９】
【数１】
2016093016.tif 000003
但し、St     ：時刻tにおける供給電力
Lt     ：時刻tにおける負荷予測値
Et     ：時刻tにおける自然エネルギー利用発電設備の発電量の予測値
図４および図５の例から算出される供給電力を図６に示す。
【００７０】
次に要求電力算出部１０３は、電力消費量ＤＢ１１０および自然エネルギー利用発電設備発電量ＤＢ１１２に蓄積されている、電力負荷装置７００による電力消費量の予測上限値及び予測下限値、自然エネルギー利用発電設備６２０の発電量の予測上限値および予測下限値を用いて、可制御発電設備６１０に要求される要求予備力を算出する。
【００７１】
要求予備力には上げ側要求予備力と下げ側要求予備力の２つが存在し、上げ側要求予備力は可制御発電設備６１０の発電出力上昇、下げ側要求予備力は可制御発電設備６１０の発電出力低減の方向に予測誤差が発生することを想定した時に必要とされる予備力である。
【００７２】
要求電力算出部１０３は、式（２）により上げ側要求予備力を求め、式（３）により下げ側要求予備力を求める。また、図４および図５の例から算出される要求予備力と供給電力を図７に示す。
【００７３】
【数２】
2016093016.tif 000004
但し、Rtup      ：時刻tにおける上げ側要求予備力
Ltup      ：時刻tにおける電力消費量の予測上限値
Etdown    ：時刻tにおける自然エネルギー利用発電設備の発電量の予測下限値
【００７４】
【数３】
2016093016.tif 000005
但し、Rtdown    ：時刻tにおける下げ側要求予備力
Ltdown   ：時刻tにおける電力消費量の予測下限値
Etup    ：時刻tにおける自然エネルギー利用発電設備の発電量の予測上限値
次に運転計画算出部１０４は、要求電力算出部１０３によって算出された供給電力、上げ側要求予備力、下げ側要求予備力、さらに発電設備ＤＢ１１３に格納されている目的関数、ペナルティ関数、制約条件を用いて、複数の可制御発電設備６１０の運転計画を作成する（S1040）。
【００７５】
運転計画算出部１０４は、いわゆる需給計画問題を解くことで運転計画を作成する。一般的に需給計画問題は、発電コストを算出するための目的関数を、別途設定される制約条件を満たす範囲で最小化するような最適解（各可制御発電設備６１０の起動停止状態と発電出力量の最適な組み合わせ）を求める最適化問題である。
【００７６】
本実施形態に係る運転計画算出部１０４は、複数の可制御発電設備６１０の発電コストを算出するための目的関数に、複数の可制御発電設備６１０が確保可能な発電量の調整量が要求予備力よりも小さい場合に要求予備力に対する不足分に応じた値を算出するペナルティ関数を加えることで、拡張目的関数を生成し、各可制御発電設備６１０の運転時の制約条件を満たしつつ、拡張目的関数の値が最小になるような解（つまり、各可制御発電設備６１０の起動停止状態と発電出力量の最適な組み合わせ）を求めることにより、運転計画を生成する。
【００７７】
以下に、本実施形態に係る運転計画算出部１０４が対象とする需給計画問題の例を記載する。なお、需給計画問題を定式化する際には、線形で表示する方法と非線形で表示する方法があるが、本実施形態では非線形で表示する方法を例示する。
【００７８】
本実施形態の拡張目的関数は、式（４）のように示される。
【００７９】
【数４】
2016093016.tif 000006
但し、Gi、tout    ：可制御発電設備iの時刻tにおける発電出力
af、bf、cf：可制御発電設備iの燃料消費特性係数
ui、t      ：可制御発電設備iの時刻tにおける起動停止状態(起動=1,停止=0)
FCi     ：可制御発電設備iの燃料従量料金単価
SUCi,t   ：可制御発電設備iの時刻tにおける起動費
P ：総ペナルティ（ペナルティ関数。詳細は後述する）
なお可制御発電設備６１０の発電出力Gは固定値とし、最適化変数から除くこともできる。
【００８０】
一方、本実施形態の制約条件は、式（５）〜式（９）のように示される。
【００８１】
式（５）は、需給バランス制約を示す。
【００８２】
【数５】
2016093016.tif 000007
式（６）は、可制御発電設備６１０の出力上下限制約を示す。
【００８３】
【数６】
2016093016.tif 000008
但し、Gimin   ：可制御発電設備iの出力下限値（発電量の最小値）
Gimax   ：可制御発電設備iの出力上限値（発電量の最大値）
式（７）は、可制御発電設備６１０の出力変化率上下限制約を示す。
【００８４】
【数７】
2016093016.tif 000009
但し、ΔGidownmax：可制御発電設備iの下降側最大変化率
ΔGiupmax  ：可制御発電設備iの上昇側最大変化率
Δt      ：t-(t-1)=1
式（８）は、可制御発電設備の最小連続停止時間制約を示す。
【００８５】
【数８】
2016093016.tif 000010
但し、minti ：可制御発電設備iの最小連続停止時間
式（９）は、可制御発電設備の最小連続運転時間制約を示す。
【００８６】
【数９】
2016093016.tif 000011
但し、minri  ：可制御発電設備iの最小連続運転時間
また、本実施形態のペナルティ関数は、式（１０）に示すように示される。
【００８７】
本実施形態のペナルティ関数は、上げ側予備力ペナルティ（上昇側ペナルティ関数）と、下げ側予備力ペナルティ（下降側ペナルティ関数）と、の和により求められる。
【００８８】
上げ側予備力ペナルティは、複数の可制御発電設備６１０が発電量を増加する方向に調整可能な調整量が上げ側要求予備力に対して不足する場合に、不足分に応じた値を算出する関数である。同様に、下げ側予備力ペナルティは、複数の可制御発電設備６１０が発電量を減少する方向に調整可能な調整量が下げ側要求予備力に対して不足する場合に、不足分に応じた値を算出する関数である。
【００８９】
【数１０】
2016093016.tif 000012
但し、Ptrsvup   ：時刻tにおける上げ側予備力ペナルティ
Ptrsvdown  ：時刻tにおける下げ側予備力ペナルティ
ここで、上げ側予備力ペナルティは、式（１１）及び式（１２）により示される。また下げ側予備力ペナルティは、式（１３）及び式（１４）により示される。
【００９０】
【数１１】
2016093016.tif 000013
【００９１】
【数１２】
2016093016.tif 000014
【００９２】
【数１３】
2016093016.tif 000015
【００９３】
【数１４】
2016093016.tif 000016
但し、Ptrsvup      ：時刻tにおける上げ側予備力ペナルティ
Ptrsvdown    ：時刻tにおける下げ側予備力ペナルティ
rtup        ：時刻tにおける上昇側予備力
rtdown     ：時刻tにおける下降側予備力
Gi、trsvup    ：可制御発電設備iの時刻tにおける上昇側予備力
Gi、trsvdown  ：可制御発電設備iの時刻tにおける下降側予備力
arsv、brsv  ：予備力ペナルティ特性係数
運転計画算出部１０４は、上記の式（５）〜式（９）により特定される各可制御発電設備６１０の運転時の制約条件を満たしつつ、式（４）により特定される拡張目的関数の値が最小になるような解を求めることにより、運転計画を生成する。
【００９４】
なお、上記拡張目的関数の解法には、いわゆる最適化問題の解法として公知の様々な手法を用いることが可能である。
【００９５】
そして、運転計画出力部１０５は、運転計画算出部１０４が作成した各可制御発電設備６１０の運転計画を出力し、監視制御システム２００に送信する（S1050）。
【００９６】
そして、監視制御システム２００は、この運転計画をベースにして、各可制御発電設備６１０に起動停止状態および発電出力量の制御指令を送信する。
【００９７】
以上、本実施形態に係る運転計画生成装置１００について説明したが、本実施形態に係る運転計画生成装置１００によれば、複数の可制御発電設備６１０が要求予備力を確保できない場合であっても運転計画を生成することが可能になる。
【００９８】
これにより、従来は運転計画の数値解が得られないケースであっても解を得ることができるようになるため、運転計画立案時の業務負担を大幅に軽減することが可能となる。
【００９９】
また本実施形態に係る運転計画生成装置１００によれば、電力の需給予測が外れた場合に備えて確保しておくべき発電量の調整量が上げ側要求予備力に満たない場合のみならず、下げ側要求予備力に満たない場合であっても、運転計画を生成することが可能になる。
【０１００】
これにより、従来の運転計画では発電設備の稼働を停止することで下げ側要求予備力を満たすように対応していたような場合でも、発電設備を停止させずにおくような柔軟な運転計画も立てられるようになるので、発電所の効率的な稼働を促進することが可能となる。
【０１０１】
さらに本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、電力需給予測が外れた場合であっても、想定している誤差範囲内なら運用が可能な運転計画を立案することが可能となる。
【０１０２】
また、本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、供給予備力の値の可変域を制約条件によって固定するのではなく、供給予備力が要求予備力に満たない場合にペナルティ値を目的関数に加算する方法を用いたことにより、可制御発電設備６１０の制約上、要求された供給予備力を満たせる運転計画を求めることができない時点が存在する場合でも、実行可能な範囲で優れた運転計画を出力することができる。
【０１０３】
したがって、本実施形態に係る運転計画生成装置１００は、予備力を確保できない時点が存在しても、その中で最良な運転計画が出力される最適化問題を作成することが可能となる。
【０１０４】
なお上述した実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【０１０５】
１００    運転計画生成装置
１０１    電力需要予測部
１０２    自然エネルギー利用発電設備発電量予測部
１０３    要求電力算出部
１０４    運転計画算出部
１０５    運転計画出力部
１１０    電力消費量ＤＢ
１１１    気象ＤＢ
１１２    自然エネルギー利用発電設備発電量ＤＢ
１１３    発電設備ＤＢ
２００    監視制御システム
４００    ネットワーク
４１０    通信ケーブル
５００    電力系統
５１０    電力ケーブル
６００    電力供給源
６１０    可制御発電設備
６２０    自然エネルギー利用発電設備
７００    電力負荷装置
８００    記録媒体
８１０    運転計画生成装置制御プログラム
１０００  電力システム
【図１】
2016093016.tif 000017
【図２】
2016093016.tif 000018
【図３】
2016093016.tif 000019
【図４】
2016093016.tif 000020
【図５】
2016093016.tif 000021
【図６】
2016093016.tif 000022
【図７】
2016093016.tif 000023