JP2005102357A

JP2005102357A - 発電機の起動停止計画作成方法とその装置及び起動停止計画作成装置の処理プログラムを記録する記録媒体。

Info

Publication number: JP2005102357A
Application number: JP2003330045A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Funahashi; 俊久舟橋; Tomonobu Senju; 智信千住
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-09-22
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: JP4187620B2

Abstract

【課題】予想需要、運転計画の運用制約をもとに発電機の運転計画を作成するものが提案されているが、良好な解を得るには作成に長時間を要していると共に、電力貯蔵装置を考慮した運用計画のものは存在していない。
【解決手段】はじめに電力貯蔵装置を考慮せずに発電機の起動停止計画を決定し、続いて電力貯蔵装置を考慮せずに得られた計画に対して電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムを適用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電機の運転制約条件を満たしながら発電機の起動，停止を行うための計画作成方法に係わり、特に電力貯蔵装置を考慮した発電機の起動停止計画作成方法とその装置及び起動停止計画作成装置の処理プログラムを記録する記録媒体に関するものである。

大口需要家を対象にした電力の小売部分自由化に伴う新規発電事業者の参入により、供給事業者は電力売買の競争にさらされている。そのため供給事業者は最大の利益を得るために経済的な系統運用を目指さなければならない。

そこで、必然的に発電機起動停止計画（Unit Commitment以下ＵＣという）が重要な問題となる。ＵＣ問題は、事前に計画された予測負荷を供給すると同時に、多数の制約条件を考慮した上で、総コストを最小ににするような各発電機の運用計画を決定する問題である。
この問題は、発電機の起動停止を表す０−１変数と発電機出力を表す連続変数を含む混合整数計画問題として定式化され、電力系統において最も解くことが困難な問題の一つに挙げられている。

近年，エネルギー有効利用のための様々な技術開発が盛んに行われている。その中でも電力貯蔵技術が欠くことのできない一つとなっている。
現在開発されている電力貯蔵技術には、揚水発電機，フライホイール，超伝導コイル電力貯蔵，ＮＡＳ電池，レドックスフロー電池及び圧縮空気貯蔵ガスタービン発電システムなどが挙げられる。

このような電力貯蔵技術は負荷平準化を意図した揚水発電，オンサイト分散型電源と組み合わせた蓄電池，瞬時電圧低下への対策として電力貯蔵装置の応用，自動車用蓄電池等その規模と応用範囲は多岐にわたっている。最近では特に、負荷平準化を目的とした実系統への電力貯蔵装置（Energy Storage System：ＥＳＳ）の導入が進んでおり、大規模では揚水発電やフライホイール、小規模では需要地付近に分散配置する電池などがある。また、風力発電や太陽光発電に電力貯蔵装置を併設した出力平準化の検証も行われている。

供給事業者が今まで以上に経済的な発電機運用を行うには、上述した電力貯蔵装置を効率よく運用していくことが求められる。そのためには、電力貯蔵装置を考慮した発電機起動停止計画を立てることが必要不可欠となる。

これまでに報告されてきたＵＣ問題に対する手法としては、火力発電機のみを想定した非特許文献１〜３がある。
吉川ほか；「火力・揚水発電所の運用計画作成手法」、電気学会論文誌Ｂ，１１４巻、１２号、ｐｐ．１２２０−１２２６、平成６年 M.K.C.Marwaliほか；「Short Term Generation Scheduling in Photovoltaic-Utility Grid With Battery Storage」、ＩＥＥＥ Transactions on Power Systems,Vol.13,No.3,pp.1057-1062,1998. 千住ほか；「優先リスト法を拡張した発電機起動停止計画問題の解法」、平成１４年電気学会電力・エネルギー部門大会論文集、ｐｐ．３３１−３３７

非特許文献１では、火力と揚水発電機の運用計画の作成手法を提案しているが、揚水発電設備を一般的な電力貯蔵装置として定式化していないもので、他の電力貯蔵装置へこの手法を適用することは困難である。また、提案された手法は、優先リスト法と動的計画法とを組み合わせた手法であるため、計算時間が長くなる問題点を有している。

非特許文献２では、太陽電池に接続されたバッテリーの充放電と火力機群の運用計画作成手順を提案している。手順としは太陽電池からの電力が予測できるものとしてバッテリー容量を最小とするための実行可能解を求める。
次に太陽電池から供給される電力を需要電力から差し引き、その残りの供給電力に対して火力機の運転計画を作成している。
最後にＥＬＤ（Economic Load Dispatch：経済負荷配分）計算により火力機の運転コストを最小にするように火力機の出力を調整している。
このようにバッテリーと火力機群の運転計画作成作業は分離されており、火力機とバッテリーを同時に考慮して最適化問題を解いていないという問題を有している。

昨今の着実に増加傾向にある電力需要は電力貯蔵装置の規模拡大に直結するため、計画を立てるうえでも、小規模の電力貯蔵装置から大規模のものまで適用可能で、さらに多種の電力貯蔵装置にも柔軟に応用可能な計画手法が求められている。

そこで本発明が目的とするところは、インバータを含んだ電力貯蔵装置と既存の火力発電機とで構成されたシステム、若しくは揚水発電と火力発電機より構成されたシステムなどを一般化して定式化を行い、それに対して実用的な計算時間で電力貯蔵装置を考慮した発電機起動停止計画を決定する手法を提供することにある。

本発明の第１は、発電機と電力貯蔵装置を含む電力系統であって、事前に計算された予測負荷を供給すると同時に、多数の制約条件を考慮した上で、電力系統の運用コストを最小にするように各発電機の運用計画を決定する発電機起動停止計画において、
はじめに電力貯蔵装置を考慮せずに発電機の起動停止計画を決定し、続いて電力貯蔵装置を考慮せずに得られた計画に対して電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムを適用することを特徴としたものである。

本発明の第２は、前記発電機の起動停止計画は、拡張優先リスト法により電力貯蔵装置を考慮せずに決定し、続いて拡張優先リスト法により電力貯蔵装置を考慮せずに得られた計画に対して電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムを適用することを特徴としたものである。

本発明の第３は、前記発電機起動停止計画は、電力貯蔵装置を考慮せずに得られた発電機起動停止計画のうち総コストの安い順で選択し、その上位複数個の発電機起動停止計画に対して電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムを適用することを特徴としたものである。

本発明の第４は、前記電力貯蔵装置はインバータを有し、この電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムは、負荷のボトム付近で運転している発電機の余剰電力を電力貯蔵装置の充放電制約、運転予備力制約およびインバータの容量制約を考慮しながら可能な限り充電し、すべての充電後でも充電終了時下限電力量に達しない場合はボトム付近で停止している発電機に着目し、これらの発電機を優先リストの順に運転状態に修正するようにしたことを特徴としたものである。本発明の第５は、前記電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムは、負荷ビーク時間帯において電力貯蔵装置の充放電制約、運転予備力制約およびインバータの容量制約を考慮しながら積極的に電力貯蔵装置から電力を供給（放電）し、コスト高な火力発電機を優先リストの逆順で停止状態に修正するようにしたことを特徴としたものである。

本発明の第６は、発電機と電力貯蔵装置を含む電力系統であって、事前に計算された予測負荷を供給すると同時に、多数の制約条件を考慮しなから運用コストを最小にするように各発電機の運用計画を決定する発電機起動停止計画装置において、
前記発電機起動停止計画を拡張優先リスト法に基づいて作成する発電機起動停止作成手段と、この作成手段によって得られた起動停止計画に前記電力貯蔵装置を考慮したパラメータを設定するパラメータ設定手段と、設定されたパラメータを用いて総コストの安い順で上位数個の発電機起動停止計画に対して充電動作を実行し、運転コストの高い順で放電動作を実行する充放電実行手段とを備えたことを特徴としたものである。

本発明の第７は、発電機と電力貯蔵装置を含む電力系統であって、事前に計算された予測負荷を供給すると同時に、多数の制約条件を考慮しながら運用コストを最小にするように各発電機の運用計画を決定する発電機起動停止計画装置の処理プログラムを記録する記録媒体において、
前記発電機起動停止計画を拡張優先リスト法に基づいて作成する発電機起動停止作成手段と、この作成手段によって得られた起動停止計画に前記電力貯蔵装置を考慮したパラメータを設定するパラメータ設定手段と、設定されたパラメータを用いて総コストの安い順で上位数個の発電機起動停止計画に対して充電動作を実行し、運転コストの高い順で放電動作を実行する充放電実行手段の処理プログラムを記録することを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、次のような効果が得られるものである。
（１）インバータを含んだ電力貯蔵装置と既存の火力発電機とで構成されたシステムなどを一般化して定式化を行い、それに対して実用的な計算時間で電力貯蔵装置を考慮した発電機起動停止計画を決定することができる。
（２）シミュレーションより得られた結果は、火力発電機数の増加や電力貯蔵装置の規模拡大に対しても、本発明に基づく定式化や電力貯蔵装置のためのアルゴリズムを用いれば、実用的な計算時間で対象とする問題に適した起動停止計画を決定することが可能であることを示している。
（３）さらに、作成された計画には負荷の平準化が確認でき、それによる総コスト削減が達成されている。
（４）大規模システムのみならず、分散電源等で構成される小規模地域供給システムに対しても同様な定式化が行いるため、システム規模に関わらず利用できるものである。

本発明においては、まず、非特許文献３のような拡張優先リスト法（Extended Priority List 以下ＥＰＬ法という）を用いて火力発電機の起動停止計画を決定する。続いて、ＥＰＬ法により得られた計画上で、後述する本発明のアルゴリズムにより電力貯蔵装置が考慮される。
なお、ＥＰＬ法を用いたことは、高速に問題を解くことができて、火力発電機の燃料費と起動費の低コスト化を実現できることによる。

図１は、本発明が適用されるシステム構成図である。１は電力貯蔵装置で、ＮＡＳ電池の如き電力貯蔵要素２とインバータ３を有している。４は火力発電機で複数設置されている。５は負荷である。
図１のように、電力システムに電力貯蔵装置１が接続されているとき、与えられた期間における火力発電機の燃料コストと起動コストの和で表される総コストを最小化することであり、その総コストＣＦは、次式で表せる。

ここで、Ｔはスケジューリング期間、Ｎは発電機の総数、Ｆｉ（Ｐｉ（ｔ））は発電機ｉの時間ｔにおける燃料コスト、ＳＣｉ（ｔ）は発電機ｉの時間ｔにおける起動コスト、ｉは発電機のインデックス（ｉ＝１，２，…）である。

一般的にＵＣ問題における燃料コストは（２）式で示すように各発電機出力の二次関数で表される。

ここで、ａｉ，ｂｉ，ｃｉは非負のコスト換算係数、Ｐｉ（ｔ）は時間ｔにおける発電機ｉの出力である。

起動コストは蒸気を発生させるボイラーの温度に依存する。発電機を長時間停止し、ボイラーが冷えると起動コストが増加する。そのため起動コストＳＣｉは停止時間の関数となる。ここでは簡単のために（４）式で定義される発電機ｉが停止し続けた時間Ｈ_i ^offを用いて（３）式のようにホットスタートｈ−ｃｏｓｔｉとコールドコストｃ−ｃｏｓｔｉの２つに分ける。

ここでＴ_i ^offは発電機ｉの最小運転時間、Ｘ_i ^offは発電機ｉが停止し続けた時間、ｃ−ｓ−ｈｏｕｒｉは発電機ｉのボイラー冷却時間である。

ＵＣ問題には発電機の特性や技術面などからいくつかの制約条件があるが、火力発電機のみを考えたＵＣ問題での制約としては、システムに関する制約と各発電機に関する制約とに大別される。本発明では、電力貯蔵装置の併設を意図していることにより、さらに電力貯蔵装置の充放電やインバータを使用した場合のインバータ容量に関する考慮が行われる。ここでは以下に示す（i），（ii）がシステムに関する制約、（iii），（iv）及び（v）が各火力発電機の制約、（vi）及び（vii）が電力貯蔵装置に関する制約である。

（i）電力需給バランス制約
最適運用のために、次式のように任意の時間で火力発電機発電電力の総和とインバータ出力（電力貯蔵装置からの充放電電力）の和は負荷と等しくなければならない。

ここで、Ｐ_th(t)は発電機ユニット出力の総和、Ｐ_inv(t)はインバータからの出力、Ｄ(t)は時間ｔにおける予測負荷である。

図１で示す電力系統においてＰ_inv(t)の符号は、電力貯蔵装置１が充電動作時にはマイナスであり、放電動作時にはプラスになる。電力貯蔵装置への充電電力は火力発電機の負荷となり、また、電力貯蔵装置からの充放電がない時間ではＰ_inv(t)は零である。

（ii）運用予備力制約
運用中の発電機から予備の出力を保証する。

ここで、Ｉ_i(ｔ)は時間ｔにおける発電機ｉの起動停止状態（１：起動，０：停止）、Ｐ_imaxは発電機ｉの最大出力、Ｒ^tは時間ｔにおける運転予備力でここでは負荷の１０％とした。

電力貯蔵装置の充電動作又は放電動作の時間では、火力発電機の配分する負荷Ｄ(t)がそれぞれ（８）式，（９）式に示すＤ’(t)と変化する。よって充電時における運転予備力制約は（８），（１０）式より得られ、放電時には（９），（１０）式より得られる。

（iii）発電機出力上下限制約
各発電機出力はその容量内になければならない。

ここで、Ｐ_iminは発電機ｉの最小出力である。

（iv）発電機最小運転・停止時間制約
各発電機に対して決められた最小時間のように間、発電機は連続的に運転・停止状態でなければならない。

ここで、Ｔ_i ^onは発電機ｉの最小運転時間、Ｔ_i ^offは発電機ｉの最小停止時間、Ｘ_i ^on(t)は時間ｔにおいて発電機ｉが運転し続けた時間、Ｘ_i ^off(t)は時間ｔにおいて発電機ｉが停止し続けた時間である。

（v）ランプ制約
各発電機には、単位時間に増加・減少可能な出力の変化幅が決まっている。

ここで、ＵＲ_iは発電機ｉの単位時間に増加可能な出力、ＤＲ_iは単位時間に減少可能な出力である。

（vi）初期貯蔵電力量
電力貯蔵装置はある初期電力量から充電動作を開始する。

ここで、Ｃ_sr ⁱⁿⁱは初期貯蔵電力量，ｗ（０＜ｗ＜１）は放電係数，Ｃ_sr ^maxは貯蔵可能最大電力量である。

（vii）充放電制約
Ｃ_src(t)を時間ｔで充電のために用いられた電力量、Ｃ_srd(t)を放電に用いられた電力量として次のように表す。

ここで、α（０＜α≦１）充電時の効率であり、本発明ではこのαに全ての効率を集約し、対象とする電力貯蔵装置の総合効率とする。Ｐ_inv(t)は時間ｔにおけるインバータからの出力であり単位はＭＷである。

ある時間における電力貯蔵量Ｃ_sr(t)は離散化した式で表すと次のようになる。

充放電に関する制約は以下のようになる。

ここで、ｋ（ｗ≦ｋ≦１）は充電係数、ｋ・Ｃ_sr ^max，ｗ・Ｃ_sr ^maxはそれぞれ充電終了時下限電力量及び放電終了時上限電力量、Ｃ_sr ^minは貯蔵可能最低電力量である。また、ｔ_c，ｔ_dはそれぞれある一定期間の充電動作が終了する時間，放電動作が終了する時間を示している。
充電は電力貯蔵量が充電終了時下限電力量を上回ったときに終了する。放電は放電終了時上限電力量を下回った時点で終了とする。ここで、放電終了時上限電力量を設けたことは、不測の事態に備え予備の電力を保証するためである。また、鉛電池の場合には、放電深度を指定して運用できるためである。

インバータは理想的なものを想定し以下の制約がある。

ここで、Ｐ_inv ^maxはインバータの定格である。

本発明では、上記した各制約条件を前提として（１）式の目的関数を最小化すると共に、電力貯蔵装置を有する電力系統へのアルゴリズムの使用を可能としたものである。

図２は本発明によるフローチャートを示したものである。
まず初めに、火力発電機の起動停止計画をＥＰＬ法により決定する（ステップ１）。火力発電機のスケジュールが決定したら、次に電力貯蔵装置を考慮した計画を決定する（ステップ２，３）。電力貯蔵装置を考慮した計画はＥＰＬ法によって得られた火力発電機の起動停止計画上で、本発明の電力貯蔵装置のためのアルゴリズム（後述）を導入することで得られる。
［ＥＰＬ法の概略］
以下にＥＰＬ法の概略を記述するが、詳細は非特許文献３を参照されたい。
ＥＰＬ法は、計算時間の大幅な削減および細部にわたるコストの低減化を目的とした手法である。その構成は、発電機データを用いた事前解析による初期解生成の部分と、得られた初期解の制約条件を満足させ．コストの低減化を図る後処理（修正アルゴリズム）の部分から構成されている。
初期解の生成ではデータの簡単な事前解析により、発電単価と起動停止の頻度を考慮した優先リストを作成し、解の探索領域を削減する。これにより、効率的に改善見込のある解のみを探索することができる。ここで改善見込のある解とは、その後の簡単な修正だけで最適解により近づいた近似解に変化するような解のことをいう。後処理の修正アルゴリズムでは得られた改善見込のある解に対してＵＣ間題に適したヒューリスティック手法を適用する。

提案するヒューリスティック手法は、その修正過程において発電機のコスト特性を考慮しているため確実なコスト削減が可能であり、また簡単なアルゴリズムであるため高速に処理される。
［火力発電機の起動停止計画］
火力発電機の起動停止計画は上に述べたＥＰＬ法を用いて決定する。ＥＰＬ法で用いる優先リストおよびシミュレーションパラメータをそれぞれ図３、図４に示す。発電コストの小さい発電機ほど高い優先度を持つように優先リストを作成した。よって、図３ではユニット１が最も高い優先度を持ち、ユニット１０が最も低い優先度を持つ。
図４において、初期解の個数ｗ＝２０、ヒューリスティックス手法を適用する解の個数ｓ＝５、需要電力（Ｄ(t)＋Ｒ^t）付近の窓内の発電機数Ｘは事前シミュレーションで最良の結果が得られた１機とする。
［ランプ制約の考慮］
本発明においては、さらに火力発電機のランプ制約を考慮している。ＥＰＬ法の修正アルゴリズムの最後にランプ制約が考慮される。ランプ制約は発電機の立ち上がり部分（停止状態から運転状態へ変化する部分）、運転中、そして立ち下がり部分（運転状態から停止状態へ変化する部分）に存在する。発電機の立ち上がり部分および運転中に関しては、（１３）式を等λ法に基づく経済負荷配分に組み込むことによりランプ制約を満足させることができる。しかし、発電機の立ち下がり部分に関しては、（１３）式を経済負荷配分に組み込むだけで完全に満足させるのは困難であるため、本発明では立ち下がり部分に関して別の修正アルゴリズムを導入することで満足させる。

以下にその修正アルゴリズムの簡単な説明を述べる。

Ｓｔｅｐ１：発電機ｉの状態が１→０となる時間ｔを探す。そのとき、ランプ制約を満足して停止状態へ推移しているならｔ＝ｔ＋１として再びＳｔｅｐｌを実行し、もし、ランプ制約を違反するならＳｔｅｐ２へ移行する。

Ｓｔｅｐ２：時間ｔ以降で何時間連続して停止しているかをチェックする。もし、その連続停止時間がその発電機の最小停止時間と等しい場合は、ｔ以降の停止状態を最小停止時間の分、運転状態に修正する。もし、その連続停止時間が最小停止時間より大きい場合は、時間ｔにおける状態を停止状態から運転状態に修正する。スケジュール修正がある場合は必ず（１３）式を組み込んだ経済負荷配分計算を行う。このアルゴリズム内で用いられる経済負荷配分計算は、特に発電機の立ち下がり部分に関して、効率良く円滑に発電機が停止状態へと推移するためのヒューリスティック手法を有している。
ｔ＝ｔ＋１としてＳｔｅｐ１へ戻る。もしｔ＝２４ならＳｔｅｐ３に移る。

Ｓｔｅｐ３：ｉ＝ｉ＋１としてＳｔｅｐ１に戻る。
［電力貯蔵装置を考慮するためのアルゴリズム］
図２のステップ２，３における電力貯蔵装置を考慮するためのアルゴリズムについて説明する。
ステップ２の諸パラメータ設定では、Ｃ_sr ^max，Ｃ_sr ^min，Ｃ_sr ⁱⁿⁱ，α，ｋ，ｗのパラメータに値を設定する。
ステップ３では先に得られた火力発電機起動停止計画上で電力貯蔵装置を考慮していく。できるだけ良好な計画を見つけ出すために、総コストの安い順で上位ｓ個の火力発電機起動停止計画に対してステップ３を適用する。以下にステップ３の詳細について説明する。

（１）充電動作
図５は充電オペレーションを示したもので、縦軸に出力を、横軸に時間を示し、線Ｄ(t)＋Ｒ^tが需要電力、斜線部分が充電動作部分である。
まず、負荷のボトム付近で運転している発電機の余剰電力を、電力貯蔵装置の充放電制約、運転予備力制約およびインバータの容量制約を考慮しながら可能な限り充電する。すべて充電しても、なお充電終了時下限電力量にも達しない場合はボトム付近で停止している発電機に着目し、これらの発電機を優先リストの順に１時間ずつ運転状態に修正する（図６参照）。図６では図５と比較して時間Ｈではユニットｆが、また時間Ｈ＋１ではユニットｄがそれぞれ追加修正され、修正の度に発電機に関する各種制約を満足しているかをチェックする。
制約を違反するなら状態を元に戻し、次の発電機を運転状態に修正する。ある発電機の状態を１時間運転状態に修正したとき、図６に示すようにその時間の運転予備力を大きく上まわる過剰な余剰電力が発生する。

本発明では、この余剰電力をさらに電力貯蔵装置に充電する。この場合も同様に電力貯蔵装置の充放電制約、運転予備力制約およびインバータの容量制約を考慮しながら充電する。充電は（１９）式を満たした時点で終了する。
（２）放電動作，
本発明では、負荷ピーク時間帯において積極的に電力貯蔵装置から電力を供給（放電）する。そのために、ピーク時間帯で運転するコスト高な火力発電機を停止させる必要がある（図７参照）。このような発電機は比較的短時間で停止することが可能であり、また燃料費が高いため、これらを停止することによってピークカットが図れ、総コストの削減が期待できる。火力発電機を停止させることにより供給力が不足するが、その不足分を図７に示すようにそのまま電力貯蔵装置より供給することで対処する。

発電機の停止順はコスト高な発電機の順が適していると考えられるため、例えば図３に示す優先リストの逆順とする。放電時は電力貯蔵装置の充放電制約、運転予備力制約およびインバータの容量制約を考慮する。放電は（２０）式を満たした時点で終了する。

次に本発明の効果を実施例のシミュレーションにより説明する。
［シミュレーション条件］
負荷データおよび発電機パラメータをそれぞれ図８，図９に示す。発電機数は１０機、２０機、４０機、６０機、８０機、ｌ００機で、スケジューリング期間は２４時間である。ここで、発電機数の拡張は図９の１０機のパラメータを基に、２０機の場合は図９のパラメータを２セツト用い、４０機の場合は４セツト用いて行う。負荷データは図８のｌ０機の場合を基に、２０機の場合は図８の各期間の値を２倍、４０機の場合は４倍とした。

図９において、コールドスタートコストｃ-costはホットスタートコストｈ-costの約２倍のコストであり、したがって発電機を起動するときには、できるだけホットスタートコストで起動することが望ましく、またそうすることで結果的に低コストを達成できる。
また、initial stateはスケジューリング期間の初期の発電機の状態を示しており十は起動、−は停止を表している。例えば、発電機１(Unit1)において初期状態は十８であるから８時間運転し続けていたことを示している。
initial Powerは各発電機のスケジューリング開始前の時間における初期出力を示している。
また、電力貯蔵装置考慮の際に設定した諸パラメータを図１０に示す。α，ｋ，ｗに関してはすべての発電機数で同じ値を用いる。

シミュレーションは、電力貯蔵装置を考慮した場合にどれほど総コストや起動停止計画に影響するか検討するため、すべての発電機数において電力貯蔵装置を考慮しない、つまり火力発電機のみで計画した場合と電力貯蔵装置を考慮した場合の２ケースについて行う。電力貯蔵装置を考慮しない場合のシミュレーションは、スケジューリング期間にわたり電力貯蔵装置からの充放電が行われないものと考え、定式化におけるすべてのＰ_inv(t)を零として行った。
［シミュレーション結果］
図１１，図１２はそれぞれ総コストおよび計算時間のシミュレーション結果である。両図は提案した定式化や電力貯蔵装置のためのアルゴリズムが、系統や電力貯蔵装置の規模に関わらず適用でき、さらに実用的な計算時間で電力貯藏装置を考慮した発電機起動停止計画を決定することが可能なことを示している。
図１１より電力貯蔵装置を考慮することで、１．１〜１．５％のコスト削減が達成されている。
図１３，図１４はそれぞれ電力貯蔵装置を考慮しない場合、考慮した場合の１０機に関する火力発電機の起動停止スケジュールを示している。両図より、電力貯蔵装置から電力を供給することで負荷ピーク時のコスト高な火力発電機が停止しピークカットがなされている。

また図１５には１０機に関する火力発電機の総発電電力を示しており、同図より負荷のボトムアップとピークカットが確認できる。
図１６は１０機に関する電力貯蔵装置の充放電の様子を示している。同図の右縦軸は電力貯蔵率ｒ(t)（電力貯蔵量Ｃ_sr(t)を貯蔵可能最大電力量Ｃ_sr ^maxで除して％表示したもの）を示し、左縦軸は充放電電力を示している。
電力貯蔵装置は負荷ボトム時に充電動作であり、ピーク時には放電動作となることが確認できる。また、インバータ容量制約を満たした範囲で充放電が行われており、さらに、電力貯蔵率に関する全ての制約範囲内で推移していることがわかる。

図１７は、本発明の方法を実行するための発電機の運転計画作成装置の構成図を示したものである。
図１７において１０はデータ処理装置で、このデータ処理装置１０はコントロール部１１、条件読込部１２、条件設定部１３、ユニット集約部１４、修正部１５、計画評価部１６、表示データ作成部１７及びデータ格納部１８を備えている。２０は入力部でキーボードやマウス等を有し、データの入力や表示部３０に表示された選択肢の選択を実行して所定情報をコントロール部１１に送る。４０は記憶部、５０は配信部で、この配信部５０はデータ処理装置１０で作成した運転計画をこの配信部５０及び伝送路を介して各発電所の受信部６０に送信し、または、この送受信部６０よりの各発電所の情報をデータ処理装置１０に送る。

コントロール部１１は、配信部５０及びデータ処理装置内の各部１２〜１８間のデータや処理プログラム等の授受を円滑に行うためのデータ加工，処理を実行してデータの授受をコントロールする。

条件読込部１２は、記憶部４０に保存されている（５）〜（２１）式の制約条件，すなわち、電力の予想需要、発電機の起動停止、負荷配分を決定するための電力系統のデータ、発電機特性、運用制約条件、目的関数、電力貯蔵装置の特性，容量等の条件及び処理プログラム等を読み込み、データ格納部１８に格納する。

条件設定部１３は、入力部２、コントロール部１１を介して入力された運用計画の作成に必要な条件や関数を設定する。

ユニット集約部１４は、記憶部４０に図９のような対象とする電力系統の各ユニット毎のパラメータ（コスト係数）として集計保存されているデータの中から、最小運転停止時間を考慮した類似した特性をもったユニットに集約する。この集約ユニットで、負荷ピークに挟まれた全ての期間での優先リストの順で発電機は起動される。
その際、全ての発電機が最小運転停止時間を満足するよう発電機毎に全期にわたって停止→起動、起動→停止となる期間を探し出し、最小運転停止時間が満たされるまでこれを実行する。

修正部１５は、起動費に関するグレーゾーンを探し出してより良いスケジュールを決定するため修正をする手段で、効率よくコストを削減するためにスケジュール修正を行うものである。そのために、発電機の優先順位は起動費が高く、燃料費の安い順にスケジュールを修正する。

計画評価部１６では、コントロール部１１にて実行した計画期間全体の起動停止計画に対して発電機コストと制約違反に対応したペナルティを計算して評価関数を計算する。この評価関数の値に応じて起動停止計画から次の探索のもととなる起動停止計画を選択すると共に、最も良好な起動停止計画をコントロール部１１を介してデータ格納部１８に格納する。

表示データ作成部１７は、１２〜１６の各部で計算した計画条件，計画や評価関数の推移及びデータ格納部１８に格納しているデータ等を作成して表示部３０に表示させる。
作成された最善の計画スケジュールは、コントロール部１１、配信部５０および伝送路を介して各発電所の受信部６０に伝送される。

以上に示したように本発明によれば、インバータを含んだ電力貯蔵装置と既存の火力発電機より構成されるシステムを一般化して定式化を行い、それに対して実用的な計算時間で電力貯蔵装置を考慮した発電機起動停止計画を決定することができる。

シミュレーションより得られた結果は、火力発電機数増加や電力貯蔵装置の規模拡大に対しても提案した定式化や電力貯蔵装置のためのアルゴリズムを用いれば、実用的な計算時間で対象とする問題に適した起動停止計画を決定することが可能であることを示している。さらに、作成された計画には負荷の平準化が確認でき、それによる総コスト削減が達成されている。この実施例では、火力機で構成される大規模発電システムに対する電力貯蔵装置の最適運用アルゴリズムについて検討を行った。分散電源等で構成される小規模地域供給システムに対しても同様な定式化が行えるため、本発明はシステム規模に関わらず利用できる。

本発明の実施形態を示すシステム構成図本発明のフローチャート優先リスト図ＥＰＬに関するパラメータ図充電オペレーション図充電オペレーション図放電オペレーション図負荷データ図発電機パラメータ図電力貯蔵装置に関する緒パラメータの設定値図緒コストの比較図計算時間の比較図火力機のみの起動停止スケジュール図電力貯蔵装置を考慮した起動停止スケジュール図火力発電機の発電電力比較図電力貯蔵装置の充放電図本発明の実施形態を示す構成図

符号の説明

１…電力貯蔵装置
２…電力貯蔵要素
３…インバータ
４…火力発電機
５…負荷
１０…データ処理装置
１１…コントロール部
１２…条件読込部
１３…条件設定部
１４…ユニット集約部
１５…修正部
１６…計画評価部
１７…表示データ作成部
１８…データ格納部
２０…入力部
３０…表示部
４０…記憶部
５０…配信部
６０…受信部

Claims

発電機と電力貯蔵装置を含む電力系統であって、事前に計算された予測負荷を供給すると同時に、多数の制約条件を考慮した上で、電力系統の運用コストを最小にするように各発電機の運用計画を決定する発電機起動停止計画において、
はじめに電力貯蔵装置を考慮せずに発電機の起動停止計画を決定し、続いて電力貯蔵装置を考慮せずに得られた計画に対して電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムを適用することを特徴とした発電機起動停止計画作成方法。
前記発電機の起動停止計画は、拡張優先リスト法により電力貯蔵装置を考慮せずに決定し、続いて拡張優先リスト法により電力貯蔵装置を考慮せずに得られた計画に対して電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムを適用することを特徴とした請求項１記載の発電機起動停止計画作成方法。
前記発電機起動停止計画は、電力貯蔵装置を考慮せずに得られた発電機起動停止計画のうち総コストの安い順で選択し、その上位複数個の発電機起動停止計画に対して電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムを適用することを特徴とした請求項２記載の発電機起動停止計画作成方法。
前記電力貯蔵装置はインバータを有し、この電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムは、負荷のボトム付近で運転している発電機の余剰電力を、電力貯蔵装置の充放電制約、運転予備力制約およびインバータの容量制約を考慮しながら可能な限り充電し、すべての充電後でも充電終了時下限電力量に達しない場合はボトム付近で停止している発電機に着目し、これらの発電機を優先リストの順に運転状態に修正するようにしたことを特徴とした請求項２又は３記載の発電機起動停止計画作成方法
前記電力貯蔵装置考慮のためのアルゴリズムは、負荷ビーク時間帯において電力貯蔵装置の充放電制約、運転予備力制約およびインバータの容量制約を考慮しながら積極的に電力貯蔵装置から電力を供給（放電）し、コスト高な火力発電機を優先リストの逆順で停止状態に修正するようにしたことを特徴とした請求項２乃至４記載の発電機起動停止計画作成方法。
発電機と電力貯蔵装置を含む電力系統であって、事前に計算された予測負荷を供給すると同時に、多数の制約条件を考慮しなから運用コストを最小にするように各発電機の運用計画を決定する発電機起動停止計画装置において、
前記発電機起動停止計画を拡張優先リスト法に基づいて作成する発電機起動停止作成手段と、この作成手段によって得られた起動停止計画に前記電力貯蔵装置を考慮したパラメータを設定するパラメータ設定手段と、設定されたパラメータを用いて総コストの安い順で上位数個の発電機起動停止計画に対して充電動作を実行し、運転コストの高い順で放電動作を実行する充放電実行手段とを備えたことを特徴とした発電機起動停止計画作成装置。
発電機と電力貯蔵装置を含む電力系統であって、事前に計算された予測負荷を供給すると同時に、多数の制約条件を考慮しながら運用コストを最小にするように各発電機の運用計画を決定する発電機起動停止計画装置の処理プログラムを記録する記録媒体において、
前記発電機起動停止計画を拡張優先リスト法に基づいて作成する発電機起動停止作成手段と、この作成手段によって得られた起動停止計画に前記電力貯蔵装置を考慮したパラメータを設定するパラメータ設定手段と、設定されたパラメータを用いて総コストの安い順で上位数個の発電機起動停止計画に対して充電動作を実行し、運転コストの高い順で放電動作を実行する充放電実行手段の処理プログラムを記録する記録媒体。