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公開番号2021136832
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210913
出願番号2020033530
出願日20200228
発明の名称電力需給計画作成装置及び電力需給計画作成方法
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H02J 3/00 20060101AFI20210816BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】調整力の取引計画を作成可能な技術を提供することを目的とする。
【解決手段】電力需給計画作成装置は、計画作成部を備える。計画作成部は、スポット価格シナリオデータ、調整力価格シナリオデータ、調整力発動割合シナリオデータ、発電機データ、及び、燃料価格データに基づいて、電気事業の損失から電気事業の収益を引いた損益を表す目的関数の最適化問題であって目的関数が表す損益を最小化する最適化問題を解くことにより、発電機運転計画と、スポット市場及び需給調整市場での取引計画とを作成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
スポット市場で取り引きされる電力の将来の約定価格を時系列で表す1以上のスポット価格シナリオデータと、需給調整市場で取り引きされる調整力の将来の約定価格を時系列で表す1以上の調整力価格シナリオデータと、前記調整力の将来の発動割合を時系列で表す1以上の調整力発動割合シナリオデータと、前記電力及び前記調整力を生成する発電機の仕様を表す発電機データと、前記発電機の将来の燃料価格を時系列で表す1以上の燃料価格データとを取得する取得部と、
前記取得部で取得された前記スポット価格シナリオデータ、前記調整力価格シナリオデータ、前記調整力発動割合シナリオデータ、前記発電機データ、及び、前記燃料価格データに基づいて、電気事業の損失から前記電気事業の収益を引いた損益を表す目的関数の最適化問題であって前記目的関数が表す前記損益を最小化する最適化問題を解くことにより、発電機運転計画と、前記スポット市場及び前記需給調整市場での取引計画とを作成する計画作成部と
を備える、電力需給計画作成装置。
続きを表示(約 2,400 文字)【請求項2】
請求項1に記載の電力需給計画作成装置であって、
前記電気事業の前記損益は、
計画期間に亘る発電コストと、前記計画期間に亘って行われる前記スポット市場での電力の取引、及び、前記計画期間に亘って行われる前記需給調整市場での調整力の取引による売電金額とを合わせた収支を含む、電力需給計画作成装置。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の電力需給計画作成装置であって、
前記取得部は、
前記スポット市場で取り引きされる電力の約定価格の実績値を時系列で表すスポット市場取引実績データに基づいて前記1以上のスポット価格シナリオデータを予測し、
前記需給調整市場で取り引きされる調整力の約定価格の実績値を時系列で表す需給調整市場取引実績データに基づいて前記1以上の調整力価格シナリオデータを予測し、
前記需給調整市場取引実績データと、前記調整力の発動量の実績値を時系列で表す調整力発動量実績データとに基づいて前記1以上の調整力発動割合シナリオデータを予測する、電力需給計画作成装置。
【請求項4】
請求項3に記載の電力需給計画作成装置であって、
前記1以上のスポット価格シナリオデータは、複数のスポット価格シナリオデータであり、
前記1以上の調整力価格シナリオデータは、複数の調整力価格シナリオデータであり、
前記1以上の調整力発動割合シナリオデータは、複数の調整力発動割合シナリオデータであり、
前記目的関数が表す前記損益は、
前記取得部の予測への信頼水準に基づく前記損益のVaR(Value at Risk)である、電力需給計画作成装置。
【請求項5】
請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載の電力需給計画作成装置であって、
前記電気事業の前記損益は、
計画期間に亘る発電コストと、前記計画期間に亘って行われる前記スポット市場での電力の取引、前記計画期間に亘って行われる前記需給調整市場での調整力の取引、及び、前記計画期間の電力の相対取引による売電金額とを合わせた収支を含む、電力需給計画作成装置。
【請求項6】
請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載の電力需給計画作成装置であって、
前記電気事業の前記損益は、
計画期間に亘る発電コストと、前記計画期間に亘って行われる前記スポット市場での電力の取引、前記計画期間に亘って行われる前記需給調整市場での調整力の取引、及び、前記計画期間の先渡市場での電力の取引による売電金額とを合わせた収支を含む、電力需給計画作成装置。
【請求項7】
請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載の電力需給計画作成装置であって、
前記電気事業の前記損益は、
計画期間に亘る発電コストと、前記計画期間に亘って行われる前記スポット市場での電力の取引、及び、前記計画期間に亘って行われる前記需給調整市場での調整力の取引による売電金額と、前記計画期間の先物市場での電力の取引による売電金額及び差金決済額とを合わせた収支を含む、電力需給計画作成装置。
【請求項8】
請求項1から請求項4のうちのいずれか1項に記載の電力需給計画作成装置であって、
前記取得部は、
前記発電機の燃料価格の実績値を時系列で表す燃料価格実績データに基づいて、前記1以上の燃料価格データである複数の燃料価格シナリオデータを予測し、
前記目的関数が表す前記損益は、
前記取得部の予測への信頼水準に基づく前記損益のVaR(Value at Risk)である、電力需給計画作成装置。
【請求項9】
スポット市場で取り引きされる電力の将来の約定価格を時系列で表す1以上のスポット価格シナリオデータと、需給調整市場で取り引きされる調整力の将来の約定価格を時系列で表す1以上の調整力価格シナリオデータと、前記調整力の将来の発動割合を時系列で表す1以上の調整力発動割合シナリオデータと、前記電力及び前記調整力を生成する発電機の仕様を表す発電機データと、前記発電機の将来の燃料価格を時系列で表す1以上の燃料価格データとを取得する取得部と、
前記取得部で取得された前記スポット価格シナリオデータ、前記調整力価格シナリオデータ、前記調整力発動割合シナリオデータ、前記発電機データ、及び、前記燃料価格データに基づいて、電気事業の収益から前記電気事業の損失を引いた損益を表す目的関数の最適化問題であって前記目的関数が表す前記損益を最大化する最適化問題を解くことにより、発電機運転計画と、前記スポット市場及び前記需給調整市場での取引計画とを作成する計画作成部と
を備える、電力需給計画作成装置。
【請求項10】
スポット市場で取り引きされる電力の将来の約定価格を時系列で表す1以上のスポット価格シナリオデータと、需給調整市場で取り引きされる調整力の将来の約定価格を時系列で表す1以上の調整力価格シナリオデータと、前記調整力の将来の発動割合を時系列で表す1以上の調整力発動割合シナリオデータと、前記電力及び前記調整力を生成する発電機の仕様を表す発電機データと、前記発電機の将来の燃料価格を時系列で表す1以上の燃料価格データとを取得し、
取得された前記スポット価格シナリオデータ、前記調整力価格シナリオデータ、前記調整力発動割合シナリオデータ、前記発電機データ、及び、前記燃料価格データに基づいて、電気事業の損失から前記電気事業の収益を引いた損益を表す目的関数の最適化問題であって前記目的関数が表す前記損益を最小化する最適化問題を解くことにより、発電機運転計画と、前記スポット市場及び前記需給調整市場での取引計画とを作成する、電力需給計画作成方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、電力需給計画作成装置及び電力需給計画作成方法に関する。
続きを表示(約 5,700 文字)【背景技術】
【0002】
日本では近年、電力自由化が推進されており、2020年には発電事業と送電事業とを分離する発送電分離の実施が予定されている。2021年には需給調整市場が開設される予定であり、従来、電力会社の発電部門と送配電部門とが一体的に確保していた発電機の調整力は、需給調整市場で取引されることになる。ここで、調整力とは、変動する電力需要に対して需給一致及び周波数調整を図るために予め確保される発電機の余力である。発電事業者は、自社が保有する発電機の余力を調整力として送配電事業者に売ることができるが、その分だけ調整力を目的としない電力として取引する機会を失うことになる。したがって、電力取引の機会損失を見込んで、最経済となるように調整力及び電力の取引を行うことが、発電事業者の収益増加にとって重要となる。収益は、調整力及び電力の価格に大きく依存することから、収益の変動リスクも考慮して取引計画と発電機運転計画とを作成することが必要である。
【0003】
特許文献1には、電力需要予測値及び電力市場価格予測値の確率分布からリスクを考慮して、運転効率や運用経済性を最適に維持する発電機運転計画及び電力取引計画を作成する技術が提案されている。
【0004】
特許文献2には、収益の変動リスクとなる要因として、降水量、日射量、電力取引価格などを考慮して、発電機運転計画及び電力取引計画を作成する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2005−4435号公報
特開2016−207070号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、これらの技術は、調整力の取引を計画しないという問題があった。
【0007】
そこで、本開示は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、調整力の取引計画を作成可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示に係る電力需給計画作成装置は、スポット市場で取り引きされる電力の将来の約定価格を時系列で表す1以上のスポット価格シナリオデータと、需給調整市場で取り引きされる調整力の将来の約定価格を時系列で表す1以上の調整力価格シナリオデータと、前記調整力の将来の発動割合を時系列で表す1以上の調整力発動割合シナリオデータと、前記電力及び前記調整力を生成する発電機の仕様を表す発電機データと、前記発電機の将来の燃料価格を時系列で表す1以上の燃料価格データとを取得する取得部と、前記取得部で取得された前記スポット価格シナリオデータ、前記調整力価格シナリオデータ、前記調整力発動割合シナリオデータ、前記発電機データ、及び、前記燃料価格データに基づいて、電気事業の損失から前記電気事業の収益を引いた損益を表す目的関数の最適化問題であって前記目的関数が表す前記損益を最小化する最適化問題を解くことにより、発電機運転計画と、前記スポット市場及び前記需給調整市場での取引計画とを作成する計画作成部とを備える。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、スポット価格シナリオデータ、調整力価格シナリオデータ、調整力発動割合シナリオデータ、発電機データ、及び、燃料価格データに基づいて、目的関数が表す損益を最小化する最適化問題を解くことにより、発電機運転計画と、スポット市場及び需給調整市場での取引計画とを作成する。このような構成によれば、調整力の取引計画を作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
実施の形態1に係る電力需給計画作成装置の概略構成図である。
実施の形態1に係るスポット価格シナリオデータを説明するための図である。
実施の形態1に係る電力需給計画作成装置のデータフローを示す概略構成図である。
実施の形態1に係る発電機運転計画を説明するための説明図である。
実施の形態1に係る電力の取引計画と調整力の取引計画とを説明するための説明図である。
実施の形態1に係る電力の取引計画と調整力の取引計画との関係を説明するための説明図である。
実施の形態1に係る電力需給計画作成装置のハードウェアを示す概略構成図である。
実施の形態1に係る電力需給計画作成装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
実施の形態1に係る電力需給計画作成装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
実施の形態2に係る電力需給計画作成装置の概略構成図である。
実施の形態2に係る電力需給計画作成装置で用いるVaRを説明するための説明図である。
実施の形態2に係る電力需給計画作成装置のデータフローを示す概略構成図である。
実施の形態2に係るスポット価格シナリオデータを説明するための図である。
実施の形態2に係る電力需給計画作成装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
実施の形態2に係る電力需給計画作成装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
実施の形態3に係る電力需給計画作成装置の概略構成図である。
実施の形態3に係る電力需給計画作成装置のデータフローを示す概略構成図である。
実施の形態3に係る電力需給計画作成装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
実施の形態4に係る電力需給計画作成装置の概略構成図である。
実施の形態4に係る電力需給計画作成装置のデータフローを示す概略構成図である。
実施の形態5に係る電力需給計画作成装置の概略構成図である。
実施の形態5に係る電力需給計画作成装置のデータフローを示す概略構成図である。
実施の形態6に係る電力需給計画作成装置の概略構成図である。
実施の形態6に係る電力需給計画作成装置のデータフローを示す概略構成図である。
実施の形態6に係る電力需給計画作成装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
<実施の形態1>
図1は、本実施の形態1に係る電力需給計画作成装置の概略構成図である。図1に示すように、電力需給計画作成装置100は、演算に必要なデータを取得するデータ取得部11と、演算に必要なデータ及び演算結果を格納するデータ格納部12と、電気事業の損益を表す目的関数の最適化問題を解くことにより発電機運転計画とスポット市場(電力)及び需給調整市場(調整力)での取引計画とを作成する計画作成部16と、計画作成部16で作成された発電機運転計画及び取引計画を出力する計画出力部17とを備える。
【0012】
ここで電気事業の損益は、発電コストと、電力の取引による収益と、調整力の取引による収益と、調整力の発動による発電コストとを合わせた収支である。具体的には、電気事業の損益は、電気事業の損失(コスト)から電気事業の収益を引いて得られた値であり、電気事業の損益の正の値は全体として損失であることを表し、当該損益の負の値は全体として収益であることを表す。なお本実施の形態1では、発電コストは、計画期間に亘って、計画の対象となるすべての発電機が発電するのに必要なコストの総額を意味する。
【0013】
取得部であるデータ取得部11は、スポット価格シナリオデータ121、調整力価格シナリオデータ122、調整力発動割合シナリオデータ123、発電機データ114、及び、燃料価格データ115を取得し、各データをデータ格納部12に格納する。
【0014】
スポット価格シナリオデータ121は、図2に示すように、スポット市場で取り引きされると想定される将来の電力の約定価格を時系列で表すデータである。スポット価格シナリオデータ121は、市場で公開されている最新の約定価格の実績値を元に設定されてもよいし、ユーザ自身が入札履歴などを参考にして求めた想定値を元に設定されてもよい。
【0015】
調整力価格シナリオデータ122は、需給調整市場で取り引きされると想定される将来の調整力の約定価格を時系列で表すデータである。調整力価格シナリオデータ122は、市場で公開されている最新の約定価格の実績値を元に設定されてもよいし、ユーザ自身が入札履歴などを参考にして求めた想定値を元に設定されてもよい。
【0016】
調整力発動割合シナリオデータ123は、想定される将来の調整力の発動割合(発電割合)を時系列で表すデータである。調整力発動割合シナリオデータ123は、市場で公開されている最新の約定量及び発動量の実績値を元に設定されてもよいし、ユーザ自身が入札履歴及び発動実績などを参考にして求めた想定値を元に設定されてもよい。
【0017】
発電機データ114は、電力及び調整力を生成する発電機の仕様を表すデータである。発電機データ114は、例えば発電機の出力上下限値、出力変化速度、燃料種別、起動費、最小運転時刻、最小停止時刻、燃料消費の特性、燃料消費量曲線係数、起動停止回数上限値、故障発生モデルパラメータなどを含む。
【0018】
燃料価格データ115は、発電機の想定される将来の単位量あたりの燃料価格ひいてはその変動を時系列で表すデータである。燃料価格データ115は、例えば過去の燃料価格の推移に基づいて算出される。燃料は、例えば石炭、LNG、石油などを含む。
【0019】
図3は、本実施の形態1に係る電力需給計画作成装置100のデータフローを示す概略構成図である。
【0020】
計画作成部16は、データ取得部11で取得されたスポット価格シナリオデータ121、調整力価格シナリオデータ122、調整力発動割合シナリオデータ123、発電機データ114、及び、燃料価格データ115に基づいて、電気事業の損益を表す目的関数及びその制約条件を定式化する。そして、計画作成部16は、目的関数が表す損益を最小化する最適化問題を解くことで発電機運転計画並びに電力及び調整力の取引計画を作成する。
【0021】
発電機運転計画は起動停止計画データ124及び発電量計画データ125として算出され、電力の取引計画は電力取引計画データ126として算出され、調整力の取引計画は調整力取引計画データ127として算出される。
【0022】
起動停止計画データ124は、計画期間における発電機の起動または停止の状態を時系列で表すデータである。また発電量計画データ125は、計画期間における発電機で発電される発電量を時系列で表すデータである。電力取引計画データ126及び調整力取引計画データ127は、計画期間における入札価格を時系列で表すデータである。
【0023】
次に、計画作成部16による、発電機運転計画、並びに、電力及び調整力の取引計画の最適化問題の演算の一例について説明する。
【0024】
計画作成部16は、目的関数が表す損益を最小化する最適化問題を解く。具体的には、「計画期間の各時刻において発電機の出力の合計を電力の取引量に一致させる制約条件」、及び「発電機の出力の余力の合計を調整力の取引量以上とする制約条件」の下で、目的関数が表す損益を最小化する最適化問題を解く。これにより、電気事業全体としての損失が最小化され、電気事業全体としての収益が最大化される。計画作成部16は、電気事業の損益が最小化されたときの起動停止計画データ124、発電量計画データ125、電力取引計画データ126、及び、調整力取引計画データ127を求める。
【0025】
計画作成部16は、このような最適化問題を、例えば混合整数二次計画問題として定式化して、分枝限定法などによって解く。この解法は、特許文献1に開示されるなど公知であるため、この解法の具体的な説明は省略する。最適化問題の定式化の一例を式(1)〜式(4)に示す。式(1)は、目的関数が表す損益を最小化する最適化問題を示す。式(2)〜式(4)のそれぞれは、目的関数の制約条件を示す。
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
ここで、Fは電気事業の損益、tは時刻、gは発電機番号である。∀は「全ての」を表す記号である。Q
kwh
(t)は時刻tにおける電力の取引量を示す変数であり、最適化問題を解くことによって求めるべき数である。V
kwh
(t)は時刻tにおける電力の価格を示す変数であり、スポット価格シナリオデータ121に含まれる。Q
Δkw
(t)は時刻tにおける調整力の取引量を示す変数であり、最適化問題を解くことによって求めるべき数である。V
Δkw
(t)は時刻tにおける調整力のΔkw価格を示す変数であり、調整力価格シナリオデータ122に含まれる。R
usedΔkw
(t)は時刻tにおける調整力の発動割合を示す変数であり、調整力発動割合シナリオデータ123に含まれる。V
usedΔkw
(t)は時刻tにおける調整力のkwh価格を示す変数であり、調整力価格シナリオデータ122に含まれる。
(【0031】以降は省略されています)

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