九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
電力系統の需給運用における太陽光発電出力予測に 関する研究
野見山, 史敏
https://doi.org/10.15017/1398396
出版情報：Kyushu University, 2013, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：
権利関係：Fulltext available.
（別紙様式２）
氏 名 ：野 見 山 史 敏
論文題名 ：電力系統の需給運用における太陽光発電出力予測に関する研究
区 分 ：甲
論 文 内 容 の 要 旨
近 年 、 再 生 可 能 エ ネ ル ギ ー発 電 設 備 の 導 入 量 が 増 え て き て い る 。 特 に 太陽 光 発 電 設 備 の 導 入 量 は 急 速 に 拡 大 し て き てい る 。 太 陽 光 発 電 の 出 力 は 、 天 候 に 大 き く 影響 を 受 け る 、 電 力 系 統 の 運 用 者 か ら は 制 御 が でき な い 、 な ど と い っ た 特 徴 が あ り 、 こ れ ら 太陽 光 発 電 が 電 力 系 統 に 大 量 に 連 系 さ れ る と 、 電力 系 統 の 需 給 運 用 に 大 き な 影 響 を 与 え る 。 本論 文 は 、 大 量 の 太 陽 光 発 電 が 連 系 さ れ た 将 来 の電 力 系 統 の 需 給 運 用 に お い て 必 要 と な る 電 力の 供 給 エ リ ア 内 の 太 陽 光 発 電 の 出 力 予 測 に つ いて 研 究 を 行 っ た も の で あ る 。
電 力 系 統 の 需 給 運 用 に おい て は 、 太 陽 光 発 電 出 力 の 予 測 値 と 実 績 値 が乖 離 し た 場 合 に も 、 運 用 者 自 身 が そ の 要 因 を 分析 し 、 系 統 運 用 に 反 映 さ せ る 必 要 が あ る 。 よっ て 、 誰 に で も 入 手 で き る 天 気 予 報 デ ー タ を 使用 し 、 か つ シ ン プ ル か つ 容 易 な 全 天 日 射 量 予測 手 法 の 研 究 を 行 っ て い る 。 さ ら に 、 電 力 の 供給 エ リ ア を 複 数 の グ ル ー プ で 表 し 、 得 ら れ た全 天 日 射 量 予 測 値 を 用 い て 、 広 域 の 太 陽 光 発 電出 力 予 測 を 行 う 手 法 の 研 究 も 行 っ て い る 。
本 論 文 で は 、 太 陽 光 発 電の 出 力 予 測 に つ い て 、 第 ２ 章 の 個 別 地 点 に おけ る 全 天 日 射 量 の 幅 の 予 測 手 法 、 第 ３ 章 の 個 別地 点 に お け る 全 天 日 射 量 予 測 手 法 、 第 ４ 章 の広 域 に お け る 全 天 日 射 量 予 測 手 法 、 第 ５ 章 の 太陽 光 発 電 出 力 へ 換 算 手 法 の 順 で 述 べ る 。 以 下に 、 研 究 の 概 要 に つ い て 述 べ る 。
第 １ 章 で は 、 研 究 の 背 景お よ び 概 要 に つ い て 述 べ る 。
第 ２ 章 ～ ４ 章 で は、太 陽 光 発 電 の 出 力 と 関 係 が 深 い 全 天 日 射 量 の 予 測 手 法に つ い て 述 べ る 。
こ の う ち 第 ２ 章 で は 、 個別 地 点 に お け る 数 日 先 の 予 測 を 目 的 と し た 全天 日 射 量 の 幅 の 予 測 手 法 に つ い て 述 べ る 。 数 日先 の 予 測 は 火 力 発 電 機 等 の 周 辺 機 器 の 準 備 や運 転 体 制 を 整 え る た め の も の で あ り 、 火 力 発 電機 等 の 運 転 台 数 が 計 画 で き る こ と が 重 要 で ある 。 よ っ て 、 実 績 値 が 予 測 値 に 対 し ど の 程 度 乖離 す る 可 能 性 が あ る か を 考 慮 す る 必 要 が あ る。 こ の た め 、 予 測 を 幅 で 表 す こ と が 重 要 で あ り、 全 天 日 射 量 の 幅 を 予 測 す る 手 法 を 提 案 す る。 予 測 の 幅 に つ い て は 、 過 去 の 全 天 日 射 量 の 実績 値 よ り 算 出 し た 晴 天 指 数 の 記 述 統 計 に よ り求 め て い る 。 具 体 的 に は 、 晴 天 指 数 を 天 気 別 に分 類 し 、 さ ら に 天 気 別 晴 天 指 数 の 分 布 形 状 から ベ ー タ 分 布 の 歪 度 と 尖 度 を 用 い て 時 期 別 に 分類 し た も の を パ ー セ ン タ イ ル 法 に よ り 予 測 の範 囲 （ 予 測 幅 ） を 得
て い る 。
第 ３ 章 で は 、 個 別 地 点 に おけ る 翌 日 の 予 測 を 目 的 と し た 全 天 日 射 量 予 測手 法 に つ い て 述 べ る 。 翌 日 の 予 測 は 、 火 力 機の 起 動 指 令 の タ イ ミ ン グ を 調 整 す る た め の もの で あ り 、 予 測 精 度 が 要 求 さ れ る 。 こ の た め 、数 日 先 予 測 手 法 の よ う に 幅 で 表 す の で は な く、 全 天 日 射 量 の 値 を 精 度 よ く 予 測 す る 手 法 を 提案 す る 。 予 測 に つ い て は 、 天 気 別 ・ 時 期 別 に分 割 さ れ た 実 績 デ ー タ を 、 二 進 木 を 用 い て さ らに 分 割 す る こ と で 入 出 力 間 の 関 係 を 線 形 に 近づ け 、 そ れ ぞ れ の デ ー タ セ ッ ト に 対 し 、 因 子 分析 に よ り 線 形 近 似 予 測 モ デ ル を 作 成 し て い る。 な お 、 晴 天 指 数 で は 日 射 の 大 気 層 を 通 過 す る距 離 の 影 響 を 除 去 で き な い た め 、 予 測 精 度 を高 め る 目 的 で 補 正 日 射 到 達 率 を あ ら た に 提 案 し、 晴 天 指 数 に 代 わ り 予 測 対 象 と し て 用 い て いる 。
第 ４ 章 で は 、 入 力 デ ー タ 数の 低 減 や モ デ ル の 統 合 に よ り 予 測 の 手 間 を 省い た 広 域 に お け る 全 天 日 射 量 予 測 手 法 に つ いて 述 べ る 。 電 力 系 統 の 需 給 運 用 は 、 電 力 の 供給 エ リ ア 全 体 で の 需 要 と 供 給 の バ ラ ン ス を 保 つも の で あ る 。 よ っ て 、 電 力 の 供 給 エ リ ア 全 体に 亘 る 太 陽 光 発 電 の 出 力 予 測 が 必 要 と な る が、太 陽 光 発 電 設 備 の 設 置 地 点 毎 に 出 力 を 予 測 す るこ と は 繁 雑 で あ る 。 こ の た め 、 電 力 の 供 給 エ リア を 複 数 の グ ル ー プ で 表 し 、 グ ル ー プ の 代 表地 点 の 全 天 日 射 量 を 予 測 す る こ と に よ り 、 広 域の 全 天 日 射 量 を 求 め る こ と で 予 測 の 手 間 を 省い た 、 広 域 に お け る 全 天 日 射 量 予 測 手 法 を 提 案す る 。 入 力 デ ー タ に つ い て は 、 日 照 時 間 デ ータ の 相 関 分 析 や 平 均 絶 対 偏 差 分 析 に よ り 天 気 が類 似 の 地 点 同 士 を グ ル ー ピ ン グ す る こ と で 低減 し た 。 ま た 予 測 モ デ ル に つ い て も 、 全 天 日 射量 と 他 の 気 象 項 目 と の 関 係 が 類 似 の モ デ ル を統 合 し 、 予 測 精 度 を 損 な う こ と な く モ デ ル 数 の低 減 を 図 っ て い る 。 こ れ に よ り 、 予 測 の 負 担を 軽 減 し て い る 。
第 ５ 章 で は 、 全 天 日 射 量 から 太 陽 光 発 電 出 力 を 直 接 推 定 す る 太 陽 光 発 電出 力 の 簡 易 換 算 手 法 に つ い て 述 べ る 。 全 天 日射 量 は 水 平 面 で の 値 で あ る が 、 太 陽 光 発 電 設備 は 傾 斜 し て 設 置 さ れ て お り 、 こ の 影 響 を 考 慮す る 必 要 が あ る 。 ま た 、 全 天 日 射 量 を 太 陽 光発 電 出 力 に 変 換 す る た め に は 、 太 陽 電 池 パ ネ ルや パ ワ ー コ ン デ ィ シ ョ ナ ー の 特 性 を 考 慮 す る必 要 が あ る 。 し か し な が ら 、 電 力 の 供 給 エ リ ア内 す べ て の 太 陽 光 発 電 設 備 に つ い て 、 こ れ らを 反 映 す る こ と は 困 難 で あ る 。 こ の た め 、 全 天日 射 量 か ら 太 陽 光 発 電 出 力 を 直 接 推 定 す る 太陽 光 発 電 出 力 の 簡 易 換 算 手 法 を 提 案 す る 。 換 算手 法 に つ い て は 、 全 天 日 射 強 度 と 既 設 の 太 陽光 発 電 設 備 の 出 力 実 績 デ ー タ の 相 関 分 析 に よ り換 算 の 定 式 化 な ら び に 換 算 係 数 を 求 め て い る。
第 ６ 章 で は 、 最 後 に 本 論 文の ま と め を 記 述 し て い る 。
本研究では、全 天 日 射 量 の 幅 お よ び 日 射 量 の 地 点 予 測 、 地 点 予 測 か ら 広域 予 測 へ の 展 開 、 全 天 日 射 量 か ら 太 陽 光 発 電の 出 力 へ の 換 算 に つ い て 、 そ れ ぞ れ 手 法 の 提案 を 行 い 、 電 力 系 統 の 実 運 用 に 適 用 で き る 太 陽光 発 電 出 力 予 測 手 法 と し た 。こ れ に よ り 、太陽光発電が大量に導入 された将来の電力系統においても、電力の需給バランスを保ち、電力の安定供給の維持が可能とな る。
