| 研究課題/領域番号 |
20K04435
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
斎藤 浩海 東北大学, 工学研究科, 教授 (10202079)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 電力システム / 負荷制御 / 周波数制御 / 動的量子化器 / マルチエージェント |
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| 研究実績の概要 |
太陽光・風力発電といった間欠性出力電源を主体とする電力システムでは、既存の火力電源だけでは需給調整・周波数変動抑制が困難になる。そのため、需要側の電力調整資源である多数の負荷機器の消費電力を調節し、それが需給調整・周波数変動抑制に有効に機能する負荷制御方法の開発が望まれている。
本研究では、この需要側電力調整資源の調節方法の原理を明らかにするため次の項目の研究を行う。（A）需要側電力調整資源の潜在量の推定、（B）動的量子化器を応用した負荷制御系の開発、（C）需要側電力調整資源の利用公平性を考慮した自律分散型負荷制御の原理の明確化。
令和3年度は、需要側電力調整資源の潜在量を推定するため、仙台市青葉区の600世帯の一般家庭を対象としたアンケート調査を実施し、164世帯から得られた回答の整理を行った。特に代表的な需要側調整資源である空調機の一世帯あたりの平均的な出力や負荷制御に参加したときに希望する電気料金割引率のなど、有効な負荷制御を実施するための条件を明らかにする定量的なパラメータを推定している段階である。
動的量子化器を応用した負荷制御系の開発については、昨年度考案した動的量子化器を組み込んだ周波数変動抑制用の負荷制御系を、電力網の電圧も計算できる詳細な電力システムモデルに適用し、その効果を従来の静的量子化器を用いた負荷制御系と比較検討した。なお制御対象の負荷機器として電気自動車の搭載蓄電池を想定した。比較検討の結果、蓄電池グループの個数が少なくなると、静的量子化器による負荷制御の周波数変動抑制降下は低下していくが、動的量子化器の場合はグループ数が少なくても効果が低下しにくいことが分かった。なお、動的量子化器を用いた負荷制御では、蓄電池の充放電を頻繁に行うため、新たに短周期の変動を引き起こすことになり、その変動の抑制が今後の新たな課題になっている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
需要側調整資源の潜在量の推定については、アンケート調査結果の電子データ化と、空調機などの負荷機器の一世帯あたりの所有台数など、潜在量推定の基礎となるデータの整理を行ったが、負荷制御の実行可能条件を明らかにするための定量的パラメータを推定するまでには至っていない。令和4年度の前半までには、負荷機器を負荷制御で利用するための条件を経済性と負荷機器本来の機能の利便性の観点から定量的に明らかにし、その定量化された需要側調整資源の特性を表すパラメータを動的量子化器による負荷制御系に反映させて、周波数変動抑制における負荷制御の効果を評価する予定である。
負荷制御への動的量子化器の応用については、送配電ネットワークを考慮した電力システムの周波数制御系モデルを用いて、自律分散型構造の動的量子化器による負荷制御の有効性を評価するとともに、その課題も明らかにした。これらの成果を国際会議および国内学会において発表した。
需要側調整資源の利用における公平性を考慮した自律分散型負荷制御については、平均合意アルゴリズムと回帰モデルに基づくマルチエージェントシステムに、動的量子化器を組み込んだ負荷制御系を考案し、その基本的動作を簡略な電力システム周波数制御系モデルのシミュレーションにより検討した。
以上より、本研究の進捗状況はおおむね順調であると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は次の内容について研究を進める予定である。
まず需要側電力調整資源の潜在量の推定については、空調機や電気温水器などを負荷制御に利用する際の経済性から見た条件を明らかにする予定である。具体的には、火力電源等により周波数変動を抑制する際の費用と、需要家が負荷制御に参加する際の電気料金の割引額を比較することで、経済性の視点から見た負荷制御による抑制可能な周波数変動の大きさや、負荷制御に利用可能な需要側調整資源の量を推定する。
次に動的量子化器を応用した負荷制御系については、今年度明らかになった周波数に短周期変動を引き起こす問題の解決方法を検討する予定である。その一つの解決方法として、負荷制御の周期を長くし、かつ負荷変化を緩やかにする方法が考えられる。
需要側電力調整資源の利用公平性を考慮した自律分散型負荷制御については、今年度作成した動的量子化器を組み込んだ負荷制御系モデルのシミュレーションを通じて、利用公平性を達成するための平均合意アルゴリズムと回帰モデルの動的量子化器に対する整合性を評価する。そして需要側調整資源の利用公平性と周波数変動抑制を同時に達成する要件を明らかにする予定である。
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