1、前言
自2012年7月施行固定價格收購制度以來，光伏發電的引入處于急速的進展中。例如，在日本的九州區光伏發電的設備容量，正以每月約15萬kW的速度增長。2014年度僅一年的時間就有約200萬kW的容量開始投運，2015年3月末已達到了469萬kW(表1，圖1)。
伴隨著光伏發電如此急速的發展，在電力供需的操作中，如何從穩定供電及經濟性兩方面正確地掌握光伏發電的功率，已成為至關重要的研究課題。
有關超高壓聯網的光伏發電的功率，是將遙測儀(telemeter)裝在直接中間供電的系統上，能夠實時的掌握實際的功率。另一方面，對于高壓、低壓聯網的光伏發電的功率，因未設遙測儀，原來是基于設備容量和天氣(晴天、陰天等)，利用excelbase的計算程序估算出功率(以下，稱原來的估算處理)。
但是在原來的估算處理中，因操作者進行天氣的判斷易出現個人的差異，而且對于功率的估算，按操作者的負擔每30分鐘僅更新1次左右，不能追蹤時時刻刻變化的天氣等，力圖提高光伏發電功率的估算精度則變成了難題和瓶頸(neck)。
為了解決處理好這一現狀，2014年4月(開始)將全天太陽輻照量*1數據實時地(每1分鐘)輸入到中部供電系統，由此，對光伏發電的功率引入了自動的估算處理，下面，對功率估算精度的程序予以介紹。
*1 全天太陽輻照量=直達的太陽輻照+散亂的太陽輻照
直達太陽輻照：從太陽直接到達地上的光
散亂太陽輻照：太陽光由大氣中的粒子等散亂、反射而到達地面的光
2、提高光伏發電功率的估算精度
2.1原來的估算處理存在的問題
對于原來的估算處理存在以下的問題：
(1)中間供電系統上，由遙測儀輸入功率數據的超高壓聯網光伏發電的功率，與由估算處理算出的值進行比較時，由估算處理算出的值比實際的功率低(圖4)。
(2)功率估算的革新，天氣輸入至程序中及功率估算值輸入至中部供電系統(圖5)等，由于向系統的人工輸入次數增加，考慮操作者的負擔而每30分鐘進行一次，故不能跟蹤時刻都在變化的天氣變化。
(3)對天氣的判斷(陰天的情況)，由于操作者的感覺程度不一，容易出現因人而異。
2.2引入新的估算處理
為了處理2.1節中的第一個問題(遙測儀值與估算值的偏差)，本公司的綜合研究所正進行研究的全天太陽輻照量與光伏發電功率的關系，由此導出功率轉換系數，利用該系數進行了功率估算的處理。
(1)全天太陽輻照量與光伏發電功率的關系
由設置在九州各地的太陽輻照強度計觀測的全天太陽輻照量，與光伏發電功率的相互關系如圖2所示。從這一相關的圖形可說明以下幾點：
① 全天太陽輻照量與光伏發電功率大致上是呈比例關系，能用1次方程式近似表示(該式的常數相當于功率變換系數)。
② 由1次式近似的各月的直線斜度是不同的，這就意味著每個月的變換系數不同。
③ 全天太陽輻照量即使相同，氣溫高的7月，光伏發電的功率有變小的傾向。
表1：設備容量的情況(2015年3月末)
基于全天太陽輻照量的光伏發電功率估算值，能由下面的1次式表示。
估算值(事業用)= a×全天太陽輻照量×設備容量
估算值(住宅用等)= a×全天太陽輻照量×設備容量-自家消費率×設備容量(a：功率變換系數)
功率變換系數，實際上每個發電所都存在，但要獲得全部發電所的信息是有困難的。因此對全天太陽輻照量與太陽光伏發電功率進行實測7個地點的系數采用平均值，而且考慮到功率變換系數按太陽光的入射角及周圍溫度等而有所不同，故每個月都設定了系數(圖3)。
設置于住宅用等光伏發電的自家消費率，根據過去5年的實際數據，每月均進行了設定。
通過將功率輸入中間供電系統的超高壓聯網光伏發電，實際功率與新的估算處理結果進行了比較，晴天時與陰天時一起，均得到大概一致的結果，故能確認這次估算處理的有效性(圖4)。
2.3實時的全天太陽輻照量數據的輸入
為了相應處理2.1節的第2(不能追蹤天氣的變化)、第3(天氣的判斷容易出現因人而異的偏差)等問題，從氣象臺觀測到的全天太陽輻照量數據實時地(每1分鐘)輸入中間供電系統，由此能跟蹤時刻變化的天氣，與此同時，不存在操作者的判斷差異，高壓、低壓聯網的光伏發電功率均能自動的估算(圖5)。
新的估算處理中，例如，實際在天陰地區哪怕是一部分，太陽輻射強度計一旦陰天天氣，由該太陽輻射強度計觀測的全天太陽輻照量就要下降，根據這一太陽輻照強度計的值，進行估算處理的全部光伏發電(高壓、低壓聯網)的功率，同樣下降，故實際的功率與估算值產生偏差。如果全天太陽輻照量的觀測地點越少，這一偏差值則越容易增大。
鑒于這一原因，現在對此進行改進，將全天太陽輻照量的觀測地點進行了補充。當初，由8個點的觀測地點(圖6，九州各縣及下關的氣象臺)開始估算處理。迄至2015年4月末已追加到現在的16個觀測地點，按照合計24個點的太陽輻照強度計的值進行著功率估算。2015年度中期已達到46個點(含氣象臺)的擴充數字。
此外，關于功率變換系數和自家消費率，累積實績數據，據此設定每時間(每小時)的系數和消費率等，可對光伏發電功率估算的精度進一步提高。
3.1功率預測存在的問題及預測方法的改善
一方面要確保當天及次日以后對供需計劃提供適當的供給能 力，一方面為了實現更高的經濟性，則必須對光伏發電的功率進行正確的預測。
與上面所述功率估算相同，功率的預測迄今為止，采用按天氣預報(晴，陰轉晴等)的原來估算處理，進行當天及次日以后的功率預測。但如2.1節所述那樣，存在光伏發電功率的預測誤差。
為此，從2014年10月以來，根據氣象公司提供的全天太陽輻照量預測(表2)進行功率估算及由相同的邏輯(logic)進行功率預測。利用當日及次日以后的供需計劃，當日的功率預測，由當日4時發布信息的全天太陽輻照量預測算出;次日以后的功率預測，由前日16時發布信息的全天太陽輻照量預測算出。
表2：全天太陽輻照量預測概要
3.2預測與實際值的誤差
由當日4時分配信息的全天太陽輻照量預測算出太陽光伏發電的功率預測與根據在線(on-line)輸入的全天太陽輻照量的功率估算實際值，從2014年10月到2015年3月的數據比較結果，從表3可看到：產生的誤差月平均*2約為200MW，日平均*3最大約為500MW。圖7所示為天氣預報那樣變化過程的1天和天氣與預報情況不同的1天，功率預測與實際值產生偏差為1000MW的事例。
表3：功率預測誤差(MW)
*2 每1小時的功率預測值與功率估算實際值的誤差(絕對值)，按1個月的平均值
*3 每1小時的功率預測值與功率估算實際值的誤差(絕對值)，按1日的平均值
3.3功率預測精度的進一步提高
今后，在當時的天氣條件下，對全天太陽輻照量的預測值與實際值誤差容易變大的情況，進行了分析和掌握，能有效利用供需計劃的同時，為提高當日數小時前全天太陽輻照量的預測精度，有效的利用氣象衛星圖像等，針對光伏發電功率預測精度的進一步提高，必須重點進行研究。
參考文獻：
1.渡邊征洋 太陽光發電出力推計の精度向上 《電氣評論》 2015.10 P71—P74
2.坂田知昭，本田一則，駒見 慎太郎 全天日射量から太陽光發電出力を推定すゐ手法の一檢討 《電氣評論》 2016.6 P70—P73
FR：索比光伏網 ?鄧隱北 吳曉靜
