CN102315667B - 蓄电池控制装置、蓄电池的控制方法及其规格确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蓄电池控制装置、蓄电池的控制方法及其规格确定方法。在设置了配电系统的蓄电池的系统中可抑制蓄电池的变动。该蓄电池控制系统由如下部分构成：蓄电池，设置在商用配电系统的馈电线；蓄电池，设置在柱上变压器至配电线分支的地点之间；通信网络，发送由计测器计测的数据；蓄电池控制量计算部，基于由通信网络获取的数据确定蓄电池控制量；负载数据收集部，收集组合了多个负载的电量和分散型电源的输出的电量数据；频率变换部，基于这些负载数据进行频率分析；中周期分量提取部，提取中周期分量；蓄电池控制量计算部，基于所提取的中周期分量确定蓄电池控制量；蓄电池控制指令发送部，将所确定的控制量以信号形式发送至各蓄电池。

Description

蓄电池控制装置、蓄电池的控制方法及其规格确定方法
技术领域
本发明涉及蓄电池控制装置、蓄电池的控制方法及蓄电池的规格确定方法，特别涉及适合于连接有分散型电源的系统的蓄电池控制装置、蓄电池的控制方法及蓄电池的规格确定方法。
背景技术
近年来太阳能发电和风力发电等的分散电源备受关注。一方面发电量都会受到自然环境影响，而另一方面却需要确保配电系统的稳定性，因此为了抑制由此引起的变动，例如公知一种如下技术，即较之配电系统的柱上变压器在终端的负载侧配置蓄电池，从而调整供需平衡的技术。
作为这种技术，在控制蓄电池时，公知对应于发电机的发电量逆向流过稳定的电力。例如，在JP特开平9-135536号公报(专利文献1)中有所记载。此外，公知如下的现有技术，即检测发电机的发电状态以及系统的负载状态并基于这些状态控制蓄电池的充放电状态。例如，在JP特开平8-308104号公报(专利文献2)中有所记载。
专利文献1：JP特开平9-135536号公报
专利文献2：JP特开平8-308104号公报
在系统的变动分量中包含短周期分量、中周期分量、长周期分量，但在专利文献1和专利文献2所述的技术中，以所有这些分量作为对象来控制蓄电池，为了补偿短周期分量的变动，由于短周期分量在比较短的时间内变动，因此基于响应速度的要求，蓄电池和控制装置的成本容易变高；此外，为了补偿长周期分量的变动，由于长周期分量在比较长的时间内变动，因此需要相应的蓄电池容量，这样蓄电池成本容易变高。
此外，在上述现有技术中，无法进行与蓄电池的设置场所相应的蓄电池控制，因此，无法进行与负载变动相应的合适控制。
此外，在上述现有技术中，由于蓄电池的容量容易变得较大，这样无法获得合适的规格。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的至少一个问题，为了解决其中一个例示的问题提供一种能够以较廉价的方式组装系统从而抑制系统变动的蓄电池控制装置、蓄电池的控制方法及蓄电池的规格确定方法。
为了实现上述目的，本发明的蓄电池控制装置控制与系统连接的蓄电池，构成为具有：负载数据收集部，收集系统的负载；分量提取部，从所述负载数据中提取比规定频率大的分量；和控制部，根据提取的分量控制蓄电池。
或者，本发明的蓄电池控制装置控制与连接有多个负载和多个分散型电源的配电系统连接的蓄电池，该蓄电池控制装置构成为蓄电池设置在柱上变压器至低压配电线分支的区间，所述蓄电池控制装置具有：通信网络，经由通信线路从设置在柱上变压器至低压配电线分支的区间的计测器获取数据；和蓄电池控制量确定部，基于由通信网络获取的计测信息来确定蓄电池的控制量。
或者，本发明的蓄电池控制装置控制与连接有多个负载和多个分散型电源的配电系统连接的蓄电池，该蓄电池控制装置构成为蓄电池设置在馈电线至高压配电线分支的区间，所述蓄电池控制装置具有：通信网络，经由通信线路获取从设置在馈电线至高压配电线分支的区间的计测器得到的数据；和蓄电池控制量确定部，基于由通信网络获取的计测信息来确定蓄电池的控制量。
或者，本发明的蓄电池控制装置控制与连接有多个负载和多个分散型电源的配电系统连接的蓄电池，该蓄电池控制装置构成为蓄电池设置在低压配电线分支点至终端侧之间，所述蓄电池控制装置具有：通信网络，经由通信线路获取从设置在低压配电线分支点至终端侧之间的计测器得到的数据；和蓄电池控制量确定部，基于由通信网络获取的计测信息来确定蓄电池的控制量。
或者，构成为：将系统的负载作为负载数据进行收集，从负载数据中提取比规定频率大的分量，基于提取的分量确定与系统连接的蓄电池的规格。
根据本发明之中的规定结构，由于短周期分量变动较快，因此多数情况下在所连接的其他配电系统中被抵消，此外对于长周期分量可预测较大的负载变动图形从而在发电机侧先进行控制，本发明着眼于上述技术点，能有效地控制蓄电池。此外，根据其他结构，可进行与蓄电池的设置场所相应的蓄电池控制。此外，根据其他结构，可以减小蓄电池的容量从而获取合适的规格。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的蓄电池理想控制系统的结构图。
图2是夏季和中间季的柱上变压器的负载图形的一例的图。
图3是夏季和中间季的配电系统所连接的分散型电源的一例的太阳能发电的发电量图形的图。
图4是夏季和中间季的柱上变压器的多个负载的负载量和作为分散型电源一例的太阳能发电的发电量合计之后的一例负载图形的图。
图5是表示基于夏季和中间季的柱上变压器的合计出的负载量进行频率分析并分解成各周期分量的频率和负载量的关系的图。
图6是表示每时间的逆傅里叶变换之后的结果的图。
图7是夏季和中间季的馈电线上的负载图形的一例。
图8是表示进行夏季和中间季的馈电线上的负载的频率分析并分解成各周期分量之后的频率与负载量的关系的一例的图。
图9是本发明的一个实施方式的蓄电池理想控制系统的结构图。
图10是在夏季和中间季的靠近低压配电线的分支点的终端侧设置蓄电池时的负载图形的一例的图。
图11是表示在夏季和中间季的靠近低压配电线的分支点的终端侧设置蓄电池的情况下基于由计测器所计测的负载量进行频率分析分解成各周期分量的频率与负载量的关系的图。
图中：
1：蓄电池控制量确定装置；1-1：负载数据收集部；1-2：频率变换部；1-3：中周期分量提取部；1-5：蓄电池控制量计算部；1-6：蓄电池控制指令部；1-8：BPF截止频率确定部；1-10：蓄电池容量确定部；1-11：蓄电池控制指令发送部；8：通信网络；10：蓄电池理想控制系统；11：配电用变电所；12、23、24、31：计测器；13、21、22、32：蓄电池；14、15：柱上变压器；16：馈电线；17：高压配电线；18：低压配电线；25、26、28、29：负载；27、30：分散型电源。
具体实施方式
图1是本发明的一个实施方式的配电系统的蓄电池理想控制系统10的结构图。在图1中，蓄电池理想控制系统10由在商用配电系统的馈电线16设置的蓄电池13、在柱上变压器14、15至低压配电线18分支的地点之间设置的蓄电池21、22、发送由计测器12、23、24所计测的数据的通信网络8、基于从通信网络得到的数据来确定蓄电池控制量的蓄电池控制量确定装置1构成。
蓄电池控制量确定装置1由如下部件构成：负载数据收集部1-1，收集组合了多个负载25、26、28、29的电量和分散型电源27、30的输出的电量数据；频率变换部1-2，基于这些负载数据进行频率分析；BPF截止频率确定部1-8，调谐基于蓄电池响应速度信息1-7变换之后的频率的带通滤波器(BPF)；中周期分量提取部1-3，以截止频率提取中周期频率；BPF截止频率学习部1-9，学习BPF截止频率；频率逆变换部1-4，根据提取出的中周期分量进行逆变换；蓄电池控制量计算部1-5，确定蓄电池控制量；蓄电池控制指令部1-6，基于所确定的进行控制指令输出；蓄电池控制指令发送部1-11，将控制指令以进行控制的信号的方式发动至蓄电池13、21、22；和蓄电池容量确定部1-10，基于中周期分量提取部1-3的输出确定蓄电池的容量。
首先，说明通过在柱上变压器14至低压配电线的分支点之间设置的计测器23确定蓄电池21的规格(容量)和控制量的方法。
此外，为了观察夏季和中间季(春季、秋季)的控制量的变化，对两个季节的数据进行叙述。
图2表示夏季和中间季的柱上变压器所连接的合计负载的一天的负载曲线，图3表示作为分散型电源27的一例在太阳能发电情况下的夏季和中间季的一天的发电量曲线。此外，图4表示由计测器23在合成了负载25、负载26和作为分散型电源27的一例的分散型电源27(太阳能发电)的发电量的柱上变压器14所计测的夏季和中间季的负载曲线。
由图4可知在太阳能发电的情况下因为白天进行发电所以白天的负载量减少。在从图1的柱上变压器14至低压配电线18的分支点之间由计测器23所计测的负载量每隔几秒被送往通信网络8，由负载数据收集部1-1收集该负载量。基于所收集的负载量的数据，由频率变换部1-2进行图5所示的频率分析。该频率分析通过以下的式(1)所示的傅里叶变换来执行。作为傅里叶变换可以采用高速FFT。
f ^ ( ξ ) = ∫ - ∞ ∞ f ( x ) e - 2 πixξ dx ‾ x：时间[s]，ξ：频率[Hz]    ...(1)
基于频率变换之后的结果由中周期分量提取部1-3取得截止频率1至截止频率2的分量。也就是说，滤掉比截止频率1低的分量，或者实质上与滤掉同样地使其衰减。也滤掉比截止频率2高的分量，或者实质上与滤掉同样地使其衰减。在此，中周期分量(截止频率1～截止频率2的分量)由BPF(带通滤波器)提取。该截止频率1和截止频率2可以由BPF截止频率确定部1-8确定。
BPF截止频率确定部1-8参照蓄电池响应速度信息1-7来确定截止频率1和截止频率2。在此，如果蓄电池响应速度快，则使截止频率1和截止频率2偏向于频率较短的一方，而如果蓄电池响应速度慢则使截止频率1和截止频率2偏向于频率较长的一方。另一方面，反映出BPF截止频率学习部1-9的学习结果。此外，在此作为典型的例子将截止频率1设为0.0005Hz，将截止频率2设为0.03Hz，例如优选在0.00005Hz～0.005Hz的范围内学习截止频率1，在0.003Hz～0.1Hz的范围内学习截止频率2。
通过BPF截止频率确定部1-8确定由负载变动的图形、即每个地域的负载特性所提取的频率。此外，在BPF截止频率确定部1-8中，由于考虑到负载变动分量会因配电系统的结构变化时或季节性的变动等外在的因素而变化，因此使BPF截止频率学习部1-9具备学习功能，以便能够在负载变动分量变化时改变截止频率。通过仅提取中周期分量，从而可以不必补偿图5所示的频率小(周期大)的分量，就能够削减蓄电池的容量。
BPF截止频率学习部1-9例如判断图5所示的线性频谱之中在比截止频率1仅小规定频率的范围内(截止频率1的附近)是否没有大于规定频率的分量，如果有则减小截止频率使得包含该分量。
此外，例如判断图5所示的线性频谱之中在比截止频率2仅大规定频率的范围内(截止频率2的附近)是否没有大于规定频率的分量，如果有则增大截止频率使得包含该分量。
此外，截止频率1与截止频率2之间的各分量的数据由中周期分量提取部1-3例如按照每几十个的方式收集一年。该数据被一年一年的积累。
在BPF截止频率确定部1-8中，对于各分量存储过去12个月的平均值，确定其中最大的分量(峰值)的频率。同样，存储过去3个月的平均值，确定其中最大的分量(峰值)的频率。根据基于12个月平均值的峰值频率和基于3个月平均值的峰值频率的偏差值来运算截止频率1和截止频率2的修正量。该修正量的运算例如一年执行4次(3月、6月、9月、12月)。在实际的控制中反映截止频率1和截止频率2变更的是9个月之后。也就是说，在9个月期间内不会将该修正用于控制。此外，代替9个月的更新，也可以在配电系统变化时或最大值变更时等的事件发生时重新估计，或者按季节变化来变更。
该截止频率1和截止频率2之间的频谱由中周期分量提取部1-3例如按每隔几十分钟的方式积累一年，因此，蓄电池容量确定部1-10在所积累的频谱之中将图5所示的频谱中最大的分量(或者比该分量大规定量的分量)设定为蓄电池容量。
也就是说，蓄电池容量确定部6将所提取的中周期分量的负载变动的变化中较大的负载变动量确定为容量。也就是说，补偿图5所示的容量即可。
接下来，说明通过蓄电池控制指令发送部1-11将蓄电池控制指令部1-6所确定的控制量发送至蓄电池21进行控制的顺序。
频率逆变换部1-4通过以下的式(2)对中周期分量提取部1-3提取出的截止频率1至截止频率2的分量进行逆傅里叶变换。逆傅里叶变换可以采用高速的逆FFT。
f ( x ) = ∫ - ∞ ∞ f ^ ( ξ ) e - 2 πixξ dξ ‾ x：时间[s]，ξ：频率[Hz]    ...(2)
根据该逆傅里叶变换之后的结果，蓄电池控制量计算部1-5计算控制量。
图6表示逆傅里叶变换之后的结果。作为逆傅里叶变换的结果的负载电力P(kW)随着时间(s)变化。例如，在图6中时间t0(s)处逆傅里叶变换的结果是P0kW，与作为目标电力P*的规定值(例如5kW)进行比较，如果大于作为该目标电力P*的规定值(例如5kW)，则按照蓄电池21、22吸收(充电)偏差值(P*-P0)使得作为逆傅里叶变换的结果的该分量成为作为目标电力P*的规定值(例如5kW)的方式来计算蓄电池控制量。
另一方面，在时间t1(s)处逆傅里叶变换的结果是P1kW，与作为目标电力P*的规定值(例如5kW)进行比较，如果小于作为该目标电力P*的规定值(例如5kW)，则按照蓄电池21、22补充(放电)偏差值(P*-P1)使得作为逆傅里叶变换的结果的该分量成为作为目标电力P*的规定值(例如5kW)的方式来计算蓄电池控制量。
在此，如上述按照逆傅里叶变换的结果成为规定值(例如5kW)的方式进行控制，但在变动幅度(负载的偏差)较大的情况和较小的情况下也可以变更。此外，例如若逆傅里叶变换之后的结果大于5kW的期间持续，则例如可以变更目标电力P*使其成为5+ΔPkW的负载电力，此外，若逆傅里叶变换之后的结果小于规定值(5kW)的期间持续，则例如可以变更目标电力P*使其成为5kW-ΔP的负载电力。此外，虽然将规定值设为5kW，但也可按照季节变动在一天内经过的时刻而变更为适当的值。
当然，蓄电池控制量也可以根据蓄电池21、22的状态进行修正。也就是说，如果蓄电池的蓄电量较少则抑制放电，另外如果蓄电池的蓄电量接近上限则抑制充电。再有，当蓄电池控制指令部1-6指示传送该控制量时，蓄电池控制指令发送部1-11对蓄电池21、22发出指令。
根据该结构，能够由所设置的蓄电池21针对各个柱上变压器确定控制量，可以控制最合适的控制量。因此，能够削减蓄电池的容量，并且能够减少配电线的线路容量，因此，也可减轻对配电系统的负担，从而有助于削减设备管理费。
接下来，作为其他实施例，说明由在馈电线16至高压配电线的分支点之间设置的计测器12来确定蓄电池13的控制量的方法。此外，仅说明与上述说明的实施例不同的部分，由于其他部分相同因此省略说明。
图7表示在馈电线16由计测器12计测的夏季和中间季的负载曲线。在图1的馈电线16至高压配电线17的分支点的区间由计测器12计测的负载量每隔几秒被送往通信网络8，由负载数据收集部2收集该负载量。基于所收集的负载量的数据由频率变换部1-2进行图8所示的频率分析，确定要提取的中周期分量。在此，中周期分量是作为截止频率1至截止频率2的分量提取的。中周期分量提取部1-3能够基于截止频率确定部1-8的截止频率来确定要提取的频率分量，因此，可由BPF截止频率确定部1-8确定基于负载变动的图形、即每个地域的负载特性所提取的频率。此外，在BPF截止频率确定部1-8中，由于考虑到负载变动分量会因配电系统的结构变化时或季节性的变动等外在的因素而变化，因此使BPF截止频率学习部1-9具备学习功能，以便能够在负载变动分量变化时改变截止频率。此外，所提取的中周期分量是几十秒至几十分钟的周期分量。通过仅提取中周期分量，从而可以不必补偿图8所示的频率较小(周期较大)的分量，就能够削减蓄电池的容量。接下来，由蓄电池控制量计算部1-5和蓄电池容量确定部1-10将所提取的中周期分量的负载变动的变化中较大的负载变动量确定为控制量。也就是说，只要补偿图8所示的控制量即可。再有，通过蓄电池控制指令发送部1-11将蓄电池控制指令部1-6所确定的指令值发送至蓄电池13进行控制。根据这种结构，所设置的蓄电池13能够确定每个馈电线16的控制量，可以控制最合适的控制量。因此，在因布局条件或成本等问题无法设置于柱上变压器14的情况下，仅在馈电线至高压配电线的分支点的区间、或者柱上变压器至低压配电线的分支点的区间设置蓄电池，也能够削减蓄电池的容量，并且能够减少配电线的线路容量等，因此，也可以减轻对配电线的负担，从而有助于削减设备管理费。设置馈于电线16的优点在于：能补偿低压配电线18无法吸收的变动。
接下来，说明通过柱上变压器14下方的低压配电线18的分支点至终端侧的区间所设置的计测器31确定蓄电池32的控制量的方法。
图9是本发明的一个实施方式的配电系统的蓄电池理想控制系统10的结构图。在图9中，蓄电池理想控制系统10由在配电系统的柱上变压器下方的低压配电线的终端侧设置的蓄电池32、对由计测器31所计测的数据进行发送的通信网络8、基于从通信网络得到的数据来确定蓄电池控制量的蓄电池控制量确定装置1构成。
图10表示由计测器31计测的夏季和中间季的负载曲线。图9的计测器31所计测的负载量每隔几秒被送往通信网络8，由负载数据收集部2收集该负载量。基于所收集的负载量数据由频率变换部3进行图10所示的频率变换，确定所提取的中周期分量。在此，中周期分量由中周期分量提取部1-3进行提取。由于能够通过截止频率确定所提取的频率分量，因此通过BPF截止频率确定部1-9确定由负载变动的图形、即每个地域的负载特性所提取的频率。此外，在BPF截止频率确定部1-9中，由于考虑到负载变动分量会因配电系统的结构变化时或季节性的变动等外在的因素而变化，因此使BPF截止频率学习部1-9具备学习功能，以便能够在负载变动分量变化时改变截止频率。此外，所提取的中周期分量例如是几十秒至几十分钟的周期分量。通过仅提取中周期分量，从而可以不必补偿图11所示的频率较小(周期较大)的分量，就能够由蓄电池容量确定部10削减蓄电池的容量。接下来，由蓄电池控制量计算部1-5将所提取的中周期分量的负载变动的变化中较大的负载变动量确定为控制量。也就是说，只要补偿图11所示的控制量即可。再有，由蓄电池控制指令部1-6将蓄电池控制量计算部1-5确定的控制量发送至蓄电池13进行控制。
根据这种结构，所设置的蓄电池32能够与图1的结构同样地确定控制量，可以控制最合适的控制量。不过，较之于将图1的蓄电池21设置在柱上变压器14至低压配电线18的分支点的区间的情况、或将蓄电池13设置在馈电线16至高压配电线17的分支点之间的区间的情况，会担心如果设置在终端侧则容量变大，但较之于补偿所有负载的变动分量的情况，可以削减容量。
这样，在本发明的实施例中，通过将蓄电池设置在柱上变压器至低压配电线分支的地点的区间、或者设置在馈电线至高压配电线分支的区间、或者设置靠近低压配电线分支的地点的终端侧，从而在多个负载和太阳能发电、风力发电、燃料电池等的分散型电源中，在蓄电池中仅控制中周期的变动分量，由此能够削减蓄电池的容量，并且不需要提高控制响应性。在此，短周期分量和长周期分量可在配电系统侧被吸收。这里，对于短周期分量，由于其变动快因此控制响应性快，有时在所连接的其他配电系统中被抵消，在火力发电机等的发电机的调速机中较快的变动也可被吸收。此外，对于长周期分量，由于其是几十分钟以上的变动等较大的分量，因此能够预测发电机较大的负载变动图形从而先进行控制，如果该周期分量也进行补偿则蓄电池的容量大。对于蓄电池的设置场所，设置在柱上变压器至低压配电线分支的期间、馈电线至高压配电线分支的区间、靠近低压配电线分支的期间的终端侧的任意一处、或者两处以上的组合，也能够获得同样的效果。
通过按每个低压配电线、每个变压器、每个馈电线来控制配电系统的电流(潮流)状态，从而能够统一管理负载和分散型电源，能够以较少的控制量来实现，并且可增加分散型电源的导入量。此外，在具有多个负载和分散型电源的低压配电线、变压器或馈电线至分支点的区间设置蓄电池，从而能够与系统分担多个负载和太阳能发电、风力发电、燃料电池等分散型电源的变动，能够在蓄电池仅吸收中周期分量，因此，可以削减蓄电池的容量，再有能够吸收变动分量，从而能够减轻变压器的容量或配电线的容量等电力设备的负担，这样可实现设备费用的降低。

Claims (5)

1.一种蓄电池控制装置，控制与系统连接的蓄电池，其特征在于，具有：
负载数据收集部，收集系统的负载数据；
BPF截止频率确定部，在由所述负载数据变换的频率中、确定第一截止频率以及比所述第一截止频率大的第二截止频率；
中周期分量提取部，基于由所述BPF截止频率确定部确定的截止频率，提取所述第一截止频率至所述第二截止频率的中周期分量；
控制部，根据提取出的所述分量控制所述蓄电池；和
BPF截止频率学习部，具备学习功能，以便能够在所述负载变动分量变化时改变所确定出的所述截止频率，
所述BPF截止频率确定部，基于表示对蓄电池的控制的响应速度的信息的蓄电池响应速度信息以及所述BPF截止频率学习部的参数信息，使所述第一截止频率以及/或者所述第二截止频率改变，
所述中周期分量提取部，根据变化的第一截止频率以及/或者第二截止频率来提取负载变动分量。
2.根据权利要求1所述的蓄电池控制装置，其特征在于，
所述BPF截止频率学习部，判断在所述中周期分量以外的每个频率的负载变动分量中，在比所述第一截止频率小规定频率的范围内是否没有大于规定频率的分量，如果有，则减小所述第一截止频率使之包含该分量；另一方面，判断在第二截止频率的附近是否没有大于规定频率的分量，如果有，则增大所述第二截止频率使之包含该分量。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电池控制装置，其特征在于，
所述BPF截止频率确定部，基于所述中周期分量的过去的数据，确定每个截止频率的负载变动分量的平均值最大的频率，基于被确定的所述截止频率，对所述第一截止频率以及/或者第二截止频率进行修正。
4.一种蓄电池的控制方法，控制与系统连接的蓄电池，其特征在于，
基于表示对蓄电池的控制的响应速度的信息的蓄电池响应速度信息，在由系统的负载数据变换的频率中使所确定出的第一频率以及比所述第一频率更大的第二频率发生变化，根据这些频率的变化，提取所述第一频率至所述第二频率的中周期分量，基于提取的所述分量控制蓄电池。
5.一种蓄电池的规格确定方法，确定与系统连接的蓄电池的规格，其特征在于，
基于表示对蓄电池的控制的响应速度的信息的蓄电池响应速度信息，在由系统的负载数据变换的频率中使所确定出的第一频率以及比所述第一频率更大的第二频率发生变化，根据这些频率的变化，提取所述第一频率至所述第二频率的中周期分量，基于提取的所述分量确定与系统连接的蓄电池的规格。
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