JP2000201435A - 電力貯蔵装置の運用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力系統の短絡発生時に電力貯蔵装置からこ
の系統に短絡電流が流出するのを防止する。 【解決手段】 電力貯蔵装置は、電力を一時蓄える電力
貯蔵部２と電力の充放電を制御する充放電部３とを備
え、予め定められた特定負荷４ｂを充放電部３の、系統
５との連系点側とは反対側に接続する。夜間、充放電部
３のコンバータ３ａにより系統５から夜間電力を電力貯
蔵部２に充電し、昼間、充放電部３のインバータ３ｂに
より電力貯蔵部２に蓄えられた夜間電力を、特定負荷４
ｂにのみ供給し、系統側には出力しないように電力貯蔵
装置を運用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池などの電
力貯蔵装置を用いて負荷平準化を行う際の電力貯蔵装置
の運用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図５に系統と連系された従来の二次電池
などを用いた電力貯蔵装置の構成図を示す。電力貯蔵装
置１は二次電池など電力貯蔵部２と、主として双方向イ
ンバータ３ｃからなる充放電部３とからなり、電力貯蔵
部２は充放電部３を介して系統５に連系されており、負
荷４ａ，４ｂおよび４ｃが電力貯蔵装置１の系統連系点
側に接続されている。負荷４ａ，４ｂは昼間に稼働する
負荷であり、負荷４ｃは夜間に稼働する負荷である。こ
こで、電力貯蔵装置１がない場合、その電力負荷曲線は
図６の実線のようになり、負荷率が悪い状態になってい
る。そのため、電力貯蔵装置１を図５のように接続し、
夜間、系統から負荷４ｃに電力を供給すると共に、充放
電部３より系統の交流電力を直流電力に変換して、電力
貯蔵部２に蓄え、昼間の電力ピーク時に蓄えた直流電力
を充放電部３によって交流電力に変換し、系統５の電圧
に同期させて系統５と連系し、負荷４ａ，４ｂに電力を
供給している。負荷４ａ，４ｂおよび４ｃは系統５と電
力貯蔵装置１とから電力を供給されており、図６の点線
のように、電力貯蔵装置１がない場合に比べて系統５が
担う昼間のピーク電力値を引き下げ、負荷平準化が行え
ている。

【０００３】このような系統と連系して運用する電力貯
蔵装置１は系統の異常を検出して装置を保護するために
図示しない系統連系保護装置を有している。この系統連
系保護装置は、一般に過電圧継電器（OVR）、不足電圧
継電器（UVR）、過周波数継電器（OFR）、不足周波数継
電器（UFR）、単独運転検出継電器などの継電器からな
っており、この各継電器は誤動作を防止するため、所定
の検出レベルと時限を持たせて作動するように設定され
ている。つまり、各継電器は系統を常に監視し、検出レ
ベルより大きい異常を検出するとタイマーで時間を計測
し、設定時限より長く異常が継続したとき、充放電部３
の出力を停止させるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上位系
統（図５のＡ点）で短絡事故が発生した場合、電力貯蔵
装置１は内部の図示しない系統連系保護装置の機能によ
り、系統異常を検出して所定の動作時限後に電力貯蔵装
置１の運転を停止するが、異常を検出してから停止する
までの間、電力貯蔵装置１は系統に短絡電流Ｉｂを供給
することになり、それは結果的に上位系統の短絡電流が
増加したことになる（Ｉａ＋Ｉｂ）。上位系統に増加し
た短絡電流を遮断できない回路遮断器（例えば６）が存
在し、その下位で短絡事故（Ａ点）が発生した場合、事
故点の切り離しが正常に行えず、短絡事故が他の需要家
に波及する可能性がある。このように電力貯蔵装置を系
統と連系して使用する場合、連系した系統の短絡容量は
連系した電力貯蔵装置１の容量の１．０倍から１．５
倍、短絡容量が増加することになる。この場合、連系し
た上位の系統に設置された回路遮断器の中に短絡容量が
不足するものがある場合、その系統への電力貯蔵装置１
の連系が行えなくなり、今後の新型電池を活用した電力
負荷平準化機器等の普及に大きな問題となる。

【０００５】本発明は、電力系統の短絡発生時にこの系
統に短絡電流が流出するのを防止する電力貯蔵装置を提
供することを課題としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、次のような手
段によって上述した課題を解決している。

【０００７】本発明の請求項１に記載の発明は、夜間電
力を貯蔵し、昼間のピーク時に負荷に供給することによ
り、負荷平準化を行う電力貯蔵装置の運用方法におい
て、電力貯蔵装置は、電力を一時蓄える電力貯蔵部と電
力の充放電を制御する充放電部とからなり、予め定めら
れた特定負荷が充放電部の、系統との連系点側とは反対
側に接続され、電力貯蔵部に蓄えられた夜間電力を昼間
のピーク時に特定負荷のみに供給し、系統側に出力しな
いことを特徴としており、これにより次のような作用を
有する。すなわち、系統側へ電力を出力せずに特定負荷
のみに電力を供給するように電力貯蔵装置を運用するの
で、連系する系統に短絡事故が発生しても電力貯蔵装置
から系統に短絡電流を流出しない。

【０００８】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に係る電力貯蔵装置の運用方法であって、充放電部
は、系統に接続されるコンバータと特定負荷に接続され
るインバータとからなり、電力貯蔵部はコンバータとイ
ンバータの間で分岐して接続されており、夜間、コンバ
ータにより系統から夜間電力を電力貯蔵部に充電し、昼
間、インバータにより電力貯蔵部に蓄えられた夜間電力
を、特定負荷にのみ供給することを特徴としており、こ
れにより次のような作用を有する。すなわち、夜間、コ
ンバータにより系統から電力貯蔵部に充電し、昼間、イ
ンバータにより電力貯蔵部から特定負荷にのみ電力を供
給するように電力貯蔵装置を運用するので、連系する系
統に短絡事故が発生しても電力貯蔵装置から系統に短絡
電流を流出しない。

【０００９】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１に係る電力貯蔵装置の運用方法であって、充放電部
は、系統への接続と特定負荷への接続とを切り替える充
放電切り替えスイッチと電力の充放電を制御する双方向
インバータとからなり、電力貯蔵部は双方向インバータ
の充放電切り替えスイッチとは反対側に接続され、夜
間、充放電切り替えスイッチを系統側にして、双方向イ
ンバータにより電力貯蔵部に系統から夜間電力を充電
し、昼間、充放電切り替えスイッチを特定負荷側にし
て、双方向インバータにより電力貯蔵部に蓄えられた夜
間電力を特定負荷のみに供給することを特徴としてお
り、これにより次のような作用を有する。すなわち、夜
間の系統からの充電と昼間の特定負荷への放電を、切り
替えスイッチと双方向インバータにより確実に切り替え
るように電力貯蔵装置を運用するので、連系する系統に
短絡事故が発生しても電力貯蔵装置から系統に短絡電流
を流出しない。

【００１０】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
１ないし３のいずれか１つに係る電力貯蔵装置の運用方
法であって、系統に対し、充放電部と並列に系統へのバ
イパス回路を設け、特定負荷と充放電部との間にバイパ
ス回路と充放電部への回路を切り替えるバイパス切り替
えスイッチを設け、電力貯蔵部から特定負荷に電力供給
できない場合に、バイパス切り替えスイッチをバイパス
回路側に切り替えて、系統から特定負荷に電力を供給す
ることを特徴としており、これにより次のような作用を
有する。すなわち、系統が正常時に充放電部または電力
貯蔵部が故障しても特定負荷に電力を供給でき、かつ、
連系する系統に短絡事故が発生しても電力貯蔵装置から
系統に短絡電流を流出させない。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。 第１の実施の形態 図１は、本発明の第１の実施の形態の電力貯蔵装置の構
成を示す図である。電力貯蔵装置１は、昼間の負荷４ａ
と夜間の負荷４ｃとが並列に系統５に接続されている。
電力貯蔵装置１は、二次電池などからなる電力貯蔵部２
と充放電部３からなっており、充放電部３はコンバータ
３ａとインバータ３ｂとから構成されている。電力貯蔵
部２は、コンバータ３ａとインバータ３ｂの接続部から
分岐されて接続されており、コンバータ３ａは系統に接
続され、インバータ３ｂには特定負荷４ｂが接続されて
いる。ここで、電力貯蔵部２は、鉛蓄電池、ＮａＳ電
池、レドックスフロー電池、亜鉛臭素電池などの電力貯
蔵用２次電池、電気二重層コンデンサなどのコンデン
サ、超電導コイル、フライホイールなど公知の電力貯蔵
手段を使用できる。コンバータ３ａは、系統の交流電力
を直流電力に変換して二次電池などの電力貯蔵部２に電
力を充電するもので、系統からの充電力率を１または任
意に設定する機能をもち、入力電流波形の歪みは例えば
総合５％以下、各次３％以下に制御する機能を持ってい
る。インバータ３ｂは、電力貯蔵部２に蓄えられた直流
電力を交流電力に変換して特定負荷に電力を供給するも
ので、一般に一定周波数一定電圧の出力を持っている。
特定負荷４ｂは、需要家の負荷４ａ，４ｂおよび４ｃの
内、昼間の電力需要のピークを形成している負荷の一部
であって、電力貯蔵装置１から電力を供給することで負
荷の平準化に寄与するものを予め選定して設置される。
したがって、特定負荷４ｂは、１種類とは限らず、複数
種類で、負荷パターンの異なるものであってもよい。電
力貯蔵部２および充放電部３の容量は、特定負荷４ｂの
負荷パターンから十分電力供給に余裕のあるように決定
される。

【００１２】次に電力貯蔵装置１の運用方法について説
明する。夜間の電力需要の少ないとき、系統から夜間の
負荷４ｃに電力を供給するとともに、電力貯蔵装置１内
のコンバータ３ａにより系統の交流電力を直流電力に変
換して二次電池などの電力貯蔵部２に夜間電力を貯蔵し
ておく。充電が完了すると、コンバータ３ａは停止す
る。昼間、系統から負荷４ａに電力を供給するととも
に、特定負荷４ｂに対しては二次電池などの電力貯蔵部
２から夜間蓄えた直流電力をインバータ３ｂを動作させ
ることにより、交流電力に変換して供給する。したがっ
て、電力貯蔵装置１は、特定負荷４ｂのみに電力を供給
し、負荷４ａ，４ｃには電力を供給しない。この特定負
荷４ｂは昼間の電力ピークを形成するものであるので、
この負荷に対し、夜間電力を電力貯蔵装置１で蓄えて昼
間にこの特定負荷４ｂにこの貯蔵していた電力を使用す
ることにより、ピーク時の系統の使用電力を抑えること
ができ、すなわち負荷平準化に寄与することができる。

【００１３】従来技術の方法でも同様な負荷平準化を行
うことができるが、もし、電力貯蔵装置が放電状態の時
に系統が短絡事故などを起こした場合、従来技術のよう
な運用方法では事故点の回路遮断器に電力貯蔵装置１か
ら短絡電流が流出し、安全に遮断できないおそれがあっ
た。本発明の構成および運用方法によると、充電時に短
絡事故が起こっても充電ができなくなるだけで電力貯蔵
装置１から短絡電流を系統に流出することはない。ま
た、放電時に短絡事故が起こってもコンバータ３ａは停
止しているので、電力貯蔵装置１から短絡電流を系統に
流出することはない。この方法によると、いつ短絡事故
が連系する上位の系統で発生しても電力貯蔵装置１から
短絡電流を系統に流出する心配はないので、遮断器の短
絡容量を気にせず電力貯蔵装置１を設置することができ
る。また、停電が長時間にわたるような非常時の場合で
も、特定負荷には二次電池などの電力貯蔵部２で蓄えら
れている電力の範囲で電力供給可能である。

【００１４】第２の実施の形態 図２は、本発明の第２の実施の形態の電力貯蔵装置の構
成を示す図である。充放電部３は、双方向インバータ３
ｃと充放電切り替えスイッチ３ｄからなっており、双方
向インバータ３ｃと二次電池などの電力貯蔵部２が接続
され、充放電切り替えスイッチ３ｄは、充電時には系統
側に、放電時には特定負荷４ｂ側に切り替わるよう系統
５と特定負荷４ｂにそれぞれ接続されている。その他
は、第１の実施の形態と同様である。

【００１５】ここで双方向インバータ３ｃは、１つのイ
ンバータの制御方法により、充電および放電の両方を行
うことができるもので、第１の実施の形態で示したコン
バータとインバータを用いる場合に比べて、コンパクト
化とコストダウンとが図れる。また、充放電切り替えス
イッチ３ｄは機械式でも良いが、半導体式であってもよ
く、両方を装備していてもよい。

【００１６】次に電力貯蔵装置１の運用方法について説
明する。夜間の電力需要の少ないとき、系統から夜間の
負荷４ｃに電力を供給するとともに、電力貯蔵装置１内
の充放電切り替えスイッチ３ｄを充電側にして、双方向
インバータ３ｃを充電モードで運転し、系統の交流電力
を直流電力に変換して二次電池などの電力貯蔵部２に夜
間電力を貯蔵しておく。充電が完了すると、双方向イン
バータ３ｃは停止する。昼間、系統から負荷４ａに電力
を供給するとともに、特定負荷４ｂに対しては充放電切
り替えスイッチ３ｄを放電側に切り替え、双方向インバ
ータ３ｃを放電モードで運転することにより、電力貯蔵
部２で夜間蓄えた直流電力を、交流電力に変換して供給
する。充放電切り替えスイッチ３ｄの切り替え方向と双
方向インバータの充電または放電の運転モードが一致す
るように制御系の保護が設けられている。したがって、
電力貯蔵装置１は、特定負荷４ｂのみに電力を供給し、
負荷４ａ，４ｃには電力を供給しない。

【００１７】この運用方法によると系統が正常時、負荷
平準化に寄与することができるとともに、いつ短絡事故
が連系する上位の系統で発生しても電力貯蔵装置１から
短絡電流を系統に流出する心配はないので、遮断器も短
絡容量を気にせず電力貯蔵装置１を設置することができ
る。また、停電が長時間にわたるような非常時の場合で
も、特定負荷４ｂには二次電池などの電力貯蔵部２で蓄
えられている電力の範囲で供給可能である。

【００１８】第３の実施の形態 図３は、本発明の第３の実施の形態の電力貯蔵装置の構
成を示す図であり、図１の電力貯蔵装置１の構成にバイ
パス回路７およびバイパス回路切り替えスイッチ８を追
加したもので、バイパス回路７は充放電部と並列に系統
に接続され、バイパス回路切り替えスイッチ８は特定負
荷４ｂと充放電部３の間に設けられている。その他は図
１と図２と同様である。

【００１９】その運用方法について図３を用いて説明す
る。電力貯蔵装置１が正常な場合、バイパス回路切り替
えスイッチ８は充放電部３側になり、図１の説明と同じ
動作を行う。電力貯蔵装置１が故障して停止した場合、
バイパス回路切り替えスイッチ８はバイパス回路７側に
切り替えられ、系統からバイパス回路７を経由して特定
負荷４ｂに電力が供給される。バイパス回路７への切り
替えは電力貯蔵装置１の故障時以外に点検時などにも有
効であり、特定負荷４ｂを停止せずに点検などが行え
る。ここで、バイパス回路切り替えスイッチ８は機械式
でも良いが、半導体式であってもよく、両方を装備して
いてもよい。サイリスタスイッチのような半導体式のス
イッチを使用すると、高速に切り替えることができ、無
瞬断で特定負荷４ｂに系統から電力を供給することも可
能である。

【００２０】なお、バイパス回路側で電力供給している
時は負荷平準化へ寄与する運用はできない。あくまで電
力貯蔵装置１の故障時または点検時の特定負荷４ｂへの
悪影響を防止する機構である。

【００２１】第４の実施の形態 図４は、本発明の第４の実施の形態の電力貯蔵装置の構
成を示す図であり、図２の電力貯蔵装置１の構成にバイ
パス回路７およびバイパス回路切り替えスイッチ８を追
加したもので、バイパス回路７は充放電部と並列に系統
に接続され、バイパス回路切り替えスイッチ８は特定負
荷４ｂと充放電部３の間に設けられている。その他は図
２と同様である。また、その運用方法については第３の
実施の形態と同様である。

【００２２】上記第１ないし第４の実施の形態におい
て、電力貯蔵装置１が１つの箱体に収納されているよう
に描かれているが、例えば電力貯蔵部２が別の箱体に収
納される構成でもよい。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、次のよう
な効果を奏する。請求項１によれば、予め定められた特
定負荷が電力貯蔵装置の系統連系点側とは反対側に接続
され、電力貯蔵装置に蓄えられた夜間電力を昼間のピー
ク時に特定負荷のみに供給し、電力貯蔵装置から連系点
側に蓄えられた夜間電力を出力しないことにより、系統
が正常時、負荷平準化に寄与することができるととも
に、短絡事故が連系する上位の系統で発生しても電力貯
蔵装置から短絡電流を系統に流出する心配がないので、
短絡事故の他の系統への波及を防止できて系統の安全性
を高めることができる。また、そのことにより接続する
上位系統の短絡容量への影響を考慮せずに電力貯蔵装置
を設置できるので、電力貯蔵装置の導入普及による負荷
平準化に大きく貢献できる。

【００２４】請求項２によれば、コンバータにより系統
から夜間電力を電力貯蔵部に充電し、インバータにより
電力貯蔵部に蓄えられた夜間電力を昼間、特定負荷にの
み供給することにより、系統が正常時には負荷平準化に
寄与することができるとともに、短絡事故が連系する上
位の系統で発生しても電力貯蔵装置から短絡電流を系統
に流出する心配がないので、事故時でもより安全な電力
貯蔵装置を提供できる。

【００２５】請求項３によれば、夜間、充放電切り替え
スイッチを充電側にして双方向インバータにより電力貯
蔵部に夜間電力を充電し、昼間、充放電切り替えスイッ
チを放電側にして双方向インバータにより電力貯蔵部に
蓄えられた夜間電力を特定負荷のみに供給することによ
り、請求項２の効果に加えてよりコンパクトで低コスト
の電力貯蔵装置を用いることができる。

【００２６】請求項４によれば、バイパス切り替えスイ
ッチとバイパス回路を設けることにより、電力貯蔵装置
が故障の時や点検時でも特定負荷に系統から電力を供給
できるので、請求項２または３の効果に加えて、より信
頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の電力貯蔵装置の構
成および運用方法を説明する図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の電力貯蔵装置の構
成および運用方法を説明する図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の電力貯蔵装置の構
成および運用方法を説明する図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態の電力貯蔵装置の構
成および運用方法を説明する図である。

【図５】従来例の電力貯蔵装置の構成および運用方法を
説明する図である。

【図６】従来例の負荷平準化のしくみを説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ 電力貯蔵装置 ２ 電力貯蔵部 ３ 充放電部 ３ａ コンバータ ３ｂ インバータ ３ｃ 双方向インバータ ３ｄ 充放電切り替えスイッチ ４ａ 昼間の負荷 ４ｂ 昼間の特定負荷 ４ｃ 夜間の負荷 ５ 電力系統 ６ 事故点の回路遮断器 ７ バイパス回路 ８ バイパス回路切り替えスイッチ Ｉａ 上位系統からの短絡電流 Ｉｂ 系統連系電源装置からの短絡電流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊岡 泰平 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 阪下 秀爾 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内 (72)発明者 奥田 浩司 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内 Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CC02 DA07 GB03 GB06 5G015 FA05 GA04 GA06 HA15 JA05 JA21 JA26 JA52 5G066 JA07 JB03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統に連系され、夜間電力を貯蔵し、昼
   間のピーク時に負荷に供給することにより、前記系統の
   負荷平準化を行う電力貯蔵装置の運用方法において、 前記電力貯蔵装置は、電力を一時蓄える電力貯蔵部と電
   力の充放電を制御する充放電部とからなり、 予め定められた特定負荷が前記充放電部の、前記系統と
   の連系点側とは反対側に接続され、 前記電力貯蔵部に蓄えられた夜間電力を昼間のピーク時
   に前記特定負荷のみに供給し、前記系統側には出力しな
   いことを特徴とする電力貯蔵装置の運用方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電力貯蔵装置の運用方
   法であって、 前記充放電部は、前記系統に接続されるコンバータと前
   記特定負荷に接続されるインバータとからなり、前記電
   力貯蔵部は前記コンバータと前記インバータの間で分岐
   して接続されており、 夜間、前記コンバータにより前記系統から夜間電力を前
   記電力貯蔵部に充電し、 昼間、前記インバータにより前記電力貯蔵部に蓄えられ
   た夜間電力を、前記特定負荷にのみ供給することを特徴
   とする電力貯蔵装置の運用方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の電力貯蔵装置の運用方
   法であって、 前記充放電部は、前記系統への接続と前記特定負荷への
   接続とを切り替える充放電切り替えスイッチと電力の充
   放電を制御する双方向インバータとからなり、 前記電力貯蔵部は前記双方向インバータの前記充放電切
   り替えスイッチとは反対側に接続され、 夜間、前記充放電切り替えスイッチを前記系統側にし
   て、前記双方向インバータにより電力貯蔵部に前記系統
   から夜間電力を充電し、 昼間、前記充放電切り替えスイッチを前記特定負荷側に
   して、前記双方向インバータにより前記電力貯蔵部に蓄
   えられた夜間電力を前記特定負荷のみに供給することを
   特徴とする電力貯蔵装置の運用方法。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか１つに記載
   の電力貯蔵装置の運用方法であって、 前記系統に対し、前記充放電部と並列に前記系統へのバ
   イパス回路を設け、前記特定負荷と前記充放電部との間
   に前記バイパス回路と前記充放電部への回路を切り替え
   るバイパス切り替えスイッチを設け、 前記電力貯蔵部から前記特定負荷に電力供給できない場
   合に、前記バイパス切り替えスイッチを前記バイパス回
   路側に切り替えて、前記系統から前記特定負荷に電力を
   供給することを特徴とする電力貯蔵装置の運用方法。