JP2012050170A - 蓄電池制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の通信手段の制約に縛られることなく、蓄電池への充放電指令を容易に伝達できる蓄電池制御装置を提供することである。
【解決手段】電圧制御部２１は、電圧調整機能を有した変圧器１１、１４に電圧制御指令を出力し、その変圧器１１、１４の下位系統の電圧を調整する。充放電制御部２０は、電圧検出部１９で検出された変圧器１１、１４の下位系統の電圧を入力し、その電圧が所定値以上のときは蓄電池１７を充電制御し、その電圧が所定値以下のときは蓄電池１７を放電制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力系統に接続された蓄電池の充放電制御を行う蓄電池制御装置に関する。

電力系統の需要家には蓄電池を有した需要家がある。例えば、太陽光発電設備とともに蓄電池を有した需要家、あるいは蓄電池のみを有した需要家などがある。太陽光発電設備及び蓄電池を有した需要家では、太陽光発電設備で発電した電力を蓄電池に充電しておくとともに余剰電力を電力系統に売電し、太陽光発電設備の発電がなくなると蓄電池に充電した電力を需要家内で使用する。また、蓄電池のみを有した需要家では、深夜に安い料金の電力を蓄電池に充電しておき、昼間に蓄電池から放電して需要家の負荷に電力を供給する。

一方、需要家の蓄電池は需要家のためだけでなく、電力系統の潮流制御や系統制御にも使用する場合がある。そのようなものとして、需要家の二次電池の充放電能力を二次電池から取得し、取得された充放電能力を用いて二次電池の運転スケジュール又は充放電量を決定し、決定された運転スケジュール又は充放電量に基づいて二次電池を制御し、電力系統をより効率的に制御するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

異なる地域に分散設置された多数かつ小容量の蓄電池に対し、電力会社の中央の制御所から充放電指令を伝達し、各蓄電池の充放電制御を行う場合、その充放電指令の伝達手段としては、新たに通信線を設けたり、電話回線など既存の通信線に重畳させたり、携帯電話回線や放送電波に重畳させたりしている。

特開２００６−９４６４８号公報

しかし、新たに通信線を設置する場合は、信頼度は高いものの制御対象である蓄電池は多箇所に設置され個々は小模であるので、コスト面で割高となる。また、電話回線などの既存の通信線を用いる場合は、蓄電池は一般には屋外や地下室に設置されることから、既存の通信線が蓄電池近傍にはないことが多く、その場合は既存の通信線を使用できない。

一方、携帯電話回線や放送電波を用いる場合では、蓄電池が受変電設備や生産機械等のノイズ発生源の近傍に設置されたり、地下室や建物の陰など電波の届かない場所に設置されると、通信できないことがある。また、電波利用上、必要な無線局免許を取得しなければならない。

本発明の目的は、既存の通信手段の制約に縛られることなく、蓄電池への充放電指令を容易に伝達できる蓄電池制御装置を提供することである。

請求項１の発明に係る蓄電池制御装置は、電圧調整機能を有した変圧器の下位系統に蓄電池が接続された配電系統の前記変圧器に電圧制御指令を出力し前記変圧器の下位系統の電圧を調整する電圧制御部と、前記変圧器の下位系統の電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が所定値以上のときは前記蓄電池を充電制御し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記所定値以下のときは前記蓄電池を放電制御する充放電制御部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係る蓄電池制御装置は、請求項１の発明において、前記充放電制御部は、前記所定値に代えて、前記所定値より大きい上限所定値及び前記所定値より小さい下限所定値を有し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記上限所定値以上のときは前記蓄電池を充電制御し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記下限所定値以下のときは放電制御することを特徴とする。

請求項３の発明に係る蓄電池制御装置は、請求項１の発明において、前記充放電制御部は、前記所定値に代えて、前記所定値より大きい上限制御値及び前記所定値より小さい下限制御値を有し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記上限制御値以上になると前記下限制御値になるまで前記蓄電池を充電制御し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記下限制御値以下になると前記上限制御値になるまで前記蓄電池を放電制御することを特徴とする。

請求項４の発明に係る蓄電池制御装置は、請求項１の発明において、前記充放電制御部は、前記所定値に代えて、前記所定値より大きい第１上限制御値、前記第１上限制御値より大きい第２上限制御値、前記所定値より小さい第１下限制御値、前記第１下限制御値より小さい第２下限制御値を有し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記第２上限制御値以上になると前記第１上限制御値になるまで前記蓄電池を充電制御し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記第２下限制御値以下になると前記第１下限制御値になるまで前記蓄電池を放電制御することを特徴とする。

請求項５の発明に係る蓄電池制御装置は、請求項１乃至４のいずれか１項の発明において、前記電圧制御部は、前記変圧器単位で電圧調整することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、蓄電池が接続された系統の電圧を上下させるだけで、充放電指令を蓄電池に伝達できるので、既存の通信手段や新たな通信手段を用いることなく蓄電池の充放電制御を行える。また、下位系統の電圧が所定値以上のときは蓄電池を充電制御するので、系統電圧が上昇して電力が余剰気味であるときに蓄電池に充電でき、また、下位系統の電圧が所定値以下のときは蓄電池を放電制御するので、系統電圧が下降して電力が不足気味であるときに蓄電池から放電できる。

請求項２の発明によれば、所定値より大きい上限所定値及び所定値より小さい下限所定値を有し、系統の電圧が上限所定値以上のときは蓄電池を充電制御し、系統の電圧が下限所定値以下のときは放電制御するので、充放電制御を行わない停止状態を設けることができる。

請求項３の発明によれば、所定値より大きい上限制御値及び所定値より小さい下限制御値を有し、系統の電圧が上限制御値以上になると下限制御値になるまで蓄電池を充電制御し、系統の電圧が下限制御値以下になると上限制御値になるまで蓄電池を放電制御するので、充放電制御はヒステリシス特性となりハンチングを防止できる。

請求項４の発明によれば、所定値より大きい第１上限制御値、第１上限制御値より大きい第２上限制御値、所定値より小さい第１下限制御値、第１下限制御値より小さい第２下限制御値を有し、系統の電圧が第２上限制御値以上になると第１上限制御値になるまで蓄電池を充電制御し、系統の電圧が第２下限制御値以下になると第１下限制御値になるまで蓄電池を放電制御するので、充放電制御はヒステリシス特性となり、また、充放電制御を行わない停止状態を設けることができる。

請求項５の発明によれば、変圧器単位で電圧調整するので、個々の蓄電池の充放電にばらつきがあっても、変圧器の下位系統に接続される複数の蓄電池を１単位として充放電制御できる。

本発明の実施形態に係る蓄電池制御装置の構成図。 本発明の実施形態の充放電制御部により行われる充放電制御の一例の説明図。 本発明の実施形態の充放電制御部により行われる充放電制御の他の一例の説明図。 本発明の実施形態の充放電制御部により行われる充放電制御の別の他の一例の説明図。 本発明の実施形態の充放電制御部により行われる充放電制御のさらに別の他の一例の説明図。

以下、本発明の実施形態を説明する。一般に、電力系統は電力会社の発電所で発電した電力を送電系統で需要家の近傍まで送電し、配電系統により各需要家に電力を供給している。このような電力系統の配電系統に蓄電池が接続される。例えば、需要家に負荷や太陽光発電設備などの分散電源設備とともに蓄電池が接続されたり、配電系統に電力会社所有の蓄電池が接続されたりする。

図１は本発明の実施形態に係る蓄電池制御装置の構成図であり、需要家に蓄電池が接続された場合を示している。配電系統の配電用変圧器１１は配電用変圧所に設置され、負荷時タップ切替装置を備えており電圧調整機能を有した変圧器である。配電用変圧器１１からは配電母線１２を介して複数の配電線１３ａ〜１３ｎが引き出され、各々の配電線１３ａ〜１３ｎにはそれぞれ複数の柱上変圧器１４が接続される。図１では配電線１３ｎに接続された柱上変圧器１４ａ〜１４ｍを示している。

柱上変圧器１４ａ〜１４ｍには、負荷時タップ切替装置を備えたものと、負荷時タップ切替装置を備えていないものとがあるが、図１では負荷時タップ切替装置を備えたものを示している。すなわち、各々の柱上変圧器１４ａ〜１４ｍは電圧調整機能を有した変圧器であるとする。

そして、柱上変圧器１４ａ〜１４ｍの二次側には分岐母線１５ａ〜１５ｍを介して複数の変圧器１６が接続されている。図１では柱上変圧器１４ｍの二次側の分岐母線１５ｍに接続された複数の変圧器１６ａ〜１６ｋを示している。変圧器１６ａ〜１６ｋは需要家の変圧器であり、この変圧器１６ａ〜１６ｋにそれぞれ需要家の蓄電池１７や負荷１８が接続されている。図１では、変圧器１６ｋに接続された蓄電池１７ｋや負荷１８ｋを示している。

また、変圧器１６ａ〜１６ｋの一次側電圧をそれぞれ検出する電圧検出部１９と、この電圧検出部１９で検出された電圧に基づいて蓄電池１７の充放電制御を行う充放電制御部２０とがそれぞれ設けられている。図１では、変圧器１６ｋの一次側電圧を検出する電圧検出部１９ｋ、及び電圧検出部１９ｋで検出された電圧に基づいて蓄電池１７ｋの充放電制御を行う充放電制御部２０ｋとを示している。

次に、電圧制御部２１は、電圧調整機能を有した変圧器である配電用変圧器１１や柱上変圧器１４に電圧制御指令を出力し、配電用変圧器１１や柱上変圧器１４の下位系統の電圧を調整するものである。すなわち、配電用変圧器１１に電圧制御指令を出力したときは、配電母線１２の電圧が電圧制御指令により調整される。これにより、配電用変圧器１１の単位で、その下位系統の電圧が調整されることになる。なお、図１では配電用変圧器１１は１台しか示していないが、複数台の配電用変圧器１１が設けられている。

一方、電圧制御部２１が柱上変圧器１４ａ〜１４ｍに個別に電圧制御指令を出力したときは、分岐母線１５ａ〜１５ｍの電圧が電圧制御指令により調整され、柱上変圧器１４ａ〜１４ｍの単位で、柱上変圧器１４ａ〜１４ｍの下位系統の電圧が調整されることになる。例えば、柱上変圧器１４ｍに電圧制御指令を出力したときは、分岐母線１５ｍの電圧が電圧制御指令により調整され、分岐母線１５ｍに接続される変圧器１６ａ〜１６ｋの一次側の電圧はそれぞれ同じ電圧に調整される。

ここで、前述したように、各々の蓄電池１７は、電圧検出部１９で検出された電圧に基づいて充放電制御部２０により充放電制御が行われる。以下の説明では、変圧器１６ｋに接続された蓄電池１７ｋの充放電制御について説明する。

図２は充放電制御部２０により行われる充放電制御の一例の説明図である。充放電制御部２０ｋは、電圧検出部１９ｋで検出された電圧Ｖを入力し、その電圧Ｖが所定値Ｖ０以上のときは、電圧Ｖが所定値Ｖ０になるまで蓄電池１７ｋを充電制御する。一方、電圧検出部１９ｋで検出された電圧が所定値Ｖ０以下のときは、電圧Ｖが所定値Ｖ０になるまで蓄電池１７ｋを放電制御する。

このように、蓄電池１７ｋは、充放電制御部２０ｋにより、分岐母線１５ｍの電圧Ｖが所定値Ｖ０より大きいときは充電され、分岐母線１５ｍの電圧Ｖが所定値Ｖ０より小さいときは放電されるので、分岐母線１５ｍの電圧Ｖを上下させることで、蓄電池１７ｋの充放電を行える。

そこで、電圧制御部２１は、柱上変圧器１４ｍに電圧制御指令を出力し、蓄電池１７ｋにつながる分岐母線１５ｍの電圧を上下させることで、蓄電池１７ｋへ充放電指令とする。この場合の電圧制御指令は、許容される供給電圧の上下限の範囲内で、例えば電圧を高めで送電することで充電を指示し、電圧を低めとすることで放電を指示する。これにより、蓄電池１７ｋの充放電制御部２０ｋは、自らに接続される分岐母線１５ｍの電圧Ｖを監視し、その値により充放電を決定する。

図３は充放電制御部２０ｋにより行われる充放電制御の他の一例の説明図である。図２に示した一例では、充電モード及び放電モードの二つのモードであるが、この図３に示した一例では、充電モード及び放電モードの二つのモードに加え、停止モードを設けたものである。

すなわち、充放電制御部２０ｋは、所定値Ｖ０より大きい上限所定値Ｖａ及び所定値Ｖ０より小さい下限所定値Ｖｂを有し、電圧検出部１９ｋで検出された系統の電圧Ｖが上限所定値Ｖａ以上のときは蓄電池１７ｋを充電制御し、電圧検出部１９ｋで検出された系統の電圧Ｖが下限所定値Ｖｂ以下のときは放電制御する。そして、電圧検出部１９ｋで検出された系統の電圧Ｖが上限所定値Ｖａと下限所定値Ｖｂとの間にあるときは、充放電制御を停止する。これにより、蓄電池１７ｋは、常に充電制御状態または放電制御状態のいずれかの状態ではなくなるので、無駄な充放電を抑制でき電池寿命も長くすることができる。

図４は充放電制御部２０ｋにより行われる充放電制御の別の他の一例の説明図である。図２に示した一例では、所定電圧Ｖ０で充電モードと放電モードとを切り替えるようにしたが、この図４に示した一例では、充電モードと放電モードとの切り替えにヒステリシス特性を持たせたものである。

すなわち、充放電制御部２０ｋは、所定値Ｖ０より大きい上限制御値Ｖｃ及び所定値Ｖ０より小さい下限制御値Ｖｄを有し、電圧検出部１９ｋで検出された系統の電圧Ｖが上限制御値Ｖｃ以上になると下限制御値Ｖｄになるまで蓄電池１７ｋを充電制御し、電圧検出部１９ｋで検出された系統の電圧Ｖが下限制御値Ｖｄ以下になると上限制御値Ｖｃになるまで蓄電池１７ｋを放電制御する。

これにより、充電制御は上限制御値Ｖｃで開始され下限制御値Ｖｄで終了し、放電制御は下限制御値Ｖｄで開始され上限制御値Ｖｃで終了するので、充電制御と放電制御との切り替えの際にハンチングが発生することを防止できる。

図５は充放電制御部２０ｋにより行われる充放電制御のさらに別の他の一例の説明図である。図２に示した一例では、充電モード及び放電モードの二つのモードであり、所定電圧Ｖ０で充電モードと放電モードとを切り替えるようにしたが、この図５に示した一例では、充電モード及び放電モードの二つのモードに加え停止モードを設け、充電モードと放電モードとの切り替えにヒステリシス特性を持たせたものである。

すなわち、充放電制御部２０ｋは、所定値Ｖ０より大きい第１上限制御値Ｖｃ１、第１上限制御値Ｖｃ１より大きい第２上限制御値Ｖｃ２、所定値Ｖ０より小さい第１下限制御値Ｖｄ１、第１下限制御値Ｖｄ１より小さい第２下限制御値Ｖｄ２を有し、電圧検出部１９ｋで検出された系統の電圧が第２上限制御値Ｖｃ２以上になると第１上限制御値Ｖｃ１になるまで蓄電池１７ｋを充電制御し、電圧検出部１９ｋで検出された系統の電圧が第２下限制御値Ｖｄ２以下になると第１下限制御値Ｖｄ１になるまで蓄電池１７ｋを放電制御する。

そして、電圧検出部１９ｋで検出された系統の電圧Ｖが第１上限制御値Ｖｃ１と第１下限制御値Ｖｄ１との間にあるときは、充放電制御を停止する。これにより、蓄電池１７ｋは、常に充電制御状態または放電制御状態のいずれかの状態ではなくなるので、無駄な充放電を抑制でき電池寿命も長くすることができる。

また、充電制御は第２上限制御値Ｖｃ２で開始され第１上限制御値Ｖｃ１で終了し、放電制御は第２下限制御値Ｖｄ２で開始され第１下限制御値Ｖｄ１で終了するので、充電制御と放電制御との切り替えの際にハンチングが発生することを防止できる。

ここで、配電用変圧器１１や柱上変圧器１４の下位系統の電圧は、供給側の設定によってのみ変化するものではなく、同じ電力線につながる他の負荷機器の稼動状態にも影響を受け、これによって制御所からの充放電指示が正しく伝わらないことがある。

しかし、電圧が下がるのは負荷が多いとき、つまり、電力が不足気味のときであり、これは一般的には蓄電池１７に放電してほしいときである。同様に電圧が上がるのは負荷が軽いとき、つまり、電力が過剰気味のときであり、これは一般的には蓄電池１７に充電してほしいときである。従って、他の負荷機器による電圧の擾乱は、本発明の実施形態における蓄電池１７の充放電制御に対して悪影響を及ぼさない。

また、本発明の実施形態では、異なる地域に分散設置された多数かつ小容量の蓄電池１７を制御対象としており、個々には悪影響を受け、期待したとおりの充放電とならない蓄電池１７も存在し得るが、多数の蓄電池１７が同時に悪影響を受けることは考えにくく、予めこの歩留まりを見込んで制御量を多めにするなどの方策で容易に回避可能である。

以上の説明では、変圧器単位で電圧調整するようにしたが、複数の変圧器を同時に電圧調整するようにしてもよい。また、柱上変圧器１４の下位系統に接続された蓄電池１７の場合について説明したが、配電変圧器１１の下位系統である配線線１３ａ〜１３ｎに接続された蓄電池１７に対しても同様に適用できる。さらに、電圧の値としきい値（所定値、上限所定値、下限所定値、上限制御値、下限制御値）とを比較するようにしたが、電圧の変化率ΔＶ／Δｔとしきい値とを比較するようにしてもよい。

本発明の実施の形態によれば、蓄電池１７が接続された変圧器の下位系統の電圧を変化させて蓄電池１７の充放電を行うので、新たな通信手段を用意することなく、また、既存の通信手段の制約に縛られることなく、蓄電池１７への充放電指令を伝達することができる。

１１…配電用変圧器、１２…配電母線、１３…配電線、１４…柱上変圧器、１５…分岐母線、１６…変圧器、１７…蓄電池、１８…負荷、１９…電圧検出部、２０…充放電制御部、２１…電圧制御部

Claims (5)

1. 電圧調整機能を有した変圧器の下位系統に蓄電池が接続された配電系統の前記変圧器に電圧制御指令を出力し前記変圧器の下位系統の電圧を調整する電圧制御部と、前記変圧器の下位系統の電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が所定値以上のときは前記蓄電池を充電制御し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記所定値以下のときは前記蓄電池を放電制御する充放電制御部とを備えたことを特徴とする蓄電池制御装置。
2. 前記充放電制御部は、前記所定値に代えて、前記所定値より大きい上限所定値及び前記所定値より小さい下限所定値を有し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記上限所定値以上のときは前記蓄電池を充電制御し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記下限所定値以下のときは放電制御することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池制御装置。
3. 前記充放電制御部は、前記所定値に代えて、前記所定値より大きい上限制御値及び前記所定値より小さい下限制御値を有し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記上限制御値以上になると前記下限制御値になるまで前記蓄電池を充電制御し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記下限制御値以下になると前記上限制御値になるまで前記蓄電池を放電制御することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池制御装置。
4. 前記充放電制御部は、前記所定値に代えて、前記所定値より大きい第１上限制御値、前記第１上限制御値より大きい第２上限制御値、前記所定値より小さい第１下限制御値、前記第１下限制御値より小さい第２下限制御値を有し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記第２上限制御値以上になると前記第１上限制御値になるまで前記蓄電池を充電制御し、前記電圧検出部で検出された前記下位系統の電圧が前記第２下限制御値以下になると前記第１下限制御値になるまで前記蓄電池を放電制御することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池制御装置。
5. 前記電圧制御部は、前記変圧器単位で電圧調整することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蓄電池制御装置。

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