JP2012050211A - Power storage system for power system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力系統に連系された蓄電池を系統運用業務のために充放電制御する電力系統蓄電システムに関する。 The present invention relates to a power system power storage system that performs charge / discharge control of a storage battery linked to a power system for system operation work.
低炭素社会の構築に向け、再生可能エネルギーの導入が進められている。風力や太陽光などの自然エネルギーを源とする再生可能エネルギーは、その出力変動および出力不確実性が、安定的な電力需給を維持する上で大きな課題となる。このような中、電気自動車(EV)普及を契機に蓄電池の高性能化・大型化・長寿命化・低価格化が進行しつつあり、電力系統での活用が模索されている。 Renewable energy is being introduced to build a low-carbon society. Renewable energy sources such as wind power and solar power have major problems in maintaining stable power supply and demand due to fluctuations in output and output uncertainty. Under such circumstances, with the spread of electric vehicles (EV), the performance, size, life, and price of storage batteries are increasing, and their use in electric power systems is being sought.
蓄電池は、電力会社が保有する系統用蓄電池と、電力需要家(以下、単に需要家と呼ぶ)が保有する需要家蓄電池とに大別される。 Storage batteries are broadly classified into grid storage batteries owned by electric power companies and customer storage batteries owned by electric power consumers (hereinafter simply referred to as consumers).
系統用蓄電池は、電力系統に直接連系する大容量蓄電池であり、給電指令所が自由に活用できるものである。風力発電や太陽光発電の出力変動の影響は、均し効果により系統全体では緩和される。そのため、発電地点に蓄電池を分散配置して個別対策するよりも、系統用蓄電池を用いて系統全体で対策する方が効率的に変動調整できると考えられる。 The storage battery for a system is a large capacity storage battery that is directly connected to the power system, and can be freely used by a power supply command station. The effect of fluctuations in the output of wind power and solar power generation is mitigated throughout the system by the leveling effect. For this reason, it is considered that the variation can be adjusted more efficiently by taking countermeasures for the entire system using the storage batteries for the system rather than separately arranging storage batteries at the power generation point.
需要家蓄電池は、家庭、ビル、コミュニティ単位で、非常用電源や深夜電力の利用等のために配置される蓄電池のことである。需要家蓄電池は普段は需要家のニーズに基づいて使用されるが、用途や時期を限定して電力系統の制御にも使用できれば蓄電資源の有効活用となる。 The consumer storage battery is a storage battery that is arranged for use of an emergency power source or late-night power in a household, a building, or a community. Consumer storage batteries are usually used based on the needs of consumers. However, if they can be used for power system control with limited use and timing, it will be an effective use of storage resources.
そのようなものとして、系統用蓄電池や需要家蓄電池を区別せず、系統連系された全ての蓄電池の充放電能力を取得し、取得された充放電能力を用いて蓄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蓄電池を制御し、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)。 As such, it does not distinguish between grid storage batteries and consumer storage batteries, acquires the charge / discharge capabilities of all grid-connected storage batteries, and uses the acquired charge / discharge capabilities to schedule the storage battery operation or charge / discharge There is one in which the amount is determined, the storage battery is controlled based on the determined operation schedule or charge / discharge amount, and the power system is controlled more efficiently (for example, see Patent Document 1).
しかし、特許文献1のものでは、系統連系された全ての蓄電池の充放電能力を用いて、運転スケジュール又は充放電量を決定し、蓄電池を制御するものであるが、系統用蓄電池や個々の需要家蓄電池に対して個別に制御することになるので制御が煩雑となる。
However, in
また、系統用蓄電池は系統安定化のため大容量が求められるが、需要家蓄電池は個々のニーズに応じた容量でよい。さらに、系統用蓄電池は、給電指令所のニーズで自由に充放電できるが、需要家蓄電池は、需要家のニーズによる充放電が優先し、給電指令所が利用するには一定の制限がある。このように、容量、制御自由度の異なる蓄電池を一括で協調制御するのはさらに困難である。 Moreover, although the storage battery for a system | strain requires large capacity | capacitance for system stabilization, the capacity | capacitance according to individual needs may be sufficient as a consumer storage battery. Furthermore, the grid storage battery can be freely charged / discharged according to the needs of the power supply command station, but the customer storage battery is given priority to charge / discharge according to the needs of the customer, and there are certain restrictions on the use of the power supply command station. Thus, it is further difficult to collectively control the storage batteries having different capacities and control degrees of freedom.
そこで、本発明の目的は、個々の需要家蓄電池を効率的に制御でき、しかも給電指令所のニーズに従って系統用蓄電池と需要家蓄電池を協調制御して効率的に制御できる電力系統蓄電システムを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an electric power storage system that can efficiently control individual customer storage batteries and that can efficiently control the storage battery for the system and the customer storage battery in accordance with the needs of the power supply command center. It is to be.
請求項1の発明に係る電力系統蓄電システムは、電力系統に配置された系統用蓄電池と、複数の需要家蓄電池を集配信装置で束ねて形成され前記集配信装置で各々の需要家蓄電池の制御を行う仮想蓄電池と、給電指令所からの指令により前記系統用蓄電池及び前記仮想蓄電池を制御する蓄電監視制御装置とを備え、前記系統用蓄電池は前記蓄電監視制御装置からの指令に応答して周波数調整や経済負荷配分のための充放電制御を行い、前記仮想蓄電池は前記蓄電監視制御装置からの指令に応答して経済負荷配分のための充放電制御を行うことを特徴とする。
The power grid storage system according to the invention of
請求項2の発明に係る電力系統蓄電システムは、請求項1の発明において、前記蓄電監視制御装置は、前記電力系統に余剰電力が発生する特異日には、前記仮想蓄電池に予約制御指令を出力し、前記仮想蓄電池は前記蓄電監視制御装置からの予約制御指令に応答し、前記仮想蓄電池の前記集配信装置は前記需要家蓄電池をスケジューリング制御することを特徴とする。 A power grid storage system according to a second aspect of the present invention is the power storage system according to the first aspect, wherein the power storage monitoring and control device outputs a reservation control command to the virtual storage battery on a specific day when surplus power is generated in the power system. The virtual storage battery responds to a reservation control command from the power storage monitoring and control device, and the collection and distribution device of the virtual storage battery performs scheduling control of the consumer storage battery.
請求項3の発明に係る電力系統蓄電システムは、請求項1または2の発明において、前記蓄電監視制御装置は、前記系統用蓄電池が周波数調整や経済負荷配分のための充放電制御されていない状態で、前記系統用蓄電池を定期的に診断することを特徴とする。 A power grid storage system according to a third aspect of the present invention is the power storage monitoring control device according to the first or second aspect, wherein the power storage monitoring control device is in a state in which the storage battery for the grid is not subjected to charge / discharge control for frequency adjustment or economic load distribution The system storage battery is periodically diagnosed.
請求項4の発明に係る電力系統蓄電システムは、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の発明において、前記仮想蓄電池の集配信装置は、前記仮想蓄電池の各々の前記需要家蓄電池が経済負荷配分のための充放電制御やスケジューリング制御されていない状態で、前記仮想蓄電池の各々の前記需要家蓄電池を定期的に診断することを特徴とする。
The electric power storage system according to the invention of claim 4 is the power storage system according to any one of
請求項1の発明によれば、複数の需要家蓄電池を集配信装置で束ねて仮想蓄電池とし、蓄電監視制御装置は、仮想蓄電池と系統用蓄電池とを同等に扱い、系統用蓄電池は蓄電監視制御装置からの指令に応答して周波数調整のための充放電制御を行い、仮想蓄電池は蓄電監視制御装置からの指令に応答して経済負荷配分のための充放電制御を行うので、需要家蓄電池からなる仮想蓄電池と系統用蓄電池とを容易に協調制御できる。 According to the first aspect of the present invention, a plurality of consumer storage batteries are bundled by a concentrator / distributor to form a virtual storage battery. The power storage monitoring and control device treats the virtual storage battery and the power storage battery equally, and the power storage battery controls the power storage monitoring control. Charge / discharge control for frequency adjustment is performed in response to the command from the device, and the virtual storage battery performs charge / discharge control for economic load distribution in response to the command from the power storage monitoring control device. Thus, the virtual storage battery and the system storage battery can be easily cooperatively controlled.
請求項2の発明によれば、電力系統に余剰電力が発生する特異日には、仮想蓄電池は余剰電力を吸収するための充放電の予約制御を行い、その際には仮想蓄電池の集配信装置は、需要家蓄電池をスケジューリング制御するので、電力系統の余剰電力を需要家蓄電池で吸収した経済負荷配分の制御が行える。 According to the second aspect of the present invention, the virtual storage battery performs charge / discharge reservation control for absorbing the surplus power on a specific day when surplus power is generated in the power system, and in that case, the virtual storage battery collection and distribution device Since scheduling control is performed on the consumer storage battery, it is possible to control the economic load distribution in which surplus power of the power system is absorbed by the consumer storage battery.
請求項3の発明によれば、系統用蓄電池を定期的に診断するので、系統用蓄電池の経年変化に伴う特性変化を把握できる。従って、現状の系統用蓄電池の特性を精度よく把握でき、各々の系統用蓄電池の充放電制御を適正に行うことができる。 According to invention of Claim 3, since the storage battery for system | strains is diagnosed regularly, the characteristic change accompanying the secular change of the storage battery for system | strains can be grasped | ascertained. Therefore, the characteristics of the current system storage battery can be accurately grasped, and charge / discharge control of each system storage battery can be appropriately performed.
請求項4の発明によれば、仮想蓄電池の各々の需要家蓄電池を定期的に診断するので、需要家蓄電池の経年変化に伴う特性変化を把握できる。従って、現状の需要家蓄電池の特性を精度よく把握でき、各々の需要家蓄電池の充放電制御を適正に行うことができる。 According to invention of Claim 4, since each consumer storage battery of a virtual storage battery is diagnosed regularly, the characteristic change accompanying a secular change of a consumer storage battery can be grasped | ascertained. Accordingly, it is possible to accurately grasp the characteristics of the current consumer storage battery and appropriately perform charge / discharge control of each consumer storage battery.
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の実施形態に係る電力系統蓄電システムの構成図である。給電指令所11は電力系統の系統運用業務を行うものであり、送電系統に連系される図示省略の発電所群と1対Nの情報通信網を整備し情報の授受を行い電力の需給バランスを図るようにしている。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a configuration diagram of an electric power storage system according to an embodiment of the present invention. The power
また、本発明の実施の形態では、給電指令所11は、蓄電監視制御装置12を介して、電力系統に設置された複数の系統用蓄電池13a〜13n及び複数の仮想蓄電池14a〜14mへの制御指令を出力するように構成されている。
In the embodiment of the present invention, the power
系統用蓄電池13a〜13nは、系統運用業務のために電力系統に設置された蓄電池であり、給電指令所のニーズにより自由に充放電が可能となる蓄電池である。系統用蓄電池13a〜13nは、蓄電池本体と交直変換装置PCS(Power Conditioning System)とから構成されている。蓄電池本体は、例えば、ナトリウム硫黄(NAS)電池、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの電力を蓄電する電池本体であり、交直変換装置PCSは、系統の交流電力を直流電力に変換して蓄電池本体に充電し、あるいは蓄電池本体に充電された直流電力を交流電力に変換して系統に出力する電力変換装置である。
The
一方、仮想蓄電池14a〜14mは、複数の需要家蓄電池15を集配信装置16で束ねて形成され、仮想的に一つの蓄電池として取り扱われる。例えば、図1では、仮想蓄電池14aは2個の需要家蓄電池15a1、15a2を集配信装置16aで束ねて形成され、仮想蓄電池14bは3個の需要家蓄電池15b1、15b2、15b3を集配信装置16bで束ねて形成された場合を示している。集配信装置16で束ねられる需要家蓄電池15は、配置地域毎あるいは設備種類毎にまとめるようにしてもよい。また、需要家蓄電池15についても、系統用蓄電池13と同様に、蓄電池本体と交直変換装置PCSとから構成され、蓄電池本体としては、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池が用いられる。この電池は、定置型電池だけでなく、電気自動車やプラグインハイブリッド車の車載電池も含まれる。
On the other hand, the
次に、蓄電監視制御装置12は給電指令所11からの指令により、系統用蓄電池13及び仮想蓄電池14を制御するものである。例えば、給電指令所11から周波数調整や負荷調整の指令があったとすると、蓄電監視制御装置12は、系統用蓄電池13及び仮想蓄電池14の双方にそれぞれ適した指令を出力する。
Next, the power storage
系統用蓄電池13は、蓄電監視制御装置12からの指令に高速(例えば数秒単位で)応答して充放電制御を行い、周波数の変動周期のうち数分〜20分程度の周期で変動する周波数調整{周波数制御LFC(Load Frequency Control)}や数十分以上の周期で変動する負荷調整{経済負荷配分ELD(Economic Load Dispatching)}を分担する。さらに、数分以下の周期で変動する負荷変動に対して発電機側で自動出力調整するガバナフリーの代替として、系統用蓄電池13を用いてもよい。
The system storage battery 13 performs charge / discharge control in response to a command from the power storage monitoring and
一方、仮想蓄電池14は蓄電監視制御装置12からの指令に低速(例えば数分から数十分単位で)応答して充放電制御を行う。これは、仮想蓄電池14は、集配信装置16で複数の需要家蓄電池15を束ねており、需要家蓄電池15の使用可能容量を個々に調査し、仮想蓄電池14全体として使用可能容量を把握するまでに時間がかかるからである。仮想蓄電池14は、系統用蓄電池13での充放電制御で経済負荷配分の不足分について、集配信装置16で需要家蓄電池15を充放電制御する。
On the other hand, the virtual storage battery 14 performs charge / discharge control in response to a command from the power storage monitoring and
図2は1日の電力需要曲線の一例を示すグラフである。電力需要曲線は数十分以上の周期で変動する基本変動成分S1と、数分〜20分程度の周期で変動する短周期変動成分S2とがあり、系統用蓄電池13は、主として短周期変動成分S2の変動を吸収するように充放電制御を行い、仮想蓄電池14は、主として基本変動成分S1の変動を吸収するように充放電制御を行う。 FIG. 2 is a graph showing an example of a daily power demand curve. The power demand curve has a basic fluctuation component S1 that fluctuates in a cycle of several tens of minutes and a short-period fluctuation component S2 that fluctuates in a cycle of several minutes to 20 minutes. The charge / discharge control is performed so as to absorb the fluctuation of S2, and the virtual storage battery 14 performs the charge / discharge control mainly so as to absorb the fluctuation of the basic fluctuation component S1.
このように、複数の需要家蓄電池15を集配信装置16で束ねて仮想蓄電池14とし、蓄電監視制御装置12は、仮想蓄電池14と系統用蓄電池13とを同等に扱い、系統用蓄電池13は蓄電監視制御装置12からの指令に高速応答するので周波数調整のための充放電制御を行うことができる。仮想蓄電池14は蓄電監視制御装置12からの指令に低速応答するので、経済負荷配分のための充放電制御を行うことができる。従って、需要家蓄電池15からなる仮想蓄電池14と系統用蓄電池13とを協調制御でき、基本変動成分S1の変動と短周期変動成分S2の変動との双方を吸収できる。
In this way, a plurality of customer storage batteries 15 are bundled by the collection and distribution device 16 to form a virtual storage battery 14, and the power storage
次に、電力系統に余剰電力が発生する特異日には、蓄電監視制御装置12は仮想蓄電池14に予約制御指令を出力し、仮想蓄電池14の需要家蓄電池15をスケジューリング制御するようにしてもよい。
Next, on a specific day when surplus power is generated in the power system, the power storage monitoring and
日曜日や祭日の休日には電力系統に余剰電力が発生することがある。図3は特異日の電力需要曲線及び電力供給曲線の一例を示すグラフである。図3に示すように、電力供給は原子力発電、流込式水力発電及び火力発電の最低出力曲線S10でベース供給を担い、火力発電での最低出力曲線S10を超えた運転や揚水発電所における揚水発電で負荷変動に対応している。火力発電は出力を保持するための最低出力曲線S10があるので、例えば、夜間(23時〜7時)において揚水発電所の水を上池に汲み上げ、火力発電の最低出力を保つようにしている。近年においては太陽光発電設備による太陽光発電が導入されているが、この太陽光発電は天候により出力が変動するので負荷変動を補償するよりも、変動を増す方向へ働く。 Surplus power may be generated in the power grid on Sundays and holidays. FIG. 3 is a graph showing an example of a power demand curve and a power supply curve on a specific day. As shown in FIG. 3, the power supply is based on the minimum output curve S10 of nuclear power generation, inflow-type hydropower generation, and thermal power generation, and operation exceeding the minimum output curve S10 in thermal power generation or pumping in a pumped storage power plant It responds to load fluctuations with power generation. Since thermal power generation has a minimum output curve S10 for maintaining output, for example, the water of a pumped storage power plant is pumped into the upper pond at night (from 23:00 to 7:00), and the minimum output of thermal power generation is maintained. . In recent years, solar power generation by a solar power generation facility has been introduced. Since the output of this solar power generation fluctuates depending on the weather, it works in the direction of increasing fluctuations rather than compensating for load fluctuations.
特異日(例えば、休日)の電力需要は平日の場合より減少するので、その電力需要曲線S11は電力供給曲線S12より下回ることがある。そうすると、太陽光発電の電力が余剰電力として発生する。図3では10時〜19時において、余剰電力が発生した場合を示している。 Since the power demand on a specific day (for example, a holiday) decreases from that on weekdays, the power demand curve S11 may be lower than the power supply curve S12. Then, photovoltaic power is generated as surplus power. FIG. 3 shows a case where surplus power is generated from 10:00 to 19:00.
このような余剰電力の全てを吸収できる系統用蓄電池13を配置するのは、電力会社にとって負担増となる。そのため、余剰電力が発生することが予測できる場合には、蓄電監視制御装置12は、その余剰電力のうち系統用蓄電池13で吸収できない分を仮想蓄電池14で吸収するよう予約制御指令を出力する。仮想蓄電池14の集配信装置16は蓄電監視制御装置12から予約制御指令を入力すると、余剰電力を吸収するように需要家蓄電池15をスケジューリング制御する。これにより、電力系統の余剰電力を需要家蓄電池で吸収した経済負荷配分の制御が行える。
Arranging the storage battery 13 for the system that can absorb all of such surplus power increases the burden on the electric power company. Therefore, when it can be predicted that surplus power will be generated, the power storage
次に、蓄電監視制御装置12は、系統用蓄電池13を定期的に診断するようにしてもよい。一般的にリチウムイオン電池の充電状態(SOC:State Of Charge)は、開回路電圧と積算電流値の二つを組み合わせて管理される。しかしながらリチウムイオン電池に限らず化学電池は充放電サイクルや時間経過に伴い電池容量が低下する為、SOCと実際の充放電容量とに乖離が生じる。電池容量の低下の程度は、電池の使い方や周囲環境に大きく左右される為、充放電サイクルや経年のパラメータだけで一義的に決めることは難しい。従って系統用蓄電池は定期的に診断を行うことが望ましく、蓄電監視制御装置で一元管理することにより、各々の系統用蓄電池の特性を効率よく診断できるようになる。
Next, the power storage monitoring and
診断対象の系統用蓄電池13が周波数調整や経済負荷配分のための充放電制御されていない状態を蓄電監視制御装置が作り出す。例えば、稼働率が低い深夜の時間帯において行う。診断対象の系統用蓄電池13を放電終了電圧まで放電させSOCを0%にした後、CC−CV充電によりSOC100%まで充電させたときの系統用蓄電池13の電池容量を確認し、電池容量を補正する。これにより、系統用蓄電池13の経年変化に伴う特性変化を把握でき、現状の系統用蓄電池13の特性を精度よく把握できる。従って、各々の系統用蓄電池13の充放電制御を適正に行うことができる。 The power storage monitoring and control device creates a state in which the storage battery for system 13 to be diagnosed is not subjected to charge / discharge control for frequency adjustment or economic load distribution. For example, it is performed in the midnight time zone when the operation rate is low. After the system storage battery 13 to be diagnosed is discharged to the discharge end voltage and the SOC is reduced to 0%, the battery capacity of the system storage battery 13 is confirmed when the SOC is charged to 100% by CC-CV charging, and the battery capacity is corrected. To do. Thereby, the characteristic change accompanying the secular change of the storage battery 13 for system | strains can be grasped | ascertained, and the characteristic of the current storage battery 13 for system | strains can be grasped | ascertained accurately. Therefore, charge / discharge control of each storage battery 13 can be appropriately performed.
同様に、仮想蓄電池14の集配信装置16は、仮想蓄電池14の各々の需要家蓄電池15を定期的に診断する。その診断は、仮想蓄電池14の各々の需要家蓄電池15が経済負荷配分のための充放電制御やスケジューリング制御されていない状態で、例えば、深夜の時間帯で行う。 Similarly, the collection / delivery device 16 of the virtual storage battery 14 periodically diagnoses each customer storage battery 15 of the virtual storage battery 14. The diagnosis is performed, for example, in the late-night time period in a state where each customer storage battery 15 of the virtual storage battery 14 is not subjected to charge / discharge control or scheduling control for economic load distribution.
また、その診断方法も、系統用蓄電池13の場合と同様に、診断対象の需要家蓄電池15を放電終了電圧まで放電させSOCを0%にした後、CC−CV充電によりSOC100%まで充電させたときの需要家蓄電池15の電池容量を確認し電池容量を補正する。これにより、需要家蓄電池15の経年変化に伴う特性変化を把握でき、現状の需要家蓄電池15の特性を精度よく把握できる。従って、各々の需要家蓄電池15の充放電制御を適正に行うことができる。 Also, in the diagnosis method, as in the case of the grid storage battery 13, the consumer storage battery 15 to be diagnosed is discharged to the discharge end voltage, the SOC is reduced to 0%, and then charged to 100% SOC by CC-CV charging. The battery capacity of the consumer storage battery 15 at the time is confirmed and the battery capacity is corrected. Thereby, the characteristic change accompanying the secular change of the customer storage battery 15 can be grasped | ascertained, and the characteristic of the present customer storage battery 15 can be grasped | ascertained accurately. Therefore, charge / discharge control of each customer storage battery 15 can be performed appropriately.
11…給電指令所、12…蓄電監視制御装置、13…系統用蓄電池、14…仮想蓄電池、15…需要家蓄電池、16…集配信装置
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