JP2013179785A - 出力平滑化装置、出力平滑化方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平滑化電力算出部142は、発電装置110の発電電力に基づいて、当該発電電力の平滑化後の電力である平滑化電力を算出する。適正化電力算出部144は、二次電池130の現在の充電率に対して単調非増加となる充電率適正化電力を算出する。充放電制御部は、平滑化電力と充電率適正化電力の差の電力を、二次電池に対して充放電する。
【選択図】図1
Description
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態による出力平滑化装置140を備える発電システムの構成を示す概略ブロック図である。
発電システムは、発電装置110、電力変換装置120、二次電池130、出力平滑化装置140を備える。
電力変換装置120は、発電装置110及び電力系統に接続され、電力系統の交流電力を直流電力に変換し、また二次電池130が出力する電力を交流電力に変換する。
二次電池130は、電力変換装置120が直流電力に変換した電力を充電し、また蓄電した電力を電力変換装置120に出力する。
出力平滑化装置140は、発電装置110の発電電力、並びに過去に電力系統に出力した電力及び二次電池130に充放電した電力に基づいて二次電池130の充放電を制御することで、電力系統に出力する電力を平滑化する。
出力平滑化装置140は、発電電力計測部141、平滑化電力算出部142、充電率推定部143、適正化電力算出部144、充放電制御部145を備える。
発電電力計測部141は、発電装置110が発電した電力を計測する。
平滑化電力算出部142は、発電電力計測部141が計測した発電電力を平滑化した平滑化電力を算出する。本実施形態では、平滑化電力算出部142は、過去一定時間の間における発電電力の高周波成分を除去する一次遅れフィルタを用いて、平滑化電力を算出するが、これに限られず、移動平均などの他の方法で平滑化電力を算出することができる。
充電率推定部143は、二次電池130の電圧または電流に基づいて二次電池130の充電率を推定する。
適正化電力算出部144は、二次電池130の目標充電率(例えば50%)から充電率推定部143が推定した充電率を減じた値に所定の比例ゲインを乗じることで、充電率の一定制御のための充電率適正化電力を算出する。つまり、適正化電力算出部144は、二次電池130の現在の充電率に対して単調非増加な充電率適正化電力を算出する。
充放電制御部145は、平滑化電力算出部142が算出した平滑化電力と適正化電力算出部144が算出した充電率適正化電力と発電電力計測部141が計測した発電電力とに基づいて、二次電池130を充放電する。
図2は、本発明の第1の実施形態による出力平滑化装置140による充放電電力の算出ロジックを示す制御ブロック図である。
まず平滑化電力算出部142は、発電電力計測部141が計測した発電電力を取得し、一次遅れフィルタG1(s)により当該発電電力の高周波成分を除去することで平滑化電力を算出して充放電制御部145に出力する(ステップS1)。他方、適正化電力算出部144は、充電率推定部143が推定した二次電池130の現在の充電率を取得し、目標充電率から当該充電率を減算する(ステップS2)。次に、適正化電力算出部144は、当該減算した値に比例ゲインK1を乗算することで充電率適正化電力を算出し、当該充電率適正化電力を充放電制御部145に出力する(ステップS3)。次に、充放電制御部145は、発電電力計測部141が計測した発電電力を取得し、平滑化電力算出部142が算出した平滑化電力から当該発電電力を減算する(ステップS4)。そして、充放電制御部145は、適正化電力算出部144が算出した適正化電力から、ステップS3で算出した電力を減算することで、二次電池130を充放電する充放電電力を算出する(ステップS5)。
これは、発電電力が、平滑化電力から充電率適正化電力を減算した電力である目標出力電力より大きい場合に、充放電制御部145が発電電力と目標出力電力の差の電力を二次電池130に充電することと等価である。またこれは、発電電力が目標出力電力より小さい場合に、充放電制御部145が発電電力と目標出力電力の差の電力を二次電池130から放電させることと等価である。
これにより、二次電池130が充放電する電力と発電装置110の発電電力の総和が電力系統に出力され、電力系統には、平滑化電力から充電率適正化電力を減じた電力が出力されることとなる。
次に、本発明の第2の実施形態による出力平滑化装置140について説明する。
第1の実施形態では、発電電力を平滑化した電力から充電率適正化電力を減算した電力が電力系統に出力される。このとき、充電率適正化電力は平滑化されていない値となるため、電力系統における電力の変化量の規定から外れる可能性がある。そこで、第2の実施形態による出力平滑化装置140は、電力系統における電力の変化量の規定を確実に守るよう二次電池130の充放電を制御する。
第2の実施形態による出力平滑化装置140は、第1の実施形態による出力平滑化装置140に更に出力電力計測部146、出力電力記憶部147、上下限値算出部148を備え、適正化電力算出部144の動作が異なるものである。
出力電力記憶部147は、前回の充放電制御時に電力系統に出力した電力を記憶する。
上下限値算出部148は、出力電力記憶部147が記憶する出力電力と平滑化電力算出部142が算出した平滑化電力に基づいて、平滑化電力に対して増減可能な電力の上限値及び下限値を算出する。
適正化電力算出部144は、二次電池130の目標充電率から充電率推定部143が推定した充電率を減じた値に基づいて、上下限値算出部148が算出した上限値以下かつ下限値以上の充電率適正化電力を算出する。
電力系統の規定において設定される出力電力の最大変化量が毎分Pcワットであり、出力平滑化装置140の動作周期がTs秒である場合、動作周期Ts秒単位で最大変化量の規定値を満足するための条件は、式(1)に示すとおりである。
図4は、本発明の第2の実施形態による出力平滑化装置140による充放電電力の算出ロジックを示す制御ブロック図である。
まず平滑化電力算出部142は、発電電力計測部141が計測した発電電力を取得し、一次遅れフィルタにより当該発電電力を平滑化することで平滑化電力を算出して上下限値算出部148及び充放電制御部145に出力する(ステップS11)。次に、上下限値算出部148は、出力電力記憶部147から、前回の制御により電力系統に出力した電力を読み出し、平滑化電力算出部142が算出した平滑化電力から読み出した出力電力を減算する(ステップS12)。
次に、本発明の第3の実施形態による出力平滑化装置140について説明する。
二次電池130の充電率は、必ずしも目標充電率(例えば、50%)で一定となることが要求されるものではなく、出力電力の平滑化のための充放電を十分に行うことができ、かつ二次電池130の劣化が起こらない範囲(例えば、40%〜60%)であれば良い場合がある。そこで、第3の実施形態による出力平滑化装置140は、二次電池130の充電率が所定の範囲を超えた場合に、充電率が目標充電率に近づくよう二次電池130の充放電を制御する。
第3の実施形態による出力平滑化装置140は、第2の実施形態による出力平滑化装置140と適正化電力算出部144の動作が異なるものである。具体的には、第3の実施形態による適正化電力算出部144は、二次電池130の現在の充電率が充電率許容範囲内にある場合に適正化電力を0とする。
適正化電力算出部144は、充電率推定部143から二次電池130の現在の充電率を取得する(ステップS21)。次に、適正化電力算出部144は、前回の制御時においてステップS20で出力した値が0であるか否かを判定する(ステップS22)。すなわち、適正化電力算出部144は、前回の制御において出力した適正化電力算出部144が0であるか否かを判定する。なお、適正化電力算出部144は、前回のステップS20で出力した値をバッファに格納して記憶しておく。
また、前回の制御時においてステップS20で出力した値が0である場合、二次電池130の前回の充電率は、充電率許容範囲内の値である。他方、前回の制御時においてステップS20で出力した値が0でない場合、二次電池130の前回の充電率は、充電率許容範囲±R%の範囲外の値である。ただし、Rは正の整数である。
なお、上述した動作は、充電許容範囲の上限値と下限値の平均値を目標充電率とし、充電許容範囲の幅の2分の1の値を第1の閾値とし、第1の閾値−R%の値を第2の閾値とした場合に、以下に示す動作と等価である。すなわち、適正化電力算出部144は、目標充電率と二次電池130の現在の充電率との差が第1の閾値以上から第1の閾値未満になった場合に、以降のステップS20の出力を0とする。また、適正化電力算出部144は、目標充電率と二次電池130の現在の充電率との差が第2の閾値未満から第2の閾値以上になった場合に、以降のステップS20の出力をPまたは−Pとする。
このことから、ステップS20の出力は、二次電池130の現在の充電率に対して単調非増加となることが分かる。したがって、以降のステップS17によりリミッタ処理がなされることで得られる充電率適正化電力も、二次電池130の現在の充電率に対して単調非増加となる。
Claims (6)
- 発電装置が発電した電力を平滑化して電力系統に出力させる出力平滑化装置であって、
前記発電装置の発電電力に基づいて、当該発電電力の平滑化後の電力である平滑化電力を算出する平滑化電力算出部と、
前記発電装置及び電力系統に接続される二次電池の現在の充電率に対して単調非増加となる充電率適正化電力を算出する適正化電力算出部と、
前記発電装置の発電電力が、前記平滑化電力から前記充電率適正化電力を減算した電力である目標出力電力より大きい場合に、前記発電電力と当該目標出力電力の差の電力を前記二次電池に充電し、前記発電装置の発電電力が前記目標出力電力より小さい場合に、前記発電電力と当該目標出力電力の差の電力を前記二次電池から放電させる充放電制御部と
を備えることを特徴とする出力平滑化装置。 - 前記平滑化電力算出部が算出した平滑化電力から前記電力系統に前回の制御によって出力した電力を減算した電力に、前記電力系統に出力可能な電力の変化量の最大値を加減算することで、前記平滑化電力に対して増減可能な電力の上限値及び下限値を算出する上下限値算出部を備え、
前記適正化電力算出部は、前記上下限値算出部が算出した上限値以下かつ下限値以上の電力であって、前記二次電池の現在の充電率に対して単調非増加となる充電率適正化電力を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の出力平滑化装置。 - 前記適正化電力算出部は、前記二次電池の目標充電率と当該二次電池の現在の充電率との差が所定の閾値未満である場合に、前記充電率適正化電力を0とする
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の出力平滑化装置。 - 前記適正化電力算出部は、前記目標充電率と前記二次電池の現在の充電率との差が第1の閾値以上から当該第1の閾値未満になった場合に、以降の充電率適正化電力を0とし、前記目標充電率と前記二次電池の現在の充電率との差が前記第1の閾値より大きい値である第2の閾値未満から当該第2の閾値以上になった場合に、以降の充電率適正化電力を、前記二次電池の現在の充電率に対して単調非増加となる値とする
ことを特徴とする請求項3に記載の出力平滑化装置。 - 発電装置が発電した電力を平滑化して電力系統に出力させる出力平滑化装置を用いた出力平滑化方法であって、
平滑化電力算出部は、前記発電装置の発電電力に基づいて、当該発電電力の平滑化後の電力である平滑化電力を算出し、
適正化電力算出部は、前記発電装置及び電力系統に接続される二次電池の充電率に対して単調非増加となる充電率適正化電力を算出し、
充放電制御部は、前記発電装置の発電電力が、前記平滑化電力から前記充電率適正化電力を減算した電力である目標出力電力より大きい場合に、前記発電電力と当該目標出力電力の差の電力を前記二次電池に充電し、前記発電装置の発電電力が前記目標出力電力より小さい場合に、前記発電電力と当該目標出力電力の差の電力を前記二次電池から放電させる
ことを特徴とする出力平滑化方法。 - 発電装置が発電した電力を平滑化して電力系統に出力させる出力平滑化装置を、
前記発電装置の発電電力に基づいて、当該発電電力の平滑化後の電力である平滑化電力を算出する平滑化電力算出部、
前記発電装置及び電力系統に接続される二次電池の充電率に対して単調非増加となる充電率適正化電力を算出する適正化電力算出部、
前記発電装置の発電電力が、前記平滑化電力から前記充電率適正化電力を減算した電力である目標出力電力より大きい場合に、前記発電電力と当該目標出力電力の差の電力を前記二次電池に充電し、前記発電装置の発電電力が前記目標出力電力より小さい場合に、前記発電電力と当該目標出力電力の差の電力を前記二次電池から放電させる充放電制御部
として機能させるためのプログラム。
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