JP2013229978A - 電力系統連系システム - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池システムの設備容量の合計を低減することが可能な電力系統連系システムを提供する。
【解決手段】複数のマイクログリッド１のそれぞれに、二次電池２及びＰＣＳ３を有する二次電池システム４が設けられ、各ＰＣＳ３は、エネルギー授受を制御する制御手段５とそれぞれ接続され、かつ複数のマイクログリッド１同士が連系用送電線６にて交流で接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、複数のマイクログリッドまたはスマートグリッドを接続した電力系統連系システムに関するものである。

電力系統では、大規模設備投資のリスクの軽減、需要家のエネルギーコスト削減等を目的として、小規模な一定地域内で複数の多様な分散電源をネットワーク化し、需要家にエネルギー供給するシステムであるマイクログリッドが構築されることがある。

また、マイクログリッドシステムに、通信・制御システムを組み込み、効率的に電力を安定供給し、また状況に応じて使用電力自体を制御できる機能を有するスマートグリッドの概念が考案されている。

上述のマイクログリッドまたはスマートグリッド（以下、「マイクログリッド等」と記す）は小規模な電力系統であり、分散電源として風力発電や太陽光発電などの気象条件により発電量の変動が大きいものが繋がれることもある。このため、発電量の変動及び負荷変動を吸収し、電力を安定供給するためのエネルギー貯蔵用として二次電池システムを設ける必要がある。

また、供給信頼性向上・維持の観点から、二次電池システムは必要容量と合わせて予備容量を備える必要があり、マイクログリッド等にとって，二次電池システムは極めて重要な役割を担っている。

特開２００８−６１３８２号公報

マイクログリッド等はこれから増えていく傾向にあり、比較的距離が狭い範囲で複数のマイクログリッド等が構築されることも予想される。この場合、複数のマイクログリッド等において、エネルギーの過不足が必ずしも同じように変化するわけではないため、全てのマイクログリッド等が同じように予備容量を持つ必要はない。

しかしながら、これらのマイクログリッド等を独立して運用するには、それぞれに予備容量も含めて大容量の二次電池システムを設ける必要がある。このため、二次電池システムの設備容量が全体として非常に大きくなるという課題があった。

本発明の実施形態は、二次電池システムの設備容量の合計を低減することが可能な電力系統連系システムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の第１の実施形態の電力系統連系システムは、複数のマイクログリッドのそれぞれに、二次電池及びＰＣＳを有する二次電池システムが設けられ、前記各ＰＣＳは、エネルギー授受を制御する制御手段とそれぞれ接続され、かつ前記複数のマイクログリッド同士が連系用送電線にて交流で接続されていることを特徴とする。

また、本発明の第２の実施形態の電力系統連系システムは、複数のマイクログリッドに対して共通に、二次電池及びＰＣＳを有する二次電池システムが設けられ、前記ＰＣＳは、エネルギー授受を制御する制御手段と接続されるとともに、連系用送電線を介して前記複数のマイクログリッドに交流で接続されていることを特徴とする。

さらに、本発明の第３の実施形態の電力系統連系システムは、複数のマイクログリッドにそれぞれＰＣＳとこれに接続される制御手段が設けられる一方、システムに共通に設けられた二次電池が二次電池システム送電線を介して前記複数のＰＣＳに直流で接続されていることを特徴とする。

前記実施形態において、マイクログリッドに代えてスマートグリッドを用いることもできる。

本発明の第１の実施形態に係る電力系統連系システムを示す概略図。 第１の実施形態に係る電力系統連系システムの制御手段による処理手順を示すフローチャート。 本発明の第２の実施形態に係る電力系統連系システムを示す概略図。 本発明の第３の実施形態に係る電力系統連系システムを示す概略図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

［第１の実施形態］
（構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力系統連系システムを示す概略図である。

本実施形態の電力系統連系システム１０においては、複数のマイクログリッド１のそれぞれに、二次電池２及びＰＣＳ３を有する二次電池システム４が設けられている。また、各二次電池システム４は、それぞれ、各マイクログリッド１と接続されており、各ＰＣＳ３にはそれぞれ制御手段５が接続されている。さらに、複数のマイクログリッド１同士が連系用送電線６にて連係されるとともに、各制御手段５同士も有線もしくは無線による通信手段により接続されている（図示せず）。

ＰＣＳ(Power Conditioning System)３は、二次電池２が発生する直流（ＤＣ）電力を交流（ＡＣ）電力に変換するインバータ機能を有する。制御手段５は、二次電池システム４の充放電量を決定する機能を備えており、直接接続されているマイクログリッド１へのエネルギーの授受および各マイクログリッド１間でのエネルギー授受を制御する。また、制御手段５は、後述するように、システムを構成する複数のマイクログリッド１に優先順位をつけ、優先順位の高いマイクログリッド１の二次電池システム４の充放電量を決定する。さらに、連系用送電線６は、各マイクログリッド１を交流にて接続し、各マイクログリッド１相互に電力融通を可能にしている。

（制御手段５の処理手順）
従来のマイクログリットがそれぞれ独立した構成のシステムでは、それぞれのマイクログリットにおいて周波数が基準となるように二次電池システムを個別に制御することで問題を生じることはない。しかし、本実施形態のように、複数のマイクログリッド１を交流電圧で接続する場合は、各マイクログリッド１が同期連系されることから、それぞれのマイクログリッド１の二次電池システム４の間で、協調を取った運転が求められる。

図２は、制御手段５による処理手順を示すフローチャートである。
先ず、任意のマイクログリッド１における制御手段５が電力系統連系システム１０を構成する複数のマイクログリッド１に優先順位を付与する（ステップＳ１１）。

次に、制御手段５は、優先順位の高い順に１つのマイクログリッド１を選択し（ステップＳ１２）、その選択したマイクログリッド１が機能するかを判定する（ステップＳ１３）。

該当するマイクログリッド１が機能する場合（ステップＳ１３のＹｅｓ）、そのマイクログリッド１の制御手段５は、全体の周波数を見て各マイクログリッド１における二次電池システム４の充放電量を決定する。

（充放電量決定手法）
複数のマイクログリッド１の二次電池システム４間の協調制御の一例として、制御手段５は、周波数を一定にするために必要な二次電池システム４の充放電量を、各マイクログリッド１に設けられた二次電池システム４の容量に比例して分配することができる。

ここで、いずれかのマイクログリッド１において利用できない二次電池システム４がある場合は、制御手段５は、この容量を除外した残りの利用できる二次電池システム４の間でそれぞれの容量比例により充放電量を決定する。

これにより、各マイクログリッド１の二次電池システム４は互いに協調の取れた運用を行い、充放電量を最小にすることができる。

これに対して、図２において、該当するマイクログリッド１が機能しない場合（ステップＳ１３のＮｏ）は、ステップ１２に戻り、次に優先順位が高いマイクログリッド１を選択し、以降同じ手順を繰り返す。

このような手順により、仮に１つのマイクログリッド１の二次電池システム４の制御が運転不能となっても、残りのマイクログリッド１の二次電池システム４により周波数制御を行うことができる。

（効果）
（１）従来は、１つのマイクログリッド１毎に独立して二次電池２及びＰＣＳ３を有する二次電池システム４を設置するが、本実施形態の構成とすることにより、二次電池システム４を共有化でき、その結果、設備容量を低減することができる。

（２）異なるマイクログリッド１が交流で接続されるため、各マイクログリッド１で生じた過不足を相殺した分だけ二次電池２とエネルギー授受することができ、ＰＣＳ３による変換損失を低減できる。

例えば、あるマイクログリッド１で電力が余り、別のマイクログリッド１で電力が不足する状況の場合、従来の構成であれば、片方では充電し片方では放電することが行われるが、本実施形態の構成では、どちらか一方で過不足分を補うように充電または放電するだけで良い。

［第２の実施形態］
（構成）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る電力系統連系システムを示す概略図である。なお、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明を簡略化する。

本実施形態の電力系統連系システム２０では、複数のマイクログリッド１に対して共通に、二次電池２及びＰＣＳ３を有する二次電池システム４が設けられており、この二次電池システム４のＰＣＳ３には、エネルギー授受を制御する制御手段５が接続されている。また、連系用送電線６がＰＣＳ３を介して複数のスマートグリッド１に交流電圧にて接続されている。

（効果）
（１）第１の実施形態でそれぞれのマイクログリッド１に配置されていた二次電池システム４を一箇所に集めて集中管理することにより、制御が簡素化できる。

（２）それぞれのマイクログリッド１が交流電圧で同期接続されている点は第１の実施形態と変わらないため、二次電池システム４はシステムの周波数が一定となるように充放電を行うが、この周波数制御が制御手段５で一元管理されることで、分散配置されていた場合に必要であった制御手段５間の情報の授受の管理が不要となる。

［第３の実施形態］
（構成）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る電力系統連系システムを示す概略図である。なお、第１の実施形態と同一の構成部分には同一の符号を付して説明を簡略化する。

本実施形態の電力系統連系システム３０では、複数のマイクログリッド１にそれぞれＰＣＳ３と、これらのＰＣＳ３に接続される制御手段５が設けられる一方、システムに共通に設けられた二次電池２に各ＰＣＳ３が二次電池システム送電線７を介してそれぞれ直流電圧にて接続されている。なお、各制御手段５同士は、有線もしくは無線による通信手段により接続されている（図示せず）。

（効果）
（１）従来は、１つのマイクログリッド１毎に独立して二次電池２及びＰＣＳ３を有する二次電池システム４を設置するが、本実施形態の構成とすることにより、二次電池２を共有化することができる。

（２）本実施形態では直流電圧で接続しているため、長距離の接続においても、より損失の少ない送電が可能となる。

（３）それぞれのマイクログリッド１に設ける二次電池２の容量は予備容量が必要であるが、共通に設ける二次電池２は予備容量を共有化できるため、その合計容量を削減できる。

（４）それぞれのマイクログリッド１は非同期で連系されることになるため、制御手段５は、それぞれの系統で単独で周波数制御を行え、制御を簡素化できる。

［第４の実施形態］
（構成）
本実施形態では、第３の実施形態の二次電池システム送電線７として超電導ケーブルを用いたものである。

(効果)
本実施形態によれば、第３の実施形態の効果に加えて、二次電池システム送電線７として超電導ケーブルを適用したことにより、送電損失を少なくすることができるという効果も得られる。

[他の実施形態]
（１）上記の各実施形態では、複数のマイクログリッド１を接続した電力系統連系システムの例を示したが、マイクログリッド１の代わりにスマートグリッドを接続したシステムとしても良い。

（２）上記の各実施形態では、マイクログリッド１を５つ接続した例を示したが、任意の個数で接続することができる。

（３）上記の第１の実施形態では、中央のマイクログリッド１の周囲に４つのマイクログリッド１を接続する例を示したが、複数のマイクログリッド１を直線状や円周状、多角形状等に配置し、隣接するマイクログリッド１同士を接続することもできる。

（４）以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…マイクログリッド
２…二次電池
３…ＰＣＳ
４…二次電池システム
５…制御手段
６…連系用送電線
７…二次電池システム送電線
１０、２０、３０…電力系統連系システム

Claims (12)

1. 複数のマイクログリッドのそれぞれに、二次電池及びＰＣＳを有する二次電池システムが設けられ、前記各ＰＣＳは、エネルギー授受を制御する制御手段とそれぞれ接続され、かつ前記複数のマイクログリッド同士が連系用送電線にて交流で接続されていることを特徴とする電力系統連系システム。
2. 前記制御手段は、前記複数のマイクログリッドに優先順位を付与し、優先順位に応じて選ばれたマイクログリッドの制御手段が各マイクログリッドにおける二次電池システムの充放電量を決定することを特徴とする請求項１記載の電力系統連系システム。
3. 前記選ばれたマイクログリッドの制御手段は、それぞれのマイクログリッドの二次電池システムの充放電量を決定するにあたって、システムの周波数を一定にするために必要な全体の二次電池システムの充放電量を、各マイクログリッドに設けられた二次電池システムの容量に比例して分配することを特徴とする請求項２記載の電力系統連系システム。
4. 複数のマイクログリッドに対して共通に、二次電池及びＰＣＳを有する二次電池システムが設けられ、前記ＰＣＳは、エネルギー授受を制御する制御手段と接続されるとともに、連系用送電線を介して前記複数のマイクログリッドに交流で接続されていることを特徴とする電力系統連系システム。
5. 複数のマイクログリッドにそれぞれＰＣＳとこれに接続される制御手段が設けられる一方、システムに共通に設けられた二次電池が二次電池システム送電線を介して前記複数のＰＣＳに直流で接続されていることを特徴とする電力系統連系システム。
6. 前記二次電池システム送電線として超電導ケーブルを用いたことを特徴とする請求項５記載の電力系統連系システム。
7. 複数のスマートグリッドのそれぞれに、二次電池及びＰＣＳを有する二次電池システムが設けられ、前記各ＰＣＳは、エネルギー授受を制御する制御手段とそれぞれ接続され、かつ前記複数のスマートグリッド同士が連系用送電線にて交流で接続されていることを特徴とする電力系統連系システム。
8. 前記制御手段は、前記複数のスマートグリッドに優先順位を付与し、優先順位に応じて選ばれたスマートグリッドの制御手段が各スマートグリッドにおける二次電池システムの充放電量を決定することを特徴とする請求項７記載の電力系統連系システム。
9. 前記選ばれたスマートグリッドの制御手段は、それぞれのスマートグリッドの二次電池システムの充放電量を決定するにあたって、システムの周波数を一定にするために必要な全体の二次電池システムの充放電量を、各スマートグリッドに設けられた二次電池システムの容量に比例して分配することを特徴とする請求項８記載の電力系統連系システム。
10. 複数のスマートグリッドに対して共通に、二次電池及びＰＣＳを有する二次電池システムが設けられ、前記ＰＣＳは、エネルギー授受を制御する制御手段と接続されるとともに、連系用送電線を介して前記複数のスマートグリッドに交流で接続されていることを特徴とする電力系統連系システム。
11. 複数のスマートグリッドにそれぞれＰＣＳとこれに接続される制御手段が設けられる一方、システムに共通に設けられた二次電池が二次電池システム送電線を介して前記複数のＰＣＳに直流で接続されていることを特徴とする電力系統連系システム。
12. 前記二次電池システム送電線として超電導ケーブルを用いたことを特徴とする請求項１１記載の電力系統連系システム。

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