JP2014090535A - 蓄電システム及び蓄電池システムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した出力制御が可能な蓄電システムを提供する。
【解決手段】複数の蓄電池パワーコンディショナと、各蓄電池パワーコンディショナに接続される蓄電池と、各蓄電池パワーコンディショナに接続される電流センサと、を備え、少なくとも、１の電流センサの買電量検出整定値と他の電流センサの買電量検出整定値とが異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電システム及び蓄電池システムの制御方法に関する。

従来より、蓄電池を備える蓄電システムが知られている。蓄電システムの蓄電池は例えば商用電力系統に接続されており、商用電力系統から電力の供給を受けることで蓄電池の充電を行う。電気料金の契約形態には時間帯区分によって電力量料金が異なる契約形態がある。そこで蓄電システムでは電力量料金が安い夜間時間帯（深夜時間帯）に蓄電池の充電を行うことが一般に行われている（例えば特許文献１参照）。

このような蓄電システムにおいて単一の蓄電池のみを備える蓄電システムでは蓄電可能な電力量に限りがあり、日中の負荷電力量が蓄電電力量を上回ることが考えられる。そこで蓄電電力量を増やすために蓄電システム内に複数の蓄電池を設けることが考えられる。

ところで蓄電システムを利用するにあたって電力会社と逆潮流なしで契約を締結する必要があり、電力系統連系技術要件ガイドラインの規定により、逆潮流を検出するための逆電力継電器（ＲＰＲ）及び不足電力継電器（ＵＰＲ）の連系保護装置の設置が必要である。ＲＰＲは蓄電電力から商用電力系統への電力の供給、いわゆる逆潮流を検知する。ＵＰＲは商用電源系統の停電や不足電力を検知する。

ＲＰＲで逆潮流が発生すると（蓄電池の充放電を制御する蓄電池パワーコンディショナの出力電力＞負荷になると）蓄電池パワーコンディショナによって連系リレーが開放され、商用電源系統が解列される。そして、蓄電池パワーコンディショナは、逆潮流が発生しないように出力電力を調整して負荷に供給する。

一方で、逆潮流が発生しないように、常に買電量を検出しながら、あらかじめ定められた整定値（所定電力）分の電力を商用電源系統から買電しながらパワーコンディショナの運転を出力抑制制御している。この抑制制御により、ＲＰＲ検出による解列（連係保護装置の動作による連系リレー遮断動作）を最小限に抑えることができるものである。本抑制制御運転下では商用電源系統から供給される電力量が一定になるため、負荷の増減に応じて、蓄電池の充電電力の供給（蓄電池パワーコンディショナの出力電力）が増減する。

特開平１０−２０１１２９号公報

ところで蓄電システムが複数の蓄電池及び複数の蓄電池コンディショナを有する場合に、各蓄電池コンディショナは独立して各蓄電池コンディショナに接続される蓄電池の充放電を制御する。言い換えれば、各蓄電池コンディショナは他の蓄電池コンディショナの存在を考慮することなく出力調整を行う。

このため、動作条件によっては、各蓄電池コンディショナが同一の制御を独立して行うことで出力制御が不安定になるおそれがある。

本発明は、上記の状況に鑑み、安定した出力制御が可能な蓄電システム及び蓄電池システムの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の蓄電システムは、複数の蓄電池パワーコンディショナと、各蓄電池パワーコンディショナに接続される蓄電池と、各蓄電池パワーコンディショナに接続される電流センサと、を備え、少なくとも、１の電流センサの買電量検出整定値と他の電流センサの買電量検出整定値とが異なる。

また、上記構成の蓄電システムにおいて、各継電器の整定値が定期又は不定期に変更される。

また、上記構成の蓄電システムにおいて、各継電器の整定値を変更可能なリモコンを備える。

上記課題を解決するために本発明の蓄電池システムの制御方法は、複数の蓄電池パワコーコンディショナを備える蓄電池システムの制御方法であって、前記複数の蓄電池パワーコンディショナは夫々系統からの買電量が一定に制御され、少なくとも、１の前記蓄電池パワーコンディショナの買電量と他の蓄電池パワーコンディショナの買電量とが異なる値となるように制御されている。

本発明に係る蓄電システムによれば、少なくとも、１の電流センサの買電量検出整定値と他の電流センサの買電量検出整定値とが異なることにより、整定値が異なる蓄電池パワーコンディショナ同士の出力の優先順をつけることが可能なる。従って、蓄電システムの動作が不安定になるのが防がれる。

第１実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図 第２実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図

本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図である。本発明の第１実施形態に係る蓄電システムは、蓄電池ユニット１＃１〜１＃２、電力系統（系統）３、電流センサ４＃１〜４＃２、負荷５、リモコン６、売買センサ７を備える。

蓄電池ユニット１＃１は蓄電装置１０＃１と蓄電池パワーコンディショナ（以下、「蓄電池パワーコンディショナ」を「蓄電池ＰＣＳ」と称することもある。）２０＃１を備える。蓄電装置１０＃１は蓄電池１１＃１及びＢＭＵ（電池管理ユニット）１２＃１を備える。蓄電池１１＃１はリチウムイオン二次電池である。ＢＭＵ１２＃１は蓄電池１１＃１の電圧、電流、温度、ＳＯＣ（バッテリー残量）、内部抵抗、充放電積算電流等の蓄電池情報を管理する。また、ＢＭＵ１２＃１は蓄電池１１＃１の蓄電池情報を蓄電池ＰＣＳ２０＃１の制御部２１＃１に対して出力する。

蓄電池ＰＣＳ２０＃１は制御部（制御基板）２１＃１、インバータ２２＃１、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、「双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ」を「コンバータ」とも称する。」）２３＃１、連系リレー２４＃１を備える。

制御部２１＃１はインバータ２２＃１及びコンバータ２３＃１及びＢＭＵ１２＃１を制御するマイコン２１１＃１とＤＳＰ２１２＃１を備える。制御部２１＃１はＢＭＵ１２＃１を介して蓄電池１１＃１の状態を監視しており、インバータ２２＃１、コンバータ２３＃１を制御することで蓄電池１１＃１の充放電を制御する。さらに、蓄電池１１＃１に異常が発生した場合は、制御部２１＃１はシステム全体の動作を停止させ、安全性を確保している。

インバータ２２＃１はコンバータ２３＃１を介して蓄電池１１＃１の入出力端に接続される。インバータ２２＃１は、蓄電池１１＃１の充電時には系統３から供給される交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ２３＃１に供給する。また、蓄電池１１＃１の放電時には、コンバータ２３＃１から供給される直流電圧を交流電圧に変換して負荷５に供給する。

コンバータ２３＃１は、蓄電池１１＃１の入出力端に接続され、蓄電池１１＃１とインバータ２２＃１の間に配される。コンバータ２３＃１は蓄電池１１＃１の充放電時に蓄電池１１＃１から供給される直流電圧又はインバータ２２＃１から供給される直流電圧を昇圧又は降圧する。

連系リレー２４＃１に関しては後述する。

蓄電池ユニット１＃２は蓄電装置１０＃２と蓄電池蓄電池ＰＣＳ２０＃２を備える。蓄電装置１０＃２は蓄電池１１＃２及びＢＭＵ（電池管理ユニット）１２＃２を備える。蓄電池１１＃２はリチウムイオン二次電池である。ＢＭＵ１２＃２は蓄電池１１＃２の電圧、電流、温度、ＳＯＣ（バッテリー残量）、内部抵抗、充放電積算電流等の蓄電池情報を管理する。また、ＢＭＵ１２＃２は蓄電池１１＃２の蓄電池情報を蓄電池ＰＣＳ２０＃２の制御部２１＃２に対して出力する。

蓄電池ＰＣＳ２０＃２は制御部（制御基板）２１＃２、インバータ２２＃２、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ２３＃２、連系リレー２４＃２を備える。

制御部２１＃２はインバータ２２＃２、コンバータ２３＃２及びＢＭＵ１２＃２を制御するマイコン２１１＃２とＤＳＰ２１２＃２を備える。制御部２１＃２はＢＭＵ１２＃２を介して蓄電池１１＃２の状態を監視しており、インバータ２２＃２、コンバータ２３＃２を制御することで蓄電池１１＃２の充放電を制御する。

インバータ２２＃２はコンバータ２３＃２を介して蓄電池１１＃２の入出力端に接続される。インバータ２２＃２は、蓄電池１１＃２の充電時には系統３から供給される交流電圧を直流電圧に変換してコンバータ２３＃２に供給する。また、蓄電池１１＃２の放電時には、コンバータ２３＃２から供給される直流電圧を交流電圧に変換して負荷５に供給する。

コンバータ２３＃２は、蓄電池１１＃２の入出力端に接続され、蓄電池１１＃２とインバータ２２＃２の間に配される。コンバータ２３＃２は蓄電池１１＃２の充放電時に蓄電池１１＃２から供給される直流電圧又はインバータ２２＃２から供給される直流電圧を昇圧又は降圧する。

電流センサ４＃１は蓄電池ユニット１＃１（蓄電池ＰＣＳ２０＃１）と系統３間を流れる電流を検出するホールセンサである。電流センサ４＃２は蓄電池ユニット１＃２（蓄電池ＰＣＳ２０＃２）と系統３間を流れる電流を検出するホールセンサである。

以下の説明では、蓄電池ユニット１＃１〜１＃２について、個々の区分けが不要な場合は蓄電池ユニット１と称することがある。その他の構成に関しても同様であり、電流センサ４、蓄電装置１０、蓄電池１１、ＢＭＵ１２、蓄電池ＰＣＳ２０、制御部２１、インバータ２２、コンバータ２３、連系リレー２４と称することがある。

電流センサ４は蓄電池ＰＣＳ２０とアナログ接続されている。電流センサ４は制御部２１とともに逆電力検出機能（ＲＰＲ）及び出力抑制制御機能（ＵＰＲ）を構成する。すなわち電流センサ４が取得する電流値及び電流の向きを示す情報に基づいて制御部２１が逆潮流の発生や一定買電量の検出によるインバータ２２の出力抑制制御を実行する。

制御部２１は逆潮流を検出すると、逆潮流を防ぐために連系リレー２４を開放状態とする。また制御部２１は系統３からの買電量を一定にするようにインバータ２２の出力を抑制する。

リモコン６は蓄電システムに関する情報を表示する表示手段６１、蓄電システムの各種設定・制御を遠隔操作可能な操作手段６２を備える。表示手段６１には例えば電力料金、契約電力容量、運転モード等が表示される。操作手段６２は例えば買電量の整定値を設定する設定手段等を備える。リモコン６は売買センサ７及び蓄電池ＰＣＳ２０の制御部２１と有線接続若しくは無線接続されている。

買電量の整定値は電流センサ毎に設定することができる。以下、電流センサ４＃１と制御部２１＃１とから構成される出力抑制機能を第１のＵＰＲ、電流センサ４＃２と制御部２１＃２とから構成される出力抑制機能を第２のＵＰＲと称する。本実施形態においては第１のＵＰＲの整定値と第２のＵＰＲの整定値とは異なる値に設定されている。制御部２１は設定された整定値に基づいて系統３から買電を行う。

売買センサ７は買電量、売電量を計測する電力量計である。なお、売買センサ７は電力会社により設置される電力計とは別に、蓄電システムの設置者によって設置される電力計である。売買センサ７は上述したようにリモコン６と無線接続されている。従って売買センサ７から出力される買電量、売電量を示す情報はリモコン６を介して蓄電池ＰＣＳ２０の制御部２１に入力される。なお、電力会社により設置される電力計から買電量、売電量を示す情報が取得可能であれば、売買センサ７を別途設けないこととしてもよい。その場合には電力会社により設置される電力計を売買センサ７と称する。

ここで買電量検出整定値（ＵＰＲ整定値）が設定されている場合の、蓄電池ＰＣＳの出力電力（蓄電池ＰＣＳのインバータ）、買電量計出整定値（ＵＰＲ整定値）、負荷の関係について単一の蓄電池ユニットを有する蓄電システムを例に説明する。蓄電池ＰＣＳ（蓄電池ＰＣＳのインバータ）の出力電力をＰａ（ｋＷ）、ＵＰＲ整定値をＰｂ（Ｗ）、負荷をＰｃ（ｋＷ）とする。Ｐｂは固定値である。なお、蓄電池ＰＣＳの定格出力電力＞Ｐｂであるものとする。

ＵＰＲ整定値Ｐｂは予め設定され、或いはリモコンにより一定の値に設定される。なお、ＵＰＲ整定値Ｐｂは電流センサ及び売買センサで計測されるため、蓄電池ＰＣＳの制御部は電流センサ又は売買センサからＵＰＲ整定値Ｐｂを取得可能することとしてもよい。その場合には、電流センサからＵＰＲ整定値Ｐｂを取得することがより望ましい。上述したように電流センサと蓄電池ＰＣＳの制御部とはアナログ接続されているため、蓄電池ＰＣＳの制御部は、タイムラグなくＵＰＲ整定値Ｐｂを示す情報を取得することができる。

ここでＰａ、Ｐｂ、Ｐｃの関係は、Ｐｃ＝Ｐａ＋Ｐｂを満たすとともに、Ｐｂが一定量であるからＰａはＰｃの増減に応じて増減する。つまり、蓄電池ＰＣＳの制御部は負荷に応じて出力電力を制御する。

次に本実施形態の出力調整について説明する。蓄電池ＰＣＳ２０＃１（インバータ２２＃１）及び蓄電池ＰＣＳ２０＃２（インバータ２２＃２）の定格が２ｋＷ、負荷が１ｋＷ、第１のＵＰＲ整定値が１００Ｗ、第２のＵＰＲ整定値が５０Ｗである場合を例に本実施形態の出力調整について説明する。当然ながら各電力値は一例であって、これらに限定されるものではない。

上述したように蓄電池ＰＣＳ２０の出力制御は蓄電池ユニット１毎に行われる。従って制御部２１＃１、２１＃２はそれぞれ整定値と負荷５の要求電力に基づいて蓄電池ＰＣＳ２０＃１、２０＃２の出力制御を行う。

第１のＵＰＲ整定値は１００Ｗである。第１のシステムが単体であれば、制御部２１＃１は蓄電池ＰＣＳ２０＃１の出力電力が９００Ｗ（１ｋＷ−１００Ｗ）となるように制御を行う。一方、第２のＵＰＲ整定値は５０Ｗである。従って制御部２１＃２は蓄電池ＰＣＳ２０＃２の出力電力が９５０Ｗ（１ｋＷ−５０Ｗ）となるように制御を行う。

第１と第２が同一箇所で連系されている場合は、整定値の小さいほうのシステムが優先的に出力される。したがって、第２のシステムの出力が優先され、負荷１ｋＷに対して、９５０Ｗ出力され、第１のシステムは出力はゼロになる（つまり抑制状態）。第２のシステムがＳＯＣ＝０％により出力できなると、第１のシステムが９００Ｗの出力を開始する。このように、制御部２１＃１、２１＃２が同一の制御を行うことがなく、動作が不安定になることが防がれる。

具体的には、第１のＵＰＲ整定値よりも整定値が小さい第２のＵＰＲ整定値に基づいて制御部２１＃１によって出力制御が行われる蓄電池ＰＣＳ２０＃２の出力が、蓄電池ＰＣＳ２０＃１の出力よりも優先される。つまり本実施形態では、ＵＰＲ毎にＵＰＲ整定値を異なる値に設定することで蓄電池ＰＣＳ２０＃１、２０＃２のうちどちらの蓄電池ＰＣＳ２０を優先するかの優先順位を定めている。

本実施形態によれば、２つ蓄電池ユニット１（つまり２つの蓄電池ＰＣＳ２０及び各蓄電池ＰＣＳ２０に接続される蓄電池１０）と、各蓄電池ＰＣＳ２０に接続される電流センサを備え、一のＵＰＲ整定値と、他のＵＰＲ整定値が異なる値に設定される。蓄電池ＰＣＳ２０は自身に設定されるＵＰＲ整定値に基づいて個別に出力制御を行う。その際、蓄電池ＰＣＳ毎にＵＰＲ整定値が異なるので同一の出力制御が行われることがない。従って、蓄電システムの動作が不安定になるのが防がれる。

＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図である。

本発明の第２実施形態に係る蓄電システムは、本発明の第１実施形態に係る蓄電システムの加えて、自然エネルギー（再生可能エネルギー）を利用した発電（例えば太陽光発電、風力発電）システムを有する。すなわち、図２は太陽光発電システムを備える蓄電システムを示す。

本実施形態においてリモコン６は蓄電システムに関する情報を表示する表示手段６１、蓄電システムの各種設定・制御を遠隔操作可能な操作手段６２を備える。表示手段６１には例えば電力料金、契約電力容量、運転モード等が表示される。操作手段６２は例えばＵＰＲの整定値を設定する設定手段等を備える。また、リモコン６は太陽光ＰＣＳ８０の出力電力（太陽光システム８の発電量）を示す情報を取得する。リモコン６は売買センサ７及び蓄電池ＰＣＳ２０の制御部２１と無線接続されている。

太陽光発電システム８は太陽光モジュールＭＪと、太陽光パワーコンディショナ（以下、「太陽光パワーコンディショナ」を「太陽光ＰＣＳ」とも称する。）８０を備える。太陽ＰＣＳ８０は、太陽光発電用ＤＣ／ＤＣコンバータ８１、インバータ８２、連系リレー８３を備える。太陽光モジュールＭＪによって発電された電力は、太陽光発電用ＤＣ／ＤＣコンバータ８１によって昇圧された後、インバータ８２により交流電圧に変換される。太陽光発電システムによって発電された電力は、売電、負荷への供給、蓄電池１０への充電のいずれかに使用される。

ここでＵＰＲ整定値が設定されている場合の、太陽光ＰＣＳ（太陽光ＰＣＳのインバータ）の出力電力、蓄電池ＰＣＳ（蓄電池ＰＣＳのインバータ）の出力電力、買電量検出整定値（ＵＰＲ整定値）、負荷の関係について単一の蓄電池ユニットを有する蓄電システムを例に説明する。太陽光ＰＣＳ（太陽光ＰＣＳのインバータ）の出力電力をＰｄ（ｋＷ）、蓄電池ＰＣＳ（蓄電池ＰＣＳのインバータ）の出力電力Ｐｅ（ｋＷ）、ＵＰＲ整定値をＰｆ（Ｗ）、負荷をＰｇ（ｋＷ）とする。Ｐｆは固定値である。なお、蓄電池ＰＣＳの定格出力電力＞Ｐｅであるものとする。

太陽光ＰＣＳの出力電力値Ｐｄを示す情報は、リモコンを介して蓄電池ＰＣＳの制御部に入力される。

ＵＰＲ整定値Ｐｅは予め設定され、或いはリモコンにより一定の値に設定される。なお、ＵＰＲ整定値Ｐｅは電流センサ及び売買センサで計測されるため、蓄電池ＰＣＳの制御部は電流センサ又は売買センサからＵＰＲ整定値Ｐｅを取得可能することとしてもよい。その際、電流センサからＵＰＲ整定値Ｐｅを取得することが望ましい。上述したように電流センサと蓄電池ＰＣＳの制御部とはアナログ接続されているため、蓄電池ＰＣＳの制御部は、タイムラグなくＵＰＲ整定値Ｐｅを示す情報を取得することができる。

ここでＰｄ、Ｐｅ、Ｐｆ、Ｐｇの関係は、Ｐｄ＋Ｐｅ＋Ｐｆ＝Ｐｇを満たす。つまり、Ｐｅ＝Ｐｇ−（Ｐｄ＋Ｐｆ）である。Ｐｇ＞Ｐｄ＋Ｐｆであれば、Ｐｆは一定量であるからＰｅはＰｄ及びＰｇの増減に応じて増減する。つまり、蓄電池ＰＣＳの制御部は太陽光ＰＣＳの出力電圧及び負荷に応じて出力電力を制御する。

太陽光発電システム８を備える本実施形態の蓄電システムでも、第１実施形態と同様に第１のＵＰＲ整定値と第２のＵＰＲ整定値とを異なる値に設定することによって制御部２１＃１、２１＃２はそれぞれ整定値と負荷５の要求電力に基づいて蓄電池ＰＣＳ２０＃１、２０＃２の出力制御を行う。従って、制御部２１＃１、２１＃２が同一の制御を行うことがなく、動作が不安定になることが防がれる。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。

＜補足＞
上記実施形態では、２つの蓄電池ユニットを備える蓄電システムを例に説明したがこれに限られるものではなく、３つ以上の蓄電池ユニットを備える蓄電システムにも適用できる。その際、蓄電池ＰＣＳに接続されるＵＰＲの整定値は、少なくとも、１のＵＰＲの整定値と他のＵＰＲの整定値が異なる整定値であればよい。当然ながら全てのＵＰＲ整定値と異なる整定値としてもよい。

また、ＵＰＲの整定値は定期的、或いは、不定期的に自動的或いはリモコン６が操作されることで変更されることとしてもよい。ＵＰＲ整定値と変えて蓄電池ＰＣＳ２０の優先順位を変えることで、特定の蓄電池１１の寿命や劣化が他の蓄電池１１に比べて早くなるのを防ぐことができる。

本発明は、蓄電システムに利用できる。

１＃１〜１＃２ 蓄電池ユニット
３ （商用）電力系統
４＃１〜４＃２ 電流センサ（ホールセンサ）
５ 負荷（家庭内負荷）
６ リモコン
７ 売買センサ
１０＃１〜１０＃２ 蓄電装置
１１＃１〜１１＃２ 蓄電池
１２＃１〜１２＃２ ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）
２０＃１〜２０＃２ 蓄電池パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
２１＃１〜２１＃２ 制御部
２２＃１〜２２＃２ インバータ
２３＃１〜２３＃２ 双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
２４＃１〜２４＃２ 連系リレー
８０ 太陽光発電ユニット
８１ 太陽光パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
２１１＃１〜２１１＃２ マイコン
２１２＃１〜２１２＃２ ＤＳＰ

Claims (4)

1. 複数の蓄電池パワーコンディショナと、
   各蓄電池パワーコンディショナに接続される蓄電池と、
   各蓄電池パワーコンディショナに接続される電流センサと、
   を備え、
   少なくとも、１の電流センサの買電量検出整定値と他の電流センサの買電量検出整定値とが異なる蓄電システム。
2. 各継電器の整定値が定期又は不定期に変更される請求項１に記載の蓄電システム。
3. 各継電器の整定値を変更可能なリモコンを備える請求項１又は請求項２に記載の蓄電システム。
4. 複数の蓄電池パワコーコンディショナを備える蓄電池システムの制御方法であって、
   前記複数の蓄電池パワーコンディショナは夫々系統からの買電量が一定に制御され、
   少なくとも、１の前記蓄電池パワーコンディショナの買電量と他の蓄電池パワーコンディショナの買電量とが異なる値となるように制御されていることを特徴とする蓄電池システムの制御方法。

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