JP2014233096A - 充放電システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池を用いたアンシラリーサービスにおいて、蓄電池を保護しつつ、アンシラリー機能の低下を抑制する。【解決手段】蓄電池１０は、電力系統５０から充電および電力系統５０に放電することが可能である。制御装置２０は、蓄電池１０の充放電を制御する。制御装置２０は、電力系統５０の運用主体からの指示に応じて電力系統５０と蓄電池１０との間で充放電すべき期間の開始時刻までに、蓄電池１０のＳＯＣ（State Of Charge）が所定の適正値になるよう蓄電池１０を充電または放電する。【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電池の充放電システムに関する。

近年、大手電力会社以外が保有する発電機や、自然エネルギー（太陽光や風力など）をもとにした発電機が、送配電用の電力系統に連結されることが多くなってきている。これらの発電機により発電された電力は低品質なものが多く、アンシラリー機能が重要になってきている。アンシラリー機能とは、電力系統により送配電される電力の、周波数安定化などの電力品質を維持する機能を指す。以下、本明細書ではアンシラリー機能の代表例として周波数維持機能を取り上げる。

送配電される電力は、需要が供給を超過した場合、瞬時に周波数が低下し、供給が需要を超過した場合、瞬時に周波数が上昇する性質がある。そこで、周波数が低下した場合、発電出力を増加させ、周波数が上昇した場合、発電出力を減少させるよう出力調整することが考えられる。

当該出力調整の手法として、火力発電所のガスタービンの回転速度を変更することが考えられる。この手法は数分〜１０分程度で発電出力を変更できる。この手法より短時間で電力供給を調整可能な手法として、電力系統に蓄電池（二次電池ともいう）を接続し、電力系統と蓄電池との間で充放電する手法が考えられる（たとえば、特許文献１参照）。この手法では、蓄電池の運用管理主体は、電力系統の運用管理主体からの充放電指示にしたがって、電力系統から充電または電力系統へ放電する。

米国特許７８３９０２７号明細書

蓄電池は寿命などの観点から、ＳＯＣ（State Of Charge）範囲内で使用されることが求められる。蓄電池をアンシラリーサービスに使用する場合も同様である。ＳＯＣとは満充電容量に対する残容量の割合を示す指標である。

上述したように、蓄電池をアンシラリーサービスに使用している期間中、蓄電池の運用管理主体は、電力系統の運用管理主体から充電指示または放電指示を受ける。この指示は負荷変動や発電状況に応じて様々なパターンで出される。充電指示と放電指示がバランスよく出されることもあれば、充電指示が多数回連続することもあれば、放電指示が多数回連続することもある。

蓄電池の運用管理主体は、電力系統の運用管理主体から出される指示を、原則的にすべて受ける必要がある。その指示が無視されれば、アンシラリー機能が弱まり、高品質な電力の安定供給に支障をきたす。

本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、蓄電池を用いたアンシラリーサービスにおいて、蓄電池を保護しつつ、アンシラリー機能の低下を抑制する技術を提供することにある。

本発明のある態様の充放電システムは、電力系統から充電および電力系統に放電することが可能な蓄電池と、蓄電池の充放電を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、電力系統の運用主体からの指示に応じて電力系統と蓄電池との間で充放電すべき期間の開始時刻までに、蓄電池のＳＯＣが所定の適正値になるよう蓄電池を充電または放電する。

本発明によれば、蓄電池を用いたアンシラリーサービスにおいて、蓄電池を保護しつつ、アンシラリー機能の低下を抑制できる。

電力供給システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る充放電システムを説明するための図である。 周波数制御サービスのサービス提供期間以外の期間における、制御装置によるＳＯＣ調整処理を説明するためのフローチャートである。 周波数制御サービスのサービス提供期間内における、制御装置によるＳＯＣ調整処理を説明するためのフローチャートである。 周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池のＳＯＣが蓄電池のＳＯＣ範囲の上限値を超える場合における、第１処理例を説明するための図である。 周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池のＳＯＣが蓄電池のＳＯＣ範囲の下限値を超える場合における、第１処理例を説明するための図である。 周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池のＳＯＣが蓄電池のＳＯＣ範囲を超える場合における、第１処理例を説明するためのフローチャートである。 周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池のＳＯＣが蓄電池のＳＯＣ範囲の上限値を超える場合における、第２処理例を説明するための図である。 周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池のＳＯＣが蓄電池のＳＯＣ範囲を超える場合における、第２処理例を説明するためのフローチャートである。 周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池のＳＯＣが蓄電池のＳＯＣ範囲の下限値を超える場合における、第３処理例を説明するための図である。 周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池のＳＯＣが蓄電池のＳＯＣ範囲を超える場合における、第３処理例を説明するためのフローチャートである。 周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池のＳＯＣが蓄電池のＳＯＣ範囲の上限値を超える場合における、第４処理例を説明するための図である。 周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池のＳＯＣが蓄電池のＳＯＣ範囲を超える場合における、第４処理例を説明するためのフローチャートである。

図１は、電力供給システム５００の全体構成を示す図である。電力供給システム５００は、電力系統５０に、複数の発電所３０、複数の充放電システム１００、複数の需要者４０および系統運用装置２００が接続される構成である。本明細書では説明を簡略化するため、送電系統と配電系統を区別せずに両者をまとめて電力系統５０と表記する。

電力供給システム５００の運営形態には様々な形態がある。日本では、基本的に地域独占の電力会社により電力供給システム５００全体が管理される形態であり、電力会社以外による電力の小売は認められていない（２０１１年９月現在）。各地域の電力会社はその地域の需要者４０に対して電力供給責任を負う。また、日本の電力会社は周波数制御サービスを実施することにより、高品質で安定した電力を需要者４０に供給している。

一方、電力の小売が自由化されている国や地域もある。その代表例として、ＰＪＭ（Pennsylvania New Jersey Maryland）が挙げられる。ＰＪＭには、卸売電力取引所(ＰＸ;Power Exchange）および独立系統運用機関(ＩＳＯ;Independent System Operator)が設置されている。送電線を中心とする電力系統は電力会社が所有し、その運用をＩＳＯが行う仕組みである。ＰＪＭでは、設備容量市場、卸電力市場、周波数調整市場および金融的送電権市場が運営されている。

電力系統５０に連結される発電所３０には、火力、原子力、水力、風力、太陽光など、様々な種類の発電所がある。火力発電所のエネルギー源は、主に、石炭、ガス、石油である。日本のように主力の発電所の多くを地域独占の電力会社が所有しているケースもあれば、ＰＪＭのように電力会社に加え、多くの独立発電事業者（ＩＰＰ;Independent Power Producer）が発電所を分散して所有しているケースもある。

系統運用装置２００は、電力会社またはＩＳＯにより管理される装置である。系統運用装置２００は、電力系統５０の負荷変動（すなわち、電力の需要変動）を検知し、電力系統５０全体の需給バランスを維持するための指示を、発電所３０および充放電システム１００の少なくとも一方に与える。上述したように、需給バランスが崩れると系統周波数が変動する。系統周波数と基準周波数との差が±０．２Ｈｚを超えると、需要者４０側の一部の機器に悪影響が及ぶ可能性がある。また、系統周波数と基準周波数との差が数％に及ぶと、発電機に、タービン翼共振や発電機軸ねじれなどの不具合が発生する可能性がある。

系統運用装置２００は、負荷変動に応じて発電出力を調整するよう発電所３０に通信ネットワークを介して指示することができる。具体的には、電力需要が電力供給を上回ると、発電出力を増加させるよう指示し、電力需要が電力供給を下回ると、発電出力を減少させるよう指示する。原子力発電や水力発電は短時間での出力調整が難しいため、発電所による出力調整は主に、火力発電所により行われる。

系統運用装置２００は、負荷変動に応じて、電力系統５０に蓄電池から放電または電力系統５０から蓄電池に充電するよう充放電システム１００に通信ネットワークを介して指示することができる。具体的には、電力需要が電力供給を上回ると、電力系統５０に蓄電池から放電するよう指示し、電力需要が電力供給を下回ると、電力系統５０から蓄電池に充電するよう指示する。

前者の火力発電所による発電出力の変更には数分から１０分程度かかる。後者の充放電システム１００による電力供給の調整は瞬時に可能であるため、瞬時の負荷変動に対して、とくに有効である。ＰＪＭには、自動発電制御（ＡＧＣ;Automatic Generation Control）による周波数調整市場と、充放電制御による周波数調整市場の両方がある。これらの市場が整備されていることにより、出力調整が困難な発電機しか保有しないＩＰＰでも新規参入が容易となる。すなわち、周波数調整市場で取引される周波数制御サービスに対価を支払うことにより、設備投資費用を抑えることができる。

以下、本明細書では充放電システム１００による系統周波数の制御について説明する。また、周波数調整市場により収益を上げることを目的とした事業者（以下、蓄電事業者という）が存在し、その蓄電事業者が充放電システム１００を管理し、周波数制御サービスを提供する例について説明する。この例では、系統運用装置２００を管理する系統運用主体と、周波数サービス提供主体が異なることになる。

図２は、本発明の実施の形態に係る充放電システム１００を説明するための図である。充放電システム１００は、蓄電池１０、スイッチ回路１１、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１２、抵抗Ｒ１、制御装置２０およびコンソール端末装置７０を備える。図２において、実線の矢印は電力の流れを示し、破線の矢印は制御信号の流れを示す。

蓄電池１０は、電力系統５０から充電および電力系統５０に放電することが可能な電池である。蓄電池１０にはリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などが採用される。スイッチ回路１１は、蓄電池１０と、双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１２および抵抗Ｒ１との間に設けられる。スイッチ回路１１は、制御装置２０からの指示に応じて、蓄電池１０から双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１２を介して電力系統５０に放電させるか、電力系統５０から双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１２を介して蓄電池１０に充電させるか、蓄電池１０から抵抗Ｒ１に電流を流すか、切り替える。

双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１２は、制御装置２０からの指示に応じて、電力系統５０から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池１０に供給するか、蓄電池１０から供給される直流電力を交流電力に変換して電力系統５０に供給する。抵抗Ｒ１は蓄電池１０から供給されるエネルギーをジュール熱として大気に放出する。

通信ネットワーク６０（たとえば、インターネット）に、系統運用装置２００、制御装置２０およびコンソール端末装置７０が接続される。また、図示しない周波数制御サービスの取引所システムも接続される。本実施の形態では、ＰＪＭと同様に、周波数制御サービス市場として、一日前市場とリアルタイム市場の二種類があることを前提とする。

たとえば、ＰＪＭの一日前市場はつぎのように運営されている。蓄電事業者は、周波数制御サービス提供日の前日の０時〜１８時（１２〜１６時を除く）に一時間単位で応札する。応札の最小単位は０．５ＭＷである。落札結果はサービス提供日の前日の２０時に通知される。決済価格は応札価格ではなく市場価格に決定される。市場価格は取引所で需要と供給が一致した価格である。なお、当該需要は当日の電力需要の予測値、当日の電力供給の予定値などから算出される。

系統運用機関は、一日前市場で周波数制御用の補助電源を確保できる。しかしながら、当日の天気や発電所の稼働状況の変化などにより、電力の需給バランスが予想以上に拡大することがある。その場合、リアルタイム市場を開設して、追加的に周波数制御サービスへの参加者を募る。リアルタイム市場は電力の需給バランスが予想の範囲内の場合、開設されない。

系統運用装置２００は、電力の需給バランスの変動に応じて、その時間に周波数制御サービスを提供している充放電システム１００の制御装置２０に、通信ネットワーク６０を介して充電指示信号または放電指示信号を送信する。系統運用装置２００は、充電指示信号または放電指示信号を定期的（たとえば、２秒または４秒に１回）に送信する。なお、充電および放電が必要ない周期では、信号を送信しなくてもよいし、待機指示信号を送信してもよい。

以下、より具体的に説明する。系統運用装置２００は、電力の需給バランスを監視し、需給バランスにギャップが生じた場合、そのギャップを埋めるための電力量を算出する。放電が必要な場合、算出された電力量を放電するよう少なくとも一つの充放電システム１００の制御装置２０に放電指示信号を送信する。同様に、充電が必要な場合、算出された電力量を充電するよう少なくとも一つの充放電システム１００の制御装置２０に充電指示信号を送信する。

系統運用装置２００は、各充放電システム１００の蓄電池１０の充電量と放電量をリアルタイムに管理し、各充放電システム１００の蓄電池１０の充電量と放電量とが可及的に等しくなるよう、放電指示および充電指示を発行すべき充放電システム１００を決定する。この放電指示および充電指示を発行すべき充放電システム１００を決定するためのアルゴリズムは、既存の一般的なアルゴリズムを使用すればよい。

コンソール端末装置７０は、蓄電事業者が使用する、ＰＣなどで構築される装置である。コンソール端末装置７０は、蓄電池１０が設置されている場所の近隣に設置されていてもよいし、遠方に設置されていてもよい。一つの蓄電事業者が複数の充放電システム１００を運用管理する場合、その蓄電事業者のオペレーションルームに当該複数の充放電システム１００の共通のコンソール端末装置７０が設置されてもよい。

コンソール端末装置７０は、蓄電事業者のユーザ操作にしたがい、周波数制御サービスの取引所システムにアクセスして、一日前市場またはリアルタイム市場に応札し、その落札結果を受領する。また、コンソール端末装置７０は、蓄電事業者のユーザ操作にしたがい、制御装置２０の各種パラメータを設定変更したり、蓄電池１０、スイッチ回路１１および双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１２を手動制御したりする。

制御装置２０は、主に蓄電池１０の充放電を制御する。制御装置２０は、充放電指示受付部２１、操作指示受付部２２、ＳＯＣ監視部２３、適正値決定部２４および充放電制御部２５を含む。これらの構成は、ハードウエア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

充放電指示受付部２１は、系統運用装置２００からの指示信号を受信する。より具体的には、一日前市場またはリアルタイム市場により落札した、周波数制御サービスを提供する期間（以下、サービス提供期間という）に、系統運用装置２００から定期的に充電指示、放電指示または待機指示を受ける。蓄電事業者にとって、このサービス提供期間は、系統運用機関に対して、系統運用装置２００からの指示に応じて電力系統５０と蓄電池１０との間で充放電可能な状態に維持する義務を負う期間となる。

操作指示受付部２２は、コンソール端末装置７０からの指示を受け付ける。ＳＯＣ監視部２３は、蓄電池１０のＳＯＣを継続的に取得して、その値を監視する。ＳＯＣの値は積算電流計などにより計測できる。なお、リチウムイオン電池では電圧計により計測できる。

適正値決定部２４は、蓄電池１０のＳＯＣの適正値を決定する。蓄電池１０の通常の使用方法では、できるだけ多くのエネルギーを蓄積しておくことが好ましいため、蓄電池１０のＳＯＣの適正値は、蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上限値に設定することが望ましい。すなわち、充電終止電圧に設定することが望ましい。

これに対し、周波数制御サービスを提供するための蓄電池１０では、そのＳＯＣの適正値は、蓄電池１０のＳＯＣ範囲の中間値近傍に設定することが望ましい。これは、系統運用装置２００から充電指示を受ける期待値と放電指示を受ける期待値が等しくなるというモデルに基づく。たとえば、ＳＯＣ範囲が１０％〜９０％の場合、適正値を５０％〜６０％程度に設定することが望ましい。一般的に、放電速度のほうが充電速度より速いため、ＳＯＣ範囲の中間値より所定の値、高く設定するとよい。なお、経時変化などにより蓄電池１０の満充電容量が変化した場合、適正値決定部２４は、その変化に応じて、適正値に対応する容量値を変更する。

充放電制御部２５は、上述のサービス提供期間の開始時刻までに、蓄電池１０のＳＯＣが適正値決定部２４により決定された適正値になるよう蓄電池１０を充電または放電する。この蓄電池１０の充放電は、当該サービス提供期間以外の期間に実施される。なお、このＳＯＣ調整のための放電は、抵抗Ｒ１に電流を流すことにより行う。また、このＳＯＣ調整のための充電は、電力系統５０から充電してもよいし、発電機（たとえば、太陽光パネル）を併設している場合、当該発電機から充電してもよい。

サービス提供期間の開始時刻までに、蓄電池１０のＳＯＣを当該適正値まで移動させる制御は、主に一日前市場により落札した周波数制御サービスを想定しているが、リアルタイム市場により落札した周波数制御サービスに適用してもよい。サービス提供期間の開始時刻までの時間が短い場合であっても、蓄電池１０のＳＯＣを当該適正値にできるだけ近づける処理は有効である。

充放電制御部２５は、上述のサービス提供期間内において、電力系統５０と蓄電池１０との間で電力のやりとりをする必要がない期間、蓄電池１０のＳＯＣが当該適正値に近づくよう蓄電池１０を充電または放電する。電力系統５０と蓄電池１０との間で電力のやりとりをする必要がない期間とは、系統運用装置２００から最後に受けた充電指示または放電指示に基づく充電または放電が終了後、つぎの充電指示および放電指示のいずれかを受けるまでの期間を指す。

この制御は、一日前市場により落札された周波数制御サービスおよびリアルタイム市場で落札された周波数制御サービスの両方に適用可能である。とくに、蓄電池１０のＳＯＣとその適正値が離れている可能性が高い、リアルタイム市場で落札された周波数制御サービスに有効である。ＳＯＣ調整のための充放電の手法は、上述した手法と同様の手法を使用する。

図３は、周波数制御サービスのサービス提供期間以外の期間における、制御装置２０によるＳＯＣ調整処理を説明するためのフローチャートである。コンソール端末装置７０は、蓄電事業者のユーザ操作にしたがい、周波数制御サービスの取引所システムにアクセスして、一日前市場に応札し、所定時間後の周波数制御サービスを落札する（Ｓ１０）。適正値決定部２４は、蓄電池１０のＳＯＣの適正値を決定し、充放電制御部２５に設定する（Ｓ１１）。ＳＯＣ監視部２３は、蓄電池１０のＳＯＣを取得する（Ｓ１２）。

充放電制御部２５は、取得されたＳＯＣと設定された適正値とを比較する（Ｓ１３）。両者が一致しない場合（Ｓ１３のＮ）、蓄電池１０を充放電制御する（Ｓ１４）。具体的には、当該ＳＯＣが当該適正値より高い場合、充放電制御部２５はスイッチ回路１１を制御して、蓄電池１０から抵抗Ｒ１に放電させる。一方、当該ＳＯＣが当該適正値より低い場合、充放電制御部２５はスイッチ回路１１および双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ１２を制御して、電力系統５０から蓄電池１０に充電させる。その後、ステップＳ１２に遷移し、蓄電池１０のＳＯＣの取得処理およびＳＯＣと適正値との比較処理が継続される。

ステップＳ１３にて、ＳＯＣと適正値が一致した場合（Ｓ１３のＹ）、ＳＯＣ調整処理が終了する。なお、図示しないが上述のサービス提供期間の開始時刻が到来した場合、ＳＯＣと適正値が一致しない場合でも、ＳＯＣ調整処理が終了する。

図４は、周波数制御サービスのサービス提供期間内における、制御装置２０によるＳＯＣ調整処理を説明するためのフローチャートである。なお、図４のフローチャートを簡略化するため、適正値決定部２４によるＳＯＣの決定および設定処理については省略している。また、系統運用装置２００は、各充放電システム１００の制御装置２０に、周期的（たとえば、２秒または４秒に１回）に充電指示、放電指示または待機指示のいずれかを発行するものとする。

サービス提供期間が開始すると、充放電システム１００は周波数制御サービスの提供を開始する（Ｓ２０）。充放電制御部２５はサービス提供期間が終了したか否か判定する（Ｓ２１）。終了した場合（Ｓ２１のＹ）、周波数制御サービスの提供を終了する。終了していない場合（Ｓ２１のＮ）、ステップＳ２２に遷移する。

ＳＯＣ監視部２３は、蓄電池１０のＳＯＣを取得する（Ｓ２２）。充放電指示受付部２１は、系統運用装置２００から指示を受信する（Ｓ２３）。充放電制御部２５は、その指示が待機指示であるか否か判定する（Ｓ２４）。待機指示でない場合（Ｓ２４のＮ）、その指示は充電指示または放電指示となる。充放電制御部２５は、受信した充電指示または放電指示に応じて、蓄電池１０の充放電制御を実施する（Ｓ２５）。具体的には、充電指示の場合、電力系統５０から蓄電池１０に充電させ、放電指示の場合、蓄電池１０から電力系統５０に放電させる。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ２１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。

ステップＳ２４にて、系統運用装置２００から受信した指示が待機指示である場合（Ｓ２４のＹ）、充放電制御部２５は、ＳＯＣ調整のための蓄電池１０の充放電制御を実施する（Ｓ２６）。具体的には、充電の場合、電力系統５０または発電機から充電し、放電の場合、抵抗Ｒ１に放電する。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ２１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。したがって、待機指示が続く間、ＳＯＣ調整のための充放電制御を継続することができる。

つぎに、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上限値または下限値を超える場合の処理について説明する。まず、第１処理例について説明する。第１処理例では、充放電制御部２５は、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の上限値を超える充電指示を無視する。同様に、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の下限値を超える放電指示を無視する。

図５は、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上限値を超える場合における、第１処理例を説明するための図である。図６は、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の下限値を超える場合における、第１処理例を説明するための図である。

以下、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲を超える場合のすべての具体例において、ＳＯＣ範囲が１０％〜９０％、ＳＯＣの適正値が６０％とする。また、サービス提供期間の開始時刻において、蓄電池１０のＳＯＣが適正値の６０％であるとする。

図５において、制御装置２０は系統運用装置２００から、充電指示、放電指示、充電指示、充電指示、放電指示、充電指示、充電指示の順番で指示を受けて、つぎの指示を受ける時刻ｔ７時点について考える。なお、充電指示にもとづく充電の速度と放電指示にもとづく放電の速度を比較すると後者のほうが速いため、充電を示す上向き矢印線より放電を示す下向き矢印線のほうを長く描いている。また、一回の指示にもとづくＳＯＣの実際の変動量は図５に示す変動量より小さいが、図を分かりやすくするため、矢印線を長くしている。

時刻ｔ７時点において、充電指示を受けて充電を実施するとＳＯＣ範囲の上限値（９０％）を超えてしまう。そこで、充放電制御部２５は時刻ｔ７時点において充電指示を受けた場合、その充電指示を無視する。なお、以下の図面において×印は指示を無視することを示しており、○印は指示を有効なものとして扱うことを示している。時刻ｔ７時点において、放電指示を受けた場合、充放電制御部２５は放電を実施する。時刻ｔ７時点において充電指示を受けてその充電指示を無視した後、時刻ｔ８時点において、再度、充電指示を受けた場合も、充放電制御部２５はその充電指示を無視する。放電指示を受けた場合は、充放電制御部２５は放電を実施する。

図６において、制御装置２０は系統運用装置２００から、放電指示、放電指示、充電指示、放電指示、充電指示、充電指示、放電指示、放電指示の順番で指示を受けて、つぎの指示を受ける時刻ｔ８時点について考える。時刻ｔ８時点において、放電指示を受けて放電を実施するとＳＯＣ範囲の下限値（１０％）を超えてしまう。そこで、充放電制御部２５は時刻ｔ８時点において放電指示を受けた場合、その放電指示を無視する。充電指示を受けた場合、充電を実施する。時刻ｔ８時点において放電指示を受けてその放電指示を無視した後、時刻ｔ９時点において、再度、放電指示を受けた場合も、充放電制御部２５はその放電指示を無視する。充電指示を受けた場合は、充放電制御部２５は充電を実施する。

図７は、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲を超える場合における、第１処理例を説明するためのフローチャートである。なお、図７のフローチャートを簡略化するため、適正値決定部２４によるＳＯＣの決定および設定処理については省略している。また、充電指示も放電指示もされない周期は無視して考える。

サービス提供期間が開始すると、充放電システム１００は周波数制御サービスの提供を開始する（Ｓ４０）。充放電制御部２５はサービス提供期間が終了したか否か判定する（Ｓ４１）。終了した場合（Ｓ４１のＹ）、周波数制御サービスの提供を終了する。終了していない場合（Ｓ４１のＮ）、ステップＳ４２に遷移する。

ＳＯＣ監視部２３は、蓄電池１０のＳＯＣを取得する（Ｓ４２）。充放電指示受付部２１は、系統運用装置２００から充電指示または放電指示を受信する（Ｓ４３）。受信した指示が充電指示の場合（Ｓ４４のＹ）、充放電制御部２５は、その充電指示に基づき充電した場合に、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上限値を超えるか否か判定する（Ｓ５０）。超える場合（Ｓ５０のＹ）、その充電指示を無視する（Ｓ５２）。超えない場合（Ｓ５０のＮ）、その充電指示に基づく充電制御を実施する（Ｓ５１）。その後、いずれの場合もこの周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。

ステップＳ４４にて、受信した指示が放電指示の場合（Ｓ４４のＮ）、充放電制御部２５は、その放電指示に基づき放電した場合に、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の下限値を超えるか否か判定する（Ｓ６０）。超える場合（Ｓ６０のＹ）、その放電指示を無視する（Ｓ６２）。超えない場合（Ｓ６０のＮ）、その放電指示に基づく放電制御を実施する（Ｓ６１）。その後、いずれの場合もこの周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。

つぎに、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲を超える場合の第２処理例について説明する。第２処理例では、充放電制御部２５は、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の上限値を超える充電指示を受けると、蓄電池１０のＳＯＣが適正値に戻るまで充電指示を無視する。同様に、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の下限値を超える放電指示を受けると蓄電池１０のＳＯＣが適正値に戻るまで放電指示を無視する。蓄電池１０のＳＯＣが適正値に戻ると、この制限は解除され、充放電制御部２５は、充電指示および放電指示のいずれも有効なものとして取り扱う。

図８は、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上限値を超える場合における、第２処理例を説明するための図である。図８において、制御装置２０は系統運用装置２００から、充電指示、放電指示、充電指示、充電指示、放電指示、充電指示、充電指示の順番で指示を受けて、つぎの指示を受ける時刻ｔ７時点について考える。

時刻ｔ７時点において、充電指示を受けて充電を実施するとＳＯＣ範囲の上限値（９０％）を超えてしまう。そこで、充放電制御部２５は時刻ｔ７時点において充電指示を受けた場合、その充電指示を無視する。放電指示を受けた場合、放電を実施する。時刻ｔ７時点において放電指示を受けて放電を実施した後、つぎの指示を受ける時刻ｔ８時点について考える。

第２処理例では、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の上限値を超える充電指示を受けると、蓄電池１０のＳＯＣが適正値に戻るまで充電指示を無視する。放電指示を受けた場合は、放電を実施する。時刻ｔ８時点では、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の上限値を超える充電指示を受けた後、蓄電池１０のＳＯＣが適正値に復帰していないため、充放電制御部２５は、充電指示を受けた場合、その充電指示を無視する。

図９は、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲を超える場合における、第２処理例を説明するためのフローチャートである。

まず、充放電制御部２５は初期値設定として、上限フラグおよび下限フラグのそれぞれに「０」を設定する（Ｓ３９）。なお、上限フラグの「０」は充電可能を示し、上限フラグの「１」は充電不可を示し、下限フラグの「０」は放電可能を示し、下限フラグの「１」は放電不可を示す。サービス提供期間が開始すると、充放電システム１００は周波数制御サービスの提供を開始する（Ｓ４０）。充放電制御部２５はサービス提供期間が終了したか否か判定する（Ｓ４１）。終了した場合（Ｓ４１のＹ）、周波数制御サービスの提供を終了する。終了していない場合（Ｓ４１のＮ）、ステップＳ４２に遷移する。

ＳＯＣ監視部２３は、蓄電池１０のＳＯＣを取得する（Ｓ４２）。充放電指示受付部２１は、系統運用装置２００から充電指示または放電指示を受信する（Ｓ４３）。受信した指示が充電指示の場合（Ｓ４４のＹ）、充放電制御部２５は、上限フラグが「１」であるか否か判定する（Ｓ５０）。上限フラグが「１」の場合（Ｓ５０のＹ）、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。上限フラグが「０」の場合（Ｓ５０のＮ）、ステップＳ５１に遷移する。

充放電制御部２５は、上述の充電指示に基づき充電した場合に、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上限値を超えるか否か判定する（Ｓ５１）。超えない場合（Ｓ５１のＮ）、その充電指示に基づく充電制御を実施する（Ｓ５２）。充放電制御部２５は、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣの適正値に復帰したか否かを判定する（Ｓ５５）。復帰していない場合（Ｓ５５のＮ）、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。復帰した場合（Ｓ５５のＹ）、充放電制御部２５は下限フラグに「０」を設定する（Ｓ５７）。蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の下限値を超えて下限フラグに「１」が設定された場合でも、充電されることによりＳＯＣが適正値に復帰すると、蓄電池１０が充電可能な状態に復帰する。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。

ステップＳ５１にて、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上限値を超える場合（Ｓ５１のＹ）、充放電制御部２５は上限フラグに「１」を設定し（Ｓ５３）、その充電指示を無視する（Ｓ５４）。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。

ステップＳ４４にて、受信した指示が放電指示の場合（Ｓ４４のＮ）、充放電制御部２５は、下限フラグが「１」であるか否か判定する（Ｓ６０）。下限フラグが「１」の場合（Ｓ６０のＹ）、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。下限フラグが「０」の場合（Ｓ６０のＮ）、ステップＳ６１に遷移する。

充放電制御部２５は、上述の放電指示に基づき放電した場合に、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の下限値を超えるか否か判定する（Ｓ６１）。超えない場合（Ｓ６１のＮ）、その放電指示に基づく放電制御を実施する（Ｓ６２）。充放電制御部２５は、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣの適正値に復帰したか否かを判定する（Ｓ６５）。復帰していない場合（Ｓ６５のＮ）、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。復帰した場合（Ｓ６５のＹ）、充放電制御部２５は上限フラグに「０」を設定する（Ｓ６７）。蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上限値を超えて上限フラグに「１」が設定された場合でも、放電されることによりＳＯＣが適正値に復帰すると、蓄電池１０が放電可能な状態に復帰する。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。

ステップＳ６１にて、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の下限値を超える場合（Ｓ６１のＹ）、充放電制御部２５は下限フラグに「１」を設定し（Ｓ６３）、その放電指示を無視する（Ｓ６４）。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。

つぎに、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲を超える場合の第３処理例について説明する。第３処理例では、充放電制御部２５は、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の上限値を超える充電指示を受けると、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の上側保護レンジの内側に戻るまで充電指示を無視する。同様に、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の下限値を超える放電指示を受けると、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の下側保護レンジの内側に戻るまで放電指示を無視する。蓄電池１０のＳＯＣが保護レンジの内側に戻ると、この制限は解除され、充放電制御部２５は、充電指示および放電指示のいずれも有効なものとして取り扱う。

図１０は、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の下限値を超える場合における、第３処理例を説明するための図である。図１０ではＳＯＣの上側保護レンジは７５％〜９０％、下側保護レンジは１０％〜２５％にそれぞれ設定される例を描いている。

図１０において、制御装置２０は系統運用装置２００から、放電指示、放電指示、充電指示、充電指示、充電指示、放電指示、放電指示、放電指示、充電指示、充電指示の順番で指示を受けて、つぎの指示を受ける時刻ｔ８時点について考える。時刻ｔ８時点において、放電指示を受けて放電を実施するとＳＯＣ範囲の下限値（１０％）を超えてしまう。そこで、充放電制御部２５は時刻ｔ８時点において放電指示を受けた場合、その放電指示を無視する。充電指示を受けた場合、充電を実施する。時刻ｔ８時点において充電指示を受けて充電を実施した後、つぎの指示を受ける時刻ｔ９時点について考える。

時刻ｔ９時点において、蓄電池１０のＳＯＣが下側保護レンジの内側に戻っていない。したがって、充放電制御部２５は時刻ｔ９時点において放電指示を受けた場合、その放電指示を無視する。充電指示を受けた場合、充電を実施する。時刻ｔ９時点において充電指示を受けて充電を実施した後、つぎの指示を受ける時刻ｔ１０時点について考える。時刻ｔ１０時点においては、蓄電池１０のＳＯＣが下側保護レンジの内側に戻っている。したがって、充放電制御部２５は時刻ｔ１０時点において放電指示を受けた場合、放電を実施する。充電指示を受けた場合も、充電を実施する。

図１１は、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲を超える場合における、第３処理例を説明するためのフローチャートである。図１１のフローチャートは、図９のフローチャートのステップＳ５５およびステップＳ６５が、ステップＳ５６およびステップＳ６６にそれぞれ置き換えられた構成である。

ステップＳ５６にて、充放電制御部２５は、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上側保護レンジの内側に復帰したか否かを判定する（Ｓ５６）。復帰していない場合（Ｓ５６のＮ）、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。復帰した場合（Ｓ５６のＹ）、充放電制御部２５は下限フラグに「０」を設定する（Ｓ５７）。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。

ステップＳ６６にて、充放電制御部２５は、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の下側保護レンジに復帰したか否かを判定する（Ｓ６６）。復帰していない場合（Ｓ６６のＮ）、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。復帰した場合（Ｓ６６のＹ）、充放電制御部２５は上限フラグに「０」を設定する（Ｓ６７）。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。その他の処理は、図９のフローチャートと同様である。

つぎに、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲を超える場合の第４処理例について説明する。第４処理例では、充放電制御部２５は、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の上限値を超える充電指示を受けると、その充電指示を無視するとともに、その放電指示を無視している間、ＳＯＣ調整のための放電を実施する。この放電は、電力系統５０以外（たとえば、抵抗Ｒ１）に行われる。

充放電制御部２５は、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の下限値を超える放電指示を受けると、その放電指示を無視している間、ＳＯＣ調整のための充電を実施してもよい。なお、電力系統５０からの充電経路しかない場合、電力系統５０への影響を考慮して、ＳＯＣ調整のための充電を実施しなくてもよい。一方、発電機からの充電が可能な場合、発電機から充電するとよい。

図１２は、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上限値を超える場合における、第４処理例を説明するための図である。図１２において、制御装置２０は系統運用装置２００から、充電指示、放電指示、充電指示、充電指示、放電指示、充電指示、充電指示の順番で指示を受けて、つぎの指示を受ける時刻ｔ７時点について考える。

時刻ｔ７時点において、充電指示を受けて充電を実施するとＳＯＣ範囲の上限値（９０％）を超えてしまう。そこで、充放電制御部２５は時刻ｔ７時点において充電指示を受けた場合、その充電指示を無視する。放電指示を受けた場合、放電を実施する。時刻ｔ７時点において充電指示を受けてその充電指示を無視している間、充放電制御部２５は電力系統５０以外への放電を実施する。つぎの指示を受ける時刻ｔ８時点では、この電力系統５０以外への放電により蓄電池１０のＳＯＣが時刻ｔ７時点より低下している。充放電制御部２５は時刻ｔ８時点において充電指示を受けた場合、充電を実施する。放電指示を受けた場合も、放電を実施する。

図１３は、周波数制御サービスのサービス提供期間内において、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲を超える場合における、第４処理例を説明するためのフローチャートである。図１３のフローチャートは、図７のフローチャートにステップＳ５８およびステップＳ６８を追加した構成である。

充放電制御部２５は、系統運用装置２００から受信した充電指示に基づき充電した場合に、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上限値を超えるか否か判定する（Ｓ５０）。超える場合（Ｓ５０のＹ）、充放電制御部２５は、その充電指示を無視するとともに（Ｓ５２）、ＳＯＣ調整のための放電制御を実施する（Ｓ５８）。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。

充放電制御部２５は、系統運用装置２００から受信した放電指示に基づき放電した場合に、蓄電池１０のＳＯＣが蓄電池１０のＳＯＣ範囲の下限値を超えるか否か判定する（Ｓ６０）。超える場合（Ｓ６０のＹ）、充放電制御部２５は、その放電指示を無視するとともに（Ｓ６２）、ＳＯＣ調整のための充電制御を実施する（Ｓ６８）。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ４１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。

以上説明したように本実施の形態によれば、蓄電池を用いた周波数制御サービスにおいて、系統周波数制御を実施していない期間に、蓄電池１０のＳＯＣを適正値にできるだけ近づけることにより、蓄電池１０を保護しつつ、周波数制御機能の低下を抑制できる。すなわち、周波数制御サービスの提供期間中、蓄電池１０をＳＯＣ範囲で制御しつつ、系統運用機関からの指示を無視する回数をできるだけ低減できる。また、上述の引用文献１の手法と異なり、充放電システム１００側で電力系統５０の周波数などを監視する必要もない。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

たとえば、上述の第４処理例は第１処理例に、ＳＯＣ調整用の充放電制御を組み合わせた処理である。第２処理例または第３処理例に、ＳＯＣ調整用の充放電制御を組み合わせてもよい。いずれの場合も、充電指示または放電指示を無視している期間に、ＳＯＣ調整用の放電制御または充電制御を実施する。

また、制御装置２０の充放電指示受付部２１、適正値決定部２４および充放電制御部２５の一部の機能を、コンソール端末装置７０または通信ネットワーク６０上の別の装置で担ってもよい。設計者は各種機能を、制御装置２０、コンソール端末装置７０、および別の装置に適宜、振り分けることができる。

また、上述の実施の形態では、蓄電池１０を電力系統５０の周波数制御用電源として、有償で系統運用機関に提供する例を挙げたが、これに限るものではない。電力系統５０と充放電システム１００とを同じ電力会社が運営管理してもよい。この場合、当該電力会社は周波数制御サービスを無償で実施してもよいし、当該電力会社以外で発電所３０を所有する発電事業者から対価を得てもよい。

１００ 充放電システム、 ２００ 系統運用装置、 ５００ 電力供給システム、 １０ 蓄電池、 １１ スイッチ回路、 １２ 双方向ＡＣ−ＤＣコンバータ、 Ｒ１ 抵抗、 ２０ 制御装置、 ２１ 充放電指示受付部、 ２２ 操作指示受付部、 ２３ ＳＯＣ監視部、 ２４ 適正値決定部、 ２５ 充放電制御部、 ３０ 発電所、 ４０ 需要者、 ５０ 電力系統、 ６０ 通信ネットワーク、 ７０ コンソール端末装置。

Claims (6)

1. 電力系統から充電および前記電力系統に放電することが可能な蓄電池と、
   前記蓄電池の充放電を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記電力系統の運用主体からの指示に応じて前記電力系統と前記蓄電池との間で充放電すべき期間の開始時刻までに、前記蓄電池のＳＯＣ（State Of Charge）が所定の適正値になるよう前記蓄電池を充電または放電することを特徴とする充放電システム。
2. 前記制御装置は、前記期間において、前記運用主体から充電指示または放電指示を受け付け、その指示にしたがい前記電力系統から前記蓄電池に充電または前記蓄電池から前記電力系統へ放電し、前記蓄電池のＳＯＣが当該蓄電池のＳＯＣ範囲の上限値を超える充電指示を受け付けた場合、その充電指示を無視し、前記蓄電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ範囲の下限値を超える放電指示を受け付けた場合、その放電指示を無視することを特徴とする請求項１に記載の充放電システム。
3. 前記制御装置は、前記蓄電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ範囲の上限値を超える充電指示を受け付けた場合、前記蓄電池のＳＯＣが前記適正値に戻るまで前記充電指示を無視し、前記蓄電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ範囲の下限値を超える放電指示を受けつけた場合、前記蓄電池のＳＯＣが前記適正値に戻るまで前記放電指示を無視することを特徴とする請求項２に記載の充放電システム。
4. 前記制御装置は、前記蓄電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ範囲の上限値を超える充電指示を受け付けた場合、前記蓄電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ範囲の上側保護レンジの内側に戻るまで前記充電指示を無視し、前記蓄電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ範囲の下限値を超える放電指示を受け付けた場合、前記蓄電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ範囲の下側保護レンジの内側に戻るまで前記放電指示を無視することを特徴とする請求項２に記載の充放電システム。
5. 前記制御装置は、前記蓄電池のＳＯＣが前記ＳＯＣ範囲の上限値を超える充電指示を受け付けた場合、前記充電指示を無視している間、前記電力系統以外へ放電することを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の充放電システム。
6. 前記期間は、前記蓄電池を前記電力系統の周波数制御用電源として、有償または無償で前記運用主体に提供する期間であり、
   前記制御装置は、前記蓄電池を前記電力系統の周波数制御用電源として前記運用主体に提供していない期間に、前記蓄電池のＳＯＣが前記適正値になるよう前記蓄電池を充電または放電することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の充放電システム。

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