JP2015111978A - 制御装置、それを備えた発電システム、及び制御方法並びに制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統から出力制限要求がある場合であっても、蓄電装置による出力平準化期間を延ばし、売電量の減少を抑制すること。【解決手段】電力系統６から出力制限要求を取得した場合に、気象予測に基づいて推定される風力発電装置２の推定出力と、出力制限要求によって目標とされる目標出力と、出力制限要求を取得した時点において算出される二次電池３１の充電及び放電が許容される電池容量である充放電可能量とに基づいて、所定期間に二次電池３１が所定の満充電状態、または所定の放電終止状態になるか否かを推定する推定部１１と、二次電池３１が所定の満充電状態または所定の放電終止状態になる前に風力発電装置２の出力を制御する制御部１２とを具備する。【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置、それを備えた発電システム、及び制御方法並びに制御プログラムに関するものである。

従来、自然エネルギーを利用した発電設備は、複数の電池及び電池モジュールを有した蓄電装置が設けられており、発電設備の出力変動を蓄電装置の充放電によって補い、平準化或いはピークシフトしている。例えば、複数の風力発電装置を有するウインドファームにおいて、電力系統安定化のため電力系統から出力制限の要求を取得することがあるが、その場合には風力発電装置の運転台数を低減させ、蓄電装置に風力発電装置の出力を充電させること等によってエネルギー損失を抑えるように制御されている。
下記特許文献１では、電力系統の周波数が低下した場合であって、発電機の出力が減少していると判定された場合に、発電機の出力と電力系統が要求する電力との差を、風車ロータに蓄えられている慣性力や二次電池に充電されている電力で補うように制御する技術が提案されている。

特許第５２４４９２３号公報

ところで、発電設備が電力系統からの要求に応じて制御される出力制限運転中に蓄電装置が満充電状態となってしまった場合には、蓄電装置における充電ができなくなるため、以後は風力発電装置の出力制御によって出力制限要求を満たすように制御されることとなる。
しかしながら、ウインドファームの出力は不安定な波形となるため、波形が出力制限要求の制限値を下回るように制御されることから、出力制限要求の制限値とウインドファームの出力とに大きな差が生じる期間ができてしまい、制限値と出力値の差分だけ売電収入が減るという問題があった。また、出力が不安定となるため電力系統の安定化への寄与度が低下するという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電力系統から出力制限要求がある場合であっても、蓄電装置による出力平準化期間を延ばし、売電量の減少を抑制することができる制御装置、それを備えた発電システム、及び制御方法並びに制御プログラム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、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される蓄電装置の充放電を制御する制御装置であって、前記電力系統から出力制限要求を取得した場合に、気象予測に基づいて推定される前記発電装置の推定出力と、前記出力制限要求によって目標とされる目標出力と、前記出力制限要求を取得した時点において算出される前記蓄電装置の充電及び放電が許容される電池容量である充放電可能量とに基づいて、所定期間に前記蓄電装置が所定の満充電状態、または所定の放電終止状態になるか否かを推定する推定手段と、前記蓄電装置が前記所定の満充電状態または前記所定の放電終止状態になる前に前記発電装置の出力を制御する制御手段とを具備する制御装置を提供する。

このような構成によれば、電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される蓄電装置の充放電を制御する制御装置が電力系統から出力制限要求を取得した場合に、気象予測に基づいて発電装置の出力である推定出力が推定され、出力制限要求を取得した時点における蓄電装置の充電及び放電が許容される電池容量である充放電可能量が算出され、出力制限要求によって発電装置の出力の目標とされる目標出力と、推定出力と、充放電可能量とに基づいて、所定期間に蓄電装置が所定の満充電状態または所定の放電終止状態になるか否かが推定され、蓄電装置が所定の満充電状態または所定の放電終止状態になると推定された場合には、所定の満充電状態または所定の放電終止状態になる前に、発電装置の出力が制御される。
このように、気象予測に基づいて発電装置の出力が推定されることにより、出力制限要求を取得した出力制限期間中に、蓄電装置の電池容量が所定の満充電状態または所定の放電終止状態に到達することを防ぐ。これにより、蓄電装置による出力平準化期間を延ばすことができるので、出力安定化期間が長くなるとともに、出力制限期間中の売電量が増加する。

上記制御装置の前記推定手段は、前記推定出力と前記目標出力との差に基づいて前記所定期間の余剰電力量を推定し、前記充放電可能量に含まれる充電可能量より前記余剰電力量が大きいと判定した場合には、前記発電装置の出力を前記目標出力より低減させる出力低減指令を出力することが好ましい。

所定期間に推定される余剰電力量が、蓄電装置の充電可能量で充電しきれないと判定された場合に発電装置の出力が低減されることで、余剰電力量を低減できるので蓄電装置が満充電状態に到達することを防ぐ。

上記制御装置の前記制御手段は、前記余剰電力量に、前記充電可能量が小さいほど大きい値となる第１係数を乗算して求められる、前記目標出力から低減させる第１低減量に基づいて前記発電装置を制御することとしてもよい。

充電可能量が小さければ蓄電装置が満充電状態に到達しやすくなるため、余剰電力量に充電可能量が小さいほど大きい値となる第１係数を乗算することで、目標出力からの低減量を大きくでき、蓄電装置の満充電状態への到達を遅らせることができる。

上記制御装置の前記制御手段は、前記余剰電力量が大きいほど前記第１係数を大きい値とすることとしてもよい。
余剰電力量が大きければ蓄電装置が満充電状態に到達しやすくなるため、余剰電力量が大きいほど大きい値となる第１係数を用いて、目標出力の低減量を大きくし、蓄電装置の満充電状態への到達を遅らせることができる。

上記制御装置の前記推定手段は、前記推定出力と前記目標出力との差に基づいて前記所定期間の不足電力量を推定し、前記充放電可能量に含まれる放電可能量より前記不足電力量が大きいと判定した場合には、前記出力低減指令によって低減された前記発電装置の出力の低減を緩和させる出力低減緩和指令を出力することとしてもよい。

蓄電装置の放電可能量は、所定期間に推定される不足電力量に満たないと判定された場合に、発電装置の出力の低減が緩和されることで、発電装置の目標出力からの低減量を抑えることができ、蓄電装置が放電終止状態に到達することを防ぐ。

上記制御装置の前記制御手段は、前記不足電力量に、前記放電可能量が小さいほど小さい値となる第２係数を乗算して求められる、前記出力低減指令によって前記目標出力から低減された出力から低減量を緩和させた第２低減量に基づいて前記発電装置を制御することとしてもよい。
放電可能量が小さければ蓄電装置が放電終止状態に到達しやすくなるため、不足電力量に放電可能量が小さいほど小さい値となる第２係数を乗算することで、低減出力から緩和させる低減出力の緩和量を大きくでき、蓄電装置を放電終止状態に到達するのを遅らせることができる。

上記制御装置の前記制御手段は、前記不足電力量の絶対値が大きいほど小さい値となる前記第２係数を備えることとしてもよい。
不足電力量が大きければ蓄電装置が放電終始状態に到達しやすくなるため、不足電力量が大きいほど小さい値となる第２係数を用いて、低減していた出力の低減の緩和を大きくすることで、蓄電装置を放電終止状態に到達するのを遅らせることができる。

本発明は、上記いずれかの制御装置と、自然エネルギーによって発電する発電装置と、蓄電装置とを具備した発電システムを提供する。

本発明は、電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される蓄電装置の充放電を制御する制御方法であって、前記電力系統から出力制限要求を取得した場合に、気象予測に基づいて推定される前記発電装置の推定出力と、前記出力制限要求によって目標とされる目標出力と、前記出力制限要求を取得した時点において算出される前記蓄電装置の充電及び放電が許容される電池容量である充放電可能量とに基づいて、所定期間に前記蓄電装置が所定の満充電状態、または所定の放電終止状態になるか否かを推定し、前記蓄電装置が前記所定の満充電状態または前記所定の放電終止状態になる前に前記発電装置の出力を制御する制御方法を提供する。

本発明は、電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される蓄電装置の充放電を制御する制御プログラムであって、前記電力系統から出力制限要求を取得した場合に、気象予測に基づいて推定される前記発電装置の推定出力と、前記出力制限要求によって目標とされる目標出力と、前記出力制限要求を取得した時点において算出される前記蓄電装置の充電及び放電が許容される電池容量である充放電可能量とに基づいて、所定期間に前記蓄電装置が所定の満充電状態、または所定の放電終止状態になるか否かを推定する第１処理と、前記蓄電装置が前記所定の満充電状態または前記所定の放電終止状態になる前に前記発電装置の出力を制御する第２処理とをコンピュータに実行させるための制御プログラムを提供する。

本発明は、電力系統から出力制限要求がある場合であっても、蓄電装置による出力平準化期間を延ばし、売電量の減少を抑制することができるという効果を奏する。

本発明に係る発電システムの概略構成図である。 本発明に係る風力発電装置の出力変化の時間傾向を示した図である。 第１低減量を求める場合の機能ブロック図である。 本発明に係るマスターコントローラの動作フローである。 本発明に係るマスターコントローラの動作フローの続きである。 （ａ）風力発電装置と組み合わせて用いられる二次電池の従来の充放電制御する場合の出力変動を示した図、（ｂ）本実施形態に係るマスターコントローラによる充放電制御をした場合の出力変動の一例を示した図、（ｃ）上記（ａ）（ｂ）による制御による二次電池の充電率の変動の一例を示した図である。

以下に、本発明に係る制御装置、それを備えた発電システム、及び制御方法並びに制御プログラムの実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るマスターコントローラ（制御装置）１０を備えた発電システム１の概略構成を示している。本実施形態においては、自然エネルギーによって発電する発電装置は、風力発電装置である場合を例に挙げて説明するが、発電装置は風力発電装置の他に太陽光発電装置、波力発電装置など発電量平準化が可能な電力貯蔵装置との組合せが好ましい発電装置であり、風力発電装置に限定されない。

図１に示されるように、本実施形態に係る発電システム１は、風力発電装置（発電装置）２と、電力貯蔵装置３と、マスターコントローラ１０とを備えており、電力系統６と接続されている。マスターコントローラ１０は、接続点から取得される風力発電装置の出力に基づいて決定される充放電指令値を電力貯蔵装置３に出力する。
また、風力発電装置コントローラ（以下「風車コントローラ」という）２０は、マスターコントローラ１０から取得した指令に基づいて風力発電装置２を制御する。

風力発電装置２は、自然環境によって出力が変動する発電装置の一例であり、風力によって発電する発電装置である。簡素化のため図１は風力発電装置２が１個である場合を例に挙げて説明するが、マスターコントローラ１０で管理する風力発電装置２の個数は特に限定されない。また、本実施形態では、風力発電装置を例に挙げているが、異なる種類の発電装置が複数設けられていてもよい。

電力貯蔵装置３は、バッテリーコントローラ３０と、二次電池（蓄電装置）３１と、電力変換器３２とを備えている。
二次電池３１は、リチウム二次電池、鉛二次電池、ニッケル水素二次電池など特に限定されないが、充放電の追従性がよいことからリチウム二次電池であることが好ましい。
バッテリーコントローラ３０は、マスターコントローラ１０から取得する充放電指令値に基づいて電力変換器３２を制御し、二次電池３１の充電率ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を調整する。

電力変換器３２は、交流と直流を変換する交流直流変換器であって、例えば、バッテリーコントローラ３０によって決定された充放電指令値とするために二次電池３１に蓄電されている直流電力を交流電力に変換し、二次電池３１から放電させる。また、電力変換器３２は、バッテリーコントローラ３０によって決定された充放電指令値にするために風力発電装置２や電力系統６から取得した交流電力を直流電力に変換し、変換後の電力を二次電池３１に出力し、二次電池３１を充電させる。

マスターコントローラ１０は、例えば、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、後述の各種機能が実現される。
具体的には、図１に示されるように、マスターコントローラ１０は、推定部（推定手段）１１と、制御部（制御手段）１２とを備えている。

マスターコントローラ１０は、所定の時間間隔（例えば、１０分や３０分等）で気象予測の情報を取得している。本実施形態においては、気象予測は、天候予測ユニット５０より取得することとして説明するが、気象予測の情報送信元は特に限定されず、発電システム１に情報が取得可能に接続されていればよく、発電システム１の外部の気象庁等から取得してもよい。
推定部１１は、電力系統６から出力制限要求を取得した場合に、気象予測に基づいて推定される風力発電装置２の推定出力と、出力制限要求によって目標とされる目標出力と、出力制限要求を取得した時点において算出される二次電池３１の充電及び放電が許容される電池容量である充放電可能量とに基づいて、所定期間に二次電池３１が所定の満充電状態、または所定の放電終止状態になるか否かを推定する。

本実施形態においては、所定の時間間隔（例えば、１５分）に一度、気象予測の情報がマスターコントローラ１０に入力されることとし、推定部１１は、気象予測を取得したタイミングで、気象予測を取得したタイミングからの時間間隔（例えば、１５分）の風力発電装置２の出力を推定することとして説明するが、ここで説明する時間間隔は一例であり、本発明を限定するものではない。

推定部１１は、推定出力と目標出力との差に基づいて所定期間（例えば、１５分）の余剰電力量を推定し、充放電可能量に含まれる充電可能量より余剰電力量が大きいと判定した場合には、風力発電装置２の出力を目標出力より低減させる出力低減指令を出力する。
また、推定部１１は、推定出力と目標出力との差に基づいて所定期間の不足電力量を推定し、充放電可能量に含まれる放電可能量より不足電力量が大きいと判定した場合には、出力低減指令によって低減された風力発電装置２の出力の低減を緩和させる出力低減緩和指令を出力する。

制御部１２は、二次電池３１が所定の満充電状態または所定の放電終止状態になる前に風力発電装置２の出力を制御する。所定の満充電状態とは、充電率ＳＯＣを目標値として設定される。ここで、ＳＯＣは推定値となるので、ある程度余裕を持って充放電条件を設定することが普通である。商用電力が充電源である場合には、放電終止状態でＳＯＣ１０％とし、満充電状態でＳＯＣ９０％とする。太陽光発電や風力発電など自然エネルギー発電装置が充電源である場合には、充電源が必ずしも一定であるとは限らないので、満充電状態はＳＯＣ９０％、放電終止状態はＳＯＣ１０％としながら目標値をＳＯＣ５０％とすることが行われる。

具体的には、制御部１２は、風力発電装置２の出力を目標出力より低減させる出力低減指令を取得した場合に、出力低減指令に基づく第１低減量を算出し、風車コントローラ２０に出力する。風力発電装置２の指令値を目標出力より小さい低減出力に制御することにより、余剰電力量が小さくなるので、二次電池３１の電池充電量の増加が緩やかとなり、二次電池３１を所定の満充電状態（例えば、ＳＯＣ９０％）に到達するのを遅らせることができ、二次電池３１の充電率ＳＯＣを目標値（例えば、ＳＯＣ５０％）で推移しやすく、二次電池３１によって充放電できる状態を維持できる。
ここで、出力制限要求によって目標とされる目標出力とは、電力系統から取得する出力制限要求を満たすための目標となる出力である。また、電力系統からの出力制限要求は、例えば、１５分毎に取得される。

また、制御部１２は、余剰電力量に、充電可能量が小さいほど大きい値となる第１係数（以下に述べるＫ（ｕ））を乗算して求められる、目標出力から低減させる第１低減量ΔＰ１＿ｗｔｇに基づいて風力発電装置２を制御する。また、制御部１２は、余剰電力量が大きいほど第１係数を大きい値にする。

また、制御部１２は、風力発電装置２の出力を目標出力より低減された低減出力から低減量を緩和させる低減出力緩和指令を取得した場合に、低減された出力を緩和させる第２低減量を算出し、風車コントローラ２０に出力する。風力発電装置２の指令値の低減を緩和させる制御をすることにより、目標出力と予測される風力発電装置２の出力との差、即ち不足電力量が小さくなるので、二次電池３１の電池充電量の減少が緩やかとなり、二次電池３１の充電率ＳＯＣを目標値（例えば、ＳＯＣ５０％）で推移しやすく、二次電池３１によって充放電できる状態を維持できる。

制御部１２は、不足電力量に、放電可能量が小さいほど小さい値となる第２係数（以下に述べるＫ´（ｔ，ｕ））を乗算して求められる、目標出力から低減された低減出力から緩和させる第２低減量に基づいて風力発電装置２を制御する。制御部１２は、不足電力量が大きいほど第２係数を小さい値とする。

以下に、気象予測に基づくマスターコントローラ１０の充放電制御について説明する。
図２には、横軸に時刻を示し、縦軸に風力発電装置２の出力合計が示されている。
時刻ｔ０において、二次電池３１の充電率ＳＯＣをαとし、そのタイミングから所定期間経過後のｔ１（例えば、１５分後）における二次電池３１の充電率ＳＯＣを推定する場合には、下記（１）式によって算出でき、これが充電可能量Ｃとなる。ここで、所定の満充電状態を充電率ＳＯＣ９０％とするが、所定の満充電状態は、適宜設定できるものとする。また、（１）式の小文字の係数ｃは、定格容量、瞬時電圧及び劣化度合いで決定される変数とする。

また、所定間隔に出力できると予測される風力発電装置２の出力をＰ＿ｗｔｇ＿ｅｘｐで示し、目標出力をＰ＿ｔａｒｇｅｔとし、推定部１１は電力量Ｂを下記の（２）式により推定する。

推定部１１は、このように算出された充電可能量Ｃと、推定された電力量Ｂ（目標出力より予測される風力発電装置２の出力が大きい場合には、余剰電力量）との差Ａを下記（３）式のように求める。ここで、Ａが負（Ａ＜０）となる場合には、推定部１１は、予測する所定間隔の間に二次電池３１が所定の満充電状態になることと推定し、風力発電装置２を出力低減させる出力低減指令を出力する。

ここで、推定部１１が出力する出力低減指令について説明する。
Ａが負になる場合とは、充電可能量より余剰電力量が上回る場合であり、即ち、充電可能量が所定の満充電状態となり、二次電池３１がそれ以上充電できなくなることを意味する。そのため、Ａの絶対値が大きい場合には、余剰電力量による二次電池３１の不足分（充電）が大きいことを表すので、Ａの絶対値が大きければ、風力発電装置２を大きく出力低減させるようにし、二次電池３１の充電率ＳＯＣが目標充電率（例えば、ＳＯＣ５０％）近傍で運用されるような環境を作り出すようにする。

より具体的には、本実施形態においては、推定部１１は、余剰分の電力量Ｂを充電可能量Ｃで除算して、Ｂ／Ｃ＝係数Ｋ（ｕ）（第１係数）を算出し、この係数Ｋ（ｕ）に基づいて第１低減量ΔＰ１＿ｗｔｇを求める。
例えば、図３には、出力低減指令を求める場合の機能ブロック図を示している。
減算部１３において、予測される風力発電装置２の出力Ｐ＿ｗｔｇと目標出力Ｐ＿ｔａｒｇｅｔとの差を算出し、算出された差に、乗算部１４において係数Ｋ（ｕ）を乗算し、フィルタ部１５を介して、目標出力から低減させる風力発電装置２の第１低減量ΔＰ１＿ｗｔｇを求める。なお、フィルタ部１５は、風力発電装置２を適切に制御するためのフィルタであり、ローパスフィルタやハイパスフィルタとする。

このように、予測される風力発電装置２の出力Ｐ＿ｗｔｇと目標出力Ｐ＿ｔａｒｇｅｔとの差を算出するだけでなく、該差に係数Ｋ（ｕ）を用いて低減量を求めるので、余剰電力量Ｂが大きいほど大きな係数Ｋ（ｕ）によって第１低減量が大きくなり、或いは、充電可能量Ｃが小さいほど大きな係数Ｋ（ｕ）によって第１低減量が大きくなる。
これにより、推定部１１は、目標出力Ｐ＿ｔａｒｇｅｔを大きく下回るような値を出力低減後の新たな目標出力として算出し、二次電池３１の充電率ＳＯＣが所定の満充電状態に到達するのを防ぐことができる。

一方、出力低減指令によって風力発電装置２の出力低減制御がなされた結果、次の積分期間（例えば、時刻ｔ１以降のどこかのタイミング）において、Ａが正（Ａ＞０）となることが予想される。Ａが正（Ａ＞０）となる場合には、推定部１１は、予測する所定間隔の間に二次電池３１が所定の放電終止状態になることを推定し、出力低減指令によって低減された風力発電装置２の出力の低減量を緩和させることが好ましい。

出力低減を緩和させるには以下のような演算を行う。
例えば、所定の放電終止状態を充電率ＳＯＣ１０％とし、放電可能量Ｃ´を下記（４）式によって算出する。ここで、所定の放電終止状態を充電率ＳＯＣ１０％とするが、所定の放電終止状態は適宜設定できるものとする。

推定部１１は、このように算出された放電可能量Ｃ´と、推定された電力量Ｂ（予測される風力発電装置２の出力より目標出力が大きい場合には、不足電力量）との差Ａ´を下記（５）式のように求め、Ａ´が負（Ａ´＜０）となる場合には、風力発電装置２の出力低減を緩和させる出力低減緩和指令を出力する。

Ａ´が負になる場合とは、放電可能量より不足電力量が上回る場合であり、即ち、放電可能量が所定の放電終止状態となり、二次電池３１がそれ以上放電できなくなることを意味する。そのため、Ａ´の絶対値が大きい場合には、不足電力量による二次電池３１の不足分（放電）が大きいことを表すので、Ａ´の絶対値が大きければ、風力発電装置２の出力低減していた低減出力を緩和させるようにし（つまり、目標出力からの低減量を、出力低減指令によって低減させた第１低減量より小さい低減量になるようにし）、二次電池３１の充電率ＳＯＣが目標充電率（例えば、ＳＯＣ５０％）近傍で運用されるような環境を作り出すようにする。

より具体的には、本実施形態においては、放電可能量Ｃ´を不足分の電力量Ｂで除算して、Ｃ´／Ｂ＝Ｋ´（ｔ，ｕ）（第２係数）を算出し、この係数Ｋ´（ｔ，ｕ）に基づいて出力低減を緩和させる第２低減量ΔＰ２＿ｗｔｇを求める。なお、第２低減量は、第１低減量を求めた図３の機能ブロック図において、Ｋ（ｕ）をＫ´（ｔ，ｕ）に置き換えることで求めることができる。

このように、予測される風力発電装置２の出力Ｐ＿ｗｔｇと目標出力Ｐ＿ｔａｒｇｅｔとの差を算出するだけでなく、該差に係数Ｋ´（ｔ，ｕ）を用いて第２低減量を求める。こうすることで、不足分の電力量Ｂが大きいほど放電量が多く必要となるので、小さい係数Ｋ´（ｔ，ｕ）によって、目標出力からの第２低減量ΔＰ２＿ｗｔｇを小さく（即ち、第１低減量Δ１＿ｗｔｇによる低減出力からの緩和量を大きく）し、必要とする放電量を低減させる。或いは、放電可能量Ｃ´が小さいほど小さい係数Ｋ´（ｔ，ｕ）によって、目標出力からの第２低減量ΔＰ２＿ｗｔｇが小さくされ、必要とする放電量を低減させる。
これにより、推定部１１は、目標出力以下で、第１低減量によって低減された低減出力を上回るような値が算出され、二次電池３１の充電率ＳＯＣが所定の放電終止状態に到達するのを防ぐことができる。

次に、本実施形態に係るマスターコントローラ１０の作用を、図４から図６を用いて説明する。図４は、本実施形態に係るマスターコントローラ１０の動作フローである。
図６の時刻ｔ０から風力発電装置２の通常運転が行われており（図４のステップＳＡ１）、電力系統６から出力制限要求が発令されたか否かが判定されており（図４のステップＳＡ２）、出力制限要求が発令されない場合には（図４のステップＳＡ２のＮＯ）、この判定を繰り返す。

図６の時刻ｔ１において、電力系統６から出力制限要求が取得され、出力制限要求が発令されたと判定された場合には（図４のステップＳＡ２のＹＥＳ）、二次電池３１の充放電可能量（充電可能量Ｃ）が算出され、気象予測から推定される風力発電装置２の目標出力に対する余剰電力量（余剰分の電力量Ｂ）が推定され、充電可能量Ｃと余剰電力量との差Ａが算出される（図４のステップＳＡ３）。

差が負（Ａ＜０）でない場合はこの判定を繰り返す（図４のステップＳＡ４のＮＯ）。差Ａが負となり、二次電池３１の充電可能量Ｃより余剰電力量が大きくなり、残充電量が不足すると推定された場合には（図４のステップＳＡ４のＹＥＳ）、風力発電装置２の出力を低減させることとし、第１低減量を算出する（図４のステップＳＡ５）。
図６の時刻ｔ２において、出力低減指令及び第１低減量が出力され、風車コントローラ２０に入力されると、風車コントローラ２０によって風力発電装置２の出力を目標出力から第１低減量低減させて運転され（図４のステップＳＡ６）、低出力平準化運転がされる（図４ステップＳＡ７、図５のステップＳＡ８）。

放電可能量Ｃ´と不足電力量（不足分の電力量Ｂ）が推定され、放電可能量Ｃ´と不足電力量との差Ａ´が算出される（図５のステップＳＡ９）。差が負（Ａ＜０）でない場合はこの判定を繰り返す（図５のステップＳＡ１０のＮＯ）。差Ａが負となり、二次電池３１の放電可能量Ｃ´より不足電力量が大きくなり、残放電量が不足すると推定された場合には（図５のステップＳＡ１０のＹＥＳ）、風力発電装置２の出力の低減を緩和させることとし、出力低減緩和量を算出する（図５のステップＳＡ１１）。出力低減緩和指令及び第２低減量が出力され、風車コントローラ２０に入力されると、風車コントローラ２０によって風力発電装置２の低減されていた出力の低減度合いが緩和され（図５のステップＳＡ１２）、低出力平準化運転がされる（図５のステップＳＡ１３）。

このように、電力系統６から出力制限要求を取得した期間中において、出力低減制御と出力低減緩和制御が行われているが、図４から図５に示した動作フローの途中において、電力系統６から、さらに出力制限をさせる出力制限要求を取得した場合には、図４のステップＳＢ１（図４のステップＳＡ３）にジャンプし、充電可能量と余剰電力量の比較がなされる。また、図４から図５に示した動作フローの途中において、電力系統６から出力制限をさせる出力制限要求の値が大きくなった場合には、図５のステップＳＢ２（図５のステップＳＡ９）にジャンプし、放電可能量と不足電力量の比較がなされる。また、図４から図５の動作フローの途中において、電力系統６からの出力制限要求が解除された場合には、図４のステップＳＢ３（図４のステップＳＡ２）にジャンプし、出力制限要求を取得するか否かの判定処理に戻る。

図６（ａ）は従来技術を使用した場合の二次電池の充電率推移が示されており、図６（ｂ）は本実施形態のマスターコントローラ１０による制御がなされた場合の二次電池３１の充電率ＳＯＣの推移が示されている。
図６（ａ）（ｂ）の実線は、風力発電装置の出力変動であり、点線は、二次電池３１の充放電制御を示しており、水平線は電力系統６から取得した出力制限指令によって制限される目標出力（制限値）とし、太線は風力発電装置と二次電池との合成出力を示している。図６（ｃ）の実線は、本実施形態に係るマスターコントローラ１０による充放電制御による二次電池３１の充電率ＳＯＣの推移を示しており、点線は、従来技術を使用した場合の充電率ＳＯＣの推移を示している。

図６（ａ）に示されるように、従来技術においては、時刻ｔ１において出力制限要求を取得した後、風力発電装置による出力変動を二次電池の充放電によって抑制させ充電率ＳＯＣを目標値に維持させておき、二次電池の充放電可能量がなくなり満充電状態となった時刻ｔ３において風力発電装置の出力低減が開始される。この場合、風力発電装置と二次電池による合成出力（太線）は、出力制限要求の制限値を下回るように制限された風車出力と同一となるので、波形は不安定となる。また、制限値と合成出力の差分（図６（ａ）の斜線部分参照）は、二次電池によって充電が行えないため売電収入が減ることとなる。

これに対し、本実施形態の図６（ｂ）では、出力制限要求を取得した時刻ｔ１のタイミングにおいて、気象予測に基づいて予測される風力発電装置の出力と、目標出力とから余剰電力量が算出され、余剰電力量と充電可能量Ｃとの差Ａが負になると判定された場合には、二次電池３１が満充電状態（例えば、９０％）になる前の時刻ｔ２の段階で、風力発電装置２の出力を低減させる。これによって、風力発電装置２の出力が目標出力よりも下回る場合には二次電池３１は放電をし、風力発電装置２の出力が目標出力よりも上回る場合には二次電池３１は充電をすることにより二次電池３１が平準化に寄与し、風力発電装置２の出力と二次電池３１の出力との合成出力（図６（ｂ）の太線参照）が従来技術より大きくなるとともに、安定した波形となる。

また、図６（ｃ）を参照すると、従来技術においては、満充電状態となるまで充電が継続され、二次電池が満充電となった段階で充電中止されるが、本実施形態においては、気象予測に基づいて満充電状態になることが推定された場合には、（従来技術で風力発電装置２の制御を開始していた）時刻ｔ３よりも前の時刻ｔ２の時点、すなわち、満充電状態になる前の段階で風力発電装置２の出力の調整を開始しているので、二次電池３１による平準化期間が延びている。

以上説明してきたように、本実施形態に係るマスターコントローラ１０、それを備えた発電システム１、及び制御方法並びに制御プログラムによれば、電力系統６と連系される風力発電装置２と接続される二次電池３１の充放電を制御するマスターコントローラ１０が電力系統６から出力制限要求を取得した場合に、気象予測に基づいて風力発電装置２の出力が推定され、出力制限要求を取得した時点における二次電池３１の充電可能量及び放電可能量が算出され、出力制限要求によって風力発電装置２の出力の目標とされる目標出力と、推定出力と、充電可能量Ｃ及び放電可能量Ｃ´とに基づいて、所定期間に二次電池３１が所定の満充電状態または所定の放電終止状態に到達するか否かが推定される。

本発明は、二次電池３１が充電をそれ以上受け付けられない所定の満充電状態になると推定され、いずれ風力発電装置２の出力を下げることが推定された場合には、二次電池３１が所定の満充電状態となる前の段階で風力発電装置２の出力を低減させる出力低減制御を行い、二次電池３１の充電率ＳＯＣを目標値（例えば、５０％）にできるだけ維持するように制御することによって、満充電状態に到達するのを防ぎつつ、風力発電装置２（ウインドファーム）としての出力を目標出力に近づけさせることができる。
また、出力低減制御等によって、所定期間に充電率ＳＯＣが放電終止状態に到達することが推定された場合には、二次電池３１が所定の放電終止状態となる前の段階で風力発電装置２の低減した出力を緩和させる出力低減緩和制御を行うことにより、放電終止状態に到達するのを防ぎつつ、風力発電装置２の出力を目標出力に近づけさせることができる。
これにより、二次電池３１による出力平準化期間を延ばすことができるので、出力安定化に寄与できるとともに、出力制限期間中の売電量が増加する。

なお、上記実施形態においては、マスターコントローラ１０が、電力系統から出力制限要求を取得したことによって充放電制御を開始することとして説明していたが、これに限定されない。例えば、電力系統６を監視する監視員が、電力系統から出力制限要求が発令されたことを確認し、監視員によって出力制限要求の発令情報を図示しない入力装置等を介してマスターコントローラ１０に入力することによって、マスターコントローラ１０側で出力制限の要求を取得することとしてもよい。

１ 発電システム
２ 風力発電装置（発電装置）
３ 電力貯蔵装置
６ 電力系統
１０ マスターコントローラ（制御装置）
１１ 推定部（推定手段）
１２ 制御部（制御手段）
３０ バッテリーコントローラ
３１ 二次電池（蓄電装置）

Claims (10)

1. 電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される蓄電装置の充放電を制御する制御装置であって、
   前記電力系統から出力制限要求を取得した場合に、
   気象予測に基づいて推定される前記発電装置の推定出力と、前記出力制限要求によって目標とされる目標出力と、前記出力制限要求を取得した時点において算出される前記蓄電装置の充電及び放電が許容される電池容量である充放電可能量とに基づいて、所定期間に前記蓄電装置が所定の満充電状態、または所定の放電終止状態になるか否かを推定する推定手段と、
   前記蓄電装置が前記所定の満充電状態または前記所定の放電終止状態になる前に前記発電装置の出力を制御する制御手段と
   を具備する制御装置。
2. 前記推定手段は、前記推定出力と前記目標出力との差に基づいて前記所定期間の余剰電力量を推定し、前記充放電可能量に含まれる充電可能量より前記余剰電力量が大きいと判定した場合には、前記発電装置の出力を前記目標出力より低減させる出力低減指令を出力する請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記余剰電力量に、前記充電可能量が小さいほど大きい値となる第１係数を乗算して求められる、前記目標出力から低減させる第１低減量に基づいて前記発電装置を制御する請求項２に記載の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記余剰電力量が大きいほど前記第１係数を大きい値とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記推定手段は、前記推定出力と前記目標出力との差に基づいて前記所定期間の不足電力量を推定し、前記充放電可能量に含まれる放電可能量より前記不足電力量が大きいと判定した場合には、前記出力低減指令によって低減された前記発電装置の出力の低減を緩和させる出力低減緩和指令を出力する請求項２から請求項４のいずれかに記載の制御装置。
6. 前記制御手段は、前記不足電力量に、前記放電可能量が小さいほど小さい値となる第２係数を乗算して求められる、前記出力低減指令によって前記目標出力から低減された出力から低減量を緩和させた第２低減量に基づいて前記発電装置を制御する請求項５に記載の制御装置。
7. 前記制御手段は、前記不足電力量の絶対値が大きいほど小さい値となる前記第２係数を備える請求項６に記載の制御装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の制御装置と、自然エネルギーによって発電する発電装置と、蓄電装置とを具備した発電システム。
9. 電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される蓄電装置の充放電を制御する制御方法であって、
   前記電力系統から出力制限要求を取得した場合に、
   気象予測に基づいて推定される前記発電装置の推定出力と、前記出力制限要求によって目標とされる目標出力と、前記出力制限要求を取得した時点において算出される前記蓄電装置の充電及び放電が許容される電池容量である充放電可能量とに基づいて、所定期間に前記蓄電装置が所定の満充電状態、または所定の放電終止状態になるか否かを推定し、
   前記蓄電装置が前記所定の満充電状態または前記所定の放電終止状態になる前に前記発電装置の出力を制御する制御方法。
10. 電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される蓄電装置の充放電を制御する制御プログラムであって、
    前記電力系統から出力制限要求を取得した場合に、
    気象予測に基づいて推定される前記発電装置の推定出力と、前記出力制限要求によって目標とされる目標出力と、前記出力制限要求を取得した時点において算出される前記蓄電装置の充電及び放電が許容される電池容量である充放電可能量とに基づいて、所定期間に前記蓄電装置が所定の満充電状態、または所定の放電終止状態になるか否かを推定する第１処理と、
    前記蓄電装置が前記所定の満充電状態または前記所定の放電終止状態になる前に前記発電装置の出力を制御する第２処理と
    をコンピュータに実行させるための制御プログラム。
    

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