JP2016140121A - 蓄電池システム及びそれを有する太陽光発電システム - Google Patents
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Abstract
Description
このような太陽光発電システムとして特許文献1が提案されている。特許文献1では、太陽光発電を含む自然エルギー電源から出力される有効電力を検出し、この検出される有効電力と、当該有効電力に変化率リミッタを介して得られる合成出力値との差分により、蓄電池への充放電指令値を得る。そして、有効電力検出器と変化率リミッタの間に一次遅れフィルタを設置し、有効電力検出値を平滑化する構成が開示されている。また、上記一次遅れフィルタに替えて、直列に接続される遅延演算子を備え、複数のサンプリング周期で得られる有効電力を加算すると共に、その平均値を求め、変化率リミッタに入力することで、自然エネルギー電源の出力が、周期的なスパイク状の変動を有する場合においても、蓄電池の容量を低減し対応することが記載されている。
そこで、本発明は、太陽光発電電力の変動抑制性能を維持しつつ、蓄電池容量の低減を可能とする蓄電池システム及びそれを有する太陽光発電システムを提供することにある。
また、本発明の蓄電池システムは、(1)太陽光発電装置より出力される太陽光発電電力を充放電する蓄電池と、(2)前記太陽光発電装置より計測される発電電力信号から日影変動成分を抽出する変動成分抽出部と、前記変動成分抽出部より得られる日影変動成分を平滑化する平滑化部を有し、前記平滑化部の出力信号に基づき前記蓄電池の充放電目標値を求める電力制御装置と、を備える。
更にまた、本発明の電力制御装置は、太陽光発電装置より計測される発電電力信号より日影変動成分を抽出する変動成分抽出部と、前記変動成分抽出部より得られる日影変動成分を平滑化する平滑化部と、前記平滑化部の出力信号に基づき蓄電池の充放電目標値を求める演算部と、を備える。
以下、図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
図2に示されるように、太陽光用PCS5により計測される発電電力モニタ信号PPV_FBは、日の出検出部902、規格化部905及び減算器908にそれぞれ分岐し入力される。また、計時部901による時刻tは、日の出検出部902及び標準発電電力演算部903にそれぞれ入力される。また、標準発電電力演算部903は、日の出検出部902より日の出時刻TRを、また、南中時刻設定部911より太陽が丁度真南にくる時刻である南中時刻TNを取得する。また、標準発電電力演算部903は、日射計10より日射量Hを取得する。ここで日の出検出部902は、予め設定され記憶部(図示せず)に格納された時刻を用いて日の出時刻TRとし標準発電電力演算部903へ出力する。なお、日の出検出部902は、上記構成に替えて、太陽光用PCS5より計測される発電電力モニタ信号PPV_FBを監視し、未明における発電電力モニタ信号PPV_FBの立ち上がり、すなわちゼロ値から所定の正電力への変化をトリガとして日の出時刻TRを求める構成としても良い。南中時刻設定部911は、予め設定された南中時刻TNに相当する時刻を記憶部(図示せず)に格納し、記憶部より南中時刻TNを読み出し、標準発電電力演算部903へ出力する。なお、これに替えて、南中時刻設定部911は、入力される太陽光パネル4の設置地点の緯度及び経度情報等に基づき南中時刻TNを演算により求める構成としても良い。
標準発電電力演算部903による標準発電電力PREFの算出について説明する。図4は、標準発電電力演算部903により得られる標準発電電力プロファイルを示す図である。標準発電電力PREFは、概ねその日の太陽光発電電力PPVの24時間周期成分を描く曲線、すなわち、標準発電電力プロファイルとして算出される。例えば、快晴時の日射量から得られる太陽光発電カーブを三角関数で規定する方法等が知られている。標準発電電力演算部903は、以下の式(1)を演算し、演算結果にゼロ割りを防止するためのオフセット信号Poffsetを加算することで標準発電電力PREF、すなわち、標準発電電力プロファイルを求める。
日影変動成分Sin=(発電電力モニタ信号PPV_FB)/(標準発電電力PREF)
よって、規格化部905は、除算器にて構成される。
平滑化部906は、規格化部905より入力される日影変動成分Sinに対し平滑化処理を施し、平滑日影変動成分Soutを算出し、復元部907へ出力する。ここで平滑化部906は、例えば、一次遅れフィルタあるいは、複数の遅延演算子を直列に接続し移動平均を算出する移動平均算出方式、又は、ローパスフィルタ等により実現される。
復元部907は、平滑化部906より入力される平滑日影変動成分Soutに対し、標準発電電力演算部903により算出され、第1上下限リミッタ904を介して得られる標準発電電力PREFを乗算することにより、システム出力電力目標値PSYS *を 求め減算器908へ出力する。すなわち、システム出力電力目標値PSYS *は、以下にて求められる。
システム出力電力目標値PSYS *=平滑日影変動成分Sout×標準発電電力PREF
このように、本実施例では、統括コントローラ9が、太陽光発電電力PPVの変動要因となる、日影変動成分Sinを、発電電力モニタ信号PPV_FB及び標準発電電力PREFに基づき抽出し、抽出後の日影変動成分Sinを平滑化する。そして、平滑化後の平滑日影変動成分Sout及び標準発電電力PREFに基づき、システム出力電力目標値PSYS *を求める構成であることから、システム出力電力目標値PSYS *を、日影変動成分Sinを加味して得ることが可能となる。
また、太陽光出力補正部913は、蓄電池7よりSOC(充電率)を取得すると共に、減算器908より出力される充放電目標値Pb * を取得する。このとき、仮に、蓄電池7のSOC(充電率)が低下した場合等、図1に示すシステム出力PSYSの変動を十分に抑制することが困難となる場合、太陽光出力補正部913は、予め太陽光発電電力PPVの上限値PPV_limを低減し、この太陽光発電電力PPVの上限値PPV_limを太陽光用PCS5へ出力する。
なお、上述の太陽光用PCS電力上限設定部910は、太陽光出力補正部913における太陽光発電電力PPVの上限値PPV_limの変化に連動させた値を、第1上下限リミッタ904の太陽光用PCS電力上限値PpvLIMとして設定してもよい。
図6に示すように、第2表示領域22に太陽光発電システム系統図が表示されている。図6に示す例では、複数の太陽光パネル、複数の太陽光用PCS、複数の蓄電池、複数の蓄電池用PCS及び、太陽光パネル毎に設けられた統括コントローラ(Cont)を備えるメガソーラ(大規模太陽光発電システム)、更に、ネットワークを介して、このメガソーラと接続される太陽光発電システムにより、電力系統に太陽光発電電力PPVを供給する系統図が表示されている。
履歴表示種別指定入力領域25は、第1表示領域21に履歴表示すべき種別に対するオペレータによる指定入力を受け付ける領域である。図6に示す例では、種別として、「発電電力実績履歴」及び「日射プロファイル履歴」が表示され、オペレータにより「発電電力実績履歴」が指定された状態を示している。
履歴指定入力領域24は、履歴表示種別指定入力領域25にて指定された種別に対し、第1表示領域21に表示する、現在及び過去の実績のうちオペレータが所望の時期を選択指定可能とする領域である。履歴指定入力領域24の右欄には、プルダウンボタンが設けられている。オペレータは、このプルダウンボタンにより所望の時期を指定できる。なお、プルダウンボタンによる選択肢中、ブランク欄が設けられており、オペレータはブランク欄を指定の上、図示しないキーボードあるいはマウス等の入力装置により、所望の時期を直接入力できる。図6に示す例では、「現在」、「1年前」、及び「2年前」が指定された状態を示している。なお、指定される履歴表示すべき時期として、上記各年毎の指定に限らず、例えば、「現在」、「昨日」、及び「一昨日」としても良い。但し、異なる季節の指定は、季節毎に日射量Hが大きく異なるため、同一の季節内で時期を指定することが望ましい。
統括コントローラ9を構成する標準電力演算部903は、日射量H、南中時刻TN、日の出時刻TR及び発電電力モニタ信号PPV_FBを取得する(ステップS10)。標準発電電力演算部903は、上記式(1)を演算し、標準発電電力PREFを算出する(ステップS11)。ステップS12では、太陽光用PCS電力上限設定部910が、第1上下限リミッタ904に対し太陽光用PCS電力上限値PpvLIMを設定する。
ステップS13にて、規格化部905は、発電電力モニタ信号PPV_FBを、第1上下限リミッタ904を介して得られる標準発電電力PREFにて除算し、日影変動成分Sinを抽出する。ステップS14にて、平滑化部906は、ステップS13にて得られた日影変動成分Sinに対し平滑化処理を実行し、平滑日影変動成分Soutを算出する。
図9に示すように、比較例の構成では、合成発電電力目標値と発電電力モニタ信号PPV_FB間のずれ量が増大することが分かる。すなわち、比較例による合成発電電力目標値は、発電電力モニタ信号PPV_FBにおける24時間周期の変動成分に対し遅れを有するプロファイルとなる。このようにずれ量が増大すると、当然、図8に示すシステム出力電力目標値PSYS *に影響を与えることになる。これに対し、本実施例では、発電電力モニタ信号PPV_FBと標準発電電力PREF間のずれ量は抑制され、発電電力モニタ信号PPV_FBにおける24時間周期の変動成分に対し、遅れを有さない標準発電電力PREFが得られることが分かる。
これにより、比較例の構成の場合に比して、上記ずれ量が低減されることから、本実施例によれば、システム出力電力目標値PSYS *への影響を抑制できる。すなわち、規格化部905における誤差成分が抑制されることにより、蓄電池7における不要な充放電が低減することから、比較例の構成よりも、蓄電池7の容量を更に大幅に低減することが可能となる。換言すれば、蓄電池7の電力および電力量を抑制できる効果を得ることができる。
ステップS21では、ステップS12にて、太陽光用PCS電力上限設定部910により太陽光用PCS電力上限値PpvLIMが設定された第1上下限リミッタ904を通過後の標準発電電力PREFを、標準発電電力補正部914が取得する。また、標準発電電力補正部914は、蓄電池7よりSOC(充電率)を取得し、取得されたSOCに基づき標準発電電力PREFを補正し、補正後の標準発電電力PREFを規格化部905及び復元部907へ出力する。
ステップS13’では、規格化部905は、太陽光用PCS5より計測された発電電力モニタ信号PPV_FBを、標準発電電力補正部914から出力された補正後の標準発電電力PREFにて除し、日影変動成分Sinを抽出する。すなわち、日影変動成分Sinは以下にて求められる。
日影変動成分Sin=(発電電力モニタ信号PPV_FB)/(補正後の標準発電電力PREF)
ステップS14及びステップS15は、図7に示す実施例1と同様である。
ステップS22では、システム出力補正部912は、ステップS15にて復元部907より得られるシステム出力電力目標値PSYS * 、及び計時部901から時刻tを取得し、システム出力電力目標値PSYS *を補正し、減算器908へ出力する。
ステップS16’では、減算器908は、発電電力モニタ信号PPV_FBから補正後のシステム出力電力目標値PSYS *を減算し、発電電力モニタ信号PPV_FBと補正後のシステム出力電力目標値PSYS *との差分を算出する。続いて、充放電出力補正部915は、計時部901より時刻t(現在時刻)を入力すると共に、日の出検出部902より日の出時刻TRを入力し、減算器908により得られた差分、すなわち、充放電目標値Pb *を補正し、補正後の充放電目標値Pb *を、第2上下限リミッタ909を介することにより、蓄電池用PCS6へ出力する充放電目標値Pb *を算出する(ステップS17)。
システム出力補正部912は、復元部907より入力されるシステム出力電力目標値PSYS *と、図示しない記憶部に格納される強制終了上限電力PF_LIMとを比較する。比較の結果、システム出力電力目標値PSYS *が強制終了上限電力PF_LIMを上回る場合、システム出力補正部912は、強制終了上限電力PF_LIMに合わせてシステム出力電力目標値PSYS *を補正する。その結果、蓄電池7のSOCは過放電状態に至ることなく高いSOCを維持できる。
さらにより蓄電池7の寿命を延長できるSOCレベル(以下、目標SOCレベルと称す)に対して乖離がある場合には、充放電出力補正部915は、日没後(日の入り時刻TF後)の所定時刻において、蓄電池7が、図12に示す放電調整電力PD分追加放電するよう、充放電目標値Pb *を補正する。これにより、蓄電池7のSOCレベルを目標SOCレベルに到達させることが可能となる。図12において、強制終了上限電力PF_LIM、及び放電調整電力PDは、それぞれ一定の変化レートaF1、aF2、aR2で変化させているが、この変化率は、例えば電力系統13を管理する所管の送電運用機関の電力変動規程に応じて適宜選定すれば、太陽光発電電力PPDの変動抑制性能を低下させることなく、SOCを調整することが可能となる。
なお、本来、蓄電池7は、充放電回数(充放電サイクル)と蓄電池寿命は反比例の関係にある。図12の下段に示すように、日の入り時刻TFから所定時間経過後(夜間)において、蓄電池7をΔE分だけ放電することにより充放電サイクルは増加する。しかしながら、目標SOCに低減する動作は、1日のうち日の入り時刻TF後の1回のみである。よって、充放電サイクルの増加による蓄電池7への影響は少なく、むしろ高いSOCの状態が維持されることにより生ずる蓄電池7の劣化現象を抑制することが可能となる。これは、特に、蓄電池7としてLiイオン電池を用いる場合により効果的であり、他の蓄電池を用いた場合においても同様の効果を得ることが可能となる。
また、本実施例では、南中時刻TNにピークを有する略三角波状の標準発電電力プロファイルとしたが、これに限られず、南中時刻TNにピークを有する波形であれば、例えば、多角形状の波形であっても良い。
なお、図14に示す標準発電電力プロファイルは、標準発電電力演算部903の図示しない記憶部に予め格納されており、必要に応じて適宜、標準発電電力演算部903より読み出され、第1上下限リミッタ904へ出力される。
本実施例によれば、実施例4の効果に加え、更に太陽光用PCS5の設置台数を低減することが可能となる。
2・・・蓄電池システム
3・・・電力制御装置
4・・・太陽光パネル
5・・・太陽光用パワーコンディショナ(PCS)
6・・・蓄電池用パワーコンディショナ(PCS)
7・・・蓄電池
8・・・ネットワーク
9・・・統括コントローラ
10・・・日射計
11・・・外部コントローラ
12・・・端末
13・・・電力系統
20・・・画面 (端末12の表示画面)
21・・・第1表示領域
22・・・第2表示領域
23・・・パラメータ入力領域
24・・・履歴指定入力領域
25・・・履歴表示種別指定入力領域
26・・・実行ボタン
901・・・計時部
902・・・日の出検出部
903・・・標準発電電力演算部
904・・・第1上下限リミッタ
905・・・規格化部
906・・・平滑化部
907・・・復元部
908・・・減算器
909・・・第2上下限リミッタ
910・・・太陽光用PCS電力上限設定部
911・・・南中時刻設定部
912・・・システム出力補正部
913・・・太陽光出力補正部
914・・・標準発電電力補正部
915・・・充放電出力補正部
Claims (15)
- 蓄電池と、
前記蓄電池に併設され、太陽光発電電力を出力する太陽光発電装置と、
前記太陽光発電装置より計測される発電電力信号から日影変動成分を抽出する変動成分抽出部と、前記変動成分抽出部より得られる日影変動成分を平滑化する平滑化部を有し、前記平滑化部の出力信号に基づき前記蓄電池の充放電目標値を求める電力制御装置と、を備えることを特徴とする太陽光発電システム。 - 請求項1に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記電力制御装置は、日射量を計測する日射計と、表示部を有する端末を備え、
前記端末の表示画面上に、前記太陽光発電装置の発電出力実績及び/又は日射量の履歴を表示することを特徴とする太陽光発電システム。 - 請求項2に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記電力制御装置は、快晴時における前記太陽光発電装置より得られる発電電力を標準発電電力として求める標準発電電力演算部を備え、
前記変動成分抽出部は、前記発電電力信号及び前記標準発電電力に基づき、前記日影変動成分を抽出することを特徴とする太陽光発電システム。 - 請求項3に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記端末の表示部は、前記太陽光発電装置の発電出力実績及び/又は前記日射量の履歴を表示する第1表示領域と、前記太陽光発電システムの系統図を表示する第2表示領域と、前記標準発電電力を規定するパラメータの入力を受け付ける第3表示領域と、を有することを特徴とする太陽光発電システム。 - 請求項4に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記端末の表示部は、前記第1表示領域に表示すべき前記太陽光発電装置の発電電力実績及び/又は日射量の履歴の時期を指定入力可能とする第4の表示領域を有することを特徴とする太陽光発電システム。 - 請求項1に記載の太陽光発電システムにおいて、
前記電力制御装置は、
快晴時における前記太陽光発電装置より得られる発電電力を標準発電電力として求める標準発電電力演算部と、
前記標準発電電力及び前記平滑化部の出力信号を乗算し、前記太陽光発電装置及び前記蓄電池による合計出力電力に相当するシステム出力電力目標値を求める復元部と、を備え、
前記変動成分抽出部は、前記発電電力信号及び前記標準発電電力に基づき、前記日影変動成分抽出し、
前記発電電力信号及び前記システム出力電力目標値の差分により、前記蓄電池の充放電目標値を求めることを特徴とする太陽光発電システム。 - 太陽光発電装置より出力される太陽光発電電力を充放電する蓄電池と、
前記太陽光発電装置より計測される発電電力信号から日影変動成分を抽出する変動成分抽出部と、前記変動成分抽出部より得られる日影変動成分を平滑化する平滑化部を有し、前記平滑化部の出力信号に基づき前記蓄電池の充放電目標値を求める電力制御装置と、を備えることを特徴とする蓄電池システム。 - 請求項7に記載の蓄電池システムにおいて、
前記電力制御装置は、快晴時における前記太陽光発電装置より得られる発電電力を標準発電電力として求める標準発電電力演算部を備え、
前記変動成分抽出部は、前記発電電力信号及び前記標準発電電力に基づき、前記日影変動成分を抽出することを特徴とする蓄電池システム。 - 請求項8に記載の蓄電池システムにおいて、
前記電力制御装置は、日射量を計測する日射計と、表示部を有する端末を備え、
前記端末の表示画面上に、前記太陽光発電装置の発電出力実績及び/又は日射量の履歴を表示することを特徴とする蓄電池システム。 - 請求項9に記載の蓄電池システムにおいて、
前記端末の表示部は、前記太陽光発電装置の発電出力実績及び/又は前記日射量の履歴を表示する第1表示領域と、前記太陽光発電システムの系統図を表示する第2表示領域と、前記標準発電電力を規定するパラメータの入力を受け付ける第3表示領域と、を有することを特徴とする蓄電池システム。 - 請求項8に記載の蓄電池システムにおいて、
前記電力制御装置は、前記標準発電電力及び前記平滑化部の出力信号を乗算し、前記太陽光発電装置及び前記蓄電池による合計出力電力に相当するシステム出力電力目標値を求める復元部を備え、
前記発電電力信号及び前記システム出力電力目標値の差分により、前記蓄電池の充放電目標値を求めることを特徴とする蓄電池システム。 - 太陽光発電装置より計測される発電電力信号より日影変動成分を抽出する変動成分抽出部と、
前記変動成分抽出部より得られる日影変動成分を平滑化する平滑化部と、
前記平滑化部の出力信号に基づき蓄電池の充放電目標値を求める演算部と、
を備えることを特徴とする電力制御装置。 - 請求項12に記載の電力制御装置において、
快晴時における前記太陽光発電装置より得られる発電電力を標準発電電力として求める標準発電電力演算部を備え、
前記変動成分抽出部は、前記発電電力信号及び前記標準発電電力に基づき、前記日影変動成分を抽出することを特徴とする電力制御装置。 - 請求項13に記載の電力制御装置において、
日射量を計測する日射計と、表示部を有する端末を備え、
前記端末の表示画面上に、前記太陽光発電装置の発電出力実績及び/又は日射量の履歴を表示することを特徴とする電力制御装置。 - 請求項13に記載の電力制御装置において、
前記標準発電電力及び前記平滑化部の出力信号を乗算し、前記太陽光発電装置及び前記蓄電池による合計出力電力に相当するシステム出力電力目標値を求める復元部を備え、
前記発電電力信号及び前記システム出力電力目標値の差分により、前記蓄電池の充放電目標値を求めることを特徴とする電力制御装置。
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