JP2017200307A - 蓄電制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】最大電力点追従制御を行うＰＣＳを含む発電システムに、ＰＣＳの最大電力点追従制御に悪影響を与えない形で蓄電機能を付与できる蓄電制御装置を提供する。【解決手段】蓄電制御装置１０は、発電システムの電力ライン３５と蓄電池２０とに接続されるＤＣ／ＤＣコンバータ１２と、制御部１４とを備える。蓄電制御装置１０の制御部１４は、電力ライン３５の電圧値を測定し、測定された電圧値で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の制御パラメータである電圧規定値を更新し、蓄電池２０の充放電電力の目標値である充放電電力指令値を測定された電圧値で除算した除算結果でＤＣ／ＤＣコンバータ１２の制御パラメータである電流規定値を更新する。【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電制御装置に関する。
近年、太陽電池とパワーコンディショナとを組み合わせた太陽光発電システムを、商用電力系統及び負荷（電力使用機器群）に接続することが盛んに行われている。
太陽光発電システム用の一般的なパワーコンディショナ（以下、ＰＣＳとも表記する）は、最大電力点追従制御を行う機能を有している。そのため、一般的な太陽光発電システムでは、太陽電池から最大電力を取り出すことが出来る。ただし、売電している太陽光発電システムでは、出力抑制により、太陽電池の発電電力を全て利用できないこと、つまり、太陽電池が出力可能な最大電力よりも少ない電力しか太陽電池から取り出されないことがある。また、売電していない太陽光発電システムでも、負荷の消費電力が少ない場合には、太陽電池の発電電力を全て利用することはできない。
ＰＣＳを、蓄電機能を有するＰＣＳに変更すれば、太陽電池の発電性能をより有効に利用することが可能となる。ただし、ＰＣＳの変更には、コストがかかる。そのため、既存の太陽光発電システムの、蓄電機能を有さないＰＣＳと太陽電池とを接続する電力ラインに、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電池を接続して当該蓄電池に余剰電力を蓄えることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１３−１３８５３０号公報
蓄電機能を有さないＰＣＳが用いられた既存の太陽光発電システムの電力ラインに、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電池を接続すれば、当該太陽光発電システムに安価に蓄電機能を付与することが出来る。ただし、最大電力点追従制御では、電力ラインの電圧値を変動（上下）させることにより、電力ラインの電圧値が、最大電力が取り出せる電圧値に制御される。そして、蓄電池の充放電制御時にも電力ラインの電圧値が変化し得るため、電力ラインに接続したＤＣ／ＤＣコンバータに対して定電圧制御、定電流制御等の単純な制御を行うと、当該制御がＰＣＳの最大電力点追従制御と干渉してしまい、太陽電池から最大電力が取り出せない場合が生じてしまう。
上記のような問題は、太陽電池以外の発電装置（直流風力発電装置等）と、最大電力…追従制御を行うＰＣＳとを組み合わせた発電システムの電力ラインにＤＣ／ＤＣコンバータを介して蓄電池を接続した場合にも生ずるものである。
そこで、本発明の目的は、最大電力点追従制御を行うＰＣＳを含む発電システムの電力ラインと蓄電池とに接続される蓄電制御装置であって、ＰＣＳの最大電力点追従制御に悪影響を与えない形で、発電システムに蓄電機能を付与できる蓄電制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の蓄電制御装置は、発電する直流電源と、最大電力
追従制御機能を有し、前記直流電源から出力される電力を変換するパワーコンディショナと、前記直流電源と前記パワーコンディショナとを接続する電力ラインと、を備える直流電源システムに適用される蓄電制御装置であって、一次側が前記電力ラインに接続され、二次側が蓄電池に接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と、前記電力ラインを流れる直流電流の電圧値が電圧規定値に近づくように、且つ、前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と前記電力ラインとの間を流れる直流電流の電流値が電流規定値に近づくように、前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を制御する制御処理を繰り返す制御手段と、前記制御処理で使用される前記電圧規定値及び前記電流規定値を算出する規定値算出手段であって、前記電力ラインの電圧値を測定し、測定された電圧値を前記電圧規定値として算出すると共に、前記蓄電池に充電する電力又は前記蓄電池から放電する電力の指令値である充放電電力指令値を、測定された電圧値で除算した除算結果を前記電流規定値として算出する算出処理を、前記制御手段による前記制御処理の実行間隔よりも長い間隔で繰り返す規定値算出手段と、を備える。
すなわち、本発明の蓄電制御装置は、蓄電池の充放電時に、電力ラインの電圧値がＰＣＳの最大電力点追従制御により制御されている電圧値から殆ど変化しない構成を有している。従って、本発明の蓄電制御装置を用いておけば、ＰＣＳの最大電力点追従制御に悪影響を与えない形で、発電システムに蓄電機能を付与することが出来る。
本発明によれば、最大電力点追従制御を行うＰＣＳを含む発電システムの電力ラインと蓄電池とに接続される蓄電制御装置であって、ＰＣＳの最大電力点追従制御に悪影響を与えない形で、発電システムに蓄電機能を付与できる蓄電制御装置を提供することが出来る。
図１は、本発明の一実施形態に係る蓄電制御装置の構成及び使用形態の説明図である。 図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータのハードウェア構成例の説明図である。 図３は、制御部のハードウェア構成例の説明図である。 図４は、制御部が実行する規定値算出処理の流れ図である。 図５は、ＤＣ／ＤＣ制御部の構成例を説明するための図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
まず、図１乃至図３を用いて、本発明の一実施形態に係る蓄電制御装置１０の概要を説明する。なお、図１は、実施形態に係る蓄電制御装置１０の構成及び使用形態の説明図である。図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２のハードウェア構成例の説明図であり、図３は、制御部１４のハードウェア構成例の説明図である。
図１に示してあるように、本実施形態に係る蓄電制御装置１０は、既存の発電システムに、蓄電池２０と共に追加される装置である。蓄電制御装置１０が組み合わされる発電システムは、太陽電池（ＰＶ）等の発電装置３０と、最大電力点追従制御を行うパワーコンディショナ（ＰＣＳ）３２とが電力ライン３５で接続され、ＰＣＳ３２が系統４２及び負荷４４に接続されたシステムである。
蓄電制御装置１０は、太陽光発電システムに蓄電機能を付与するための装置である。図１に示してあるように、蓄電制御装置１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２と制御部１４とを備える。また、蓄電制御装置１０（制御部１４）には、蓄電アプリ２６がインストール
されたコンピュータである管理装置２５が接続される。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、電力ライン３５及び蓄電池２０と接続される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータである。図１に示してあるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、電力ライン１５により電力ライン３５と接続されている。電力ライン１５には、電力ライン１５を流れる直流電流の電圧値を測定するための電圧センサ１６と、電力ライン１５を流れる直流電流の電流値を測定するための電流センサ１７とが配設されている。また、電力ライン３５には、電力ライン３５を流れる直流電流の電流値を測定するための電流センサ１８が配設されている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、電力ライン３５からの電力で蓄電池２０を充電でき、蓄電池２０からの放電電力を電力ライン３５上に出力できる双方向ＤＣ／ＤＣコンバータであれば良い。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２としては、例えば、図２に示した構成を有するものを使用することが出来る。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２として、トランスＴＲの各コイルに、リアクトルＬ１、Ｌ２を介して、４つのスイッチング素子ＳＷ及び４つのダイオードＤからなるフルブリッジ回路を接続したＤＣ／ＤＣ変換回路１２ａと、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２ａ内の各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ制御を行うＤＣ／ＤＣ制御部１２ｂとを備えた絶縁型双方向コンバータを使用することが出来る。
なお、図２において、右側に示してある入出力端子が、電力ライン１５が接続される端子である。また、図２では、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２ａに取り付けられている電流センサ２８及び電圧センサ２９の出力が、ＤＣ／ＤＣ制御部１２ｂ（詳細は後述）に入力されているが、ＤＣ／ＤＣ制御部１２ｂに、電流センサ１７及び電圧センサ１６の出力が入力されるようにしておいても良い。
制御部１４（図１）は、蓄電池２０の充放電電力（蓄電池２０への充電電力、蓄電池２０からの放電電力）が、充放電電力指令値となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を制御するユニットである。ここで、充放電電力指令値とは、管理装置２５内の蓄電アプリ２６が、制御部１４からの情報（発電装置３０及び蓄電池２０からＰＣＳ３２に供給されている電力の大きさ等）や現在時刻等に基づき、定期的に、決定（算出）して制御部１４に通知する、蓄電池２０の充放電電力の目標値のことである。
図１に示してあるように、制御部１４には、センサ１６〜１８の出力が入力されている。
制御部１４のハードウェア構成は、特に限定されないが、例えば、図３に示した構成を有するユニット、すなわち、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、管理装置２５用のＩ／Ｆ、センサＩ／Ｆ及びＤＣ／ＤＣ−Ｉ／Ｆが組み合わされたユニットを制御部１４として採用することが出来る。
以下、制御部１４の機能及びＤＣ／ＤＣ制御部１２ｂの機能を説明する。なお、以下では、電力ライン３５（又は１５）を流れる直流電流の電圧値、電流値のことを、それぞれ、電力ライン３５（又は１５）の電圧値、電流値と表記する。
本実施形態に係る蓄電制御装置１０の制御部１４は、図４に示した手順の規定値算出処理を実行するように、構成（プログラミング）されている。
すなわち、制御部１４による規定値算出処理（図４）では、まず、電力ライン３５の電圧値が測定される（ステップＳ１０１）。なお、このステップＳ１０１で実際に行われる処理は、電力ライン３５の電圧値と一致している電力ライン１５の電圧値を、電圧センサ
１６から取得する処理である。
次いで、蓄電アプリ２６から通知された最新の充放電電力指令値を、測定された電力ライン３５の電圧値で除算した値が算出される（ステップＳ１０２）。そして、測定された電圧値、ステップＳ１０２の処理で得られた除算結果が、それぞれ、制御パラメータとしてＤＣ／ＤＣコンバータ１２（ＤＣ／ＤＣ制御部１２ｂ）に入力される電圧規定値、電流規定値とされる（ステップＳ１０３）。
規定値算出処理では、ステップＳ１０３の処理後に、所定時間の経過を待機する処理（ステップＳ１０４）が行われる。ここで、所定時間とは、ＤＣ／ＤＣ制御部１２ｂによるスイッチング周期よりも長く、最大電力点追従制御の制御周期よりも短い時間（最大電力点追従制御による電力ライン３５の電圧値の各変化を検知可能な時間）として予め設定されている時間（例えば、０．２秒）のことである。
そして、規定値算出処理では、ステップＳ１０４の処理の完了後に、ステップＳ１０１以降の処理が再び開始される。
ＤＣ／ＤＣ制御部１２ｂは、電力ライン３５の電圧値が電圧規定値に近づくように、且つ、電力ライン３５の電流値が電流規定値に近づくように、ＤＣ／ＤＣ変換回路１２ａ内の各スイッチング素子を制御する処理を、短周期で（１／（２０ｋ）秒程度の周期で）、繰り返すユニットである。
ＤＣ／ＤＣ制御部１２ｂが行う制御は、電力ライン３５の電圧値が、短時間の間、電圧規定値を超えることがあるものであっても良い。従って、ＤＣ／ＤＣ制御部１２ｂとして、図５に示した構成のユニットを採用しても良い。なお、この図５に示したＤＣ／ＤＣ制御部１２ｂ内のコンパレータ２２は、“電流規定値＝実電流値”が成立しているか否かを示す信号を出力する回路であり、コンパレータ２３は、“電圧規定値＝実電圧値” が成
立しているか否かを示す信号を出力する回路である。制御回路２４は、“電流規定値＝実電流値”及び“電圧規定値＝実電圧値”の何れかが成立していない場合には、電力ライン１５の電圧の電流の一方あるいは双方が増加あるいは減少するようにＤＣ／ＤＣ変換回路１２ａを制御し、“電流規定値＝実電流値”及び電圧規定値＝実電圧値”の双方が成立している場合には、電力ライン１５の電圧値および電流値は変化しないようにＤＣ／ＤＣ変換回路１２ａを制御する回路である。
本実施形態に係る蓄電制御装置１０は、以上、説明した構成を有している。そのため、蓄電制御装置１０を用いた場合、蓄電制御装置１０と電力ライン３５との間での電力の授受量が、短時間の間、充放電電力指令値に満たない場合はあることになるが、蓄電池２０の充放電時に、電力ライン３５の電圧値がＰＣＳ３２の最大電力点追従制御により制御されている電圧値から殆ど変化しないことになる。
従って、蓄電制御装置１０によれば、ＰＣＳ３２の最大電力点追従制御に悪影響を与えない形で、充放電電力量を制御し、充放電電力指令値に等しくなるように蓄電池２０の充放電制御を行えることになる。
《変形形態》
上記した蓄電制御装置１０は、各種の変形を行えるものである。例えば、制御部１４に、電力ライン３５の電圧値の時間変化からＰＣＳ３２の最大電力点追従制御の制御周期を求め、求めた制御周期に基づき、規定値算出処理の“所定時間”（図４）を決定する機能を付与しておいても良い。また、制御部１４に、ＤＣ／ＤＣ制御部１２ｂとしての機能及び／又は管理装置２５としての機能を付与しておいても良い。
１０ 蓄電装置
１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２ａ ＤＣ／ＤＣ変換回路
１２ｂ ＤＣ／ＤＣ制御部
１４ 制御部
１６ 電圧センサ
１７、１８ 電流センサ
２０ 蓄電池
３０ 発電装置
３２ パワーコンディショナ
１５、３５ 電力ライン
４２ 系統
４４ 負荷

Claims (2)

  1. 発電する直流電源と、
    最大電力追従制御機能を有し、前記直流電源から出力される電力を変換するパワーコンディショナと、
    前記直流電源と前記パワーコンディショナとを接続する電力ラインと、
    を備える直流電源システムに適用される蓄電制御装置であって、
    一次側が前記電力ラインに接続され、二次側が蓄電池に接続された双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と、
    前記電力ラインを流れる直流電流の電圧値が電圧規定値に近づくように、且つ、前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路と前記電力ラインとの間を流れる直流電流の電流値が電流規定値に近づくように、前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換回路を制御する制御処理を繰り返す制御手段と、
    前記制御処理で使用される前記電圧規定値及び前記電流規定値を算出する規定値算出手段であって、前記電力ラインの電圧値を測定し、測定された電圧値を前記電圧規定値として算出すると共に、前記蓄電池に充電する電力又は前記蓄電池から放電する電力の指令値である充放電電力指令値を、測定された電圧値で除算した除算結果を前記電流規定値として算出する算出処理を、前記制御手段による前記制御処理の実行間隔よりも長い間隔で繰り返す規定値算出手段と、
    を備えることを特徴とする蓄電制御装置。
  2. 前記発電装置が、太陽電池である
    ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電制御装置。
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