JP2018042351A - 制御装置、制御方法、およびプログラム - Google Patents

制御装置、制御方法、およびプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】電力系統の周波数の安定化に寄与する技術を提供する。【解決手段】制御装置10は、系統の周波数およびアンシラリー指令の少なくとも一方を含む周波数情報を取得する情報取得部110と、周波数情報を用いて、蓄電装置用の第1制御信号および発電装置用の第2制御信号を生成する制御部120と、第1制御信号を蓄電装置に送信し、第2制御信号を発電装置に出力する出力部130と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、電力系統の安定化を図る技術に関する。
太陽光などの再生可能エネルギーを利用する発電装置が普及してきている。このような再生可能エネルギーを利用する発電装置の出力は、環境(天候など)の影響により頻繁に変動する。そのため、再生可能エネルギーを利用する発電装置の増加に応じて、系統における電力の需給バランスに対する影響が大きくなることが予測される。そして、系統の電力需給バランスの変動を既存の仕組みで吸収しきれなかった場合、例えば停電の発生など、電力供給において重大な問題が生じ得る。よって、系統の周波数を適正な範囲に保つ技術が要求される。
系統の周波数を適正な範囲に保つ技術の一例が、下記特許文献1および特許文献2に開示されている。下記特許文献1には、太陽光発電設備からの出力を増減させることにより、系統周波数を調整する技術が開示されている。また、下記特許文献2には、蓄電貯蔵装置(蓄電池)の充放電動作によって系統周波数の変動を抑制する技術が開示されている。
特開2011−060921号公報 特許第5633872号公報
太陽光などにより発電する発電装置と蓄電装置とが需要家の分電盤を介して同じ送電線に接続されている状況において、周波数の安定化のための動作を個々の装置が独立して行うと、周波数の安定化効果がうまく得られなくなる可能性がある。
本発明の目的は、発電装置と蓄電装置とを用いて、電力系統の周波数の安定化に寄与する技術を提供することにある。
本発明によれば、
系統の周波数およびアンシラリー指令の少なくとも一方を含む周波数情報を取得する情報取得手段と、
前記周波数情報を用いて、蓄電装置用の第1制御信号および発電装置用の第2制御信号を生成する制御手段と、
前記第1制御信号を前記蓄電装置に送信し、前記第2制御信号を前記発電装置に出力する出力手段と、
を備える制御装置が提供される。
本発明によれば、
コンピュータが、
系統の周波数およびアンシラリー指令の少なくとも一方を含む周波数情報を取得し、
前記周波数情報を用いて、蓄電装置用の第1制御信号および発電装置用の第2制御信号を生成し、
前記第1制御信号を前記蓄電装置に送信し、前記第2制御信号を前記発電装置に出力する、
ことを含む制御方法が提供される。
本発明によれば、
コンピュータを、
系統の周波数およびアンシラリー指令の少なくとも一方を含む周波数情報を取得する情報取得手段と、
前記周波数情報を用いて、蓄電装置用の第1制御信号および発電装置用の第2制御信号を生成する制御手段と、
前記第1制御信号を前記蓄電装置に送信し、前記第2制御信号を前記発電装置に出力する出力手段と、
として機能させるためのプログラムが提供される。
本発明によれば、発電装置と蓄電装置とを用いて、電力系統の周波数の安定化を図ることができる。
第1実施形態における制御システムの一例を概念的に示すブロック図である。 第1実施形態の制御装置の機能構成を概念的に示すブロック図である。 制御システムの各装置のハードウエア構成を概念的に示すブロック図である。 制御システムの第1の動作例における処理の流れを示すフローチャートである。 第1の動作例を具体的に説明するための図である。 第1の動作例を具体的に説明するための図である。 制御システムの第2の動作例における処理の流れを示すフローチャートである。 第2の動作例を具体的に説明するための図である。 制御システムの第3の動作例における処理の流れを示すフローチャートである。 第3の動作例を具体的に説明するための図である。 第3実施形態の制御装置の機能構成を概念的に示すブロック図である。 第3実施形態の制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 第3実施形態の制御装置の動作の一例を説明するための図である。 第3実施形態の制御装置の動作の一例を説明するための図である。 第3実施形態の制御装置の動作の一例を説明するための図である。 第3実施形態の制御装置の動作の一例を説明するための図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また各ブロック図において、特に説明がない限り、各ブロックは、ハードウエア単位の構成ではなく機能単位の構成を表している。また、本明細書において、「取得」や「読み出す」とは、自装置が他の装置や記憶媒体に格納されているデータまたは情報を取りに行くこと(能動的な取得)、たとえば、他の装置にリクエストまたは問い合わせして受信すること、他の装置や記憶媒体にアクセスして読み出すこと等、および、自装置に他の装置から出力されるデータまたは情報を入力すること(受動的な取得)、たとえば、配信(または、送信、プッシュ通知等)されるデータまたは情報を受信すること等、の少なくともいずれかを含む。また、受信したデータまたは情報の中から選択して取得すること、または、配信されたデータまたは情報を選択して受信することも含む。
[第1実施形態]
以下、本発明に係る制御システムについて説明する。本明細書に係る制御システムは、1以上の需要家用に構築される。
〔システム概要〕
図1は、第1実施形態における制御システム1000の一例を概念的に示すブロック図である。なお図1において、実線は電力線を意味し、点線は通信線を意味する。制御システム1000は、図1に示されるように、制御装置10、システム用のCT(Current Transformer)センサ50、発電装置20、発電装置20用のPCS(Power Conditioning System)22、蓄電装置30、蓄電装置30用のCTセンサ60、蓄電装置30用のPCS32を有する。これらの構成要素は需要家側に備えられる。
CTセンサ50は、電力線42に設けられており、系統40の周波数などを測定する。CTセンサ50は、系統40に接続する地点の近傍に設けられており、系統40から電力線42に供給される電力の周波数を測定することができる。また、CTセンサ50は、系統40側を上流側として、下流側で消費される電力の総量を測定することもできる。
発電装置20は、太陽光や風力などの再生可能エネルギーを利用して発電する装置である。発電装置20は、発電装置20用のPCS22を介して電力線42に接続される。図には示されていないが、発電装置20は複数設けられていてもよい。
蓄電装置30は、図示しない蓄電池(例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ナトリウム硫黄電池など)やBMU(Battery Management Unit)などを含んで構成され、系統40や発電装置20から電力供給を受けて、該蓄電池に電力を蓄える装置である。蓄電装置30は、蓄電装置30用のPCS32を介して電力線42に接続される。図には示されていないが、蓄電装置30は複数設けられていてもよい。また、PCS32は蓄電装置30内に設けられていてもよい。
制御システム1000の構成は図1で示される例に限定されない。例えば、発電装置20用のPCS22および蓄電装置30用のPCS32は、発電装置20および蓄電装置30共通の一体型のPCS(所謂ハイブリッド型のPCS)であってもよい。また、図1の構成において、図示しない負荷(例えば、需要家が利用する電子機器など)や、以下の説明には関連しない他の蓄電装置が、電力線42に更に接続されていてもよい。
制御装置10は、CTセンサ50から得られる情報を基に、発電装置20の出力および蓄電装置30の充放電動作を制御する。また、制御装置10は図示しない外部装置(例えばサーバ装置など)と接続されており、制御に必要なその他の情報を当該外部装置から取得するように構成されていてもよい。
〔機能構成〕
図2は、第1実施形態の制御装置10の機能構成を概念的に示すブロック図である。図2に示されるように、制御装置10は、情報取得部110、制御部120、および出力部130を有する。
情報取得部110は、系統の周波数およびアンシラリー指令の少なくも一方を含む情報(周波数情報)を取得する。情報取得部110は、図1のCTセンサ50を介して、系統の周波数を示す情報を取得することができる。また、情報取得部110は、図示しない外部装置(例えば、一般電気事業者の情報処理装置)を介して、アンシラリー指令を取得することができる。
ここで、アンシラリー指令は、例えば、所定の期間における動作の方向とその期間で要求される電力値に関する指令を含む。この「動作の方向」には、2種類の方向が存在する。系統40側を上流として、上流から下流へ向かう方向(以下、「順潮流方向」と表記)と、下流から上流へ向かう方向(以下、「逆潮流方向」と表記)である。なお、順潮流方向のアンシラリー指令は、系統40において電力供給が電力需要を上回っており、需給バランスの安定化のために電力需要の増加が望まれる場合に送信される。言い換えると、順潮流方向のアンシラリー指令は、系統40の周波数が基準値よりも高い状態(系統40の電圧が基準値よりも高い状態)を解消するために送信される。逆に、逆潮流方向のアンシラリー指令は、系統40において電力需要が電力供給を上回っており、需給バランスの安定化のために電力供給の増加が望まれる場合に送信される。言い換えると、逆潮流方向のアンシラリー指令は、系統40の周波数が基準値よりも低い状態(系統40の電圧が基準値よりも低い状態)を解消するために送信される。
また、CTセンサ50から取得される周波数情報(系統の周波数)に基づく制御と、外部装置から送信されるアンシラリー指令に基づく制御では、以下のような違いがある。
CTセンサ50から取得される周波数情報は、系統40の周波数をリアルタイムに表す情報であり、系統周波数の短周期成分を含む。この短周期成分を安定化するために、本発明の制御装置10は、発電装置20と蓄電装置30とを連動させて周波数の基準値からの変動幅を抑制する。この場合、制御装置10は、相対的な電力の増減を制御することによって、短周期成分の変動幅の抑制を実現できる。例えば、系統40の周波数が所定の基準値よりも高い場合には、系統40から需要家宅内への順潮流方向の電力が生じるように制御することが好ましいが、需要家宅内から系統40への逆潮流方向の電力を小さくする制御を行うだけでも、短周期成分の変動幅を抑制することができる。
一方で、外部装置からの周波数情報(アンシラリー指令)は、系統周波数の中周期成分を安定化するための情報である。制御装置10は、このアンシラリー指令に基づいて、指定された期間で周波数の基準値(例えば、50Hz)に近づける制御を行う。従って、例えば逆潮流方向のアンシラリー指令が出た時は、本発明の制御装置10は、上述したような相対的な電力の増減による制御ではなく、需要家宅内から系統40への逆潮流方向の電力が生じるように、発電装置20および蓄電装置30の動作を制御する必要がある。
制御部120は、情報取得部110が取得した周波数情報を用いて、蓄電装置30用の制御信号(以下、"第1制御信号"とも表記)と、発電装置20用の制御信号(以下、"第2制御信号"とも表記)とを生成する。
例えば、情報取得部110が系統40の周波数を示す情報を取得した場合、制御部120は、当該系統40の周波数と、所定の基準値(例えば、50Hzまたは60Hz)とを比較する。そして、制御部120は、系統40の周波数が所定の基準値よりも高くなった或いは低くなった場合(すなわち、電力の需給バランスが崩れた場合)、電力の需給バランスを調整するための第1制御信号および第2制御信号を生成する。系統40の周波数が所定の値よりも高くなった場合、制御部120は、電力需要を増加させて系統40の周波数を下げる効果を生む動作を蓄電装置30および発電装置20に実行させる第1制御信号および第2制御信号を生成する。また、系統40の周波数が所定の値よりも低くなった場合、制御部120は、電力供給を増加させて系統40の周波数を上げる効果を生む動作を蓄電装置30および発電装置20に実行させる第1制御信号および第2制御信号を生成する。
また、情報取得部110がアンシラリー指令を取得した場合、制御部120は当該指令が順潮流方向か逆潮流方向かに基づいて第1制御信号および第2制御信号を生成する。取得されたアンシラリー指令が順潮流方向(すなわち、電力需要を増加させる方向)の指令である場合、制御部120は、電力需要を増加させて系統40の周波数を下げる効果を生む動作を蓄電装置30および発電装置20に実行させる第1制御信号および第2制御信号を生成する。また、取得されたアンシラリー指令が逆潮流方向(すなわち、電力供給を増加させる方向)の指令である場合、制御部120は、電力供給を増加させて系統40の周波数を上げる効果を生む動作を蓄電装置30および発電装置20に実行させる第1制御信号および第2制御信号を生成する。
なお、制御部120の具体的な動作については、別の実施形態で説明する。
出力部130は、制御部120により生成された第1制御信号を蓄電装置30用のPCS32に送信する。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から受信した第1制御信号に従って、蓄電装置30の充放電動作を制御する。また、制御部120により生成された第2制御信号を発電装置20用のPCS22に送信する。発電装置20用のPCS22は、出力部130から受信した第2制御信号に従って、発電装置20の出力を制御する。
以上、本実施形態によれば、発電装置20および蓄電装置30が互いに協働することにより、系統40の周波数を所定の基準値に近づけて、系統40の電力の安定化が図れる。
〔第2実施形態〕
本実施形態では、第1実施形態をより詳細に説明する。
〔ハードウエア構成〕
制御システム1000に含まれる各装置の各機能構成部は、各機能構成部を実現するハードウエア(例:ハードワイヤードされた電子回路など)で実現されてもよいし、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせ(例:電子回路とそれを制御するプログラムの組み合わせなど)で実現されてもよい。以下、制御システム1000に含まれる各装置の各機能構成部がハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで実現される場合について、さらに説明する。
図3は、制御システム1000の各装置のハードウエア構成を概念的に示すブロック図である。
制御装置10は、バス101、プロセッサ102、メモリ103、ストレージ104、入出力インタフェース105、及び、通信インタフェース106を有する。バス101は、データを送受信するためのデータ伝送路である。プロセッサ102、メモリ103、ストレージ104、入出力インタフェース105、及び通信インタフェース106は、バス101を介して相互にデータを送受信する。但し、プロセッサ102などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。
プロセッサ102は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などの演算処理装置である。メモリ103は、RAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などのメモリである。ストレージ104は、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、又はメモリカードなどの記憶装置である。また、ストレージ104は、RAMやROMなどのメモリであってもよい。
ストレージ104は、制御装置10の上記機能構成部(情報取得部110、制御部120、出力部130)を実現するプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ102は、これら各プログラムモジュールを実行することにより、そのプログラムモジュールに対応する各機能構成部を実現する。ここでプロセッサ102は、上記各プログラムモジュールを実行する際、これらのプログラムモジュールをメモリ103上に読み出してから実行してもよいし、メモリ103上に読み出さずに実行してもよい。
入出力インタフェース105は、制御装置10と入出力デバイスとを接続するためのインタフェースである。入出力インタフェース105は、キーボードなどの入力装置や、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイやLCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置、これら入力装置と表示装置が一体化したタッチパネルなどを制御装置10に接続することができる。
通信インタフェース106は、制御装置10と外部装置(例えば、CTセンサ50、発電装置20用のPCS22、蓄電装置30用のPCS32など)とを、各種ネットワークを介して接続することができる。通信インタフェース106の通信方式は、特に限定されない。制御部120によって生成される第1制御信号は、通信インタフェース106から通信線を介して、蓄電装置30用のPCS32に送信される。そして、蓄電装置30用のPCS32は、制御装置10から受信した第1制御信号に従って蓄電装置30の充放電動作を制御する。また、制御部120によって生成される第2制御信号は、通信インタフェース106を介して、発電装置20用のPCS22に送信される。そして、発電装置20用のPCS22は、制御装置10から受信した第2制御信号に従って発電装置20の出力を制御する。
なお、制御システム1000に含まれる各装置のハードウエア構成は図7に示した構成に限定されない。
〔動作例〕
以下、制御装置10の具体的な動作を説明する。以下の動作例において、制御部120は、系統40の周波数が所定の基準値よりも高いか否かを判断し、当該判断結果を用いて、蓄電装置30の充放電動作を制御する第1制御信号と、発電装置20の出力を制御する第2制御信号とを生成する。ここで、所定の基準値は、例えば、系統40の定格周波数(例えば、50Hzまたは60Hz)である。但し、基準値はここで例示される値に限定されものではなく、必要に応じて変更することができる。
<第1の動作例>
図4を用いて、制御システム1000の第1の動作例について説明する。また、図4は、制御システム1000の第1の動作例における処理の流れを示すフローチャートである。
まず、CTセンサ50によって系統40から供給される電力の周波数が測定され、情報取得部110が当該測定された周波数を周波数情報として取得する(S102)。
そして、制御部120は、例えば、メモリ103やストレージ104に保持されている所定の基準値(50Hzおよび60Hz)と、S102で取得された周波数情報の周波数とを比較する(S104)。そして、制御部120は、比較の結果に基づいて、第1制御信号と第2制御信号とを生成する(S106)。
そして、出力部130は、制御部120によって生成された第1制御信号および第2制御信号を、蓄電装置30用のPCS32および発電装置20用のPCS22にそれぞれ出力する(S108)。以下に、この動作に関する具体例を挙げる。
<<具体例1>>
図5は、第1の動作例を具体的に説明するための図である。図5では、系統40の周波数、発電装置20の出力、蓄電装置30の出力の変化が示されている。
図5の例では、時刻tまでの期間、時刻tから時刻tの期間、時刻tから時刻tの期間、および、時刻t以降の期間において、系統40の周波数が所定の基準値(ここでは50Hz)を上回る。そして、系統40の周波数を所定の基準値に近づけるため、発電装置20の出力が抑制出力値(P)に制限されると共に、蓄電装置30の充電動作が実行される。
また、図5の例では、時刻tから時刻tの期間、時刻tから時刻tの期間、および、時刻tから時刻tの期間において、系統40の周波数が所定の基準値を下回る。そして、系統40の周波数を所定の基準値に近づけるため、発電装置20の出力が抑制出力値(P)から可能出力値(PMax)に上がるとともに、蓄電装置30の動作(充電動作)が停止される。
なお、本明細書において、可能出力値(PMax)とは、ある時点の発電装置20から生み出される、発電装置20の実際の発電電力のことを意味する。なお、発電装置20の可能出力値(PMax)は発電時の環境(例えば天候など)に応じて変動し得るが、本図を含めいくつかの図では、説明の便宜上、発電装置20の可能出力値(PMax)は一定の値として描画する。以下、図5の例における制御装置10の動作をより詳細に説明する。
制御部120は、周波数情報の周波数が基準値よりも高い場合、発電装置20の出力を抑制出力値(P)に抑える第2制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120によって生成された第2制御信号を通信インタフェース106を介して発電装置20用のPCS22に送信する。発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力された第2制御信号に従って、発電装置20からの出力される電力を第2制御信号が示す抑制出力値(P)に制限する。
ここで抑制出力値(P)は、発電装置20の可能出力値(PMax)よりも低い値として定義される。これにより、系統40の周波数が所定の基準値を上回っている場合には、「可能出力値(PMax)−抑制出力値(P)」の式により算出される電力が、発電装置20の余力(調整可能電力)として確保される。この調整可能電力は、系統40の需給バランスが変動して系統40の周波数が所定の基準値を下回った場合において、系統40の周波数を安定させるための動作に利用可能である。
抑制出力値(P)は、例えば、発電装置20の可能出力値(PMax)に所定の係数α(0≦α<1)を乗じて得られる値として定義することができる。係数αは、例えばメモリ103またはストレージ104などに予め記憶されていればよい。この場合、制御部120は、メモリ103やストレージ104に記憶されている係数αを読み出す。そして、制御部120は、例えば情報取得部110が通信インタフェース106を介して発電装置20用のPCS22から取得した発電装置20の可能出力値(PMax)に、読み出した係数αを乗じて抑制出力値(P)を算出する。また、抑制出力値(P)は、発電装置20の理論的な発電電力値よりも低い所定の値として、例えばメモリ103やストレージ104などに記憶されていてもよい。
制御部120は、複数の抑制出力値を状況に応じて切り替えることもできる。例えば、制御部120は、発電装置20の可能出力値が第1の抑制出力値(所定の値)以上の場合には当該第1の抑制出力値を使用し、発電装置20の可能出力値が当該第1の抑制出力値よりも小さい場合には当該可能出力値に係数αを乗じて得られる第2の抑制出力値を使用してもよい。
これにより、系統40の周波数が高い(言いかえると、系統40において電力の供給が過多である)場合に、発電装置20から出力される電力が抑制されるため、系統40への電力供給が減少する。よって、系統40における電力の需給バランスが改善され、系統40の周波数を安定化させる効果が得られる。
さらに、制御部120は、蓄電装置30に充電動作を実行させる第1制御信号を、例えば以下のようにして生成する。
詳細には、制御部120は、蓄電装置30の充電性能(単位時間あたりの充電能力:単位[W])を取得し、蓄電装置30の充電性能が抑制出力値(P:単位[W])以上か否かを判定する。蓄電装置30の充電性能は、例えば、制御装置10のメモリ103やストレージ104などに予め記憶されている。
蓄電装置30の充電性能が抑制出力値(P)以上の場合、制御部120は、抑制出力値(P)分の電力を充電する動作を蓄電装置30に実行させる第1制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120によって生成された第1制御信号を通信インタフェース106を介して蓄電装置30用のPCS32に送信する。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力された第1制御信号に従って、抑制出力値分の電力を充電する動作を蓄電装置30に実行させる。
これにより、系統40の周波数が高い(言いかえると、系統40において電力の供給が過多である)場合に、新たな電力需要が蓄電装置30の充電動作によって生み出される。よって、系統40における電力の需給バランスが改善され、系統40の周波数を安定化させる効果が得られる。またこの場合、発電装置20からの電力供給(抑制出力値(P)分の電力供給)と、蓄電装置30の充電動作によって生み出される電力需要とが均衡する。そのため、発電装置20から出力される電力が系統40に流れ込まず、系統40の周波数が上昇することを防止する効果が得られる。
なお、蓄電装置30の充電性能が抑制出力値(P)を上回る場合において、制御部120は、蓄電装置30の充電性能の上限値で蓄電装置30に充電動作を実行させる第1制御信号を生成してもよい。この場合、蓄電装置30用のPCS32は、当該第1制御信号に従って、発電装置20から出力される電力(抑制出力値(P)の電力)以上の電力を充電する動作を蓄電装置30に実行させる。
これにより、系統40の周波数が高い(言いかえると、系統40において電力の供給が過多である)場合に、新たな電力需要が蓄電装置30の充電動作によって生み出される。よって、系統40における電力の需給バランスが改善され、系統40の周波数を安定化させる効果が得られる。またこの場合、蓄電装置30の充電動作によって生み出される電力需要が、発電装置20からの電力供給(抑制出力値(P)分の電力供給)を上回る。発電装置20からの電力供給を上回る分の電力は、系統40から供給されるため、結果として、系統40の周波数を低下させる効果が得られる。
一方、蓄電装置30の充電性能が抑制出力値(P)未満の場合、制御部120は、蓄電装置30の充電性能の上限値で蓄電装置30に充電動作を実行させる第1制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120によって生成された第1制御信号を通信インタフェース106を介して蓄電装置30用のPCS32に送信する。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力された第1制御信号に従って、充電性能の上限値による充電動作を蓄電装置30に実行させる。
これにより、系統40の周波数が高い(言いかえると、系統40において電力の供給が過多である)場合に、新たな電力需要が蓄電装置30の充電動作によって生み出される。よって、系統40における電力の需給バランスが改善され、系統40の周波数を安定化させる効果が得られる。またこの場合、発電装置20から出力される電力(抑制出力値(P)分の電力)の少なくとも一部が、蓄電装置30の充電動作で消費される。そのため、発電装置20から出力されて系統40に流れ込む電力が小さくなり、系統40の周波数の上昇を抑えることができる。
また、制御部120は、周波数情報の周波数が基準値よりも低い場合、発電装置20から、上述の抑制出力値(P)よりも高い可能出力値(PMax)の電力を出力させる第2制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120によって生成された第2制御信号を通信インタフェース106を介して発電装置20用のPCS22に送信する。発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力された第2制御信号に従って、可能出力値(PMax)の電力を発電装置20から出力させる。
これにより、系統40の周波数が低い(言いかえると、系統40において電力の需要が過多である)場合に、発電装置20から出力される電力を増やすことができる。よって、系統40における電力の需給バランスが改善され、系統40の周波数を安定化させる効果が得られる。
さらに、制御部120は、蓄電装置30の動作(充電動作)を停止させる第1制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120によって生成された第1制御信号を通信インタフェース106を介して蓄電装置30用のPCS32に送信する。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力された第1制御信号に従って、蓄電装置30の充電動作を停止させる。
これにより、系統40の周波数が低い(言いかえると、系統40において電力の需要が過多である)場合に、電力需要を減らすことができる。よって、系統40における電力の需給バランスが改善され、系統40の周波数を安定化させる効果が得られる。
なお、本動作例において、蓄電装置30の動作は充電状態と停止状態との間で切り替えられる。すなわち、充電状態から放電状態への切り替えが存在しない。蓄電装置30を充電状態から放電状態に切り替える場合にはある程度の時間を要するため、充電状態と放電状態との間で切り替えない制御を採用することにより、系統40の周波数の変動に制御システム1000を精度よく追従させることができる。
また、本発明では発電装置20と蓄電装置30とが協働するため、互いの弱点を補い、より精度よく周波数の安定化効果を得ることが可能となる。例えば、発電装置20は、電力を消費することはできないため、発電装置20の出力を0まで絞った場合、それ以上は順潮流方向の周波数安定化の動作に寄与することはできない。これに対し、蓄電装置30が充電動作を行うことによりこの発電装置20の弱点を補い、より精度よく周波数安定化の効果を得ることができる。また例えば、蓄電装置30は、動作可能な時間が容量により制限されるため、容量が枯渇した場合などには、それ以上は逆潮流方向の周波数安定化の動作に寄与することができない。これに対し、発電装置20が電力を生み出すことでこの蓄電装置30の弱点を補い、より精度よく周波数安定化の効果を得ることができる。
また、発電装置20が太陽光発電装置である場合、日没後などは出力電力が略0で固定されるため、発電装置20が周波数安定化の動作に寄与するできなくなる。本発明のように発電装置20と蓄電装置30の双方を備える場合には、日中は主に発電装置20の電力によって周波数安定化の動作を実行して蓄電装置30の電力を温存し、夜間は蓄電装置30の電力によって周波数安定化の動作を実行するようにすれば、より長時間にわたって周波数安定化の効果を得ることができる。
なお、上述の例において、取得した周波数と所定の基準値とが等しい場合には、制御装置10は、例えば、それまでの動作状態を維持すればよい。また、所定の基準値に対して、所定のヒステリシス幅が設けられていてもよい。
<<具体例2>>
他の例として、蓄電装置30を放電状態と停止状態との間で切り替えるようにしてもよい。図6は、第1の動作例を具体的に説明するための図である。図6では、系統40の周波数、発電装置20の出力、蓄電装置30の出力の変化が示されている。
図6の例では、時刻tまでの期間、時刻tから時刻tの期間、時刻tから時刻tの期間、および、時刻t以降の期間において、系統40の周波数が所定の基準値(ここでは50Hz)を上回る。そして、系統40の周波数を所定の基準値に近づけるため、発電装置20の出力が抑制出力値(P)に制限されると共に、蓄電装置30の動作(放電動作)が停止される。
また、図6の例では、時刻tから時刻tの期間、時刻tから時刻tの期間、および、時刻tから時刻tの期間において、系統40の周波数が所定の基準値を下回る。そして、系統40の周波数を所定の基準値に近づけるため、発電装置20の出力が抑制出力値(P)から可能出力値(PMax)に上がると共に、蓄電装置30の放電動作が実行される。以下、図6の例における制御装置10の動作をより詳細に説明する。
制御部120は、周波数情報の周波数が基準値よりも高い場合、発電装置20の出力を抑制出力値(P)に抑える第2制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120によって生成された第2制御信号を通信インタフェース106を介して発電装置20用のPCS22に送信する。発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力された第2制御信号に従って、発電装置20からの出力される電力を第2制御信号が示す抑制出力値(P)に制限する。
これにより、系統40の周波数が高い(言いかえると、系統40において電力の供給が過多である)場合に、発電装置20から出力される電力が抑制されるため、系統40への電力供給が減少する。よって、系統40における電力の需給バランスが改善され、系統40の周波数を安定化させる効果が得られる。
さらに、制御部120は、蓄電装置30の動作(放電動作)を停止させる第1制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120によって生成された第1制御信号を通信インタフェース106を介して蓄電装置30用のPCS32に送信する。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力された第1制御信号に従って、蓄電装置30の放電動作を停止する。
蓄電装置30の放電動作を停止させることで、電力供給が減少する。よって、系統40における電力の需給バランスが改善され、系統40の周波数を安定化させる効果が得られる。また、蓄電装置30の放電動作を停止させることで、それまで蓄電装置30によって賄っていた負荷(需要家が所持する電子機器など)の電力は系統40から供給されることになる。よって、系統40の電力を消費して、系統40の周波数を下げる効果が得られる。また、発電装置20からの出力電力が需要家の負荷を上回っている場合には系統40から電力は供給されないが、相対的な電力供給が減少することになるため、系統40の周波数の増加率を減少させる効果が得られる。
また、周波数情報の周波数が基準値よりも低い場合、発電装置20から可能出力値(PMax)の電力を出力させる第2制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120によって生成された第2制御信号を通信インタフェース106を介して発電装置20用のPCS22に送信する。発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力された第2制御信号に従って、可能出力値(PMax)の電力を発電装置20から出力させる。
これにより、系統40の周波数が低い(言いかえると、系統40において電力の需要が過多である)場合に、発電装置20から出力される電力を増やすことができる。よって、系統40における電力の需給バランスが改善され、系統40の周波数を安定化させる効果が得られる。
さらに、制御部120は、蓄電装置30に放電動作を実行させる第1制御信号を生成する。制御部120は、蓄電装置30の任意の出力で蓄電装置30を放電させる第1制御信号を生成する。制御部120は、例えば、蓄電装置30の状態(SOC(State of Charge)、SOH(State of Health)、電池温度、電池使用期間など)をパラメータとして、放電時の出力を算出する関数などを用いて、蓄電装置30の放電出力を決定することができる。そして、出力部130は、制御部120によって生成された第1制御信号を通信インタフェース106を介して蓄電装置30用のPCS32に送信する。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力された第1制御信号に従って、蓄電装置30に放電動作を実行させる。
これにより、系統40の周波数が低い(言いかえると、系統40において電力の需要が過多である)場合に、電力の供給源が増える。よって、系統40における電力の需給バランスが改善され、系統40の周波数を安定化させる効果が得られる。
このような構成としても、充電状態から放電状態への切り替えが存在しないため、具体例1と同様に、系統40の周波数の変動に制御システム1000を精度よく追従させることができる。
また、系統40の周波数が基準値よりも低い場合、制御部120は次のように動作してもよい。
まず、制御部120は、系統40の周波数と基準値との差分に、所定の係数(例えば、周波数を1Hz上げるために必要な電力を示す数値)を乗じることにより、系統40の周波数を基準値に近づけるための目標出力値(単位[W])を算出する。次に、制御部120は、発電装置20の可能出力値(PMAX:単位[W])を、例えば発電装置20用のPCS22を介して取得し、当該可能出力値(PMAX)が目標出力値以上か否かを判定する。
発電装置20の可能出力値(PMAX)が目標出力値以上である場合、制御部120は、発電装置20の出力を目標出力値とする第2制御信号を生成する。出力部130は、制御部120によって生成された第2制御信号を通信インタフェース106を介して発電装置20用のPCS22に送信する。発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力された第2制御信号に従って、目標出力値の電力を発電装置20から出力させる。
発電装置20の可能出力値(PMAX)が目標出力値未満である場合、制御部120は、発電装置20の出力を可能出力値(PMAX)とする第2制御信号を生成する。出力部130は、制御部120によって生成された第2制御信号を通信インタフェース106を介して発電装置20用のPCS22に送信する。発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力された第2制御信号に従って、可能出力値(PMAX)の電力を発電装置20から出力させる。
さらに、発電装置20の可能出力値(PMAX)が目標出力値未満である場合、制御部120は、蓄電装置30の放電性能(単位時間あたりの放電能力:単位[W])を取得し、蓄電装置30の放電性能が目標出力値と可能出力値(PMAX)との差分値以上か否かを判定する。蓄電装置30の放電性能は、例えば、制御装置10のメモリ103やストレージ104などに予め記憶されている。
蓄電装置30の放電性能が目標出力値と可能出力値(PMAX)との差分値以上である場合、制御部120は、蓄電装置30の放電出力を当該差分値とする第1制御信号を生成する。出力部130は、制御部120によって生成された第1制御信号を通信インタフェース106を介して蓄電装置30用のPCS32に送信する。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力された第1制御信号に従って、目標出力値と発電装置20の可能出力値(PMAX)との差分値の電力で蓄電装置30を放電させる。
また、蓄電装置30の放電性能が目標出力値と可能出力値(PMAX)との差分値未満である場合、制御部120は、放電性能の上限値で蓄電装置30に放電動作を実行させる第1制御信号を生成する。出力部130は、制御部120によって生成された第1制御信号を通信インタフェース106を介して蓄電装置30用のPCS32に送信する。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力された第1制御信号に従って、放電性能の上限値で蓄電装置30を放電させる。
このような制御によっても、系統40の周波数を基準値に近づけて、電力を安定化させることができる。
<第2の動作例>
本動作例では、制御部120は、系統40の周波数と所定の基準値との差分の絶対値が、所定の閾値(第1閾値)を超えた場合に、蓄電装置30の充放電動作を制御する第1制御信号を生成する。つまり本動作例において、系統40の周波数が「所定の基準値−第1閾値」から「所定の基準値+第1閾値」の範囲外である場合に、制御部120は、蓄電装置30の充放電動作を制御する第1制御信号を生成する。
また、制御部120は、系統40の周波数と所定の基準値との差分の絶対値が、所定の閾値(第2閾値)を超えた場合に、発電装置20の出力を制御する第2制御信号を生成する。つまり、本動作例において、系統40の周波数が「所定の基準値−第2閾値」から「所定の基準値+第2閾値」の範囲外である場合に、制御部120は、発電装置20の出力を制御する第2制御信号を生成する。
ここで、第2閾値は、第1閾値より小さい値(第1閾値>第2閾値≧0Hz)として定義される。これにより、本動作例では、系統40の周波数と所定の基準値との差分が拡大していくと、その差分は第1閾値よりも先に第2閾値を超えることになる。つまり、蓄電装置30の充放電動作を制御するよりも先に、第2制御信号によって発電装置20の出力が制御されることになる。その後、系統40の周波数と所定の基準値との差分が更に拡大していき第1閾値を超えた時点で、第1制御信号によって蓄電装置30の充放電動作が制御される。
図7を用いて、制御システム1000の第2の動作例について説明する。また、図7は、制御システム1000の第2の動作例における処理の流れを示すフローチャートである。なお以下では、所定の基準値を「50Hz」、「所定の基準値+第1閾値」をf、「所定の基準値−第1閾値」をf、「所定の基準値±第2閾値」を「50Hz」(すなわち、第2閾値=0Hz)として説明する。
まず、CTセンサ50によって系統40から供給される電力の周波数が測定され、情報取得部110が当該測定された周波数を周波数情報として取得する(S202)。
そして、制御部120は、情報取得部110によって取得された周波数が、fを超えているか否かを判定する(S204)。なお、制御部120は、所定の基準値および第1閾値を、例えばメモリ103やストレージ104から読み出し、当該読み出した情報を用いてfを算出することができる。なお、メモリ103やストレージ104には、「所定の基準値+第1閾値」(すなわち、f)が記憶されていてもよい。この場合、制御部120は、メモリ103やストレージ104に記憶されているfを読み出して、情報取得部110によって取得された系統40の周波数と比較する。
情報取得部110によって取得された周波数がfを超えている場合(S204:YES)、系統40の周波数は、制御部120は、蓄電装置30に充電動作を実行させる第1制御信号と、発電装置20の出力を抑制出力値に抑える第2制御信号とを生成する(S210)。そして、出力部130は、生成された第1制御信号および第2制御信号を、蓄電装置30用のPCS32におよび発電装置20用のPCS22にそれぞれ出力する(S218)。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力された第1制御信号に従って、蓄電装置30に充電動作を実行させる。また、出力部130は、生成された第2制御信号を発電装置20用のPCS22に出力する。発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力された第2制御信号に従って、発電装置20から抑制出力値分の電力を出力させる。
一方、情報取得部110によって取得された周波数がf以下の場合(S204:NO)、制御部120は、情報取得部110によって取得された周波数が所定の基準値より大きいか否かを判定する(S206)。なお、本動作例では第2閾値は0Hzである。そのため、S206において、制御部120は、情報取得部110によって取得された周波数と「所定の基準値±第2閾値」とを比較していると言える。なお、制御部120は、所定の基準値および第2閾値を、例えばメモリ103やストレージ104から読み出し、当該読み出した情報を用いてS202で取得される周波数と比較すべき周波数の値(以下、比較値とも表記)を算出することができる。なお、メモリ103やストレージ104には、比較値そのものが記憶されていてもよい。この場合、制御部120は、メモリ103やストレージ104に記憶されている比較値を読み出して、情報取得部110によって取得された系統40の周波数と比較する。
情報取得部110によって取得された周波数が所定の基準値より大きい場合(S206:YES)、制御部120は、蓄電装置30の動作を停止させる第1制御信号と、発電装置20の出力を抑制出力値に抑える第2制御信号とを生成する(S212)。そして、出力部130は、生成された第1制御信号および第2制御信号を、蓄電装置30用のPCS32におよび発電装置20用のPCS22にそれぞれ出力する(S218)。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力される第1制御信号に従って、蓄電装置30の動作を停止させる。また、発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力される第2制御信号に従って、発電装置20から抑制出力値分の電力を出力させる。
一方、情報取得部110によって取得された周波数が所定の基準値より小さい場合(S206:NO)、制御部120は、情報取得部110によって取得された周波数がfより大きいか否かを判定する(S208)。なお、制御部120は、所定の基準値および第1閾値を、例えばメモリ103やストレージ104から読み出し、当該読み出した情報を用いてfを算出することができる。なお、メモリ103やストレージ104には、「所定の基準値−第1閾値」(すなわち、f)が記憶されていてもよい。この場合、制御部120は、メモリ103やストレージ104に記憶されているfを読み出して、情報取得部110によって取得された系統40の周波数と比較する。
情報取得部110によって取得された周波数がfより大きい場合(S208:YES)、制御部120は、蓄電装置30の動作を停止させる第1制御信号と、発電装置20の出力を可能出力値とする第2制御信号とを生成する(S214)。そして、出力部130は、生成された第1制御信号および第2制御信号を、蓄電装置30用のPCS32におよび発電装置20用のPCS22にそれぞれ出力する(S218)。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力される第1制御信号に従って、蓄電装置30の動作を停止させる。また、発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力される第2制御信号に従って、発電装置20から可能出力値分の電力を出力させる。
一方、情報取得部110によって取得された周波数がf以下の場合(S208:NO)、制御部120は、蓄電装置30に放電動作を実行させる第1制御信号と、発電装置20の出力を可能出力値とする第2制御信号とを生成する(S216)。そして、出力部130は、生成された第1制御信号および第2制御信号を、蓄電装置30用のPCS32におよび発電装置20用のPCS22にそれぞれ出力する(S218)。蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力された第1制御信号に従って、蓄電装置30に放電動作を実行させる。また、発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力される第2制御信号に従って、発電装置20から可能出力値分の電力を出力させる。
<<具体例>>
図8は、第2の動作例を具体的に説明するための図である。図8では、系統40の周波数、発電装置20の出力、蓄電装置30の出力の変化が示されている。
図8の例では、時刻tまでの期間、時刻tから時刻tの期間、時刻tから時刻t10の期間、および、時刻t13以降の期間において、系統40の周波数が所定の基準値(ここでは50Hz)を上回る。つまり、これらの期間において、系統40の周波数と所定の基準値との差分の絶対値が第2閾値(=0)を超える。そして、系統40の周波数を所定の基準値に近づけるため、発電装置20の出力が抑制出力値(ここでは0)に制限される。
また、図8の例では、時刻tから時刻tの期間、時刻tから時刻tの期間、および、時刻t14以降の期間において、系統40の周波数がfを上回る。つまり、これらの期間において、系統40の周波数と所定の基準値との差分の絶対値が第1閾値を超える。そして、系統40の周波数を所定の基準値に近づけるため、蓄電装置30の充電動作が実行される。
また、図8の例では、時刻tから時刻tの期間、時刻tから時刻tの期間、および、時刻t10から時刻t13の期間において、系統40の周波数が所定の基準値(ここでは50Hz)を下回る。つまり、これらの期間において、系統40の周波数と所定の基準値との差分の絶対値が第2閾値(=0)を超える。そして、系統40の周波数を所定の基準値に近づけるため、発電装置20の出力が抑制出力値(0)から可能出力値(PMax)に上がる。
また、図8の例では、時刻t11から時刻t12の期間において、系統40の周波数がfを下回る。つまり、この期間において、系統40の周波数と所定の基準値との差分の絶対値が第1閾値を超える。そして、系統40の周波数を所定の基準値に近づけるため、蓄電装置30の放電動作が実行される。
このように、本具体例において、制御部120は、第2制御信号によって発電装置20の出力を制御しており、かつ、系統40の周波数と基準値との差分の絶対値が第1閾値を超えた場合に、蓄電装置30の充電動作または放電動作を制御する。また「系統40の周波数と基準値との差分の絶対値が第1閾値を超える」とは、本具体例では、系統40の周波数がfを超える場合と、系統40の周波数がfを超える場合である。制御部120は、前者の場合には蓄電装置30の充電動作を制御し、後者の場合には蓄電装置30の放電動作を制御する。
このようにすることで、充電動作と放電動作とを切り替える間に、蓄電装置30が充電も放電もしない時間帯を作ることができる。これにより、充電動作と放電動作との切り替えにある程度の時間を要しても、当該時間帯で系統40の変動に蓄電装置30を十分追従させることができる。具体的には、系統40の周波数がfからfの間の値となる時間帯は、蓄電装置30を充電も放電もしない時間帯となる。このような時間帯を設けることで、充電動作と放電動作とを切り替えるのに時間を要するとしても、周波数の変動に蓄電装置30の動作を追従させることができる。また、周波数がfからfの間の値となる時間帯において、系統40の周波数の変動に応じて発電装置20の出力が制御される。これにより、蓄電装置30がアンシラリー動作に寄与できない時間帯には発電装置20がアンシラリー動作に寄与できる。従って、系統40の周波数の変動に精度よく追従することができる。
また、系統40の周波数が基準値から大きく外れている場合、停電などが発生する可能性があるため、そのような場合には系統40の周波数を早急に安定化させることが望まれる。本動作例では、系統40の周波数と所定の基準値との差分が第2閾値よりも大きい第1閾値に達した場合に、発電装置20および蓄電装置30の双方により、系統40の周波数を基準値に戻す方向に強く補正をかけることができる。
また、蓄電装置30は、発電装置20よりも周辺の環境(例えば天候など)の変化による影響を受けにくいため、動作の信頼性が発電装置20よりも高い。そして、周波数が基準値よりも大きく外れている状態では、系統40の周波数を安定させる措置の必要性が高くなる。このような状況となった場合に、蓄電装置30による系統40の安定化動作を行うことにより、周波数の安定化効果の信頼性を向上させることができる。
<第3の動作例>
図9を用いて、制御システム1000の第3の動作例について説明する。図9は、制御システム1000の第3の動作例における処理の流れを示すフローチャートである。なお以下では、アンシラリー指令に対して蓄電装置30が主に動作し、発電装置20は補助的に動作するケースを例示する。なお、ここで説明する動作は、逆潮流方向のアンシラリー指令を受けた場合の動作である。
まず、情報取得部110は、一般電気事業者などの端末から送信されたアンシラリー指令の取得に応じて、蓄電装置30の状態情報を取得する(S302)。ここでは、情報取得部110が蓄電装置30の残容量を状態情報として取得するものとして説明する(S304)。但し、情報取得部110が取得する蓄電装置30の状態情報は残容量に制限されない。例えば、情報取得部110は、蓄電装置30の端子間電圧を蓄電装置30の状態情報として取得してもよい。
次に、制御部120は、情報取得部110によって取得された蓄電装置30の残容量が所定条件を満たす否かを判定する(S306)。所定条件は、例えば、「蓄電装置30の残容量が完全放電状態の容量または放電を停止させる所定の基準容量に達したか否か」、或いは、「蓄電装置30が充電中であるか否か」などである。但し、所定条件は、アンシラリー実行時に蓄電装置30が利用可能か否かを判断するための条件であればよく、これらの例に限定されない。
蓄電装置30の残容量が所定条件を満たさない場合(S306:NO)、アンシラリー実行時に蓄電装置30は利用可能(放電可能)な状態である。そのため、制御部120は、蓄電装置30を用いてアンシラリー動作を実行することを決定し、アンシラリー指令により要求される電力を蓄電装置30から出力させる第1制御信号を生成する(S308)。このとき、需要家が所持する負荷(各種電子機器など)に必要な電力を蓄電装置30で賄っている場合、制御部120は、当該負荷に必要な電力に加え、アンシラリー指令で要求される電力を蓄電装置30から更に出力させる第1制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120によって生成された第1制御信号を蓄電装置30用のPCS32に出力する(S310)。そして、蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力された第1制御信号に従って、蓄電装置30の放電動作を制御する。
一方、蓄電装置30の残容量が所定条件を満たす場合(S306:YES)、アンシラリー実行時に蓄電装置30は十分な電力を出力できない状態である。そのため、制御部120は、蓄電装置30の代わりに発電装置20を用いてアンシラリー動作を実行することを決定し、発電装置20の出力を上げる第2制御信号を生成する(S312)。そして、出力部130は、生成された第2制御信号を、発電装置20用のPCS22に出力する(S314)。発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力された第2制御信号に従って、発電装置20の出力を上げる。つまり、発電装置20用のPCS22は、蓄電装置30の代わりに発電装置20がアンシラリー指令により要求される電力を出力するように、当該発電装置20を制御する。
これにより、蓄電装置30の残容量が不足した場合などにおいても、発電装置20によってアンシラリー指令に応えることが可能となる。
上述のアンシラリー動作は、アンシラリー指令で指定された期間が経過するまで継続して実行される。制御装置10は、例えば、制御装置10に設定されている時間やタイマー機能などを用いて、アンシラリー指令で指定された期間が経過したか否か判定することができる。
<具体例>
図10は、第3の動作例を具体的に説明するための図である。図10では、アンシラリー指令により要求される電力、蓄電装置30の出力およびSOC、並びに、発電装置20の出力の変化が示されている。
図10の例では、時刻tまでの期間、および、時刻t以降の期間で、逆潮流方向のアンシラリー指令が送信されている。時刻tまでの期間において、蓄電装置30の容量は十分に残っているため、制御部120は、蓄電装置30にアンシラリー指令により要求される電力を出力させる第1制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120により生成された第1制御信号を蓄電装置30用のPCS32に送信する。蓄電装置30用のPCS32は、受信した第1制御信号に従って、他の負荷で消費される電力(図中斜線部)に加え、当該アンシラリー指令で要求される電力を蓄電装置30から出力させる。
そして時刻tで逆潮流方向のアンシラリー指令が終了するため、制御部120は、アンシラリー指令で要求される電力の出力を止める第1制御信号を生成し、出力部130はその第1制御信号を蓄電装置30用のPCS32に送信する。
その後、負荷に必要な電力を出力し続けることによって、蓄電装置30の容量が時刻tにおいて枯渇する。すると、蓄電装置30は時刻tから充電動作を開始する。この場合、需要家宅内の負荷と蓄電装置30の充電動作によって、系統40から需要家宅内への順潮流方向の電力需要が生じる。一方で、図10のアンシラリー指令によれば、時刻tから時刻tまでの期間は、順潮流方向の電力も逆潮流方向の電力も生じないように制御する必要がある。そのため、制御部120は、需要家宅内の負荷で消費される電力と蓄電装置30を充電するために必要な電力(図中斜線部)を、発電装置20から出力させる第2制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120により生成された第2制御信号を発電装置20用のPCS22に送信する。発電装置20用のPCS22は、受信した第2制御信号に従って、発電装置20の出力を制御する。
そして、時刻tで逆潮流方向のアンシラリー指令が送信されるが、蓄電装置30は充電中であり、十分な電力が残っていない。この場合、制御部120は、発電装置20にアンシラリー指令により要求される電力を更に出力させる第2制御信号を生成する。図10の例では、制御部120は、需要家宅内の負荷で消費される電力および蓄電装置30を充電するために必要な電力(図中斜線部)に加え、当該アンシラリー指令で要求される電力を発電装置20から出力させる第2制御信号を生成する。そして、出力部130は、制御部120により生成された第2制御信号を発電装置20用のPCS22に送信する。発電装置20用のPCS22は、受信した第2制御信号に従って、アンシラリー指令で要求される電力を発電装置20から出力させる。このように、蓄電装置30がアンシラリー指令に応えられない場合は、発電装置20が代わりに動作して、当該アンシラリー指令に応える。
なお、上記の例に限らず、発電装置20の出力が安定している場合(例えば、太陽光発電で快晴の時間帯など)、発電装置20をメインに利用して、蓄電装置30を補助的に使用するようにしてもよい。この場合、制御部120は、発電装置20の出力が低下した場合(例えば発電装置20の出力値がアンシラリー指令で要求される電力値以下となる状態が所定時間継続する場合など)に、発電装置20の代わりに蓄電装置30を動作させる制御信号(第1制御信号、第2制御信号)を生成することができる。
また、情報取得部110が順潮流方向のアンシラリー指令を取得した場合、制御部120は、図10のフローチャートにおいて、例えば次のように動作することができる。
制御部120は、所定条件を満たすか否か(例えば、「蓄電装置30の容量が満充電時の容量または充電を停止させる所定の基準容量に達したか否か」等)を判定する。蓄電装置30の容量が所定条件を満たさない場合(S304:NO)、蓄電装置30はアンシラリー動作で利用可能(充電可能)である。そのため、制御部120は、蓄電装置30を用いてアンシラリー動作を実行することを決定し、アンシラリー指令により要求される電力を蓄電装置30に充電させる第1制御信号を生成する(S308)。そして、出力部130は、制御部120によって生成された第1制御信号を蓄電装置30用のPCS32に出力する(S310)。そして、蓄電装置30用のPCS32は、出力部130から出力された第1制御信号に従って、蓄電装置30の充電動作を制御する。
一方、蓄電装置30の容量が所定条件を満たす場合(S306:YES)、アンシラリー実行時に蓄電装置30は十分に充電できない状態である。この場合、制御部120は、蓄電装置30の代わりに発電装置20を用いてアンシラリー動作を実行することを決定し、発電装置20の出力を抑制出力値に制限する第2制御信号を生成する(S312)。そして、出力部130は、生成された第2制御信号を、発電装置20用のPCS22に出力する(S314)。発電装置20用のPCS22は、出力部130から出力された第2制御信号に従って、発電装置20の出力を下げる。具体的には、発電装置20用のPCS22は、発電装置20の出力を、需要家側の負荷よりも小さくする。発電装置20の出力を下げることによって減った分の電力は、系統40から供給される。
このように、蓄電装置30が満充電状態に近く充電できない場合であっても、発電装置20が代わりに動作することにより、順潮流方向のアンシラリー指令に応えることができる。
[第3実施形態]
図11は、第3実施形態の制御装置10の機能構成を概念的に示すブロック図である。取得部140と決定部150とを備える。
図11に示されるように、本実施形態の制御装置10は、蓄電装置30の状態を示す状態情報を取得する取得部140を備える。取得部140は、例えば、蓄電装置30の出力の劣化状態を示す情報(例えば、蓄電装置30のSOH(State of Health)など)を取得する。また、制御装置10は、取得部140により取得された蓄電装置30の状態情報に基づいて、アンシラリー対応で発電装置20から出力する電力の出力幅を決定する決定部150を備える。具体的には、決定部150は、蓄電装置30の劣化状態を示す情報に基づいて、蓄電装置30の劣化度合を判定する。そして、蓄電装置30の劣化度合が高いほど、アンシラリー対応で発電装置20から出力する電力の出力幅を大きくする。
〔ハードウエア構成〕
本実施形態の制御装置10は、図3と同様のハードウエア構成を有する。本実施形態のストレージ104は、上述の各処理部(取得部140、決定部150)を実現するためのプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ102がこれらのプログラムモジュールを実行することにより、上述の取得部140および決定部150の機能が実現される。
〔動作例〕
図12を用いて、第3実施形態の制御装置10の動作を説明する。図12は、第3実施形態の制御装置10の処理の流れを示すフローチャートである。
まず、取得部140は、蓄電装置30の状態情報として、蓄電装置30のSOHを取得する(S402)。そして、決定部150は、取得したSOHに基づいて、発電装置20の出力上限値を設定する(S404)。決定部150は、例えばSOHをパラメータとして出力上限値を算出する関数などを用いて、SOHに応じた出力上限値を算出することができる。なお、算出される出力上限値は、SOHが小さいほど(すなわち、劣化度合が大きいほど)、大きい値に設定される。
図13乃至図16を用いて、第3実施形態の制御装置10の動作を具体的に説明する。図13乃至図16は、第3実施形態の制御装置10の動作の一例を説明するための図である。
図13(a)には、蓄電装置30の劣化度合いが小さい場合における、蓄電装置30の放電量および発電装置20の発電量の内訳の一例が示されている。また、図13(b)には、蓄電装置30の劣化度合いが大きい場合における、蓄電装置30の放電量および発電装置20の発電量の内訳の一例が示されている。詳細には、蓄電装置30の劣化度合いが小さい場合、発電装置20は、需要家宅内の負荷で消費される電力(宅内消費電力)に加え、蓄電装置30がアンシラリー動作で消費する電力の全てを賄っている。また、発電装置20は、宅内消費電力のみを賄っている。そして、図13(b)に示されるように、蓄電装置30が劣化した場合(SOHが悪化した場合)、蓄電装置30の最大放電量が悪化すると、制御装置10は、アンシラリー動作用に蓄電装置30から出力する電力を減らす。更に、制御装置10は、蓄電装置30の出力を減らすことによって不足するアンシラリー動作用の電力(図中斜線部)を、発電装置20から出力するように制御する。
図13(a)の例において、蓄電装置30の劣化度合いが小さい場合に蓄電装置30の出力および発電装置20の出力がどのように変化するかを、図14に示す。発電装置20の出力(PMax:可能出力値)は、全て宅内消費に充てられる。そして、アンシラリー動作が要求される場合は、蓄電装置30が放電動作を行うことによって当該要求に応える。具体的には、系統40の周波数が所定の基準値を下回り、アンシラリー動作が要求される期間(時刻tから時刻tの期間、時刻tから時刻tの期間、および、時刻tから時刻tの期間)には、蓄電装置30の放電動作が実行される。図中の矩形の面積の総和が、蓄電装置30によるアンシラリー動作で消費される電力量を示す。
その後、蓄電装置30の劣化が進むと、制御装置10の制御によって、蓄電装置30の出力および発電装置20の出力は、例えば図15に示されるように変化する。図15の例では、発電装置20の出力は、可能出力値PMaxよりも低い、抑制出力値Pに制限される。そして、系統40の周波数が所定の基準値を下回り、アンシラリー動作が要求される期間(時刻tから時刻tの期間、時刻tから時刻tの期間、および、時刻tから時刻tの期間)となると、制御装置10は、蓄電装置30からアンシラリー動作用の電力を出力させる。ここで、制御装置10は、蓄電装置30の出力を、劣化度合いが小さい場合の半分程度に減少させる。その代わりに、アンシラリー動作が要求される期間において、制御装置10は、発電装置20の出力を可能出力値PMaxに上げる。これにより、蓄電装置30の出力減少分を発電装置20の出力増加分で補い、アンシラリー動作用に必要な電力量を確保することができる。
また、蓄電装置30の放電動作を行う閾値を変更することによって、蓄電装置30のアンシラリー動作用の減少させることもできる。この動作を図16を用いて説明する。図16の例では、制御装置10は、蓄電装置30の放電動作を行う閾値を、基準値(50Hz)から50Hzよりも小さいfthに変更している。この場合、蓄電装置30は、時刻tから時刻tの期間でアンシラリー動作を実行することになる。そのため、閾値を変更しなかった場合の蓄電装置30の電力量(図中点線で示す面積の総和)と比較して、蓄電装置30からの出力を半分程度に減少させることができる。この場合も、制御装置10が、発電装置20の出力を抑制出力値Pから可能出力値PMaxに上げることにより、蓄電装置30の出力減少分を発電装置20の出力増加分で補う。
なお、図13乃至図16はあくまで一例であり、本発明はこれらの図に示される例に制限されない。例えば、アンシラリー動作を行う蓄電装置30の閾値や発電装置20の閾値、並びに、発電装置20や蓄電装置30の出力変動幅は、周波数の変動幅やアンシラリー指令に応じて、適宜選択することが可能である。また、図15の例と図16の例を組み合わせ、制御装置10が蓄電装置30の出力と蓄電装置30の動作閾値の双方を制御するように構成されてもよい。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
また、上述の説明で用いた複数のフローチャートでは、複数の工程(処理)が順番に記載されているが、各実施形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。各実施形態では、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。
以下、参考形態の例を付記する。
1.
系統の周波数およびアンシラリー指令の少なくとも一方を含む周波数情報を取得する情報取得手段と、
前記周波数情報を用いて、蓄電装置用の第1制御信号および発電装置用の第2制御信号を生成する制御手段と、
前記第1制御信号を前記蓄電装置に送信し、前記第2制御信号を前記発電装置に出力する出力手段と、
を備える制御装置。
2.
前記制御手段は、前記系統の周波数が基準値よりも高いか否かを判断し、当該判断結果を用いて、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号とを生成する、
1.に記載の制御装置。
3.
前記制御手段は、
前記系統の周波数が前記基準値よりも高い場合、前記蓄電装置に充電動作を実行させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を抑制出力値に抑える前記第2制御信号とを生成し、
前記系統の周波数が前記基準値よりも低い場合、前記蓄電装置の動作を停止させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を前記抑制出力値よりも高くする前記第2制御信号とを生成する、
2.に記載の制御装置。
4.
前記制御手段は、
前記系統の周波数が前記基準値よりも高い場合、前記蓄電装置の動作を停止させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を抑制出力値に抑える前記第2制御信号とを生成し、
前記系統の周波数が前記基準値よりも低い場合、前記蓄電装置に放電動作を実行させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を前記抑制出力値よりも高くする前記第2制御信号とを生成する、
2.に記載の制御装置。
5.
前記制御手段は、前記系統の周波数と基準値との差分の絶対値が第1閾値を超えた場合に、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号を生成する、
1.に記載の制御装置。
6.
前記制御手段は、前記系統の周波数と前記基準値との差分の絶対値が前記第1閾値よりも小さい第2閾値を超えた場合に、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号を生成する、
5.に記載の制御装置。
7.
前記制御手段は、前記第2制御信号によって前記発電装置の出力を制御しており、かつ、前記系統の周波数と基準値との差分の絶対値が第1閾値を超えた場合、前記蓄電装置の充電動作または放電動作の制御を行う、
1.に記載の制御装置。
8.
前記情報取得手段は、前記蓄電装置の状態情報を更に取得し、
前記制御手段は、前記蓄電装置の状態情報および前記周波数情報を用いて、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を制御する第2制御信号とを生成する、
1.に記載の制御装置。
9.
前記情報取得手段は、前記蓄電装置の容量を示す情報を前記状態情報として更に取得し、
前記制御手段は、前記状態情報が示す前記蓄電装置の容量が所定の条件を満たす場合に、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号を生成する、
8.に記載の制御装置。
10.
コンピュータが、
系統の周波数およびアンシラリー指令の少なくとも一方を含む周波数情報を取得し、
前記周波数情報を用いて、蓄電装置用の第1制御信号および発電装置用の第2制御信号を生成し、
前記第1制御信号を前記蓄電装置に送信し、前記第2制御信号を前記発電装置に出力する、
ことを含む制御方法。
11.
前記コンピュータが、
前記系統の周波数が基準値よりも高いか否かを判断し、当該判断結果を用いて、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号とを生成する、
ことを含む10.に記載の制御方法。
12.
前記コンピュータが、
前記系統の周波数が前記基準値よりも高い場合、前記蓄電装置に充電動作を実行させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を抑制出力値に抑える前記第2制御信号とを生成し、
前記系統の周波数が前記基準値よりも低い場合、前記蓄電装置の動作を停止させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を前記抑制出力値よりも高くする前記第2制御信号とを生成する、
ことを含む11.に記載の制御方法。
13.
前記コンピュータが、
前記系統の周波数が前記基準値よりも高い場合、前記蓄電装置の動作を停止させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を抑制出力値に抑える前記第2制御信号とを生成し、
前記系統の周波数が前記基準値よりも低い場合、前記蓄電装置に放電動作を実行させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を前記抑制出力値よりも高くする前記第2制御信号とを生成する、
ことを含む11.に記載の制御方法。
14.
前記コンピュータが、
前記系統の周波数と基準値との差分の絶対値が第1閾値を超えた場合に、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号を生成する、
ことを含む10.に記載の制御方法。
15.
前記コンピュータが、
前記系統の周波数と前記基準値との差分の絶対値が前記第1閾値よりも小さい第2閾値を超えた場合に、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号を生成する、
ことを含む14.に記載の制御方法。
16.
前記コンピュータが、
前記第2制御信号によって前記発電装置の出力を制御しており、かつ、前記系統の周波数と基準値との差分の絶対値が第1閾値を超えた場合、前記蓄電装置の充電動作または放電動作の制御を行う、
ことを含む10.に記載の制御方法。
17.
前記コンピュータが、
前記蓄電装置の状態情報を更に取得し、
前記蓄電装置の状態情報および前記周波数情報を用いて、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を制御する第2制御信号とを生成する、
ことを含む10.に記載の制御方法。
18.
前記コンピュータが、
前記蓄電装置の容量を示す情報を前記状態情報として更に取得し、
前記状態情報が示す前記蓄電装置の容量が所定の条件を満たす場合に、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号を生成する、
ことを含む17.に記載の制御方法。
19.
コンピュータを、
系統の周波数およびアンシラリー指令の少なくとも一方を含む周波数情報を取得する情報取得手段と、
前記周波数情報を用いて、蓄電装置用の第1制御信号および発電装置用の第2制御信号を生成する制御手段と、
前記第1制御信号を前記蓄電装置に送信し、前記第2制御信号を前記発電装置に出力する出力手段と、
として機能させるためのプログラム。
20.
前記コンピュータを、
前記系統の周波数が基準値よりも高いか否かを判断し、当該判断結果を用いて、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号とを生成する手段、
として更に機能させるための19.に記載のプログラム。
21.
前記コンピュータを、
前記系統の周波数が前記基準値よりも高い場合、前記蓄電装置に充電動作を実行させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を抑制出力値に抑える前記第2制御信号とを生成し、
前記系統の周波数が前記基準値よりも低い場合、前記蓄電装置の動作を停止させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を前記抑制出力値よりも高くする前記第2制御信号とを生成する手段、
として更に機能させるための20.に記載のプログラム。
22.
前記コンピュータを、
前記系統の周波数が前記基準値よりも高い場合、前記蓄電装置の動作を停止させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を抑制出力値に抑える前記第2制御信号とを生成し、
前記系統の周波数が前記基準値よりも低い場合、前記蓄電装置に放電動作を実行させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を前記抑制出力値よりも高くする前記第2制御信号とを生成する手段、
として更に機能させるための20.に記載のプログラム。
23.
前記コンピュータを、
前記系統の周波数と基準値との差分の絶対値が第1閾値を超えた場合に、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号を生成する手段、
として更に機能させるための19.に記載のプログラム。
24.
前記コンピュータを、
前記系統の周波数と前記基準値との差分の絶対値が前記第1閾値よりも小さい第2閾値を超えた場合に、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号を生成する手段、
として更に機能させるための23.に記載のプログラム。
25.
前記コンピュータを、
前記第2制御信号によって前記発電装置の出力を制御しており、かつ、前記系統の周波数と基準値との差分の絶対値が第1閾値を超えた場合、前記蓄電装置の充電動作または放電動作の制御を行う手段、
として更に機能させるための19.に記載のプログラム。
26.
前記コンピュータを
前記蓄電装置の状態情報を更に取得し、
前記蓄電装置の状態情報および前記周波数情報を用いて、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を制御する第2制御信号とを生成する手段、
として更に機能させるための19.に記載のプログラム。
27.
前記コンピュータを、
前記蓄電装置の容量を示す情報を前記状態情報として更に取得し、
前記状態情報が示す前記蓄電装置の容量が所定の条件を満たす場合に、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号を生成する手段、
として更に機能させるための26.に記載のプログラム。
28.
蓄電装置の状態を示す状態情報を取得する取得手段と、
前記蓄電装置の状態情報に基づいて、アンシラリー対応で発電装置から出力する電力の出力幅を決定する決定手段と、
を備える制御装置。
29.
前記取得手段は、前記蓄電装置のSOH(State of Health)情報を前記状態情報として取得する、
28.に記載の制御装置。
30.
コンピュータが、
蓄電装置の状態を示す状態情報を取得し、
前記蓄電装置の状態情報に基づいて、アンシラリー対応で発電装置から出力する電力の出力幅を決定する、
ことを含む制御方法。
31.
前記コンピュータが、
前記蓄電装置のSOH(State of Health)情報を前記状態情報として取得する、
ことを含む30.に記載の制御方法。
32.
コンピュータを、
蓄電装置の状態を示す状態情報を取得する取得手段、
前記蓄電装置の状態情報に基づいて、アンシラリー対応で発電装置から出力する電力の出力幅を決定する決定手段、
として機能させるためのプログラム。
33.
前記コンピュータを、
前記蓄電装置のSOH(State of Health)情報を前記状態情報として取得する手段、
として機能させるための32.に記載のプログラム。
1000 制御システム
10 制御装置
101 バス
102 プロセッサ
103 メモリ
104 ストレージ
105 入出力インタフェース
106 通信インタフェース
110 情報取得部
120 制御部
130 出力部
140 取得部
150 決定部
20 発電装置
22 PCS
30 蓄電装置
32 PCS
40 系統
42 電力線
50 CTセンサ
60 CTセンサ

Claims (11)

  1. 系統の周波数およびアンシラリー指令の少なくとも一方を含む周波数情報を取得する情報取得手段と、
    前記周波数情報を用いて、蓄電装置用の第1制御信号および発電装置用の第2制御信号を生成する制御手段と、
    前記第1制御信号を前記蓄電装置に送信し、前記第2制御信号を前記発電装置に出力する出力手段と、
    を備える制御装置。
  2. 前記制御手段は、前記系統の周波数が基準値よりも高いか否かを判断し、当該判断結果を用いて、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号とを生成する、
    請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記制御手段は、
    前記系統の周波数が前記基準値よりも高い場合、前記蓄電装置に充電動作を実行させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を抑制出力値に抑える前記第2制御信号とを生成し、
    前記系統の周波数が前記基準値よりも低い場合、前記蓄電装置の動作を停止させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を前記抑制出力値よりも高くする前記第2制御信号とを生成する、
    請求項2に記載の制御装置。
  4. 前記制御手段は、
    前記系統の周波数が前記基準値よりも高い場合、前記蓄電装置の動作を停止させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を抑制出力値に抑える前記第2制御信号とを生成し、
    前記系統の周波数が前記基準値よりも低い場合、前記蓄電装置に放電動作を実行させる前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を前記抑制出力値よりも高くする前記第2制御信号とを生成する、
    請求項2に記載の制御装置。
  5. 前記制御手段は、前記系統の周波数と基準値との差分の絶対値が第1閾値を超えた場合に、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号を生成する、
    請求項1に記載の制御装置。
  6. 前記制御手段は、前記系統の周波数と前記基準値との差分の絶対値が前記第1閾値よりも小さい第2閾値を超えた場合に、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号を生成する、
    請求項5に記載の制御装置。
  7. 前記制御手段は、前記第2制御信号によって前記発電装置の出力を制御しており、かつ、前記系統の周波数と基準値との差分の絶対値が第1閾値を超えた場合、前記蓄電装置の充電動作または放電動作の制御を行う、
    請求項1に記載の制御装置。
  8. 前記情報取得手段は、前記蓄電装置の状態情報を更に取得し、
    前記制御手段は、前記蓄電装置の状態情報および前記周波数情報を用いて、前記蓄電装置の充放電動作を制御する前記第1制御信号と、前記発電装置の出力を制御する第2制御信号とを生成する、
    請求項1に記載の制御装置。
  9. 前記情報取得手段は、前記蓄電装置の容量を示す情報を前記状態情報として更に取得し、
    前記制御手段は、前記状態情報が示す前記蓄電装置の容量が所定の条件を満たす場合に、前記発電装置の出力を制御する前記第2制御信号を生成する、
    請求項8に記載の制御装置。
  10. コンピュータが、
    系統の周波数およびアンシラリー指令の少なくとも一方を含む周波数情報を取得し、
    前記周波数情報を用いて、蓄電装置用の第1制御信号および発電装置用の第2制御信号を生成し、
    前記第1制御信号を前記蓄電装置に送信し、前記第2制御信号を前記発電装置に出力する、
    ことを含む制御方法。
  11. コンピュータを、
    系統の周波数およびアンシラリー指令の少なくとも一方を含む周波数情報を取得する情報取得手段と、
    前記周波数情報を用いて、蓄電装置用の第1制御信号および発電装置用の第2制御信号を生成する制御手段と、
    前記第1制御信号を前記蓄電装置に送信し、前記第2制御信号を前記発電装置に出力する出力手段と、
    として機能させるためのプログラム。
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