JP2018078708A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】所望の電力を充放電可能な蓄電システムを提供すること。
【解決手段】
蓄電システム１は、蓄電装置１０Ａの充放電を制御する電力変換器２０Ａと、蓄電装置１０Ｂの充放電を制御する第２電力変換器と、電力変換器２０Ａ，２０Ｂを制御する上位コントローラ３０と、電力変換器２０Ａの応答時間、及び電力変換器２０Ｂの応答時間に基づいて、電力変換器２０Ａが蓄電装置１０Ａの充放電の制御を開始するタイミングと電力変換器２０Ｂが蓄電装置１０Ｂの充放電の制御を開始するタイミングとを合わせるように、電力変換器２０Ａ，２０Ｂに送信する指令信号の遅延時間を調整する遅延部６３と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電システムに関する。

太陽光発電及び風力発電等といった再生可能エネルギーを利用した分散電源の導入が進んでいる。再生可能エネルギーは天候等の影響を受けるので、発電量が変動し得る。このような電力を電力系統に供給すると、電力系統の安定性が損なわれるおそれがある。

再生可能エネルギーを利用して発電した電力を平準化する蓄電システムが知られている。例えば、特許文献１には、ＤＣバスに電力を供給する太陽電池と、ＤＣバスに対して電気的に並列に接続された複数のストリングと、各ストリングに含まれるコンバータ（電力変換器）を制御する上位コントローラと、を備える蓄電池システムが記載されている。この蓄電池システムでは、上位コントローラが各ストリングのコンバータに対して充電量及び放電量を制御するための信号を送信する。

特許第５６８０７６９号公報

特許文献１に記載されているような蓄電システムでは、複数の電力変換器が用いられる。しかしながら、電力変換器の仕様の違い等によって、上位コントローラが信号を送信してから電力変換器が充放電制御を開始するまでの応答時間が電力変換器ごとに異なる場合がある。複数の電力変換器が異なるタイミングで充放電制御を開始すると、所望の電力を充放電できず、発電量の変動を十分に抑制できないおそれがある。

本発明の種々の側面は、所望の電力を充放電可能な蓄電システムを提供する。

本発明の一側面に係る蓄電システムは、発電装置によって発電された電力の変動を平準化するシステムである。この蓄電システムは、第１蓄電装置の充放電を制御する第１電力変換器と、第２蓄電装置の充放電を制御する第２電力変換器と、第１電力変換器及び第２電力変換器を制御する上位コントローラと、第１電力変換器に第１蓄電装置の充放電を制御させるための信号を上位コントローラが出力してから第１電力変換器が第１蓄電装置の充放電の制御を開始するまでの第１応答時間、及び第２電力変換器に第２蓄電装置の充放電を制御させるための信号を上位コントローラが出力してから第２電力変換器が第２蓄電装置の充放電の制御を開始するまでの第２応答時間に基づいて、第１電力変換器が第１蓄電装置の充放電の制御を開始するタイミングと第２電力変換器が第２蓄電装置の充放電の制御を開始するタイミングとを合わせるように、第１蓄電装置の充放電を制御するための第１制御信号及び第２蓄電装置の充放電を制御するための第２制御信号の遅延時間を調整する遅延部と、を備える。

この蓄電システムでは、第１応答時間及び第２応答時間に基づいて、第１電力変換器が第１蓄電装置の充放電の制御を開始するタイミングと第２電力変換器が第２蓄電装置の充放電の制御を開始するタイミングとを合わせるように、第１制御信号及び第２制御信号が遅延される。このため、第１応答時間と第２応答時間とが異なるとしても、第１電力変換器と第２電力変換器とが同じタイミングで蓄電装置の充放電制御を開始し得る。これにより、第１蓄電装置及び第２蓄電装置に対して充放電するタイミングを合わせることができるので、所望の電力を充放電することが可能となる。その結果、発電装置によって発電された電力の変動を抑制することが可能となる。

遅延部は、第１応答時間が第２応答時間よりも小さい場合に、第１応答時間と第２応答時間との差分だけ、第１制御信号を第２制御信号よりも遅延させてもよい。この場合、第１電力変換器と第２電力変換器との応答時間の差分が、制御信号の遅延により相殺される。このため、第１応答時間と第２応答時間とが異なるとしても、第１電力変換器と第２電力変換器とが同じタイミングで充放電制御を開始するように制御することができる。

上位コントローラは遅延部を備えてもよい。この場合、上位コントローラから第１電力変換器に第１制御信号を送信するタイミング、及び上位コントローラから第２電力変換器に第２制御信号を送信するタイミングが調整される。これにより、第１蓄電装置及び第２蓄電装置に対して充放電するタイミングを合わせることができるので、所望の電力を充放電することが可能となる。

遅延部は、第１制御信号を遅延させるための第１遅延部と、第２制御信号を遅延させるための第２遅延部と、を備えてもよい。この場合、第１遅延部によって第１制御信号を遅延し、第２遅延部によって第２制御信号を遅延することができる。

第１電力変換器は第１遅延部を備えてもよく、第２電力変換器は第２遅延部を備えてもよい。この場合、上位コントローラは第１制御信号及び第２制御信号を同じタイミングで送信し得る一方、第１電力変換器において、第１制御信号が遅延され、第２電力変換器において、第２制御信号が遅延される。これにより、第１蓄電装置及び第２蓄電装置に対して充放電するタイミングを合わせることができるので、所望の電力を充放電することが可能となる。

第１遅延部は、上位コントローラと第１電力変換器との間に設けられてもよく、第２遅延部は、上位コントローラと第２電力変換器との間に設けられてもよい。この場合、上位コントローラは第１制御信号及び第２制御信号を同じタイミングで送信し得る一方、上位コントローラから第１電力変換器への伝送経路において、第１制御信号が遅延され、上位コントローラから第２電力変換器への伝送経路において、第２制御信号が遅延される。これにより、第１蓄電装置及び第２蓄電装置に対して充放電するタイミングを合わせることができるので、所望の電力を充放電することが可能となる。

本発明の種々の側面によれば、所望の電力を充放電することが可能となる。

一実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図である。 図１に示される蓄電システムの詳細構成を示す図である。 図２に示される操作量算出部の詳細構成を示す図である。 応答時間テーブルの一例を示す図である。 比較例の蓄電システムによる充放電電力のシミュレーション結果を示す図である。 図２に示される蓄電システムによる充放電電力のシミュレーション結果を示す図である。 図２に示される蓄電システムの別の例を示す図である。 図２に示される蓄電システムのさらに別の例を示す図である。 図２に示される蓄電システムのさらに別の例を示す図である。 図２に示される蓄電システムのさらに別の例を示す図である。 タイマーブロックの詳細構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、一実施形態に係る蓄電システムの概略構成を示す図である。図１に示される蓄電システム１は、発電装置２によって発電された電力の変動を平準化するシステムである。蓄電システム１は、発電装置２と電力系統４との間に設けられる。

発電装置２は、再生可能エネルギーを利用して発電を行う装置である。発電装置２は、例えば、太陽光発電機及び風力発電機等である。発電装置２は、発電した直流電力をＤＣ（Direct Current）バスＢ１を介してパワーコンディショナ３に出力する。発電装置２の発電量Ｐｇは、天候等の影響を受けるので、時々刻々と変化する。ＤＣバスＢ１では、発電装置２によって発電された直流電力に、蓄電システム１によって出力される出力電力Ｐｂが加えられた出力電力Ｐｓがパワーコンディショナ３に入力する。パワーコンディショナ３は、出力電力Ｐｓを交流電力に変換する電力変換装置である。パワーコンディショナ３は、変換した交流電力をＡＣ（Alternating Current）バスＢ２を介して電力系統４に出力する。

蓄電システム１は、ＤＣバスＢ３を介してＤＣバスＢ１に接続されている。蓄電システム１は、出力電力ＰｂをＤＣバスＢ３を介してＤＣバスＢ１に出力する。蓄電システム１は、複数の蓄電装置１０と、複数の電力変換器２０と、上位コントローラ３０と、を備えている。

蓄電装置１０は、発電装置２によって発電された直流電力の変動を平準化するために用いられ、電力を充放電可能な装置である。蓄電装置１０は、例えば、蓄電池である。蓄電装置１０としては、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池（ＬｉＢ）、及びリチウムイオンキャパシタ（ＬｉＣ）が用いられてもよい。蓄電装置１０は、電力変換器２０を介してＤＣバスＢ３に接続されている。蓄電装置１０の充放電は、上位コントローラ３０からの指令信号によって制御される。本実施形態では、蓄電装置１０の数は３つである。以下の説明において、これらを区別する場合に蓄電装置１０Ａ（第１蓄電装置）、蓄電装置１０Ｂ（第２蓄電装置）、及び蓄電装置１０Ｃとする。なお、蓄電装置１０の数は、３つに限られず、２つ以上であればよい。

電力変換器２０は、蓄電装置１０の充放電を制御する装置である。電力変換器２０は、上位コントローラ３０から電力指令値Ｐｄｃ^＊を含む指令信号を受信し、指令信号に基づいて蓄電装置１０の充放電を制御する。電力指令値Ｐｄｃ^＊は、蓄電装置１０に充放電させる電力の設定値であり、例えば蓄電装置１０が放電する電力を正の値、蓄電装置１０が充電する電力を負の値として表される。電力変換器２０は、蓄電装置１０のそれぞれに対応して設けられるので、電力変換器２０の数は、蓄電装置１０の数と同じである。本実施形態では、電力変換器２０の数は３つである。以下の説明において、これらを区別する場合に電力変換器２０Ａ（第１電力変換器）、電力変換器２０Ｂ（第２電力変換器）、及び電力変換器２０Ｃとする。

電力変換器２０では、ＤＣバスＢ３がＤＣバスＢ３１，Ｂ３２，Ｂ３３に分岐し、それぞれ電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに接続される。電力変換器２０Ａは、蓄電装置１０Ａに接続され、上位コントローラ３０からの指令信号（第１制御信号）に基づいて蓄電装置１０Ａの充放電を制御する。電力変換器２０Ｂは、蓄電装置１０Ｂに接続され、上位コントローラ３０からの指令信号（第２制御信号）に基づいて蓄電装置１０Ｂの充放電を制御する。電力変換器２０Ｃは、蓄電装置１０Ｃに接続され、上位コントローラ３０からの指令信号に基づいて蓄電装置１０Ｃの充放電を制御する。電力変換器２０の詳細構成については後述する。

上位コントローラ３０は、複数の電力変換器２０を制御する統括コントローラである。上位コントローラ３０は、発電装置２の発電量Ｐｇに応じて、各電力変換器２０に蓄電装置１０を充放電させる。上位コントローラ３０は、例えば、パワーコンディショナ３に出力される出力電力Ｐｓの大きさ（電力値）が目標値となるように、各電力変換器２０に電力指令値Ｐｄｃ^＊を含む指令信号を送信する。指令信号は、デジタル信号である。目標値は、出力電力Ｐｓの変動が所定範囲内に収まるように設定された電力値である。所定範囲とは、電力系統４の安定性に影響を及ぼさない出力電力Ｐｓの変動範囲である。

具体的には、上位コントローラ３０は、出力電力Ｐｓが目標値よりも大きい場合、出力電力Ｐｓと目標値との差分の電力（余剰電力）を蓄電装置１０に充電するように各電力変換器２０に指令信号を送信する。上位コントローラ３０は、出力電力Ｐｓが目標値よりも小さい場合、出力電力Ｐｓと目標値との差分の電力（不足電力）を蓄電装置１０から放電するように各電力変換器２０に指令信号を送信する。上位コントローラ３０の詳細構成については後述する。

次に、図２を参照して、蓄電システム１の詳細構成を説明する。図２は、図１に示される蓄電システムの詳細構成を示す図である。なお、図２では、蓄電装置１０Ｃ及び電力変換器２０Ｃの図示を省略している。電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは同一の構成を有しているので、ここでは電力変換器２０Ａの詳細構成について説明する。

図２に示されるように、電力変換器２０Ａは、スイッチング素子２１と、コンデンサ２２と、電流センサ２３と、電圧センサ２４と、制御装置２５と、を備えている。

スイッチング素子２１は、電気的な開閉を切り替え可能な要素である。すなわち、スイッチング素子２１の両端が、導通状態であるオン状態と、遮断状態であるオフ状態と、に切り替えられる。スイッチング素子２１としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、及びバイポーラトランジスタ等の半導体素子が用いられる。スイッチング素子２１は、制御装置２５から供給されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号に応じて、オン状態及びオフ状態を切り替える。なお、スイッチング素子２１は、インバータ回路であってもよい。

コンデンサ２２は、ＤＣバスＢ３１に設けられる平滑コンデンサである。電流センサ２３は、ＤＣバスＢ３１に設けられ、ＤＣバスＢ３１を流れる電流の電流値Ｉｄｃを検出する。電流値Ｉｄｃは、例えば蓄電装置１０が放電する場合の電流値を正の値、蓄電装置１０が充電する場合の電流値を負の値として表される。電流センサ２３は、検出した電流値Ｉｄｃを制御装置２５に出力する。電圧センサ２４は、コンデンサ２２の両端に印加される電圧の電圧値Ｖｄｃを検出する。電圧センサ２４は、検出した電圧値Ｖｄｃを制御装置２５に出力する。

制御装置２５は、スイッチング素子２１のオン状態とオフ状態とを切り替える。制御装置２５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ等を含むマイクロコンピュータである。制御装置２５は、操作量算出部５１と、ＰＷＭ制御部５２と、を備えている。

操作量算出部５１は、上位コントローラ３０から受信した指令信号に含まれる電力指令値Ｐｄｃ^＊と、電流センサ２３から受信した電流値Ｉｄｃと、電圧センサ２４から受信した電圧値Ｖｄｃと、に基づいて、ＰＷＭ制御の操作量ＭＶを算出する。具体的には、図３に示されるように、操作量算出部５１は、乗算器５１１と、減算器５１２と、比例積分制御部５１３と、を備えている。乗算器５１１は、電流値Ｉｄｃと電圧値Ｖｄｃとを乗算し、その乗算結果を充放電電力Ｐｄｃとして減算器５１２に出力する。充放電電力Ｐｄｃは、蓄電装置１０Ａによって実際に充放電されている電力である。

減算器５１２は、電力指令値Ｐｄｃ^＊から充放電電力Ｐｄｃを減算することによって、電力指令値Ｐｄｃ^＊と充放電電力Ｐｄｃとの差分である電力差分を算出し、電力差分を比例積分制御部５１３に出力する。比例積分制御部５１３は、例えば、電力差分がゼロになるように、操作量ＭＶを算出する。比例積分制御部５１３は、例えば、ＰＩ（Proportional-Integral）制御を用いて操作量ＭＶを算出する。比例積分制御部５１３は、算出した操作量ＭＶをＰＷＭ制御部５２に出力する。操作量とは、制御すべき量を調整するための手段として選ばれる量である。本実施形態では、操作量ＭＶは、変調波信号であり、電圧値である。操作量ＭＶは、アナログ信号である。

ＰＷＭ制御部５２は、操作量ＭＶに基づいて、ＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号は、デジタル信号である。ＰＷＭ制御部５２は、例えば、操作量ＭＶと所定の周波数のキャリア信号とを比較し、その比較結果に基づいてＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ制御部５２は、生成したＰＷＭ信号をスイッチング素子２１に出力する。

上位コントローラ３０は、記憶装置３１と、制御装置３２と、を備えている。記憶装置３１は、データの読み出し及び書き込みが可能なメモリであって、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ、及びハードディスク装置等である。記憶装置３１は、応答時間テーブルを記憶している。

図４は、応答時間テーブルの一例を示す図である。図４に示されるように、応答時間テーブルには、電力変換器ＩＤ（Identifier）と応答時間とが対応付けられた応答時間データが記憶されている。電力変換器ＩＤは、電力変換器２０を一意に識別可能な情報である。この例では、電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃには電力変換器ＩＤとしてそれぞれ「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」が割り当てられている。応答時間は、電力変換器ＩＤによって識別される電力変換器２０の応答時間を示す情報である。応答時間とは、上位コントローラ３０が電力変換器２０に向けて指令信号を送信してから、電力変換器２０が蓄電装置１０の充放電制御を開始するまでに要する時間である。この例では、電力変換器２０Ａの応答時間（第１応答時間）はａ秒であり、電力変換器２０Ｂの応答時間（第２応答時間）はｂ秒であり、電力変換器２０Ｃの応答時間はｃ秒である。ここでは、ａ、ｂ、及びｃのうち、ａが最も小さい値であり、ｂが最も大きい値である。

なお、各電力変換器２０の応答時間は、蓄電システム１の試運転時又はメンテナンス時において計測され、電力変換器２０の電力変換器ＩＤとともに応答時間データとして応答時間テーブルに格納される。応答時間は、蓄電システム１の稼働中において計測されてもよい。蓄電システム１の管理者が応答時間を計測してもよく、蓄電システム１が自動的に応答時間を計測してもよい。

制御装置３２は、各電力変換器２０の電力指令値Ｐｄｃ^＊及び遅延時間を算出する。制御装置３２は、例えば、ＣＰＵ及びメモリ等を含むマイクロコンピュータである。制御装置３２は、電力指令値算出部６１と、遅延時間算出部６２と、遅延部６３と、を備えている。

電力指令値算出部６１は、出力電力Ｐｓと目標値との差分がゼロになるように、各電力変換器２０の電力指令値Ｐｄｃ^＊を算出する。電力指令値算出部６１は、例えば、蓄電システム１全体として充放電すべき電力を算出し、その電力を各蓄電装置１０の充電率（ＳＯＣ：State Of Charge）に応じて、電力指令値Ｐｄｃ^＊を算出する。電力指令値算出部６１は、例えば、蓄電装置１０のＳＯＣを平準化するように、各電力変換器２０に対する電力指令値Ｐｄｃ^＊を算出する。電力指令値算出部６１は、電力指令値Ｐｄｃ^＊と、当該電力指令値Ｐｄｃ^＊の送信先の電力変換器２０を示す電力変換器ＩＤと、を含む指令信号を遅延部６３に出力する。

遅延時間算出部６２は、各電力変換器２０の応答時間に基づいて、各電力変換器２０の遅延時間を算出する。本実施形態では、電力変換器２０の遅延時間とは、電力変換器２０に向けて送信される指令信号の遅延時間を意味する。遅延時間算出部６２は、記憶装置３１から応答時間テーブルを読み出し、最も大きい応答時間を特定し、最も大きい応答時間と各電力変換器２０の応答時間との差分を遅延時間として算出する。遅延時間算出部６２は、電力変換器２０の遅延時間と、当該電力変換器２０を示す電力変換器ＩＤと、が対応付けられた遅延情報を生成し、遅延情報を遅延部６３に出力する。

図４の例では、電力変換器２０Ｂの応答時間であるｂ秒が最も大きい。遅延時間算出部６２は、電力変換器２０Ｂの応答時間から電力変換器２０Ａの応答時間を減算し、その減算結果である（ｂ−ａ）秒を電力変換器２０Ａの遅延時間に設定する。同様に、遅延時間算出部６２は、電力変換器２０Ｂの応答時間から電力変換器２０Ｃの応答時間を減算し、その減算結果である（ｂ−ｃ）秒を電力変換器２０Ｃの遅延時間に設定する。遅延時間算出部６２は、電力変換器２０Ｂの遅延時間を０秒に設定する。

遅延部６３は、指令信号の送信タイミングを調整する。遅延部６３は、遅延時間算出部６２から受け取った遅延情報に基づいて、指令信号の送信タイミングを遅らせる。具体的には、遅延部６３は、電力指令値算出部６１から各電力変換器２０に送信するための指令信号を受け取ると、制御装置３２に内蔵されたメモリに指令信号を一旦格納する。遅延部６３は、各電力変換器２０の遅延時間だけ送信タイミングを遅らせる。図４の例では、遅延部６３は、まず、電力変換器２０Ｂに指令信号を送信する。そして、遅延部６３は、電力変換器２０Ｂに指令信号を送信してから（ｂ−ｃ）秒後に電力変換器２０Ｃに指令信号を送信する。そして、遅延部６３は、電力変換器２０Ｂに指令信号を送信してから（ｂ−ａ）秒後に電力変換器２０Ａに指令信号を送信する。

遅延部６３は、制御装置３２に内臓されたクロック（不図示）を用いて、遅延時間をカウントする。つまり、クロックの動作周波数に応じて、遅延時間が経過する間に出力されるクロックパルス数が決まるので、遅延部６３は、クロックパルスをカウントし、カウント値が遅延時間に応じたクロックパルス数に達すると、遅延時間が経過したと判定する。遅延部６３は、遅延時間が経過したと判定すると、指令信号をメモリから読み出して電力変換器２０に送信する。

このように構成された蓄電システム１では、上位コントローラ３０の遅延時間算出部６２が、記憶装置３１に記憶されている応答時間テーブルを読み出し、各電力変換器２０の応答時間に基づいて、各電力変換器２０の遅延時間を算出する。そして、遅延時間算出部６２は、電力変換器２０の遅延時間と、当該電力変換器２０を示す電力変換器ＩＤと、が対応付けられた遅延情報を生成し、遅延情報を遅延部６３に出力する。この遅延情報の出力は、電力指令値算出部６１が動作する前に行われる。

続いて、発電装置２の発電量Ｐｇに応じて、上位コントローラ３０の電力指令値算出部６１が蓄電システム１全体として必要な電力を算出する。そして、電力指令値算出部６１は、例えば、蓄電装置１０のＳＯＣに応じて、各蓄電装置１０に対する電力指令値Ｐｄｃ^＊を算出し、算出した電力指令値Ｐｄｃ^＊と、当該電力指令値Ｐｄｃ^＊の送信先の電力変換器２０を示す電力変換器ＩＤと、を含む指令信号を遅延部６３に出力する。そして、遅延部６３は、遅延時間算出部６２から受け取った遅延情報から、指令信号に含まれる電力変換器ＩＤに対応付けられた遅延時間を抽出し、当該指令信号の送信タイミングを遅延時間だけ遅延する。

これにより、上位コントローラ３０から各電力変換器２０への指令信号の送信タイミングが調整される。この送信タイミングの時間差によって、電力変換器２０の応答時間の差が相殺され、各電力変換器２０がほぼ同じタイミングで蓄電装置１０の充放電制御を開始する。

以上説明した蓄電システム１では、電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの応答時間に基づいて、電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが蓄電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの充放電制御を開始するタイミングを合わせるように、各指令信号が遅延される。具体的には、電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの応答時間のうちの最も大きい応答時間を基準として、最も大きい応答時間を有する電力変換器２０に送信される指令信号よりも、他の電力変換器２０に送信される指令信号が、その電力変換器２０の応答時間と最も大きい応答時間との差分だけ遅延される。これにより、電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの応答時間の差分が、指令信号の遅延により相殺される。このため、電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの応答時間が異なるとしても、電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが同じタイミングで充放電制御を開始するように制御することができる。したがって、蓄電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが充放電するタイミングを合わせることができるので、所望の電力を充放電することが可能となる。その結果、発電装置２によって発電された発電量Ｐｇの変動を抑制することが可能となる。

また、蓄電システム１では、上位コントローラ３０が遅延部６３を備えている。このため、上位コントローラ３０から各電力変換器２０に指令信号を送信するタイミングが調整される。これにより、電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを変更することなく、蓄電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが充放電するタイミングを合わせることができ、蓄電システム１として所望の電力を充放電することが可能となる。

図５は、比較例の蓄電システムによる充放電電力のシミュレーション結果を示す図である。図６は、図２に示される蓄電システムによる充放電電力のシミュレーション結果を示す図である。図５及び図６において、横軸は時刻（秒）を示し、縦軸は電力（Ｗ）を示す。比較例の蓄電システム及び蓄電システム１では、各電力変換器の応答時間が異なっている。なお、比較例の蓄電システムは、蓄電システム１と比較して、遅延部６３を有しない点で相違する。

図５に示される比較例の蓄電システムでは、各電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの応答時間が異なるので、各電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが充放電制御を開始するタイミングも異なる。このため、蓄電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからの充放電電力Ｐｄｃの出力タイミングがばらついている。その結果、各蓄電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからの充放電電力Ｐｄｃの合計である出力電力Ｐｂが、必要な電力よりも初めは大きくなり、その後必要な電力よりも小さくなった。

これに対し、蓄電システム１では、各電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが充放電制御を開始するタイミングが一致している。このため、各蓄電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからの充放電電力Ｐｄｃの出力タイミングも一致している。その結果、各蓄電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからの充放電電力Ｐｄｃの合計である出力電力Ｐｂが、必要な電力と略一致した。つまり、蓄電システム１では、所望の電力を充放電することができた。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、各電力変換器２０が蓄電装置１０の充放電制御を同一のタイミングで開始させなくてもよい。例えば、上位コントローラ３０が遅延部６３を備えていない場合と比較して、各電力変換器２０が蓄電装置１０の充放電制御を開始するタイミングのばらつきが低減されるように、各電力変換器２０の遅延時間が調整されてもよい。

また、上記実施形態では、応答時間が最も大きい電力変換器２０に送信する指令信号の遅延時間が０秒に設定されているが、これに限られない。例えば、２台の電力変換器２０Ａ，２０Ｂについて、電力変換器２０Ａの応答時間、及び電力変換器２０Ｂの応答時間に基づいて、電力変換器２０Ａが蓄電装置１０Ａの充放電制御を開始するタイミングと電力変換器２０Ｂが蓄電装置１０Ｂの充放電制御を開始するタイミングとを合わせるように、電力変換器２０Ａに送信される指令信号及び電力変換器２０Ｂに送信される指令信号の遅延時間が調整されればよい。具体的には、遅延部６３は、電力変換器２０Ａの応答時間が電力変換器２０Ｂの応答時間よりも小さい場合に、電力変換器２０Ａの応答時間と電力変換器２０Ｂの応答時間との差分だけ、電力変換器２０Ａに送信される指令信号を電力変換器２０Ｂに送信される指令信号よりも遅延させればよい。このとき、電力変換器２０Ａに送信される指令信号だけでなく、電力変換器２０Ｂに送信される指令信号が遅延されてもよい。

また、上記実施形態では、上位コントローラ３０が遅延部６３を備えているが、これに限られない。遅延部は、蓄電装置１０の充放電を制御するための各制御信号が伝搬する伝搬経路中に設けられてもよい。このような制御信号としては、指令信号の他、操作量ＭＶ、及びＰＷＭ信号が挙げられる。以下、遅延部の配置の変形例について説明する。

図７は、図２に示される蓄電システムの別の例を示す図である。図７に示される蓄電システム１Ａは、蓄電システム１と比較して、上位コントローラ３０が遅延部６３を備えない点、及び各電力変換器２０の制御装置２５が遅延部５３を備える点において主に相違している。言い換えると、遅延部は、電力変換器２０Ａに送信される指令信号を遅延させるための遅延部５３（第１遅延部）と、電力変換器２０Ｂに送信される指令信号を遅延させるための遅延部５３（第２遅延部）と、電力変換器２０Ｃに送信される指令信号を遅延させるための遅延部５３と、を備える。また、蓄電システム１Ａでは、電力指令値算出部６１は各電力変換器２０に指令信号を一斉送信する。また、遅延時間算出部６２は各電力変換器２０に遅延情報を送信する。この遅延情報の送信は、一斉に行われてもよく、個別に行われてもよい。

遅延部５３は、制御装置２５の入力部に設けられ、操作量算出部５１に指令信号を出力するタイミングを調整する。遅延部５３は、遅延時間算出部６２から受け取った遅延情報に基づいて、指令信号の伝搬を遅らせる。具体的には、遅延部５３は、電力指令値算出部６１から指令信号を受け取ると、制御装置２５に内蔵されたメモリに指令信号を一旦格納する。遅延部５３は、遅延時間算出部６２から受け取った遅延情報によって示される遅延時間だけ操作量算出部５１に出力するタイミングを遅らせる。

図４の例では、電力変換器２０Ａの遅延部５３は、指令信号をメモリに格納してから（ｂ−ａ）秒後にメモリから指令信号を読み出し、読み出した指令信号を操作量算出部５１に出力する。電力変換器２０Ｂの遅延部５３は、メモリに指令信号を格納することなく、操作量算出部５１に指令信号を出力する。電力変換器２０Ｃの遅延部５３は、指令信号をメモリに格納してから（ｂ−ｃ）秒後にメモリから指令信号を読み出し、読み出した指令信号を操作量算出部５１に出力する。

各電力変換器２０の遅延部５３は、遅延部６３と同様に、制御装置２５に内臓されたクロック（不図示）を用いて、遅延時間をカウントする。つまり、クロックの動作周波数に応じて、遅延時間が経過する間に出力されるクロックパルス数が決まるので、遅延部５３は、クロックパルスをカウントし、カウント値が遅延時間に応じたクロックパルス数に達すると、遅延時間が経過したと判定する。遅延部５３は、遅延時間が経過したと判定すると、指令信号をメモリから読み出して操作量算出部５１に出力する。

以上の蓄電システム１Ａにおいても、蓄電システム１と同様の効果が奏される。また、各電力変換器２０が遅延部５３を備えているので、上位コントローラ３０は全ての電力変換器２０に対して指令信号を同じタイミングで送信し得る一方、各電力変換器２０において、受信した指令信号が個別に遅延される。これにより、上位コントローラ３０による指令信号の送信タイミングを変更することなく、蓄電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに対して充放電するタイミングを合わせることができ、所望の電力を充放電することが可能となる。

図８は、図２に示される蓄電システムのさらに別の例を示す図である。図８に示される蓄電システム１Ｂは、蓄電システム１Ａと比較して、各電力変換器２０の制御装置２５が遅延部５３に代えて遅延部５４を備える点において主に相違している。言い換えると、遅延部は、電力変換器２０Ａにおいて操作量ＭＶ（第１制御信号）を遅延させるための遅延部５４（第１遅延部）と、電力変換器２０Ｂにおいて操作量ＭＶ（第２制御信号）を遅延させるための遅延部５４（第２遅延部）と、電力変換器２０Ｃにおいて操作量ＭＶを遅延させるための遅延部５４と、を備える。

蓄電システム１Ｂでは、遅延部５４は、操作量算出部５１とＰＷＭ制御部５２との間に設けられ、操作量算出部５１から出力された操作量ＭＶを、ＰＷＭ制御部５２に出力するタイミングを調整する。遅延部５４は、遅延時間算出部６２から受け取った遅延情報に基づいて、操作量ＭＶの伝搬を遅らせる。具体的には、遅延部５４は、マルチプレクサと、複数のゲートＩＣ（Integrated Circuit）と、ディレイラインと、切替制御部と、を備える。ディレイラインは、複数のＬＣ回路が多段接続された回路である。ディレイラインは、複数のＲＣ回路が多段に接続された回路でもよい。ゲートＩＣは、ディレイラインの各段に設けられている。切替制御部は、遅延時間算出部６２から遅延情報を受け取り、遅延情報によって示される遅延時間に応じて、マルチプレクサに複数のゲートＩＣのうちの１つを選択させる。マルチプレクサは、複数のゲートＩＣからいずれか１つのゲートＩＣを選択し、選択したゲートＩＣに操作量算出部５１から受け取った操作量ＭＶを出力する。

この遅延部５４では、選択されるゲートＩＣによって、操作量ＭＶが経由するＬＣ回路の段数が変更される。このため、遅延情報によって示される遅延時間に応じて、操作量ＭＶが経由するＬＣ回路の段数を変更することにより、操作量ＭＶの伝搬が遅延される。

以上の蓄電システム１Ｂにおいても、蓄電システム１Ａと同様の効果が奏される。

図９は、図２に示される蓄電システムのさらに別の例を示す図である。図９に示される蓄電システム１Ｃは、蓄電システム１Ａと比較して、制御装置２５が遅延部５３を備えるのに代えて、電力変換器２０が遅延機構２６（遅延部）を備える点において主に相違している。言い換えると、遅延部は、電力変換器２０ＡにおいてＰＷＭ信号（第１制御信号）を遅延させるための遅延機構２６（第１遅延部）と、電力変換器２０ＢにおいてＰＷＭ信号（第２制御信号）を遅延させるための遅延機構２６（第２遅延部）と、電力変換器２０ＣにおいてＰＷＭ信号を遅延させるための遅延機構２６と、を備える。

遅延機構２６は、制御装置２５とスイッチング素子２１との間に設けられ、スイッチング素子２１にＰＷＭ信号を出力するタイミングを調整する。遅延機構２６は、遅延時間算出部６２から受け取った遅延情報に基づいて、ＰＷＭ信号の伝搬を遅らせる。具体的には、遅延機構２６は、マルチプレクサと、遅延時間の異なる複数のゲートＩＣと、切替制御部と、を備える。切替制御部は、遅延時間算出部６２から遅延情報を受け取り、遅延情報によって示される遅延時間に応じて、マルチプレクサに複数のゲートＩＣのうちの１つを選択させる。切替制御部は、例えば、複数のゲートＩＣの遅延時間のうちの最小の遅延時間に、遅延情報によって示される遅延時間を加えた遅延時間を算出し、算出した遅延時間を有するゲートＩＣを選択する。例えば、遅延情報によって示される遅延時間が０である場合には、切替制御部は、最小の遅延時間を有するゲートＩＣをマルチプレクサに選択させる。マルチプレクサは、複数のゲートＩＣからいずれか１つのゲートＩＣを選択し、選択したゲートＩＣにＰＷＭ制御部５２から受け取ったＰＷＭ信号を出力する。

このように、ゲートＩＣがデジタル信号を伝搬する際に、伝搬遅延が生じる。この遅延時間は、ゲートＩＣによって異なることがあるので、遅延機構２６では、この遅延時間の違いが利用される。このため、遅延情報によって示される遅延時間に応じて、ＰＷＭ信号が経由するゲートＩＣを変更することにより、ＰＷＭ信号の伝搬が遅延される。

以上の蓄電システム１Ｃにおいても、蓄電システム１Ａと同様の効果が奏される。

図１０は、図２に示される蓄電システムのさらに別の例を示す図である。図１０に示される蓄電システム１Ｄは、蓄電システム１と比較して、上位コントローラ３０が遅延部６３を備えない点、及び上位コントローラ３０と各電力変換器２０との間に遅延機構４０が設けられる点において主に相違している。言い換えると、遅延部は、電力変換器２０Ａに送信される指令信号を遅延させるための遅延機構４０（第１遅延部）と、電力変換器２０Ｂに送信される指令信号を遅延させるための遅延機構４０（第２遅延部）と、電力変換器２０Ｃに送信される指令信号を遅延させるための遅延機構４０と、を備える。また、蓄電システム１Ｄでは、電力指令値算出部６１は各遅延機構４０を介して各電力変換器２０に指令信号を一斉送信する。また、遅延時間算出部６２は各遅延機構４０に遅延情報を送信する。この遅延情報の送信は、一斉に行われてもよく、個別に行われてもよい。

遅延機構４０は、上位コントローラ３０と電力変換器２０との間に設けられ、上位コントローラ３０から電力変換器２０に送信される指令信号の伝搬時間を調整する。遅延機構４０は、遅延時間算出部６２から受け取った遅延情報に基づいて、指令信号の伝搬を遅らせる。遅延機構４０は、遅延機構２６と同様の構成を有している。

以上の蓄電システム１Ｄにおいても、蓄電システム１と同様の効果が奏される。また、蓄電システム１Ｄでは、上位コントローラ３０と各電力変換器２０との間に遅延機構４０が設けられるので、上位コントローラ３０は指令信号を同じタイミングで送信し得る一方、上位コントローラ３０から電力変換器２０への伝送経路において、指令信号が遅延される。これにより、上位コントローラ３０による指令信号の送信タイミング、及び電力変換器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの構成を変更することなく、蓄電装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに対して充放電するタイミングを合わせることができ、所望の電力を充放電することが可能となる。

また、蓄電システム１の遅延部６３、蓄電システム１Ａの遅延部５３、蓄電システム１Ｃの遅延機構２６、及び蓄電システム１Ｄの遅延機構４０は、デジタル信号の伝搬を遅延する。このため、例えば、遅延部６３及び遅延部５３は、遅延機構２６と同様の構成を有してもよい。また、遅延機構２６及び遅延機構４０は、遅延部５３と同様の構成を有してもよい。

また、遅延部６３、遅延部５３、遅延機構２６、及び遅延機構４０は、蓄電システム１Ｂの遅延部５４と同様の構成を有してもよい。この場合、ディレイラインの出力部にシュミットトリガ回路が設けられる。これにより、ディレイラインからの出力信号をデジタル信号とすることができる。

また、遅延部６３、遅延部５３、遅延機構２６、及び遅延機構４０は、タイマーブロックとして構成されてもよい。図１１は、タイマーブロックの詳細構成を示す図である。図１１に示されるように、タイマーブロック７０は、分周比Ｎと電流Ｉｓｅｔとに基づいて入力信号を周期Ｔｃｏｎｔｒｏｌだけ遅延させて、遅延させた入力信号を出力信号として出力する。この場合、遅延時間算出部６２は、遅延情報として、電流Ｉｓｅｔと、分周比Ｎと、をタイマーブロック７０に出力する。電流Ｉｓｅｔは、マスター発振器７１の遅延設定用の電流である。タイマーブロック７０は、例えば、ＩＣとして構成される。

具体的には、タイマーブロック７０は、マスター発振器７１と、分周器７２と、遅延時間制御部７３と、を備えている。マスター発振器７１は、遅延時間算出部６２から出力された電流Ｉｓｅｔを受信し、周期Ｔｍａｓｔｅｒのクロック信号を発生させる。周期Ｔｍａｓｔｅｒは、電流Ｉｓｅｔに反比例した値となる。周期Ｔｍａｓｔｅｒは、比例係数ｋを用いてｋ／Ｉｓｅｔと表される。分周器７２は、マスター発振器７１で発生されたクロック信号をＮ分周する。つまり、分周器７２によって分周されたクロック信号の周期Ｔｃｏｎｔｒｏｌは、Ｎ×ｋ／Ｉｓｅｔとなる。分周器７２は、分周されたクロック信号を遅延時間制御部７３に供給する。遅延時間制御部７３は、分周器７２から供給されたクロック信号を受信し、入力信号をその周期Ｔｃｏｎｔｒｏｌだけ遅延させる。遅延時間制御部７３は、遅延させた入力信号を出力信号として出力する。遅延時間制御部７３は、例えば、分周器７２から供給されたクロック信号に同期して動作するフリップフロップ等によって構成される。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…蓄電システム、２…発電装置、１０Ａ…蓄電装置（第１蓄電装置）、１０Ｂ…蓄電装置（第２蓄電装置）、２０Ａ…電力変換器（第１電力変換器）、２０Ｂ…電力変換器（第２電力変換器）、２６…遅延機構（遅延部）、３０…上位コントローラ、４０…遅延機構（遅延部）、５３…遅延部、５４…遅延部、６３…遅延部。

Claims (6)

1. 発電装置によって発電された電力の変動を平準化する蓄電システムであって、
   第１蓄電装置の充放電を制御する第１電力変換器と、
   第２蓄電装置の充放電を制御する第２電力変換器と、
   前記第１電力変換器及び前記第２電力変換器を制御する上位コントローラと、
   前記第１電力変換器に前記第１蓄電装置の充放電を制御させるための信号を前記上位コントローラが出力してから前記第１電力変換器が前記第１蓄電装置の充放電の制御を開始するまでの第１応答時間、及び前記第２電力変換器に前記第２蓄電装置の充放電を制御させるための信号を前記上位コントローラが出力してから前記第２電力変換器が前記第２蓄電装置の充放電の制御を開始するまでの第２応答時間に基づいて、前記第１電力変換器が前記第１蓄電装置の充放電の制御を開始するタイミングと前記第２電力変換器が前記第２蓄電装置の充放電の制御を開始するタイミングとを合わせるように、前記第１蓄電装置の充放電を制御するための第１制御信号及び前記第２蓄電装置の充放電を制御するための第２制御信号の遅延時間を調整する遅延部と、
   を備える、蓄電システム。
2. 前記遅延部は、前記第１応答時間が前記第２応答時間よりも小さい場合に、前記第１応答時間と前記第２応答時間との差分だけ、前記第１制御信号を前記第２制御信号よりも遅延させる、請求項１に記載の蓄電システム。
3. 前記上位コントローラは前記遅延部を備える、請求項１又は請求項２に記載の蓄電システム。
4. 前記遅延部は、前記第１制御信号を遅延させるための第１遅延部と、前記第２制御信号を遅延させるための第２遅延部と、を備える、請求項１又は請求項２に記載の蓄電システム。
5. 前記第１電力変換器は前記第１遅延部を備え、
   前記第２電力変換器は前記第２遅延部を備える、請求項４に記載の蓄電システム。
6. 前記第１遅延部は、前記上位コントローラと前記第１電力変換器との間に設けられ、
   前記第２遅延部は、前記上位コントローラと前記第２電力変換器との間に設けられる、請求項４に記載の蓄電システム。

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