JP2018160993A - 電力制御装置、方法及び発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置の劣化を抑制しつつ、電力系統への出力の変動を許容範囲内に抑制するための電力制御技術を提供する。【解決手段】電力制御装置３は、再生可能エネルギーによる発電装置１と、蓄電装置２とを有する発電設備から出力される電力を制御する。発電装置１の発電電力のモニタ値を平滑化処理して第１出力目標値を生成する目標出力演算部８１と、発電装置１からの出力である発電出力電力と蓄電装置２からの充放電電力とを合成した合成出力電力の時間的な変動が所定範囲内に抑制されるように、第１出力目標値とモニタ値との差分である第１充放電電力目標値ＰＢａｔｔ＊＊＊を、蓄電装置２の温度または蓄電装置２の許容充放電電力Ｐａｌｌｏｗに基づいて充放電電力目標値Ｐｂａｔｔ＊＊に補正する充放電電力補正部８２と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、再生可能エネルギーによる発電装置及び蓄電装置を有する発電設備から出力される電力の変動を抑制する技術に関する。

近年、環境問題等を考慮して太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー発電システムの導入が促進されている。再生可能エネルギー発電システムは、その性質上、出力電力の変動が大きい。従って、再生可能エネルギー発電システムと連系する電力系統の電圧変動や周波数変動を引き起こす可能性がある。これに対して、例えば特許文献１には、この対策として、再生可能エネルギー発電システムが蓄電装置を併設し、蓄電装置への充放電により再生可能エネルギー発電システムからの出力電力の変動を平滑化する技術が記載されている。

ＷＯ２０１６／０６３３５５

ところで、蓄電装置には、温度、充放電電力及び充電率（ＳＯＣ）等について好ましい使用条件が存在する。この使用条件の範囲を超えて充放電を繰り返すと、蓄電装置の劣化が進行する。

一方、蓄電装置が、好ましい使用条件の範囲でのみ動作することが許容されている場合、その範囲を超えた充放電指令が来てもこれに追従できない。そのため、再生可能エネルギーの発電出力と蓄電装置からの充放電出力の合成出力(システム出力)が電力系統の出力変動の許容範囲を超えてしまう可能性がある。

そこで、本発明の目的は、蓄電装置の劣化を抑制しつつ、電力系統への出力の変動を許容範囲内に抑制するための電力制御技術を提供することにある。

かかる課題を解決するために、本発明の一つの実施態様に係る電力制御装置は、再生可能エネルギーによる発電装置と、蓄電装置とを有する発電設備から出力される電力を制御する電力制御装置であって、前記発電装置の発電電力のモニタ値を平滑化処理して第１出力目標値を生成する目標出力演算部と、前記発電装置からの出力である発電出力電力と前記蓄電装置からの充放電電力とを合成した合成出力電力の時間的な変動が所定範囲内に抑制されるように、前記第１出力目標値と前記モニタ値との差分である第１充放電電力目標値を、前記蓄電装置の温度または前記蓄電装置の許容充放電電力に基づいて第２充放電電力目標値に補正する充放電電力補正部と、を有する。そして、前記第２充放電電力目標値に基づいて前記蓄電装置の充放電電力が制御される。

再生可能エネルギー発電システムの全体図。 統括コントローラのブロック図。 出力補正部の詳細を示すブロック図。 ＳＯＣ補正演算部の説明図。 ＳＯＣ補正演算部の演算処理を示すフローチャート。 許容電力補正演算部の説明図。 許容電力と温度に基づいて出力を補正する処理を示すフローチャート。 温度に基づいて出力を補正する処理を示すフローチャート。 実施形態２における再生可能エネルギー発電システムの全体図。 実施形態２の統括コントローラのブロック図。 実施形態２の出力補正方法を示す説明図。 許容電力に基づいて出力を補正する処理を示すフローチャート。 温度に基づいて出力を補正する処理を示すフローチャート。 実施形態３における再生可能エネルギー発電システムの全体図。 実施形態３の統括コントローラのブロック図。 実施形態３の出力補正方法を示す説明図。 実施形態４における再生可能エネルギー発電システムの全体図。 実施形態４の統括コントローラのブロック図。 実施形態４の発電量予測波形の作成法を示す説明図。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。本発明を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

本実施形態では、再生可能エネルギー発電装置として、太陽光発電システムを例に挙げて説明するが、これに限らず風力発電装置等にも適用可能である。また、太陽光発電システムを水電解装置や水素発電機などのシステムに追加して使用することも可能である。

[実施形態１]
図１は、本発明の第１の実施形態に係る再生可能エネルギー発電システム１００の全体構成を示すブロック図である。

再生可能エネルギー発電システム（以下、単に「発電システム」と称する場合もある）１００は電力系統２００に連系されている。発電システム１００は、太陽光発電装置（以下、単に「発電装置」と称する場合もある）１と、蓄電装置２と、電力制御装置３とを備える。発電装置１及び蓄電装置２は接続点ｃｐを介して電力系統２００に電気的に接続されており、発電装置１から出力された発電出力電力Ｐｐｖと、蓄電装置２から入出力された充放電電力ＰＢａｔｔの総和である合成出力電力が、太陽光発電システム１００のシステム出力Ｐｓｙｓとして電力系統２００に供給される。蓄電装置２の充放電動作により、発電装置１の発電出力電力Ｐｐｖを平滑化している。

発電装置１は、太陽光パネル４及び太陽光用パワーコンディショナ５（以下、「太陽光ＰＣＳ５」と称す）を有する。太陽光パネル４は、例えば、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、微結晶シリコン型、アモルファスシリコン型等のシリコン系の太陽電池を複数直並列接続することにより構成することができる。また、太陽光パネル４を、例えば、ＩｎＧａＡｓ系、ＧａＡｓ系、ＣＩＳ系（カルコバライト系）等の化合物系の太陽電池を複数直並列接続することにより構成してもよい。さらに、本実施形態では、太陽光パネル４を構成する太陽電池として、例えば、色素増感太陽電池、有機薄膜太陽電池等の有機系の太陽電池を用いてもよい。また、太陽光ＰＣＳ５は太陽光パネル４から出力された直流の発電電力を交流に変換し、発電出力電力Ｐｐｖとして電力系統２００に出力する。したがって、電力系統２００に供給される発電出力電力Ｐｐｖは、太陽光ＰＣＳ５の定格出力により制限される。ここで、本実施形態では太陽光パネル４を用いた太陽光発電装置を例に挙げて説明しているが、太陽光パネル４を風車に置き換えた、風力発電装置としても良い。

蓄電装置２は、蓄電池用パワーコンディショナ６（以下、「蓄電池用ＰＣＳ６」と称す）及び蓄電池７から構成されている。蓄電池７から出力される直流の充放電電力は蓄電池ＰＣＳ６で交流に変換し、充放電電力ＰＢａｔｔとして電力系統２００に出力される。なお、蓄電池ＰＣＳ６及び上述の太陽光ＰＣＳ５は、系統連系インバータと称される場合もある。蓄電池７は、例えば鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池、ニッケル・水素蓄電池など二次電池により構成される。

電力制御装置３は、発電システム１００のシステム出力の変動を抑制するための機能を有する。電力制御装置３は、例えば、統括コントローラ８、通信ネットワーク９（インターネット等）、外部コントローラ１０、及び端末１１を有する。電力制御装置３内において、統括コントローラ８は、通信ネットワーク９を介して、外部コントローラ１０と通信可能に接続され、外部コントローラ１０は、シリアルバス又はパラレルバス等を介して端末１１に接続される。

このような構成の電力制御装置３では、オペレータが発電システム１００から離れた場所に設置された外部コントローラ１０を介して、統括コントローラ８の処理動作を制御することができる。例えば、オペレータが端末１１を操作することにより、外部コントローラ１０を介して統括コントローラ８にアクセスし、各種制御に必要な各種設定値などを入力することができる。また、例えば、オペレータは、発電システム１００の状態（動作状況）を端末１１に表示することができる。なお、本実施形態では、電力制御装置３に外部コントローラ１０、通信ネットワーク９及び端末１１が含まれる構成例を説明するが、本発明はこれに限定されず、これらの構成が電力制御装置３の外部に設けられていてもよい。

統括コントローラ８は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）及びメモリ等を有する計算機により構成される。統括コントローラ８は通信網を介して、太陽光用ＰＣＳ５、蓄電池用ＰＣＳ６及び蓄電池７と接続されている。この場合、通信接続態様は任意に設定することができ、例えば、無線通信及び有線通信のいずれの態様でも適用することができる。統括コントローラ８は、詳細は後述するが、太陽光用ＰＣＳ５により計測される発電出力電力Ｐｐｖのモニタ信号（以下、「発電出力モニタ信号Ｐｐｖ＿ｆｂ」と称す）を取得する。なお、発電出力モニタ信号Ｐｐｖ＿ｆｂは、太陽光用ＰＣＳ５とは別個に設けられた電力計等により計測されてもよい。また、統括コントローラ８は、蓄電池７から充電状態の情報を含む信号（以下、「ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）信号」と称す」）、電池温度Ｔ，許容電力Ｐａｌｌｏｗを取得する。ここで許容電力Ｐａｌｌｏｗは、許容充電電力と許容放電電力とからなり、一定値ではなくＳＯＣに応じて変動する。なお、統括コントローラ８によるこれらの各種信号（各種情報）の取得動作は、定期的に行ってもよいし、不定期で行ってもよい。また、統括コントローラ８は、太陽光用ＰＣＳ５から入力された発電出力モニタ信号Ｐｐｖ＿ｆｂに基づいて、電力変動を抑制（補償）するための各種演算を行う。例えば、統括コントローラ８は、入力された発電出力モニタ信号Ｐｐｖ＿ｆｂに基づいて、変動抑制の目安となるシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を演算する。統括コントローラ８は、さらに、システム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊に基づいて最終充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊を求め、蓄電池用ＰＣＳ６へ制御指令を出力する。なお、蓄電池用ＰＣＳ６（蓄電装置２）は、統括コントローラ８の制御指令に含まれる最終充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊に基づいて、電力系統２００に対する充放電電力ＰＢａｔｔの調整（制御）を行う。例えば、蓄電池用ＰＣＳ６（蓄電装置２）は、充放電電力ＰＢａｔｔが最終充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊と同じ値となるように制御する。これにより、システム出力Ｐｓｙｓが、システム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊と同じ値となるように制御される。これらの演算を実行するための統括コントローラ８の内部構成については、後で詳述する。

図１では、太陽光用ＰＣＳ５及び蓄電池用ＰＣＳ６を、それぞれ単体にて設置する場合を示しているがこれに限られない。例えば、多数の太陽光パネル４を備えるメガソーラ等の大規模な太陽光発電システム１００では、複数の太陽光パネル４に応じて複数台の太陽光用ＰＣＳ５を設置すると共に、複数の蓄電池７に対応して複数台の蓄電池用ＰＣＳ６を設置としても良い。この場合、統括コントローラ８は、システム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を複数台の太陽光用ＰＣＳ５の合計値として演算してもよい。また、同様に統括コントローラ８は、最終充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊を複数台の蓄電用ＰＣＳ６の合計値として演算してもよい。

また、既設あるいは新設の発電装置（太陽光パネル４及び太陽光用ＰＣＳ５）１に蓄電装置２を接続することにより、本実施形態の発電システム１００を容易に構成することができる。また、既設の太陽光パネル４、蓄電池７、太陽光用ＰＣＳ５、及び蓄電池用ＰＣＳ６を有する設備に対して、電力制御装置３を接続することにより、本実施形態の発電システム１００を容易に構成できる。

図２は統括コントローラ８のブロック図である。

統括コントローラ８は、システム目標値演算部８１、出力補正部８２及び変動率補正部８３を有する。

システム目標値演算部８１は、発電装置１の太陽光用ＰＣＳ５から入力される発電出力モニタ信号Ｐｐｖ＿ｆｂに基づいて、システム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を算出する。システム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊とは、電力系統２００に出力するシステム出力電力の目標値である。システム目標値演算部８１は平滑化部８１１を有する。平滑化部８１１は、発電出力モニタ信号Ｐｐｖ＿ｆｂに基づいて、発電電力のモニタ値を平滑化してシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を得る。平滑化の演算としては、移動平均方式や一時遅れなどのローパスフィルタ演算などを用いることができる。

出力補正部８２には、システム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊と発電出力モニタ信号Ｐｐｖ＿ｆｂとの差分である初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊と、システム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊と、蓄電池７のＳＯＣ、温度Ｔ及び許容電力Ｐａｌｌｏｗとが入力される。出力補正部８２は、システム出力Ｐｓｙｓの時間的な変動が所定範囲内に抑制されるように、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊を、蓄電池７のＳＯＣ、温度Ｔまたは許容充放電電力Ｐａｌｌｏｗに基づいて中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊に補正する。出力補正部８２の処理の詳細は後述する。

変動率補正部８３には、算出された中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊が入力される。変動率補正部８３は、システム出力Ｐｓｙｓの変動が電力系統２００により要求される所定の変動範囲内に収まるように中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊を補正し、最終充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊とする。最終充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊は蓄電池用ＰＣＳ６へ入力される。

発電システム１００は、電力系統２００を管理する送配電気事業者などとの間で取り決められた変動の範囲（例えば、変動率の上限ｎ％）内で、電力系統２００へ電力を供給しなければならない。例えば、北海道電力の管轄内では、１分間のＰｓｙｓの変動が、発電所定格出力の１％以下という要件がある。

図３は出力補正部８２の示すブロック図である。

出力補正部８２は、ＳＯＣ判定部８２１、温度判定部８２２、許容電力判定部８２３、切換部８２４、スイッチ８２５、ＳＯＣ補正演算部８２６、温度補正演算部８２７及び許容電力補正演算部８２８を有する。

ここで、蓄電池７には、その劣化を抑制し長寿命化を図るために、所定のパラメータに関して推奨される値の範囲が許容範囲として定められている。本実施形態では、蓄電池７のＳＯＣ及び温度のいずれかまたは両方について、それぞれの上限値及び下限値からなる許容範囲が予め定められていてもよい。蓄電池７の充放電電力については、ＳＯＣに応じて変動する許容電力Ｐａｌｌｏｗにより許容範囲が定まる。なお、許容電力Ｐａｌｌｏｗは、許容充電電力の上限値と許容放電電力の上限値とからなる。本実施形態では、出力補正部８２が以下に説明するようにして、蓄電池７がＳＯＣ、温度及び充放電電力についてこの許容範囲内で動作するように制御する。

例えば、出力補正部８２は、蓄電池７から現時点のＳＯＣ、温度Ｔ、許容電力Ｐａｌｌｏｗを取得する。そして、ＳＯＣ判定部８２１が、現在のＳＯＣが前述の許容範囲内のＳＯＣであるか否かを判定する。温度判定部８２２が、現在の温度Ｔが前述の許容範囲内の温度であるか否かを判定する。許容電力判定部８２３が、中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊が許容電力Ｐａｌｌｏｗの範囲内であるか否かを判定する。

ＳＯＣ判定部８２１、温度判定部８２２及び許容電力判定部８２３の判定結果が切換部８２４に入力される。切換部８２４は、これらの判定結果に基づいて、ＳＯＣ、温度及び充放電電力のいずれか一つを示す切替信号をスイッチ８２５へ出力する。ＳＯＣ、温度及び充放電電力のいずれか一つのパラメータが許容範囲を超えているときは、切換部８２４は許容範囲を超えたパラメータを特定する切替信号をスイッチ８２５へ出力する。ＳＯＣ、温度及び充放電電力の２つ以上のパラメータが許容範囲を超えているときは、切換部８２４は所定の優先順位に従って、許容範囲を超えているパラメータのうちの一つを特定する切替信号をスイッチ８２５へ出力する。例えば、充放電電力を第１優先順位であってもよい。あるいは、ＳＯＣまたは温度が第１優先順位でもよい。

ＳＯＣ補正演算部８２６は、蓄電池７のＳＯＣに基づいて初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊を補正する。例えば、ＳＯＣ補正演算部８２６は、蓄電池７のＳＯＣが前述の許容範囲を逸脱せず、システム出力Ｐｓｙｓの変動が所定範囲内に収まるように、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊の補正演算をする。ＳＯＣ補正演算部８２６の詳細な処理は後述する。

温度補正演算部８２７は、蓄電池７の温度に基づいて初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊を補正する。例えば、温度補正演算部８２７は、蓄電池７の温度が前述の許容範囲を逸脱せず、システム出力Ｐｓｙｓの変動が所定範囲内に収まるように、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊の補正演算をする。温度補正演算部８２７の詳細な処理は後述する。

許容電力補正演算部８２８は、蓄電池７の許容電力Ｐａｌｌｏｗに基づいて初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊を補正する。例えば、許容電力補正演算部８２８は、蓄電池７の充放電電力が許容電力Ｐａｌｌｏｗを逸脱せず、システム出力Ｐｓｙｓの変動が所定範囲内に収まるように、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊の補正演算をする。許容電力補正演算部８２８の詳細な処理は後述する。

スイッチ８２５は、ＳＯＣ補正演算部８２６、温度補正演算部８２７及び許容電力補正演算部８２８のいずれか一つの演算結果に基づいて中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊を定める。例えば、スイッチ８２５は、ＳＯＣ補正、温度補正、許容電力補正の３つの補正モードのうち、切換部８２４の切換信号が示すパラメータに対応するいずれか一つの補正モードを選択する。スイッチ８２５がＳＯＣ補正モードを選択したときは、ＳＯＣ補正演算部８２６の演算結果が中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊として出力される。スイッチ８２５が温度補正モードを選択したときは、温度補正演算部８２７の演算結果が中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊として出力される。スイッチ８２５が充放電電力補正モードを選択したときは、許容電力補正演算部８２８の演算結果が中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊として出力される。

これにより、システム出力Ｐｓｙｓの変動が所定範囲内に収まるため、変動抑制性能を保つことができる。更に、蓄電池７で許容された範囲を超えて充放電が行われないため、蓄電池７の劣化を抑制することもできる。

なお、出力補正部８２は、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊の補正が不要な場合は、補正を行わず初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊を中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊として出力する。

図４はＳＯＣ補正演算部８２６の処理の一例の説明図である。

同図の上段はＳＯＣの時間変化を示す。同図の下段はシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊の時間変化を示す。ＳＯＣ補正演算部８２６は、ＳＯＣを監視している。そして、同図に示すように時刻ｔ１においてＳＯＣが許容範囲の下限値（Ｘ％）に達すると、ＳＯＣ補正演算部８２６はシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を減少させるように補正する減少補正出力Ｐｌｉｍ＿ｄを算出する。これに応じて、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊が補正されて、充電電力が増えるように中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊が定まる。スイッチ８２５がＳＯＣ補正モードの場合はこの中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊が出力され、これにより、システム出力Ｐｓｙｓが減少するので、その分の放電電力が減少（または充電電力が増加）し、ＳＯＣが増加する。そして、同図に示すように時刻ｔ２においてＳＯＣが所定の閾値（Ｙ％）に達すると、ＳＯＣ補正演算部８２６はシステム出力Ｐｓｙｓを増加させる増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕを算出する。これにより、システム出力Ｐｓｙｓが増加し、システム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊へ近づいていく。

これにより、ＳＯＣが許容範囲からの逸脱を防止することができる。

ここで、減少補正出力Ｐｌｉｍ＿ｄは、システム出力Ｐｓｙｓの変動の許容範囲内の傾きａ１（第１角度）を持つ直線あるいは曲線である。増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕは、システム出力Ｐｓｙｓの変動の許容範囲内の傾きａ２（第２角度）を持つ直線あるいは曲線である。ここで、ａ２＝−ａ１でよい。

図５は、ＳＯＣ補正演算部８２６の演算処理を説明するフローチャートである。

ＳＯＣ補正演算部８２６がＳＯＣを監視し、ＳＯＣ＜Ｘ％が検出されると（ステップ１０：Ｙｅｓ）、ＳＯＣ補正演算部８２６は減少補正出力Ｐｌｉｍ＿ｄの変化レートａ１を算出する（ステップ１１）。ＳＯＣ補正演算部８２６は、この変化レートａ１を用いて減少補正出力Ｐｌｉｍ＿ｄを算出し、システム出力がシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊から減少補正出力Ｐｌｉｍ＿ｄに切り換わるように中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊を算出する（ステップ１２）。

ＳＯＣ補正演算部８２６がＳＯＣを監視し、ＳＯＣ＞Ｙ％が検出されると（ステップ１３：Ｙｅｓ）、ＳＯＣ補正演算部８２６は増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕの変化レートａ２を算出する（ステップ１４）。ＳＯＣ補正演算部８２６は、この変化レートａ２を用いて増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕを算出し、システム出力がシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊から増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕに切り換わるように中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊を算出する（ステップ１５）。

ＳＯＣ補正演算部８２６は、増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕとシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊が交差するか否かを判定する（ステップ１６）。交差する場合は（ステップ１６：Ｙｅｓ）、増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕからシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊に切り替え、通常モードに戻る（ステップ１７）。

ここで、ＳＯＣが上限に達した場合でも同様の制御が可能である。例えば、ＳＯＣが所定の上限値に達すると、ＳＯＣ補正演算部８２６がシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕに切換える。その後、ＳＯＣが減少して所定値よりも小さくなった場合、システム出力の目標値を減少補正出力Ｐｌｉｍ＿ｄに切換える。この出力の切り換えにより、蓄電池の充電量が減少するため、ＳＯＣの使用可能範囲からの逸脱を防止することができる。

図６は許容電力補正演算部８２８の処理の一例の説明図である。上記の例では、ＳＯＣが許容範囲から逸脱せず、かつ、システム出力の変動も許容範囲になるように中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊を算出したが、次に説明する許容電力補正演算部８２８は、充放電電力が許容電力Ｐａｌｌｏｗの範囲から逸脱せず、かつ、上記と同様にシステム出力の変動も許容範囲になるように中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊を算出する。

同図の上段は充放電電力の時間変化を示す（充電をプラス、放電をマイナスで表示）。同図の下段はシステム出力の時間変化を示す。同図に示すように時刻ｔ３において充電電力が許容充電電力に近づくかまたは超過すると、許容電力補正演算部８２８は、中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊が許容充放電電力Ｐａｌｌｏｗの範囲内であり、かつ、中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊に基づくシステム出力が第１角度で増加または減少するように、中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊を定める。例えば、許容電力補正演算部８２８は、ＳＯＣ補正演算部８２６と同様に、システム出力がシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊よりも増加させるように増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕを算出する。これに応じて、許容電力補正演算部８２８は、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊を中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊に補正する。スイッチ８２５が許容電力補正モードの場合はこの充電電力中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊が採用され、これにより、システム出力が増加するので、その分の充電電力が減少する。

許容電力補正演算部８２８は、中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊が所定値になると、中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊に基づくシステム出力が第２角度で減少または増加するように中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊を定める。例えば、許容電力補正演算部８２８は、同図に示すように時刻ｔ４において中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊が所定の閾値に達すると、許容電力補正演算部８２８は、ＳＯＣ補正演算部８２６と同様に、増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕにより増加したシステム出力を減少させるように補正する減少補正出力Ｐｌｉｍ＿ｄを算出する。その結果、システム出力が減少し、再びシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊へ近づいていく。

ここで，放電電力が許容放電電力に近づくかまたは超過する場合でも同様の制御が可能である。例えば，放電電力が許容放電電力に近づくかまたは超過すると，許容電力補正演算部８２８がシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を減少補正出力Ｐｌｉｍ＿ｄに切換える。その後、中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊が所定の閾値に達すると、許容電力補正演算部８２８は、減少補正出力Ｐｌｉｍ＿ｄにより減少したシステム出力を増加させるように補正する増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕを算出する。その結果、システム出力が増加し、再びシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊へ近づいていく。

これにより、充放電電力が許容範囲からの逸脱を防止することができる。

ここで、増加補正出力Ｐｌｉｍ＿ｕは、システム出力Ｐｓｙｓの変動の所定範囲内の傾きｂ１（第１角度）を持つ直線あるいは曲線である。減少補正出力Ｐｌｉｍ＿ｄは、システム出力Ｐｓｙｓの変動の所定範囲内の傾きｂ２（第２角度）を持つ直線あるいは曲線である。ここで、ｂ２＝−ｂ１でよい。

図７は、許容電力補正演算部８２８の別の処理手順の一例を示すフローチャートである。

許容電力補正演算部８２８は、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊が許容電力Ｐａｌｌｏｗの範囲を超過するかを判定する（ステップＳ２０）。ここで、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊が許容電力Ｐａｌｌｏｗの範囲を超過する場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、許容電力補正演算部８２８は、蓄電池７の温度Ｔが所定温度以下であるかを判定する（ステップＳ２１）。蓄電池７の温度Ｔが所定温度以下である場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、許容電力補正演算部８２８は、一時的に許容電力Ｐａｌｌｏｗの上限値を超える充放電電力を許可する(ステップ２２)。

蓄電池７は電池温度Ｔが高温ではない場合に、短時間であれば許容電力Ｐａｌｌｏｗを超える高出力で充放電させても影響は大きくない。その性質を利用し、一時的に許容電力Ｐａｌｌｏｗの上限値を超えた充放電を許容することでで、システム出力Ｐｓｙｓの変動を所定範囲内に抑えることが出来る。

図８は、温度補正演算部８２７の処理手順の一例を示すフローチャートである。

温度補正演算部８２７は、電池温度Ｔが所定温度以下であるかを判定する（ステップＳ３０）。温度Ｔが所定温度以下であるときは（ステップＳ３０：Ｙｅｓ）、温度補正演算部８２７は充放電電力を増加させる（ステップＳ３１）。

蓄電池７は所定以上の高温で使用すると劣化が進行する一方、あまりに低温では電池性能が発揮できない。そこで、電池温度Ｔが所定温度以下の場合に充放電電力を増加させることで、電池温度を上昇させ、安定的に電池性能を発揮できるようにすることができる。また、充放電電力を増加させることで、システム出力Ｐｓｙｓの傾きの絶対値は小さくなる傾向にあるため、システム出力Ｐｓｙｓの許容範囲を超えて変動することはない。

[実施形態２]
図９は、本発明の第２の実施形態に係る再生可能エネルギー発電システム１１０の全体構成を示すブロック図である。第２の実施形態では、第１の実施形態の発電システム１００における統括コントローラ８に代えて、太陽光用ＰＣＳ５へ発電出力制限Ｐｐｖ＿ｌｉｍの指令値を送信する統括コントローラ１２を有する。

図１０は、第２の実施形態に係る統括コントローラ１２のブロック図である。

統括コントローラ１２は、システム目標値演算部８１と、出力補正部８２と、変動率補正部８３と、発電出力制限部８４とを有する。出力補正部８２は、第１の実施形態と同様に、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊を補正し、中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊を出力する。

第１の実施形態において、蓄電池７の充電時にＳＯＣや充電電力が上限値に達し、出力補正部８２により、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊が中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊に補正された場合、つまり充電電力の目標値が低下した場合、そのままでは差分の電力（ＰＢａｔｔ^＊＊＊−ＰＢａｔｔ^＊＊）により、システム出力Ｐｓｙｓが変動（増加）し、所定範囲の変動範囲を逸脱する可能性がある。

そこで、本実施形態では、発電出力制限部８４が発電出力電力Ｐｐｖを上記の差分電力（ＰＢａｔｔ^＊＊＊−ＰＢａｔｔ^＊＊）の分、抑制するようにしてもよい。これにより、システム出力Ｐｓｙｓの変動を所定範囲内に抑えることができる。

図１１は、発電出力制限部８４による出力補正方法を示す説明図である。
上段はシステム出力の時間変化を示す。下段は充放電電力の時間変化を示す。
発電出力制限部８４は、Ｐｂａｔｔ^＊＊＊−Ｐｂａｔｔ^＊＊を入力として受け付ける。出力補正部８２で初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊が補正されない間は、発電出力制限部８４の入力は０である。時刻ｔ５になると、充電電力が許容充電電力に達するので、第１の実施形態で説明したように、出力補正部８２で初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊が中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊に補正される。発電出力制限部８４は、この差分電力（ＰＢａｔｔ^＊＊＊−ＰＢａｔｔ^＊＊）をＰｐｖ＿ｌｉｍとして、発電出力電力Ｐｐｖから減少させるようにＰＣＳ５へ指示をする。これにより、図１１の上段に示すように、ＰＣＳ５からは、発電電力からＰｐｖ＿ｌｉｍだけ少ない電力が発電出力電力Ｐｐｖとして出力されるようになる。

これにより、システム出力Ｐｓｙｓの変動を所定範囲内に抑制できる。

図１２は、許容電力Ｐａｌｌｏｗに基づいて発電出力電力Ｐｐｖを補正する処理を示すフローチャートである。

まず、出力補正部８２が、初期充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊＊が許容充電電力に近づくかまたはこれを超過するか否かを判定する（ステップ４０）。初期充放電目標値Ｐｂａｔｔ^＊＊＊が許容充電電力を超過する場合は（ステップ４０：Ｙｅｓ）、出力補正部８２が、充電電力が許容充電電力を超えないように中間充放電目標値ＰＢａｔｔ^＊＊を算出する（ステップ４１）。

発電出力制限部８４は、ステップ４１で充電電力を減少させたことにより発生する、初期充放電目標値Ｐｂａｔｔ^＊＊＊と中間充放電目標値Ｐｂａｔｔ^＊＊の差分を発電出力制限Ｐｐｖ＿ｌｉｍとしてＰＣＳ５へ通知し、時刻ｔ５からΔｔの間、発電出力電力Ｐｐｖを制限させる（ステップ４２）。

図１３は、蓄電池７の温度に基づいて発電出力電力Ｐｐｖを補正する処理を示すフローチャートである。

まず、出力補正部８２が、蓄電池７の温度が所定温度以上であるか否かを判定する（ステップ５０）。蓄電池７の温度が所定温度以上である場合は（ステップ５０：Ｙｅｓ）、出力補正部８２が、充電電力が許容充電電力を超えないように中間充放電目標値Ｐｂａｔｔ^＊＊を算出する（ステップ５１）。

発電出力制限部８４は、ステップ５１で充電電力を減少させたことにより発生する、初期充放電目標値Ｐｂａｔｔ^＊＊＊と中間充放電目標値Ｐｂａｔｔ^＊＊の差分をＰｐｖ＿ｌｉｍとしてＰＣＳ５へ通知し、発電出力電力Ｐｐｖを制限させる（ステップ５２）。

なお、本実施形態では、充放電電力及び蓄電池７の温度が所定範囲を超えないように制御する場合を例に説明しているが、ＳＯＣが所定範囲内になるように、出力補正部８２及び発電出力制限部８４が同様の制御を実施してもよい。

[実施形態３]
図１４は、本発明の第３の実施形態に係る再生可能エネルギー発電システム１２０の全体図である。第３の実施形態の発電システム１２０は、第２の実施形態の発電システム１１０に発電量予測部１３を追加した構成となっている。

統括コントローラ１２は、発電量予測部１３の発電予測値Ｐｐｖ＿ｐｒｅを用いてシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を算出する。本実施形態によれば、太陽光発電や風力発電など気象により発電が変動しやすい再生可能エネルギー発電の発電出力を予測することで、発電出力の急変に対してあらかじめ制御しておくことが可能となる。

図１５は、第３の実施形態における統括コントローラ１２と発電量予測部１３との関係を示すブロック図である。

同図に示すように、発電量予測部１３の出力である発電予測値Ｐｐｖ＿ｐｒｅが、統括コントローラ１２のシステム目標値演算部８１への入力値になっている。システム目標値演算部８１は、発電予測値Ｐｐｖ＿ｐｒｅの変動の中心を通るようなシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を作成する。システム目標値演算部８１は、例えば、発電予測値Ｐｐｖ＿ｐｒｅを平滑化してシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を作成してもよい。

図１６は、第３の実施形態の出力補正方法を示す説明図である。

上記のようにシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊が作成されるので、システム出力Ｐｓｙｓが発電出力電力Ｐｐｖの変動の中心を通るようになる。これにより、充放電出力ＰＢａｔｔの充電と放電のバランスが取れるため、急な充電あるいは急な放電が生じることが少なくなる。したがって、充放電出力ＰＢａｔｔが許容電力Ｐａｌｌｏｗを逸脱すること、及び電池温度Ｔが上昇し、上限温度を超過することの防止が容易になる。これにより、システム出力Ｐｓｙｓの変動を所定範囲内に抑えるだけでなく、蓄電池７の劣化も抑制することができる。

[実施形態４]
図１７は、本発明の第４の実施形態に係る再生可能エネルギー発電システム１３０の全体図である。第４の実施形態の発電システム１３０は、第２の実施形態の発電システム１１０に日射量測定部１４及び日射量変換部１５を追加した構成となっている。

日射量変換部１５は、日射量測定部１４が測定した日射量を変換して日射量変換電力Ｐｓｏｌｏｒを算出する。日射量変換電力Ｐｓｏｌｏｒは、日射量に基づく発電量の予測値である。第１及び第２の実施形態の発電電力モニタ値Ｐｐｖ＿ｆｂに代えて、日射量変換電力Ｐｓｏｌｏｒが統括コントローラ１２に入力される。

図１８は、第４の実施形態における統括コントローラ１２と日射量変換部１５との関係を示すブロック図である。

同図に示すように、日射量変換部１５の出力である日射量変換電力Ｐｓｏｌｏｒが、統括コントローラ１２のシステム目標値演算部８１への入力値になっている。システム目標値演算部８１は、日射量変換電力Ｐｓｏｌｏｒに基づき、発電予測値Ｐｐｖの変動の中心を通るようなシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を作成する。システム目標値演算部８１は、例えば、日射量変換電力Ｐｓｏｌｏｒを平滑化してシステム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊を作成してもよい。

図１９は、第４の実施形態での発電電力の予測波形の作成法を示す説明図である。

システム目標値演算部８１は、例えば、日射量変換部１５で作成された日射量変換電力Ｐｓｏｌｏｒに移動平均処理を施し、日射量変換電力の移動平均Ｐｓｏｌｏｒ＿ＭＡを算出する。算出された日射量変換電力の移動平均Ｐｓｏｌｏｒ＿ＭＡを平行移動し、実際の発電出力電力Ｐｐｖの立ち上がりタイミングと合致させることで、システム出力目標値Ｐｓｙｓ^＊としてもよい。

本実施形態では、高価な発電量予測部１３を使用しないため、低コストで第３の実施形態と同様の効果を得ることが出来る。

本実施形態によれば、システム出力を許容範囲内に抑えるため逸脱を回避し、売電量が確保できる。更に、電池を使用可能範囲内で使用するため、電池劣化を抑制することができる。

１ 発電装置
２ 蓄電装置
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
６ 蓄電池用パワーコンディショナ
８、１２ 統括コントローラ
１３ 発電量予測部
１４ 日射量測定部
１５ 日射量変換部
８１ システム目標値演算部
８２ 出力補正部
８３ 変動率補正部
８４ 発電出力制限部
８２１ ＳＯＣ判定部
８２２ 温度判定部
８２３ 許容電力判定部
８２４ 切換部
８２５ スイッチ
８２６ 補正演算部
８２７ 温度補正演算部
８２８ 許容電力補正演算部

Claims (11)

1. 再生可能エネルギーによる発電装置と、蓄電装置とを有する発電設備から出力される電力を制御する電力制御装置であって、
   前記発電装置の発電電力のモニタ値を平滑化処理して第１出力目標値を生成する目標出力演算部と、
   前記発電装置からの出力である発電出力電力と前記蓄電装置からの充放電電力とを合成した合成出力電力の時間的な変動が所定範囲内に抑制されるように、前記第１出力目標値と前記モニタ値との差分である第１充放電電力目標値を、前記蓄電装置の温度または前記蓄電装置の許容充放電電力に基づいて第２充放電電力目標値に補正する充放電電力補正部と、を有し、
   前記第２充放電電力目標値に基づいて前記蓄電装置の充放電電力が制御される、電力制御装置。
2. 前記充放電電力補正部は、
   前記蓄電装置の充電率に基づいて、前記第１充放電電力目標値を補正する第１演算部と、
   前記蓄電装置の温度に基づいて、前記第１充放電電力目標値を補正する第２演算部と、
   前記充電装置の許容充電電力及び許容放電電力に基づいて、前記第１充放電電力目標値を補正する第３演算部と、をさらに有し、
   前記第１、第２及び第３演算部のいずれか一つの演算結果に基づいて前記第２充放電電力目標値を定める、請求項１記載の電力制御装置。
3. 前記充放電電力補正部は、
   前記第１充放電電力目標値が前記許容充放電電力の範囲内でなく、かつ、前記発電装置の温度が所定温度以下であるときは、前記第１充放電電力目標値と同じ値を前記第２充放電電力目標値とする、請求項１記載の電力制御装置。
4. 前記充放電電力補正部は、
   前記第１充放電電力目標値が、前記許容充電電力または前記許容放電電力に近づくか、または超過したとき、前記第２充放電電力目標値が前記許容充放電電力の範囲内であり、かつ、前記第２充放電電力目標値に基づく前記合成出力電力が第１角度で増加または減少するように、前記第２充放電電力目標値を定め、
   前記第２充放電電力目標値が所定値になると、前記第２充放電電力目標値に基づく前記合成出力電力が第２角度で減少または増加するように、第２充放電電力目標値を定める、請求項１記載の電力制御装置。
5. 前記第１角度と前記第２角度とは、その絶対値が同一に設定される、請求項４記載の電力制御装置。
6. 前記充放電電力補正部は、
   前記蓄電装置の温度が所定温度以上であるとき、前記第１充放電電力目標値よりも充電電力を減少させた前記第２充放電電力目標値に補正し、
   前記電力制御装置は、
   前記発電出力電力が、前記第１出力目標値から、前記第１充放電電力目標値と前記第２充放電電力目標値との差分に相当する電力を減少させた第２出力目標値になるように、前記発電出力を制限する出力制限部をさらに有する、請求項１記載の電力制御装置。
7. 前記充放電電力補正部は、
   前記第１充放電電力目標値が、前記許容充電電力に近づくかまたは超過したとき、前記第１充放電電力目標値よりも充電電力を減少させた前記第２充放電電力目標値に補正し、
   前記電力制御装置は、
   前記発電出力電力が、前記第１出力目標値から、前記第１充放電電力目標値と前記第２充放電電力目標値との差分に相当する電力を減少させた第２出力目標値になるように、前記発電出力を制限する出力制限部をさらに有する、請求項１記載の電力制御装置。
8. 前記発電装置の発電電力量を予測する予測システムをさらに有し、
   前記目標出力演算部は、前記発電電力のモニタ値に変えて、前記予測システムで予測された発電電力量の予測値を平滑化処理して、前記第１出力目標値を生成する、請求項１記載の電力制御装置。
9. 前記予測システムは、
   日射量を測定する日射量測定部と、
   前記日射量測定部で測定された日射量に基づいて前記発電装置の発電電力量を予測する日射量変換部と、をさらに有し、
   前記目標出力演算部は、前記発電電力のモニタ値に変えて、前記日射量変換部で予測された発電電力量の予測値を平滑化処理して、前記第１出力目標値を生成する、請求項１記載の電力制御装置。
10. 再生可能エネルギーによる発電装置と、蓄電装置とを有する発電設備から出力される電力を制御する電力制御装置が行う電力制御方法であって、
    目標出力演算部が、前記発電装置の発電電力のモニタ値を平滑化処理して第１出力目標値を生成し、
    充放電電力補正部が、前記発電装置からの出力である発電出力電力と前記蓄電装置からの充放電電力とを合成した合成出力電力の時間的な変動が所定範囲内に抑制されるように、前記第１出力目標値と前記モニタ値との差分である第１充放電電力目標値を、前記蓄電装置の温度または前記蓄電装置の許容充放電電力に基づいて第２充放電電力目標値に補正し、
    前記第２充放電電力目標値に基づいて前記蓄電装置の充放電電力が制御される、方法。
11. 再生可能エネルギーによる発電装置と、蓄電装置とを有する発電システムであって、
    前記発電装置の発電電力を計測し、発電電力のモニタ値出力する発電モニタ部と、
    前記発電モニタ部が出力した発電電力のモニタ値を平滑化処理して第１出力目標値を生成する目標出力演算部と、
    前記発電装置からの出力である発電出力電力と前記蓄電装置からの充放電電力とを合成した合成出力電力の時間的な変動が所定範囲内に抑制されるように、前記第１出力目標値と前記モニタ値との差分である第１充放電電力目標値を、前記蓄電装置の温度または前記蓄電装置の許容充放電電力に基づいて第２充放電電力目標値に補正する充放電電力補正部と、
    前記第２充放電電力目標値に基づいて前記蓄電装置の充放電電力を制御する制御部と、を有する発電システム。
    
    
    
    

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