JP3738227B2

JP3738227B2 - 二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法およびシステム

Info

Publication number: JP3738227B2
Application number: JP2002078906A
Authority: JP
Inventors: 鉄雄佐々木; 恵一山本; 道雄広瀬
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2002-03-20
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2022-03-20
Also published as: JP2003284244A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法およびシステムに関し、特に、レドックスフロー電池やナトリウム硫黄電池などの二次電池を用いて、電力系統異常時に需要家構内の設備の電力供給，電力品質維持を行うとともに、常時は瞬動予備力，運転予備力，待機予備力などのアンシラリーサービスへ対応させるアンシラリーサービス提供方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力取引市場とは、基本的には１時間単位で電力量を取引する市場であるが、一方で電気の生産即消費という性質による貯蔵が困難という特性を踏まえると、電力系統の運用については、その安定性や品質を維持することを目的として瞬時瞬時の需給バランスをとる必要がある。
【０００３】
欧米などにおいても電力自由化以前は、周波数制御などの連系系統の運用に伴って提供される電力品質の維持に関する機能（付加価値）は、電気事業の垂直統合体制のもと、一括して顧客へ提供されていた。
【０００４】
しかしながら、電力自由化後は、各種の電力品質の維持に関する機能が分離され、負荷周波数制御などの連系系統運用サービスは、一般にアンシラリーサービス（Ancillary Service；補助的サービス）として、電力量取引とは別に取引されることになった。アンシラリーサービスは補助的なサービスという意味であるが、電力品質の維持の観点からは必要不可欠なサービスであり、この付加価値の提供がなされなければ、電力系統を安定にかつ信頼性を維持した運用はできない。
【０００５】
アンシラリーサービスについては、NERC（The North America Electric Reliability Council；北米電力信頼度協議会）において、各種アンシラリーサービス項目について定義されており、以下にその代表的な項目について説明する。
（ａ）レギュレーション
分単位の負荷変動が発生した場合、制御地域がそれに応じて均衡を保つことができるようにAGC（Automatic Generation Control）によって適切な発電機応答容量を提供して、１０分未満の需給アンバランスをNERCの制御評価指数CPS（Control Performance Standard）に合致するようにリアルタイムで発電機の出力をＩＳＯ(Individual System Operation)などの制御信号に従って自動制御するサービスである。
（ｂ）ロードフォローイング
レギュレーションではより長い時間および日間にわたる負荷変動に対応するために必要な発電および電力融通容量を提供するサービスである。
（ｃ）エネルギーインバランス
エネルギーインバランスは制御地域の境界内における受電点または需給点における計画値と実測値の差分を補償するサービスであり、このサービスは負荷と発電の両方に適用される。インバランスの決済に際しては、許容偏差の逸脱有無により異なった価格を用いて決済することにより、需給バランスが確保される。
（ｄ）瞬動予備力
ＩＳＯなどから指令を受けてから１０分以内に出力可能な容量を系統に同期並列している発電機により提供するサービスである。
（ｅ）運転予備力
ＩＳＯなどから指令を受けてから１０分以内に出力可能な容量を発電機により提供する。または、１０分以内に抑制可能な負荷により提供するサービスである。
（ｆ）バックアップ供給
バックアップ供給とは、発電容量であり、発電停止または送電系統の停止による送電不可時には代替として、また顧客負荷が発電容量を超過した場合は不足分を補足するために使用されるサービスである。
（ｇ）システムコントロール
連系系統の信頼性を補償するために必要な総合的な活動からなり、送電制約を最小限にするため、および偶発事故または外乱後の復旧を行うために必要なサービスである。
（ｈ）無効電力補償
電源の発生する無効電力を制御して送電系統の運用をサポートするサービスであり、系統の変化に応じて送電系統の電圧を連続的に調整する能力を含む。
（ｉ）送電ロス補償
電力損失の代替および送電サービスに伴う送電線提供者の送電系統での損失を補う電力量を提供するサービスである。
（ｊ）系統安定化
送電線提供者または制御地域がＮＥＲＣやその地域の信頼性要件を満たすことを可能とするため、発電所において必要とされる特定機器，装置，ソフトウエアまたはシステムの購入，運用および保守を提供するサービスである。
（ｋ）全停復旧
全停時に、運転状態ヘ復旧して電力を供給するまでの過程を電力系統の支援なしに行える発電機の能力を提供するサービスである。
【０００６】
ところで、レドックスフロー電池やナトリウム硫黄電池といった二次電池は夜間の電力で充電し、昼間に放電するという負荷平準化としての役割が期待されている。また、これら二次電池は、出力指令に対する応答速度が非常に高く、充放電の繰り返しに対する劣化が少ないことから需給制御への適用などが期待されている。さらに、これら二次電池は、短時間の過負荷に対する耐性が高いことから過負荷領域を使用することによって短周期の周波数変動などを吸収する需給制御や瞬動予備などのアンシラリーサービス全般へ適用することも可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在、図８に示すように、各発電所からの電力が変電所２１…２５を介して各需要家に供給されている。そして、負荷周波数制御は、中央給電指令所から出力調整に融通性がある火力発電所，水力発電所，可変速水力発電所といった周波数調整用発電所１１，１２に対して出力調整信号を送り、各発電所の発電出力を調整し、負荷変動を吸収することで行っている。
【０００８】
一方、負荷周波数制御やガバナフリー制御や予備力出力などのアンシラリーサービスは発電機で行われており、高速に応答でき過負荷能力のある二次電池を用いてアンシラリーサービスを提供できれば周波数安定性の向上と発電効率の向上が期待できる。
【０００９】
また、二次電池を用いた常時インバータ給電方式により、瞬時電圧低下や瞬時停電や短時間停電などの系統事故時に負荷を停電させないようにすることが行われている。さらに、系統側との連系をコンバータではなく、安価で損失の低い半導体スイッチまたは遮断器で行って系統事故時に連系を分離して二次電池システムにより負荷に給電するシステムが実用化されている。その場合に、二次電池制御システムの短時間過負荷能力が活かされておらず、そのための具体的な制御方法は考えられていない。
【００１０】
それゆえに、この発明の主たる目的は、二次電池の高速応答性と過負荷能力を生かして、電力系統異常時に需要家構内の設備の電力供給，電力品質維持を行なうとともに、常時は負荷周波数制御（アンシラリーサービス）の速応性を高めかつ発電効率を向上させ、瞬動予備力・運転予備力・待機予備力など（アンシラリーサービス）へ対応させる二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法およびシステムを実現することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供する方法であって、電力系統に接続される充電可能な二次電池と、二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムを介して電力系統に電力を供給し、負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを二次電池システムに分担させ、二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家のために、予め設定された期間の、需要家が設置する二次電池システム内の二次電池のアンシラリーサービス提供量または提供能力を積算して記録することを特徴とする。
【００１２】
また、この発明は、電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供する方法であって、電力系統に接続される充電可能な二次電池と、二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムを介して電力系統に電力を供給し、負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを二次電池システムに分担させ、二次電池システムの外部における電圧値および電流値を測定し、その測定値に基づき二次電池システムの出力における上下限値の推定値を算出し、必要な出力変更指令量の総量を二次電池システムと他の発電設備を含む調整対象設備のそれぞれにおける能力値の範囲内で配分し、配分された出力変更指令量を二次電池システムに出力することを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、出力変更指令量は所定の時間ごとに二次電池システムに出力することを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、さらに、電力系統の周波数状況に基づき必要な出力変更指令量を算出し、その出力変更指令量と、上下限値の推定値に基づく出力変更指令量とに基づいて能力値の範囲内で配分することを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、出力変更指令は負荷周波数制御システムまたは予備力制御システムが出力変更指令量を二次電池システムに出力することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供する方法であって、電力系統に接続される充電可能な二次電池と、二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムを介して電力系統に電力を供給し、負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを二次電池システムに分担させ、二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家における電力系統との連系点の電力潮流を測定し、測定した電力潮流が設定した範囲を超えるときには、超えない方向に予め設定した値または推定した能力値の範囲で二次電池システムの出力を増加または減少させることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供する方法であって、電力系統に接続される充電可能な二次電池と、二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムを介して電力系統に電力を供給し、負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを二次電池システムに分担させ、二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家の構内で系統事故を検知したことに応じて、構内設備の周波数および電圧値を計測し、その計測値に基づいて二次電池システムの出力指令値を算出することを特徴とする。
【００１８】
好ましくは、二次電池システムの外部における電圧値および電流値を測定し、その測定値に基づき二次電池システムの出力における上下限値の推定値を算出して出力指令値と上下限値の推定値とを比較し、推定値が出力指令値よりも大きいときは出力指令値を二次電池システムに出力し、出力指令値が推定値よりも大きいときは推定値を二次電池システムに出力することを特徴とする。
【００１９】
好ましくは、推定値が出力指令値よりも小さいときは、両者の差に相当する需要家構内の負荷を選定し、選定した負荷への電力供給を遮断することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供するシステムであって、電力系統に接続される充電可能な二次電池と、二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムと、二次電池システムを介して電力系統に電力を供給し、負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを二次電池システムに分担させるように制御する制御手段を備え、制御手段は、二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家のために、予め設定された期間の、需要家が設置する二次電池システム内の二次電池のアンシラリーサービス提供量または提供能力を積算して記録することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供するシステムであって、電力系統に接続される充電可能な二次電池と、二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムと、二次電池システムを介して電力系統に電力を供給し、負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを二次電池システムに分担させるように制御する制御手段を備え、制御手段は、二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家における電力系統との連系点の電力潮流の測定値が設定した範囲を超えるときには、超えない方向に予め設定した値または推定した能力値の範囲で二次電池システムの出力を増加または減少させるように制御することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供するシステムであって、電力系統に接続される充電可能な二次電池と、二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムと、二次電池システムを介して電力系統に電力を供給し、負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを二次電池システムに分担させるように制御する制御手段を備え、制御手段は、二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家の構内で系統事故を検知したことに応じて、構内設備の周波数および電圧値の計測値に基づいて二次電池システムの出力指令値を算出することを特徴とする。
【００２３】
好ましくは、制御手段は、二次電池システムの外部における電圧値および電流値の測定値に基づき、二次電池システムの出力における上下限値の推定値を算出して出力指令値と上下限値の推定値とを比較し、推定値が出力指令値よりも大きいときは出力指令値を二次電池システムに出力し、出力指令値が推定値よりも大きいときは推定値を二次電池システムに出力することを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の一実施形態における二次電池を用いたアンシラリーサービスである負荷周波数制御の概念図である。この発明では電圧管理や周波数管理を高速応答性があり、立上げの速いレドックスフロー電池のような二次電池に分担させる。このために、図１に示すように、一次，二次，配電用変電所２１，２２，２４や需要家の設備構内にレドックスフロー電池などの二次電池３１…３６が分散配置される。レドックスフロー電池は時間が短ければ、定格以上の特性が得られるという特徴があるので、短い時間の瞬時停電対策などをとることができる。
【００２７】
各二次電池の設置箇所３１…３６には、図示しない中央給電指令所との間に通信手段が設けられており、中央給電指令所からの出力調整信号を受け、各個所要の出力調整を行うことで電力系統の負荷周波数制御が行なわれる。二次電池の高速応答性と過負荷能力とを利用し、負荷周波数制御の信号としてＡＣＥ（Area Control Error)の瞬時値を用い、二次電池を高速に応答させて制御効率を上げる。
【００２８】
ここで、上記需要家で特別高圧受電の需要家の場合、電力会社が設置している光ファイバケーブルを通信手段として兼用することができる。また、二次電池を設置し、アンシラリーサービスの分担を許容する需要家に対してアンシラリーサービスの割戻しなど、二次電池設置・負荷周波数制御能力の分担・予備力確保に対するインセンテイブが設けられる。
【００２９】
図２はこの発明の一実施形態の二次電池を用いたアンシラリーサービスを実現するための二次電池システムにおける全体の構成を示すブロック図である。
【００３０】
図１に示した発電所１１，１２や変電所２１…２５を接続する系統１０は、系統制御システム４０によって制御される。系統制御システム４０は中央給電指令所に設置されており、負荷周波数制御システム４１と予備力制御システム４２とを含む。負荷周波数制御システム４１および予備力制御システム４２は、常時、周波数制御およびガバナフリー制御を行うための指令値を、また、電源が電力需要家に比べて大幅に不足したような場合には予備力制御を行うための指令値を、それぞれ各需要家の構内に設置されている二次電池制御システム５０に出力する。
【００３１】
このために、負荷周波数制御システム４１および予備力制御システム４２は、それぞれ特願２００２−３５７１０号に示されているように、二次電池の電気的等価回路モデルを作成し、二次電池システムの電圧値・電流値という外部状態量に基づき二次電池システムの出力における上下限値の推定値を算出するための二次電池シミュレーション装置を有している。
【００３２】
また、各需要家の構内ごとに検出器５１と遮断器５２とＤＣ／ＡＣコンバータ５３とレドックスフロー電池などの二次電池５４が配置されている。検出器５１は電圧低下や周波数変動や電力変動などを検出し、その検出信号を需要家設備制御システム６０に与える。遮断器５２は半導体スイッチなどによって構成されており、検出器５１が系統事故による異常を検出したとき、需要家の構内設備を系統１０から切り離す。
【００３３】
二次電池制御システム５０からＤＣ／ＡＣコンバータ５３に電力指令が与えられている。ＤＣ／ＡＣコンバータ５３はその電力指令に応じて、二次電池５４からの直流電圧を交流電圧に変換して、常時は系統１０と需要家構内の負荷Ｌ１〜Ｌ３に電力を供給するか、または系統１０から電力が供給されて交流電圧を直流電圧に変換して二次電池５４を充電する。パイロットセル検出器５５は二次電池５４内のパイロットセルの電圧低下を検出して、その検出信号を二次電池制御システム５０に与える。
【００３４】
二次電池制御システム５０は二次電池システムの外部状態量を負荷周波数制御システム４１と予備力制御システム４２とに送信し、負荷周波数制御システム４１と予備力制御システム４２とから出力変更指令量が二次電池制御システムに送信される。また、二次電池制御システム５０が負荷周波数制御システム４１および予備力制御システム４２が有するような、二次電池システムの外部状態量に基づき、二次電池システムの出力における上下限値の推定値を算出するための二次電池シミュレーション装置を有している場合には、上記外部状態量を負荷周波数制御システム４１と予備力制御システム４２とに送信しなくてもよい。
【００３５】
需要家設備制御システム６０には各負荷Ｌ１〜Ｌ３から負荷電力値が与えられ、二次電池制御システム５０から系統事故時の電力不足値が与えられ、系統事故時に電力が不足するときは需要家設備制御システム６０から負荷Ｌ１〜Ｌ３に対して遮断指令が与えられる。また、需要家設備制御システム６０には、系統事故が発生したときのために、二次電池システムの外部状態量に基づき二次電池システムの出力における上下限値の推定値を算出するための二次電池シミュレーション装置を有していることもある。
【００３６】
図３はこの発明の一実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。次に、図１〜図３を参照して、予備力指令優先時の動作について説明する。図２に示す二次電池制御システム５０は、ステップ（図示ではＳＰと略称する）ＳＰ１において、検出器５１の検出出力に基づいて当該二次電池システムの外部状態量である、電圧値および電流値を測定する。次に、ステップＳＰ２で負荷周波数制御を行うのと平行して、ステップＳＰ３において予備力制御を行う。負荷周波数制御ではステップＳＰ２１〜２５の処理が行われ、予備力制御ではステップＳＰ３１〜３５の処理が行なわれる。
【００３７】
まず、ステップＳＰ２の負荷周波数制御について説明する。ステップＳＰ２１において、二次電池システムはステップＳＰ１で推定された外部状態量を系統制御システム４０の負荷周波数制御システム４１に送信する。ステップＳＰ２２において、系統制御システム４０内の負荷周波数制御システム４１は二次電池システム５０の外部状態量を受信し、ステップＳＰ２３において、負荷周波数制御システム４１内の二次電池システムシミュレーション装置が二次電池システム５０の外部状態量に基づき、当該二次電池システム５０の出力における上下限値（推定能力値）を算出する。また、平行してステップＳＰ２６において、負荷周波数制御システム４１は必要な出力変更指令量の総量を算出する。
【００３８】
ステップＳＰ２４において、負荷周波数制御システム４１は必要な出力変更指令量の総量を当該二次電池システムと火力発電所などとを含む調整対象設備のそれぞれの能力値の範囲内で配分する。ステップＳＰ２５において、負荷周波数制御システム４１は当該二次電池システムに配分された出力変更指令値ＰＢ１２を二次電池制御システム５０に送信するとともに、他の火力発電所などにも平行して送信する。このステップＳＰ２に含まれる各処理は、たとえば２秒ごとに１回行なわれる。
【００３９】
次に、ステップＳＰ３の予備力制御について説明する。ステップＳＰ３１において、二次電池制御システム５０はステップＳＰ１で推定された外部状態量を系統制御システム４０内の予備力制御システム４２に送信する。ステップＳＰ３２において、予備力制御システム４２が二次電池システムの外部状態量を受信し、ステップＳＰ３３において、予備力制御システム４２内の２次電池システムシミュレーション装置が二次電池システムの外部状態量に基づき、当該二次電池システムの出力における上下限値（推定能力値）を算出する。
【００４０】
また、平行してステップＳＰ３６において予備力制御システム４２は必要な出力変更指令量の総量を算出する。ステップＳＰ３４において、予備力制御システム４２は必要な出力変更指令量の総量を当該二次電池システムと火力発電所などとを含む調整対象設備のそれぞれの能力値の範囲内で配分する。ステップＳＰ３５において、予備力制御システム４２は当該二次電池システムに配分された出力変更指令値ＰＣ１２を二次電池制御システム５０に送信するとともに、他の火力発電所などにも平行して送信する。
【００４１】
ステップＳＰ３の各処理のうち、ステップＳＰ３１からステップＳＰ３３まではたとえばステップＳＰ２内の各処理と同じく２秒ごとに１回行われ、ステップＳＰ３６は常時は行われず（つまり総量０が算出され）、周波数低下などにより予備力制御が必要なときに起動されて総量が算出され、そのときにステップＳＰ３４以下の処理が行なわれる。つまり、常時はステップＳＰ３内の各処理により０が出力されているが、必要時に正の配分値が出力される。
【００４２】
ステップＳＰ４において、ステップＳＰ２で配分された負荷周波数制御配分値ＰＢ１２と、ステップＳＰ３で配分された予備力制御配分値ＰＣ１２を二次電池制御システム５０が受信し、ステップＳＰ５において二次電池制御システム５０が二次電池システム５０の有効電力指令値Ｐを予備力指令優先方式で決定する。すなわち、予備力制御配分値ＰＣ１２＝０であれば有効電力指令値Ｐ＝負荷周波数制御配分値ＰＢ１２に設定し、予備力制御配分値ＰＣ１２＞０であれば有効電力指令値Ｐ＝予備力制御配分値ＰＣ１２に設定する。この動作は、常時はたとえば２秒ごとに指令値が更新されるが、予備力制御が行われたときには割り込みにより、予備力制御配分値が優先されて指令値Ｐになるというように制御が行なわれる。
【００４３】
ステップＳＰ６において、二次電池制御システム５０は有効電力出力指令値ＰをＤＣ／ＡＣコンバータ５３に出力する。ＤＣ／ＡＣコンバータ５３は二次電池５４からの電力量が出力された有効電力指令値Ｐになるように変換する。
【００４４】
上述のごとく、図３の実施形態では、ステップＳＰ２の負荷周波数制御において、二次電池システムの推定能力値を負荷周波数制御システム４１が算出していた。しかし、負荷周波数制御システム４１が、この推定能力値を算出せず予め設定された上下限値の範囲内でその配分値を二次電池システムに送信し、二次電池制御システム５０が自ら算出した推定能力値の範囲内でその配分値を制限し、その結果をステップＳＰ５で使用するという方法も考えられる。この場合には、ステップＳＰ２１において、二次電池制御システム５０が、当該二次電池システムの外部状態量を負荷周波数制御システム４１に送信する必要はない。同様に、ステップＳＰ３の予備力制御システム４２においても、このような方法も考えられる。
【００４５】
また、系統制御システム４０が行っている指令量の配分機能を、二次電池制御システム５０自体が、検出器５１から得た周波数情報と予め設定した周波数垂下率から算出した出力変化量に基づいて行う方法もある。これは、中央給電指令所の遠隔指令を受けないローカル制御である発電機のガバナフリー機能と類似の方法である。この場合にはステップＳＰ２１において、二次電池制御システム５０が、当該二次電池システムの外部状態量を負荷周波数制御システム４１に送信する必要はない。同様に、ステップＳＰ３の予備力制御システム４２においても、このようなローカル制御が考えられる。このようなローカル制御を採用した場合には、二次電池制御システム５０が、その推定能力値を算出して、その範囲内で有効電力指令値を制限する。
【００４６】
さらに、図３の実施形態では、ステップＳＰ５において、負荷周波数制御配分値ＰＢ１２と予備力制御配分値ＰＣ１２の両者のうち、予備力制御配分値を優先する方法をとっていた。他の方法として、単純にこれらの数値を組合せて有効電力指令値Ｐとする「指令合成方式」、下記のような「場合分け合成方式」など、各種の合成方式が考えられる。
【００４７】
ＰＢ１２＞０、ＰＣ１２＞０のときには、Ｐ＝Ｍａｘ（ＰＢ１２，ＰＣ１２）
ＰＢ１２＞０、ＰＣ１２＜０のときには、Ｐ＝ＰＢ１２＋ＰＣ１２
ＰＢ１２＜０、ＰＣ１２＞０のときには、Ｐ＝ＰＢ１２＋ＰＣ１２
ＰＢ１２＜０，ＰＣ１２＜０のときには、Ｐ＝Ｍｉｎ（ＰＢ１２，ＰＣ１２）
図４は推定能力値の範囲で逆潮流を防止する動作を説明するためのフローチャートである。この実施形態では系統の連系点の電力潮流を測定し、電力潮流が設定した範囲を超えるときには、超えない方向に予め設定した値または推定能力値の範囲で、二次電池システムの出力を増加または減少させるように制御する。
【００４８】
図４を参照して具体的に説明する。ステップＳＰ１１において、二次電池制御システム５０は検出器５１の検出出力に基づいて当該二次電池システムの外部状態量である、電圧値および電流値を測定し、ステップＳＰ１２において、二次電池制御システム５０内の２次電池システムシミュレーション装置が二次電池システムの外部状態量に基づき、当該二次電池システムの出力の上下限値（推定能力値）を算出する。また、平行して、ステップＳＰ１４において、当該二次電池制御システム５０が系統１０との連係点の電力潮流Ｐｉを測定し、電力潮流Ｐｉの正負を次のように定義する。
【００４９】
系統１０ → 需要家のときＰｉ＞０
系統１０ ← 需要家のときＰｉ＜０
ステップＳＰ１３において、二次電池制御システム５０が逆潮流を防止するために、当該二次電池システムの有効電力出力指令値を算出し、次の指令を出力する。
【００５０】
Ｐｉ＜０：推定能力値の範囲内で有効電力出力指令値を｜Ｐｉ｜だけ減少させる。
【００５１】
Ｐｉ≧０：有効電力出力指令値を維持する。
これらのステップＳＰ１１〜ＳＰ１４の処理は、たとえば１分ごとに１回行なわれる。
【００５２】
上述のごとくこの実施形態によれば、電力潮流が設定した範囲を超えるときには、超えない方向に予め設定した値または推定能力値の範囲で、二次電池システムの出力を増加または減少させるように二次電池制御システム５０により制御することができる。
【００５３】
図４の実施形態では、逆潮流を防止するための機能を実現したが、系統から負荷に流れる電力の最大値を設定値Ｐｍａｘ以下に制限する（ピークカット）のための機能を実現するには、ステップＳＰ１３において次のようにする。
【００５４】
Ｐｉ＞Ｐｍａｘのとき：推定能力値の範囲内で有効電力出力指令値を｜Ｐｉ−Ｐｍａｘ｜だけ増加させる。
【００５５】
Ｐｉ≦Ｐｍａｘのとき：有効電力出力指令値を維持する。
もちろん、逆潮流を防止するための機能とピークカットを行うための機能とを、同様に行うこともできる。
【００５６】
図５は、瞬時電圧低下や短時間停電などの系統事故時の動作を示すフローチャートである。このような事故時には速やかに遮断器５２が開放されて、系統側の電圧低下の影響が需要家構内に及ばないようにされる。つまり、ＤＣ／ＡＣコンバータ５３から出力される交流電圧により、需要家構内の電圧が維持される。
【００５７】
次に、図５に示すステップＳＰ４１において、需要家設備制御システム６０が検出器５１の検出出力に基づいて系統事故の発生を検知すると、ステップＳＰ４２において需要家設備制御システム６０が検出器５１の検出出力に基づいて、需要家構内の周波数・電圧値を計測し、それを基に二次電池システムへの出力指令値Ｐを算出し、二次電池制御システム５０へ指令値Ｐを送信する。
【００５８】
ステップＳＰ４３において二次電池制御システム５０は需要家設備制御システム６０から指令値Ｐを受信し、ステップＳＰ４４において二次電池制御システム５０は二次電池システムの外部状態量である電圧，電流を測定する。ステップＳＰ４５において、二次電池制御システム５０内の二次電池シミュレーション装置が二次電池システムの外部状態に基づき、二次電池システムの出力における上下限値の推定値（推定能力値）を算出する。
【００５９】
ステップＳＰ４６において、二次電池制御システム５０は、推定能力値と指令値Ｐとを比較し、次のように処理を行なう。
推定能力値≧Ｐのとき：指令値ＰをＤＣ／ＡＣコンバータ５３に指令し、推定能力値の方が等しいか大きいことを需要家設備制御システム６０に送信する。
推定能力値＜Ｐのとき：推定能力値をＤＣ／ＡＣコンバータ５３に指令し、指令値Ｐ推定能力値の方が等しいか大きいことを需要家設備制御システム６０に送信する。
【００６０】
ステップＳＰ４７において、需要家設備制御システム６０が二次電池制御システム５０から判定結果を受信し、推定能力値の方が小さい場合には、その差に相当する需要家構内の負荷Ｌ１〜Ｌ３を選定し、選定された負荷を制御するシステムに遮断指令を送信する。これらの制御がたとえば１０秒ごとに繰り返される。このようにして、二次電池システムの能力を最大限に生かして短時間停電が発生したときの影響を最小限に抑制することができる。さらに、停電が継続する場合には、別に設置されたディーゼルエンジンによる発電などの外部用電源システムが起動されることもある。
【００６１】
図５の実施形態では、ステップＳＰ４２において、需要家設備システム６０が、需要家構内の周波数・電圧値を計測し、それを基に二次電池システムへの出力指令値を算出していた。しかし、系統事故が発生して需要家構内が系統から分離された直後は、周波数・電圧の変動が激しいので、安定して負荷機器が稼動を継続できるようにするために、分離後に最初に測定・指令が行なわれるまでの時間は、分離直前に予め計測していた需要家構内の負荷電力量をそのまま二次電池システムへの出力指令値として採用し、測定と計算の時間を省略することが好ましい。また、次のサイクルからは、測定・指令サイクルの中間では、以前の指令値が保持される。
【００６２】
また、ステップＳＰ４５，ＳＰ４６において、需要家設備制御システム６０からの指令値を、二次電池制御システム５０が、二次電池システムの推定能力値を算出してその範囲内で、制約していた。ここで、二次電池の推定能力値を使用しない次のような方法で、二次電池制御システム５０が指令値を制約する方法が考えられる。
【００６３】
予め設定された図６に示すような系統事故時の出力指令値の上限値により制限する方法。
【００６４】
二次電池制御システム５０が、二次電池システムの内部状態量が時々刻々入力され（たとえばパイロットセル検出器５５から送信されたパイロットセルの電圧値を二次電池システム５０が受信し、）その内部状態量（たとえばパイロットセルの電圧値）が予め設定した運転限界値に達すると、予め設定した変化速度で二次電池システムの有効電力出力指令値を減少させ、その後運転限界値に復帰すると、このような制約動作を取りやめる方法。
【００６５】
図７は二次電池の充放電波形図である。図７において、この発明では、負荷平準化運転ａ，過負荷能力を活用した負荷平準化運転＋周波数制御運転（アンシラリーサービス）ｂ，過負荷能力を考慮した負荷救済ｃ，非常用電源機能への切り替え（過負荷出力低減）ｄおよび過負荷能力を考慮した瞬動予備力・運転予備力など（アンシラリーサービス）の提供ｅが行なわれる。
【００６６】
従来より、需要家側において負荷平準化を図るために、需要家側で二次電池を設置し、最適な充放電が行われている。その際、需要家側での電力使用料金から、電力会社側のメリットと等価の金額を料金割引することにより、需要家側の享受できるメリットをアピールすることにより、二次電池の設置の普及が行われてきた。
【００６７】
ところが、レドックスフロー電池などの二次電池は高速応答性と過負荷能力があることから、単なる需要家側での負荷平準化だけでなく、アンシラリーサービスの提供が可能になる。
【００６８】
上述のごとく、この発明の実施形態によれば、負荷周波数制御に高速応答性に優れるレドックスフロー電池などの二次電池を適用することで、負荷周波数制御の速応性を高め、火力発電所の発電効率を高め、運用費用を低減し、温室効果ガス排出量を低減できるとともに瞬動予備力，運転予備力、待機予備力などのアンシラリーサービスへ対応させることができる。しかも、このようなレドックスフロー電池などの二次電池の過負荷能力を活用することにより、従来の火力発電所による制御性能をわずかな容量の二次電池で代替できる。
【００６９】
さらに、中央給電指令所において二次電池システムの能力を把握することができるので、それを経済的価値に換算することにより、二次電池システムを設置し、能力の分担・確保に対するインセンティブを設けることができる。たとえば、日間，月間，年間のピークまたはオフピーク帯にその二次電池システムの推定能力値の時間積分値を算出することにより、その値をアンシラリーサービス提供量として、決済時に連系系統運用サービス者が提供量に対応した金銭を二次電池システムの設置者に支払う。
【００７０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００７１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、電力系統に接続される需要家の負荷の近傍に充電可能な二次電池と、二次電池からの直流電圧を交流電圧に変換して電力系統に供給する変換回路とを配置し、負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを二次電池に分担させることにより、電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供することができる。
【００７２】
しかも、このような二次電池の過負荷能力を活用することにより、従来の火力発電所による制御性能をわずかな容量の二次電池で代替することが可能となり、火力発電所の発電効率を高め、運用費用を低減し、温室効果ガス排出量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態における二次電池を用いたアンシラリーサービスである負荷周波数制御の概念図である。
【図２】この発明の一実施形態の二次電池を用いたアンシラリーサービスを実現するための二次電池システムを示すブロック図である。
【図３】この発明の一実施形態の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】推定能力値の範囲で逆潮流を防止する動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】系統事故時の動作を示すフローチャートである。
【図６】系統事故時の出力指令値の上限値として予め設定された例を示しす図である。
【図７】二次電池の充放電波形図である。
【図８】従来の発電所から需要家への電力系統を示す図である。
【符号の説明】
１０系統、１１，１２発電所、２１〜２５変電所、３１〜３６，５４二次電池、４０系統制御システム、４１負荷周波数制御システム、４２予備力制御システム、５０二次電池制御システム、５１検出器、５２遮断器、５３ＤＣ／ＡＣコンバータ、５５パイロットセル検出器、６０需要家設備制御システム、Ｌ１〜Ｌ３負荷。

Claims

電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供する方法であって、
前記電力系統に接続される充電可能な二次電池と、該二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムを介して前記電力系統に電力を供給し、
前記負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを前記二次電池システムに分担させ、
前記二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家のために、予め設定された期間の、前記需要家が設置する二次電池システム内の二次電池のアンシラリーサービス提供量または提供能力を積算して記録することを特徴とする、二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法。
電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供する方法であって、
前記電力系統に接続される充電可能な二次電池と、該二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムを介して前記電力系統に電力を供給し、
前記負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを前記二次電池システムに分担させ、
前記二次電池システムの外部における電圧値および電流値を測定し、その測定値に基づき前記二次電池システムの出力における上下限値の推定値を算出し、必要な出力変更指令量の総量を前記二次電池システムと他の発電設備を含む調整対象設備のそれぞれにおける能力値の範囲内で配分し、配分された出力変更指令量を前記二次電池システムに出力することを特徴とする、二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法。
前記出力変更指令量は所定の時間ごとに前記二次電池システムに出力することを特徴とする、請求項２に記載の二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法。
さらに、前記電力系統の周波数状況に基づき必要な出力変更指令量を算出し、その出力変更指令量と、前記上下限値の推定値に基づく出力変更指令量とに基づいて前記能力値の範囲内で配分することを特徴とする、請求項２に記載の二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法。
前記出力変更指令は負荷周波数制御システムまたは予備力制御システムが前記出力変更指令量を前記二次電池システムに出力することを特徴とする、請求項２ないし４のいずれかに記載の二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法。
電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供する方法であって、
前記電力系統に接続される充電可能な二次電池と、該二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムを介して前記電力系統に電力を供給し、
前記負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを前記二次電池システムに分担させ、
前記二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家における前記電力系統との連系点の電力潮流を測定し、測定した電力潮流が設定した範囲を超えるときには、超えない方向に予め設定した値または推定した能力値の範囲で前記二次電池システムの出力を増加または減少させることを特徴とする、二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法。
電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供する方法であって、
前記電力系統に接続される充電可能な二次電池と、該二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムを介して前記電力系統に電力を供給し、
前記負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを前記二次電池システムに分担させ、
前記二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家の構内で系統事故を検知したことに応じて、該構内設備の周波数および電圧値を計測し、その計測値に基づいて前記二次電池システムの出力指令値を算出することを特徴とする、二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法。
前記二次電池システムの外部における電圧値および電流値を測定し、その測定値に基づき前記二次電池システムの出力における上下限値の推定値を算出して前記出力指令値と前記上下限値の推定値とを比較し、前記推定値が前記出力指令値よりも大きいときは前記出力指令値を前記二次電池システムに出力し、前記出力指令値が前記推定値よりも大きいときは前記推定値を前記二次電池システムに出力することを特徴とする、請求項７に記載の二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法。
前記推定値が前記出力指令値よりも小さいときは、両者の差に相当する前記需要家構内の負荷を選定し、選定した負荷への電力供給を遮断することを特徴とする、請求項８に記載の二次電池を用いたアンシラリーサービス提供方法。
電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供するシステムであって、
前記電力系統に接続される充電可能な二次電池と、該二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムと、
前記二次電池システムを介して前記電力系統に電力を供給し、前記負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを前記二次電池システムに分担させるように制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家のために、予め設定された期間の、前記需要家が設置する二次電池システム内の二次電池のアンシラリーサービス提供量または提供能力を積算して記録することを特徴とする、二次電池を用いたアンシラリーサービス提供システム。
電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供するシステムであって、
前記電力系統に接続される充電可能な二次電池と、該二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムと、
前記二次電池システムを介して前記電力系統に電力を供給し、前記負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを前記二次電池システムに分担させるように制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家における前記電力系統との連系点の電力潮流の測定値が設定した範囲を超えるときには、超えない方向に予め設定した値または推定した能力値の範囲で前記二次電池システムの出力を増加または減少させるように制御することを特徴とする、二次電池を用いたアンシラリーサービス提供システム。
電力系統の負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持などのアンシラリーサービスを提供するシステムであって、
前記電力系統に接続される充電可能な二次電池と、該二次電池からの電力を変換する変換器とを含む二次電池システムと、
前記二次電池システムを介して前記電力系統に電力を供給し、前記負荷周波数制御，瞬動予備力，運転予備力，待機予備力，電圧維持の少なくともいずれかを前記二次電池システムに分担させるように制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記二次電池システムを設置し、かつアンシラリーサービスの分担を許容する需要家の構内で系統事故を検知したことに応じて、該構内設備の周波数および電圧値の計測値に基づいて前記二次電池システムの出力指令値を算出することを特徴とする、二次電池を用いたアンシラリーサービス提供システム。
前記制御手段は、前記二次電池システムの外部における電圧値および電流値の測定値に基づき、前記二次電池システムの出力における上下限値の推定値を算出して前記出力指令値と前記上下限値の推定値とを比較し、前記推定値が前記出力指令値よりも大きいときは前記出力指令値を前記二次電池システムに出力し、前記出力指令値が前記推定値よりも大きいときは前記推定値を前記二次電池システムに出力することを特徴とする、請求項１２に記載の二次電池を用いたアンシラリーサービス提供システム。