JP5011230B2 - 二次電池の制御装置および制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電力貯蔵装置としての二次電池を含んだ小規模電力系統の電力需給制御に係わり、とくに電力変動を吸収するための二次電池の制御装置および制御方法に関する。
特定地域内に設置されるエンジン発電機、タービン発電機、電力貯蔵装置、燃料電池、太陽光発電や風力発電等の自然エネルギー発電装置、等の複数種類の分散型電源（特許文献１参照）を用いて、特定地域内の需要家に電力を供給するマイクログリッド等と呼ばれる小規模電力系統がある。
小規模電力系統を電力会社の商用電力系統に連系する場合、商用電力系統から受電する順潮流とする場合と、商用電力系統に対して電力を供給する逆潮流とする場合とがある。
これらは、何れの場合においても、電力系統上のある任意の箇所の電力潮流（電力量）、または小規模電力系統内の負荷電力と発電出力との偏差を一定に保つ小規模系統内の分散型電源の電力需給制御が必要である。
小規模電力系統における電力需給制御においては、小規模電力系統内に発生する電力変動を吸収するために、エンジン発電機、タービン発電機、燃料電池とともに二次電池を用い、小規模電力系統内の自然エネルギー発電装置で発生する比較的速い出力変動や、小規模電力系統内で発生する急峻な負荷変動は二次電池で吸収することが一般的である。
特開2001-327080号公報
二次電池を用いた需給制御を行う際、二次電池の蓄電量を把握せずに二次電池を使うと、二次電池の蓄電量が１００％に近い状態、あるいは二次電池の蓄電量が０％に近い状態になる可能性がある。
二次電池の蓄電量が１００％に近い状態になってしまうと、充電したいときに充電できなくなり、また二次電池の蓄電量が０％に近い状態になってしまうと、放電したいときに放電できなくなる。このため、電力系統内の変動を補償できなくなり、需給バランスを維持できなくなる。
特に、自然エネルギー発電装置の出力電力や負荷の消費電力の速い変動成分が発生することもあるが、これらの速い変動を二次電池の補償対象とする際、二次電池に充電損失がなければ二次電池の蓄電量はほぼ均衡する。実際には充電損失があるため、蓄電量は時間の経過とともに減少し続け、蓄電量が０％になる可能性がある。
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、電力系統の需給制御に使用する二次電池の蓄電量が１００％に近い状態、あるいは０％に近い状態にならないように蓄電量を維持できる二次電池の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
上記目的達成のため、本願では、下記の装置および方法の発明を提供する。
まず、装置の発明は、
二次電池を含む分散型電源により構成された小規模電力系統の電力需給制御装置において、
過去の負荷電力および発電出力実績データに基き前記分散型電源の計画出力値を算出する発電計画部と、
前記計画出力値から前記二次電池の計画蓄電量を推定する計画蓄電量推定部と、
前記二次電池の実際の出力値を検出する実出力検出部と、
前記実出力検出部で検出した前記二次電池の実際の出力値から実蓄電量を推定する実蓄電量推定部と、
前記計画蓄電量と前記実蓄電量とに差が生じた際、前記実蓄電量を前記計画蓄電量に戻すように制御する蓄電量制御部と
を備えたことを特徴とする二次電池制御装置、
である。また方法の発明は、
二次電池を含む分散型電源により構成された小規模電力系統の電力需給制御方法において、
過去の負荷電力および発電出力実績データに基き前記分散型電源の計画出力値を算出し、
前記計画出力値から前記二次電池の計画蓄電量を推定し、
前記二次電池の実際の出力値を検出し、
前記二次電池の実際の出力値から実蓄電量を推定し、
前記計画蓄電量と前記実蓄電量とに差が生じた際、前記実蓄電量を前記計画蓄電量に戻すように制御する
ことを特徴とする二次電池制御方法、
である。
本発明は上述のように、計画蓄電量と実蓄電量との差を把握してその差がなくなるように二次電池の出力指令を調整する信号を生成するため、二次電池の蓄電量を計画通りに維持することができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態につき説明する。
まず、図１を用いて本発明の実施例１を説明する。
図１において、小規模電力系統１には、二次電池２、分散型電源３1〜３ｎが接続されている。分散型電源31〜3nとしては、エンジン発電機、タービン発電機、電力貯蔵装置、燃料電池、自然エネルギー発電装置等がある。
また、小規模電力系統1には、負荷設備４１〜４ｎが接続されており、電力需給制御装置５により二次電池２に出力指令を与えてその制御を行う。電力需給制御装置５は、発電計画部６、計画蓄電量推定部７、実出力検出部８、実蓄電量推定部９、および蓄電量制御部１０を備える。
この実施例１において、電力需給制御装置5では、発電計画部6が、過去の負荷電力および過去の分散型電源の発電出力実績などの出力データを基に、二次電池2を含む小規模電力系統1内の分散型電源31〜3nの１日分の計画出力値を算出する。
例えば３０分毎の１日分を算出する。分散型電源31〜3nは、発電計画部6で算出された計画出力値を基に運転する。計画蓄電量推定部7は、発電計画部6で計画された二次電池2の計画出力値から時間経過に伴う計画蓄電量を、下記(1)式により推定する。
Figure 0005011230
実出力検出部8は、小規模電力系統1に接続された二次電池2の実際の現在出力値を有効電力検出器などで検出し、その検出値を実蓄電量推定部9へ伝達する。実蓄電量推定部9は、実出力検出部8から伝達された現在の二次電池出力値から、下記(2)式により現在の実蓄電量を推定する。
Figure 0005011230
計画蓄電量推定部7で算出された推定計画蓄電量および実蓄電量推定部9で算出された推定実蓄電量は、ある一定の周期、例えば１０分毎に蓄電量制御部10へ伝達される。蓄電量制御部10では、推定計画蓄電量および推定実蓄電量が伝達されると、推定計画蓄電量と推定実蓄電量との差、つまり蓄電量偏差を算出し、例えば１０分後には差がなくなるような二次電池の出力指令補正値を算出し、その補正値を発電計画部6からの二次電池出力指令値に加算したものを二次電池2の出力指令値として与え、二次電池2を運用する。
この実施例１によれば、計画蓄電量と実蓄電量との差（蓄電量偏差）が把握でき、この蓄電量偏差がなくなるように二次電池の出力指令を調整する信号を生成できるため、二次電池の蓄電量を計画通りに維持することができる。
次に、図２を用いて本発明の実施例２を説明する。なお、実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
この図２において、蓄電量制御部１０は、蓄電量偏差推定部１０１、補正量算出部１０２、および二次電池出力指令部１０３を有する。
このように構成された実施例２において、蓄電量偏差推定部１０１では、図３に示すように、計画蓄電量推定部7からｎ分周期で伝達される推定計画蓄電量と実蓄電量推定部9からｎ分周期で伝達される推定実蓄電量との差（蓄電量偏差）を下記(3)式により算出する。

蓄電量偏差(kWh)＝推定計画蓄電量(kWh)−推定実蓄電量(kWh) (3)
ここにおいて、蓄電量偏差が発生している場合、発電計画部6からの指令値通りに更に二次電池2の出力を継続すると、図３に示すように実蓄電量が放電末あるいは充電末に達してしまう可能性がある。そこで、補正量算出部１０２では、ｎ分後に蓄電量偏差がなくなるようにするための二次電池の出力補正量を、現時点の蓄電量偏差から下記(4)式により算出する。

出力指令補正量(kW)＝推定計画蓄電量と推定実蓄電量の差(kWh)／ｎ分 (4)
補正量算出部１０２で算出された出力指令補正量は二次電池出力指令部１０３へ伝達され、二次電池出力指令部１０３は発電計画部6の二次電池出力指令値に出力指令補正量を加算したものを二次電池への出力指令値として二次電池2へ与える。
この実施例２によれば、一定周期毎に蓄電量偏差がなくなるように的確な出力補正が行われ、二次電池の蓄電量を計画値通りになるように制御を行うことができる。
次に、図４を用いて本発明の実施例３を説明する。なお、実施例１および実施例２と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
この図４において、電力需給制御装置5における蓄電量制御部１０は、蓄電量偏差推定部１０１、補正量算出部１０２、二次電池出力指令部１０３、および補正周期調整部１０４をそなえる。
この実施例３において、蓄電量偏差推定部１０１では、推定計画蓄電量と推定実蓄電量との差、つまり蓄電量偏差を補正量算出部１０２へ伝達するとともに、補正周期調整部１０４へも伝達する。補正周期調整部１０４は、蓄電量偏差推定部１０１から伝達された蓄電量偏差に基づき、二次電池の出力を補正する周期を変更するかどうかを判断する。
例えば、蓄電量偏差が予め設定されている閾値を越えたときは、ｎ分よりも周期が短いｍ分に補正周期を変更するよう出力し、閾値以下のときは補正周期をｎ分とするよう補正周期を出力する。
補正周期調整部１０４から出力された補正周期は、補正量算出部１０２および二次電池出力指令部１０３へ伝達される。補正量算出部１０２は、補正周期調整部１０４から伝達された補正周期に基づいて、下記(5)式により出力補正量を算出する。

出力指令補正量(kW)＝推定計画蓄電量と推定実蓄電量との差(kWh)／補正周期 (5)
また、二次電池出力指令部１０３も、補正周期調整部１０４から伝達された周期で発電計画部6の二次電池出力指令値を補正するよう動作する。
この実施例３によれば、計画蓄電量と実蓄電量との差（蓄電量偏差）が大きいときは、早く実蓄電量を計画蓄電量へ戻すように制御することができる。
次に、表１を用いて本発明の実施例４を説明する。なお、実施例３と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
実施例３に用いた補正周期調整部１０４は、蓄電量の差の大きさに応じて補正周期を変更する際の蓄電量偏差の閾値、および補正周期を任意の値に設定することができる機能を持っている。例えば、表１に示すように、補正周期の変更レベルを複数設定することができる。
Figure 0005011230
補正周期調整部１０４は、蓄電量偏差推定部１０１から伝達された推定計画蓄電量と推定実蓄電量との差から、予め任意に設定された変更基準テーブルを参照して補正周期を選択し、選択した補正周期を補正量算出部１０２および二次電池出力指令部１０３へ伝達する。
この実施例４によれば、蓄電量偏差の大きさに応じた補正周期の変更を任意に設定できるため、自由度が高い制御を行うことができる。
本発明の実施例１に記載の二次電池制御装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施例２に用いる蓄電量制御部の構成を示すブロック図。 本発明の実施例２に記載の二次電池制御方法を示す特性図。 本発明の実施例３に用いる蓄電量制御部の構成を示すブロック図。
符号の説明
１…小規模電力系統
２…二次電池
３１〜３ｎ…分散型電源
４１〜４ｍ…負荷設備
５…電力需給制御装置
６…電力需給制御装置の発電計画部
７…電力需給制御装置の計画蓄電量推定部
８…電力需給制御装置の実出力検出部
９…電力需給制御装置の実蓄電量推定部
１０…電力需給制御装置の蓄電量制御部
１０１…蓄電量制御部の蓄電量偏差推定部
１０２…蓄電量制御部の補正量算出部
１０３…蓄電量制御部の二次電池出力指令部
１０４…蓄電量制御部の補正周期調整部

Claims (5)

  1. 二次電池を含む分散型電源により構成された小規模電力系統の電力需給制御装置において、
    過去の負荷電力および発電出力実績データに基き前記分散型電源の計画出力値を算出する発電計画部と、
    前記計画出力値から前記二次電池の計画蓄電量を推定する計画蓄電量推定部と、
    前記二次電池の実際の出力値を検出する実出力検出部と、
    前記実出力検出部で検出した前記二次電池の実際の出力値から実蓄電量を推定する実蓄電量推定部と、
    前記計画蓄電量と前記実蓄電量とに差が生じた際、前記実蓄電量を前記計画蓄電量に戻すように制御する蓄電量制御部と
    を備えたことを特徴とする二次電池制御装置。
  2. 請求項１記載の二次電池制御装置において、
    前記蓄電量制御部は、
    前記計画蓄電量と前記実蓄電量との差を算出する蓄電量偏差推定部と、
    前記蓄電量偏差推定部で算出した蓄電量偏差を解消するために必要な二次電池の出力補正量を算出する補正量算出部と、
    前記計画出力値を前記出力補正量の分だけ補正した値を二次電池出力指令値として出力する二次電池出力指令部と
    をそなえたことを特徴とする二次電池制御装置。
  3. 請求項１または２記載の二次電池制御装置において、
    前記蓄電量制御部は、
    前記蓄電量偏差推定部から出力された蓄電量偏差に応じて、前記補正量算出部と前記二次電池出力指令部の制御周期を変更する補正周期調整部
    をそなえたことを特徴とする二次電池制御装置。
  4. 請求項３記載の二次電池制御装置において、
    前記補正周期調整部は、
    前記蓄電量偏差推定部から出力された蓄電量偏差に応じて、補正周期を変更する判断基準を任意の値に設定する変更判断値設定機能
    をそなえたことを特徴とする二次電池制御装置。
  5. 二次電池を含む分散型電源により構成された小規模電力系統の電力需給制御方法において、
    過去の負荷電力および発電出力実績データに基き前記分散型電源の計画出力値を算出し、
    前記計画出力値から前記二次電池の計画蓄電量を推定し、
    前記二次電池の実際の出力値を検出し、
    前記二次電池の実際の出力値から実蓄電量を推定し、
    前記計画蓄電量と前記実蓄電量とに差が生じた際、前記実蓄電量を前記計画蓄電量に戻すように制御する
    ことを特徴とする二次電池制御方法。
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