JP6206768B2 - 充放電指令装置、システムおよび処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、充放電指令装置、システムおよび処理方法に関する。

大規模太陽光発電（メガソーラー）や大規模風力発電所（ウィンドファーム）が大量に稼動した場合、その出力変動による系統への影響を考慮し、リチウムイオン電池等の蓄電デバイスを用いた出力変動抑制を実施する必要性が生じると考えられる。すなわち、太陽光発電や風力発電における出力変動を、蓄電システムにより平滑化することが考えられる。

ここで、蓄電システムに関連して幾つかの技術が提案されている。例えば、特許文献１に記載の蓄電池制御システムは、電力系統に設けられる複数の蓄電池と、蓄電池制御装置を備える。蓄電池制御装置は、複数の蓄電池と電力管理装置とに通信可能に接続される。蓄電池制御装置は、各蓄電池から、充放電性能及び電池残量を含む蓄電池情報を取得し、電力管理装置から、所定範囲の電力需給の予測を示す電力需給予測情報を取得し、蓄電池情報と電力需給予測情報とに基づいて、各蓄電池毎に個別充放電量をそれぞれ決定し、決定された個別充放電量を各蓄電池に送信する。各蓄電池は、蓄電池制御装置から受信した個別充放電量に基づいてそれぞれ作動する。
特許文献１では、かかる蓄電池制御システムにより、電力系統に接続される複数の蓄電池を有効に使用する、とされている。

特開２０１３−１０６３７２

大規模太陽光発電や大規模風力発電所に対応するために蓄電システムの規模が大きくなった場合、特許文献１に記載の技術のように充放電制御装置（蓄電池制御装置）が各蓄電池に対して充放電量を決定し送信する方式では、充放電制御装置の負荷が大きくなってしまう。

本発明は、充放電制御装置の負荷が比較的小さく、かつ、大規模太陽光発電や大規模風力発電所に対応可能な充放電指令装置、システムおよび処理方法を提供する。

本発明の第１の態様による充放電指令装置は、インバータと、前記インバータに並列に接続された複数の二次電池と、前記複数の二次電池の充放電を制御する充放電制御装置とを具備する複数の蓄電システムに対して充放電を指令する充放電指令装置であって、前記充放電制御装置は、前記二次電池それぞれの充電率を取得する充電率取得部と、前記充電率取得部が取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であるか否かを判定する充電率判定部と、前記充電率取得部が取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であると判定された場合、充放電指令が示す電流で前記二次電池に充放電を行わせるよう前記インバータを制御する指令追従制御部と、前記充電率取得部が取得した二次電池の充電率の中に、前記充電率範囲外のものがあると判定された場合、前記二次電池に所定の電圧で充放電を行わせるよう前記インバータを制御する定電圧制御部と、を具備し、前記充放電指令装置は、前記蓄電システムの各々の充放電測定値を取得する充放電測定値取得部と、前記充放電測定値と充放電指令値との差分を算出する差分算出部と、前記充放電測定値と充放電指令値との差分の大きさが所定の閾値以下の蓄電システムの充放電指令値に対して蓄電システム全体の充放電測定値と充放電指令値との差分を減少させる補正を行う補正部と、を具備する。
本発明の第２の態様によるシステムは、インバータ、前記インバータに並列に接続された複数の二次電池、及び、前記複数の二次電池の充放電を制御する充放電制御装置を具備する蓄電システムと、複数の前記蓄電システムに対して充放電を指令する充放電指令装置とを具備し、前記充放電制御装置は、前記二次電池それぞれの充電率を取得する充電率取得部と、前記充電率取得部が取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であるか否かを判定する充電率判定部と、前記充電率取得部が取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であると判定された場合、充放電指令が示す電流で前記二次電池に充放電を行わせるよう前記インバータを制御する指令追従制御部と、前記充電率取得部が取得した二次電池の充電率の中に、前記充電率範囲外のものがあると判定された場合、前記二次電池に所定の電圧で充放電を行わせるよう前記インバータを制御する定電圧制御部と、を具備し、前記充放電指令装置は、前記蓄電システムの各々の充放電測定値を取得する充放電測定値取得部と、前記充放電測定値と充放電指令値との差分を算出する差分算出部と、前記充放電測定値と充放電指令値との差分の大きさが所定の閾値以下の蓄電システムの充放電指令値に対して蓄電システム全体の充放電測定値と充放電指令値との差分を減少させる補正を行う補正部と、を具備する。

本発明の第３の態様によるシステムでは、前記充放電制御装置は、前記二次電池に対する充放電指令が充電から放電へ、または放電から充電へ切り替わったか否かを判定する充放電切替判定部と、前記充放電切替判定部によって充放電指令が切り替わったと判定された場合、充放電電流の変化率が、予め定められた変化率の範囲内になるように、前記インバータによる前記二次電池の充放電を制御するレート制御部と、を更に具備し、前記指令追従制御部は、前記充放電切替判定部によって充放電指令が切り替わっていないと判定された場合、前記充放電指令が示す電流で前記二次電池に充放電を行わせるよう前記インバータを制御する。

本発明の第４の態様による処理方法は、インバータ、前記インバータに並列に接続された複数の二次電池、及び、前記複数の二次電池の充放電を制御する充放電制御装置を具備する蓄電システムと、複数の前記蓄電システムに対して充放電を指令する充放電指令装置とを具備するシステムが行う処理方法であって、前記充放電制御装置が、前記二次電池それぞれの充電率を取得し、取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であるか否かを判定し、取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であると判定された場合、充放電指令が示す電流で前記二次電池に充放電を行わせるよう前記インバータを制御し、取得した二次電池の充電率の中に、前記充電率範囲外のものがあると判定された場合、前記二次電池に所定の電圧で充放電を行わせるよう前記インバータを制御し、前記充放電指令装置が、前記蓄電システムの各々の充放電測定値を取得し、前記充放電測定値と充放電指令値との差分を算出し、前記充放電測定値と充放電指令値との差分の大きさが所定の閾値以下の蓄電システムの充放電指令値に対して蓄電システム全体の充放電測定値と充放電指令値との差分を減少させる補正を行う。

本発明の第５の態様による処理方法は、前記充放電制御装置が、前記二次電池に対する充放電指令が充電から放電へ、または放電から充電へ切り替わったか否かを判定し、充放電指令が切り替わったと判定された場合、充放電電流の変化率が、予め定められた変化率の範囲内になるように、前記インバータによる前記二次電池の充放電を制御し、充放電指令が切り替わっていないと判定された場合、前記充放電指令が示す電流で前記二次電池に充放電を行わせるよう前記インバータを制御する。

上記した充放電指令装置、システムおよび処理方法によれば、充放電制御装置の負荷が比較的小さく、かつ、大規模太陽光発電や大規模風力発電所に対応することができる。

本発明の一実施形態における蓄電設備が用いられる電力系統の例を示す説明図である。 同実施形態における蓄電システムの装置構成を示す概略構成図である。 同実施形態における充放電制御装置の機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における充放電指令装置の機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態における二次電池の起電力と内部抵抗との等価回路を示す説明図である。 同実施形態において、指令追従モードで充電する場合に二次電池に流れる電流の例を示す説明図である。 同実施形態において、指令追従モードから定電圧モードに切り替えて充電する場合に二次電池に流れる電流の例を示す説明図である。 同実施形態において、充放電制御装置が充放電のモードを選択する処理手順の例を示す説明図である。 同実施形態において、レート制御部がレートリミッタの要否やレートリミッタ値の設定を行う処理手順の例を示す説明図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の一実施形態における蓄電設備が用いられる電力系統の例を示す説明図である。同図において、電力系統９には、蓄電設備１の他に発電所９１１や、大規模自然エネルギー発電設備９１２や、負荷９２１が接続されている。

発電所９１１は、例えば石炭発電、石油発電またはＬＮＧ発電など、燃料エネルギーを利用して発電を行う発電設備である。
大規模自然エネルギー発電設備９１２は、例えば太陽光発電、太陽熱発電または風力発電など、自然エネルギーを利用して発電を行う発電設備である。大規模自然エネルギー発電設備９１２の発電量は日射量や風力などの影響を受けて変動する。
負荷９２１は、例えば工場施設、商業施設または住宅など、電力を消費する設備である。

蓄電設備１は大規模自然エネルギー発電設備９１２の出力変動を平滑化する。ここで、大規模自然エネルギー発電設備９１２の出力変動に対応するために、発電所９１１の出力を調整することも考えられる。しかしながら、一般に、火力発電設備等の発電量を変化させるのには時間を要し、大規模自然エネルギー発電設備９１２の出力変動に対応し切れない可能性がある。そこで、蓄電設備１が発電所９１１の余剰電力を蓄電し、電力不足時に放電することで、電力の平滑化を行う。

蓄電設備１には、複数の蓄電システム１０と充放電指令装置２０とが含まれている。蓄電システム１０の各々が、充放電指令装置２０からの充放電指令に従って充放電を行うことで、電力の平滑化を行う。充放電指令装置２０は、例えばコンピュータがプログラムを実行することで実現される。

なお、電力系統９に接続されている大規模自然エネルギー発電設備９１２や、負荷９２１の数は１つ以上であればよい。また、電力系統９に接続されている発電所９１１の数は０以上であればよい。すなわち、電力系統９に発電所９１１が接続されていない構成であってもよい。また、蓄電設備１に含まれる蓄電システムの数は、複数であればよい。

図２は、蓄電システム１０の装置構成を示す概略構成図である。蓄電システム１０は、二次電池１１と、インバータ１２と、充放電制御装置１３とを具備する。
蓄電システム１０の具備するインバータ１２の数は複数であればよい。また、二次電池１１の数については、並列に接続された複数の二次電池１１が、インバータ１２の各々に接続されていればよい。図２に示すように、直列接続された二次電池１１が並列接続されて、インバータ１２に接続されていてもよい。

二次電池１１は、インバータ１２に並列に接続され（二次電池１１同士が並列接続されてインバータ１２に接続され）、インバータ１２の制御に従って充放電を行う。
インバータ１２は、電力系統９と二次電池１１との間に設けられ、電力系統９側の交流電流と二次電池１１側の直流電流との交流／直流変換（ＡＣ（Alternating Current）／ＤＣ（Direct Current）変換）を行う。また、インバータ１２は、充放電制御装置１３の制御に従って、二次電池１１に充放電を行わせる。インバータ１２が二次電池１１に行わせる充放電には、充放電制御装置１３からの指令に従う指令追従モードと、定電圧で充電または放電を行う定電圧（Constant Voltage；ＣＶ）モードとがある。

充放電制御装置１３は、充放電指令装置２０（図１）からの指令に基づいて、インバータ１２の各々に対して二次電池１１の充放電の指令を出力する。充放電制御装置１３は、例えばコンピュータがプログラムを実行することで実現される。
図３は、充放電制御装置１３の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、充放電制御装置１３は、通信部１３１と、充放電切替判定部１３２と、充電率判定部１３３と、指令追従制御部１３４と、定電圧制御部１３５と、レート制御部１３６と、レートリミッタ記憶部１３７とを具備する。

通信部１３１は、他機器と通信を行う。特に、通信部１３１は、充放電指令装置２０（図１）から充放電指令（例えば、蓄電システム１０の出力電力の指令、または、蓄電システム１０の出力電流の指令）を受信する。また、通信部１３１は、二次電池１１の各々からＳＯＣ（state Of Charge、充電率）等の電池状態情報を受信する。通信部１３１は、充電率取得部の一例に該当する。また、通信部１３１は、インバータ１２に対して二次電池１１の充放電指令を送信する。

充放電切替判定部１３２は、二次電池１１に対する充放電指令が充電から放電へ、または放電から充電へ切り替わったか否かを判定する。
具体的には、充放電切替判定部１３２は、まず、通信部１３１が充放電指令装置２０から受信した充放電指令を取得し、当該充放電指令が充電指令か放電指令かを判定する。充放電切替判定部１３２は、充電指令または放電指令の判定結果を示す情報と指令値とを充電率判定部１３３へ出力する。

また、充放電切替判定部１３２は、充電指令または放電指令の判定結果を記憶しておき、前回の判定結果と今回の判定結果とを比較することで、二次電池１１に対する充放電指令が充電から放電へ、または放電から充電へ切り替わったか否かを判定する。充放電切替判定部１３２は、二次電池１１に対する充放電指令が充電から放電へ、または放電から充電へ切り替わったか否かの判定結果をレート制御部１３６へ出力する。

充電率判定部１３３は、通信部１３１が取得（受信）した全ての二次電池１１の充電率が所定の充電率範囲以内であるか否かを判定する。具体的には、充電率判定部１３３は、以下の閾値を予め記憶しており、通信部１３１が取得した二次電池１１の各々の充電率と閾値とを比較する。
Ａ：充電率上限値
Ｂ：充電モード切替閾値
Ｃ：放電モード切替閾値
Ｄ：充電率下限値
充電率判定部１３３は、充電指令または放電指令の区別を示す情報と指令値とを、判定結果に基づいて指令追従制御部１３４または定電圧制御部１３５へ出力する。

指令追従制御部１３４は、通信部１３１が取得（受信）した全ての二次電池１１の充電率が所定の充電率範囲以内であると充電率判定部１３３が判定した場合、充放電指令装置２０からの充放電指令が示す電流を二次電池１１から出力させるようインバータ１２を制御する。

より具体的には、充電率判定部１３３は、充電時において全ての二次電池１１の充電率が充電モード切替閾値Ｂ未満であると判定した場合、充電指令を示す情報と指令値とを指令追従制御部１３４へ出力する。また、充電率判定部１３３は、放電時において全ての二次電池１１の充電率が放電モード切替閾値Ｃより大きいと判定した場合、放電指令を示す情報と指令値とを指令追従制御部１３４へ出力する。

そして、指令追従制御部１３４は、充電指令または放電指令の区別を示す情報と指令値とを充電率判定部１３３から取得した場合、得られた指令値（充放電指令装置２０からの充放電指令値）に従ってインバータ１２の各々に対する充放電指令（例えば、インバータ１２からの出力電力の指令）を生成する。そして、指令追従制御部１３４は、生成した充放電指令を、通信部１３１を介して各インバータ１２へ送信することで、インバータ１２を制御する。

定電圧制御部１３５は、通信部１３１が取得した二次電池１１の充電率の中に、所定の充電率範囲を超えるものがあると充電率判定部１３３が判定した場合、二次電池１１に所定の電圧をかけるよう前記インバータ１２を制御する。
より具体的には、充電率判定部１３３は、充電時において充電率が充電モード切替閾値Ｂ以上の二次電池１１ありと判定した場合、原則的には、充電指令を示す情報と指令値とを定電圧制御部１３５へ出力する。また、充電率判定部１３３は、放電時において充電率が充電モード切替閾値Ｃ以下の二次電池１１ありと判定した場合、原則的には、放電指令を示す情報と指令値とを定電圧制御部１３５へ出力する。

そして、定電圧制御部１３５は、充電指令示す情報を充電率判定部１３３から取得した場合、予め設定されている充電電圧値にて二次電池１１に定電圧充電を行わせる指令を、通信部１３１を介してインバータ１２の各々へ送信する。また、定電圧制御部１３５は、放電指令示す情報を充電率判定部１３３から取得した場合、予め設定されている放電電圧値にて二次電池１１に定電圧放電を行わせる指令を、通信部１３１を介してインバータ１２の各々へ送信する。

レート制御部１３６は、充放電指令が充電から放電へ、または、放電から充電へ切り替わったと充放電切替判定部１３２が判定した場合、充放電電流の変化率が、予め定められた変化率の範囲内になるように、インバータ１２による二次電池１１の充放電を制御する。
具体的には、レート制御部１３６は、指令追従制御部１３４または定電圧制御部１３５から出力される充放電指令値を記憶しておく。そして、レート制御部１３６は、指令追従制御部１３４または定電圧制御部１３５から出力された今回の充放電指令値から前回の充放電指令値（例えば電力指令値）を減算して充放電指令値の変化量を算出する。そして、レート制御部１３６は、算出した変化量と、予め設定されている変化量の許容範囲とを比較し、変化量が許容値上限よりも大きいと判定した場合は、許容値上限に制限する。同様に、変化量が許容値下限（許容下限値＜０）よりも小さいと判定した場合、レート制御部１３６は、許容値下限に制限する。

一方、充放電指令が充電から放電へ、または、放電から充電へ切り替わっていないと充放電切替判定部１３２が判定した場合、レート制御部１３６は、指令追従制御部１３４または定電圧制御部１３５からの指令値を、そのまま通信部１３１へ出力する。
従って、指令追従制御部１３４は、充放電切替判定部１３２によって充放電指令が切り替わっていないと判定された場合、充放電指令が示す電流を二次電池１１から出力させるようインバータ１２を制御する。

レート制御部１３６は、充放電電流の変化率を制限することで、インバータ１２の停止を防止する。ここで、インバータ１２には、系統異常検知システムが設けられており、系統異常を検知するとインバータ１２の出力を一時的に（例えば５秒間）停止させる。また、蓄電システム１０の規模が大きいことから、蓄電システム１０の出力変動が電力系統９の電圧へ与える影響は大きい。そのため、充放電制御装置１３がインバータ１２へ送信する充放電指令が、大規模自然エネルギー発電設備９１２（図１）の出力急変などの影響で充電から放電、または、放電から充電へ切り替わる際、系統異常検知システムが動作する可能性がある。系統異常検知システムが動作してインバータ１２からの出力が停止されると、電力系統９の電力変動への対応（平滑化）が遅れてしまう。

そこで、充放電指令装置２０からの指令にレート制御部１３６がレートリミッタをかけ、蓄電システム１０の出力電力の急変を抑制する。これにより、系統電圧の急変を回避することができ、系統異常検知システムの動作によるインバータ１２の出力停止を回避し得る。なお、レートリミッタの単位はワット/秒などとなる。
また、レート制御部１３６は、充放電の切替時以外は指令値に制限を設けず、通信部１３１を介してそのままインバータ１２へ送信する。これにより、蓄電システム１０は、大規模自然エネルギー発電設備９１２の出力変動など、電力系統９における電力需給の変動に迅速に対応することができる。

レートリミッタ記憶部１３７は、電力系統９に接続される各機器の状態と、レートリミッタの要否および必要な場合はレートリミッタ値とを対応付けて予め記憶している。
レートリミッタ記憶部１３７の記憶するデータは例えばシミュレーションにて算出される。具体的には、電力潮流計算（シミュレーション）により、インバータ１２の系統異常検知システムが動作する系統条件、および、系統異常検知システムの動作を回避するためのレートリミッタ設定値を算出しておく。

ここでいう系統条件とは、例えば、発電所９１１の発電量や、負荷９２１としての工場の電力消費量などである。また、ここでいう電力潮流計算とは、発電機母線や、送電線や、負荷母線における電圧や電流の振幅および位相や、有効電力や無効電力を求める計算である。電力潮流計算は、例えば電力系統の運用計画等を目的に行われる。

図４は、充放電指令装置２０の機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、充放電指令装置２０は、通信部２０１と、充放電指令生成部２０２と、差分算出部２０３と、差分判定部２０４と、補正部２０５とを具備する。
充放電指令装置２０は、蓄電システム１０の各々に対して充放電を指令する。
通信部２０１は、他機器と通信を行う。特に、通信部２０１は、蓄電システム１０の各々から、当該蓄電システム１０の充放電測定値を取得（受信）する。通信部２０１は、充放電測定値取得部の一例に該当する。

充放電指令生成部２０２は、蓄電システム１０の各々に対する充放電指令（例えば電力指令、または、電流指令）を生成する。例えば、充放電指令生成部２０２は、自動生成した運転計画またはオペレータによる入力を受けた運転計画に基づいて、蓄電システム１０の各々に対する充放電指令を算出する。
差分算出部２０３は、蓄電システム１０毎に、通信部２０１が受信した充放電測定値と充放電指令生成部２０２が生成した充放電指令値との差分を算出する。
差分判定部２０４は、蓄電システム１０毎に、差分算出部２０３が算出した差分と所定の閾値とを比較し、差分の大きさが閾値以下の蓄電システム１０を検出する。差分判定部２０４が検出する蓄電システム１０は、指令値への追従が良好な蓄電システム１０と考えられる。

補正部２０５は、充放電測定値と充放電指令値との差分の大きさが所定の閾値以下の蓄電システム１０の充放電指令値に対して蓄電システム全体の充放電測定値と充放電指令値との差分を減少させる補正を行う。
具体的には、補正部２０５は、差分算出部２０３が算出した蓄電システム１０毎の差分を合計して補正目標値とする。そして、補正部２０５は、得られた補正目標値を、差分判定部２０４が検出した蓄電システム１０に分配する。

補正部２０５が補正目標値を蓄電システム１０に分配する方法として、様々な方法を用いることができる。例えば、蓄電システム１０に優先順位が付されており、補正部２０５が、優先順位の高い蓄電システム１０から順に補正目標値を分配するようにしてもよい。あるいは、補正部２０５が、蓄電システム１０毎の充放電可能残量を取得し、充放電可能残量の割合に応じて補正目標値を分配するようにしてもよい。
なお、補正によるオーバーシュートを避けるため、補正部２０５が、蓄電システム１０毎の差分の合計に０．９を乗算するなど、補正目標値の大きさを小さめに設定するようにしてもよい。

次に、図５〜図８を参照して、充放電制御装置１３が行う充放電モードの切替について説明する。
図５は、二次電池１１の起電力と内部抵抗との等価回路を示す説明図である。同図において、Ｅ１１はセル電圧を示し、Ｅ２１は、セル開放電圧を示す。また、Ｒ１１は内部抵抗を示し、Ｅ２２は、内部抵抗による電圧降下を示す。Ｉ１１は、セル電流を示す。

セル電圧Ｅ１１は、セル開放電圧Ｅ２１と電圧降下Ｅ２２の重ね合わせ（充電時は合計、放電時は差分）となる。例えば、蓄電システム１０の停止時において、セル開放電圧＝セル電圧＝３．５ボルト（Ｖ）であり、充電時において、セル開放電圧＝３．５ボルト、セル電圧＝４ボルトの場合、電圧降下は０．５ボルトとなる。

ここで、蓄電システム１０が図５で示すような二次電池１１を複数備え、それら複数の二次電池１１を充電する場合において、複数のうち２つの二次電池１１それぞれの充電状況について説明する。説明を分かり易くするため、以下の説明では、２つの二次電池１１のセル電圧が同じであるとする。また、２つの二次電池１１の充電率（電池開放電圧）が初期状態において同じであり、電池セルの劣化状況（内部抵抗）が異なるものとして以下説明する。
このように、２つの二次電池のセル電圧Ｅ１１が同じであり、セル開放電圧Ｅ２１が同じ（従って、電圧降下が同じ）場合、上記２つの二次電池１１が並列に接続されて上記のようにセル電圧が同じであるとすると、内部抵抗Ｒ１１が小さい電池セルを有する二次電池１１に電流が多く流れる。
例えば、２つのうち一方の二次電池１１のセル電圧Ｅ１１が４．０ボルトで、セル開放電圧Ｅ２１が３．５ボルトの場合、電圧降下Ｅ２２は０．５ボルトとなる。当該一方の二次電池１１の内部抵抗が１０ミリオーム（ｍΩ）の場合、セル電流Ｉ１１は５０アンペア（Ａ）になる。これに対し、２つのうち他方の二次電池１１の電圧降下Ｅ２２が上記と同じく０．５ボルトであり、内部抵抗が５ミリオームである場合、当該他方の二次電池１１のセル電流Ｉ１１は１００アンペアになる。

指令追従モードでは、上記のようなセル電流の違いにより、内部抵抗が小さい電池に電流が多く流れて充電が進む。
これに対して、後述するように、定電圧モードでは、内部抵抗が大きい電池に電流が多く流れて充電が進む。従って、並列に接続された二次電池１１を備える蓄電システム１０が指令追従モードから定電圧モードに切り替えることで、内部抵抗が小さい電池セルを有する二次電池１１の充電が進む状態から、内部抵抗が大きい電池セルを有する二次電池の充電が進む状態へと切り替えることができる。このような切替の処理を行うことにより、蓄電システム１０は、内部抵抗が小さい電池セルを有する二次電池１１と内部抵抗が大きい電池セルを有する二次電池１１との充電率のばらつきを低減させることができる。

次に、２つの二次電池１１内部電池セルの劣化状態（内部抵抗）が同じ状況であり、これらの電池セルの充電率が異なることによりセル開放電圧が異なる状況である場合を想定して各二次電池１１の充電状況を、以下、説明する。
このような状況においては、セル電圧Ｅ１１および内部抵抗Ｒ１１が同じで、セル開放電圧Ｅ２１が異なるため、セル開放電圧の小さい電池に電流が多く流れる。
例えば、２つのうち一方の二次電池１１のセル電圧Ｅ１１が４．０ボルトで、セル開放電圧Ｅ２１が３．５ボルトの場合、電圧降下Ｅ２２は０．５ボルトとなる。当該一方の二次電池１１の内部抵抗Ｒ１１が１０ミリオームである場合、セル電流Ｉ１１は、５０アンペアとなる。
一方、２つのうち他方の二次電池１１のセル電圧Ｅ１１が４．０ボルトで、セル開放電圧Ｅ２１が３．９ボルトの場合、電圧降下Ｅ２２は０．１ボルトとなる。当該他方の二次電池１１の内部抵抗Ｒ１１が１０ミリオームである場合、セル電流Ｉ１１は、１０アンペアとなる。
このように、二次電池１１の内部抵抗が同じ場合においては、定電圧モードの充電により、充電率の小さい電池セル（セル開放電圧の小さい電池セル）を有する二次電池１１に対して、充電率の大きい電池セル（セル開放電圧の大きい電池セル）を有する二次電池１１よりも多くの電流が流れ、充電率の差が小さくなる。従って、蓄電システム１０が定電圧モードで充電を行うことで、電池間の充電率のばらつきを低減させることができる。

図６は、指令追従モード（充放電指令装置２０からの充放電指令に従うモード）で充電する場合に二次電池１１に流れる電流の例を示す説明図である。同図の例では、内部抵抗の大きい二次電池１１ａと、内部抵抗の小さい二次電池１１ｂとが示されている。
一般には、抵抗が小さいほど電流が流れやすく、指令追従モードにおいても、抵抗の小さい列（二次電池１１ｂを含む列）の電流が大きくなる。仮に、満充電まで指令追従モードを継続した場合、抵抗の小さい列が先に満充電となり、他の列は満充電に至らないまま充電が中止される。図６の例では、二次電池１１ｂを含む列の充電率が上限９０パーセント（％）に達したのに対し、二次電池１１ａのみの列の充電率は８５パーセントに留まっている。
このように、充電率にばらつきが生じる結果、充電や放電を充分に行うことができず、電力系統９の電力変動に十分対応できない可能性がある。

図７は、指令追従モードから定電圧モード（インバータ１２の直流電圧を一定にするモード）に切り替えて充電する場合に二次電池１１に流れる電流の例を示す説明図である。図６の場合と同様、図７の例では、内部抵抗の大きい二次電池１１ａと、内部抵抗の小さい二次電池１１ｂとが示されている。
一般に、充電率（ＳＯＣ）が大きいほどセル開放電圧が高くなる関係にある。指令追従モードから定電圧モードに切り替えた場合、抵抗の小さい列（二次電池１１ｂを含む列）は、指令追従モードで電流が大きく充電率が高くなっており（図７の例では８８パーセント）、セル開放電圧が高い。その結果、抵抗の小さい列に流れる電流は小さくなり、充電の進行が遅くなる。
一方、抵抗の小さい列（二次電池１１ｂを含む列）は、指令追従モードで電流が小さく充電率が低くなっており（図７の例では８６パーセント）、セル開放電圧が低い。その結果、抵抗の大きい列に流れる電流は大きくなり、充電の進行が速くなる。

このように、指令追従モードから定電圧モードに切り替えることで、充電率の低い二次電池１１に流れる電流が大きくなり、充電率のばらつきが低減される。特に、内部抵抗の小さいセル（図７の例では二次電池１１ｂ）に流れる電流を小さくして当該セルの充電率が上限に到達するのを遅らせることができる。これにより、内部抵抗の小さいセルの充電率が上限に達したときに、内部抵抗の大きいセル（図７の例では二次電池１１ａ）の充電率も上限に近付けることができる。

図８は、充放電制御装置１３が充放電のモードを選択する処理手順の例を示す説明図である。
ステップＳ１１１において、充放電切替判定部１３２は、充放電指令装置２０から運転指令を受けているか否かを判定する。運転指令を受けていると判定した場合（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１２へ進む。一方、運転指令を受けていないと判定した場合（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、運転モードとして、蓄電システムの停止を選択する（ステップＳ１５１）。蓄電システムの停止を選択した場合、充放電制御装置１３は、インバータ１２を停止させる。これにより、蓄電システム１０は充放電を停止し、電力を入出力しなくなる。

ステップＳ１１２において、充放電切替判定部１３２は、充放電指令装置２０から充電指令を受けているか否かを判定する。充電指令を受けていると判定した場合（ステップＳ１１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１３へ進む。一方、充電指令を受けていない（放電指令を受けている）と判定した場合（ステップＳ１１２：Ｎｏ）、ステップＳ１３１へ進む。

ステップＳ１１３において、充電率判定部１３３は、全ての二次電池１１の充電率が充電率上限値Ａ未満か否かを判定する。全ての二次電池１１の充電率が充電率上限値Ａ未満であると判定した場合（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１４へ進む。一方、充電率が充電率上限値Ａ以上の二次電池１１ありと判定した場合（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、運転モードとして、蓄電システムの停止を選択する（ステップＳ１５１）。

ステップＳ１１４において、充電率判定部１３３は、全ての二次電池１１の充電率が充電モード切替閾値Ｂ未満か否かを判定する。全ての二次電池１１の充電率が充電モード切替閾値Ｂ未満であると判定した場合（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、運転モードとして指令追従モードを選択する（ステップＳ１１５）。一方、充電率が充電モード切替閾値Ｂ以上の二次電池１１ありと判定した場合（ステップＳ１１４：Ｎｏ）、ステップＳ１２１へ進む。

ステップＳ１２１において、充電率判定部１３３は、定電圧モードにおける充電電力が充電指令値より大きいか否かを判定する。定電圧モードにおける充電電力が充電指令値より大きいと判定した場合（ステップＳ１２１：Ｙｅｓ）、運転モードとして指令追従モードを選択する（ステップＳ１１５）。この場合、定電圧モードに設定すると充電電力が充電指令値を超えてしまうからである。一方、定電圧モードにおける充電電力が充電指令値以下であると判定した場合（ステップＳ１２１：Ｎｏ）、運転モードとして定電圧モードを選択する。

ステップＳ１３１において、充電率判定部１３３は、全ての二次電池１１の充電率が充電率下限値Ｄより大きいか否かを判定する。全ての二次電池１１の充電率が充電率下限値Ｄより大きいと判定した場合（ステップＳ１３１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３２へ進む。一方、充電率が充電率下限値Ｄ以下の二次電池１１ありと判定した場合（ステップＳ１３１：Ｎｏ）、運転モードとして、蓄電システムの停止を選択する（ステップＳ１５１）。

ステップＳ１３２において、充電率判定部１３３は、全ての二次電池１１の充電率が放電モード切替閾値Ｃより大きいか否かを判定する。全ての二次電池１１の充電率が放電モード切替閾値Ｃより大きいと判定した場合（ステップＳ１３２：Ｙｅｓ）、運転モードとして指令追従モードを選択する（ステップＳ１３３）。一方、充電率が放電モード切替閾値Ｃ以下の二次電池１１ありと判定した場合（ステップＳ１３２：Ｎｏ）、ステップＳ１４１へ進む。

ステップＳ１４１において、充電率判定部１３３は、定電圧モードにおける放電電力が放電指令値より大きいか否かを判定する。定電圧モードにおける放電電力が放電指令値より大きいと判定した場合（ステップＳ１４１：Ｙｅｓ）、運転モードとして指令追従モードを選択する（ステップＳ１３３）。この場合、定電圧モードに設定すると放電電力が放電指令値を超えてしまうからである。一方、定電圧モードにおける放電電力が放電指令値以下であると判定した場合（ステップＳ１４１：Ｎｏ）、運転モードとして定電圧モードを選択する。

次に、図９を参照して、充放電制御装置１３が行う充放電へのレートリミッタ設定について説明する。
図９は、レート制御部１３６がレートリミッタの要否やレートリミッタ値の設定を行う処理手順の例を示す説明図である。レート制御部１３６は、充放電切替判定部１３２が充放電の切替を検出すると、同図の処理を行う。

ステップＳ２１１において、通信部１３１は、電力系統９の状態情報を取得する。例えば、レート制御部１３６が、電力系統９の状態を、電力系統９を管理するＥＭＳ（Energy Management System、系統管理システム）へ通信部１３１を介して問合せることで、電力系統９の状態情報を取得する。ステップＳ２１１の後、ステップＳ２１２へ進む。

ステップＳ２１２において、レート制御部１３６は、ステップＳ２１１で得られた状態情報に対応する情報を、レートリミッタ記憶部１３７から読み出し、レートリミッタの要否を判定する。レートリミッタが必要と判定した場合（ステップＳ２１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２１３へ進む。一方、レートリミッタが不要と判定した場合は、レートリミッタ不使用に設定する（ステップＳ２１５）。この場合、レート制御部１３６は、指令追従制御部１３４または定電圧制御部１３５から出力される充放電指令を、そのまま通信部１３１へ出力する。

ステップＳ２１３において、レート制御部１３６は、ステップＳ２１２でレートリミッタ記憶部１３７から読み出したデータに基づいてリミッタレート（レートリミッタの設定値）を設定し、また、レートリミッタ使用に設定する（ステップＳ２１４）。この場合、レート制御部１３６は、所定時間（例えば５秒間）指令追従制御部１３４または定電圧制御部１３５から出力される充放電指令に対して、変化量の制限を行う。

以上のように、通信部１３１が取得したすべての二次電池１１の充電率が所定の充電率範囲以内であると判定された場合、指令追従制御部１３４は、充放電指令が示す電流を二次電池１１から出力させるようインバータ１２を制御する。一方、通信部１３１が取得した二次電池の充電率の中に、所定の充電率範囲を超えるものがあると判定された場合、定電圧制御部１３５は、二次電池１１に所定の電圧をかけるようインバータ１２を制御する。

これにより、図５〜７を参照して説明したように、蓄電システム１０では、二次電池１１間の充電率のばらつきを低減させて充放電量を大きくすることができる。特に、大規模太陽光発電や大規模風力発電所に応じで二次電池１１の個数が多い場合でも、蓄電システム１０では、二次電池１１間の充電率のばらつきを低減させて充放電量を大きくすることができる。この点において、蓄電システム１０は、大規模太陽光発電や大規模風力発電所に対応可能である。
また、充放電制御装置１３は、インバータ１２に対して充放電を指令すればよく、個々の二次電池１１の充放電を制御する必要はない。この点において、充放電制御装置１３の負荷が小さい。
このように、蓄電システム１０によれば、充放電制御装置１３の負荷が比較的小さく、かつ、大規模太陽光発電や大規模風力発電所に対応可能である。

また、充放電切替判定部１３２は、二次電池１１に対する充放電指令が充電から放電へ、または放電から充電へ切り替わったか否かを判定する。そして、充放電指令装置２０からの充放電指令が切り替わったと判定された場合、レート制御部１３６が、充放電電流の変化率が、予め定められた変化率の範囲内になるように、インバータ１２による二次電池１１の充放電を制御する。
一方、充放電指令が切り替わっていないと判定された場合、指令追従制御部１３４が、充放電指令が示す電流を二次電池１１から出力させるようインバータ１２を制御する。

これにより、蓄電システム１０の充放電の変動が系統電圧に与える影響によりインバータ１２の系統異常検知システムが動作して出力を停止してしまうことを防止できる。
ここで、蓄電システム１０の規模が大きい場合、蓄電システム１０が入力または出力する電力の変動が系統電圧（電力系統９（図１）の電圧）に与える影響が大きい。特に、蓄電システム１０の充放電が切り替わる場合、電力の入力と出力とが切り替わるため、変動幅が大きくなる。例えば、充放電制御装置１３がインバータ１２へ送信する充放電指令が、大規模自然エネルギー発電設備９１２（図１）の出力急変などの影響で充電から放電、または、放電から充電へ切り替わる際、系統異常検知システムが動作する可能性がある。系統異常検知システムが動作してインバータ１２からの出力が停止されると、電力系統９の電力変動への対応（平滑化）が遅れてしまう。

これに対し、充放電制御装置１３が、充放電切替の際の電流変動を制限することで、系統異常検知システムの動作を防止し、もって、電力系統９の電力変動への対応（平滑化）の遅れを防止することができる。
また、充放電制御装置１３は、インバータ１２に対して充放電を指令すればよく、個々の二次電池１１の充放電を制御する必要はない。この点において、充放電制御装置１３の負荷が小さい。
このように、蓄電システム１０によれば、充放電制御装置１３の負荷が比較的小さく、かつ、大規模太陽光発電や大規模風力発電所に対応可能である。

また、充放電指令装置２０（図１）において、差分算出部２０３は、蓄電システム１０の各々の充放電測定値と充放電指令値との差分を算出する。そして、補正部２０５は、充放電測定値と充放電指令値との差分の大きさが所定の閾値以下の蓄電システム１０の充放電指令値に対して蓄電システム全体の充放電測定値と充放電指令値との差分を減少させる補正を行う。
これにより、充放電指令装置２０は、指令値への追従が良好と考えられる蓄電システム１０を用いて、放電測定値と充放電指令値との差分を補正することができ、精度よく補正を行うことができる。

なお、充放電制御装置１３や充放電指令装置２０の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１ 蓄電設備
１０ 蓄電システム
１１ 二次電池
１２ インバータ
１３ 充放電制御装置
１３１ 通信部
１３２ 充放電切替判定部
１３３ 充電率判定部
１３４ 指令追従制御部
１３５ 定電圧制御部
１３６ レート制御部
１３７ レートリミッタ記憶部
２０ 充放電指令装置
２０１ 通信部
２０２ 充放電指令生成部
２０３ 差分算出部
２０４ 差分判定部
２０５ 補正部

Claims (5)

1. インバータと、前記インバータに並列に接続された複数の二次電池と、前記複数の二次電池の充放電を制御する充放電制御装置とを具備する複数の蓄電システムに対して充放電を指令する充放電指令装置であって、
   前記充放電制御装置は、
   前記二次電池それぞれの充電率を取得する充電率取得部と、
   前記充電率取得部が取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であるか否かを判定する充電率判定部と、
   前記充電率取得部が取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であると判定された場合、充放電指令が示す電流で前記二次電池に充放電を行わせるよう前記インバータを制御する指令追従制御部と、
   前記充電率取得部が取得した二次電池の充電率の中に、前記充電率範囲外のものがあると判定された場合、前記二次電池に所定の電圧で充放電を行わせるよう前記インバータを制御する定電圧制御部と、
   を具備し、
   前記充放電指令装置は、
   前記蓄電システムの各々の充放電測定値を取得する充放電測定値取得部と、
   前記充放電測定値と充放電指令値との差分を算出する差分算出部と、
   前記充放電測定値と充放電指令値との差分の大きさが所定の閾値以下の蓄電システムの充放電指令値に対して蓄電システム全体の充放電測定値と充放電指令値との差分を減少させる補正を行う補正部と、
   を具備する充放電指令装置。
2. インバータ、前記インバータに並列に接続された複数の二次電池、及び、前記複数の二次電池の充放電を制御する充放電制御装置を具備する蓄電システムと、複数の前記蓄電システムに対して充放電を指令する充放電指令装置とを具備し、
   前記充放電制御装置は、
   前記二次電池それぞれの充電率を取得する充電率取得部と、
   前記充電率取得部が取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であるか否かを判定する充電率判定部と、
   前記充電率取得部が取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であると判定された場合、充放電指令が示す電流で前記二次電池に充放電を行わせるよう前記インバータを制御する指令追従制御部と、
   前記充電率取得部が取得した二次電池の充電率の中に、前記充電率範囲外のものがあると判定された場合、前記二次電池に所定の電圧で充放電を行わせるよう前記インバータを制御する定電圧制御部と、
   を具備し、
   前記充放電指令装置は、
   前記蓄電システムの各々の充放電測定値を取得する充放電測定値取得部と、
   前記充放電測定値と充放電指令値との差分を算出する差分算出部と、
   前記充放電測定値と充放電指令値との差分の大きさが所定の閾値以下の蓄電システムの充放電指令値に対して蓄電システム全体の充放電測定値と充放電指令値との差分を減少させる補正を行う補正部と、
   を具備するシステム。
3. 前記充放電制御装置は、
   前記二次電池に対する充放電指令が充電から放電へ、または放電から充電へ切り替わったか否かを判定する充放電切替判定部と、
   前記充放電切替判定部によって充放電指令が切り替わったと判定された場合、充放電電流の変化率が、予め定められた変化率の範囲内になるように、前記インバータによる前記二次電池の充放電を制御するレート制御部と、
   を更に具備し、
   前記指令追従制御部は、前記充放電切替判定部によって充放電指令が切り替わっていないと判定された場合、前記充放電指令が示す電流で前記二次電池に充放電を行わせるよう前記インバータを制御する、
   請求項２に記載のシステム。
4. インバータ、前記インバータに並列に接続された複数の二次電池、及び、前記複数の二次電池の充放電を制御する充放電制御装置を具備する蓄電システムと、複数の前記蓄電システムに対して充放電を指令する充放電指令装置とを具備するシステムが行う処理方法であって、
   前記充放電制御装置が、
   前記二次電池それぞれの充電率を取得し、
   取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であるか否かを判定し、
   取得したすべての二次電池の充電率が所定の充電率範囲以内であると判定された場合、充放電指令が示す電流で前記二次電池に充放電を行わせるよう前記インバータを制御し、
   取得した二次電池の充電率の中に、前記充電率範囲外のものがあると判定された場合、前記二次電池に所定の電圧で充放電を行わせるよう前記インバータを制御し、
   前記充放電指令装置が、
   前記蓄電システムの各々の充放電測定値を取得し、
   前記充放電測定値と充放電指令値との差分を算出し、
   前記充放電測定値と充放電指令値との差分の大きさが所定の閾値以下の蓄電システムの充放電指令値に対して蓄電システム全体の充放電測定値と充放電指令値との差分を減少させる補正を行う、
   処理方法。
5. 前記充放電制御装置が、
   前記二次電池に対する充放電指令が充電から放電へ、または放電から充電へ切り替わったか否かを判定し、
   充放電指令が切り替わったと判定された場合、充放電電流の変化率が、予め定められた変化率の範囲内になるように、前記インバータによる前記二次電池の充放電を制御し、
   充放電指令が切り替わっていないと判定された場合、前記充放電指令が示す電流で前記二次電池に充放電を行わせるよう前記インバータを制御する、
   請求項４に記載の処理方法。

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