JP6304392B2 - 充放電管理装置 - Google Patents
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Description
[実施の形態1の全体構成]
図1は、本発明の実施の形態1に係るシステム構成を説明するための概念構成図である。図1に示す発電設備10は、電力系統の送電設備20に接続される。電力系統には、送電設備20の他、送電設備20に接続された他の発電設備(図示省略)、送電設備20に接続された負荷設備(図示省略)が含まれる。発電設備10は、天候によって発電電力が変動する発電システム30と蓄電池システム40とを備える。発電システム30と蓄電池システム40とは、設備内電線21を介して接続される。さらに、発電設備10は、メインサイトコントローラ(MSC)50を備える。発電システム30と蓄電池システム40とメインサイトコントローラ50とは、コンピュータネットワーク22を介して接続される。発電設備10と電力系統との連系点には電力計25が設けられる。電力計25は、信号線によりメインサイトコントローラ50に接続される。
図1に示す発電システム30は、太陽光発電(PV)システムである。なお、発電システム30は、風力発電システム等であってもよい。発電システム30は、太陽光発電モジュール31、太陽光発電用の交直変換装置(以下、PV−PCS)32、電力計33を備える。発電システム30では、1つのPV−PCS32に対して複数の太陽光発電モジュール31が接続される。図1では、太陽光発電モジュール31は3つであるが、これは単なる一例である。PV−PCS32は電力計33を介して設備内電線21に接続される。電力計33は、信号線によりメインサイトコントローラ50に接続される。
蓄電池システム40は、蓄電池用の交直変換装置(以下、蓄電池用PCS)41、フロントバッテリーコントロールステーション盤(以下、FBCS盤)42、及び蓄電池盤43を備える。蓄電池システム40では、1つの蓄電池用PCS41に対して1つのFBCS盤42が接続され、1つのFBCS盤42に対して複数の蓄電池盤43が並列に接続される。図1では、蓄電池盤43は3列であるが、これは単なる一例である。蓄電池盤43の並列数は蓄電池用PCS41の仕様に基づいて定められる。よって、蓄電池盤43の並列数が1列となることもあり得る。
蓄電池盤43は、ヒューズ431、コンタクタ432、蓄電池モジュール433、及び蓄電池監視装置(以下、BMU:Battery Management Unit)434を備える。蓄電池モジュール433は、複数のセルが直列に接続されたモジュールである。各セルはリチウムイオン電池(LiB)である。蓄電池モジュール433は、コンタクタ432及びヒューズ431を介して送電線によりFBCS盤42に接続される。また、蓄電池モジュール433は、信号線によりBMU434に接続される。BMU434は、コンピュータネットワーク23によりFBCS盤42上の制御装置421に接続され、信号線によりコンタクタ432に接続される。
FBCS盤42は、蓄電池盤43と蓄電池用PCS41とに接続される。具体的には、各蓄電池盤43は、個別の送電線によりFBCS盤42に接続される。個別の送電線はFBCS盤42の内部で合流し、より太い送電線に接続される。合流後の送電線は蓄電池用PCS41に接続される。また、FBCS盤42は制御装置421を備える。制御装置421は、例えばROM、RAM等を含むメモリ、各種情報を入出力する入出力インタフェース、各種情報に基づいて各種演算処理を実行可能なプロセッサを備える。制御装置421は、コンピュータネットワーク22を介してMCS50に、コンピュータネットワーク23を介してBMU434に、コンピュータネットワーク24を介して蓄電池用PCS41に接続される。また、制御装置421は、信号線によりコンタクタ432に接続される。
蓄電池用PCS41は、変圧器を介して送電線により設備内電線21に接続される。蓄電池用PCS41は、発電システム30が出力した交流電力を直流電力に変換して蓄電池モジュール433に充電する充電機能と、蓄電池モジュール433の直流電力を交流電力に変換して電力系統に放電する放電機能とを備える。蓄電池モジュール433への充電電力量、及び蓄電池モジュール433からの放電電力量は、蓄電池用PCS41によって調整される。蓄電池用PCS41による充放電電力量の調整は、制御装置421から供給される充放電指令に従って行われる。蓄電池用PCS41は電流センサと電圧センサとを備え、蓄電池用PCS41はこれらのセンサの出力値を参照して充放電電力量の調整を実施する。
メインサイトコントローラ50は、例えばROM、RAM等を含むメモリ、各種情報を入出力する入出力インタフェース、各種情報に基づいて各種演算処理を実行可能なプロセッサを備える。メインサイトコントローラ50は、コンピュータネットワーク22によりPV−PCS32、制御装置421に接続される。メインサイトコントローラ50は、信号線により電力計33に接続される。
図2は、本発明の実施の形態1に係るシステムのブロック図である。本発明に係る充放電管理装置60は、メインサイトコントローラ50と制御装置421とを含みうる概念である。
充放電管理装置60は充放電指令機能を有し、その機能は充放電指令部61が受け持つ。充放電管理装置60は、電力計25から合成電力値を受信し、電力計33から発電電力値を受信し、BMU434から蓄電池情報を受信する。充放電指令部61は、発電電力値と蓄電池情報とに基づいて充放電指令を決定し、充放電指令を蓄電池用PCS41に送信する。
図4は、本発明の実施の形態1に係るシステムにおいて、充放電管理装置60が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このフローチャートに示すメインサイトコントローラ50の処理は、充放電指令部61の機能によって実現される処理である。メインサイトコントローラ50のメモリには、図4に示すフローチャートの処理を実行するプログラムが記憶されており、メインサイトコントローラ50のプロセッサがプログラムを読み出して、実行することにより図4に示す処理が実現される。
[実施の形態2の全体構成]
次に、図7〜図11を参照して本発明の実施の形態2について説明する。本実施形態のシステムは図1、図10に示す構成において、充放電管理装置60に後述する図11のルーチンを実施させることで実現することができる。
上述した実施の形態1では、SoC目標値を蓄電池の劣化抑制に適した理想値に設定することとした。しかしながら、蓄電池の劣化抑制に適した理想的なSoCに一定制御すると、必要とされる蓄電池の容量は大きくなる。例えば、劣化抑制に理想的なSoCが30%の蓄電池において、常にSoCが30%になるように制御する場合、PV発電量の変動抑制に3MWhを要するとすれば、必要な蓄電池の容量は10MWhとなる。
tan(θ)=100/(n×60×P) ・・・(1)
となる。
S[kWh]=W×W×tan(θ)×2 ・・・(2)
となる。
S[kWh]=W×W×100/(n×60×P×2) ・・・(3)
となる。
SoC目標値[%]=S×100/BT ・・・(4)
充放電管理装置60はSoC目標値変更機能を有し、その機能はSoC目標値変更部62が受け持つ。SoC目標値変更部62は、合成電力の変化に基づく必要電力量の変化に応じてSoC目標値を変更する。なお、合成電力は、電力計25により検出される。また、合成電力は、メインサイトコントローラ50が電力計33により検出される発電システム30の発電電力と、蓄電池システム40の充放電電力とを足しあわせて算出してもよい。
図11は、本発明の実施の形態2に係るシステムにおいて、充放電管理装置60が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このフローチャートに示すメインサイトコントローラ50の処理は、充放電指令部61とSoC目標値変更部62の各機能によって実現される処理である。メインサイトコントローラ50のメモリには、図11に示すフローチャートの処理を実行するプログラムが記憶されており、メインサイトコントローラ50のプロセッサがプログラムを読み出して、実行することにより図11に示す処理が実現される。
[実施の形態3の全体構成]
次に、図12〜図14を参照して本発明の実施の形態3について説明する。本実施形態のシステムは図1、図13に示す構成において、充放電管理装置60に後述する図14のルーチンを実施させることで実現することができる。
上述した実施の形態2では、朝夕に比して日中に必要電力量が高まることに着目して、時刻毎にSoC目標値を変更することとした。ところで、太陽光発電システムの出力は、日の出時刻から日射ピーク時刻までの期間は増加傾向にある。そのため、蓄電池のSoCがSoC目標値より低い場合には、積極的に充電してSoC目標値を達成し易い反面、SoCがSoC目標値よりも高い場合には、放電量が制限されるためSoC目標値を達成し難い。また、太陽光発電システムの出力は、日射ピーク時刻を過ぎると減少傾向にある。そのため、SoCがSoC目標値よりも高い場合には、積極的に放電してSoC目標値を達成し易い反面、SoCがSoC目標値よりも低い場合には、出力が減少傾向にあるためSoC目標値を達成し難い。そのため、太陽光発電システムの出力傾向を加味して、SoC目標値をスケジューリングすることが望ましい。
充放電管理装置60は日射情報取得機能を有し、その機能は日射情報取得部63が受け持つ。日射情報取得部63は、コンピュータネットワーク22に接続された他のコンピュータ又は充放電管理装置60に接続された外部記憶装置等から日射情報を取得する。日射情報は、日の出時刻、日射ピーク時刻、日の入り時刻、翌日の日の出時刻を含む。
充放電管理装置60はSoC目標値変更機能を有し、その機能はSoC目標値変更部62が受け持つ。SoC目標値変更部62は、まず、実施の形態2で述べたSoC目標値変更機能の説明に従って、各時刻のSoC目標値を設定する。実施の形態3では、設定された各時刻のSoC目標値にオフセット値を加味して、各時刻のSoC目標値を再設定する。各時刻のオフセット値は、日射情報に基づいて設定される。日の出時刻から日射ピーク時刻までの間は、SoC目標値に負のオフセット値を加えて再設定後のSoC目標値とする。日射ピーク時刻から日の入り時刻までの間は、SoC目標値に正のオフセット値を加えて、再設定後のSoC目標値とする。
図14は、本発明の実施の形態3に係るシステムにおいて、充放電管理装置60が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このフローチャートに示すメインサイトコントローラ50の処理は、充放電指令部61、SoC目標値変更部62、日射情報取得部63の各機能によって実現される処理である。メインサイトコントローラ50のメモリには、図14に示すフローチャートの処理を実行するプログラムが記憶されており、メインサイトコントローラ50のプロセッサがプログラムを読み出して、実行することにより図14に示す処理が実現される。
ところで、上述した実施の形態3のシステムにおいては、オフセット値が0の時間が存在してもよい。更に、季節ごとに日射情報は変わるので、日付によってSoC目標値やオフセット値を変更することとしてもよい。更に、天気予報や日射情報から自動的にPV発電傾向を予測してオフセット値を自動的に算出することとしてもよい。
[実施の形態4の全体構成]
次に、図13、図14を参照して本発明の実施の形態4について説明する。本実施形態のシステムは図1、図13に示す構成において、充放電管理装置60に後述する図14のルーチンを実施させることで実現することができる。
上述した実施の形態2では、朝夕に比して日中に必要電力量が高まることに着目して、時刻毎にSoC目標値を変更することとした。ところで、日の入り時刻の蓄電池のSoCが、劣化抑制に適した理想値と異なる場合もある。そこで、実施の形態4のシステムでは、太陽光発電システムによる発電電力が0、かつ、日の入り時刻を過ぎている場合に、SoC目標値を劣化抑制に適した理想値に設定することとする。
充放電管理装置60は日射情報取得機能を有し、その機能は日射情報取得部63が受け持つ。日射情報取得部63は、コンピュータネットワーク22に接続された他のコンピュータ又は充放電管理装置60に接続された外部記憶装置等から年間の日射情報を取得する。日射情報は、日の出時刻、日射ピーク時刻、日の入り時刻、翌日の日の出時刻を含む。
充放電管理装置60はSoC目標値変更機能を有し、その機能はSoC目標値変更部62が受け持つ。SoC目標値変更部62は、太陽光発電システムによる発電電力が0、かつ、日の入り時刻を過ぎている場合に、SoC目標値を蓄電池モジュール433の劣化抑制に適した理想値に設定する。なお、日の出時刻から日の入り時刻までのSoC目標値の設定については一定値であっても良いし、実施の形態2で述べたSoC目標値変更機能の説明に従って、各時刻のSoC目標値を設定することとしてもよい。
図14は、本発明の実施の形態4に係るシステムにおいて、充放電管理装置60が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このフローチャートに示すメインサイトコントローラ50の処理は、充放電指令部61、SoC目標値変更部62、日射情報取得部63の各機能によって実現される処理である。メインサイトコントローラ50のメモリには、図14に示すフローチャートの処理を実行するプログラムが記憶されており、メインサイトコントローラ50のプロセッサがプログラムを読み出して、実行することにより図14に示す処理が実現される。
ところで、上述した実施の形態4のシステムにおいては、日の入り時刻後に蓄電池モジュール433のSoCがSoC目標値よりも低い場合には、電力系統から電力供給を受けて充電する。しかし、電力系統からの受電は電力会社との協定などで禁止されていたり、コスト面でデメリットが生じるケースがあったりする。そこで、SoC目標値変更部62は、日の入り時刻前において、SoC目標値を蓄電池モジュール433の劣化抑制に適した理想値よりも高く設定することとしてもよい。このように設定することで、日の入り時刻後に放電のみで蓄電池モジュール433のSoCをSoC目標値に一致させることが可能となる。
また、上述した実施の形態4のシステムにおいては、日の入り時刻から翌日の日の出時刻まで、SoC目標値を蓄電池モジュール433の劣化抑制に適した理想値に設定している。しかしながら、日の出時刻後は太陽光発電システムの発電電力は増加傾向にあり、蓄電池モジュール433が満充電状態となれば、太陽光発電の出力変動を充電により平準化することができなくなる。この場合、太陽光発電システムによる発電電力を抑制する必要が生じてしまう。そのため、日の出時刻の蓄電池モジュール433のSoCは0近傍であることが望ましい。そこで、SoC目標値変更部62は、日の入り時刻から翌日の日の出時刻までの間に、段階的にSoC目標値を0近傍まで下げることとしてもよい。このように設定することで、夜間放電が行われ、日の出時刻の蓄電池モジュール433のSoCを0に近づけることが可能となる。
[実施の形態5の全体構成]
次に、図15、図16を参照して本発明の実施の形態5について説明する。本実施形態のシステムは図1、図15に示す構成において、充放電管理装置60に後述する図16のルーチンを実施させることで実現することができる。
上述した実施の形態4の変形例2の構成では、翌日の日の出時刻における蓄電池モジュール433のSoCは0近傍となる。しかしながら、翌日の天気が雨や雪などの場合には、蓄電池モジュール433への充電ができない。そのため、実施の形態5のシステムでは、天気予報情報を取得して、翌日の天気予報が発電に適さない天候である場合には、日の入り時刻から翌日の日の出時刻までの間に、SoC目標値を下げないこととする。
充放電管理装置60は天気予報情報取得機能を有し、その機能は天気予報情報取得部64が受け持つ。日射情報取得部63は、コンピュータネットワーク22に接続された他のコンピュータ又は充放電管理装置60に接続された外部記憶装置等から天気予報情報を取得する。天気予報情報には、時刻毎の天気予報を含む。
充放電管理装置60はSoC目標値変更機能を有し、その機能はSoC目標値変更部62が受け持つ。SoC目標値変更部62は、太陽光発電システムによる発電電力が0、かつ、日の入り時刻を過ぎている場合に、SoC目標値を蓄電池モジュール433の劣化抑制に適した理想値に設定する。また、SoC目標値変更部62は、天気予報情報に基づく翌日の天気予報が発電に適した天候である場合には、日の入り時刻から翌日の日の出時刻までの間に、段階的にSoC目標値を0近傍まで下げる。また、SoC目標値変更部62は、天気予報情報に基づく翌日の天気予報が発電に適さない天候である場合には、日の入り時刻から翌日の日の出時刻までの間に、SoC目標値を下げない。なお、日の出時刻から日の入り時刻までのSoC目標値の設定については一定値であっても良いし、実施の形態2で述べたSoC目標値変更機能の説明に従って、各時刻のSoC目標値を設定することとしてもよい。
図16は、本発明の実施の形態5に係るシステムにおいて、充放電管理装置60が実行する制御ルーチンのフローチャートである。このフローチャートに示すメインサイトコントローラ50の処理は、充放電指令部61、SoC目標値変更部62、日射情報取得部63、天気予報情報取得部64の各機能によって実現される処理である。メインサイトコントローラ50のメモリには、図16に示すフローチャートの処理を実行するプログラムが記憶されており、メインサイトコントローラ50のプロセッサがプログラムを読み出して、実行することにより図16に示す処理が実現される。
20 送電設備
21 設備内電線
22、23、24 コンピュータネットワーク
30 発電システム
31 太陽光発電モジュール
32 PV−PCS
33 電力計
40 蓄電池システム
41 蓄電池用PCS
42 FBCS盤
43 蓄電池盤
50 メインサイトコントローラ
60 充放電管理装置
61 充放電指令部
62 SoC目標値変更部
63 日射情報取得部
64 天気予報情報取得部
421 制御装置
431 ヒューズ
432 コンタクタ
433 蓄電池モジュール
434 蓄電池監視装置(BMU)
Claims (12)
- 天候によって発電電力が変動する発電システムと蓄電池システムとを含み電力系統に接続された発電設備に設けられた充放電管理装置であって、
前記発電システムは、発電電力を検出する電力計を備え、
前記蓄電池システムは、
蓄電池と、
前記蓄電池の状態を監視する蓄電池監視装置と、
前記発電システムが出力した交流電力を直流電力に変換して前記蓄電池に充電する機能と、前記蓄電池の直流電力を交流電力に変換して前記電力系統に放電する機能とを有する交直変換装置と、を備え、
前記充放電管理装置は、
前記電力計が検出した発電電力と前記蓄電池監視装置から供給される蓄電池情報とに基づいて、定格に対する前記電力系統に供給される電力の単位時間当たりの変化率(以下、系統供給電力変化率と記す。)が±n%の変動範囲内に収まるように、かつ、前記蓄電池のSoC(State of Charge)がSoC目標値に近づくように前記交直変換装置に対する充放電指令を決定する充放電指令部と、
各時刻において、前記発電システムの発電電力と前記蓄電池システムの充放電電力とを合算した合成電力に基づいて前記SoC目標値を変更するSoC目標値変更部と、を備え、
前記SoC目標値変更部は、各時刻における前記SoC目標値を、各時刻において前記発電システムによる発電電力が0となったと仮定した場合に、前記系統供給電力変化率が−n%を下回らずに、前記電力系統に供給される電力が0になるまで放電を継続可能な電力を確保するための目標値に設定すること、
を特徴とする充放電管理装置。 - 前記充放電指令部は、前記SoCが前記SoC目標値より低く、かつ、前記定格に対する前記電力計が検出した発電電力の単位時間当たりの変化率が+n%以上の場合に、前記系統供給電力変化率が−n%以上0%未満となるように前回の充放電指令よりも充電電力を上げる又は放電電力を下げる充放電指令を決定すること、
を特徴する請求項1記載の充放電管理装置。 - 前記充放電指令部は、前記SoCが前記SoC目標値より低く、かつ、前記定格に対する前記電力計が検出した発電電力の単位時間当たりの変化率が−n%以下の場合に、前記系統供給電力変化率が−n%以上0%未満となるように前回の充放電指令よりも放電電力を上げる又は充電電力を下げる充放電指令を決定すること、
を特徴とする請求項1又は2記載の充放電管理装置。 - 前記充放電指令部は、前記SoCが前記SoC目標値より低く、かつ、前記定格に対する前記電力計が検出した発電電力の単位時間当たりの変化率が−n%より大きく+n%より小さい場合に、前記系統供給電力変化率が−n%以上0%未満となるように前回の充放電指令よりも充電電力を上げる又は放電電力を下げる充放電指令を決定すること、
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の充放電管理装置。 - 前記充放電指令部は、前記SoCが前記SoC目標値より高く、かつ、前記定格に対する前記電力計が検出した発電電力の単位時間当たりの変化率が+n%以上の場合に、前記系統供給電力変化率が0%より大きく+n%以下となるように前回の充放電指令よりも充電電力を上げる又は放電電力を下げる充放電指令を決定すること、
を特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載の充放電管理装置。 - 前記充放電指令部は、前記SoCが前記SoC目標値より高く、かつ、前記定格に対する前記電力計が検出した発電電力の単位時間当たりの変化率が−n%以下の場合に、前記系統供給電力変化率が0%より大きく+n%以下となるように前回の充放電指令よりも放電電力を上げる又は充電電力を下げる充放電指令を決定すること、
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の充放電管理装置。 - 前記充放電指令部は、前記SoCが前記SoC目標値より高く、かつ、前記定格に対する前記電力計が検出した発電電力の単位時間当たりの変化率が−n%より大きく+n%より小さい場合に、前記系統供給電力変化率が0%より大きく+n%以下となるように前回の充放電指令よりも放電電力を上げる又は充電電力を下げる充放電指令を決定すること、
を特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の充放電管理装置。 - 前記充放電管理装置は、日の出時刻、日射ピーク時刻、日の入り時刻を取得する日射情報取得部をさらに備え、
前記SoC目標値変更部は、
前記日の出時刻から前記日射ピーク時刻までの間、前記SoC目標値に負のオフセット値を加え、
前記日射ピーク時刻から前記日の入り時刻までの間、前記SoC目標値に正のオフセット値を加えること、
を特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項記載の充放電管理装置。 - 前記充放電管理装置は、日の出時刻、日射ピーク時刻、日の入り時刻を取得する日射情報取得部をさらに備え、
前記SoC目標値変更部は、前記発電システムによる発電電力が0の場合、かつ、前記日の入り時刻を過ぎている場合に、前記SoC目標値を前記蓄電池の劣化抑制に適した理想値に設定すること、
を特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項記載の充放電管理装置。 - 前記SoC目標値変更部は、前記日の入り時刻前において、前記SoC目標値を、前記理想値よりも高く設定すること、
を特徴とする請求項9記載の充放電管理装置。 - 前記SoC目標値変更部は、前記日の入り時刻から翌日の日の出時刻までの間に、段階的に前記SoC目標値を0近傍まで下げること、
を特徴とする請求項9又は10記載の充放電管理装置。 - 前記充放電管理装置は、天気予報情報を取得する天気予報情報取得部を更に備え、
前記SoC目標値変更部は、前記天気予報情報に基づく翌日の天気予報が発電に適さない天候である場合には、前記日の入り時刻から翌日の日の出時刻までの間に、前記SoC目標値を下げないこと、
を特徴とする請求項11記載の充放電管理装置。
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