JP6464480B2

JP6464480B2 - 電力制御装置および電力制御方法

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Publication number: JP6464480B2
Application number: JP2015078519A
Authority: JP
Inventors: 貴之杉本; 寛之木原; 英介下田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2014-04-11
Filing date: 2015-04-07
Publication date: 2019-02-06
Anticipated expiration: 2035-04-07
Also published as: JP2015208217A

Description

本発明は、電力制御装置および電力制御方法に関する。

従来、工場に導入されている生産設備や、病院等に導入されている医療設備などの大型設備では多くの電力を必要とする。このような大型設備の運用形態として、使用するときにだけ設備を稼働させ、使用していないときには設備を停止または低負荷運転させることが省エネ化に効果的であることが知られている。このような運用形態では、設備の電力を供給する電力供給源の負荷変動が大きくなる傾向を示す。

図１０は、従来の負荷電力のパターンの一例を示す図である。図１０は、設備の消費電力の経時的変化の一例を示している。図１０に示すように、負荷電力となる設備消費電力は、その稼働状態に応じて時間の経過と共に変動する。設備を稼働させている期間では、その消費電力が増加するため、この消費電力に追従して電力供給源側の発電装置を運転させる。また、設備を停止または低負荷運転させている期間では、その消費電力が低下するため、電力供給源側の一部の発電装置を待機させる。図１０の例では、設備を稼働させている期間と、設備を停止または低負荷運転させている期間とでは、負荷電力となる設備の消費電力の変動分（負荷変動）は５００ｋＷ以上になっている。

上述の負荷変動に対し、電力供給源側において、例えば商用電力に加えて、発電装置として常用・非常用兼用の天然ガスコージェネレーション（以下、「コージェネレーション」と称す。）を導入する場合、負荷電力のパターンから、コージェネレーションが安定的に自立運転できる値にコージェネレーションの定格容量を設定する必要がある。この場合、急峻な負荷変動を考慮すると、コージェネレーションの定格容量を最大負荷電力以上の容量に設定する必要があり、例えば最大負荷電力の３倍程度の定格容量が必要になる。

そのため、通常時のピーク電力平準化でコージェネレーションを運用する場合、コージェネレーションが部分負荷運転されることから、経済性と効率が低下する。例えば、最大負荷電力を７００ｋＷとした場合、定格容量が２１００ｋＷのコージェネレーションが必要になる。このため、コージェネレーションが大型化すると共に、装置コストが上昇する。

そこで、コージェネレーションと連係運転される蓄電装置を導入してマイクログリッドを構築し、急峻な負荷変動時の電力の不足分を蓄電装置で補償することにより、コージェネレーションの定格容量を下げることが行われている（特許文献１参照）。

図１１は、複数の電源を連係させる従来技術による電力制御装置１００の構成を示す図である。この電力制御装置１００では、減算器１１により、計測した負荷電力ＰＬから商用電力である買電力目標値ＫＴを減算することにより、商用電源が負荷追従できなかった変動成分を算出する。この変動成分から減算器１２が蓄電装置の出力電力の目標値ＢＴを減算することにより、コージェネレーション２１が発電すべき有効電力成分を算出する。

そして、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３により、コージェネレーション２１が発電すべき有効電力成分から所定の周波数成分が抽出され、その抽出成分が振幅制限器１４により制限されてコージェネレーション（ＧＥ）２１の発電電力（有効電力）を示す指令値とされる。この指令値は電力制御装置１００からコージェネレーション２１に出力される。コージェネレーション２１は、電力制御装置１００から入力される指令値に基づいて負荷追従運転を行い、商用電源で負荷追従できなかった変動成分を補償するための電力を発電して設備に供給する。

また、減算器１５により、減算器１１の出力値からコージェネレーション２１の発電電力（有効電力）ＰＧを減算することにより、コージェネレーション２１が追従できなかった負荷変動を算出する。減算器１５から出力される負荷変動成分から、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１６により所定の周波数成分が抽出され、その抽出成分が振幅制限器１８より制限されて蓄電装置（ＢＡＴ）２２の出力電力（有効電力）を示す指令値とされる。この指令値は電力制御装置１００から蓄電装置２２に出力される。蓄電装置２２は、電力制御装置１００から入力される指令値に基づいて負荷追従運転を行い、コージェネレーション２１で負荷追従できなかった負荷変動分を補償するための電力を発電して設備に供給する。

図１２は、従来技術による電力制御装置の動作を説明するための波形図であり、設備の消費電力である負荷電力ＰＬ、コージェネレーション２１の発電電力ＰＧ、蓄電装置２２の出力電力ＰＢの各経時変化の一例を示している。図１２の例では、時刻ｔ１から時刻ｔ３までの期間、５００ｋＷの負荷電力ＰＬが発生している。この場合、時刻ｔ１で電力制御装置１００がコージェネレーション２１に出力する指令値に基づいて、コージェネレーション２１が負荷追従して発電電力ＰＧを発生させる。

ここで、時刻ｔ２で発電電力ＰＧが負荷電力ＰＬに等しい５００ｋＷに到達するが、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間では、発電電力ＰＧが負荷電力ＰＬを下回り、コージェネレーション２１は、負荷変動に追従していない。この場合、コージェネレーション２１が負荷変動に追従できない負荷変動分を示す電力制御装置１００からの指令値に基づいて、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、蓄電装置２２が放電により出力電力ＰＢを発生させ、コージェネレーション２１が負荷変動に追従できない負荷変動分を補償する。

図１２の例では、時刻ｔ３で負荷電力が０ｋＷとなるため、コージェネレーション２１の発電電力ＰＧが時刻ｔ３で低下を開始し、時刻ｔ４で０ｋＷとなっている。この場合、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、コージェネレーション２１の発電電力は余剰となり、蓄電装置２２の充電に費やされる。

上述のように、コージェネレーション２１が負荷電力ＰＬの変動に追従できない期間において、蓄電装置２２が放電することにより、負荷変動分の電力を補償している。

特開２０１１−５５６７１号公報

しかしながら、コージェネレーション２１と連係運転される蓄電装置２２の定格電力は、負荷変動の大きさに応じて定まり、負荷変動が大きいほど蓄電装置の定格電力を増加させる必要がある。図１２の例では、蓄電装置２２は、最大で負荷電力ＰＬに等しい５００ｋＷの電力（絶対値）を補償することができる定格容量を有していなければならない。このため、蓄電装置が大型化するとともに、蓄電装置のコストが上昇するという問題がある。

本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、発電装置と連係運転される蓄電装置の定格電力の増加を抑制することができる電力制御装置および電力制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る電力制御装置は、負荷電力に応じた発電電力を発電装置に発生させるための第１指令値を出力する発電制御部と、前記負荷電力と前記発電電力との差を補償する電力を蓄電装置に発生させるための第２指令値を出力する蓄電制御部と、前記負荷電力を発生させる負荷の状態を示す状態信号が前記負荷の増加を示す場合、第１極性のバイアス量を前記第２指令値に付与し、前記状態信号が前記負荷の減少を示す場合、前記第１極性とは逆極性の第２極性のバイアス量を前記第２指令値に付与するバイアス部と、を備え、前記バイアス部は、前記第１極性のバイアス量を前記第２指令値に付与する前に、前記状態信号に基づき前記蓄電装置を一時的に放電させるためのバイアス量を前記第２指令値に付与する、電力制御装置の構成を有する。

前記電力制御装置において、例えば、前記バイアス部は、前記負荷電力が増加する前に
前記第１極性のバイアス量を前記第２指令値に付与し、前記負荷電力が減少する前に前記第２極性のバイアス量を前記第２指令値に付与する。
前記電力制御装置において、例えば、前記第１極性のバイアス量および前記第２極性のバイアス量の各絶対値は、前記負荷電力の最大変動量の２分の１に設定される。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る電力制御方法は、発電制御部が、負荷電力に応じた発電電力を発電装置に発生させるための第１指令値を出力する第１段階と、
蓄電制御部が、前記負荷電力と前記発電電力との差を補償する電力を蓄電装置に発生させるための第２指令値を出力する第２段階と、バイアス部が、前記負荷電力を発生させる負荷の状態を示す状態信号が前記負荷の増加を示す場合、第１極性のバイアス量を前記第２指令値に付与し、前記状態信号が前記負荷の減少を示す場合、前記第１極性とは逆極性の第２極性のバイアス量を前記第２指令値に付与する第３段階と、を含み、前記バイアス部は、前記第１極性のバイアス量を前記第２指令値に付与する前に、前記状態信号に基づき前記蓄電装置を一時的に放電させるためのバイアス量を前記第２指令値に付与する、電力制御方法の構成を有する。

本発明によれば、発電装置と連係運転される蓄電装置の定格電力の増加を抑制することができる。

本発明の第１実施形態による電力制御装置の構成例を示す図である。本発明の第１実施形態による電力制御装置１０のバイアス部１７が発生させるバイアス量ＢＶ１，ＢＶ２の変化を示す図であり、（Ａ）は、負極性のバイアス量を与えるダミー信号の信号レベルの変化を示し、（Ｂ）は、正極性のバイアス量を与えるダミー信号ＤＳ２の信号レベルの変化を示す図である。本発明の第１実施形態による電力制御装置の動作を説明するための波形図である。本発明の第１実施形態における負荷電力のパターンの一例を示す図である。本発明の第２実施形態による電力制御装置が想定する技術的課題を説明するための波形図である。本発明の第２実施形態による電力制御装置の構成例を示す図である。本発明の第２実施形態による電力制御装置のバイアス部に備えられた演算部の構成例を示す図である。本発明の第２実施形態による電力制御装置の動作を説明するための波形図であり、負荷急増が発生した場合の波形図である。本発明の第２実施形態による電力制御装置の動作を説明するための波形図であり、負荷急増が発生しなかった場合の波形図である。従来の負荷電力のパターンの一例を示す図である。複数の電源を連係させる従来技術による電力制御装置の構成を示す図である。複数の電源を連係させる従来技術による電力制御装置の動作を説明するための波形図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による電力制御装置１０の構成例を示す図である。
第１実施形態による電力制御装置１０は、例えば生産設備等の大型設備で消費される電力（以下、負荷電力ＰＬと称す。）の供給源となる各種の電力供給源を負荷追従制御するものである。第１実施形態では、上記電力供給源として、発電装置である天然ガスコージェネレーション（ＧＥ）２１と蓄電装置（ＢＡＴ）２２とを想定し、これらコージェネレーション２１および蓄電装置２２はマイクログリッドを構成する。蓄電装置２２は、コージェネレーション２１と連係運転され、負荷電力ＰＬに対するコージェネレーション２１の発電電力ＰＧの不足分を補償するための電力ＰＢを発生させる。
なお、大型設備の電力を供給する場合を想定しているが、この例に限定されず、設備の規模や種類は任意である。また、コージェネレーションと蓄電装置とを連係させる場合に限らず、任意の複数の電源の制御に対して本発明を適用することができる。

概略的には、電力制御装置１０は、大型設備の稼働状態（負荷の状態）を示す所定の状態信号を受けてから蓄電装置２２の出力電力を指定するための指令値にバイアスをかけて負荷追従制御を実施することにより、蓄電装置２２の充放電電力を−２５０ｋＷ〜＋２５０ｋＷの範囲で変化させる。これにより、例えば、負荷変動による負荷電力ＰＬと発電電力ＰＧとの差の最大値（以下、最大負荷変動量と称す。）を５００ｋＷとした場合、蓄電装置２２の定格容量を、最大負荷変動量の２分の１の２５０ｋＷに抑えることを可能とする。従って、従来、５００ｋＷの負荷変動量に対して、定格容量が５００ｋＷの蓄電装置を必要とするのに対し、第１実施形態によれば、蓄電装置の定格容量を５０パーセントだけ削減することが可能になる。
なお、上述の電力値は、理解を容易化するための例示的なものに過ぎず、本発明は、任意の負荷変動に対応する装置に適用することが可能である。

電力制御装置１０の構成を詳細に説明する。
電力制御装置１０は、減算器１１、減算器１２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３、振幅制限器１４、減算器１５、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１６、バイアス部１７、振幅制限器１８を備えている。このうち、減算器１１、減算器１２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３、振幅制限器１４は、負荷電力ＰＬに応じた発電電力ＰＧをコージェネレーション２１に発生させるための指令値ＣＯＭ１を出力する発電制御部（符号なし）を構成する。また、減算器１１、減算器１５、ローパスフィルタ１６、振幅制限器１８は、負荷電力ＰＬと発電電力ＰＧとの差を補償する電力ＰＢを蓄電装置２２に発生させるための第２指令値ＣＯＭ２を出力する蓄電制御部（符号なし）を構成する。

減算器１１は、計測された負荷電極ＰＬから、商用電力の購買量の計画目標を示す買電力目標値ＫＴを減算するものである。減算器１２は、減算器１１の出力Ｐ１から蓄電装置２２の出力電力ＰＢの目標値ＢＴを減算するものである。ローパスフィルタ１３は、減算器１２の出力Ｐ１２から所定の周波数成分を抽出するものである。振幅制限器１４は、ローパスフィルタ１３の出力Ｐ１３の上限と下限を規定して指令値ＣＯＭ１として出力するものである。

減算器１５は、減算器１１の出力Ｐ１からコージェネレーション２１の発電電力ＰＧを減算するものである。ローパスフィルタ１６は、減算器１５の出力Ｐ２２から所定の周波数成分を抽出するものである。バイアス部１７は、ローパスフィルタ１６の出力Ｐ２３に対し負極性（第１極性）のバイアス量ＢＶ１または正極性（第２極性）のバイアス量ＢＶ２を加算演算するものである。これにより、バイアス部１７は、蓄電装置２２の出力電力ＰＢを指定する指令値ＣＯＭ２に負極性のバイアス量ＢＶ１または正極性のバイアス量ＢＶ２を付与して、指令値ＣＯＭ２を一定量だけバイアスさせる。振幅制限器１８は、バイアス部１７の出力Ｐ２４の上限と下限を規定して指令値ＣＯＭ２として出力するものである。

バイアス部１７は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１７１，１７２と、加算器１７３とを備えている。バイアス部１７は、負荷電力ＰＬを発生させる負荷の稼働状態を示す状態信号ＳＳＧが負荷の増加（大型設備の稼働）を示す場合、負極性のバイアス量ＢＶ１を指令値ＣＯＭ２に付与し、状態信号ＳＳＧが負荷の減少（大型設備の停止）を示す場合、正極性のバイアス量ＢＶ２を指令値ＣＯＭ２に付与する。

第１実施形態では、蓄電装置２２の定格容量は、蓄電装置２２が補償する最大負荷変動量の２分の１に設定される。例えば、５００ｋＷの最大負荷変動量を補償する場合、蓄電装置２２の定格容量は、最大負荷変動量の２分の１の２５０ｋＷに設定される。上記のバイアス量ＢＶ１，ＢＶ２は、それぞれ、蓄電装置２２の定格容量に合わせて設定される。即ち、蓄電装置２２の定格容量を２５０ｋＷとすれば、負極性のバイアス量ＢＶ１は「−２５０」に設定され、正極性のバイアス量ＢＶ２は「＋２５０」に設定される。即ち、負極性のバイアス量ＢＶ１および正極性のバイアス量ＢＶ２の各絶対値は、負荷電力ＰＬの最大変動量の２分の１に設定される。ただし、この例に限定されず、バイアス量ＢＶ１，ＢＶ２は、蓄電装置２２の定格容量を抑制し得ることを限度として任意に設定することができる。また、蓄電装置２２の定格容量は、最大負荷変動量の２分の１以上に設定してもよい。

ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１７１には、大型設備の稼働状態（負荷の状態）を示す所定の状態信号ＳＳＧに応答して負極性のダミー信号ＤＭ１が入力される。負極性のダミー信号ＤＳ１は、ローパスフィルタ１７１を通じて負極性のバイアス量ＢＶ１として加算器１７３に入力される。また、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１７２には、所定の状態信号ＳＳＧに応答して、正極性のダミー信号ＤＳ２が入力される。正極性のダミー信号ＤＭ２は、ローパスフィルタ１７２を通じて正極性のバイアス量ＢＶ２として加算器１７３に入力される。

図２は、本発明の第１実施形態による電力制御装置１０のバイアス部１７が発生させるバイアス量ＢＶ１，ＢＶ２の変化を示す図である。図２（Ａ）は、負極性のバイアス量ＢＶ１を与えるダミー信号ＤＳ１の信号レベルの経時変化を示し、図２（Ｂ）は、正極性のバイアス量ＢＶ２を与えるダミー信号ＤＳ２の信号レベルの経時変化を示している。

図２（Ａ）に示すように、バイアス量ＢＶ１与えるダミー信号ＤＳ１の信号レベルは、状態信号ＳＳＧが負荷の増加を示す時刻ｔＡで、「０」から「−２５０」にステップ状に変化する。これにより、バイアス部１７は、バイアス量ＢＶ１として「−２５０」を発生させる。また、図２（Ｂ）に示すように、バイアス量ＢＶ２を与えるダミー信号ＤＳ２の信号レベルは、状態信号ＳＳＧが負荷の減少を示す時刻ｔＢで、「０」から「＋２５０」にステップ状に変化する。これにより、バイアス部１７は、バイアス量ＢＶ２として「＋２５０」を発生させる。このようなダミー信号ＤＳ１，ＤＳ２は任意の手法で生成することができる。

第１実施形態では、バイアス部１７は、大型設備の稼働状態（負荷の状態）を示す所定の状態信号ＳＳＧが負荷の増加を示す場合、状態信号ＳＳＧに応答して、負荷電力ＰＬが増加する前に負極性のバイアス量ＢＶ１を指令値ＣＯＭ２に付与し、状態信号ＳＳＧが上記負荷の減少を示す場合、状態信号ＳＳＧに応答して、負荷電力ＰＬが減少する前に負極性のバイアス量ＢＶ２を第２指令値ＣＯＭ２に付与する。

次に、図３を参照して、電力制御装置１０の動作を説明する。
図３は、本発明の第１実施形態による電力制御装置１０の動作を説明するための波形図であり、大型設備の消費電力である負荷電力ＰＬ、コージェネレーション２１の発電電力ＰＧ、蓄電装置２２の出力電力ＰＢの各経時変化の一例を示している。
ここでは、説明の簡略化のため、買電力目標値ＫＴはゼロに設定されているものとする。また、時刻ｔ１以前の初期状態では、大型設備は稼働しておらず、負荷電力ＰＬ（即ち、大型設備の消費電力）は０ｋＷであるものとする。

初期状態では、負荷電力ＰＬは０ｋＷであり、買電力目標値ＫＴはゼロに設定されているから、減算器１１の出力Ｐ１はゼロとなる。減算器１２の出力Ｐ１２は、減算器１１の出力Ｐ１が蓄電装置２２の出力電力の目標値ＢＴを超えなければ、ゼロに維持される。このため、ローパスフィルタ１３の出力Ｐ１３もゼロを示し、振幅制限器１４から出力される指令値ＣＯＭ１もゼロを示す。これにより、初期状態では、コージェネレーション２１は発電せず、その発電電力ＰＧはゼロを示す。

また、初期状態では、減算器１５の出力Ｐ２２がゼロを示し、ローパスフィルタ１６の出力Ｐ２３もゼロを示す。更に、加算器１７３に入力されるバイアス量ＢＶ１，ＢＶ２は共に「０」を示す。このため、加算器１７３の出力Ｐ２４もゼロを示し、振幅制限器１４から出力される指令値ＣＯＭ２もゼロを示す。これにより、初期状態では、蓄電装置２２の出力電力ＰＢはゼロを示す。

上記の初期状態から、時刻ｔ２で負荷電力ＰＬが増加する前の時刻ｔ１において、図示しない大型設備の制御装置は、大型設備が稼働状態に移行することを示す状態信号ＳＳＧを発生させる。この状態信号ＳＳＧに応答して、電力制御装置１０は負荷追従制御を実施し、コージェネレーション２１による発電を開始させる。これにより、時刻ｔ１において、発電電力ＰＧが上昇を開始する。

一方、電力制御装置１０のバイアス部１７は、時刻ｔ１で、上記の状態信号ＳＳＧに応答して、ダミー信号ＤＳ１を発生させ、ローパスフィルタ１７１を通じて、負極性のバイアス量ＢＶ１として［−２５０］を加算器１７３に供給する。これにより、加算器１７３の出力Ｐ２４は、負極性のバイアス量ＢＶ１によって負側にバイアスされる。この結果、振幅制限器１８の出力である指令値ＣＯＭ２も負側にバイアスされる。

このように指令値ＣＯＭ２が負側にバイアスされると、見かけ上、発電電力ＰＧが負荷電力ＰＬよりも２５０ｋＷだけ大きくなった状態となる。この場合、蓄電装置２２は、負側にバイアスされた指令値ＣＯＭ２から、発電電力ＰＧが負荷電力ＰＬを上回っていると判断し、その過剰分を回収するために充電状態になる。

この後、時刻ｔ２で、発電電力ＰＧが２５０ｋＷに到達すると共に、５００ｋＷの負荷電力ＰＬが発生すると、相対的に負荷電力ＰＬが発電電力ＰＧを２５０ｋＷだけ上回った状態になる。この結果、減算器１５の出力Ｐ２２が増加し、負荷電力ＰＬと発電電力ＰＧとの差分に応じて指令値ＣＯＭ２が増加する。この指令値ＣＯＭ２の増加により蓄電装置２２は放電状態に移行し、負荷電力ＰＬと発電電力ＰＧとの差分（発電電力ＰＧの不足分）を補償するように、電力ＰＢを発生させる。この場合、負荷電力ＰＬと発電電力ＰＧとの差分の絶対値は最大で２５０ｋＷであるから、蓄電装置２２は、最大で２５０ｋＷの電力容量を有していればよい。

この後、時刻ｔ５で負荷電力ＰＬが減少する前の時刻ｔ４において、図示しない大型設備の制御装置は、大型設備が停止状態に移行することを示す状態信号ＳＳＧを発生させる。この状態信号ＳＳＧに応答して、電力制御装置１０が負荷追従制御を実施し、コージェネレーション２１による発電を停止させる。これにより、時刻ｔ４において、発電電力ＰＧが低下を開始する。

一方、電力制御装置１０のバイアス部１７は、時刻ｔ４で、状態信号ＳＳＧに応答して、ダミー信号ＤＳ２を発生させ、ローパスフィルタ１７２を通じて、正極性のバイアス量ＢＶ２として［＋２５０］を加算器１７３に供給する。これにより、振幅制限器１８の出力である指令値ＣＯＭ２も正側にバイアスされる。

このように指令値ＣＯＭ２が正側にバイアスされると、見かけ上、負荷電力ＰＬが発電電力ＰＧよりも２５０ｋＷだけ大きくなった状態となる。この場合、蓄電装置２２は、正側にバイアスされた指令値ＣＯＭ２から、発電電力ＰＧが負荷電力ＰＬを下回っている判断し、その不足分を補償するために放電状態になる。

この後、時刻ｔ５で、発電電力ＰＧが２５０ｋＷに低下すると共に、負荷電力ＰＬが０ｋＷになると、相対的に発電電力ＰＧが負荷電力ＰＬを２５０ｋＷだけ上回った状態になる。この結果、減算器１５の出力Ｐ２２が減少し、負荷電力ＰＬと発電電力ＰＧとの差分に応じて指令値ＣＯＭ２が減少する。この指令値ＣＯＭ２の減少により蓄電装置２２は充電状態に移行し、負荷電力ＰＬと発電電力ＰＧとの差分（発電電力ＰＧの余剰分）を回収する。この場合にも、負荷電力ＰＬと発電電力ＰＧとの差分の絶対値は最大で２５０ｋＷであるから、蓄電装置２２は、最大で２５０ｋＷの電力容量を有していればよい。

図４は、本発明の第１実施形態における負荷電力のパターンの一例を示す図であり、新聞印刷工場の電力を供給す場合の負荷電力パターン（負荷電力の経時的変化）を示している。新聞印刷工場の負荷電力パターンでは、輪転印刷機が稼働している時に電力のピークが現れる。このため、朝刊を印刷する場合には深夜の時間帯に大きな電力ピークが現れ、朝刊用のチラシを印刷する場合には日中の時間帯に大きな電力ピークが現れる。また、病院では、放射線治療や粒子線治療を行う場合、１回の照射に大電力を必要とし、急峻な負荷変動が発生する。

上述したように、第１実施形態では、大型設備の状態信号ＳＳＧを受けてから指令値ＣＯＭ２にバイアスをかけて負荷追従制御を実施することにより、負荷電力ＰＬが増加する前にコージェネレーション２１の作動を開始させると共に蓄電装置２２の充電を開始させる。これにより、蓄電装置２２の放電時の立ち上がりの負荷を減らしている。この場合、蓄電装置２２の充電電力は最大―２５０ｋＷとなり、蓄電装置２２の放電電力は最大＋２５０ｋＷとなる。即ち、蓄電装置２２の電力は−２５０〜＋２５０ｋＷの範囲に収まり、充電電力および放電電力のそれぞれの絶対値は２５０ｋＷとなる。これにより、コージェネレーション２１と蓄電装置２２を併用するマイクログリッドにおいて、蓄電装置２２の定格容量を減らしている。

第１実施形態による電力制御装置１０によれば、蓄電装置２２の出力電力を制御するための指令値ＣＯＭ２に対してバイアス量ＢＶ１またはバイアス量ＢＶ２を付与するようにしたので、上述の新聞印刷工場等のように１日単位でプロセスが終了する生産設備などの負荷変動の大きな用途においても、蓄電装置１０の定格容量を抑制することができる。従って、装置コストの上昇を抑えることができる。

例えば、従来、５００ｋＷの負荷変動と７００ｋＷの電力ピークに対応するために、蓄電装置を用いずにコージェネレーションのみを用いる場合、電力ピークの３倍に相当する２１００ｋＷの定格容量を有するコージェネレーションを導入する必要がある。また、５００ｋＷの負荷変動分を補償するために５００ｋＷの定格容量を有する蓄電装置を連係させれば、７００ｋＷの定格容量のコージェネレーションを導入すればよい。これに対し、第１実施形態によれば、例えば、５００ｋＷの負荷変動と７００ｋＷの電力ピークに対応するために、５００ｋＷの負荷変動分を補償するために２５０ｋＷの定格容量を有する蓄電装置を導入し、この蓄電装置と７００ｋＷの定格容量のコージェネレーションとを連係させれば足りる。従って、第１実施形態によれば、装置コストを有効に抑制することが可能になる。

また、第１実施形態によれば、従来のマイクログリッドの性能である連係・自立時における安定的な電力供給が可能となる。また、蓄電装置の定格容量を５０パーセント削減することができる。更には、マイクログリッドの低コスト化を図ることができ、スマートＢＥＭＳ(Building Energy Management System)の普及の促進、適用対象の拡大を促進させることも可能になる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による電力制御装置を説明する。
上述した第１実施形態は，負荷急変に対する電力設備の挙動を工夫することにより発電機の容量削減を図るとともに蓄電装置の定格出力（kW）を半減する効果を狙い、電力設備の小容量化を実現可能とするものであるが、蓄電装置の蓄電状態（kWh）を考慮していない。即ち、蓄電装置２２の充電容量に余裕があり、蓄電装置２２が満充電状態に達しない状態を仮定している。

このため、蓄電装置２２の制御初期の蓄電状態によっては、制御中に蓄電装置２２の蓄電量が蓄電容量の上限または下限に達し、例えば蓄電装置２２の蓄電容量が足りなくなる場合が起こり得る。このような場合、期待される電力変動の補償性能を十分に引き出すことが困難になり、受電電力（コージェネレーション２１の発電電力ＰＧと蓄電装置２２の出力電力ＰＢとの和を負荷電力ＰＬから減算した電力）を目標値（０[kW]）に維持することができなくなるおそれがある。また、そもそも蓄電装置２２の容量設計値が不足である場合や過剰である場合もあり得る。そこで、本発明の第２実施形態では、大型設備の電力負荷急変分の電力を補償するために設置する蓄電装置２２の蓄電容量の削減を図りつつ、蓄電装置２２の蓄電容量を適正化する。

ここで、参考までに、図５を参照して、上述した第１実施形態による電力制御装置１０を用いて大型設備による電力負荷急増分を補償（受電電力の目標値０[kW]）する際に蓄電装置２２の蓄電容量が足りなくなった場合を説明する。

図５は、本発明の第２実施形態による電力制御装置が想定する上述の技術的課題を説明するための波形図であり、大型設備の負荷急増分の電力を補償する過程で蓄電装置２２の蓄電容量が不足した場合の第１実施形態による電力制御装置１０の動作を補足する図である。ここで、図５（Ａ）は、負荷電力ＰＬ（実線）と発電電力ＰＧ（破線）との関係を示し、図５（Ｂ）は、蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴ（破線）と蓄電装置２２の有効電力出力ＰＯ（実線）との関係を示し、図５（Ｃ）は、受電電力を示している。

図５の例では、時刻が１３０秒付近において、図示しない大型設備の制御装置が、大型設備が稼働状態に移行することを示す状態信号ＳＳＧを発生させる。この状態信号ＳＳＧに応答して、電力制御装置１０は負荷追従制御を実施し、コージェネレーション（ＧＥ）２１による発電を開始させる。これにより、図５（Ａ）に示すように、１３０秒付近において、発電電力ＰＧが上昇を開始する。その後、１５０秒付近で、大型設備の電力負荷が急増し、６００ｋＷの負荷電力ＰＬが発生している。

ここで、大型設備の電力負荷の急増に備える段階（１５０秒よりも前の段階）で蓄電装置２２の蓄電量が大きすぎると、図５（Ｂ）に例示すように、１４０秒から１５０秒付近の時間帯で蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴが飽和する現象が発生し、負荷追従制御中に蓄電装置２２が満充電状態に移行する。このため、図５（Ｃ）に示すように、１４０秒から１５０秒付近の時間帯で、受電電力が負の値となり、目標値０[kW]に維持されなくなる。第２実施形態では、このような蓄電装置２２の飽和を防止し、受電電力を目標値０[kW]に維持することを可能とする。

図６は、本発明の第２実施形態による電力制御装置１０Ａの構成例を示す図である。
第２実施形態による電力制御装置１０Ａは、上述した第１実施形態による図１に示す電力制御装置１０の構成において、バイアス部１７に代えて、バイアス部２７を備えている。第２実施形態によるバイアス部２７は、第１実施形態によるバイアス部１７の構成において、蓄電装置２２の蓄電量を考慮した制御ロジックを更に備えている。

詳細には、バイアス部２７は、第１実施形態のバイアス部１７の機能に加えて、第１極性（負極性）のバイアス量を第２指令値ＣＯＭ２に付与する前に、状態信号ＳＳＧに基づき蓄電装置２２を一時的に放電させるためのバイアス量ＢＶ３を第２指令値ＣＯＭ２に付与するための機能を備えている。具体的には、バイアス部１７Ａは、バイアス量ＢＶ（ＢＶ１，ＢＶ２，ＢＶ３）を発生させる演算部２７１、ローパスフィルタ２７２、加算器２７３を備えている。演算部２７１により発生されたバイアス量ＢＶ（ＢＶ１，ＢＶ２，ＢＶ３）は、ローパスフィルタ２７２を通じて加算器２７３に入力される。加算器２７３は、ローパスフィルタ１６の出力Ｐ２３と、ローパスフィルタ２７２を通じて入力されるバイアス量ＢＶとを加算し、その加算結果を出力Ｐ２４として出力するための要素である。

図７は、本発明の第２実施形態による電力制御装置１０Ａのバイアス部１７Ａに備えられた演算部２７１の構成例を示す図である。
演算部２７１は、第１実施形態の図１に示すバイアス部１７によるダミーバイアス量（ＢＶ１，ＢＶ２）を生成するための演算機能に加え、大型設備の状態信号ＳＳＧと蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴを用いて、蓄電装置２２を一時的に放電させるためのバイアス量ＢＶ３を演算するための演算機能を更に備えている。演算部２７１は、ＳＯＣ調整部２７１１、ダミーバイアス部２７１２、蓄電量検知タイマー２７１３、負荷変動検知タイマー２７１４、制御スイッチ２７１５を備えている。

ＳＯＣ調整部２７１１の入力部には、蓄電量ＰＢＡＴの信号と状態信号ＳＳＧの各信号が入力される。ダミーバイアス部２７１２の入力部には、状態信号ＳＳＧが入力される。蓄電量検知タイマー２７１３には、蓄電量ＰＢＡＴの信号が入力される。負荷変動検知タイマー２７１４には、負荷電力ＰＬの信号が入力される。制御スイッチ２７１５の第１入力端子Ｐ１には、ＳＯＣ調整部２７１１の出力部が接続され、ＳＯＣ調製部２７１１からバイアス量ＢＶ３を示す信号が供給される。

制御スイッチ２７１５の第２入力端子Ｐ２には、ダミーバイアス部２７１２の出力部が接続され、ダミーバイアス部２７１２からダミーバイアス量ＢＶ１，ＢＶ２を示す信号が供給される。制御スイッチ２７１５の出力端子Ｐ３は、演算部２７１の出力部とされる。なお、初期状態では、制御スイッチ２７１５の可動接点は第１入力端子Ｐ１側に設定されており、第１入力端子Ｐ１が出力端子Ｐ３と電気的に接続されているものとする。従って、初期状態では、ＳＯＣ調製部２７１１から出力されるバイアス量ＢＶ３が演算部２７１から出力される。

ここで、演算部２７１を構成するダミーバイアス部２７１２は、上述の第１実施形態において、負極性のダミー信号ＤＳ１と正極性のダミー信号ＤＳ２とからバイアス量ＢＶ１，ＢＶ２を発生させる要素に相当する。即ち、第２実施形態による電力制御装置１０Ａは、バイアス量ＢＶ１，ＢＶ２を発生させるための要素として、上述の第１実施形態による電力制御装置１０と同様の構成を備えている。演算部２７１を構成する他の要素（ＳＯＣ調整部２７１１、蓄電量検知タイマー２７１３、負荷変動検知タイマー１７２４）の詳細については後述する。

次に、第２実施形態による電力制御装置１０Ａの動作を演算部２７１に着目して説明する。ここでは、負荷急増が発生する場合を例として説明するが、蓄電装置２２の充電と放電に関する各動作を入れ替えればば、負荷急減が発生する場合の動作も同様に説明することができる。

図８は、本発明の第２実施形態による電力制御装置１０Ａの動作（フェイズ０〜２）を説明するための波形図であり、負荷急増が発生した場合の波形図である。ここで、図８（Ａ）は、負荷電力ＰＬ（実線）と発電電力ＰＧ（破線）との関係を示し、図８（Ｂ）は、蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴ（破線）と蓄電装置２２の有効電力出力ＰＯ（実線）との関係を示し、図８（Ｃ）は、受電電力を示している。

電力制御装置１０Ａの動作は、次のフェイズ０〜２の制御動作を基本としている。
フェイズ０：通常の負荷変動補償状態にある場合、ＳＯＣ調整部２７１１は、蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴを例えば５０パーセント付近に管理している。この状態から、ＳＯＣ調整部２７１１が、大型設備から「遅くともＴ秒後にＬ[kW]の負荷増加が発生する」ことを示す状態信号ＳＳＧを受けると、ＳＯＣ調整部２７１１の制御は、次のフェイズ１に移行する。

フェイズ１：ＳＯＣ調整部２７１１は、大型設備から受け取った上記状態信号ＳＳＧによって示される情報に基づいて、蓄電装置２２を放電させる指令を出力する。具体的には、ＳＯＣ調整部２７１１は、蓄電装置２２を一時的に放電させるバイアス量ＢＶ３を出力し、その後のフェイズ２における蓄電装置２２の充電動作に備えて、蓄電装置２２を放電させ、蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴを目標値にまで減少させる。

蓄電量検知タイマー２７１３は、蓄電装置２２が放電したことにより蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴが目標値に到達したことを検知すると、または、蓄電装置２２が放電を開始してから蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴが目標値に到達するまでの一定時間Ｔａ（＜Ｔ）の経過を検知すると、制御スイッチ２７１５の可動接点を第２入力端子Ｐ２側に切り替える。これにより、ダミーバイアス部２７１２の出力部に接続された制御スイッチ２７１５の第２入力端子Ｐ２が出力端子Ｐ３と電気的に接続される。

フェイズ２：ダミーバイアス部２７１２は、上記状態信号ＳＳＧによって示される情報に基づいて蓄電装置２２を充電する旨の指令を出す。具体的には、ダミーバイアス部２７１２は、ステップ状信号の負極性のバイアス量ＢＶ１を出力し、蓄電装置２２を充電状態にする。このとき算出されるバイアス量ＢＶ１によって与えられる蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴの電力値Ｄ[kW]は、Ｔ秒後に予測される負荷増加量を示す電力値Ｌ[kW]以下の正の値であればよい。

ここで、例えば、電力値Ｄ[kW]が電力値Ｌ／２[kW]付近であれば、蓄電装置２２の出力電力を電力値Ｌ／２[kW]程度に保ったまま、負荷急増が発生するまで蓄電装置２２を充電しつつ待機することができ、これにより、負荷変動後に電力値Ｌ／２[kW]程度の放電で負荷変動の補償が可能になる。負荷変動検知タイマー２７１４は、負荷急増を検知し、または、負荷急増が発生するまでの時間であるＴ秒の経過を検知すると、制御スイッチ２７１５の可動接点を第１入力端子Ｐ１側に切り替え、元の負荷変動補償状態での制御（次のフェイズ０）に戻る。

次のフェイズ０に制御が戻ると、次の負荷変動に備えて、蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴを５０パーセント付近に戻す。この場合、負荷急増が確認された段階で天然ガスコージェネレーション（ＧＥ）２１の発電電力ＰＧが確保されているため、蓄電装置２２の状態は、電力値Ｄ[kW]の充電状態から、電力値Ｌ−Ｄ[kW]の放電状態へと切り替わる。第１実施形態と同様に、理想的には、蓄電装置２２の定格出力が電力値Ｌ／２[kW]であれば、電力値Ｌ[kW]の負荷変動を抑えることができる。ここで、フェイズ０に制御が戻った後、実際には負荷急増が発生しなかった場合でも、フェイズ１で蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴが十分に低く、フェイズ２の電力値Ｄ[kW]が蓄電装置２２の定格出力以下であれば、元の状態に戻る際に生じる電力変動も抑えることができる。

図８（Ａ）〜（Ｃ）から理解されるように、蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴの管理を負荷追従制御に組み込むことにより、負荷急増が発生した場合でも、蓄電量ＰＢＡＴが飽和しなくなり、受電電力は目標値０[kW]に維持されている。

図９は、本発明の第２実施形態による電力制御装置１０Ａの動作を説明するための波形図であり、負荷急増が発生しなかった場合の波形図である。ここで、図９（Ａ）〜（Ｃ）の各波形は、図８（Ａ）〜（Ｃ）の各波形に対応している。
図９（Ａ）〜（Ｃ）から理解されるように、Ｔ秒後に負荷変動が発生しなかった場合、蓄電装置２２の状態は、Ｔ秒経過後（例えば、１２０秒経過後）に元の管理状態（５０パーセントの蓄電量）への復帰を開始する。この際、蓄電装置２２の蓄電量ＰＢＡＴが管理されていれば、受電電力は目標値（０[kW]）に維持される。

第２実施形態によれば、大型設備の電力負荷急変を補償するために設置する蓄電池装置群からなる蓄電装置２２の容量削減を図りつつ、蓄電装置２２の蓄電容量が適正化された制御システムを構築することが可能となる。また、蓄電装置２２の容量によっては、起動停止信号を受けて負荷変動の発生が不確かな特性を持つ大型設備に対処する場合にも、十分な電力変動補償を実現することができる。
従って、上述した実施形態によれば、エネルギー管理技術の高度化によるマイクログリッドのローコスト化と適用対象の拡大が可能となり、このため、例えばスマートＢＥＭＳ(Building Energy Management System)等の普及を推進することができる。

上述した本発明の実施形態では、本発明は、電力制御装置として表現されているが、本発明は、電力制御方法として表現することもできる。この場合、本発明による電力制御方法は、発電制御部が、負荷電力に応じた発電電力を発電装置に発生させるための第１指令値を出力する第１段階と、蓄電制御部が、前記負荷電力と前記発電電力との差を補償する電力を蓄電装置に発生させるための第２指令値を出力する第２段階と、バイアス部が、前記負荷電力を発生させる負荷の状態を示す状態信号が前記負荷の増加を示す場合、第１極性のバイアス量を前記第２指令値に付与し、前記状態信号が前記負荷の減少を示す場合、前記第１極性とは逆極性の第２極性のバイアス量を前記第２指令値に付与する第３段階と、を含む電力制御方法として表現することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１０，１０Ａ…電力制御装置、１１，１２，１５…減算器、１３，１６，１７１，１７２…ローパスフィルタ、振幅制限器１４，１８，１７，２７…バイアス部、２７１…演算部、２７２…ローパスフィルタ、１７３，２７３…加算器、２７１１…ＳＯＣ調整部、２７１２…ダミーバイアス部、２７１３…蓄電量検知タイマー、２７１４…負荷変動検知タイマー、２７１５…制御スイッチ。

Claims

負荷電力に応じた発電電力を発電装置に発生させるための第１指令値を出力する発電制御部と、
前記負荷電力と前記発電電力との差を補償する電力を蓄電装置に発生させるための第２指令値を出力する蓄電制御部と、
前記負荷電力を発生させる負荷の状態を示す状態信号が前記負荷の増加を示す場合、第１極性のバイアス量を前記第２指令値に付与し、前記状態信号が前記負荷の減少を示す場合、前記第１極性とは逆極性の第２極性のバイアス量を前記第２指令値に付与するバイアス部と、
を備え、
前記バイアス部は、
前記第１極性のバイアス量を前記第２指令値に付与する前に、前記状態信号に基づき前記蓄電装置を一時的に放電させるためのバイアス量を前記第２指令値に付与する、
電力制御装置。
前記バイアス部は、
前記負荷電力が増加する前に前記第１極性のバイアス量を前記第２指令値に付与し、前記負荷電力が減少する前に前記第２極性のバイアス量を前記第２指令値に付与する、請求項１に記載の電力制御装置。
前記第１極性のバイアス量および前記第２極性のバイアス量の各絶対値は、前記負荷電力の最大変動量の２分の１に設定された、請求項１または２に記載の電力制御装置。
発電制御部が、負荷電力に応じた発電電力を発電装置に発生させるための第１指令値を出力する第１段階と、
蓄電制御部が、前記負荷電力と前記発電電力との差を補償する電力を蓄電装置に発生させるための第２指令値を出力する第２段階と、
バイアス部が、前記負荷電力を発生させる負荷の状態を示す状態信号が前記負荷の増加を示す場合、第１極性のバイアス量を前記第２指令値に付与し、前記状態信号が前記負荷の減少を示す場合、前記第１極性とは逆極性の第２極性のバイアス量を前記第２指令値に付与する第３段階と、を含み、
前記バイアス部は、
前記第１極性のバイアス量を前記第２指令値に付与する前に、前記状態信号に基づき前記蓄電装置を一時的に放電させるためのバイアス量を前記第２指令値に付与する、
電力制御方法。