JPWO2015056634A1 - 蓄電システム - Google Patents

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Abstract

蓄電システムに関して、ピークカット等の運転の好適な制御による低損失化により、蓄電池の短寿命化を抑制することができる技術を提供する。蓄電システムは、ピークカット運転の制御用の設定項目の値を利用者により設定する処理と、電力系統からの受電電力、負荷施設の負荷電力、蓄電池の電圧、電流、及び温度を含む状態の値を計測する処理と、計測値を用いてSOC値を演算する処理と、SOC値及び設定値を用いてピークカット運転の制御を含む複数の蓄電池の充電及び放電の制御を行う処理とを行う。蓄電システムは、ピークカット運転の時間に、負荷電力が第1の負荷電力と第2の負荷電力との範囲に収まるように、負荷電力が第1の負荷電力以上の場合は蓄電池を放電し、負荷電力が第2の負荷電力以下の場合は蓄電池を充電する。

Description

本発明は、蓄電池を備える蓄電システムの技術に関する。また本発明は、電力のピークカットやピークシフトの制御に関する。
事務所や工場やビル等の施設は、人が働く時間帯である昼間に稼働し、夜間に停止するため、昼夜間の消費電力に格差がある。この消費電力の格差の解消、即ち電力負荷の低減や平準化は、産業競争力を向上させる要素として重要な課題である。
電力負荷の低減や平準化の手段として、蓄電システムによる複数の蓄電池への充放電の制御によるピークカット運転やピークシフト運転が挙げられる。ピークカット運転は、負荷施設のピークの負荷電力を、蓄電池の充放電の電力により賄うことで抑える。ピークシフト運転は、電力需要の少ない所定の時間帯に蓄電池を充電し、電力需要の多い所定の時間帯に蓄電池を放電することで負荷電力を平準化する。
蓄電システムに関する先行技術例として、特開2006−109621号公報(特許文献1)が挙げられる。特許文献1は、電力貯蔵システムの運転方法として、予め時間帯ごごとに負荷追従閾値を設定し、電力負荷状況として、受電電力と負荷追従閾値との差に基づいて、充放電を制御すること、が記載されている。
特開2006−109621号公報
上記蓄電システムにおけるピークカットやピークシフトの運転は、長時間継続的に行うことが想定される自動運転である。また、蓄電システムが電力を供給する負荷施設の負荷電力の大きさは一定であるとは限らない。そのため、上記蓄電システムの自動運転により、蓄電池が過放電や過充電に陥りやすく、その結果、蓄電池が短寿命になる。
本発明の目的は、上記蓄電システムに関して、ピークカット等の運転の好適な制御による低損失化により、蓄電池の短寿命化を抑制することができる技術を提供することである。
本発明のうち代表的な実施の形態は、蓄電システムであって、以下に示す構成を有することを特徴とする。
一実施の形態の蓄電システムは、電力系統及び負荷施設に接続される制御装置と、前記制御装置に接続される複数の蓄電池と、を備え、前記制御装置は、利用者の操作に基づいて制御用の設定項目の値を設定する設定部と、前記電力系統からの受電電力、前記負荷施設の負荷電力、前記蓄電池の電圧、電流、及び温度を含む状態の値を計測する計測部と、前記負荷施設の負荷電力のピークを前記複数の蓄電池の充電及び放電により抑えるピークカット運転の制御を含む、前記複数の蓄電池の充電及び放電の制御を行う充放電制御部と、を有し、前記設定部は、前記ピークカット運転の開始時刻、終了時刻、第1の負荷電力、及び第2の負荷電力を含む設定項目の値を設定し、前記充放電制御部は、前記設定されたピークカット運転の開始時刻から終了時刻までの時間において、前記負荷電力が前記第1の負荷電力と第2の負荷電力との範囲に収まるように、前記負荷電力が前記第1の負荷電力以上の場合は前記蓄電池を放電して前記負荷施設に給電し、前記負荷電力が前記第2の負荷電力以下の場合は前記蓄電池を充電する。
本発明のうち代表的な実施の形態によれば、上記蓄電システムに関して、ピークカット等の運転の好適な制御による低損失化により、蓄電池の短寿命化を抑制することができる。
本発明の実施の形態1の蓄電システムの構成を示す図である。 実施の形態1の蓄電システムの機能ブロック構成を示す図である。 実施の形態1の蓄電システムの制御処理のフローを示す図である。 前提の従来例の蓄電システムのピークカット運転を示す図である。 実施の形態1の蓄電システムの蓄電池のSOCに関する設定例を示す図である。 実施の形態1の蓄電システムのピークカット運転の動作例を示す図である。 実施の形態1の蓄電システムの蓄電池モデル及びSOC−OCV特性テーブルを示す図である。 実施の形態1の蓄電システムの設定の画面例を示す図である。 実施の形態1の蓄電システムの制御の概要と、従来例の蓄電システムの制御の概要との比較を示す図である。 前提の従来例の蓄電システムのピークシフト運転を示す図である。 本発明の実施の形態2の蓄電システムの設定の画面例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部には原則として同一符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
<実施の形態1>
図1〜図9を用いて、本発明の実施の形態1の蓄電システムについて説明する。実施の形態1の蓄電システムは、ピークカット運転の制御機能を有する。
実施の形態1の蓄電システムは、蓄電池群の寿命に配慮したピークカット等の運転の好適な制御による低損失化を図る機能を有する。この機能は、運転の際、蓄電池のSOC(State Of Charge:充電状態または充電率と呼ばれる)を考慮し、損失の少ないSOCの範囲に対応させるように、蓄電池群の充電及び放電を制御する。この機能は、ピークカット運転の制御として、所定の時間において、負荷電力がピークカット負荷と逆潮負荷との範囲に収まるように、蓄電池群の充電及び放電を制御する。
この機能は、蓄電池の閉路電圧(CCV)、電流、及び温度等の値を計測し、当該計測値、及び前回のSOC値を用いて、開路電圧(OCV)を算出し、開路電圧(OCV)及び蓄電池のSOC−OCV特性情報等を用いて、最新のSOC値を算出する。この機能は、高精度な最新のSOC値を用いて、蓄電池群の充電及び放電を制御する。
この機能は、蓄電池の保護の制御として、ピークカット運転の開始時刻にSOC値が所定のSOC値になるように、当該開始時刻よりも前に予め蓄電池を充電する。
この機能は、蓄電池の保護の制御として、ピークカット運転の際、最新のSOC値が、設定された第1のSOC値以上である場合、蓄電池群の放電を開始して保護し、設定された第2のSOC値以下である場合、蓄電池群の充電を開始して保護する。
この機能は、上記各制御用のSOC値の範囲等の設定項目の値を設定可能とするインタフェースとなる画面等を利用者に提供する。
[蓄電システム]
図1は、実施の形態1の蓄電システム1を含むシステムの構成を示す。蓄電システム1は、電力系統2、負荷施設3、及び太陽光発電システム4等に接続される。
蓄電システム1は、制御盤収容部71と、蓄電池盤収容部72とを含む構成である。制御盤収容部71は、制御盤を収容し、蓄電池盤収容部72を接続する。蓄電池盤収容部72は、蓄電池盤を収容する。蓄電池盤は、複数の蓄電池を並列及び直列で接続する。蓄電池は例えばリチウムイオン二次電池である。
制御盤は、ピークカット運転の制御及び蓄電池管理を含む電力制御機能を有する。制御盤の電力制御機能は、下位に接続される複数の蓄電池盤を統括制御し、蓄電池群に対する充電及び放電を制御し、蓄電池群により構成される電力を管理する。制御盤の電力制御機能は、直流(DC)及び交流(AC)の電力を変換する機能等を有する。
50は、蓄電システム1による電力計測を示す。電力計測50は、電力系統2の受電電力52の計測、負荷施設3の負荷出力である負荷電力53の計測、太陽光発電システム4の発電電力54の計測、等を含む。なお電力計測50は、対象から情報が得られる場合、当該情報を利用すればよい。
62は、電力系統2からの受電電力52による蓄電システム1の蓄電池の充電を示す。63は、蓄電システム1の蓄電池の放電による負荷施設3への給電を含む、ピークカット等の運転を示す。64は、太陽光発電システム4からの発電電力54による蓄電システム1の蓄電池の充電を示す。65は、電力系統3から負荷施設3への給電を示す。66は、蓄電システム1や太陽光発電システム4からの電力系統2への電力の逆潮流を示す。
図1のシステムは、系統連系の形態である。即ち、蓄電システム1や太陽光発電システム4は、電力系統2へ接続され、状況に応じて、蓄電システム1や太陽光発電システム4からの電力が電力系統2へ供給される逆潮流が生じる。
蓄電システム1は、ピークカット運転において、受電電力52や発電電力54により蓄電池群を充電し、負荷施設3の負荷電力が多い状況では、蓄電池群を放電して負荷施設3へ給電する。蓄電システム1は、負荷施設3の負荷電力が少ない状況では、蓄電池の放電による電力が電力系統2へ供給される逆潮流が生じる。蓄電システム1は、上記充電や放電の継続による過充電や過放電から保護するため、後述の負荷電力の閾値の範囲を用いた制御等を行う。
蓄電システム1のピークカット運転に関する制御概要は以下である。蓄電システム1は、ピークカット運転の制御用の設定値として、負荷電力やSOCの閾値等が、利用者の操作に従い設定される。蓄電システム1は、電力系統2からの受電電力52及び負荷施設3の負荷電力53を計測し、また蓄電池群の電圧等の状態を計測する。蓄電システム1は、計測値及び蓄電池特性情報を用いて、蓄電池及び蓄電池群のSOC値を演算する。蓄電システム1は、ピークカット運転の際、設定値、負荷電力及びSOC値に基づいて、蓄電池群の充放電を好適に制御する。
なお蓄電システム1において、所定の複数の蓄電池の集まりの単位で電力が構成され、当該単位で充放電が制御される。当該単位における各蓄電池のSOCは、所定の精度の範囲内の値になるように制御される。
[機能ブロック構成]
図2は、蓄電システム1の機能ブロック構成を示す。蓄電システム1は、制御部101、記憶部102、及び入出力部103を備える。制御部101は、設定部10、第1計測部11、第2計測部12、SOC演算部13、及び充放電制御部14を含む。充放電制御部14は、ピークカット制御部15、第1保護制御部16、及び第2保護制御部17を含む。記憶部102は、設定情報20、計測情報21、蓄電池特性情報22、及びSOC情報23等を格納する。蓄電池特性情報22は、SOC−OCV特性テーブル25等の情報を含む。入出力部103は、図1の電力系統2等の各システムとの電気的な接続や通信、並びに利用者に対する情報の入出力等を処理する。
設定部10は、利用者に対する設定インタフェースとして、後述の図8のような設定の画面等を提供し、制御用の設定値の設定処理(後述の図3のステップS1)を行う。設定部10は、当該画面で、制御用の各設定項目の情報を表示し、利用者により設定可能とし、設定された設定値を設定情報20に格納する。
第1計測部11は、前述の電力計測50に対応して、電力系統2からの受電電力52、負荷施設3の負荷出力53、太陽光発電システム4の発電電力54等を計測し、計測値を計測情報21に格納する処理(後述のS2)を行う。制御盤は、第1計測部11に対応する計測機能を備える。
第2計測部12は、蓄電池群の閉路電圧(CCV)、電流、及び温度等の状態の値を計測し、計測値を計測情報21に格納する処理(後述のS3)を行う。この計測の手段は、制御盤または蓄電池盤の少なくとも一方に備える計測及び監視の機能により実現される。例えば、各蓄電池盤は、蓄電池監視部を備え、蓄電池監視部により、蓄電池の閉路電圧、電流、及び温度等を含む状態の値を監視及び計測し、これによる状態や値の信号を制御盤に送信する。制御盤は、蓄電池盤からの信号により蓄電池群の状態を認識及び判断する。
SOC演算部13は、計測情報21、蓄電池特性情報22、及びSOC情報23を用いて、後述のCCV照合の方式により、最新のSOC値を演算し、SOC情報23に格納する処理(後述のS4)を行う。
充放電制御部14は、ピークカット運転の制御を含む、蓄電池群の充放電を制御する処理(後述のS5)を行う。ピークカット制御部15は、所定の設定値(後述のA1〜A4)を用いて、ピークカット運転における後述の負荷変動範囲の制御処理(後述のS5−1)を行う。第1保護制御部16は、所定の設定値(後述のB1)を用いて、第1の蓄電池保護の制御処理(後述のS5−2)を行う。第2保護制御部17は、所定の設定値(後述のB2〜B5)を用いて、第2の蓄電池保護の制御処理(後述のS5−3)を行う。
[設定項目]
実施の形態1の蓄電システム1における複数の種類の設定項目は以下である。
A1:ピークカット負荷[W]
A2:逆潮負荷[W]
A3:ピークカット開始時刻
A4:ピークカット終了時刻
B1:開始SOC値[%]
B2:放電開始SOC値[%]
B3:放電停止SOC値[%]
B4:充電開始SOC値[%]
B5:充電停止SOC値[%]。
なおA1等は、説明上わかりやすいように、各設定項目を識別する符号を示す。後述の図8の設定の画面で、各設定項目の設定値を表示し、利用者により設定可能である。
(1) ピークカット負荷A1及び逆潮負荷A2は、ピークカット運転の制御に関する負荷電力の範囲の閾値である。ピークカット負荷A1は、上限である第1の負荷電力、逆潮負荷A2は、下限である第2の負荷電力である。ピークカット負荷A1は、ピークカット運転におけるピークの負荷電力を抑える目標のレベルを示す。負荷電力の単位はW(ワット)等である。逆潮負荷A2は、ピークカット運転における逆潮流の電力を抑える目標のレベルを示す。逆潮負荷A2は、0以下の値である。
ピークカット開始時刻A3及びピークカット終了時刻A4は、ピークカット運転におけるピークカット、逆潮流低減、及びその充放電の対象となる時間を規定する。ピークカット開始時刻A3は、1日におけるピークカット運転の開始時刻であり、ピークカット終了時刻A4は、ピークカット開始時刻A3からの運転の終了時刻である。A3〜A4のピークカット運転の時間内では負荷電力53が監視される。
蓄電システム1は、A3〜A4の時間内で、負荷電力53が、ピークカット負荷A1以上である場合、蓄電池の放電により負荷施設3に給電する。これにより、負荷電力53のピークを抑え、ピークカット負荷A1以下に収まるようにする。蓄電システム1は、A3〜A4の時間内で、負荷電力53が、逆潮負荷A2以下である場合、蓄電池の充電により負荷施設3に給電する。これにより、逆潮流の電力が低減されるようにする。
(2) 開始SOC値B1は、ピークカット開始時刻A3におけるSOC目標値である。蓄電システム1は、ピークカット終了時刻A4から次のピークカット開始時刻A3までの間、SOC値が開始SOC値B1になるまで蓄電池を充電する。状況に応じてSOC値が開始SOC値B1と同じ値にならない場合もあるが、開始SOC値B1に近い値になることで相応の効果が得られる。蓄電システム1は、A3〜A4の時間外で、例えばピークカット終了時刻A4の直後から、予め蓄電池の充電を行うことにより、SOC値を開始SOC値B1に近付ける。
なお上記開始SOC値B1を用いた制御のために、充電を行う時間を設定する設定項目を設けてもよい。またこの充電の時間は、A3〜A4の時間内に含まれるように定義されてもよい。
(3) 放電開始SOC値B2は、蓄電池保護のために放電を開始させるSOC値である。放電停止SOC値B3は、上記放電を停止させるSOC値である。蓄電システム1は、SOC値が放電開始SOC値B2以上の場合に放電を開始させ、放電停止SOC値B3以下の場合に放電を停止させる。
充電開始SOC値B4は、充電を開始させるSOC値である。充電停止SOC値B5は、充電を停止させるSOC値である。蓄電システム1は、SOC値が充電開始SOC値B4以上の場合に充電を開始させ、充電停止SOC値B5以下の場合に充電を停止させる。
蓄電システム1は、蓄電池保護の制御として、A3〜A4の時間内での充電により、蓄電池のSOC値が、放電開始SOC値B2に到達した場合、負荷電力がピークカット負荷A1以上ではない場合に限り、放電を開始する。また、蓄電システム1は、蓄電池保護の制御として、A3〜A4の時間内での放電により、蓄電池のSOC値が、充電開始SOC値B4に到達した場合、負荷電力が逆潮負荷A2以下ではない場合に限り、充電を開始する。
[制御処理]
図3は、蓄電システム1の制御部101によるピークカット運転の制御を含む制御処理のフローを示す。S1等は処理や動作のステップを示す。
(S1) ステップS1では、設定部10は、利用者に対して図8のような設定用の画面を表示し、画面での利用者の操作による各種の設定項目の設定を受け付け、当該設定値を設定情報20に格納する処理を行う。利用者は、画面で、A1〜A4,B1〜B5等の設定項目の設定値を入力または確認する。S1で設定値が設定され、制御の実行が指示された後は、当該設定値に従い、自動的にピークカット運転の制御が実行される。
(S2) ステップS2では、第1計測部11は、電力系統2からの受電電力52の値を計測し、計測情報21に格納する。また第1計測部11は、負荷施設3の負荷電力53の値を計測し、計測情報21に格納する。第1計測部11は、上記受電電力52及び負荷電力53の計測を常時に行う。
(S3) ステップS3では、第2計測部12は、蓄電池の電圧である閉路電圧(CCV)、電流(iとする)、及び温度(Kとする)を含む状態の値を計測し、その計測値を計測情報21に格納する。第2計測部11は、上記計測を、設定された一定の周期(ΔTとする)で行う。
(S4) ステップS4では、SOC演算部13は、S3の計測の周期に応じた所定の周期(ΔT)で、SOC演算処理を行い、当該周期ごとにリアルタイムで算出値を取得し続ける。SOC演算部13は、S2,S3による計測情報21、SOC情報23に含まれる前回SOC値301を用いて、後述の蓄電池モデルに基づく漸化式300並びにCCV照合により、最新のSOC値である今回SOC値302を算出する。CCV照合は、SOC−OCV特性テーブル25を用いた電圧及びSOCの推定である。SOC情報23は、前回SOC値及び今回SOC値を含む時系列の情報である。S4の処理の詳細については後述する。
(S5) ステップS5では、充放電制御部14は、S5−1〜S5−3に示す、ピークカット運転の制御を含む充放電の制御処理を、設定値に従い常時に行う。充放電制御部14は、S4で得た最新のSOC値である今回SOC値302及び設定情報20に応じて、所定の時間に蓄電池の充電または放電を行う。
(S5−1) ステップS5−1では、充放電制御部14は、ピークカット運転の制御処理として、ピークカット開始時刻A3からピークカット終了時刻A4までの時間に、負荷電力の変動を、ピークカット負荷A1と逆潮負荷A2との範囲内になるべく抑えるように、蓄電池群の充放電を行う。
充放電制御部14は、現在の負荷電力の値がピークカット負荷A1以上である場合、蓄電池の放電により負荷施設3へ給電する。蓄電池は、放電によりSOC値が減少する。充放電制御部14は、現在の負荷電力の値が逆潮負荷A2以下である場合、受電電力52や発電電力54により蓄電池を充電する。これにより、逆潮流の電力を低下させ、蓄電池のSOC値を増加させる。
(S5−2) ステップS5−2では、充放電制御部14は、第1の蓄電池保護制御処理として、A1〜A4の設定値を用いて、以下のような制御を行う。充放電制御部14は、ピークカット開始時刻A3からピークカット終了時刻A4の時間外の時間、例えばピークカット終了時刻A4の直後の時間に、予め、次のピークカット開始時刻A3に備えて、最新のSOC値が開始SOC値B1と同じ値またはそれになるべく近い値になるように、蓄電池群を充電する。蓄電システム1は、A3〜A4の時間内で、SOC値が開始SOC値B1に到達した場合、充電を停止し、次のピークカット開始時刻A3になるまで待機し、A3以降、再びピークカット運転の主要な動作を開始する。
(S5−3) ステップS5−3では、充放電制御部14は、第2の蓄電池保護制御処理として、B2〜B5の設定値を用いて、以下のような制御を行う。第1に、充放電制御部14は、最新のSOC値が放電開始SOC値B2以上になった場合に、蓄電池の放電を開始する。これによりSOC値を減少させる。そして、充放電制御部14は、最新のSOC値が放電停止SOC値B3以下になった場合に、蓄電池の放電を停止する。
第2に、充放電制御部14は、最新のSOC値が充電開始SOC値B4以下になった場合に、蓄電池の充電を開始する。これによりSOC値を増加させる。そして、充放電制御部14は、最新のSOC値が充電停止SOC値B5以上になった場合に、蓄電池の充電を停止する。
充放電制御部14は、S5−1の制御を第1の優先で実行し、S5−3の制御を第2の優先で実行する。即ち、前述のように、充放電制御部14は、A3〜A4の時間内で、S5−1の条件に該当する場合にはS5−1の充放電を実行し、S5−1の条件に該当せず、S5−3の条件に該当する場合にはS5−3の充放電を実行する。
[ピークカット運転]
図4は、従来例の蓄電システムにおけるピークカット運転の動作を示す。本実施の形態の蓄電システム1は、この従来例のピークカット運転を基本として、特有の制御を行う。
図4の(a)は、横軸が時間を示し、縦軸が負荷施設の負荷電力(単位はW)を示す。401は、ピークカット負荷の設定値を示し、ピークカット運転により負荷電力のピークを抑える目標のレベルを示す。402は、負荷電力が設定値401を超える箇所の時間及び負荷電力を示す。403は、402の箇所の時間を示す。図4の例では、403の15時〜17時頃の時間に、負荷電力が設定値401を超えてピークとなっている。ピークカット運転は、負荷電力の監視に基づいて、401のピークカット負荷の設定値を超える402のようなピークの電力を抑える。
図4の(b)は、図4の(a)に対応して、横軸が時間、縦軸が蓄電システムによる蓄電池の充放電による電力を示す。411は、夜間の時間帯における電力系統からの受電電力による蓄電池の充電を示す。412は、昼間の時間帯における402のピークの箇所及び403の時間に対応した蓄電池の放電を示す。なお図4の(b)では、充電を正(+)、放電を負(−)として示している。
図4の(c)は、図4の(a)及び(b)に対応して、横軸が時間、縦軸が電力系統からの受電電力を示す。421は、充電411による電力を、放電412により、402のピークの負荷電力に充てることにより、ピークの負荷電力を設定値401に抑えることを示す。
[SOC]
図5は、実施の形態1における蓄電池のSOCに関する設定項目(B1〜B5)の設定値の例をイメージで示す。図5の設定値は、一例であり、使用される蓄電池の特性等に応じて異なる。SOC値の単位は%である。ある蓄電池において、SOC=0%〜100%の範囲を示す。511は、SOC=5%を示す。512は、SOC=0%〜5%の範囲を示し、蓄電池の劣化が著しい領域に相当する。513は、SOC=95%を示す。514は、SOC=95%〜100%の範囲を示し、蓄電池の劣化が著しい領域に相当する。
蓄電システム1は、ピークカット運転に伴い、前述のピークカット負荷A1及び逆潮負荷A2を用いた負荷変動範囲の制御により、SOC値を、当該負荷電力に対応したSOC値の範囲である例えば511〜513の範囲に抑える。これにより、蓄電システム1は、蓄電池のSOC値が劣化の領域512や領域514に入らないように保護する。
501は、開始SOC値B1の例として75%を示す。502は、放電開始SOC値B2の例として90%を示す。503は、放電停止SOC値B3の例として85%を示す。504は、充電開始SOC値B4の例として60%を示す。505は、充電停止SOC値B5の例として65%を示す。510は、502の放電開始SOC値B2を上限の閾値、504の充電開始SOC値B4を下限の閾値とした範囲である。
蓄電システム1は、ピークカット運転に伴い、A1〜A4を用いた負荷変動範囲制御に加えて、上記510の範囲及び閾値(B2〜B4)を用いた蓄電池保護制御処理を行う。
[ピークカット運転の動作例]
図6は、実施の形態1の蓄電システム1によるピークカット運転の動作例を示す。図6の(A),(B),(C)は、横軸が時間(0時〜23時)で対応している。ピークカット開始時刻A3として例えば4時であり、ピークカット終了時刻A4として例えば19時30分頃である。
図6の(A)は、縦軸が蓄電池出力である充放電電力である。図6では、充電を正(+)、放電を負(−)として示す。斜線の領域は、ピークカット運転の制御(S5−1)の主な動作に対応した例を示し、点々の領域は、蓄電池保護制御(S5−2,S5−3)の動作に対応した例を示す。
図6の(B)は、縦軸が蓄電池のSOC値であり、0%から611までの範囲である。611は、システム故障停止SOC値であり、例えば100%である。B1〜B5は前述の設定値である。
図6の(C)は、縦軸が負荷施設3の負荷電力53である。前述のピークカット負荷A1の設定値及び逆潮負荷A2の設定値を示す。逆潮負荷A2の値は負である。
図6で、時間軸に沿って1日のピークカット運転の動作例を説明する。ピークカット開始時刻A3である4時にピークカット運転の主な動作が開始される。A3の時点ではSOC値が前述の開始SOC値B1に調整されている。5時から8時までの時間は、電力需要が少なく負荷電力が逆潮負荷A2を下回っており、ピークカット運転の動作として充電601が行われている。これによりSOC値が開始SOC値B1から上昇する。
充電601により、txで示す8時前頃に、SOC値が放電開始SOC値B2を上回って超えている。これにより、蓄電システム1は、蓄電池保護の動作として、放電602を開始し、9時から10時までの時間、放電602が行われている。放電602により、10時頃に、SOC値が放電停止SOC値B3に達している。これにより、蓄電システム1は、放電602を停止し、停止後、SOC値が一定に維持されている。
次に、11時頃から12時までの時間は、負荷電力が大きくなり、ピークカット負荷A1を上回っており、ピークカット運転の動作として放電603が行われている。これにより、当該時間ではSOC値が低下している。
12時から13時までの時間は、昼休み等で負荷需要が少なく、この時間は、負荷電力が逆潮負荷A2を下回っており、ピークカット運転の動作として充電604が行われている。これにより、当該時間ではSOC値が上昇している。
次に、13時から15時までの時間は、負荷電力がピークカット負荷A1を上回っているので、ピークカット運転の動作として、放電605が行われている。これによりSOC値が低下している。
放電605により、tyで示す15時前頃に、SOC値が、充電開始SOC値B4を下回っている。これにより、蓄電システム1は、蓄電池保護の動作として、充電606を開始する。充電606により、SOC値が上昇し、16時半頃に、SOC値が充電停止SOC値B5に達している。これにより、蓄電システム1は、充電606を停止する。停止後、SOC値が一定に維持されている。
ピークカット終了時刻A4である19時半頃に、ピークカット運転の主な動作が終了する。ピークカット終了時刻A4の直後、蓄電システム1は、蓄電池保護の動作として、SOC値が開始SOC値B1よりも低い状態であるため、充電607を開始する。例えば19時半頃から21時半頃までの時間、充電607が行われ、これにより、SOC値が開始SOC値B1に達している。その後、次の日のピークカット開始時刻A3まで、SOC値が開始SOC値B1の状態で維持される。
[SOC演算処理]
ステップS4のSOC演算処理の詳細について以下に説明する。まず従来例の蓄電システムにおけるSOC演算においては、ピークカット等の運転中のSOC演算を、電流積算の方式により行っている。SOC演算の方式が電流積算である場合、積算充電量及び積算放電量を算出する際、電流検出器の測定誤差等が累積される。そのため、自動運転による長期間のSOC演算の過程において、誤差が増大する可能性が大きく、正確または高精度のSOC値の算出は難しい。
実施の形態1の蓄電システム1は、S4のように、CCV照合を採用してSOC演算を行う。これにより、上記のような運転時間による誤差の累積及び増大が無い。そのため、正確または高精度のSOC値が算出できる。蓄電システム1は、このSOC値を用いて、低損失を実現するピークカット運転や蓄電池保護の制御が可能である。
S4において、SOC演算部13は、計測による閉路電圧CCVに対して、電流i、温度K、及び前回SOC値301に基づいて、蓄電池の内部抵抗及び分極成分を補償した電圧である開路電圧OCVを算出する。SOC演算部13は、下記の図7の蓄電池モデルに基づく漸化式300により、上記開路電圧OCVを算出する。SOC演算部13は、上記漸化式300を用いて算出した開路電圧OCVに対して、温度Kに応じたSOC−OCV特性テーブル25を用いて、最新のSOC値である今回SOC値302を算出する。
[蓄電池モデル及びSOC−OCV特性テーブル]
図7の上側は、蓄電システム1による計測及びS4のSOC値の演算の際に用いる蓄電池モデルを示す。図7の下側は、ある蓄電池5のSOC−OCV特性テーブル25の例を示す。図7の上側の蓄電池モデルにおいて、1つの蓄電池5と、その内部抵抗及び分極成分とを示す。蓄電池5の内部抵抗としてR1を有し、分極成分として、第1分極成分である抵抗R2及び時定数τ2と、第2分極成分である抵抗R3及び時定数τ3とを有する。
V1は、蓄電池5の内部抵抗R1による電圧である。V2は、第1分極成分による電圧である。V2は、内部抵抗R2と時定数τ2とから算出される。V3は、第2分極成分による電圧である。V3は、内部抵抗R3と時定数τ3とから算出される。
蓄電システム1は、前回SOC値301と温度Kとを用いて、蓄電池特性情報22の中に含まれている、図示しないテーブルから、蓄電池5の内部抵抗R2,R3、及び時定数τ2,τ3等の情報を読み出す、または算出する。蓄電池特性情報22は、例えば温度Kに応じた内部抵抗等の値が記載されたテーブルを含む。
閉路電圧(CCV:Closed Circuit Voltage)は、一般に、蓄電池に負荷が接続され電流が流される状態での蓄電池の内部抵抗等による電圧を含む電圧である。図7の閉路電圧CCV=VCCVは、開路電圧OCV=VOCVに加えV1〜V3を含む電圧である。VCCVは、充放電中に計測された蓄電池の電圧である。
開路電圧(OCV:Open Circuit Voltage)は、一般に、蓄電池に負荷が接続されず電流が流されない状態での蓄電池の両端子間の電圧である。図7の開路電圧OCV=VOCVは、内部抵抗及び分極成分を補償即ち影響を取り除いて計算した、蓄電池5にかかる電圧である。
漸化式300は、以下の式1〜式4の通りである。なおnは漸化式における演算の周期ごとの回を示す。n−1は前回の値、nは今回の値を示す。ΔTは、演算の周期である。
OCV(=VOCV)=CCV(=VCCV)+V1+V2+V3 ・・・式1
V1=R1×i ・・・式2
V2=V2n−1(1−ΔT/τ2)+i×R2(ΔT/τ2) ・・・式3
V3=V3n−1(1−ΔT/τ3)+i×R3(ΔT/τ3) ・・・式4
SOC−OCV特性テーブル25は、開路電圧OCV及び温度Kの情報を持つ2次元のテーブルである。ある蓄電池5の温度Kに応じた1つのSOC−OCV特性テーブル25は、ある温度KにおけるSOC値と開路電圧OCVとの関係の特性を示す。図7のSOC−OCV特性テーブル25は、横軸が開路電圧OCV、縦軸がSOC値である。図7の例の曲線では、OCVが低い領域ではSOCが高い傾きで増加し、OCVが中程度の領域ではSOCが一定または緩やかな傾きで増加し、OCVが高い領域では再びSOCが高い傾きで増加する。
[設定画面例]
図8は、実施の形態1における設定の画面例を示す。本画面において、801は、複数の設定の状態であるモードのうち1つを利用者により選択可能とする項目を示す。利用者は、複数の設定のモードを適用対象ごとに使い分けて利用することができる。設定のモードは、利用者により名称や適用対象等を設定可能である。
802は、801で選択された設定のモードの内容である各種の設定項目の内容を表示する表を示す。802の表で、#1〜#9の行に示すように、前述のA1〜A4、及びB1〜B5の各設定項目を表示する。A1等の設定項目ごとに、内容の説明や、現在の設定値を表示する。またA1等の設定項目ごとに、803で示す設定値の欄で、利用者により値を入力または選択することができる。804は、802の表の設定値803の状態での設定及び設定変更を実行する場合のボタンである。
また図示しない他の画面は、運転のスケジュールとして、カレンダーの日付等に対して、適用する設定のモードを設定可能である。当該設定されたスケジュールに従い、自動的に運転が実行される。
設定項目の設定のインタフェースは、図8の画面例に限らず可能である。例えば、別の画面例は、図6と同様に、SOCに関するインジケータを表示し、各設定値を上下のスライドで設定可能としてもよい。また別の画面例は、図4や図6と同様に、時間軸での値の推移のグラフを表示し、当該グラフ中の設定値を設定可能としてもよい。また画面は、蓄電システム1を構成する制御盤の操作パネルで表示されてもよいし、制御盤に接続される情報処理装置に表示されてもよい。
[制御方式の比較]
図9は、補足として、(A)が実施の形態1の蓄電システムによる前述のピークカット運転での負荷変動範囲の制御の概略を示し、(B)が従来例の蓄電システムによる負荷変動の制御の概略を示す。
図9の(A)の実施の形態1の蓄電システム1の負荷変動範囲の制御は、負荷電力の閾値(A1,A2)の範囲900に、実際の負荷電力及び対応するSOCが収まるように、充放電を制御する方式である。901は、範囲900の上限の閾値として、前述のピークカット負荷A1に対応した設定値である。902は、範囲900の下限の閾値として、前述の逆潮負荷A2に対応した設定値である。911は、負荷電力が上限の閾値901を超えた箇所を示し、この箇所911で放電が行われる。912は、負荷電力が下限の閾値902を超えた箇所を示し、この箇所912で充電が行われる。
図9の(B)の従来例の蓄電システムの制御は、負荷電力に関する1つの閾値920に負荷電力を追従させるように、充放電を制御する方式である。921は、閾値920を上回る場合、922は、閾値920を下回る場合を示す。従来例の制御では、閾値920に負荷電力を追従させるように制御しようとするが、実際の負荷電力及び対応するSOCは変動するので、閾値920と同じ値には維持できない。即ち、従来例の制御では、ほぼ常に、充電または放電が行われる状態が続く。
実施の形態1の蓄電システムでは、(A)のように、閾値の範囲900に抑えるように制御するので、充放電による損失が小さく、蓄電池の寿命に関して有利である。従来例は、(B)のように、閾値の範囲では制御していないので、充放電による損失が大きく、蓄電池の寿命に関して不利である。
[効果等]
以上説明したように、実施の形態1の蓄電システム1によれば、ピークカット運転の好適な制御による低損失化により、蓄電池の短寿命化を抑制することができる。実施の形態1の蓄電システム1によれば、放電開始SOC値及び充電開始SOC値により容量調整するため、システム構築の際に蓄電池の個数を少なくすること、もしくは蓄電池の容量を小さくすることができ、全体的に低コストのシステムを実現することができる。また利用者は、画面で制御の設定値を設定することができる。
<実施の形態2>
実施の形態2の蓄電システム1について説明する。実施の形態2の蓄電システム1は、実施の形態1のピークカット運転の制御に関する機能に加えて、ピークシフト運転の制御に関する機能を有する。実施の形態2の蓄電システム1は、利用者による選択及び設定に基づいて、ピークカット運転のモードとピークシフト運転のモードとで、選択されたモードに切り替えて実行する。以下、実施の形態2における実施の形態1とは異なる構成について説明する。
[ピークシフト運転]
図10は、従来例の蓄電システムにおけるピークシフト運転の動作を示す。実施の形態2の蓄電システム1のピークシフト運転は、この従来例のピークシフト運転を基本とする。ピークシフト運転は、負荷電力の監視はせず、予め決めた異なる時間帯に充電及び放電を行う。即ちピークシフト運転は、電力需要が少ない所定の夜間の時間帯に充電し、電力需要が多い所定の昼間の時間帯に放電する。
図10の(a)は、横軸が時間を示し、縦軸が負荷施設の負荷電力(単位はW)を示す。501は、ピークシフト負荷の設定値を示す。この設定値501は、ピークシフト運転により負荷電力を抑える基準のレベルを示す。502は、負荷電力が設定値501を超えるピークを含む箇所、電力需要の多い箇所を示す。503は、負荷電力が設定値501を超える箇所502を含む時間帯を示す。図10の例では、503の14時〜18時頃の時間帯に、負荷電力が設定値501を超える部分を含み、そのうちの個々の時間ごとに負荷電力が上下している。
図10の(b)は、図10の(a)に対応して、横軸が時間、縦軸が蓄電システムによる蓄電池の充放電による電力を示す。511は、ピークシフト用に設定された、電力需要が少ない所定の夜間の時間帯における、電力系統からの受電電力による一定出力による蓄電池の充電を示す。512は、503の時間帯に対応してピークシフト用に設定された、電力需要が多い所定の昼間の時間帯における、一定出力による蓄電池の放電による負荷施設への給電を示す。
図10の(c)は、図10の(a)及び(b)に対応して、横軸が時間、縦軸が電力系統からの受電電力を示す。521は、充電511の電力を、放電512により、503の時間帯に充てることにより、負荷電力を設定値501以下に抑えることを示す。503の時間帯における個々の時間では、同じ電力が配分される。上記のように、ピークシフト運転により、ピークを含む503の時間帯の負荷電力を減らし、充電511の時間帯と放電512の時間帯とで受電電力が近くなるように調整している。
[ピークシフト運転の制御機能及び設定項目]
実施の形態2の蓄電システム1は、図2の充放電制御部14に、更に、ピークシフト制御部を備える。ピークシフト制御部は、ピークシフト運転の制御用の設定項目の設定値を用いて、ピークシフト運転の制御を行う。実施の形態2の蓄電システム1は、図3の制御処理のフローに、更に、ピークシフト制御部によるピークシフト運転の制御処理のステップが追加される。図示しないがこれをステップS6とする。S1は、ピークシフト運転の制御用の設定項目の値が設定され、ピークシフト運転の実行が指示される。ピークシフト運転のモードでの制御の実行の場合、S5の代わりに、追加のピークシフト運転の充放電制御処理のステップS6が行われる。この追加のステップS6は、S5−1の代わりに、ピークシフト運転の制御処理のステップS6−1と、S5−2の代わりに、第1の蓄電池保護制御処理のステップS6−2とを含む。
実施の形態2の蓄電システム1は、ピークシフト運転の制御に関して、実施の形態1の設定項目に追加する設定項目として、以下のC1〜C6を有する。
C1:充電開始時刻
C2:充電終了時刻
C3:充電出力[W]
C4:放電開始時刻
C5:放電終了時刻
C6:放電出力[W]。
充電開始時刻C1は、一定出力で充電する所定の時間帯の開始時刻であり、充電終了時刻C2は、当該時間帯の終了時刻である。充電出力C3は、当該時間帯での一定出力電力である。放電開始時刻C4は、一定出力で放電する所定の時間帯の開始時刻であり、放電終了時刻C5は、当該時間帯の終了時刻である。放電出力C6は、当該時間帯での一定出力電力である。
実施の形態2の蓄電システム1は、ピークシフト運転の制御処理のステップS6−1として、設定項目のC1〜C3により、所定の充電時間帯に蓄電池群を一定出力で充電し、設定項目のC4〜C6により、所定の放電時間帯に蓄電池群を一定出力で放電する。実施の形態2の蓄電システム1は、ピークシフト運転の実行中、所定の充電時間帯、及び所定の放電時間帯の中で、実施の形態1と同様の負荷変動範囲の制御を適用する。即ち、実施の形態2の蓄電システム1は、所定の充電時間帯の中で、負荷電力がピークカット負荷A1以上である場合は放電を行い、所定の放電時間帯の中で、逆潮負荷A2以下である場合は充電を行う。これにより、負荷電力がピークカット負荷A1や逆潮負荷A2を超えないようにする。
実施の形態2の蓄電システム1は、第1の蓄電池保護の制御処理のステップS6−2として、実施の形態1の開始SOC値B1と同様の設定値を用いて、所定の放電時間帯(C4〜C5)の終了後、所定の充電時間帯(C1〜C2)の開始になるまでの時間に、負荷が少ない状況である条件で、SOC値が開始SOC値B1に近付くように、予め充電を行う。例えば、蓄電システム1は、放電終了時刻C5の直後、状況に応じて、充電を開始し、SOC値が開始SOC値B1に到達したら充電を停止する。
図11は、実施の形態2の設定部10によるピークシフト運転の制御に関する設定の画面例を示す。本画面において、1101は、複数の設定の状態であるモードのうち1つを利用者により選択可能とする項目を示す。1102は、1101で選択された設定のモードの内容である各種の設定項目の内容を表示する表を示す。1102の表で、#1〜#6の行に示すように、前述のC1〜C6の各設定項目を表示する。また図示しないが、前述のA1,A2,B1等と同様の設定項目を表示する。1103で示す設定値の欄で、利用者により値を入力または選択することができる。1104は、1102の表の設定値1103の状態での設定及び設定変更を実行する場合のボタンである。
以上のように、実施の形態2によれば、ピークシフト運転の場合についても、実施の形態1のピークカット運転の制御と同様に、好適な制御による低損失化により、蓄電池の短寿命化を抑制することができる。
以上、本発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
本発明は、事務所や工場等を含む各種の負荷施設の蓄電システムとして利用可能である。
1…蓄電システム、2…電力系統、3…負荷施設、4…太陽光発電システム、5…蓄電池、10…設定部、11…第1計測部、12…第2計測部、13…SOC演算部、14…充放電制御部、15…ピークカット制御部、16…第1保護制御部、17…第2保護制御部、20…設定情報、21…計測情報、22…蓄電池特性情報、23…SOC情報、25…SOC−OCV特性テーブル、50…電力計測、52…受電電力、53…負荷電力、54…発電電力、62…充電、63…放電、64…充電、65…給電、66…逆潮流、71…制御盤収容部、72…蓄電池盤収容部、101…制御部、102…記憶部、103…入出力部。

Claims (7)

  1. 電力系統及び負荷施設に接続される制御装置と、前記制御装置に接続される複数の蓄電池と、を備え、
    前記制御装置は、
    利用者の操作に基づいて制御用の設定項目の値を設定する設定部と、
    前記電力系統からの受電電力、前記負荷施設の負荷電力、前記蓄電池の電圧、電流、及び温度を含む状態の値を計測する計測部と、
    前記負荷施設の負荷電力のピークを前記複数の蓄電池の充電及び放電により抑えるピークカット運転の制御を含む、前記複数の蓄電池の充電及び放電の制御を行う充放電制御部と、を有し、
    前記設定部は、前記ピークカット運転の開始時刻、終了時刻、第1の負荷電力、及び第2の負荷電力を含む設定項目の値を設定し、
    前記充放電制御部は、前記設定されたピークカット運転の開始時刻から終了時刻までの時間において、前記負荷電力が前記第1の負荷電力と第2の負荷電力との範囲に収まるように、前記負荷電力が前記第1の負荷電力以上の場合は前記蓄電池を放電して前記負荷施設に給電し、前記負荷電力が前記第2の負荷電力以下の場合は前記蓄電池を充電する、蓄電システム。
  2. 請求項1記載の蓄電システムにおいて、
    前記制御装置は、
    前記蓄電池の状態の計測値を用いて前記蓄電池の充電及び放電に応じた前記蓄電池の最新の充電率であるSOC値を演算するSOC演算部を有し、
    前記設定部は、前記設定項目として開始SOC値を設定し、
    前記充放電制御部は、前記SOC値に応じて、前記設定されたピークカット運転の開始時刻に前記SOC値が前記開始SOC値と同じになるまたは近付くように、当該開始時刻よりも前に予め前記蓄電池を充電する、蓄電システム。
  3. 請求項1記載の蓄電システムにおいて、
    前記制御装置は、
    前記蓄電池の状態の計測値を用いて前記蓄電池の充電及び放電に応じた前記蓄電池の最新の充電率であるSOC値を演算するSOC演算部を有し、
    前記設定部は、前記設定項目として、放電開始SOC値及び放電停止SOC値を設定し、
    前記充放電制御部は、前記ピークカット運転の時間の中において、前記SOC値が、前記放電開始SOC値以上になった場合、前記蓄電池の放電を開始し、前記SOC値が、前記放電停止SOC値以下になった場合、前記蓄電池の放電を停止する、蓄電システム。
  4. 請求項1記載の蓄電システムにおいて、
    前記制御装置は、
    前記蓄電池の状態の計測値を用いて前記蓄電池の充電及び放電に応じた前記蓄電池の最新の充電率であるSOC値を演算するSOC演算部を有し、
    前記設定部は、前記設定項目として、充電開始SOC値及び充電停止SOC値を設定し、
    前記充放電制御部は、前記ピークカット運転の時間の中において、前記SOC値が、前記充電開始SOC値以下になった場合、前記蓄電池の充電を開始し、前記SOC値が、前記充電停止SOC値以上になった場合、前記蓄電池の充電を停止する、蓄電システム。
  5. 電力系統及び負荷施設に接続される制御装置と、前記制御装置に接続される複数の蓄電池と、を備え、
    前記制御装置は、
    利用者の操作に基づいて制御用の設定項目の値を設定する設定部と、
    前記電力系統からの受電電力、前記負荷施設の負荷電力、前記蓄電池の電圧、電流、及び温度を含む状態の値を計測する計測部と、
    前記負荷施設の負荷電力のピークを所定の時間帯での前記複数の蓄電池の充電及び放電により抑えるピークシフト運転の制御を含む、前記複数の蓄電池の充電及び放電の制御を行う充放電制御部と、を有し、
    前記設定部は、前記ピークシフト運転における、充電の時間帯の開始時刻、終了時刻、及び一定出力電力と、放電の時間帯の開始時刻、終了時刻、及び一定出力電力と、第1の負荷電力及び第2の負荷電力と、を含む設定項目の値を設定し、
    前記充放電制御部は、前記ピークシフト運転の制御として、前記充電の時間帯及び前記放電の時間帯において、前記負荷電力が前記第1の負荷電力と第2の負荷電力との範囲に収まるように、前記負荷電力が前記第1の負荷電力以上の場合は前記蓄電池を放電して前記負荷施設に給電し、前記負荷電力が前記第2の負荷電力以下の場合は前記蓄電池を充電する、蓄電システム。
  6. 請求項5記載の蓄電システムにおいて、
    前記制御装置は、
    前記蓄電池の状態の計測値を用いて前記蓄電池の充電及び放電に応じた前記蓄電池の最新の充電率であるSOC値を演算するSOC演算部を有し、
    前記設定部は、前記設定項目として開始SOC値を設定し、
    前記充放電制御部は、前記SOC値に応じて、前記設定されたピークシフト運転の前記充電の時間帯の開始時刻に前記SOC値が前記開始SOC値と同じになるまたは近付くように、前記放電の時間帯の終了時刻よりも後で前記充電の時間帯の開始時刻よりも前に、予め前記蓄電池を充電する、蓄電システム。
  7. 請求項2〜4,6のいずれか一項に記載の蓄電システムにおいて、
    前記蓄電池の特性を示す情報として、前記蓄電池の温度に応じたSOCと開路電圧との関係を示す情報を記憶する蓄電池情報記憶部を有し、
    前記計測部は、所定の周期で前記蓄電池の閉路電圧、電流、及び温度を含む状態の値を計測し、
    前記SOC演算部は、前記蓄電池の閉路電圧及び電流と前回のSOC値とを用いて、前記蓄電池の開路電圧を算出し、前記開路電圧と、前記温度に応じたSOCと開路電圧との関係を示す情報とを用いて、今回のSOC値を算出する、蓄電システム。
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