WO2009128475A1

WO2009128475A1 - 分散電源システムの運転計画作成装置と作成方法

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Publication number: WO2009128475A1
Application number: PCT/JP2009/057586
Authority: WO
Inventors: 靖之星; 俊久舟橋; 義道奥野; 孝則林
Original assignee: 株式会社明電舎
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2009-04-15
Publication date: 2009-10-22
Also published as: JP2009261114A

Abstract

【課題】蓄電池を併設した分散電源システムの運転計画作成に当たっては、蓄電池がリフレッシュ動作を必要とすることから、他の設備とは別次元の独立した運転計画を作成しているため、一元的な管理、運用が出来ていない。【解決手段】運転計画作成装置に蓄電池状態管理部と蓄電池リフレッシュ計画作成部を設ける。運転計画作成装置で運転計画を作成するとき、蓄電装置に使用される蓄電池の種類がメモリ効果を発生しない種類時には、蓄電池に残存する容量に追加して満充電とするリフレッシュ計画を作成する。蓄電池がメモリ効果を発生する種類時には、当該蓄電池に残存する容量の全放電を実施した後に満充電とするリフレッシュ計画を作成する。

Description

分散電源システムの運転計画作成装置と作成方法

　本発明は、分散電源システムの運転計画作成装置と作成方法に係り、特に分散電源システムに併用される蓄電装置の運転計画作成装置と作成方法に関するものである。

　複数の分散型電源を導入し、商用の電力系統から独立して運転可能な系統を構築する分散電源システムは、特許文献１や非特許文献１等によって公知となっている。この分散電源システムを構築する設備としては、発電機やボイラーなどの発生器、蓄電池や蓄熱槽などの蓄積器、冷凍機などの変換器、及び太陽光、風力などの自然電源などが挙げられる。
これら各設備を使用してエネルギー需要量に対して適切な出力を行うためには、システムの運転計画作成装置が設けられる。

　運転計画作成は、例えば、特許文献１では、概略図４のようなフローにて作成される。
すなわち、設備運転パターン管理部に記録された過去の運転計画、及び運転実績の情報と、設備仕様情報管理部に記録された各設備の出力量・効率などの情報を基に、運転計画作成部で運転計画を作成する。その際の運転計画は、負荷量予測部において予測された負荷量を満たすよう一日分の運転計画が作成されると共に、各設備の運転計画は、現在稼動中の設備との整合性を考慮して作成する。

特開２００５－１３０５５０

明電時報　通巻３１４号、2007-No.3.ｐ６～１０

　分散電源システムを構築する各設備のうち、蓄電池は負荷変動吸収用途、負荷タイムシフト用途、及びその両方の目的に使用される。負荷変動吸収用途とは、システムに構築された他の電力発生器（商用系統電力からの買電を含む発電機）では吸収しきれない短時間の負荷量の変化を吸収することである。また、負荷タイムシフト用途とは、長期間、或いは一日のうちでも、例えば朝の一斉機械始動時のように、時間によっては予め激しい負荷変動の想定できる時間帯があり、そのような場合、負荷量の低いときには蓄電池を充電し、充電した電力を負荷量の高い時に放電して他の電力発生器による発電量を抑制することである。
作成する設備の運転計画は、その時間間隔を数十分～1時間程度の間隔で行うのが通常である。しかし、蓄電池の場合、負荷タイムシフト用途のみは運転計画対象となっているが、短時間の負荷変動用途に適用されるものに対しては、運転計画の対象外となっている。

　従来の運転計画作成において、設備定期点検時などを除き蓄電池はその容量範囲内において適時充放電ができる設備として扱われている。しかし、蓄電池には次の事由により定期的な完全放電／満充電のリフレッシュ動作が必要となっている。

　蓄電池のリフレッシュ動作が必要な理由とリフレッシュ方法
（１）メモリ効果の抑制
蓄電池の種類によって、充放電を繰返すことによりメモリ効果を発生するものがある。ここでのメモリ効果とは、蓄電池容量が減少したように見える現象で、容量の全てを使い切らない状態で継ぎ足し充電を繰返すと、放電中に継ぎ足し充電を開始した残容量付近で急激に放電電圧の低下が起こり、蓄電池の残容量が減少したような挙動が生じる。図５はメモリ効果をイメージ化したものである。
このメモリ効果を解消するためには、完全放電というリフレッシュ動作が必要となる。
（２）制御上の残容量特定点の保証
現存する蓄電池は、その残量容量を正確に把握することが困難である。そのため、充放電を繰返すうちに制御上の残量容量と実際の残容量に差異が発生する。それを解消するために、定期的な満充電、または、前記（１）項の理由による完全放電後の満充電）というリフレッシュ動作を行い、蓄電池残容量の補正が必要となる。

　一般に、分散電源システムの運転計画作成においては、（１）（２）項で記載のような蓄電池に必要となるリフレッシュ動作計画は考慮されていない。
すなわち、リフレッシュ動作計画は運転計画作成とは別次元で行われており、例えば、リフレッシュ動作対象となる蓄電池は、定期点検と同様な扱いとして運転計画作成対象設備から除外し、リフレッシュ動作対象蓄電池はリフレッシュ動作を、運転計画は運転計画対象設備のみで作成するという並行作業で行われている。そのため、分散電源システムを構築する設備全体を運転計画の中で一元的に管理・運営することができず、効率的な設備運転計画の作成とはなっていないという問題を有している。

　したがって、本発明が目的とするとこは、分散電源システムの設備全体の一元管理を可能とする運転計画作成装置と作成方法を提供することにある。

　本発明は、複数の分散電源と蓄電装置を有し、商用の電力系統から独立した運転可能の分散電源システムの運転計画作成装置であって、運転計画作成装置は、設備仕様に関する情報を管理する設備仕様管理部と、負荷管理部からの負荷情報や設備モデルの制約条件を含む各情報を考慮して運転計画を作成する運転計画作成部を有し、この運転計画作成装置で作成された運転計画に基づき運転制御部を介して分散電源システムの各設備の運転を行うものにおいて、
前記運転計画作成装置の設備仕様管理部で蓄電装置に使用される蓄電池の種類、定格容量を含む管理情報を記憶すると共に、前記運転計画作成装置に、蓄電装置に使用される蓄電池に対するリフレッシュ動作実行判定手段、及び過去のリフレッシュ動作履歴情報管理手段を有する蓄電池状態管理部と、この蓄電池状態管理部によるリフレッシュ動作実行判定信号と設備仕様管理部における蓄電池情報をもとに蓄電池のリフレッシュ動作計画を作成する蓄電池リフレッシュ計画作成部を備え、
前記運転計画作成部は、実測された負荷情報と蓄電池リフレッシュ計画作成部からの情報をもとに蓄電池の運転計画を作成することを特徴としたものである。

　本発明は、請求項１において、蓄電池リフレッシュ計画作成部における蓄電池リフレッシュ計画は、前記蓄電池状態管理部から取得した蓄電池リフレッシュ履歴と、前記設備仕様管理から取得した蓄電池仕様情報をもとに、当該蓄電池の既定周期に達したか否かを判断し、既定周期に達したときに前記運転計画作成部へリフレッシュ信号を送信することを特徴としたものである。

　本発明は、請求項１又は２において、蓄電池リフレッシュ計画作成部は、前記蓄電装置に使用される蓄電池がメモリ効果を発生しない種類時には、蓄電池に残存する容量に追加して満充電とするリフレッシュ計画を作成することを特徴としたものである。

　また、本発明は、請求項１又は２において、蓄電池リフレッシュ計画作成部は、前記蓄電装置に使用される蓄電池がメモリ効果を発生する種類時には、当該蓄電池に残存する容量の全放電を実施し、その後に満充電とするリフレッシュ計画を作成することを特徴としたものである。

　本発明は、請求項３又は４において、蓄電装置に使用される蓄電池が、メモリ効果を発生する種類と発生しない種類の混在時には、前記設備仕様管理部にメモリ効果発生の有無情報を記録し、前記蓄電池リフレッシュ計画作成部は、設備仕様管理部に記録された情報をもとにリフレッシュ計画を作成することを特徴としたものである。

　本発明は、複数の分散電源と蓄電装置を有し、商用の電力系統から独立した運転可能の分散電源システムの運転計画作成装置であって、運転計画作成装置は、設備仕様に関する情報を管理する設備仕様管理部と、負荷管理部からの負荷情報や設備モデルの制約条件を含む各情報を考慮して運転計画を作成する運転計画作成部を有し、この運転計画作成装置で運転計画を作成するものにおいて、
前記運転計画作成装置での運転計画作成は、分散電源システムに設置された電源装置を含む設備の運転計画と一元的に作成すると共に、前記蓄電装置に使用される蓄電池がメモリ効果を発生しない種類時には、蓄電池に残存する容量に追加して満充電とするリフレッシュ計画を作成し、蓄電池がメモリ効果を発生する種類時には、当該蓄電池に残存する容量の全放電を実施した後に満充電とするリフレッシュ計画を作成することを特徴としたものである。

　以上のとおり、本発明によれば、分散電源システムの運転計画作成において、従来、発生器、変換器及び自然電源などの設備とは別次元で作成されていた蓄電池のリフレッシュ動作を、設備運転計画の一環として扱うことが可能となり、運転計画作成の一元的な管理・運用の実現が可能となる。また、リフレッシュ計画を加味した運転計画を、数理計画法を用いて行うことにより、効率的な設備運用の立案が可能となる等の効果を奏する。
また、蓄電池のリフレッシュ動作では満充電となることにより、蓄電池の持つ全容量の有効活用が可能となると共に、制御上の特定点を保障することができることで、制御上の蓄電池残容量と実際の蓄電池残容量との乖離をリフレッシュ動作時にリセットすることが可能となる。

　図１は運転計画作成装置のブロック図を示したもので、基本的には図４で示すような設備の運転計画手段を備えているが、図１では、特に蓄電池を併用する場合の追加手段を示したものである。１は蓄電池を併用した運転計画作成装置で、設備仕様管理部１１、蓄電池リフレッシュ計画作成部１２、蓄電池状態管理部１３、及び運転計画作成部１４を有している。２は運転制御部で、その制御指令は電源装置３、蓄電装置４、及び負荷管理部６に出力される。分散電源システム内の電源装置３としては、商用の電力系統、エンジン発電機、タービン発電機、燃料電池、及び太陽光発電や風力発電などが含まれる。蓄電装置
４に設置される蓄電池には、鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池（ニッカド蓄電池）、ニッケル・水素蓄電池、リチウム・イオン電池、ナトリウム・硫黄電池（ＮＡＳ電池）などが挙げられる。５は需要家である。

　上記のように構成されたものにおいて、設備仕様管理部１１は、蓄電装置４に設置された蓄電池種別、定格容量、公称電圧などの蓄電池仕様を始とした電源装置３における各種電源設備仕様に関する情報を管理する。

　蓄電池リフレッシュ計画作成部１２は、蓄電池状態管理部１３によるリフレッシュ動作実行判定や、設備仕様管理部１１からの情報を基に蓄電池のリフレッシュ動作計画を作成し、運転計画作成部１４にそれを知らせる。リフレッシュ動作が一日で完了しない場合は、リフレッシュ対象蓄電池がリフレッシュ動作継続中であることを運転計画作成部１４に通知すると共に、蓄電池状態管理部１３内では、翌日の運転計画作成の際も当該蓄電池が要リフレッシュ動作であることを記録する。或る運転計画作成日内においてリフレッシュ動作が完了する計画が作成できた時点で、その日を最新リフレッシュ動作日として蓄電池
状態管理部１３へ通知し、蓄電池状態管理部１３はそれを記録する。

　蓄電池状態管理部１３は、過去のリフレッシュ動作履歴情報を蓄電装置４に設置された全ての蓄電池個別に管理する。リフレッシュ動作は、例えば、１乃至2週間に1回のように定周期に行い、履歴情報をもとに次回のリフレッシュ動作の時期判定を行い、蓄電池リフレッシュ計画作成部１２にそれを通知する。また、リフレッシュ動作継続中である蓄電池に関しても同様の通知を蓄電池リフレッシュ計画作成部１２に対して行う。
一方、蓄電池リフレッシュ計画作成部１２ではリフレッシュ動作完了通知が届いた場合、その日を該当蓄電池の最新リフレッシュ動作作成情報として記録する。

　運転計画作成部１４は、負荷管理部６の実測に基づく負荷情報、及び蓄電池リフレッシュ計画作成部１２からの情報を基に最適な設備運転計画を作成する。
運転計画作成は、予め運転計画作成装置に組み込まれた発生器、蓄積器、変換器、自然電源などの設備モデルの制約条件、及び目的関数のパラメータに、各部で管理するデータを割当てて制約条件および目的関数を展開し、制約条件を満たし、且つ目的関数を満たす最適な設備運転計画の組合せを数理計画法の手法を用いて計算する。モデルの制約条件には、各単位時間に運転する設備からの電力、熱出力の合計がその時間の予測電力、熱負荷量と等しい等が含まれる。

　負荷管理部６は、電力需給制御ネットワーク上で蓄電池を併用した運転計画作成装置１に接続されるか、或いは運転計画作成装置１の一部を構成するもので、システムを構築する対象設備の負荷状況を実測又は予測する。また、現在の付加状況と予測負荷の乖離などの確認を行う。乖離が既定値以上になった場合、運転計画作成部１４に対して運転計画の再作成を通知する。

　運転制御部２は、電力需給制御ネットワーク上で運転計画作成装置１に接続されるか、或いは運転計画作成装置１の一部を構成するもので、運転計画作成部１４で作成した運転計画に従って蓄電池の充放電運転を始とした設備の運転、制御を実施する。また、蓄電装置４を始とした電源装置３の発電状況、および負荷状況については負荷管理部６へ定期的に送信する。

　図２は、蓄電池リフレッシュ計画作成部１２が作成する蓄電池リフレッシュ計画作成フローを示したものである。ステップＳ１で蓄電池状態管理部１３から蓄電池のリフレッシュ履歴を取得し、Ｓ２では設備仕様管理部１１から蓄電池の仕様情報を取得する。取得した情報に基づいて、Ｓ３ではリフレッシュ動作実行のための既定の周期に達したが否かが判定され、既定周期に達していない場合には終了するが、既定周期に達した場合、Ｓ４で蓄電池別のリフレッシュ計画を作成する。この蓄電池別のリフレッシュ計画は、使用されている蓄電池がメモリ効果を起こす場合と起こさない場合、或いは両者の蓄電池が混在し
ている場合を考慮して以下のように作成される。
蓄電装置４に利用される蓄電池としては、前記のように鉛蓄電池、ニッケル・カドミウム蓄電池（ニッカド蓄電池）、ニッケル・水素蓄電池、リチウム・イオン電池、ナトリウム・硫黄電池（ＮＡＳ電池）などが挙げられるが、この中でメモリ効果を引き起こす蓄電池は、ニッカド蓄電池とニッケル・水素蓄電池である。
［蓄電装置がメモリ効果を起こさない蓄電池で構成されている場合］
　メモリ効果を起こさない蓄電池のリフレッシュ動作は、現在の蓄電池に残容量に加えて、継ぎ足し充電を可能とした満充電を実施する。その充電中は、充電量に変化があっても充電方向が変化しないよう（充電中に放電しないよう）にリフレッシュ動作計画を作成する。
通常蓄電池は、完全放電・満充電を繰返すと機器にダメージを与えてしまい、耐用年数に影響が出てしまう。そのため、運用時には蓄電池容量の上下限に尤度を持って運用される。この尤度は図３で示すように、例えば上下限１０％ずつ、つまり容量の１０％～９０％の範囲内で運用される。
しかし、本発明におけるメモリ効果を起こさない蓄電池のリフレッシュ動作では、満充電の際に上限尤度を超えた充電を行う。運転計画作成部１４では蓄電池リフレッシュ計画作成部１１と連携し、運転計画作成対象の設備中にリフレッシュ対象蓄電池が存在する場合、その蓄電池を通常運用の対象外とし、上記のようなリフレッシュ動作を考慮した運転計画を作成する。該当する蓄電池容量一杯に充電することで制御上の特定点を保障することが可能となり、制御上の蓄電池残容量の乖離をリセットすることができる。
［蓄電装置がメモリ効果を起こす蓄電池で構成されている場合］
　メモリ効果を起こす蓄電池のリフレッシュ動作は、一旦全放電を行い、その後に満充電を実施する。充放電中はその充放電量に変化はあっても、放電中に充電、充電中に放電するというような充電方向、又は放電方向への変化はしないよう運転計画を作成する。
メモリ効果を起こす蓄電池のリフレッシュ動作の場合も、通常の充放電制御のように蓄電池容量の上下限に尤度を持つことなく、全放電の場合には下限の尤度を、また、満充電の場合には上限の尤度を超えた充放電制御を行う。運転計画作成部１４では蓄電池リフレッシュ計画作成部１１と連携し、運転計画作成対象の設備中にリフレッシュ対象蓄電池が存在する場合、その蓄電池を通常運用の対象外とし、上記のようなリフレッシュ動作を考慮した運転計画を作成する。該当する蓄電池の持つ残容量を全放電し、その後に容量一杯に充電することでメモリ効果を解消し、その蓄電池の持つ全容量を有効活用することが可能
となる。また、制御上の蓄電池残容量の乖離をリセットすることができる。
［蓄電装置がメモリ効果を起こす蓄電池と起こさない蓄電池で構成されている場合］
　設備仕様管理部１１に、蓄電池の種類に応じたメモリ効果の発生の有無を管理情報として追加する。これにより、将来的に蓄電池の種類が拡張した場合でも、運転計画作成装置１を変更することなくその拡張蓄電池に応じたリフレッシュ動作計画作成を実現することができる。
運転計画作成部１４では蓄電池リフレッシュ計画作成部１１と連携して運転計画を作成するとき、メモリ効果の有無を判断して蓄電池個別の運転計画を作成して運転制御部２に出力し、運転制御部２はメモリ効果が発生する蓄電池と発生しない蓄電池に対して、上記したと同様に各別に充放電制御を実行する。

本発明の実施形態を示す運転計画作成装置のブロック図。本発明の蓄電池リフレッシュ計画作成フロー図。蓄電池使用範囲の説明図。従来の分散型電源システムの運転計画作成のフロー図。メモリ効果の説明図。

　１…　運転計画作成装置
　２…　運転制御部
　３…　電源装置
　４…　蓄電装置
　５…　需要家
　６…　負荷管理部
　１１…　設備仕様管理部
　１２…　蓄電池リフレッシュ計画作成部
　１３…　蓄電池状態管理部
　１４…　運転計画作成部

Claims

複数の分散電源と蓄電装置を有し、商用の電力系統から独立した運転可能の分散電源システムの運転計画作成装置であって、運転計画作成装置は、設備仕様に関する情報を管理する設備仕様管理部と、負荷管理部からの負荷情報や設備モデルの制約条件を含む各情報を考慮して運転計画を作成する運転計画作成部を有し、この運転計画作成装置で作成された運転計画に基づき運転制御部を介して分散電源システムの各設備の運転を行うものにおいて、
　前記運転計画作成装置の設備仕様管理部で蓄電装置に使用される蓄電池の種類、定格容量を含む管理情報を記憶すると共に、前記運転計画作成装置に、蓄電装置に使用される蓄電池に対するリフレッシュ動作実行判定手段、及び過去のリフレッシュ動作履歴情報管理手段を有する蓄電池状態管理部と、この蓄電池状態管理部によるリフレッシュ動作実行判定信号と設備仕様管理部における蓄電池情報をもとに蓄電池のリフレッシュ動作計画を作成する蓄電池リフレッシュ計画作成部を備え、前記運転計画作成部は、実測された負荷情報と蓄電池リフレッシュ計画作成部からの情報をもとに蓄電池の運転計画を作成することを特徴とした分散電源システムの運転計画作成装置。
前記蓄電池リフレッシュ計画作成部における蓄電池リフレッシュ計画は、前記蓄電池状態管理部から取得した蓄電池リフレッシュ履歴と、前記設備仕様管理から取得した蓄電池仕様情報をもとに、当該蓄電池の既定周期に達したか否かを判断し、既定周期に達したときに前記運転計画作成部へリフレッシュ信号を送信することを特徴とした請求項1記載の分散電源システムの運転計画作成装置。
前記蓄電池リフレッシュ計画作成部は、前記蓄電装置に使用される蓄電池がメモリ効果を発生しない種類時には、蓄電池に残存する容量に追加して満充電とするリフレッシュ計画を作成することを特徴とした請求項１又は２記載の分散電源システムの運転計画作成装置。
前記蓄電池リフレッシュ計画作成部は、前記蓄電装置に使用される蓄電池がメモリ効果を発生する種類時には、当該蓄電池に残存する容量の全放電を実施し、その後に満充電とするリフレッシュ計画を作成することを特徴とした請求項１又は２記載の分散電源システムの運転計画作成装置。
前記蓄電装置に使用される蓄電池が、メモリ効果を発生する種類と発生しない種類の混在時には、前記設備仕様管理部にメモリ効果発生の有無情報を記録し、前記蓄電池リフレッシュ計画作成部は、設備仕様管理部に記録された情報をもとにリフレッシュ計画を作成することを特徴とした請求項３又は４記載の分散電源システムの運転計画作成装置。
複数の分散電源と蓄電装置を有し、商用の電力系統から独立した運転可能の分散電源システムの運転計画作成装置であって、運転計画作成装置は、設備仕様に関する情報を管理する設備仕様管理部と、負荷管理部からの負荷情報や設備モデルの制約条件を含む各情報を考慮して運転計画を作成する運転計画作成部を有し、この運転計画作成装置で運転計画を作成するものにおいて、前記運転計画作成装置での運転計画作成は、分散電源システムに設置された電源装置を含む設備の運転計画と一元的に作成すると共に、前記蓄電装置に使用される蓄電池がメモリ効果を発生しない種類時には、蓄電池に残存する容量に追加して満充電とするリフレッシュ計画を作成し、蓄電池がメモリ効果を発生する種類時には、当該蓄電池に残存する容量の全放電を実施した後に満充電とするリフレッシュ計画を作成することを特徴とした分散電源システムの運転計画作成方法。