WO2011122672A1 - 電力供給システム、電力供給方法および電力供給システムの制御プログラム - Google Patents

電力供給システム、電力供給方法および電力供給システムの制御プログラム Download PDF

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WO2011122672A1
WO2011122672A1 PCT/JP2011/058088 JP2011058088W WO2011122672A1 WO 2011122672 A1 WO2011122672 A1 WO 2011122672A1 JP 2011058088 W JP2011058088 W JP 2011058088W WO 2011122672 A1 WO2011122672 A1 WO 2011122672A1
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charge
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target output
data
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PCT/JP2011/058088
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Inventor
中島 武
千絵 杉垣
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三洋電機株式会社
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
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    • Y02E10/56Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers
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    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/50Energy storage in industry with an added climate change mitigation effect

Definitions

  • the present invention relates to a power supply system, a power supply method, and a control program for the power supply system.
  • EDC economic load distribution control
  • the power company adjusts the amount of power supplied to the power system according to the load that changes from moment to moment, and performs a plurality of controls to stabilize the frequency.
  • These controls excluding EDC are particularly called frequency control, and by this frequency control, adjustment of the load fluctuation that cannot be adjusted by EDC is performed.
  • components with a fluctuation period of about 10 seconds or less can be naturally absorbed by the self-controllability of the power system itself.
  • corresponds by load frequency control (LFC: Load Frequency Control).
  • LFC Load Frequency Control
  • the LFC power plant adjusts the power generation output by a control signal from the central power supply command station of the power supplier, thereby performing frequency control.
  • the output of the power generation device using renewable energy may change rapidly depending on the weather.
  • Such an abrupt change in the output of the power generation apparatus has a significant adverse effect on the frequency stability of the interconnected power system.
  • This adverse effect becomes more prominent as more consumers have power generation devices that use renewable energy. For this reason, when the number of customers who have power generation devices that use renewable energy increases in the future, it is necessary to maintain the stability of the power system by suppressing the rapid change in the output of the power generation devices. Will arise.
  • a power generation system including a power generation device using renewable energy and a power storage device capable of storing the power generated by the power generation device Has been proposed.
  • Such a power generation system is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-5543.
  • JP-A-2001-5543 includes a solar cell, an inverter connected to the solar cell and connected to the power system, and a power storage device connected to a bus connecting the inverter and the solar cell.
  • a power generation system is disclosed.
  • the generated power data is acquired at regular time intervals
  • the target output power is calculated at regular time intervals by the moving average method based on the past generated power data, and based on the target output power.
  • the charge / discharge power of the power storage device is the difference between the target output power and the actual generated power at the output time of the target output power.
  • the target output power is not normally calculated continuously, but every time new generated power data is acquired (generated power data acquisition interval). And every time the target output power is calculated, the charge / discharge power of the power storage device is determined.
  • the charge / discharge power of the power storage device determined at the time of calculation of the target output power is considered to be constant power until a new charge / discharge power is determined at the time of calculation of the next target output power.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to suppress the introduction of a system having a large storage capacity and capable of high-speed processing, and to generate power by a power generator. It is an object to provide a power supply system, a power supply method, and a control program for the power supply system that are capable of suppressing the influence on the power system caused by power fluctuations.
  • a power supply system of the present invention connects a power generation device that generates power using renewable energy, a power storage device including at least one storage battery, and the power generation device and a power system.
  • a detection unit that acquires detected power data that is a value of power flowing through the power line, and calculates target output power that is output to the power system based on the detected power data, and charges and discharges the power storage device according to the target output power
  • a charge / discharge control unit that controls the charge / discharge control unit to obtain the first detected power data by the detection unit at each predetermined first time interval and a predetermined second time interval shorter than the first time interval.
  • the target output power is calculated based on the first detection power data and based on the second detection power data. , It corrects the discharge power of the determined power storage device based on the target output power.
  • the power supply method of the present invention includes a step of generating power by a power generation device using renewable energy, a step of storing power in a power storage device, and a power value flowing through a power line connecting between the power generation device and a power system. Including a step of obtaining certain detected power data by the detection unit, a step of calculating target output power output to the power system based on the detected power data, and controlling charging / discharging of the power storage device according to the target output power.
  • the first detection power data is acquired by the detection unit every predetermined first time interval
  • the second detection power is acquired by the detection unit every predetermined second time interval shorter than the first time interval.
  • the target output power is calculated based on the first detected power data, and based on the target output power based on the second detected power data. Charge-discharge electric power of the determined power storage device to correct.
  • the power supply system control program of the present invention functions as a charge / discharge control unit of a power supply system that causes a computer to output power from at least one of a power generation device that generates power using renewable energy and a power storage device from an output unit.
  • the second detection power data is acquired from the detection unit at every predetermined second time interval shorter than the first time interval, and charge / discharge control is performed, based on the first detection power data
  • the target output power is calculated, and the charge / discharge power of the power storage device determined based on the target output power is corrected based on the second detected power data.
  • the second detected power data is acquired at a second time interval shorter than the first time interval for acquiring the first detected power data for calculating the target output power, and based on the second detected power data.
  • the charge / discharge power of the power storage device determined based on the target output power can be adjusted according to the actual detected power (second detected power).
  • the power storage device can be charged / discharged so as to further suppress (smooth) actual fluctuations in the detected power, so that fluctuations in output power to the power system can be more effectively suppressed.
  • adverse effects on the frequency of the power system can be more effectively suppressed.
  • the target output power is calculated based on the first detected power data acquired at the relatively long first time interval and the charge / discharge control of the power storage device is performed, thereby using the relatively short second detected power data. Since it is possible to suppress an increase in the number of detected power data for calculating the target output power compared to the case of calculating the output power, it is possible to suppress an increase in the storage capacity of the detected power data. In addition, the processing load during the calculation process by the charge / discharge control unit can be suppressed from increasing.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the electric power supply system by 1st Embodiment of this invention. It is a figure for demonstrating correction
  • FIG. It is a flowchart for demonstrating the control flow after charge / discharge control start of the electric power supply system by 1st Embodiment shown in FIG. It is a figure for demonstrating the sampling period in charging / discharging control. It is a figure for demonstrating transition of the output electric power to the electric power grid
  • FIG. It is a figure for demonstrating transition of the output electric power to the electric power grid
  • FIG. It is a figure for demonstrating transition of the output electric power to the electric power grid
  • the power supply system 1 is connected to a power generation device 2 and a power system 50 made of solar cells.
  • the power supply system 1 includes a power storage device 3 capable of storing the power generated by the power generation device 2, and an inverter that outputs the power generated by the power generation device 2 and the power stored by the power storage device 3 to the power system 50 side.
  • the power output unit 4 includes a charging / discharging control unit 5 that controls charging / discharging of the power storage device 3.
  • the power generation device 2 may be a power generation device that uses renewable energy, and for example, a wind power generation device or the like may be used.
  • a DC-DC converter 7 is connected in series to the DC side bus 6 that connects the power generator 2 and the power output unit 4.
  • the DC-DC converter 7 converts the direct current voltage of the power generated by the power generation device 2 into a constant direct current voltage (about 260 V in the first embodiment) and outputs it to the power output unit 4 side.
  • the DC-DC converter 7 has a so-called MPPT (Maximum Power Point Tracking) control function.
  • the MPPT control function is a function that automatically adjusts the operating voltage of the power generator 2 so that the power generated by the power generator 2 is maximized.
  • a diode (not shown) for preventing a current from flowing backward toward the power generation device 2 is provided.
  • the power storage device 3 includes a storage battery 31 connected in parallel to the DC side bus 6 and a charge / discharge unit 32 that charges and discharges the storage battery 31.
  • a secondary battery for example, a Li-ion storage battery, a Ni-MH storage battery, etc.
  • the voltage of the storage battery 31 is about 48V.
  • the charging / discharging unit 32 includes a DC-DC converter 33, and the DC bus 6 and the storage battery 31 are connected via the DC-DC converter 33.
  • the DC-DC converter 33 steps down the voltage of the power supplied to the storage battery 31 from the voltage of the DC side bus 6 to a voltage suitable for charging the storage battery 31, so that the storage battery is connected from the DC side bus 6 side. Power is supplied to the 31 side.
  • the DC-DC converter 33 boosts the voltage of the electric power discharged to the DC side bus 6 side from the voltage of the storage battery 31 to the vicinity of the voltage of the DC side bus 6 at the time of discharging, so Electric power is discharged to the 6th side.
  • the charge / discharge control unit 5 includes a memory 5a and a CPU 5b.
  • the charge / discharge control unit 5 performs charge / discharge control of the storage battery 31 by controlling the DC-DC converter 33.
  • the charge / discharge control unit 5 sets a target output power to be output to the power system 50 in order to smooth the power value output to the power system 50 regardless of the generated power of the power generation device 2.
  • the charge / discharge control unit 5 controls the charge / discharge amount of the storage battery 31 so that the amount of power output to the power system 50 becomes the target output power according to the generated power of the power generation device 2.
  • the charging / discharging control unit 5 controls the DC-DC converter 33 so as to charge the storage battery 31 with excess power when the generated power of the power generation device 2 is larger than the target output power, and the power generation device When the generated power of 2 is smaller than the target output power, the DC-DC converter 33 is controlled so that the insufficient power is discharged from the storage battery 31.
  • the charge / discharge control unit 5 acquires the generated power data of the power generation device 2 from the generated power detection unit 8 provided on the output side of the DC-DC converter 7.
  • the generated power detection unit 8 detects the generated power of the power generation device 2 and transmits the generated power data to the charge / discharge control unit 5.
  • the charge / discharge control unit 5 acquires the generated power data at two different detection time intervals. Specifically, a detection time interval (referred to as “first time interval Ta”) for acquiring the generated power data for calculating the target output power and a detection for acquiring the generated power data for correcting the target output power Time interval (referred to as “second time interval Tc”). As illustrated in FIG. 2, the charge / discharge control unit 5 acquires the generated power data of the power generation device 2 every 30 seconds as the first time interval Ta. As for the generated power data every 30 seconds, a predetermined period (in the first embodiment, 20 minutes of a sampling period described later) is sequentially stored in the memory 5a.
  • a predetermined period in the first embodiment, 20 minutes of a sampling period described later
  • the charge / discharge control unit 5 acquires the generated power data for each time interval shorter than the first time interval Ta as the second time interval Tc. As for the generated power data acquired at this short time interval, only the latest two data are stored in the memory 5a before the start of charge / discharge control. Based on the generated power data for each short time interval, the charge / discharge control unit 5 calculates the amount of change in the generated power and corrects the charge / discharge power of the power storage device 3, thereby further changing the actual generated power fluctuation. Suppressed.
  • the second time interval Tc is shorter than the first time interval Ta, and the length of the first time interval Ta is set to be an integer multiple of twice or more the second time interval Tc.
  • the first time interval Ta is set to 30 seconds, for example, the second time interval is set to 10 seconds.
  • the detection timing of the generated power data at the first time interval Ta is set to overlap the detection timing of the generated power data at the second time interval Tc.
  • the second time interval Tc needs to be set to an appropriate value in consideration of the fluctuation cycle of the generated power of the power generation device 2 and the like.
  • the second time interval Tc is set so as to be shorter than the fluctuation cycle that can be handled by the load frequency control (LFC).
  • the charge / discharge control unit 5 acquires the output power of the power output unit 4, thereby recognizing the difference between the power actually output from the power output unit 4 to the power system 50 side and the target output power.
  • the charge / discharge of the charge / discharge unit 32 can be feedback controlled so that the output power from the power output unit 4 becomes the target output power.
  • the charge / discharge control unit 5 controls the charge / discharge of the storage battery 31 such that the sum of the generated power of the power generation device 2 and the charge / discharge amount of the storage battery 31 becomes the target output power.
  • This target output power is calculated using the moving average method based on the generated power data acquired at the first time interval Ta.
  • the moving average method is a calculation method in which, for example, the target output power at a certain point in time is an average value of the generated power data of the power generation device 2 in the past period from that point.
  • a period for acquiring generated power data used for calculation of target output power is referred to as a sampling period.
  • the specific value of the sampling period is, for example, a period of about 10 minutes or more and about 30 minutes or less in the power system having the “load fluctuation magnitude-fluctuation period” characteristic as shown in FIG.
  • the sampling period is about 20 minutes.
  • the charge / discharge control unit 5 acquires the generated power data for calculating the target output power of the power generator 2 about every 30 seconds, the average of the 40 generated power data included in the period of the past 20 minutes The value is calculated as the target output power.
  • the charge / discharge control unit 5 does not always perform charge / discharge control, but is configured to perform charge / discharge control only when a specific condition is satisfied. That is, the charge / discharge control unit 5 does not perform charge / discharge control when the adverse effect on the power system 50 is small even if the generated power of the power generation device 2 is output to the power system 50 side as it is, and only when the adverse effect is large. It is comprised so that charging / discharging control may be performed.
  • the charge / discharge control unit 5 has a power generation power of the power generation device 2 equal to or higher than a predetermined power generation power (hereinafter referred to as “control start power generation power”), and a change amount of the power generation power of the power generation device 2 is When the amount of change is equal to or greater than a predetermined change amount (hereinafter referred to as “control start change amount”), charge / discharge control is performed.
  • the control start generated power is, for example, generated power that is larger than the generated power in rainy weather, and a specific numerical value is, for example, 10% of the rated output of the power generator 2.
  • the charge / discharge control unit 5 generates the power generation device 2 when the generated power of the power generation device 2 detected at each second time interval Tc changes from a state less than the control start generated power to a state equal to or higher than the control start generated power. Detection of the amount of change in generated power is started. Then, when the generated power of the power generator 2 is greater than or equal to the control start generated power and the change amount of the generated power of the power generator 2 detected at each second time interval Tc becomes equal to or greater than the control start change amount, charging is not performed for the first time. Start discharge control.
  • the charge / discharge control is not performed if the change amount of the generated power of the power generator 2 does not exceed the control start change amount.
  • the generated power of the power generator 2 detected at each second time interval Tc is less than the control start generated power while the change amount of the generated power of the power generator 2 does not exceed the control start change amount, Detection of the amount of change in the generated power of the power generation device 2 is stopped.
  • the control start change amount is, for example, a change amount larger than the maximum change amount for each detection time interval (second time interval Tc) in the daytime time zone when the weather is fine (clear sky with almost no clouds). Is, for example, 4% of the generated power before the change.
  • the change amount of the generated power is a change amount calculated based on the generated power data acquired at the second time interval Tc, and the change amount of the generated power is continuously detected every second time interval Tc. It is acquired by calculating the difference between the two generated power data.
  • the charge / discharge control unit 5 calculates the target output power based on the generated power data acquired at the first time interval Ta, and the difference between the target output power and the actual generated power Is determined as charge / discharge power, and smoothing is performed by charging / discharging the charge / discharge power from the storage battery 31.
  • the charging / discharging control part 5 correct
  • FIG. 2 shows an example in which the second time interval Tc is 1 ⁇ 2 of the first time interval Ta.
  • the difference (BA) between target output power A and actual generated power B is determined as charge / discharge power after time t1.
  • the charge / discharge power determined at time t1 is constant until time t3, which is the next target output power calculation time, but in the first embodiment, the generated power data (magnitude C) is detected at time t2. Then, the charge / discharge power after time t2 is corrected based on the generated power C. That is, when the generated power increases from time t1 to time t2, the charge / discharge control unit 5 increases the charge power by the increase or decreases the discharge power.
  • the charge / discharge control unit 5 uses the charging power (BA) determined at time t1 as the generated power at time t2. It is increased by the increment (the actual amount of change in generated power (CB) from time t1 to time t2). Therefore, the charging power after time t2 is CA.
  • the charging / discharging power (charging power (CA)) corrected at time t2 is constant until time t3 when the next target output power is calculated. Then, at time t3, new charge / discharge power obtained based on the target output power is determined.
  • the second time interval Tc is 1 ⁇ 2 of the first time interval Ta, and the charge / discharge power is corrected once between the calculation points of the target output power, but the second time interval Tc is the first time interval Tc.
  • the time interval Ta is 1 / n (n is a positive integer)
  • the charging / discharging power is corrected n-1 times between the target output power calculation points.
  • the charge / discharge control unit 5 is configured to stop the charge / discharge control after elapse of a certain control period after starting the charge / discharge control.
  • the control period is a period equal to or longer than the sampling period determined based on at least the fluctuation period range corresponding to the load frequency control. If the control period is too short, the effect of suppressing the fluctuation cycle range corresponding to load frequency control will be diminished, and if it is too long, the frequency of charge / discharge will increase, so the battery life tends to be shortened, and it is necessary to set an appropriate time There is. In the first embodiment, the control period is set to 30 minutes.
  • the charge / discharge control unit 5 is configured to extend the control period when a change in the generated power equal to or greater than the control start change amount is detected a predetermined number of times (three times in the first embodiment) during the control period. Has been. This extension is performed by newly setting a control period of 30 minutes when the third change in generated power is detected.
  • the third detection time extension start time
  • the control period is extended, the third detection time (extension start time) when a change in the generated power exceeding the control start change amount is not detected three times from the third detection time (extension start time). 30 minutes later, the charge / discharge control is stopped.
  • the control period is again extended by 30 minutes.
  • the charge / discharge control unit 5 stops the charge / discharge control even before the control period elapses when the generated power of the power generation device 2 becomes less than the control-completed generated power during the control period. It is configured.
  • the control end generated power is a value less than or equal to the control start generated power, and in the first embodiment, the control end generated power is set to a value half the control start generated power.
  • the control method that can be dealt with varies depending on the fluctuation cycle, and the fluctuation cycle that can be dealt with by load frequency control (LFC) is shown in region D (region indicated by hatching).
  • LFC load frequency control
  • the fluctuation period that can be handled by EDC is shown in region A.
  • Region B is a region that naturally absorbs the influence of load fluctuation and the like due to the self-controllability of power system 50 itself.
  • Region C is a region that can be handled by governor-free operation of the generators at each power plant.
  • the boundary line between the region D and the region A becomes the upper limit cycle T1 of the fluctuation cycle that can be handled by the load frequency control (LFC), and the boundary line between the region C and the region D can be handled by the load frequency control.
  • LFC load frequency control
  • the boundary line between the region C and the region D can be handled by the load frequency control.
  • the upper limit cycle T1 and the lower limit cycle T2 are numerical values that change depending on the magnitude of the load fluctuation and the like, rather than a specific cycle.
  • the time of the fluctuation period illustrated by the constructed power network also changes.
  • the fluctuation has a fluctuation cycle (fluctuation frequency) included in the range of the area D (area that can be handled by LFC) that cannot be handled by the EDC, the self-controllability of the power system 50 itself, and the governor-free operation. It is aimed to focus and suppress.
  • the charge / discharge control unit 5 detects the generated power of the power generation device 2 at every first time interval Ta (every 30 seconds) and every second time interval Tc (every 10 seconds). And in step S1, the charging / discharging control part 5 judges whether the generated electric power acquired for every 2nd time interval Tc became more than control start generated electric power. This determination is repeated when the generated power does not exceed the control start generated power. When the generated power becomes equal to or higher than the control start generated power, in step S2, the charge / discharge control unit 5 starts monitoring the amount of change in the generated power. That is, the charge / discharge control unit 5 acquires the difference between two consecutive generated powers acquired at each second time interval Tc as the amount of change in the generated power.
  • step S3 the charge / discharge control unit 5 determines whether or not there is a change in the generated power that is greater than or equal to the control start change amount. When there is no change in the generated power that is equal to or greater than the control start change amount, the process returns to step S2, and the charge / discharge control unit 5 continues to monitor the change amount in the generated power. In addition, when there is a change in generated power that is greater than or equal to the control start change amount, the charge / discharge control unit 5 starts charge / discharge control. Although not shown in FIG. 4, the charge / discharge control unit 5 confirms the absolute value of the generated power when, for example, monitoring the amount of change in the generated power in step S2, and the generated power indicates the control-completed generated power. If it falls, the process returns to step S1.
  • the charge / discharge control unit 5 After starting the charge / discharge control, the charge / discharge control unit 5 starts counting the elapsed time from the time when the charge / discharge control is started in step S11.
  • step S12 the charge / discharge control unit 5 calculates and sets the target output power by the moving average method using the 40 generated power data immediately before acquired at each first time interval Ta.
  • step S13 the charge / discharge control unit 5 calculates the difference between the target output power set in step S12 and the generated power for each first time interval Ta detected first after the target output power is calculated. .
  • step S ⁇ b> 14 the charging / discharging control unit 5 instructs the charging / discharging unit 32 to perform charging / discharging in excess or deficiency.
  • the charge / discharge control unit 5 compensates the target output power by the storage battery 31 so that the generated power of the power generator 2 is insufficient with respect to the target output power. Is instructed to discharge.
  • the charge / discharge control unit 5 charges the storage battery 31 by charging the remaining amount by subtracting the target output power from the generated power of the power generation device 2. To charge the battery.
  • step S15 the target output power (the generated power of the power generator 2 + the charge / discharge power of the storage battery 31) is output from the power output unit 4 to the power system 50 side.
  • step S16 the charge / discharge control unit 5 determines whether or not a time corresponding to the first time interval Ta has elapsed. If not, in step S17, the charge / discharge control unit 5 continues charging / discharging while correcting the charge / discharge power every second time interval Tc, and step S15 until the first time interval Ta elapses. Step S17 is repeated.
  • step S18 the charge / discharge control unit 5 generates power that is equal to or greater than the control start generated power and has a predetermined change amount (control start change). It is determined whether or not there has been a predetermined number of changes (three times in the first embodiment) during the control period (30 minutes). If the generated power changes more than the control start change amount three times, there is a high possibility that the generated power will continue to change, and in step S19, the charge / discharge control unit 5 counts the elapsed time. Is reset and the charge / discharge control period is extended. In this case, the process returns to step S11, and the charge / discharge control unit 5 newly starts counting elapsed time.
  • step S20 the charge / discharge control unit 5 determines that the generated power of the power generator 2 is greater than or equal to the predetermined generated power (control-end generated power) It is determined whether or not. And when it is more than control end generation electric power, in step S21, after charging / discharging control part 5 started charging / discharging control or extended the charging / discharging control period, it is a control period (30 minutes). It is determined whether or not. When the control period has elapsed, the charge / discharge control unit 5 stops the charge / discharge control. If the control period has not elapsed, the process returns to step S12 and the charge / discharge control is continued.
  • Step S20 If it is determined in step S20 that the generated power is less than the control-completed generated power, the charge / discharge control unit 5 stops the charge / discharge control even if the control period has not elapsed. Step S20 may be entered anywhere in the flow.
  • the power supply system of the first embodiment can obtain the following effects by the above configuration.
  • the charge / discharge control unit 5 acquires the generated power data at the second time interval Tc shorter than the first time interval Ta for acquiring the generated power data for calculating the target output power, and acquires the generated power data at the second time interval Tc.
  • the charge / discharge power of the power storage device 3 is corrected based on the generated power data.
  • the charge / discharge power of the power storage device 3 determined based on the target output power can be adjusted according to the actual generated power.
  • the target output power is calculated at the relatively short second time interval Tc by calculating the target output power based on the generated power data acquired at the relatively long first time interval Ta and performing charge / discharge control of the power storage device 3. Since it is possible to suppress an increase in the number of detected power data for calculating the target output power compared to the case of calculating the output power, it is possible to suppress an increase in the storage capacity of the memory 5a, and It is possible to suppress an increase in processing load during calculation processing by the charge / discharge control unit 5.
  • the charge / discharge control unit 5 corrects the charge / discharge power of the power storage device 3 determined at the time of calculation of the target output power based on the generated power data acquired up to the time of calculation of the next target output power. To do. If comprised in this way, the charging / discharging electric power determined in the calculation time of target output electric power can be correct
  • the charge / discharge control unit 5 charges / discharges the power storage device 3 according to the difference between the magnitude of the generated power data at the time of calculation of the target output power and the magnitude of the generated power data acquired at each second time interval Tc. Correct the power. If comprised in this way, the charging / discharging electric power of the electrical storage apparatus 3 can be adjusted according to the variation
  • the charge / discharge control unit 5 corrects the charge / discharge power of the power storage device 3 at every second time interval Tc. If comprised in this way, since the charging / discharging electric power of the electrical storage apparatus 3 can be adjusted finely in the period between the calculation time points of target output electric power, the fluctuation
  • the charge / discharge control unit 5 calculates the moving average of the target output power based on the generated power data for 20 minutes for each first time interval Ta stored in the memory 5 a. While calculating by a method, the charging / discharging electric power of the electrical storage apparatus 3 is correct
  • the fluctuation of the actual generated power is further suppressed without significantly increasing the generated power data stored in the memory 5a.
  • the power storage device 3 can be charged and discharged so as to be (smoothed).
  • the charge / discharge control unit 5 includes target output power calculated based on generated power data within a sampling period set in a period that is at least the lower limit period of the fluctuation period that can be handled by load frequency control (LFC).
  • LFC load frequency control
  • the charging / discharging is controlled so that If comprised in this way, the component of the fluctuation
  • LFC load frequency control
  • the first time interval is an integer multiple of the second time interval, and the generated power detection timing at the second time interval overlaps with the generated power detection timing at the first time interval.
  • FIG. 6 shows the FFT analysis result when the sampling period, which is the generation period of the generated power data, is 10 minutes, and the FFT analysis result when the sampling period is 20 minutes.
  • the sampling period when the sampling period is 10 minutes, the fluctuation in the range where the fluctuation period is less than 10 minutes is suppressed, while the fluctuation in the range where the fluctuation period is 10 minutes or more is not much suppressed.
  • the sampling period when the sampling period is 20 minutes, the fluctuation in the range where the fluctuation period is less than 20 minutes is suppressed, while the fluctuation in the range where the fluctuation period is 20 minutes or more is not much suppressed.
  • the sampling period is longer than the fluctuation cycle corresponding to the load frequency control, particularly in the vicinity of the second half of T1 to T2 ( It is preferable that the period is in the range from the vicinity of the long period) to T1 or more. For example, in the example of FIG.
  • Example 7 to 9 show transitions of power output from the power supply systems according to Example 1, Example 2, and Comparative Example, respectively, during charge / discharge control.
  • Example 1 and Example 2 the same control as that of the power supply system according to the first embodiment was performed.
  • the second time interval Tc is 1 ⁇ 2 times the first time interval Ta.
  • the second time interval Tc is 1 ⁇ 4 times the first time interval Ta. It is an example.
  • the comparative example is an example in which charge / discharge control similar to the conventional one is performed.
  • the target output power calculation interval (first time interval Ta) is 30 seconds.
  • Example 1 and Example 2 since the charge / discharge power is corrected at every second time interval Tc, the actual output power fluctuation is smaller than that in the comparative example. ing. Further, in the second embodiment, in which the second time interval Tc is smaller than that in the first embodiment, the charging / discharging power is corrected more finely, so that it is closer to the target output power than in the first embodiment and the output fluctuation is reduced. I understand that.
  • the power supply system 200 includes a power generation device 2, a power storage device 3, a power output unit 4, a charge / discharge control unit 201, a DC-DC converter 7, and a generated power detection unit 8.
  • a distribution board 202 is provided on the AC bus 9 between the power output unit 4 and the power system 50.
  • Three loads 210, 220 and 230 are connected to the AC side bus 9 through the distribution board 202.
  • the load 210 is often used within the time (about 2 minutes to about 20 minutes) of the lower limit period T2 to the upper limit period T1 of the fluctuation period corresponding to the load frequency control (LFC), and the power consumption For example, an IH heater or the like.
  • the load 220 and the load 230 are loads such as lighting with low power consumption or loads that are not frequently switched on / off.
  • a sensor 203 that detects the operating status of the load 210 is provided.
  • the charge / discharge control unit 201 can determine whether the load 210 is used (ON) or not used (OFF) based on the output signal of the sensor 203.
  • the charge / discharge control unit 201 suppresses a change in power entering and exiting the power system 50 that is generated when the load 210 is switched on / off. The charging / discharging of the storage battery 31 is controlled.
  • the charge / discharge control unit 201 discharges from the storage battery 31 so as to suppress the decrease in the sold power or the increase in the purchased power.
  • the power sales increase or the power purchase decreases as the consumption of the load 210 decreases.
  • the storage battery 31 is charged so as to suppress the decrease in power consumption or the increase in power sales.
  • the charge / discharge control unit 201 detects a change in the operating state of the load 210 connected to the AC bus 9 between the power generation device 2 and the power system 50, and the load Charging / discharging control of the power storage device 3 is performed so as to suppress a change in power entering and exiting the power system 50 caused by a change in the operating status of 210.
  • the load Charging / discharging control of the power storage device 3 is performed so as to suppress a change in power entering and exiting the power system 50 caused by a change in the operating status of 210.
  • Example 3 continues during the period in which the load 210 is on when the load 210 is switched on / off while performing the charge / discharge control of the first embodiment.
  • the storage battery 31 was discharged. That is, in Example 3, charging / discharging is performed such that the discharging power corresponding to the power consumption of the load 210 is added to the charging / discharging power of the storage battery 31 calculated in the first embodiment during the period when the load 210 is on. It was.
  • the calculation is performed in the first embodiment immediately after switching.
  • Charge / discharge is performed so that the discharge power (on time) or the charge power (off time) of the power consumption of the load 210 is added to the charge / discharge power of the storage battery 31 to be added, and then the power added immediately after switching is added for 5 minutes.
  • the storage battery 31 was controlled so as to gradually become zero over time.
  • Example 5 only the control of the first embodiment was performed.
  • 11 and 12 show the transition of the power output from the power output unit 4 when the controls of Examples 3, 4 and 5 are performed.
  • FIG. 13 and FIG. 14 show the transition of the power that flows backward to the power system 50 when the control of Examples 3, 4 and 5 is performed (more precisely, the power passing between the load 210 and the load 220). Transition).
  • the load 210 in the period A from when the load 210 is turned on until the load 210 is turned off, the load 210 is added to the output power calculated based on the transition of the generated power as shown in the fifth embodiment.
  • the power is added to the power consumption. Therefore, in the period A of the third embodiment, charge / discharge control is performed from the storage battery 31 so as to add the discharge power corresponding to the power consumption of the load 210 compared to the fifth embodiment.
  • Example 3 and Example 5 have the same transition.
  • the fourth embodiment is calculated based on the transition of the generated power as shown in the fourth embodiment at the start of the period B in the period B for 5 minutes after the load 210 is turned on. Electric power obtained by adding the power consumption of the load 210 to the output electric power is output, and then gradually reduced to the same output as in the fifth embodiment.
  • the charge / discharge power of the storage battery 31 is calculated so as to add the discharge power corresponding to the power consumption of the load 210 when the load 210 is turned on. It gradually decreases to 0 over a period of minutes.
  • the consumption of the load 210 is calculated from the output power calculated based on the transition of the generated power as shown in the fifth embodiment at the start of the period C. Electric power obtained by subtracting the electric power is output, and then gradually increased to the same output as in the fifth embodiment.
  • the charge / discharge power of the storage battery 31 is calculated so as to subtract the discharge power for the power consumption of the load 210 when the load 210 is off, and the discharge power for the subtraction is 5 minutes. Gradually approaching zero.
  • the third and fourth embodiments generally suppress frequency fluctuations as compared to the fifth embodiment.
  • the third and fourth embodiments suppress the frequency fluctuation at substantially the same level.
  • the fourth embodiment does not need to always add the discharge power corresponding to the power consumed by the load 210 as in the third embodiment, and the load 210 in the period B.
  • the period C while adding the consumed electric power, control is performed so as to subtract the electric power consumed by the load 210. Therefore, the charge / discharge of the storage battery 31 is unlikely to tilt in one direction of charge or discharge.
  • the depth of discharge of the storage battery 31 can be suppressed, which is advantageous for extending the life and capacity of the storage battery 31, and it can be seen that Example 4 is more effective than Example 3.
  • the power supply system 300 includes a power generation device 2, a power storage device 3, a power output unit 4, a charge / discharge control unit 301, a DC-DC converter 7, and a generated power detection unit 8.
  • a power generation device 2 As shown in FIG. 16, the power supply system 300 includes a power generation device 2, a power storage device 3, a power output unit 4, a charge / discharge control unit 301, a DC-DC converter 7, and a generated power detection unit 8.
  • Three loads 210, 220, and 230 are connected to the AC bus 9 between the power output unit 4 and the power system 50 via the distribution board 202.
  • a power meter 310 that measures the power sold from the power supply system 300 to the power system 50 and a power that measures the power purchased from the power system 50 are located closer to the power system 50 than the distribution board 202 of the AC bus 9.
  • Meter 320 is provided.
  • Each of the electric power meter 310 and the electric power meter 320 is provided with an electric power sensor 302 and an electric power sensor 303, and electric power data (power selling power data or electric power purchasing data) that enter and exit the electric power system 50 and the electric power supply system 300. ) Is detected.
  • the charge / discharge control unit 301 acquires purchased power data or sold power data from the power sensors 302 and 303 at predetermined detection time intervals (for example, 30 seconds or less).
  • the charging / discharging control unit 301 calculates the value of the power selling power ⁇ the power purchased (the power selling power and the power purchased are zero or more) as input / output power data.
  • the charge / discharge control unit 301 acquires input / output power data for each first time interval Ta and each second time interval Tc.
  • the charge / discharge control unit 301 calculates target output power based on past input / output power data, and charges / discharges the storage battery 31 so as to compensate for at least part of the difference between the actual input / output power and the target output power.
  • the charge / discharge control unit 301 controls the DC-DC converter 33 so as to charge the storage battery 31 with at least a part of the excess power,
  • the DC-DC converter 33 is controlled so that at least a part of the insufficient power is discharged from the storage battery 31.
  • the charge / discharge control unit 301 is configured such that the generated power of the power generation device 2 is greater than or equal to a predetermined generated power (control start generated power), and the change amount of the input / output power (the purchased power or the sold power) is a predetermined change amount. When it is (control start change amount) or more, charge / discharge control is started. Further, the amount of change in input / output power is calculated based on the input / output power data for each second time interval Tc. The target output power is calculated based on the input / output power data for each first time interval Ta.
  • the control start change amount of the third embodiment is set to a change amount larger than the maximum change amount for each detection time interval in the daytime time zone when the weather is fine (clear sky with almost no clouds), and further the second time interval Tc and the load amount. Set in consideration of the above.
  • control start change amount is 2% of the rated output of the power generator 2.
  • the transition of input / output power substantially corresponds to the value obtained by subtracting the power consumption of the loads (loads 210, 220 and 230) from the generated power transition.
  • the frequency of sudden fluctuations in the power consumption of the load is not high throughout the day, and thus the transition of the generated power and the transition of the input / output power vary in substantially the same way. Therefore, by performing charge / discharge control based on the input / output power, it is possible to suppress fluctuations in the input / output power and suppress the influence on the power system 50.
  • the charge / discharge control unit 301 corrects the charge / discharge power of the power storage device 3 based on the input / output power data acquired at the second time interval Tc. If comprised in this way, the charging / discharging electric power of the electrical storage apparatus 3 determined based on target output electric power can be adjusted according to actual power input / output. Thereby, since charging / discharging of the electrical storage apparatus 3 can be performed so that the fluctuation
  • system 50 can be suppressed more effectively. As a result, adverse effects on the frequency of the electric power system 50 can be more effectively suppressed.
  • the target power is acquired using the input / output power data acquired at the second time interval Tc. Since it is possible to suppress an increase in the number of input / output power data for calculating the target output power as compared with the case of calculating the output power, it is possible to suppress an increase in the storage capacity of the memory 5a. .
  • a Li-ion battery or a Ni-MH battery is used as a storage battery
  • the present invention is not limited to this, and other secondary batteries may be used.
  • a capacitor may be used instead of the storage battery.
  • the present invention is not limited to this and may be a voltage other than 48V.
  • control start generated power is 10% of the rated output of the power generator 2 and the control start change amount is 5% of the generated power before the power generator 2 is changed.
  • control start change amount may be determined based on the rated output of the power generator.
  • the magnitude of the control start generated power is preferably larger than the magnitude of the control start change amount.
  • generated power data (detected power data) acquired at each second time interval Tc is used for determination of charge / discharge control start timing and correction of charge / discharge power.
  • the present invention is not limited to this, and may be used only for correction of charge / discharge power.
  • the start of charge / discharge control is determined based on the amount of change in generated power acquired at every second time interval, but the present invention is not limited to this.
  • the start of charge / discharge control may be determined based on the value of the generated power acquired every second time interval. For example, the start of charge / discharge control may be determined when the generated power acquired at every second time interval is larger than a predetermined generated power (threshold). The same applies to the stop of charge / discharge control. For example, the determination of stop of charge / discharge control may be made when the generated power acquired at every second time interval is smaller than a predetermined generated power (threshold). .
  • the present invention is not limited to this and is included in the sampling period (for example, 20 minutes).
  • the present invention can be applied to the case where target output power is calculated using a plurality of generated power data.
  • the sampling period may be temporarily shortened in the initial stage of calculating the target output power.
  • the example in which the detection time timing of the first time interval Ta and the detection time timing of the second time interval Tc are overlapped has been described.
  • the detection time timing of the first time interval Ta and the detection time timing of the second time interval Tc may be shifted.
  • the present invention is not limited to this, and it is not necessary to correct the charge / discharge power every second time interval Tc.
  • the charging / discharging power may not be corrected when a predetermined condition is satisfied (for example, when the actual amount of generated power change is small).
  • the present invention is not limited to this, and the power smaller than the actual change in the generated power. Only the charge / discharge power may be corrected.

Abstract

 この電力供給システムは、発電装置と、蓄電装置と、発電装置と電力系統との間を接続する電力線を流れる電力値である検出電力データを取得する検出部と、検出電力データに基づいて電力系統に出力される目標出力電力を算出するとともに、目標出力電力に応じて蓄電装置の充放電を制御する充放電制御部とを備え、充放電制御部は、所定の第1時間間隔毎に検出部により第1検出電力データを取得するとともに、第1時間間隔よりも短い所定の第2時間間隔毎に検出部により第2検出電力データを取得し、充放電制御を行う際には、第1検出電力データに基づいて目標出力電力を算出するとともに、第2検出電力データに基づいて、目標出力電力に基づき決定された蓄電装置の充放電電力を補正する。

Description

電力供給システム、電力供給方法および電力供給システムの制御プログラム
 本発明は、電力供給システム、電力供給方法および電力供給システムの制御プログラムに関する。
 近年、変電所からの交流電力の供給を受ける各需要家(たとえば、住宅や工場など)に、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを利用した発電装置(太陽電池など)が設けられるケースが増加している。このような発電装置は、変電所の配下に設けられる電力系統に接続され、発電装置により発電された電力は、需要家内の電力消費装置側に出力される。また、需要家内の電力消費装置により消費されずに余った電力は、電力系統に出力される。この需要家から電力系統に向かう電力の流れは、「逆潮流」と呼ばれ、需要家から電力系統に出力される電力は「逆潮流電力」と呼ばれる。
 ここで、電力会社等の電力供給者には、電力の安定供給の義務が課されており、逆潮流電力分も含めた電力系統全体における周波数や電圧を一定に保つ必要がある。たとえば、電力供給者は、変動周期の大きさに応じた複数の制御手法によって、電力系統全体の周波数を一定に保っている。具体的には、一般に20分程度以上の変動周期をもつような負荷成分については、最も経済的な発電電力の出力分担が可能なように経済負荷配分制御(EDC:Economic Dispatching Control)が行われている。このEDCは、1日の負荷変動予想に基づいた制御であり、時々刻々と変動する負荷の増減(20分程度より小さい変動周期の成分)に対する対応は困難である。そこで、電力会社は、時々刻々と変動する負荷に応じて電力系統への電力の供給量を調整し、周波数の安定化を行うための複数の制御を行っている。EDCを除いたこれらの制御は特に周波数制御と呼ばれており、この周波数制御によって、EDCで調整できない負荷変動分の調整を行っている。
 より詳細には、約10秒以下の変動周期の成分については、電力系統自体の自己制御性により自然に吸収することができる。また、約10秒~数分程度の変動周期の成分に対しては、各発電所の発電機のガバナフリー運転により対応が可能である。また、数分から20分程度までの変動周期の成分については、負荷周波数制御(LFC:Load Frequency Control)により対応している。この負荷周波数制御では、電力供給者の中央給電指令所からの制御信号によってLFC用発電所が発電出力を調整することにより、周波数制御を行っている。
 しかし、再生可能エネルギーを利用した発電装置の出力は、天候などに応じて急激に変化することがある。このような発電装置の出力の急激な変化は、連系している電力系統の周波数の安定度に大きな悪影響を与えてしまう。この悪影響は、再生可能エネルギーを利用した発電装置を有する需要家が増えるほど顕著になってくる。このため、今後、再生可能エネルギーを利用した発電装置を有する需要家がさらに増えてきた場合には、発電装置の出力の急激な変化を抑制することにより、電力系統の安定度を維持する必要が生じてくる。
 そこで、従来、このような発電装置の出力の急激な変化を抑制するために、再生可能エネルギーを利用した発電装置と、発電装置により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置とを備えた発電システムが提案されている。このような発電システムは、たとえば、特開2001-5543号公報に開示されている。
 上記特開2001-5543号公報には、太陽電池と、太陽電池に接続されるとともに電力系統に接続されるインバータと、インバータと太陽電池とを接続する母線に接続された蓄電装置とを備えた発電システムが開示されている。この発電システムでは、一定の時間間隔毎に発電電力データを取得するとともに、過去の発電電力データに基づいて移動平均法により一定の時間間隔毎に目標出力電力を算出し、その目標出力電力に基づいて蓄電装置の充放電を行う。蓄電装置の充放電電力は、目標出力電力とその目標出力電力の出力時点における実際の発電電力との差分となる。発電電力の変動に伴って蓄電装置の充放電を行うことにより、インバータからの出力電力の変動が抑制される。これにより、電力系統への出力電力の変動を抑制することが可能であるので、電力系統の周波数などへの悪影響を抑制することが可能である。
 また、上記特開2001-5543号公報には明記されていないが、通常、目標出力電力は連続的に算出されるわけではなく、新たに発電電力データを取得する毎(発電電力データの取得間隔である一定の時間間隔毎)に算出され、目標出力電力が算出される毎に蓄電装置の充放電電力が決定される。目標出力電力の算出時点において決定された蓄電装置の充放電電力は、その次の目標出力電力の算出時点において新たに充放電電力が決定されるまで一定の電力となっていると考えられる。
特開2001-5543号公報
 しかしながら、目標出力電力を決定してから次の目標出力電力の決定時点まで蓄電装置により一定の電力を充放電する場合には、以下のような問題点がある。すなわち、目標出力電力を決定してから次に決定するまでの時間間隔(発電電力データの検出時間間隔)が長い場合には、その間の蓄電装置の充放電電力は一定であるにもかかわらず実際の発電電力は変動するので、電力系統への出力電力の変動を十分に抑制することができず、電力系統の周波数などへの悪影響を十分に抑制することができないという問題点がある。また、目標出力電力を決定してから次に決定するまでの時間間隔(発電電力データの検出時間間隔)を短くした場合、蓄電装置の充放電電力がより細かく調整されるので、電力系統への出力電力の変動を抑制することが可能である。その一方、所定の期間の発電電力データに基づいてたとえば移動平均法により目標出力電力を算出する場合には、算出に必要な発電電力のデータ数が多くなってしまう。そのため、発電電力データを記憶するための記憶容量が大きく、かつ高速演算が可能なCPUを有する制御装置が必要となり、システム価格が高額になってしまうなどの問題点がある。
 この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、記憶容量が大きくかつ高速処理可能なシステムの導入を抑制し、かつ、発電装置による発電電力の変動に起因する電力系統への影響を抑制することが可能な電力供給システム、電力供給方法および電力供給システムの制御プログラムを提供することである。
 上記目的を達成するために、本発明の電力供給システムは、再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置と、少なくとも1つの蓄電池を含んだ蓄電装置と、発電装置と電力系統との間を接続する電力線を流れる電力値である検出電力データを取得する検出部と、検出電力データに基づいて電力系統に出力される目標出力電力を算出するとともに、目標出力電力に応じて蓄電装置の充放電を制御する充放電制御部とを備え、充放電制御部は、所定の第1時間間隔毎に検出部により第1検出電力データを取得するとともに、第1時間間隔よりも短い所定の第2時間間隔毎に検出部により第2検出電力データを取得し、充放電制御を行う際には、第1検出電力データに基づいて目標出力電力を算出するとともに、第2検出電力データに基づいて、目標出力電力に基づき決定された蓄電装置の充放電電力を補正する。
 本発明の電力供給方法は、再生可能エネルギーを利用して発電装置により発電する工程と、蓄電装置に電力を蓄電する工程と、発電装置と電力系統との間を接続する電力線を流れる電力値である検出電力データを検出部により取得する工程と、検出電力データに基づき電力系統に出力される目標出力電力を算出するとともに、目標出力電力に応じて蓄電装置の充放電を制御する工程とを含み、充放電制御工程において、所定の第1時間間隔毎に検出部により第1検出電力データを取得するとともに、第1時間間隔よりも短い所定の第2時間間隔毎に検出部により第2検出電力データを取得し、充放電制御を行う際には、第1検出電力データに基づいて目標出力電力を算出するとともに、第2検出電力データに基づいて、目標出力電力に基づき決定された蓄電装置の充放電電力を補正する。
 本発明の電力供給システムの制御プログラムは、コンピュータを、再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置および蓄電装置の少なくとも一方からの電力を出力部から出力させる電力供給システムの充放電制御部として機能させるための制御プログラムであって、コンピュータに、発電装置と電力系統との間を接続する電力線を流れる電力値である検出電力データを検出する検出部から所定の第1時間間隔毎に第1検出電力データを取得させ、第1時間間隔よりも短い所定の第2時間間隔毎に検出部から第2検出電力データを取得させ、充放電制御を行う際には、第1検出電力データに基づいて目標出力電力を算出させるとともに、第2検出電力データに基づいて、目標出力電力に基づき決定された蓄電装置の充放電電力を補正させる。
 本発明によれば、目標出力電力を算出するための第1検出電力データを取得する第1時間間隔よりも短い第2時間間隔で第2検出電力データを取得し、第2検出電力データに基づいて蓄電装置の充放電電力を補正することによって、目標出力電力に基づいて決定した蓄電装置の充放電電力を、実際の検出電力(第2検出電力)に応じて調節することができる。これにより、実際の検出電力の変動をより抑制(平滑化)するように蓄電装置の充放電を行うことができるので、電力系統側への出力電力の変動をより効果的に抑制することができ、その結果、電力系統の周波数などへの悪影響をより効果的に抑制することができる。また、比較的長い第1時間間隔で取得した第1検出電力データに基づいて目標出力電力を算出して蓄電装置の充放電制御を行うことによって、比較的短い第2検出電力データを用いて目標出力電力を算出する場合と比べて目標出力電力を算出するための検出電力データ数が多くなってしまうことを抑制することができるので、検出電力データの記憶容量が大きくなるのを抑制することができるとともに、充放電制御部による算出処理時の処理負荷が大きくなるの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供給システムの構成を示すブロック図である。 図1に示した第1実施形態による電力供給システムの充放電制御を行う際の充放電電力の補正について説明するための図である。 電力系統に対する負荷変動の大きさと変動周期との関係を説明するための図である。 図1に示した第1実施形態による電力供給システムの充放電制御開始前の制御フローを説明するためのフローチャートである。 図1に示した第1実施形態による電力供給システムの充放電制御開始後の制御フローを説明するためのフローチャートである。 充放電制御におけるサンプリング期間について説明するための図である。 実施例1による電力供給システムの電力系統への出力電力の推移について説明するための図である。 実施例2による電力供給システムの電力系統への出力電力の推移について説明するための図である。 比較例による電力供給システムの電力系統への出力電力の推移について説明するための図である。 本発明の第2実施形態による電力供給システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第2実施形態による電力供給システム(実施例3)の充放電制御を説明するためのグラフである。 本発明の第2実施形態による電力供給システム(実施例4)の充放電制御を説明するためのグラフである。 本発明の第2実施形態による電力供給システム(実施例3)の充放電制御を行うことによる効果を説明するためのグラフである。 本発明の第2実施形態による電力供給システム(実施例4)の充放電制御を行うことによる効果を説明するためのグラフである。 本発明の第2実施形態による電力供給システム(実施例3および実施例4)の充放電制御を行うことによる効果を説明するためのグラフである。 本発明の第3実施形態による電力供給システムの構成を示すブロック図である。 本発明の第3実施形態による電力供給システムの充放電制御を説明するためのグラフである。
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
 まず、図1~図3を参照して、本発明の第1実施形態による電力供給システム1の構造を説明する。
 図1に示すように、電力供給システム1は、太陽電池からなる発電装置2および電力系統50に接続されている。電力供給システム1は、発電装置2により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置3と、発電装置2により発電された電力および蓄電装置3により蓄電された電力を電力系統50側に出力するインバータを含む電力出力部4と、蓄電装置3の充放電を制御する充放電制御部5とを備えている。なお、発電装置2は、再生可能エネルギーを利用した発電装置であればよく、例えば風力発電装置等を用いてもよい。
 発電装置2と電力出力部4とを接続する直流側母線6には、DC-DCコンバータ7が直列的に接続されている。DC-DCコンバータ7は、発電装置2により発電された電力の直流電圧を一定の直流電圧(第1実施形態では、約260V)に変換して電力出力部4側に出力する。また、DC-DCコンバータ7は、いわゆるMPPT(Maximum Power Point Tracking)制御機能を有している。MPPT制御機能とは、発電装置2により発電された電力が最大となるように発電装置2の動作電圧を自動的に調整する機能である。発電装置2とDC-DCコンバータ7との間には、発電装置2に向かって電流が逆流するのを防止するためのダイオード(図示せず)が設けられている。
 また、蓄電装置3は、直流側母線6に並列的に接続された蓄電池31と、蓄電池31の充放電を行う充放電部32とを含んでいる。蓄電池31としては、自然放電が少なく、充放電効率の高い2次電池(たとえば、Li-ion蓄電池、Ni-MH蓄電池など)が用いられている。また、蓄電池31の電圧は約48Vである。
 充放電部32は、DC-DCコンバータ33を有しており、直流側母線6と蓄電池31とはDC-DCコンバータ33を介して接続されている。DC-DCコンバータ33は、充電時には、蓄電池31に供給する電力の電圧を、直流側母線6の電圧から蓄電池31を充電するのに適した電圧まで降圧させることにより、直流側母線6側から蓄電池31側に電力を供給する。また、DC-DCコンバータ33は、放電時には、直流側母線6側に放電させる電力の電圧を、蓄電池31の電圧から直流側母線6の電圧付近まで昇圧させることにより、蓄電池31側から直流側母線6側に電力を放電させる。
 充放電制御部5は、メモリ5aおよびCPU5bを備えている。充放電制御部5は、DC-DCコンバータ33を制御することにより、蓄電池31の充放電制御を行う。充放電制御部5は、発電装置2の発電電力に関わらず電力系統50へ出力する電力値を平滑化するために、電力系統50へ出力する目標出力電力を設定する。充放電制御部5は、発電装置2の発電電力に応じて、電力系統50へ出力する電力量が目標出力電力となるように、蓄電池31の充放電量を制御する。すなわち、充放電制御部5は、発電装置2の発電電力が目標出力電力よりも大きい場合には、過剰分の電力を蓄電池31に充電するようにDC-DCコンバータ33を制御するとともに、発電装置2の発電電力が目標出力電力よりも小さい場合には、不足分の電力を蓄電池31から放電するようにDC-DCコンバータ33を制御する。
 また、充放電制御部5は、DC-DCコンバータ7の出力側に設けられた発電電力検出部8からの発電装置2の発電電力データを取得する。発電電力検出部8は、発電装置2の発電電力を検出して、発電電力データを充放電制御部5に送信する。
 ここで、充放電制御部5は、発電電力データを異なる2つの検出時間間隔毎に取得する。具体的には、目標出力電力を算出するための発電電力データを取得する検出時間間隔(「第1時間間隔Ta」と呼ぶ)と、目標出力電力を補正するための発電電力データを取得する検出時間間隔(「第2時間間隔Tc」と呼ぶ)である。図2に示すように、充放電制御部5は、第1時間間隔Taとして、30秒毎に発電装置2の発電電力データを取得している。この30秒毎の発電電力データは、所定の期間(第1実施形態では、後述するサンプリング期間の20分)分がメモリ5aに逐次記憶される。また、充放電制御部5は、第2時間間隔Tcとして、第1時間間隔Taよりも短い時間間隔毎に発電電力データを取得している。この短い時間間隔で取得される発電電力データは、充放電制御の開始前では最新の2つのデータのみがメモリ5aに記憶される。充放電制御部5は、この短い時間間隔毎の発電電力データに基づいて、発電電力の変化量が算出して蓄電装置3の充放電電力を補正することにより、実際の発電電力の変動をより抑制している。
 第2時間間隔Tcは、第1時間間隔Taよりも短いとともに、第1時間間隔Taの長さは第2時間間隔Tcの2倍以上の整数倍となるように設定されている。第1実施形態では、第1時間間隔Taが30秒に対して、たとえば第2時間間隔が10秒に設定される。また、第1時間間隔Taによる発電電力データの検出タイミングは第2時間間隔Tcによる発電電力データの検出タイミングと重なるように設定されている。なお、第2時間間隔Tcは、発電装置2の発電電力の変動周期などを勘案して適正な値に定める必要がある。第1実施形態では、負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期よりも短くなるように第2時間間隔Tcを設定している。
 また、充放電制御部5は、電力出力部4の出力電力を取得することにより、実際に電力出力部4から電力系統50側に出力された電力と目標出力電力との差を認識することによって、電力出力部4からの出力電力が目標出力電力となるように充放電部32の充放電をフィードバック制御することが可能である。
 次に充放電制御部5による蓄電池31の充放電制御について説明する。上述したように、充放電制御部5は、発電装置2の発電電力と蓄電池31の充放電量との合計が目標出力電力となるように蓄電池31の充放電を制御する。この目標出力電力は第1時間間隔Taで取得された発電電力データに基づいて、移動平均法を用いて算出される。なお、移動平均法とは、たとえばある時点の目標出力電力を、その時点より過去の期間の発電装置2の発電電力データの平均値とする算出方法である。以下、目標出力電力の算出に用いる発電電力データを取得するための期間をサンプリング期間と呼ぶ。サンプリング期間の具体的な値としては、たとえば、図3に示すような「負荷変動の大きさ-変動周期」特性を有する電力系統においては約10分以上約30分以下の期間であり、第1実施形態では、サンプリング期間を約20分としている。この場合、充放電制御部5は、約30秒置きに発電装置2の目標出力電力の算出用の発電電力データを取得するので、過去20分の期間に含まれる40個の発電電力データの平均値を目標出力電力として算出している。
 ここで、第1実施形態では、充放電制御部5は、充放電制御を常に行うわけではなく、特定の条件を満たした時にのみ充放電制御を行うように構成されている。すなわち、充放電制御部5は、発電装置2の発電電力をそのまま電力系統50側に出力しても電力系統50への悪影響が小さい場合には充放電制御を行わず、悪影響が大きい場合にのみ充放電制御を行うように構成されている。具体的には、充放電制御部5は、発電装置2の発電電力が所定の発電電力(以下、「制御開始発電電力」と呼ぶ)以上で、かつ、発電装置2の発電電力の変化量が所定の変化量(以下、「制御開始変化量」と呼ぶ)以上である場合に、充放電制御を行うように構成されている。制御開始発電電力は、たとえば雨天時の発電電力よりも多い発電電力であり、具体的な数値としては、たとえば、発電装置2の定格出力の10%である。
 また、充放電制御部5は、第2時間間隔Tc毎に検出された発電装置2の発電電力が制御開始発電電力未満の状態から制御開始発電電力以上の状態になった場合に、発電装置2の発電電力の変化量の検出を開始する。そして、発電装置2の発電電力が制御開始発電電力以上の状態で、第2時間間隔Tc毎に検出された発電装置2の発電電力の変化量が制御開始変化量以上になった時に、はじめて充放電制御を開始する。発電装置2の発電電力が制御開始発電電力以上になった場合にも、発電装置2の発電電力の変化量が制御開始変化量を超えない場合には充放電制御は行わない。また、発電装置2の発電電力の変化量が制御開始変化量を超えないまま、第2時間間隔Tc毎に検出された発電装置2の発電電力が制御開始発電電力未満になった場合には、発電装置2の発電電力の変化量の検出を停止する。
 制御開始変化量は、たとえば快晴時(雲が殆どない晴天)の昼間の時間帯における検出時間間隔毎(第2時間間隔Tc)の最大変化量よりも多い変化量であり、具体的な数値としては、たとえば、変化前の発電電力の4%である。また、発電電力の変化量とは、第2時間間隔Tcで取得した発電電力データに基づいて算出した変化量であり、発電電力の変化量は、第2時間間隔Tc毎に検出される連続する2つの発電電力データの差分を算出することにより取得される。
 なお、上記の具体的な数値(変化前の発電電力の4%および定格出力の10%)については、検出時間間隔を変えた場合には、その検出時間間隔に応じて制御開始発電電力および制御開始変化量を設定する必要がある。
 また、充放電制御部5は、充放電制御を行う際に、第1時間間隔Taで取得した発電電力データに基づいて目標出力電力を算出し、その目標出力電力と実際の発電電力との差分を充放電電力として決定し、その充放電電力を蓄電池31から充放電することにより平滑化を行う。ここで、第1実施形態では、充放電制御部5は、決定した充放電電力を第2時間間隔Tcで取得した発電電力データに基づいて補正する。この充放電電力の補正について、図2を参照して説明する。なお、図2では、第2時間間隔Tcが第1時間間隔Taの1/2である例を示している。
 図2に示すように、時刻t1において、目標出力電力Aと実際の発電電力Bとの差分(B-A)が時刻t1以降の充放電電力と決定される。図2の例では、実際の発電電力Bが目標出力電力Aよりも大きいので、B-Aだけ充電となる。通常、時刻t1において決定された充放電電力は、次の目標出力電力の算出時点である時刻t3まで一定となるが、第1実施形態では、時刻t2において発電電力データ(大きさC)が検出されると、発電電力Cに基づいて時刻t2以降の充放電電力が補正される。すなわち、時刻t1から時刻t2にかけて発電電力が増加している場合には、充放電制御部5は、その増加分だけ充電電力を増加させるか、または放電電力を減少させる。また、時刻t1から時刻t2にかけて発電電力が減少している場合には、その減少分だけ充電電力を減少させるか、または放電電力を増加させる。これにより、目標出力電力の算出時点間における実際の発電電力の変化に起因する変動が蓄電池31の充放電電力の補正によって抑制される。図2の例では、実際の発電電力が時刻t1から時刻t2にかけて増加しているので、充放電制御部5は、時刻t1で決定した充電電力(B-A)を、時刻t2において発電電力の増加分(時刻t1から時刻t2までの実際の発電電力の変化量(C-B))だけ増加させる。したがって、時刻t2以降の充電電力はC-Aとなる。
 時刻t2において補正された充放電電力(充電電力(C-A))は、次の目標出力電力の算出時点である時刻t3まで一定となる。そして、時刻t3において、目標出力電力を基にして求められた新たな充放電電力が決定される。なお、図2では第2時間間隔Tcが第1時間間隔Taの1/2であり、目標出力電力の算出時点間における充放電電力の補正は1回であるが、第2時間間隔Tcが第1時間間隔Taの1/n(nは正の整数)である場合には、目標出力電力の算出時点間における充放電電力の補正はn-1回となる。
 また、充放電制御部5は、充放電制御を開始した後、一定の制御期間の経過後に充放電制御を停止するように構成されている。制御期間は、少なくとも負荷周波数制御で対応する変動周期範囲を基に決定したサンプリング期間以上の期間である。制御期間は短すぎると負荷周波数制御で対応する変動周期範囲の抑制効果が薄くなり、長すぎると充放電回数の頻度が増えることから蓄電池寿命が短くなる傾向にあり、適切な時間を設定する必要がある。第1実施形態では、制御期間は30分間に設定されている。
 また、制御期間中に制御開始変化量以上の発電電力の変化を所定回数(第1実施形態では、3回)検出した場合には、充放電制御部5は、制御期間を延長するように構成されている。この延長は、3回目の発電電力変化を検出した時点で、新たに30分の制御期間を設定することにより行われる。制御期間が延長された場合、3回目の検出時点(延長開始時点)から制御開始変化量以上の発電電力の変化を新たに3回検出しない場合には、3回目の検出時点(延長開始時点)から30分後に充放電制御が停止される。3回目の検出時点(延長開始時点)から制御開始変化量以上の発電電力の変化を新たに3回検出した場合には、制御期間が再度30分延長される。
 また、充放電制御部5は、制御期間中に、発電装置2の発電電力が制御終了発電電力未満になった場合には、制御期間の経過前であっても、充放電制御を停止するように構成されている。なお、制御終了発電電力は、制御開始発電電力以下の値であり、第1実施形態では、制御開始発電電力の半分の値としている。
 ここで、充放電制御部5による充放電制御により変動抑制を主に行う変動周期範囲について説明する。図3に示すように、変動周期によって対応可能な制御方法が異なっており、負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期が領域D(ハッチングで示す領域)に示されている。また、EDCにより対応可能な変動周期は領域Aに示されている。なお、領域Bは、負荷変動などによる影響を電力系統50自体の自己制御性により自然に吸収する領域である。また、領域Cは、各発電所の発電機のガバナフリー運転により対応が可能な領域である。ここで、領域Dと領域Aとの境界線が負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期の上限周期T1となり、領域Cと領域Dとの境界線が負荷周波数制御により対応可能な変動周期の下限周期T2となる。この上限周期T1および下限周期T2は、図3より固有の周期ではなく、負荷変動の大きさなどによって変化する数値であることが分かる。さらに、構築された電力網によって図示されている変動周期の時間も変化する。第1実施形態では、EDC、電力系統50自体の自己制御性およびガバナフリー運転などによって対応できない領域D(LFCにより対応可能な領域)の範囲内に含まれる変動周期(変動周波数)を有する変動に着目し、抑制することを目的としている。
 次に、図4を参照して、電力供給システム1の充放電制御開始前の制御フローについて説明する。
 充放電制御部5は、発電装置2の発電電力を第1時間間隔Ta毎(30秒毎)および第2時間間隔Tc毎(10秒毎)に検出している。そして、ステップS1において、充放電制御部5は、第2時間間隔Tc毎に取得した発電電力が制御開始発電電力以上になったか否かを判断する。発電電力が制御開始発電電力以上にならなかった場合には、この判断が繰り返される。発電電力が制御開始発電電力以上になった場合には、ステップS2において、充放電制御部5は、発電電力の変化量の監視を開始する。すなわち、充放電制御部5は、第2時間間隔Tc毎に取得した連続する2つの発電電力の差分を発電電力の変化量として取得する。
 そして、ステップS3において、充放電制御部5は、制御開始変化量以上の発電電力の変化があったか否かを判断する。制御開始変化量以上の発電電力の変化がない場合には、ステップS2に戻り、充放電制御部5は、発電電力の変化量の監視を継続する。また、制御開始変化量以上の発電電力の変化があった場合には、充放電制御部5は、充放電制御を開始する。なお、図4には記載していないが、充放電制御部5は、たとえばステップS2において発電電力の変化量を監視する際に発電電力の絶対値を確認し、発電電力が制御終了発電電力を下回った場合にはステップS1に戻るようにもしている。
 次に、図5を参照して、充放電制御の開始後の制御フローについて詳細に説明する。
 充放電制御を開始した後、充放電制御部5は、ステップS11において、充放電制御を開始した時点からの経過時間のカウントを開始する。
 次に、ステップS12において、充放電制御部5は、第1時間間隔Ta毎に取得した直前の40個の発電電力データを用いて移動平均法により目標出力電力を算出して設定する。
 そして、ステップS13において、充放電制御部5は、ステップS12において設定した目標出力電力と、目標出力電力の算出後の最初に検出される第1時間間隔Ta毎の発電電力との差を算出する。そして、ステップS14において、充放電制御部5は、充放電部32に対して過不足分の充放電を指示する。すなわち、目標出力電力が発電電力よりも大きい場合には、目標出力電力に対して発電装置2の発電電力では足りない分を蓄電池31により補うように、充放電制御部5はDC-DCコンバータ33に対して放電を指示する。また、目標出力電力が発電電力よりも小さい場合には、発電装置2の発電電力から目標出力電力を差し引いて余る分を蓄電池31に充電するように、充放電制御部5はDC-DCコンバータ33に対して充電を指示する。
 そして、ステップS15において、目標出力電力(発電装置2の発電電力+蓄電池31の充放電電力)が電力出力部4から電力系統50側に出力される。
 この後、ステップS16において、充放電制御部5は、第1時間間隔Ta分の時間が経過したか否かを判断する。経過していない場合には、ステップS17において、充放電制御部5は、第2時間間隔Tc毎に充放電電力を補正しながら充放電を継続し、第1時間間隔Taを経過するまでステップS15~ステップS17を繰り返す。
 また、第1時間間隔Ta分の時間が経過した場合には、ステップS18において、充放電制御部5は、制御開始発電電力以上の発電電力であって、かつ、所定の変化量(制御開始変化量)以上の発電電力の変化が制御期間(30分)中に所定回数(第1実施形態では、3回)あったか否かを判断する。制御開始変化量以上の発電電力の変化が3回あった場合には、この後も発電電力の変化が継続する可能性が高いので、ステップS19において、充放電制御部5は、経過時間のカウントをリセットするとともに、充放電制御の期間を延長する。この場合、ステップS11に戻り、充放電制御部5は、新たに経過時間のカウントを開始する。
 また、制御開始変化量以上の発電電力の変化が3回未満の場合には、ステップS20において、充放電制御部5は、発電装置2の発電電力が所定の発電電力(制御終了発電電力)以上であるか否かを判断する。そして、制御終了発電電力以上である場合には、ステップS21において、充放電制御部5は、充放電制御を開始してから、または、充放電制御期間を延長してから制御期間(30分)を経過したか否かを判断する。制御期間が経過した場合には、充放電制御部5は充放電制御を停止する。制御期間が経過していない場合には、ステップS12に戻り、充放電制御が継続される。
 また、ステップS20において発電電力が制御終了発電電力未満であると判断された場合には、充放電制御部5は、制御期間が経過していない場合であっても、充放電制御を停止する。なお、ステップS20は、フローのどこに入れてもよい。
 第1実施形態の電力供給システムは、上記構成により以下の効果を得ることができる。
 充放電制御部5は、目標出力電力を算出するための発電電力データを取得する第1時間間隔Taよりも短い第2時間間隔Tcで発電電力データを取得し、第2時間間隔Tcで取得した発電電力データに基づいて蓄電装置3の充放電電力を補正する。このように構成することによって、目標出力電力に基づいて決定した蓄電装置3の充放電電力を、実際の発電電力に応じて調節することができる。これにより、実際の発電電力の変動をより抑制(平滑化)するように蓄電装置3の充放電を行うことができるので、電力系統50側への出力電力の変動をより効果的に抑制することができる。その結果、電力系統50の周波数などへの悪影響をより効果的に抑制することができる。また、比較的長い第1時間間隔Taで取得した発電電力データに基づいて目標出力電力を算出して蓄電装置3の充放電制御を行うことによって、比較的短い第2時間間隔Tcで目標出力電力を算出する場合と比べて目標出力電力を算出するための検出電力データ数が多くなってしまうことを抑制することができるので、メモリ5aの記憶容量が大きくなるのを抑制することができるとともに、充放電制御部5による算出処理時の処理負荷が大きくなるのを抑制することができる。
 また、充放電制御部5は、目標出力電力の算出時点において決定された蓄電装置3の充放電電力を、その次の目標出力電力の算出時点までの間に取得した発電電力データに基づいて補正する。このように構成すれば、目標出力電力の算出時点において決定した充放電電力をその次の算出時点までに検出した発電電力データに基づいて補正することができる。これにより、目標出力電力の算出時点間において充放電電力が一定に維持される場合と異なり、目標出力電力の算出時点間に実際の発電電力が変動した場合にも、その発電電力の変動を抑制するように充放電電力を調節することができる。
 また、充放電制御部5は、目標出力電力の算出時点での発電電力データの大きさと、第2時間間隔Tc毎に取得した発電電力データの大きさとの差分に応じて蓄電装置3の充放電電力を補正する。このように構成すれば、目標出力電力を算出してからその次に目標出力電力を算出するまでの期間における発電電力の変化量に応じて、蓄電装置3の充放電電力を調整することができる。これにより、目標出力電力の算出時点間に実際の発電電力が変動した場合にも、その発電電力の変動を抑制するように充放電電力を調節することができる。
 また、充放電制御部5は、第2時間間隔Tc毎に蓄電装置3の充放電電力を補正する。このように構成すれば、目標出力電力の算出時点間の期間においてより細かく蓄電装置3の充放電電力を調節することができるので、電力系統50側への出力電力の変動をより効果的に抑制することができる。
 また、充放電制御部5は、蓄電装置3の充放電制御を行う際に、メモリ5aに記憶された第1時間間隔Ta毎の20分間の発電電力データに基づいて、目標出力電力を移動平均法により算出するとともに、第2時間間隔Tc毎の発電電力データに基づいて、蓄電装置3の充放電電力を補正する。このように構成すれば、目標出力電力を算出するための発電電力データを40個だけメモリ5aに記憶することに加えて、蓄電装置3の充放電電力の補正量を算出するための2つの発電電力データをメモリ5aに記憶するだけで、蓄電装置3の充放電電力を補正することができる。これにより、目標出力電力を算出するための発電電力の検出時間間隔を単純に短くする場合と異なり、メモリ5aに記憶させる発電電力データをそれほど増加させることなく、実際の発電電力の変動をより抑制(平滑化)するように蓄電装置3の充放電を行うことができる。
 また、充放電制御部5は、少なくとも負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期の下限周期以上の期間に設定されたサンプリング期間の範囲内の発電電力データに基づいて算出した目標出力電力となるように充放電を制御する。このように構成すれば、特に、負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期の成分を減らすことができる。これにより、電力系統50に影響を与えることを抑制することができる。
 また、第1時間間隔が第2時間間隔の整数倍であり、第2時間間隔の発電電力検出タイミングが第1時間間隔の発電電力検出タイミングと重なるように構成されている。このように構成すれば、発電電力の検出頻度(第1時間間隔の検出頻度と第2時間間隔の検出頻度との和)を最小限にすることができるので、容易に発電電力データを取得して充放電制御を行うか否かの判断を行うことができる。
 次に、移動平均法のサンプリング期間について検討した。
 図6は、発電電力データの取得期間であるサンプリング期間を10分とした場合のFFT解析結果と、サンプリング期間を20分とした場合のFFT解析結果を示す。図6に示すように、サンプリング期間が10分の場合には、変動周期が10分未満の範囲における変動が抑制されている一方、変動周期が10分以上の範囲における変動があまり抑制されていない。また、サンプリング期間が20分の場合には、変動周期が20分未満の範囲における変動が抑制されている一方、変動周期が20分以上の範囲における変動はあまり抑制されていない。したがって、サンプリング期間の長さと、充放電制御により抑制できる変動周期との間には良好な相関関係があることがわかる。このため、サンプリング期間の設定により効果的に変動周期を抑制できる範囲が変わることがいえる。そこで、本システムで主に注目している負荷周波数制御により対応可能な変動周期の部分を抑制するためには、サンプリング期間を負荷周波数制御で対応する変動周期以上、特にT1~T2の後半付近(長周期付近)からT1以上の範囲の期間とすることが好ましい。たとえば、図3の例では20分以上のサンプリング期間とすることにより、負荷周波数制御で対応する変動周期の殆どを抑制することができる。ただし、サンプリング期間を長くすると、必要な蓄電池容量が大きくなる傾向があり、T1よりもあまり長くないサンプリング期間を選択することが好ましい。
 次に、図7~図9を参照して、電力供給システム1を用いることによる効果を検証したシミュレーション結果について詳細に説明する。
 図7~図9は、それぞれ、充放電制御を行っている際に、実施例1、実施例2および比較例による電力供給システムから出力される電力の推移を示している。実施例1および実施例2は、第1実施形態による電力供給システムと同様の制御を行った。なお、実施例1は、第2時間間隔Tcを第1時間間隔Taの1/2倍とした例であり、実施例2は、第2時間間隔Tcを第1時間間隔Taの1/4倍とした例である。比較例は、従来と同様の充放電制御を行った例である。実施例1、実施例2および比較例においては、目標出力電力の算出間隔(第1時間間隔Ta)を30秒としている。
 図7~図9に示すように、実施例1および実施例2では、第2時間間隔Tc毎に充放電電力を補正しているため、比較例に比べて実際の出力電力の変動が小さくなっている。また、実施例1に比べて第2時間間隔Tcの小さい実施例2では、より細かく充放電電力を補正することにより、実施例1に比べてより目標出力電力に近く、出力変動が小さくなっていることがわかる。
(第2実施形態)
 次に、図10を参照して、本発明の第2実施形態による電力供給システム200について説明する。この第2実施形態では、第1実施形態の充放電制御を行うことに加えて、負荷210の稼動状況に応じて蓄電池31の充放電を制御する例について説明する。
 図10に示すように、電力供給システム200は、発電装置2と、蓄電装置3と、電力出力部4と、充放電制御部201と、DC-DCコンバータ7と、発電電力検出部8とを備えている。また、電力出力部4と電力系統50との間の交流側母線9には分電盤202が設けられている。分電盤202を介して3つの負荷210、220および230が交流側母線9に接続されている。ここで、負荷210は、負荷周波数制御(LFC)で対応する変動周期の下限周期T2~上限周期T1の時間(約2分~約20分)内で使用されることが多く、かつ、消費電力の比較的大きい負荷であり、たとえば、IHヒータなどである。また、負荷220および負荷230は、消費電力の小さい照明などの負荷またはオン/オフを切り替えることの少ない負荷などである。
 第2実施形態では、負荷210の稼動状況を検知するセンサ203が設けられている。充放電制御部201は、負荷210が使用されている(オン)か使用されていない(オフ)かをセンサ203の出力信号に基づいて判断することが可能である。充放電制御部201は、第1実施形態の充放電制御を行うことに加えて、負荷210のオン/オフが切り替えられることに伴って生じる電力系統50に出入りする電力の変化を抑制するように蓄電池31の充放電を制御する。すなわち、負荷210がオフからオンになったと判断した場合には、負荷210の消費が加わる分、電力供給システム200から電力系統50に逆潮流する電力(売電力)が減るか、または、電力系統50から電力供給システム200に入る電力(買電力)が増加するので、充放電制御部201は、売電力の減少分または買電力の増加分を抑制するように蓄電池31から放電する。同様に、負荷210がオンからオフになったと判断した場合には、負荷210の消費が減る分、売電力が増加するか、または買電力が減少するので、充放電制御部201は、買電力の減少分または売電力の増加分を抑制するように蓄電池31の充電を行う。
 第2実施形態では、上記のように、充放電制御部201は、発電装置2と電力系統50との間の交流側母線9に接続された負荷210の稼動状況の変化を検出するとともに、負荷210の稼動状況の変化に伴って生じる電力系統50に出入りする電力の変化を抑制するように、蓄電装置3の充放電制御を行う。このように構成すれば、たとえば逆潮流が発生している状況下において、負荷210が稼動することにより負荷210の消費電力の分だけ電力系統50側に出力される電力が減少する場合に、その減少分の少なくとも一部を蓄電装置3から放電することができる。また、負荷210が停止することにより負荷210の消費電力の分だけ電力系統50側に出力される電力が増加する場合には、その増加分の少なくとも一部を蓄電装置3に充電することができる。これにより、負荷210の稼動状況の変化に伴って電力系統50に出入りする電力が変動することを抑制することができるので、電力系統50に与える影響を抑制することができる。
 また、第2実施形態の構成においても、電力系統50に出入りする電力の変動をより適切に抑制することができるので、第1実施形態と同様の効果が得られる。
 次に、図11~図15を参照して、本発明の第2実施形態の効果を検証したシミュレーション結果について説明する。
 このシミュレーションでは、発電装置2の発電電力推移に対して、第2実施形態による制御を行った場合の電力系統50に出力される電力推移を検証した。第2実施形態による制御として、実施例3は、第1実施形態の充放電制御を行いながら、負荷210のオン/オフが切り替えられた場合に、負荷210がオンである期間の間継続して蓄電池31の放電を行った。すなわち、実施例3は、第1実施形態で算出される蓄電池31の充放電電力に、負荷210がオンである期間の間負荷210の消費電力分の放電電力を加算するように充放電を行った。
 また、第2実施形態による制御として、実施例4は、第1実施形態の充放電制御を行いながら、負荷210のオン/オフが切り替えられた場合に、切替直後に、第1実施形態で算出される蓄電池31の充放電電力に負荷210の消費電力分の放電電力(オン時)または充電電力(オフ時)を加算するように充放電を行い、その後、切替直後に加算した電力を5分間かけて徐々に0へとしていくように蓄電池31を制御した。
 また、実施例5として、第1実施形態の制御のみを行った。図11および図12は、実施例3、4および5の制御を行った場合に電力出力部4から出力される電力の推移を示す。図13および図14は、実施例3、4および5の制御を行った場合に電力系統50に逆潮流される電力の推移(正確には、負荷210と負荷220との間を通過する電力の推移)を示す。
 図11に示すように、実施例3は、負荷210がオンされてからオフされるまでの期間Aにおいて、実施例5に示したような発電電力の推移を基に算出した出力電力に負荷210の消費電力分を加えた電力を出力している。したがって、実施例3の期間Aにおいては、蓄電池31からは実施例5に比べて負荷210の消費電力分の放電電力を加算するように充放電制御が行われている。期間A以外の期間は実施例3と実施例5とは同じ推移である。
 また、図12に示すように、実施例4は、負荷210がオンされてから5分間の期間Bにおいて、期間Bの開始時に実施例4に示したような発電電力の推移を基に算出した出力電力に負荷210の消費電力分を加えた電力を出力し、それから徐々に実施例5と同じ出力へと減らしている。この際、実施例4の期間Bにおいては、負荷210のオン時に負荷210の消費電力分の放電電力を加算するように蓄電池31の充放電電力が算出され、この加算した分の放電電力が5分かけて徐々に0へと減少していく。
 また、負荷210がオフされてから5分の期間Cにおいて、実施例4は、期間Cの開始時に実施例5に示したような発電電力の推移を基に算出した出力電力から負荷210の消費電力分を差し引いた電力を出力し、それから徐々に実施例5と同じ出力へと増やしている。この際、実施例4の期間Cにおいては、負荷210のオフ時に負荷210の消費電力分の放電電力を差し引くように蓄電池31の充放電電力が算出され、この差し引いた分の放電電力が5分かけて徐々に0へと近づいていく。
 ここで、図13および図14に示すように、実施例5では、電力出力部4から出力された電力から負荷210での消費分が減少するために、負荷210のオン時およびオフ時において、電力系統50に出力される電力に急激な変動が生じている。その一方、実施例3および実施例4では、実施例5で大きな変動となっている期間A~Cにおいて、電力系統50に出力される電力が急激な変動なく滑らかに推移している。したがって、実施例3および4は、実施例5よりも電力系統50に与える影響が少ないことがわかる。
 また、図15に示すように、実施例3および4は、実施例5に比べて全体的に周波数変動を抑制している。また、実施例3および実施例4は略同じレベルで周波数変動を抑制している。ここで、図11および図12に示したように、実施例4は実施例3のように、負荷210で消費される電力分の放電電力を常時加算する必要がなく、期間Bでは負荷210で消費される電力分を加算する一方で期間Cでは負荷210で消費される電力分を減算するように制御するために、蓄電池31の充放電が充電あるいは放電の一方向に傾きにくい。その結果、蓄電池31の放電深度を抑制することができるなど、蓄電池31の長寿命化・低容量化に有利であり、実施例4は実施例3よりも有効であることがわかる。
(第3実施形態)
 次に、図16を参照して、本発明の第3実施形態による電力供給システム300について説明する。第1実施形態では、発電電力に基づいて充放電制御を行う例を示した。一方、第3実施形態では、電力系統50に出入りする電力(買電力または売電力)に基づいて充放電制御を行う例について説明する。
 図16に示すように、電力供給システム300は、発電装置2と、蓄電装置3と、電力出力部4と、充放電制御部301と、DC-DCコンバータ7と、発電電力検出部8とを備えている。また、電力出力部4と電力系統50との間の交流側母線9には分電盤202を介して3つの負荷210、220および230が接続されている。
 また、交流側母線9の分電盤202よりも電力系統50側には電力供給システム300から電力系統50に売却する電力を計量する電力メータ310と、電力系統50から購入する電力を計量する電力メータ320とが設けられている。電力メータ310および電力メータ320のそれぞれには、電力センサ302および電力センサ303が設けられており、電力系統50と電力供給システム300とを出入りする電力のデータ(売電電力データまたは買電電力データ)を検出する。
 充放電制御部301は、電力センサ302および303から買電電力データまたは売電電力データを所定の検出時間間隔毎(たとえば、30秒以下)に取得する。充放電制御部301は、売電電力-買電電力(売電電力および買電電力はゼロ以上の値)の値を出入電力データとして算出する。第3実施形態においても第1実施形態と同様に、充放電制御部301は、出入電力データを第1時間間隔Ta毎および第2時間間隔Tc毎に取得する。また、充放電制御部301は、過去の出入電力データに基づいて目標出力電力を算出するとともに、実際の出入電力と目標出力電力との差の少なくとも一部を補償するように蓄電池31の充放電を行う。すなわち、充放電制御部301は、実際の出入電力が目標出力電力よりも大きい場合には、過剰分の電力の少なくとも一部を蓄電池31に充電するようにDC-DCコンバータ33を制御するとともに、実際の出入電力が目標出力電力よりも小さい場合には、不足分の電力の少なくとも一部を蓄電池31から放電するようにDC-DCコンバータ33を制御するように構成されている。
 また、充放電制御部301は、発電装置2の発電電力が所定の発電電力(制御開始発電電力)以上で、かつ、出入電力(買電電力または売電電力)の変化量が所定の変化量(制御開始変化量)以上である場合に、充放電制御を開始するように構成されている。また、出入電力の変化量は、第2時間間隔Tc毎の出入電力データに基づいて算出する。また、目標出力電力は、第1時間間隔Ta毎の出入電力データに基づいて算出する。第3実施形態の制御開始変化量は、快晴時(雲が殆どない晴天)の昼間の時間帯における検出時間間隔毎の最大変化量よりも多い変化量とし、さらに第2時間間隔Tc、負荷量なども考慮して設定する。特に第3実施形態では、出入電力データ(=売電電力-買電電力)が正負の値をとるために、単純に第1実施形態などで示した発電電力の変化量と変化前の発電電力とを比較する方法ではなく、たとえば発電装置2の定格出力、負荷の定格消費電力などを加味して、変化量の絶対値で制御する方法、あるいは、出入電力データ(=売電電力-買電電力)に負荷量に応じて適切な電力を加算する方法が望ましい。第3実施形態では制御開始変化量は発電装置2の定格出力の2%であるとした。
 なお、サンプリング期間、目標出力電力の算出方法、待機時間などの充放電制御に関する設定は、第1実施形態と同様である。
 図17は、ある1日の発電装置2の発電電力の推移と、同じ日の出入電力(=売電電力-買電電力)の推移とを示す。出入電力の推移は、発電電力推移から負荷(負荷210、220および230)の消費電力を差し引いたものにほぼ相当する。図17に示すように、一般家庭においては1日を通して負荷の消費電力の急激な変動の頻度は高くないので、発電電力の推移と出入電力の推移とは略同じように変動している。したがって、出入電力に基づいて充放電制御を行うことにより、出入電力の変動を抑制し、電力系統50に影響を抑制することが可能である。
 第3実施形態では、上記のように、充放電制御部301は、第2時間間隔Tcで取得した出入電力データに基づいて蓄電装置3の充放電電力を補正する。このように構成すれば、目標出力電力に基づいて決定した蓄電装置3の充放電電力を、実際の出入電力に応じて調節することができる。これにより、実際の出入電力の変動をより抑制(平滑化)するように蓄電装置3の充放電を行うことができるので、電力系統50への出力電力の変動をより効果的に抑制することができ、その結果、電力系統50の周波数などへの悪影響をより効果的に抑制することができる。また、第1時間間隔Taで取得した出入電力データに基づいて目標出力電力を算出して蓄電装置3の充放電制御を行うことによって、第2時間間隔Tcで取得した出入電力データを用いて目標出力電力を算出する場合と比べて目標出力電力を算出するための出入電力データ数が多くなってしまうことを抑制することができるので、メモリ5aの記憶容量が大きくなるのを抑制することができる。
 また、第3実施形態の構成においても、電力系統50に出入りする電力の変動をより適切に抑制することができるので、第1実施形態と同様の効果が得られる。
 なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
 第1~第3実施形態および実施例では、蓄電池としてLi-ion電池やNi-MH電池を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、他の2次電池を用いてもよい。また、本発明の「蓄電装置」の一例として、蓄電池の代わりにキャパシタを用いてもよい。
 また、第1~第3実施形態および実施例では、蓄電池31の電圧が48Vである例について説明したが、本発明はこれに限らず、48V以外の電圧にしてもよい。
 また、第1~第3実施形態および実施例では、制御開始発電電力を発電装置2の定格出力の10%とし、制御開始変化量を発電装置2の変化前の発電電力の5%とした例について説明したが、本発明はこれに限らず、上記以外の数値を用いてもよい。たとえば、制御開始変化量は、発電装置の定格出力を基準にして決めてもよい。ただし、制御開始発電電力の大きさは、制御開始変化量の大きさよりも大きいことが望ましい。
 また、第1~第3実施形態では、第2時間間隔Tc毎に取得した発電電力データ(検出電力データ)を充放電制御の開始タイミングの判断と充放電電力の補正とに用いた例について説明したが、本発明はこれに限らず、充放電電力の補正に用いるだけでよい。
 また、第1~第3実施形態および実施例では、第2時間間隔毎に取得した発電電力の変化量に基づいて充放電制御の開始の判断を行ったが、本発明はこれに限らず、第2時間間隔毎に取得した発電電力の値そのものに基づいて充放電制御の開始の判断を行ってもよい。たとえば、第2時間間隔毎に取得した発電電力が所定の発電電力(閾値)よりも大きい場合に充放電制御の開始の判断を行ってもよい。また、充放電制御の停止に関しても同様であり、たとえば、第2時間間隔毎に取得した発電電力が所定の発電電力(閾値)よりも小さい場合に充放電制御の停止の判断を行ってもよい。
 また、第1~第3実施形態および実施例では、移動平均法により目標出力電力を算出する例について説明したが、本発明はこれに限らず、サンプリング期間(たとえば、20分)内に含まれる複数の発電電力データを用いて目標出力電力を算出する場合に本発明を適用することが可能である。たとえば、目標出力電力の算出の初期において、一時的にサンプリング期間を短くしてもよい。 
 また、第1~第3実施形態および実施例では、第1時間間隔Taの検出時間タイミングと第2時間間隔Tcの検出時間タイミングとが重なるように構成した例について説明したが、本発明はこれに限らず、第1時間間隔Taの検出時間タイミングと第2時間間隔Tcの検出時間タイミングとをずらしてもよい。
 また、第1~第3実施形態では、目標出力電力の算出時点間において発電電力データ(検出電力データ)を検出する毎に蓄電装置3の充放電電力を補正する例について説明したが、本発明はこれに限らず、第2時間間隔Tc毎に毎回充放電電力の補正を行わなくてもよい。たとえば、所定の条件を満たした場合(実際の発電電力の変化量が小さい場合など)には充放電電力の補正を行わないように構成してもよい。
 また、第1~第3実施形態では、実際の発電電力の変化分だけ充放電電力を補正する例について説明したが、本発明はこれに限らず、実際の発電電力の変化分よりも小さい電力だけ充放電電力を補正するようにしてもよい。
 また、第2実施形態では、負荷210のオン/オフを検出するセンサ203の出力信号に基づいて蓄電池31の充放電を制御する例について説明したが、本発明はこれに限らず、負荷210の消費電力を検出する電力センサの出力信号に基づいて蓄電池31の充放電を制御してもよい。

Claims (7)

  1.  再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置と、
     少なくとも1つの蓄電池を含んだ蓄電装置と、
     前記発電装置と電力系統との間を接続する電力線を流れる電力値である検出電力データを取得する検出部と、
     前記検出電力データに基づいて前記電力系統に出力される目標出力電力を算出するとともに、前記目標出力電力に応じて前記蓄電装置の充放電を制御する充放電制御部とを備え、
     前記充放電制御部は、所定の第1時間間隔毎に前記検出部により第1検出電力データを取得するとともに、前記第1時間間隔よりも短い所定の第2時間間隔毎に前記検出部により第2検出電力データを取得し、充放電制御を行う際には、前記第1検出電力データに基づいて前記目標出力電力を算出するとともに、前記第2検出電力データに基づいて、前記目標出力電力に基づき決定された前記蓄電装置の充放電電力を補正する、電力供給システム。
  2.  前記充放電制御部は、前記第1時間間隔毎に前記目標出力電力を算出しており、所定の前記目標出力電力の算出時点である第1算出時点において算出された前記目標出力電力に基づき決定された前記蓄電装置の充放電電力を、前記第1算出時点の次の前記目標出力電力の算出時点である第2算出時点までの間に取得した前記第2検出電力データに基づいて補正する、請求項1に記載の電力供給システム。
  3.  前記充放電制御部は、前記第1算出時点での第1検出電力データの大きさと、前記第1算出時点と前記第2算出時点との間に取得した前記第2検出電力データの大きさとの差分に応じて前記蓄電装置の充放電電力を補正する、請求項2に記載の電力供給システム。
  4.  前記充放電制御部は、前記第2検出電力データに基づいて、前記第2時間間隔毎に前記蓄電装置の充放電電力を補正する、請求項1~3のいずれか1項に記載の電力供給システム。
  5.  前記第1時間間隔は前記第2時間間隔の整数倍であり、
     前記第2時間間隔の電力検出タイミングは、前記第1時間間隔の電力検出タイミングと重なる、請求項1~4のいずれか1項に記載の電力供給システム。
  6.  再生可能エネルギーを利用して発電装置により発電する工程と、
     蓄電装置に電力を蓄電する工程と、
     前記発電装置と電力系統との間を接続する電力線を流れる電力値である検出電力データを検出部により取得する工程と、
     前記検出電力データに基づき前記電力系統に出力される目標出力電力を算出するとともに、前記目標出力電力に応じて前記蓄電装置の充放電を制御する工程とを含み、
     前記充放電制御工程において、
     所定の第1時間間隔毎に前記検出部により第1検出電力データを取得するとともに、前記第1時間間隔よりも短い所定の第2時間間隔毎に前記検出部により第2検出電力データを取得し、充放電制御を行う際には、前記第1検出電力データに基づいて前記目標出力電力を算出するとともに、前記第2検出電力データに基づいて、前記目標出力電力に基づき決定された前記蓄電装置の充放電電力を補正する、電力供給方法。
  7.  コンピュータを、再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置および蓄電装置の少なくとも一方からの電力を出力部から出力させる電力供給システムの充放電制御部として機能させるための制御プログラムであって、
     前記コンピュータに、前記発電装置と電力系統との間を接続する電力線を流れる電力値である検出電力データを検出する検出部から所定の第1時間間隔毎に第1検出電力データを取得させ、前記第1時間間隔よりも短い所定の第2時間間隔毎に前記検出部から第2検出電力データを取得させ、充放電制御を行う際には、前記第1検出電力データに基づいて目標出力電力を算出させるとともに、前記第2検出電力データに基づいて、前記目標出力電力に基づき決定された前記蓄電装置の充放電電力を補正させる、電力供給システムの制御プログラム。
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