WO2011129003A1 - 蓄電池併設型自然エネルギー発電システムに用いる電力管理制御システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a power management control system used for a storage battery-equipped natural energy power generation system.
- an electricity storage facility consisting of a plurality of storage batteries is installed in a wind power plant, and the power output is stabilized by charging or discharging the storage battery with a power generation output that changes depending on natural conditions such as wind speed.
- a power generation output that changes depending on natural conditions such as wind speed.
- the fluctuation of the power generation output of the wind power generator is measured every minute unit time, and the average value of the power generation output of the wind power generator within the reduced unit time is obtained. Then, the average value is compared with the current power generation output, and when the current power generation output exceeds the average value, the power generation output is fed to the power network by an amount equal to the average value. The amount exceeding the average value is stored in the power storage means (storage battery, etc.). On the other hand, when the power generation output at the current time falls below the average value, all of the power generation output is fed to the power network, and the portion below the average value of the power generation output is fed from the power storage means to the power network. Such control stabilizes the wind power generation output.
- Patent Documents 2-5 discloses a point that works with a power supply command device that controls a power transmission system and a power distribution system.
- Patent Document 3 discloses that the power supply amount is kept constant by using prediction data that is predicted by time.
- a power control interface is provided between an unstable power source such as a wind power generator and a power transmission line, and an electric energy storage unit, a control system, and an electronic compensation module cooperate to increase excessive power generation. It is disclosed that the stored energy is stored, while the stored energy is released when the power generation is reduced due to the fluctuation of wind power.
- Patent Document 5 discloses that a charge / discharge schedule and leveling setting are performed based on a wind turbine output expected value.
- the power generation amount per unit time for example, one hour
- the future for example, until after 3 days
- a power transmission plan is formulated with reference to the predicted power generation amount.
- the time difference between the time of delivery and the time of planning is large, so improvement in the accuracy of power generation prediction is being sought (for example, research is being conducted in NEDO). There are limits.
- the present invention has been made to solve such problems, and in a storage battery-equipped natural energy power generation system, it is possible to reduce the capacity of a storage battery used for supplying power to an electric power network in accordance with a power transmission plan.
- the purpose is to do so.
- the storage amount of the storage battery is reduced. Based on the magnitude of chargeable power per unit time determined accordingly, the generated power of the natural energy power generation apparatus is controlled. Specifically, when the generated power from the natural energy power generation device becomes larger than the power generation output upper limit target value depending on the chargeable power of the storage battery, control is performed to suppress the generated power of the natural energy power generation device.
- control of power supplied to the power network is performed by controlling the generated power of the natural energy power generation apparatus. For this reason, even when the generated power from the natural energy power generation device becomes larger than the power generation output upper limit target value that depends on the rechargeable power of the storage battery, the generated power of the natural energy power generation device is suppressed and the power to the power network is reduced. Supply will be made. Thereby, the adjustment range of the storage battery which should be ensured in preparation for the case where the generated power of the natural energy power generation device exceeds the power generation prediction can be reduced, and thereby the capacity of the storage battery can be reduced. That is, even when the capacity of the storage battery is reduced, it is possible to appropriately control the power supply to the power network.
- FIG. 1 It is a functional block diagram which shows the structural example of the storage battery-equipped natural energy power generation system by this embodiment. It is a figure which shows the example regarding the charging / discharging control of the storage battery by this embodiment. It is a figure which shows the structural example of the windmill electric power generating apparatus by this embodiment, (a) is sectional drawing which observed the windmill from the side, (b) is a functional block diagram which shows the simple structure of a windmill. It is a flowchart which shows the main flows of the power management process by this embodiment.
- FIG. 1 It is a figure which shows the relationship of the input / output of electric power
- (a) is a schematic system block diagram
- (b) is a figure which shows an example of the time change of the generated electric power of a windmill group, the charging / discharging electric power in a storage battery, and transmitted power. It is. It is a figure which shows the operation example in the state in which a storage battery is near the end of charge
- (a) is a figure which shows the flow of electric power
- (b)-(e) is a figure which shows the relationship between power transmission and electric power generation, and time.
- FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration example of a wind power generation system A as an example of a storage battery-equipped natural energy power generation system according to the present embodiment.
- the wind power generation system A shown in FIG. 1 includes a power management control system for supplying power generated by the windmill group B to the power network 27.
- the windmill group B includes a plurality of windmill power generation apparatuses 1 and is connected to a windmill group control apparatus 5 via an optical cable network 3.
- the wind turbine group control device 5 controls the wind turbine group B, and the wind turbine group control device 5 sends the power generation output upper limit target candidate value and the restriction release commands S7 and S8 to the wind turbine group B. Sent.
- the power generation output values S ⁇ b> 9 and S ⁇ b> 10 of each wind turbine generator 1 are transmitted from the wind turbine group B to the wind turbine group controller 5.
- a part of the electric power generated in the windmill group B is consumed by the load 35, but most of the electric power is transmitted to the storage battery 17 and the power network 27 via the wirings 31 and 33.
- the wind turbine group control device 5 communicates with the power monitoring control device 11 for the power generation output upper limit target value S11 of the wind turbine group B, the power generation output value of the wind turbine group B, the wind direction, the wind speed, the power factor, and the reactive power.
- the detailed data S12 such as is exchanged.
- the power monitoring control device 11 calculates the power that can be generated in the windmill group B based on the wind speed supplied as data S12 from the windmill group control device 5 and the characteristics of each windmill power generation device 1.
- the power monitoring control device 11 is a main control unit of the wind power generation system A, and is also linked to an external power generation prediction system 37 and a power transmission plan calculation unit 41.
- the power generation prediction system 37 predicts the power generation amount for each unit time (for example, one hour) in the plurality of wind turbine generators 1 on the basis of fluctuating natural conditions. That is, the power generation prediction system 37 is input from the data S2 (for example, weather data, terrain information, location conditions of the windmill power generation device 1, performance curves of the windmill power generation device 1, and the input unit 7 sent from the power monitoring control device 11. Power generation amount prediction is performed using the operation information data of the wind turbine generator 1. Then, the generated power generation amount prediction data S ⁇ b> 1 is transmitted to the power monitoring control device 11.
- the data S2 for example, weather data, terrain information, location conditions of the windmill power generation device 1, performance curves of the windmill power generation device 1, and the input unit 7 sent from the power monitoring control device 11.
- Power generation amount prediction is performed using the operation information data of the wind turbine generator 1.
- the generated power generation amount prediction data S ⁇ b> 1 is transmitted to the power monitoring control device 11.
- the power monitoring and control device 11 sends data S3 (power generation amount prediction data S1 and power storage amount data S14) to the power transmission plan calculation device 41 and receives the power transmission plan S5 from the power transmission plan calculation device 41.
- the power monitoring control device 11 receives the data (power storage amount, operation information, chargeable power) S14 and S16 of the storage battery 17 in real time via the storage battery control device 15 that controls the storage battery 17, and charges the storage battery 17 with it.
- Discharge commands S13 and S15 are transmitted.
- the storage battery control device 15 inputs the charge / discharge amount S17 of the storage battery 17 from the meter 26 connected between the transformer 23 and the AC / DC converter 21, and the current storage amount and charge are possible together with the operation information of the storage battery 17. The power can be calculated.
- the storage amount of the storage battery 17 and the chargeable power indicates the amount of power that is actually stored in the storage battery 17. For example, when the total capacity of the storage battery 17 is 20,000 kWh (for example, a rating that 2,000 kW of power can be stored for 10 hours per unit time), when the power is stored up to half of the total capacity, Will be 10,000 kWh.
- the rechargeable power indicates the power per unit time (instantaneous value) that can be charged to the storage battery 17.
- 2,000 kW is chargeable power.
- the chargeable power is different if the rating is different. For example, in the case of a rating that can store 1,000 kW of power per unit time for 20 hours, the chargeable power is 1,000 kW.
- This rechargeable power varies depending on the amount of power stored in the storage battery 17. Specifically, when the storage battery 17 is charged to near the end of charging, the chargeable power is set smaller than the rating. For example, when the chargeable power is 2,000 kW at the rating, the chargeable power is set to 2,000 kW as rated when the charged amount is less than 90%. On the other hand, when the storage amount is 90% or more and less than 95%, the chargeable power is reduced to, for example, 1,000 kW. Furthermore, when the storage amount is 95% or more and less than 100%, the chargeable power is reduced to, for example, 500 kW, and when the storage battery 17 is fully charged, the chargeable power is 0 kW.
- the reason why the chargeable power is made variable in this way is that there are cases where it becomes impossible to cope with large fluctuations in wind power when the remaining capacity (margin) that can be charged in the storage battery 17 is small. In other words, by reducing the chargeable power as it approaches the end of charging, it becomes difficult to charge the storage battery 17, and it is easy to ensure a margin for charging in the storage battery 17.
- the storage battery 17 charges part of the power generated by the wind turbine generator 1 via the wiring 31, the transformer 23, and the AC / DC converter 21. Further, the storage battery 17 discharges a part of the charged power and supplies it to the power network 27 via the AC / DC converter 21, the transformer 23 and the wiring 33.
- a meter 25 that measures power is connected to the wiring 33 between the transformer 23 and the power network 27, and a power transmission amount S ⁇ b> 18 is sent from the meter 25 to the power monitoring control device 11. Further, a charge / discharge amount S17 is sent from the meter 26 connected between the transformer 23 and the AC / DC converter 21 to the storage battery control device 15 and connected to the wiring 31 between the windmill group B and the transformer 23.
- the actually generated power S19 is sent from the meter 28 to the power monitoring controller 11.
- the operator of the wind power generation system A inputs from the input unit 7 a power generation output upper limit target value S6 set by the amount of power stored in the storage battery 17 and the power generation of the windmill group B that is predicted based on fluctuating natural conditions. can do.
- FIG. 2 is a diagram showing an example relating to charge / discharge control of the storage battery 17.
- the power monitoring control device 11 is charged based on the chargeable power calculated by the storage battery control device 15, the transmission plan value S5 calculated by the transmission plan calculation device 41, and the generated power S19 measured by the meter 28. Discharge commands S13 and S15 are generated and transmitted to the storage battery 17.
- the storage battery control device 15 variably controls the chargeable power based on the storage amount of the storage battery 17. That is, as a result of charging the storage battery 17, when the storage amount of the storage battery 17 increases, the storage battery control device 15 performs control so as to reduce the chargeable power. On the other hand, as a result of discharging from the storage battery 17, when the storage amount of the storage battery 17 decreases, the storage battery control device 15 controls to increase the chargeable power.
- the power monitoring control device 11 controls the charge amount per unit time based on the chargeable power thus varied.
- FIG. 3A is a cross-sectional view of the wind power generator 1 observed from the side.
- a tower portion is built on the pedestal 101, and a yaw angle control driving device 150 is provided on the upper portion of the tower portion.
- a nacelle 120 that is rotationally controlled in a horizontal plane by driving of the yaw angle control driving device 150 is disposed above the nacelle 120.
- the yaw angle is changed at this time, and the control of the yaw angle is called yaw control.
- the yaw angle can be changed by rotating the nacelle 120 in a horizontal plane.
- a blade 100 that is a blade (blade) portion of a propeller type windmill is attached to a rotary shaft 112 via a hub (attachment portion of the blade 100), and a pitch angle of the blade 100 is controlled by driving of a pitch angle control driving device 160.
- the propeller rotation surface described above is a surface perpendicular to the rotation shaft 112 on which the blade 100 is disposed.
- a generator 130 connected to the rotating shaft 112, an amplifier (not shown), and the like are stored.
- an amplifier (not shown), and the like are stored.
- a wind direction and wind speed detection optical system unit 210 is disposed on the top of the nacelle 120.
- the main body 200 extracts data for calculating the wind direction and wind speed from the wind direction and wind speed detection optical system section 210 and processes the data.
- the wind direction and wind speed data obtained by the main body 200 is sent to an anemometer / signal processor (hereinafter referred to as a signal processor) 220 via a communication system. Based on the wind direction and wind speed data, the signal processing unit 220 determines the wind condition (wind direction wind speed and wind arrival time, etc.) used for power generation in the near future (several seconds to several tens of seconds later). Predict and output this as wind prediction data.
- the main body 200, the wind direction and wind speed detection optical system unit 210, and the signal processing unit 220 constitute a laser type anemometer.
- the wind condition prediction data calculated by the signal processing unit 220 is transmitted to the controller 140 via the communication system.
- the controller 140 gives a command to the yaw angle control driving device 150 and the pitch angle control driving device 160 via the communication systems 170 and 175 based on the given wind condition prediction data.
- the yaw angle control drive device 150 changes the yaw angle
- the pitch angle control drive device 160 changes the pitch angle, so that the generator 130 can be operated efficiently, that is, wind energy can be used efficiently. enable.
- the controller 140 constantly scans and grasps the current yaw angle, pitch angle, and wind turbine shaft rotation speed (rotation speed or rotation speed).
- a power cable (wiring) 31 connected to the generator 130 is connected to a power network 27 serving as a power output end via a transformer 23.
- a storage battery 17 is connected between the power cable 31 and the power network 27 via the AC / DC converter 21 and the transformer 23.
- the rotation speed of the wind turbine can be fixed or can be changed only in steps, or can be changed continuously within a predetermined range.
- the blade 100 receives wind and converts wind energy into rotational force, and the generator 130 converts the rotational energy of the blade 100 into electric power.
- the controller 140 or another control mechanism takes in and analyzes various amounts necessary for controlling the wind power generator 1 such as the yaw angle, the wind turbine rotational speed, the current wind direction wind speed, and the like. For example, the control command is issued to the brake equipment.
- the wind turbine generator 1 includes a wind turbine controller 140, a yaw angle control drive device 150, a pitch angle control drive device 160 (wind turbine hub) 160, It is comprised by.
- a wind turbine generator 1 it is possible to change the angle of the blade 100, so that even with the same wind direction / wind force, the power generation output can be controlled to some extent. .
- FIG. 4 is a flowchart showing a main flow of the power management process according to the present embodiment.
- step S101 START
- step S102 the power monitoring control device 11 determines automatic / manual setting of calculation of the power generation output upper limit target candidate value. (Determining whether or not it is an automatic calculation). If it is not automatic calculation (step S102: NO), the process proceeds to step S103.
- step S105 When the power generation output upper limit target candidate value is input from the input unit 7 to the power monitoring control device 11, the process proceeds to step S105.
- step S104 the process proceeds to step S104, and the power monitoring control device 11 calculates the power generation output upper limit target candidate value by the following calculation formula.
- Power generation output upper limit target candidate value (transmission planned power + in-site power consumption + storage battery chargeable power) x coefficient
- the power generation output upper limit target candidate value is set to a value slightly lower than (transmission planned power + in-site power consumption + chargeable power).
- step S107 the yaw angle and pitch angle of the blade 100 of each wind turbine generator 1 are adjusted so that the generated power of the wind turbine group B approaches the power generation output upper limit target value set in step S106, and the power generation output To control. Then, the process proceeds to step S108 and the process is terminated (END).
- step S105 if the comparison result in step S105 is NO, the process directly proceeds to step S108 to end the process (END). In this case, since there is room for charging / discharging in the storage battery 17, it is not necessary to perform the power generation control processing of the windmill.
- the generated power in the wind turbine group B is suppressed if it is close to the end-of-charge state where the storage battery 17 cannot be charged. By doing in this way, while maintaining the power supply amount to the electric power network 27 as planned, the storage battery 17 is not charged, and the charge / discharge margin in the storage battery 17 can be easily secured. .
- the power generation output upper limit target candidate value (transmission planned power + in-site power consumption + storage battery chargeable power) ⁇ coefficient ⁇ generator rated output, It is determined whether it is necessary to control the generated power of the windmill group B. And only when it is judged that it is necessary to perform the control, the power generation power of the wind turbine group B is controlled, so that predetermined transmission power is stably supplied to the power network 27 according to the state of the storage battery 17. be able to.
- FIG.5 (b) shows the time change of the generated electric power of the windmill group B obtained based on the above-mentioned structure and control in the system as shown in Fig.5 (a), the charging / discharging electric power in the storage battery 17, and the transmitted electric power. It is the figure which showed an example.
- FIG.5 (b) it turns out that the electric power generation of the windmill group B changes with wind force and a wind direction within one day.
- the fluctuation can be absorbed by charging / discharging of the storage battery 17 and the supply time zone can be freely set, for example, concentrated in a time zone where the power demand is high, and power can be supplied to the power network 27 by devising a power transmission plan.
- FIG. 6 shows an example of the relationship between power flow (FIG. 6 (a)) in a state where the storage battery 17 cannot be charged, that is, a state close to the end of charging (FIG. 6 (a)), and power transmission / power generation and time (FIG. 6 (b) to (e). )).
- FIG. 6 (a) when the storage battery 17 cannot be charged, it is restricted only to the form transmitted to the electric power network 27 by the generated electric power from the windmill group B and the discharge from the storage battery 17.
- FIG. 6 (b) there is a time zone in which the power that can be generated exceeds the transmission plan as shown in FIG. 6 (c), compared to the transmission plan value that does not depend on the time.
- this time zone if the generated power of the wind turbine group B is not controlled, the storage battery 17 is charged for a chargeable time as shown in FIG. 6D, but thereafter the storage battery 17 can be charged. Therefore, power outside the power transmission plan flows to the power network 27.
- the control to suppress the generated power of the windmill group B is performed, so that FIG. As shown, the power can be transmitted as planned.
- control is performed to suppress the amount of power generated by the wind turbine generator 1. For example, control is performed in a direction to release the suppression.
- the power management control system incorporates the power generation prediction function and the power generation control function together.
- the wind turbine generator 1 generates power exceeding the planned transmission power, and even if there is no storage capacity of the storage battery 17, the generated power of the wind turbine generator 1 is reduced. It is possible to suppress and transmit power as planned. Therefore, it is possible to reduce the adjustment range of the storage battery 17 to be secured in preparation for the case where the generated power exceeds the prediction, thereby realizing a reduction in the capacity of the storage battery 17 and contributing to the promotion of the construction of a natural energy power plant with storage battery. Can do.
- the storage battery control device 15 inputs the charge / discharge amounts S17 related to the plurality of storage batteries 17 from the meter 26, and calculates the current storage amount and chargeable power for each storage battery 17. And the value which totaled all the chargeable electric power each calculated about the some storage battery 17 is used as storage battery chargeable electric power in the calculating formula at the time of calculating
- the power monitoring control device 11 controls the amount of charge per unit time for each storage battery 17 based on the chargeable power calculated for each storage battery 17.
- wind power generation is taken as an example of natural energy power generation, but the present invention is not limited to this.
- a program for realizing the functions described in the present embodiment is recorded on a computer-readable recording medium, and a program recorded on the recording medium is read by a computer system and executed, whereby each unit is recorded. Processing may be performed.
- the “computer system” here includes an OS (operating system) and hardware such as peripheral devices.
- the computer system includes a homepage providing environment (or display environment) if the WWW system is used.
- the computer-readable recording medium means a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, and a CD-ROM, and a storage device such as a hard disk built in the computer system.
- a computer-readable recording medium is a medium that dynamically holds a program for a short time, such as a communication line when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. Shall be included.
- a volatile memory inside a computer system serving as a server or a client includes a program that holds a program for a certain period of time.
- the program may be for realizing a part of the above-described functions, and may be capable of realizing the above-described functions in combination with a program already recorded in a computer system. .
- the present invention is applicable to a power management control system used for a storage battery-equipped natural energy power generation system.
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Abstract
風車群Bからの発電電力と蓄電池17から供給すべき電力とを合わせて電力ネットワーク27へ供給するようになされた発電システムにおいて、蓄電池17の蓄電量に応じて決まる単位時間当たりの充電可能電力の大小に基づいて風車群Bの発電電力を制御し、風車群Bの発電電力が蓄電池17の充電可能電力に依存する発電出力上限目標値を超えて大きくなった場合には風車群Bの発電電力を抑制することにより、風車群Bの発電電力が発電予測を上回る場合に備えて確保すべき蓄電池17の調整範囲を小さくすることができるようにする。
Description
本発明は、蓄電池併設型自然エネルギー発電システムに用いる電力管理制御システムに関するものである。
自然エネルギー発電は、自然エネルギーを原動力として発電するため、気象条件により発電出力が大きく変動し、電力ネットワーク(系統)に連系して送電するには限界がある。例えば風力発電の場合、自然風力を原動力として発電するため、風速などの変動に応じて発電出力が変動する。このため、風力発電により得られた電力を電力会社の電力ネットワークにそのまま連系して送電することが難しくなっている。
そこで、風力発電所に複数の蓄電池からなる蓄電設備を併設し、風速などの自然条件によって随時変動する発電出力を蓄電池に充電したり蓄電池から放電させたりすることにより、出力を安定化して電力ネットワークへ送電する事例が多くなりつつある(例えば、特許文献1参照)。また、風力発電により得られた電力を電力需要の少ない夜間に蓄えて、電力需要の多い昼間帯において電力ネットワークに連系して送電する事例も多くなりつつある。
上記特許文献1では、風力発電機の発電出力の変動を微小単位時間ごとに計測して、徴小単位時間内における風力発電機の発電出力の平均値を求める。そして、当該平均値と現時点での発電出力とを対比し、現時点での発電出力が平均値を上回った際には、発電出力のうち平均値に等しい分を電力ネットワークへ給電するとともに、発電出力のうち平均値を上回った分を電力貯蔵手段(蓄電池など)に蓄える。一方、現時点での発電出力が平均値を下回った際には、発電出力の全てを電力ネットワークへ給電するとともに、発電出力の平均値を下回った分を電力貯蔵手段から電力ネットワークへ給電する。このような制御により、風力発電出力を安定化させている。
その他、関連する文献として特許文献2~5がある。特許文献2には、送電系統および配電系統を制御する給電指令装置と連動する点が開示されている。特許文献3には、時刻別に予測する予測データを用いることで給電量を一定に維持する点が開示されている。特許文献4には、風力発電装置のような不安定な電源と送電線との間に電力制御インタフェースを設け、電気エネルギー貯蔵部、制御システムおよび電子補償モジュールが協働して、発電増加時には過剰な発電出力を貯蔵する一方、風力の変動による発電減少時には貯蔵されたエネルギーを放出する点が開示されている。特許文献5には、風車出力予想値に基づいて充放電スケジュールと平準化設定とを行う点が開示されている。
ところで、日本国内における電力取引は、受渡の前日およびそれ以前に送電計画を確定する必要がある(例えば、日本卸電力取引所など)。そのため、事前に送電計画が確定しない電力は、余剰電力として安価に取引され、送電計画に対し不足が発生した場合には、高価な補給電力を受ける仕組みとなっている。これに対して、上述の蓄電池併設型自然エネルギー発電システムであれば、自然条件により発電出力が変動する自然エネルギー発電であっても、蓄電池の充放電制御を行うことにより、予め定めた送電計画に従い送電することが可能となっている。
自然エネルギー発電においては、一般的に、事前に将来(例えば3日後まで)の単位時間(例えば1時間)あたりの発電量を予測し、予測発電量を参照して送電計画を策定する。現行の電力取引においては、受渡時と計画策定時との時間差が大きいため、発電量予測の精度向上が模索されているが(例えば、NEDOにおいて研究がなされている)、発電量の予測精度には限界がある。
例えば、実際の発電出力が予測を大幅に下回り、蓄電池からの放電によっても送電計画通りに送電することができない場合がある。その場合は、計画を変更することで対処せざるを得なくなり、不足した電力に対して割高な料金の補給を受けなければならなくなってしまう。一方、実際の発電出力が予測を大幅に上回り、余剰電力を蓄電池に充電しても送電計画通りに送電することができない場合は、電力ネットワークから解列して電力の流出を防止する運用を強いられる。または、計画外の電力を割安な単価で引き受けてもらう必要がある。そのため、供給量または供給単価が限定されるなど、採算性の悪化につながる問題があった。
これらの問題を回避するには、送電計画通りに確実に電力ネットワークに給電するために、事前に予測した発電量に対し実際の発電出力が大幅に過剰または不足となる場合に備える必要がある。しかしながら、その備えとして蓄電池の大容量化などが必要となり、蓄電池併設型の発電所建設にあたっての問題点となっていた。
すなわち、発電出力過剰の場合に備えて常に蓄電池の空き容量を確保しておくとともに、発電出力不足に備えて蓄電池の蓄電量を確保しておくという運用を強いられ、予測誤差を補うために蓄電池容量を大きくする必要がある。ところが、蓄電池自体の価格が高いこともあって、蓄電池の設置に要する費用が過大となってしまうだけでなく、蓄電池および交直変換装置を設置する設備が大がかりになってしまい、コストの観点から不利であるという問題があった。
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、蓄電池併設型自然エネルギー発電システムにおいて、送電計画に沿って電力ネットワークに電力を供給するために用いる蓄電池を小容量化できるようにすることを目的とする。
上記した課題を解決するために、本発明では、自然エネルギー発電装置からの発電電力と蓄電池から供給すべき電力とを合わせて電力ネットワークへ供給するようになされた発電システムにおいて、蓄電池の蓄電量に応じて決まる単位時間当たりの充電可能電力の大小に基づいて、自然エネルギー発電装置の発電電力を制御するようにしている。具体的には、自然エネルギー発電装置からの発電電力が、蓄電池の充電可能電力に依存する発電出力上限目標値より大きくなる場合に、自然エネルギー発電装置の発電電力を抑制するように制御する。
上記のように構成した本発明によれば、蓄電池の充放電の制御に加えて、自然エネルギー発電装置の発電電力の制御によって、電力ネットワークへ供給する電力の制御が行われる。このため、自然エネルギー発電装置からの発電電力が、蓄電池の充電可能電力に依存する発電出力上限目標値を超えて大きくなる場合でも、自然エネルギー発電装置の発電電力が抑制されて電力ネットワークへの電力供給が行われることとなる。これにより、自然エネルギー発電装置の発電電力が発電予測を上回る場合に備えて確保すべき蓄電池の調整範囲を小さくすることができ、それによって蓄電池の小容量化を実現することができる。すなわち、蓄電池を小容量化しても、電力ネットワークへの電力供給の制御を適切に行うことが可能となる。
以下、本発明の一実施形態による蓄電池併設型自然エネルギー発電システムにおける電力管理制御システムについて、図面を参照しながら説明する。図1は、本実施形態による蓄電池併設型自然エネルギー発電システムの例として風力発電システムAの構成例を示す機能ブロック図である。図1に示す風力発電システムAは、風車群Bにより発電された電力を電力ネットワーク27に対して供給する際の電力管理制御システムを含んでいる。
図1に示すように、風車群Bは、複数の風車発電装置1を備えており、光ケーブルネットワーク3を介して風車群制御装置5と接続されている。ここでは複数の風車発電装置1を備える例を挙げているが、風車発電装置1は1つであっても良い。風車群制御装置5は、風車群Bを制御するものであり、風車群制御装置5から風車群Bに対して、各風車発電装置1の発電出力上限目標候補値および制限解除指令S7,S8が送信される。逆に、風車群Bから風車群制御装置5に対して、各風車発電装置1の発電出力値S9,S10が送信される。風車群Bにおいて発電された電力は、一部が負荷35によって消費されるが、大部分が配線31,33を介して蓄電池17と電力ネットワーク27とに送電されるようになっている。
また、風車群制御装置5は、電力監視制御装置11との間で、風車群Bの発電出力上限目標候補値S11と、風車群Bでの発電出力値、風向、風速、力率、無効電力などの詳細なデータS12とをやり取りする。電力監視制御装置11は、風車群制御装置5からデータS12として供給される風速と、各風車発電装置1機器特性とに基づいて、風車群Bでの発電可能電力を算出する。電力監視制御装置11は、風力発電システムAの主制御部であって、外部の発電予測システム37および送電計画演算置41とも連携している。
発電予測システム37は、変動する自然条件に基づいて、複数の風力発電装置1におけるそれぞれの単位時間(例えば1時間)ごとの発電量を予測する。すなわち、発電予測システム37は、電力監視制御装置11より送られてくるデータS2(例えば気象データ、地形情報、風車発電装置1の立地条件、風車発電装置1の性能曲線、入力部7から入力される風車発電装置1の稼働情報データなど)を用いて発電量予測を行う。そして、生成した発電量予測データS1を電力監視制御装置11に送信する。
電力監視制御装置11は、送電計画演算装置41に対してデータS3(発電量予測データS1および蓄電量データS14)を送り、送電計画演算装置41から送電計画S5を受け取る。また、電力監視制御装置11は、蓄電池17の制御を行う蓄電池制御装置15を介して、蓄電池17のデータ(蓄電量、稼働情報、充電可能電力)S14,S16をリアルタイムに受け取り、蓄電池17へ充放電指令S13,S15を送信する。蓄電池制御装置15は、変圧器23と交直変換装置21との間に接続されたメータ26から蓄電池17の充放電量S17を入力し、蓄電池17の稼動情報と合わせて現在の蓄電量および充電可能電力を演算することができるようになっている。
ここで、蓄電池17の蓄電量および充電可能電力について説明する。蓄電量は、蓄電池17に対して実際に蓄電されている電力量を示す。例えば、蓄電池17の全容量が20,000kWh(例えば、単位時間当たり2,000kWの電力を10時間蓄積できるという定格とする)である場合、その全容量の半分まで蓄電されているとき、蓄電量は10,000kWhということになる。
また、充電可能電力は、蓄電池17に対して充電可能な単位時間当たりの電力(瞬時値)を示す。上述の例で言えば、2,000kWが充電可能電力ということになる。蓄電池17の全容量が同じ20,000kWhであっても、定格が異なれば、充電可能電力も異なる。例えば、単位時間当たり1,000kWの電力を20時間蓄積できるという定格の場合には、充電可能電力は1,000kWということになる。
この充電可能電力は、蓄電池17の蓄電量に応じて変動する。具体的には、蓄電池17が充電末近くまで充電されてくると、充電可能電力は定格よりも小さく設定される。例えば、定格で充電可能電力が2,000kWの場合、蓄電量が90%未満のときは定格通りに充電可能電力は2,000kWに設定されている。これに対し、蓄電量が90%以上95%未満になると、充電可能電力は例えば1,000kWに下げられる。さらに、蓄電量が95%以上100%未満になると充電可能電力は例えば500kWに下げられ、蓄電池17が満充電になると充電可能電力は0kWとなる。
このように充電可能電力を可変とするのは、蓄電池17に充電可能な残容量(マージン)が少ない状態になると、風力の大きな変動に対応できなくなるケースがあるからである。すなわち、充電末に近づくほど充電可能電力を小さくすることにより、蓄電池17への充電が行われにくくなるようにして、蓄電池17における充電のマージンを確保しやすくしている。
蓄電池17は、風車発電装置1で発電した電力の一部を、配線31、変圧器23および交直変換装置21を介して充電する。また、蓄電池17は、充電されている電力の一部を放電して、交直変換装置21、変圧器23および配線33を介して電力ネットワーク27に供給する。変圧器23と電力ネットワーク27との間の配線33には、電力を計測するメータ25が接続されており、メータ25から電力監視制御装置11に対して送電量S18が送られる。また、変圧器23と交直変換装置21との間に接続されたメータ26から蓄電池制御装置15に対して充放電量S17が送られ、風車群Bと変圧器23との間の配線31に接続されたメータ28から電力監視制御装置11に対して実際の発電電力S19が送られる。
なお、この風力発電システムAのオペレータは、蓄電池17の蓄電量と変動する自然条件に基づいて予測される風車群Bの発電電力とにより設定した発電出力上限目標候補値S6を入力部7から入力することができる。
図2は、蓄電池17の充放電制御に関する例を示す図である。電力監視制御装置11は、蓄電池制御装置15により演算された充電可能電力と、送電計画演算装置41により演算された送電計画値S5と、メータ28で計測された発電電力S19とに基づいて、充放電指令S13,S15を生成して蓄電池17へ送信する。
基本的には、電力監視制御装置11は、図2(a)に示すように、風車群Bの発電電力S19が送電計画値S5を上回っている場合には、当該上回った分を蓄電池17に充電するよう制御する。一方、風車群Bの発電電力S19が送電計画値S5を下回っている場合には、当該下回った分を蓄電池17から放電するよう制御する。
蓄電池制御装置15は、図2(b)に示すように、蓄電池17の蓄電量に基づいて充電可能電力を可変制御する。すなわち、蓄電池17に充電をした結果、蓄電池17の蓄電量が増えてくると、蓄電池制御装置15は充電可能電力を下げるように制御する。一方、蓄電池17から放電をした結果、蓄電池17の蓄電量が減ってくると、蓄電池制御装置15は充電可能電力を上げるように制御する。電力監視制御装置11は、このようにして可変された充電可能電力に基づき単位時間当たりの充電量を制御する。
次に、風力発電装置1の構成について、図3を参照しながら説明する。図3(a)は、風力発電装置1を側方から観察した断面図である。図3(a)に示すように、台座101上にタワー部が築かれ、タワー部の上部にはヨー角制御駆動装置150が設けられている。さらにその上部には、ヨー角制御駆動装置150の駆動によって水平面内で回転制御されるナセル120が配置されている。風車発電装置1の制御においては、風の向きが変わった場合、ブレード100のプロペラ回転面が常に風を真正面に受けるように制御することが望ましい。このときに変化させるのがヨー角であり、ヨー角の制御をヨー制御という。ヨー角は、ナセル120を水平面内で回転させることで変化させることができる。
プロペラ型風車の羽根(翼)部分であるブレード100は、ハブ(ブレード100の取り付け部分)を介して回転軸112に取り付けられ、ブレード100のピッチ角がピッチ角制御駆動装置160の駆動によって制御される。風のエネルギーを有効に活用するためには、風を受けるブレード100の角度を最適な状態にする必要があり、このときのブレード100の角度をピッチ角(ブレードアングル)という。上述のプロペラ回転面は、ブレード100が配置された回転軸112に対して垂直な面である。
ナセル120の内部には、回転軸112に繋がれた発電機130、増幅器(図示せず)などが格納されている。ナセル120の上部には、風向風速検出用光学系部210が配置されている。本体部200は、風向風速を算出するためのデータを風向風速検出用光学系部210から取り出して加工する。
本体部200で得られた風向風速データは、通信系を介して風向風速計信号処理部(以下、信号処理部とする)220に送られる。信号処理部220は、風向風速データに基づいて、風車に向かってくる風、すなわち近未来(数秒から数十秒後)に発電に利用する風の状況(風向風速および風の到達時間など)を予測し、これを風況予測データとして出力する。主に本体部200と風向風速検出用光学系部210と信号処理部220とによってレーザ式風向風速計が構成される。
この信号処理部220が算出した風況予測データは、通信系を介してコントローラ140に送信される。コントローラ140は、与えられた風況予測データを基に、ヨー角制御駆動装置150やピッチ角制御駆動装置160に通信系170,175を介して指令を与える。この指令に応じて、ヨー角制御駆動装置150がヨー角を変化させ、ピッチ角制御駆動装置160がピッチ角を変化させることにより、発電機130の高効率運転、すなわち風力エネルギーの高効率利用を可能にする。また、コントローラ140は、現在のヨー角、ピッチ角、風車軸回転数(回転数または回転速度)を常にスキャニングして把握している。
さらに、発電機130に繋がれた電力ケーブル(配線)31は、電力出力端となる電力ネットワーク27に変圧器23を介して接続されている。電力ケーブル31と電力ネットワーク27の間には、蓄電池17が、交直変換装置21、変圧器23を介して接続されている。
風車の回転数は、固定もしくは段階的にのみ変化可能なものか、あるいは定められた範囲内で連続的に変化可能なものとする。なお、ブレード100は風を受けて風力エネルギーを回転力に変換するものであり、このブレード100の回転エネルギーを電力に変換するのが発電機130である。また、コントローラ140もしくは他の制御機構は、ヨー角、風車回転数、現在の風向風速などの風力発電装置1制御に必要な諸量を取り込んで解析し、風力発電装置1の各制御駆動装置(例えば、ブレーキ設備など)にも制御指令を出している。
より簡単に構成を示すと、図3(b)に示すように、風車発電装置1は、風車内コントローラ140と、ヨー角制御駆動装置150と、ピッチ角制御駆動装置160(風車ハブ)160とにより構成されている。このような風車発電装置1を用いることで、ブレード100の角度を変更することができ、それにより、同じ風向・風力であっても、発電出力を有る程度制御することができるようになっている。
図4は、本実施形態による電力管理処理の主要な流れを示すフローチャートである。図4に示すように、電力管理処理が開始されると(ステップS101:START)、ステップS102において、電力監視制御装置11は、発電出力上限目標候補値の演算の自動・手動の設定を判定する(自動演算であるか否かを判定する)。自動演算でない場合には(ステップS102:NO)、ステップS103に進む。ここで、入力部7から電力監視制御装置11に発電出力上限目標候補値が入力されると、ステップS105に進む。
一方、自動演算の場合には(ステップS102:YES)、ステップS104に進み、電力監視制御装置11において、発電出力上限目標候補値を以下の演算式により演算する。
発電出力上限目標候補値=(送電計画電力+所内消費電力+蓄電池充電可能電力)×係数
発電出力上限目標候補値の制御を自動化する場合には、安全性を考慮して、この式のように1以下の係数を乗算するにより、(送電計画電力+所内消費電力+充電可能電力)よりも若干低い値に発電出力上限目標候補値を設定する。
発電出力上限目標候補値=(送電計画電力+所内消費電力+蓄電池充電可能電力)×係数
発電出力上限目標候補値の制御を自動化する場合には、安全性を考慮して、この式のように1以下の係数を乗算するにより、(送電計画電力+所内消費電力+充電可能電力)よりも若干低い値に発電出力上限目標候補値を設定する。
次いで、ステップS105において、ステップS103で入力された発電出力上限目標候補値(入力値)またはステップS104で自動演算された発電出力上限目標候補値(演算値)と、発電機定格出力(風車群Bの発電機定格出力合計)とを比較する。すなわち、発電出力上限目標候補値<発電機定格出力であるかどうかを判定する。ここで、ステップS105の比較結果がYESであれば、ステップS106において、発電出力上限目標値=発電出力上限目標候補値のように発電出力上限目標値を設定する。
次いで、ステップS107において、ステップS106で設定された発電出力上限目標値に風車群Bの発電電力が近づくように、それぞれの風車発電装置1のブレード100のヨー角やピッチ角を調整し、発電出力を制御する。そして、ステップS108に進み処理を終了する(END)。
一方、ステップS105の比較結果がNOの場合は、直接ステップS108に進み処理を終了する(END)。この場合には、蓄電池17において充放電に関する余裕があるため、風車の発電制御処理を行う必要がないためである。
なお、風車発電装置1における発電出力値を電力監視制御装置11に送り続けることで、常時変化する風力などに対応して、送電電力管理を継続して行うようにすることもできる。
図6に示すように、蓄電池17への充電ができない充電末状態に近い場合であれば、風車群Bにおける発電電力を抑制する。このようにすることにより、電力ネットワーク27への電力供給量を計画通りに維持しながら、蓄電池17への充電を行わないようにして、蓄電池17における充放電のマージンを確保しやすくすることができる。
以上のように、発電出力上限目標候補値(入力値または演算値)=(送電計画電力+所内消費電力+蓄電池充電可能電力)×係数<発電機定格出力であるかどうかの判断に基づいて、風車群Bの発電電力について制御を行う必要があるかどうかを決定している。そして、制御を行う必要有りと判断された場合のみ、風車群Bの発電電力を制御する構成としたことにより、蓄電池17の状態に応じて所定の送電電力を電力ネットワーク27に安定して供給することができる。
図5(b)は、図5(a)のようなシステムにおいて上述の構成および制御に基づいて得られる風車群Bの発電電力と、蓄電池17における充放電電力と、送電電力との時間変化の一例を示した図である。図5(b)に示すように、風車群Bの発電電力は、1日のうちで風力および風向により大きく変化することが分かる。この変動分を蓄電池17の充放電により吸収し、電力需要の高い時間帯に集中させるなど供給時間帯を自由に設定し、送電計画を工夫して電力ネットワーク27に電力を供給することができる。
上記の制御を行わない場合には、蓄電池17の数を多くするか大容量化して、風車群Bの発電電力の大きな変動分を蓄電池17の充放電により吸収できるようにする必要がある。一方、本実施形態による制御を行うことで、発電電力に大きな変動があっても、その変動分を蓄電池17のみでなく風車群Bの発電電力の制御により吸収することができる。これにより、小容量の蓄電池17を用いたり、蓄電池17の数を減らしたりしても、図5(b)に示すように所望の送電電力を得ることができるようになる。
以下に、本発明の具体的な実施例について説明する。図6は、蓄電池17が充電できない状態、すなわち、充電末に近い状態における電力の流れ(図6(a))と、送電・発電と時間との関係の例(図6(b)~(e))とを示す図である。図6(a)に示すように、蓄電池17への充電ができない場合には、風車群Bからの発電電力と蓄電池17からの放電とで電力ネットワーク27へ送電する形態のみに限られる。
図6(b)に示す時間に依存しない送電計画値に対して、図6(c)に示すように発電可能電力が送電計画を上回っている時間帯がある。この時間帯では、風車群Bの発電電力を制御しないと、図6(d)に示すように充電が可能な時間だけ蓄電池17への充電が行われるが、その後は蓄電池17への充電ができず、送電計画外の電力が電力ネットワーク27に流れてしまう。本実施形態によれば、図6(c)に示すように、蓄電池17への充電ができなくなった後は、風車群Bの発電電力を抑制する制御を行うことにより、図6(e)に示すように送電計画通りの送電ができるようになる。
なお、蓄電池17が放電できない状態、すなわち放電末に近い状態で、送電計画値に対して発電可能電力が下回っている場合には、風車発電装置1の発電電力量を抑制する制御を行っていればその抑制を解除する方向に制御を行う。
以上に詳しく説明したように、本実施形態による電力管理制御システムでは、発電予測機能と発電制御機能とを併せて組み込んでいる。これにより、送電量を事前に確定する取引において、風車発電装置1において送電計画電力を超過して発電し、さらに蓄電池17の貯蔵余力がない場合であっても、風車発電装置1の発電電力を抑制して送電計画通りに送電することができる。そのため、発電電力が予測を上回る場合に備えて確保すべき蓄電池17の調整範囲を縮小でき、それによって蓄電池17の小容量化を実現し、蓄電池併設型自然エネルギー発電所の建設促進に貢献することができる。
なお、上記実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎない。すなわち、本発明は、添付図面に図示されている構成等に限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
例えば、上記実施形態では蓄電池17を1つ備える例について説明したが、蓄電池17は複数であっても良い。この場合、蓄電池制御装置15は、メータ26から複数の蓄電池17に関する充放電量S17をそれぞれ入力し、それぞれの蓄電池17について現在の蓄電量および充電可能電力を演算する。そして、複数の蓄電池17についてそれぞれ演算した充電可能電力を全て合計した値を、発電出力上限目標候補値を求める際の演算式における蓄電池充電可能電力として用いる。電力監視制御装置11は、各蓄電池17について算出された充電可能電力に基づいて、各蓄電池17に対する単位時間当たりの充電量をそれぞれ制御する。
また、上記実施形態では自然エネルギー発電の一例として風力発電を例に挙げたが、これに限定されない。例えば、太陽光発電、太陽熱発電、地熱発電、波力発電など他の自然エネルギーを利用した発電システムに適用してもよい。
また、本実施形態で説明した機能を実現するためのブログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませて実行することにより、各部の処理を行うようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OS(オペレーティングシステム)や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、コンピュータシステムは、WWWシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)も含むものとする。
また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するものを含むものとする。また、サーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また、上記プログラムは、上述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに上述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
本発明は、蓄電池併設型自然エネルギー発電システムに用いる電力管理制御システムに利用可能である。
Claims (5)
- 自然エネルギー発電装置と上記自然エネルギー発電装置で発電した電力の一部を充放電する蓄電池とを備え、上記自然エネルギー発電装置からの発電電力と上記蓄電池から供給すべき電力とを合わせて電力ネットワークへ供給する蓄電池併設型の自然エネルギー発電システムにおける電力管理制御システムであって、
上記蓄電池の蓄電量に応じて決まる単位時間当たりの充電可能電力の大小に基づいて、上記自然エネルギー発電装置の発電電力を制御する電力監視制御装置を備えたことを特徴とする電力管理制御システム。 - 上記電力監視制御装置は、上記蓄電池の充電可能電力に依存する発電出力上限目標候補値と、上記自然エネルギー発電装置の定格出力値とを比較し、上記自然エネルギー発電装置の定格出力値の方が上記発電出力上限目標候補値よりも大きい場合に、上記発電出力上限目標候補値を発電出力上限目標値として上記自然エネルギー発電装置の発電電力を制御することを特徴とする請求項1に記載の電力管理制御システム。
- 上記自然エネルギー発電装置における単位時間ごとの発電量を予測する発電量予測データに基づいて、上記蓄電池の蓄電量を指定された範囲内に維持するように上記電力ネットワークへの送電計画を演算する送電計画演算手段を備え、当該送電計画に基づいて上記蓄電池の充放電量を制御し、上記送電計画に沿って上記電力ネットワークへ電力供給を行う蓄電池併設型の自然エネルギー発電システムにおける電力管理制御システムであって、
上記発電出力上限目標候補値は、(送電計画電力+所内消費電力+充電可能電力)×係数(1以下の値)により求められることを特徴とする請求項2に記載の電力管理制御システム。 - 上記自然エネルギー発電装置からの発電電力が上記発電出力上限目標値より大きい場合に、上記自然エネルギー発電装置の発電電力を抑制するように制御することを特徴とする請求項2項に記載の電力管理制御システム。
- 上記自然エネルギー発電装置は風力発電装置であり、風車のブレード角度を調整することにより上記発電電力を制御することを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の電力管理制御システム。
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