WO2013046657A1

WO2013046657A1 - 充放電システム

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Publication number: WO2013046657A1
Application number: PCT/JP2012/006136
Authority: WO
Inventors: 健司泰間
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2013-04-04
Also published as: JP2014233098A

Abstract

　蓄電池１０は、電力系統５０から充電、電力系統５０に放電、および負荷１５２に放電することが可能である。適正値決定部２４は、蓄電池１０のＳＯＣ（StateOfCharge）の適正値を、電力系統５０の運用主体からの指示に応じて電力系統５０と蓄電池１０との間で充放電する第１モード、および負荷１５２に電力を供給する第２モードの両方を参酌して決定する。充放電制御部２５は、適正値決定部２４により決定された適正値に、蓄電池１０のＳＯＣが近づくよう蓄電池１０を充電または放電する。

Description

充放電システム

　本発明は、蓄電池の充放電システムに関する。

　近年、大手電力会社以外が保有する発電機や、自然エネルギー（太陽光や風力など）をもとにした発電機が、送配電用の電力系統に連結されることが多くなってきている。これらの発電機により発電された電力は低品質なものが多く、アンシラリー機能が重要になってきている。アンシラリー機能とは、電力系統により送配電される電力の、周波数安定化などの電力品質を維持する機能を指す。以下、本明細書ではアンシラリー機能の代表例として周波数維持機能を取り上げる。

　送配電される電力は、需要が供給を超過した場合、瞬時に周波数が低下し、供給が需要を超過した場合、瞬時に周波数が上昇する性質がある。そこで、周波数が低下した場合、発電出力を増加させ、周波数が上昇した場合、発電出力を減少させるよう出力調整することが考えられる。

　当該出力調整の手法として、火力発電所のガスタービンの回転速度を変更することが考えられる。この手法は数分～１０分程度で発電出力を変更できる。この手法より短時間で電力供給を調整可能な手法として、電力系統に蓄電池（二次電池ともいう）を接続し、電力系統と蓄電池との間で充放電する手法が考えられる（たとえば、特許文献１参照）。この手法では、蓄電池の運用管理主体は、電力系統の運用管理主体からの充放電指示にしたがって、電力系統から充電または電力系統へ放電する。

　このようなアンシラリーサービスに使用される蓄電池は、大型施設（たとえば、病院など）の敷地内に設置されることが多い。この場合、大型施設の負荷にも電源供給することができ、蓄電池の用途を増やすことができる。

米国特許７８３９０２７号明細書

　蓄電池は寿命などの観点から、ＳＯＣ（State Of Charge）範囲内で使用されることが求められる。蓄電池をアンシラリーサービスに使用する場合も同様である。ＳＯＣとは満充電容量に対する残容量の割合を示す指標である。

　上述したように、蓄電池をアンシラリーサービスに使用している期間中、蓄電池の運用管理主体は、電力系統の運用管理主体から充電指示または放電指示を受ける。この指示は負荷変動や発電状況に応じて様々なパターンで出される。充電指示と放電指示がバランスよく出されることもあれば、充電指示が多数回連続することもあれば、放電指示が多数回連続することもある。したがって、蓄電池をアンシラリーサービスに使用する場合、蓄電池のＳＯＣの適正値を、ＳＯＣ範囲の中間に設定することが望ましい。

　一方、蓄電池を施設の負荷への電源として使用する場合、ＳＯＣの適正値を、ＳＯＣ範囲の上限に設定することが望ましい。たとえば、蓄電池を停電時のバックアップ電源として使用する場合や、平常時に施設に売電する場合において、蓄電池にできるだけ多く蓄電されている状態が望ましい。

　本発明はこうした状況に鑑みなされたものであり、その目的は、アンシラリーサービスを提供することも、施設の負荷に電源を供給することも可能な蓄電池を効率的に使用する技術を提供することにある。

　本発明のある態様の充放電システムは、電力系統から充電、電力系統に放電、および負荷に放電することが可能な蓄電池と、蓄電池の充放電を制御する制御装置と、を備える。制御装置は、蓄電池のＳＯＣの適正値を、電力系統の運用主体からの指示に応じて電力系統と蓄電池との間で充放電する第１モード、および負荷に電力を供給する第２モードの両方を参酌して決定する適正値決定部と、適正値決定部により決定された適正値に、蓄電池のＳＯＣが近づくよう蓄電池を充電または放電する充放電制御部と、を含む。

　本発明によれば、アンシラリーサービスを提供することも、施設の負荷に電源を供給することも可能な蓄電池を効率的に使用できる。

電力供給システムの全体構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る充放電システムを説明するための図である。一日の負荷の予測消費電力量推移の一例を示す図である。第１モードおよび第２モードの実行期間以外の期間における、制御装置によるＳＯＣ調整処理を説明するためのフローチャートである。第１モードの実行期間内における、制御装置によるＳＯＣ調整処理を説明するためのフローチャートである。充放電開始時刻決定部による充電開始時刻決定処理、および充放電制御部によるＳＯＣ調整のための充放電制御の一例を説明するための図である。充放電開始時刻決定部による充電開始時刻決定処理、および充放電制御部によるＳＯＣ調整のための充放電制御を説明するためのフローチャートである。充放電開始時刻決定部による充放電開始時刻決定処理、および充放電制御部によるＳＯＣ調整のための充放電制御の別の例を説明するための図である。

　図１は、電力供給システム５００の全体構成を示す図である。電力供給システム５００は、電力系統５０に、複数の発電所３０、複数の充放電システム１００、複数の需要者４０および系統運用装置２００が接続される構成である。充放電システム１００は、施設１５０に隣接して設置され、施設１５０の分電盤を介して電力系統５０に接続される。したがって、充放電システム１００は施設１５０の負荷にも電力を供給できる。本明細書では説明を簡略化するため、送電系統と配電系統を区別せずに両者をまとめて電力系統５０と表記する。

　施設１５０は、病院や学校などの公共施設であってもよいし、工場やデータセンターなどの民間施設であってもよい。施設１５０内またはその近傍に、充放電システム１００を構成する蓄電池を設置できるスペースがあればよい。

　電力供給システム５００の運営形態には様々な形態がある。日本では、基本的に地域独占の電力会社により電力供給システム５００全体が管理される形態であり、電力会社以外による電力の小売は認められていない（２０１１年９月現在）。各地域の電力会社はその地域の需要者４０に対して電力供給責任を負う。また、日本の電力会社は周波数制御サービスを実施することにより、高品質で安定した電力を需要者４０に供給している。

　一方、電力の小売が自由化されている国や地域もある。その代表例として、ＰＪＭ（Pennsylvania New Jersey Maryland）が挙げられる。ＰＪＭには、卸売電力取引所(ＰＸ;Power Exchange）および独立系統運用機関(ＩＳＯ;Independent System Operator)が設置されている。送電線を中心とする電力系統は電力会社が所有し、その運用をＩＳＯが行う仕組みである。ＰＪＭでは、設備容量市場、卸電力市場、周波数調整市場および金融的送電権市場が運営されている。

　電力系統５０に連結される発電所３０には、火力、原子力、水力、風力、太陽光など、様々な種類の発電所がある。火力発電所のエネルギー源は、主に、石炭、ガス、石油である。日本のように主力の発電所の多くを地域独占の電力会社が所有しているケースもあれば、ＰＪＭのように電力会社に加え、多くの独立発電事業者（ＩＰＰ;Independent Power Producer）が発電所を分散して所有しているケースもある。

　系統運用装置２００は、電力会社またはＩＳＯにより管理される装置である。系統運用装置２００は、電力系統５０の負荷変動（すなわち、電力の需要変動）を検知し、電力系統５０全体の需給バランスを維持するための指示を、発電所３０および充放電システム１００の少なくとも一方に与える。上述したように、需給バランスが崩れると系統周波数が変動する。系統周波数と基準周波数との差が±０．２Ｈｚを超えると、需要者４０側の一部の機器に悪影響が及ぶ可能性がある。また、系統周波数と基準周波数との差が数％に及ぶと、発電機に、タービン翼共振や発電機軸ねじれなどの不具合が発生する可能性がある。

　系統運用装置２００は、負荷変動に応じて発電出力を調整するよう発電所３０に通信ネットワークを介して指示することができる。具体的には、電力需要が電力供給を上回ると、発電出力を増加させるよう指示し、電力需要が電力供給を下回ると、発電出力を減少させるよう指示する。原子力発電や水力発電は短時間での出力調整が難しいため、発電所による出力調整は主に、火力発電所により行われる。

　系統運用装置２００は、負荷変動に応じて、電力系統５０に蓄電池から放電または電力系統５０から蓄電池に充電するよう充放電システム１００に通信ネットワークを介して指示することができる。具体的には、電力需要が電力供給を上回ると、電力系統５０に蓄電池から放電するよう指示し、電力需要が電力供給を下回ると、電力系統５０から蓄電池に充電するよう指示する。

　前者の火力発電所による発電出力の変更には数分から１０分程度かかる。後者の充放電システム１００による電力供給の調整は瞬時に可能であるため、瞬時の負荷変動に対して、とくに有効である。ＰＪＭには、自動発電制御（ＡＧＣ;Automatic Generation Control）による周波数調整市場と、充放電制御による周波数調整市場の両方がある。これらの市場が整備されていることにより、出力調整が困難な発電機しか保有しないＩＰＰでも新規参入が容易となる。すなわち、周波数調整市場で取引される周波数制御サービスに対価を支払うことにより、設備投資費用を抑えることができる。

　以下、本明細書では充放電システム１００による系統周波数の制御について説明する。また、周波数調整市場により収益を上げることを目的とした事業者（以下、蓄電事業者という）が存在し、その蓄電事業者が充放電システム１００を管理し、系統運用装置２００に周波数制御サービスを提供する例について説明する。この例では、その蓄電事業者は周波数制御サービスを提供していない期間、施設１５０に電力を小売りして収益を上げることができることとする。したがって、この例では、系統運用装置２００を管理する系統運用主体と、充放電システム１００の運用管理主体と、施設１５０の運営管理主体が異なることになる。

　図２は、本発明の実施の形態に係る充放電システム１００を説明するための図である。充放電システム１００は、蓄電池１０、スイッチ回路１１、双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ１２、抵抗Ｒ１、制御装置２０およびコンソール端末装置７０を備える。施設１５０は、分電盤１５１、負荷１５２および施設電力管理装置１５３を備える。図２において、実線の矢印は電力の流れを示し、破線の矢印は制御信号の流れを示す。

　蓄電池１０は、電力系統５０から充電、電力系統５０に放電、および施設１５０の負荷１５２に放電することが可能な電池である。蓄電池１０にはリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などが採用される。スイッチ回路１１は、蓄電池１０と、双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ１２および抵抗Ｒ１との間に設けられる。スイッチ回路１１は、制御装置２０からの指示に応じて、蓄電池１０から双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ１２および分電盤１５１に電流を流すか、分電盤１５１から双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ１２を介して蓄電池１０に電流を流すか、蓄電池１０から抵抗Ｒ１に電流を流すか、切り替える。

　双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ１２は、制御装置２０からの指示に応じて、分電盤１５１から供給される交流電力を直流電力に変換して蓄電池１０に供給するか、蓄電池１０から供給される直流電力を交流電力に変換して分電盤１５１に供給する。抵抗Ｒ１は蓄電池１０から供給されるエネルギーをジュール熱として大気に放出する。

　分電盤１５１は電力系統５０に接続され、施設１５０に属する各種の負荷に分電する。なお、図２および以下の説明では施設１５０に属する各種の負荷を総称して負荷１５２と表記する。また、分電盤１５１は充放電システム１００に接続され、蓄電池１０と電力系統５０との間の電力のやりとりを中継する。また、充放電システム１００の制御装置２０または施設電力管理装置１５３からの指示に応じて、蓄電池１０から流れる電流を負荷１５２に供給する。

　なお、図２では双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ１２と電力系統５０とが、施設１５０の分電盤１５１を介して接続される構成を描いているが、双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ１２と電力系統５０とが直接接続される構成であってもよい。

　施設電力管理装置１５３は、負荷１５２の電力市場状況を管理するための、サーバまたやＰＣなどで構築される装置である。施設電力管理装置１５３が保持するデータベースには、負荷１５２の毎日の消費電力推移（すなわち、負荷曲線）が蓄積される。施設電力管理装置１５３は、データベースに蓄積された過去の負荷曲線、明日の天気情報などをもとに、負荷１５２の将来の消費電力量推移（たとえば、明日の消費電力量推移）を予測する。この予測アルゴリズムについては、既存の一般的なものを使用すればよい。本実施の形態では、施設電力管理装置１５３は、この予測消費電力量推移を通信ネットワーク６０（たとえば、インターネット）を介して制御装置２０に通知する。

　施設電力管理装置１５３は、施設１５０の電力管理者の操作にしたがい、通信ネットワーク６０を介して制御装置２０に、蓄電池１０から負荷１５２への電力供給を依頼する。なお、この依頼はオフラインでなされてもよい。たとえば、停電により施設電力管理装置１５３が使用できない場合、施設１５０の電力管理者は、充放電システム１００の運用管理者に電話で依頼してもよいし、直接会って依頼してもよい。また、停電などの緊急時には蓄電池１０から負荷１５２へ電力が供給されるよう、施設１５０と蓄電事業者との間で事前契約が締結されていてもよい。

　また、施設１５０と蓄電事業者は、所定の時間帯に蓄電池１０から負荷１５２に両者が合意した対価で電力を供給する電力売買契約を、任意に締結できる。この売買契約はオンラインで締結されてもよいし、オフラインで締結されてもよい。前者の場合、施設電力管理装置１５３と、制御装置２０（コンソール端末装置７０を含む）とを使用して締結される。その際、制御装置２０が施設電力管理装置１５３の画面に各時間帯のオファーレートを表示させ、施設電力管理装置１５３がコンソール端末装置７０の画面に各時間帯のビットレートを表示させてもよい。

　通信ネットワーク６０に、系統運用装置２００、制御装置２０、コンソール端末装置７０および施設電力管理装置１５３が接続される。また、図示しない周波数制御サービスの取引所システムも接続される。本実施の形態では、ＰＪＭと同様に、周波数制御サービス市場として、一日前市場とリアルタイム市場の二種類があることを前提とする。

　たとえば、ＰＪＭの一日前市場はつぎのように運営されている。蓄電事業者は、周波数制御サービス提供日の前日の０時～１８時（１２～１６時を除く）に一時間単位で応札する。応札の最小単位は０．５ＭＷである。落札結果はサービス提供日の前日の２０時に通知される。決済価格は応札価格ではなく市場価格に決定される。市場価格は取引所で需要と供給が一致した価格である。なお、当該需要は当日の電力需要の予測値、当日の電力供給の予定値などから算出される。

　系統運用機関は、一日前市場で周波数制御用の補助電源を確保できる。しかしながら、当日の天気や発電所の稼働状況の変化などにより、電力の需給バランスが予想以上に拡大することがある。その場合、リアルタイム市場を開設して、追加的に周波数制御サービスへの参加者を募る。リアルタイム市場は電力の需給バランスが予想の範囲内の場合、開設されない。

　系統運用装置２００は、電力の需給バランスの変動に応じて、その時間に周波数制御サービスを提供している充放電システム１００の制御装置２０に、通信ネットワーク６０を介して充電指示信号または放電指示信号を送信する。系統運用装置２００は、充電指示信号または放電指示信号を定期的（たとえば、２秒または４秒に１回）に送信する。なお、充電および放電が必要ない周期では、信号を送信しなくてもよいし、待機指示信号を送信してもよい。

　以下、より具体的に説明する。系統運用装置２００は、電力の需給バランスを監視し、需給バランスにギャップが生じた場合、そのギャップを埋めるための電力量を算出する。放電が必要な場合、算出された電力量を放電するよう少なくとも一つの充放電システム１００の制御装置２０に放電指示信号を送信する。同様に、充電が必要な場合、算出された電力量を充電するよう少なくとも一つの充放電システム１００の制御装置２０に充電指示信号を送信する。

　系統運用装置２００は、各充放電システム１００の蓄電池１０の充電量と放電量をリアルタイムに管理し、各充放電システム１００の蓄電池１０の充電量と放電量とが可及的に等しくなるよう、放電指示および充電指示を発行すべき充放電システム１００を決定する。この放電指示および充電指示を発行すべき充放電システム１００を決定するためのアルゴリズムは、既存の一般的なアルゴリズムを使用すればよい。

　コンソール端末装置７０は、蓄電事業者のユーザが使用する、ＰＣなどで構築される装置である。コンソール端末装置７０は、蓄電池１０が設置されている場所の近隣に設置されていてもよいし、遠方に設置されていてもよい。一つの蓄電事業者が複数の充放電システム１００を運用管理する場合、その蓄電事業者のオペレーションルームに当該複数の充放電システム１００の共通のコンソール端末装置７０が設置されてもよい。

　コンソール端末装置７０は、蓄電事業者のユーザ操作にしたがい、周波数制御サービスの取引所システムにアクセスして、一日前市場またはリアルタイム市場に応札し、その落札結果を受領する。また、コンソール端末装置７０は、蓄電池１０から施設１５０の負荷１５２へ電力を供給する契約を締結するために使用される。また、コンソール端末装置７０は、蓄電事業者のユーザ操作にしたがい、制御装置２０の各種パラメータを設定変更したり、蓄電池１０、スイッチ回路１１、双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ１２および分電盤１５１を手動制御したりする。

　制御装置２０は、主に蓄電池１０の充放電を制御する。制御装置２０は、充放電指示受付部２１、操作指示受付部２２、ＳＯＣ監視部２３、適正値決定部２４、充放電制御部２５および充放電開始時刻決定部２６を含む。これらの構成は、ハードウエア的には、任意のプロセッサ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

　充放電指示受付部２１は、系統運用装置２００からの指示信号を受信する。より具体的には、一日前市場またはリアルタイム市場により落札した、周波数制御サービスを提供する期間に、系統運用装置２００から定期的に充電指示、放電指示または待機指示を受ける。蓄電事業者にとって、このサービス提供期間は、系統運用機関に対して、系統運用装置２００からの指示に応じて電力系統５０と蓄電池１０との間で充放電可能な状態に維持する義務を負う期間となる。

　以下、系統運用装置２００からの指示に応じて電力系統５０と蓄電池１０との間で充放電するモードを第１モードとよぶ。また、蓄電池１０から施設１５０の負荷１５２に電力を供給するモードを第２モードとよぶ。第１モードの実行期間は、蓄電池１０を電力系統５０の周波数制御用電源として系統運用機関に提供する期間である。第２モードの実行期間は、蓄電池１０を負荷１５２の電源として施設１５０に提供する期間である。

　操作指示受付部２２は、コンソール端末装置７０からの指示を受け付ける。ＳＯＣ監視部２３は、蓄電池１０のＳＯＣを継続的に取得して、その値を監視する。ＳＯＣの値は積算電流計などにより計測できる。なお、リチウムイオン電池では電圧計により計測できる。

　適正値決定部２４は、蓄電池１０のＳＯＣの適正値を決定する。第２モードだけを考えた場合、できるだけ多くのエネルギーを蓄積しておくことが好ましいため、蓄電池１０のＳＯＣの適正値は、蓄電池１０のＳＯＣ範囲の上限値に設定することが望ましい。すなわち、充電終止電圧に設定することが望ましい。

　これに対し、第１モードだけを考えた場合、蓄電池１０のＳＯＣの適正値は、蓄電池１０のＳＯＣ範囲の中間値近傍に設定することが望ましい。これは、系統運用装置２００から充電指示を受ける期待値と放電指示を受ける期待値が等しくなるというモデルに基づく。たとえば、ＳＯＣ範囲が１０％～９０％の場合、適正値を５０％～６０％程度に設定することが望ましい。一般的に、放電速度のほうが充電速度より速いため、ＳＯＣ範囲の中間値より所定の値、高く設定するとよい。

　本実施の形態では、蓄電池１０は第１モードと第２モードの両方で使用される。これに対応して、適正値決定部２４は、蓄電池１０のＳＯＣの適正値を、第１モードおよび第２モードの両方を参酌して決定する。たとえば、第１モード用のＳＯＣに所定の増分値（たとえば、１０％）を加えたＳＯＣを、第１モードおよび第２モードの両方が参酌されたＳＯＣの適正値としてもよい。

　また、施設電力管理装置１５３から負荷１５２の予測消費電力量推移が取得される場合、適正値決定部２４は、第１モード用のＳＯＣの適正値に、負荷１５２の予測消費電力量推移に応じた増分値を加えて、蓄電池１０のＳＯＣの適正値を決定してもよい。

　図３は、一日の負荷１５２の予測消費電力量推移の一例を示す図である。適正値決定部２４は、一日の負荷１５２の予測消費電力量推移の最小値を０とし、最大値を所定値（たとえば、１０）とし、各時刻の予測消費電力量をゼロから所定値の間で正規化する。適正値決定部２４は、各時刻において第１モード用のＳＯＣの適正値に、各時刻の正規化値を加算することにより、各時刻におけるＳＯＣの適正値を決定する。

　このような、第１モードおよび第２モードの両方が参酌されたＳＯＣの適正値は、リアルタイム市場の開催、施設１５０からの電力供給依頼のいずれにも対応すべく待機している蓄電池１０のＳＯＣの適正値として有効である。

　なお、経時変化などにより蓄電池１０の満充電容量が変化した場合、適正値決定部２４は、その変化に応じて、適正値に対応する容量値を変更する。

　図２に戻る。充放電制御部２５は、適正値決定部２４により決定された適正値に、蓄電池１０のＳＯＣが近づくよう蓄電池１０を充電または放電する。このＳＯＣ調整のための放電は、抵抗Ｒ１に電流を流すことにより行う。また、このＳＯＣ調整のための充電は、電力系統５０から充電してもよいし、発電機（たとえば、太陽光パネル）を併設している場合、当該発電機から充電してもよい。なお、このＳＯＣ調整のための充放電は、基本的に、第１モードおよび第２モードの実行期間以外の期間に、実施される。

　充放電制御部２５は、第１モードの開始時刻に蓄電池１０のＳＯＣを第１モード用のＳＯＣの適正値に近づくよう、蓄電池１０を充電または放電してもよい。また、充放電制御部２５は、第２モードの開始時刻に蓄電池１０のＳＯＣを第２モード用のＳＯＣの適正値に近づくよう、蓄電池１０を充電または放電してもよい。あらかじめ蓄電池１０のスケジュールが決定されている場合、モードが決定されている時間帯では、そのモード用のＳＯＣの適正値に、蓄電池１０のＳＯＣを近づけるよう制御してもよい。なお、停電や緊急のリアルタイム市場への参加など、モードの実行期間中に、異なるモードに遷移する可能性を考慮して、第１モードおよび第２モードの両方が参酌されたＳＯＣの適正値に、蓄電池１０のＳＯＣを近づけるよう制御してもよい。ＳＯＣ調整のための充放電の手法は、上述した手法と同様の手法を使用する。

　充放電制御部２５は、第１モードの実行期間内において、電力系統５０と蓄電池１０との間で電力のやりとりをする必要がない期間、蓄電池１０のＳＯＣが適正値決定部２４により決定された適正値に近づくよう蓄電池１０を充電または放電する。電力系統５０と蓄電池１０との間で電力のやりとりをする必要がない期間とは、系統運用装置２００から最後に受けた充電指示または放電指示に基づく充電または放電が終了後、つぎの充電指示および放電指示のいずれかを受けるまでの期間を指す。

　この制御は、一日前市場により落札された周波数制御サービスおよびリアルタイム市場で落札された周波数制御サービスの両方に適用可能である。とくに、蓄電池１０のＳＯＣとその適正値が離れている可能性が高い、リアルタイム市場で落札された周波数制御サービスに有効である。ＳＯＣ調整のための充放電の手法は、上述した手法と同様の手法を使用する。

　図４は、第１モードおよび第２モードの実行期間以外の期間における、制御装置２０によるＳＯＣ調整処理を説明するためのフローチャートである。コンソール端末装置７０は、蓄電事業者のユーザ操作にしたがい、周波数制御サービスの取引所システムにアクセスして、一日前市場に応札し、所定時間後の周波数制御サービスを落札する（Ｓ１０）。適正値決定部２４は、蓄電池１０のＳＯＣの適正値を決定し、充放電制御部２５に設定する（Ｓ１１）。この適正値は、第１モード用のＳＯＣの適正値であってもよいし、第１モードおよび第２モードの両方が参酌されたＳＯＣの適正値であってもよい。ＳＯＣ監視部２３は、蓄電池１０のＳＯＣを取得する（Ｓ１２）。

　充放電制御部２５は、取得されたＳＯＣと設定された適正値とを比較する（Ｓ１３）。両者が一致しない場合（Ｓ１３のＮ）、蓄電池１０を充放電制御する（Ｓ１４）。具体的には、当該ＳＯＣが当該適正値より高い場合、充放電制御部２５はスイッチ回路１１を制御して、蓄電池１０から抵抗Ｒ１に放電させる。一方、当該ＳＯＣが当該適正値より低い場合、充放電制御部２５はスイッチ回路１１、双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ１２および分電盤１５１を制御して、電力系統５０から蓄電池１０に充電させる。その後、ステップＳ１２に遷移し、蓄電池１０のＳＯＣの取得処理およびＳＯＣと適正値との比較処理が継続される。

　ステップＳ１３にて、ＳＯＣと適正値が一致した場合（Ｓ１３のＹ）、ＳＯＣ調整処理が終了する。なお、図示しないがつぎの第１モードの開始時刻が到来した場合、ＳＯＣと適正値が一致しない場合でも、ＳＯＣ調整処理が終了する。

　図５は、第１モードの実行期間内における、制御装置２０によるＳＯＣ調整処理を説明するためのフローチャートである。なお、図５のフローチャートを簡略化するため、適正値決定部２４によるＳＯＣの決定および設定処理については省略している。また、系統運用装置２００は、各充放電システム１００の制御装置２０に、周期的（たとえば、２秒または４秒に１回）に充電指示、放電指示または待機指示のいずれかを発行するものとする。

　第１モードの実行期間が開始すると、充放電システム１００は周波数制御サービスの提供を開始する（Ｓ２０）。充放電制御部２５は第１モードの実行期間が終了したか否か判定する（Ｓ２１）。終了した場合（Ｓ２１のＹ）、周波数制御サービスの提供を終了する。終了していない場合（Ｓ２１のＮ）、ステップＳ２２に遷移する。

　ＳＯＣ監視部２３は、蓄電池１０のＳＯＣを取得する（Ｓ２２）。充放電指示受付部２１は、系統運用装置２００から指示を受信する（Ｓ２３）。充放電制御部２５は、その指示が待機指示であるか否か判定する（Ｓ２４）。待機指示でない場合（Ｓ２４のＮ）、その指示は充電指示または放電指示となる。充放電制御部２５は、受信した充電指示または放電指示に応じて、蓄電池１０の充放電制御を実施する（Ｓ２５）。具体的には、充電指示の場合、電力系統５０から蓄電池１０に充電させ、放電指示の場合、蓄電池１０から電力系統５０に放電させる。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ２１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。

　ステップＳ２４にて、系統運用装置２００から受信した指示が待機指示である場合（Ｓ２４のＹ）、充放電制御部２５は、ＳＯＣ調整のための蓄電池１０の充放電制御を実施する（Ｓ２６）。具体的には、充電の場合、電力系統５０または発電機から充電し、放電の場合、抵抗Ｒ１に放電する。その後、この周期の処理を終了し、ステップＳ２１に遷移し、つぎの周期の処理に移る。したがって、待機指示が続く場合、ＳＯＣ調整のための充放電制御を継続することができる。

　図２に戻る。上述したように、充放電制御部２５はつぎの第１モードの開始時刻に、蓄電池１０のＳＯＣが第１モード用のＳＯＣの適正値または第１モードおよび第２モードを加味したＳＯＣの適正値になるよう、蓄電池１０を充電または放電する。

　充放電開始時刻決定部２６は、つぎの第１モードの開始時刻、蓄電池１０のＳＯＣの下限値、当該ＳＯＣの適正値および蓄電池１０の最大充電速度から、充電を開始すべき充電開始時刻を決定する。充放電制御部２５は、充放電開始時刻決定部２６により決定された充電開始時刻まで、蓄電池１０のＳＯＣを調整するための充電または放電を停止する。

　また、充放電開始時刻決定部２６は、つぎの第１モードの開始時刻、蓄電池１０のＳＯＣの上限値、当該ＳＯＣの適正値および蓄電池１０の最大放電速度から、放電を開始すべき放電開始時刻を決定する。充放電制御部２５は、充放電開始時刻決定部２６により決定された放電開始時刻まで、蓄電池１０のＳＯＣを調整するための充電または放電を停止する。

　図６は、充放電開始時刻決定部２６による充電開始時刻決定処理、および充放電制御部２５によるＳＯＣ調整のための充放電制御の一例を説明するための図である。図６では、蓄電池１０のＳＯＣ調整のために充電が必要となる場合について説明する。充放電開始時刻決定部２６は、つぎの第１モードの実行開始時刻ｔ２と、蓄電池１０のＳＯＣの下限値（図６の例では１０％）、第１モードの実行開始時刻ｔ２におけるＳＯＣの適正値（図６の例では６０％）および蓄電池１０の最大充電速度（図６では充電速度関数ｆｃで示す）から、充電開始時刻ｔ１を決定する。

　充放電制御部２５は、現時刻ｔ０から充電開始時刻ｔ１まで、蓄電池１０のＳＯＣを調整するための充電または放電を停止する。これにより、現時刻ｔ０から充電開始時刻ｔ１まで、施設１５０に売電することができ、収益機会を増やすことができる。なお、現時刻ｔ０から低速でＳＯＣ調整のための放電を開始した場合（矢印点線参照）、この収益機会をなくすことになる。充放電制御部２５は、充電開始時刻ｔ１からＳＯＣ調整のための充電を開始する。

　図７は、充放電開始時刻決定部２６による充電開始時刻決定処理、および充放電制御部２５によるＳＯＣ調整のための充放電制御を説明するためのフローチャートである。コンソール端末装置７０は、蓄電事業者のユーザ操作にしたがい、周波数制御サービスの取引所システムにアクセスして、一日前市場に応札し、所定時間後の周波数制御サービスを落札する（Ｓ３０）。適正値決定部２４は、蓄電池１０のＳＯＣの適正値を決定し、充放電制御部２５に設定する（Ｓ３１）。この適正値は、第１モード用のＳＯＣの適正値であってもよいし、第１モードおよび第２モードの両方が参酌されたＳＯＣの適正値であってもよい。

　充放電開始時刻決定部２６は、上記サービスの開始時刻と、蓄電池１０のＳＯＣの下限値、適正値決定部２４により決定されたＳＯＣの適正値および蓄電池１０の最大充電速度から、充電開始時刻を決定する（Ｓ３２）。ＳＯＣ監視部２３は、蓄電池１０のＳＯＣを取得する（Ｓ３３）。充放電制御部２５は、充放電開始時刻決定部２６により決定された充電開始時刻まで、ＳＯＣ調整のための充放電制御を停止する（Ｓ３４）。なお、取得されたＳＯＣが、ＳＯＣ範囲を超える場合は、ＳＯＣ調整のための充放電制御を実施する。

　充放電制御部２５は、充電開始時刻が到来したか否かを判定する（Ｓ３５）。到来していない場合（Ｓ３５のＮ）、ステップＳ３３に遷移して、充電開始時刻の到来を待つ。充電開始時刻が到来した場合（Ｓ３５のＹ）、充放電制御部２５は、ＳＯＣ調整のための蓄電池１０の充電制御を開始する（Ｓ３６）。図示しないが、蓄電池１０のＳＯＣの適正値に到達したら、当該充電制御を終了する。

　なお、充放電開始時刻決定部２６による放電開始時刻決定処理、および充放電制御部２５によるＳＯＣ調整のための充放電制御についても、基本的に同様のアルゴリズムで実現である。ステップＳ３２のＳＯＣ範囲の下限値をＳＯＣ範囲の上限値に、ステップＳ３２、ステップＳ３５およびステップＳ３６の充電を放電に読みかえればよい。

　図８は、充放電開始時刻決定部２６による充放電開始時刻決定処理、および充放電制御部２５によるＳＯＣ調整のための充放電制御の別の例を説明するための図である。充電開始時刻ｔ１ｃの決定方法は、図６の決定方法と同様である。充放電開始時刻決定部２６は、つぎの第１モードの実行開始時刻ｔ２と、蓄電池１０のＳＯＣの上限値（図８の例では９０％）、第１モードの実行開始時刻ｔ２におけるＳＯＣの適正値（図８の例では６０％）および蓄電池１０の最大放電速度（図８では放電速度関数ｆｄで示す）から、放電開始時刻ｔ１ｄを決定する。

　充放電制御部２５は、充電開始時刻ｔ１ｃに、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の下限値とＳＯＣの適正値との間にある場合、充電開始を延期する。充放電制御部２５は、蓄電池１０のＳＯＣと充電速度関数ｆｃが交わった時刻ｔ１ｃｉに充電を開始する。同様に、充放電制御部２５は、放電開始時刻ｔ１ｄに、蓄電池１０のＳＯＣがＳＯＣ範囲の上限値とＳＯＣの適正値との間にある場合、放電開始を延期する。充放電制御部２５は、蓄電池１０のＳＯＣと放電速度関数ｆｄが交わった時刻ｔ１ｄｉに放電を開始する。この例によれば、図６、７の例より、施設１５０に売電できる時間をさらに長くすることができ、収益機会をさらに増やすことができる。

　以上説明したように本実施の形態によれば、周波数制御サービスを提供することも、施設１５０の負荷１５２に電源を供給することも可能な蓄電池１０を効率的に使用できる。すなわち、待機中に両方の使用方法を加味したＳＯＣの適正値に、蓄電池１０のＳＯＣをできるだけ近づけるよう制御することにより、いずれの使用方法にも対処することができる。したがって、蓄電池１０の収益機会を増やし、蓄電池１０の経済的価値を高めることができる。

　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

　また、制御装置２０の充放電指示受付部２１、適正値決定部２４、充放電制御部２５、充放電開始時刻決定部２６の一部の機能を、コンソール端末装置７０または通信ネットワーク６０上の別の装置で担ってもよい。設計者は各種機能を、制御装置２０、コンソール端末装置７０、および別の装置に適宜、振り分けることができる。

　また、上述の実施の形態では、蓄電池１０を電力系統５０の周波数制御用電源として、有償で系統運用機関に提供する例を挙げたが、これに限るものではない。電力系統５０と充放電システム１００とを同じ電力会社が運営管理してもよい。この場合、当該電力会社は周波数制御サービスを無償で実施してもよいし、当該電力会社以外で発電所３０を所有する事業者から対価を得てもよい。

　また、上述の実施の形態では、蓄電事業者と施設１５０の運営管理者が異なる例を挙げたが、これに限るものではない。施設１５０の運営管理者が充放電システム１００を所有していてもよい。この場合、周波数制御サービスを提供していない期間、蓄電池１０から施設１５０の負荷１５２に無償で電力を供給できる。

　なお、本実施の形態に係る発明は、以下に記載する項目によって特定されてもよい。

［項目１］
　電力系統から充電、前記電力系統に放電、および負荷に放電することが可能な蓄電池と、
　前記蓄電池の充放電を制御する制御装置と、を備え、
　前記制御装置は、
　前記蓄電池のＳＯＣ（State Of Charge）の適正値を、前記電力系統の運用主体からの指示に応じて前記電力系統と前記蓄電池との間で充放電する第１モード、および前記負荷に電力を供給する第２モードの両方を参酌して決定する適正値決定部と、
　前記適正値決定部により決定された適正値に、前記蓄電池のＳＯＣが近づくよう前記蓄電池を充電または放電する充放電制御部と、
　を含む充放電システム。

［項目２］
　前記適正値決定部は、前記第１モード用のＳＯＣの適正値に、前記負荷の予測消費電力量推移に応じた増分値を加えて、前記蓄電池のＳＯＣの適正値を決定する項目１に記載の充放電システム。

［項目３］
　前記充放電制御部は、前記第１モードの実行期間内において、前記電力のやりとりをする必要がない時間に、前記蓄電池のＳＯＣが前記適正値に近づくよう前記蓄電池を充電または放電する項目１または２に記載の充放電システム。

［項目４］
　前記第１モードの実行期間は、前記蓄電池を前記電力系統の周波数制御用電源として、有償または無償で前記運用主体に提供する期間であり、
　前記第２モードの実行期間は、前記蓄電池を近隣施設の負荷の電源として、有償または無償で前記施設に提供する期間であり、
　前記充放電制御部は、前記第１モードおよび前記第２モードの実行期間以外の期間に、前記蓄電池のＳＯＣが前記適正値になるよう、前記蓄電池を充電または放電する項目１から３のいずれかに記載の充放電システム。

［項目５］
　前記充放電制御部は、つぎの第１モードの開始時刻に、前記蓄電池のＳＯＣが前記第１モード用のＳＯＣの適正値または前記第１モードおよび前記第２モードの両方が参酌されたＳＯＣの適正値になるよう、前記蓄電池を充電または放電し、
　前記充放電システムは、
　つぎの第１モードの開始時刻、前記蓄電池のＳＯＣの下限値、前記ＳＯＣの適正値および前記蓄電池の最大充電速度から、充電を開始すべき充電開始時刻を決定する開始時刻決定部をさらに含み、
　前記充放電制御部は、前記開始時刻決定部により決定された充電開始時刻まで前記蓄電池のＳＯＣを調整するための充電を停止する項目１に記載の充放電システム。

　１００　充放電システム、　１５０　施設、　２００　系統運用装置、　５００　電力供給システム、　１０　蓄電池、　１１　スイッチ回路、　１２　双方向ＡＣ－ＤＣコンバータ、　Ｒ１　抵抗、　２０　制御装置、　２１　充放電指示受付部、　２２　操作指示受付部、　２３　ＳＯＣ監視部、　２４　適正値決定部、　２５　充放電制御部、　２６　充放電開始時刻決定部、　１５１　分電盤、　１５２　負荷、　１５３　施設電力管理装置、　３０　発電所、　４０　需要者、　５０　電力系統、　６０　通信ネットワーク、　７０　コンソール端末装置。

　本発明は、蓄電池を用いたアンシラリーサービスに利用可能である。

Claims

　電力系統から充電、前記電力系統に放電、および負荷に放電することが可能な蓄電池と、
　前記蓄電池の充放電を制御する制御装置と、を備え、
　前記制御装置は、
　前記蓄電池のＳＯＣ（State Of Charge）の適正値を、前記電力系統の運用主体からの指示に応じて前記電力系統と前記蓄電池との間で充放電する第１モード、および前記負荷に電力を供給する第２モードの両方を参酌して決定する適正値決定部と、
　前記適正値決定部により決定された適正値に、前記蓄電池のＳＯＣが近づくよう前記蓄電池を充電または放電する充放電制御部と、
　を含む充放電システム。
　前記適正値決定部は、前記第１モード用のＳＯＣの適正値に、前記負荷の予測消費電力量推移に応じた増分値を加えて、前記蓄電池のＳＯＣの適正値を決定する請求項１に記載の充放電システム。
　前記充放電制御部は、前記第１モードの実行期間内において、前記電力のやりとりをする必要がない時間に、前記蓄電池のＳＯＣが前記適正値に近づくよう前記蓄電池を充電または放電する請求項１または２に記載の充放電システム。
　前記第１モードの実行期間は、前記蓄電池を前記電力系統の周波数制御用電源として、有償または無償で前記運用主体に提供する期間であり、
　前記第２モードの実行期間は、前記蓄電池を近隣施設の負荷の電源として、有償または無償で前記施設に提供する期間であり、
　前記充放電制御部は、前記第１モードおよび前記第２モードの実行期間以外の期間に、前記蓄電池のＳＯＣが前記適正値になるよう、前記蓄電池を充電または放電する請求項１から３のいずれかに記載の充放電システム。
　前記充放電制御部は、つぎの第１モードの開始時刻に、前記蓄電池のＳＯＣが前記第１モード用のＳＯＣの適正値または前記第１モードおよび前記第２モードの両方が参酌されたＳＯＣの適正値になるよう、前記蓄電池を充電または放電し、
　前記充放電システムは、
　つぎの第１モードの開始時刻、前記蓄電池のＳＯＣの下限値、前記ＳＯＣの適正値および前記蓄電池の最大充電速度から、充電を開始すべき充電開始時刻を決定する開始時刻決定部をさらに含み、
　前記充放電制御部は、前記開始時刻決定部により決定された充電開始時刻まで前記蓄電池のＳＯＣを調整するための充電を停止する請求項１に記載の充放電システム。