WO2021199125A1

WO2021199125A1 - 蓄電池システム、および交流電力の系統の周波数の変動を抑制する方法

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Publication number: WO2021199125A1
Application number: PCT/JP2020/014491
Authority: WO
Inventors: 浩毅石原
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2021-10-07
Also published as: US20230075738A1; EP4131764A1; JPWO2021199125A1; JP6888173B1; US11973347B2; EP4131764B1; EP4131764A4

Abstract

蓄電池システム（１３０）は、第１の蓄電装置（１２０Ａ）を備える。第１の蓄電装置（１２０Ａ）は、交流と直流とを変換するための第１の変換器（１２１Ａ）と、第１の蓄電池（１２２Ａ）と、第１の変換器（１２１Ａ）を制御する第１の制御部とを備え、電力供給のための系統に連系されている。第１の制御部は、系統の周波数を検出し、系統の周波数が第１の閾値を下回ったことに基づいて、第１の蓄電池（１２２Ａ）が系統に対して一定の有効電力を出力するように、第１の変換器（１２１Ａ）を制御する。

Description

蓄電池システム、および交流電力の系統の周波数の変動を抑制する方法

　本開示は、概して蓄電池システムに関し、より特定的には、蓄電池システムにおける系統の安定化のための制御に関する。

　近年、風力発電、地熱発電および太陽光発電等の再生可能エネルギーの利用が進んでいる。これらの再生可能エネルギーが普及することで、火力発電等の回転機（タービン）を使用した発電設備が減少することが予想される。電力系統に連系される回転機の数が減少すると、電力系統自体の慣性が低下する。その結果、災害時における電源脱落により、電力系統の周波数が急峻に低下する可能性がある。

　周波数の急峻な低下は、例えば、系統連系している再生可能エネルギーの一斉解列を誘発し、電力の需要と供給の均衡を大きく崩すことがある。このような現象が連鎖的に続くと、最悪の場合、すべての電源が脱落するブラックアウトに至る恐れがある。当該理由から、回転機の減少に起因する電力系統の急激な周波数の変動を抑制するための技術が求められている。

　周波数の変動を抑制するための技術に関し、例えば、特開２０１６－０１５８７５号公報（特許文献１）は、「基準周波数から、下限周波数または上限周波数までの区間を複数の蓄電池システムの台数に応じて複数の周波数範囲に分割する分割ステップと、現在の周波数を検出する検出ステップと、複数の周波数範囲うち、現在の周波数が属する周波数範囲が基準周波数から離れた周波数範囲であるほど、電力系統に放電するまたは電力系統から供給される電力を充電する蓄電池システムの台数が増加するように複数の蓄電池システムを制御する制御ステップとを有する」周波数制御装置を開示している（［要約］参照）。

特開２０１６－０１５８７５号公報

　特許文献１に開示された技術によると、蓄電池が有効電力を出力するときに電力系統の周波数が振動または発散する可能性がある。したがって、電力系統の周波数を振動または発散させることなく、電力系統の周波数の変動を抑制する技術が必要とされている。

　本開示は、上記のような背景に鑑みてなされたものであって、ある局面における目的は、電力系統の周波数を振動または発散させることなく、電力系統の周波数の変動を抑制する技術を提供することにある。

　ある実施の形態に従う蓄電池システムは、第１の蓄電装置を備える。第１の蓄電装置は、交流と直流とを変換するための第１の変換器と、第１の蓄電池と、第１の変換器を制御する第１の制御部とを備え、電力供給のための系統に連系されている。第１の制御部は、系統の周波数を検出し、系統の周波数が第１の閾値を下回ったことに基づいて、第１の蓄電池が系統に対して一定の有効電力を出力するように、第１の変換器を制御する。

　ある実施の形態に従うと、電力系統の周波数を振動または発散させることなく、電力系統の周波数の変動を抑制することが可能である。

　この開示内容の上記および他の目的、特徴、局面および利点は、添付の図面と関連して理解されるこの本開示に関する次の詳細な説明から明らかとなるであろう。

ある実施の形態に従う蓄電池システム１３０が連系される系統１０５の一例を示す図である。変換器１２１の構成の一例である。変換器１２１における制御部２０１内部のモジュール間のデータの流れの一例を示す図である。蓄電装置１２０Ａの動作手順の第１の例を示す図である。蓄電装置１２０Ｂの動作手順の一例を示す図である。発電機１００が脱落して系統１０５の周波数が下落した際に蓄電池システム１３０が動作した場合における、系統１０５の周波数の変化のシミュレーション結果の第１の例である。発電機１００が脱落して系統１０５の周波数が下落した際に蓄電池システム１３０が動作した場合における、系統１０５の周波数の変化のシミュレーション結果の第２の例である。蓄電装置１２０Ａの動作手順の第２の例を示す図である。ある実施の形態に従う蓄電池システムの第２の例を示す図である。ある実施の形態に従う蓄電池システムの第３の例を示す図である。

　以下、図面を参照しつつ、本開示に係る技術思想の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。これ以降の説明において、図面に同一または同じ種類の装置等の構成が複数存在する場合、「構成１０Ａ、構成１０Ｂ～構成１０Ｚ」のように表現することがある。それらを総称する場合、「構成１０」のように表現することがある。

　＜Ａ．蓄電池システムの概要＞
　図１は、本実施の形態に従う蓄電池システム１３０が連系される系統１０５の一例を示す図である。図１を参照して、蓄電池システム１３０の各構成と、蓄電池システム１３０の動作概要とについて説明する。ここでの系統１０５は、交流電力系統である。

　（Ａ－１．電力系統に連系される要素）
　発電機１００は、変圧器１１０を介して、系統１０５に連系される。発電機１００は、一例として、蒸気、ガス、水力等によって回転機を回転させ、その回転エネルギーを電気エネルギーに変換する回転機を備える。発電機１００は、変圧器１１０を介して、回転機が生成した電気エネルギーを系統１０５に供給する。

　発電機１００によって系統１０５に供給されたエネルギーの一部は、蓄電池システム１３０内の蓄電池１２２に充電される。発電機１００によって系統１０５に供給されたエネルギーの残りは、負荷１５０によって、消費される。

　単位時間当たりの電気エネルギーは電力と呼ばれ、電力の需要量と供給量のバランスが均衡していれば、系統１０５の周波数は一定に保たれる。電力の需要が電力の供給を上回れば系統１０５の周波数が低下し、電力の供給が電力の需要を上回れば系統の周波数は上昇する。

　一般に、発電機は調速機を付帯しており、発電機は当該調速機によって回転機の回転速度を制御することで、電力の需要量と電力の供給量との均衡を保ち、系統１０５の周波数の変動を抑制する。

　ある局面において、系統１０５に連系される発電機１００は、火力発電機、水力発電機または原子力発電機等の回転機を含むものであってもよい。また、他の局面において、系統１０５に連系される発電機１００は、風力発電機、太陽光発電機または地熱発電機等の再生可能エネルギーによる発電機であってもよい。また、別の局面において、系統１０５に連系される発電機１００は、これらの組み合わせであってもよい。

　なお、図１の例では、系統１０５に連系される発電機１００の数は２台であるが、これは一例であり、実施の形態はこれに限定されるものではない。本実施の形態に従う蓄電池システム１３０は、任意の数の発電機１００が連系される系統１０５で使用され得る。

　変圧器１１０は、各電力線間の電圧を変換する。一例として、変圧器１１０Ｃは、発電機１００Ｘと系統１０５との間で電圧を変換する。他の例として、変圧器１１０Ａは、蓄電装置１２０Ａと系統１０５との間で電圧を変換する。変圧器１１０は、使用される場所または用途等に応じて、任意のサイズ、耐圧のものが使用され得る。例えば、発電機１００Ｘの手前の変圧器１１０Ｘは、蓄電装置１２０Ａの手前の変圧器１１０Ａよりも大規模であり得る。ある局面において、変圧器１１０は、交流（ＡＣ：Alternating Current）の変圧を行なうためのＡＣ／ＡＣコンバーターと、直流（ＤＣ：Direct Current）と交流とを変換するためのＤＣ／ＡＣ（ＡＣ／ＤＣ）コンバーターとのいずれかまたは両方を含んでいてもよい。

　蓄電池システム１３０は、１以上の蓄電装置１２０を備える。図１に示す例では、蓄電池システム１３０は、蓄電装置１２０Ａと、蓄電装置１２０Ｂとを備える。蓄電装置１２０Ａは、変圧器１１０Ａを介して系統１０５に連系される。蓄電装置１２０Ｂは、変圧器１１０Ｂを介して系統１０５に連系される。なお、図１の例では、蓄電池システム１３０が含む蓄電装置１２０の数は２台であるが、これは一例であり、実施の形態はこれに限定されるものではない。ある局面において、蓄電池システム１３０は、任意の数の蓄電装置１２０を含み得る。他の局面において、蓄電池システム１３０が複数の蓄電装置１２０を含む場合において、各蓄電装置１２０は、図１に示すように近傍に在る必要はない。

　蓄電装置１２０は、系統１０５に供給される電力の一部を蓄電池１２２に充電する。また、蓄電装置１２０は、系統１０５の周波数が低下した場合、蓄電池１２２に充電された電力を系統１０５に出力する。蓄電装置１２０は、変換器１２１と、蓄電池１２２とを備える。

　変換器１２１は、交流と直流とを交換する。一般に、系統１０５は交流電力線であるが、蓄電池１２２は直流電力線に接続される必要がある。そこで、変換器１２１は、系統１０５と蓄電池１２２との間で交流および直流の相互変換を行なう。ある局面において、系統１０５に供給される電圧が十分に低ければ、変換器１２１は、変圧器１１０を介さずに、系統１０５に直接連系されてもよい。

　蓄電池１２２は、系統１０５から供給される電力を充電しておき、発電機１００が停止した場合等に、蓄えた電力を系統１０５に出力する。ある局面において、蓄電池１２２は、ナトリウム・硫黄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池、レドックスフロー電池等の任意の電池であってもよい。他の局面において、蓄電池１２２は、フライホイール、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタを含むキャパシタ類等の電気エネルギーを貯蔵し放出できる蓄電デバイスにより構成されてもよい。また、別の局面において、蓄電池１２２は、これらの組み合わせによって実現されてもよい。

　負荷１５０は、工場、一般の住居またはオフィス等電力を消費する任意の負荷を含む。より具体的には、負荷１５０は、これらの施設内の電気設備に相当する。

　（Ａ－２．蓄電池システムの基本的な動作）
　図１に示す例において、大規模災害、機器の故障により、発電機１００の一部または全てからの電力の供給量が瞬時的に減少または零になった場合、電力の需要量が電力の供給量を上回るため、系統１０５の周波数は急激に低下する。特に発電機の台数が少なく、慣性が低い電力系統ほど、電力系統の周波数の低下は急峻になる。調速機ではこのような短時間中に発生する系統の周波数の変動を抑制することができない。そこで、蓄電池システム１３０に含まれる蓄電装置１２０Ａおよび蓄電装置１２０Ｂの各々は、それぞれ以下のように動作することで、電力系統の周波数の低下を抑制する。

　蓄電装置１２０Ａは、系統１０５の周波数が予め定められた第１の閾値よりも低くなったことに基づいて、一定の有効電力を出力する。より具体的には、第１のステップにおいて、変換器１２１Ａは、周波数検出器（図示せず）により、系統１０５の電圧および周波数を検出する。その際、変換器１２１Ａは、周波数検出器により、変圧器１１０Ａの蓄電装置１２０Ａ側の電力線の電圧および周波数を検出してもよい。

　第２のステップにおいて、変換器１２１Ａは、系統１０５の周波数が、予め定められた第１の閾値よりも低いか否かを判定する。変換器１２１Ａは、系統１０５の周波数が、第１の閾値よりも低いと判定した場合、蓄電池１２２Ａから系統１０５に向けて一定の有効電力が出力されるように、変換器１２１Ａの内部の回路を切り替える。そうでない場合、変換器１２１Ａは、蓄電池１２２Ａが充電されるように変換器１２１Ａの内部の回路を維持する。

　上記のように、蓄電池１２２Ａから出力される電力は常に一定であるため、系統１０５の周波数が例え激しく変化しても、蓄電池１２２Ａからの出力される電力は変化しない。そのため、蓄電池システム１３０は、系統１０５の周波数の振動および発散を抑制し得る。

　蓄電装置１２０Ｂは、蓄電装置１２０Ａだけでは抑制できないほどに系統１０５の周波数が大きく低下したときに、系統１０５の周波数の変化量に基づいて変動する電力を出力する。言い換えれば、蓄電装置１２０Ｂは、系統１０５の周波数が第１の閾値よりも小さい第２の閾値よりも低くなったことに基づいて、系統１０５の周波数の変化量に基づいて変動する電力を出力する。

　より具体的には、第３のステップにおいて、変換器１２１Ｂは、周波数検出器（図示せず）により、系統１０５の電圧および周波数を検出する。その際、変換器１２１Ｂは、周波数検出器により、変圧器１１０Ｂの蓄電装置１２０Ｂ側の電力線の電圧および周波数を検出してもよい。なお、第３のステップの処理は、少なくとも第２のステップの処理の前に実行されてもよい。

　第４のステップにおいて、変換器１２１Ｂは、系統１０５の周波数が、予め定められた第２の閾値よりも低いか否かを判定する。変換器１２１Ｂは、系統１０５の周波数が、第２の閾値よりも低いと判定した場合、蓄電池１２２Ｂから系統１０５に向けて可変の有効電力が出力されるように、変換器１２１Ｂの内部の回路を切り替える。そうでない場合、変換器１２１Ｂは、蓄電池１２２Ｂが充電されるように変換器１２１Ｂの内部の回路を維持する。

　ある局面において、蓄電装置１２０Ｂは、系統１０５の周波数と、基準周波数との偏差に比例した有効電力を出力してもよい。他の局面において、蓄電装置１２０Ｂは、系統１０５の周波数と、基準周波数との偏差を比例積分した値に基づく有効電力を出力してもよい。ここでの「基準周波数」とは、一例として、系統１０５における正常時の周波数の代表値である。

　上記のように、系統１０５の周波数が一定の範囲内でのみ低下している場合（系統１０５の周波数の低下が第１の閾値未満であり、第２の閾値以上である場合）、蓄電装置１２０Ａのみが一定の有効電力を出力する。系統１０５の周波数が一定の範囲を超えて低下した場合（系統１０５の周波数の低下が第２の閾値未満である場合）、蓄電装置１２０Ａが一定の有効電力を出力すると共に、蓄電装置１２０Ｂも系統１０５の周波数と、基準周波数とに基づいて変化する有効電力を出力することで、系統１０５の周波数の急峻な低下を抑制する。

　蓄電池システム１３０により系統１０５の周波数が基準周波数付近まで回復した場合において、蓄電装置１２０Ｂが有効電力を出力し続けていると、系統１０５の周波数が振動または発散する可能性がある。なぜならば、系統１０５の周波数が基準周波数付近で上下することにより、それに比例して蓄電装置１２０Ｂが出力する有効電力も上下するためである。そこで、蓄電装置１２０Ｂは、蓄電装置１２０Ａよりも先に有効電力の出力を停止することで、系統１０５の周波数が振動または発散を抑制する。

　より具体的には、第５のステップにおいて、変換器１２１Ｂは、系統１０５の周波数が、第２の閾値以上であるか否かを判定する。変換器１２１Ｂは、系統１０５の周波数が、第２の閾値以上であると判定した場合、蓄電池１２２Ｂからの有効電力の出力を遮断するように、変換器１２１Ｂの内部の回路を切り替える。そうでない場合、変換器１２１Ｂは、蓄電池１２２Ｂから有効電力が出力されるように変換器１２１Ｂの内部の回路を維持する。ある局面において、変換器１２１Ｂは、蓄電池１２２Ｂからの有効電力の出力を徐々に減少させて停止するように、変換器１２１Ｂの内部の回路を切り替えてもよい。

　第６のステップにおいて、変換器１２１Ａは、系統１０５の周波数が、第３の閾値以上であるか否かを判定する。第３の閾値は、予め定められた閾値であり、第１の閾値以上であることが望ましい。変換器１２１Ａは、系統１０５の周波数が、第３の閾値以上であると判定した場合、蓄電池１２２Ａからの有効電力の出力を遮断するように、変換器１２１Ａの内部の回路を切り替える。そうでない場合、変換器１２１Ａは、蓄電池１２２Ａから有効電力が出力されるように変換器１２１Ａの内部の回路を維持する。

　上記のように、系統１０５の周波数の変化に基づいて変動する有効電力を出力する蓄電装置１２０Ｂが、蓄電装置１２０Ａよりも先に系統１０５への電力供給を停止することにより、系統１０５の周波数が基準周波数付近で振動または発散することを抑制し得る。

　これ以降の説明において、系統１０５の周波数の変化によらず一定の有効電力を出力する機能を有する蓄電装置１２０を「蓄電装置１２０Ａ」と呼ぶ。また、系統１０５の周波数の変化に基づいて変動する有効電力を出力する機能を有する蓄電装置１２０を「蓄電装置１２０Ｂ」と呼ぶ。

　＜Ｂ．蓄電装置の構成＞
　図２は変換器１２１の構成の一例である。変換器１２１は、制御部２０１と、回路２０２とを含む。制御部２０１は、変換器１２１全体を制御する。ある局面において、制御部２０１は、ハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせによって実現されてもよい。また、他の局面において、制御部２０１は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、汎用のプロセッサー、複数の部品を集めたモジュールまたはＰＣＢ（Printed Circuit Board）等を含んでいてもよい。

　制御部２０１がソフトウェアを実行する場合、制御部２０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（図示せず）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）（図示せず）とを含む。さらに、制御部２０１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）（図示せず）を含んでもよい。

　ＣＰＵは、ＲＡＭに読み込まれた各種プログラムおよびデータを実行または参照する。ＲＡＭは、ＣＰＵによって実行されるプログラムと、ＣＰＵによって参照されるデータとを格納する。ある局面において、ＲＡＭは、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）またはＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）であってもよい。

　ＲＯＭは、不揮発性メモリーであり、ＣＰＵによって実行されるプログラムを格納してもよい。その場合、ＣＰＵは、ＲＯＭからＲＡＭに読み出されたプログラムを実行する。ある局面において、ＲＯＭは、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）またはフラッシュメモリーであってもよい。

　制御部２０１は、さらに、プログラムおよびデータ等を記憶するための記憶装置（図示せず）を含んでいてもよい。ある局面において、記憶装置は制御部２０１の外部に設置されてもよい。

　記憶装置は、ＣＰＵが実行または参照する任意のプログラムおよびデータを保存し得る。ある局面において、記憶装置は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）であってもよい。ＣＰＵは、必要に応じて各種プログラムを記憶装置からＲＡＭに読み込み、当該読み込まれたプログラムを実行することができる。

　制御部２０１は、周波数検出器により、変圧器１１０および蓄電装置１２０の間の電力線の電圧および周波数を検出する。制御部２０１は、検出した周波数に基づいて、系統１０５の電圧および周波数を検出し得る。ある局面において、制御部２０１は、系統１０５の電圧および周波数を直接検出してもよい。他の局面において、周波数検出器は、制御部２０１に内蔵されていてもよいし、制御部２０１の外部に設けられていてもよい。

　回路２０２は、蓄電池１２２と系統１０５との間の電力の流れを制御する。回路２０２は、一例として、インバーター（ＤＣ／ＡＣコンバーター）と、コンバーター（ＡＣ／ＤＣコンバーター）とを含み得る。ある局面において、回路２０２は、ＤＣ／ＤＣコンバーターを含んでいてもよい。他の局面において、回路２０２は、ＡＣ／ＡＣコンバーターを含んでいてもよい。

　制御部２０１は、周波数検出器の検出結果に基づいて、インバーター、コンバーター、またはこれらの周辺回路を制御するスイッチング指令を回路２０２に出力する。そうすることで、制御部２０１は、蓄電池１２２および系統１０５の間の電力の流れの向き、または電力の量を調節し得る。

　図３は、変換器１２１における制御部２０１内部のモジュール間のデータの流れの一例を示す図である。図３に示す各構成は、制御部２０１が実行するプログラムモジュールであってもよいし、制御部２０１に組み込まれたハードウェアであってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。また、一部の構成は、制御部２０１の外部に設けられてもよい。

　周波数検出器３０１は、連系点電圧３１１を検出する。周波数検出器３０１は、この連系点電圧３１１を回転座標系に変換すると同時に、連系点の周波数３１２を検出する。ここでの「連系点」は、蓄電装置１２０と系統１０５との接続点である。言い換えれば、連系点は、蓄電装置１２０と系統１０５との間にある変圧器１１０付近を指す。周波数検出器３０１は、有効電力指令値生成部３０２に、連系点の周波数３１２を出力する。

　有効電力指令値生成部３０２は、入力された連系点の周波数３１２に応じて有効電力指令値３１３を生成する。有効電力指令値生成部３０２は、有効電力制御部３０３に、生成した有効電力指令値３１３を出力する。

　有効電力制御部３０３は、制御部２０１によりフィードバック検出された有効電力が有効電力指令値３１３に追従するように有効電流指令値３１４を生成する。有効電力制御部３０３は、有効電流制御部３０４に、有効電流指令値３１４を出力する。

　有効電流制御部３０４は、制御部２０１によりフィードバック検出された有効電流が有効電流指令値３１４に追従するように変調率３１５を生成する。有効電流制御部３０４は、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation)処理部３０５に、変調率３１５を出力する。

　ＰＷＭ処理部３０５は、変調率３１５を回路２０２に含まれる各スイッチのオン／オフ指令３１６へと変換する。ＰＷＭ処理部３０５は、オン／オフ指令３１６（スイッチング指令）を回路の２０２に出力する。回路２０２の各スイッチは、制御部２０１が生成したオン／オフ指令によって、オン／オフ動作を切り替える。

　なお、図３に示す制御部２０１の構成は一例であり、制御部２０１の実現例はこれに限られない。ある局面において、制御部２０１は、無効電力制御または電圧制御機能を実現するためのハードウェア、ソフトウェアを含み得る。

　＜Ｃ．蓄電装置の処理手順＞
　図４は、蓄電装置１２０Ａの動作手順の第１の例を示す図である。ある局面において、蓄電装置１２０Ａの制御部２０１は、図４の処理を行うためのプログラムをＲＯＭまたは記憶装置からＲＡＭに読み込んで、当該プログラムを実行してもよい。他の局面において、当該処理の一部または全部は、当該処理を実行するように構成された回路素子の組み合わせとしても実現され得る。

　ステップＳ４１０において、制御部２０１は、周波数検出器３０１により、系統１０５の周波数を検出する。ステップＳ４２０において、制御部２０１は、検出した系統１０５の周波数が、第１の閾値未満であるか否かを判定する。ある局面において、制御部２０１は、第１の閾値のデータをＲＯＭまたは記憶装置からＲＡＭに読み出して参照してもよい。

　制御部２０１は、検出した系統１０５の周波数が第１の閾値未満であると判定した場合（ステップＳ４２０にてＹＥＳ）、制御をステップＳ４３０に移す。そうでない場合（ステップＳ４２０にてＮＯ）、制御部２０１は、制御をステップＳ４１０に移す。

　ステップＳ４３０において、制御部２０１は、蓄電池１２２Ａから系統１０５に一定の有効電力を出力するように、スイッチング指令を回路２０２に出力する。回路２０２は、入力されたスイッチング指令に基づいて、内部のスイッチのオン／オフを実行する。

　図５は、蓄電装置１２０Ｂの動作手順の一例を示す図である。ある局面において、蓄電装置１２０Ｂの制御部２０１は、図５の処理を行うためのプログラムをＲＯＭまたは記憶装置からＲＡＭに読み込んで、当該プログラムを実行してもよい。他の局面において、当該処理の一部または全部は、当該処理を実行するように構成された回路素子の組み合わせとしても実現され得る。

　ステップＳ５１０において、制御部２０１は、周波数検出器３０１により、系統１０５の周波数を検出する。ステップＳ５２０において、制御部２０１は、検出した系統１０５の周波数が第２の閾値未満であるか否かを判定する。ある局面において、制御部２０１は、第２の閾値のデータをＲＯＭまたは記憶装置からＲＡＭに読み出して、その読み出した第２の閾値のデータを参照してもよい。

　制御部２０１は、検出した系統１０５の周波数が、第２の閾値未満であると判定した場合（ステップＳ５２０にてＹＥＳ）、制御をステップＳ５３０に移す。そうでない場合（ステップＳ５２０にてＮＯ）、制御部２０１は、制御をステップＳ５１０に移す。

　ステップＳ５３０において、制御部２０１は、基準周波数と、検出した系統１０５の周波数との偏差を算出する。ステップＳ５４０において、制御部２０１は、蓄電池１２２Ｂから系統１０５に対して基準周波数と検出した系統１０５の周波数との偏差に比例した有効電力を出力するように、スイッチング指令を回路２０２に出力する。回路２０２は、入力されたスイッチング指令に基づいて、内部のスイッチのオン／オフを実行する。ある局面において、制御部２０１は、蓄電池１２２Ｂから系統１０５に対して基準周波数と検出した系統１０５の周波数との偏差を比例積分した値に基づく有効電力を出力するように、スイッチング指令を回路２０２に出力してもよい。

　ステップＳ５５０において、制御部２０１は、検出した系統１０５の周波数が第２の閾値以上であるか否かを判定する。言い換えれば、制御部２０１は、低下した系統１０５の周波数が第２の閾値以上まで回復したか否かを判定する。制御部２０１は、検出した系統１０５の周波数が第２の閾値以上であると判定した場合（ステップＳ５５０にてＹＥＳ）、制御をステップＳ５６０に移す。そうでない場合（ステップＳ５５０にてＮＯ）、制御部２０１は、制御をステップＳ５１０に移す。

　ステップＳ５６０において、制御部２０１は、蓄電池１２２Ｂから系統１０５への有効電力の出力を停止するように、スイッチング指令を回路２０２に出力する。ある局面において、制御部２０１は、蓄電池１２２Ｂから系統１０５への有効電力の出力を徐々に減少させて停止するように、スイッチング指令を回路２０２に出力してもよい。

　図６は発電機１００が脱落して系統１０５の周波数が下落した際に蓄電池システム１３０が動作した場合における、系統１０５の周波数の変化のシミュレーション結果の第１の例である。図６に示す例では、基準周波数は５０Ｈｚである。

　グラフ６１０は、蓄電池システム１３０が蓄電装置１２０Ｂのみを含む場合の系統１０５の周波数の変化量を示す。グラフ６２０は、蓄電池システム１３０が蓄電装置１２０Ａおよび蓄電装置１２０Ｂを含む場合の系統１０５の周波数の変化量を示す。

　グラフ６１０とグラフ６２０とを比較すると、系統１０５の周波数が下落した際に、蓄電装置１２０Ａが一定の有効電力を出力することで、蓄電装置１２０Ｂだけの場合と比較して、系統の周波数の下落をより効果的に抑制している。その結果、系統１０５の周波数は、より短時間で、基準周波数に復帰している。このことから、一定の有効電力を出力する蓄電装置１２０Ａは、系統１０５の周波数の下落の抑制に効果的であることがわかる。

　蓄電池システム１３０が複数存在する場合は、各蓄電池システム１３０の設置位置、各蓄電池システム１３０が系統１０５の周波数の検出に要する時間、各蓄電池システム１３０が有効電力出力に要する時間等がそれぞれ異なることが想定される。仮に、蓄電池システム１３０が周波数に依存した有効電力を出力する蓄電装置１２０Ｂのみを備える場合、各蓄電池システム１３０の応答のばらつきによって系統１０５の周波数が振動・発散する可能性がある。

　そこで、蓄電池システム１３０は、周波数に依存せず有効電力を出力する蓄電装置１２０Ａを備えることで、系統１０５の周波数の振動・発散の発生を抑制し、系統１０５を安定させることができる。

　例えば、蓄電装置１２０Ａが有効電力を出力したことによって系統１０５の周波数の下落が抑制された後に、蓄電装置１２０Ｂが系統１０５の周波数に応じた有効電力を出力することによって、系統内の電力の需要と供給のバランスを調整することができる。なお、蓄電装置１２０Ｂは、系統１０５の周波数が第２の閾値以上になると、有効電力の出力を徐々に減らすか、または停止する。

　図７は発電機１００が脱落して系統１０５の周波数が下落した際に蓄電池システム１３０が動作した場合における、系統１０５の周波数の変化のシミュレーション結果の第２の例である。図７に示す例では、基準周波数は５０Ｈｚであり、蓄電装置１２０Ｂは、系統１０５の周波数と基準周波数との偏差の比例積分の値に応じた有効電力を出力する。

　グラフ７１０は、蓄電池システム１３０が蓄電装置１２０Ｂのみを含む場合の系統１０５の周波数の変化量を示す。グラフ７２０は、蓄電池システム１３０が蓄電装置１２０Ａおよび蓄電装置１２０Ｂを含む場合の系統１０５の周波数の変化量を示す。

　グラフ７１０を参照すると、蓄電池システム１３０が蓄電装置１２０Ｂのみを備える場合、蓄電装置１２０Ｂから系統１０５への有効電力の供給によって、系統１０５の周波数が振動しており、系統が不安定状態に陥っていることがわかる。

　一方、蓄電池システム１３０が蓄電装置１２０Ａおよび蓄電装置１２０Ｂの両方を備える場合、蓄電装置１２０Ａおよび蓄電装置１２０Ｂから系統１０５への有効電力の供給によって、系統１０５が不安定状態に陥ることなく、系統１０５の基準周波数に復帰していることがわかる。なお、グラフ７２０において、蓄電装置１２０Ｂは、系統１０５の周波数が第２の閾値以上になると、徐々に有効電力の出力を徐々に減らすか、または停止する。

　図６および図７に示すように、蓄電池システム１３０は、系統１０５の周波数と基準周波数との偏差の比例に基づいて有効電力の出力を変化させる蓄電装置１２０Ｂだけでなく、一定の有効電力を出力する蓄電装置１２０Ａを備えることで、有効電力の過剰な出力による系統１０５の周波数の振動・発散の発生を抑制し、系統１０５を安定させることができる。

　図８は、蓄電装置１２０Ａの動作手順の第２の例を示す図である。ある局面において、蓄電装置１２０Ａの制御部２０１は、図８の処理を行うためのプログラムをＲＯＭまたは記憶装置からＲＡＭに読み込んで、当該プログラムを実行してもよい。他の局面において、当該処理の一部または全部は、当該処理を実行するように構成された回路素子の組み合わせとしても実現され得る。

　ステップＳ８１０において、制御部２０１は、周波数検出器３０１により、系統１０５の周波数を検出する。ステップＳ８２０において、制御部２０１は、検出した系統１０５の周波数が第１の閾値未満であるか否かを判定する。

　制御部２０１は、検出した系統１０５の周波数が、第１の閾値未満であると判定した場合（ステップＳ８２０にてＹＥＳ）、制御をステップＳ８３０に移す。そうでない場合（ステップＳ８２０にてＮＯ）、制御部２０１は、制御をステップＳ８１０に移す。

　ステップＳ８３０において、制御部２０１は、蓄電池１２２Ａから系統１０５に一定の有効電力を出力するように、スイッチング指令を回路２０２に出力する。回路２０２は、入力されたスイッチング指令に基づいて、その内部のスイッチのオン／オフを実行する。

　ステップＳ８４０において、制御部２０１は、予め定められた一定の時間以上の間、蓄電池１２２Ａが一定の有効電力を出力したか否かを判定する。制御部２０１は、一定の時間以上の間、蓄電池１２２Ａが一定の有効電力を出力したと判定した場合（ステップＳ８４０にてＹＥＳ）、制御をステップＳ８５０に移す。そうでない場合（ステップＳ８４０にてＮＯ）、制御部２０１は、制御をステップＳ８３０に移す。

　ステップＳ８５０において、制御部２０１は、系統１０５の周波数が第３の閾値以上であるか否かを判定する。ある局面において、第３の閾値は、第１の閾値以上の値であってもよい。他の局面において、制御部２０１は、第３の閾値のデータをＲＯＭまたは記憶装置からＲＡＭに読み出して、その読み出したデータを参照してもよい。

　制御部２０１は、系統１０５の周波数が第３の閾値以上であると判定した場合（ステップＳ８５０にてＹＥＳ）、制御をステップＳ８６０に移す。そうでない場合（ステップＳ８５０にてＮＯ）、制御部２０１は、制御をステップＳ８３０に移す。

　ステップＳ８６０において、制御部２０１は、蓄電池１２２Ａから系統１０５に出力される有効電力を徐々に０に近づけるように、スイッチング指令を回路２０２に出力する。なお、有効電力は、系統１０５の周波数に依存するか否かに係わらず、遅い時定数で緩やかに０に近づくことが望ましい。例えば、現状の出力からランプ状に０に近づける方法が考えられる。その場合、蓄電装置１２０Ａの有効電力の出力の減少によって、電力の需要と供給の均衡が崩れる場合もあるが、蓄電装置１２０Ｂおよび系統に連系する発電機１００の出力増加によって電力の需要と供給の均衡を調整することができる。

　上記の処理により、蓄電装置１２０Ａは蓄電池１２２Ａの充電状態が０になる前に有効電力の出力を減少させることができる。さらに、蓄電装置１２０Ａは、有効電力の出力を遅い時定数で緩やかに０に近づけることで、電力の需要と供給の均衡が急激に崩れることを抑制し得る。

　ある局面において、制御部２０１は、有効電力出力時間が一定の時間を超過し、かつ系統１０５の周波数が第３の閾値以上である場合に限定して、徐々に有効電力出力値を０に近づけてもよい。他の局面において、制御部２０１は、有効電力出力時間が一定の時間を超過している場合、系統１０５の周波数が第３の閾値以上であるか否かに係わらず、徐々に有効電力出力値を０に近づけてもよい。

　＜Ｄ．蓄電池システムの他の構成＞
　図９は、本実施の形態に従う蓄電池システムの第２の例を示す図である。図９に示す例では、蓄電池システム９３０は、管理装置９００と連携する点で、図１に示す蓄電池システム１３０と異なる。

　管理装置９００は、複数の蓄電装置１２０の各々に通信路によって接続されている。通信路は、無線でも有線でもよい。管理装置９００は、複数の蓄電装置１２０の各々から状態情報を取得し、一定時間ごとに複数の蓄電装置１２０の各々に指令を送信し得る。

　ここでの「状態情報」とは、各蓄電装置１２０の充電状態、有効電力の入力・出力の履歴等を含み得る。また、ここでの「指令」とは、各蓄電装置１２０の役割の付与、蓄電装置１２０Ａとして選定された蓄電装置１２０に対する第３の閾値、および各蓄電装置１２０が出力する有効電力の設定等を含む。管理装置９００は、状態情報に基づいて、指令に含める情報の種類およびパラメーター等を変更し得る。

　一例として、管理装置９００は、複数の蓄電装置１２０の各々から状態情報を取得し、当該状態情報に基づいて、各蓄電装置１２０の各々に役割を付与する指令を送信する。図９の例では、管理装置９００は、２台の蓄電装置１２０のうち、１台を蓄電装置１２０Ａとして選定し、もう１台を蓄電装置１２０Ｂとして選定している。さらに、管理装置９００は、選定後の蓄電装置１２０Ａおよび／または１２０Ｂから取得した状態情報に基づいて、蓄電装置１２０Ａに第３の閾値を更新する指令を送信してもよい。

　蓄電装置１２０Ａは瞬時的に大電力を出力することが求められるため、管理装置９００は、現在の有効電力の出力が比較的小さい蓄電装置１２０を蓄電装置１２０Ａとして選定してもよい。また、蓄電装置１２０Ａの充電状態が０％になると、電力の需要と供給の均衡が大きく崩れてしまうため、蓄電装置１２０Ａとして選定される蓄電装置１２０は、ある程度の充電状態を保っていることが望ましい。そこで、管理装置９００は、各蓄電装置１２０の有効電力の出力状態、充電状態等に基づいて、適切な蓄電装置１２０に蓄電装置１２０Ａの役割を付与する。

　また、管理装置９００は、蓄電装置１２０Ａとして選定されなかった蓄電装置１２０のうち、現在の有効電力の出力が比較的小さく、ある程度の充電状態を保っている蓄電装置１２０の中から、蓄電装置１２０Ｂを選定し得る。

　また、管理装置９００は、蓄電装置１２０Ａに第３の閾値を送信する。蓄電装置１２０Ａは、検出した系統１０５の周波数が第１の閾値を下回った場合に、系統１０５の周波数が受信した第３の閾値になるまで有効電力を出力し続ける。さらに、管理装置９００は、蓄電装置１２０Ａ，１２０Ｂの各々の充電状態または現在の有効電力の出力状態に基づいて、蓄電装置１２０Ａ，１２０Ｂの各々が出力する有効電力の設定を決定し得る。管理装置９００は、これらの設定を蓄電装置１２０Ａ，１２０Ｂの各々に送信する。当該処理により、管理装置９００は、蓄電池システム９３０全体の有効電力の出力合計を管理することができる。

　ある局面において、管理装置９００は、複数の蓄電池システム９３０を管理してもよい。また、複数の管理装置９００が、複数の蓄電池システム９３０を分割して管理してもよい。その場合、複数の管理装置９００を管理するための上位の管理装置が設置されてもよい。

　また、他の局面において、管理装置９００は、複数の蓄電装置１２０を蓄電装置１２０Ａとして選択してもよく、また、複数の蓄電装置１２０を蓄電装置１２０として選択してもよい。

　図１０は、本実施の形態に従う蓄電池システムの第３の例を示す図である。図１０の蓄電池システム１０３０は、蓄電装置１２０Ａのみを含み、蓄電装置１２０Ｂを含まない点で、上述の蓄電池システム１３０，９３０と異なる。蓄電池システム１０３０は、系統１０５の周波数に依存せずに一定の有効電力を出力する蓄電装置１２０Ａのみを含むことで、系統１０５の周波数の振動または発散を抑制し得る。

　以上説明した通り、本実施の形態に従う蓄電池システム１３０，９３０，１０３０は、少なくとも、系統１０５の周波数の変動によらず常に一定の有効電力を出力する蓄電池１２２Ａを備える。当該構成により、蓄電池システム１３０は、系統１０５の周波数の振動および発散を抑制し得る。

　また、ある局面における蓄電池システム１３０は、蓄電装置１２０Ａと、蓄電装置１２０Ｂとを備える。蓄電装置１２０Ａが一定の有効電力を出力するとき、蓄電装置１２０Ｂも系統１０５の周波数と基準周波数とに基づいて変化する有効電力を出力する。当該構成により、蓄電池システム１３０は、系統１０５の周波数の急峻な低下を抑制し得る。

　さらに、他の局面における蓄電池システム９３０は、管理装置９００と連係することで、各蓄電装置１２０の状態情報に基づいて、各蓄電装置１２０に指令を送信する。当該構成により、管理装置９００は、蓄電装置１２０Ａ、１２０Ｂとして適切な蓄電装置１２０を選択し得る。

　今回開示された実施の形態は全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。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内で全ての変更が含まれることが意図される。また、実施の形態および各変形例において説明された開示内容は、可能な限り、単独でも、組合わせても、実施することが意図される。

１００　発電機、１１０　変圧器、１０５　系統、１２０　蓄電装置、１２１　変換器、１２２　蓄電池、１３０，９３０，１０３０　蓄電池システム、１５０　負荷、２０１　制御部、２０２　回路、３０１　周波数検出器、３０２　有効電力指令値生成部、３０３　有効電力制御部、３０４　有効電流制御部、３０５　処理部、３１１　連系点電圧、３１２　連系点の周波数、３１３　有効電力指令値、３１４　有効電流指令値、３１５　変調率、３１６　オン／オフ指令、９００　管理装置。

Claims

　第１の蓄電装置を備え、
　前記第１の蓄電装置は、
　　交流と直流とを変換するための第１の変換器と、
　　第１の蓄電池と、
　　前記第１の変換器を制御する第１の制御部とを備え、
　　電力供給のための系統に連系されており、
　前記第１の制御部は、
　　前記系統の周波数を検出し、
　　前記系統の周波数が第１の閾値を下回ったことに基づいて、前記第１の蓄電池が前記系統に対して一定の有効電力を出力するように、前記第１の変換器を制御する、蓄電池システム。
　前記第１の制御部は、
　　前記第１の蓄電池が有効電力の出力を開始した時点から、予め定められた期間が経過したか否かを判定し、
　　前記予め定められた期間が経過したことに基づいて、前記第１の蓄電池から出力される有効電力を減少させていくように前記第１の変換器を制御する、請求項１に記載の蓄電池システム。
　前記第１の制御部は、
　　前記第１の蓄電池が有効電力の出力を開始した後に、前記系統の周波数を検出し、
　　前記系統の周波数が前記第１の閾値を上回る第３の閾値以上であることに基づいて、前記第１の蓄電池から出力される有効電力を減少させていくように前記第１の変換器を制御する、請求項１に記載の蓄電池システム。
　第２の蓄電装置をさらに備え、
　前記第２の蓄電装置は、
　　交流と直流とを変換するための第２の変換器と、
　　第２の蓄電池と、
　　前記第２の変換器を制御する第２の制御部とを備え、
　　交流電力の系統に連系されており、
　前記第２の制御部は、
　　前記系統の周波数を検出し、
　　前記系統の周波数が前記第１の閾値よりもさらに低い第２の閾値を下回ったことに基づいて、前記第２の蓄電池が前記系統に対して、検出した前記系統の周波数と基準周波数との差に基づいて変動する有効電力を出力するように、前記第２の変換器を制御する、請求項１～３のいずれかに記載の蓄電池システム。
　前記第２の蓄電池は、前記系統の周波数と、前記基準周波数との偏差に比例した有効電力を出力する、請求項４に記載の蓄電池システム。
　前記第２の蓄電池は、前記系統の周波数と、前記基準周波数との偏差を比例積分した値に基づく有効電力を出力する、請求項４に記載の蓄電池システム。
　前記第２の制御部は、
　　前記系統の周波数が前記第２の閾値以上になったことに基づいて、前記第２の蓄電池から出力される有効電力を停止するように前記第２の変換器を制御する、請求項４～６のいずれかに記載の蓄電池システム。
　前記系統に連系される複数の蓄電装置と通信する管理装置をさらに備え、
　前記管理装置は、
　　前記系統に連系される複数の蓄電装置の中から選択した蓄電装置に対して、前記第１の蓄電装置として動作させるための第１の命令を送信し、
　　前記系統に連系される複数の蓄電装置の中から選択した他の蓄電装置に対して、前記第２の蓄電装置として動作させるための第２の命令を送信する、請求項４～７のいずれかに記載の蓄電池システム。
　前記管理装置は、前記系統に連系される複数の蓄電装置の各々の充電状態に基づいて、前記系統に連系される複数の蓄電装置の中から前記第１の蓄電装置として動作させる蓄電装置と、前記第２の蓄電装置として動作させる蓄電装置とを選択する、請求項８に記載の蓄電池システム。
　前記管理装置は、前記系統に連系される複数の蓄電装置の各々が出力する有効電力に基づいて、前記系統に連系される複数の蓄電装置の中から前記第１の蓄電装置として動作させる蓄電装置と、前記第２の蓄電装置として動作させる蓄電装置とを選択する、請求項８または９に記載の蓄電池システム。
　前記管理装置は、前記第１の蓄電装置に対して、前記第１の蓄電池から出力される有効電力の値を設定するための命令を送信する、請求項８～１０のいずれかに記載の蓄電池システム。
　前記管理装置は、前記第１の蓄電池の充電状態に基づいて、前記第１の蓄電池から出力される有効電力の値を決定する、請求項１１に記載の蓄電池システム。
　交流電力の系統の周波数の変動を抑制する方法であって、
　前記系統の周波数を検出するステップと、
　前記系統の周波数が第１の閾値を下回ったことに基づいて、前記系統に連系される第１の蓄電装置から前記系統に対して一定の有効電力を出力するステップとを含む、方法。
　前記第１の蓄電装置が有効電力の出力を開始した時点から、予め定められた期間が経過したか否かを判定するステップと、
　前記予め定められた期間が経過したことに基づいて、前記第１の蓄電装置から出力される有効電力を減少させていくステップとをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
　前記第１の蓄電装置が有効電力の出力を開始した後に、前記系統の周波数を検出するステップと、
　前記系統の周波数が前記第１の閾値を上回る第３の閾値以上であることに基づいて、前記第１の蓄電装置から出力される有効電力を減少させていくステップとをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
　前記系統の周波数が前記第１の閾値よりもさらに低い第２の閾値を下回ったことに基づいて、前記系統に連系される第２の蓄電装置から前記系統に対して、検出した前記系統の周波数と基準周波数との差に基づいて変動する有効電力を出力するステップをさらに含む、請求項１３～１５のいずれかに記載の方法。
　前記第２の蓄電装置は、前記系統の周波数と、前記基準周波数との偏差に比例した有効電力を出力する、請求項１６に記載の方法。
　前記第２の蓄電装置は、前記系統の周波数と、前記基準周波数との偏差を比例積分した値に基づく有効電力を出力する、請求項１６に記載の方法。
　前記系統の周波数が前記第２の閾値以上になったことに基づいて、前記第２の蓄電装置から出力される有効電力を停止するステップをさらに含む、請求項１６～１８のいずれかに記載の方法。
　前記系統に連系される複数の蓄電装置の中から選択した蓄電装置に対して、前記第１の蓄電装置として動作させるための第１の命令を送信するステップと、
　前記系統に連系される複数の蓄電装置の中から選択した他の蓄電装置に対して、前記第２の蓄電装置として動作させるための第２の命令を送信するステップとをさらに含む、請求項１６～１９のいずれかに記載の方法。