JP2008072774A

JP2008072774A - 自然エネルギー発電電力平準化装置

Info

Publication number: JP2008072774A
Application number: JP2006246229A
Authority: JP
Inventors: Seiji Harada; 誠司原田
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2008-03-27

Abstract

【課題】自然エネルギー発電設備の発電電力平準化を行うシステムに使用される鉛蓄電池は一定周期で満充電する必要がある。
【解決手段】システムで必要とするＰＣＳの設置台数ｎに対してｍ台のＰＣＳを冗長配置する。中央制御装置はシステムの入出力電力の演算を行うが、この演算は、制御装置の演算部でシステムの全体容量をＥとしたときＥ／ｎの電力設定値を演算してｎ台各ＰＣＳの制御信号を生成して出力する。また、冗長配置したＰＣＳに対しては満充電指令部を介して満充電制御を指令を与える。
【選択図】図１

Description

本発明は、自然エネルギー発電電力平準化装置に関するものである。

パワーコンディショナＰＣＳ（Power Conversion System）を用いて、電力負荷の少ない深夜電力を貯蔵し、その貯蔵した電力を昼間のピーク時に放電して負荷の平準化を図ることが行われている。また、自然エネルギーを利用した発電設備の自然変動による出力変動を吸収することも、特許文献１、２によって公知となっている。

図４は自然エネルギー発電設備の場合の電力平準化装置を示したものである。
自然エネルギー発電設備として、ここでは風力発電設備６と太陽光発電設備７を例示している。１は双方向のＤＣ／ＡＣコンバータからなるＰＣＳで、その直流側に電力貯蔵用の蓄電池２が接続されている。３は発電設備の出力電流を入力して高調波成分を出力するハイパスフィルタ、４は加算器で、ＰＣＳ１の出力とハイパスフィルタ３の出力とが逆極性に加算されて偏差信号が求められる。電流制御部５では偏差信号に基づいた電流制御値が演算され、制御回路を介してＰＣＳ１の出力制御が実行されて電力平準化などの制御が実施される。
特開２００１−３２７０８３号公報特開２００３−９４１８号公報

自然エネルギー発電設備のうちでも、特に風力発電においては、出力変動を吸収する蓄電機能付きのシステムによる系統の安定と自然エネルギー活用の両立が模索されている。
また、マイクログリッドに代表される複数の自然エネルギーとその他の電源を、その地域の中で効率的に運用していく試みの中でも、既存の電力会社に対する同時同量制御の中から、需要供給のバランス調整用としての蓄電が求められている。

このような要望に基づき、電力平準化対策用の蓄電装置としては、２次電池や電気二重層キャパシタが用いられている。現在では、電気二重層キャパシタはエネルギー密度が低いため、その特性を利用して数秒の短時間対応に使用されようとしている。

一方、数十秒から数時間に対応できる２次電池としては、鉛蓄電池、Li−ion電池、NAS電池等が挙げられている。これらの２次電池のうち、価格的に安く、Naなど反応の激しい物質を使用していないため安全性から見た場合の設置制限も少ないことから、鉛蓄電池がもっとも普及している。この反面、鉛蓄電池はきちんと満充電状態(１００%)にしておかないと、容量低下を起こしてしまう特性を有しており、また、１００%の充電状態にするためには、最後の３%程度を充電するために長時間を要するマイナス面を有している。
したがって、自然エネルギーによる発電電力平準化を行う場合、鉛蓄電池を健全状態に維持して長期運転することは困難となっている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、自然エネルギー発電電力の平準化装置を提供することにある。

本発明の請求項１は、自然エネルギー発電設備の電力系統にそれぞれ鉛蓄電池を有する複数のパワーコンディショナを接続し、制御装置からの制御指令にてパワーコンディショナを制御することで発電電力の平準化を行うシステムにおいて、
前記システムで必要とするパワーコンディショナの設置台数ｎに対してｍ台のパワーコンディショナを冗長配置し、前記制御装置はシステムの設定電力値と電力検出値との差信号を求め、制御装置の演算部で前記システムの全体容量をＥとしたときＥ／ｎの電力設定値を演算してｎ台各パワーコンディショナの制御信号を生成すると共に、冗長配置したパワーコンディショナに対して満充電指令部を介して満充電制御を行うことを特徴としたものである。

本発明の請求項２は、満充電指令部に満充電判別手段と選択制御手段を備え、満充電判別手段は満充電完了後に一定時間休止後に他の鉛蓄電池と略同容量となるよう放電指令を出力する機能を有し、選択制御手段は満充電対象の鉛蓄電池に対する選択切換えを行う機能を有することを特徴としたものである。

本発明の請求項３は、地域内に前記自然エネルギー発電設備の他に分散された発電システムを備え、これら発電設備、発電システム及び負荷の電力を個別に検出して前記制御装置で和の電力検出値を求め、この電力検出値を基に発電システム個別の電力設定値を演算して当該発電システムの制御指令とすることを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、ＰＣＳを順次選択して鉛蓄電池を満充電とするため、システムとしての必要容量の電力平準化を保ちながら１台ずつ周期的に順次満充電とすることを可能とし、鉛蓄電池の健全性を長期間保つことができる。１セットで鉛蓄電池を設置する場合、平列数が組電池ごとの配線距離（線路インピーダンス）により制限されることがあるが、本発明ではＰＣＳ毎に分散するため、鉛蓄電池配置の自由度が増し、鉛蓄電池の分配配置が可能となる。

また、設置したＰＣＳは１台分の冗長があるため、ＰＣＳもしくは鉛蓄電池の不具合発生時においても、満充電周期は若干長くなるが、システムとしての必要量は確保できる。また、鉛蓄電池の劣化により更新を迎えた場合でも、同様にシステムの必要量を確保しながら更新作業を行うことができる。
さらに、マイクログリッドのような地域分散電源のトータル需要バランスの短時間調整用としても利用できるものである。

図１は、本発明の第１の実施例を示したもので、図４で示したＰＣＳNo.１のＰＣＳ１〜No.ｍのＰＣＳｍまでの複数で自然エネルギー発電電力の平準化システムが構成される。また、各ＰＣＳ１〜ＰＣＳｍの有する蓄電池２としては、それぞれ鉛蓄電池が用いられる。なお、システム構築するＰＣＳの数（鉛蓄電池の数）はｍ台となっているが、そのうちのｎ台で必要とする電力量を常に充放電できる容量で構成し、ｍ個目の１台は冗長構成となっている。すなわち、システム容量をまかなうためのものとしてｎ台、満充電用としてプラス１台のｍ＝ｎ＋１の冗長構成としている。したがって、必要とされる全体の電力容量をＥとした場合、１台あたりの容量Ｅ１はＥ１＝Ｅ（ｍ−１）となっている。

１０は中央の制御装置で、この制御装置１０には、図２で示すように自然エネルギー発電設備の出力電力を検出する電力検出部１１と、電力設定部１２、満充電指令部１３、演算部１４及び充電制御部１５などを備えている。電力設定部１２は蓄電池電力がＥ／ｎの電力となるような値に設定し、減算部１６において設定電力と自然エネルギー発電設備の出力電力との減算を実行する。演算部１４は、求められた差信号を導入してＥ／ｎの電力設定となるよう演算し、その演算値を制御信号としてｎ台の各ＰＣＳに出力する。

満充電指令部１３は、図示省略された満充電判別手段と選択制御手段１３ａを備えている。満充電判別手段としては、積算充電電流及び予め規定した充電電圧に到達後の経過時間のＡＮＤ条件などで行う。また、満充電完了後は一定時間休止後に他の鉛蓄電池と同容量となるよう放電指令を出力して当該鉛蓄電池に対して放電制御を実行する。その後、選択制御手段１３ａは次の満充電対象の鉛蓄電池への選択切換えを行なうと共に、充電制御部１５に対して充電開始指令を出力する。

したがって、ｍ台のＰＣＳのうちで満充電指令部１３により選択された１台のＰＣＳは電力系統から解列され、充電制御部１５による充電制御パターンによって１００％への充電モードとなる。選択されたＰＣＳの鉛蓄電池２が満充電となると、選択制御手段１３ａは次のＰＣＳを選択し、以下同様にして順次鉛蓄電池２を満充電とするため、システムとしての必要容量の電力を保ちながら１台ずつ周期的に順次満充電とすることを可能とし、鉛蓄電池の健全性を長期間保つことができる。

なお、充電モードになっていない他のＰＣＳは、全体を監視・制御している中央制御装置１０からの指令で従来と同様の手法で充放電制御が実施されている。
また、能動的単独運転の検出機能が必要とされる場合には、各ＰＣＳ間を光ケーブルなどで連係して何れかのＰＣＳをマスターとし、他のＰＣＳをスレーブとして無効電力などの変化量に対する同期制御を行う。

図３は第２の実施例を示したものである。この実施例はマイクログリッドに適用した場合で、風力発電設備６や太陽光発電７の他に、マイクロガスタービンによる廃棄物発電などの他の発電システム８と負荷９が地域内に存在する場合である。各発電設備の出力電力と負荷電力をそれぞれの電力検出部にて検出し、検出電力ＷａＷｂ…Ｗｚは加算器にて加算されて設定電力Ｅが求められる。演算部は検出電力Ｅを基にＥ／ｎの演算を実行して電力設定Ａを求め、この信号を早期制御応答用の制御信号としてｎ台の各ＰＣＳに出力する。

さらに演算部は、地域内に分散する発電システム８に対する応答用の制御信号生成のための電力設定Ｂ、Ｃ…を演算する。例えば、電力設定Ｂは発電システム８用の設定信号Ｅｃと変化分ΔＥｃの和が電力設定Ｂとして発電システム８の制御用として出力される。分散電源として図示された発電システム８以外に存在する場合には、そのシステムに対応した電力設定Ｃ或いはＤが演算されて当該発電システムの電力設定にされる。

このように制御することにより、マイクログリッドのような地域分散電源のトータル需給バランスの短時間電力調整用として使用することが可能となる。

本発明の実施形態を示すシステム構成図。制御装置の機能構成図。マイクログリッドへの適用例図。従来のＰＣＳの説明図。

符号の説明

１０… 制御装置
１１… 電力検出部
１２… 電力設定部
１３… 満充電指令部
１３ａ… 選択制御手段
１４… 演算部
１５… 充電制御部
ＰＣＳ… パワーコンディショナ

Claims

自然エネルギー発電設備の電力系統にそれぞれ鉛蓄電池を有する複数のパワーコンディショナを接続し、制御装置からの制御指令にてパワーコンディショナを制御することで発電電力の平準化を行うシステムにおいて、
前記システムで必要とするパワーコンディショナの設置台数ｎに対してｍ台のパワーコンディショナを冗長配置し、前記制御装置はシステムの設定電力値と電力検出値との差信号を求め、制御装置の演算部で前記システムの全体容量をＥとしたときＥ／ｎの電力設定値を演算してｎ台各パワーコンディショナの制御信号を生成すると共に、冗長配置したパワーコンディショナに対して満充電指令部を介して満充電制御を行うことを特徴とした自然エネルギー発電電力平準化装置。
前記満充電指令部は、満充電判別手段と選択制御手段を備え、満充電判別手段は満充電完了後に一定時間休止後に他の鉛蓄電池と略同容量となるよう放電指令を出力する機能を有し、選択制御手段は満充電対象の鉛蓄電池に対する選択切換えを行う機能を有することを特徴とした請求項１記載の自然エネルギー発電電力平準化装置。
地域内に前記自然エネルギー発電設備の他に分散された発電システムを備え、これら発電設備、発電システム及び負荷の電力を個別に検出して前記制御装置で和の電力検出値を求め、この電力検出値を基に発電システム個別の電力設定値を演算して当該発電システムの制御指令とすることを特徴とした請求項１又は２記載の自然エネルギー発電電力平準化装置。