JP2011010386A - 充放電制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力系統に寄与した分を定量化して適切なインセンティブを与える充放電制御装置を提供する。
【解決手段】電力系統に連系された蓄電装置51の充放電を制御する充放電制御装置52であって、蓄電装置51の電気量を検出する充放電電力演算器21と、外部から入力された第1充放電指令値Prefと第1系統寄与希望値Pcとに基づいて第2充放電指令値Pref´を算出するとともに、充放電電力演算器21により検出された電気量と第1充放電指令値Prefと第1系統寄与希望値Pcとに基づいて電力系統に対する寄与を示す第1系統寄与値を算出する系統寄与算出部14と、系統寄与算出部14により算出された第1系統寄与値を積算して系統寄与指数Sを算出する積分器6と、系統寄与算出部14により算出された第2充放電指令値Pref´に基づいて蓄電装置51の充放電を制御する充放電指令演算器22とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】電力系統に連系された蓄電装置51の充放電を制御する充放電制御装置52であって、蓄電装置51の電気量を検出する充放電電力演算器21と、外部から入力された第1充放電指令値Prefと第1系統寄与希望値Pcとに基づいて第2充放電指令値Pref´を算出するとともに、充放電電力演算器21により検出された電気量と第1充放電指令値Prefと第1系統寄与希望値Pcとに基づいて電力系統に対する寄与を示す第1系統寄与値を算出する系統寄与算出部14と、系統寄与算出部14により算出された第1系統寄与値を積算して系統寄与指数Sを算出する積分器6と、系統寄与算出部14により算出された第2充放電指令値Pref´に基づいて蓄電装置51の充放電を制御する充放電指令演算器22とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、需要家の所有する蓄電装置に対する充放電量の管理を行う充放電制御装置に関する。
近年、需要地の近くに分散して配置され、太陽光発電や風力発電、燃料電池等の発電設備により構成される分散型電源が注目されている。しかしながら、これらの風力発電を中心とした自然エネルギーを利用した発電機は発電量が不安定であるため、系統に連系する際に、系統の安定運用を目的とした措置が必要である。例えば、二次電池の併設や、電力系統の電力需要が小さい夜間において発電機の運転を停止する等の対策が挙げられる。風力発電等の自然エネルギーを利用した発電機は、出力の制御が困難であり、その変動を系統側の制御だけでは吸収しきれない恐れがあるといった事情も考慮に入れる必要がある。また、太陽光発電等の分散型電源の導入が進むにつれ、これまでの発電所から需要家といった一方通行的であった電気の流れが変わり、電力系統内の電圧制御が困難になる恐れがある。
これらの問題の解決方法の一つとして、負荷平準化用等の蓄電装置やこれから導入が見込まれるプラグイン電気自動車等の蓄電装置を利用することが考えられている。しかし、上記蓄電装置は個人所有のものであるため、所有者に利用させてもらうことは困難であると予想される。そこで、このような問題を解決するために、蓄電装置所有者に積極的に電力系統に寄与してもらう方法の一つとして、系統に寄与した分に対してインセンティブを与える方法が挙げられる。
特許文献1には、分散型エネルギーコミュニティーにおいて、エネルギー供給コストの最小化が可能なエネルギー需要管理装置が記載されている。このエネルギー需要管理装置は、各需要者宅に設置された各負荷装置の、少なくとも単位時間当たりのエネルギー消費量の情報を蓄積する負荷情報データベースと、各需要者宅の負荷装置の運転状態を監視し、負荷データベースに蓄積された情報を基に、各需要者宅の負荷装置の時間帯別の実績エネルギー消費量の積算量と、各需要者宅の負荷装置によるエネルギー消費量を時間帯別に予測する需要予測装置で予測された予測エネルギー消費量の積算量の誤差が小さくなるように負荷装置を遠隔制御する制御手段とを備えている。
このエネルギー需要管理装置によれば、エネルギーの予測消費量に実績消費量を協調させるように負荷装置を制御することにより、予測と実績の誤差を補完するための分散電源およびエネルギー蓄積装置の余剰出力やエネルギー不足による比較的高価なエネルギー調達が不要となり、エネルギー供給コストの最小化が計画どおり可能となる。
また、エネルギー需要管理装置が協調ポイント管理部を備えることにより、負荷装置の制御に対し、負荷装置の消費量、制御時間、制御時間帯等の制御履歴を負荷情報データベースに記録するとともに、制御によって増加又は削減された消費量に比例したポイントや制御時間に比例したポイントを付与する構成とすることができる。
このようなエネルギー需要管理装置によれば、負荷装置の制御履歴から需要者にポイントを付与、集計、管理し、協調させたことによるエネルギー供給コストの削減利益の還元など、料金的インセンティブを需要者に与え、需要者の手間となる負荷情報の確認や修正などを促進させることが期待できる。
しかしながら、特許文献1に記載のエネルギー需要管理装置は、インセンティブを与える基となる量を、定量的且つ正確に表すことが困難という問題がある。すなわち、このエネルギー需要管理装置は、待機中/運転中の負荷装置に対して起動/停止命令を与えて制御を行い、制御が実施された負荷装置の制御履歴から需要者にポイントを付与、集計、管理するものであるため、予め運転中の消費電力が判明している負荷装置にのみ適用可能であり、随時出力の変化が可能な蓄電装置に適用することは困難である。
本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、電力系統に寄与した分を定量化して適切なインセンティブを与える充放電制御装置を提供することを課題とする。
本発明に係る充放電制御装置は、上記課題を解決するために、電力系統に連系された蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置であって、前記蓄電装置の電気量を検出する検出部と、外部から入力された第1充放電指令値と第1系統寄与希望値とに基づいて第2充放電指令値を算出するとともに、前記検出部により検出された電気量と前記第1充放電指令値と前記第1系統寄与希望値とに基づいて前記電力系統に対する寄与を示す第1系統寄与値を算出する第1算出部と、前記第1算出部により算出された前記第1系統寄与値を積算して系統寄与指数を算出する積算部と、前記第1算出部により算出された第2充放電指令値に基づいて前記蓄電装置の充放電を制御する充放電部とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、電力系統に寄与した分を定量化して適切なインセンティブを与えることができる。
以下、本発明の充放電制御装置の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1の充放電制御装置52の構成を示すブロック図である。図1を参照して、充放電制御装置52の構成を説明する。本実施例の充放電制御装置52は、図1に示すように、充放電電力演算器21、充放電指令演算器22、系統寄与算出部14、及び積分器6により構成されており、電力系統に連系された蓄電装置51の充放電を制御するとともに、電力系統に寄与した分を定量化し、系統寄与指数Sとして出力することができる。なお、系統寄与算出部14及び積分器6は、従来の制御装置に無い構成であり、本発明のポイントとなる構成である。
充放電電力演算器21は、本発明の検出部に対応し、蓄電装置51の電気量を検出する。具体的には、充放電電力演算器21は、電圧検出器53により検出された蓄電装置51が連系されている電力系統母線50の電圧と、電流検出器54により検出された蓄電装置51から出力される電流とを用いて、蓄電装置51の出力電力Pbを算出する。なお、本実施例において、出力電力Pbの値は、蓄電装置51が充電を行う場合には正の値をとり、蓄電装置51が放電を行う場合には負の値をとるものとする。
系統寄与算出部14は、加算器1、比例器2、減算器3、符号器4、及び乗算器5により構成される。この系統寄与算出部14は、本発明の第1算出部に対応し、外部から入力された第1充放電指令値Prefと第1系統寄与希望値Pcとに基づいて第2充放電指令値Pref´を算出するとともに、充放電電力演算器21により検出された電気量(出力電力Pb)と第1充放電指令値Prefと第1系統寄与希望値Pcとに基づいて電力系統に対する寄与を示す第1系統寄与値を算出する。
ここで、第1充放電指令値Prefは、蓄電装置51の所有者が自由に設定可能な電力(W)ベースの値である。本実施例において、蓄電装置51の所有者は、充電を希望する場合には、正の値で第1充放電指令値Prefを設定し、放電を希望する場合には、負の値で第1充放電指令値Prefを設定するものとする。
第1系統寄与希望値Pcは、電力系統の系統運用者が自由に設定可能な電力(W)ベースの値であり、蓄電装置51が連系されている電力系統に寄与するための情報である。例えば、系統運用者は、電力系統を制御して安定運用を維持するために、蓄電装置51に充電させたい場合には正の値で第1系統寄与希望値Pcを設定し、蓄電装置51に放電させたい場合に負の値で第1系統寄与希望値Pcを設定する。
なお、系統運用者による第1系統寄与希望値Pcの設定方法はどのようなものでもよい。例えば、系統運用者は、通信装置等を介して本発明の充放電制御装置と通信を行い、蓄電装置51の容量や状態を確認した上で割り振られた値を第1系統寄与希望値Pcとして設定することができる。あるいは、系統運用者は、電力系統に連系された複数の充放電制御装置に対して通信機等を介して一括して第1系統寄与希望値Pcを設定してもよい。さらに、各充放電制御装置のメモリ等に予め時刻に応じた第1系統寄与希望値Pcが設定されているという方法も考えられる。また、系統運用者による第1系統寄与希望値Pcの設定方法として、予め蓄電装置の容量を電力系統の運用者に登録しておき、系統運用者が必要電力を登録されている蓄電装置の容量に応じて割り振られた値を用いる方法も考えられる。
比例器2は、入力された第1系統寄与希望値Pcに対して比例係数Kを乗算し、乗算結果であるPc´を加算器1と符号器4とに対して出力する。なお、比例器2の比例係数Kを1とするような場合には、比例器2の構成は削除可能である。また比例器2は、系統運用者が連系されている全ての装置に対して、系統全体での所望の電力値を与えて、その値から自装置の容量等を考慮したPc´を出力する機能を有するとしてもよい。
また、比例器2の比例係数Kは、蓄電装置51の充放電制御が不安定にならない範囲内で、蓄電装置51の所有者により任意に変更可能な構成でもよい。蓄電装置51の所有者は、比例器2の比例係数Kを変更することにより、系統に対する寄与分の調節を行うことができる。例えば、系統に対する寄与をあまり望まない場合には、蓄電装置51の所有者は、Kを小さく設定することにより、Pc´を小さくできるので、蓄電装置51が系統に寄与する量を減らすことができる。さらに、蓄電装置51の所有者は、比例器2の比例係数を0に設定することにより、系統に対する寄与を無くすことも可能である。
また、所有者による操作を簡単に行う方法として、系統寄与量を「多目」,「普通」,「少な目」というような設定方法を用意し、それに対応した比例係数が設定される方法や、ダイヤル等によって無段階で比例係数が設定される方法が挙げられる。
加算器1は、入力された第1充放電指令値PrefとPc´とを加算し、加算結果である第2充放電指令値Pref´を充放電指令演算器22に対して出力する。すなわち、系統寄与算出部14は、外部から入力された第1充放電指令値Prefと第1系統寄与希望値Pcとに基づいて第2充放電指令値Pref´を算出するといえる。
充放電指令演算器22は、本発明の充放電部に対応し、系統寄与算出部14により算出された第2充放電指令値Pref´に基づいて充放電指令を生成・出力することにより蓄電装置51を運転させ、蓄電装置51の充放電を制御する。充放電指令演算器22は、出力電力Pbと第2充放電指令値Pref´とを比較し、フィードバックにより蓄電装置51の充放電量を第2充放電指令値Pref´に追従させる。理想状態であれば、出力電力Pbの値は、第2充放電指令値Pref´に等しくなる。
減算器3は、蓄電装置51の出力電力Pbと第1充放電指令値Prefとの差分をとることによりPbcを生成・出力する。また、符号器4は、Pc´の符号が正の場合には1を出力し、負の場合には−1を出力する。
乗算器5は、減算器3による出力Pbcと符号器4による出力とを乗算し、乗算結果を第1系統寄与値として出力する。すなわち、系統寄与算出部14は、充放電電力演算器21により検出された電気量(出力電力Pb)と第1充放電指令値Prefと第1系統寄与希望値Pcとに基づいて電力系統に対する寄与を示す第1系統寄与値を算出するといえる。
積分器6は、本発明の積算部に対応し、系統寄与算出部14により算出された第1系統寄与値を積算して系統寄与指数Sを算出する。算出した系統寄与指数は、例えばメモリ等の記憶部あるいは蓄電装置51の所有者が所持するカード等に保持される。
なお、積分器6の係数Gは、系統運用者により可変とする構成でもよい。例えば、積分器6の係数Gを時刻によって可変とすることにより、系統に寄与した量が同じでも、時刻によって系統寄与指数の増分を変えることが可能となる。
例えば、蓄電装置51の所有者による積極的な系統に対する寄与が望まれる時間帯が存在する場合に、系統運用者は、当該時間帯のGの値を大きく設定する。これにより、当該時間帯の系統寄与指数は、増加しやすい設定となるため、当該時間帯における蓄電装置51の所有者による積極的な系統に対する寄与を促すことができる。具体的には、蓄電装置51の所有者は、時間帯に応じたGの値の図表等を閲覧することができ、Gの値が大きい時間帯において比例器2の比例係数Kを大きく設定する等により積極的に系統に寄与し、系統寄与指数を多く貯めることができる。
また、一定期間毎(例えば1ヶ月毎)に、系統寄与指数Sの大きさからインセンティブを与える量を判定する場合において、その期間毎に積分器6をリセットする構成にすることにより、当該充放電制御装置は、一定期間毎の系統寄与指数を容易に得ることができる。
図2は、本実施例の充放電制御装置52を含む小規模電力系統の構成例を示すブロック図である。本発明の充放電制御装置は、図1に示すような蓄電装置単体ではなく、図2に示すように蓄電装置を含んだ小規模電力系統全般に適用できる。例を挙げるならば、マイクログリッド内の蓄電装置や、負荷平準化用の蓄電装置等である。
この場合において、系統寄与指数Sを算出するには、連系線潮流の制御に用いる指令値を図1に示す第1充放電指令値Prefとし、あるいは、ある時刻からある時刻までの充放電指令値を図1に示す第1充放電指令値Prefとし、第1系統寄与希望値Pcで補正したものを蓄電装置51の第2充放電指令値Pref´とするように読み替えればよい。
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。まず、蓄電装置51の所有者は、蓄電装置51に行わせたい充放電量に応じて、第1充放電指令値Prefの値をスイッチやキーボード等の入力装置(非図示)を介して予め設定する。また、電力系統の系統運用者は、遠隔地から通信機等を介して第1系統寄与希望値Pcを設定する。
系統寄与算出部14内の加算器1は、蓄電装置51の所有者が予定した第1充放電指令値Prefに、電力系統へ寄与するための電力である第1系統寄与希望値Pcを加算して、加算結果である第2充放電指令値Pref´を充放電指令演算器22に対して出力する。
したがって、充放電指令演算器22は、第1充放電指令値Prefから逸脱した第2充放電指令値Pref´で蓄電装置51の充放電を制御することになる。充放電電力演算器21は、蓄電装置51の出力電力Pbを算出する。充放電指令演算器22は、出力電力Pbが第2充放電指令値Pref´に追従するように、蓄電装置51の充放電を制御する。
系統寄与算出部14は、当該制御装置が第1充放電指令値Prefから逸脱した第2充放電指令値Pref´で充放電制御を行うことにより、本来の充放電量に比して系統に寄与した分に対してインセンティブを与えるために、系統寄与指数Sを算出する。
蓄電装置51の出力電力Pbは、蓄電装置51の特性や容量によって、必ずしも第2充放電指令値Pref´に追従できるとは限らない。減算器3は、蓄電装置51の出力電力Pbから蓄電装置51の所有者が意図する通常の充放電指令値(第1充放電指令値Pref)を減算することにより、蓄電装置51が実際に系統に寄与した分Pbcを得る。
ここで、第1系統寄与希望値Pcは、上述したように、充電方向の場合には正の値であり、放電方向の場合には負の値である。したがって、第1系統寄与希望値Pcの値の正負に伴い、Pbcの値の正負も異なる意味を持つことになる。
例えば、系統運用者が蓄電装置51の放電を望み、第1系統寄与希望値Pcが負の値に設定されている場合に、Pbcの値が負であれば、蓄電装置51は、系統に寄与した(良い影響を与えた)といえる。一方、系統運用者が蓄電装置51の放電を望み、第1系統寄与希望値Pcが負の値に設定されている場合に、Pbcの値が正であれば、蓄電装置51は、系統に寄与せず、むしろ悪影響を与えたといえる。
すなわち、第1系統寄与希望値Pcの正負の符号とPbcの正負の符号とが同一である場合には、系統に良い影響を与えたといえる。逆に、第1系統寄与希望値Pcの正負の符号とPbcの正負の符号とが異なる場合には、系統に悪影響を与えたといえる。
そこで、系統に良い影響を与えた場合に第1系統寄与値が正になり、系統に悪影響を与えた場合に第1系統寄与値が負となるようにするためには、第1系統寄与希望値PcとPbcとの正負の符号が同じ場合に正が出力されればよい。
これを実現するために、符号器4においてPc´の符号が正の場合には1を出力し、負の場合には−1を出力するとともに、乗算器5において出力Pbcとの積をとることにより、系統寄与算出部14は、系統に対する影響を正負に反映させた第1系統寄与値を出力することができる。
その後、積分器6は、系統寄与算出部14により算出された第1系統寄与値を積算して系統寄与指数Sを算出する。上記のようにして求められた系統寄与指数Sに応じてインセンティブを与える。インセンティブを与える方法は、系統寄与指数の大きさによって、電力料金の割引や、キャッシュバックする方法等が挙げられる。
本発明の考え方を詳述する。系統寄与算出部14は、系統寄与情報Pc´に完全に追従できた場合に、最大の評価を与えるものとする。ここで、Pc´の絶対値は変化するものであるので、その絶対値も考慮する必要がある。しかしながら蓄電装置51の応答性や容量によって、必ずしも系統寄与情報Pc´に追従できるとは限らない。
仮に、電力系統に最大限寄与できた場合には、系統に寄与した分を示すPbcの値は、Pc´の値に等しくなる。しかしながら、そのような理想状態の実現は困難であるため、実際には、Pc´の値とPbcの値との間にはある程度の差が生じると考えられる。
蓄電装置51の特性等の影響から実際に系統へ寄与できたのはPbcであるので、PbcとPc´の差分をとることにより、寄与しきれなかった分ΔPが得られる。これは、以下の数式で表される。
ΔP=Pc´−Pbc …(1)
仮に、蓄電装置51がPc´に完全に追従できた場合には、第2充放電指令値Pref´の値に蓄電装置51の出力電力Pbの値が一致するため、Pb=Pref´=Pref+Pc´となる。したがって、Pbc=Pb−Pref=(Pref+Pc´)−Pref=Pc´となるので、(1)式に代入してΔP=0が導かれる。
仮に、蓄電装置51がPc´に完全に追従できた場合には、第2充放電指令値Pref´の値に蓄電装置51の出力電力Pbの値が一致するため、Pb=Pref´=Pref+Pc´となる。したがって、Pbc=Pb−Pref=(Pref+Pc´)−Pref=Pc´となるので、(1)式に代入してΔP=0が導かれる。
最大限の貢献量がPc´であるため、Pc´から寄与しきれなかった分ΔPを減算することにより、真の貢献分Ptcが得られる。このPtcは、言い換えれば、Pc´を満点とし、追従しきれなかったΔPを減点したものである。Ptcは、以下に示す数式で表される。
Ptc=Pc´−ΔP …(2)
(1)式と(2)式とに基づいて、以下の式が導かれる。
(1)式と(2)式とに基づいて、以下の式が導かれる。
Ptc=Pc´−(Pc´−Pbc)=Pbc …(3)
すなわち、(3)式より、真の貢献分Ptcは、Pbcに等しくなり、図1のブロック図が得られる。
すなわち、(3)式より、真の貢献分Ptcは、Pbcに等しくなり、図1のブロック図が得られる。
なお、本実施例において、第1充放電指令値Prefは、蓄電装置51の所有者が設定した電力(W)ベースの情報としているが、蓄電装置51の所有者が設定した電力量(Wh)ベースの値から演算して求められる電力(W)ベースの値を用いるものとしてもよい。この場合には、本発明の充放電制御装置は、電力量(Wh)ベースの値を指定した場合にも対応することができる。
上述のとおり、本発明の実施例1の形態に係る充放電制御装置52によれば、電力系統に寄与した分を定量化して系統寄与指数Sを算出し、系統寄与指数Sに応じた適切なインセンティブを蓄電装置51の所有者に対して与えることができる。
本発明の充放電制御装置52は、系統寄与算出部14において継続して第1系統寄与値を算出し、積分器6において第1系統寄与値を積算して系統寄与指数Sを算出するので、随時出力の変化が可能な蓄電装置51に適用できるという利点を有する。
なお、系統寄与算出部14及び積算器6は、外付けの構成でもよい。図3は、本実施例の充放電制御装置の別の構成例を示すブロック図である。図3に示す場合において、本発明の充放電制御装置は、制御装置52aと外付装置71とからなる。この場合には、外付装置71は、内部に系統寄与算出部14及び積算器6を有している。また、制御装置52aは、充放電電力演算器21と充放電指令演算器22のみを備えている。
この場合において、制御装置52aは、外付装置71に対して第1充放電指令値Prefを出力する。また、外付装置71は、制御装置52aに対して第2充放電指令値Pref´を出力する。
また、本実施例の充放電制御装置52は、減算器3において蓄電装置51の出力電力Pbと第1充放電指令値Prefとの差分をとることによりPbcを算出しているが、その他の手法を適用することもできる。その一例として、PrefとPc´の割合から算出する方法を以下に述べる。
図4は、本実施例の充放電制御装置52における系統寄与算出部14の別の構成例を示すブロック図である。図1に示す系統寄与算出部14と異なる点は、減算器3の代わりに除算器7及び乗算器8を備えている点である。除算器7は、Pc´を第2充放電指令値Pref´(=Pref+Pc´)で除算する。また、乗算器8は、除算器7の算出結果に蓄電装置51の出力電力Pbを乗じることにより、Pbcを算出することができる。Pbcは、以下のように表される。
すなわち、本発明の充放電制御装置は、図4に示す系統寄与算出部14の構成を備えることにより、(4)式により求められたPbcを使用して系統寄与指数Sを算出することも可能である。
本発明は、(1)式乃至(4)式及び図1乃至図4の方法や構成に限定するものではなく、同様の結果が得られる方法や同様の制御が行われる場合全てに適用可能である。また、図1乃至図3の構成は、説明のための例であり、構成等を限定するものではない。
図5は、本発明の実施例2の充放電制御装置52における系統寄与算出部14の構成を示すブロック図である。系統寄与算出部14以外の構成は、実施例1で説明した図1の構成と同じであるものとする。
実施例1の充放電制御装置52における系統寄与算出部14の構成と異なる点は、減算器9を新たに備えている点である。
減算器9は、本発明の第2算出部に対応し、蓄電装置51の連系点における電力系統側の電圧と周波数との少なくとも1つに基づいて第1系統寄与希望値を算出する。本実施例においては、減算器9は、蓄電装置51の連系点における電力系統側の周波数に基づいて第1系統寄与希望値を算出するものとする。
具体的には、減算器9は、蓄電装置51が連系されている系統の周波数を取得するとともに、系統の周波数と基準周波数(東日本であれば50Hz、西日本であれば60Hz)との差分を取り、算出結果を第1系統寄与希望値として比例器2に対して出力する。
なお、本実施例の減算器9が出力する第1系統寄与希望値は、周波数の差分であるため、実施例1における第1系統寄与希望値Pcとは単位が異なる。したがって、比例器2には予め適切な比例係数Kが設定されており、本実施例における比例器2は、減算器9により算出された第1系統寄与希望値にKを乗算することにより、適切なPc´を出力することができる。
その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。基本的には、充放電制御装置52の動作は、実施例1で説明した充放電制御装置52の動作とほとんど同じであり、第1系統寄与希望値の入力動作部分のみ実施例1と異なる。
本実施例の充放電制御装置52は、減算器9において系統の周波数と基準周波数との差分をとることにより、系統内の電気が余剰気味か、あるいは不足気味かを判断することができる。
例えば、系統内の電気が不足気味である場合には周波数が下がり、第1系統寄与希望値は、放電方向の値となる。図5は、放電時を正としたときの符号を付した図となっている。すなわち、本実施例の充放電制御装置は、系統の周波数が基準周波数よりも低い場合において、減算器9の出力である第1系統寄与希望値が正の値となり、蓄電装置51の所有者が意図する通常の第1充放電指令値Prefよりも放電するように制御を行うことになる。
なお、本実施例において、図3に示すような外付けの装置を使用する場合には、外付けの装置に蓄電装置51が連系している系統の周波数を入力する必要がある。しかしながら、通常の蓄電装置の制御装置は、周波数を算出できる機能を備えているため、その周波数情報を外付けの装置に対して入力できるようにしてもよいし、別途周波数検出装置を設けてもよい。
第1系統寄与希望値の入力動作部分以外の作用は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。
上述のとおり、本発明の実施例2の形態に係る充放電制御装置52によれば、実施例1と同様の効果を得ることができる。さらに、減算器9により第1系統寄与希望値が算出されるため、系統運用者は、各充放電制御装置に対して第1系統寄与希望値を設定する必要が無い。したがって、通信装置等が不要になり、簡易な構成にできるとともにコストを抑えることができる。
図6は、本発明の実施例3の充放電制御装置52における系統寄与算出部14の構成を示すブロック図である。系統寄与算出部14以外の構成は、実施例1で説明した図1の構成と同じであるものとする。
実施例1の充放電制御装置52における系統寄与算出部14の構成と異なる点は、制限器10,11,12を新たに備えている点である。
制限器10,11,12は、本発明の制限部に対応し、第1系統寄与希望値、第2充放電指令値、及び第1系統寄与値のうち少なくとも1つに対して所定の範囲に制限する。
本実施例において、制限器10は、比例器2の後段に設けられており、第1系統寄与希望値を所定の範囲に制限するためのものである。また、制限器11は、加算器1の後段に設けられており、第2充放電指令値を所定の範囲に制限するためのものである。また、制限器12は、乗算器5の後段に設けられており、第1系統寄与値を所定の範囲に制限するためのものである。
本実施例の充放電制御装置52は、3つの制限器10,11,12を適用するものとするが、必ずしも3つ適用する必要は無く、1つ又は2つのみ適用することも可能である。また、これらの制限器10,11,12は、図4や図5に示す系統寄与算出部14に適用することも可能である。
その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。本実施例の充放電制御装置52の動作は、基本的には実施例1で説明した充放電制御装置52の動作とほとんど同じであり、制限器10,11,12における動作部分のみ実施例1と異なる。
制限器10は、比例器2により出力されたPc´を所定の範囲に制限する。蓄電装置51の所有者は、制限器10の正の値及び負の値の各々について自由に値を制限できるので、系統に対する寄与分を充電方向及び放電方向の各々について制限し、寄与しても良いと考える幅を設定することができる。例えば、充電方向の値が正である場合において、所有者が放電方向に対する系統寄与を望まない場合には、蓄電装置51の所有者は、制限器10の下限を0に設定し、放電方向に対する系統寄与を禁止することもできる。
制限器11は、加算器1により出力された第2充放電指令値Pref´を所定の範囲に制限する。制限器10と同様に、蓄電装置51の所有者は、制限器11の正の値及び負の値の各々について自由に値を制限できるので、系統寄与分を含む蓄電装置51に対する最終的な充放電指令である第2充放電指令値Pref´について、充電方向及び放電方向の各々について制限することができる。例えば、充電方向の値が正である場合において、蓄電装置51の所有者が充電を望み、第1充放電指令値Prefに正の値を設定したにもかかわらず、放電方向の第1系統寄与希望値Pcの値が大きく、結果的に第2充放電指令値Pref´の値が負となって放電が行われる場合がある。そこで、蓄電装置51の所有者は、制限器11の下限を0に設定し、放電制御が行われるのを防止することができる。
制限器12は、乗算器5により出力された第1系統寄与値を所定の範囲に制限する。電力系統の系統運用者は、制限器12の正の値及び負の値の各々について自由に値を制限できるので、系統寄与指数Sの貯まりやすさにおける調節を行うことができる。例えば、電力系統の系統運用者は、制限器12の下限を0に設定することにより、系統に悪影響を及ぼした場合における負の値が積分器6で加算されなくなるので、系統寄与指数Sの積算量を減じることがない。すなわち、系統寄与指数Sが単調増加の指数となるので、系統寄与指数がより増加しやすくなり、電力系統の系統運用者は、蓄電装置51の所有者の系統寄与に対するモチベーションの増加を促すことができる。
上記の作用があるため、制限器10,11は主に蓄電装置51の所有者の立場によって取り付けられるものであり、制限器12は主に系統運営者の立場によって取り付けられるものである。
なお、実施例1で説明したように系統運用者が通信装置等を介して蓄電装置51の容量や状態を確認して第1系統寄与希望値Pcを設定する場合には、容量や状態のみならず比例器2の比例係数Kと制限器10の上下限値も連絡するようにすれば、系統運用者はより正確に運用することが可能になる。
また、実施例1で説明したような負荷平準化等の用途に用いられている蓄電装置51において、連系線の潮流が契約電力を超えないように制御する必要がある場合には、蓄電装置51からの放電量がPc´によって減じられてしまうと契約電力を超過してしまう。そこで、充電方向が正である場合において、本実施例の充放電制御装置51は、蓄電装置51からの放電量が減らないように、制限器10の上限を自動で0にし、あるいは制限器11の上限が自動で第1充放電指令値Prefに一致するように設定される構成を有することで、上述した課題を解決することができる。
その他の作用は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。
上述のとおり、本発明の実施例3の形態に係る充放電制御装置52によれば、実施例1と同様の効果に加え、制限器10,11を設定することにより、蓄電装置51の所有者の意思をより反映した上で、蓄電装置51の充放電制御を行うことができる。
また、制限器12を設定することにより、系統運用者の意思を反映することができる。すなわち、制限器12を追加した場合に、制限器12の下限を0とすると系統寄与指数Sに対して負の値が積算されることが無いため、系統寄与指数が減少することは無くなる。したがって、電力系統の系統運用者は、制限器12の下限を0に設定して系統寄与指数Sが増加しやすくなるように構成することで、蓄電装置51の所有者のインセンティブを増加しやすくすることができる。
これに伴い、系統寄与指数Sが減少することが無いため、蓄電装置51の所有者から系統寄与指数Sが減少する不安を取り除くことができ、より一層、所有者の系統に対する寄与を促すことができるとともに、系統運用者の意思を反映しやすくすることができる。
図7は、本発明の実施例4の充放電制御装置52における系統寄与算出部14の構成を示すブロック図である。系統寄与算出部14以外の構成は、実施例1で説明した図1の構成と同じであるものとする。
実施例1の充放電制御装置52における系統寄与算出部14の構成と異なる点は、伝達関数13を新たに備えている点である。
伝達関数13は、本発明の補正部に対応し、系統寄与算出部14が第1系統寄与値を算出する際に、第1充放電指令値Prefに対する充放電電力演算器21により検出された電気量の応答遅延を補正する。
具体的には、伝達関数13は、蓄電装置51における充放電の応答特性を示したものであり、第1充放電指令値Prefに基づいてPref”を算出し、減算器3に対して出力する。すなわち、伝達関数13は、Pref変動分に蓄電装置51の1次以上の次元の充放電特性の伝達関数13を介したPref”とすることにより、Prefの変動に対する蓄電装置51の充放電特性を考慮したPref”を得ることができる。
減算器3は、蓄電装置51の充放電電力PbからPref”を減算することにより、蓄電装置51の充放電特性を考慮した、真の系統寄与分Pbcを得ることができる。
その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。本実施例の充放電制御装置52の動作は、基本的には実施例1で説明した充放電制御装置52の動作とほとんど同じであり、伝達関数13における動作部分のみ実施例1と異なる。
ここで、実施例1に示す構成(伝達関数13を持たない場合)について考えると、実施例1で説明したように、理想状態においては、Pbcの値はPc´の値に等しくなる。これは、減算器3において蓄電装置51の充放電電力PbからPrefを減算することにより、蓄電装置51の所有者が意図する充放電分であるPref分がキャンセルされ、系統運用者の意図する充放電分のみが残ると考えるからである。しかしながら、実際には、蓄電装置51の出力電力Pbが第2充放電指令値Pref´に即座に追従しているわけではなく、蓄電装置51の持つ応答特性に応じて遅れが生じていると考えられる。したがって、減算器3において蓄電装置51の充放電電力PbからPrefを減算すると、系統運用者の意図する充放電分のみならず蓄電装置51における遅れ成分がPbcに含まれることになる。
例えば、蓄電装置51の所有者が故意に第1充放電指令値Prefをステップ状に多数回変化させたとすると、実施例1の構成では、ステップ状に変化した瞬間に蓄電装置51における追従遅れが発生し、その遅れ成分がPbcに含まれる。これにより、蓄電装置51の所有者は、実際に系統に寄与した分よりも高い系統寄与指数Sを不当に得ることができる。
しかしながら、本実施例の充放電制御装置52は、伝達関数13を備えているので、第1充放電指令値Prefに対する充放電電力演算器21により検出された電気量の応答遅延を補正し、正しい系統寄与指数Sを算出することができる。伝達関数13により出力されたPref”は、蓄電装置51における充放電の応答特性に応じた値となっているため、減算器3において蓄電装置51の充放電電力PbからPref”を減算することにより、真の系統寄与分であるPbcが算出される。
伝達関数13は、蓄電装置51が常に同じものであれば特に変える必要はない。しかしながら、例えばプラグインハイブリッド自動車の充電器で違う自動車が接続される場合のように、違う蓄電装置51が接続される可能性がある場合には、蓄電装置固有の伝達関数を適用することにより、正確に系統寄与指数Sを算出することができる。この場合、伝達関数13は、接続される可能性のある蓄電装置51の特性のテーブルを用意して、該当する特性を読み込むようにしてもよいし、オートチューニングで設定してもよい。オートチューニングで設定する場合は、既知の技術を適用すればよい。
伝達関数13を定期的に正確に設定することにより、本実施例の充放電制御装置52は、蓄電装置51の寿命や環境等の影響によらず、より正確な系統寄与指数Sを算出することができる。また、本発明は前記方法に限定するものではなく、同様の結果を得られる方法であれば何でもよい。
その他の作用は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。
上述のとおり、本発明の実施例4の形態に係る充放電制御装置52によれば、実施例1の効果に加え、蓄電装置51における応答特性を考慮して、より正確な系統寄与指数Sを得ることができる。
図8は、本発明の実施例5の充放電制御装置52における系統寄与算出部14の構成を示すブロック図である。系統寄与算出部14以外の構成は、実施例1で説明した図1の構成と同じであるものとする。
実施例1の充放電制御装置52における系統寄与算出部14の構成と異なる点は、比例器90、加算器91、比例器92、減算器93、符号器94、乗算器95、比例器96、減算器97、選択器98、及び加算器99を新たに備えている点である。
すなわち、図8の上半分に示す部分は、図1の系統寄与算出部14と同様である。また、図8の下半分に示すように、本実施例の充放電制御装置52は、無効電力による系統寄与分を考慮できるように、図1の系統寄与算出部14を無効電力用に書き換えたものを追加している。
なお、実施例1乃至実施例4において、系統寄与算出部14は本発明の第1算出部に対応するとしているが、本実施例においては、系統寄与算出部14全体ではなく、加算器1、比例器2、減算器3、符号器4、及び乗算器5により構成される部分が第1算出部に対応するものとする。
また、比例器2,90,92,96は、いずれも比例係数Kを有するものとして記載されているが、必ずしも各比例器が有する比例係数は同じ値ではないものとする。
本実施例において、充放電電力演算器21は、蓄電装置51の有効電力と無効電力とを電気量として検出する。
加算器91、比例器92、減算器93、符号器94、及び乗算器95により構成される部分は、本発明の第3算出部に対応し、外部から入力された第3充放電指令値Qrefと第2系統寄与希望値とに基づいて第4充放電指令値Qref´を算出するとともに、充放電電力演算器21により検出された無効電力(出力電力Qb)と第3充放電指令値Qrefと第2系統寄与希望値とに基づいて電力系統に対する寄与を示す第2系統寄与値を算出する。
ここで、第3充放電指令値Qrefは、蓄電装置51の所有者が自由に設定可能な無効電力(var)ベースの値である。
また、第2系統寄与希望値は、電力系統の系統運用者が選択器98を設定することにより比例器92に対して入力される値である。選択器98が減算器97に接続される側を選択している場合には、第2系統寄与希望値は、系統運用者から蓄電装置51の連系点の電圧(V)の指令値を受信し、減算器97により得られた当該指令値と自端の電圧との差分を基にした値である。一方、選択器98が逆側を選択している場合には、第2系統寄与希望値は、系統運用者から無効電力(var)ベースの出力指令を受信した値である。
ただし、両方の手法を必ず実装する必要はなく、最低でも一つの方法が実装されていればよい。またどちらか一つの手法のみを採用する場合には、選択器98は不要である。
比例器92は、入力された第2系統寄与希望値に対して比例係数Kを乗算し、乗算結果であるQc´を加算器91と符号器94とに対して出力する。比例器92は、必ずしも選択器98の後段である必要はなく、減算器97と選択器98との間、及び無効電力出力指令と選択器98との間にそれぞれ備えてもよい。また、比例器92の比例係数Kを1とする場合には、比例器92は削除可能である。
加算器91は、入力された第3充放電指令値QrefとQc´とを加算し、加算結果である第4充放電指令値Qref´を出力する。
充放電指令演算器22は、第1算出部により算出された第2充放電指令値Pref´と第3算出部により算出された第4充放電指令値Qref´とに基づいて蓄電装置51の充放電を制御する。また、充放電指令演算器22は、出力電力Pbと第2充放電指令値Pref´とを比較し、フィードバックにより蓄電装置51の充放電量を第2充放電指令値Pref´に追従させるとともに、出力電力Qbと第4充放電指令値Qref´とを比較し、フィードバックにより蓄電装置51の充放電量を第2充放電指令値Pref´及び第4充放電指令値Qref´に追従させる。理想状態であれば、出力電力Pbの値は、第2充放電指令値Pref´に等しくなるとともに、出力電力Qbの値は、第4充放電指令値Qref´に等しくなる。
減算器93は、蓄電装置51の出力電力Qbと第3充放電指令値Qrefとの差分をとることによりQbcを生成・出力する。また、符号器4は、Qc´の符号が正の場合には1を出力し、負の場合には−1を出力する。
乗算器95は、減算器3による出力Qbcと符号器94による出力とを乗算し、乗算結果を第2系統寄与値として出力する。
比例器96は、乗算器95により出力された第2系統寄与値に対して比例係数Kを乗算し、乗算結果を加算器99に対して出力する。一方、比例器90は、乗算器5により出力された第1系統寄与値に対して比例係数Kを乗算し、乗算結果を加算器99に対して出力する。
本実施例の系統寄与算出部14は、有効電力による寄与量に対して比例係数を乗算する比例器90と、無効電力による寄与量に対して比例係数を乗算する比例器96とを備えることにより、有効電力の寄与量と無効電力の寄与量に差を持たせることが可能な構成となっている。
加算器99は、比例器90による出力と比例器96による出力とを加算し、加算結果を積分器6に対して出力する。
積分器6は、第1算出部により算出された第1系統寄与値に基づく値(すなわち比例器90の出力)と第3算出部により算出された第2系統寄与値に基づく値(すなわち比例器96の出力)とを積算して系統寄与指数Sを算出する。
その他の構成は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。
次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。本実施例の構成を備えることにより、有効電力による系統寄与量(第1系統寄与値)は乗算器5から出力され、無効電力による系統寄与量(第2系統寄与値)は乗算器95から出力される。本実施例の充放電制御装置は、それぞれの信号を比例器90及び比例器96に通し、加算器99で比例器90,96の信号を加算した後、積分器6で積算することにより系統寄与指数Sを得るものである。
図8下部に示す第3算出部は、系統側へ無効電力を供給する方向を負とした場合のものであり、無効電力による寄与分が算出することができる。したがって、選択器98が減算器97の側を選択している場合において、減算器97により得られた電圧指令値と自端の電圧との差分が負の値となる場合(自端の電圧が系統運営者からの電圧指令値よりも低い場合)には、系統の電圧を上げるように、蓄電装置51から系統に対する無効電力供給を促す方向の第2系統寄与希望値が比例器92に入力される。
系統運用者は、選択器98がいずれかを選択するように設定する。必ずしも系統運用者のみが選択器98による選択を設定できる構成とする必要は無いが、系統の安定度を維持・向上させることを考えると、選択器98は、系統運用者により選択されるのが望ましい。
選択器98の選択により、系統運用者から無効電力(var)ベースの出力指令を受信する場合には、比例器92は、当該出力指令に対して容量等を考慮した値をQc´として出力する構成でもよい。
第3算出部は、無効電力に対応したものである点を除けば、第1算出部の動作と同じである。上述したように、充放電指令演算器22は、第1算出部により算出された第2充放電指令値Pref´と第3算出部により算出された第4充放電指令値Qref´とに基づいて蓄電装置51の充放電を制御する。
ここで、第2充放電指令値Pref´と第4充放電指令値Qref´とは、場合によっては蓄電装置51及びその関連装置の容量を超えてしまう場合がある。そのような場合を考慮し、系統寄与算出部14と充放電指令演算器22との間に図9に示す演算器88あるいは図10に示す演算器89を追加した構成にすることも可能である。
演算器88又は演算器89が追加された場合には、その演算結果であるPref’’’とQref’’’とが充放電指令値として充放電指令演算器22に入力される。
図9の演算器88は、有効電力はそのままの値を蓄電装置の充放電制御の指令値として出力するが、無効電力は蓄電装置51とその関連装置の容量に余裕があった場合にのみ余力分をQref’’’として蓄電装置51の充放電制御の指令値として出力するものである。
図10の演算器89は、蓄電装置51とその関連装置の容量に余裕があった場合には有効電力・無効電力ともにそのままの値を蓄電装置51の充放電制御の指令値として出力するが、余裕がない場合には、入力されたPref´とQref´との比で蓄電装置51の出力を分割し、Pref’’’及びQref’’’を蓄電装置51の充放電制御の指令値として出力するものである。
なお、図8は基本的な構成を表したものであるが、比例器90,96は削除可能である。また、プラグインハイブリッド自動車のバッテリーのように、通常は有効電力しか必要としない装置では通常はQref=0もしくはそのような設定が存在しないので、Qref´=0、Qbc=Qbとなる構成にし、加算器91と減算器93とを削除してもよい。
その他の作用は、実施例1と同様であり、重複した説明を省略する。
上述のとおり、本発明の実施例5の形態に係る充放電制御装置52によれば、実施例1の効果に加え、無効電力による寄与量も定量化することができる。また、有効電力寄与分及び無効電力寄与分に応じて比例器90,95の比例係数を変えることにより、有効電力寄与分と無効電力寄与分に対する感度を変え、あるいは重み付けを行うことが可能である。さらに、図9,図10に示す演算器88,89を追加することにより、蓄電装置51及びその関連装置の容量をより有効に活用できる充放電指令値を得ることができる。
また本実施例の構成に対して、実施例2乃至実施例4で説明した機能を対応する場所に備えることにより、実施例2乃至実施例4と同様の効果を得ることも可能である。
さらに本実施例の方法を蓄電装置51の制御装置とは別に外付けする場合には、外付けの装置に蓄電装置51が連系している系統の電圧を入力する必要があるが、通常の蓄電装置51の制御装置には電圧の情報があるので、その情報を入力できるようにしてもよいし、別途電圧検出器を設けてもよい。また、本発明は上記方法に限定するものではなく、同様の結果が得られる方法であれば何でもよい。
本発明に係る充放電制御装置は、需要家の所有する蓄電装置に対する充放電量の管理を行う充放電制御装置に利用可能である。
1 加算器
2 比例器
3 減算器
4 符号器
5 乗算器
6 積分器
7 除算器
8 乗算器
9 減算器
10,11,12 制限器
13 伝達関数
21 充放電電力演算器
22 充放電指令演算器
50 電力系統母線
51 蓄電装置
52 充放電制御装置
53 電圧検出器
54 電流検出器
61,62 負荷
63 発電機
71 外付装置
88,89 演算器
90 比例器
91 加算器
92 比例器
93 減算器
94 符号器
95 乗算器
96 比例器
97 減算器
98 選択器
99 加算器
2 比例器
3 減算器
4 符号器
5 乗算器
6 積分器
7 除算器
8 乗算器
9 減算器
10,11,12 制限器
13 伝達関数
21 充放電電力演算器
22 充放電指令演算器
50 電力系統母線
51 蓄電装置
52 充放電制御装置
53 電圧検出器
54 電流検出器
61,62 負荷
63 発電機
71 外付装置
88,89 演算器
90 比例器
91 加算器
92 比例器
93 減算器
94 符号器
95 乗算器
96 比例器
97 減算器
98 選択器
99 加算器
Claims (5)
- 電力系統に連系された蓄電装置の充放電を制御する充放電制御装置であって、
前記蓄電装置の電気量を検出する検出部と、
外部から入力された第1充放電指令値と第1系統寄与希望値とに基づいて第2充放電指令値を算出するとともに、前記検出部により検出された電気量と前記第1充放電指令値と前記第1系統寄与希望値とに基づいて前記電力系統に対する寄与を示す第1系統寄与値を算出する第1算出部と、
前記第1算出部により算出された前記第1系統寄与値を積算して系統寄与指数を算出する積算部と、
前記第1算出部により算出された第2充放電指令値に基づいて前記蓄電装置の充放電を制御する充放電部と、
を備えることを特徴とする充放電制御装置。 - 前記蓄電装置の連系点における前記電力系統側の電圧と周波数との少なくとも1つに基づいて前記第1系統寄与希望値を算出する第2算出部を備えることを特徴とする請求項1記載の充放電制御装置。
- 前記第1系統寄与希望値、前記第2充放電指令値、及び前記第1系統寄与値のうち少なくとも1つに対して所定の範囲に制限する制限部を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の充放電制御装置。
- 前記第1算出部は、前記第1系統寄与値を算出する際に、前記第1充放電指令値に対する前記検出部により検出された電気量の応答遅延を補正する補正部を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の充放電制御装置。
- 前記検出部は、前記蓄電装置の有効電力と無効電力とを電気量として検出し、
外部から入力された第3充放電指令値と第2系統寄与希望値とに基づいて第4充放電指令値を算出するとともに、前記検出部により検出された無効電力と前記第3充放電指令値と前記第2系統寄与希望値とに基づいて前記電力系統に対する寄与を示す第2系統寄与値を算出する第3算出部を備え、
前記積算部は、前記第1算出部により算出された前記第1系統寄与値に基づく値と前記第3算出部により算出された前記第2系統寄与値に基づく値とを積算して系統寄与指数を算出し、
前記充放電部は、前記第1算出部により算出された第2充放電指令値と前記第3算出部により算出された第4充放電指令値とに基づいて前記蓄電装置の充放電を制御することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の充放電制御装置。
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