JP4170565B2 - 電力変動平滑化装置及びそれを備えた分散電源システムの制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電装置や太陽光発電装置などの分散電源による電力変動を平滑化する電力変動平滑化装置及びそれを備えた分散電源システムの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題等から風力発電装置や太陽光発電装置のような自然エネルギーを利用する分散電源が電力系統に連系されるようになった。これらの自然エネルギーを利用した分散電源は出力が不安定であり、この電力変動が連系する電力系統の電圧変動や周波数変動を引き起こし、電力系統につながる負荷に悪影響を及ぼす恐れがあった。この対策として提案された、分散電源として太陽光発電装置を用いた場合における電力変動を平滑化するための従来の電力変動平滑化装置及びそれを備えた分散電源システムについて以下に説明する。図８において、分散電源システム１０は、分散電源９と、分散電源９による電力変動を平滑化するための電力変動平滑化装置１と、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置１５とから構成され、電源１３の電力系統１２に接続されている。電力変動平滑化装置１は、分散電源９の発生電力を蓄える蓄電部２と、分散電源９の出力を蓄電部２へ充電したり、蓄電部２に蓄えられた電力を電力系統１２側に放電する充放電部３と、電力変動平滑化装置１全体を制御する制御部４とから構成されている。制御部４は、分散電源９の出力を検出する出力検出部５と、出力検出部５から得られる分散電源９の出力の単位時間内における移動平均値を求める目標値設定部７と、目標値設定部７からの信号に基づき充放電部３を作動させる充放電制御部８とから構成されている。以上のような構成を有する分散電源システム１０は、分散電源９の出力を計測して単位時間内における分散電源９の出力の移動平均値を求め、分散電源９の発電電力が移動平均値を上回ったときには、その余剰分を蓄電部２に充電し、分散電源９の発電電力が移動平均値を下回ったときには、その不足分を蓄電部２から放電して、分散電源９による電力変動を平滑化している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このシステムでは、単位時間内における分散電源９の出力の移動平均値を目標値にすることにより、充電量と放電量が平均的に等しいと仮定しているが、実際には充放電の際に蓄電部２や充放電部３等で損失が発生するため、蓄電部２に蓄えられる平均的なエネルギーは徐々に減少して蓄電量が不足状態に陥り、分散電源９の出力の移動平均値である目標値からの不足分を供給できないため、電力変動を抑制できない場合が発生する。また、逆に移動平均値を上回る量が下回る量より大きい場合は、蓄電部２に蓄えられた電力が徐々に増加し、蓄電部２が満充電状態になると、分散電源９の出力が移動平均値より上回ってもその余剰分を蓄電部２に充電できないため、電力変動を抑制できない恐れがある。
【０００４】
本発明は、蓄電部の蓄電量が不足したり、満充電になるのを防止して、確実に風力発電装置や太陽光発電装置などの分散電源による電力系統への出力変動を平滑化する電力変動平滑化装置を提供することを課題としている。
本発明はまた、上記電力変動平滑化装置を備えた分散電源システムの制御方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次のような手段によって上述した課題を解決している。
本発明の請求項１に記載の発明は、蓄電部、充放電部及び制御部からなり、分散電源とともに電力系統に接続される電力変動平滑化装置において、制御部が、分散電源の出力を検出する出力検出部と、蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で補正して、電力系統側への出力目標値を設定する目標値設定部と、分散電源の出力と出力目標値とを比較して、または電力系統側への出力をフィードバックして電力系統側への出力が出力目標値になるように充放電部を制御する充放電制御部とを備えたことを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、制御部が、分散電源の出力を検出する出力検出部と、蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で補正して、電力系統側への出力目標値を設定する目標値設定部と、分散電源の出力と出力目標値とを比較して、または電力系統側への出力をフィードバックして電力系統側への出力が出力目標値になるように充放電部を制御する充放電制御部とを備えているので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止できる。
【０００６】
本発明の請求項２に記載の発明は、分散電源、蓄電部、充放電部及び制御部からなり、制御部が分散電源の出力を検出する出力検出部と、蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で補正して、電力系統側への出力目標値を設定する目標値設定部と、分散電源の出力と出力目標値とを比較して、または電力系統側への出力をフィードバックして電力系統側への出力が出力目標値になるように充放電部を制御する充放電制御部とからなる電力変動平滑化装置とを備えて、電力系統に接続される分散電源システムの制御方法において、分散電源の出力と蓄電部の蓄電量を検出し、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を求め、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で移動平均値を補正して前記出力目標値を設定し、分散電源の出力が出力目標値よりも大きいときは、その余剰分を蓄電部に充電し、分散電源の出力が出力目標値よりも小さいときは、その不足分を蓄電部から放電して、電力系統側への出力が出力目標値になるように制御することを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、分散電源の出力と蓄電部の蓄電量を検出し、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を求め、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で移動平均値を補正して前記出力目標値を設定し、分散電源の出力が出力目標値よりも大きいときは、その余剰分を蓄電部に充電し、分散電源の出力が出力目標値よりも小さいときは、その不足分を蓄電部から放電して、電力系統側への出力が出力目標値になるように制御するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止できる。
【０００７】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の分散電源システムの制御方法であって、蓄電量または蓄電量の代替値の上限値と下限値とを予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値より大きいときは、出力目標値が移動平均値よりも大きくなるように調整値または補正係数を設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値と下限値の間にあるときは、調整値をゼロに設定するか、または補正係数を１に設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が下限値より小さいときは、出力目標値が移動平均値よりも小さくなるように調整値または補正係数を設定することを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、蓄電量または蓄電量の代替値の上限値と下限値とを予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値より大きいときは、出力目標値が移動平均値よりも大きくなるように調整値または補正係数を設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値と下限値の間にあるときは、調整値をゼロに設定するか、または補正係数を１に設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が下限値より小さいときは、出力目標値が移動平均値よりも小さくなるように調整値または補正係数を設定するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止できる。
【０００８】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の分散電源システムの制御方法であって、蓄電部の使用可能な蓄電量の範囲内に下限値を予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、下限値よりも小さいときは、補正係数をゼロに設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、使用可能な蓄電量の範囲の中央のときに補正係数を１に設定し、かつ、蓄電量が増加するとともに大きくなるように設定することを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、蓄電部の使用可能な蓄電量の範囲内に下限値を予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、下限値よりも小さいときは、補正係数をゼロに設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、使用可能な蓄電量の範囲の中央のときに補正係数を１に設定し、かつ、蓄電量が増加するとともに大きくなるように設定するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止できる。
【０００９】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４に記載の分散電源システムの制御方法であって、蓄電量または蓄電量の代替値は、予め設定された期間の移動平均値を用いることを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、蓄電量または蓄電量の代替値は、予め設定された期間の移動平均値を用いるので、請求項２ないし４に記載の作用に加えて、平均的な蓄電量の変化が把握できる。
【００１０】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項２ないし５に記載の分散電源システムの制御方法であって、分散電源システムの出力電圧を検出し、分散電源システムに予め設定された過電圧保護レベルの電圧値よりも小さな基準保護電圧値を予め設定しておき、分散電源システムの出力電圧が基準保護電圧値に達すると、出力電圧が過電圧保護レベルの電圧値を越えないように、電力系統側への出力目標値を予め設定された割合で下方に補正して、新たな出力目標値とすることを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、分散電源システムの出力電圧を検出し、分散電源システムに予め設定された過電圧保護レベルの電圧値よりも小さな基準保護電圧値を予め設定しておき、分散電源システムの出力電圧が基準保護電圧値に達すると、出力電圧が過電圧保護レベルの電圧値を越えないように、電力系統側への出力目標値を予め設定された割合で下方に補正して、新たな出力目標値とするので、請求項２ないし５の作用に加えて、過電圧保護による分散電源システムの急激な停止を防止できる。
【００１１】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項２ないし６に記載の分散電源システムの制御方法であって、分散電源が太陽光発電装置であり、電力変動平滑化装置の電力系統側に直流電力を交流電力に変換する電力変換装置を備え、電力変換装置が、電力変動平滑化装置の接続点よりも太陽光発電装置側の出力に基づいて最大電力点追従制御を行うことを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、分散電源が太陽光発電装置であり、電力変動平滑化装置の電力系統側に直流電力を交流電力に変換する電力変換装置を備え、電力変換装置が、電力変動平滑化装置の接続点よりも太陽光発電装置側の出力に基づいて最大電力点追従制御を行うので、請求項２ないし６に記載の作用に加えて、太陽電池から有効に電力を取り出すことができる。
【００１２】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の分散電源システムの制御方法であって、出力目標値がゼロのとき、電力変換装置を停止させ、電力変動平滑化装置により、最大電力点追跡制御を行うことを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、出力目標値がゼロのとき、電力変換装置を停止させ、電力変動平滑化装置により、最大電力点追跡制御を行うので、請求項７に記載の作用に加えて、電力変換装置の不安定動作を防止できるとともに電力変換装置内の損失を発生させない。
【００１３】
本発明の請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の分散電源システムの制御方法であって、電力変換装置が停止したとき、出力目標値をゼロにすることを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、電力変換装置が停止したとき、出力目標値をゼロにするので、請求項７または８に記載の作用に加えて、電力変換装置の停止時に発生する電力変換装置入力側の過電圧を防止する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の制御方法を実施するため電力変動平滑化装置を備えた分散電源システムの実施形態を示す構成図である。ここで、分散電源９は、風力発電装置や太陽光発電装置のような電力変動の激しい電源であり、以下の説明では太陽光発電装置の場合を例に説明する。分散電源システム１０は、分散電源９、逆流防止用ダイオード１４、電力変動平滑化装置１及び系統連系型の電力変換装置１５とからなり、系統連系用変圧器１１を介して電源１３の電力系統１２に接続されている。ここで、電源１３は、電力会社の発電所の電源であってもよいし、離島などでのディーゼル発電機のような小規模の独立電源であってもよいし、需要家の自家用発電装置であってもよい。
【００１５】
電力変動平滑化装置１は、電力を蓄える蓄電部２と電力変動を平滑化するための電力調整を行う充放電部３と制御部４とからなり、分散電源９と電力変換装置１５の間に設けられている。
電力変換装置１５は分散電源９からの直流電力を交流電力に変換する装置であり、最大電力点追跡制御機能や力率１制御機能及び各種保護機能を有する系統連系型の太陽光発電用インバータを用いることができる。ただし、市販の太陽光発電用インバータをそのまま接続すると、最大点追跡制御を行うための入力信号を電力変動平滑化装置１の出力側からとることになり、電力変動平滑化装置１の制御と電力変換装置１５の最大点追跡制御が干渉して良好な制御ができない。電力変動平滑化装置１を良好に動作させ、かつ、電力変換装置１５の最大点追跡制御を良好に行うためには、図１に示すように分散電源９の出力の検出点を電力変動平滑化装置１の接続点Ａより分散電源９側にする必要がある。
また、系統連系用変圧器１１は、電力変換装置１５の出力電圧を電力系統１２の電圧に合わせるために必要に応じて設けられるものであり、連系される電力系統１２が低圧であり、電力変換装置１５の出力電圧が系統１２の電圧と一致している場合は省略することもできる。
蓄電部２は、電気二重層コンデンサや、鉛蓄電池、レドックスフロー電池、ナトリウム硫黄電池、亜鉛臭素電池、リチウムイオン電池などの二次電池や、フライホイール及び超電導コイルなどであり、電力を蓄えるものであればよい。
充放電部３は、制御部４からの指令にしたがって蓄電部２に充電したり、蓄電部２に蓄えられた電力を放電して、双方向に電力変動を平滑化するための電力ΔＰ'を調整して出力する機能を有している。図１において、分散電源９の出力Ｐと電力系統側への出力Ｐ’と電力変動平滑化装置１の出力ΔＰ'の関係は、Ｐ’＝Ｐ＋ΔＰ'である。
制御部４は、少なくとも分散電源９の出力Ｐを検出する出力検出部５と、蓄電部２の蓄電量を検出する蓄電量検出部６と、電力系統側への出力目標値Ｐ0'を設定する目標値設定部７と、電力系統側への出力Ｐ’が出力目標値Ｐ0'になるように充放電部３を制御する充放電制御部８とからなっており、電力変動平滑化装置１の動作全体を制御するものである。
出力検出部５は、分散電源９の出力電圧と出力電流を検出することにより、出力電力を算出している。蓄電量検出部６は、蓄電部２の蓄電量を知ることができる情報から蓄電部２の蓄電量を求める機能を有している。
目標値設定部７は、ある時点において出力検出部５から得られる分散電源９の予め設定された過去の期間の出力データを用いて移動平均値を求め、その時点の蓄電量検出部６から得られる蓄電部２の蓄電量に応じて予め設定された調整値または補正係数によりその移動平均値に、補正を加えて電力変動平滑化装置１の出力目標値Ｐ0'とする機能を有している。ここで、調整値を用いる場合は移動平均値に加減算し、補正係数を用いる場合は移動平均値に補正係数を掛けることによって出力目標値Ｐ0'を設定する。
充放電制御部８は、目標値設定部７で設定された出力目標値Ｐ0'と分散電源９の出力Ｐとを比較し、電力変動平滑化装置１の出力指令値ΔＰ0'を演算し、この出力指令値ΔＰ0'どおりに電力変動平滑化装置１の出力ΔＰ'を出力するように充放電部３を制御する機能を有している。出力指令値ΔＰ0'どおりにより精度良く出力されるように、図１に示すように電力変動平滑化装置１の出力ΔＰ'を充放電制御部８にフィードバックして制御することが好ましいが、フィードバックしなくても概略制御は可能である。また、図２に示すように充放電制御部８において、目標値設定部７で設定された出力目標値Ｐ0'に電力系統側への出力Ｐ’をフィードバックすることでも、精度よく制御することができる。この場合、出力目標値Ｐ0'と分散電源９の出力Ｐとを比較する必要はない。
【００１６】
蓄電量検出部６における蓄電部２の蓄電量の検出方法については、例えば蓄電部２として電気２重層コンデンサや２次電池を用いた場合、使用した電気２重層コンデンサまたは２次電池の充放電特性、内部抵抗を予め測定しておき、蓄電量検出部６で電気２重層コンデンサまたは２次電池の端子電圧及び電流を測定することにより起電力を算出し、充放電特性から電気２重層コンデンサまたは２次電池の蓄電量を求めることができる。その他、充電時と放電時のそれぞれの「kWh」を計算しておき、蓄電部２や充放電部３などの損失などを考慮して蓄電量を求めるなど、従来の種々の検出方法を用いることができる。また、ここで用いられる蓄電量の値は、蓄電量検出部６で検出される瞬時値を用いてもよいし、予め設定された時間の移動平均値を求めて用いてもよい。蓄電量の移動平均値は、蓄電量検出部６で演算されてもよいし、目標値設定部７で演算されてもよい。さらに、蓄電量の代わりに蓄電量を反映している端子電圧などの代替値を用いることも可能である。
【００１７】
次に、本発明の分散電源システムの動作について、図３ないし図５を用いて説明する。
電力変動平滑化装置１の出力の目標値の基準は、従来例と同様に分散電源９の出力Ｐの予め設定された期間の移動平均値であり、移動平均を求める期間が重要となる。移動平均を求める期間によって平滑化できる変動成分の大きさが異なる。すなわち、移動平均を求める期間が短すぎると蓄電部２の必要容量を小さくできるが、問題とする電力変動を平滑できないおそれがあり、逆に移動平均を求める期間が長すぎると、平滑度は上がるが蓄電部２の必要容量が大きくなり、設置面積やコスト面で問題となるおそれがある。例えば、電源１３の発電機のガバナー制御の応答性や電力系統１２に設けられている電圧調整器（ＳＶＲ）などの応答性などを考慮してそれら既設の電力変動平滑化手段では対応できない速い変動のみを対象にし、既設の電力変動平滑化手段と協調をとるように動作させることが蓄電部２の必要容量を小さくできるので好ましい。
以上のように移動平均を求める期間は、分散電源の種類、電力変動の状態や要求される電力変動平滑効果などの関係から実験的あるいは理論的に最適な値を設定すればよい。
【００１８】
図３に予め設定された蓄電部２の蓄電量と補正係数の例を示している。ある時点において、分散電源９の過去の期間、例えば10秒間の出力データを用いて移動平均値を求める。その移動平均値に図３に示す蓄電量に応じた補正係数を掛けて出力目標値Ｐ0'とし、分散電源９の出力Ｐと比較して、分散電源９の出力Ｐの方が出力目標値Ｐ0'よりも大きいときは、出力目標値Ｐ0'と等しい分を電力系統１２側に送り出すとともに余剰分を充放電部３を介して蓄電部２に充電し、分散電源９の出力Ｐの方が出力目標値Ｐ0'よりも小さいときは、分散電源９の出力Ｐを全て電力系統１２側に送り出すとともに不足分を充放電部３を介して蓄電部２から放電して、電力変動平滑化装置１の出力Ｐ’が設定された出力目標値Ｐ0'となるように充放電部３を制御する。
図３に示すように、ある時点の蓄電部２の蓄電量がゼロからa(%)の間にあるとき、補正係数はゼロで、出力目標値Ｐ0'は移動平均値にかかわらず、ゼロとなり、電力系統１２側へは出力せず、分散電源９で発電した電力は全て蓄電部２に蓄えられる。充電が進んで蓄電量がa(%)からb(%)の間では、補正係数をゼロから１まで直線的に設定している。出力目標値Ｐ0'は蓄電量が大きくなるに従い、大きくなり、b(%)の点で移動平均値そのものに一致する。b(%)からc(%)の間で補正係数は１に設定されている。この間の出力目標値Ｐ0'は各時点での移動平均値となる。充電割合が多くて蓄電量がさらに大きくなり、c(%)を越えると補正係数をＡまで直線的に大きくなるように設定する。ｄ(%)から１００(%)の間では補正係数はＡに設定され、出力目標値は各時点での移動平均値のＡ倍となる。Ａの値は、電力変動の大きさ、蓄電容量などを考慮して設定される。ただし、出力目標値Ｐ0'は移動平均値に補正係数を掛けた値であるが、その値が分散電源９の最大出力を越える場合は、最大出力を出力目標値Ｐ0'とする。この例のように蓄電量の下限値をb(%)、上限値をc(%)として、下限値を下回ると補正係数が１より小さくなり、すなわち出力目標値Ｐ0'が分散電源９の出力Ｐの移動平均値より小さく設定されるため、充電割合が増加し、逆に上限値を超えると補正係数は１より大きくなり、すなわち出力目標値Ｐ0'が分散電源９の出力Ｐの移動平均値よりも大きく設定されるために放電割合が増加することにより、蓄電部２の蓄電量不足や満充電状態を防ぐことができる。
【００１９】
図４に予め設定された蓄電部２の蓄電量（蓄電部の端子電圧）と補正係数の関係の他の例を示す。図４において、縦軸は補正係数であり、横軸は蓄電量に対応する蓄電部２の端子電圧であり、蓄電量を端子電圧で代替した例である。また、端子電圧は瞬時値を用いてもよいが、ここでは予め設定された期間の移動平均値を用いる例を示す。図４において蓄電部２の充放電可能な蓄電量に相当する端子電圧の範囲の中央であるy(V)のときに補正係数が１になるように、その前後でx(V)からz(V)まで右上がりの二次曲線で補正係数が設定されている。x(V)以下では、補正係数がゼロで出力目標値Ｐ0'はゼロとなる。また、z(V)以上では分散電源９の最大出力値を出力目標値Ｐ0'とするように設定している。このように設定することにより、端子電圧(蓄電量)の移動平均値がy(V)より大きくなると出力目標値が分散電源９の出力Ｐの移動平均値よりも大きく設定され、放電割合が増加し、また、逆に端子電圧(蓄電量)の移動平均値がy(V)より小さくなると出力目標値Ｐ0'が分散電源９の出力Ｐの移動平均値よりも小さく設定され、充電割合が増加するため、端子電圧(蓄電量)の移動平均値はほぼ中央値y(V)付近に制御され、蓄電部２の蓄電量不足や満充電状態を防ぐことができる。
上記の２つの例は蓄電量と補正係数の関係の一例であり、蓄電部２の種類や電力変動の大きさなどによって最適になるように設定すればよい。
【００２０】
図５に分散電源９の出力Ｐと出力目標値Ｐ0'との比較による充放電動作例及び電力変動平滑化の例を示す。分散電源９の出力Ｐが出力目標値Ｐ0'を上回るとき、上回った部分（ハッチング部分）は蓄電部２に充電され、出力目標値Ｐ0'を下回ったときは不足部分を蓄電部２から放電して出力目標値Ｐ0'に合うように出力制御され、電力変動が平滑化されている。
次に、分散電源システムがある特別な状態になったときの動作について説明する。分散電源システムが電力系統に連系される場合、種々の保護を行うための連系保護装置が分散電源システムに設けられる。その機能の１つに過電圧保護があり、分散電源の出力により電力系統が過電圧になるのを防止する機能であり、この機能が働くと分散電源システムは遮断される。なお、過電圧保護レベルは、電圧値と時限とを予め連系保護装置に設定できるようになっている。分散電源システムが上記のように出力目標値に従って出力しているときに過電圧保護が働くと出力が急にゼロとなるため、この出力変動が電力系統に悪影響を及ぼす可能性もある。そこで、図６に示すように分散電源システム１０の出力側の電圧を検出して出力目標設定部７に入力し、その電圧が分散電源システムに含まれる、図示していない系統連系保護装置に予め設定された過電圧保護レベルの電圧値よりも小さな基準保護電圧値を出力目標設定部７に予め設定しておき、分散電源システムの出力電圧が基準保護電圧値に達すると、出力目標設定部７において、分散電源９の出力の移動平均値と蓄電部２の蓄電量とから設定される出力目標値を予め設定された割合で下方に調整して出力目標値Ｐ0'を再設定し、出力電圧が過電圧にならないように分散電源システム１０の出力電力を減少させることで、分散電源システム１０の急な停止による電力変動を防止することができる。分散電源９の出力は、過電圧保護により分散電源システムが停止しないレベルで電力系統１２に出力変動を抑制した電力が供給され、残りは蓄電部２に充電することができる。
【００２１】
上記実施の形態の説明では、分散電源９が太陽光発電装置の場合で、電力変動平滑化装置１が分散電源９と電力変換装置１５との間の直流部分で接続されている例を用いて説明したが、図７に示すように電力変換装置１５の後の交流部分に接続しても良い。また、風力発電装置のような交流電力を出力する分散電源の場合は、図７において太陽光発電装置を風力発電装置に代え、逆流防止用ダイオード１４や電力変換装置１５なしで、交流部分に電力変動平滑化装置１を接続し、電力系統１２に接続される。これらについても上記の同様な動作で分散電源９による電力変動を平滑することができる。
また、分散電源９が、太陽光発電装置の場合であって、電力変換装置１５と電力変動平滑化装置１とを組み合わせて使用する場合において、電力変換装置１５と電力変動平滑化装置１の各々が独立して制御を行うと整合性が悪く、分散電源システム１０として安定した動作が得られないおそれがある。例えば、分散電源９から最大電力を取り出すために電力変換装置１５は最大電力点追跡制御機能を有している。前述したように、電力変動平滑化装置１にそのまま市販の電力変換装置１５を接続するとお互いの制御が干渉して良好な動作が行えない。電力変動平滑化装置１の制御と電力変換装置１５の最大電力点追跡制御との干渉を防止して、電力変動平滑化装置１を良好に動作させ、かつ、電力変換装置１５の最大点追跡制御を良好に行うために、図１に示すように分散電源９の出力の検出点を電力変動平滑化装置１の接続点Ａより分散電源９側にする必要がある。
また、分散電源システム１０の起動時に蓄電部２の蓄電量が予め設定された必要量より少ない場合には、電力変動平滑化装置１の出力目標値はゼロとなるが、その際には電力変換装置１５は停止しておき、電力変動平滑化装置１が分散電源９の最大電力点追跡制御または定電圧制御により蓄電部２を必要な蓄電量まで充電する。電力変換装置１５を停止しておくことにより、電力変換装置１５の不要なポンピングを防止し、電力変換装置１５の固定損を発生させず、高効率運転が可能となる。蓄電部２が充分蓄電されていれば、電力変換装置１５へ運転指令を出力して電力変換装置１５の動作を確認する。このとき、電力変換装置１５が動作していれば、電力変動平滑化装置１は出力目標値Ｐ0'を出力するように動作する。もし、電力変換装置１５が動作していなければ動作するまで待機する。
さらに、電力系統１２の異常または電力変換装置１５の異常により電力変換装置１５が前述の保護機能などの働きで停止した場合に、電力変動平滑化装置１５がそれまでの出力目標値Ｐ0'をそのまま出し続けると電力変動平滑化装置１の出力側即ち電力変換装置１５の入力側で過電圧が発生し、機器を破損するおそれがある。そこで、電力変動平滑化装置１は、電力変換装置１５の停止を確認して、出力目標値をゼロに変更して、分散電源９の出力を全て蓄電部２に充電するように制御する。蓄電部２が満充電になった場合は、電力変動平滑装置１を停止させる。また、電力変換装置１５が再び、運転開始した場合、それを検知して電力変動平滑化装置１は、上記の通常の動作を行う。このように電力変動平滑化装置１は、蓄電部２の蓄電量と電力変換装置１５の運転状態を監視することで各々の制御の整合性をとり、分散電源システムを良好に動作させることが可能となる。
本実施の形態の制御方法を用いると蓄電量が少なくなってくると出力目標値Ｐ0'を減少させて充電量を多くし、蓄電量が多くなると出力目標値Ｐ0'を大きくして放電量を多くすることにより、蓄電部２の満充電状態や放電終止状態を起こすことがないので、電力変動平滑化装置１を有する分散電源システムは常に分散電源９による電力変動を平滑化することができる。また、分散電源９の出力の移動平均値を中心に充電、放電を繰り返し、それに必要なだけの蓄電容量を準備すればよいので、蓄電部２の容量を低減することが可能であり、コンパクト化及び低コスト化できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、次のような効果を有する。
請求項１によれば、制御部が分散電源の出力を検出する出力検出部と、蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で補正して、電力系統側への出力目標値を設定する目標値設定部と、分散電源の出力と出力目標値とを比較して、または電力系統側への出力をフィードバックして電力系統側への出力が出力目標値になるように充放電部を制御する充放電制御部とを備えているので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止して確実に出力変動を抑制できるとともに、分散電源の出力の移動平均値を中心に充電、放電を繰り返し、それに必要なだけの蓄電容量を準備すればよいので、蓄電部の容量を低減することが可能であり、電力変動平滑化装置をコンパクト化及び低コスト化できる。
【００２３】
請求項２によれば、分散電源の出力と蓄電部の蓄電量を検出し、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を求め、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で移動平均値を補正して、出力目標値を設定し、分散電源の出力が出力目標値よりも大きいときは、その余剰分を蓄電部に充電し、分散電源の出力が出力目標値よりも小さいときは、その不足分を蓄電部から放電して、電力系統側への出力が出力目標値になるように制御するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを確実に防止して電力系統への悪影響を防止できるとともに、分散電源の出力の移動平均値を中心に充電、放電を繰り返し、それに必要なだけの蓄電容量を準備すればよいので、蓄電部の容量を低減することが可能であり、電力変動平滑化装置をコンパクト化及び低コスト化できる。
【００２４】
請求項３によれば、蓄電量または蓄電量の代替値の上限値と下限値を予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値より大きいときは、出力目標値が移動平均値よりも大きくなるように調整値または補正係数を設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値と下限値の間にあるときは、調整値をゼロに設定するか、または補正係数を１に設定し、蓄電または蓄電量の代替値量が下限値より小さいときは、出力目標値が移動平均値よりも小さくなるように調整値または補正係数を設定するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止して電力系統への悪影響を防止できる。
【００２５】
請求項４によれば、蓄電部の使用可能な蓄電量の範囲内に下限値を予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、下限値よりも小さいときは、補正係数をゼロに設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、使用可能な蓄電量の範囲の中央のときに補正係数を１に設定し、かつ、蓄電量または蓄電量の代替値が増加するとともに大きくなるように設定するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止して電力系統への悪影響を防止できる。
【００２６】
請求項５によれば、蓄電量の値として、予め設定された期間の移動平均値を用いるので、請求項２ないし４に記載の効果に加えて、より小容量で出力変動を抑制できる。また、出力変動を抑制するために蓄電部を充放電した蓄電量の変動の影響を少なくできる。
【００２７】
請求項６によれば、分散電源システムの出力電圧を検出し、分散電源システムに予め設定された過電圧保護レベルの電圧値よりも小さな基準保護電圧値を予め設定しておき、分散電源システムの出力電圧が基準保護電圧値に達すると、出力電圧が過電圧保護レベルの電圧値を越えないように、電力系統側への出力目標値を予め設定された割合で下方に補正して、新たな出力目標値とするので、請求項２ないし５の効果に加えて、過電圧保護による分散電源システムの急激な停止を防止して、これによる電力系統への悪影響を防止できる。
【００２８】
請求項７によれば、分散電源が太陽光発電装置であり、電力変動平滑化装置の電力系統側に直流電力を交流電力に変換する電力変換装置を備え、電力変換装置が、電力変動平滑化装置の接続点よりも太陽光発電装置側の出力に基づいて最大電力点追従制御を行うので、請求項２ないし６に記載の効果に加えて、太陽電池から有効に電力を取り出すことができる。
【００２９】
請求項８によれば、出力目標値がゼロのとき、電力変換装置を停止させ、電力変動平滑化装置により、最大電力点追跡制御を行うので、請求項７に記載の効果に加えて、電力変換装置の不安定動作を防止できるとともに電力変換装置内の損失を発生させず、安定した高効率なシステムを提供できる。
【００３０】
請求項９によれば、電力変換装置が停止したとき、出力目標値をゼロにするので、請求項７または８に記載の効果に加えて、電力変換装置の停止時に発生する電力変換装置入力側の過電圧による機器の破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法を実施するための電力変動平滑化装置を備えた分散電源システムの実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る分散電源システムの制御方法の実施の形態の他の例を示す構成図である。
【図３】本発明に係る実施の形態における蓄電量と補正係数との関係を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態における蓄電量と補正係数の関係の他の例を説明する図である。
【図５】本発明に係る分散電源システムの実施の形態における充放電特性を説明する図である。
【図６】本発明に係る分散電源システムの実施の形態のさらに他の例を示す構成図である。
【図７】本発明に係る分散電源システムの実施の形態のさらに異なる他の例を示す構成図である。
【図８】従来の電力変動平滑化装置及びそれを備えた分散電源システムの構成図である。
【符号の説明】
１ 電力変動平滑化装置
２ 蓄電部
３ 充放電部
４ 制御部
５ 出力検出部
６ 蓄電量検出部
７ 目標値設定部
８ 充放電制御部
９ 分散電源
１０ 分散電源システム
１１ 系統連系用変圧器
１２ 電力系統
１３ 電源
１４ 逆流防止用ダイオード
１５ 電力変換装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電装置や太陽光発電装置などの分散電源による電力変動を平滑化する電力変動平滑化装置及びそれを備えた分散電源システムの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題等から風力発電装置や太陽光発電装置のような自然エネルギーを利用する分散電源が電力系統に連系されるようになった。これらの自然エネルギーを利用した分散電源は出力が不安定であり、この電力変動が連系する電力系統の電圧変動や周波数変動を引き起こし、電力系統につながる負荷に悪影響を及ぼす恐れがあった。この対策として提案された、分散電源として太陽光発電装置を用いた場合における電力変動を平滑化するための従来の電力変動平滑化装置及びそれを備えた分散電源システムについて以下に説明する。図８において、分散電源システム１０は、分散電源９と、分散電源９による電力変動を平滑化するための電力変動平滑化装置１と、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置１５とから構成され、電源１３の電力系統１２に接続されている。電力変動平滑化装置１は、分散電源９の発生電力を蓄える蓄電部２と、分散電源９の出力を蓄電部２へ充電したり、蓄電部２に蓄えられた電力を電力系統１２側に放電する充放電部３と、電力変動平滑化装置１全体を制御する制御部４とから構成されている。制御部４は、分散電源９の出力を検出する出力検出部５と、出力検出部５から得られる分散電源９の出力の単位時間内における移動平均値を求める目標値設定部７と、目標値設定部７からの信号に基づき充放電部３を作動させる充放電制御部８とから構成されている。以上のような構成を有する分散電源システム１０は、分散電源９の出力を計測して単位時間内における分散電源９の出力の移動平均値を求め、分散電源９の発電電力が移動平均値を上回ったときには、その余剰分を蓄電部２に充電し、分散電源９の発電電力が移動平均値を下回ったときには、その不足分を蓄電部２から放電して、分散電源９による電力変動を平滑化している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このシステムでは、単位時間内における分散電源９の出力の移動平均値を目標値にすることにより、充電量と放電量が平均的に等しいと仮定しているが、実際には充放電の際に蓄電部２や充放電部３等で損失が発生するため、蓄電部２に蓄えられる平均的なエネルギーは徐々に減少して蓄電量が不足状態に陥り、分散電源９の出力の移動平均値である目標値からの不足分を供給できないため、電力変動を抑制できない場合が発生する。また、逆に移動平均値を上回る量が下回る量より大きい場合は、蓄電部２に蓄えられた電力が徐々に増加し、蓄電部２が満充電状態になると、分散電源９の出力が移動平均値より上回ってもその余剰分を蓄電部２に充電できないため、電力変動を抑制できない恐れがある。
【０００４】
本発明は、蓄電部の蓄電量が不足したり、満充電になるのを防止して、確実に風力発電装置や太陽光発電装置などの分散電源による電力系統への出力変動を平滑化する電力変動平滑化装置を提供することを課題としている。
本発明はまた、上記電力変動平滑化装置を備えた分散電源システムの制御方法を提供することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、次のような手段によって上述した課題を解決している。
本発明の請求項１に記載の発明は、蓄電部、充放電部及び制御部からなり、分散電源とともに電力系統に接続される電力変動平滑化装置において、制御部が、分散電源の出力を検出する出力検出部と、蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で補正して、電力系統側への出力目標値を設定する目標値設定部と、分散電源の出力と出力目標値とを比較して、または電力系統側への出力をフィードバックして電力系統側への出力が出力目標値になるように充放電部を制御する充放電制御部とを備えたことを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、制御部が、分散電源の出力を検出する出力検出部と、蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で補正して、電力系統側への出力目標値を設定する目標値設定部と、分散電源の出力と出力目標値とを比較して、または電力系統側への出力をフィードバックして電力系統側への出力が出力目標値になるように充放電部を制御する充放電制御部とを備えているので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止できる。
【０００６】
本発明の請求項２に記載の発明は、分散電源、蓄電部、充放電部及び制御部からなり、制御部が分散電源の出力を検出する出力検出部と、蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で補正して、電力系統側への出力目標値を設定する目標値設定部と、分散電源の出力と出力目標値とを比較して、または電力系統側への出力をフィードバックして電力系統側への出力が出力目標値になるように充放電部を制御する充放電制御部とからなる電力変動平滑化装置とを備えて、電力系統に接続される分散電源システムの制御方法において、分散電源の出力と蓄電部の蓄電量を検出し、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を求め、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で移動平均値を補正して前記出力目標値を設定し、分散電源の出力が出力目標値よりも大きいときは、その余剰分を蓄電部に充電し、分散電源の出力が出力目標値よりも小さいときは、その不足分を蓄電部から放電して、電力系統側への出力が出力目標値になるように制御することを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、分散電源の出力と蓄電部の蓄電量を検出し、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を求め、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で移動平均値を補正して前記出力目標値を設定し、分散電源の出力が出力目標値よりも大きいときは、その余剰分を蓄電部に充電し、分散電源の出力が出力目標値よりも小さいときは、その不足分を蓄電部から放電して、電力系統側への出力が出力目標値になるように制御するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止できる。
【０００７】
本発明の請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の分散電源システムの制御方法であって、蓄電量または蓄電量の代替値の上限値と下限値とを予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値より大きいときは、出力目標値が移動平均値よりも大きくなるように調整値または補正係数を設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値と下限値の間にあるときは、調整値をゼロに設定するか、または補正係数を１に設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が下限値より小さいときは、出力目標値が移動平均値よりも小さくなるように調整値または補正係数を設定することを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、蓄電量または蓄電量の代替値の上限値と下限値とを予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値より大きいときは、出力目標値が移動平均値よりも大きくなるように調整値または補正係数を設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値と下限値の間にあるときは、調整値をゼロに設定するか、または補正係数を１に設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が下限値より小さいときは、出力目標値が移動平均値よりも小さくなるように調整値または補正係数を設定するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止できる。
【０００８】
本発明の請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の分散電源システムの制御方法であって、蓄電部の使用可能な蓄電量の範囲内に下限値を予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、下限値よりも小さいときは、補正係数をゼロに設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、使用可能な蓄電量の範囲の中央のときに補正係数を１に設定し、かつ、蓄電量が増加するとともに大きくなるように設定することを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、蓄電部の使用可能な蓄電量の範囲内に下限値を予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、下限値よりも小さいときは、補正係数をゼロに設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、使用可能な蓄電量の範囲の中央のときに補正係数を１に設定し、かつ、蓄電量が増加するとともに大きくなるように設定するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止できる。
【０００９】
本発明の請求項５に記載の発明は、請求項２ないし４に記載の分散電源システムの制御方法であって、蓄電量または蓄電量の代替値は、予め設定された期間の移動平均値を用いることを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、蓄電量または蓄電量の代替値は、予め設定された期間の移動平均値を用いるので、請求項２ないし４に記載の作用に加えて、平均的な蓄電量の変化が把握できる。
【００１０】
本発明の請求項６に記載の発明は、請求項２ないし５に記載の分散電源システムの制御方法であって、分散電源システムの出力電圧を検出し、分散電源システムに予め設定された過電圧保護レベルの電圧値よりも小さな基準保護電圧値を予め設定しておき、分散電源システムの出力電圧が基準保護電圧値に達すると、出力電圧が過電圧保護レベルの電圧値を越えないように、電力系統側への出力目標値を予め設定された割合で下方に補正して、新たな出力目標値とすることを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、分散電源システムの出力電圧を検出し、分散電源システムに予め設定された過電圧保護レベルの電圧値よりも小さな基準保護電圧値を予め設定しておき、分散電源システムの出力電圧が基準保護電圧値に達すると、出力電圧が過電圧保護レベルの電圧値を越えないように、電力系統側への出力目標値を予め設定された割合で下方に補正して、新たな出力目標値とするので、請求項２ないし５の作用に加えて、過電圧保護による分散電源システムの急激な停止を防止できる。
【００１１】
本発明の請求項７に記載の発明は、請求項２ないし６に記載の分散電源システムの制御方法であって、分散電源が太陽光発電装置であり、電力変動平滑化装置の電力系統側に直流電力を交流電力に変換する電力変換装置を備え、電力変換装置が、電力変動平滑化装置の接続点よりも太陽光発電装置側の出力に基づいて最大電力点追従制御を行うことを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、分散電源が太陽光発電装置であり、電力変動平滑化装置の電力系統側に直流電力を交流電力に変換する電力変換装置を備え、電力変換装置が、電力変動平滑化装置の接続点よりも太陽光発電装置側の出力に基づいて最大電力点追従制御を行うので、請求項２ないし６に記載の作用に加えて、太陽電池から有効に電力を取り出すことができる。
【００１２】
本発明の請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の分散電源システムの制御方法であって、出力目標値がゼロのとき、電力変換装置を停止させ、電力変動平滑化装置により、最大電力点追跡制御を行うことを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、出力目標値がゼロのとき、電力変換装置を停止させ、電力変動平滑化装置により、最大電力点追跡制御を行うので、請求項７に記載の作用に加えて、電力変換装置の不安定動作を防止できるとともに電力変換装置内の損失を発生させない。
【００１３】
本発明の請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の分散電源システムの制御方法であって、電力変換装置が停止したとき、出力目標値をゼロにすることを特徴としており、これにより次のような作用を有する。すなわち、電力変換装置が停止したとき、出力目標値をゼロにするので、請求項７または８に記載の作用に加えて、電力変換装置の停止時に発生する電力変換装置入力側の過電圧を防止する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の制御方法を実施するため電力変動平滑化装置を備えた分散電源システムの実施形態を示す構成図である。ここで、分散電源９は、風力発電装置や太陽光発電装置のような電力変動の激しい電源であり、以下の説明では太陽光発電装置の場合を例に説明する。分散電源システム１０は、分散電源９、逆流防止用ダイオード１４、電力変動平滑化装置１及び系統連系型の電力変換装置１５とからなり、系統連系用変圧器１１を介して電源１３の電力系統１２に接続されている。ここで、電源１３は、電力会社の発電所の電源であってもよいし、離島などでのディーゼル発電機のような小規模の独立電源であってもよいし、需要家の自家用発電装置であってもよい。
【００１５】
電力変動平滑化装置１は、電力を蓄える蓄電部２と電力変動を平滑化するための電力調整を行う充放電部３と制御部４とからなり、分散電源９と電力変換装置１５の間に設けられている。
電力変換装置１５は分散電源９からの直流電力を交流電力に変換する装置であり、最大電力点追跡制御機能や力率１制御機能及び各種保護機能を有する系統連系型の太陽光発電用インバータを用いることができる。ただし、市販の太陽光発電用インバータをそのまま接続すると、最大点追跡制御を行うための入力信号を電力変動平滑化装置１の出力側からとることになり、電力変動平滑化装置１の制御と電力変換装置１５の最大点追跡制御が干渉して良好な制御ができない。電力変動平滑化装置１を良好に動作させ、かつ、電力変換装置１５の最大点追跡制御を良好に行うためには、図１に示すように分散電源９の出力の検出点を電力変動平滑化装置１の接続点Ａより分散電源９側にする必要がある。
また、系統連系用変圧器１１は、電力変換装置１５の出力電圧を電力系統１２の電圧に合わせるために必要に応じて設けられるものであり、連系される電力系統１２が低圧であり、電力変換装置１５の出力電圧が系統１２の電圧と一致している場合は省略することもできる。
蓄電部２は、電気二重層コンデンサや、鉛蓄電池、レドックスフロー電池、ナトリウム硫黄電池、亜鉛臭素電池、リチウムイオン電池などの二次電池や、フライホイール及び超電導コイルなどであり、電力を蓄えるものであればよい。
充放電部３は、制御部４からの指令にしたがって蓄電部２に充電したり、蓄電部２に蓄えられた電力を放電して、双方向に電力変動を平滑化するための電力ΔＰ'を調整して出力する機能を有している。図１において、分散電源９の出力Ｐと電力系統側への出力Ｐ’と電力変動平滑化装置１の出力ΔＰ'の関係は、Ｐ’＝Ｐ＋ΔＰ'である。
制御部４は、少なくとも分散電源９の出力Ｐを検出する出力検出部５と、蓄電部２の蓄電量を検出する蓄電量検出部６と、電力系統側への出力目標値Ｐ0'を設定する目標値設定部７と、電力系統側への出力Ｐ’が出力目標値Ｐ0'になるように充放電部３を制御する充放電制御部８とからなっており、電力変動平滑化装置１の動作全体を制御するものである。
出力検出部５は、分散電源９の出力電圧と出力電流を検出することにより、出力電力を算出している。蓄電量検出部６は、蓄電部２の蓄電量を知ることができる情報から蓄電部２の蓄電量を求める機能を有している。
目標値設定部７は、ある時点において出力検出部５から得られる分散電源９の予め設定された過去の期間の出力データを用いて移動平均値を求め、その時点の蓄電量検出部６から得られる蓄電部２の蓄電量に応じて予め設定された調整値または補正係数によりその移動平均値に、補正を加えて電力変動平滑化装置１の出力目標値Ｐ0'とする機能を有している。ここで、調整値を用いる場合は移動平均値に加減算し、補正係数を用いる場合は移動平均値に補正係数を掛けることによって出力目標値Ｐ0'を設定する。
充放電制御部８は、目標値設定部７で設定された出力目標値Ｐ0'と分散電源９の出力Ｐとを比較し、電力変動平滑化装置１の出力指令値ΔＰ0'を演算し、この出力指令値ΔＰ0'どおりに電力変動平滑化装置１の出力ΔＰ'を出力するように充放電部３を制御する機能を有している。出力指令値ΔＰ0'どおりにより精度良く出力されるように、図１に示すように電力変動平滑化装置１の出力ΔＰ'を充放電制御部８にフィードバックして制御することが好ましいが、フィードバックしなくても概略制御は可能である。また、図２に示すように充放電制御部８において、目標値設定部７で設定された出力目標値Ｐ0'に電力系統側への出力Ｐ’をフィードバックすることでも、精度よく制御することができる。この場合、出力目標値Ｐ0'と分散電源９の出力Ｐとを比較する必要はない。
【００１６】
蓄電量検出部６における蓄電部２の蓄電量の検出方法については、例えば蓄電部２として電気２重層コンデンサや２次電池を用いた場合、使用した電気２重層コンデンサまたは２次電池の充放電特性、内部抵抗を予め測定しておき、蓄電量検出部６で電気２重層コンデンサまたは２次電池の端子電圧及び電流を測定することにより起電力を算出し、充放電特性から電気２重層コンデンサまたは２次電池の蓄電量を求めることができる。その他、充電時と放電時のそれぞれの「kWh」を計算しておき、蓄電部２や充放電部３などの損失などを考慮して蓄電量を求めるなど、従来の種々の検出方法を用いることができる。また、ここで用いられる蓄電量の値は、蓄電量検出部６で検出される瞬時値を用いてもよいし、予め設定された時間の移動平均値を求めて用いてもよい。蓄電量の移動平均値は、蓄電量検出部６で演算されてもよいし、目標値設定部７で演算されてもよい。さらに、蓄電量の代わりに蓄電量を反映している端子電圧などの代替値を用いることも可能である。
【００１７】
次に、本発明の分散電源システムの動作について、図３ないし図５を用いて説明する。
電力変動平滑化装置１の出力の目標値の基準は、従来例と同様に分散電源９の出力Ｐの予め設定された期間の移動平均値であり、移動平均を求める期間が重要となる。移動平均を求める期間によって平滑化できる変動成分の大きさが異なる。すなわち、移動平均を求める期間が短すぎると蓄電部２の必要容量を小さくできるが、問題とする電力変動を平滑できないおそれがあり、逆に移動平均を求める期間が長すぎると、平滑度は上がるが蓄電部２の必要容量が大きくなり、設置面積やコスト面で問題となるおそれがある。例えば、電源１３の発電機のガバナー制御の応答性や電力系統１２に設けられている電圧調整器（ＳＶＲ）などの応答性などを考慮してそれら既設の電力変動平滑化手段では対応できない速い変動のみを対象にし、既設の電力変動平滑化手段と協調をとるように動作させることが蓄電部２の必要容量を小さくできるので好ましい。
以上のように移動平均を求める期間は、分散電源の種類、電力変動の状態や要求される電力変動平滑効果などの関係から実験的あるいは理論的に最適な値を設定すればよい。
【００１８】
図３に予め設定された蓄電部２の蓄電量と補正係数の例を示している。ある時点において、分散電源９の過去の期間、例えば10秒間の出力データを用いて移動平均値を求める。その移動平均値に図３に示す蓄電量に応じた補正係数を掛けて出力目標値Ｐ0'とし、分散電源９の出力Ｐと比較して、分散電源９の出力Ｐの方が出力目標値Ｐ0'よりも大きいときは、出力目標値Ｐ0'と等しい分を電力系統１２側に送り出すとともに余剰分を充放電部３を介して蓄電部２に充電し、分散電源９の出力Ｐの方が出力目標値Ｐ0'よりも小さいときは、分散電源９の出力Ｐを全て電力系統１２側に送り出すとともに不足分を充放電部３を介して蓄電部２から放電して、電力変動平滑化装置１の出力Ｐ’が設定された出力目標値Ｐ0'となるように充放電部３を制御する。
図３に示すように、ある時点の蓄電部２の蓄電量がゼロからa(%)の間にあるとき、補正係数はゼロで、出力目標値Ｐ0'は移動平均値にかかわらず、ゼロとなり、電力系統１２側へは出力せず、分散電源９で発電した電力は全て蓄電部２に蓄えられる。充電が進んで蓄電量がa(%)からb(%)の間では、補正係数をゼロから１まで直線的に設定している。出力目標値Ｐ0'は蓄電量が大きくなるに従い、大きくなり、b(%)の点で移動平均値そのものに一致する。b(%)からc(%)の間で補正係数は１に設定されている。この間の出力目標値Ｐ0'は各時点での移動平均値となる。充電割合が多くて蓄電量がさらに大きくなり、c(%)を越えると補正係数をＡまで直線的に大きくなるように設定する。ｄ(%)から１００(%)の間では補正係数はＡに設定され、出力目標値は各時点での移動平均値のＡ倍となる。Ａの値は、電力変動の大きさ、蓄電容量などを考慮して設定される。ただし、出力目標値Ｐ0'は移動平均値に補正係数を掛けた値であるが、その値が分散電源９の最大出力を越える場合は、最大出力を出力目標値Ｐ0'とする。この例のように蓄電量の下限値をb(%)、上限値をc(%)として、下限値を下回ると補正係数が１より小さくなり、すなわち出力目標値Ｐ0'が分散電源９の出力Ｐの移動平均値より小さく設定されるため、充電割合が増加し、逆に上限値を超えると補正係数は１より大きくなり、すなわち出力目標値Ｐ0'が分散電源９の出力Ｐの移動平均値よりも大きく設定されるために放電割合が増加することにより、蓄電部２の蓄電量不足や満充電状態を防ぐことができる。
【００１９】
図４に予め設定された蓄電部２の蓄電量（蓄電部の端子電圧）と補正係数の関係の他の例を示す。図４において、縦軸は補正係数であり、横軸は蓄電量に対応する蓄電部２の端子電圧であり、蓄電量を端子電圧で代替した例である。また、端子電圧は瞬時値を用いてもよいが、ここでは予め設定された期間の移動平均値を用いる例を示す。図４において蓄電部２の充放電可能な蓄電量に相当する端子電圧の範囲の中央であるy(V)のときに補正係数が１になるように、その前後でx(V)からz(V)まで右上がりの二次曲線で補正係数が設定されている。x(V)以下では、補正係数がゼロで出力目標値Ｐ0'はゼロとなる。また、z(V)以上では分散電源９の最大出力値を出力目標値Ｐ0'とするように設定している。このように設定することにより、端子電圧(蓄電量)の移動平均値がy(V)より大きくなると出力目標値が分散電源９の出力Ｐの移動平均値よりも大きく設定され、放電割合が増加し、また、逆に端子電圧(蓄電量)の移動平均値がy(V)より小さくなると出力目標値Ｐ0'が分散電源９の出力Ｐの移動平均値よりも小さく設定され、充電割合が増加するため、端子電圧(蓄電量)の移動平均値はほぼ中央値y(V)付近に制御され、蓄電部２の蓄電量不足や満充電状態を防ぐことができる。
上記の２つの例は蓄電量と補正係数の関係の一例であり、蓄電部２の種類や電力変動の大きさなどによって最適になるように設定すればよい。
【００２０】
図５に分散電源９の出力Ｐと出力目標値Ｐ0'との比較による充放電動作例及び電力変動平滑化の例を示す。分散電源９の出力Ｐが出力目標値Ｐ0'を上回るとき、上回った部分（ハッチング部分）は蓄電部２に充電され、出力目標値Ｐ0'を下回ったときは不足部分を蓄電部２から放電して出力目標値Ｐ0'に合うように出力制御され、電力変動が平滑化されている。
次に、分散電源システムがある特別な状態になったときの動作について説明する。分散電源システムが電力系統に連系される場合、種々の保護を行うための連系保護装置が分散電源システムに設けられる。その機能の１つに過電圧保護があり、分散電源の出力により電力系統が過電圧になるのを防止する機能であり、この機能が働くと分散電源システムは遮断される。なお、過電圧保護レベルは、電圧値と時限とを予め連系保護装置に設定できるようになっている。分散電源システムが上記のように出力目標値に従って出力しているときに過電圧保護が働くと出力が急にゼロとなるため、この出力変動が電力系統に悪影響を及ぼす可能性もある。そこで、図６に示すように分散電源システム１０の出力側の電圧を検出して出力目標設定部７に入力し、その電圧が分散電源システムに含まれる、図示していない系統連系保護装置に予め設定された過電圧保護レベルの電圧値よりも小さな基準保護電圧値を出力目標設定部７に予め設定しておき、分散電源システムの出力電圧が基準保護電圧値に達すると、出力目標設定部７において、分散電源９の出力の移動平均値と蓄電部２の蓄電量とから設定される出力目標値を予め設定された割合で下方に調整して出力目標値Ｐ0'を再設定し、出力電圧が過電圧にならないように分散電源システム１０の出力電力を減少させることで、分散電源システム１０の急な停止による電力変動を防止することができる。分散電源９の出力は、過電圧保護により分散電源システムが停止しないレベルで電力系統１２に出力変動を抑制した電力が供給され、残りは蓄電部２に充電することができる。
【００２１】
上記実施の形態の説明では、分散電源９が太陽光発電装置の場合で、電力変動平滑化装置１が分散電源９と電力変換装置１５との間の直流部分で接続されている例を用いて説明したが、図７に示すように電力変換装置１５の後の交流部分に接続しても良い。また、風力発電装置のような交流電力を出力する分散電源の場合は、図７において太陽光発電装置を風力発電装置に代え、逆流防止用ダイオード１４や電力変換装置１５なしで、交流部分に電力変動平滑化装置１を接続し、電力系統１２に接続される。これらについても上記の同様な動作で分散電源９による電力変動を平滑することができる。
また、分散電源９が、太陽光発電装置の場合であって、電力変換装置１５と電力変動平滑化装置１とを組み合わせて使用する場合において、電力変換装置１５と電力変動平滑化装置１の各々が独立して制御を行うと整合性が悪く、分散電源システム１０として安定した動作が得られないおそれがある。例えば、分散電源９から最大電力を取り出すために電力変換装置１５は最大電力点追跡制御機能を有している。前述したように、電力変動平滑化装置１にそのまま市販の電力変換装置１５を接続するとお互いの制御が干渉して良好な動作が行えない。電力変動平滑化装置１の制御と電力変換装置１５の最大電力点追跡制御との干渉を防止して、電力変動平滑化装置１を良好に動作させ、かつ、電力変換装置１５の最大点追跡制御を良好に行うために、図１に示すように分散電源９の出力の検出点を電力変動平滑化装置１の接続点Ａより分散電源９側にする必要がある。
また、分散電源システム１０の起動時に蓄電部２の蓄電量が予め設定された必要量より少ない場合には、電力変動平滑化装置１の出力目標値はゼロとなるが、その際には電力変換装置１５は停止しておき、電力変動平滑化装置１が分散電源９の最大電力点追跡制御または定電圧制御により蓄電部２を必要な蓄電量まで充電する。電力変換装置１５を停止しておくことにより、電力変換装置１５の不要なポンピングを防止し、電力変換装置１５の固定損を発生させず、高効率運転が可能となる。蓄電部２が充分蓄電されていれば、電力変換装置１５へ運転指令を出力して電力変換装置１５の動作を確認する。このとき、電力変換装置１５が動作していれば、電力変動平滑化装置１は出力目標値Ｐ0'を出力するように動作する。もし、電力変換装置１５が動作していなければ動作するまで待機する。
さらに、電力系統１２の異常または電力変換装置１５の異常により電力変換装置１５が前述の保護機能などの働きで停止した場合に、電力変動平滑化装置１５がそれまでの出力目標値Ｐ0'をそのまま出し続けると電力変動平滑化装置１の出力側即ち電力変換装置１５の入力側で過電圧が発生し、機器を破損するおそれがある。そこで、電力変動平滑化装置１は、電力変換装置１５の停止を確認して、出力目標値をゼロに変更して、分散電源９の出力を全て蓄電部２に充電するように制御する。蓄電部２が満充電になった場合は、電力変動平滑装置１を停止させる。また、電力変換装置１５が再び、運転開始した場合、それを検知して電力変動平滑化装置１は、上記の通常の動作を行う。このように電力変動平滑化装置１は、蓄電部２の蓄電量と電力変換装置１５の運転状態を監視することで各々の制御の整合性をとり、分散電源システムを良好に動作させることが可能となる。
本実施の形態の制御方法を用いると蓄電量が少なくなってくると出力目標値Ｐ0'を減少させて充電量を多くし、蓄電量が多くなると出力目標値Ｐ0'を大きくして放電量を多くすることにより、蓄電部２の満充電状態や放電終止状態を起こすことがないので、電力変動平滑化装置１を有する分散電源システムは常に分散電源９による電力変動を平滑化することができる。また、分散電源９の出力の移動平均値を中心に充電、放電を繰り返し、それに必要なだけの蓄電容量を準備すればよいので、蓄電部２の容量を低減することが可能であり、コンパクト化及び低コスト化できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、次のような効果を有する。
請求項１によれば、制御部が分散電源の出力を検出する出力検出部と、蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で補正して、電力系統側への出力目標値を設定する目標値設定部と、分散電源の出力と出力目標値とを比較して、または電力系統側への出力をフィードバックして電力系統側への出力が出力目標値になるように充放電部を制御する充放電制御部とを備えているので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止して確実に出力変動を抑制できるとともに、分散電源の出力の移動平均値を中心に充電、放電を繰り返し、それに必要なだけの蓄電容量を準備すればよいので、蓄電部の容量を低減することが可能であり、電力変動平滑化装置をコンパクト化及び低コスト化できる。
【００２３】
請求項２によれば、分散電源の出力と蓄電部の蓄電量を検出し、分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を求め、蓄電量または蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で移動平均値を補正して、出力目標値を設定し、分散電源の出力が出力目標値よりも大きいときは、その余剰分を蓄電部に充電し、分散電源の出力が出力目標値よりも小さいときは、その不足分を蓄電部から放電して、電力系統側への出力が出力目標値になるように制御するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを確実に防止して電力系統への悪影響を防止できるとともに、分散電源の出力の移動平均値を中心に充電、放電を繰り返し、それに必要なだけの蓄電容量を準備すればよいので、蓄電部の容量を低減することが可能であり、電力変動平滑化装置をコンパクト化及び低コスト化できる。
【００２４】
請求項３によれば、蓄電量または蓄電量の代替値の上限値と下限値を予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値より大きいときは、出力目標値が移動平均値よりも大きくなるように調整値または補正係数を設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が上限値と下限値の間にあるときは、調整値をゼロに設定するか、または補正係数を１に設定し、蓄電または蓄電量の代替値量が下限値より小さいときは、出力目標値が移動平均値よりも小さくなるように調整値または補正係数を設定するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止して電力系統への悪影響を防止できる。
【００２５】
請求項４によれば、蓄電部の使用可能な蓄電量の範囲内に下限値を予め設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、下限値よりも小さいときは、補正係数をゼロに設定し、蓄電量または蓄電量の代替値が、使用可能な蓄電量の範囲の中央のときに補正係数を１に設定し、かつ、蓄電量または蓄電量の代替値が増加するとともに大きくなるように設定するので、蓄電部の蓄電量不足や満充電状態になるのを防止して電力系統への悪影響を防止できる。
【００２６】
請求項５によれば、蓄電量の値として、予め設定された期間の移動平均値を用いるので、請求項２ないし４に記載の効果に加えて、より小容量で出力変動を抑制できる。また、出力変動を抑制するために蓄電部を充放電した蓄電量の変動の影響を少なくできる。
【００２７】
請求項６によれば、分散電源システムの出力電圧を検出し、分散電源システムに予め設定された過電圧保護レベルの電圧値よりも小さな基準保護電圧値を予め設定しておき、分散電源システムの出力電圧が基準保護電圧値に達すると、出力電圧が過電圧保護レベルの電圧値を越えないように、電力系統側への出力目標値を予め設定された割合で下方に補正して、新たな出力目標値とするので、請求項２ないし５の効果に加えて、過電圧保護による分散電源システムの急激な停止を防止して、これによる電力系統への悪影響を防止できる。
【００２８】
請求項７によれば、分散電源が太陽光発電装置であり、電力変動平滑化装置の電力系統側に直流電力を交流電力に変換する電力変換装置を備え、電力変換装置が、電力変動平滑化装置の接続点よりも太陽光発電装置側の出力に基づいて最大電力点追従制御を行うので、請求項２ないし６に記載の効果に加えて、太陽電池から有効に電力を取り出すことができる。
【００２９】
請求項８によれば、出力目標値がゼロのとき、電力変換装置を停止させ、電力変動平滑化装置により、最大電力点追跡制御を行うので、請求項７に記載の効果に加えて、電力変換装置の不安定動作を防止できるとともに電力変換装置内の損失を発生させず、安定した高効率なシステムを提供できる。
【００３０】
請求項９によれば、電力変換装置が停止したとき、出力目標値をゼロにするので、請求項７または８に記載の効果に加えて、電力変換装置の停止時に発生する電力変換装置入力側の過電圧による機器の破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法を実施するための電力変動平滑化装置を備えた分散電源システムの実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る分散電源システムの制御方法の実施の形態の他の例を示す構成図である。
【図３】本発明に係る実施の形態における蓄電量と補正係数との関係を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態における蓄電量と補正係数の関係の他の例を説明する図である。
【図５】本発明に係る分散電源システムの実施の形態における充放電特性を説明する図である。
【図６】本発明に係る分散電源システムの実施の形態のさらに他の例を示す構成図である。
【図７】本発明に係る分散電源システムの実施の形態のさらに異なる他の例を示す構成図である。
【図８】従来の電力変動平滑化装置及びそれを備えた分散電源システムの構成図である。
【符号の説明】
１ 電力変動平滑化装置
２ 蓄電部
３ 充放電部
４ 制御部
５ 出力検出部
６ 蓄電量検出部
７ 目標値設定部
８ 充放電制御部
９ 分散電源
１０ 分散電源システム
１１ 系統連系用変圧器
１２ 電力系統
１３ 電源
１４ 逆流防止用ダイオード
１５ 電力変換装置
Claims (9)
- 蓄電部、充放電部及び制御部からなり、分散電源とともに電力系統に接続される電力変動平滑化装置において、
前記制御部が、前記分散電源の出力を検出する出力検出部と、
前記蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、
前記分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を、前記蓄電量または前記蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で補正して、前記電力系統側への出力目標値を設定する目標値設定部と、
前記分散電源の出力と前記出力目標値とを比較して、または前記電力系統側への出力をフィードバックして前記電力系統側への出力が前記出力目標値になるように前記充放電部を制御する充放電制御部とを備えたことを特徴とする電力変動平滑化装置。 - 分散電源、蓄電部、充放電部及び制御部からなり、前記制御部が、前記分散電源の出力を検出する出力検出部と、前記蓄電部の蓄電量を検出する蓄電量検出部と、前記分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を、前記蓄電量または前記蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で補正して、前記電力系統側への出力目標値を設定する目標値設定部と、前記分散電源の出力と前記出力目標値とを比較して、または前記電力系統側への出力をフィードバックして前記電力系統側への出力が前記出力目標値になるように前記充放電部を制御する充放電制御部とからなる電力変動平滑化装置とを備えて、電力系統に接続される分散電源システムの制御方法において、
前記分散電源の出力と前記蓄電部の蓄電量を検出し、
前記分散電源の出力の予め設定された期間の移動平均値を求め、前記蓄電量または前記蓄電量の代替値に応じて、予め設定された調整値または補正係数で前記移動平均値を補正して前記出力目標値を設定し、
前記分散電源の出力が前記出力目標値よりも大きいときは、その余剰分を前記蓄電部に充電し、
前記分散電源の出力が前記出力目標値よりも小さいときは、その不足分を前記蓄電部から放電して、
前記電力系統側への出力が前記出力目標値になるように制御することを特徴とする分散電源システムの制御方法。 - 請求項２に記載の分散電源システムの制御方法であって、
前記蓄電量または前記蓄電量の代替値の上限値と下限値とを予め設定し、
前記蓄電量または前記蓄電量の代替値が前記上限値より大きいときは、前記出力目標値が前記移動平均値よりも大きくなるように前記調整値または補正係数を設定し、
前記蓄電量または前記蓄電量の代替値が前記上限値と前記下限値の間にあるときは、前記調整値をゼロに設定するか、または前記補正係数を１に設定し、
前記蓄電量または前記蓄電量の代替値が前記下限値より小さいときは、前記出力目標値が前記移動平均値よりも小さくなるように前記調整値または補正係数を設定することを特徴とする分散電源システムの制御方法。 - 請求項２に記載の分散電源システムの制御方法であって、
前記蓄電部の使用可能な蓄電量の範囲内に下限値を予め設定し、
前記蓄電量または前記蓄電量の代替値が、前記下限値よりも小さいときは、前記補正係数をゼロに設定し、
前記蓄電量または前記蓄電量の代替値が、前記使用可能な蓄電量の範囲の中央のときに前記補正係数を１に設定し、かつ、前記蓄電量が増加するとともに大きくなるように設定することを特徴とする分散電源システムの制御方法。 - 請求項２ないし４に記載の分散電源システムの制御方法であって、
前記蓄電量または前記蓄電量の代替値は、予め設定された期間の移動平均値を用いることを特徴とする分散電源システムの制御方法。 - 請求項２ないし５に記載の分散電源システムの制御方法であって、
前記分散電源システムの出力電圧を検出し、
前記分散電源システムに予め設定された過電圧保護レベルの電圧値よりも小さな基準保護電圧値を予め設定しておき、
前記分散電源システムの出力電圧が前記基準保護電圧値に達すると、前記出力電圧が前記過電圧保護レベルの電圧値を越えないように、前記電力系統側への出力目標値を予め設定された割合で下方に補正して、新たな出力目標値とすることを特徴とする分散電源システムの制御方法。 - 請求項２ないし６に記載の分散電源システムの制御方法であって、
前記分散電源が太陽光発電装置であり、前記電力変動平滑化装置の前記電力系統側に直流電力を交流電力に変換する電力変換装置を備え、
前記電力変換装置が、前記電力変動平滑化装置の接続点よりも前記太陽光発電装置側の出力に基づいて最大電力点追従制御を行うことを特徴とする分散電源システムの制御方法。 - 請求項７に記載の分散電源システムの制御方法であって、
前記出力目標値がゼロのとき、前記電力変換装置を停止させ、前記電力変動平滑化装置により、最大電力点追跡制御を行うことを特徴とする分散電源システムの制御方法。 - 請求項７または８に記載の分散電源システムの制御方法であって、
前記電力変換装置が停止したとき、前記出力目標値をゼロにすることを特徴とする分散電源システムの制御方法。
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