JP5952436B2

JP5952436B2 - バッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法及びそのためのバッテリエネルギー貯蔵装置

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Publication number: JP5952436B2
Application number: JP2015004197A
Authority: JP
Inventors: ウンシクチェ; ユンチェリ
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
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Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2016-07-13
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Description

本発明はバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法に関するものであり、詳しくは、長時間運転するエネルギー貯蔵装置をより効率的で安定的に運営するためにＳＯＣ（ＳｔａｔｅｏｆＣｈａｒｇｅ）オフセット値とＳＯＣフィードバックゲイン値を利用したドループ制御を行い、長時間運転によって発生し得る過充電又は過放電を防止するためのバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法及びそのためのバッテリエネルギー貯蔵装置に関するものである。

バッテリエネルギー貯蔵装置（ｂａｔｔｅｒｙｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓｔｅｍ：ＢＥＳＳ）は、系統から生成された電力をバッテリに貯蔵するかバッテリに貯蔵された電力を系統又は負荷に供給する機能を行う。

図１は、一般的なバッテリエネルギー貯蔵装置を説明するための図である。

図１を参照すると、バッテリエネルギー貯蔵装置１は系統（Ｇｒｉｄ）２と負荷３に連結されて系統２から供給される電力を貯蔵するか、逆に系統か２や負荷３に電力を供給する。

一方、バッテリエネルギー貯蔵装置１は制御モードに応じて上位制御器であるＥＭＳ（ＥｎｅｒｇｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）から目標電力（ＴｒａｇｅｔＰｏｗｅｒ）値を受けるとその値を系統２に供給するか又はバッテリに充電し、系統２で急激な負荷や事故などで系統の周波数や電圧が変動する場合、ドループ（Ｄｒｏｏｐ）制御を利用して有効電力又は無効電力を系統２に供給する。

ドループ制御は系統の周波数変動及び電圧変動に対してエネルギー貯蔵装置がバッテリに貯蔵された有効電力又は無効電力を傾斜を作って制御する方法である。

図２は、従来のエネルギー貯蔵装置におけるドループ制御を説明するためのブロック図である。

図２を参照すると、従来のエネルギー貯蔵装置では基準周波数ｆ０と系統の周波数ｆ間の差を求め、その差の値に周波数のドループ係数を割って基準ドループ電力（Ｐｄｒｏｏｐ＿ｒｅｆ）を求める。次に、基準ドループ電力（Ｐｄｒｏｏｐ＿ｒｅｆ）はエネルギー管理システムの目標電力であるＰＤＧ₀と足されてエネルギー貯蔵装置の出力値として使用される。

同じく、従来のエネルギー貯蔵装置では基準電圧Ｖ０と系統の電圧Ｖの差を求め、その差の値を電圧のドループ係数で割って基準ドループ電力（Ｑｄｒｏｏｐ＿ｒｅｆ）を求める。次に、基準ドループ電力（Ｑｄｒｏｏｐ＿ｒｅｆ）はエネルギー管理システムの目標電力であるＱＤＧ₀と足されてエネルギー貯蔵装置の出力値として使用される。

よって、この際の出力値は図３の（ａ）及び（ｂ）に示した出力曲線を有する。

図３は、従来のバッテリエネルギー貯蔵装置における周波数ドループ制御の出力曲線と電圧ドループ制御の出力曲線を示す図である。

図３を参照すると、負荷が増加すると周波数が減少するためエネルギー装置１０は出力を増加させるために充電を行い、逆に負荷が減少すると周波数が増加するためエネルギー装置１０は出力を減少させるために放電を行う。

基本的に制御に使用されるドループ係数は下記数式１を利用してＲｆ，Ｒｖを導出することができる。

しかし、従来のドループ制御器はバッテリのＳＯＣを考慮せずに充電又は放電をするため長時間制御をする場合には過充電又は過放電になってシステムを停止せざるを得ないため、緊急状況ではエネルギー貯蔵装置１０の起動が不可能になる可能性がある。

本発明が解決しようとする課題は、長時間運転するエネルギー貯蔵装置をより効率的で安定的に運営するためにＳＯＣオフセット値とＳＯＣフィードバックゲイン値を利用したドループ制御を行い、長時間運転によって発生し得る過充電又は過放電を防止するためのバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法及びそのためのバッテリエネルギー貯蔵装置を提供することにある。

本発明が解決しようとする課題は上述した技術的課題に制限されず、言及されていない他の課題は下記から提案される実施例の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって明確に理解できるはずである。

本発明の一側面によると、系統の電圧及び周波数を測定するステップと、バッテリのＳＯＣ値を測定するステップと、前記測定されたバッテリのＳＯＣ値からＳＯＣオフセット値及びＳＯＣフィードバックゲイン値を算出するステップと、前記系統の電圧に基づいた電圧ドループ制御と、前記系統の周波数と前記ＳＯＣオフセット値と前記ＳＯＣフィードバックゲイン値に基づいた周波数ドループ制御を行って前記バッテリの充放電を制御するステップと、を含むバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法が提供される。

前記バッテリの充放電を制御するステップは、前記ＳＯＣオフセット値に基づいて全体の時間のうちから充電区間と放電区間を調節するステップを含む。

前記ＳＯＣオフセット値は下記数式によって算出される。

（ＳＯＣｒｅｆは基準ＳＯＣ値であり、ＳＯＣｆｅｅｄはバッテリで測定されたＳＯＣ値であり、Ｐｍａｘは系統の最大電力である）

前記ＳＯＣｒｅｆはＳＯＣの中間値である５０％であり、前記ＳＯＣオフセット値はＳＯＣが５０％である際にはＳＯＣオフセット値は０になり、ＳＯＣが０％と５０％との間にある際にはＳＯＣオフセット値は正の値を有した状態で０％の方に近接するほど絶対値が大きくなり、ＳＯＣが５０％と１００％との間にある際には負の値を有した状態で１００％の方に近接するほど絶対値が大きくなるように構成される。

前記バッテリの充放電を制御するステップは、前記ＳＯＣフィードバックゲイン値に基づいて充電量及び放電量を調節するステップを含む。

前記ＳＯＣフィードバックゲイン値は下記数式によって算出される。

（ＳＯＣｆｅｅｄはバッテリのＳＯＣ値）

前記バッテリの充放電を制御するステップは、前記系統に設定された系統目標電力値に前記ＳＯＣオフセット値を演算して第１演算結果を出力するステップと、前記系統の基準周波数と前記系統の測定周波数の周波数の差の値に周波数ドループ係数を演算するステップと、前記周波数ドループ計算演算結果に前記ＳＯＣフィードバックゲイン値を演算して第２演算結果を出力するステップと、前記第１演算結果に前記第２演算結果を演算して基準電力値を出力するステップと、前記基準電力値と系統の電力値の差の値を求めて充放電制御を行うステップと、を含む。

前記バッテリの充放電を制御するステップは、前記系統の基準周波数と前記系統の測定周波数の周波数の差の値に周波数ドループ係数を演算するステップと、前記周波数ドループ計算演算結果に前記ＳＯＣフィードバックゲイン値を演算して第１演算結果を出力するステップと、前記系統に設定された系統目標電力値に前記第１演算結果を演算して第２演算結果を出力するステップと、前記第２演算結果に前記ＳＯＣオフセット値を演算して基準電力値を出力するステップと、前記基準電力値と系統の電力値の差の値を求めて充放電制御を行うステップと、を含む。

前記バッテリの充放電を制御するステップは、前記系統の基準周波数と前記系統の測定周波数の周波数の差の値に周波数ドループ係数を演算するステップと、前記周波数ドループ算演算結果に前記ＳＯＣフィードバックゲイン値を演算して第１演算結果を出力するステップと、前記ＳＯＣオフセット値と前記第１演算結果を演算して前記第２演算結果を演算して基準電力値を出力するステップと、前記基準電力値と系統の電力値の差の値を求めて充放電制御を行うステップと、を含む。

本発明の他の側面によると、バッテリと、前記バッテリに対する電圧ドループ制御及び周波数ドループ制御のために必要なデータを貯蔵するデータ貯蔵部と、前記バッテリのＳＯＣ値を測定するＳＯＣ測定部と、系統の電圧と周波数を測定する系統電圧及び周波数測定部と、前記データ貯蔵部のデータと、周波数を測定する系統電圧及び周波数測定部と、前記データ貯蔵部のデータと、前記ＳＯＣ値に基づいて算出されたバッテリのＳＯＣ値のオフセットとＳＯＣフィードバックゲイン値を利用して前記系統の電圧と周波数に相応した電圧ドループ制御及び周波数ドループ制御を行って前記バッテリの充放電の際に過充電又は過放電を防止しながらバッテリの充放電を行うための制御信号を出力する充放電制御部と、前記充放電制御部の充放電制御信号に応じて前記バッテリに対する充電又は放電を行う充放電部と、を含むバッテリエネルギー貯蔵装置が提供される。

前記データ貯蔵部は電圧ドループ制御係数、周波数ドループ制御係数、バッテリの基準ＳＯＣ値、系統の基準電圧値、系統の基準周波数値、系統の目標電力値を貯蔵するように構成される。

本発明によると、バッテリのＳＯＣ値を利用して系統目標電力値の設定にＳＯＣオフセットを反映してＳＯＣ値が安定的な領域に修練するようにし、ＳＯＣのフィードバックゲイン値を反映して過充電又は過放電を防止して、長時間バッテリエネルギー貯蔵装置を運営しても過充電又は過放電が行われないようにして長時間運転することができるようにする。

一般的なエネルギー貯蔵装置を説明するための図である。従来のエネルギー貯蔵装置におけるドループ制御を説明するためのブロック図である。従来のバッテリエネルギー貯蔵装置における周波数ドループ制御の出力曲線と電圧ドループ制御の出力曲線を示す図である。本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置を説明するための図である。本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法を説明するための図である。本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置でドループ制御に使用されるＳＯＣオフセット値の出力曲線を示す図である。本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置でドループ制御に使用されるＳＯＣフィードバックゲインの出力曲線を示す図である。本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置でオフセット係数を利用した出力波形を示す図である。本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置のドループ制御でフィードバックゲイン値の変化に対する有効電力出力の波形変化を示す図である。本発明の他の実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法を説明するための図である。本発明の他の実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法を説明するための図である。

以下、本発明の具体的な実施例を図面と共に詳しく説明する。しかし、本発明の思想が提示される実施例に制限されることはなく、また他の構成要素の追加、変更、削除などによって退歩的な他の発明や本発明の思想の範囲内に含まれる他の実施例を容易に提案することができる。

本発明で使用される用語はなるべく現在広く使用される一般的な用語を選択しているが、特定の場合出願人が任意に選定した用語もあり、この場合には該当する発明の説明部分にその意味を詳細に記載しているため単純な用語の名称ではなく用語が有する意味として本発明を把握すべきであることを明白にする。

即ち、以下の説明において、単語「含む」は列挙されたものとは異なる構成要素又はステップの存在を排除しない。

図４は、本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置を説明するための図である。

図４を参照すると、バッテリエネルギー貯蔵装置１０はバッテリ１１、バッテリ１１のＳＯＣ値を測定するＳＯＣ測定部１２、系統電圧及び周波数測定部１３、データ貯蔵部１４、バッテリ１１のＳＯＣ値のオフセットとＳＯＣフィードバックゲイン値を利用して電圧ドループ制御及び周波数ドループ制御によってバッテリの充放電のための制御を行う充放電制御部１５、充放電部１６を含む。

バッテリ１１はバッテリエネルギー貯蔵部１０によって充電されるか放電される。

ＳＯＣ測定部１２はバッテリ１１のＳＯＣ値を測定して充放電制御部１５に提供する。

系統電圧及び周波数測定部１３は系統の電圧と周波数を測定して充放電制御部１５に提供する。

データ貯蔵部１４はバッテリエネルギー貯蔵装置１０でドループ制御を利用したバッテリ充放電のために必要な電圧ドループ制御係数Ｒｖ、周波数ドループ制御係数Ｒｆ、バッテリの基準ＳＯＣ値、系統の基準電圧値Ｖｒｅｆ、系統の基準周波数値ｆｒｅｆ、系統の目標電力値ＰＧＤ₀，ＱＤＧ₀を貯蔵している。

充放電制御部１５はバッテリ１１のＳＯＣ値がオフセットとＳＯＣフィードバックゲイン値を利用した電圧ドループ制御及び周波数ドループ制御を行ってバッテリの充放電の際に過充電又は過放電を防止しながらバッテリ１１の充放電を行うための制御信号を充放電部１６に出力する。

充放電部１６は充放電制御部１５の充放電制御信号に応じてバッテリ１１に対する充電又は放電を行う。

図５は、本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法を説明するための図である。

図５を参照すると、本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御部１５は第１演算器１０１、ＳＯＣオフセット演算器１０２、第２演算器１０３、第３演算器１０４、周波数ドループ係数演算器１０５、フィードバックゲイン演算器１０６、第４演算器１０７、第５演算器１０８、第１ＰＩコントローラ１０９、第６演算器１１０、電圧ドループ係数演算器１１１、第７演算器１１２、第８演算器１１３、第２ＰＩコントローラ１１４、第１変換部１１５、第２変換部１１６、ＰＷＭ制御機１１７を含んで構成される。

第１演算器１０１によってバッテリの基準ＳＯＣ値ＳＯＣｒｅｆとバッテリから測定されたバッテリのＳＯＣ値ｓｏｃ間にＳＯＣの差の値を求める。ＳＯＣオフセット演算器１０２によって第１演算器１０１から出力されたＳＯＣの差の値からＳＯＣオフセット値を算出して出力する。

第２演算器１０３によって系統目標電力値ＰＤＧにＳＯＣオフセット演算器１０２のＳＯＣオフセット値を足して出力する。

第３演算器１０４によって系統の基準周波数ｆ０と系統から測定された系統の周波数ｆ間に周波数の差の値を求める。周波数ドループ係数演算器１０５によって第３演算器１０４から出力された周波数の差の値を周波数ドループ係数で割ってから出力する。フィードバックゲイン演算器１０６によって周波数ドループ係数演算器１０５の出力値からフィードバックゲイン値を算出して出力する。

第４演算器１０７によって第２演算器１０３の出力値にフィードバックゲイン演算器１０６のフィードバックゲイン値を足して基準電力値Ｐｒｅｆを出力する。

第５演算器１０８によって基準電力値Ｐｒｅｆと系統の電力値Ｐの差の値を求めて第１ＰＩコントローラ１０９に出力する。

第１ＰＩコントローラ１０９によって第４演算器１０７の出力に対して比例積分制御が行われて出力される。この際、第１ＰＩコントローラ１０９の出力はＤＣ成分を有するようになる。

第６演算器１１０によって基準電圧Ｖｒｅｆと系統の電圧Ｖ間に電圧の差の値を求める。電圧ドループ係数演算器１１１によって第６演算器１１０から出力された電圧の差の値を電圧ドループ係数で割ってから出力する。

第７演算器１１２によって系統目標電力値ＱＤＧに電圧ドループ係数演算器１１１の出力値を足して基準電力値Ｑｒｅｆを出力する。

第８演算器１１３によって基準電力値Ｑｒｅｆと系統の電力値Ｑの差の値を求めて第２ＰＩコントローラ１１４に出力する。

第２ＰＩコントローラ１１４によって第８演算器１１３の出力に対して比例積分制御が行われて出力される。この際、第２ＰＩコントローラ１１４の出力はＤＣ成分を有するようになる。

第１変換部１１５及び第２変換部１１６によって第１ＰＩコントローラ１０９及び第２ＰＩコントローラ１１４の出力信号はＤＣ信号からＡＣ信号に変換されて出力される。

この際、第１変換部１１５ではｄ−ｑ軸からα−β軸への変換が行われ、第２変換部１１６では第１変換部１１５の出力をα−β軸からａ，ｂ，ｃ軸に軸変換が行われて三相のＡＣ信号である正弦波が出力される。

ＰＷＭ制御機１１７によって第２変換部１１６の出力から系統の電力を制御するためのＰＷＭ信号が生成されて出力される。

ＳＯＣオフセット値は下記数式２によって計算される。

ここで、ＳＯＣｒｅｆは基準ＳＯＣ値であり、ＳＯＣｆｅｅｄはバッテリで測定されたＳＯＣ値を示す。Ｐｍａｘは系統の最大電力を意味する。

図６は、本発明の一実施例によるエネルギー貯蔵装置でドループ制御に使用されるＳＯＣオフセット値の出力曲線を示す図である。

図６を参照すると、数式２によるＳＯＣオフセット値の出力曲線を確認することができる。ＳＯＣｒｅｆはユーザが任意に設定してもよく、ここではＳＯＣの中間値である５０％に設定した。よって、ＳＯＣが５０％である際にはＳＯＣオフセット値は０となり、ＳＯＣが０％と５０％の間にある際にはＳＯＣオフセット値は正の値を有する状態で０％の方に近接するほど絶対値が大きくなる。

一方、ＳＯＣ値が５０％と１００％の間にある際にはＳＯＣオフセット値は負の値を有する状態で１００％の方に近接するほど絶対値が大きくなる。

一方、ＳＯＣフィードバックゲイン値は下記数式３によって計算される。

ここで、ＳＯＣｆｅｅｄはバッテリのＳＯＣ値を示す。

図７は、本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置でドループ制御に使用されるＳＯＣフィードバックゲインの出力曲線を示す図である。

ＳＯＣｒｅｆはユーザが任意に設定してもよく、ここではＳＯＣの中間値である５０％に設定した。よって、ＳＯＣが５０％である際にはＳＯＣフィードバックゲイン値は１となり、ＳＯＣが０％と５０％の間にある際にはＳＯＣオフセット値は０と１の間の値を有しながら０％の方に近接するほど絶対値が小さくなる。

一方、ＳＯＣ値が５０％と１００％の間にある際にはＳＯＣオフセット値は０と１の間の値を有しながら１００％の方に近接するほど絶対値が小さくなる。

図８は、本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置のドループ制御でＳＯＣオフセット値の変化に対する有効電力出力の波形変化を示す図である。

図８を参照すると、バッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御は系統での周波数変動によってバッテリに対する充電を行う区間とバッテリに対する放電を行う区間で区分される。

即ち、系統の周波数が増えるとバッテリエネルギー貯蔵装置はバッテリに対する充電を行い、それによってバッテリのＳＯＣが高くなる。一方、系統の周波数が減少するとバッテリエネルギー貯蔵装置１はバッテリに対する放電を行い、それによってバッテリのＳＯＣが低くなる。

一方、バッテリのＳＯＣは５０％を基準に現在のバッテリのＳＯＣが５０％より高ければ数式２によってＳＯＣオフセット値は負の値を有するようになる。

一方、現在のバッテリのＳＯＣが５０％より低ければ数式２によってＳＯＣオフセット値は正の値を有するようになる。

即ち、数式２でＳＯＣオフセット値は負の値を有してもよく、正の値を有してもよい。

図８のグラフにおいて、ＳＯＣオフセット値が正の値を有する場合には電力出力曲線が垂直軸上で上方移動するようになる。逆に、ＳＯＣオフセット値が負の値を有する場合には電力出力曲線が垂直軸上で下方移動するようになる。

よって、図８のグラフで第１有効電力出力波形１１は有効電力が正の区間では充電が行われる充電区間１１ａを有し、有効電力が負の区間では放電が行われる放電区間１１ｂを有する。

一方、第２有効電力出力波形１２は第１有効電力出力波形１１に比べてＳＯＣオフセット値だけ垂直軸上から下方移動されている。

それによって、第２有効電力出力波形１２は有効電力が正の区間では充電が行われる充電区間１２ｂを有し、有効電力が負の区間では放電が行われる放電区間１２ａ，１２ｃを有する。

結果的に、第１有効電力出力波形１１と第２有効電力出力波形１２を互いに比較すると、第１有効電力出力波形１１に比べて第２有効電力出力波形１２が充電区間がより短くなったことに対して放電区間がより長くなったことがわかる。

即ち、ＳＯＣオフセット値が負の値を有するようになると調節前の状態で充電区間は短くなって放電区間はより長くなる。逆に、ＳＯＣオフセット値が正の値を有するようになると充電区間がより長くなって放電区間はより短くなる。

充電区間と放電区間が短くなるか長くなることはＳＯＣオフセットの大きさの変化量に応じて異なり得る。

そして、ＳＯＣオフセットの値が正の値を有するということは、数式２から見るとバッテリのＳＯＣが５０％より小さい場合を意味する。即ち、バッテリのＳＯＣが５０％より小さくなると充電時間をより増やして放電時間を相対的により減らすようにバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御が行われる。

一方、ＳＯＣオフセットの値が負の値を有するということは、数式２から見るとバッテリのＳＯＣが５０％より大きい場合を意味する。即ち、バッテリのＳＯＣが５０％より大きくなると放電時間をより増やして充電時間を相対的により減らすようにバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御が行われる。

結果的に、バッテリに対する充電が行われるとＳＯＣが高くなり、ＳＯＣが５０％より高くなると数式２でＳＯＣオフセット値が負の値を有することによって、バッテリに対する放電時間を相対的に増やすように充放電制御が行われる。

バッテリに対する放電時間が相対的に増えるとＳＯＣが低くなり、ＳＯＣが５０％より低くなると数式２でＳＯＣオフセット値が正の値を有することによって、バッテリに対する充電時間を相対的に増やすように充放電制御が行われる。

バッテリに対する充電時間が相対的に増えるとＳＯＣが高くなる。このような過程を繰り返すことでバッテリのＳＯＣ値は５０％近くで維持される。

図９は、本発明の一実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置のドループ制御でフィードバックゲイン値の変化に対する有効電力出力の波形変化を示す図である。

図９を参照すると、第１有効電力出力波形２１は第１フィードバックゲイン値２１ａを有し、第２有効電力出力波形２２は第２フィードバックゲイン値２２ａを有する。

それによって、第１有効電力出力波形２１に比べて第２有効電力出力波形２２は第１フィードバックゲイン値２１ａと第２フィードバックゲイン値２２ａの差の値（Ｆｇａｉｎ）だけ低いフォードバックゲイン値を有する。

第１有効電力出力波形２１と第２有効電力出力波形２２を比較すると、第２有効電力出力波形２２が第１有効電力出力波形２１に比べて充電量も減って放電量も減ったことが分かる。

即ち、ＳＯＣが５０％である際にはフィードバックゲイン値は１で最も高く、５０％から０％の方に近接するか５０％から１００%の方に近接するほど絶対値はより小さくなりながら０の方に近くなる。

逆に、ＳＯＣが０％に近くなるということは過放電が起こる可能性があるということを意味し、ＳＯＣが１００％に近くなるということは過充電が起こる可能性があるということを意味する。言い換えると、過放電や過充電が起こる状況に近くなるほど充電量や放電量を減らすようにバッテリの充放電制御を行っている。

逆に、ＳＯＣが０％と５０％の間で５０％に近くなるほど、そしてＳＯＣが５０％と１００％の間で５０％に近くなるほど充電量や放電量を増やすようにバッテリの充放電制御を行っている。

要するに、ＳＯＣが５０％を基点にそれから離れるほどフィードバックゲイン値が０に近く減少するようになって充電又は放電の量を減少させてＳＯＣが過充電又は過放電になると、周波数ドループ制御出力値が０に収斂して過充電又は過放電を防止する。

このように、本発明によるバッテリエネルギー貯蔵装置ではバッテリのＳＯＣ値を利用し、系統目標電力値の設定にＳＯＣオフセットを反映してＳＯＣ値が安定的な領域に収斂するようにし、ＳＯＣのフィードバックゲイン値を反映して過充電又は過放電を防止して、長時間バッテリエネルギー貯蔵装置を運営しても過充電が行われないようにして長時間運転することができるようにする。

図１０は、本発明の他の実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法を説明するための図である。

図１０を参照すると、第１演算器２０１によって系統の基準周波数ｆ０と系統から測定された系統の周波数ｆ間に周波数の差の値を求める。周波数ドループ係数演算器２０２によって第１演算器２０１から出力された周波数の差の値を周波数ドループ係数で割ってから出力する。フィードバックゲイン演算器２０３によって周波数ドループ演算器２０２の出力値からフィードバックゲイン値を算出して出力する。

第２演算器２０４によって系統目標電力値ＰＤＧにフィードバックゲイン演算器１０６のフィードバックゲイン値を足して出力する。

第３演算器２０５によってバッテリの基準ＳＯＣ値ＳＯＣｒｅｆとバッテリから測定されたバッテリのＳＯＣ値ｓｏｃ間にＳＯＣの差の値を求める。ＳＯＣオフセット演算器２０６によって第３演算器２０５から出力されたＳＯＣの差の値からＳＯＣオフセット値を算出して出力する。

第４演算器２０７によって第２演算器２０４の出力値にＳＯＣオフセット演算器１０２のＳＯＣオフセット値を足して基準電力値Ｐｒｅｆとして出力する。

第５演算器２０８によって基準電力値Ｐｒｅｆと系統の電力値Ｐの差の値を求めて第１ＰＩコントローラ２０９に出力する。

第１ＰＩコントローラ２０９によって第４演算器２０７の出力に対して比例積分制御が行われて出力される。この際、第１ＰＩコントローラ２０９の出力はＤＣ成分を有するようになる。

第６演算器２１０によって基準電圧Ｖｒｅｆと系統の電圧Ｖ間に電圧の差の値を求める。電圧ドループ係数演算器２１１によって第６演算器２１０から出力された電圧の差の値を電圧ドループ係数で割ってから出力する。

第７演算器２１２によって系統目標電力値ＱＤＧに電圧ドループ係数演算器２１１の出力値を足して基準電力値Ｑｒｅｆを出力する。

第８演算器２１３によって基準電力値Ｑｒｅｆと系統の電力値Ｑの差の値を求めて第２ＰＩコントローラ２１４に出力する。

第２ＰＩコントローラ２１４によって第８演算器２１３の出力に対して比例積分制御が行われて出力される。この際、第２ＰＩコントローラ２１４の出力はＤＣ成分を有するようになる。

第１変換部２１５及び第２変換部２１６によって第１ＰＩコントローラ２０９及び第２ＰＩコントローラ２１４の出力信号はＤＣ信号からＡＣ信号に変換されて出力される。

この際、第１変換部２１５ではｄ−ｑ軸からα−β軸への変換が行われ、第２変換部２１６では第１変換部２１５の出力をα−β軸からａ，ｂ，ｃ軸に軸変換が行われて三相のＡＣ信号である正弦波が出力される。

ＰＷＭ制御機２１７によって第２変換部２１６の出力から系統の電力を制御するためのＰＷＭ信号が生成されて出力される。

図１１は、本発明の他の実施例によるバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法を説明するための図である。

図１１を参照すると、第１演算器３０１によってバッテリの基準ＳＯＣ値ＳＯＣｒｅｆとバッテリから測定されたバッテリのＳＯＣ値ｓｏｃ間にＳＯＣの差の値を求める。ＳＯＣオフセット演算器３０２によって第１演算器３０１から出力されたＳＯＣ差の値からＳＯＣオフセット値を算出して出力する。

第２演算器３０３によって系統の基準周波数ｆ０と系統から測定された系統の周波数ｆ間に周波数の差の値を求める。周波数ドループ係数演算器３０４によって第２演算器３０３から出力された周波数の差の値を周波数ドループ係数で割ってから出力する。フィードバックゲイン演算器３０５によって周波数ドループ計算演算器３０４の出力値からフィードバックゲイン値を算出して出力する。

第３演算器３０６によってＳＯＣオフセット演算器３０２のＳＯＣオフセット値にフィードバックゲイン演算器１０６のフィードバックゲイン値を足して出力する。

第４演算器３０７によって系統目標電力値ＰＤＧに第３演算器３０６の出力値を足して基準電力値Ｐｒｅｆを出力する。

第５演算器３０８によって基準電力値Ｐｒｅｆと系統の電力値Ｐの差の値を求めて第１ＰＩコントローラ３０９に出力する。

第１ＰＩコントローラ３０９によって第５演算器３０８の出力に対して比例積分制御が行われて出力される。この際、第１ＰＩコントローラ３０９の出力はＤＣ成分を有するようになる。

第６演算器３１０によって基準電圧Ｖｒｅｆと系統の電圧Ｖ間に電圧の差の値を求める。電圧ドループ係数演算器３１１によって第６演算器３１０から出力された電圧の差の値を電圧ドループ係数で割ってから出力する。

第７演算器３１２によって系統目標電力値ＱＤＧに電圧ドループ係数演算器１１１の出力値を足して基準電力値Ｑｒｅｆを出力する。

第８演算器３１３によって基準電力値Ｑｒｅｆと系統の電力値Ｑの差の値を求めて第２ＰＩコントローラ３１４に出力する。

第２ＰＩコントローラ３１４によって第８演算器３１３の出力に対して比例積分制御が行われて出力される。この際、第２ＰＩコントローラ３１４の出力はＤＣ成分を有するようになる。

第１変換部３１５及び第２変換部３１６によって第１ＰＩコントローラ３０９及び第２ＰＩコントローラ３１４の出力信号はＤＣ信号からＡＣ信号に変換されて出力される。

この際、第１変換部３１５ではｄ−ｑ軸からα−β軸への変換が行われ、第２変換部３１６では第１変換部３１５の出力をα−β軸からａ，ｂ，ｃ軸に軸変換が行われて三相のＡＣ信号である正弦波が出力される。

ＰＷＭ制御機３１７によって第２変換部３１６の出力から系統の電力を制御するためのＰＷＭ信号が生成されて出力される。

これまで本発明による具体的な実施例について説明したが、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能であることはもちろんである。よって、本発明の範囲は説明された実施例に限って決められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものによって決められるべきである。

Claims

系統の電圧及び周波数を測定するステップと、
バッテリのＳＯＣ値を測定するステップと、
前記測定されたバッテリのＳＯＣ値からＳＯＣオフセット値及びＳＯＣフィードバックゲイン値を算出するステップと、
前記系統の電圧に基づいた電圧ドループ制御と、前記系統の周波数と前記ＳＯＣオフセット値と前記ＳＯＣフィードバックゲイン値に基づいた周波数ドループ制御を行って前記バッテリの充放電を制御するステップと、を含むバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法。
前記バッテリの充放電を制御するステップは、前記ＳＯＣオフセット値に基づいて全体の時間のうちから充電区間と放電区間を調節するステップを含む、請求項１に記載のバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法。
前記ＳＯＣオフセット値は下記数式

によって算出され、ここで、ＳＯＣｒｅｆは基準ＳＯＣ値であり、ＳＯＣｆｅｅｄはバッテリで測定されたＳＯＣ値であり、Ｐｍａｘは系統の最大電力である、請求項２に記載のバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法。
前記ＳＯＣｒｅｆはＳＯＣの中間値である５０％であり、
前記ＳＯＣオフセット値はＳＯＣが５０％である際にはＳＯＣオフセット値は０になり、ＳＯＣが０％と５０％との間にある際にはＳＯＣオフセット値は正の値を有した状態で０％の方に近接するほど絶対値が大きくなり、ＳＯＣが５０％と１００％との間にある際には負の値を有した状態で１００％の方に近接するほど絶対値が大きくなるように構成される、請求項３に記載のバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法。
前記バッテリの充放電を制御するステップは、前記ＳＯＣフィードバックゲイン値に基づいて充電量及び放電量を調節するステップを含む、請求項１に記載のバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法。
前記ＳＯＣフィードバックゲイン値は下記数式

に基づいて算出され、ここで、ＳＯＣｆｅｅｄはバッテリのＳＯＣ値である、請求項５に記載のバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法。
前記バッテリの充放電を制御するステップは、
前記系統に設置された系統目標電力値に前記ＳＯＣオフセット値を演算して第１演算結果を出力するステップと、
前記系統の基準周波数と前記系統の測定周波数の周波数の差の値に周波数ドループ係数を演算するステップと、
前記周波数ドループ係数演算結果に前記ＳＯＣフィードバックゲイン値を演算して第２演算結果を出力するステップと、
前記第１演算結果に前記第２演算結果を演算して基準電力値を出力するステップと、
前記基準電力値と系統の電力値の差の値を求めて充放電制御を行うステップと、を含む、請求項１に記載のバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法。
前記バッテリの充放電を制御するステップは、
前記系統の基準周波数と前記系統の測定周波数の周波数の差の値に周波数ドループ係数を演算するステップと、
前記周波数ドループ係数演算結果に前記ＳＯＣフィードバックゲイン値を演算して第１演算結果を出力するステップと、
前記系統に設置された系統目標電力値に前記第１演算結果を演算して第２演算結果を出力するステップと、
前記第２演算結果に前記ＳＯＣオフセット値を演算して基準電力値を出力するステップと、
前記基準電力値と系統の電力値の差の値を求めて充放電制御を行うステップと、を含む、請求項１に記載のバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法。
前記バッテリの充放電を制御するステップは、
前記系統の基準周波数と前記系統の測定周波数の周波数の差の値に周波数ドループ係数を演算するステップと、
前記周波数ドループ係数演算結果に前記ＳＯＣフィードバックゲイン値を演算して第１演算結果を出力するステップと、
前記ＳＯＣオフセット値と前記第１演算結果を演算して第２演算結果を出力するステップと、
前記系統に設置された系統目標電力値に前記第２演算結果を演算して基準電力値を出力するステップと、
前記基準電力値と系統の電力値の差の値を求めて充放電制御を行うステップと、を含む、請求項１に記載のバッテリエネルギー貯蔵装置の充放電制御方法。
バッテリと、
前記バッテリに対する電圧ドループ制御及び周波数ドループ制御のために必要なデータを貯蔵するデータ貯蔵部と、
前記バッテリのＳＯＣ値を測定するＳＯＣ測定部と、
系統の電圧と周波数を測定する系統電圧及び周波数測定部と、
前記データ貯蔵部のデータと前記ＳＯＣ値から算出されたバッテリのＳＯＣ値のオフセット及び前記系統の周波数から算出されたＳＯＣフィードバックゲイン値に基づいて周波数ドループ制御を行うと共に、前記系統の電圧に基づいて電圧ドループ制御を行い、前記バッテリの充放電時の過充電又は過放電を防止しながらバッテリの充放電を行うための制御信号を出力する充放電制御部と、
前記充放電制御部の充放電制御信号に応じて前記バッテリに対する充電又は放電を行う充放電部と、を含む、バッテリエネルギー貯蔵装置。
前記データ貯蔵部は電圧ドループ制御係数、周波数ドループ制御係数、バッテリの基準ＳＯＣ値、系統の基準電圧値、系統の基準周波数値、系統の目標電力値を貯蔵するように構成される、請求項１０に記載のバッテリエネルギー貯蔵装置。