JP6189092B2 - 系統用蓄電池の複数目的制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、単一の系統用蓄電池を複数目的の用途に活用することを可能とする複数目的制御装置に関する。

近年、太陽光発電（以下、「ＰＶ」と記す）や風力発電などの再生可能エネルギー導入が各国で積極的に進められている。ＰＶは時間、季節、天候に応じて発電出力が変動するため、太陽光発電設備を大量導入するためには需給調整が必要となる。この需給調整を実現する手段として蓄電池の活用が期待されている。蓄電池は、負荷平準化や、系統安定化制御、災害時等の非常電源など多様な用途に活用が可能であるが、高コストであることが課題となっている。

蓄電池を有効活用するための方法として、蓄電池寿命を考慮したピークシフト制御方法（例えば、特許文献１参照）や必要な電池容量が小さい変動抑制制御方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。また、ＰＶの発電量予測に基づいて前日の蓄電量を決定する制御方法（例えば、特許文献３参照）や、複数の蓄電池を一つの蓄電池と見立てて制御する方法（例えば、特許文献４参照）に関する提案もなされている。

これらの方法は、いずれも特定の効果を得るために必要な蓄電池のスペックを低減することを目的とした方法である。一方で、蓄電池を有効活用するためのアプローチとしては、一定のスペックの蓄電池から得られる効果を最大化することが考えられる。例えば、一つの電池を複数の目的に用いて得られる効果を最大化する方法である。

特開２００３−２４４８４０号公報 特開２００８−２９５２０８号公報 特開２００４−３２９８９号公報 特開２０１２−２０５４９０号公報

単一の限られた容量を有する蓄電池を複数の目的に用いる方法として、ピークシフト制御と変動抑制制御を同時に行うことが考えられる。ピークシフト制御で重要となるのは蓄電容量（Ｗｈ）であり、変動抑制制御では出力容量（Ｗ）である。よって、それぞれの制御指令値の合算値を蓄電池の出力指令値とすることにより、２つの制御を同時に行うことが可能であると考えられる。

しかし、この方法では合算した制御指令値を出力するために、より出力定格の大きい蓄電池用パワーコンディショナー（以下、「ＰＣＳ」と記す）が必要になってしまう。また、ピークシフトに必要な蓄電量を満たすための制御指令値に変動抑制制御の制御指令値が合算されるため、計画した蓄電量を満たせない可能性が生じ得る。

本発明は、出力定格の大きなＰＣＳが不要で、計画した蓄電量を満たしつつ、単一の系統用蓄電池を複数目的の用途に活用することを可能とする複数目的制御装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明は、単一の系統用蓄電池を複数目的に活用するための制御装置であって、系統状態の情報と、複数目的の優先度情報を含む制御パラメータ情報とを取得する入力部と、取得した前記系統状態の情報及び前記制御パラメータ情報に基づいて、前記蓄電池の複数の目的を達成するために目的毎に必要な制御指令値を算出する指令値算出部と、前記指令値算出部によって算出された複数の制御指令値に対して、前記入力部で取得した前記優先度情報を考慮して前記蓄電池への出力指令値を算出する出力指令値算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る複数目的制御装置を用いたシステムの全体構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る複数目的制御装置の処理動作を説明するフローチャートである。 太陽光発電装置の発電電力の一例を示すグラフである。 需要家の消費電力の一例を示すグラフである。 本実施形態のピークシフト制御手法を説明するグラフである。 本実施形態の変動抑制制御手法を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

（システムの構成）
図１は、本発明の一実施形態に係る複数目的制御装置を用いたシステムの全体構成を示すブロック図である。

本システムは、複数目的制御装置１と、太陽光発電装置２と、制御対象となる蓄電池３と、接続先の系統状態を計測する計測装置４と、蓄電池の複数の利用目的等を入力する入力装置５とを備えている。

複数目的制御装置１は、計測装置４や入力装置５からデータを取得する入力部１０１と、取得したデータを保持するデータ保持部１０２と、取得したデータを基にピークシフトの制御指令値を算出するピークシフト指令値算出部１０３と、取得したデータを基に変動抑制制御の指令値を算出する変動抑制指令値算出部１０４と、ピークシフト指令値算出部１０３と変動抑制指令値算出部１０４の算出結果を基に蓄電池３の出力指令値を算出する出力指令値算出部１０５と、出力指令値算出部１０５で算出した指令値を蓄電池３に伝達する出力部１０６から構成される。

計測装置４は、電力を充放電する接続先の系統状態の情報（例えば、電力・電圧・電流・周波数など）を計測する装置である。

入力装置５は、制御パラメータ情報などの蓄電池３の出力指令値を算出するために必要な情報を入力する装置である。この入力装置５は、作業員等が情報を設定することを想定したコンピュータでもよいし、上位のエネルギー管理装置であってもよい。

（複数目的制御装置１の処理動作）
図２は、図１の複数目的制御装置１の処理動作を説明するためのフローチャートである。以下、図２に従って処理動作を説明する。

（ステップＳ１：ピークシフト計画及び、変動抑制制御とピークシフト制御との案分係数の設定）
まず、複数目的制御装置１における入力部１０１は、計測装置４から系統状態の情報を取得し、入力装置５から作業員等により入力された制御パラメータ情報を取得し、データ保持部１０２に保存する。ここで、系統状態の情報とは、蓄電池３が電力を充放電する接続先の系統状態に関する情報であり、具体的には、図３に示すような太陽光発電装置の発電電力や図４に示すような需要家の消費電力が挙げられる。

また、制御パラメータ情報とは、蓄電池３の複数の利用目的についての優先度情報や蓄電池３の利用目的に応じた制御情報である。本実施形態では、太陽光発電装置の発電出力の変動を抑制する目的の変動抑制制御と、電力の需要を平準化する目的のピークシフト制御の２つを行うこととしている。このため、蓄電池３の複数の利用目的についての優先度情報とは、変動抑制制御とピークシフト制御における優先度を案分係数比で示したものとする。さらに、蓄電池３の利用目的に応じた制御情報としては、例えば、ピークシフト制御に必要な充放電の計画情報が挙げられる。

（ステップＳ２：ピークシフト制御及び変動抑制制御に必要な指令値の算出）
次に、ピークシフト指令値算出部１０３及び変動抑制指令値算出部１０４は、それぞれ、各制御に必要な指令値を算出する。ここで、本実施形態におけるピークシフトは、需要負荷に対してＰＶが大量導入された系統を評価対象とし、ＰＶ発電による昼間の余剰電力を蓄電池３に充電し夜間に放電するものとする。

図５は、本実施形態のピークシフト制御手法を説明するグラフである。
ピークシフト指令値は、データ保持部１０２に保存されたピークシフトの充放電計画Ｓｐ（ｔ）を、実際の計測したＰＶ出力Ｓ（ｔ）と比較し、数１の式に基づいて蓄電池出力Ｐ_ＢＰを決定することによって算出する。すなわち、Ｓ（ｔ）＜Ｓｐ（ｔ）となる時刻に発生した充電計画に対する充電不足分を、Ｓ（ｔ）＞Ｓｐ（ｔ）となる時に充電計画値よりも多めに充電することによって蓄電池３の充電量を随時補正する。ここで係数ｍは、補正量を調整するための係数である。

図６は、本実施形態の変動抑制制御手法を示すブロック図である。
変動抑制の指令値は、図６に基づき、制御目標をＰＶ出力の過去の一定時間の平均値（移動平均）により算出する。この制御目標と実際のＰＶ出力差分を蓄電池の出力電力指令として与え、変動分を補償する。

（ステップＳ３：蓄電池３への出力指令値の算出）
さらに、エネルギー管理装置１の出力指令値算出部１０５において、各制御指令値と案分係数とを用いて蓄電池への出力指令値を算出する。
ピークシフト制御と変動抑制制御を同時に行うためには、各制御指令値の合算値を蓄電池の出力指令値とすればよい。しかし、単純に各制御指令値の合算値を出力指令値とするためには、蓄電池用ＰＣＳの定格出力を大きくする必要がある。そこで、ＰＣＳの定格出力以内で出力指令値を決定するために、変動抑制制御指令値Ｐ_Ｂｆとピークシフト制御指令値Ｐ_ＢＰに案分係数ｒ_ｆ、ｒ_ｐを乗算して案分することで、蓄電池の出力指令値Ｐ_Ｂを決定する。具体的には、ピークシフト指令値算出部１０３と変動抑制指令値算出部１０４で算出した各指令値を、数２の式を基づき蓄電池の定格出力の範囲内において、入力部１０１で入力した案分係数比で案分して決定する。

ここで、ステップＳ１で入力したピークシフト制御と変動抑制制御の案分係数比ｒ_ｆ、ｒ_ｐは、任意に入力してもよいが、蓄電池３の容量が一日の太陽光発電電力量より大きい場合には、ｒ_ｆ＋ｒ_ｐ＝１となる条件を満たす値とし、逆に蓄電池３の容量が一日の太陽光発電電力量より小さい場合には、ｒ_ｆ=１かつｒ_ｐ=１としてもよい。このように設定することで、蓄電池３をより効率的に使うことができる。

（ステップＳ４：出力指令値の蓄電池３への送信）
さらに、エネルギー管理装置１の出力部１０６において、出力指令値算出部１０５で算出した出力指令値を蓄電池３に送信する。

（効果）
本実施形態によれば、限られた容量を有する単一の蓄電池３を、複数の用途に活用することが可能となる。これにより、用途別に蓄電池３を用意する必要がなくなり、設備コストの低減を見込める。

また、ピークシフト制御と変動抑制制御を同時に行う場合、変動抑制制御の充放電によってピークシフト制御の充電計画に誤差が生じる問題があるが、本実施形態の手法を用いれば、随時誤差を補正することが可能となる。

[他の実施形態]
（１）上記の実施形態では、蓄電池３の利用目的として、ピークシフト制御と変動抑制制御の２つの目的を挙げたが、これ以外に停電対策目的を挙げることもできる。

（２）以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…複数目的制御装置
２…太陽光発電装置
３…蓄電池
４…計測装置
５…入力装置
１０１…入力部
１０２…データ保持部
１０３…ピークシフト指令値算出部
１０４…変動抑制指令値算出部
１０５…出力指令値算出部
１０６…出力部

Claims (3)

1. 単一の系統用蓄電池を複数目的に活用するための制御装置であって、
   系統状態の情報と、複数目的の優先度情報を含む制御パラメータ情報とを取得する入力部と、
   取得した前記系統状態の情報及び前記制御パラメータ情報に基づいて、前記蓄電池の複数の目的を達成するために目的毎に必要な制御指令値を算出する指令値算出部と、
   前記指令値算出部によって算出された複数の制御指令値に対して、前記入力部で取得した前記優先度情報を考慮して前記蓄電池への出力指令値を算出する出力指令値算出部と、
   を備え、
   前記複数の目的は、電力の需給量を一日の中で平準化するために蓄電池を充放電するピークシフト制御と、太陽光発電装置の電力出力における変動を緩和するために蓄電池を充放電する変動抑制制御とであり、かつ、前記指令値算出部は、前記ピークシフト制御に対応したピークシフト指令値算出部と、前記変動抑制制御に対応した変動抑制指令値算出部からなることを特徴とする系統用蓄電池の複数目的制御装置。
2. 前記ピークシフト制御は、あらかじめ与えられたピークシフト計画と太陽光発電装置の出力に応じてピークシフト可能な電力量との誤差を算出し、将来のピークシフト計画を随時補正することを特徴とする請求項１記載の系統用蓄電池の複数目的制御装置。
3. 前記優先度情報は、前記変動抑制制御と前記ピークシフト制御における優先度を案分係数の比で示したものであり、
   前記出力指令値算出部は、前記変動抑制制御の指令値Ｐ_Ｂｆと前記ピークシフト制御の指令値Ｐ_ＢＰに、それぞれ前記案分係数ｒ_ｆ、ｒ_ｐを乗算して案分することで、前記蓄電池の出力指令値Ｐ_Ｂを決定することを特徴とする請求項１又は２記載の系統用蓄電池の複数目的制御装置。

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