JP6324731B2 - 制御装置、それを備えた発電システム、及び制御方法並びに制御プログラム - Google Patents
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Description
下記特許文献1では、直流エネルギー貯蔵装置の満充電時及び放電末時において、直流エネルギー貯蔵装置の充電率を制御することによって、交流電力系統に発生する有効電力の変動を抑制することが記載されている。
このとき、バッテリーの運用方法を誤ると、最大充電電流を発生させ、バッテリーが一気に満充電状態となり、その結果、バッテリーの充電機能停止や劣化が進むという好ましくない状態が引き起こされ、電力系統の安定化に寄与できないという問題があった。
本発明は、電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される蓄電装置の充放電を制御する制御装置であって、前記電力系統の出力低減指令を取得した場合に、現在の前記蓄電装置の充電率である現状値が、前記蓄電装置の目標充電率より大きいか否かを判定する判定手段と、判定の結果、前記蓄電装置の前記現状値が前記目標充電率以下であると判定された場合に、前記発電装置の出力と前記出力低減指令によって目標とされる目標出力との差の出力の少なくとも一部を前記蓄電装置に充電させ、前記蓄電装置の充電率が前記目標充電率となるように充電させる制御手段とを具備し、前記制御手段は、前記発電装置の出力が、所定の出力低減レートによって前記目標出力に低減されるまでにかかる所要時間を算出し、前記所要時間かけて前記蓄電装置の充電率が前記目標充電率となるように制御する制御装置を提供する。
このように、従来は余剰となり捨てられていた発電装置の出力の一部を蓄電し、目標充電率を維持するように充電制御されることによって、蓄電装置が望ましい状態で運用される。これにより、蓄電装置の充電が急激に進行して満充電に到達するのを防ぎ、充電機能停止や蓄電装置の劣化の進行を防ぐことができる。
図1は、本実施形態に係るマスターコントローラ(制御装置)10を備えた発電システム1の概略構成を示している。本実施形態においては、自然エネルギーによって発電する発電装置は、風力発電装置(以下「風車」ともいう)である場合を例に挙げて説明するが、発電装置は風力発電装置の他に太陽光発電装置、波力発電装置など発電量平準化が可能な電力貯蔵装置との組合せが好ましい発電装置であり、風力発電装置に限定されない。
また、風力発電装置コントローラ20は、ウインドファームコントローラ21から取得した指令に基づいて風力発電装置2を制御する。
二次電池31は、リチウムイオン二次電池、鉛蓄電池、ニッケル水素二次電池など特に限定されないが、充放電の追従性がよいことからリチウムイオン二次電池であることが好ましい。
バッテリーコントローラ30は、マスターコントローラ10から取得する充放電指令値に基づいて電力変換器32を制御し、二次電池31の充電率SOC(State of Charge)を調整する。
具体的には、図1に示されるように、マスターコントローラ10は、判定部(判定手段)11と、制御部(制御手段)12とを備えている。
制御部12は、風力発電装置2の出力が、所定の出力低減レートによって目標出力に低減されるまでにかかる所要時間tを算出し、所要時間tの時間をかけて二次電池31の充電率が目標充電率となるように制御する。より具体的には、風力発電装置2の出力と目標出力との差を低下させるべき風車出力ΔPとし、所定の風車出力低減レートをdp/dtとして示す場合に、所要時間tは以下の(1)式によって求められる。
充電電流に閾値を設ける根拠は、風力発電装置2の出力低減レートが速い場合には、二次電池31に大電流が流れることになり二次電池31が劣化(損傷)するおそれがあるので、二次電池31の劣化(損傷)を防ぐためである。充電電流に閾値を設けることにより、二次電池31の充電率を目標充電率に到達させることよりも二次電池31の劣化(損傷)を防ぐことを優先できる。
こうして二次電池31の充電率が目標充電率を維持するように制御されることにより、風車出力低減の完了後の時刻t以降において、系統の安定度が増す。また、二次電池31の充電率が目標充電率を維持することによって、最小限の充放電で平滑化でき、かつ、二次電池31の劣化の進行を防ぐことができる。
通常運転がされている場合に(図3のステップSA1)、出力低減指令を取得したか否かを判定する(図3のステップSA2)。出力低減指令を取得していない場合には(図3のステップSA2のNO)、出力低減指令を取得したか否かの判定を繰り返す。電力系統6の監視者より系統安定化のため所定の出力制限値を指定する出力低減指令が発令され、マスターコントローラ10に出力低減指令が入力される。出力低減指令を取得した場合には(図3のステップSA2のYES)、二次電池31の充電率が目標充電率SOC50%より大きいか否かが判定される(図3のステップSA3)。
二次電池31の充電率が目標充電率SOC50%より大きいと判定された場合には(図3のステップSA3のYES)、二次電池31の充放電が停止され(図3のステップSA5)、風力発電装置2の出力低減が完了したか否かが判定される(図3のステップSA6)。風力発電装置2の出力低減が完了していないと判定された場合には、この判定を繰り返し、風力発電装置2の出力低減が完了と判定された場合には、平準化運転が開始される(図3のステップSA7)。
このように、従来は余剰となり捨てられていた風力発電装置2の出力の一部を蓄電し、目標充電率を維持するように充電制御されることによって、二次電池31が望ましい状態で運用される。これにより、二次電池31の充電が急激に進行して満充電に到達するのを防ぎ、充電機能停止や蓄電装置の劣化の進行を防ぐことができる。
以下、本発明の第2の実施形態について図5から図7を用いて説明する。本第2の実施形態に係る発電システム1´は、蓄電装置として、短周期の出力変動の抑制に優れた第1蓄電装置31aと、長周期の出力変動の抑制に優れた第2蓄電装置31bとを備える点で第1の実施形態と異なる。以下、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
発電システム1´は、第1蓄電装置31aと、第2蓄電装置31bとを備えている。
第1蓄電装置31aは、上記第1の実施形態で述べた二次電池31と同様に制御されるものであり、風力発電装置2の出力と出力低減指令によって目標とされる目標出力との差の出力の少なくとも一部を充電し、充電率が目標充電率となるように充電制御される。第1蓄電装置31aは、短周期の出力変動の抑制に優位性を持つ電池であって、例えば、リチウムイオン電池等が用いられる。
第2蓄電装置31bは、長周期の出力変動の抑制に優位性を持つ電池であって、例えば、鉛電池、ナトリウム・硫黄電池(NAS電池(登録商標))等が用いられる。第2蓄電装置31bは、出力低減指令が検出された場合に、風力発電装置2の余剰出力をできるだけ充電させるように制御される蓄電装置である。
また、制御部12´は、第2蓄電装置31bの充電率が所定の満充電状態よりも所定量低い充電率となったことを検出した場合に、風力発電装置2の出力を低減させる指令を出力する。
また、第2蓄電装置31bで充電しきれない分の出力は、風力発電装置2に対する出力指令P_dem_wtgとして出力される。なお、このリミットRは、第2蓄電装置31bにかけられる制限であり、充電率が上がればリミットRの値が小さくなり、充電可能量が小さくなる。
一点鎖線は、第2蓄電装置31bが設けられる場合の風力発電装置2の出力制限の様子を示しており、実線は、第2蓄電装置31bが設けられない場合(例えば、第1の実施形態)の風力発電装置2の出力制限の様子を示しており、点線は、風力発電装置2と第1蓄電装置31aと第2蓄電装置31bとによって目標とする目標合成出力である。
風力発電装置2の出力の低減と、第2蓄電装置31bによる充電によって、時刻t2において、目標合成出力に一致するような出力が得られる。
電力系統6側に出される出力が、目標合成出力に一致した場合には、平滑化が開始され、第1蓄電装置31a及び第2蓄電装置31bによる平滑化制御が開始される。
2 風力発電装置(発電装置)
3 電力貯蔵装置
6 電力系統
10 マスターコントローラ(制御装置)
11 判定部(判定手段)
12 制御部(制御手段)
30 バッテリーコントローラ
31 二次電池(蓄電装置)
Claims (8)
- 電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される蓄電装置の充放電を制御する制御装置であって、
前記電力系統の出力低減指令を取得した場合に、
現在の前記蓄電装置の充電率である現状値が、前記蓄電装置の目標充電率より大きいか否かを判定する判定手段と、
判定の結果、前記蓄電装置の前記現状値が前記目標充電率以下であると判定された場合に、前記発電装置の出力と前記出力低減指令によって目標とされる目標出力との差の出力の少なくとも一部を前記蓄電装置に充電させ、前記蓄電装置の充電率が前記目標充電率となるように充電させる制御手段と
を具備し、
前記制御手段は、前記発電装置の出力が、所定の出力低減レートによって前記目標出力に低減されるまでにかかる所要時間を算出し、前記所要時間かけて前記蓄電装置の充電率が前記目標充電率となるように制御する制御装置。 - 前記制御手段は、前記蓄電装置の劣化に影響を与えない所定の閾値以下の充電電流値で前記蓄電装置を充電させる請求項1に記載の制御装置。
- 前記制御手段は、前記現状値と前記目標充電率との差と前記所要時間とに基づいて仮の前記充電電流値を算出し、仮の前記充電電流値が前記所定の閾値より小さい場合に、算出した仮の前記充電電流値の充電電流によって前記蓄電装置を充電させ、仮の前記充電電流値が前記閾値以上である場合に前記閾値の充電電流によって前記蓄電装置を充電させる請求項2に記載の制御装置。
- 前記蓄電装置には、短周期の出力変動の抑制に優れた第1蓄電装置及び長周期の出力変動の抑制に優れた第2蓄電装置を含み、
前記電力系統から出力低減指令を取得した場合に、
前記制御手段は、前記第2蓄電装置の充電率が所定の満充電状態となるまで、前記第2蓄電装置を充電させる請求項1から請求項3のいずれかに記載の制御装置。 - 前記制御手段は、前記第2蓄電装置の充電率が前記所定の満充電状態よりも所定量低い充電率となったことを検出した場合に、前記発電装置の出力を低減させる指令を出力する請求項4に記載の制御装置。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の制御装置と、蓄電装置とを備える発電システム。
- 電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される蓄電装置の充放電を制御する制御方法であって、
前記電力系統の出力低減指令を取得した場合に、
現在の前記蓄電装置の充電率である現状値が、前記蓄電装置の目標充電率より大きいか否かを判定する第1過程と、
判定の結果、前記蓄電装置の前記現状値が前記目標充電率以下であると判定された場合に、前記発電装置の出力と前記出力低減指令によって目標とされる目標出力との差の出力の少なくとも一部を前記蓄電装置に充電させ、前記蓄電装置の充電率が前記目標充電率となるように前記蓄電装置を充電させる第2過程と
を有し、
前記第2過程では、前記発電装置の出力が、所定の出力低減レートによって前記目標出力に低減されるまでにかかる所要時間を算出し、前記所要時間かけて前記蓄電装置の充電率が前記目標充電率となるように制御する制御方法。 - 電力系統と連系され、自然エネルギーによって発電する発電装置と接続される蓄電装置の充放電を制御する制御プログラムであって、
前記電力系統の出力低減指令を取得した場合に、
現在の前記蓄電装置の充電率である現状値が、前記蓄電装置の目標充電率より大きいか否かを判定する第1処理と、
判定の結果、前記蓄電装置の前記現状値が前記目標充電率以下であると判定された場合に、前記発電装置の出力と前記出力低減指令によって目標とされる目標出力との差の出力の少なくとも一部を前記蓄電装置に充電させ、前記蓄電装置の充電率が前記目標充電率となるように前記蓄電装置を充電させ、前記発電装置の出力が、所定の出力低減レートによって前記目標出力に低減されるまでにかかる所要時間を算出し、前記所要時間かけて前記蓄電装置の充電率が前記目標充電率となるように制御する第2処理をコンピュータに実行させるための制御プログラム。
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