JP7215456B2

JP7215456B2 - 電力変動緩和装置

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Publication number: JP7215456B2
Application number: JP2020073556A
Authority: JP
Inventors: 了司川上
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2020-04-16
Filing date: 2020-04-16
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2040-04-16
Also published as: JP2021170889A

Description

本発明は、発電設備の電力変動を緩和する電力変動緩和装置に関する。

太陽光発電、風力発電などの再生可能エネルギーを利用した発電においては、再生可能エネルギーが天候などによって変化する。このため、常に一定の発電電力を得ることが難しく、発電電力の変動が避けられない。

このような発電電力の変動を緩和するために、様々な試みがなされている。例えば、図１０に示す発電システム２００は、発電設備２１０を備える他、電力変動緩和装置２２０と、電力変動緩和装置２２０を制御する監視制御装置２３０とを備えている。これにより、発電システム２００において、発電設備２１０で生じる発電電力の変動を緩和している。

発電設備２１０は、太陽光発電装置２１１および風力発電装置２１３を発電装置として備えている。発電設備２１０には、負荷２１４が接続されている。また、電力変動緩和装置２２０は、複数の同一種類の４台の蓄電池２４１～２４４と、蓄電池２４１～２４４のそれぞれの電力を変換する４台の電力変換器２５１～２５４とを備えている。

図１１に示すように、監視制御装置２３０は、ローパスフィルタ２３１と、減算器２３２と、除算器２３３とを備えている。ローパスフィルタ２３１は、発電設備２１０の出力電力と負荷２１４の電力との総和電力ＰＬの低周波成分を通過させることで総和電力ＰＬを平均化する。減算器２３２は、ローパスフィルタ２３１の出力から総和電力ＰＬを減算する。除算器２３３は、減算器２３２の出力を４等分することにより、電力変換器２５１～２５４のそれぞれに与える制御の指令値Ｐrefnを出力する。

このように構成される電力変動緩和装置２２０において、電力変換器２５１～２５４は、指令値Ｐrefnに応じた電力で、それぞれに対応する蓄電池２４１～２４４に対する充放電を行う。このようにして、総和電力ＰＬの変動量に応じて蓄電池２４１～２４４の充放電が制御されることにより、総和電力ＰＬの変動を抑えることができる。

また、特許文献１には、複数の異なる種類の蓄電池に対して電力変換器を設け、電力変換器を個別に制御することが開示されている。

特許第６１４９２７５号公報（２０１７年６月２日発行）

しかしながら、図１０に示す発電システム２００では、常に、電力変換器２５１～２５４を運転して蓄電池２４１～２４４の充放電を均等に制御している。このため、電力変換器２５１～２５４の出力電力の合計値が発電設備２１０の定格出力電力の７５％以下の場合でも、全ての電力変換器２５１～２５４を運転する。その結果、電力変換損失が大きくなることにより、発電システム２００の効率が低下するという問題が生じる。

また、総和電力ＰＬの変動量が発電設備２１０の定格出力電力に対して少ないとき、制御の精度が低下する。制御の精度を向上させるために、電力変換器２５１～２５４が蓄電池２４１～２４４のそれぞれに対して行う出力電力のフィードバック制御のゲインを増加させると、定常偏差は小さくなる。しかしながら、応答時定数を長くする必要があるなど、制御の安定性に問題がある。

これに対し、特許文献１に開示された電力変動緩和装置は、複数の蓄電池に対して電力変換器を設けることによって、各蓄電池の充放電を個別に制御することから、上記の発電システム２００に比べて制御の精度を一定程度向上させることができる。

しかしながら、発電設備の定格出力電力が大きくなることに応じて各蓄電池の構成群数や容量が大きくなった場合、それに応じて制御誤差も大きくなる。したがって、このような電力変動緩和装置によっても、電力変動の緩和制御を高精度（例えば定格出力電力の１％未満の誤差に抑える）に行うことは難しい。

本発明の一態様は、電力変動の緩和制御を高精度に行うことを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る電力変動緩和装置は、再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を含む発電設備の出力電力の変動を緩和する電力変動緩和装置であって、前記出力電力を充放電する複数の蓄電池と、前記蓄電池に個別に設けられ、前記蓄電池に入出力される電力を変換する主電力変換器と、前記主電力変換器の容量より小さい容量を有し、複数の前記蓄電池に入出力される電力を変換する副電力変換器と、前記出力電力の変動を緩和するように前記主電力変換器による前記蓄電池の充放電を制御するとともに、前記出力電力の変動量が規定値を超えるときに前記副電力変換器を動作させる一方、前記変動量が前記規定値以下であるときに前記副電力変換器を動作させない制御装置と、を備えている。

上記の構成によれば、主電力変換器による充放電を制御してもなお、制御の誤差によって出力電力の変動量が規定値を超えるときに、容量の小さい副電力変換器を動作させることで、上記の変動量を小さくすることができる。これにより、出力電力の変動量を規定値以内に抑えることができる。

前記電力変動緩和装置は、前記副電力変換器と複数の前記蓄電池とを接続および切り離す開閉器をさらに備え、前記制御装置は、前記副電力変換器と各蓄電池とを切り替えて接続するように前記開閉器を制御してもよい。

上記の構成によれば、副電力変換器と各蓄電池とを切り替えて接続するので、副電力変換器のための専用の蓄電池を設ける必要がない。これにより、比較的簡素な構成で電力変動緩和装置の効率的運用を実現することができる。

前記電力変動緩和装置において、前記制御装置は、所定期間ごとに前記副電力変換器と各蓄電池とを切り替えて接続するように前記開閉器を制御してもよい。

上記の構成によれば、特定の蓄電池に充放電が偏ることを回避して、蓄電池の利用の均等化を図ることができる。

前記電力変動緩和装置において、前記制御装置は、前記蓄電池の充電率が所定範囲を逸脱する第１条件と、前記蓄電池に対応した前記主電力変換器が停止している第２条件と、前記副電力変換器が停止している第３条件とが満たされた該当する前記蓄電池に対応する前記開閉器を閉じるように当該開閉器を制御するとともに、前記副電力変換器を動作させてもよい。

上記の構成によれば、定格容量に対する所定範囲を逸脱している蓄電池が主電力変換器の停止によって充放電が行われていない場合、当該蓄電池に対して副電力変換器による充放電を行うことができる。これにより、蓄電池間で充電率のずれを少なくするように充電率の均衡化を図ることができる。

前記電力変動緩和装置において、前記制御装置は、前記開閉器を閉じることで前記副電力変換器に接続された前記蓄電池に一定電力で充電または放電するように前記副電力変換器を制御してもよい。

上記の構成によれば、副電力変換器に接続された蓄電池のいずれかに対して一定電力で充電または放電が行われる。これにより、副電力変換器による充放電時における電力変動を抑えることができる。

前記電力変動緩和装置において、前記制御装置は、複数の異なる基準電力と前記出力電力とを比較し、前記出力電力が全ての前記基準電力より大きければ、全ての前記蓄電池を動作させ、前記出力電力が少なくとも１つの前記基準電力以下であるときの当該基準電力の数に応じた数の前記主電力変換器を停止させてもよい。

上記の構成によれば、出力電力に応じた数の蓄電池を動作させることができる。出力電力によっては、必ずしも全ての蓄電池を動作させる必要はないので、蓄電池システムとして損失が低減できる。これにより、単機の蓄電池によって定格容量を構成することに比べて、エネルギー損失を抑制することが可能になる。

本発明の一態様によれば、電力変動の緩和制御を高精度に行うことができる。

本発明の一実施形態に係る発電システムの構成を示す回路図である。上記発電システムの電力変動緩和装置における監視制御装置の構成を示すブロック図である。上記監視制御装置における主制御部の構成を示すブロック図である。上記監視制御装置における副制御部の構成を示すブロック図である。上記監視制御装置における停止制御部の構成を示すブロック図である。上記監視制御装置における運転制御部の構成を示すブロック図である。上記運転制御部の動作を示すタイミングチャートである。上記監視制御装置における開閉制御部の構成を示すブロック図である。上記発電システムにおける主電力変換器の、電力指令値に対するフィードバック制御を行う構成を示すブロック図である。従来の発電システムの構成を示すブロック図である。図１０の発電システムにおける監視制御装置の構成を示すブロック図である。

〔実施形態〕
本発明の一実施形態について、図１～図９を参照して説明すれば、以下の通りである。

図１は、本実施形態に係る発電システム１００の構成を示す回路図である。

図１に示すように、発電システム１００は、発電設備５０と、電力変動緩和装置６０とを備えている。

発電設備５０は、太陽光発電装置５０１と、電力変換器５０２と、風力発電装置５０３と、連系変圧器５０５，５０６と、電力計５０８とを有している。発電設備５０には、連系変圧器５０７を介して負荷５０４が接続されている。電力計５０８は、発電設備５０の出力電力と、負荷５０４の消費電力（負荷電力）との総和である総和電力ＰＬを計測する。

電力変換器５０２は、太陽光発電装置５０１から出力される直流の発電電力を交流に変換する。負荷５０４は、発電設備５０における負荷要素の集合体である。

連系変圧器５０５は、電力変換器５０２を電力系統７０に連系させるための変圧器である。連系変圧器５０６は、風力発電装置５０３を電力系統７０に連系させるための変圧器である。連系変圧器５０７は、負荷５０４を電力系統７０に連系させるための変圧器である。電力計５０８は、発電設備５０の出力電力である総和電力ＰＬを計測する機器である。

電力変動緩和装置６０は、４台の蓄電池１～４と、監視制御装置５（制御装置）と、４台の主電力変換器１１～１４と、副電力変換器１５と、４つの開閉器２１～２４と、５台の連系変圧器３１～３５と、６台の電力計４１～４５，６１とを有している。なお、蓄電池１～４および主電力変換器１１～１４の台数は４台に限定されず、複数台であればよい。

蓄電池１～４は、リチウムイオン蓄電池などから構成されている。蓄電池１～４は、同一の性能（定格容量など）を有している。監視制御装置５は、入力される各種の電力などに基づいて、主電力変換器１１～１４、副電力変換器１５および開閉器２１～２４の動作を制御する。監視制御装置５については、後に詳しく説明する。

主電力変換器１１～１４は、蓄電池１～４に個別に設けられ、蓄電池１～４にそれぞれ入力される電力を交流から直流に変換するとともに、蓄電池１～４からそれぞれ出力される電力を直流から交流に変換する機器である。主電力変換器１１～１４は、監視制御装置５の制御によって蓄電池１～４に対する充放電を行う。主電力変換器１１～１４のそれぞれの定格容量を合計することにより、電力変動緩和装置６０における所定の定格容量が確保されるようになっている。

副電力変換器１５は、監視制御装置５の制御によって、開閉器２１～２４を通じてそれぞれ接続される蓄電池１～４に対する充放電を行う。副電力変換器１５の定格容量は、主電力変換器１１～１４のそれぞれの定格容量（例えば５００ｋＷ）よりも小さく、主電力変換器１１～１４の総容量（２０００ｋＷ）の１０％程度（２００ｋＷ）である。

開閉器２１～２４は、副電力変換器１５と蓄電池１～４とを接続および切り離す。開閉器２１～２４は、監視制御装置５によって、その開閉が制御される。

連系変圧器３１～３４は、主電力変換器１１～１４のそれぞれを電力系統７０に連系させるための変圧器である。連系変圧器３５は、副電力変換器１５を電力系統７０に連系させるための変圧器である。

電力計４１～４４は、連系変圧器３１～３４を経た主電力変換器１１～１４からの出力電力ＰＢ１～ＰＢ４をそれぞれ計測する機器である。電力計４５は、連系変圧器３５を経た副電力変換器１５からの出力電力ＰＢＳを計測する機器である。電力計６１は、発電システム１００の受電電力Ｐｓを計測する機器である。

続いて、監視制御装置５について説明する。図２は、電力変動緩和装置６０における監視制御装置５の構成を示すブロック図である。図３は、監視制御装置５における主制御部５１の構成を示すブロック図である。図４は、監視制御装置５における副制御部５２の構成を示すブロック図である。図５は、監視制御装置５における停止制御部５３の構成を示すブロック図である。図６は、監視制御装置５における運転制御部５４の構成を示すブロック図である。図７は、運転制御部５４の動作を示すタイミングチャートである。図８は、監視制御装置５における開閉制御部５５の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、監視制御装置５は、主制御部５１と、副制御部５２と、停止制御部５３と、運転制御部５４と、開閉制御部５５と、反転器５６とを有している。

主制御部５１は、電力計５０８によって計測される総和電力ＰＬに基づいて主電力変換器１１～１４を制御するための指令値Ｐrefnを生成して出力する。主制御部５１は、総和電力ＰＬの変動量ΔＰＬ（誤差成分）も併せて出力する。

副制御部５２は、電力計５８によって計測される受電電力Ｐｓと、電力計４５によって計測される副制御部５２の出力電力ＰＢＳに基づいて副電力変換器１５を制御するための指令値Ｐrefnsを生成して出力する。

停止制御部５３は、総和電力ＰＬに基づいて主電力変換器１１～１３をそれぞれ停止させるための停止信号ＰＣＳＳ１～ＰＣＳＳ３を生成して出力する。運転制御部５４は、主制御部５１からの変動量ΔＰＬと規定電力Ｐｘとに基づいて、副電力変換器１５を動作させるための運転信号ＳＰＣＳonを生成して出力する。

開閉制御部５５は、充電率信号ＳＯＣ１～ＳＯＣ４と、停止信号ＰＣＳ１～ＰＣＳ４と、停止信号ＳＰＣＳoffとに基づいて、開閉器２１～２４を切り替えて副電力変換器１５に接続するための開閉制御信号ＭＣ１～ＭＣ４を生成して出力する。充電率信号ＳＯＣ１～ＳＯＣ４は、蓄電池１～４のそれぞれの充電率（定格容量に対する残容量の百分率）を表す信号である。停止信号ＰＣＳ１～ＰＣＳ４は、主電力変換器１１～１４がそれぞれ停止していることを表す信号である。停止信号ＳＰＣＳoffは、副電力変換器１５が停止していることを表す信号であり、上記の運転信号ＳＰＣＳonが反転器５６によって反転することで得られる。

また、開閉制御部５５は、蓄電池１～４のいずれか１つが開閉器２１～２４のいずれか１つを介して副電力変換器１５に接続されるときに、開閉器２１～２４のいずれか１つの充放電を一定電力で行うための電力制御信号ＰＣＯＮＴを生成して出力する。副電力変換器１５は、電力制御信号ＰＣＯＮＴに基づいて、一定電力で蓄電池１～４のいずれか１つを充電または放電する。

図３に示すように、主制御部５１は、ローパスフィルタ５１１と、減算器５１２と、除算器５１３とを有している。

ローパスフィルタ５１１は、入力される総和電力ＰＬの低周波成分を通過させることにより、総和電力ＰＬを平均化する。減算器５１２は、ローパスフィルタ５１１から出力される平均化された電力から総和電力ＰＬを減算して変動量ΔＰＬを出力する。除算器５１３は、変動量ΔＰＬを１／４に除算して指令値Ｐrefnを生成する。

図４に示すように、副制御部５２は減算器５２１を有している。減算器５２１は、受電電力Ｐｓから出力電力ＰＢＳを減算することにより指令値Ｐrefnsを生成する。副制御部５２は、減算器５２１によるフィードフォワード制御を行う。

図５に示すように、停止制御部５３は、３つの比較器５３１～５３３と、３つの遅延器５３４～５３６と、３つの反転器５３７～５３９とを有している。

比較器５３１には、総和電力ＰＬが一方の入力端子に入力され、基準電力Ｐ１が他方の入力端子に入力される。比較器５３２には、総和電力ＰＬが一方の入力端子に入力され、基準電力Ｐ２が他方の入力端子に入力される。比較器５３３には、総和電力ＰＬが一方の入力端子に入力され、基準電力Ｐ３が他方の入力端子に入力される。

基準電力Ｐ１～Ｐ３は、それぞれ異なっており、基準電力Ｐ１が最も大きく、基準電力Ｐ２が基準電力Ｐ１に次いで大きく、基準電力Ｐ３が最も小さい（Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３）。例えば、総和電力ＰＬが定格で２０００ｋＷであれば、基準電力Ｐ１は１５００ｋＷに設定され、基準電力Ｐ２は１０００ｋＷに設定され、基準電力Ｐ３は５００ｋＷに設定される。基準電力Ｐ１～Ｐ３の設定は、総和電力ＰＬが定格値に応じて定められるため、上記の例には限定されない。

比較器５３１は、総和電力ＰＬを基準電力Ｐ１と比較し、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ１より大きければ、Ｈレベルの信号を出力する一方、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ１以下であれば、Ｌレベルの信号を出力する。比較器５３２は、総和電力ＰＬを基準電力Ｐ２と比較し、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ２より大きければ、Ｈレベルの信号を出力する一方、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ２以下であれば、Ｌレベルの信号を出力する。比較器５３３は、総和電力ＰＬを基準電力Ｐ３と比較し、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ３より大きければ、Ｈレベルの信号を出力する一方、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ３以下であれば、Ｌレベルの信号を出力する。

遅延器５３４～５３６は、それぞれ比較器５３１～５３３の出力を一定時間持続させる。反転器５３７～５３９は、それぞれ遅延器５３４～５３６から出力される信号を反転させる。反転器５３７～５３９からは、それぞれ停止信号ＰＣＳＳ１～ＰＣＳＳ３を出力する。停止信号ＰＣＳＳ１～ＰＣＳＳ３は、Ｌレベルであるときに停止を表し、Ｈレベルであるときに非停止（動作）を表す。図１には示さないが、停止信号ＰＣＳＳ１～ＰＣＳＳ３は、それぞれ主電力変換器１１～１３に与えられる。

このように構成される停止制御部５３は、例えば、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ１より大きければ、比較器５３１～５３３が全てＨレベルの信号を出力する。これにより、主電力変換器１１～１３は、それぞれＨレベルの停止信号ＰＣＳＳ１～ＰＣＳＳ３が与えられることで動作する。

また、停止制御部５３は、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ２より大きく、かつ基準電力Ｐ１以下であれば、比較器５３１がＬレベルの信号を出力し、比較器５３２，５３３がＨレベルの信号を出力する。これにより、主電力変換器１１は、Ｌレベルの停止信号ＰＣＳＳ１が与えられることで停止する一方、主電力変換器１２，１３は、それぞれＨレベルの停止信号ＰＣＳＳ２，ＰＣＳＳ３が与えられることで動作する。

また、停止制御部５３は、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ３より大きく、かつ基準電力Ｐ２以下であれば、比較器５３１，５３２がＬレベルの信号を出力し、比較器５３３がＨレベルの信号を出力する。これにより、主電力変換器１１，１２は、それぞれＬレベルの停止信号ＰＣＳＳ１，ＰＣＳＳ２が与えられることで停止する一方、主電力変換器１３は、Ｈレベルの停止信号ＰＣＳＳ３が与えられることで動作する。

また、停止制御部５３は、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ３以下であれば、比較器５３１～５３３がＬレベルの信号を出力する。これにより、主電力変換器１１～１３は、それぞれＬレベルの停止信号ＰＣＳＳ１～ＰＣＳＳ３が与えられることで停止する。

なお、上記の例では、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ１以下となったときに、主電力変換器１１～１３の少なくとも１台を停止させることについて説明した。しかしながら、主電力変換器１１～１３を停止させることには限定されず、主電力変換器１２～１４、主電力変換器１１，１３，１４または主電力変換器１１，１２，１４の少なくとも１台を停止させるようにしてもよい。

図６に示すように、運転制御部５４は、比較器５４１と、反転器５４２と、パルス発生器５４３と、ＯＲ回路５４４とを有している。

図７に示すように、比較器５４１は、主制御部５１からの変動量ΔＰＬを規定電力Ｐｘと比較し、変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘより大きければ、Ｈレベルの信号を出力し、変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘ以下であれば、Ｌレベルの信号を出力する。例えば、規定電力Ｐｘは、総和電力ＰＬの定格値の１％を変動量ΔＰＬの許容上限値であるとすれば、若干のマージンを持たせて当該許容上限値の０．８％に設定される。

反転器５４２は、比較器５４１の出力信号を反転させる。図６および図７に示すように、パルス発生器５４３は、反転器５４２から出力される信号がＬレベルからＨレベルに立ち上がるタイミングでパルス信号を発生する。ＯＲ回路５４４は、比較器５４１からの出力信号と、パルス発生器５４３からのパルス信号との論理和を運転信号ＳＰＣＳonとして出力する。

このように構成される運転制御部５４は、変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘより大きくなったときに、比較器５４１からのＨレベルとなる出力信号を運転信号ＳＰＣＳonとして出力する。また、運転制御部５４は、反転器５４２の出力信号がＬレベルからＨレベルに立ち上がるタイミングで出力されるＨレベルのパルス信号も、Ｈレベルの運転信号ＳＰＣＳonとして出力する。副電力変換器１５は、Ｈレベルの運転信号ＳＰＣＳonが与えられている期間動作し、運転信号ＳＰＣＳonがＬレベルに変化すると運転を停止する。

これにより、運転制御部５４は、変動量ΔＰＬ（総和電力ＰＬの誤差成分）が規定電力Ｐｘ（規定値）を超えるときに副電力変換器１５を動作させる。また、運転制御部５４は、変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘを超えた状態から変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘ以下の状態に変わった時点から、パルス信号のパルス幅で規定される一定時間Ｔ、副電力変換器１５を動作させる。一方、運転制御部５４は、前記の一定時間Ｔを除いて、変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘ以下であるときに副電力変換器１５を動作させない。

なお、比較器５３１～５３３，５４１は、ヒステリシス特性を有する比較器であってもよい。

図８に示すように、開閉制御部５５は、４つのＡＮＤ回路５５１～５５４と、逸脱判定部５５５と、一定電力制御部５５６とを有している。

逸脱判定部５５５は、蓄電池１～４のそれぞれから出力される充電率信号ＳＯＣ１～ＳＯＣ４に基づいて蓄電池１～４の充電率が所定範囲（例えば３０％～７０％の範囲）を逸脱しているか否かを判定する。蓄電池１～４のそれぞれは、ＢＭＵ（Battery Management Unit）を備えており、ＢＭＵによって充電率を計測して、充電率を表す充電率信号ＳＯＣ１～ＳＯＣ４を出力する。

逸脱判定部５５５は、充電率信号ＳＯＣ１～ＳＯＣ４に基づいて蓄電池１～４の充電率が所定範囲を逸脱していると判定するときに、Ｈレベルの判定信号ＳＯＣＤ１～ＳＯＣＤ４を蓄電池１～４のそれぞれについて出力する。また、逸脱判定部５５５は、充電率信号ＳＯＣ１～ＳＯＣ４に基づいて蓄電池１～４の充電率が所定範囲を逸脱していない（所定範囲内にある）と判定するときに、Ｌレベルの判定信号ＳＯＣＤ１～ＳＯＣＤ４を蓄電池１～４のそれぞれについて出力する。

ＡＮＤ回路５５１は、充電率信号ＳＯＣ１、停止信号ＰＣＳ１および停止信号ＳＰＣＳoffの論理積を開閉制御信号ＭＣ１として出力する。ＡＮＤ回路５５２は、充電率信号ＳＯＣ２、停止信号ＰＣＳ２および停止信号ＳＰＣＳoffの論理積を開閉制御信号ＭＣ２として出力する。ＡＮＤ回路５５３は、充電率信号ＳＯＣ３、停止信号ＰＣＳ３および停止信号ＳＰＣＳoffの論理積を開閉制御信号ＭＣ３として出力する。ＡＮＤ回路５５４は、充電率信号ＳＯＣ４、停止信号ＰＣＳ４および停止信号ＳＰＣＳoffの論理積を開閉制御信号ＭＣ４として出力する。

一定電力制御部５５６は、充電率信号ＳＯＣ１～ＳＯＣ４および判定信号ＳＯＣＤ１～ＳＯＣＤ４に基づいて、電力制御信号ＰＣＯＮＴを生成する。具体的には、一定電力制御部５５６は、充電率信号ＳＯＣ１～ＳＯＣ４で表される充電率が所定範囲の上限値を上回る値であるときに放電と定め、その値に応じて一定電力の値を定める。また、一定電力制御部５５６は、充電率信号ＳＯＣ１～ＳＯＣ４で表される充電率が所定範囲の下限値を下回る値であるときに充電と定め、その値に応じて一定電力の値を定める。電力制御信号ＰＣＯＮＴは、充電または放電の情報と、一定電力の値とを含んでいる。

このように構成される開閉制御部５５は、逸脱判定部５５５によって充電率が所定範囲を逸脱していると判定した蓄電池１～４について、対応する主電力変換器１１～１４が停止し、副電力変換器１５も停止しているときに、対応する開閉器２１～２４を閉じさせる。そして、開閉制御部５５は、副電力変換器１５に一定電力制御部５５６からの電力制御信号ＰＣＯＮＴを与える。これにより、副電力変換器１５は、動作を開始し、いずれか閉じた開閉器２１～２４を通じて接続される蓄電池１～４のいずれかに対して一定電力で充電または放電を行う。

続いて、主電力変換器１１～１４による充放電の制御（出力電力制御）について説明する。図９は、主電力変換器１１～１４の、蓄電池１～４の充放電を制御する構成を示すブロック図である。

図９に示すように、主電力変換器１１～１４は、それぞれ減算器１１１，１２１，１３１，１４１と誤差増幅器１１２，１２２，１３２，１４２とを有している。減算器１１１，１２１，１３１，１４１には、上述した指令値Ｐrefnがそれぞれ指令値Ｐref1，Ｐref2，Ｐref3，Ｐref4として入力される。また、減算器１１１，１２１，１３１，１４１には、電力計４１～４４によって計測された主電力変換器１１～１４の出力電力ＰＢ１～ＰＢ４がそれぞれ入力される。

減算器１１１は、指令値Ｐref1から出力電力ＰＢ１を減算して、その差分値を出力する。減算器１２１は、指令値Ｐref2から出力電力ＰＢ２を減算して、その差分値を出力する。減算器１３１は、指令値Ｐref3から出力電力ＰＢ３を減算して、その差分値を出力する。減算器１４１は、指令値Ｐref4から出力電力ＰＢ４を減算して、その差分値を出力する。

誤差増幅器１１２は、減算器１１１からの差分値にフィードバック制御を行うことにより、蓄電池１の充放電を制御する制御信号ＳＯＣＣ１を生成して蓄電池１に与える。誤差増幅器１２２は、減算器１２１からの差分値にフィードバック制御を行うことにより、蓄電池２の充放電を制御する制御信号ＳＯＣＣ２を生成して蓄電池２に与える。誤差増幅器１３２は、減算器１３１からの差分値にフィードバック制御を行うことにより、蓄電池３の充放電を制御する制御信号ＳＯＣＣ３を生成して蓄電池３に与える。誤差増幅器１４２は、減算器１４１からの差分値にフィードバック制御を行うことにより、蓄電池４の充放電を制御する制御信号ＳＯＣＣ４を生成して蓄電池４に与える。

このように構成される充放電を制御する構成は、図１０に示す従来の電力変動緩和装置６０における主電力変換器２５１～２５４にも、蓄電池２４１～２４４の充放電を制御する構成として設けられる。

上記のように構成される電力変動緩和装置６０の動作について説明する。

太陽光発電装置５０１および風力発電装置５０３の少なくともいずれか一方の発電電力の変動により、総和電力ＰＬに変動が生じる。監視制御装置５において、主制御部５１は、総和電力ＰＬに基づいて指令値Ｐrefnを出力する。主電力変換器１１～１４は、指令値Ｐrefnに応じて総和電力ＰＬの変動量ΔＰＬを減少させるように、それぞれ対応する蓄電池１～４を充電または放電させる。

このとき、主制御部５１から出力される変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘ以下であれば、運転制御部５４は、Ｌレベルの運転信号ＳＰＣＳonを出力する。副電力変換器１５は、この運転信号ＳＰＣＳonを受けることで動作しない。一方、主制御部５１から出力される変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘより大きければ、運転制御部５４は、Ｈレベルの運転信号ＳＰＣＳonを出力する。副電力変換器１５は、この運転信号ＳＰＣＳonを受けることで動作する。

副制御部５２は、受電電力Ｐｓと副電力変換器１５の出力電力ＰＢＳとの差分を副電力変換器１５への指令値Ｐrefnsとして出力する。副電力変換器１５は、この指令値Ｐrefnsを受けて、変動量ΔＰＬを少なくするように、蓄電池１～４のいずれかの充放電を制御する。

また、変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘ以下であることにより、副電力変換器１５が停止していても、蓄電池１～４間の充電率に不均衡が生じていれば、必要に応じて副電力変換器１５が動作する。例えば、蓄電池１の充電率が所定範囲を逸脱しており、主電力変換器１１および副電力変換器１５がともに停止しているとき、開閉制御部５５の制御により、開閉器２１が閉じるとともに、副電力変換器１５が動作する。これにより、副電力変換器１５は、一定電力制御部５５６からの電力制御信号ＰＣＯＮＴに応じて、蓄電池１を一定電力で充電または放電する。

また、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ１よりも大きいとき、充放電の能力を十分確保するために、蓄電池１～４を全て動作させることが好ましい。しかしながら、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ１以下となったときには、充放電の能力を十分確保する必要がないために、蓄電池１～４を全て動作させる必要はない。そこで、停止制御部５３の制御によって、総和電力ＰＬの大きさに応じて主電力変換器１１～１３の少なくとも１つを停止させる。

また、主電力変換器１１～１４は、均等に充放電が制御されることが好ましい。そこで、開閉制御部５５の制御により、特定期間ごと、例えば１日ごとに開閉器２１～２４の接続を切り替えるようにしてもよい。

以上のように、本実施形態に係る電力変動緩和装置６０は、再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を含む発電設備５０の出力電力と負荷５０４の電力との総和電力ＰＬの変動を緩和する。電力変動緩和装置６０は、蓄電池１～４と、主電力変換器１１～１４と、副電力変換器１５と、監視制御装置５とを備えている。

蓄電池１～４は、総和電力ＰＬを充放電する。主電力変換器１１～１４は、蓄電池１～４に個別に設けられ、蓄電池１～４に入出力される電力を変換する。副電力変換器１５は、主電力変換器１１～１４の容量より小さい容量を有し、蓄電池１～４に入出力される電力を変換する。監視制御装置５は、総和電力ＰＬの変動を緩和するように主電力変換器１１～１４による蓄電池１～４の充放電を制御する。また、監視制御装置５は、総和電力ＰＬの変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘを超えるときに副電力変換器１５を動作させる一方、総和電力ＰＬの変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘ以下であるときに副電力変換器１５を動作させない。

上記の構成によれば、主電力変換器１１～１４による充放電を制御してもなお、制御の誤差によって総和電力ＰＬの変動量ΔＰＬが規定電力Ｐｘを超えるときに、容量の小さい副電力変換器１５を動作させることで、上記の変動量ΔＰＬを小さくすることができる。これにより、総和電力ＰＬの変動量を規定値以内に抑えることができる。したがって、発電設備５０の総和電力ＰＬに生じた変動を緩和する制御を高精度に行うことができる。

なお、本実施形態では、電力変動緩和装置６０が総和電力ＰＬを緩和することについて説明した。これに対し、電力変動緩和装置６０は、少なくとも発電設備５０の出力電力の変動を緩和できればよい。電力変動緩和装置６０が発電設備５０の出力電力の変動を緩和する場合、上述および後述の説明において、総和電力ＰＬが出力電力に置き替えられ、変動量ΔＰＬは出力電力の変動量に置き替えられる。

また、電力変動緩和装置６０は、副電力変換器１５と蓄電池１～４とを接続および切り離す開閉器を備えている。そして、監視制御装置５は、開閉制御部５５により、副電力変換器１５と蓄電池１～４とを切り替えて接続するように開閉器２１～２４を制御する。

上記の構成によれば、副電力変換器１５のための専用の蓄電池を設ける必要がない。これにより、比較的簡素な構成で電力変動緩和装置６０の効率的運用を実現することができる。

また、監視制御装置５は、開閉制御部５５により、所定期間ごとに副電力変換器１５と蓄電池１～４とを切り替えて接続するように開閉器２１～２４を制御してもよい。

上記の構成によれば、特定の蓄電池１～４に充放電が偏ることを回避することができる。これにより、蓄電池１～４の利用の均等化を図ることができる。

また、監視制御装置５は、開閉制御部５５により、次の第１～第３条件が満たされた該当する蓄電池１～４に対応する開閉器２１～２４を閉じるように開閉器２１～２４を制御するとともに、副電力変換器１５を動作させる。第１条件は、蓄電池１～４の充電率が所定範囲を逸脱することである。第２条件は、蓄電池１～４に対応した主電力変換器１１～１４が停止していることである。第３条件は、副電力変換器１５が停止していることである。

上記の構成によれば、定格容量に対する所定範囲を逸脱している蓄電池１～４のいずれかが主電力変換器１１～１４の停止によって充放電が行われていない場合、当該蓄電池に対して副電力変換器１５による充放電を行うことができる。これにより、蓄電池１～４間で充電率のずれを少なくするように充電率の均衡化を図ることができる。

監視制御装置５は、一定電力制御部５５６により、開閉器２１～２４を閉じることで副電力変換器１５に接続された蓄電池１～４に一定電力で充電または放電するように副電力変換器１５を制御する。

上記の構成によれば、副電力変換器１５に接続された蓄電池１～４のいずれかに対して一定電力で充電または放電が行われる。これにより、副電力変換器１５による充放電時における電力変動の影響はない。

監視制御装置５は、停止制御部５３により、複数の異なる基準電力Ｐ１～Ｐ３と総和電力ＰＬとを比較する。監視制御装置５は、総和電力ＰＬが全ての基準電力Ｐ１～Ｐ３より大きければ、全ての蓄電池１～４を動作させ、総和電力ＰＬが基準電力Ｐ１～Ｐ３のうちの少なくとも１つ以下であるときの当該基準電力の数に応じた数の主電力変換器１１～１４を停止させる。

上記の構成によれば、総和電力ＰＬに応じた数の蓄電池１～４を動作させることができる。総和電力ＰＬによっては、必ずしも全ての蓄電池１～４を動作させる必要はないので、蓄電池システムとして損失が低減できる。これにより、単機の蓄電池によって定格容量を構成することに比べて、エネルギー損失を抑制することが可能になる。

〔付記事項〕
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１～４蓄電池
５監視制御装置（制御装置）
１１～１４主電力変換器
１５副電力変換器
２１～２４開閉器
５０発電設備
６０電力変動緩和装置
５５６一定電力制御部
Ｐ１～Ｐ３基準電力
ＰＬ総和電力（出力電力）
Ｐｘ規定電力（規定値）
ΔＰＬ変動量（誤差成分）

Claims

再生可能エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置を含む発電設備の出力電力の変動を緩和する電力変動緩和装置であって、
前記出力電力を充放電する複数の蓄電池と、
前記蓄電池に個別に設けられ、前記蓄電池に入出力される電力を変換する主電力変換器と、
前記主電力変換器の容量より小さい容量を有し、複数の前記蓄電池に入出力される電力を変換する副電力変換器と、
前記出力電力の変動を緩和するように前記主電力変換器による前記蓄電池の充放電を制御するとともに、前記出力電力の変動量が規定値を超えるときに前記副電力変換器を動作させる一方、前記変動量が前記規定値以下であるときに前記副電力変換器を動作させない制御装置と、を備えていることを特徴とする電力変動緩和装置。
前記副電力変換器と複数の前記蓄電池とを接続および切り離す開閉器をさらに備え、
前記制御装置は、前記副電力変換器と各蓄電池とを切り替えて接続するように前記開閉器を制御することを特徴とする請求項１に記載の電力変動緩和装置。
前記制御装置は、所定期間ごとに前記副電力変換器と各蓄電池とを切り替えて接続するように前記開閉器を制御することを特徴とする請求項２に記載の電力変動緩和装置。
前記制御装置は、前記蓄電池の充電率が所定範囲を逸脱する第１条件と、前記蓄電池に対応した前記主電力変換器が停止している第２条件と、前記副電力変換器が停止している第３条件とが満たされた該当する前記蓄電池に対応する前記開閉器を閉じるように当該開閉器を制御するとともに、前記副電力変換器を動作させることを特徴とする請求項３に記載の電力変動緩和装置。
前記制御装置は、前記開閉器を閉じることで前記副電力変換器に接続された前記蓄電池に一定電力で充電または放電するように前記副電力変換器を制御することを特徴とする請求項４に記載の電力変動緩和装置。
前記制御装置は、複数の異なる基準電力と前記出力電力とを比較し、前記出力電力が全ての前記基準電力より大きければ、全ての前記蓄電池を動作させ、前記出力電力が少なくとも１つの前記基準電力以下であるときの当該基準電力の数に応じた数の前記主電力変換器を停止させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変動緩和装置。