JP7219819B2 - 電力供給システム並びにその制御方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、発電機及び電力負荷と接続された低容量高出力型蓄電デバイスを備える電力供給システムに関する。

従来、発電機から電力負荷へ電力を供給する電力供給システムにおいて、発電機及び電力負荷に接続された蓄電デバイスに余剰の電力を充電するとともに、電力負荷で電力が不足したときには蓄電デバイスに蓄えられた電力を放電して電力負荷へ供給するように構成されたものがある。特許文献１、２では、このような蓄電デバイスの充放電方法が開示されている。

特許文献１では、エンジンにより駆動される発電機と、発電機を制御する第１インバータと、電動機と、電動機を駆動する第２インバータと、第１及び第２インバータとコンバータを介して接続され、コンバータにより充放電制御される蓄電装置とを備えたハイブリット式建設機械が開示されている。この建設機械では、蓄電デバイスのＳＯＣ（充電率：State Of Charge）を所定範囲内に維持するように決定された目標ＳＯＣを考慮して、蓄電デバイスの出力上限値と出力下限値とを決定することによって、蓄電デバイスの過充電及び過放電を回避する。

特許文献２では、エンジンにより駆動される発電機と、発電機で発電された電力を蓄える蓄電装置と、蓄電装置に蓄電された電力を車両の外部へ供給するための外部給電部とを備えるプラグインハイブリッド車両が開示されている。この車両では、外部給電部から外部へ給電中に、蓄電装置のＳＯＣが許容範囲の下限値に達したらエンジンを始動させ、蓄電装置のＳＯＣが許容範囲の上限値に達したらエンジンを停止させる。蓄電装置のＳＯＣは、発電された電力量に応じて増加する。

特開２０１０－４１８２８号公報 特開２０１５－４７９７２号公報

上記のような充放電が可能な蓄電デバイスの一つとして、リチウムイオンキャパシタ（以下、ＬＩＣと略す）がある。ＬＩＣは、電気二重層キャパシタ（以下、ＥＤＬＣと略す）の正極とリチウムイオン電池（以下、ＬＩＢと略す）の負極とを組み合わせた蓄電デバイスである。ＬＩＣは、高いエネルギー密度と高い出力密度を兼ね備え、大電流の急速充放電が可能であるという特性から、充電と放電とを頻繁に繰り返す用途に好適である。一方で、ＬＩＣは、ＬＩＢと比較して、容量が小さく、充放電効率（＝放電容量÷充電電気量×１００）の影響を受けやすい。そのため、長時間の稼働を想定して決定されたＬＩＣの容量は著しく大きくなる。蓄電デバイスは、容量の増加に伴って、占有空間が大きくなり、イニシャルコスト及びランニングコストも嵩む。

本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電機及び電力負荷と接続されて充放電を行う蓄電デバイスを備える電力供給システムにおいて、蓄電デバイスのシステムサイズ及び発電機体格（サイズ）を抑え得る技術を提案することにある。

本発明の一態様に係る電力供給システムの制御装置は、
エンジンと、前記エンジンの動力を用いて発電する発電機と、前記発電機で発電された電力及び電力負荷からの回生電力の少なくとも一方を蓄電する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスに蓄電された電力及び前記発電機で発電された電力を電力負荷へ供給するための給電部とを備える電力供給システムの制御装置であって、
前記蓄電デバイスのＳＯＣを計測し、前記ＳＯＣからＳＯＣ平均値を求め、前記ＳＯＣ平均値に基づいて発電機出力目標値を決定し、前記発電機の出力を前記発電機出力目標値となるように制御するように構成されており、
前記発電機出力目標値は、前記ＳＯＣ平均値が所定の許容上限値を超えれば０よりも大きい所定の基本値と決定され、前記ＳＯＣ平均値が所定の許容下限値を下回れば前記基本値よりも大きい補正値と決定され、前記ＳＯＣ平均値が前記許容下限値以上前記許容上限値以下であれば現在の前記発電機出力目標値と決定され、前記発電機出力目標値を前記基本値と前記補正値との２値の間で変化させることを特徴としている。

また、本発明の一態様に係る電力供給システムは、
エンジンと、
前記エンジンの動力を用いて発電する発電機と、
前記発電機で発電された電力及び電力負荷からの回生電力の少なくとも一方を蓄電する蓄電デバイスと、
前記蓄電デバイスに蓄電された電力及び前記発電機で発電された電力を電力負荷へ供給するための給電部と、
前記制御装置と、を備えることを特徴としている。

また、本発明の一態様に係る電力供給システムの制御方法は、
エンジンと、前記エンジンの動力を用いて発電する発電機と、前記発電機で発電された電力及び電力負荷からの回生電力の少なくとも一方を蓄電する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスに蓄電された電力及び前記発電機で発電された電力を電力負荷へ供給するための給電部とを備える電力供給システムの制御方法であって、
前記蓄電デバイスのＳＯＣを計測すること、
前記ＳＯＣからＳＯＣ平均値を求めること、
前記ＳＯＣ平均値に基づいて発電機出力目標値を決定すること、及び、
前記発電機出力目標値に対応して前記発電機の出力を制御すること、を含み、
前記発電機出力目標値は、前記ＳＯＣ平均値が所定の許容上限値を超えれば０よりも大きい所定の基本値と決定され、前記ＳＯＣ平均値が所定の許容下限値を下回れば前記基本値よりも大きい補正値と決定され、前記ＳＯＣ平均値が前記許容下限値以上前記許容上限値以下であれば現在の前記発電機出力目標値と決定され、前記発電機出力目標値を前記基本値と前記補正値との２値の間で変化させることを特徴としている。

上記の電力供給システム並びにその制御方法及び装置によれば、ＳＯＣ平均値が低下すれば、失われた蓄電量を補うように発電機から蓄電デバイス又は電力負荷へ電力が供給される。これにより、充放電のサイクル数に関わらず、ＳＯＣ平均値が許容下限値以上許容上限値以下の許容範囲に維持される。つまり、発電機出力を２値の間で変化させるという単純な制御で、充放電の繰り返しに起因する充放電効率の影響が抑制される。これにより、蓄電デバイスは過放電及び過充電を回避しつつ充放電を繰り返すことができる。

蓄電デバイスは、稼働初期の充電量が概ね維持されるので、稼働初期の充放電プロファイル（即ち、要求される充放電量）を満足する容量及び出力を備えれば足り、その結果、蓄電デバイスのセル数（システムサイズ、容量）を抑えることができる。

また、発電機で生じた電力は主に蓄電デバイスの充放電効率を補うために用いられる。つまり、発電機で生じた電力のみで負荷変動を抑制する場合と比較して、電力供給システムが備える発電機の体格（サイズ）を抑えることができる。これにより、発電機のためのイニシャルコストや燃費の削減に寄与することができる。

本発明によれば、発電機及び電力負荷と接続されて充放電を行う蓄電デバイスを備える電力供給システムにおいて、蓄電デバイスのシステムサイズ及び発電機体格を抑えることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力供給システムが適用される着水揚収システムの概略構成図である。 図２は、電力供給システムの構成を示すブロック図である。 図３は、制御装置の機能ブロック図である。 図４は、１サイクルの電力負荷プロファイルの一例である。 図５は、制御装置の処理の流れを示すフローチャートである。 図６は、１サイクルのシミュレーション結果を示す図表である。 図７は、１サイクルから４８０サイクルのシミュレーション結果を示す図表である。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ここでは、本発明の一態様に係る電力供給システム１０を一般的な着水揚収システム（Launch and recovery system）１３に適用して説明する。但し、電力供給システム１０は、着水揚収システム１３に限定されず、車両、建設機械などにも適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力供給システム１０が適用される着水揚収システム１３の概略構成図である。図１に示す着水揚収システム１３は、水上に浮遊しているプラットフォーム１１から水中機器１２を吊り下げ、水中機器１２の着水、揚収、及び姿勢保持などを行うものである。プラットフォーム１１は、例えば、母船、海洋基地などである。水中機器１２は、例えば、水中ビークル、水中パイプ、及び観測機器などである。

着水揚収システム１３は、プラットフォーム１１に支持されたフレームクレーン２１、フレームクレーン２１の先端に吊り下げられたペンダントフレーム２２、複数のシーブを用いてフレームクレーン２１及びペンダントフレーム２２に沿って這わされた吊揚索２４、及び、吊揚索２４を巻き上げるホイストウインチ２５を備える。吊揚索２４の先端は、水中機器１２に設けられた吊揚金具２３と結合されている。フレームクレーン２１は、図示されない油圧シリンダによって俯仰する。

ホイストウインチ２５は、吊揚索２４が巻き取られたウインチドラム２７と、ウインチドラム２７を回転させる電動機２８とを備える。ホイストウインチ２５は、後ほど詳細に説明する動揺補償（Heave Compensation）機能を備える。電動機２８は、電力供給システム１０から電力の供給を受ける。

〔電力供給システム１０の構成〕
図２は、電力供給システム１０の構成を示すブロック図である。図２に示す電力供給システム１０は、電力負荷Ｌとしての電動機２８へ電力を供給し、また、当該電動機２８からの回生電力を蓄電デバイス３０に充電するものである。電力供給システム１０は、エンジン３２、ＥＣＵ３１、発電機３５、蓄電デバイス３０、第１インバータ２９、第２インバータ３４、コンバータ３３、及び、制御装置４０を備える。

エンジン３２は、発電機３５を駆動する。発電機３５により生成された電力は、第１インバータ２９及びコンバータ３３を介して蓄電デバイス３０へ供給される。これにより、蓄電デバイス３０が充電される。また、発電機３５により生成された電力は、第１インバータ２９及び第２インバータ３４を介して電力負荷Ｌへ供給される。電力負荷Ｌへは、蓄電デバイス３０からコンバータ３３及び第２インバータ３４を介して電力が供給される。これにより、蓄電デバイス３０が放電される。

蓄電デバイス３０は、充放電可能に構成された直流電源である。蓄電デバイス３０には、低容量高出力型蓄電デバイスが採用される。低容量の蓄電デバイスとは、蓄電容量が数～１０数Ａｈ程度の蓄電デバイスと定義され得る。高出力型蓄電デバイスとは、出力密度が３０００Ｗ／Ｋｇ以上、及び、充放電レートが５Ｃ以上のうち少なくとも一方を充足する蓄電デバイスと定義され得る。低容量高出力型蓄電デバイスとして、ＬＩＣ、ＥＤＬＣなどのキャパシタが例示される。また、低容量高出力型蓄電デバイスとして、高出力型リチウムイオン電池などの二次電池が例示される。

蓄電デバイス３０は、図示されない電圧センサ及び電流センサ４１を含む。電圧センサは、蓄電デバイス３０の電圧を検出して、制御装置４０に出力する。電流センサ４１は、蓄電デバイス３０の入出力電流を検出して、制御装置４０に出力する。

エンジン３２は、例えば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン、ガスエンジン等の内燃機関である。発電機３５は、エンジン３２の動力を用いて発電する。エンジン３２は、ＥＣＵ３１によって、発電機３５の発電機出力（即ち、エンジン負荷）と対応するエンジン出力が得られるように制御される。なお、発電機３５は、電動発電機であってもよい。この場合の電動発電機は、発電機３５であり、電力負荷Ｌでもある。

制御装置４０は、第１インバータ２９、第２インバータ３４、コンバータ３３を制御して、発電機３５から蓄電デバイス３０への供給電力（即ち、蓄電デバイス３０の充電量）や、蓄電デバイス３０から電力負荷Ｌへの供給電力（即ち、蓄電デバイス３０の放電量）を制御する。

図３は、制御装置４０の機能ブロック図である。制御装置４０は、演算制御部５１と記憶部５２とを含む。演算制御部５１は、例えば、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などのＰＬＤ（programmable logic device）、ＰＬＣ（programmable logic controller）、及び、論理回路のうち少なくとも１つ、或いは、２つ以上の組み合わせで構成され得る。記憶部５２には、演算制御部５１が実行する基本プログラムやソフトウエアプログラム等が格納されている。

記憶部５２は、ＳＯＣ平均に関する許容下限値Ｓ1と許容上限値Ｓ2とが記憶されている。また、記憶部５２には、発電機出力目標値Ｐに関する基準値Ｐ1と補正値Ｐ2とが記憶されている。これらの値は、シミュレーション等によって予め決定された値であって、記憶部５２に格納される。

演算制御部５１は、ＳＯＣ演算部５１ａ、ＳＯＣ平均演算部５１ｂ、及び、発電機出力決定部５１ｃの各機能部を有する。制御装置４０では、演算制御部５１が予め記憶されたプログラムを実行することによってこれらの機能部としての機能を実現する。但し、演算制御部５１の各機能部は、プログラムではなく論路回路で実現されていてもよい。

ＳＯＣ演算部５１ａは、電流センサ４１の検出値に基づいて蓄電デバイス３０のＳＯＣを求め、それを記憶部５２に記憶する。ＳＯＣは、蓄電デバイス３０の充電容量に対する充電残量の比率として定義される。ＳＯＣは、蓄電デバイス３０に流れ込む電流と蓄電デバイス３０から流れ出す電流とを積算する、「クーロンカウント」と呼ばれる方法を使って表される。但し、ＳＯＣ演算部５１ａは、電圧センサの検出値を利用して蓄電デバイス３０のＳＯＣを求めてもよい。

ＳＯＣ平均演算部５１ｂは、ＳＯＣの平均値（以下、ＳＯＣ平均と称する）を求める。ＳＯＣの値は絶えず変動することから、ＳＯＣの代表値としてＳＯＣ平均を利用する。ＳＯＣ平均演算部５１ｂは、ＳＯＣ平均としてＳＯＣの所定期間（例えば１サイクル）の移動平均を求める移動平均フィルタであってよい。或いは、ＳＯＣ平均演算部５１ｂは、ＳＯＣ平均としてＳＯＣのローパスフィルタであってよい。

発電機出力決定部５１ｃは、ＳＯＣ平均が許容下限値Ｓ1から許容上限値Ｓ2までの許容範囲に収まるように、発電機出力目標値Ｐを決定する。発電機出力目標値Ｐは、基準値Ｐ1と、基準値Ｐ1よりも大きな値である補正値Ｐ2のうちから決定される。

〔動揺補償機能〕
ここで、上記着水揚収システム１３の動揺補償機能について説明する。動揺補償機能は、プラットフォーム１１の動揺を検知して、吊揚索２４に接続された水中機器１２がプラットフォーム１１の動揺の影響を受けて上下に揺さぶられてしまう動きをキャンセルするよう、ウインチドラム２７を回転させるものである。具体的には、ウインチドラム２７の電動機２８は、吊揚索２４の張力が略一定に保たれるように、巻取動作と繰出動作とを絶えず繰り返す。巻取動作時は、発電機３５及び／又は蓄電デバイス３０から電動機２８へ電力が供給される。繰出動作時は、発電機３５からの電力及び電動機２８からの回生電力が蓄電デバイス３０に蓄えられる。

図４は、１サイクル（６０秒）の電力負荷プロファイルの一例である。この電力負荷プロファイルによれば、この電力負荷では、およそ約１０秒周期で±８ＭＷ（回生時の最大電力量５．８ＭＷ、力行時の最大電力量７．４ＭＷ）の回生と力行とが繰り返される。このように回生と力行とを頻繁に繰り返す電力負荷の電力補償（例えば、本実施形態のような動揺補償）では、蓄電デバイス３０が充電と放電とを頻繁に繰り返すから、蓄電デバイス３０としてはＬＩＣが好適である。

ＬＩＣは、ＬＩＢと比較して、蓄電容量が小さいという特徴がある。そのため、長時間の稼働を想定して決定されたＬＩＣの容量は著しく大きくなる。このことを検証するために、ＬＩＣとＬＩＢの各々について、次の１）～４）を条件として、図４の電力負荷プロファイルを実現するために蓄電デバイス３０に必要な仕様を求めるシミュレーションを行った。
１）最大電圧約１１００Ｖ、
２）環境温度２５℃、
３）セルの飽和温度のライズ（ΔＴ）が約１０℃以下、
４）稼働時間２４０００時間。
セルの飽和温度のライズ（ΔＴ）が約１０℃以下という条件は、着水揚収システム１３の動揺補償機能として、１日８時間、年間３００日、１０年稼働するのに、蓄電デバイスが耐用できる温度から想定している。但し、ＬＩＣは３６セルを１モジュールとし、ＬＩＢは２４セルを１モジュールとし、それぞれモジュール単位でセル数を増加することとする。また、図４の電力負荷プロファイルにおいて、力行時の最大電力量は７．４０１１ＭＷであり、ＬＩＢの場合、最初の１サイクルのＣレート（蓄電容量に対する充電電流値の比）を３Ｃと想定して蓄電デバイス３０には２．４６７ＭＷｈの容量が必要である。

上記のシミュレーションで得られた、電力負荷プロファイルに対応する１サイクルの充放電プロファイルを実現するために必要な蓄電デバイス３０の仕様を、次の表１に示す。蓄電デバイス３０の仕様の項目は、セル数、最高電圧、最低電圧、ＳＯＣ初期値、ＳＯＣ最終値、ＤＯＤ、セル電流実効値、及び、セルの飽和温度のライズである。

更に、１から１０、１００、２００、３００、４００、４８０サイクル（１サイクル６０秒として８時間）までの充放電プロファイルを実現するために必要な蓄電デバイス３０のセル数と、電流実効値及びＣレートとを、次の表２に示す。

表１及び表２から、セル数を抑える観点では、１サイクルではＬＩＣの必要セル数がＬＩＢの必要セル数と比較して少ないため、ＬＩＣが有利である。しかし、ＬＩＣではサイクル数が増加するにしたがって、必要なセル数が増加し、その増加率がＬＩＢと比較して大きい。ＬＩＣでは、１～４８０サイクルにおいて１サイクルの約９倍ものセル数が必要となる。このような必要なセル数の変化の違いは、充放電による１サイクルのＳＯＣの増減量（以下、ΔＳＯＣと称する）の違いが原因の一つであると考えられる。ΔＳＯＣは、１サイクルにおけるＳＯＣ初期値とＳＯＣ最終値との差である。

ＬＩＢの起電力は、ＳＯＣが１０～９０％の範囲でプラトーな特性を示す。このことから、ＬＩＢでは、ＳＯＣ１０～９０％の範囲において略一定の充放電力量［Ｗ］に対して略同じ電流値となるので、ΔＳＯＣはＳＯＣ初期値に依存しない。一方、ＬＩＣは起電力を持たない。このことから、ＬＩＣでは、充放電力量［Ｗ］が略一定であっても、ＳＯＣ初期値によって電流値が異なり、ΔＳＯＣもＳＯＣ初期値に依存する。

以上から、１サイクルの充放電プロファイルを実現するために必要な蓄電デバイス３０の仕様で、１サイクルから４８０サイクルまでの稼働を実現するためには、サイクルを繰り返すごとにＳＯＣ初期値を１サイクルのＳＯＣ初期値に戻せばよい。そのためには、１サイクルで失われた蓄電量（ΔＳＯＣに相当）を発電機３５からの電力で補償することが考えられる。

ここで、１サイクルで失われた蓄電量を発電機３５からの電力で補償するための、制御装置４０による処理の流れを説明する。図５は、制御装置４０の処理の流れを示すフローチャートである。

図５に示すように、動揺補償中の制御装置４０は、蓄電デバイス３０に出入りする電流値を取得し、蓄電デバイス３０のＳＯＣを求めてそれを記憶する（ステップＳ１）。次に、制御装置４０は、蓄積されたＳＯＣから１サイクルのＳＯＣ平均を求める（ステップＳ２）。制御装置４０は、求めたＳＯＣ平均と許容上限値Ｓ2とを比較し（ステップＳ３）、ＳＯＣ平均が許容上限値Ｓ2を上回っていれば（ステップＳ３でＹＥＳ）、発電機出力目標値Ｐを基準値Ｐ1とする（ステップＳ４）。制御装置４０は、ステップＳ３でＳＯＣ平均が許容上限値Ｓ2以下であれば（ステップＳ３でＮＯ）、ＳＯＣ平均と許容下限値Ｓ1とを比較する（ステップＳ５）。制御装置４０は、ＳＯＣ平均と許容下限値Ｓ1を下回っていれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、出力目標値Ｐを補正値Ｐ2とする。制御装置４０は、ステップＳ３でＳＯＣ平均が許容下限値Ｓ1を以上であれば（ステップＳ５でＮＯ）、出力目標値Ｐの現在の値に維持する。この電力供給システム１０の制御ロジックを次の表３に表示する。

制御装置４０は、上記のように出力目標値Ｐを決定し、出力目標値Ｐに変更がある場合には発電機出力目標値Ｐを発電機３５へ出力する（ステップＳ７）。なお、発電機３５の出力は即ちエンジン３２の負荷であり、この負荷に応答するエンジン３２の出力の変化によって発電機出力が変化する。よって、発電機出力目標値ＰはＥＣＵ３１に出力されてもよい。これにより、発電機出力が基準値Ｐ1から、それよりも大きい補正値Ｐ2となる。発電機３５の発電電力の増加分が蓄電デバイス３０に充電され（又は、電力負荷に供給され）、１サイクルで失われた蓄電量が補償される。

〔実施例１〕
実施例１では、上記の電力供給システム１０の制御方法を、具体的な数値を当てはめて詳細に説明する。実施例１においては、蓄電デバイス３０としてＬＩＣを採用し、１サイクルの電力負荷プロファイル（図４、参照）と対応する充放電プロファイルを実現するために必要な蓄電デバイス３０の仕様（４８９６セル）で、１サイクルから４８０サイクル（８時間）の稼働を実現することを検討する。本実施例で採用する１サイクルにおける蓄電デバイス３０の充放電ＳＯＣ（蓄電量）特性は、次の表４に示す通りである。

１サイクルのＳＯＣの各種値から、１サイクルで失われる蓄電量を発電機で補償するための、発電機出力目標値Ｐの基準値Ｐ1と補正値Ｐ2とを求める。本実施例では、ＳＯＣ平均を６２．５９２％からΔＳＯＣに相当する１２．５５５％だけ増加させるための発電機負荷の目標値を求める。

次の表５では、ＬＩＣの１セルにＳＯＣ初期値を与えて１サイクルのＳＯＣの各種値で２５Ｗ充電するシミュレーションを行い、当該シミュレーションで得られたＳＯＣ最終値、ΔＳＯＣ、及び、電流値の各値を示す。

表５から、ＳＯＣ初期値が６０％であるとき、６０秒（１サイクル）で１セル当たり２５Ｗの充電をすると、ＳＯＣはΔＳＯＣに相当する１２．５％だけ増加することがわかる。なお、ΔＳＯＣのマイナス値はＳＯＣの増加を表す。よって、ＳＯＣを６２．５９２％（≒６０％）から１２．５５５％（≒１２．５％）だけ増加させるための発電機出力目標値Ｐの補正値Ｐ2は、２５Ｗ×４８９６セル≒１２５ｋＷであると概算することができる。

ＳＯＣ初期値とＳＯＣ最大値とを考慮して、発電機出力により蓄電デバイス３０が過充電とならないように、補正値Ｐ2よりも小さい値を発電機出力目標値Ｐの基本値Ｐ1と決定する。本実施例では、補正値Ｐ2で得られる充電電力量よりも１セル当たり約２Ｗ少ない１１５ｋＷを基本値Ｐ1とする。

発電機出力目標値Ｐは、ＳＯＣ平均が許容下限値Ｓ1以下となったことをトリガとして、基本値Ｐ1から補正値Ｐ2へ切り替えられる。ＳＯＣ最大値とＳＯＣ平均との差を平均値幅とする。本実施例では平均値幅は２２．４９７％である。蓄電デバイス３０の過充電を回避するために、ＳＯＣ平均と平均値幅とを考慮して、ＳＯＣ平均の許容上限値Ｓ2を７０％とする。

ＳＯＣ平均の許容上限値Ｓ2に対応する許容下限値Ｓ1を決定し、ＳＯＣ平均の許容範囲（許容下限値Ｓ1以上許容上限値Ｓ2以下）を設定する。表４に示すように、同じ充放電量であっても電流値は異なる。電流実効値の変動を抑える観点から、ＳＯＣ平均の許容範囲の幅は、５～１０％が望ましい。本実施例では、ＳＯＣ平均の許容上限値Ｓ2が７０％であることから、許容下限値Ｓ1を６５％とする。

電力供給システム１０の制御ロジックを本実施例に当てはめると、ＳＯＣ平均＞７０％で発電機出力目標値Ｐを１１５ｋＷに切り替え、ＳＯＣ平均＜６５％で発電機出力目標値Ｐを１２５ｋＷに切り替え、６５％≦ＳＯＣ平均≦７０％では発電機出力目標値Ｐを現状維持することとなる。この制御ロジックを採用して電力負荷Ｌの負荷変動（図４に示す電力負荷プロファイル）を蓄電デバイス３０で補償する動揺補償のシミュレーションを行った。図６は、最初の１時間の動揺補償のシミュレーション結果を表すタイムチャートであり、図７は、最初の８時間の動揺補償のシミュレーション結果を表すタイムチャートである。図６及び図７において、縦軸はＳＯＣ、ＳＯＣ平均、及び発電機出力目標値Ｐを表し、横軸は時間を表す。更に、動揺補償のシミュレーション結果から得られた蓄電デバイス３０の充放電特性に関する値を次の表６に示す。

図６及び図７に示すシミュレーション結果では、発電機出力目標値Ｐは８００～９００秒周期で基本値Ｐ1から補正値Ｐ2へ（又はその逆へ）切り替わっている。なお、発電機出力目標値Ｐを変化させるに際し、ステップ状に変化させてもよいし、時間勾配をもって変化させてもよい。発電機出力目標値Ｐの変化が時間勾配を持つことにより、発電機３５及びエンジン３２の急激な負荷変動を抑制することができる。

シミュレーション結果では、ＳＯＣの値に基づいて発電機出力目標値Ｐを基本値Ｐ1と補正値Ｐ2との２値の間で切り替えることにより、８時間稼働後も最初の１時間稼働時と同レベルのＳＯＣが維持されている。更に、表６に示すように、８時間の稼働において安定して理想的な充放電特性が得られている。以上の実施例から、１サイクルの電力負荷プロファイルを実現する蓄電デバイス３０の仕様で、８時間の稼働が可能であることが確認された。

また、シミュレーション結果から、±８ＭＷで力行と回生とを繰り返す電力負荷プロファイル（図４、参照）に対応して電力負荷Ｌへ必要十分な電力を供給する際に、発電機３５のみで電力を供給する場合には８ＭＷ以上の電力を発生させる発電機３５が必要となるところ、本実施形態のように蓄電デバイス３０を備えることによって、１５０ｋＷ程度の電力を発生させる発電機３５で足りることが明らかとなった。つまり、電力負荷Ｌの±数ＭＷの負荷変動に対して、数１００ｋＷの規模の発電機３５で、蓄電デバイス３０が過放電・過充電を回避しつつ充放電を繰り返すことができる。このように、電力供給システム１０が備える発電機３５の体格（サイズ）を抑えることができるので、発電機３５のためのイニシャルコストや燃費の削減が期待できる。

以上に説明したように、本実施形態に係る電力供給システム１０は、エンジン３２と、エンジン３２の動力を用いて発電する発電機３５と、発電機３５で発電された電力及び電力負荷Ｌからの回生電力の少なくとも一方を蓄電する蓄電デバイス３０と、前記蓄電デバイスに蓄電された電力及び前記発電機で発電された電力を電力負荷Ｌへ供給するための給電部（第２インバータ３４）と、制御装置４０とを備える。制御装置４０は、蓄電デバイス３０のＳＯＣを計測し、計測したＳＯＣからＳＯＣ平均値を求め、ＳＯＣ平均値に基づいて発電機出力目標値Ｐを決定し、発電機の出力を発電機出力目標値Ｐとなるように制御するように構成されている。ここで、発電機出力目標値Ｐは、ＳＯＣ平均値が所定の許容上限値Ｓ2を超えれば０よりも大きい所定の基本値Ｐ1と決定され、ＳＯＣ平均値が所定の許容下限値Ｓ1を下回れば基本値Ｐ1よりも大きい補正値Ｐ2と決定され、ＳＯＣ平均値が許容下限値Ｓ1以上許容上限値Ｓ2以下であれば現在の発電機出力目標値Ｐを維持すると決定される。

また、上記構成の電力供給システム１０の制御方法は、蓄電デバイス３０のＳＯＣを計測すること、計測したＳＯＣからＳＯＣ平均値を求めること、ＳＯＣ平均値に基づいて発電機出力目標値Ｐを決定すること、及び、発電機出力目標値Ｐに対応して発電機３５の出力を制御すること、を含む。ここで、発電機出力目標値Ｐは、ＳＯＣ平均値が所定の許容上限値Ｓ2を超えれば０よりも大きい所定の基本値Ｐ1と決定され、ＳＯＣ平均値が所定の許容下限値Ｓ1を下回れば基本値Ｐ1よりも大きい補正値Ｐ2と決定され、ＳＯＣ平均値が許容下限値Ｓ1以上許容上限値Ｓ2以下であれば現在の発電機出力目標値Ｐを維持すると決定される。

上記の電力供給システム１０及びその制御方法によれば、ＳＯＣ平均値が低下すれば、失われた蓄電量を補うように発電機３５から蓄電デバイス３０へ電力が供給される。これにより、充放電のサイクル数に関わらず、ＳＯＣ平均値が許容下限値Ｓ1以上許容上限値Ｓ2以下の許容範囲に維持される。発電機出力を基準値Ｐ1と補正値Ｐ2との２値の間で変化させるという単純な制御で、充放電の繰り返しに起因する充放電効率の影響を抑制することができる。これにより、蓄電デバイスは過放電及び過充電を回避しつつ充放電を繰り返すことができる。蓄電デバイス３０は、稼働初期の充電量が概ね維持されるので、稼働初期の充放電プロファイル（即ち、要求される充放電量）を満足する容量及び出力を備えれば足り、その結果、蓄電デバイス３０のセル数（システムサイズ、容量）を抑えることができる。

従来のハイブリッドシステムでは、まず、エンジン出力が決定され、エンジン出力を蓄電デバイスでアシストできるように蓄電デバイスの容量及び出力が決定される。つまり、主操作量がエンジン出力であり、補助操作量が発電デバイスの出力である。なお、エンジン出力は発電機出力と対応している。これに対し、本実施形態に係る電力供給システム１０では、主操作量が蓄電デバイス３０の出力であり、稼働初期の電力負荷プロファイルを満足する蓄電デバイス３０のシステムサイズを決定し、そのシステムサイズで長時間稼働を実現するように発電機出力を操作している。このような発想の転換により、蓄電デバイス３０のシステムサイズを抑えることができる。

また、本実施形態では、発電機３５で生じた電力は主に蓄電デバイス３０の充放電効率を補うために用いられる。つまり、発電機３５で生じた電力のみで電力負荷の負荷変動を抑制する場合と比較して、電力供給システム１０が備える発電機３５の体格（サイズ）を抑えることができる。このように、蓄電デバイス３０の巨大化が抑制され、発電機３５の体格（サイズ）の小型化が可能となることにより、蓄電デバイス３０及び発電機３５の占有スペースやイニシャルコスト及びランニングコストを削減すること可能となる。

上記の電力供給システム１０及びその制御方法において、蓄電デバイス３０が、リチウムイオンキャパシタ及び電気二重層キャパシタ、高出力型リチウムイオン電池のうちいずれか１つ又は２つ以上の組み合わせであってよい。本実施形態に係る制御ロジックは、これらのような急速な充放電が可能であり、且つ、容量の比較的小さな低容量高出力型蓄電デバイス３０に適している。

また、上記の電力供給システム１０及びその制御方法において、ＳＯＣ平均値が、ＳＯＣの移動平均値又はローパスフィルタ出力値であってよい。ＳＯＣは絶えず変動することから、このようなＳＯＣ平均値を採用することが望ましい。

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。

１０ ：電力供給システム
１１ ：プラットフォーム
１２ ：水中機器
１３ ：着水揚収システム
２１ ：フレームクレーン
２２ ：ペンダントフレーム
２３ ：吊揚金具
２４ ：吊揚索
２５ ：ホイストウインチ
２７ ：ウインチドラム
２８ ：電動機（電力負荷の一例）
２９ ：第１インバータ
３０ ：蓄電デバイス
３１ ：ＥＣＵ
３２ ：エンジン
３３ ：コンバータ
３４ ：第２インバータ（給電部の一例）
３５ ：発電機
４０ ：制御装置
４１ ：電流センサ
５１ ：演算制御部
５１ａ ：ＳＯＣ演算部
５１ｂ ：ＳＯＣ平均演算部
５１ｃ ：発電機出力決定部
５２ ：記憶部
８０ ：第４
Ｌ ：電力負荷

Claims (7)

1. エンジンと、前記エンジンの動力を用いて発電する発電機と、前記発電機で発電された電力及び電力負荷からの回生電力の少なくとも一方を蓄電する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスに蓄電された電力及び前記発電機で発電された電力を電力負荷へ供給するための給電部とを備える電力供給システムの制御装置であって、
   前記蓄電デバイスのＳＯＣを計測し、前記ＳＯＣからＳＯＣ平均値を求め、前記ＳＯＣ平均値に基づいて発電機出力目標値を決定し、前記発電機の出力を前記発電機出力目標値となるように制御するように構成されており、
   前記発電機出力目標値は、前記ＳＯＣ平均値が所定の許容上限値を超えれば０よりも大きい所定の基本値と決定され、前記ＳＯＣ平均値が所定の許容下限値を下回れば前記基本値よりも大きい補正値と決定され、前記ＳＯＣ平均値が前記許容下限値以上前記許容上限値以下であれば現在の前記発電機出力目標値と決定され、前記発電機出力目標値を前記基本値と前記補正値との２値の間で変化させる、
   電力供給システムの制御装置。
2. 前記ＳＯＣ平均値が、前記ＳＯＣの移動平均値又はローパスフィルタ出力値である、
   請求項１に記載の電力供給システムの制御装置。
3. エンジンと、
   前記エンジンの動力を用いて発電する発電機と、
   前記発電機で発電された電力及び電力負荷からの回生電力の少なくとも一方を蓄電する蓄電デバイスと、
   前記蓄電デバイスに蓄電された電力及び前記発電機で発電された電力の少なくとも一方を電力負荷へ供給するための給電部と、
   請求項１又は２に記載の制御装置と、を備える、
   電力供給システム。
4. 前記蓄電デバイスが、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、及び、高出力型リチウムイオン電池のうちいずれか１つ又は２つ以上の組み合わせである、
   請求項３に記載の電力供給システム。
5. エンジンと、前記エンジンの動力を用いて発電する発電機と、前記発電機で発電された電力及び電力負荷からの回生電力の少なくとも一方を蓄電する蓄電デバイスと、前記蓄電デバイスに蓄電された電力及び前記発電機で発電された電力を電力負荷へ供給するための給電部とを備える電力供給システムの制御方法であって、
   前記蓄電デバイスのＳＯＣを計測すること、
   前記ＳＯＣからＳＯＣ平均値を求めること、
   前記ＳＯＣ平均値に基づいて発電機出力目標値を決定すること、及び、
   前記発電機出力目標値に対応して前記発電機の出力を制御すること、を含み、
   前記発電機出力目標値は、前記ＳＯＣ平均値が所定の許容上限値を超えれば０よりも大きい所定の基本値と決定され、前記ＳＯＣ平均値が所定の許容下限値を下回れば前記基本値よりも大きい補正値と決定され、前記ＳＯＣ平均値が前記許容下限値以上前記許容上限値以下であれば現在の前記発電機出力目標値と決定され、前記発電機出力目標値を前記基本値と前記補正値との２値の間で変化させる、
   電力供給システムの制御方法。
6. 前記蓄電デバイスが、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、及び、高出力型リチウムイオン電池のうちいずれか１つ又は２つ以上の組み合わせである、
   請求項５に記載の電力供給システムの制御方法。
7. 前記ＳＯＣ平均値が、前記ＳＯＣの移動平均値又はローパスフィルタ出力値である、
   請求項５又は６に記載の電力供給システムの制御方法。
   

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