KR101119460B1

KR101119460B1 - 전력 저장 장치 및 하이브리드형 분산 전원 시스템

Info

Publication number: KR101119460B1
Application number: KR1020097003297A
Authority: KR
Inventors: 데츠로 시게미즈; 다케히코 니시다; 가츠아키 고바야시; 히데히코 다지마
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-12-18
Publication date: 2012-03-16
Also published as: EP2065996A4; EP2065996A1; JP4969229B2; US8901893B2; KR20090042794A; JP2008154360A; US20100176765A1; CN101507079A; WO2008075674A1; CN101507079B

Abstract

축전 장치가 과충전 혹은 과방전이 되지 않는 충전율 범위에서, 축전 장치의 전력량을 유효하게 활용하면서, 분산 전원 시스템 전체적인 전력 계통으로의 출력을 효과적으로 실시하는 것을 목적으로 한다. 하이브리드형 분산 전원 시스템에 있어서, 발전 장치의 발전 출력과 축전 장치의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력을 설정함과 함께, 상기 목표 공급 전력이 소정의 허용 공급 전력 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 목표 공급 전력을 소정의 허용 전력 변동 범위 내로 억제한다.

전력 저장 장치, 하이브리드형 분산 전원 시스템

Description

전력 저장 장치 및 하이브리드형 분산 전원 시스템{POWER ACCUMULATOR AND HYBRID DISTRIBUTED POWER SUPPLY SYSTEM}

기술분야

본 발명은, 자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치와 조합하여 사용되어서, 그 발전 장치의 출력 변동을 저감시키도록 전력 계통에 전력을 공급하는 전력 저장 장치에 관한 것이다.

배경기술

풍력 발전 장치나 태양광 발전 장치 등의 자연 에너지를 이용한 발전 장치는 지구 규모의 환경 문제에 의해 주목을 모으고 있지만, 그 출력은 기상 조건에 크게 좌우되기 때문에 수요에 따른 발전이 어렵고, 또한, 출력 변동에 의해서 계통 전압이나 주파수가 변동하기 때문에, 계통 운용상의 제약으로부터 도입량에 한계가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 최근에는, 전술한 바와 같은 자연 에너지를 이용한 발전 장치와 2 차 전지 등의 전력 저장 장치를 조합함으로써, 발전 장치의 출력 변동을 전력 저장 장치에서 흡수하여, 양질의 전력을 제공할 수 있는 하이브리드형 분산 전원 시스템의 개발이 진행되고 있다.

이러한 하이브리드형 분산 전원 시스템에 사용되는 전력 저장 장치로서, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2001-327080호 (특허 문헌 1) 에 개시된 것이 있다.

상기 특허 문헌 1 에는, 전력 저장 장치의 축전량에 따라서, 분산 전원에 의한 전력 계통으로의 출력의 변동을 억제하기 위한 출력 목표치를 설정하고, 전력 계통으로의 출력이 출력 목표치가 되도록 전력 조정부를 제어하는 기술이 개시되어 있다.

특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 2001-327080호

발명의 개시

상기 특허 문헌 1 에 개시되어 있는 전력 저장 장치에서는, 전력 저장 장치의 충전량에 따라서 전력 계통으로 공급하는 출력 목표치를 결정하고, 그 후, 이 출력 목표치와 발전 장치의 출력을 비교하여 전력 저장 장치의 출력 지령치를 결정하고 있다.

따라서, 축전 장치의 충전량에 따라서 하이브리드형 분산 전원 시스템의 출력 목표치가 정해지기 때문에, 상류 분산 전원의 출력 변동을 억제하여 안정적인 전력을 공급한다는 본래의 목적보다도 축전 장치의 전지 보호라는 목적의 방향이 우선되어 버리는 문제가 있었다.

또한, 반대로, 축전 장치의 충전율이 높은 경우에는, 분산 전원의 출력 변동을 가능한 한 허용하여 많은 전력을 축전 장치로부터 공급하는 것이 바람직하지만, 상기 서술한 전력 저장 장치에서 이러한 제어는 곤란하였다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 축전 장치의 보호의 목적보다도 계통으로의 전력 공급을 우선시킨 제어를 실시함으로써, 축전 장치가 과충전 또는 과방전되지 않는 충전율 범위에서, 축전 장치의 전력량을 유효하게 활 용하면서, 분산 전원 시스템 전체적인 전력 계통으로의 출력을 효과적으로 실시할 수 있는 전력 저장 장치 및 분산 전원 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.

본 발명의 제 1 양태는, 자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치와 상기 발전 장치의 전력이 공급되는 전력 계통 사이에 접속되어, 상기 전력 계통에 전력을 공급하는 전력 저장 장치로서, 축전 장치와, 제어 장치와, 상기 제어 장치로부터 제공되는 변환기 전력 지령에 기초하여 상기 축전 장치의 충방전을 실시하는 전력 변환기를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 발전 장치의 발전 출력과 상기 축전 장치의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력을 설정함과 함께, 상기 목표 공급 전력의 변동률이 소정의 허용 전력 변동률 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 상기 목표 공급 전력의 변동률을 상기 허용 전력 변동률 범위 내로 억제하는 제 1 설정부와, 상기 목표 공급 전력으로부터 상기 변환기 목표 전력을 설정하는 제 2 설정부를 구비하고, 상기 허용 전력 변동률 범위가 시간, 부하, 환경, 또는 상기 축전 장치의 충전율에 따라서 변경되는 전력 저장 장치이다.

이러한 구성에 의하면, 발전 장치의 발전 출력과 축전 장치의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력이 설정되기 때문에, 축전 장치에 충전되어 있는 전력을 최대한으로 끌어낼 수 있는 목표 공급 전력을 얻을 수 있다. 이 경우에 있어서, 목표 공급 전력의 변동률이 소정의 허용 전력 변동률 범위를 벗어나 있는 경우에는 목표 공급 전력을 허용 전력 변동률 범위 내로 억제하기 때문에, 목표 공급 전력을 적절한 범위 내로 할 수 있다. 이로써, 출력 변동을 허용 범위 내로 억 제할 수 있다.

또, 상기 허용 전력 변동률 범위는 시간, 부하, 환경, 또는 축전 장치의 충전율에 기초하여 변경되기 때문에, 그 때의 전력의 수요 상황에 따라서 적절한 허용 전력 변동률 범위를 정함으로써, 전력 소비 상황에 적합한 목표 공급 전력을 설정하는 것이 가능해진다. 예를 들어, 전력 수요가 높은 경우에는, 허용 전력 변동률을 높게 설정함으로써 축전 장치로부터의 전력 공급을 우선시키고, 한편, 전력 수요가 낮은 경우에는, 허용 전력 변동률을 낮게 설정함으로써 축전 장치의 충전율 확보를 우선시킬 수 있게 된다.

이로써, 축전 장치에 충전되어 있는 전력을 유효하게 이용할 수 있음과 함께, 수요에 따라서 효과적인 전력 공급을 실현할 수 있다.

본 발명의 제 2 양태는, 자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치와 상기 발전 장치의 전력이 공급되는 전력 계통 사이에 접속되어, 상기 전력 계통에 전력을 공급하는 전력 저장 장치로서, 축전 장치와, 제어 장치와, 상기 제어 장치로부터 제공되는 변환기 전력 지령에 기초하여 상기 축전 장치의 충방전을 실시하는 전력 변환기를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 발전 장치의 발전 출력과 상기 축전 장치의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력을 설정함과 함께, 상기 목표 공급 전력이 소정의 허용 공급 전력 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 상기 목표 공급 전력을 상기 소정의 허용 공급 전력 범위 내로 억제하는 제 1 설정부와, 상기 목표 공급 전력으로부터 상기 변환기 목표 전력을 설정하는 제 2 설정부를 구비하고, 상기 허용 공급 전력 범위가 시간, 부하, 환경, 또는 상기 축전 장치의 충전율에 따 라서 변경되는 전력 저장 장치이다.

이러한 구성에 의하면, 발전 장치의 발전 출력과 축전 장치의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력이 설정되기 때문에, 축전 장치에 충전되어 있는 전력을 최대한으로 끌어낼 수 있는 목표 공급 전력을 얻을 수 있다. 이 경우에 있어서, 목표 공급 전력이 소정의 허용 공급 전력 범위를 벗어나 있는 경우에는, 목표 공급 전력을 허용 전력 범위 내로 억제하기 때문에, 목표 공급 전력을 적절한 전력 범위 내로 할 수 있다. 이로써, 출력 변동을 허용 범위 내로 억제할 수 있다.

그리고, 상기 허용 전력 범위는 시간, 부하, 환경, 또는 축전 장치의 충전율에 따라서 변경되기 때문에, 그 때의 전력의 수요 상황에 따라서 적절한 허용 전력 범위를 정함으로써, 전력 소비 상황에 적합한 목표 공급 전력을 설정하는 것이 가능해진다.

상기 전력 저장 장치에 있어서, 상기 제 1 설정부는, 상기 축전 장치의 충전율을 목표 충전율에 근접시키기 위한 충전율 유지 지령을 사용하여 상기 목표 공급 전력을 설정하고, 상기 목표 충전율이 시간, 부하, 또는 환경에 따라서 변경되는 것으로 해도 된다.

이러한 구성에 의하면, 목표 충전율이 시간, 부하, 또는 환경에 따라서 변경되기 때문에, 전력의 수요에 따른 전력 공급을 실현할 수 있다.

상기 전력 저장 장치에 있어서, 상기 충전율 유지 지령은 상기 축전 장치의 충전율과 상기 목표 충전율과의 차분을 PID 제어함으로써 구해지고, 상기 PID 제어에 있어서 사용되는 적어도 어느 하나의 제어 상수가 상기 축전 장치의 충전율에 따라서 변경되는 것으로 해도 된다.

이와 같이, 축전 장치의 충전율에 따라서 PID 제어의 적어도 어느 하나의 제어 상수가 변경됨으로써, 예를 들어, 축전 장치의 충전율이 저하되어 하이브리드형 분산 전원 시스템의 정지 가능성이 있는 경우에는, 비례 게인을 높게 설정하여 충전율 유지를 우선하는 제어로 변경함으로써, 시스템 정지를 미연에 방지하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제 3 양태는, 상기 전력 저장 장치와, 자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치를 구비하는 하이브리드형 분산 전원 시스템이다.

본 발명의 제 4 양태는, 자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치와, 상기 발전 장치와 상기 발전 장치의 전력이 공급되는 전력 계통 사이에 접속되어, 상기 전력 계통에 전력을 공급하는 전력 저장 장치와, 상기 전력 저장 장치가 구비하는 축전 장치의 충전율에 기초하여 상기 발전 장치의 최대 발전 출력을 설정하는 발전 지령 설정 장치와, 상기 발전 장치의 최대 발전 출력에 기초하여 상기 발전 장치를 제어하는 발전 제어 장치를 구비하는 하이브리드형 분산 전원 시스템이다.

이와 같이, 전력 저장 장치가 구비하는 축전 장치의 충전율에 따라서 발전 장치의 최대 발전 전력을 설정함으로써, 예를 들어, 축전 장치의 충전율이 높은 경우에는 발전 장치의 최대 발전 전력을 낮게 설정함으로써, 축전 장치의 전력을 유효하게 이용하는 것이 가능해진다.

본 발명의 제 5 양태는, 축전 장치와, 변환기 전력 지령에 기초하여 상기 축전 장치의 충방전을 실시하는 전력 변환부를 구비하고, 자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치와 상기 발전 장치의 전력이 공급되는 전력 계통 사이에 접속되어, 상기 축전 장치로부터 전력 계통으로 전력을 공급하는 전력 저장 장치의 충방전 제어 방법으로서, 상기 발전 장치의 발전 출력과 상기 축전 장치의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력을 설정함과 함께, 그 변동률이 소정의 허용 전력 변동률 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 상기 목표 공급 전력의 변동률을 상기 허용 전력 변동률 범위 내로 억제하는 제 1 설정 과정과, 상기 목표 공급 전력으로부터 상기 변환기 목표 전력을 설정하는 제 2 설정 과정을 구비하고, 상기 허용 전력 변동률 범위가 시간, 부하, 환경, 또는 상기 축전 장치의 충전율에 기초하여 변경되는 전력 저장 장치의 충방전 제어 방법이다.

본 발명의 제 6 양태는, 축전 장치와, 변환기 전력 지령에 기초하여 상기 축전 장치의 충방전을 실시하는 전력 변환부를 구비하고, 자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치와 상기 발전 장치의 전력이 공급되는 전력 계통 사이에 접속되어, 상기 축전 장치로부터 전력 계통으로 전력을 공급할 수 있는 전력 저장 장치의 충방전 제어 방법으로서, 상기 발전 장치의 발전 출력과 상기 축전 장치의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력을 설정함과 함께, 상기 목표 공급 전력이 소정의 허용 공급 전력 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 상기 목표 공급 전력을 상기 소정의 허용 공급 전력 범위 내로 억제하는 제 1 설정 과정과, 상기 목표 공급 전력으로부터 상기 변환기 목표 전력을 설정하는 제 2 설정 과정을 구비하고, 상기 허용 공급 전력 범위가 시간, 부하, 환경, 또는 상기 축전 장치의 충전율에 기초하여 변경되는 전력 저장 장치의 충방전 제어 방법이다.

본 발명에 의하면, 축전 장치의 보호 목적보다도 계통으로의 전력 공급을 우선시킨 제어를 실시하기 때문에, 축전 장치가 과충전 또는 과방전되지 않는 잔용량(殘容量)의 영역에서 축전 장치의 전력량을 유효하게 활용할 수 있다는 효과를 나타낸다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 전력 저장 장치를 적용한 하이브리드형 분산 전원 시스템의 구성 개략도이다.

도 2 는 허용 전력 변동률 설정 장치를 구비한 전력 저장 장치를 나타낸 도면이다.

도 3 은 허용 전력 변동률 설정 장치의 변형예를 나타낸 도면이다.

도 4 는 허용 공급 전력 범위 설정 장치를 구비한 전력 저장 장치를 나타낸 도면이다.

도 5 는 목표 충전율 설정 장치를 구비한 전력 저장 장치를 나타낸 도면이다.

도 6 은 PID 제어 상수 설정 장치를 구비한 전력 저장 장치를 나타낸 도면이다.

도 7 은 발전 지령 설정 장치를 구비한 전력 저장 장치를 나타낸 도면이다.

부호의 설명

1 : 전력 저장 장치

2 : 분산 전원

11 : 축전 장치

12 : 전력 변환기

13 : 제어 장치

21 : 제 1 설정부

22 : 제 2 설정부

23 : 제 3 설정부

31 : 전력 검출부

32 : 가산기

33 : 리미터

34 : 평활화 회로

41 : 충전율 연산부

42 : 감산기

43 : PID 제어부

44 : 연산기

50, 50' : 허용 전력 변동률 설정 장치

51 : 허용 공급 전력 범위 설정 장치

52 : 목표 충전율 설정 장치

53 : PID 제어 상수 설정 장치

54 : 발전 지령 설정 장치

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하에, 본 발명에 관련된 전력 저장 장치 및 하이브리드형 분산 전원 시스템의 일 실시형태에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 전력 저장 장치를 적용한 하이브리드형 분산 전원 시스템의 구성 개략도이다.

이 도면에 나타내는 바와 같이, 하이브리드형 분산 전원 시스템은, 분산 전원 (2) 과 전력 저장 장치 (1) 를 구비하여 구성되어 있다. 하이브리드형 분산 전원 시스템은, 도시하지 않은 계통 연계용의 변압기를 통해서 전원 (3) 의 전력 계통 (4) 에 접속되어 있다. 여기서, 전원 (3) 은, 예를 들어, 전력 회사의 발전소의 전원, 고립된 섬 등의 디젤 발전기와 같은 소규모 독립 전원, 혹은, 수요자의 자가(自家)용 발전 전원 등이다.

하이브리드형 분산 전원 시스템에 있어서, 분산 전원 (2) 은, 예를 들어 풍력 발전 장치나 태양광 발전 장치 등이고, 자연 환경에 의해 출력이 변동하는 전원이다.

전력 저장 장치 (1) 는, 전력을 축적하는 축전 장치 (11) 와, 축전 장치 (11) 의 충방전을 제어하는 전력 변환기 (12) 와, 제어 장치 (13) 를 구비하여 구성되어 있다.

축전 장치 (11) 는, 예를 들어, 리튬 이온 전지, 전기 2 중층 콘덴서 등이고, 전력을 축적한다. 이 축전 장치 (11) 는, 전력 변환기 (12) 를 통해서, 분 산 전원 (2) 과 전력 계통 (4) 을 연결하는 전력 계통 라인에 접속되어 있다.

전력 변환기 (12) 는, 축전 장치 (11) 로부터 전원 계통 (4) 으로 전력을 송출하는 기능과, 전원 계통 (4) 또는 분산 전원 (2) 으로부터 축전 장치 (11) 로 전력을 송출하는 기능을 구비하고 있고, 제어 장치 (13) 로부터 제공되는 변환기 전력 지령 (InvP*) 에 기초하여 축전 장치 (11) 의 충방전을 실시한다.

제어 장치 (13) 는, 분산 전원 (2) 의 발전 출력과 축전 장치 (11) 의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력 (HybP*) 을 설정함과 함께, 그 변동률이 소정의 허용 전력 변동률 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 목표 공급 전력 (HybP*) 의 변동률을 허용 전력 변동률 범위 내로 억제하는 제 1 설정부 (21) 와, 목표 공급 전력 (HybP*) 에 기초하여 변환기 전력을 설정하는 제 2 설정부 (22) 를 구비하고 있다. 또한, 제어 장치 (13) 는, 축전 장치 (11) 의 충전 상태를 목표 충전 상태에 근접시키기 위한 충방전 지령 (OffsetP*) 을 설정하고, 이 충방전 지령 (OffsetP*) 을 제 1 설정부 (21) 에 제공하는 제 3 설정부 (23) 를 추가로 구비하고 있다.

상기 제 1 설정부 (21) 는, 전력 검출부 (31) 와, 가산기 (32) 와, 리미터 (33) 와, 평활화 회로 (34) 를 구비하고 있다.

전력 검출부 (31) 는, 분산 전원 (2) 의 출력 전력을 검출하고, 검출한 출력 전력 (WandSP*) 을 가산기 (32) 및 제 2 설정부 (22) 에 출력한다. 가산기 (32) 는, 후술하는 제 3 설정부 (23) 에 의해 설정된 충전율 유지 지령 (OffsetP*) 과 출력 전력 (WandSP*) 을 가산하여, 이 가산 전력치 (HybP*')(도시생략) 를 리미 터 (33) 에 출력한다. 리미터 (33) 는, 가산 전력치 (HybP*') 를 소정의 허용 공급 전력 범위 내 (LL* ≤ HybP*' ≤ HH*) 로 억제하고, 억제 후의 가산 전력치 (HybP*')(도시생략) 를 평활화 회로 (34) 에 출력한다. 또, 상기 LL* 는 최소 공급 전력, HH* 는 최대 공급 전력, Pwide* = HH* － LL* 이다.

평활화 회로 (34) 는, 리미터 (33) 로부터 입력된 가산 전력치 (HybP*') 를 평활화함으로써 목표 공급 전력 (HybP*) 을 설정한다. 이 때, 평활화 회로 (34) 는, 목표 공급 전력 (HybP*) 이 소정의 허용 전력 변동률 범위 내가 되도록 목표 공급 전력 (HybP*) 을 설정한다.

본 실시형태에서는, 평활화 회로 (34) 는, 도 2 에 나타내는 허용 전력 변동률 설정 장치 (50) 로부터 제공되는 허용 전력 변동률 (Rate*) 로 목표 공급 전력을 변화시킨다.

또, 허용 전력 변동률 설정 장치 (50) 의 상세에 관해서는 후술한다. 또한, 목표 공급 전력 (HybP*) 이란, 전력 계통 (4) 에 공급하는 목표 전력이다. 평활화 회로 (34) 에 있어서 설정된 목표 공급 전력 (HybP*) 은, 제 2 설정부 (22) 에 출력된다. 또, 평활화 회로 (34) 는, 필터라면 어떠한 것을 채용해도 된다. 이 때, 1차 지연 (시정수: T(s)) 에 Rate* (kW/s) 을 적용하는 경우, 최대 변화율이 이하의 관계를 만족해야 한다.

Rate* = Pwide*/T

따라서, 시정수 (T) 는, 이하의 관계를 만족해야 한다.

T = Pwide*/Rate*

제 2 설정부 (22) 는, 목표 공급 전력 (HybP*) 으로부터 출력 전력 (WandSP*) 을 감산함으로써 변환기 전력 지령 (InvP*) 을 설정하고, 이 변환기 전력 지령 (InvP*) 을 전력 변환기 (12) 에 출력한다.

이로써, 이 변환기 전력 지령 (InvP*) 에 기초한 축전 장치 (11) 로부터의 전력 공급, 혹은 축전 장치 (11) 로의 전력 공급이 전력 변환기 (12) 에 의해서 실현된다.

또한, 제 3 설정부 (23) 는, 축전 장치 (11) 의 충전율을 검출하는 충전율 연산부 (41), 감산기 (42), PID 제어부 (43), 연산기 (44) 를 구비하고 있다.

충전율 연산부 (41) 는, 공지된 수법에 의해 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 을 구하고, 이 충전율 (BatC) 을 감산기 (42) 에 출력한다. 감산기 (42) 는, 충전율 (BatC) 과 미리 설정되어 있는 목표 충전율 (BatC*) 과의 차분을 산출하고, 이 차분을 PID 제어부 (43) 에 출력한다. PID 제어부 (43) 는, 차분에 대해 PID 제어를 실시하고, 이 연산 결과 (Offsetpid*) (%) 를 연산기 (44) 에 출력한다. 연산기 (44) 는, 이 연산 결과 (Offsetpid*) (%) 에 전력 변환기 (12) 의 출력 전력 (InvP) 을 곱하고, 다시 이 값을 100 으로 나눈 값을 충방전 지령 (OffsetP*) 으로서 출력한다.

이렇게 해서, 제 3 설정부 (23) 에 의해 설정된 충방전 지령 (OffsetP*) 은 상기 서술한 제 1 설정부 (21) 의 가산기 (32) 에 출력되어, 이 충방전 지령 (OffsetP*) 이 변환기 전력 지령 (InvP*) 을 설정하는 파라미터의 하나로서 사용되게 된다.

또, PID 제어부의 적분 연산에서는, 제어에서 일반적으로 행해지고 있는 바와 같이, 가산기 (32) 의 출력 신호가 리미터 (33) 에 의해 제한되어 있는 기간은 적분 동작을 중지하여, 적분량이 끝없이 증가하지 않도록 되어 있다.

다음으로, 상기 허용 전력 변동률 설정 장치 (50) 에 관해서 도 2 를 참조하여 설명한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 허용 전력 변동률 설정 장치 (50) 는 시각과 허용 전력 변동률 (Rate*) 이 대응되어 있는 테이블을 보유하고 있고, 이 테이블로부터 현재 시각에 대응하는 허용 전력 변동률 (Rate*) 을 취득하여, 이것을 제어 장치 (13) 의 평활화 회로 (34) 에 제공한다.

여기서, 허용 전력 변동률 (Rate*) 은 전력 소비의 상태가 반영된 값으로 되어 있다. 구체적으로는, 허용 전력 변동률 (Rate*) 은 전력 소비가 심한 시간대 (예를 들어, 6 시에서 18 시) 에 대해서는 큰 값으로 설정되어 있고, 전력 소비가 적은 시간대 (예를 들어, 18 시에서 6 시) 에 대해서는 작은 값으로 설정되어 있다.

또한, 도 2 에 나타낸 테이블은 날짜별, 요일별, 계절별로 복수 설정되어 있어도 된다. 또, 기상 등의 환경에 따라서, 또한, 부하나 축전 장치의 충전율 등에 따라서 복수 설정되어 있어도 된다. 이 경우, 허용 전력 변동률 설정 장치 (50) 는, 복수의 테이블 중에서 그 때의 상황에 가장 가까운 조건하에서의 테이블을 추출하고, 이 테이블을 사용하여 현재 시각에 대응하는 허용 전력 변동률 (Rate*) 을 취득하여, 이것을 상기 평활화 회로 (34) 에 제공한다.

이와 같이, 복수의 조건하에서의 복수의 테이블을 보유시켜 둠으로써, 전력의 수요 공급 패턴에 맞춘 최적의 전력 공급을 실현시키는 것이 가능해진다.

다음으로, 상기 서술한 구성으로 이루어지는 전력 저장 장치 (1) 의 동작에 관해서 간단히 설명한다.

분산 전원 (2) 의 출력 전력은, 전력 검출부 (31) 에 의해서 소정의 시간 간격으로 검출되고, 이 검출치인 출력 전력 (WandSP*) 이 가산기 (32) 및 제 2 설정부 (22) 에 출력된다. 가산기 (32) 는, 이 출력 전력 (WandSP*) 에 제 3 설정부 (23) 로부터 입력되는 충방전 지령 (OffsetP*) 을 가산함으로써 가산 전력치 (HybP*')(도시생략) 를 구하고, 이것을 리미터 (33) 에 출력한다.

리미터 (33) 에서는, 가산 전력치 (HybP*') 가 소정의 허용 범위 내 (LL* ≤ HybP*' ≤ HH*) 로 억제되어 평활화 회로 (34) 에 출력된다. 평활화 회로 (34) 는, 억제 후의 가산 전력치 (HybP*') 를 평활화함과 함께, 그 때의 변동률이 도 2 에 나타낸 허용 전력 변동률 설정 장치 (50) 로부터 제공된 허용 전력 변동률 (Rate*) 인 목표 공급 전력 (HybP*) 을 설정한다. 이 목표 공급 전력 (HybP*) 은 제 2 설정부 (22) 에 출력된다.

또한, 상기 처리와 병행하여, 제 3 설정부 (23) 에 의해 축전 장치 (11) 의 충전 상태가 감시되고, 이 충전 상태를 소정의 범위 내로 유지하기 위한 충방전 지 령 (OffsetP*) 이 구해져, 제 1 설정부 (21) 의 가산기 (32) 에 제공된다. 이로써, 제 3 설정부 (23) 에 의해 설정된 충방전 지령 (OffsetP*) 이 변환기 전력 지령 (InvP*) 을 설정하는 파라미터의 하나로서 사용되게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 전력 저장 장치 (1) 에 의하면, 분산 전원 (2) 의 출력 전력 (WandSP*) 과 축전 장치 (11) 의 충전 상태가 반영된 충방전 지령 (OffsetP*) 을 가산함으로써 가산 전력치 (HybP*')(도시생략) 를 구하기 때문에, 축전 장치 (11) 에 충전되어 있는 전력을 최대한으로 끌어낼 수 있는 목표 공급 전력 (HybP*) 을 설정하는 것이 가능해진다.

또, 리미터 (33) 및 평활화 회로 (34) 의 작용에 의해, 이 목표 공급 전력 (HybP*) 을 허용 범위 내로 억제함과 함께, 그 변화량을 허용 전력 변동률 (Rate*) 로 할 수 있다. 이 경우에 있어서, 허용 전력 변동률 (Rate*) 은 그 때의 전력 소비가 반영된 값으로 되어 있기 때문에, 전력 소비의 상황에 적합한 목표 공급 전력 (HybP*) 을 설정하는 것이 가능해진다.

이로써, 축전 장치 (11) 에 충전되어 있는 전력을 유효하게 이용할 수 있음과 함께, 수요에 따라서 효과적인 전력 공급을 실현할 수 있다.

또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 상기 서술한 허용 전력 변동률 (Rate*) 의 테이블을 허용 전력 변동률 (Rate*) 과 충전율 (BatC) 을 대응시킨 테이블로 해도 된다. 이와 같이, 허용 전력 변동률 설정 장치 (50') 가 충전율 (BatC) 에 따라서 허용 전력 변동률 (Rate*) 을 변화시킴으로써, 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 이 높을 때에는 전력 계통 (4) 에 있어서의 출력 변동을 억제하고, 충전율 (BatC) 이 낮은 경우에는 전력 계통 (4) 에 있어서의 출력 변동을 완화시켜 축전 장치의 충전율 유지를 실시할 수 있게 된다.

또, 발전소로부터 지령이 입력되는 경우에는, 발전소로부터의 지령으로 전환 가능하게 되어 있어도 된다.

또한, 상기 실시형태에 있어서, 리미터 (33) 가 사용하는 최대 공급 전력 (HH*) 및 최소 공급 전력 (LL*) 에 관해서도 시각 등에 따라서 변화시키는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 리미터 (33) 에 제공되는 최대 공급 전력 (HH*) 및 최소 공급 전력 (LL*) 을 설정하는 허용 공급 전력 범위 설정 장치 (51) 를 설치한다. 이 허용 공급 전력 범위 설정 장치 (51) 는, 예를 들어, 시각과 최대 공급 전력 (HH*) 및 최소 공급 전력 (LL*) 이 대응되어 있는 테이블을 보유하고 있고, 현재의 시각에 따른 최소 공급 전력 (LL*) 및 최대 공급 전력 (HH*) 을 테이블로부터 취득하여, 이들을 제어 장치 (13) 인 리미터 (33) 에 제공하는 것으로 하면 된다.

또한, 테이블은 예를 들어, 날짜별, 요일별, 계절별로 복수 설정되어 있어도 된다. 또, 기상 등의 환경에 따라서, 또한, 부하나 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 등에 따라서 복수 설정되어 있어도 된다.

이와 같이, 시각에 따라서 허용 전력 범위를 변화시킴으로써, 전력의 수요에 따른 전력 공급을 실현할 수 있다. 또한, 축전 장치 (11) 에 부담을 가하지 않는 범위로 공급 전력 범위를 미리 설정해 둠으로써, 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 을 양호한 범위로 유지할 수 있다. 또, 복수의 조건하에서의 복수의 테 이블을 보유해 둠으로써, 전력의 수요 패턴에 맞춘 최적의 전력 공급을 실현시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 실시형태에 있어서, 제 3 설정부 (23) 가 사용하는 목표 충전율 (BatC*) 을 시각에 의해서 변화시키는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 3 설정부 (23) 의 감산기 (42) 에 제공되는 목표 충전율 (BatC*) 을 설정하는 목표 충전율 설정 장치 (52) 를 설치한다.

이 목표 충전율 설정 장치 (52) 는, 예를 들어, 시각과 목표 충전율 (BatC*) 이 대응되어 있는 테이블을 보유하고 있고, 현재의 시각에 따른 목표 충전율 (BatC*) 을 테이블로부터 취득하여, 이것을 제 3 설정부 (23) 의 감산기 (42) 에 제공한다.

이와 같이, 시각에 따라서 목표 충전율 (BatC*) 을 설정함으로써, 전력의 수요에 따른 전력 공급을 실현할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에 있어서, 제 3 설정부 (23) 가 사용하는 PID 제어의 상수를 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 에 따라서 변화시키는 것으로 해도 된다. 예를 들어, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 제 3 설정부 (23) 의 PID 제어부 (43) 에 제공되는 제어 상수 Hp, Ti, Td 를 각각 설정하는 PID 제어 상수 설정 장치 (53) 를 설치한다.

이 PID 제어 상수 설정 장치 (53) 는, 예를 들어, 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 과 PID 제어부의 각 제어 상수 Hp, Ti, Td 가 대응되어 있는 테이블을 보유하고 있고, 현재의 충전율 (BatC) 에 따른 제어 상수 Hp, Ti, Td 를 테이블로부터 취득하여, 이것을 제 3 설정부 (23) 의 PID 제어부 (43) 에 제공한다. 이 테이블에서는, 예를 들어, 충전율 (BatC) 이 높은 영역 (예를 들어, 75% 이상) 및 낮은 영역 (예를 들어, 25% 이하) 에서는, 비례 제어기의 제어 상수 Hp 가 낮게 설정되어 있다. 이로써, 충전율이 높을 때 및 낮을 때에 PID 제어부가 적극적으로 기능하여, 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 을 유지시키는 것이 가능해진다.

이와 같이, 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 에 따라서 PID 제어부 (43) 의 각 제어 상수 Hp, Ti, Td 를 설정함으로써, 예를 들어, 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 이 저하되어 하이브리드형 분산 전원 시스템을 정지시키는 상황에 빠질 우려가 있는 경우에는, 비례 게인 Hp 를 높게 설정하는 등 하여 충전율 유지를 우선하는 제어로 변경함으로써, 시스템 정지를 미연에 방지하는 것이 가능해진다.

상기 테이블은 날짜별, 요일별, 계절별로 복수 설정되어 있어도 되고, 기상 등의 환경에 따라서, 또한, 부하나 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 등에 따라서 복수 설정되어 있어도 된다.

또한, 하이브리드형 분산 전원 시스템에 있어서, 전술한 바와 같이 전력 저장 장치 (1) 에 있어서의 각종 제어량을 변경하는 것 외에, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 분산 전원 (2) 의 발전 지령을 전력 저장 장치 (1) 의 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 에 따라서 설정하는 것으로 해도 된다. 요컨대, 전력 저장 장치 (1) 의 축전 장치 (11) 의 충전 상태를 분산 전원 (2) 의 발전 제어에 피드 백하는 것으로 해도 된다.

이 경우, 예를 들어, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 분산 전원 (2) 의 최대 발전 출력을 설정하는 발전 지령 설정 장치 (54) 를 설치한다.

발전 지령 설정 장치 (54) 는, 예를 들어, 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 과 최대 발전 출력이 대응되어 있는 테이블을 보유하고 있고, 현재의 충전율 (BatC) 에 따른 최대 발전 출력을 테이블로부터 취득하여, 이것을 분산 전원 (2) 의 발전 제어를 실시하는 발전 제어 장치 (도시 생략) 에 제공한다.

이 테이블에서는, 예를 들어, 충전율 (BatC) 이 낮은 영역 (예를 들어 60% 이하) 에서는 최대 발전 출력을 높아지도록, 또한, 충전율 (BatC) 이 높은 영역 (예를 들어 60% 이상) 에서는, 최대 발전 출력을 충전율 (BatC) 의 증가에 따라서 서서히 작아지도록 설정되어 있다.

예를 들어, 충전율 (BatC) 이 높은 경우에 최대 발전 전력을 높게 설정해 버리면, 축전 장치 (11) 에 축전되어 있는 전력을 유효하게 이용할 수 없다. 따라서, 축전 장치 (11) 의 충전율 (BatC) 이 어느 정도 높은 경우에는 분산 전원 (2) 에 있어서의 발전량을 낮게 하는 제어를 실시함으로써, 축전 장치 (11) 의 전력을 유효하게 이용하는 것이 가능해진다.

또, 상기 서술한 전력 저장 장치 (1) 의 제어 장치 (13) 는, 아날로그 회로 등의 하드웨어에 의해서 실현되어도 되고, 마이크로 컴퓨터에 의한 처리에 의해 실현되어도 된다. 마이크로 컴퓨터에 의해 실현하는 경우에는, 제어 장치 (13) 의 각 구성 요소가 실현하는 기능을 프로그램 형식에 의해 메모리에 저장해 두고, CPU 가 메모리로부터 프로그램을 판독하여 실행함으로써 상기 서술한 동작을 실현한다.

이상, 본 발명의 실시형태에 관해서 도면을 참조하여 상세히 서술했지만, 구체적인 구성은 이 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계 변경 등도 포함된다.

예를 들어, 상기 서술한 허용 전력 변동률 설정 장치 (50, 50'), 허용 공급 전력 범위 설정 장치 (51), 목표 충전율 설정 장치 (52), PID 제어 상수 설정 장치 (53), 및 발전 지령 설정 장치 (54) 는 적절히 선택하여, 조합시켜 채용할 수 있다. 예를 들어, 상기 서술한 실시형태에서는 허용 전력 변동률 설정 장치 (50) 를 구비하는 것이 전제로 되어 있었지만, 이것을 대신하여, 허용 공급 전력 범위 설정 장치 (51) 만을 구비하는 것으로 해도 된다. 이와 같이, 상기 서술한 각종 장치 중 하나의 장치를 독립적으로 구비하는 것으로 해도 된다.

또한, 상기 실시형태에 있어서는, 허용 전력 변동률 설정 장치 (50, 50'), 허용 공급 전력 범위 설정 장치 (51), 목표 충전율 설정 장치 (52), PID 제어 상수 설정 장치 (53), 및 발전 지령 설정 장치 (54) 는 독립된 장치로서 구성되어 있지만, 이것을 대신하여, 이러한 각종 장치에 의해 실현되는 기능을 제어 장치 (13) 가 구비하는 것으로 해도 된다.

Claims

자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치와 상기 발전 장치의 전력이 공급되는 전력 계통 사이에 접속되어, 상기 전력 계통에 전력을 공급하는 전력 저장 장치로서,

축전 장치와, 제어 장치와, 상기 제어 장치로부터 제공되는 변환기 전력 지령에 기초하여 상기 축전 장치의 충방전을 실시하는 전력 변환기를 구비하고,

상기 제어 장치는,

상기 발전 장치의 발전 출력과 상기 축전 장치의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력을 설정함과 함께, 상기 목표 공급 전력의 변동률이 소정의 허용 전력 변동률 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 상기 목표 공급 전력의 변동률을 상기 허용 전력 변동률 범위 내로 억제하는 제 1 설정부와,

상기 목표 공급 전력으로부터 변환기 목표 전력을 설정하는 제 2 설정부를 구비하고,

상기 허용 전력 변동률 범위가 시간, 부하, 환경, 또는 상기 축전 장치의 충전율에 따라서 변경되는, 전력 저장 장치.
자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치와 상기 발전 장치의 전력이 공급되는 전력 계통 사이에 접속되어, 상기 전력 계통에 전력을 공급하는 전력 저장 장치로서,

축전 장치와, 제어 장치와, 상기 제어 장치로부터 제공되는 변환기 전력 지령에 기초하여 상기 축전 장치의 충방전을 실시하는 전력 변환기를 구비하고,

상기 제어 장치는,

상기 발전 장치의 발전 출력과 상기 축전 장치의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력을 설정함과 함께, 상기 목표 공급 전력이 소정의 허용 공급 전력 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 상기 목표 공급 전력을 상기 소정의 허용 공급 전력 범위 내로 억제하는 제 1 설정부와,

상기 목표 공급 전력으로부터 변환기 목표 전력을 설정하는 제 2 설정부를 구비하고,

상기 허용 공급 전력 범위가 시간, 부하, 환경, 또는 상기 축전 장치의 충전율에 따라서 변경되는, 전력 저장 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 설정부는, 상기 축전 장치의 충전율을 목표 충전율에 근접시키기 위한 충전율 유지 지령을 사용하여 상기 목표 공급 전력을 설정하고,

상기 목표 충전율이 시간, 부하, 또는 환경에 따라서 변경되는, 전력 저장 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 충전율 유지 지령은, 상기 축전 장치의 충전율과 상기 목표 충전율과의 차분을 PID 제어함으로써 구해지고,

상기 PID 제어에 있어서 사용되는 적어도 어느 하나의 제어 상수가 상기 축전 장치의 충전율에 따라서 변경되는, 전력 저장 장치.
제 1 항에 기재된 전력 저장 장치와,

자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치를 구비하는, 하이브리드형 분산 전원 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 전력 저장 장치와,

상기 전력 저장 장치가 구비하는 축전 장치의 충전율에 기초하여 상기 발전 장치의 최대 발전 출력을 설정하는 발전 지령 설정 장치와,

상기 발전 장치의 최대 발전 출력에 기초하여 상기 발전 장치를 제어하는 발전 제어 장치를 구비하는, 하이브리드형 분산 전원 시스템.
축전 장치와, 변환기 전력 지령에 기초하여 상기 축전 장치의 충방전을 실시하는 전력 변환부를 구비하고, 자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치와 상기 발전 장치의 전력이 공급되는 전력 계통 사이에 접속되어, 상기 축전 장치로부터 전력 계통으로 전력을 공급하는 전력 저장 장치의 충방전 제어 방법으로서,

상기 발전 장치의 발전 출력과 상기 축전 장치의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력을 설정함과 함께, 상기 목표 공급 전력의 변동률이 소정의 허용 전력 변동률 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 상기 목표 공급 전력의 변동률을 상기 허용 전력 변동률 범위 내로 억제하는 제 1 설정 과정과,

상기 목표 공급 전력으로부터 변환기 목표 전력을 설정하는 제 2 설정 과정을 구비하고,

상기 허용 전력 변동률 범위가 시간, 부하, 환경, 또는 상기 축전 장치의 충전율에 따라서 변경되는, 전력 저장 장치의 충방전 제어 방법.
축전 장치와, 변환기 전력 지령에 기초하여 상기 축전 장치의 충방전을 실시하는 전력 변환부를 구비하고, 자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치와 상기 발전 장치의 전력이 공급되는 전력 계통 사이에 접속되어, 상기 축전 장치로부터 전력 계통으로 전력을 공급할 수 있는 전력 저장 장치의 충방전 제어 방법으로서,

상기 발전 장치의 발전 출력과 상기 축전 장치의 충전 상태에 기초하여 목표 공급 전력을 설정함과 함께, 상기 목표 공급 전력이 소정의 허용 공급 전력 범위로부터 벗어나 있는 경우에는, 상기 목표 공급 전력을 상기 소정의 허용 공급 전력 범위 내로 억제하는 제 1 설정 과정과,

상기 목표 공급 전력으로부터 변환기 목표 전력을 설정하는 제 2 설정 과정을 구비하고,

상기 허용 공급 전력 범위가 시간, 부하, 환경, 또는 상기 축전 장치의 충전율에 따라서 변경되는, 전력 저장 장치의 충방전 제어 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 제 1 설정부는, 상기 축전 장치의 충전율을 목표 충전율에 근접시키기 위한 충전율 유지 지령을 사용하여 상기 목표 공급 전력을 설정하고,

상기 목표 충전율이 시간, 부하, 또는 환경에 따라서 변경되는, 전력 저장 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 충전율 유지 지령은, 상기 축전 장치의 충전율과 상기 목표 충전율과의 차분을 PID 제어함으로써 구해지고,

상기 PID 제어에 있어서 사용되는 적어도 어느 하나의 제어 상수가 상기 축전 장치의 충전율에 따라서 변경되는, 전력 저장 장치.
제 2 항에 기재된 전력 저장 장치와,

자연 에너지를 이용하여 발전하는 발전 장치를 구비하는, 하이브리드형 분산 전원 시스템.
제 7 항에 있어서,

전력 수요가 높은 경우에는 허용 전력 변동률을 높게 설정하여 상기 축전 장치로부터의 전력 공급을 우선시키고, 상기 전력 수요가 낮은 경우에는 상기 허용 전력 변동률을 낮게 설정하여 상기 축전 장치의 충전율 확보를 우선시키는, 전력 저장 장치의 충방전 제어 방법.