WO2011040471A1 - 充放電制御装置および発電システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a charge / discharge control device and a power generation system, and in particular, a charge / discharge control device and a charge / discharge control used in a power generation system including a power generation device that generates power using natural energy and a power storage unit capable of storing power.
- the present invention relates to a power generation system including a device.
- EDC economic load distribution control
- the power company adjusts the amount of power supplied to the power system according to the load that changes from moment to moment, and performs a plurality of controls to stabilize the frequency.
- These controls excluding EDC are particularly called frequency control, and by this frequency control, adjustment of the load fluctuation that cannot be adjusted by EDC is performed.
- components with a fluctuation period of about 10 seconds or less can be naturally absorbed by the self-controllability of the power system itself.
- corresponds by load frequency control (LFC: Load Frequency Control).
- LFC Load Frequency Control
- the LFC power plant adjusts the power generation output by a control signal from the central power supply command station of the power supplier, thereby performing frequency control.
- the output of the power generation device using natural energy may change rapidly depending on the weather.
- Such an abrupt change in the output of the power generation apparatus has a significant adverse effect on the frequency stability of the interconnected power system.
- This adverse effect becomes more prominent as more consumers have power generation devices that use natural energy. For this reason, when the number of customers who have power generation devices that use natural energy increases further in the future, it will be necessary to maintain the stability of the power system by suppressing sudden changes in the output of the power generation devices. Come.
- a power generation system including a power generation device using natural energy and a power storage unit capable of storing electric power generated by the power generation device is provided. Proposed.
- Such a power generation system is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-228737.
- JP-A-2007-228737 discloses a solar cell, an inverter connected to the solar cell and connected to the power system, a charging / discharging unit connected to a bus connecting the inverter and the solar cell, A power generation system including a power storage unit connected to a discharge unit is disclosed.
- fluctuation of output power from the inverter is suppressed by controlling the charging / discharging unit so that charging / discharging of the power storage unit is performed in accordance with fluctuation of the generated power of the solar cell. .
- system it is possible to suppress the bad influence to the frequency etc. of an electric power grid
- the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and one object of the present invention is to suppress the influence on the power system caused by the fluctuation of the generated power by the power generation device, while the power storage unit It is providing the charging / discharging control apparatus and electric power generation system which can achieve lifetime extension of.
- a charge / discharge control device includes a power generation device that is connected to an electric power system and generates power using natural energy, and a power storage unit capable of storing electric power.
- a charge / discharge control device that is used in a power generation system and controls charge / discharge of a power storage unit, the power detected by a power detection unit that detects power passing through a predetermined portion of the wiring between the power generation device and the power system Is changed from the first power to the second power, the change amount is equal to or greater than a predetermined change amount, and the first power is changed from the second power within the first period from the time when the first power is changed to the second power.
- the first power and the second power do not mean constant values, but mean the power before change and the power after change when there is a change in power that exceeds a predetermined change amount.
- a power generation system includes a power generation device that is connected to a power system and generates power using natural energy, a power storage unit that can store power, and a wiring between the power generation device and the power system.
- a power detection unit that detects power passing through the predetermined portion; and a charge / discharge control unit that controls charging / discharging of the power storage unit, wherein the charge / discharge control unit receives power detected by the power detection unit from the first power.
- the amount of change when changing to 2 power is greater than or equal to a predetermined amount of change and does not return from the second power to the power in the vicinity of the first power within the first period from the time when the first power is changed to the second power. In such a case, charging / discharging control of the power storage unit is started.
- the present invention it is possible to extend the life of the power storage unit while suppressing the influence on the power system caused by fluctuations in the generated power by the power generation device.
- FIG. 1 is a diagram for explaining the transition of the generated power and the target output power (an example in which the charge / discharge control is started after the generated power suddenly decreases) at the start of the charge / discharge control of the power generation system according to the first embodiment shown in FIG.
- FIG. 1 It is a figure for demonstrating transition of the generated electric power at the time of the start of charging / discharging control of the electric power generation system by 1st Embodiment shown in FIG. 1 (The example which does not start charging / discharging control after generated electric power falls rapidly).
- FIG. 1 is a diagram for explaining the transition of the generated power and the target output power (an example in which the charge / discharge control is started after the generated power suddenly decreases) at the start of the charge / discharge control of the power generation system according to the first embodiment shown in FIG.
- FIG. 1 It is a figure for demonstrating transition of the generated electric power at the time of the start of charging / discharging control of the electric power generation system by 1st Embodiment shown in
- FIG. 1 is a diagram for explaining the transition of generated power and the target output power (an example in which charge / discharge control is started after the generated power suddenly increases) at the start of charge / discharge control of the power generation system according to the first embodiment shown in FIG. 1.
- FIG. It is a figure for demonstrating transition of the generated electric power at the time of the start of charging / discharging control of the electric power generation system by 1st Embodiment shown in FIG. 1 (The example which does not start charging / discharging control after generated electric power rises rapidly). It is a figure for demonstrating the acquisition period of the generated electric power data for calculation of the target output electric power at the time of charging / discharging control of the electric power generation system by 1st Embodiment shown in FIG.
- FFT fast Fourier transform
- a solar power generation system 1 includes a power generation device 2 including a solar battery that generates power using sunlight, a power storage device 3 capable of storing electric power generated by the power generation device 2, and a power system. 50, a power output unit 4 including an inverter that outputs power generated by the power generation device 2 and power stored by the power storage device 3 to the power system 50 side, and charging / discharging for controlling charging / discharging of the power storage device 3 And a control unit 5.
- the charge / discharge control unit 5 is an example of the “charge / discharge control device” in the present invention.
- a DC-DC converter 7 is connected in series to the DC side bus 6 that connects the power generator 2 and the power output unit 4.
- the DC-DC converter 7 has a function of converting the direct current voltage of the power generated by the power generation device 2 into a constant direct current voltage (about 260 V in the first embodiment) and outputting it to the power output unit 4 side.
- the DC-DC converter 7 has a so-called MPPT (Maximum Power Point Tracking) control function.
- the MPPT control function is a function that automatically adjusts the operating voltage of the power generator 2 so that the power generated by the power generator 2 is maximized.
- a diode (not shown) for preventing a current from flowing backward toward the power generation device 2 is provided.
- the DC-DC converter 7 is an example of the “DC-DC converter” in the present invention.
- the DC side bus 6 is an example of the “wiring” in the present invention.
- the power storage device 3 includes a storage battery 31 connected in parallel to the DC side bus 6 and a charge / discharge unit 32 that charges and discharges the storage battery 31.
- a secondary battery for example, a Li-ion storage battery, a Ni-MH storage battery, etc.
- the voltage of the storage battery 31 is about 48V.
- the storage battery 31 is an example of the “power storage unit” in the present invention.
- the charging / discharging unit 32 includes a DC-DC converter 33, and the DC bus 6 and the storage battery 31 are connected via the DC-DC converter 33.
- the DC-DC converter 33 steps down the voltage of the power supplied to the storage battery 31 from the voltage of the DC side bus 6 to a voltage suitable for charging the storage battery 31, so that the storage battery is connected from the DC side bus 6 side. Power is supplied to the 31 side.
- the DC-DC converter 33 boosts the voltage of the electric power discharged to the DC side bus 6 side from the voltage of the storage battery 31 to the vicinity of the voltage of the DC side bus 6 at the time of discharging, so Electric power is discharged to the 6th side.
- the charge / discharge control unit 5 includes a CPU 5a and a memory 5b, and controls the DC-DC converter 33 to perform charge / discharge control of the storage battery 31. Specifically, the charge / discharge control unit 5 generates the generated power and the target output power of the power generator 2 based on the generated power of the power generator 2 (the output power of the DC-DC converter 7) and the target output power described later. The storage battery 31 is charged and discharged so as to compensate for the difference.
- the charging / discharging control unit 5 controls the DC-DC converter 33 so as to charge the storage battery 31 with excess power when the generated power of the power generation device 2 is larger than the target output power, and the power generation device When the generated power of 2 is smaller than the target output power, the DC-DC converter 33 is controlled so as to discharge the insufficient power from the storage battery 31.
- a generated power detection unit 8 that detects the generated power of the power generator 2 is provided on the output side of the DC-DC converter 7, a generated power detection unit 8 that detects the generated power of the power generator 2 is provided.
- the generated power detection unit 8 is an example of the “power detection unit” in the present invention.
- the charge / discharge control unit 5 can acquire the generated power of the power generation device 2 at predetermined detection time intervals (for example, 30 seconds or less) based on the detection result of the generated power detection unit 8. In the first embodiment, the charge / discharge control unit 5 acquires the generated power data of the power generation device 2 every 30 seconds. Note that the detection time interval of the generated power needs to be set to an appropriate value in consideration of the fluctuation cycle of the generated power of the power generation device 2 and the like.
- the detection time interval is set so as to be shorter than the fluctuation cycle that can be handled by the load frequency control (LFC) and shorter than the waiting time described later.
- the charge / discharge control unit 5 acquires the output power of the power output unit 4 to recognize the difference between the power actually output from the power output unit 4 to the power system 50 side and the target output power.
- the charge / discharge of the charge / discharge unit 32 can be feedback controlled so that the output power from the power output unit 4 becomes the target output power.
- the charge / discharge control unit 5 is configured to calculate the target output power to be output to the power system 50 side using the moving average method.
- the moving average method is a calculation method in which, for example, the target output power at a certain point in time is an average value of the generated power of the power generation device 2 in the past period from that point.
- a period for acquiring generated power data used for calculation of target output power is referred to as a sampling period.
- the sampling period is an example of the “detected power data acquisition period” and the “second period” in the present invention.
- the sampling period is preferably set to a range that does not extend for a long time in the range from the vicinity of the latter half (near the long period) to the period exceeding T1 during the fluctuation periods T1 to T2 corresponding to the load frequency control (LFC).
- the specific value of the sampling period is, for example, a period of about 10 minutes or more and about 30 minutes or less in the power system having the “load fluctuation magnitude-fluctuation period” characteristic as shown in FIG.
- the sampling period is set to about 10 minutes in periods other than the initial and final periods of charge / discharge control.
- the charge / discharge control unit 5 acquires the generated power data of the power generator 2 approximately every 30 seconds, the average value of the 20 generated power data included in the period of the past 10 minutes is calculated as the target output power. is doing.
- the upper limit cycle T1 and the lower limit cycle T2 will be described in detail later.
- the generated power of the power generator 2 is not output to the power system 50 as it is, but the target output power is calculated from the power generated by the previous power generator 2, and Charge / discharge control, which is control for controlling the charge / discharge of the storage battery 31 and outputting the target output power to the electric power system 50 side, is performed so that the sum of the generated power and the charge / discharge amount of the storage battery 31 becomes the target output power.
- Charge / discharge control which is control for controlling the charge / discharge of the storage battery 31 and outputting the target output power to the electric power system 50 side, is performed so that the sum of the generated power and the charge / discharge amount of the storage battery 31 becomes the target output power.
- the charge / discharge control unit 5 does not always perform charge / discharge control, but is configured to perform charge / discharge control only when a specific condition is satisfied. That is, even if the generated power of the power generation device 2 is output to the power system 50 as it is, the charge / discharge control is not performed when the adverse effect on the power system 50 is small, and the charge / discharge control is performed only when the adverse effect is large. It is configured.
- the charge / discharge control unit 5 has a power generation power of the power generation device 2 equal to or higher than a predetermined power generation power (hereinafter referred to as “control start power generation power”), and a change amount of the power generation power of the power generation device 2 is When the amount of change is equal to or greater than a predetermined change amount (hereinafter referred to as “control start change amount”), charge / discharge control is performed.
- the control start generated power is, for example, generated power that is larger than the generated power in rainy weather, and a specific numerical value is, for example, 10% of the rated output of the power generator 2.
- control start change amount is a change amount larger than the maximum change amount for each detection time interval in the daytime time zone when the weather is fine (a clear sky with almost no clouds). 5% of the generated power. Further, the amount of change in the generated power is obtained by calculating a difference between two consecutive generated power data of the generated power of the power generator 2 detected at predetermined detection time intervals. The above specific numerical values (5% of the generated power before change and 10% of the rated output) correspond to the case of the first embodiment such that the detection time interval of the generated power is about 30 seconds. When the detection time interval is changed, it is necessary to set the control start generated power and the control start change amount according to the detection time interval.
- the charge / discharge control unit 5 starts detecting the amount of change in the generated power of the power generation device 2 when the generated power of the power generation device 2 changes from the state less than the control start generated power to the control start generated power or higher. To do. Then, charge / discharge control is started only when the amount of change in the generated power of the power generation device 2 is equal to or greater than the control start change amount in a state where the generated power of the power generation device 2 is equal to or greater than the control start generated power. Even when the generated power of the power generator 2 becomes equal to or greater than the control start generated power, the charge / discharge control is not performed if the change amount of the generated power of the power generator 2 does not exceed the control start change amount. In addition, when the generated power of the power generator 2 becomes less than the control start generated power while the change in the generated power of the power generator 2 does not exceed the control start change, the change in the generated power of the power generator 2 is reduced. Stop detection.
- the charge / discharge control unit 5 is within a predetermined standby time from the time point when the change of the control start change amount or more is detected even when the change amount of the generated power of the power generation device 2 becomes the control start change amount or more.
- the predetermined standby time is a period not longer than the fluctuation period that can be handled by the load frequency control (LFC), and is preferably less than or equal to the upper limit period T1 with reference to the relation diagram of the fluctuation period-load fluctuation line shown in FIG. It is a period, and more preferably it is a period of the lower limit cycle T2 or less.
- the standby time is set to about 2 minutes or less.
- the standby time is longer than the detection time interval and is at least twice the detection time interval (for example, an integer multiple of at least twice the detection time interval).
- the standby time is an example of the “first period” in the present invention.
- the values in the vicinity of the generated power before the change are specifically the upper threshold value that is small by a small amount with respect to the generated power before the change, and the lower threshold value that is small by a small amount with respect to the generated power before the change.
- the upper threshold value is, for example, a value of 101% of the generated power before the change
- the lower threshold value is, for example, a value of 99% of the generated power before the change.
- the charge / discharge control unit 5 reduces the lower threshold (change) within the standby time after the generated power is reduced. When it has increased to 99% or more of the previous generated power, it is determined that the value has returned to a value in the vicinity of the generated power before the change. In addition, in the case where the change greater than the control start change amount of the generated power is an increase greater than the control start change amount of the generated power, the charge / discharge control unit 5 increases the upper threshold ( It is determined that the value has returned to a value in the vicinity of the generated power before the change.
- the threshold value used as a criterion for determining whether or not the change in the generated power more than the control start change amount is an increase and a decrease is different depending on whether or not the value has returned to a value close to the generated power before the change.
- the upper threshold and the lower threshold are examples of the “first threshold” and the “second threshold” in the present invention, respectively.
- the generated power suddenly decreases from the generated power P (-2) to the generated power P (-1)
- the power is generated within the standby time from the time when the generated power P (-1) is detected. If it does not return to a value in the vicinity of the power P ( ⁇ 2) (when it does not increase), charge / discharge control is started.
- the waiting time is 1 minute.
- the generated powers P0 and P1 detected within the waiting time of 1 minute from the time when the generated power P (-1) is detected remain below the lower threshold.
- the charge / discharge control unit 5 determines that the generated power has not returned to the vicinity of the generated power before the change (generated power P ( ⁇ 2)) within the standby time, and also detects the generation time (standby time) of the generated power P1.
- the charge / discharge control is started at the time of (end time). Further, in the example shown in FIG. 3, among the generated power detected within the waiting time of 1 minute from the time when the generated power P ( ⁇ 1) is detected, the generated power P0 is below the lower threshold value, The power P1 has risen above the lower threshold.
- the charge / discharge control unit 5 determines that the generated power has returned to the vicinity of the generated power before the change (generated power P ( ⁇ 2)) within the standby time, and performs charge / discharge control even after the standby time has elapsed. Do not start.
- the charge / discharge control is started at the time of (end time). Further, in the example shown in FIG. 5, among the generated power detected within the waiting time of 1 minute from the time when the generated power P ( ⁇ 1) is detected, the generated power P0 exceeds the upper threshold value, whereas the generated power P1 falls below the upper threshold. In this case, the charge / discharge control unit 5 determines that the generated power has returned to the vicinity of the generated power before the change (generated power P ( ⁇ 2)) within the standby time, and performs charge / discharge control even after the standby time has elapsed. Do not start.
- the generated power P ( ⁇ 2) before the change and the generated power P ( ⁇ 1) after the change are respectively “first power (first generated power)” and “first power” of the present invention.
- first power first generated power
- second generated electric power second generated electric power
- the charge / discharge control unit 5 is configured to stop the charge / discharge control after elapse of a certain control period after starting the charge / discharge control.
- the control period is an example of the “third period” in the present invention.
- the control period should be at least the sampling period determined based on the fluctuation cycle range corresponding to the load frequency control, and at least the sampling period when taking the method of shortening the generated power data acquisition period at the beginning or end of charge / discharge control.
- the minimum control period is obtained by adding a period for shortening the data acquisition period.
- control period is set to 30 minutes.
- the charge / discharge control unit 5 is configured to extend the control period when a change in the generated power equal to or greater than the control start change amount is detected a predetermined number of times (three times in the first embodiment) during the control period. Has been. This extension is performed by newly setting a control period of 30 minutes when the third change in generated power is detected.
- the third detection time extension start time
- extension start time when a change in the generated power exceeding the control start change amount is not detected three times from the third detection time (extension start time). 30 minutes later, the charge / discharge control is stopped.
- the charge / discharge control unit 5 stops the charge / discharge control even before the control period elapses when the generated power of the power generation device 2 becomes less than the control-completed generated power during the control period. It is configured.
- the control end generated power is a value less than or equal to the control start generated power, and in the first embodiment, the control end generated power is set to a value half the control start generated power.
- the calculation method of the target output electric power by the charging / discharging control part 5 of the solar power generation system 1 by 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
- the generated power gradually increases, and the generated power increases from a certain generated power detection timing (generated power P (-2)) to the next generated power detection timing (generated power P (-1)).
- a sudden change (decrease) occurs, and then the amount of change in the generated power does not return to the value near the previous generated power (generated power P (-2)) within the standby time, and the generated power gradually decreases.
- the calculation method of the target output electric power demonstrated below is the same also when generated electric power rises rapidly.
- the charge / discharge control unit 5 When there is a sudden change in the generated power as shown in FIG. 2, the charge / discharge control unit 5 performs sampling for the past 10 minutes in periods other than the initial and final stages of the charge / discharge control, as shown in FIG. The average value of the 20 generated power data included in the period is calculated as the target output power.
- the initial stage of charge / discharge control (10 minutes from the start of charge / discharge control) and the final stage (10 minutes until the scheduled end of charge / discharge control)
- the target output power is calculated from the generated power data in a period shorter than the data sampling period (10 minutes, 20 generated power data).
- the charge / discharge control unit 5 sequentially accumulates the generated power data (P1, P2,%) After the start of the charge / discharge control in the memory 5b.
- the sampling period is gradually increased according to the accumulated amount of generated power data from the start of charge / discharge control. That is, as shown in FIG.
- the first target output power Q1 after the start of the charge / discharge control is And the second target output power Q2 is the average of the two generated power data stored in the memory 5b (the previous two generated power data P1 and P2).
- the third target output power Q3 is an average of the three generated power data stored in the memory 5b (the previous three generated power data P1, P2, and P3).
- the 20th target output power Q20 is the average of the 20 power generation data (P1 to P20) immediately before.
- the period shifts from the initial period to a period other than the initial period and the final period. Then, after the accumulated amount of generated power data reaches 20 (periods other than the initial and final periods), the target output power is calculated based on the 20 generated power data.
- the generated power data sampling period gradually decreases according to the scheduled amount of generated power data acquired until the end of charge / discharge control (scheduled end point)
- start of extension the time point at which the sampling period of the generated power data starts to be reduced can be calculated. That is, at a time point 10 minutes before the scheduled end time of charge / discharge control, the period shifts from a period other than the initial period and the final period to the final period, and the sampling period of the generated power data starts to decrease from the final period.
- the 20th target output power Q (n-19) before the end of control is Of the 20 generated power data P (n-38) to P (n-19).
- the target output power Q (n-18) for the 19th time before the end of control is the average of the 19 generated power data P (n-36) to P (n-18) immediately before that.
- the target output power Q (n-2) for the third time before the end of control is changed to the three pieces of generated power data P (n-4), P (n-3) and P (n-2) immediately before
- the average of The second target output power Q (n ⁇ 1) before the end of control is the average of the two previous generated power data P (n ⁇ 2) and P (n ⁇ 1).
- the target output power Q (n) immediately before the end of control is left as it is the generated power data P (n) immediately before that.
- the fluctuation period range in which fluctuation suppression is mainly performed by charge / discharge control according to the first embodiment will be described.
- the control methods that can be handled differ depending on the fluctuation cycle, and the fluctuation cycle that can be handled by the load frequency control (LFC) is shown in a region D (region indicated by hatching).
- the fluctuation period that can be handled by EDC is shown in region A.
- Region B is a region that naturally absorbs the influence of load fluctuation and the like due to the self-controllability of power system 50 itself.
- Region C is a region that can be handled by governor-free operation of the generators at each power plant.
- the boundary line between the region D and the region A becomes the upper limit cycle T1 of the fluctuation cycle that can be handled by the load frequency control (LFC), and the boundary line between the region C and the region D can be handled by the load frequency control.
- the lower limit cycle T2 Is the lower limit cycle T2. It can be seen from FIG. 7 that the upper limit cycle T1 and the lower limit cycle T2 are numerical values that change depending on the magnitude of the load fluctuation and the like. Furthermore, the time of the fluctuation period illustrated by the constructed power network also changes.
- the fluctuation has a fluctuation cycle (fluctuation frequency) included in the range of the area D (area that can be handled by LFC) that cannot be handled by the EDC, the self-controllability of the power system 50 itself, and the governor-free operation. It is aimed to focus and suppress.
- the charge / discharge control unit 5 detects the generated power of the power generation device 2 at predetermined detection time intervals (every 30 seconds). In step S1, the charge / discharge control unit 5 determines whether the generated power is equal to or greater than the control start generated power. This determination is repeated when the generated power does not exceed the control start generated power. When the generated power becomes equal to or higher than the control start generated power, in step S2, the charge / discharge control unit 5 starts monitoring the amount of change in the generated power. That is, the difference between the detected generated power and the detected value of the generated power immediately before is acquired as the amount of change in the generated power.
- step S3 the charge / discharge control unit 5 determines whether or not there is a change in the generated power that is greater than or equal to the control start change amount. If there is no change in the generated power that is equal to or greater than the control start change amount, the process returns to step S2 to continue monitoring the change in the generated power.
- step S4 If there is a change in the generated power that exceeds the control start change amount, it is determined in step S4 whether or not the generated power has returned to the vicinity of the value before the change within the standby time.
- the process returns to step S2 without performing the charge / discharge control, and the change in the generated power is continuously monitored.
- charge / discharge control is started.
- the charge / discharge control unit 5 After starting the charge / discharge control, the charge / discharge control unit 5 starts counting the elapsed time from the start of the charge / discharge control in step S5.
- step S6 the charge / discharge control unit 5 determines that the accumulated number of generated power data (sampling number k1) from the start of charge / discharge control or the scheduled sampling number k2 until the scheduled end of charge / discharge control is a predetermined number of times. It is determined whether or not (20 times in the first embodiment).
- the target output power is calculated by the moving average method using the 20 previous sampling values. Is calculated and set.
- step S8 k1 or k2 samplings are performed.
- the target output power is calculated and set by the moving average method using the value. That is, at the start of charge / discharge control, the number of samplings used for calculating the target output power is increased by 1 from 1 to 20 every time the target output power is calculated. The number of samplings used for the calculation is decreased by one from 20 to 1 every time the target output power is calculated.
- step S9 the charge / discharge control unit 5 calculates the difference between the target output power set in step S7 or S8 and the generated power detected after calculating the target output power.
- step S ⁇ b> 10 the charging / discharging control unit 5 instructs the charging / discharging unit 32 to charge / discharge the excess / deficiency.
- the charge / discharge control unit 5 compensates the target output power by the storage battery 31 so that the generated power of the power generator 2 is insufficient with respect to the target output power. Is instructed to discharge.
- the charge / discharge control unit 5 charges the storage battery 31 by charging the remaining amount by subtracting the target output power from the generated power of the power generation device 2. To charge the battery.
- step S11 the target output power (the generated power of the power generator 2 + the charge / discharge power of the storage battery 31) is output from the power output unit 4 to the power system 50 side.
- step S12 the charge / discharge control unit 5 changes the generated power more than a predetermined change amount (control start change amount) a predetermined number of times during the control period (30 minutes) (three times in the first embodiment). ) Judge whether there was. If there is a change in the generated power that is greater than or equal to the control start change amount three times, it is highly likely that the change in the generated power will continue. Therefore, in step S13, the elapsed time count is reset and charging / discharging is performed. Extend the period of control. In this case, the process returns to step S5 to newly start counting elapsed time.
- a predetermined change amount control start change amount
- step S14 it is determined in step S14 whether or not the generated power of the power generator 2 is equal to or greater than the predetermined generated power (control-end generated power). To do. And when it is more than control start generation electric power, in step S15, after charging / discharging control part 5 started charging / discharging control or extended charging / discharging control period, it is a control period (30 minutes). It is determined whether or not. When the control period has elapsed, the charge / discharge control unit 5 stops the charge / discharge control. If the control period has not elapsed, the process returns to step S6 and the charge / discharge control is continued.
- step S14 If it is determined in step S14 that the generated power is less than the control-completed generated power, the charge / discharge control is stopped even if the control period has not elapsed.
- the power generator is configured to perform charge / discharge control of the storage battery 31 when the amount of change when the generated power of the power generator 2 changes is equal to or greater than the control start change amount. Since the charge / discharge control is not performed when the change amount of the generated power 2 is smaller than the control start change amount, the number of times of charge / discharge of the storage battery 31 can be reduced. Moreover, when the generated power in the vicinity of the generated power before the change is not returned within the standby time from the time when the control start change amount is changed, the change in the generated power of the power generator 2 is configured by performing charge / discharge control.
- the charge / discharge control is not performed when the generated power returns to the vicinity of the generated power before the change within the standby time, so the number of times of charging / discharging the storage battery 31 is further reduced. be able to. Thereby, the lifetime of the storage battery 31 can be extended. Further, as a result of intensive studies, the inventor of the present application, as will be described later, even if the change amount of the generated power is smaller than the control start change amount or larger than the control start change amount, When returning to the generated power, it has been found that even when charging / discharging control is not performed, the influence on the electric power system 50 due to the fluctuation of the generated power by the power generation device 2 is small. Therefore, in the first embodiment, it is possible to extend the life of the storage battery 31 while suppressing the influence on the power system 50 caused by the fluctuation of the generated power by the power generation device 2.
- the generated power is set to threshold values (lower threshold value and upper threshold value) that are values in the vicinity of the generated power before the change within the standby time from when the control start change amount is changed. Is not reached, it is determined not to return to the generated power in the vicinity of the generated power before the change.
- threshold values lower threshold value and upper threshold value
- the change beyond the control start change amount is a change in the direction in which the generated power increases, and the generated power does not fall below the upper threshold value within the standby time, Judge that it does not return to the generated power near the generated power before the change.
- the change over the control start change amount is a change in the direction in which the generated power is reduced, and the generated power does not rise above the lower threshold within the standby time, the generated power near the generated power before the change Judge that it will not return.
- the generation power before the change is determined by determining whether or not the generated power returns to the generation power in the vicinity of the generation power before the change within the standby time longer than the detection time interval.
- the standby time is set to a period that is an integral multiple of twice or more the detection time interval.
- the standby time is set to a period equal to or less than the fluctuation cycle that can be handled by the load frequency control (LFC).
- LFC load frequency control
- the sampling period of the generated power data used for calculating the moving average is shorter than the periods other than the initial and final periods of the charge / discharge control.
- the generated power is calculated when starting the charge / discharge control and calculating the target output power at the start of the charge / discharge control. Since the data sampling period is set short, the value of the generated power before a sudden change (before the start of charge / discharge control) that is significantly different from the generated power at the start of charge / discharge control is used to calculate the target output power. Can be suppressed.
- the difference between the target output power calculated at the start of charge / discharge control and the actual generated power can be reduced, so that the change in output power to the power system 50 side before and after the start of charge / discharge is reduced.
- the amount of charge / discharge of the storage battery 31 for making up for the difference can be reduced.
- fluctuations in the amount of power output from the power output unit 4 to the power system 50 can be suppressed, adverse effects on the power system 50 can be suppressed and the storage capacity of the storage battery 31 can be reduced. be able to.
- the generation period of the generated power data used for the moving average from the initial stage to the period other than the initial and final stages of the charge / discharge control is stored in the accumulated power generation data from the start of the charge / discharge control.
- the target output power is calculated by gradually increasing according to the amount.
- charging / discharging control is performed by gradually increasing the sampling period of the generated power data used for the moving average according to the accumulated amount (accumulating period) of the generated power data from the starting time of charge / discharge control.
- the target output power can be calculated by appropriately acquiring the generated power data that is gradually accumulated and increased after the start time of the battery according to the accumulation amount (accumulation period).
- the output power can be set to a value close to the actual generated power transition. Also by this, since the fluctuation
- the target output power is calculated by gradually decreasing the sampling period of the generated power data used for the moving average from the period other than the initial period and the final period of the charge / discharge control to the final period.
- the sampling period of the generated power data used for calculating the moving average at the end of charge / discharge control can be gradually shortened from periods other than the initial and end periods of charge / discharge control. As the end point of the discharge control is approached, the difference between the target output power and the actual generated power can be gradually reduced.
- finish of charging / discharging control since it can suppress that the difference of the target output electric power just before completion
- the change in power to the side can be made smaller.
- system 50 side from the electric power output part 4 can be suppressed more, the bad influence to the electric power grid
- the sampling period of the generated power data is at least the lower limit cycle T2 of the fluctuation cycle that can be handled by at least load frequency control (LFC).
- the generated output data is acquired and the target output power is calculated by the moving average method during this period, preferably as the period T equal to or greater than the upper limit period T1.
- LFC load frequency control
- the charge / discharge control is stopped after a predetermined control period has elapsed since the start of the charge / discharge control.
- charging / discharging control is carried out only for a fixed period, and the frequency
- count of charging / discharging can be reduced compared with the case where charging / discharging control is not stopped.
- This also makes it possible to extend the life of the storage battery 31.
- the stop of charge / discharge control can be controlled by time, the control algorithm can be simplified.
- the control period of the charge / discharge control is extended when there is a predetermined number of changes or more during the charge / discharge control.
- charge / discharge control is performed when the amount of change in generated power is greater than or equal to the maximum amount of change for each detection time interval in the daytime period when the weather is fine, for example.
- charge / discharge control is performed when the amount of change in generated power is equal to or greater than the amount of change of 5% of the generated power before the change.
- the control start change amount which is a threshold when starting charge / discharge control, can be made larger than the change amount during clear weather, so that charge / discharge control is not easily performed during clear weather. Can be controlled. Further, the control start change amount may be obtained based on the rated capacity of the power generation device 2. Even if it does in this way, the effect similar to the above can be acquired.
- the charging / discharging unit 32 is configured based on the power of the predetermined DC voltage converted by the DC-DC converter 7 and the target output power output to the power system 50 side. I have control. By configuring in this way, it is possible to suppress the voltage of the DC side bus 6 from fluctuating due to the amount of solar radiation and the like, and it is possible to make the portion of the DC side bus 6 a substantially constant voltage.
- the voltage difference between the storage battery 31 side and the DC side bus 6 side is important.
- the DC side bus 6 side has a substantially constant voltage, charging / discharging is performed by voltage control only on the storage battery 31 side. The discharge amount can be controlled. Thereby, the controllability of the charge / discharge control part 5 can be improved.
- FIG. 10 shows changes in the actual generated power (output power) during the day when the weather is clear and when the weather is cloudy.
- FIG. 10 shows the output power to the power system 50 side when the charge / discharge control is not performed (the generated power of the power generation device 2 as it is).
- FIG. 11 shows the transition of the charge amount of the storage battery 31 when the charge / discharge control according to the all-day moving average method is performed without performing the charge / discharge control according to the first embodiment.
- the maximum charge / discharge depth difference H1 during clear weather is about 14% of the maximum charge amount of the storage battery
- the maximum charge / discharge depth difference H2 during clear weather with clouds is the maximum charge amount of the storage battery.
- the maximum difference in charge / discharge depth does not change greatly between clear weather and cloudy weather.
- the influence of the output power pattern of FIG. 10 on the power system 50 will be considered.
- the output power pattern of FIG. 10 was analyzed by FFT (Fast Fourier Transform). The analysis result by FFT of FIG. 10 is shown in FIG.
- FIG. 13 and FIG. 14 show changes in actual generated power during a rainy day and the FFT analysis results thereof. Note that FIG. 13 shows the output power to the power system 50 side when the charge / discharge control is not performed (the generated power of the power generation device 2 as it is).
- the power spectrum is small during fine weather or rainy weather, and even when charging / discharging control is not performed, the adverse effect on the power system 50 is small. Was found to be low.
- the charge / discharge depth that greatly affects the life of the storage battery 31 if the overall transition of the generated power is substantially the same, the case where charge / discharge control is performed and the case where it is not performed regardless of the frequency of large fluctuations. It turned out that there is almost no difference. Therefore, by not performing the charge / discharge control during clear weather or rainy weather, the frequency of performing the charge / discharge control can be reduced and the life of the storage battery can be extended.
- FIG. 15 shows the FFT analysis results for Comparative Example 1, Comparative Example 2, Comparative Example 3, and Examples 1 and 2.
- Comparative Example 1 is an example when charge / discharge control is not performed (when the generated power of the power generation device 2 is output to the power system as it is).
- Comparative Example 2 is an example in which charge / discharge control by a general moving average method different from the moving average method of the first embodiment is always performed throughout the day. The general moving average method is different from the moving average method of the first embodiment in which the number of samplings (sampling period) is decreased at the start and end of charge / discharge control, and at the start and end of charge / discharge control.
- Comparative Example 3 and Examples 1 and 2 start monitoring the generated power when the generated power of the power generator 2 exceeds 10% of the rated output, and the change in the generated power Is an example in which charge / discharge control is started when the power generation exceeds 5% of the generated power before the change and the generated power does not return to the vicinity of the value before the change within the standby time.
- charge / discharge control for reducing the number of samplings is performed at the start and end of charge / discharge control, as in the first embodiment.
- the comparative example 3 is an example in which no standby time is provided for determining whether or not the generated power has returned to the vicinity of the value before the change.
- Examples 1 and 2 are examples in which a standby time is provided. In Examples 1 and 2, the standby time was set to 1 minute and 2 minutes, respectively.
- the power spectrum of the FFT analysis result in Comparative Example 2, Comparative Example 3, Example 1, and Example 2 is reduced compared to Comparative Example 1. That is, in Comparative Example 2, Comparative Example 3, Example 1 and Example 2, the power spectrum is greatly reduced as compared with the case where charge / discharge control is not performed (Comparative Example 1).
- Comparative Example 3 Example 1 and Example 2, since the output power can be smoothed at the same level as when the general moving average method is performed all day (Comparative Example 2), It can be seen that the adverse effect on the power system 50 can be suppressed at the same level as when the moving average method is always performed all day. From the above, by performing the charge / discharge control according to the first embodiment, it is possible to reduce the adverse effects on the power system as in the case where the charge / discharge control is always performed by the general moving average method throughout the day. It turned out to be.
- Example 1 and Example 2 it can be expected that the battery life is 10% or more longer than that in Comparative Example 2. Further, the estimated battery life values of Examples 1 and 2 are improved as compared with Comparative Example 3. This is because the period for performing the charge / discharge control is shortened by providing the standby time of 1 minute or 2 minutes, and therefore, it is considered that the number of times of charge / discharge of the storage battery 31 is reduced accordingly. .
- FIG. 16 shows the FFT analysis result when the sampling period, which is the generation period of generated power data, is 10 minutes, and the FFT analysis result when the sampling period is 20 minutes.
- the sampling period is 10 minutes
- the fluctuation in the range where the fluctuation period is less than 10 minutes is suppressed, while the fluctuation in the range where the fluctuation period is 10 minutes or more is not much suppressed.
- the sampling period is 20 minutes
- the fluctuation in the range where the fluctuation period is less than 20 minutes is suppressed, while the fluctuation in the range where the fluctuation period is 20 minutes or more is not much suppressed.
- the sampling period is longer than the fluctuation cycle corresponding to the load frequency control, particularly in the vicinity of the second half of T1 to T2 ( It can be seen that it is preferable to set the period in the range from the vicinity of the long cycle to T1 or more. For example, in the example of FIG.
- the solar power generation system 100 three power generation devices 2a, 2b, and 2c made of solar cells that generate power using sunlight, the power storage device 3, the power output unit 4, and charge / discharge control. Part 15. It is preferable that the total generated power of the power generators 2a, 2b, and 2c be equal to or less than the generated power that can be processed by the power output unit 4.
- the charge / discharge control unit 15 is an example of the “charge / discharge control device” in the present invention.
- the three power generators 2a, 2b and 2c are connected in parallel to the power output unit 4. Further, DC-DC converters 7a, 7b and 7c having an MPPT control function are provided for each of the power generation devices 2a, 2b and 2c. Each of the DC-DC converters 7a, 7b, and 7c has a function of converting the voltage of the power generated by each of the power generation devices 2a, 2b, and 2c into a constant voltage and outputting it to the power output unit 4 side.
- the DC-DC converters 7a, 7b and 7c are examples of the “DC-DC converter” of the present invention.
- the charge / discharge control unit 15 includes a CPU 15a and a memory 15b.
- the charge / discharge control unit 15 acquires the generated power of the power generation devices 2a, 2b, and 2c from the generated power detection units 8a, 8b, and 8c provided on the output side of the DC-DC converters 7a, 7b, and 7c, respectively. To do.
- the charge / discharge control unit 15 calculates the target output power based on the total data of the generated power of each of the power generating devices 2a, 2b, and 2c, and the total generated power of each of the power generating devices 2a, 2b, and 2c and the calculated target.
- the charge / discharge control of the storage battery 31 is performed so as to compensate for the difference from the output power.
- the plurality of power generation devices 2a, 2b and 2c are provided, and the DC-DC converters 7a, 7b and 7c are provided corresponding to the power generation devices 2a, 2b and 2c, respectively.
- the output of the entire power generation device 2 is reduced.
- the other power generation devices 2b and 2c are not shaded unless the other power generation devices 2b and 2c are shaded. It can prevent that the output of 2c falls. Thereby, the fall of the generated electric power of the whole electric power generating apparatus can be suppressed. Thereby, since the fluctuation
- the photovoltaic power generation system 200 includes a power generation device 2, a power storage device 3, a power output unit 4, a charge / discharge control unit 201, a DC-DC converter 7, a generated power detection unit 8, It has.
- a distribution board 202 is provided on the AC bus 9 between the power output unit 4 and the power system 50.
- Three loads 210, 220 and 230 are connected to the AC side bus 9 through the distribution board 202.
- the load 210 is often used within the time (about 2 minutes to about 20 minutes) of the lower limit period T2 to the upper limit period T1 of the fluctuation period corresponding to the load frequency control (LFC), and the power consumption For example, an IH heater or the like.
- the load 220 and the load 230 are loads such as lighting with low power consumption or loads that are not frequently switched on / off.
- the charge / discharge control unit 201 is an example of the “charge / discharge control device” in the present invention.
- a sensor 203 that detects the operating status of the load 210 is provided.
- the charge / discharge control unit 201 can determine whether the load 210 is used (ON) or not used (OFF) based on the output signal of the sensor 203.
- the charge / discharge control unit 201 suppresses a change in power entering and exiting the power system 50 that is generated when the load 210 is switched on / off. The charging / discharging of the storage battery 31 is controlled.
- the battery 31 is discharged from the storage battery 31 so as to suppress the decrease in power sales or the increase in purchased power.
- the power consumption increases or the power purchase decreases because the consumption of the load 210 decreases.
- the storage battery 31 is charged so as to suppress the minute.
- a change in the operation status of the load 210 connected to the AC bus 9 between the power generation device 2 and the power system 50 is detected, and a change in the operation status of the load 210 is detected.
- the charging / discharging control of the storage battery 31 is performed so as to suppress the change in the power entering and exiting the power system 50 that accompanies it.
- the power output to the power system 50 side is reduced by the amount of power consumed by the load 210. At least a part of the decrease can be discharged from the storage battery 31.
- the power transition output to the power system 50 side when the control according to the third embodiment is performed on the power generation power transition of the power generator 2 was verified.
- the control according to the third embodiment as Example 4, when the load 210 is switched on / off while performing the charge / discharge control of the first embodiment, the control is continued for a period during which the load 210 is on. Then, the storage battery 31 was discharged. That is, charging / discharging was performed so that charging power corresponding to the power consumption of the load 210 was added to the charging / discharging power of the storage battery 31 calculated in the first embodiment during the period when the load 210 was on.
- Example 5 when the on / off of the load 210 is switched while performing the charge / discharge control of the first embodiment, the charge / discharge of the storage battery 31 calculated in the first embodiment immediately after the switching is performed. Charging / discharging is performed so that the discharge power (on time) or charging power (off time) corresponding to the power consumption of the load 210 is added to the power, and then the power added immediately after switching is gradually reduced to 0 over 5 minutes.
- the storage battery 31 was controlled to go.
- Example 6 only the control of the first embodiment was performed.
- 19 and 20 show the transition of the power output from the power output unit when the controls of Examples 4, 5 and 6 are performed.
- FIG. 21 and FIG. 22 show the transition of the power that flows backward to the power system 50 side when the controls of Examples 4, 5, and 6 are performed (more precisely, the power that passes between the load 210 and the load 220). Transition).
- the load 210 in the period A from when the load 210 is turned on to when it is turned off, the load 210 is added to the output power calculated based on the transition of the generated power as shown in the sixth embodiment.
- the power is added to the power consumption. Therefore, in the period A of the fourth embodiment, charge / discharge control is performed from the storage battery 31 so as to add the discharge power corresponding to the power consumption of the load 210 compared to the sixth embodiment.
- Example 4 and Example 6 have the same transition.
- the load 210 is added to the output power calculated based on the transition of the generated power as shown in the sixth embodiment in the period B of 5 minutes after the load 210 is turned on. Is added to the power consumption, and then gradually reduced to the same output as in the sixth embodiment.
- the charge / discharge power of the storage battery 31 is calculated by adding the discharge power corresponding to the power consumption of the load 210 when the load 210 is turned on. The discharge power is gradually reduced to 0 over 5 minutes.
- the power consumption of the load 210 is subtracted from the output power calculated based on the transition of the generated power as shown in the embodiment 6 at the start of the period C. Electric power is output and then gradually increased to the same output as in the sixth embodiment.
- the charge / discharge power of the storage battery 31 is calculated by subtracting the discharge power corresponding to the power consumption of the load 210 when the load 210 is off, and the discharge corresponding to the subtraction. The electric power is gradually reduced to 0 over 5 minutes.
- Example 6 since the amount of consumption at the load 210 is reduced from the power output from the power output unit 4, when the load 210 is on and off, It can be seen that there is a sudden fluctuation in the power output to the power system 50 side.
- Example 4 and Example 5 it can be seen that the period A to C, which is a large fluctuation in Example 6, smoothly changes without abrupt fluctuation. Therefore, it can be seen that the fourth and fifth embodiments have less influence on the power system 50 than the sixth embodiment.
- Example 4 and Example 5 are suppressing the frequency fluctuation at the substantially same level.
- the fifth embodiment adds the power consumed by the load 210 as in the fourth embodiment, while the power consumed by the load 210 in the period C. Therefore, the charging / discharging of the storage battery 31 is difficult to tilt in one direction of charging or discharging. As a result, the depth of discharge of the storage battery 31 can be suppressed, which is advantageous for extending the life and capacity of the storage battery 31, and it can be seen that Example 5 is more effective than Example 4.
- a power generation system (solar power generation system 300) according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
- the fourth embodiment unlike the first embodiment in which charge / discharge control is performed on the basis of generated power, an example in which charge / discharge control is performed on the basis of power (purchased power or sold power) that enters and exits the power system 50 will be described. To do.
- the photovoltaic power generation system 300 includes a power generation device 2, a power storage device 3, a power output unit 4, a charge / discharge control unit 301, a DC-DC converter 7, a generated power detection unit 8, It has.
- Three loads 210, 220, and 230 are connected to the AC bus 9 between the power output unit 4 and the power system 50 via the distribution board 202.
- the charge / discharge control unit 301 is an example of the “charge / discharge control device” in the present invention.
- the power meter 310 for measuring the power sold from the solar power generation system 300 to the power system 50 and the power purchased from the power system 50 are measured closer to the power system 50 than the distribution board 202 of the AC bus 9.
- a power meter 320 is provided.
- Each of the power meter 310 and the power meter 320 is provided with a power sensor 302 and a power sensor 303.
- the power sensor 302 and the power sensor 303 are examples of the “power detection unit” in the present invention.
- the charge / discharge control unit 5 calculates target output power based on past input / output power data, and charges / discharges the storage battery 31 so as to compensate for at least part of the difference between the actual input / output power and the target output power. I do. That is, when the actual input / output power is larger than the target output power, the charge / discharge control unit 5 controls the DC-DC converter 33 so as to charge the storage battery 31 with at least a part of the excess power, When the actual input / output power is smaller than the target output power, the DC-DC converter 33 is controlled so that at least a part of the insufficient power is discharged from the storage battery 31.
- the charge / discharge control unit 301 is configured such that the generated power of the power generation device 2 is greater than or equal to a predetermined generated power (control start generated power), and the change amount of the input / output power (the purchased power or the sold power) is a predetermined change amount. When it is (control start change amount) or more, charge / discharge control is started. Further, even when the amount of change in input / output power is equal to or greater than the control start change amount, the charge / discharge control unit 301 is configured not to start the charge / discharge control when returning to near the power before the change within the standby time. ing.
- the control start change amount of the fourth embodiment is, for example, a change amount that is larger than the maximum change amount for each detection time interval in the daytime time period when the weather is fine (clear sky with almost no clouds), and the detection time interval, the load amount, etc. Set in consideration.
- the control start change amount is set to 5% of the rated output of the power generator 2.
- the transition of input / output power substantially corresponds to the value obtained by subtracting the power consumption of the loads (loads 210, 220 and 230) from the generated power transition.
- the frequency of sudden fluctuations in the power consumption of the load is not high throughout the day, so the transition of the generated power and the transition of the input / output power vary in substantially the same way. Therefore, by performing charge / discharge control based on the input / output power, it is possible to suppress fluctuations in the input / output power and suppress the influence on the power system 50.
- the charge / discharge control of the storage battery 31 when the amount of change when the input / output power of the power sensors 302 and 303 changes is equal to or greater than the control start change amount, Since the charge / discharge control is not performed when the amount of change in the input / output power of the power sensors 302 and 303 is smaller than the control start change amount, the number of times of charge / discharge of the storage battery 31 can be reduced. Further, when the power does not return to the power in the vicinity of the input / output power before the change within the standby time from the time when the control start change amount is changed, the charge / discharge control is performed so that the input / output power of the power sensors 302 and 303 is reduced.
- the change amount is equal to or greater than the control start change amount, so the charge / discharge control is not performed when the power returns to the vicinity of the input / output power before the change within the standby time, so the number of times of charge / discharge of the storage battery 31 is further reduced. be able to. Thereby, the lifetime of the storage battery 31 can be extended.
- the control start generated power is set higher than in the first embodiment. Specifically, it is necessary to set according to the load amount. For example, when the consumption amount at the load changes around 200 W, the rated output 10 of the power generator 2 set in the first embodiment or the like is set. Set to add 200W to%.
- 26, 27, and 28 show simulation results when charge / discharge control according to the first embodiment is performed with detection time intervals of 2 seconds, 10 seconds, and 30 seconds, respectively.
- FIG. 29 shows an analysis result obtained by performing a fast Fourier transform on the power transition after smoothing in FIGS.
- the fluctuation of the actual generated power can be suppressed in any of 2 seconds, 10 seconds and 30 seconds.
- the detection time interval is 2 seconds
- the power spectrum is reduced as a whole in the fluctuation period of 5 to 20 minutes, and it can be seen that the smoothing effect is high.
- the detection time intervals are 2 seconds, 10 seconds, and 30 seconds, but the control start change amounts are 2%, 4%, and 6%, respectively.
- the target output power Q (t) using the first-order lag method is obtained by the following equation.
- Q (t) Q (t ⁇ t) + ⁇ W (t) ⁇ Q (t ⁇ t) ⁇ / N (1)
- W (t) is detected power (for example, generated power or input / output power)
- N is a value obtained by dividing a predetermined time constant T by the detection time interval ⁇ t (data of generated power included in time T or The number of input / output power data).
- the target output power Q (t) at time t is calculated by adding the target output power Q (t ⁇ t) to the previous target output power Q (t ⁇ t) and the generated power or input / output power W (t) at time t. It is calculated as a value obtained by adding a value obtained by dividing the difference by N.
- the target output power of the first-order lag method is calculated using the target output power at the previous time point. For this reason, in the control for starting the charge / discharge control from the middle of the day as in the first to fourth embodiments, the target output power is not calculated before the start of the charge / discharge control. The output power cannot be calculated.
- the target output power is always calculated even before the start of charge / discharge control, and when the charge / discharge control is started, the calculated target output power value is used. It is conceivable to calculate the target output power at the time.
- the target output power is greatly affected by the past generated power, for example, when the generated power is on an upward trend as shown in FIG. 30, when the charge / discharge control is started, the low generated power until then is started. As a result, the target output power is greatly reduced, and a large fluctuation affecting the power system is included.
- the previous target output power Q (t ⁇ t) is generated by the previous power generation.
- the target output power Q (t) is calculated as power or input / output power W (t ⁇ t). And it calculates using said Formula (1) after that. Thereby, it is possible to prevent fluctuations in output power from occurring at the start of charge / discharge control.
- FIG. 33 shows the transition of the charged amount of the storage battery when smoothing is performed by the moving average method with the sampling period being 10 minutes and 20 minutes, and smoothing is performed by the first-order lag method with the time constant T being 10 minutes.
- the transition of the charge amount of the storage battery in the case is shown.
- the detection time interval ( ⁇ t) is the same (for example, 30 seconds).
- the sampling period is preferably set to a frequency (for example, about 2 minutes to about 20 minutes) or more that can be handled by LFC.
- a frequency for example, about 2 minutes to about 20 minutes
- the charge / discharge amount tends to increase, so the time constant is It is preferable to make it relatively short.
- the time constant is preferably about 2 minutes to about 10 minutes or more, and more preferably about 10 minutes or more.
- the present invention is not limited to this, and other wind power generation devices and the like are used.
- a natural energy generator may be used.
- a Li-ion battery or a Ni-MH battery is used as a storage battery.
- the present invention is not limited to this, and other secondary batteries may be used.
- a capacitor may be used instead of the storage battery.
- the sampling period is shortened both at the start (initial) and at the end (end) of the charge / discharge control is shown.
- the present invention is not limited to this, and the charge / discharge control is not limited to this. Only one of the sampling periods at the start (initial) and the end (end) of the discharge control may be shortened.
- the DC-DC converters 7a to 7c are provided in each of the three power generation devices 2a to 2c.
- the present invention is not limited to this, and one DC-DC converter is provided. You may connect to a several electric power generating apparatus. For example, a separate DC-DC converter may be connected to each of the power generation devices 2a, 2b, and 2c, or one DC-DC converter may be connected to the power generation devices 2a and 2b, and another DC-DC converter may be connected to the power generation device 2c. A converter may be connected.
- the present invention is not limited to this and may be a voltage other than 48V.
- a voltage of a storage battery 60 V or less is desirable.
- control start generated power is 10% of the rated output of the power generator 2 and the control start change amount is 5% of the generated power before the power generator 2 is changed will be described.
- the present invention is not limited to this, and numerical values other than those described above may be used.
- the control start change amount may be determined based on the rated output of the power generator.
- the magnitude of the control start generated power is preferably larger than the magnitude of the control start change amount.
- the standby time is preferably equal to or less than the upper limit cycle T1 of the fluctuation cycle that can be handled by the load frequency control (LFC), and more preferably a period equal to or less than the lower limit cycle T2.
- the value of the lower limit cycle also changes due to the influence of the so-called leveling effect on the power system side.
- the magnitude of the leveling effect also changes according to the degree of spread of the solar power generation system and the regional dispersibility.
- the upper threshold value and the lower threshold value for determining that the value has returned to the vicinity of the generated power before the change are 101% and 99% of the generated power before the change, respectively.
- the present invention is not limited to this, and values other than these values may be used as the upper threshold and the lower threshold. Further, the same value may be used without differentiating the upper threshold value and the lower threshold value. For example, the same generated power as that before the change may be used as the upper and lower common thresholds.
- the threshold value that is in the range of 1% of the generated power before the change is used corresponding to the control start change amount being 5% of the generated power before the change. You may change corresponding to the magnitude
- the present invention is not limited to the specific numerical values such as the sampling period and bus voltage described in the first to fourth embodiments, and can be changed as appropriate.
- the said 3rd Embodiment demonstrated the example which controls charging / discharging of the storage battery 31 based on the output signal of the sensor 203 which detects ON / OFF of the load 210, this invention is not limited to this, The load 210 The charging / discharging of the storage battery 31 may be controlled based on the output signal of the power sensor that detects the power consumption.
- the charge / discharge control unit 5 controls the DC-DC converter 33 to perform charge / discharge control of the storage battery 31.
- the present invention is not limited to this. I can't.
- the charging / discharging unit 32 is provided with a charging / discharging switch for charging / discharging the storage battery 31, and the charging / discharging control unit 5 controls the on / off of the charging / discharging switch, thereby controlling the charging / discharging of the storage battery 31. Also good.
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Abstract
発電装置による発電電力の変動に起因する電力系統への影響を抑制しながら、蓄電部の長寿命化を図ることが可能な充放電制御装置を提供する。この充放電制御装置(5)は、発電装置と電力系統との間の配線の所定部分を通過する電力を検出する電力検出部(8)により検出された電力が第1電力から第2電力に変化した際の変化量が所定の変化量以上であり、かつ、第1電力から第2電力に変化した時点から第1期間内に第2電力から第1電力近傍の電力に戻らない場合に、蓄電部の充放電制御を開始するように構成されている。
Description
本発明は、充放電制御装置および発電システムに関し、特に、自然エネルギーを用いて発電する発電装置と、電力を蓄電可能な蓄電部とを備えた発電システムに用いられる充放電制御装置および充放電制御装置を備えた発電システムに関する。
近年、変電所からの交流電力の供給を受ける各需要家(たとえば、住宅や工場など)に、風力や太陽光などの自然エネルギーを利用した発電装置(太陽電池など)が設けられるケースが増加している。このような発電装置は、変電所の配下に設けられる電力系統に接続され、発電装置により発電された電力は、需要家内の電力消費装置側に出力される。また、需要家内の電力消費装置により消費されずに余った電力は、電力系統に出力される。この需要家から電力系統に向かう電力の流れは、「逆潮流」と呼ばれ、需要家から電力系統に出力される電力は「逆潮流電力」と呼ばれる。
ここで、電力会社等の電力供給者には、電力の安定供給の義務が課されており、逆潮流電力分も含めた電力系統全体における周波数や電圧を一定に保つ必要がある。たとえば、電力供給者は、変動周期の大きさに応じた複数の制御手法によって、電力系統全体の周波数を一定に保っている。具体的には、一般に20分程度以上の変動周期をもつような負荷成分については、最も経済的な発電電力の出力分担が可能なように経済負荷配分制御(EDC:Economic Dispatching Control)が行われている。このEDCは、1日の負荷変動予想に基づいた制御であり、時々刻々と変動する負荷の増減(20分程度より小さい変動周期の成分)に対する対応は困難である。そこで、電力会社は、時々刻々と変動する負荷に応じて電力系統への電力の供給量を調整し、周波数の安定化を行うための複数の制御を行っている。EDCを除いたこれらの制御は特に周波数制御と呼ばれており、この周波数制御によって、EDCで調整できない負荷変動分の調整を行っている。
より詳細には、約10秒以下の変動周期の成分については、電力系統自体の自己制御性により自然に吸収することができる。また、約10秒~数分程度の変動周期の成分に対しては、各発電所の発電機のガバナフリー運転により対応が可能である。また、数分から20分程度までの変動周期の成分については、負荷周波数制御(LFC:Load Frequency Control)により対応している。この負荷周波数制御では、電力供給者の中央給電指令所からの制御信号によってLFC用発電所が発電出力を調整することにより、周波数制御を行っている。
しかし、自然エネルギーを利用した発電装置の出力は、天候などに応じて急激に変化することがある。このような発電装置の出力の急激な変化は、連系している電力系統の周波数の安定度に大きな悪影響を与えてしまう。この悪影響は、自然エネルギーを利用した発電装置を有する需要家が増えるほど顕著になってくる。このため、今後、自然エネルギーを利用した発電装置を有する需要家がさらに増えてきた場合には、発電装置の出力の急激な変化を抑制することにより、電力系統の安定度を維持する必要が生じてくる。
そこで、従来、このような発電装置の出力の急激な変化を抑制するために、自然エネルギーを利用した発電装置と、発電装置により発電された電力を蓄電可能な蓄電部とを備えた発電システムが提案されている。このような発電システムは、たとえば、特開2007-228737号公報に開示されている。
上記特開2007-228737号公報には、太陽電池と、太陽電池に接続されるとともに電力系統に接続されるインバータと、インバータと太陽電池とを接続する母線に接続された充放電部と、充放電部に接続された蓄電部とを備えた発電システムが開示されている。上記特開2007-228737号公報では、太陽電池の発電電力の変動に伴って蓄電部の充放電を行うように充放電部を制御することにより、インバータからの出力電力の変動を抑制している。これにより、電力系統への出力電力の変動を抑制することが可能であるので、電力系統の周波数などへの悪影響を抑制することが可能である。
しかしながら、上記特開2007-228737号公報では、発電装置の発電電力の変化に伴って蓄電部の充放電がその都度行われるので、充放電の回数が多くなり、その結果、2次電池などからなる蓄電部の寿命が短くなるという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、発電装置による発電電力の変動に起因する電力系統への影響を抑制しながら、蓄電部の長寿命化を図ることが可能な充放電制御装置および発電システムを提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面による充放電制御装置は、電力系統に連系され、自然エネルギーを用いて発電する発電装置と電力を蓄電可能な蓄電部とを備えた発電システムに用いられ、蓄電部の充放電を制御する充放電制御装置であって、発電装置と電力系統との間の配線の所定部分を通過する電力を検出する電力検出部により検出された電力が第1電力から第2電力に変化した際の変化量が所定の変化量以上であり、かつ、第1電力から第2電力に変化した時点から第1期間内に第2電力から第1電力近傍の電力に戻らない場合に、蓄電部の充放電制御を開始するように構成されている。なお、第1電力および第2電力は一定の値を意味するものではなく、所定の変化量以上の電力の変化があった場合の変化前の電力および変化後の電力を意味する。
この発明の第2の局面による発電システムは、電力系統に連系され、自然エネルギーを用いて発電する発電装置と、電力を蓄電可能な蓄電部と、発電装置と電力系統との間の配線の所定部分を通過する電力を検出する電力検出部と、蓄電部の充放電を制御する充放電制御部とを備え、充放電制御部は、電力検出部により検出された電力が第1電力から第2電力に変化した際の変化量が所定の変化量以上であり、かつ、第1電力から第2電力に変化した時点から第1期間内に第2電力から第1電力近傍の電力に戻らない場合に、蓄電部の充放電制御を開始するように構成されている。
本発明によれば、発電装置による発電電力の変動などに起因する電力系統への影響を抑制しながら、蓄電部の長寿命化を図ることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
まず、図1~図7を参照して、本発明の第1実施形態による発電システム(太陽光発電システム1)の構造を説明する。
まず、図1~図7を参照して、本発明の第1実施形態による発電システム(太陽光発電システム1)の構造を説明する。
本発明の第1実施形態による太陽光発電システム1は、太陽光を用いて発電する太陽電池からなる発電装置2と、発電装置2により発電された電力を蓄電可能な蓄電装置3と、電力系統50に接続され、発電装置2により発電された電力および蓄電装置3により蓄電された電力を電力系統50側に出力するインバータを含む電力出力部4と、蓄電装置3の充放電を制御する充放電制御部5とを備えている。なお、充放電制御部5は、本発明の「充放電制御装置」の一例である。
発電装置2と電力出力部4とを接続する直流側母線6には、DC-DCコンバータ7が直列的に接続されている。DC-DCコンバータ7は、発電装置2により発電された電力の直流電圧を一定の直流電圧(第1実施形態では、約260V)に変換して電力出力部4側に出力する機能を有する。また、DC-DCコンバータ7は、いわゆるMPPT(Maximum Power Point Tracking)制御機能を有している。MPPT制御機能とは、発電装置2により発電された電力が最大となるように発電装置2の動作電圧を自動的に調整する機能である。発電装置2とDC-DCコンバータ7との間には、発電装置2に向かって電流が逆流するのを防止するためのダイオード(図示せず)が設けられている。なお、DC-DCコンバータ7は、本発明の「DC-DCコンバータ」の一例である。また、直流側母線6は、本発明の「配線」の一例である。
また、蓄電装置3は、直流側母線6に並列的に接続された蓄電池31と、蓄電池31の充放電を行う充放電部32とを含んでいる。蓄電池31としては、自然放電が少なく、充放電効率の高い2次電池(たとえば、Li-ion蓄電池、Ni-MH蓄電池など)が用いられている。また、蓄電池31の電圧は約48Vである。なお、蓄電池31は、本発明の「蓄電部」の一例である。
充放電部32は、DC-DCコンバータ33を有しており、直流側母線6と蓄電池31とはDC-DCコンバータ33を介して接続されている。DC-DCコンバータ33は、充電時には、蓄電池31に供給する電力の電圧を、直流側母線6の電圧から蓄電池31を充電するのに適した電圧まで降圧させることにより、直流側母線6側から蓄電池31側に電力を供給する。また、DC-DCコンバータ33は、放電時には、直流側母線6側に放電させる電力の電圧を、蓄電池31の電圧から直流側母線6の電圧付近まで昇圧させることにより、蓄電池31側から直流側母線6側に電力を放電させる。
また、充放電制御部5は、CPU5aおよびメモリ5bを含んでいるとともに、DC-DCコンバータ33を制御することにより、蓄電池31の充放電制御を行う。具体的には、充放電制御部5は、発電装置2の発電電力(DC-DCコンバータ7の出力電力)と、後述する目標出力電力とに基づいて、発電装置2の発電電力と目標出力電力との差を補償するように蓄電池31の充放電を行う。すなわち、充放電制御部5は、発電装置2の発電電力が目標出力電力よりも大きい場合には、過剰分の電力を蓄電池31に充電するようにDC-DCコンバータ33を制御するとともに、発電装置2の発電電力が目標出力電力よりも小さい場合には、不足分の電力を蓄電池31から放電するようにDC-DCコンバータ33を制御するように構成されている。
また、DC-DCコンバータ7の出力側には、発電装置2の発電電力を検出する発電電力検出部8が設けられている。なお、発電電力検出部8は、本発明の「電力検出部」の一例である。充放電制御部5は、発電電力検出部8の検出結果に基づいて、発電装置2の発電電力を所定の検出時間間隔(たとえば、30秒以下)毎に取得することが可能である。第1実施形態では、充放電制御部5は、30秒毎に発電装置2の発電電力データを取得している。なお、この発電電力の検出時間間隔は、発電装置2の発電電力の変動周期などを勘案して適正な値に定める必要がある。この第1実施形態では、負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期よりも短く、かつ、後述する待機時間よりも短くなるように検出時間間隔を設定している。また、充放電制御部5は、電力出力部4の出力電力を取得することにより、実際に電力出力部4から電力系統50側に出力された電力と目標出力電力との差を認識することにより、電力出力部4からの出力電力が目標出力電力となるように充放電部32の充放電をフィードバック制御することが可能である。
また、充放電制御部5は、電力系統50側に出力する目標出力電力を、移動平均法を用いて算出するように構成されている。移動平均法とは、たとえばある時点の目標出力電力を、その時点より過去の期間の発電装置2の発電電力の平均値とする算出方法である。以下、目標出力電力の算出に用いる発電電力データを取得するための期間をサンプリング期間と呼ぶ。なお、サンプリング期間は、本発明の「検出電力データの取得期間」および「第2期間」の一例である。サンプリング期間は、負荷周波数制御(LFC)で対応する変動周期T1~T2の間、特に後半付近(長周期付近)からT1を超える範囲であまり長時間に渡らない範囲とすることが好ましい。サンプリング期間の具体的な値としては、たとえば、図7に示すような「負荷変動の大きさ-変動周期」特性を有する電力系統においては約10分以上約30分以下の期間であり、第1実施形態では、後述するように、充放電制御の初期および終期以外の期間においては、サンプリング期間を約10分としている。この場合、充放電制御部5は、約30秒置きに発電装置2の発電電力データを取得するので、過去10分の期間に含まれる20個の発電電力データの平均値を目標出力電力として算出している。この上限周期T1および下限周期T2については、後に詳細に説明する。
上記のように、第1実施形態では、発電装置2の発電電力をそのまま電力系統50側に出力するのではなく、過去の発電装置2の発電電力から目標出力電力を算出し、発電装置2の発電電力と蓄電池31の充放電量との合計が目標出力電力となるように蓄電池31の充放電を制御して目標出力電力を電力系統50側に出力する制御である充放電制御を行う。充放電制御を行うことにより、電力系統50側に出力する電力の変動が抑制されるので、雲の有無などによる発電装置2の発電電力の変動などに起因する電力系統50への悪影響が抑制される。
ここで、第1実施形態では、充放電制御部5は、充放電制御を常に行うわけではなく、特定の条件を満たした時にのみ充放電制御を行うように構成されている。すなわち、発電装置2の発電電力をそのまま電力系統50側に出力しても電力系統50への悪影響が小さい場合には充放電制御を行わず、悪影響が大きい場合にのみ充放電制御を行うように構成されている。具体的には、充放電制御部5は、発電装置2の発電電力が所定の発電電力(以下、「制御開始発電電力」と呼ぶ)以上で、かつ、発電装置2の発電電力の変化量が所定の変化量(以下、「制御開始変化量」と呼ぶ)以上である場合に、充放電制御を行うように構成されている。制御開始発電電力は、たとえば雨天時の発電電力よりも多い発電電力であり、具体的な数値としては、たとえば、発電装置2の定格出力の10%である。また、制御開始変化量は、快晴時(雲が殆どない晴天)の昼間の時間帯における検出時間間隔毎の最大変化量よりも多い変化量であり、具体的な数値としては、たとえば、変化前の発電電力の5%である。また、発電電力の変化量は、所定の検出時間間隔毎に検出される発電装置2の発電電力の連続する2つの発電電力データの差分を算出することにより取得される。なお、上記の具体的な数値(変化前の発電電力の5%および定格出力の10%)については、発電電力の検出時間間隔が約30秒である等、第1実施形態の場合に対応する数値であり、検出時間間隔を変えた場合には、その検出時間間隔に応じて制御開始発電電力および制御開始変化量を設定する必要がある。
また、充放電制御部5は、発電装置2の発電電力が制御開始発電電力未満の状態から制御開始発電電力以上の状態になった場合に、発電装置2の発電電力の変化量の検出を開始する。そして、発電装置2の発電電力が制御開始発電電力以上の状態で、発電装置2の発電電力の変化量が制御開始変化量以上になった時に、はじめて充放電制御を開始する。発電装置2の発電電力が制御開始発電電力以上になった場合にも、発電装置2の発電電力の変化量が制御開始変化量を超えない場合には充放電制御は行わない。また、発電装置2の発電電力の変化量が制御開始変化量を超えないまま、発電装置2の発電電力が制御開始発電電力未満になった場合には、発電装置2の発電電力の変化量の検出を停止する。
また、充放電制御部5は、発電装置2の発電電力の変化量が制御開始変化量以上になった場合であっても、制御開始変化量以上の変化を検出した時点から所定の待機時間内に発電電力が変化前の発電電力の近傍の値に戻った場合には、電力系統に与える悪影響が小さいので、充放電制御を開始しない。上記所定の待機時間は、負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期以下の期間であり、図7に示す変動周期-負荷変動線の関係図を参照して、好ましくは上限周期T1以下の期間であり、より好ましくは下限周期T2以下の期間である。第1実施形態では、待機時間を約2分以下とした。また、待機時間は検出時間間隔よりも大きく、検出時間間隔の2倍以上(たとえば、検出時間間隔の2倍以上の整数倍)である。なお、待機時間は、本発明の「第1期間」の一例である。また、変化前の発電電力の近傍の値とは、具体的には、変化前の発電電力に対して微小量だけ大きい上側閾値と、変化前の発電電力に対して微小量だけ小さい下側閾値との間の値である。上側閾値は、たとえば、変化前の発電電力の101%の値であり、下側閾値は、たとえば、変化前の発電電力の99%の値である。発電電力の制御開始変化量以上の変化が発電電力の制御開始変化量以上の低下である場合には、充放電制御部5は、発電電力が低下した後、待機時間内に下側閾値(変化前の発電電力の99%)以上にまで上昇した場合に、変化前の発電電力の近傍の値に戻ったと判断する。また、発電電力の制御開始変化量以上の変化が発電電力の制御開始変化量以上の上昇である場合には、充放電制御部5は、発電電力が上昇した後、待機時間内に上側閾値(変化前の発電電力の101%)以下にまで低下した場合に、変化前の発電電力の近傍の値に戻ったと判断する。つまり、発電電力の制御開始変化量以上の変化が上昇である場合と低下である場合とで、変化前の発電電力の近傍の値に戻ったか否かの判断の基準となる閾値を異ならせている。なお、上側閾値および下側閾値は、それぞれ、本発明の「第1閾値」および「第2閾値」の一例である。
上記した点を図2~図5を参照して説明する。図2に示すように、発電電力P(-2)から発電電力P(-1)まで急激に発電電力が低下した場合に、発電電力P(-1)を検出した時点から待機時間内に発電電力P(-2)の近傍の値まで戻らない場合(上昇しない場合)には、充放電制御を開始する。図2に示した例では待機時間を1分としている。この例では、発電電力P(-1)を検出した時点から1分の待機時間内に検出した発電電力P0およびP1が下側閾値を下回ったままである。この場合、充放電制御部5は、待機時間内に変化前の発電電力(発電電力P(-2))の近傍まで発電電力が戻らなかったと判断するとともに、発電電力P1の検出時点(待機時間の終了時点)で充放電制御を開始する。また、図3に示した例では、発電電力P(-1)を検出した時点から1分の待機時間内に検出した発電電力のうち、発電電力P0は下側閾値を下回っている一方、発電電力P1は下側閾値以上に上昇している。この場合、充放電制御部5は、待機時間内に変化前の発電電力(発電電力P(-2))の近傍まで発電電力が戻ったと判断するとともに、待機時間が経過した後も充放電制御を開始しない。
また、図4に示すように、発電電力P(-2)から発電電力P(-1)まで急激に発電電力が上昇した場合に、発電電力P(-1)を検出した時点から待機時間内に発電電力P(-2)の近傍の値まで戻らない場合(低下しない場合)には、充放電制御を開始する。図4に示した例では、発電電力P(-1)を検出した時点から1分の待機時間内に検出した発電電力P0およびP1が上側閾値を上回ったままである。この場合、充放電制御部5は、待機時間内に変化前の発電電力(発電電力P(-2))の近傍まで発電電力が戻らなかったと判断するとともに、発電電力P1の検出時点(待機時間の終了時点)で充放電制御を開始する。また、図5に示した例では、発電電力P(-1)を検出した時点から1分の待機時間内に検出した発電電力のうち、発電電力P0は上側閾値を上回っている一方、発電電力P1は上側閾値以下に下降している。この場合、充放電制御部5は、待機時間内に変化前の発電電力(発電電力P(-2))の近傍まで発電電力が戻ったと判断するとともに、待機時間が経過した後も充放電制御を開始しない。
なお、図2~図5における変化前の発電電力P(-2)および変化後の発電電力P(-1)は、それぞれ、本発明の「第1電力(第1発電電力)」および「第2電力(第2発電電力)」の一例である。
また、充放電制御部5は、充放電制御を開始した後、一定の制御期間の経過後に充放電制御を停止するように構成されている。なお、制御期間は、本発明の「第3期間」の一例である。制御期間は、少なくとも負荷周波数制御で対応する変動周期範囲を基に決定したサンプリング期間以上とし、充放電制御の初期あるいは終期に発電電力データ取得期間を短くする手法を取る場合には、少なくともサンプリング期間にデータ取得期間を短くする期間を加えたものが最低の制御期間である。制御期間は短すぎると負荷周波数制御で対応する変動周期範囲の抑制効果が薄くなり、長すぎると充放電回数の頻度が増えることから蓄電池寿命が短くなる傾向にあり、適切な時間を設定する必要がある。第1実施形態では、制御期間は30分間に設定されている。また、制御期間中に制御開始変化量以上の発電電力の変化を所定回数(第1実施形態では、3回)検出した場合には、充放電制御部5は、制御期間を延長するように構成されている。この延長は、3回目の発電電力変化を検出した時点で、新たに30分の制御期間を設定することにより行われる。制御期間が延長された場合、3回目の検出時点(延長開始時点)から制御開始変化量以上の発電電力の変化を新たに3回検出しない場合には、3回目の検出時点(延長開始時点)から30分後に充放電制御が停止される。3回目の検出時点(延長開始時点)から制御開始変化量以上の発電電力の変化を新たに3回検出した場合には、再度30分延長される。
また、充放電制御部5は、制御期間中に、発電装置2の発電電力が制御終了発電電力未満になった場合には、制御期間の経過前であっても、充放電制御を停止するように構成されている。なお、制御終了発電電力は、制御開始発電電力以下の値であり、第1実施形態では、制御開始発電電力の半分の値としている。
次に、図2および図6を参照して、本発明の第1実施形態による太陽光発電システム1の充放電制御部5による目標出力電力の算出方法について説明する。まず、図2に示すような発電電力変化があると仮定する。具体的には、徐々に発電電力が上昇していき、ある発電電力検出タイミング(発電電力P(-2))からその次の発電電力検出タイミング(発電電力P(-1))にかけて発電電力の急激な変化(低下)が生じ、その後、待機時間内に発電電力の変化量が変化前の発電電力(発電電力P(-2))の近傍の値に戻らずに発電電力が徐々に低下していく例を想定する。なお、図2においては発電電力が急激に低下する例を示しているが、発電電力が急激に上昇する場合も、以下に説明する目標出力電力の算出方法は同様である。
図2に示したような発電電力の急激な変化があった場合、図6に示すように、充放電制御の初期および終期以外の期間においては、充放電制御部5は、過去10分のサンプリング期間に含まれる20個の発電電力データの平均値を目標出力電力として算出する。その一方、充放電制御の初期(充放電制御の開始時から10分間)および終期(充放電制御の終了予定時までの10分間)については、充放電制御の初期および終期以外の期間の発電電力データのサンプリング期間(10分、20個の発電電力データ)よりも短い期間の発電電力データから目標出力電力を算出するように構成されている。
具体的には、充放電制御の初期において、充放電制御部5は、充放電制御の開始以降の発電電力データ(P1、P2…)をメモリ5bに順次蓄積していくとともに、発電電力データのサンプリング期間を充放電制御の開始時点からの発電電力データの蓄積量に応じて徐々に増加させる。すなわち、図6に示すように、ある発電電力検出タイミングにおける発電電力P(-2)と、その次の発電電力検出タイミングにおける発電電力P(-1)との間に大きな変化が生じ、かつ、待機時間内に発電電力P(-2)の近傍まで発電電力が戻らないことが認識されて充放電制御が開始された場合において、充放電制御開始後の1回目の目標出力電力Q1を、直前に取得した発電電力データP1そのものとし、2回目の目標出力電力Q2を、メモリ5bに蓄積された2つの発電電力データ(直前の2つの発電電力データP1およびP2)の平均とする。3回目の目標出力電力Q3は、メモリ5bに蓄積された3つの発電電力データ(直前の3つの発電電力データP1、P2およびP3)の平均とする。
同様にして、20回目の目標出力電力Q20を、その直前の20個の発電電力データ(P1~P20)の平均とする。発電電力データの蓄積量が20個に達した時点で、初期から初期および終期以外の期間に移行する。そして、発電電力データの蓄積量が20個に達した後(初期および終期以外の期間)では、20個の発電電力データに基づいて目標出力電力を算出する。
また、充放電制御の終了時点(終了予定時点)が近づくと、発電電力データのサンプリング期間を充放電制御の終了時点(終了予定時点)までの発電電力データの取得予定量に応じて徐々に減少させる。なお、終了予定時点は充放電制御の開始(延長の開始)から30分であるので、発電電力データのサンプリング期間を減少させ始める時点は算出可能である。すなわち、充放電制御の終了予定時点の10分前になった時点で、初期および終期以外の期間から終期に移行するとともに、終期の開始時点から発電電力データのサンプリング期間を減少させ始める。
具体的には、充放電制御の終了時点(終了予定時点)の目標出力電力の算出が制御開始からn回目とすると、制御終了前20回目の目標出力電力Q(n-19)を、その直前の20個の発電電力データP(n-38)~P(n-19)の平均とする。制御終了前19回目の目標出力電力Q(n-18)を、その直前の19個の発電電力データP(n-36)~P(n-18)の平均とする。同様にして、制御終了前3回目の目標出力電力Q(n-2)を、その直前の3個の発電電力データP(n-4)、P(n-3)およびP(n-2)の平均とする。制御終了前2回目の目標出力電力Q(n-1)を、その直前の2個の発電電力データP(n-2)およびP(n-1)の平均とする。そして、制御終了直前の目標出力電力Q(n)は、その直前の発電電力データP(n)そのままとする。
ここで、第1実施形態による充放電制御により変動抑制を主に行う変動周期範囲について説明する。図7に示すように、変動周期によって対応可能な制御方法が異なっており、負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期が領域D(ハッチングで示す領域)に示されている。また、EDCにより対応可能な変動周期は領域Aに示されている。なお、領域Bは、負荷変動などによる影響を電力系統50自体の自己制御性により自然に吸収する領域である。また、領域Cは、各発電所の発電機のガバナフリー運転により対応が可能な領域である。ここで、領域Dと領域Aとの境界線が負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期の上限周期T1となり、領域Cと領域Dとの境界線が負荷周波数制御により対応可能な変動周期の下限周期T2となる。この上限周期T1および下限周期T2は、図7より固有の周期ではなく、負荷変動の大きさなどによって変化する数値であることが分かる。さらに、構築された電力網によって図示されている変動周期の時間も変化する。第1実施形態では、EDC、電力系統50自体の自己制御性およびガバナフリー運転などによって対応できない領域D(LFCにより対応可能な領域)の範囲内に含まれる変動周期(変動周波数)を有する変動に着目し、抑制することを目的としている。
次に、図8を参照して、本発明の第1実施形態による太陽光発電システム1の充放電制御開始前の制御フローについて説明する。
充放電制御部5は、発電装置2の発電電力を所定の検出時間間隔毎(30秒毎)に検出している。そして、ステップS1において、充放電制御部5は、発電電力が制御開始発電電力以上になったか否かを判断する。発電電力が制御開始発電電力以上にならなかった場合には、この判断が繰り返される。発電電力が制御開始発電電力以上になった場合には、ステップS2において、充放電制御部5は、発電電力の変化量の監視を開始する。すなわち、検出した発電電力と、その直前の発電電力の検出値との差分を発電電力の変化量として取得する。
そして、ステップS3において、充放電制御部5は、制御開始変化量以上の発電電力の変化があったか否かを判断する。制御開始変化量以上の発電電力の変化がない場合には、ステップS2に戻り、発電電力の変化量の監視を継続する。
また、制御開始変化量以上の発電電力の変化があった場合には、ステップS4において、待機時間以内に発電電力が変化前の値の近傍に戻ったか否かを判断する。発電電力が変化前の値の近傍に戻った場合には、充放電制御を行わずにステップS2に戻り、発電電力の変化量の監視を継続する。発電電力が変化前の値の近傍に戻らない場合には、充放電制御を開始する。なお、図8には記載していないが、たとえばステップS2において発電電力の変化量を監視する際に発電電力の絶対値を確認し、発電電力が制御開始発電電力または制御終了発電電力を下回った場合にはステップS1に戻るようにもしている。
次に、図9を参照して、充放電制御の開始後の制御フローについて詳細に説明する。
充放電制御を開始した後、充放電制御部5は、ステップS5において、充放電制御を開始した時点からの経過時間のカウントを開始する。
次に、ステップS6において、充放電制御部5は、充放電制御を開始してからの発電電力データの蓄積数(サンプリング回数k1)または充放電制御の終了予定までのサンプリング予定回数k2が所定回数(第1実施形態では、20回)以上であるか否かを判断する。
発電電力データのサンプリング数k1または終了までのサンプリング予定回数k2が20個以上または20回以上である場合には、ステップS7において、直前の20個のサンプリング値を用いて移動平均法により目標出力電力を算出して設定する。
また、発電電力データのサンプリング数k1または制御終了までのサンプリング予定回数k2が所定個数(20個)または所定回数(20回)未満である場合には、ステップS8において、k1個またはk2個のサンプリング値を用いて移動平均法により目標出力電力を算出して設定する。すなわち、充放電制御の開始時には、目標出力電力の算出に用いるサンプリング数を目標出力電力の算出毎に1から20まで1つずつ増加させ、充放電制御の終了(予定)時には、目標出力電力の算出に用いるサンプリング数を目標出力電力の算出毎に20から1まで1つずつ減少させる。
そして、ステップS9において、充放電制御部5は、ステップS7またはS8において設定した目標出力電力と、目標出力電力の算出後に検出した発電電力との差を算出する。そして、ステップS10において、充放電制御部5は、充放電部32に対して過不足分の充放電を指示する。すなわち、目標出力電力が発電電力よりも大きい場合には、目標出力電力に対して発電装置2の発電電力では足りない分を蓄電池31により補うように、充放電制御部5はDC-DCコンバータ33に対して放電を指示する。また、目標出力電力が発電電力よりも小さい場合には、発電装置2の発電電力から目標出力電力を差し引いて余る分を蓄電池31に充電するように、充放電制御部5はDC-DCコンバータ33に対して充電を指示する。
そして、ステップS11において、目標出力電力(発電装置2の発電電力+蓄電池31の充放電電力)が電力出力部4から電力系統50側に出力される。
この後、ステップS12において、充放電制御部5は、所定の変化量(制御開始変化量)以上の発電電力の変化が制御期間(30分)中に所定回数(第1実施形態では、3回)あったか否かを判断する。制御開始変化量以上の発電電力の変化が3回あった場合には、この後も発電電力の変化が継続する可能性が高いので、ステップS13において、経過時間のカウントをリセットするとともに、充放電制御の期間を延長する。この場合、ステップS5に戻り、新たに経過時間のカウントを開始する。
また、制御開始変化量以上の発電電力の変化が3回未満の場合には、ステップS14において、発電装置2の発電電力が所定の発電電力(制御終了発電電力)以上であるか否かを判断する。そして、制御開始発電電力以上である場合には、ステップS15において、充放電制御部5は、充放電制御を開始してから、または、充放電制御期間を延長してから制御期間(30分)を経過したか否かを判断する。制御期間が経過した場合には、充放電制御部5は充放電制御を停止する。制御期間が経過していない場合には、ステップS6に戻り、充放電制御が継続される。
また、ステップS14において発電電力が制御終了発電電力未満であると判断された場合には、制御期間が経過していない場合であっても、充放電制御を停止する。
第1実施形態では、上記のように、発電装置2の発電電力が変化した際の変化量が制御開始変化量以上の場合に蓄電池31の充放電制御を行うように構成することによって、発電装置2の発電電力の変化量が制御開始変化量よりも小さい場合には充放電制御を行わないので、蓄電池31の充放電回数を減らすことができる。また、制御開始変化量以上変化した時点から待機時間内に変化前の発電電力近傍の発電電力に戻らない場合に、充放電制御を行うように構成することによって、発電装置2の発電電力の変化量が制御開始変化量以上の場合であっても、待機時間内に変化前の発電電力近傍の発電電力に戻った場合には充放電制御を行わないので、蓄電池31の充放電回数をさらに減らすことができる。これにより、蓄電池31の長寿命化を図ることができる。また、本願発明者は、鋭意検討した結果、後述するように、発電電力の変化量が制御開始変化量より小さい、または制御開始変化量より大きくても待機時間内に変化前の発電電力近傍の発電電力に戻った場合には、充放電制御を行わない場合であっても、発電装置2による発電電力の変動に起因する電力系統50への影響が小さいことを見出した。したがって、第1実施形態では、発電装置2による発電電力の変動に起因する電力系統50への影響を抑制しながら、蓄電池31の長寿命化を図ることができる。
また、第1実施形態では、上記のように、制御開始変化量以上変化した時点から待機時間内に、変化前の発電電力の近傍の値からなる閾値(下側閾値および上側閾値)に発電電力が到達しない場合に、変化前の発電電力の近傍の発電電力に戻らないと判断するように構成されている。このように構成することによって、変化前の発電電力の近傍に設定された閾値(下側閾値および上側閾値)を用いて、変化前の発電電力近傍の発電電力に戻ったか否かを容易に判断することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、制御開始変化量以上の変化が発電電力が大きくなる方向の変化で、かつ、待機時間内に発電電力が上側閾値以下にまで低下しない場合に、変化前の発電電力近傍の発電電力に戻らないと判断する。また、制御開始変化量以上の変化が発電電力が小さくなる方向の変化で、かつ、待機時間内に発電電力が下側閾値以上にまで上昇しない場合に、変化前の発電電力近傍の発電電力に戻らないと判断する。このように構成することによって、制御開始変化量以上の変化が発電電力が大きくなる方向の変化の場合には、変化前の発電電力よりも大きくかつ変化前の発電電力の近傍の上側閾値を下回ったか否かを判断することにより、変化前の発電電力よりも少し大きい発電電力にまで戻ったか否かを容易に判断することができる。また、制御開始変化量以上の変化が発電電力が小さくなる方向の変化の場合には、変化前の発電電力よりも小さくかつ変化前の発電電力の近傍の下側閾値を上回ったか否かを判断することにより、変化前の発電電力よりも少し大きい発電電力にまで戻ったか否かを容易に判断することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、発電電力が検出時間間隔よりも大きい待機時間内に変化前の発電電力近傍の発電電力に戻ったか否かを判断することによって、変化前の発電電力近傍に発電電力が戻ったか否かを判断する待機時間を検出時間間隔よりも大きい期間に設定することにより、発電電力の検出時間間隔よりも長い時間をかけて比較的緩やかに発電電力が変化前に戻る場合にも、待機時間内に発電電力が戻ったと判断して充放電制御を行わないようにすることができる。これによっても蓄電池31の充放電回数を減らすことができるので、蓄電池31の長寿命化を図ることができる。
また、第1実施形態では、上記のように、待機時間を検出時間間隔の2倍以上の整数倍の期間としている。このように構成することによって、待機時間内に発電電力が戻ったか否かを判断するために検出時間間隔以外のタイミングで発電電力を別途検出する必要がなく、検出時間間隔毎のタイミングで発電電力を検出することにより、待機時間内に発電電力が戻ったか否かを容易に判断することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、待機時間を負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期以下の期間としている。このように構成することによって、待機時間を設けることによって生じる変動周期に対応する影響を、少なくとも負荷周波数制御により対応可能な変動周期範囲内において抑制することができる。このため、負荷周波数制御により対応可能な変動周期部分の変動を抑制しながら、効果的に蓄電池31の充放電回数を減らすことができる。
また、第1実施形態では、上記のように、充放電制御の初期の期間において、充放電制御の初期および終期以外の期間よりも、移動平均の算出に用いる発電電力データのサンプリング期間を短くして目標出力電力を算出している。このように構成することによって、制御開始変化量以上の急激な発電電力の変化が生じた際に充放電制御を開始して充放電制御の開始時点の目標出力電力を算出する際に、発電電力データのサンプリング期間が短く設定されるので、充放電制御開始時の発電電力と大きく異なる急激な変化前(充放電制御開始前)の発電電力の値が目標出力電力の算出に用いられてしまうことを抑制することができる。これにより、充放電制御開始時において算出する目標出力電力と実際の発電電力との差を小さくすることができるので、充放電の開始時点の前後で電力系統50側への出力電力の変化を小さくすることができるとともに、その差を埋め合わせるための蓄電池31の充放電量を少なくすることができる。その結果、電力出力部4から電力系統50側に出力される電力量の変動を抑制することができるので、電力系統50への悪影響を抑制することができるとともに、蓄電池31の蓄電容量を小さくすることができる。
また、第1実施形態では、上記のように、充放電制御の終期における移動平均の算出に用いる発電電力データのサンプリング期間を、充放電制御の初期および終期以外の期間よりも短くすることによって、充放電制御の終了時点で、充放電制御の終了時点近傍の発電電力データのみ取得されて目標出力電力が算出されるので、充放電制御の終了時点で算出される目標出力電力と実際の発電電力との差を小さくすることができる。これにより、充放電制御の終了時点の前後で電力系統50側への出力電力の変化を小さくすることができる。その結果、電力出力部4から電力系統50側に出力される電力量の変動を抑制することができるので、電力系統50への悪影響を抑制することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、充放電制御の初期から初期および終期以外の期間にかけて移動平均に用いる発電電力データの取得期間を充放電制御の開始時点からの発電電力データの蓄積量に応じて徐々に増加して目標出力電力を算出している。このように構成することによって、移動平均に用いる発電電力データのサンプリング期間を充放電制御の開始時点からの発電電力データの蓄積量(蓄積期間)に応じて徐々に増加させることによって、充放電制御の開始時点以降に徐々に蓄積されて増加される発電電力データを蓄積量(蓄積期間)に応じて適切に取得して目標出力電力を算出することができるので、充放電制御の初期以降の目標出力電力を、実際の発電電力推移に近い値に設定することができる。これによっても、電力出力部4から電力系統50側に出力される電力量の変動を抑制することができるので、電力系統50への悪影響を抑制することができるとともに、蓄電池31の蓄電容量を小さくすることができる。
また、第1実施形態では、上記のように、充放電制御の初期および終期以外の期間から終期にかけて移動平均に用いる発電電力データのサンプリング期間を徐々に減少して目標出力電力を算出している。このように構成することによって、充放電制御の終期における移動平均の算出に用いる発電電力データのサンプリング期間を、充放電制御の初期および終期以外の期間よりも徐々に短くすることができるので、充放電制御の終了時点に近づくにつれて、目標出力電力と実際の発電電力との差を徐々に小さくすることができる。これにより、充放電制御の終了直前の目標出力電力と終了直後の実際の発電電力との差が大きくなってしまうことを抑制することができるので、充放電制御の終了時の前後で電力系統50側への電力の変化をより小さくすることができる。これにより、電力出力部4から電力系統50側に出力される電力量の変動をより抑制することができるので、電力系統50への悪影響をより抑制することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、蓄電池31の充放電制御を行う際に、発電電力データのサンプリング期間を、少なくとも負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期の下限周期T2以上の期間、好ましくは上限周期T1以上の期間Tとして、発電電力データを取得して移動平均法により目標出力電力を算出している。このように構成することによって、負荷周波数制御により対応可能な変動周期を考慮したTをサンプリング期間として算出した目標出力電力となるように充放電を制御することにより、負荷周波数制御(LFC)により対応する変動周期の成分を減らすことができる。これにより、電力系統50に影響を与えることを抑制することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、充放電制御の開始から所定の制御期間の経過後に充放電制御を停止している。このように構成することによって、一定期間のみ充放電制御することにより、充放電制御を停止しない場合に比べて充放電回数を減少することができる。これによっても、蓄電池31の長寿命化を図ることができる。また、充放電制御の停止を時間により制御することができるので、制御アルゴリズムを簡略化することができる。
また、第1実施形態では、上記のように、充放電制御中に、発電電力の制御開始変化量以上の変化が所定回数以上あった場合に、充放電制御の制御期間を延長している。このように構成することによって、発電電力の変動が続くと予想される場合には継続して充放電制御を行うことができる一方、発電電力の変動が続かず、充放電制御が不必要と考えられる期間には充放電制御を行うことを抑制することができる。その結果、蓄電池31の充放電回数を減少させながら、効果的に充放電制御を行うことができる。
また、第1実施形態では、上記のように、発電電力の変化量がたとえば快晴時の昼間の時間帯における検出時間間隔毎の最大変化量以上になった場合に充放電制御を行う。このように構成することによって、発電電力の検出時間間隔毎の変化量の少ない快晴時には、充放電制御を行わなくても電力系統50への悪影響が小さいので、快晴時に充放電制御を行わないことにより、発電装置2による発電電力の変動に起因する電力系統50への影響を抑制しながら充放電回数を減少することができ、その結果、蓄電池31の長寿命化を図ることができる。
また、第1実施形態では、上記のように、発電電力の変化量が変化前の発電電力の5%の変化量以上になった場合に充放電制御を行う。このように構成することによって、充放電制御を開始する際の閾値である制御開始変化量を快晴時の変化量よりも大きくすることができるので、容易に快晴時に充放電制御を行わないように制御することができる。また、制御開始変化量は、発電装置2の定格容量を基準にして求めてもよい。このようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。
また、第1実施形態では、上記のように、DC-DCコンバータ7により変換された所定の直流電圧の電力と、電力系統50側に出力する目標出力電力とに基づいて、充放電部32を制御している。このように構成することによって、日射量などにより直流側母線6の電圧が変動することを抑制することができ、直流側母線6の部分を略一定の電圧とすることが可能になる。充放電量を制御するために、蓄電池31側と直流側母線6側との電圧差が重要になるが、直流側母線6側が略一定電圧であることから、蓄電池31側のみの電圧制御により充放電量の制御が可能になる。これにより、充放電制御部5の制御性を向上させることができる。
次に、図10~図16を参照して、本発明の第1実施形態による太陽光発電システム1を用いることによる効果に関して鋭意検討した結果について、詳細に説明する。
図10には、快晴時および雲のある晴天時の一日の実際の発電電力(出力電力)の変動推移を示している。なお、図10は、充放電制御を行わない場合の電力系統50側への出力電力(発電装置2の発電電力そのまま)を示している。
図10に示すように、快晴時には、日光が雲により遮られることがないので、発電装置2の発電電力が大きな変動なく滑らかに推移していることがわかる。その一方、図10に示すように、雲のある晴天時には、雲の影響により日射量が変動することに起因して、発電装置2の発電電力が大きな変動を繰り返しながら推移していることがわかる。
また、第1実施形態による充放電制御を行わずに終日移動平均法による充放電制御を行う場合における蓄電池31の充電量の推移を図11に示す。図11に示すように、快晴時の充放電の最大深度差H1は蓄電池の最大充電量の約14%であり、雲のある晴天時の充放電の最大深度差H2は蓄電池の最大充電量の約15%である。すなわち、快晴時と雲のある晴天時とで充放電の最大深度差は大きく変わらないことがわかる。
充放電の最大深度差が蓄電池31の寿命に大きく影響することが知られているが、上記のように快晴時と晴天時とで充放電の最大深度差が大きく変わらないことから、快晴時と雲のある晴天時とで蓄電池31の寿命は大きく変わらないことがわかる。すなわち、全体的な推移が略同じであれば、大きな変動の頻度に拘わらず、蓄電池寿命は殆ど変わらないことがわかる。
ここで、図10の出力電力パターンが電力系統50に与える影響について考察する。電力系統50への影響を検討するために、図10の出力電力パターンについて、FFT(高速フーリエ変換)により解析した。図10のFFTによる解析結果を図12に示す。
図12に示すように、快晴時と雲のある晴天時とでパワースペクトルについて大きな差異が見られることがわかる。特に負荷周波数制御(LFC)領域である数分程度の周波数領域を見てみると、快晴時のパワースペクトルは晴天時の1/4程度の大きさとなっている。したがって、快晴時においては、充放電制御を行わなくても出力変動による電力系統50への悪影響は小さいことがわかる。
次に、雨天時の出力変動が電力系統50に与える影響について考察する。図13および図14には、雨天時の一日の実際の発電電力の変動推移およびそのFFT解析結果を示している。なお、図13は、充放電制御を行わない場合の電力系統50側への出力電力(発電装置2の発電電力そのまま)を示している。
図13に示すように、雨天時においても出力変動(発電電力の変動)が多い一方、図14に示すように、FFT解析によるパワースペクトルは非常に小さくなっていることがわかる。すなわち、雨天時には、充放電制御を行わなくても電力系統50への悪影響は小さいことがわかる。
以上のことから、FFT解析の結果、快晴時や雨天時においてはパワースペクトルが小さく、充放電制御を行わない場合であっても電力系統50への悪影響は小さいので、充放電制御を行う必要性が低いことを見出した。また、蓄電池31の寿命には大きく影響を与える充放電深度については、全体的な発電電力の推移が略同じであれば、大きな変動の頻度に拘わらず充放電制御を行う場合と行わない場合とで殆ど差が見られないことが判明した。したがって、快晴時や雨天時に充放電制御を行わないようにすることによって、充放電制御を行う頻度を低減することができ、蓄電池寿命を延ばすことができる。
次に、充放電制御を行うことによる電力系統50への悪影響の軽減効果を検証した結果について説明する。図15には、比較例1、比較例2、比較例3、実施例1および2についてのFFT解析結果を示している。比較例1は、充放電制御を行わない場合(発電装置2の発電電力をそのまま電力系統側に出力する場合)の例である。比較例2は、第1実施形態の移動平均法とは異なる一般的な移動平均法による充放電制御を一日中常時行った場合の例である。なお、一般的な移動平均法とは、充放電制御の開始時および終了時においてサンプリング数(サンプリング期間)を減少させる第1実施形態の移動平均法と異なり、充放電制御の開始時および終了時であっても、常に一定のサンプリング数に基づいて目標出力電力を算出する制御である。また、比較例3、実施例1および2は、第1実施形態と同様に、発電装置2の発電電力が定格出力の10%を超えた場合に発電電力の監視を開始し、発電電力の変化が変化前の発電電力の5%を超え、かつ、待機時間内に発電電力が変化前の値の近傍に戻らなかった場合に充放電制御を開始する例である。また、比較例3、実施例1および2では、第1実施形態と同様に、充放電制御の開始時および終了時にサンプリング数を減らす充放電制御を行っている。また、比較例3は、第1実施形態と異なり、発電電力が変化前の値の近傍に戻ったか否かを判断する際の待機時間を設けない例である。また、実施例1および2は待機時間を設けた例であり、実施例1および2では、それぞれ、待機時間を1分および2分とした。
図15に示すように、比較例2、比較例3、実施例1および実施例2は、比較例1に比べてFFT解析結果のパワースペクトルが減少している。すなわち、比較例2、比較例3、実施例1および実施例2では、充放電制御を行わない場合(比較例1)と比べて大きくパワースペクトルが減少している。また、比較例3、実施例1および実施例2では、一般的な移動平均法を一日中行った場合(比較例2)と同レベルで出力電力の平滑化ができていることから、一般的な移動平均法を一日中常時行った場合と同レベルで電力系統50への悪影響を抑制できていることがわかる。以上のことから、第1実施形態による充放電制御を行うことによって、一般的な移動平均法によって充放電制御を一日中常時行った場合と同様に、電力系統への悪影響を軽減することが可能であることが判明した。
ここで、比較例2、比較例3、実施例1および実施例2における蓄電池31の寿命を簡易的に見積もった結果を以下の表1に示す。ここでは、約2ヶ月間の発電電力データに基づいて、比較例2、比較例3、実施例1および実施例2のそれぞれの充電量および放電量の総和を求め、その逆数をもって電池寿命の見積もり値とした。また、比較例3、実施例1および実施例2の値は、比較例2の値を基準に規格化された値である。
次に、移動平均法のサンプリング期間について検討した。ここでは、発電電力データの取得期間であるサンプリング期間を10分とした場合のFFT解析結果と、サンプリング期間を20分とした場合のFFT解析結果を図16に示す。図16に示すように、サンプリング期間が10分の場合には、変動周期が10分未満の範囲における変動が抑制されている一方、変動周期が10分以上の範囲における変動があまり抑制されていないことがわかる。また、サンプリング期間が20分の場合には、変動周期が20分未満の範囲における変動が抑制されている一方、変動周期が20分以上の範囲における変動はあまり抑制されていない。したがって、サンプリング期間の長さと、充放電制御により抑制できる変動周期との間には良好な相関関係があることがわかる。このため、サンプリング期間の設定により効果的に変動周期を抑制できる範囲が変わることがいえる。そこで、本システムで主に注目している負荷周波数制御により対応可能な変動周期の部分を抑制するためには、サンプリング期間を負荷周波数制御で対応する変動周期以上、特にT1~T2の後半付近(長周期付近)からT1以上の範囲の期間とすることが好ましいことがわかる。たとえば、図7の例では20分以上のサンプリング期間とすることにより、負荷周波数制御で対応する変動周期の殆どを抑制することができることがわかる。ただし、サンプリング期間を長くすると、必要な蓄電池容量が大きくなる傾向があり、T1よりもあまり長くないサンプリング期間を選択することが好ましい。
(第2実施形態)
次に、図17を参照して、本発明の第2実施形態による発電システム(太陽光発電システム100)について説明する。
次に、図17を参照して、本発明の第2実施形態による発電システム(太陽光発電システム100)について説明する。
図17に示すように、太陽光発電システム100では、太陽光を用いて発電する太陽電池からなる3つの発電装置2a、2bおよび2cと、蓄電装置3と、電力出力部4と、充放電制御部15とを備えている。なお、発電装置2a、2bおよび2cの合計の発電電力が電力出力部4で処理可能な発電電力以下になるようにすることが好ましい。なお、充放電制御部15は、本発明の「充放電制御装置」の一例である。
3つの発電装置2a、2bおよび2cは、電力出力部4に対して並列的に接続されている。また、MPPT制御機能を有しているDC-DCコンバータ7a、7bおよび7cが各発電装置2a、2bおよび2c毎に設けられている。各DC-DCコンバータ7a、7bおよび7cは、発電装置2a、2bおよび2cのそれぞれにより発電された電力の電圧を一定電圧に変換して電力出力部4側に出力する機能を有する。なお、DC-DCコンバータ7a、7bおよび7cは、本発明の「DC-DCコンバータ」の一例である。
また、充放電制御部15は、CPU15aおよびメモリ15bを含む。また、充放電制御部15は、各DC-DCコンバータ7a、7bおよび7cの出力側に設けられた発電電力検出部8a、8bおよび8cのそれぞれから発電装置2a、2bおよび2cの発電電力を取得する。充放電制御部15は、各発電装置2a、2bおよび2cの発電電力の総和データに基づいて目標出力電力を算出するとともに、各発電装置2a、2bおよび2cの発電電力の総和と上記算出した目標出力電力との差を補償するように蓄電池31の充放電制御を行う。
上記した構成以外の構成は、上記第1実施形態と同様である。
第2実施形態では、上記のように、複数の発電装置2a、2bおよび2cを設け、発電装置2a、2bおよび2cのそれぞれに対応してDC-DCコンバータ7a、7bおよび7cを設けている。このように構成することによって、上記第1実施形態のように1つの発電装置2を用いた場合には発電装置2の一部のみが陰になっただけの場合でも発電装置2全体の出力が低下する一方、第2実施形態では、1つの発電装置2aが雲の陰になって出力が低下した場合にも、他の発電装置2bおよび2cが陰になっていなければ他の発電装置2bおよび2cの出力が低下することを防止することができる。これにより、発電装置全体の発電電力の低下を抑制することができる。これにより、発電電力の変動を抑制することができるので、電力系統50への悪影響を抑制することができる。
第2実施形態のその他の効果は、上記第1実施形態と同様である。
(第3実施形態)
次に、図18を参照して、本発明の第3実施形態による発電システム(太陽光発電システム200)について説明する。この第3実施形態では、上記第1実施形態の充放電制御を行うことに加えて、負荷210の稼動状況に応じて蓄電池31の充放電を制御する例について説明する。
次に、図18を参照して、本発明の第3実施形態による発電システム(太陽光発電システム200)について説明する。この第3実施形態では、上記第1実施形態の充放電制御を行うことに加えて、負荷210の稼動状況に応じて蓄電池31の充放電を制御する例について説明する。
図18に示すように、太陽光発電システム200は、発電装置2と、蓄電装置3と、電力出力部4と、充放電制御部201と、DC-DCコンバータ7と、発電電力検出部8とを備えている。また、電力出力部4と電力系統50との間の交流側母線9には分電盤202が設けられている。分電盤202を介して3つの負荷210、220および230が交流側母線9に接続されている。ここで、負荷210は、負荷周波数制御(LFC)で対応する変動周期の下限周期T2~上限周期T1の時間(約2分~約20分)内で使用されることが多く、かつ、消費電力の比較的大きい負荷であり、たとえば、IHヒータなどである。また、負荷220および負荷230は、消費電力の小さい照明などの負荷またはオン/オフを切り替えることの少ない負荷などである。なお、充放電制御部201は、本発明の「充放電制御装置」の一例である。
第3実施形態では、負荷210の稼動状況を検知するセンサ203が設けられている。充放電制御部201は、負荷210が使用されている(オン)か使用されていない(オフ)かをセンサ203の出力信号に基づいて判断することが可能である。充放電制御部201は、上記第1実施形態の充放電制御を行うことに加えて、負荷210のオン/オフが切り替えられることに伴って生じる電力系統50に出入りする電力の変化を抑制するように蓄電池31の充放電を制御する。すなわち、負荷210がオフからオンになったと判断した場合には、負荷210の消費が加わる分、太陽光発電システム200から電力系統50に逆潮流する電力(売電力)が減るか、電力系統50から太陽光発電システム200に入る電力(買電力)が増加するので、売電力の減少分または買電力の増加分を抑制するように蓄電池31から放電する。同様に、負荷210がオンからオフになったと判断した場合には、負荷210の消費が減る分、売電力が増加するか、買電力が減少するので、買電力の減少分または売電力の増加分を抑制するように蓄電池31の充電を行う。
第3実施形態では、上記のように、発電装置2と電力系統50との間の交流側母線9に接続された負荷210の稼動状況の変化を検出するとともに、負荷210の稼動状況の変化に伴って生じる電力系統50に出入りする電力の変化を抑制するように、蓄電池31の充放電制御を行う。このように構成することによって、たとえば逆潮流が発生している状況下において、負荷210が稼動することにより負荷210の消費電力の分だけ電力系統50側に出力される電力が減少する場合に、その減少分の少なくとも一部を蓄電池31から放電することができる。また、負荷210が停止することにより負荷210の消費電力の分だけ電力系統50側に出力される電力が増加する場合には、その増加分の少なくとも一部を蓄電池31に充電することができる。これにより、負荷210の稼動状況の変化に伴って電力系統50に出入りする電力が変動することを抑制することができるので、電力系統50に与える影響を抑制することができる。
次に、図19~図23を参照して、本発明の第3実施形態の効果を検証したシミュレーション結果について説明する。
このシミュレーションでは、発電装置2の発電電力推移に対して、第3実施形態による制御を行った場合の電力系統50側に出力される電力推移を検証した。第3実施形態による制御としては、実施例4として、上記第1実施形態の充放電制御を行いながら、負荷210のオン/オフが切り替えられた場合に、負荷210がオンである期間の間継続して蓄電池31の放電を行った。すなわち、第1実施形態で算出される蓄電池31の充放電電力に、負荷210がオンである期間の間負荷210の消費電力分の充電電力を加算するように充放電を行った。また、実施例5として、上記第1実施形態の充放電制御を行いながら、負荷210のオン/オフが切り替えられた場合に、切替直後に、第1実施形態で算出される蓄電池31の充放電電力に負荷210の消費電力分の放電電力(オン時)または充電電力(オフ時)を加算するように充放電を行い、その後、切替直後に加算した電力を5分間かけて徐々に0へとしていくように蓄電池31を制御した。また、実施例6として、上記第1実施形態の制御のみを行った。図19および図20には、実施例4、5および6の制御を行った場合に電力出力部から出力される電力の推移を示している。図21および図22は、実施例4、5および6の制御を行った場合に電力系統50側に逆潮流される電力の推移(正確には、負荷210と負荷220との間を通過する電力の推移)を示している。
図19に示すように、実施例4では、負荷210がオンされてからオフされるまでの期間Aにおいて、実施例6に示したような発電電力の推移を基に算出した出力電力に負荷210の消費電力分を加えた電力を出力している。したがって、実施例4の期間Aにおいては、蓄電池31からは実施例6に比べて負荷210の消費電力分の放電電力を加算するように充放電制御が行われている。期間A以外の期間は実施例4と実施例6とは同じ推移である。
また、図20に示すように、実施例5では、負荷210がオンされてから5分間の期間Bにおいて、実施例6に示したような発電電力の推移を基に算出した出力電力に負荷210の消費電力分を加えた電力を出力し、それから徐々に実施例6と同じ出力へと減らしている。この際、実施例5の期間Bにおいては、蓄電池31の充放電電力は負荷210のオン時に負荷210の消費電力分の放電電力を加算するように充放電電力を算出し、この加算した分の放電電力を5分かけて徐々に0へとしていく。
また、負荷210がオフされてから5分間の期間Cにおいて、期間Cの開始時に実施例6に示したような発電電力の推移を基に算出した出力電力に負荷210の消費電力分を差し引いた電力を出力し、それから徐々に実施例6と同じ出力へと増やしている。この際、実施例5の期間Cにおいては、蓄電池31の充放電電力は負荷210のオフ時に負荷210の消費電力分の放電電力を差し引くように充放電電力を算出し、この差し引いた分の放電電力を5分かけて徐々に0へとしていく。
ここで、図21および図22に示すように、実施例6では、電力出力部4から出力された電力から負荷210での消費分が減少するために、負荷210のオン時およびオフ時において、電力系統50側に出力される電力に急激な変動が生じていることがわかる。その一方、実施例4および実施例5では、実施例6で大きな変動となっている期間A~Cにおいて、急激な変動なく滑らかに推移していることがわかる。したがって、実施例4および5は、実施例6よりも電力系統50に与える影響が少ないことがわかる。
また、図23に示すように、実施例4および5では、実施例6に比べて全体的に周波数変動を抑制していることがわかる。また、実施例4および実施例5は略同じレベルで周波数変動を抑制していることがわかる。ここで、図19および図20に示したように、実施例5は実施例4のように、負荷210で消費される電力分を加算する一方で、期間Cでは負荷210で消費される電力分を減算するように制御するために、蓄電池31の充放電が充電あるいは放電の一方向に傾きにくい。その結果、蓄電池31の放電深度を抑制することができるなど、蓄電池31の長寿命化・低容量化に有利であり、実施例5は実施例4よりも有効であることがわかる。
(第4実施形態)
次に、図24を参照して、本発明の第4実施形態による発電システム(太陽光発電システム300)について説明する。この第4実施形態では、発電電力に基づいて充放電制御を行う上記第1実施形態と異なり、電力系統50に出入りする電力(買電力または売電力)に基づいて充放電制御を行う例について説明する。
次に、図24を参照して、本発明の第4実施形態による発電システム(太陽光発電システム300)について説明する。この第4実施形態では、発電電力に基づいて充放電制御を行う上記第1実施形態と異なり、電力系統50に出入りする電力(買電力または売電力)に基づいて充放電制御を行う例について説明する。
図24に示すように、太陽光発電システム300は、発電装置2と、蓄電装置3と、電力出力部4と、充放電制御部301と、DC-DCコンバータ7と、発電電力検出部8とを備えている。また、電力出力部4と電力系統50との間の交流側母線9には分電盤202を介して3つの負荷210、220および230が接続されている。なお、充放電制御部301は、本発明の「充放電制御装置」の一例である。
また、交流側母線9の分電盤202よりも電力系統50側には太陽光発電システム300から電力系統50に売却する電力を計量する電力メータ310と、電力系統50から購入する電力を計量する電力メータ320とが設けられている。電力メータ310および電力メータ320のそれぞれには、電力センサ302および電力センサ303が設けられている。なお、電力センサ302および電力センサ303は、本発明の「電力検出部」の一例である。
充放電制御部301は、電力センサ302および303の出力に基づいて、電力系統50に出入りする電力のデータ(買電電力データまたは売電電力データ)を所定の検出時間間隔毎(たとえば、30秒以下)に取得することが可能である。充放電制御部301は、売電電力-買電電力=検出した電力のデータ(売電電力および買電電力はゼロ以上の値)を電力系統50に出入りする電力のデータ(出入電力データ)として取得する。また、充放電制御部5は、過去の出入電力データに基づいて目標出力電力を算出するとともに、実際の出入電力と目標出力電力との差の少なくとも一部を補償するように蓄電池31の充放電を行う。すなわち、充放電制御部5は、実際の出入電力が目標出力電力よりも大きい場合には、過剰分の電力の少なくとも一部を蓄電池31に充電するようにDC-DCコンバータ33を制御するとともに、実際の出入電力が目標出力電力よりも小さい場合には、不足分の電力の少なくとも一部を蓄電池31から放電するようにDC-DCコンバータ33を制御するように構成されている。
また、充放電制御部301は、発電装置2の発電電力が所定の発電電力(制御開始発電電力)以上で、かつ、出入電力(買電電力または売電電力)の変化量が所定の変化量(制御開始変化量)以上である場合に、充放電制御を開始するように構成されている。また、出入電力の変化量が制御開始変化量以上であっても、待機時間内に変化前の電力近傍まで戻った場合には、充放電制御部301は充放電制御を開始しないように構成されている。第4実施形態の制御開始変化量は、たとえば快晴時(雲が殆どない晴天)の昼間の時間帯における検出時間間隔毎の最大変化量よりも多い変化量とし、検出時間間隔、負荷量なども考慮して設定する。特に第4実施形態では、出入電力(=売電電力-買電電力)が正負の値をとるために、単純に第1実施形態などで示した発電電力の変化量と変化前の発電電力とを比較する方法ではなく、たとえば発電装置2の定格出力、負荷の定格消費電力などを加味して、変化量の絶対値で制御する方法、あるいは、出入電力(=売電電力-買電電力)に負荷量に応じて適切な電力を加算する方法が望ましい。第4実施形態では、制御開始変化量を発電装置2の定格出力の5%とした。
なお、検出時間間隔、サンプリング期間、目標出力電力の算出方法、待機時間などの充放電制御に関する設定は、上記第1実施形態と同様である。
また、図25には、ある1日の発電装置2の発電電力の推移と、同じ日の出入電力(=売電電力-買電電力)の推移とを示している。出入電力の推移は、発電電力推移から負荷(負荷210、220および230)の消費電力を差し引いたものにほぼ相当する。図25に示すように、一般家庭においては1日を通して負荷の消費電力の急激な変動の頻度は高くないので、発電電力の推移と出入電力の推移とは略同じように変動している。したがって、出入電力に基づいて充放電制御を行うことにより、出入電力の変動を抑制し、電力系統50に影響を抑制することが可能である。
第4実施形態では、上記のように、電力センサ302および303の出入電力が変化した際の変化量が制御開始変化量以上の場合に蓄電池31の充放電制御を行うように構成することによって、電力センサ302および303の出入電力の変化量が制御開始変化量よりも小さい場合には充放電制御を行わないので、蓄電池31の充放電回数を減らすことができる。また、制御開始変化量以上変化した時点から待機時間内に変化前の出入電力近傍の電力に戻らない場合に、充放電制御を行うように構成することによって、電力センサ302および303の出入電力の変化量が制御開始変化量以上の場合であっても、待機時間内に変化前の出入電力近傍の電力に戻った場合には充放電制御を行わないので、蓄電池31の充放電回数をさらに減らすことができる。これにより、蓄電池31の長寿命化を図ることができる。また、上記第1実施形態と同様に、電力センサ302および303の出入電力の変化量が制御開始変化量より小さい、または制御開始変化量より大きくても待機時間内に変化前の出入電力近傍の電力に戻った場合には、充放電制御を行わない場合であっても、発電装置2による発電電力の変動に起因する電力系統50への影響が小さいことを見出した。したがって、第4実施形態では、発電装置2による発電電力の変動に起因する電力系統50への影響を抑制しながら、蓄電池31の長寿命化を図ることができる。なお、制御開始発電電力は第1実施形態などに比べて高く設定することが望ましい。具体的には負荷量に応じて設定する必要があるが、たとえば負荷での消費量が200W前後で推移している場合には、第1実施形態などで設定した発電装置2の定格出力の10%に200Wを加算するように設定する。
次に、図26~図29を参照して、検出時間間隔の長さについて説明する。
図26、図27および図28には、それぞれ、検出時間間隔を2秒、10秒および30秒として第1実施形態による充放電制御を行った場合のシミュレーション結果を示している。
図26~図28に示すように、2秒、10秒および30秒のいずれも良好な平滑化結果となっている。また、検出時間間隔が短くなるほど、平滑化後の電力がより滑らかに推移していることがわかる。
さらに、図26~図28の平滑化後の電力推移について高速フーリエ変換を行った解析結果を図29に示す。図29に示すように、2秒、10秒および30秒のいずれも実際の発電電力の変動を抑制できていることがわかる。また、検出時間間隔が2秒の場合には、5分~20分の変動周期において全体的にパワースペクトルが小さくなっており、平滑化効果が高いことがわかる。
このように、検出時間間隔を適切に選択することにより、平滑化の効果をより高めることが可能である。ただし、検出時間間隔が短くなると移動平均を算出するためのデータ数が増えるので、制御装置の処理能力と必要な平滑化度とを考慮して、最適な検出時間間隔を選択する必要がある。
また、検出時間間隔に合わせて各設定値を適切に変化させることが好ましい。図26~図28では検出時間間隔を2秒、10秒および30秒としたが、制御開始変化量をそれぞれ2%、4%および6%とした。
なお、制御開始変化量と検出時間間隔との関係の目安を以下に示す。太陽光発電システムの発電電力の変化は主に雲の動きによる影響を受けている。そのため、発電電力の変化は比較的緩やかであり、秒単位以上での変化となる。ここで、我々の検討の結果、2秒程度の検出時間間隔においては1%/秒以上の変化を含む場合にFFT解析後のパワースペクトルに与える影響が大きくなる傾向を見出した。ただし、検出時間間隔が比較的長時間になる場合には、制御開始変化量を単純に1%/秒×検出時間間隔(秒)と設定した場合にはパワースペクトルの抑制が困難であった。これは、たとえば検出時間間隔を10秒とした場合において、10秒の中で1%/秒の変化が含まれていればパワースペクトルに与える影響が大きいためであり、単純な計算から求められる10%(=1(%/秒)×10秒)では、10秒間に渡って平均して1%/秒以上の変化をし続ける場合のみ適用され、10秒の中で1%/秒の変化が含まれている場合よりも狭い範囲となってしまうからである。
そこで、様々な検討を行った結果、自然現象を表す式としてよく用いられる、自然対数を含んだ以下のような式から得られる範囲を制御開始変化量とすることが有効であることがわかった。
制御開始変化量≦2×loge(t+1)
ここで、(t+1)はt>0の範囲で制御開始変化量がゼロ以上となるためのものであり、2を乗算しているのは2秒程度のときに1%/秒の変化量(=2%)となるように調整したものである。
ここで、(t+1)はt>0の範囲で制御開始変化量がゼロ以上となるためのものであり、2を乗算しているのは2秒程度のときに1%/秒の変化量(=2%)となるように調整したものである。
次に、図30~図33を参照して、1次遅れ法による平滑化方法について説明する。
1次遅れ法を用いた目標出力電力Q(t)は、以下の式により求められる。
Q(t)=Q(t-Δt)+{W(t)-Q(t-Δt)}/N・・・(1)
ここで、W(t)は検出電力(たとえば、発電電力または出入電力)であり、Nは、所定の時定数Tを検出時間間隔Δtで除した値(時間Tに含まれる発電電力のデータまたは出入電力のデータ数)である。時刻tにおける目標出力電力Q(t)は、その前の目標出力電力Q(t-Δt)に、目標出力電力Q(t-Δt)と時刻tにおける発電電力または出入電力W(t)との差分をNで除した値を加えた値として算出される。このような1次遅れ法により平滑化を行う場合においても、本発明を適用して目標出力電力を設定することにより、発電装置による発電電力の変動などに起因する電力系統への影響を抑制しながら、蓄電部の長寿命化を図るという本発明の効果を得ることができる。
ここで、W(t)は検出電力(たとえば、発電電力または出入電力)であり、Nは、所定の時定数Tを検出時間間隔Δtで除した値(時間Tに含まれる発電電力のデータまたは出入電力のデータ数)である。時刻tにおける目標出力電力Q(t)は、その前の目標出力電力Q(t-Δt)に、目標出力電力Q(t-Δt)と時刻tにおける発電電力または出入電力W(t)との差分をNで除した値を加えた値として算出される。このような1次遅れ法により平滑化を行う場合においても、本発明を適用して目標出力電力を設定することにより、発電装置による発電電力の変動などに起因する電力系統への影響を抑制しながら、蓄電部の長寿命化を図るという本発明の効果を得ることができる。
ここで、上記のように、1次遅れ法の目標出力電力は1つ前の時点の目標出力電力を用いて算出される。このため、上記第1~第4実施形態のように1日の途中から充放電制御を開始する制御においては、充放電制御の開始前では目標出力電力を算出していないので、開始時の目標出力電力を算出することができない。ここで、1つの方法として、充放電制御の開始前にも目標出力電力を常時算出しておき、充放電制御を開始する際には、算出しておいた目標出力電力の値を用いて開始時の目標出力電力を算出するようにすることが考えられる。しかしながら、目標出力電力は過去の発電電力の影響を大きく受けるので、たとえば図30に示すように発電電力が上昇傾向にある場合には、充放電制御を開始した時点では、それまでの低い発電電力の影響のために目標出力電力が大きく減少してしまい、電力系統に影響を与える大きな変動を含んでしまう。
そこで、充放電制御の開始時においては、上記式(1)において、目標出力電力Q(t)を算出する際に、1つ前の目標出力電力Q(t-Δt)を1つ前の発電電力または出入電力W(t-Δt)として目標出力電力Q(t)を算出する。そして、その後は上記式(1)を用いて算出する。これにより、充放電制御の開始時において出力電力の変動が生じるのを防止することができる。
また、充放電制御の開始時にのみQ(t-Δt)=W(t-Δt)とする場合においては、時定数Tあるいはサンプル数Nを定数(T=Δt×N)としてもよいし、始めはT=1あるいはN=1として、それから徐々に時定数Tを増加させていってもよい。図31には、時定数T=20分(N=40、検出時間間隔30秒)に固定した場合の出力電力推移を示している。図32には、サンプル数Nを時間Δt毎に1から40まで1つずつ増加させていった場合の出力電力推移を示している。図31および図32に示すように、充放電制御の開始時にQ(t-Δt)=W(t-Δt)として目標出力電力を算出した場合には、充放電制御の開始時に出力電力の大きな変動を生ずることなく平滑化できている。ここで、図30~図32などを用いて定性的に平滑化ができていることに触れているが、FFT解析の結果、1次遅れ法でも移動平均法と同様に平滑化の効果が得られることを確認している。
次に、1次遅れ法における時定数Tと移動平均法のサンプリング期間との関係について説明する。図33には、サンプリング期間を10分および20分として移動平均法により平滑化を行った場合の蓄電池の充電量の推移と、時定数Tを10分として1次遅れ法により平滑化を行った場合の蓄電池の充電量の推移とを示している。なお、検出時間間隔(Δt)は同じ(たとえば30秒)である。図33に示すように、サンプリング期間が20分の移動平均法と時定数Tが10分の1次遅れ法とが略同じ結果となっていることがわかる。移動平均法ではサンプリング期間をLFCにより対応可能な周波数(たとえば約2分~約20分)以上とすることが好ましいが、1次遅れ法では、充放電量が増える傾向にあることから時定数は比較的短くすることが好ましい。たとえば、時定数を約2分~約10分以上とすることが好ましく、特に約10分以上とすることがより好ましい。
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記第1~第4実施形態では、発電装置2(発電装置2a、2bおよび2c)として太陽電池を用いる例について説明したが、本発明はこれに限らず、風力発電装置などの他の自然エネルギー発電装置を用いてもよい。
また、上記第1~第4実施形態では、蓄電池としてLi-ion電池やNi-MH電池を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、他の2次電池を用いてもよい。また、本発明の「蓄電部」の一例として、蓄電池の代わりにキャパシタを用いてもよい。
また、上記第1~第4実施形態では、充放電制御の開始時(初期)および終了時(終期)の両方でサンプリング期間を短くした例を示したが、本発明はこれに限らず、充放電制御の開始時(初期)および終了時(終期)のいずれか一方のみのサンプリング期間を短くしてもよい。
また、上記第2実施形態では、3つの発電装置2a~2cのそれぞれにDC-DCコンバータ7a~7cを設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、1つのDC-DCコンバータを複数の発電装置に接続してもよい。たとえば、発電装置2a、2bおよび2cにそれぞれ個別のDC-DCコンバータを接続してもよいし、発電装置2aおよび2bに1つのDC-DCコンバータを接続し、発電装置2cに別のDC-DCコンバータを接続してもよい。
また、上記第1~第4実施形態では、蓄電池31の電圧が48Vである例について説明したが、本発明はこれに限らず、48V以外の電圧にしてもよい。なお、蓄電池の電圧としては60V以下が望ましい。
また、上記第1~第3実施形態では、制御開始発電電力を発電装置2の定格出力の10%とし、制御開始変化量を発電装置2の変化前の発電電力の5%とした例について説明したが、本発明はこれに限らず、上記以外の数値を用いてもよい。たとえば、制御開始変化量は、発電装置の定格出力を基準にして決めてもよい。ただし、制御開始発電電力の大きさは、制御開始変化量の大きさよりも大きいことが望ましい。
また、上記第1~第4実施形態では、待機時間が2分以下である例について説明したが、本発明はこれに限らず、2分以上でもよい。なお、待機時間は、負荷周波数制御(LFC)により対応可能な変動周期の上限周期T1以下が好ましく、下限周期T2以下の期間であることがより好ましい。ただし、電力系統側におけるいわゆるならし効果などの影響により下限周期の値も変化する。また、ならし効果の大きさも、太陽光発電システムの普及度および地域分散性などに応じて変化する。
また、上記第1~第3実施形態では、変化前の発電電力の近傍の値に戻ったと判断するための上側閾値および下側閾値を、それぞれ、変化前の発電電力の101%および99%とした例を示したが、本発明はこれに限らず、これらの値以外の値を上側閾値および下側閾値としてもよい。また、上側閾値および下側閾値の値を異ならせずに、同じ値を用いてもよい。たとえば、変化前の発電電力と同一の発電電力を上側および下側の共通の閾値として用いてもよい。
また、上記第1~第4実施形態では、上側閾値および下側閾値を変化前の発電電力の1%とした例について説明したが、本発明はこれに限らず、変化前の発電電力の1%でなくてもよい。上記第1および第2実施形態では、制御開始変化量を変化前の発電電力の5%としたことに対応して変化前の発電電力の1%の範囲となる閾値を用いたが、制御開始変化量の大きさに対応して変えてもよい。たとえば、制御開始変化量を変化前の発電電力の10%とした場合には、変化前の発電電力の2%の範囲となる閾値(上側閾値および下側閾値それぞれ変化前の発電電力の102%および98%)に設定してもよい。また、閾値(上側閾値および下側閾値)は、制御開始変化量の20%以内とすることが望ましい。
また、上記第1~第4実施形態に記載されたサンプリング期間、母線電圧などの具体的な数値についても、本発明はこれに限られず、適宜変更が可能である。
また、上記第2実施形態では、発電電力検出部を3つの発電装置毎に設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、1つの発電電力検出部を3つの発電装置に対して設けてもよい。
また、上記第3実施形態では、負荷210のオン/オフを検出するセンサ203の出力信号に基づいて蓄電池31の充放電を制御する例について説明したが、本発明はこれに限らず、負荷210の消費電力を検出する電力センサの出力信号に基づいて蓄電池31の充放電を制御してもよい。
また、上記第1実施形態では、充放電制御部5がDC-DCコンバータ33を制御することにより、蓄電池31の充放電制御を行うように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、充放電部32に蓄電池31の充放電を行う充放電スイッチを設け、充放電制御部5が充放電スイッチのオンオフを制御することによって、蓄電池31の充放電制御を行うように構成してもよい。
Claims (20)
- 電力系統に連系され、自然エネルギーを用いて発電する発電装置と電力を蓄電可能な蓄電部とを備えた発電システムに用いられ、前記蓄電部の充放電を制御する充放電制御装置であって、
前記発電装置と前記電力系統との間の配線の所定部分を通過する電力を検出する電力検出部により検出された電力が第1電力から第2電力に変化した際の変化量が所定の変化量以上であり、かつ、前記第1電力から前記第2電力に変化した時点から第1期間内に前記第2電力から前記第1電力近傍の電力に戻らない場合に、前記蓄電部の充放電制御を開始するように構成されている、充放電制御装置。 - 前記電力検出部による検出電力が、前記第1電力から前記第2電力に変化した時点から前記第1期間内に、前記第1電力の近傍の値または前記第1電力と同一の値からなる所定の閾値に電力が到達しない場合に、前記第2電力から前記第1電力近傍の電力に戻らないと判断するように構成されている、請求項1に記載の充放電制御装置。
- 前記閾値は、前記第1電力の近傍の値で、かつ、前記第1電力よりも大きい第1閾値と、前記第1電力の近傍の値で、かつ、前記第1電力よりも小さい第2閾値とを含み、
前記第1電力から前記第2電力にかけて前記検出電力が大きくなる方向に変化し、かつ、前記第1期間内に前記検出電力が前記第1閾値以下にまで低下しない場合に、前記第2電力から前記第1電力近傍の電力に戻らないと判断するとともに、前記第1電力から前記第2電力にかけて前記検出電力が小さくなる方向に変化し、かつ、前記第1期間内に前記検出電力が前記第2閾値以上にまで上昇しない場合に、前記第2電力から前記第1電力近傍の電力に戻らないと判断するように構成されている、請求項2に記載の充放電制御装置。 - 前記電力検出部による検出電力データを所定の検出時間間隔で取得するとともに、前記所定の検出時間間隔で取得された検出電力データに基づいて、前記電力検出部による検出電力の変化量が所定の変化量以上であるか否かを判断し、かつ、前記検出電力が前記所定の検出時間間隔よりも長い前記第1期間内に前記第1電力近傍の検出電力に戻ったか否かを判断するように構成されている、請求項1に記載の充放電制御装置。
- 前記第1期間は、前記所定の検出時間間隔の2倍以上の整数倍の期間である、請求項4に記載の充放電制御装置。
- 前記第1期間は、負荷周波数制御により対応可能な変動周期以下の期間である、請求項1に記載の充放電制御装置。
- 前記蓄電部の充放電制御を行う際に、目標出力電力を移動平均法により算出するとともに、前記充放電制御の初期および終期の少なくとも一方の期間において、前記充放電制御の初期および終期の少なくとも一方の期間以外の期間よりも、移動平均の算出に用いる検出電力データの取得期間を短くして前記目標出力電力を算出するように構成されている、請求項1に記載の充放電制御装置。
- 前記充放電制御の初期の期間において、前記充放電制御の初期および終期以外の期間よりも前記移動平均に用いる検出電力データの取得期間を短くするとともに、前記充放電制御の初期から前記初期および終期以外の期間にかけて移動平均に用いる検出電力データの取得期間を前記充放電制御の開始時点からの検出電力データの蓄積量に応じて徐々に増加して前記目標出力電力を算出するように構成されている、請求項7に記載の充放電制御装置。
- 前記充放電制御の終期の期間において、前記充放電制御の初期および終期以外の期間よりも前記移動平均に用いる検出電力データの取得期間を短くするとともに、前記充放電制御の前記初期および終期以外の期間から前記終期にかけて移動平均に用いる検出電力データの取得期間を徐々に減少して前記目標出力電力を算出するように構成されている、請求項7に記載の充放電制御装置。
- 前記蓄電部の充放電制御を行う際に、検出電力データの取得期間として所定の第2期間の範囲で検出電力データを取得して移動平均法により目標出力電力を算出するように構成されており、
前記所定の第2期間は、負荷周波数制御により対応可能な変動周期の下限周期以上の期間である、請求項1に記載の充放電制御装置。 - 前記充放電制御の開始から所定の第3期間の経過後に前記充放電制御を停止するように構成されている、請求項1に記載の充放電制御装置。
- 前記充放電制御中に、前記電力検出部による検出電力の前記所定の変化量以上の変化が所定回数以上あった場合に、前記充放電制御の前記所定の第3期間を延長するように構成されている、請求項11に記載の充放電制御装置。
- 電力系統に連系され、自然エネルギーを用いて発電する発電装置と、
電力を蓄電可能な蓄電部と、
前記発電装置と前記電力系統との間の配線の所定部分を通過する電力を検出する電力検出部と、
前記蓄電部の充放電を制御する充放電制御部とを備え、
前記充放電制御部は、前記電力検出部により検出された電力が第1電力から第2電力に変化した際の変化量が所定の変化量以上であり、かつ、前記第1電力から前記第2電力に変化した時点から第1期間内に前記第2電力から前記第1電力近傍の電力に戻らない場合に、前記蓄電部の充放電制御を開始するように構成されている、発電システム。 - 前記充放電制御部は、前記電力検出部による検出電力が、前記第1電力から前記第2電力に変化した時点から前記第1期間内に、前記第1電力の近傍の値または前記第1電力と同一の値からなる所定の閾値に電力が到達しない場合に、前記第2電力から前記第1電力近傍の電力に戻らないと判断するように構成されている、請求項13に記載の発電システム。
- 前記発電装置は、太陽光を用いて発電するように構成されており、
前記充放電制御部は、前記電力検出部による検出電力を所定の検出時間間隔で取得するとともに、前記所定の検出時間間隔で取得された検出電力に基づいて、前記電力検出部による検出電力の変化量が所定の変化量以上であるか否かを判断し、
前記充放電制御を開始する際の前記所定の変化量は、快晴時の昼間の時間帯における前記所定の検出時間間隔毎の検出電力の最大変化量よりも大きい変化量である、請求項13に記載の発電システム。 - 前記発電装置と前記電力系統との間の配線に設けられ、前記発電装置と前記電力系統とを連系するためのインバータと、
前記発電装置と前記インバータとの間に直列的に接続され、前記発電装置により発電された直流電圧を所定の直流電圧に変換するDC-DCコンバータと、
前記蓄電部の充放電を行う充放電部とをさらに備え、
前記蓄電部は、前記DC-DCコンバータと前記インバータとを接続する接続線に並列的に接続され、前記発電装置により発電された電力を蓄電するように構成され、
前記電力検出部は、前記DC-DCコンバータにより変換された前記所定の直流電圧での発電電力を検出するように構成されており、
前記充放電制御部は、前記DC-DCコンバータにより変換された前記所定の直流電圧での発電電力が前記第1電力から前記第2電力に変化した際の変化量が前記所定の変化量以上であり、かつ、前記第1電力から前記第2電力に変化した時点から前記第1期間内に前記第2電力から前記第1電力近傍の発電電力に戻らない場合に、前記蓄電部の充放電制御を開始するように構成されている、請求項13に記載の発電システム。 - 前記電力検出部は、前記発電装置の発電電力を検出するように構成されており、
前記充放電制御部は、前記発電装置の発電電力が第1発電電力から第2発電電力に変化した際の変化量が前記所定の変化量以上であり、かつ、前記第1発電電力から前記第2発電電力に変化した時点から第1期間内に前記第2発電電力から前記第1発電電力近傍の発電電力に戻らない場合に、前記蓄電部の充放電制御を開始するように構成されている、請求項13に記載の発電システム。 - 前記充放電制御部は、前記発電装置と前記電力系統との間の配線に接続された負荷の稼動状況の変化を検出するとともに、前記負荷の稼動状況の変化に伴って生じる前記電力系統に出入りする電力の変化を抑制するように、前記蓄電部の充放電制御を行うように構成されている、請求項17に記載の発電システム。
- 前記発電装置と前記電力系統との間の配線は、負荷を接続可能に構成されており、
前記電力検出部は、前記配線の前記負荷が接続される部分よりも前記電力系統側に設けられているとともに、前記電力系統に出入りする電力を検出するように構成されており、
前記充放電制御部は、前記電力系統に出入りする電力が前記第1電力から前記第2電力に変化した際の変化量が所定の変化量以上であり、かつ、前記第1電力から前記第2電力に変化した時点から第1期間内に前記第2電力から前記第1電力近傍の電力に戻らない場合に、前記蓄電部の充放電制御を開始するように構成されている、請求項13に記載の発電システム。 - 前記電力検出部は、前記電力系統から購入する電力を検出する購入電力検出部と、前記電力系統に売却する電力を検出する売却電力検出部との少なくとも一方を含む、請求項19に記載の発電システム。
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