(57)【要約】【課題】  再生可能エネルギーによる電力を鉄道の饋電線に供給する際に、蓄電池の充電状態を設定範囲に管理すること。【解決手段】  再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置と、蓄電池を有する蓄電装置と、発電装置の出力による交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換器と、第一の電力変換器の出力による直流電力に対する電力変換を行って、饋電線に電力を供給する第二の電力変換器と、第一の電力変換器の出力による直流電力を基に蓄電池に対する充放電を行う第三の電力変換器と、発電装置と第二の電力変換器を制御対象として制御する制御装置を備え、制御装置は、気象情報から発電装置の出力予測値を演算し、鉄道ダイヤ情報から饋電線の負荷予測値を演算し、出力予測値と饋電線の負荷予測値とから蓄電池充電状態目標値を演算し、蓄電池充電状態目標値を基に発電装置の出力を制御する。【選択図】図１
2020036481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道の饋電線に接続される発電システムにおいて、
再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置と、
蓄電池を有する蓄電装置と、
前記発電装置の出力による交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換器と、
前記第一の電力変換器の出力による直流電力に対する電力変換を行って、前記饋電線に電力を供給する第二の電力変換器と、
前記第一の電力変換器及び前記第二の電力変換器の直流電圧を基に前記蓄電池に対する充放電を行う第三の電力変換器と、
前記発電装置と前記第二の電力変換器を制御対象として制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
気象情報と鉄道ダイヤ情報を入力し、入力した前記気象情報から前記発電装置の出力予測値を演算し、入力した前記鉄道ダイヤ情報から前記饋電線の負荷予測値を演算し、前記出力予測値と前記饋電線の負荷予測値とから蓄電池充電状態目標値を演算し、前記蓄電池充電状態目標値を基に前記発電装置の出力を制御することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
請求項１に記載の発電システムにおいて、
前記制御装置は、
前記発電装置の出力予測値と前記饋電線の負荷予測値との差分から、設定期間において前記蓄電池で充放電されるエネルギーの予測値を演算し、この演算結果から前記蓄電池の充電状態変化量を推測し、推測された前記充電状態変化量を基に前記蓄電池充電状態目標値を演算することを特徴とする発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の発電システムにおいて、
前記制御装置は、
前記蓄電池で充放電されるエネルギーの予測値の演算結果が正であって、前記蓄電池で充電されることが予測される場合、前記推測された充電状態変化量を基に前記蓄電池充電状態目標値を設定値よりも低減し、前記蓄電池で充放電されるエネルギーの予測値の演算結果が負であって、前記蓄電池で放電されることが予測される場合、前記推測された充電状態変化量を基に前記蓄電池充電状態目標値を前記設定値よりも増加させることを特徴とする発電システム。
【請求項４】
請求項１に記載の発電システムにおいて、
前記制御装置は、
前記蓄電池の充電状態の検出値を示す蓄電池充電状態検出値を入力し、入力した前記蓄電池充電状態検出値と前記饋電線の負荷予測値を基に前記第二の電力変換器から前記饋電線に供給する電力に対応する出力指令を演算し、前記出力指令を基に前記第二の電力変換器の出力を制御することを特徴とする発電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の発電システムにおいて、
前記制御装置は、
前記蓄電池充電状態検出値が閾値以上の場合、前記出力指令を前記饋電線の負荷予測値と等しい値に設定し、前記蓄電池充電状態検出値が閾値未満の場合、前記出力指令を前記饋電線の負荷予測値よりも低い値に設定することを特徴とする発電システム。
【請求項６】
請求項１に記載の発電システムにおいて、
前記制御装置は、
前記蓄電池の充電状態の検出値を示す蓄電池充電状態検出値を入力し、入力した前記蓄電池充電状態検出値と前記蓄電池充電状態目標値とから前記発電装置の出力上限を指定する出力上限指令を演算し、前記出力上限指令を基に前記発電装置の出力を制御することを特徴とする発電システム。
【請求項７】
請求項６に記載の発電システムにおいて、
前記制御装置は、
前記蓄電池充電状態検出値と前記蓄電池充電状態目標値とを比較し、前記蓄電池充電状態検出値が前記蓄電池充電状態目標値より大きい場合、前記出力上限指令を低減し、前記蓄電池充電状態検出値が前記蓄電池充電状態目標値より小さい場合、前記出力上限指令を増加させることを特徴とする発電システム。
【請求項８】
請求項４に記載の発電システムにおいて、
前記制御装置は、
前記饋電線の負荷に関する情報と前記蓄電池の充電状態に関する情報を含む出力指令情報を入力し、入力した前記出力指令情報を基に前記出力指令を演算することを特徴とする発電システム。
【請求項９】
請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の発電システムにおいて、
前記第三の電力変換器は、
前記第一の電力変換器及び前記第二の電力変換器の直流電圧を一定に維持する電力変換を行って、前記蓄電池に対する充放電を行うことを特徴とする発電システム。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の発電システムにおいて、
前記発電装置は、風力発電装置であることを特徴とする発電システム。
【請求項１１】
請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の発電システムにおいて、
前記発電装置は、太陽光発電装置であることを特徴とする発電システム。
【請求項１２】
請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載の発電システムにおいて、
前記饋電線は、交流饋電線であることを特徴とする発電システム。
【請求項１３】
請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載の発電システムにおいて、
前記饋電線は、直流饋電線であることを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道の饋電線に連系する発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道には、電力系統の三相交流がスコット変圧器を介して単相交流に変換され、交流饋電線に単相交流電力が供給される交流電気鉄道がある。また、電力系統の三相交流が整流器を介して直流に変換され、直流饋電線に直流電力が供給される直流電気鉄道もある。
【０００３】
いずれの電気鉄道も電力系統から電力が供給され、饋電線に接続した電車などの饋電線負荷に電力が供給される。
【０００４】
また、風力や太陽光などの再生可能エネルギーの導入が進んでいる。従来は電力系統へ接続される再生可能エネルギーが殆どである。一方、特許文献１には電気鉄道の省エネルギー化と電力供給安定化を目的に、再生可能エネルギーと蓄電装置を組み合わせて電気鉄道の饋電線に接続して、饋電線の負荷に電力を供給する手段が開示されている。風力や太陽光などの再生可能エネルギーからできるだけ多く電力を出力することで省エネルギー化を図り、蓄電装置を活用することで電力供給安定化を図れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−９５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
風力や太陽光などの再生可能エネルギーはその出力が気象条件に大きく依存して変動する。また、饋電線に接続する電車は鉄道ダイヤに従って走行及び停止を繰り返すため、饋電線の負荷は、鉄道ダイヤによって大きく変動する。そのため、風力や太陽光などの再生可能エネルギーの出力は饋電線の負荷と通常一致せず、風力や太陽光などの再生可能エネルギーによる電力を、饋電線の負荷に供給する場合には、余剰電力あるいは不足電力が発生する。
【０００７】
蓄電装置はこのような余剰電力を吸収したり、不足電力を補償したりする手段として用いられるが、余剰電力の吸収や不足電力の補償の為に蓄電池が充放電すると、蓄電池の充電状態を示す蓄電池ＳＯＣ（State  Of  Charge）が大きく変動する。蓄電池ＳＯＣを適正な範囲に管理しないと蓄電池の劣化が進むなどの課題がある。
【０００８】
本発明は、再生可能エネルギーによる電力を鉄道の饋電線に供給する際に、蓄電池の充電状態を設定範囲に管理することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、鉄道の饋電線に接続される発電システムにおいて、再生可能エネルギーを利用して発電する発電装置と、蓄電池を有する蓄電装置と、前記発電装置の出力による交流電力を直流電力に変換する第一の電力変換器と、前記第一の電力変換器の出力による直流電力に対する電力変換を行って、前記饋電線に電力を供給する第二の電力変換器と、前記第一の電力変換器の出力による直流電力を基に前記蓄電池に対する充放電を行う第三の電力変換器と、前記発電装置と前記第二の電力変換器を制御対象として制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、気象情報と鉄道ダイヤ情報を入力し、入力した前記気象情報から前記発電装置の出力予測値を演算し、入力した前記鉄道ダイヤ情報から前記饋電線の負荷予測値を演算し、前記出力予測値と前記饋電線の負荷予測値とから蓄電池充電状態目標値を演算し、前記蓄電池充電状態目標値を基に前記発電装置の出力を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、再生可能エネルギーによる電力を鉄道の饋電線に供給する際に、蓄電池の充電状態を設定範囲に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】蓄電装置付き発電システムの第一の実施例の構成を示す構成図。
【図２】蓄電池ＳＯＣ目標値出力部の構成を示す構成図。
【図３】蓄電池ＳＯＣ目標値出力部の動作波形の一例を示す波形図。
【図４】出力指令出力部の構成を示す構成図。
【図５】出力指令出力部の動作波形の一例を示す波形図。
【図６】出力上限指令出力部の構成を示す構成図。
【図７】出力上限指令出力部の動作波形の一例を示す波形図。
【図８】蓄電装置付き発電システムの第二の実施例の構成を示す構成図。
【図９】蓄電装置付き発電システムの第三の実施例の構成を示す構成図。
【図１０】蓄電装置付き発電システムの第四の実施例の構成を示す構成図。
【図１１】蓄電装置付き発電システムの第五の実施例の構成を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る蓄電装置付き発電システム及びその実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、電気鉄道に連系する蓄電装置付き発電システムの第一の実施例の構成を示す構成図である。本実施例の蓄電装置付き発電システム１は、風力や太陽光などの再生可能エネルギーを用いて発電し、三相の交流電力を出力する発電装置２と、発電装置２が出力する三相の交流電力を直流電力に変換する電力変換器（第一の電力変換器）３と、電力変換器３が出力する直流電力を単相の交流電力に変換し、単相の交流電力を変圧器５を介して交流饋電線６に供給する電力変換器（第二の電力変換器）４と、蓄電池（図示せず）を有する蓄電装置８と、電力変換器３と電力変換器４の各直流部と蓄電装置８に接続して、蓄電装置８に属する蓄電池を充放電する電力変換器（第三の電力変換器）７と、発電装置２と電力変換器４を制御対象として制御する制御装置９を有している。交流饋電線６は変電所２１を介して電力系統２０に接続している。なお、発電装置２は、再生可能エネルギーを用いて発電しているので、気象条件に応じて出力電力が変動する。
【００１４】
制御装置９は、外部、例えば、制御装置９に接続された通信ネットワークから気象情報９０１及び鉄道ダイヤ情報９０２（少なくとも現時点から期間Tまでの設定期間の情報を含む）、蓄電装置８に属するセンサ（図示せず）の検出値であって、蓄電池の充電状態の検出値を示す蓄電池ＳＯＣ検出値（蓄電池充電状態検出値）を入力とし、入力した情報や蓄電池ＳＯＣ検出値を基に、発電装置２の出力の上限値を指定する出力上限指令９０７を発電装置２に出力し、電力変換器４の出力を指定する出力指令９０８を電力変換器４に出力する。電力変換器４は、制御装置９が出力する出力指令９０８に従って電力変換を実行し、出力指令９０８に従った交流電力を、変圧器５を介して交流饋電線６に出力する。すなわち、電力変換器４は、交流饋電線６の負荷に応じた電力であって、出力指令９０８に従った交流電力を交流饋電線６に出力する。電力変換器７は、電力変換器３と電力変換器４の直流部の直流電圧が一定になるように蓄電装置８を充放電する。電力変換器７は、直流・直流電力変換器であって、電力変換器３と電力変換器４の直流部の直流電圧を一定に維持する電力変換を行って、蓄電装置８を充放電する。例えば、電力変換器７は、電力変換器３と電力変換器４の直流部の直流電圧が所定の値よりも高い場合，蓄電装置８を充電するための電力変換を行い、電力変換器３と電力変換器４の直流部の直流電圧が所定の値よりも低い場合，蓄電装置８を放電するための電力変換を行う。発電装置２は、制御装置９が出力する出力上限指令９０７に従って発電し、出力電力が上限値（出力上限指令９０７で指定された上限値）を超えないように、電力を出力する。
【００１５】
ここで、制御装置９は、出力上限指令９０７を基に発電装置２の出力（発電電力）を、上限値以下に制御することで、蓄電装置８に備えられた蓄電池ＳＯＣを適正範囲に制御しつつ、できるだけ発電装置２が発電するように制御する。また、制御装置９は、交流饋電線６に接続している饋電線負荷の負荷電力に相当する電力を電力変換器４から交流饋電線６に供給するように、出力指令９０８を基に電力変換器４の出力を制御する。制御装置９の詳細動作は後述する。
【００１６】
制御装置９は、発電装置出力予測部９１と、饋電線負荷予測部９２と、蓄電池ＳＯＣ目標値出力部９３と、出力指令出力部９４と、出力上限指令出力部９５を有している。この際、制御装置９は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、メモリ、入出力インタフェース等の情報処理資源を備えたコンピュータ装置で構成される。メモリには、ＣＰＵが処理するための各種処理プログラム、例えば、発電装置出力予測プログラムと、饋電線負荷予測プログラムと、蓄電池ＳＯＣ目標値出力プログラムと、出力指令出力プログラムと、出力上限指令出力プログラムが格納される。この場合、ＣＰＵが、各種処理プログラムを実行することで、発電装置出力予測部９１と、饋電線負荷予測部９２と、蓄電池ＳＯＣ目標値出力部９３と、出力指令出力部９４及び出力上限指令出力部９５の機能がそれぞれ実現される。
【００１７】
発電装置出力予測部９１は、外部から与えられる気象情報９０１を入力として、入力した気象情報９０１を基に、発電装置２が今後出力する電力を予測し、予測結果を発電装置出力予測値９０３として出力する。饋電線負荷予測部９２は、外部から与えられる鉄道ダイヤ情報９０２を入力として、入力した鉄道ダイヤ情報９０２を基に、交流饋電線６に接続している電車などの饋電線負荷の今後の負荷電力を予測し、予測結果を饋電線負荷予測値９０４として出力する。蓄電池ＳＯＣ目標値出力部９３は、発電装置出力予測部９１が出力する発電装置出力予測値９０３と饋電線負荷予測部９２が出力する饋電線負荷予測値９０４とを入力とし、入力した発電装置出力予測値９０３と饋電線負荷予測値９０４とを基に、蓄電装置８に対する蓄電池ＳＯＣ目標値（蓄電池充電状態目標値）９０５を生成して出力する。出力指令出力部９４は、饋電線負荷予測部９２が出力する饋電線負荷予測値９０４と、蓄電装置８が出力する蓄電池ＳＯＣ検出値９０６を入力とし、入力した饋電線負荷予測値９０４と蓄電池ＳＯＣ検出値９０６とを基に、電力変換器４への出力指令９０８を生成して出力する。出力上限指令出力部９５は、蓄電池ＳＯＣ目標値出力部９３が出力する蓄電池ＳＯＣ目標値９０５と、蓄電装置８が出力する蓄電池ＳＯＣ検出値９０６を入力とし、入力した蓄電池ＳＯＣ目標値９０５と蓄電池ＳＯＣ検出値９０６とを基に、発電装置２への出力上限指令９０７を生成して出力する。
【００１８】
図２は、蓄電池ＳＯＣ目標値出力部９３の構成を示す構成図である。蓄電池ＳＯＣ目標値出力部９３は、減算器９３１と、積分演算部９３２と、ＳＯＣ変化量演算部９３３と、減算器９３４と、リミッタ９３５を有し、発電装置出力予測値９０３と饋電線負荷予測値９０４が入力される。ここで、蓄電池ＳＯＣ目標値出力部９３の入力である発電装置出力予測値９０３と饋電線負荷予測値９０４は、現時点から所定の期間Tまでの予測値の時系列データである。減算器９３１は、発電装置出力予測値９０３と饋電線負荷予測値９０４の時系列データの差分９１１を演算し、演算結果を現時点から期間Tまでの時系列データとして出力する。積分演算部９３２は、減算器９３１が出力する差分９１１の時系列データを現時点から期間Tまで積分演算を実施し、現時点から期間Tまでの間（設定期間）に、蓄電装置８に充電されるエネルギーの予測値（ΔＥ）９１２または蓄電装置８から放電されるエネルギーの予測値（ΔＥ）９１２を出力する。
【００１９】
なお、エネルギーの予測値（ΔＥ）９１２が正の場合は、その大きさは蓄電装置８に充電されるエネルギーの予測値であり、エネルギーの予測値（ΔＥ）９１２が負の場合は、その大きさは蓄電装置８から放電されるエネルギーの予測値である。
【００２０】
ＳＯＣ変化量演算部９３３は、積分演算部９３２が出力するエネルギーの予測値（ΔＥ）９１２を入力として、例えば、正のエネルギー予測値（ΔＥ）を基に、正のエネルギー予測値（ΔＥ）で蓄電装置８が充電される時の蓄電池ＳＯＣの変化量ΔＳＯＣ９１３を推測する演算を実行して出力する。減算器９３４は、所定のＳＯＣ量（設定値）であるSOC_MID（蓄電池ＳＯＣの中間値）９１４とＳＯＣ変化量演算部９３３が出力する蓄電池ＳＯＣの変化量ΔＳＯＣ９１３との差分９１５を出力する。リミッタ９３５は、減算器９３４が出力する差分９１５を入力として、上限値をSOC_MAX、下限値をSOC_MINとするリミッタ処理を実施し、リミッタ処理後の値を蓄電池ＳＯＣ目標値９０５として出力する。ここで、蓄電装置８の運用において、蓄電池ＳＯＣ範囲（目標値設定範囲）の上限値をSOC_MAX、下限値をSOC_MIN、その中間値をSOC_MIDとする。
【００２１】
図３は、蓄電池ＳＯＣ目標値出力部９３の動作波形例を示す波形図である。図３（ａ）は、発電装置出力予測値（Ｗ）の波形で、図３（ｂ）は、饋電線負荷予測値（Ｗ）の波形で、図３（ｃ）は、蓄電池におけるエネルギーの予測値（Ｊ）の波形で、図３（ｄ）は、蓄電池ＳＯＣ目標値（％）の波形である。発電装置出力予測値と饋電線負荷予測値は、現時点t１から期間Ｔ（時間t1〜t2）までの時系列データとして与えられ、その差分を現時点t1から期間Ｔまで積分すると、図３（ｃ）に示すように、現時点t1から期間Ｔまでに蓄電装置８に充電されるエネルギーの予測値（ΔE）が得られる。なお、エネルギーの予測値（ΔＥ）が、図３（ｃ）に示すように、正の場合は、その大きさは蓄電装置８に充電されるエネルギーの予測値である。エネルギーの予測値（ΔＥ）が負の場合は、その大きさは蓄電装置８から放電されるエネルギーの予測値を表す。
【００２２】
次に、図３（ｄ）に示すように、正のエネルギーの予測値（ΔＥ）を基に、エネルギーの予測値（ΔＥ）に相当するエネルギーが、蓄電装置８に充電されたときの蓄電池ＳＯＣの変化量に相当するＳＯＣ変化量ΔＳＯＣ９１３を推測し、SOC_MID（中間値）９１４から、推測されたＳＯＣ変化量ΔＳＯＣ９１３を減算した値を、現時点t1における蓄電池ＳＯＣ目標値９０５として設定する。即ち、余剰電力が発生すると予測される場合、蓄電池ＳＯＣ目標値９０５をSOC_MID（中間値）９１４よりも小さくする。
【００２３】
なお、エネルギーの予測値（ΔＥ）が負の場合、負のエネルギーの予測値（ΔＥ）から、このエネルギーの予測値（ΔＥ）に相当するエネルギーが、蓄電装置８から放電されたときの蓄電池ＳＯＣの変化量に相当するＳＯＣ変化量ΔＳＯＣ９１３を求め、SOC_MID（中間値）９１４からＳＯＣ変化量ΔＳＯＣ９１３を加算した値を、現時点t1における蓄電池ＳＯＣ目標値９０５として設定する。すなわち、不足電力が発生すると予測される場合、蓄電池ＳＯＣ目標値９０５をSOC_MID（中間値）９１４よりも大きくする。
【００２４】
このように蓄電池ＳＯＣ目標値９０５を設定することで、現時点t1から期間Ｔ経過した時における蓄電池ＳＯＣが、設定値としてのSOC_MID９１４付近になる。この結果、所定の演算周期ごとに、蓄電池ＳＯＣ目標値９０５を設定し、この蓄電池ＳＯＣ目標値９０５を基に発電装置２の出力を制御することで、蓄電池ＳＯＣが常にSOC_MID９１４を中心に制御され、結果として、蓄電池ＳＯＣが適正な設定範囲（目標値設定範囲）内に管理され、蓄電装置８が過充電や過放電になることを防止することができる。この際、電力変換器７が、電力変換器３と電力変換器４の直流部の直流電圧を一定に維持する電力変換を行って、蓄電装置８を充放電することで、蓄電池ＳＯＣをより適正な設定範囲に管理することができる。また、エネルギーの予測値（ΔＥ）からＳＯＣ変化量ΔＳＯＣ９１３を推測し、推測されたＳＯＣ変化量ΔＳＯＣ９１３を基に蓄電池ＳＯＣ目標値９０５を演算することで、予測される余剰電力または不足電力に対応した蓄電池ＳＯＣ目標値９０５を求めることができる。
【００２５】
図４は、出力指令出力部９４の構成を示す構成図である。出力指令出力部９４は、出力指令演算部９４１と、放電可否判定部９４２と、スイッチ９４３と、変化率リミッタ９４４を有し、饋電線負荷予測値９０４と蓄電池SOC検出値９０６が入力される。ここで、出力指令出力部９４の入力である饋電線負荷予測値９０４は、現時点から期間Ｔ（設定期間）までの予測値の時系列データであり、この時系列データは、出力指令演算部９４１に入力される。出力指令演算部９４１は、入力された時系列データから現時点のデータのみを抽出して、それを現時点の出力指令９２１として出力する。出力指令出力部９４の入力である蓄電池ＳＯＣ検出値９０６は、放電可否判定部９４２に入力される。放電可否判定部９４２は、蓄電池ＳＯＣ検出値９０６から蓄電装置８が放電可能かどうかを判定して、放電可否判定結果９２２をスイッチ９４３に出力する。スイッチ９４３は、出力指令演算部９４１が出力する出力指令９２１と放電可否判定部９４２が出力する放電可否判定結果９２２とを入力として、放電可否判定結果９２２に応じて、出力指令９２１または零を選択し、選択した出力指令９２１または零を出力指令９２３として変化率リミッタ９４４に出力する。
【００２６】
例えば、スイッチ９４３は、放電可否判定部９４２から、蓄電装置８が放電可能であることを示す放電可否判定結果９２２を入力した場合、出力指令演算部９４１が出力する出力指令９２１を選択し、選択した出力指令９２１を出力指令９２３として変化率リミッタ９４４に出力する。一方、スイッチ９４３は、放電可否判定部９４２から、蓄電装置８が放電不可能であることを示す放電可否判定結果９２２を入力した場合、零を出力指令として選択し、選択した零の出力指令９２３を変化率リミッタ９４４に出力する。スイッチ９４３の出力による出力指令９２３は変化率リミッタ９４４を通して、出力指令９０８として電力変換器４へ出力される。
【００２７】
図５は、出力指令出力部９４の動作波形例を示す波形図である。図５（ａ）は、饋電線負荷予測値（Ｗ）の波形であり、図５（ｂ）は、蓄電池ＳＯＣ検出値（％）の波形であり、図５（ｃ）は、放電可否判定部９４２の放電可否判定結果を示す波形であり、図５（ｄ）は、出力指令（Ｗ）の波形である。ここで、図５（ｂ）に示すように、蓄電池SOC検出値が、所定の閾値TH以上の場合（時間0〜時間t1）、図５（ｃ）に示すように、放電可否判定結果は、放電可という状態になり、図５（ａ）に示す饋電線負荷予測値が、そのまま出力指令として出力される（図５（ｄ）参照）。
【００２８】
しかし、図５（ｂ）に示す蓄電池ＳＯＣ検出値が、閾値TH未満の場合（時間t1〜時間t2の期間）、放電可否判定結果は、放電不可という状態になり、出力指令が零に向かって変化（減少）する。その後、図５（ｂ）に示す蓄電池ＳＯＣ検出値が、閾値TH以上になれば（時間t2以降）、図５（ｃ）に示す放電可否判定結果は、放電可という状態になり、図５（ｄ）に示す出力指令が、零から饋電線負荷予測値に向かって変化（増加）する。このように蓄電池ＳＯＣが低下して蓄電装置８からの放電が困難な場合には、電力変換器４への出力指令を低減することで蓄電池ＳＯＣの低下を抑制し、蓄電装置８の過放電を防止することができる。また、蓄電装置８からの放電が可能である場合には、電力変換器４への出力指令を零から増加するか、或いは、出力指令を饋電線負荷予測値とすることで、饋電線負荷に相当する電力を交流饋電線６に十分に供給することができる。
【００２９】
饋電線負荷予測値と蓄電池ＳＯＣ検出値とを基に生成された出力指令９０８を基に電力変換器４の出力を制御することで、饋電線負荷予測値の範囲内で、蓄電池の充電状態に応じた電力を電力変換器４から交流饋電線６に供給することができる。すなわち、蓄電池が放電可の場合、饋電線負荷予測値に相当する出力指令９０８で電力変換器４の出力を制御し、蓄電池が放電不可の場合、零に相当する出力指令９０８で電力変換器４の出力を制御することができる。
【００３０】
図６は、出力上限指令出力部９５の構成を示す構成図である。出力上限指令出力部９５は、ＳＯＣ判定部９５１と、出力上限指令演算部９５２と、リミッタ９５３とを有し、蓄電池ＳＯＣ目標値９０５と蓄電池ＳＯＣ検出値９０６が入力される。ここで、出力上限指令出力部９５の入力である蓄電池ＳＯＣ目標値９０５と蓄電池ＳＯＣ検出値９０６は、ＳＯＣ判定部９５１に入力される。ＳＯＣ判定部９５１は、蓄電池ＳＯＣ検出値９０６と蓄電池ＳＯＣ目標値９０５の大小（高低）を判定し、判定結果をＳＯＣ判定結果９３１として出力上限指令演算部９５２に出力する。出力上限指令演算部９５２は、ＳＯＣ判定部９５１の出力するＳＯＣ判定結果９３１を入力として演算し、演算結果を出力上限指令９３２としてリミッタ９５３に出力する。この際、出力上限指令演算部９５２は、蓄電池ＳＯＣ目標値９０５が蓄電池ＳＯＣ検出値９０６よりも大きい場合は、出力上限指令９０７を増加させる演算を実行し、蓄電池ＳＯＣ目標値９０５が蓄電池ＳＯＣ検出値９０６よりも小さい場合は、出力上限指令９０７を減少させる演算を実行する。出力上限指令演算部９５２の出力は、上限値P_MAX、下限値零のリミッタ９５３を通して、出力上限指令９０７として、発電装置２に出力される。
【００３１】
図７は、出力上限指令出力部９５の動作波形例を示す波形図である。図７（ａ）は、蓄電池ＳＯＣ検出値９０６と蓄電池ＳＯＣ目標値９０５との関係を示す蓄電池ＳＯＣ（％）の波形であり、図７（ｂ）は、ＳＯＣ判定部９５１のＳＯＣ判定結果を示す波形であり、図７（ｃ）は、出力上限指令（Ｗ）の波形である。出力上限指令出力部９５において、蓄電池ＳＯＣ検出値９０６が、蓄電池ＳＯＣ目標値９０５よりも高い（大きい）場合（時間0〜時間t1の期間）、ＳＯＣ判定結果は、高ＳＯＣという状態になる。この場合、出力上限指令演算部９５２の出力による出力上限指令は所定の変化率で減少する。
【００３２】
一方、出力上限指令出力部９５において、蓄電池ＳＯＣ検出値９０６が、蓄電池ＳＯＣ目標値９０５よりも低い（小さい）場合（時間t1〜t2の期間）、ＳＯＣ判定結果は、低ＳＯＣという状態になる。この場合、出力上限指令演算部９５２の出力による出力上限指令は、所定の変化率で増加する。
【００３３】
また、出力上限指令出力部９５において、蓄電池ＳＯＣ検出値９０６が、蓄電池ＳＯＣ目標値９０５よりも高い（大きい）場合（時間t2〜時間t3の期間）、ＳＯＣ判定結果は、高ＳＯＣという状態になる。この場合、出力上限指令演算部９５２の出力による出力上限指令は、所定の変化率で減少する。なお、出力上限指令の下限値は零で、上限値はP_MAXであり、P_MAXは発電装置２の最大出力で決定される。
【００３４】
蓄電池ＳＯＣ検出値９０６と蓄電池ＳＯＣ目標値９０５とから出力上限指令を生成し、生成した出力上限指令を基に発電装置２の出力を制御することで、発電装置２の上限値以下となる電力を、発電装置２から出力することができる。また、蓄電池ＳＯＣ検出値９０６が、蓄電池ＳＯＣ目標値９０５よりも大きい場合、出力上限指令を下限値まで低減し、蓄電池ＳＯＣ検出値９０６が、蓄電池ＳＯＣ目標値９０５よりも小さい場合、出力上限指令を上限値まで増加させることで、蓄電池の充電状態に応じて、発電装置２の出力の増減を調整することができる。
【００３５】
このような構成にすることで、蓄電池ＳＯＣの状態に応じて発電装置２の出力の上限値を調整することが可能となり、蓄電装置８の充放電も調整することが可能となる。また、蓄電池ＳＯＣ検出値９０６が蓄電池ＳＯＣ目標値９０５よりも低い場合は、発電装置２への出力上限指令９０７を増加させて、発電装置２の出力上昇を図り、発電装置２が出力する電力をできるだけ多くすることが可能となる。
【００３６】
本実施例によれば、再生可能エネルギーによる電力を鉄道の饋電線に供給する際に、蓄電池の充電状態を設定範囲に管理することができ、結果として、発電装置からできるだけ多く電力を出力すると共に、蓄電池ＳＯＣを適正範囲内に管理することができる。また、鉄道の饋電線に連系して饋電線負荷に電力を供給する蓄電装置付き発電システムを提供することができると共に、電力系統からの電力を少なくし、発電システムからの電力を饋電線負荷に対して有効活用することで、電力会社との契約電力料金の低減も期待できる。
【実施例２】
【００３７】
図８は、電気鉄道に連系する蓄電装置付き発電システムの第二の実施例の構成を示す構成図である。本実施例において、図１の第一の実施例の構成と異なるのは、制御装置１０の構成である。制御装置１０は、外部から気象情報９０１及び鉄道ダイヤ情報９０２及び出力指令情報９０９を入力し、蓄電装置８から蓄電池ＳＯＣ検出値９０６を入力し、入力した出力指令情報９０９を基に電力変換器４へ出力指令９０８を出力し、入力した気象情報９０１と鉄道ダイヤ情報９０２及び蓄電池ＳＯＣ検出値９０６を基に発電装置２へ出力の上限値を指定する出力上限指令９０７を出力する。
【００３８】
この際、制御装置１０は、発電装置出力予測部９１と、饋電線負荷予測部９２と、蓄電池ＳＯＣ目標値出力部９３と、出力指令出力部９６と、出力上限指令出力部９５を有している。発電装置出力予測部９１、饋電線負荷予測部９２、蓄電池ＳＯＣ目標値出力部９３、出力上限指令出力部９５は、図１の第一の実施例の構成と同様である。出力指令出力部９６は、図１の出力指令出力部９４とは異なり、外部からの出力指令情報９０９を入力として、入力した出力指令情報９０９を基に電力変換器４へ出力指令９０８を出力する。
【００３９】
このように、交流饋電線６への出力指令９０８を外部からの出力指令情報９１４を基に生成する構成であっても良い。この際、外部からの出力指令情報９０９は、饋電線の負荷に関する情報と蓄電池の充電状態に関する情報を含む情報で構成することができる。
【００４０】
本実施例によれば、第一の実施例と同様の効果を奏することができると共に、外部からの出力指令情報を基に発電装置の出力を制御することができる。
【実施例３】
【００４１】
図９は、電気鉄道に連系する蓄電装置付き発電システムの第三の実施例の構成を示す構成図である。本実施例において、図１の第一の実施例の構成と異なるのは、発電装置として風力発電装置１１が使用されている点である。風力発電装置１１は、風車の羽のピッチ角を調整することで出力を抑制することが可能である。すなわち、制御装置９からの出力上限指令９０７に従って、風車の羽のピッチ角を調整することで、風力発電装置１１の出力（交流電力）を調整することが可能である。また、外部から制御装置９に入力される気象情報９０１としては、風況情報などを用いることができる。
【００４２】
本実施例によれば、第一の実施例と同様の効果を奏することができると共に、発電装置として風力発電装置を利用することで、CO2削減効果も期待できる。
【実施例４】
【００４３】
図１０は、電気鉄道に連系する蓄電装置付き発電システムの第四の実施例の構成を示す構成図である。本実施例において、図１の第一の実施例の構成と異なるのは、発電装置として太陽光発電装置１２が使用されている点である。太陽光発電装置１２は、太陽光パネルの電圧を調整することで出力を抑制することが可能である。すなわち、制御装置９からの出力上限指令９０７に従って、太陽光パネルの電圧を調整することで、太陽光発電装置１２の出力（交流電力）を調整することが可能である。また、外部から制御装置９に入力される気象情報９０１としては、日射量情報などを用いることができる。
【００４４】
本実施例によれば、第一の実施例と同様の効果を奏することができると共に、発電装置として太陽光発電装置を利用することで、CO2削減効果も期待できる。
【実施例５】
【００４５】
図１１は、電気鉄道に連系する蓄電装置付き発電システムの第五の実施例の構成を示す構成図である。本実施例において、図１の第一の実施例の構成と異なるのは、発電システム１が直流饋電線１３に電力を供給する点である。この場合、電力変換器３が出力する直流電力を電力変換器４が昇圧あるいは降圧して直流饋電線１３に直流電力を供給する。その他に関しては、直流電気鉄道に対しても同様の構成を適用することができる。
【００４６】
本実施例によれば、第一の実施例と同様の効果を奏することができると共に、直流の饋電線に連系して饋電線負荷に電力供給する蓄電装置付き発電システムを提供することができる。
【００４７】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００４８】
また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid  State  Drive）等の記録装置、または、ＩＣ（Integrated  Circuit）カード、ＳＤ（Secure  Digital）メモリカード、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）等の記録媒体に記録して置くことができる。
【符号の説明】
【００４９】
１：発電システム、２：発電装置、３：電力変換器、４：電力変換器、５：変圧器、６：交流饋電線、７：電力変換器、８：蓄電装置、９：制御装置、１０：制御装置、１１：風力発電装置、１２：太陽光発電装置、１３：直流饋電線、２０：電力系統、２１：変電所、９１：発電装置出力予測部、９２：饋電線負荷予測部、９３：蓄電池SOC目標値出力部、９４：出力指令出力部、９４１：出力指令演算部、９４２：放電可否判定部、９４３：スイッチ、９４４：変化率リミッタ、９５：出力上限指令出力部、９５１：SOC判定部、９５２：出力上限指令演算部、９５３：リミッタ、９６：出力指令出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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