(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電池アレイと、
電力網を用いて上記電池アレイを充電し、上記電池アレイから上記電力網に電力を供給するように構成された双方向インバーターユニットと、
上記電力網の周波数及び位相を監視して、上記電力網を用いて上記電池アレイを充電するか、または、上記電池アレイから上記電力網に電力を供給するかを決定するように構成されており、上記電力網の負荷を平準化する監視制御ユニットと
を備え、
放電期間に上記電池アレイが放電するように、上記監視制御ユニットが上記双方向インバーターユニットを制御すること、
充電期間に上記電池アレイが充電するように、上記監視制御ユニットが上記双方向インバーターユニットを制御すること、
及び、
上記放電期間が経過する前に上記電池アレイが完全に放電を完了するとき、又は、上記充電期間が経過する前に上記電池アレイが充電を完了するとき、上記監視制御ユニットが、次の期間に入る前に上記双方向インバーターユニットを待機状態に切り替えること
から定義される通常モードを有し、
上記監視制御ユニットが上記電力網の負荷を検知すること、
放電期間であるとき、電力網の負荷があらかじめ設定した放電閾値を越えたときに、上記電池アレイが放電するように、上記監視制御ユニットが上記双方向インバーターユニットを制御すること、
充電期間であるとき、電力網の負荷があらかじめ設定された充電閾値を下回ったときに、上記電池アレイが充電するように、上記監視制御ユニットが上記双方向インバーターユニットを制御すること、
及び、
上記放電期間が経過する前に上記電池アレイが完全に放電を完了するとき、又は、上記充電期間が経過する前に上記電池アレイが充電を完了するとき、上記監視制御ユニットが、次の期間に入る前に上記双方向インバーターユニットを待機状態に切り替えること
から定義されるピークカットモードを有し、
異なる時間帯における異なる電力の単価により、上記通常モードと上記ピークカットモードを設定することを特徴とする、電力網の負荷を平準化する、電池を用いた発電所。
【請求項２】
上記電池アレイを充電するために上記双方向インバーターユニットに供給すべく上記電力網からの高電圧の電気を低電圧の電気に変圧する、又は上記電力網に供給するべく上記双方向インバーターユニットからの低電圧の電気を高電圧の電気に変圧する変圧ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電池を用いた発電所。
【請求項３】
上記あらかじめ設定された放電閾値が上記電力網の処理能力の約８０％以上であり、上記あらかじめ設定された充電閾値が上記電力網の処理能力の約６０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電池を用いた発電所。
【請求項４】
上記発電所は、
上記電池アレイの充電が完了する、又は、上記発電所のモードが切り替えられるまで、上記電池アレイが充電するように、上記監視制御ユニットが上記双方向インバーターユニットを制御することから定義される強制充電モードを有することを特徴とする請求項１に記載の電池を用いた発電所。
【請求項５】
上記発電所は、
上記電池アレイの放電が完了する、又は、上記発電所のモードが切り替えられるまで、上記電池アレイが放電するように、上記監視制御ユニットが上記双方向インバーターユニットを制御することから定義される強制放電モードを有することを特徴とする請求項１に記載の電池を用いた発電所。
【請求項６】
上記変圧ユニットを保護する継電器保護ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の電池を用いた発電所。
【請求項７】
上記監視制御ユニットが上記電池アレイの電力貯蔵レベルを検知し、上記電池アレイを、あらかじめ設定された電力貯蔵範囲に維持すべく、検知された電力貯蔵レベルに基づいて上記双方向インバーターユニットが制御されることを特徴とする請求項１に記載の電池を用いた発電所。
【請求項８】
上記監視制御ユニットが上記電池アレイの温度を検知し、上記電池アレイを、あらかじめ設定された温度範囲に維持すべく、検知された温度に基づいて上記双方向インバーターユニットが制御されることを特徴とする請求項１に記載の電池を用いた発電所。
【請求項９】
上記監視制御ユニットが上記電力網の負荷を検知し、上記電力網が過負荷にならないように保護すべく、検知された上記電力網の負荷に基づいて上記電池アレイの充電が調整されることを特徴とする請求項１に記載の電池を用いた発電所。
【請求項１０】
上記監視制御ユニットが上記電力網の負荷を検知し、上記電力網の最大容量を越えないようにすべく、検知された上記電力網の負荷に基づいて上記電池アレイの放電が調整されることを特徴とする請求項１に記載の電池を用いた発電所。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［関連出願への相互参照］
本出願は、２００９年４月３０日に出願された中国の特許出願２００９１０１３６１６５．０号に基づいて優先権を主張し、その内容全体を本明細書に参照として組み入れる。
【０００２】
［技術分野］
本発明は、発電網の電力貯蔵発電所に関する。特に、電力網の負荷の平準化のための電池を用いた電力貯蔵発電所に関する。
【０００３】
［背景技術］
生活だけでなく産業や農業の発達により電力需要が急速に増えている。政府は火力発電や水力発電に多くの投資を行っているが、増え続ける電力需要への対応は未だ困難である。
【０００４】
電力網の負荷は一日の時間帯により変化する。現在、一日の電力消費のピークタイムは、通常、午後６時から午後９時の時間帯である。したがって、ピークタイムにおける電力消費の変動に対応するために、電力網をサポートする予備的なエネルギーの貯蔵が必要とされている。現在のところ、電力網に予備的なエネルギーの貯蔵を提供する発電所は、主に石炭エネルギー、石油エネルギー、水力や揚水による電力貯蔵を用いたものを備える。
【０００５】
このようなエネルギー貯蔵の形態として石炭や石油を用いた発電所があるが、コストが高く発電の開始や停止に時間がかかり深刻な環境汚染をも引き起こす。コスト、安全性や環境保護を考慮すると、石炭や石油を用いた電力貯蔵は、ピークタイム高負荷時の負荷調整には適していない。水力を用いた電力貯蔵向けの発電所は、高ピーク時の電力消費の調整により良く対応できる。しかし、利用可能な水力資源は限られている。高ピーク時の調整に対応できる電力貯蔵の主な手法として挙げられる水力発電所は、大きな設置スペースを必要とする、建設に時間がかかる。そして、地理条件の制約を受けるかもしれない、といった理由により制限を受ける。つまり、電力消費需要、特に高ピーク時の電力消費需要から来る負荷の改善のために、新しい電力貯蔵機構が今必要とされている。
【０００６】
［発明の概要］
上記観点に鑑み、本願発明は従来技術の問題の少なくも一つを解決するもので、電力網の負荷分散のための電池を用いた発電所を提供する。本願発明の発電所は、高ピーク時の電力消費による負荷を改善し得るもので、ピーク時の負荷において電力網の性能を効果的に高めるために電力網にかかる負荷を平準化させるものである。
【０００７】
本願発明の一実施形態によると、電力網の負荷の平準化のための電池を用いた発電所が供され得る。発電所は少なくとも１つの電池アレイと、電力網を用いて電池アレイを充電し、電池アレイから電力網に電力を供給するように構成された双方向インバーターユニットと、電力網を用いて上記電池アレイを充電するか、電池アレイから電力網に電力を供給するかを制御するために、電力網の周波数及び位相を監視するように構成された監視制御ユニットとを備えても良い。以上により、上記電力網の負荷が平準化される。
【０００８】
本願発明の電力貯蔵は電池を用いたグリッド型電力貯蔵である。電池を用いたグリッド型電力貯蔵は電力供給網の負荷の平準化に使われ、ここで、電力貯蔵は、電池アレイと、電力網の電力を用いて電池アレイを充電する、又は、逆に電池アレイの電力を電力網に供給するように構成された双方向インバーターユニットと、電力網の負荷、周波数及び位相を検知し、電力網の周波数及び位相に基づいて、電力網からの電力を用いて電池アレイを充電する、又は、逆に電池アレイからの電力を電力網に供給すべく、双方向インバーターユニットを制御するように構成された監視制御ユニットとを備える。以上により、電力網における負荷を平準化することができる。
【０００９】
本願発明は、電力網の負荷の平準化のための、電池を用いた発電所を提供する。監視制御ユニットは、電力網の負荷、周波数及び位相を検知するように構成されている。かつ、監視制御ユニットは、電力網の負荷を平準化すべく、電力網の周波数及び位相に基づいて、電力網からの電力を用いて電池アレイを充電する、又は、逆に電池アレイから電力網へ電力を供給するよう、双方向インバーターユニットを制御するように構成されている。本願発明の電池を用いたグリッド型電力貯蔵は、設置においてより省スペースで、より安価に、環境汚染を防ぎ、かつ、安全に運用できる。
【００１０】
本願発明の実施形態のさらなる特徴と効果を下記に一部示すことによりその一部が明確になる、又は、本発明の実施例の実施により特定される。
【００１１】
［図面の簡単な説明］
下記の記載と図面から、上記の及び他の本願発明の特徴と効果が明らかになり、より容易に理解できる。
【００１２】
図１は、本願発明の一実施形態における電池を用いた発電所の構成概念図である。
【００１３】
図２は、本願発明の一実施形態における電池を用いた発電所の構成概念図である。
【００１４】
図３は、本願発明の他の実施形態における電池を用いた発電所の構成概念図である。
【００１５】
［発明を実施するための形態］
下記の図面と対応させた実施例により、本願発明のさらなる特徴とその効果だけでなく、上記の特徴と効果もより明確に理解できる。
【００１６】
本願発明の一実施形態によると、電力網の負荷の平準化のための電池を用いた発電所が提供されても良い。発電所は、少なくとも１つの電池アレイ１０と、電力網とを用いて電池アレイ１０を充電する、かつ、電池アレイ１０から電力網に電力を供給するように構成された双方向インバーターユニット２０と、電力網の周波数及び位相を監視し、電力網を用いて電池アレイ１０を充電するか、電池アレイ１０から上記電力網に電力を供給するかを決定するように構成された監視制御ユニット３０とを備えても良い。以上により、電力網における負荷を平準化することができる。
【００１７】
以下では、電池を用いた発電所について図面を参照しながら詳述する。図１によると、電池を用いた発電所は、電池アレイ１０と、双方向インバーターユニット２０と、監視制御ユニット３０とを備えても良い。双方向インバーターユニット２０は、電力網からの電力を用いて電池アレイ１０を充電する、又は、逆に電池アレイ１０から電力網へ電力を供給するように構成されている。監視制御ユニット３０は、電力網の負荷、周波数及び位相を検知するように構成されている。また、監視制御ユニット３０は、電力網の負荷を平準化するように電力網の周波数及び位相に基づいて、電力網からの電力を用いて電池アレイ１０を充電する、又は、逆に電池アレイ１０から電力網へ電力を供給するように、双方向インバーターユニット２０を制御するよう構成されている。
【００１８】
本願発明の一実施形態によると、電池アレイ１０は、複数の直列連結された電池をさらに備えても良い。電池は定格電圧が３．２Ｖであるリン酸鉄リチウム電池や他のタイプの二次電池のような鉄電池であっても良い。双方向インバーターユニット２０は、電力網からの交流電流を直流電流に変換するよう使用しても良く、さらに直流電流を用いて電池アレイ１０を充電しても良い。双方向インバーターユニット２０はさらに、電池アレイ１０からの直流電流を、電力網の周波数及び位相と同一となり得る交流電流に変換し、変換した交流電流を電力網に供給するように使用しても良い。双方向インバーターユニット２０は、充放電が可能な任意の構成であっても良い。
【００１９】
一般に、電力網の電力の電圧は、高電圧、例えば１０ＫＶ以上であっても良い。電池アレイ１０が耐え得る電圧は、１０ＫＶを大きく下回ってもよく、例えば０．４ＫＶであってもよい。本願発明の一実施形態によると、図２に示すように、発電所はさらに、変圧ユニット４０を備えても良い。変圧ユニット４０は、電力網の高電圧の電流を低電圧の電流に変換しても良く、双方向インバーターユニット２０が低電圧の電流により電池アレイ１０を充電できるように双方向インバーターユニット２０に低電圧の電流を供給しても良く、逆に双方向インバーターユニット２０からの低電圧の電流を、電力網で使用される高電圧の電流に変換し、高電圧の電流を電力網に供給しても良い。
【００２０】
電池を用いた発電所は次のワークモードを有しても良い。
【００２１】
（通常モード）
放電期間であるとき、監視制御ユニット３０は電池アレイ１０が放電するように双方向インバーターユニット２０を制御しても良い。
【００２２】
充電期間であるとき、監視制御ユニット３０は電池アレイ１０が充電されるように双方向インバーターユニット２０を制御しても良い。
【００２３】
電池アレイ１０の放電が完了してなお放電期間であるとき、又は、電池アレイ１０の充電が完了してなお充電期間であるとき、次の期間に入る前に、監視制御ユニット３０により、双方向インバーターユニット２０は、待機モードに入っても良い。
【００２４】
（ピークカットモード）
電力網の負荷は監視制御ユニット３０により検知される。放電期間であるとき、電力網の負荷があらかじめ設定した放電閾値を越えたとき、電池アレイ１０が放電するように、監視制御ユニット３０が双方向インバーターユニット２０を制御しても良い。
【００２５】
充電期間にあり、電力網の負荷があらかじめ設定した充電閾値を下回ったとき、電池アレイ１０が充電するように、監視制御ユニット３０が双方向インバーターユニット２０を制御しても良い。
【００２６】
電池アレイ１０が放電を完了してなお充電期間であるとき、又は、電池アレイ１０が充電を完了してなお放電期間であるとき、監視制御ユニット３０が、双方向インバーターユニット２０を制御して、次の期間に入る前に、待機モードに切り替えても良い。
【００２７】
あらかじめ設定した放電閾値は電力網の処理能力の８０％より大きくあっても良く、あらかじめ設定した充電閾値は電力網の処理能力の６０％より小さくあっても良い。
【００２８】
一般に、電力の単価（以下、単価）は使用状況によって変動し、例えば、単価は午後６時から午後９時の時間帯は比較的高く、深夜を過ぎると下がる。その利益を最大限利用するために、本願発明の一実施形態によると、異なる時間帯における異なる単価により、通常モードとピークカットモードを設定しても良い。例えば、単価が比較的高い時間帯には、放電期間に当てても良く、単価が比較的安い時間帯には、充電期間に当てても良い。つまり、この方策では低価格で買電し高価格で売電することで、電力網の利益を最大限向上させる。
【００２９】
さらには、充電期間及び放電期間は、例えば、１日の各々の時間帯のおける電力網の負荷により設定しても良い。高負荷時に放電期間とし、低負荷時に充電期間としても良い。
【００３０】
ピークカットモードと通常モードの違いは、充放電時間帯に加えて、電力網の負荷がピークであるかないかを考慮して、ピークカットモードが負荷を調整することにあっても良い。
【００３１】
（強制充電モード）
電池を用いた発電所がこのモードで動作するときは、双方向インバーターユニット２０が電池アレイ１０の充電を完了させるまで、又は、モードが切り替えられるまで、双方向インバーターユニット２０が電池アレイ１０を充電させるように、監視制御ユニット３０は双方向インバーターユニット２０を制御しても良い。充電期間でなく非常時に電池アレイ１０が充電を必要としているとき、例えば、デバッグ時に、ユーザーが、電池を用いたグリッド型電力貯蔵のモードを強制充電モードに切り替えて、電池アレイ１０を充電しても良い。
【００３２】
（強制放電モード）
電池を用いた発電所がこのモードで動作するときは、双方向インバーターユニット２０が電池アレイ１０の放電を完了するまで、又は、モードが他のモードに切り替えられるまで、双方向インバーターユニット２０が電池アレイ１０を放電させるように、監視制御ユニット３０は双方向インバーターユニット２０を制御しても良い。放電期間でなく非常時に電力網の負荷が重くなった時、ユーザーが電池アレイ１０を放電し電力網の負荷を減らすために、発電所を強制放電モードに切り替えて、電池アレイ１０を放電しても良い。
【００３３】
上記の強制充電モードと強制放電モードは、実際には、アベレージモードとピークカットモードの補助モードで、本願発明の発電所は色々な非常事態や動作環境での応用に適し得る。
【００３４】
上記の４モードの記載における「放電を完了する」、「充電を完了する」という言葉は、上記電池アレイ１０が、電力を使い尽くした、又は、上記電池アレイ１０が、電力を限界まで貯めた、という意味であることに留意すべきである。上記電池を用いた発電所のモードは、実際の必要に応じて各々切り替えられても良い。
【００３５】
本願発明の一実施形態によると、図３に示すように、電池を用いた発電所はさらに継電器保護ユニット５０を備えても良い。継電器保護ユニット５０は変圧ユニット４０を保護する目的で使用されても良い。継電器保護ユニット５０は高圧側引込筐体保護装置、高圧側引出筐体保護装置、低圧側引込筐体保護装置や低圧側引出筐体保護装置であっても良い。高圧側引込筐体保護装置と高圧側引出筐体保護装置は、各々、変圧ユニット４０の高圧側引込筐体や高圧側引出筐体の中に設置されても良い。低圧側引込筐体保護装置と上記低圧側引出筐体保護装置は、各々、変圧ユニット４０の低圧側引込筐体や低圧側引出筐体の中に設置されても良い。高圧側引込筐体保護装置は、高電圧の供給を遮断し安全なメンテナンスと修理を可能にするスイッチ類、避雷器や他の電子表示装置を備えても良い。本願発明の一実施形態によると、高圧側引出筐体保護装置には少なくとも過電流保護、瞬時引きはずし電流保護、高温警報、過昇温引きはずし保護及び零相循環の電流保護の目的でＣＳＰ−２０００マイクロコンピューターシステムを含んでも良い。低圧側引込筐体保護装置と低圧側引出筐体保護装置は、過負荷時に遅延又は短絡時に瞬時保護挙動をとるように構成されても良い。
【００３６】
本願発明の一実施形態によると、監視制御ユニット３０はさらに、電池アレイ１０の電力貯蔵レベルを検知し、あらかじめ設定した電力貯蔵範囲で電池アレイ１０が動作し続けるように、検知結果に基づいて双方向インバーターユニット２０を制御しても良い。これにより電池アレイ１０の過充電や過放電を防ぎ得る。あらかじめ設定した電力貯蔵範囲は、電池アレイのデフォルト保護属性により設定しても良く、例えば、電池アレイ１０に貯蔵され得る最大電力の１０％から９０％に設定できる。
【００３７】
監視制御ユニット３０はさらに、電池アレイ１０の温度を検知し、あらかじめ設定した温度範囲で電池アレイ１０が動作し続けるように、検知温度に基づいて双方向インバーターユニット２０を制御しても良い。この場合、電池アレイ１０の過昇温による損傷を防ぎ得て、電池アレイ１０を保護し得る。あらかじめ設定した温度範囲は、電池アレイ１０のデフォルト保護属性により設定しても良く、電池アレイ１０の機能を維持できる最高温度以下と設定できる。例えば、摂氏５０度以下と設定しても良い。
【００３８】
電池を用いた発電所はさらに、電池管理ユニット（図示していない）を備えても良く、電池アレイ１０の電力貯蔵レベルと温度は、電池管理ユニットから取得されても良い。
【００３９】
本願発明の一実施形態によると、監視制御ユニット３０はさらに、電力網に過度の負荷がかからないように、電力網の負荷に基づいて電池アレイ１０の充電量を調整しても良い。例えば、電力網の最大容量が１００００ＫＷで電力網の負荷が９９９０ＫＷであるならば、電池アレイ１０の充電量は、１０ＫＷを越えないように調整されても良い。この場合、他の電気消費者への電力供給は、電池を用いた発電所の充電に影響されることはない。
【００４０】
監視制御ユニット３０はさらに、電池アレイ１０から電力を受け取った後に、電力網の電力量が、電力網の最大容量を越えないことを保証するように、電力網の負荷に基づいて、電池アレイ１０の放電量を調整しても良い。この場合、結果的に電力網への悪影響を防ぎ得る。
【００４１】
さらには、監視制御ユニット３０は、アイランド効果を防ぐために、電力網の状態を自動的に検知しても良い。監視制御ユニット３０はさらに、発電所のスタート時や稼働時に、自動的に故障を検知し診断しても良く、検知された故障の影響のタイプや範囲に基づき自動保護を始めても良い。自動故障検知と診断は、技術的に自然な形で実施し得る。しかしながら、その内容の詳細な説明は、本明細書を明瞭にする目的により、ここでは省略する。
【００４２】
本願発明の一実施形態によると、上記電池を用いた発電所は、上記電力網の負荷を効果的に平準化し、ピークタイムの電力消費による負荷を改善し得る。
【００４３】
実施形態を示したが、これについて技術的に精通した者は理解できると思われ、発明の趣旨と原則を逸脱することなく実施形態を変更、代替や修正できる。このような変更、代替や修正はすべて特許請求の範囲及び等価な事項に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本願発明の一実施形態における電池を用いた発電所の構成概念図である。
【図２】本願発明の一実施形態における電池を用いた発電所の構成概念図である。
【図３】本願発明の他の実施形態における電池を用いた発電所の構成概念図である。
【図１】
0005506915.tif 000002
【図２】
0005506915.tif 000003
【図３】
0005506915.tif 000004