(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１または２以上の二次電池を含んで構成される複数の二次電池モジュールと、
上記二次電池の内部抵抗と相関を有するあるパラメータの値（以下”パラメータ値”という）を求めるパラメータ手段と、
上記パラメータ手段の求めたパラメータ値に応じて、上記二次電池モジュールからの放電電力を調整する制御手段と、を有し、
上記複数の二次電池モジュールは、互いに並列に配置され、その充電および放電を互いに独立的に制御可能に構成され、
上記制御手段は、上記内部抵抗との関係に基づいて決定された上記パラメータの基準値と、
充電および放電それぞれについて予め定められた上記二次電池モジュール間における優先順位と、を備え、
上記調整は、該基準値と上記パラメータ手段の求めたパラメータ値との大小関係に基づいて行われるものであり、上記内部抵抗の大きい領域においては、上記放電電力を小さくするものであり、前記優先順位に従って上記充電および放電を行わせるものであること、
を特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項２】
上記制御手段は、優先順位の高い二次電池モジュールから放電する電力だけでは電力が不足する場合には、優先順位の低い二次電池モジュールからの放電を許すものであること、
を特徴とする請求項１記載の電力貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、二次電池を用いた電力貯蔵システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力貯蔵システムは、系統電力の負荷平準化やピークカット、また系統周波数や系統電圧などを安定化するために利用されている。
【０００３】
近年は、二次電池モジュールを用いた電力貯蔵システムの開発が進められている。二次電池を用いた電力貯蔵システムおよびその利用形態の概要を図２０を用いて説明する。
【０００４】
系統電力のベースとなる系統の電源（例えば、原子力発電所、火力発電所）１が発電した電力は、配電変電所２で変圧調整され、系統負荷群３の需要家へ供給されている。そして、電力貯蔵分散電源システム２０は、遮断機５および交流電圧変圧器６を介して、該配電系統４に接続されている。
【０００５】
電力貯蔵分散電源システム２０は、複数の二次電池を直並列接続して構成される電池モジュール７と、電力制御部１２と、電力を交／直可逆変換する電力変換部１１と、を含んで構成されている。配電系統４の電力が不足する場合は、二次電池電池モジュール７より放電される直流電力を、電力変換部１１により交流に変換して系統に供給する。逆に夜間などの系統電力が余剰となる場合は、配電系統４から送られてくる交流電力を、電力変換部１１により直流電力に変換し、電池モジュール７に充電する。
【０００６】
燃料電池システムと組み合わせて系統電力の安定化をはかるハイブリッド型の電力貯蔵システムも提案されている。例えば、特開昭６３−４５７６５には、直流側で二次電池と燃料電池システムを並列に接続したシステムについて開示されている。該システムは、燃料電池の出力不足を補うとき以外は、二次電池が充電状態にあるような浮動充電しながら、負荷に電力を供給するようになっている。
【０００７】
このような電力貯蔵システムに使用する二次電池としては、エネルギー密度が大きく、また、充放電ロスも少ないことが要求される。このような要求を満たすものとして、ナトリウム硫黄二次電池が注目され、現在、その開発が精力的に続けられている。
【０００８】
ナトリウム硫黄電池は、放電深度の高い領域において、放電時の内部抵抗Ｒが増大し、極大値をもつことが知られている（図３参照）。このような特性については、例えば、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ  Ｓｏｃ．，Ｖｏｌ．１３６，Ｎｏ．７，Ｐ１９６２，Ｊｕｌｙ１９８９に報告されている。
【０００９】
図中、”放電深度”とは、満充電状態から放電を開始して、電池が放電することのできる全電力量（放電容量）と、その時点で既に放電してしまっている電力量との比である。あるいは、満充電状態から放電を開始してある一定電圧にまで電池電圧が低下するまでに要する時間と、その時点までに既に経過している時間との比である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
電池電圧をＥ、電池電流をＩ、内部抵抗をＲとすると、充放電電力量Ｗおよびエネルギー変換効率ηは、下記数１、数２、数３で表される。
【００１１】
【数１】
充電電力量Ｗｃ＝∫Ｉ・Ｅ  ｄｔ＋∫Ｉ２・Ｒ  ｄｔ
【００１２】
【数２】
放電電力量Ｗｄ＝∫Ｉ・Ｅ  ｄｔ−∫Ｉ２・Ｒ  ｄｔ
【００１３】
【数３】
エネルギー変換効率η＝放電電力量Ｗｄ／充電電力量Ｗｃ
数３からわかるとおり、充電電力量Ｗｃを一定として考えた場合、そのエネルギー変換効率は、放電電力の出力に応じて変化する。ここで、充電電力量Ｗｃ＝定格電力量Ｗｓ（数４参照）である場合を考えると、そのエネルギー変換効率ηｓは、下記数５で示される。また、電力損失量Ｗｐ１は、下記数６で示される。
【００１４】
【数４】
定格電力量Ｗｓ＝∫Ｉ・Ｅｏｃｖ  ｄｔ
Ｅｏｃｖ：開路電圧
【００１５】
【数５】
定格電力ベースでのエネルギー変換効率ηｓ＝放電電力量Ｗｄ／定格電力量Ｗｓ
【００１６】
【数６】
電力損失量Ｗｐ１＝定格電力量Ｗｓ−放電電力量Ｗｄ
電力損失量Ｗｐ１（数６参照）は、数２の右辺における第二項に相当するものである。内部抵抗Ｒが小さい程、定格電力ベースのエネルギー変換効率ηｓは高くなる。言い替えれば、内部抵抗Ｒの高い領域における放電ではエネルギー損失量が大きくなる。放電深度にかかわらず一定の電流で放電したのでは、効率ηｓは低下する。エネルギー損失量を小さくし、エネルギー変換効率ηｓを大きくするためには、ナトリウム硫黄電池においては、放電深度が５０％程度以下の低抵抗領域でのみ充放電を行うことが好ましい（図３参照）。
【００１７】
また、電池は、一般に、放電深度の高い領域で起電力が低下する。常に一定電力を外部に供給しつづけるためには（定電力運転）、該放電深度の高い領域において、出力電流を増大させなければならない。従って、このような定電力運転は、エネルギー損失量をさらに増大させることになっていた（図２１参照）。
【００１８】
さらに、電池モジュールは、大型化するほど内部抵抗によるエネルギー損失量も多くなるという問題があった。
【００１９】
しかし、従来のシステムでは、このような充放電深度に応じた内部抵抗および起電力の変動を考慮した出力制御を行っておらず、エネルギー変換効率の低下を招いていた。
【００２０】
また別の問題として、従来のシステムは、非常時への対応が十分に配慮がなされていなかった。例えば、事故等によって負荷が急激に変動すると、系統に供給される交流電力の周波数が急変してしまう。このような場合、二次電池により充放電する有効電力を調整すれば、系統周波数を安定化させることが可能である。しかし、従来システムにおいては、二次電池の充放電容量に余裕があるとは限らなかった。充放電末期状態に近づいている時に、このような事態が生じると対処できなかった。
【００２１】
この問題については、従来のハイブリッド型システムでも同様であった。燃料電池システムの運転状態を変更して負荷の急変動に対応することは、燃料電池設備の著しい寿命低下を招く。例えば、アノードとカソードの圧力バランスが乱されて、電解質板が損傷、劣化する。また、改質器のバーナに過剰の未反応燃料ガスが送られるため、改質器温度が異常過熱して改質触媒の劣化や改質器損傷を招く。
【００２２】
負荷が小さい状況に対応する方法としては、例えば、特開昭６３−２７６８７７号には、二次電池の充電量に対応して燃料電池の出力を制御する技術が開示されている。
【００２３】
しかし、夜間などの軽負荷時に充電末期近くに達しているとき、地絡などの系統事故により、系統と解列するようなことも考えられる。このような場合、二次電池による充電は不可能となるため、燃料電池の出力を一時的に停止しなければならない。二次電池などとは異なり、燃料電池は、一旦停止させてしまうと、再び出力を上昇させるのにスタートアップ時間を要する。また、燃料電池装置の稼働率も低下してしまうという問題があった。
【００２４】
従来のハイブリッド型のシステムにおいては、二次電池の充放電を電池モジュールごとに個別に独立して行うことはできなかった。そのため、充放電可能な領域を常に確保しておくことは不可能であった。
【００２５】
本発明は、定常運転時、非常時いずれにも十分に対応可能な電力貯蔵分散電源システムを提供することを目的とする。
【００２６】
本発明は、エネルギー転換効率をできるだけ高くすることのできる電力貯蔵分散電源システムを提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するためになされたもので、内部抵抗が低い領域では出力電流（出力電力）を大きくし、内部抵抗が高い領域では出力電流（出力電力）を小さくすることによって、電池モジュールのエネルギー変換効率η（放電エネルギー／充電エネルギー）を高くするものである。出力電力の低下は、複数の電池モジュールを適宜組み合わせて使用することによって補う。
【００２８】
以下、本発明の構成をより具体的に述べる。
【００２９】
本発明の第１の態様としては、１または２以上の二次電池を含んで構成される二次電池モジュールと、上記二次電池の内部抵抗と相関を有するあるパラメータの値（以下”パラメータ値”という）を求めるパラメータ手段と、上記パラメータ手段の求めたパラメータ値に応じて、上記二次電池モジュールからの放電電力を調整する制御手段と、を有することを特徴とする電力貯蔵システムが提供される。
【００３０】
上記制御手段は、上記内部抵抗との関係に基づいて決定された上記パラメータの基準値を備え、上記調整は、該基準値と上記パラメータ手段の求めたパラメータ値との大小関係に基づいて行われるものであることが好ましい。
【００３１】
上記調整は、上記内部抵抗の大きい領域においては、上記放電電力を小さくするものであることが好ましい。
【００３２】
上記パラメータは、上記二次電池の放電深度であることが好ましい。
【００３３】
上記制御手段は、上記放電深度が予め定められた範囲内において、上記二次電池モジュールの放電および／または充電を行わせるものであることが好ましい。
【００３４】
互いに並列に配置され、充電および放電を互いに独立的に制御可能に構成された上記二次電池モジュールを複数備え、上記制御手段は、充電および放電それぞれについて予め定められた上記二次電池モジュール間における優先順位を備え、該優先順位に従って上記充電および放電を行わせるものであることが好ましい。
【００３５】
上記制御手段は、優先順位の高い二次電池モジュールから放電する電力だけでは電力が不足する場合には、優先順位の低い二次電池モジュールからの放電を許すものであることが好ましい。
【００３６】
本発明の第２の態様においては、二次電池を用いた電力貯蔵システムの運転方法において、二次電池の内部抵抗を直接／または間接的に求め、該内部抵抗の大きさに応じて、上記二次電池の出力電力と入力電力との少なくとも一方を調整することを特徴とする電力貯蔵システムの運転方法が提供される。
【００３７】
【作用】
制御手段は、優先順位に従って決定されるいずれかの二次電池モジュールに対して充電および放電を行わせる。また、優先順位の高い二次電池モジュールから放電する電力だけでは電力が不足する場合には、優先順位の低い二次電池モジュールからの放電を行わせる。この場合、制御手段は、基準値と、パラメータ手段の求めたパラメータ（例えば、放電深度）の値との大小関係に基づいて、当該二次電池モジュールからの出力（放電電力）を調整する。例えば、二次電池の内部抵抗の大きい領域においては、放電電力を小さくする。これにより、電力損失を抑えることができる。
【００３８】
また、通常、制御手段は、放電深度が予め定められた範囲内においてのみ、上記二次電池モジュールの放電および／または充電を行わせる。これにより、通常は、充電、放電を行うためのある一定容量が常に確保され、非常時への対応が可能となる。
【００３９】
【実施例】
本発明の実施例を図面を用いて説明する。
【００４０】
［実施例１］
本実施例の電力貯蔵分散電源システムおよびこれを利用した供電システムの概要を図１に示す。
【００４１】
系統電力のベースとなる電源（例えば、原子力発電所、火力発電所）１で発電された電力は、配電変電所２で変圧調整され、系統負荷群３の需要家へ供給されている。そして、本実施例の電力貯蔵分散電源システム１９は、遮断機５と交流電圧変圧器６を介して、配電系統線４に接続されている。
【００４２】
電力貯蔵分散電源システム１９は、二次電池モジュール７ａ，７ｂと、電池補機設備７０と、電流・電圧検出器９ａ，９ｂと、開閉器１０ａ，１０ｂと、電力変換器１１ａ，１１ｂと、電力制御システム２９と、を含んで構成されている。
【００４３】
以下、二次電池モジュール７ａと、二次電池モジュール７ｂとを総称して、単に、”二次電池モジュール７”という。電流電圧検出器９等についても同様である。また、二次電池モジュール７ａ、二次電池モジュール７ｂを、それぞれ単に”モジュールＡ”、”モジュールＢ”と呼ぶ場合がある。
【００４４】
二次電池モジュール７は、電力を蓄えるためのものであり、本実施例では、ナトリウム硫黄二次電池を直並列に接続して構成されている。使用する二次電池の種類、モジュールの個数は、これに限定されるものではない。しかし、使用する電池の種類、特性等に応じて、後述する運転制御の内容を変更する必要があることは言うまでもない。二次電池モジュール７ａ，７ｂへの充放電は、互いに独立的に行うことができる構成となっている。従って、例えば、二次電池モジュール７ａのみに充電することも可能である。
【００４５】
電池補機設備７０は、二次電池モジュール７を収納する断熱容器やヒータ等、電池の運転温度を維持するためのものである。本実施例では該電池補機設備７０を二次電池モジュール７ａと二次電池モジュール７ｂとで共有しているが、電池モジュールの規模によっては、それぞれ独立的に設けてもよい。
【００４６】
電力変換器１１は、二次電池モジュール７の充電・放電電力の調整、および、交流／直流変換を行うためのものである。電力の調整は、電流値を変更して行っている。そのため、後の説明において述べる出力電力の切下げは、そのまま電流値の減少につながっている。二次電池モジュール７を充電する際には、配電系統線４から供給される交流電力を直流電力に、また、逆に、放電の際には、二次電池モジュール７の放出する直流電力を交流電力に変換する。これらの動作は、電力制御システム２９から入力される交流／直流切り替え指令３９２、電力設定信号３９３に従って制御される構成となっている。電力変換器１１ａと電力変換器１１ｂとは、それぞれ互いに独立的に制御可能である。
【００４７】
電流・電圧検出器９は、二次電池モジュール７の充放電の際の電流値および電圧値を検出するためのものである。電流・電圧検出器９は、二次電池モジュール７と電力変換器１１の間に接続されている。電流・電圧検出器９は、測定結果を、検出信号４００として電力制御システム２９に出力している。これらのデータは、電力制御システム２９（特に、後述する運転計画作成支援手段１４）における電力量等の計算に用いられる。
【００４８】
該開閉器１０は、二電池モジュール７と、配電系統線４との間の電気回路を開閉するためのものである。該開閉器１０は、電力制御システム２９から入力される回路開閉指令信号３９１に従って作動する構成となっている。開閉器１０ａと、開閉器１０ｂとは、それぞれ、互いに独立的に制御可能に構成されている。
【００４９】
電力制御システム２９は、電力貯蔵分散電源システム１９全体を監視制御するためのものである。電力制御システム２９は、電流・電圧検出器９、開閉器１０、電力変換器１１および電池補機設備７０と通信線で接続されている。本実施例では、該電力制御システム２９を、マイクロプロセッサー、メモリ等のハードウエアと、メモリ内に格納されたソフトウエア（プログラム、データ）とによって構成している。以下、電力制御システム２９の詳細を図２を用いて説明する。
【００５０】
電力制御システム２９は、機能的には、基本データ格納手段３６、入力手段３７、運転計画作成支援手段１４、運転データ格納手段３５、運転計画格納手段１５、システム保護判定手段１２、電力制御手段３９等を含んで構成される。
【００５１】
基本データ格納手段３６は、二次電池モジュール７の電池特性（例えば、内部抵抗、開路電圧、電流−電圧）と、放電深度との関係を示す基本データが格納されている。しかし、本実施例の目的（出力規制による電力損失の低減）を達成するためには、少なくとも、放電深度と内部抵抗との関係、および、放電深度と回路電圧との関係、の２つが該基本データに含まれていればよい。該基本データを含むナトリウム硫黄電池の特性を図３に示した。
【００５２】
入力手段３７は、システム管理者が、運転計画を作成する際に、該システムへの指示を入力するものである。ここでいう”運転計画”とは、二次電池モジュール７ａと二次電池モジュール７ｂとの間での電力負荷配分や充放電カット電圧等である。本実施例では、該入力手段３７を、表示装置、キーボード、マウスなどを含んで構成している。表示装置には、後述する各種のシミュレーション結果などが表示される。従って、システム管理者は、該表示を見ながらこれらの入力などを行う構成となっている。
【００５３】
運転計画作成支援手段１４は、二次電池モジュール７の放電深度および放電電力量、エネルギー転換効率等を算定する機能を備えている。また、システム管理者による運転計画の作成を支援するために、各種のシミュレーションを行う機能を備えている。以下、各機能ごとに詳細に説明する。
【００５４】
放電深度、放電電力量については、実測データ（電流・電圧検出器９の検出信号４００）を下記数７〜数９に代入することによって求めている。さらに、求めた放電深度等は、運転データ格納手段３５に格納する構成となっている。運転データ格納手段３５は、二次電池モジュールの使用経歴（例えば、サイクル数、積算通電量等）を格納するためのものである。
【００５５】
【数７】
放電容量Ｃ（Ａｈ）＝∫ｉ（ｔ）ｄｔ
【００５６】
【数８】
放電深度Ｄ（％）  ＝  Ｃ／Ｃ０
【００５７】
【数９】
放電電力量Ｗｄ（Ｗｈ）  ＝  ∫ｉ（ｔ）・Ｅ（ｔ）ｄｔ  −  ∫ｉ２（ｔ）・Ｒ（ｔ）ｄｔ
Ｃ０  ：定格放電容量（Ａｈ）
ｉ（ｔ）：電流値
Ｅ（ｔ）：電圧
Ｒ（ｔ）：内部抵抗
エネルギー転換効率ηｃおよび損失（１−ηｃ）については、運転終了後の実測電力量に基づいて算出している。算出結果は、入力手段３７の運転制御画面上に表示される。
【００５８】
電圧特性や運転効率等のシュミレーションについては、入力手段３７から入力された制約条件、基本データ（図３参照）、および、数４〜数１１を用いて行っている。
【００５９】
【数１０】
Ｐ（Ｄ）＝Ｉ（Ｄ）・Ｅｏｃｖ（Ｄ）  −  Ｉ２（Ｄ）・Ｒ（Ｄ）
【００６０】
【数１１】
Ｅ（Ｄ）＝Ｉ（Ｄ）・Ｒ（Ｄ）
Ｐ（Ｄ）：放電深度Ｄにおける出力電力
Ｉ（Ｄ）：放電深度Ｄにおける電流
Ｅｏｃｖ（Ｄ）：放電深度Ｄにおける開路電圧
Ｒ（Ｄ）：放電深度Ｄにおける内部抵抗
Ｅ（Ｄ）：放電深度Ｄにおける電池電圧
運転計画（モジュールＡ，Ｂ間における負荷配分の計画）は、システム管理者がこれらのシミュレーションの結果を見ながら、自らの判断に従って作成する構成となっている。例えば、該シミュレーションによってモジュールＡのその時点での（あるいは、ある一定電力量放電後の）放電深度等を得ることによって、モジュールＡ，Ｂの出力電力変更のタイミング（注：モジュールＡについての後述する放電深度５０％がこれに対応するものである）を、実際の運転切り替え”時刻”として運転計画に盛り込むことができる。このようにして作成された運転計画は、運転計画格納手段１５に格納される（信号１４１）。該運転計画（あるいは、計画の決定手法）こそが、本実施例の最大の特徴である、放電深度に応じた二次電池モジュールの運転制御の内容を実際に規定するものである。従って、運転計画については、後ほど動作説明と合わせて詳細に説明する。
【００６１】
なお、本実施例においては、運転計画作成支援手段１４が、特許請求の範囲において言う”パラメータ手段”に相当する。”制御手段”とは、電力制御システム２９全体によって（この中でも、特に、電力制御手段３９）実現されるものである。
【００６２】
システム保護判定手段１２は、給電システム（図１）の異常の有無を監視するためのものである。運転計画作成支援手段１４から入力される信号１４２と、系統モニタ部１３の検出結果（信号３８０）とを、比較することによって、異常の有無を判定している。そして、異常の有無、および、異常があった場合にはその内容を、判定信号１２１として電力制御手段３９に出力している。なお、系統モニタ部１３は、配電系統線４における電流、電圧を検出するものである。また、信号１４２は、電圧、電流、電力量、放電深度等を示すものである。
【００６３】
電力制御手段３９は、電池補機設備７０、開閉器１０、電力変換器１１を制御するためのものである。電力制御手段３９は、開閉器１０には開閉動作指令３９１を出力している。同様に、電力変換器１１には交流／直流切り替え指令３９２および電力設定信号３９３を、電池補機設備７０には補機設備制御信号３９４を出力している。開閉器１０等は、これらの制御信号３９１〜３９４に従って作動する構成となっている。
【００６４】
通常、電力制御手段３９は、運転計画格納手段１５に格納されている運転計画に従った制御信号３９１〜３９４を出力している。しかし、判定信号１２１によって異常発生を知らされた場合には、これに対応すべく特別な制御を行う構成となっている。例えば、配電系統線４における電力や周波数の変動幅が、予め定められた値以上になっている場合には、開閉器１０を開路状態に切り替えさせる。また、二次電池モジュール７の電圧が所定のカット電圧または放電深度に達した場合にも、過充放電防止のために同様の動作を行わなせる構成となっている。なお、このような異常時における特別な制御の内容を規定した情報は、該電力制御手段３９自身が予め備えている。
【００６５】
次に、本実施例の電力貯蔵分散電源システム１９における、運転計画の一例およびその決定基準を図４を用いて説明する。なお、系統負荷群３の電力需要ＰＬは、電力貯蔵分散電源システム１９が供給する電力と、系統電源１から供給される電力Ｐｏとの両方によって満たされている。しかし、電力Ｐｏについては、本実施例の電力貯蔵分散電源システム１９とは関係ないため説明は省略する。
【００６６】
ここでは、常に、一定の電力（ここではＰｓ（Ｗ））を出力する場合を例にとって説明する。また、各モジュールＡ，Ｂの仕様は、以下のようなものであると仮定して説明を行う。
【００６７】
0003599387.tif 000002
モジュールＡは、その放電深度が５０％（これが、特許請求の範囲においていうパラメータの”基準値”に相当するものである。）に達するまでは、定格電力Ｐｓ（Ｗ）で運転する。そして、それ以降の放電深度では、０．３Ｐｓ（定格電力の３０％）の出力電力で運転する。これは、放電深度が高い（ここでは、５０％以上）領域では、内部抵抗が増大するため（図３参照）、出力電力を下げることによって、電力損失を少なくするためである。既に述べたとおり、出力電力の調整は、電流値の変更により行なう。
【００６８】
一方、モジュールＢは、モジュールＡが定格電力Ｐｓで運転されている間（つまり、モジュールＡの放電深度が５０％以下の場合）は、電力を出力させない。モジュールＢは、モジュールＡの出力電力が０．３Ｐｓとされている時（すなわち、放電深度が５０％を越えた場合）に、０．７Ｐｓ（定格電力の７０％）の出力電力で運転を行う。該モジュールＢについては、モジュールＢ自身の放電深度には関係なく、常に、出力電力を０．７Ｐｓとされる。
【００６９】
このような負荷配分を行うことにより、モジュールＡの出力電力が０．３Ｐｓとされているときでも、電力貯蔵分散電源システム１９全体としては、一定電力（＝定格電力Ｐｓ）を出力しつづけることができる。
【００７０】
ここで述べた各モジュールＡ，Ｂの出力電力（モジュールＡ：Ｐｓ，０．３Ｐｓ、モジュールＢ：０．７Ｐｓ）は、当該放電深度領域における出力電力の最大値である。電力の需要が少なく、電力貯蔵分散電源システム１９として出力しなければならない出力電力がＰｓよりも小さい場合には、適宜、モジュールＡ，Ｂの出力電力を下げることは言うまでもない。
【００７１】
出力電力の切下げは、モジュールＢに対して優先的に行う。各放電深度毎の出力電力の最大値（Ｐｓ，０．３Ｐｓ）を越えない範囲内で、常に、モジュールＡを優先して放電させるようにする。例えば、モジュールＡの放電深度が８０％の領域において、電力貯蔵分散電源システム１９全体として必要な出力電力が０．９Ｐｓであった場合を考える。この場合には、モジュールＡの出力電力は０．３Ｐｓのままにして、モジュールＢの出力電力のみを０．６Ｐｓに切り下げる。
【００７２】
次に上記運転計画のもとでの動作を、図４、図５を用いて説明する。
【００７３】
運転計画に従って電力制御手段３９が電力変換器１１等を作動させることによって、モジュールＡ，Ｂの出力電力は制御される。
【００７４】
電力制御手段３９は、出力電力をＰｓとする内容の電力設定信号３９３を電力変換器１１ａに出力している。一方、電力変換器１１ｂには、出力電力を０とする内容の電力設定信号３９３を送っている。モジュールＡの電流は当初はほぼ一定にされている（図４参照）。これは、放電深度が浅い領域においては、電圧の低下、および、内部抵抗の増大がないためである。
【００７５】
運転計画上、放電深度が５０％を越える時刻になると、電力制御手段３９は、出力電力をＰｓから０．３Ｐｓに下げることを電力変換器１１ａに指示する。電力変換器１１ａは、これに対応してモジュールＡの電流を、一旦、減少させる。しかし、これ以降の放電深度領域においては、電圧の低下、内部抵抗の増大が生じてくるため、電力変換器１１ａは、これを相殺するためにモジュールＡの電流値を徐々に増大させてゆく。
【００７６】
また、モジュールＡの出力電力を０．３Ｐｓに下げさせるのと同期して、電力制御手段３９は、出力電力０．７Ｐｓで放電を開始するように電力変換器１１ｂに指示を出す。電力変換器１１ｂは、該指示に従って、モジュールＢに０．７Ｐｓでの放電を行わせる。モジュールＡの場合と同様に、電流値は、当初はほぼ一定にされているが、放電深度が高くなるにつれて徐々に増大されてゆく。なお、参考のため、図４には、モジュールＡ，Ｂそれぞれが単独で、定格出力電力Ｐｓで放電しつづけた場合（従来技術）の電流変化の様子を、定格Ｉｐとして破線で示した。
【００７７】
ここまで特に述べなかったが、該動作中、開閉器１０は、当然、閉じられている。また、交流／直流切り替え指令３９２は、直流を交流に変換させる内容となっている。
【００７８】
このような運転を行った場合の、各モジュールごとの電力損失、電力貯蔵分散電源システム１９全体での電力損失を、図５に示した。モジュールＡの放電効率ηｃは８８％であり、定格出力電力での放電効率（＝７０％）よりも高くなっている。これは、放電深度５０％以後の出力を０．３Ｐｓに低下させているからである。モジュールＢについても、同様に、放電効率ηｃが８８％と定格運転時よりも高くなっている。本システム全体での放電効率は８８％（電力量損失１２％）である。比較のため、図５には、１つの二次電池モジュールを定格電力Ｐｓで運転つづけた場合（従来技術）の電圧変化、および電力損失量も示している。この場合（従来技術）の定格放電効率ηｃは７０％である（電力量損失３０％）。つまり、本実施例では、従来のシステムと比べて効率が１８％も改善されている。
【００７９】
以上説明したとおり、本実施例では、放電深度、すなわち、内部抵抗特性に応じて各モジュール間での電力配分を最適化することにより、効率の高い運転が可能となる。
【００８０】
本実施例では、運転計画上、放電深度との関係において各モジュールの出力電力の大きさを規定していた。しかし、これに限定されるものではなく、電池の内部抵抗との関係において、出力電力を規定するような運転計画を作成するようにしてもよい。さらには、内部抵抗と一定の関係があり、かつ、検出（あるいは、算出）可能な他のなんらかの量との関係において、出力電力の大きさを規定するようにしてもよい。
【００８１】
なお、放電深度を求めることは、内部抵抗を間接的に求めることに相当する。
【００８２】
［実施例２］
実施例２は、電力需要を予測することによって系統電力のピークカット運転を可能とした点を特徴とするものである。また、異常な負荷変動への対応を可能とした点を特徴とするものである。
【００８３】
該実施例２の電力貯蔵分散電源システム２０を含んだ給電システムの概要を図６に示す。電力貯蔵分散電源システム２０と、上記実施例１の電力貯蔵分散電源システム１９との違いは、電力制御手段３０のみである。従って、ここでは電力制御システム３０のみを説明し、他の部分については説明を省略する。
【００８４】
電力制御システム３０の詳細を図７を用いて説明する。
【００８５】
電力制御システム３０は、電力需要予測手段３２、過去事例データ格納手段３３、運転計画作成手段３４、基本データ格納手段３６、入力手段３７、演算機４０、運転計画修正手段３８、電力制御手段３９などを含んで構成される。
【００８６】
電力需要予測手段３２は、負荷３における、日間あるいは昼、夜間の電力需要を所定の時間間隔で予測する機能（以下”長期予測”という）を備えている。また、現在の時刻から、１時間あるいは３０分先の電力需要を逐次予測する機能（以下”逐次予測”という）を備えている。これらの予測は、記憶手段３３に格納されている過去事例データ３３０を学習させたニューラルネットワークに、電力需要に影響を与える因子（以下”影響因子”という）３２１を入力して行っている。そのため、工業地域や住宅地域などの制御する系統特有の需要変化を高い精度で需要予測ができる。影響因子３２１としては、例えば、気温、湿度等の天候予報情報、平休日、イベント情報が挙げられる。過去事例データ３３０は、過去における、影響因子３２１の内容（３３１）と、時刻毎の電力需要値等を含んで構成される過去需要データ３５１と、を対応づけて蓄積したものである。この過去事例データ３３０は、ニューラルネットワークを学習させるのに必要な教師データの作成に用いられる。ニューラルネットワークの詳細については後ほど述べる。
【００８７】
電力需要予測手段３２は、長期予測の結果を、需要予測結果３２２として運転計画作成手段３４に出力する構成となっている。一方、逐次予測の結果は、逐次予測結果３２３として、運転計画修正手段３８に出力する構成となっている。
【００８８】
基本データ格納手段３６は、上記実施例と同様のものである。つまり、基本データ格納手段３６には、モジュールＡ，Ｂの開路電圧や内部抵抗等のデータが格納されている。
【００８９】
入力手段３７は、運転上の様々な制約条件等を入力するためのものである。制約条件としては、本実施例では、例えば、各モジュールＡ，Ｂについての、放電深度と出力電力の上限との関係が挙げられる。また、通常の運転時に使用する放電深度の範囲、あるいは、非常時のみ使用する放電深度の範囲が挙げられる（後述の例におけるＤｘｃ，Ｄｘｄがこれに相当する）。
【００９０】
運転計画作成上の制約条件としては、この他にも、充電／放電におけるモジュールＡ，Ｂ間での優先順位などが挙げられる。しかし、この優先順位は、固定的なものであり、入力手段３７からの入力によっては変更できない。該優先順位は、運転計画作成手段３４自身が予め備えている。
【００９１】
演算機４０は、電流・電圧検出器９の検出結果に所定の演算（例えば、Ａ／Ｄ変換）を行った後、各運転計画作成手段３４に出力するものである。
【００９２】
運転計画作成手段３４は、電流・電圧検出器９の検出結果に基づいて、電力量、放電深度を求め、これを電流値、電圧値とともに、運転計画修正手段３８に出力する機能を備えている。また、モジュールＡ，Ｂの運転計画を作成する機能を備えている。該運転計画は、電力需要予測結果３２２、入力手段３７から入力される電力運転規定条件３７１、基本データ格納手段３６内の各種データ、モジュールＡ，Ｂの電圧、電流の実測値等を用いて作成される。さらに、図では明らかでないが、系統の電源１の運転計画等も入力される構成となっている。なお、ピークカット運転を行っている場合には、充電終了後から放電開始前までの間に運転計画を作成する。作成された運転計画は、運転データ格納手段３５に格納される。運転データ格納手段３５には、この他に、各モジュールの電流、電圧の実測データおよび計算結果（充放電容量、放電深度、電力量、効率、損失など）が、運転計画作成手段３４によって格納される。また、運転計画修正手段３８には、電圧、電流、電力量、放電深度を示す信号４０１が出力される。
【００９３】
運転計画修正手段３８は、逐次予測結果３２３を用いて運転計画を修正する機能を備えている。修正後の運転計画は、電力制御手段３９へ制御信号３８１として送る。運転計画修正手段３８は、さらに、運転計画作成手段３４から入力された放電深度に従って、各モジュールの出力電力を変更するタイミング（注：これは、上記実施例１と同様、運転計画上、規定されているものである）の修正を行う機能を備えている。この他、運転計画修正手段３８は、実施例１におけるシステム保護判定手段と同様の機能をも備えている。つまり、系統モニタ１３の検出した系統電力や周波数測定値３８０に基づいて、異常の有無を判定し、異常があった場合には、非常時運転モードへの切り替えの指示などを電力制御手段３９に出力する。
【００９４】
電力制御手段３９は、運転計画修正手段３８によって適宜修正された運転計画（制御信号３８１）に従って、制御信号３９１〜３９４を出力し、開閉器１０、電力変換器１１等を制御するものである。
【００９５】
特許請求の範囲において言う”制御手段”とは、本実施例においては、電力制御手段３９、運転計画作成手段３４等によって構成されるものである。運転計画作成手段３４が、特許請求の範囲においていう”パラメータ手段”に相当するものである。但し、電力制御システムは、全体が密接に連携して動作するものであるため、ここで述べた特許請求の範囲との対応関係は厳密なものではない。電力制御システム全体として上記機能を実現していれば、具体的な機能の分担（あるいは、区分）は、どのようになっていても構わない。
【００９６】
電力需要予測手段３２の詳細を図８を用いて説明する。上述したとおり、本実施例では、電力需要予測手段３２をニューラルネットワークを用いて構成している。
【００９７】
需要予測手段３２は、目標データ作成手段３２０１、ニューラルネットワーク３２０５、入力データ作成手段３２０６、比較修正手段３２０３を含んで構成される。
【００９８】
ニューラルネットワーク３２０５は、既に広く知られているとおり、複数のニューロンを含んだ入力層、中間層、出力層から構成される。そして、各層間のニューロンは互いに結合されている。また、該結合には、それぞれ、重み係数がつけられている。ニューロンは、入力された信号に重み係数を乗算等した後、他のニューロンに出力する。重み係数は各結合ごとに異なっているため、該他のニューロンへの出力は、各結合毎に異なったものとなる。教師データを用いて、各結合に付与しておく重み係数を予め最適化しておく（以下”学習”という）ことにより、ある入力３２０７に対する出力２０４が、目的とするデータの予測値となる。実際に予測を行う場合の入力３２０７は、入力データ作成手段３２０６が影響因子３２１を用いて作成する。
【００９９】
教師データは、ニューラルネットワーク３２０５への入力データと、該入力データに対応した目標データとの組合せからなる。該目標データは、目標データ作成手段３２０１が、記憶手段３３に格納されている過去データ３５１を規格化等することによって作成する。該目標データに対応する入力データは、入力データ作成手段３２０６が、記憶手段３３に格納されている過去事例データ３３１を用いて規格化等することによって作成する。
【０１００】
教師データに含まれる入力データをニューラルネットワークの入力層に入力する。これに応じて出力層から出力されるデータ３２０４と、目標データとが一致（あるいは、近似）したものとなるように、適宜、各結合ごとの重み係数に修正（図中、該修正動作を矢印３２０８として示した）を加えて行くことによって学習を行うことができる。比較修正手段３２０３が、このようなデータ３２０４と目標データとの比較および重み係数の修正を行うものである。本実施例のニューラルネットワーク３２０５は、過去事例データ３３１（入力データ）と、過去データ３５１（入力データ）とからなる教師データを用いて予め学習が行われている。
【０１０１】
なお、ニューラルネットワークの学習方法および重み係数修正の具体的な計算方法の一例としては、パックプロパゲーション法がある。ニューラルネットワークおよびその学習方法の詳細は、例えば、「Ｌｅａｒｎｉｎｇ  ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓ  ｂｙ  ｅｒｒｏｒ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ」Ｐａｒａｌｌｅｌ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ：Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｏｆ  Ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ，１９８６，Ｖｏｌ．１，Ｃｈａｐｔｅｒ４１，ｐｐ．６７５−６９５：ＭＡ：ＭＩＴ  Ｐｒｅｓｓ，ｐｐ．３１８−３６２に記載されている。
【０１０２】
運転計画作成手段３４は、上述した各種制約条件のすべてを満たす運転計画３４１を作成するものである。本実施例では、該計画の作成においては、数理計画法を用いている。数理計画法については既に広く知られているため説明は省略する。例えば、「コージェネレーションの最適計画」伊東弘一、横山良平：産業図書株式会社発行に記載されている。但し、運転計画を作成するための具体的手法は、これに限定されるものではない。
【０１０３】
動作を説明する。
【０１０４】
ここでは、運転計画作成の前提となる制約条件が以下のように設定されているものとして説明を行う（図９参照）。
【０１０５】
モジュールＡ：
Ｄｘｃの領域は、非常時充電用として確保する。通常は、Ｄｘｃ以上の放電深度領域（これが、特許請求の範囲において言う”予め定められた範囲”に相当するものである）でのみ、充電／放電を行う。放電深度５０％までは、定格電力Ｐｓを出力電力の上限とする。放電深度５０％以上の領域では、出力電力の上限を０．５Ｐｓ、下限を０．１Ｐｓとし、この囲内において自由に出力電力を設定できるものとする。
【０１０６】
モジュールＢ：
Ｄｘｄの領域を非常時放電用として確保しておく。従って、通常は、これよりも放電深度の小さい領域（これが、特許請求の範囲において言う”予め定められた範囲”に相当するものである）でのみ、充電、放電を行う。放電深度５０％までは、定格電力Ｐｓを出力電力の上限値をとする。放電深度５０％以上の領域では、出力電力の上限値を０．５Ｐｓとする。
【０１０７】
平常時の放電は、モジュールＡを優先して行う。充電はモジュールＢを優先して行う。ＤｘｃおよびＤｘｄは、系統電力の変動性や設備の利用効率などを考慮して適切な値を設定するが、１０〜４０％程度が好ましい。参考のために、放電深度と充放電可能な定格電力量の関係を図１０に示す。図１０から明らかなとおり、放電深度を制約することにより、必要な定格電力量を確保することができる。本実施例ではＤｘｃ＝２０±５％、Ｄｘｄ＝４０±５％とすることで、非常時に充電可能な定格電力量Ｗｘｃを２３±５％、放電可能な定格電力量Ｗｘｄを３０±５％分確保できる。
【０１０８】
以上のような制約条件の下、平常時における定格充放電電力量Ｗｔは、下記数１２から求められる。
【０１０９】
【数１２】
Ｗｔ＝（Ｗａ−Ｗｘｃ）＋（Ｗｂ−Ｗｘｄ）
Ｗｔ  ：平常時における定格充放電電力量
Ｗａ  ：モジュールＡの全定格電力量
Ｗｘｃ：非常時に充電可能な定格電力量
Ｗｂ  ：モジュールＢの全定格電力量
Ｗｘｄ：非常時に放電可能な定格電力量
電力需要予測手段３２による長期予測の結果が、図１１（ａ）のようなものであった場合、系統の電源１だけでは電力需要のピークに対応できない。また、電力需要の減少する時間帯においては、電力が余ってしまう。そのため、図１１（ｂ）に示すようなピークカット運転を行う必要がある。つまり、電力需要の減少する時刻ｔａ−時刻ｔｂ間は、余った電力をモジュールＡ，Ｂに充電する。一方、電力需要のひっ迫する時刻ｔｃ−時刻ｔｅ間は、放電を行う。充電電力量Ｗｃ，放電電力量Ｗｄは、当然ながら、数１２におけるＷｔ以下でなければならない。
【０１１０】
そこで、運転計画作成手段３４は、上述の制約条件を満たしつつピークカット運転を行うためのモジュールＡ，Ｂ間の電力配分についての運転計画を作成する。また、運転計画修正手段３８は、逐次予測の結果に従って、該運転計画を修正する。ここでは、図１１（ｂ）における時刻ｔｃから時刻ｔｅの間の放電を例にとり、該運転計画の修正動作を図１２、図１３を用いて説明する。
【０１１１】
まず、最初に立てた運転計画について説明する。
【０１１２】
モジュールＡは、時刻ｔｄ１から放電を開始させる。時刻ｔｄ１から時刻ｔｄ２までは、需要に合わせた出力電力で放電を行う。この時はまだ放電深度が小さいため、モジュールＡからの出力電力は、最大、Ｐｓまで増やすことができる。時刻ｔｄ２から時刻ｔｄ３の期間において、出力電力が下げられているのは、需要が少ないことに対応したためである。時刻ｔｄ３からは、再び需要が増大するため、モジュールＡの出力電力もこれに合わせて増大させるはずである。しかし、計算上、時刻ｔｄ２から時刻ｔｄ４の間に、モジュールＡの放電深度は５０％に達してしまう。そのため、これ以降は、時刻ｔｄ６までモジュールＡは放電深度に応じた出力電力（最大０．５Ｐｓ、最小０．１Ｐｓ）で放電させるに留める。
【０１１３】
時刻ｔｄ４において再び需要が増大することが予測されている。上述したとおりモジュールＡの放電深度は、既に５０％を越えているため、モジュールＡだけではこれに対応できない。従って、時刻ｔｄ４においてモジュールＢを起動し、モジュールＡのみでは不足する分だけ、該モジュールＢから放電させる。
【０１１４】
この後は、徐々に、需要が減少してくることが予測されているためこれにあわせて電力貯蔵分散電源システム２０からの出力電力も低下させてゆく。ここでは、モジュールＡを優先して放電させることが制約条件において規定されている。そのため出力電力の低下は、モジュールＢについて優先して行う。需要の減少に応じて、モジュールＡの出力電力を低下させるのは、モジュールＢからの放電を完全に停止した後でも、更に、電力が需要よりも多い場合である。
【０１１５】
このような運転計画を立てていたにも関わらず、逐次予測の結果、長期予測の結果とは異なる需要が予測される場合がある。この場合には、運転計画修正手段３８が適宜運転計画を修正しつつ、電力制御手段３９へ指令を出す。ここでは図１２において、電力Ｗｅ１，Ｗｅ２として示した分だけ、需要が長期予測よりも多かった場合を例にとって考える。
【０１１６】
運転計画修正手段３８は、逐次予測の結果と、運転計画（あるいは、当該運転計画のもとになった長期予測結果）とを比較する。すると、時刻ｔｄ３で予測外の電力需要Ｗｅ１が新たに生じていることがわかる。そのため、運転計画修正手段３８は、モジュールＢの起動タイミング時刻を、時刻ｔｄ４からｔｄ３に早める。また、モジュールＡについても、放電深度５０％を越えた後の出力電力を、該電力需要Ｗｅ１を考慮して、当初予定よりも多少大きくする。
【０１１７】
また、時刻ｔｄ５からｔｄ６間にも予測外の電力需要Ｗｅ２が生じている。そのため、モジュールＢの出力電力を当初予定よりも高く保って、これに対応する。
【０１１８】
次に、非常事態への対応動作について説明する。
【０１１９】
本実施例では、逆潮流などの非平常負荷変動により、系統周波数が急変するのを抑制することもできる。
【０１２０】
非常時（例えば、系統モニター１３により検知した系統の周波数変動が、ある変動巾を超えるような場合）には、電力貯蔵分散電源システム２０からの電力を融通して、系統周波数を安定化させる。
【０１２１】
系統周波数が低下する場合（すなわち、需要に対して電力供給が不足するような場合）は、放電優先条件に従ってモジュールＡ，Ｂの順に、あるいは、必要に応じてモジュールＡ，Ｂの両方から電力を供給する。本実施例では、システムの電力貯蔵量が最も少ない時間帯（図１１（ｂ）における、時刻ｔｅ−時刻ｔａ）でも、モジュールＢには、電力量Ｗｘｄが確保されている。そのため、予想外に電力需要が増大したような事態が生じても、これに対応できる。
【０１２２】
逆に、系統周波数が上昇する場合（すなわち、電力供給が需要を大幅に上回ってしまう場合）は、モジュールＢ，Ａの順に、あるいは、必要に応じてモジュールＡ，Ｂの両方に電力を充電する。従って、システムの電力貯蔵量が最も多い時間帯（図１１（ｂ）における時刻ｔｂ−時刻ｔｃ）でも、モジュールＡには、電力量Ｗｘｃを充電可能な分だけ容量が残されている。そのため、予想外に電力需要が低下したような事態が生じてもこれに対応できる。
【０１２３】
以上説明したとおり、本実施例では需要予測に基づいた運転計画の立案および修正を行うことで、実際の電力需要に負荷追従した精度の高いピークカット電力運転が可能となる。また、系統に必要な電力を供給しつつ、二次電池設備のエネルギー変換効率を向上させることができる。
【０１２４】
さらに、常に充放電可能な領域を確保しておくことで、非常事態へも十分に対応することができる。
【０１２５】
本実施例では、放電深度５０％を基準として出力電力を調整していた。しかし、該基準となる放電深度をさらに多数設定し、よりきめこまかに設定してもよいことは言うまでもない。あるいは、放電深度に従って出力電力の制限を連続的に設定するようにしてもよい。このようにすれば、より電力損失の少ない運転が可能となる。しかし、制御のし易さ、最適化するための計算手法とこれに要する時間、電力損失低減の目標、需要予測の精度、等を考慮して、適切な刻み巾を設定することが好ましい。
【０１２６】
上記説明においては、主として放電についてのみ述べたが、充電に際しても同様の観点から、放電深度に応じて充電電流を調整するようにしてもよい。但し、充電は、基本的に余剰電力を用いて行うものであるため、充電時間等に制約がある。そのため、これらの各種制約条件をより優先して充電電流を決定するようにしても構わない。
【０１２７】
［実施例３］
本実施例は、二次電池モジュール７ａ，ｂ等の二次電池設備と並列に、燃料電池発電設備を接続したハイブリッド型システムである。
【０１２８】
本実施例の電力貯蔵分散電源システム２１を備えた給電システムを図１４に示した。
【０１２９】
二次電池設備および制御関連構成部は、実施例２と同様の設備で構成されるため、ここでの説明は省略する。
【０１３０】
燃料電池モジュール８は、空気と燃料ガスを電気化学的に反応させて直流電力を得るものである。該燃料電池モジュール８は、単位電池を複数個積層して構成されている。該燃料電池モジュール８は、発電した電力を、配電系統線４、あるいは、二次電池モジュール７ａ，ｂに出力する構成となっている。なお、出力先の変更は、後述する開閉器１０ｃ，１０ｄ１，１０ｄ２により行われる。
【０１３１】
二次電池モジュール７ａ，７ｂは、燃料電池モジュール８の発電した電力の貯蔵、および、貯蔵した電力の配電系統線４への放出、を行うものである。上記実施例とは異なり、電源１の発電した電力を二次電池モジュール７ａ，７ｂに蓄えることはない。充電は、燃料電池モジュール８の発生する直流出力を、直接（直／交変換することなく）行うことができるため効率がよい。このような上記実施例との相違は、周辺回路（例えば、開閉器１０ａ〜１０ｄ、電力変換器１１等）によって実現されるものであって、二次電池モジュール７ａ，７ｂ自体は、上記実施例と同様のものでよい。ただし、二次電池モジュール７ａ，７ｂの最大充電電流密度は、燃料電池の出力する電流密度より大きくされている。
【０１３２】
補機設備８０は、燃料供給手段やヒータ等の燃料電池モジュール８に関連した各種機器である。
【０１３３】
電流・電圧検出器９ｃは、燃料電池モジュール８からの出力の電流値、電圧値を検出するものである。検出結果は、電力制御システム３１に出力している。
【０１３４】
開閉器１０ｃは、燃料電池モジュール８と、配電系統線４の電気回路とを接続／遮断するためのものである。開閉器１０ｄ１，１０ｄ２は、二次電池モジュール７ａ，７ｂと燃料電池モジュール８とを直流側で接続／遮断するためのものである。既に述べたとおり、開閉器１０ｃ，１０ｄ１，１０ｄ２は、燃料電池モジュール８の発電した電力の出力先（配電系統線４、二次電池モジュール７ａ，７ｂ）を変更するのに用いられる。
【０１３５】
直流電圧調整器１６は、燃料電池発電電圧を調整するものである。
【０１３６】
以上述べた各部は、電力制御システム３１からの指令信号に従って動作する構成となっている。
【０１３７】
電力制御システム３１は、基本的には上記第２の実施例と同様の機能に加えて、燃料電池モジュール８の制御、および、燃料電池８と二次電池モジュール７ａ，ｂとの連携の制御を行う機能を備えている。以下、電力制御システム３１の詳細を、図１５を用いて説明する。
【０１３８】
電力制御システム３１の基本的な構成は、実施例２の電力制御システムと同様ではあるものの、燃料電池モジュール８の制御をも行う必要から、各機能区分の有する機能が多少異なっている。従って、以下においては、実施例２における電力制御システムとの相違点を中心として述べることとする。
【０１３９】
基本データ格納手段３６に格納される基本データは、上記実施例と同様のもので構わない。
【０１４０】
入力手段３７からは、上記実施例と同様の制約条件に加え、燃料電池モジュールを保護するための各種制約条件も入力するようになっている。
【０１４１】
運転計画作成手段３４は、電力需要予測手段３２による長期予測の結果を満たすための運転計画を決定する機能を備えている。本実施例で言う”運転計画”とは、二次電池モジュール７ａ，７ｂ間における負荷配分のみならず、燃料電池モジュール８の出力電力の調整計画をも含む（注：この点において、上記第１、第２の実施例とは異なる）。該運転計画は、基本的には、燃料電池モジュール８の出力変動をできるだけ小さくするように、二次電池モジュール７ａ，ｂを用いたピークカット運転を行う、との観点から作成される。この場合、その時点での（あるいは、当該運転計画が実施される時の）二次電池モジュール７の放電深度をも考慮して計画を作成することは当然である。二次電池モジュール７ａ，７ｂ間における負荷配分の決定は、上記実施例２における運転計画の作成と同様の観点から行う。
【０１４２】
なお、運転計画を作成するには、電力貯蔵分散電源システム全体として出力しなければならない電力を知っている必要がある。そして、そのためには、電源１が予定している出力電力値を知らなければならない。そこで、本実施例の運転計画作成手段３４は、電源１の運転計画等をベース電力運転情報３１０として入力されている。
【０１４３】
運転計画修正手段３８は、需要予測手段３２による逐次予測結果に従って、運転計画を適宜修正するものである。該修正は、基本的には、二次電池モジュール７ａ，７ｂの出力電力を修正することによって行う。これは、燃料電池モジュール８の出力電力を頻繁に変更すると、発電効率の低下、寿命の低下につながるからである。但し、二次電池モジュール７ａ，７ｂのみでは対応し切れない場合には、燃料電池モジュール８の出力電力を修正することは言うまでもない。
【０１４４】
電力制御手段３９は、運転計画修正手段３８からの指示に従って、燃料電池モジュール８，二次電池モジュール７ａ，７ｂを制御すべく、各種制御信号３９１〜３９５を出力している。燃料電池出力調整信号３９５は、燃料電池モジュール８の出力電圧を調整するためのもので、直流電圧調整器１６に出力されている。開閉動作指令３９１は、開閉器１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ１，１０ｄ２に出力されている。交流／直流変換切り替え指令３９２および電力設定信号３９３は、電力変換器１１ａ，１１ｂ，１１ｃに出力されている。補機設備制御信号３９４は、補機設備８ａ，８ｂに出力されている。
【０１４５】
本実施例の動作を図１６を用いて説明する。
【０１４６】
運転計画作成手段３４は、負荷３における電力需要から、電源１の供給する電力Ｐｏを差引き、残りを電力貯蔵分散電源システム２１によって供給する運転計画を作成する。なお、電力Ｐｏは、一般に一定に保たれているため、系統の電源１の動作については説明を省略する。
【０１４７】
平常時には、燃料電池モジュール８から（あるいは、燃料電池モジュール８および二次電池モジュール７の両方から）、配電系統線４の側へ電力を供給する。つまり、昼間（時刻ｔｃ−時刻ｔｅ）は、電力需要が大きく燃料電池モジュール８だけでは電力が不足するため、不足分Ｗｄを二次電池モジュール７ａ，７ｂから放電する（図１６（ａ）参照）。従って、この場合、電力制御手段３９は、開閉器１０ｄ１，１０ｄ２は開路とする。また、開閉器１０ａ，１０ｂ，１０ｃは閉路とする。一方、夜間（時刻ｔａ−時刻ｔｂ）は需要が減少して電力が余るため、燃料電池モジュール８の発生する電力を二次電池モジュール８に蓄える（図１６（ａ）参照）。従って、この場合、電力制御手段３９は、開閉器１０ｃ，１０ｄ１，１０ｄ２は閉路とする。開閉器１０ａ，１０ｂは開路とする。昼間のピークカット運転を行うのに必要な電力（電力量Ｗｃ）は、この時充電した電力によってまかなわれる。なお、二次電池モジュール７ａ，７ｂの間における負荷配分は、上記実施例２と同様の観点から行う。
【０１４８】
このように、本実施例では、系統上、上位に位置する電源１は一定出力で運転を続けることができる。また、二次電池モジュール７ａ，７ｂにおけるエネルギー変換効率を高く保つことができる。さらには、燃料電池モジュール８の出力の変動も小さくできる（図１６（ｂ）参照）。二次電池モジュール７ａ，７ｂとして十分に容量の大きなものを採用すれば、燃料電池モジュール７の出力を常に一定に保った運転を行うことも可能である。さらには、二次電池モジュール７ａ，７ｂの充電可能な電流密度が大きいほど、変動に対する融通性を大きくできる。
【０１４９】
次に系統負荷が急変した場合への対応について説明する。
【０１５０】
ここでは、図１７のごとく、配電系統線４から枝別れした複数の系統フィーダＦ１〜Ｆｎそれぞれについて、交流負荷群２３が接続されている場合を考える。また、系統フィーダＦ１〜Ｆｎには、それぞれ、遮断器５（１）〜５（ｎ）が取り付けられているものとする。
【０１５１】
このような構成において、例えば、系統フィーダＦ３において異常（例えば、地落事故）が発生すると、該系統フィーダＦ３は、遮断器５（３）によってただちに配電系統線４から切り離される。すると、該系統フィーダＦ３に設けられている負荷２３が脱落するため（つまり、電力需要が急減少するため）、このままでは配電系統線４における周波数が急上昇してしまう。
【０１５２】
しかし、本実施例では運転計画修正手段３８が、系統モニタ１３からの信号に基づいて異常（この場合、周波数の上昇）を検知して、その旨を電力制御部３９に知らせる。すると、電力制御部３９は、該異常状態に対応すべく、開閉器１０ａ，１０ｂを開路状態として、二次電池モジュール７から配電系統線４への出力を停止させる。また、これと同時に開閉器１０ｄ１，１０ｄ２を閉じて、燃料電池モジュール８の出力する電力の少なくとも一部を、二次電池モジュール７に蓄えさせる。これにより、燃料電池モジュール７の出力を低下させることなく、電力貯蔵分散電源システム２１の出力を低下させることができる。そして、配電系統線４における周波数の上昇を最小限に抑えることができる。
【０１５３】
系統負荷群３からの急激な逆潮流に対しても、同様にして対処することができる。
【０１５４】
これにより、燃料電池モジュール７は、設備稼動率の高い状態で運転を継続できる。また、上位の電源１も、平常時および非常時の負荷変動による影響が少ないため、稼動率の高い一定出力を保った運転が可能となる。燃料電池発電設備に代えて太陽電池発電設備を採用しても、同様な効果を得ることができる。
【０１５５】
次に、別の例として、図２０のごとく系統フィーダの負荷の間に電力貯蔵分散電源システム２１を設けている場合における、非常時への対応を説明する。
【０１５６】
系統フィーダＦｘは、遮断器５ｘを介して、配電系統線４に接続されている。そして、系統フィーダＦｘには、交流電力負荷群２３と、開閉器１７とが多数接続されている。さらに、系統フィーダＦｘの各所には、遮断器５０を介して、電力貯蔵分散電源システム２１が接続されている。
【０１５７】
系統フィーダＦｘのいずれかの部分において事故が生じた場合、事故のあった区間に設けられている電力貯蔵分散電源システム２１を、遮断器５を開いて系統フィーダＦｘから切り離さなければならない。そして、その場合、当該電力貯蔵分散電源システム２１の燃料電池モジュール８は、極端な低負荷の運転状態を強いられることになりかねない。燃料電池の出力は瞬時に低下させることは不可能であり、また負荷の急変動は燃料電池設備の著しい寿命低下につながる。しかし、本実施例では、燃料電池の出力を瞬時に二次電池モジュール７ａ，ｂの充電に振り向けることができるため、燃料電池モジュール８の出力を急激に低下させなくても、このような事態に対応することができる。
【０１５８】
さらに、図１８における遮断器５ｘと開閉器１７ｂとの間で事故が発生した場合、下流側に配置されている電力貯蔵分散電源システム２１から、負荷群２３ａ，ｂに電力を供給することができる。従って、停電区間をできるだけ小さくできる。
【０１５９】
［実施例４］
本実施例は、本発明による電力貯蔵分散電源システム２１から、交流電力と直流電力の両方を供給する点を特徴とするものである。
【０１６０】
本実施例の電力貯蔵分散電源システムを備えた給電システムを図１９に示す。電力貯蔵分散電源システム２１自体は、基本的には、実施例２または実施例３と同じ構成を備えているが、本実施例ではさらに直流電力出力手段４５を備えている。
【０１６１】
直流電力出力手段４５は、直流電力系統線４６を通じて、直流電力需要家４７へ直流電力を供給するものである。該直流電力出力手段４５は、各電池モジュール（二次電池、燃料電池）と回路接続するスイッチおよび出力電圧調整器等から構成される。そして、該直流電力出力手段４５の動作は、電力制御システム３０または３１により制御される構成となっている。
【０１６２】
直流電力系統線４６は、直流電力需要家４７へ電力を導くためのケーブルである。本実施例では、落雷による停電を防ぐため地中に埋設している。
【０１６３】
直流電力需要家４７としては、例えば、電気自動車用充電スタンドやコンピュータユーザ等が考えられる。
【０１６４】
本実施例では、直流電力需要家へ、高品質で信頼性の高い直流電力を効率よく供給することができる。
【０１６５】
【発明の効果】
以上説明したとおり本発明によれば、二次電池のエネルギー変換効率を向上させることができる。また、非常時の負荷急変動に対しても供給電力の安定化を図ることができる。
【０１６６】
さらには、上位系統電源の安定性も確保できる。これは、上位系統電源の稼動率を向上につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す電力貯蔵分散電源システム１９およびこれを備えた給電システムを示すブロック図である。
【図２】電力制御システム２９の機能構成を示すブロック図である。
【図３】基本データとして格納されているナトリウム硫黄電池の特性データを表すグラフである。
【図４】二次電池モジュール毎の電力配分運転例を示すグラフである。
【図５】本実施例における電力損失割合を表すグラフである。
【図６】本発明の第２実施例を示す電力貯蔵分散電源システム２０およびこれを備えた給電システムを示すブロック図である。
【図７】電力制御システム３０の機能構成を示すブロック図である。
【図８】需要予測手段を構成するニューラルネットワークの概要を示すブロック図である。
【図９】制約条件の一例を示す図である。
【図１０】放電深度と定格電力量との関係を示すグラフである。
【図１１】（ａ）需要予測結果および（ｂ）当該需要予測に対して行うピークカット運転の一例を示すグラフである。
【図１２】電力配分運転計画およびその修正の一例を示す図である。
【図１３】図１２の運転計画および修正に対応したモジュール毎の負荷配分を示す図である。
【図１４】本発明の第３実施例を示す電力貯蔵分散電源システム２１およびこれを備えた給電システムを示すブロック図である。
【図１５】電力制御システム３１の機能構成を示すブロック図である。
【図１６】第３の実施例の運用例を示すグラフである。
【図１７】第３の実施例の電力貯蔵分散電源システム２１を複数の系統フィーダを有する系統母線につないだ例を示すブロック図である。
【図１８】第３の実施例の電力貯蔵分散電源システム２１を系統フィーダの負荷の間に設けて連系した例である。
【図１９】本発明にかかる電力貯蔵分散電源システムから直流電力を供給する給電システムのブロック図である。
【図２０】従来の電力貯蔵システム構成例である。
【図２１】従来技術における電力損失を示すグラフである。
【符号の説明】
１……電源  、２……配電変電所  、３……系統負荷群  、４……配電系統  、５……遮断器  、６……変圧器  、７……二次電池モジュール  、８……燃料電池モジュール  、１０……開閉器  、１１……電力変換器  、１２……電力制御部  、１４……運転計画作成支援手段  、１６……直流電圧調整器  、１９……電力貯蔵分散電源システム  、２０……電力貯蔵分散電源システム  、２１……電力貯蔵分散電源システム  、２９……電力制御システム  、３０……電力制御システム  、３１  ……電力制御システム  、３２……電力需要予測手段  、３３……記憶手段  、３４……電池運転計画作成手段  、３６……基本データ格納手段  、３７……制約条件入力手段  、３８……運転計画修正手段  、３９……電力制御手段  、４５……直流電力出力手段  、４６……直流電力系統線  、４７……直流電力需要家
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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