(57)【要約】【課題】  自立型電源システムにおける蓄電池のメモリー効果を解消する。【解決手段】  電池管理部１３は蓄電池５の深い放電と、放電後に蓄電状態の回復が可能な発電抑制量を算出する装置である。まず、予測部１２の各予測結果を基に、予測開始時間から最も近い発電量を総電量の１０％単位で段階的に抑制した場合の蓄電量を予測する。ここで、蓄電量がメモリー効果の解消が可能な放電深度付近となる蓄電量まで放電した後、停電無く要求される信頼性の確保が可能な蓄電量まで充電可能である段階がある場合、時間帯別発電抑制量を制御部１１に送信する。制御部１１は時間帯別発電抑制量に対応した発電抑制を実施するとともに、蓄電池の電圧がメモリー効果の解消電圧（単セル１Ｖ）に達するとともに、発電抑制を解除する。【選択図】  図１
2006296063.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーを利用した発電装置と、蓄電池を搭載した自立型電源システムの制御方法であって、
システム設置地域を対象とした気象実績と気象予報を受信し、データベースに蓄積するステップと、
前記発電装置の発電量、負荷装置の消費電力量、および前記蓄電池の蓄電量を検出し、データベースに蓄積するステップと、
蓄積されている気象実績と発電量を基に発電量の予測式を、また蓄積されている気象実績と消費電力量を基に消費電力量の予測式をそれぞれ導出するステップと、
前記発電量予測式、前記消費電力量予測式に受信した気象予報を入力することにより予測発電量、予測消費電力量を算出するステップと、
前記予測発電量と前記予測消費電力量を基に前記蓄電池の予測充放電量を算出し、前記蓄電量と該予測充放電量を基に前記蓄電池の予測蓄電量を算出するステップと、
前記予測発電量を段階的に抑制した場合の該蓄電量を予測し、抑制量の段階が予測期間内において該蓄電量が使用範囲内における最低領域から、要求される信頼性を確保可能な領域まで回復可能であるとともに、負荷装置の停電が発生しない段階である場合、前記発電量を抑制する処理と、前記蓄電量が該最低領域に存在する際、前記蓄電池の電圧が放電終止電圧まで到達した時点で抑制する処理を解除する処理を行なうステップと
を有する自立型電源システムの制御方法。
【請求項２】
前記予測蓄電量が過放電領域にあるとともに、前記予測発電量が前記予測消費量以下となる期間が存在する場合、停電する日または時間帯を外部に通知するステップをさらに有する、請求項１に記載の自立型電源システムの制御方法。
【請求項３】
自然エネルギーを利用した発電装置、蓄電池を搭載した自立型電源システムの制御装置であって、
履歴データベースと、
システム設置地域を対象とした気象実績と気象予報を受信し、前記履歴データベースに蓄積する通信部と、
前記履歴データベースに蓄積されている気象実績と発電量を基に発電量の予測式を、また蓄積されている気象実績と消費電力量を基に消費電力量の予測式をそれぞれ算出し、前記発電量予測式、前記消費電力量予測式に受信した気象予報を入力することにより予測発電量、予測消費電力量を算出し、前記予測発電量と前記予測消費電力量を基に前記蓄電池の予測充放電量を算出し、前記蓄電量と該予測充放電量を基に前記蓄電池の予測蓄電量を算出する予測部と、
前記予測発電量を段階的に抑制した場合の該蓄電量を予測する電池管理部と、
前記発電装置の発電量、前記負荷装置の消費電力量、および前記蓄電池の蓄電量を検出し、前記履歴データベースに蓄積し、前記蓄電量の抑制量の段階が予測期間内において該蓄電量が使用範囲内における最低領域から、要求される信頼性を確保可能な領域まで回復可能であるとともに、負荷装置の停電が発生しない段階である場合、前記発電量を抑制し、前記蓄電量が該最低領域に存在する際、前記蓄電池の電圧が放電終止電圧まで到達した時点で抑制を解除する処理を行なう制御部と
を有する自立型電源システムの制御装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の自立型電源システムの制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然エネルギーを利用した発電装置と、蓄電池を搭載した自立型電源システムの制御方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電装置や風力発電装置は、石油等の化石燃料に依存しない無限エネルギーであり、屋外設備用電源として商用電力からの給電が困難な場所における自立型電源として期待されている。しかし、自然エネルギーは気象条件により発電出力が変動する不安定な電源であるため、それを補完する蓄電池を併用したシステムが一般的に利用されている。
【０００３】
自立型電源システムは、発電電力を負荷装置に供給するとともに、負荷装置の消費電力に対して余剰電力がある場合には余剰電力を蓄電池に充電し、電力が不足する場合には蓄電池を放電し、不足電力を補う制御方法が利用されている。
【０００４】
また、蓄電池の蓄電量（または充電状態）を監視しており、余剰電力発生時において蓄電池が満充電状態である場合には発電電力を抑制することにより、過充電による蓄電池の劣化・破壊を防止し、不足電力発生時において蓄電池が過放電状態である場合には放電を停止することにより、過放電による蓄電池の劣化を防止する制御方法が利用されている。
【０００５】
蓄電池の種類としては鉛蓄電池が主流であるが、エネルギー密度が高く、システム設置面積の低減および軽量化が可能な、ニッケル水素電池やニッケルカドニウム電池なども実用化されている。ここで、ニッケル水素電池やニッケルカドニウム電池は、メモリー効果を引き起こす特性がある。メモリー効果とは蓄電池を放電する際に、蓄電量をある程度残した状態で放電を中止し、再度充放電を行うことなどにより、蓄電容量が減少する現象である。この現象は深い放電（単セル１．０Ｖまで放電）を行えば解消可能である。
【０００６】
外部との通信については、システム故障や蓄電池の残量など現在のシステム状態を通知する機能がある。
【０００７】
非特許文献１では、蓄電池としてニッケル水素電池を用いた小容量型太陽光発電システムのシステム効率についての評価結果が報告されている。また、非特許文献２にはメモリ効果の定義、発生メカニズム、メモリ効果現象などが記載されている。
【非特許文献１】秋山一也ら「小容量独立型太陽光発電システムの効率評価」２００２年電子情報通信学会総合大会講演論文集４３２頁
【非特許文献２】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓａｎｙｏ．ｃｏ．ｊｐ／ｅｎｅｒｇｙ／ｆａｑ／ｆａｑ２．ｈｔｍｌ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来の方法では、蓄電池のメモリー効果を解除するためには、充放電装置を用いて深い放電を行う必要があるため、蓄電池の取り外しや、蓄電池の冗長搭載が必要である。さらに、蓄電池の残量を通知する機能はあるが、自然エネルギーにおける未来の発電量や負荷装置の消費電力量は考慮していないため、停電日時を事前に通知するまでに至っていない。
【０００９】
本発明の目的は、蓄電池のメモリー効果を解消することができる、自立型電源システムの制御方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の自立型電源システムの制御方法は、
システム設置地域を対象とした気象実績と気象予報を受信し、データベースに蓄積するステップと、
前記発電装置の発電量、負荷装置の消費電力量、および前記蓄電池の蓄電量を検出し、データベースに蓄積するステップと、
蓄積されている気象実績と発電量を基に発電量の予測式を、また蓄積されている気象実績と消費電力量を基に消費電力量の予測式をそれぞれ導出するステップと、
前記発電量予測式、前記消費電力量予測式に受信した気象予報を入力することにより予測発電量、予測消費電力量を算出するステップと、
前記予測発電量と前記予測消費電力量を基に前記蓄電池の予測充放電量を算出し、前記蓄電量と該予測充放電量を基に前記蓄電池の予測蓄電量を算出するステップと、
前記予測発電量を段階的に抑制した場合の該蓄電量を予測し、抑制量の段階が予測期間内において該蓄電量が使用範囲内における最低領域から、要求される信頼性を確保可能な領域まで回復可能であるとともに、負荷装置の停電が発生しない段階である場合、前記発電量を抑制する処理と、前記蓄電量が該最低領域に存在する際、前記蓄電池の電圧が放電終止電圧まで到達した時点で抑制する処理を解除する処理を行なうステップと
を有する。
【００１１】
予測発電量を段階的に抑制した場合の蓄電量を予測し、抑制量の段階が予測期間内において該蓄電量が使用範囲内における最低領域から、要求される信頼性を確保可能な領域まで回復可能であるとともに、負荷装置の停電が発生しない段階である場合、前記発電量を抑制する処理と、該蓄電量が該最低領域に存在する際、前記蓄電池の電圧が放電終止電圧まで到達した時点で抑制する処理を解除する処理を、定期的に実施することにより、蓄電池におけるメモリー効果を解消することができる。
【００１２】
予測蓄電量が過放電領域にあるとともに、予測発電量が該予測消費量以下となる期間が存在する場合、停電する日または時間帯を外部に通知するようにしてもよい。これにより、自立型電源システムの信頼性とメンテナンス性が向上する。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１と３の発明によれば、自然エネルギーにおける未来の発電量、消費電力量および蓄電量の予測結果を基に、蓄電池におけるメモリー効果の解消が可能である。これにより、メモリー効果によって蓄電池容量が減少している場合においても蓄電池の容量を回復させることが可能であるため、本来の蓄電池容量の有効利用が可能である。
【００１４】
また、請求項２の発明によれば、停電日時を通知することが可能であるため、停電を事前に防止することによる電源としての信頼性およびメンテナンス性の向上が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明の一実施形態の自立型電源システムの構成図である。
【００１７】
発電装置である太陽電池１の出力には、太陽電池１の出力が常時最大となるように制御を行う最大電力追従機能が付加された充電器２が接続されている。充電器２の出力は逆流防止ダイオード３を介して、負荷装置８に直流電力を供給するコンバータ４が接続されている。コンバータ４の入力にはさらにスイッチ６を介して、例えばニッケル水素電池である蓄電池５が接続されている。蓄電池５は太陽電池１の発電電力が不足した場合に負荷装置８に電力を供給できるように、逆流防止ダイオード７を介してコンバータ４の入力に接続されている。
【００１８】
制御装置１０は制御部１１と予測部１２と電池管理部１３と履歴ＤＢ１４と通信部１５で構成されている。
【００１９】
制御部１１は太陽電池１の発電電圧・電流、蓄電池５の充電電流・電圧・温度、コンバータ入力電流を検出するとともに、演算処理することにより、充電器２、コンバータ４、スイッチ６それぞれの駆動を行う。また、太陽電池１の発電電力、蓄電池５の充放電電力および蓄電量の算出を行う。さらに、後述する電池管理部１３からの情報により充電器２の制御を行う。通信部１５は、時系列の天気予報および気温予報が含まれる気象予報と、天気実績および気温実績が含まれる気象実績を、気象情報提供会社１６からインターネットなどによる気象情報提供サービスを受けることにより受信する。また、故障などのシステム状態と停電警報を保守者装置１７に発信する。履歴ＤＢ１４は、太陽電池１の発電量、負荷装置８の消費電力量、および気象実績を蓄積するハードディスク等の記憶媒体である。
【００２０】
予測部１２は、履歴ＤＢ１４の情報を基に発電量および消費電力量の予測式を導出するとともに、気象予報を基に未来の発電量、消費電力量、および蓄電量を予測する。
【００２１】
図２は本実施形態の自立型電源システムの処理の流れを示すフローチャートである。
【００２２】
通信部１５は気象情報提供会社１６より時系列天気予報に含まれるシステム設置地域を対象とした天気予報、天気実績、気温予報、および気温実績を受信し、天気は晴れ：１、曇り：２、雨：３、雪：４と数値化して履歴ＤＢ１４に格納する（ステップ１０１）。一方、制御部１１は太陽電池１の発電電圧、発電電流、蓄電池５の電池電圧、電池電流、電池温度、コンバータ４への入力電流を検出し（ステップ１０２）、発電電力、消費電力、充電電力、放電電力を計算し、履歴ＤＢ１４に格納する（ステップ１０３）。予測部１２は履歴ＤＢ１４より発電量、消費電力量、天気実績、気温実績を読み込み（ステップ１０４）、通信部１５が受信した天気実績、気温実績を受け取り、発電量予測式と消費電力量予測式を算出する（ステップ１０６）。
【００２３】
まず、一時間単位の発電量予測式を導出する例を説明する。予測計算実施の事前行程として、運用中に蓄積した時間帯別天気実績と時間帯別発電量を基に、目的変数をｎ時における発電量、説明変数をｎ時における天気とした回帰分析を実施する。なお、天気は晴れ：１、曇り：２、雨：３、雪：４と数値化する。回帰モデルを以下に示す。
【００２４】
Ｙi＝β0＋β1Ｘ1i＋ｕi                        （１）
ここで、Ｙ：目的変数、Ｘ1：説明変数、β0：定数項、β1：回帰係数、ｕ：誤差項、ｉ：標本番号である。回帰係数β1および定数項β0を最小二乗法から求め、各時間帯における発電量予測式を導出する。なお、風力発電設備を利用する場合は、説明変数Ｘ1を風速とすることにより、発電量予測式を導出する。
【００２５】
次に、一時間単位の消費電力量予測式を導出する例について説明する。予測計算実施の事前行程として、運用中に蓄積した時間帯別気温実績と時間帯別消費電力量を基に、目的変数をｎ時における消費電力量、説明変数をｎ時における気温実績とした回帰分析を実施する。発電量予測式の導出と同様に、式（１）に示す回帰モデルを用い、回帰係数および定数項を最小二乗法から求め、各時間帯における消費電力量予測式を導出する。
【００２６】
次に、予測部１２がステップ１０６で導出された発電量予測式と消費電力予測式を基に発電量および消費電力量を予測する例を説明する。時系列予報は１時間単位、４８時間先までの予報を利用することとした。次に、各時間帯の天気予報を各時間帯の発電量予測式に入力することにより、各時間帯の予測発電量を計算し、また、各時間帯の気温予報を消費電力予測式に入力することにより、各時間帯の予測消費電力量を計算する（ステップ１０７）。以上から、各時間帯における発電量および消費電力量を予測する。発電量および消費電力量の予測例を図３に示す。
【００２７】
蓄電量を予測する例を説明する。まず、予測発電量と予測消費電力量との差を求めることにより、各時間帯における予測充電量および予測放電量を算出する（ステップ１０８）。充放電量の予測例を図４に示す。図４について、発電電力や消費電力の一時的な変動による蓄電池の充放電量は表示していない。次に、予測充電量を蓄電量に加算し、蓄電量から予測放電量を減算することにより、蓄電量を予測する（ステップ１０９）。蓄電量の予測例を図５に示す。
【００２８】
また、蓄電量が減少することにより、停電時間が発生する場合における発電量および消費電力量の予測例を図６に、充放電量の予測例を図７に、蓄電量の予測例を図８に示す。このように停電の発生を予測した場合には通信部１５を介して保守者装置１７に通知する（ステップ１１０、１１１）。
【００２９】
電池管理部１３は蓄電池５の深い放電と、放電後に蓄電状態の回復が可能な発電抑制量を算出する装置である。まず、予測部１２の各予測結果を基に、予測開始時間から最も近い発電量を総電量の１０％単位で段階的に抑制した場合の蓄電量を予測する（ステップ１１２）。ここで、蓄電量がメモリー効果の解消が可能な放電深度付近となる蓄電量まで放電した後、停電無く要求される信頼性の確保が可能な蓄電量まで充電可能である段階がある場合（ステップ１１３）、時間帯別発電抑制量を制御部１１に送信する（ステップ１１４）。前述した条件を満たす段階における予測発電量および予測消費電力量の例を図９に、予測充放電量の例を図１０に、予測蓄電量の例を図１１に示す。
【００３０】
制御部１１は時間帯別発電抑制量に対応した発電抑制を実施するとともに（ステップ１１５）、蓄電池の電圧がメモリー効果の解消電圧（単セル１Ｖ）に達するとともに、発電抑制を解除する（ステップ１１６）。
【００３１】
なお、制御装置１０の処理は専用のハードウェアにより実現されるもの以外に、その機能を実現するためのプログラムを、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク装置等の記憶装置を指す。さらに、コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、インターネットを介してプログラムを送信する場合のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体もしくは伝送波）、その場合のサーバとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含む。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態の自立型電源システムの構成図である。
【図２】本発明の実施フロー
【図３】発電量および消費電力量の予測例を示す図である。
【図４】充放電量の予測例を示す図である。
【図５】蓄電量の予測例を示す図である。
【図６】停電発生を含む発電量および消費電力量の予測例を示す図である。
【図７】停電発生を含む充放電量の予測例を示す図である。
【図８】停電発生を含む蓄電量の予測例を示す図である。
【図９】発電抑制による発電量および消費電力量の予測例を示す図である。
【図１０】発電抑制による充放電量の予測例を示す図である。
【図１１】発電抑制による蓄電量の予測例を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    太陽電池
２    充電器
３    逆流防止ダイオード
４    コンバータ
５    蓄電池
６    スイッチ
７    逆流防止ダイオード
８    負荷装置
１０    制御装置
１１    制御部
１２    予測部
１３    電池管理部
１４    履歴ＤＢ
１５    通信部
１６    気象情報提供会社
１７    保守者装置
１０１〜１１６    ステップ
【図１】
2006296063.tif 000003
【図２】
2006296063.tif 000004
【図３】
2006296063.tif 000005
【図４】
2006296063.tif 000006
【図５】
2006296063.tif 000007
【図６】
2006296063.tif 000008
【図７】
2006296063.tif 000009
【図８】
2006296063.tif 000010
【図９】
2006296063.tif 000011
【図１０】
2006296063.tif 000012
【図１１】
2006296063.tif 000013