(57)【要約】【課題】充放電ロスを計測可能な蓄電池システムおよびその充放電ロス演算装置を提供する。【解決手段】蓄電池システム１は、電線２、変圧器３、ＰＣＳ４、蓄電池５、充放電ロス演算装置１０を備える。電線２は、発電設備又は負荷設備に接続する。変圧器３は、一次側が電線２に接続する。ＰＣＳ４は、変圧器３の二次側と少なくとも１つの蓄電池５に接続する。充放電ロス演算装置１０は、第１電力量計１１、充放電ロス演算部１４を備える。第１電力量計１１は、電線２と変圧器３の一次側との間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する。充放電ロス演算部１４は、蓄電池２のＳＯＣが計測開始時と計測終了時とで同じである計測期間において第１電力量計１１により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、蓄電池システム充放電ロスを算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電設備又は負荷設備に接続する電線と、
一次側が前記電線に接続する変圧器と、
前記変圧器の二次側に接続するパワーコンディショニングシステム（以下、ＰＣＳ）と、
前記ＰＣＳに接続する少なくとも１つの蓄電池と、
前記電線と前記変圧器の一次側との間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する第１電力量計と、
前記蓄電池のＳＯＣが計測開始時と計測終了時とで同じである計測期間において前記第１電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、蓄電池システム充放電ロスを算出する充放電ロス演算部と、
を備えることを特徴とする蓄電池システム。
【請求項２】
前記変圧器の二次側と前記ＰＣＳとの間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する第２電力量計をさらに備え、
前記充放電ロス演算部は、さらに、
前記計測期間において前記第２電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、トランスロスを除く蓄電池システム充放電ロスを算出すること、
を特徴とする請求項１記載の蓄電池システム。
【請求項３】
前記ＰＣＳと前記蓄電池との間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する第３電力量計をさらに備え、
前記充放電ロス演算部は、さらに、
前記計測期間において前記第３電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、蓄電池ロスを算出すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の蓄電池システム。
【請求項４】
蓄電池システムの充放電ロス演算装置であって、
前記蓄電池システムの外部に接続する電線と、該電線に接続する変圧器の一次側との間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する第１電力量計と、
前記変圧器の二次側にパワーコンディショニングシステム（以下、ＰＣＳ）を介して接続する蓄電池のＳＯＣが計測開始時と計測終了時とで同じである計測期間において、前記第１電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、蓄電池システム充放電ロスを算出する充放電ロス演算部と、
を備えることを特徴とする充放電ロス演算装置。
【請求項５】
前記変圧器の二次側と、該二次側に接続する前記ＰＣＳとの間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する第２電力量計をさらに備え、
前記充放電ロス演算部は、さらに、
前記計測期間において前記第２電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、トランスロスを除く蓄電池システム充放電ロスを算出すること、
を特徴とする請求項４記載の充放電ロス演算装置。
【請求項６】
前記ＰＣＳと、前記ＰＣＳに接続する前記蓄電池との間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する第３電力量計をさらに備え、
前記充放電ロス演算部は、さらに、
前記計測期間において前記第３電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、蓄電池ロスを算出すること、
を特徴とする請求項４又は５記載の充放電ロス演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池システムおよびその充放電ロス演算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所の発電設備や工場の負荷設備に併設される蓄電池システムが知られている。特許文献１には、環境、季節、または天候等によって時々刻々と出力が変動する自然エネルギー発電において、出力変動を抑制すると共に充放電ロスを最小化するための蓄電池制御方式が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２５９３５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、蓄電池の充放電ロスの最小化を図るシステムであるが、蓄電池システムの各所において充放電ロスを計測できるシステムではない。蓄電池の劣化状況を把握するために、蓄電池システムの充放電ロスを計測できることが望まれる。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、充放電ロスを計測可能な蓄電池システムおよびその充放電ロス演算装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的の達成のため、本発明に係る蓄電池システムは以下のように構成される。
【０００７】
蓄電池システムは、電線、変圧器、パワーコンディショニングシステム（以下、ＰＣＳ）、蓄電池、第１電力量計、充放電ロス演算部を備える。
【０００８】
電線は、蓄電池システムの外部の発電設備又は負荷設備に接続する。変圧器は、一次側が前記電線に接続する。ＰＣＳは、変圧器の二次側に接続する。蓄電池はＰＣＳに接続する。蓄電池は少なくとも１つ配置され、複数配置される場合は並列に配置される。ＰＣＳは、変圧器の二次側から入力された交流電力を直流電力に変換して蓄電池に充電する充電機能と、蓄電池の直流電力を交流電力に変換して変圧器の二次側へ出力する放電機能とを備える。
【０００９】
第１電力量計は、電線と変圧器の一次側とに接続する。第１電力量計は、電線と変圧器の一次側との間において、電線から蓄電池への充電方向の総電力量（充電電力量）と蓄電池から電線への放電方向の総電力量（放電電力量）をそれぞれ計測する。充放電ロス演算部は、蓄電池のＳＯＣが計測開始時と計測終了時とで同じである計測期間において第１電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、蓄電池システム充放電ロスを算出する。
【００１０】
好ましくは、蓄電池システムは、第２電力量計をさらに備える。第２電力量計は、変圧器の二次側とＰＣＳとに接続する。第２電力量計は、変圧器の二次側とＰＣＳとの間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する。加えて、充放電ロス演算部は、上記計測期間において第２電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、トランスロスを除く蓄電池システム充放電ロスを算出する。
【００１１】
好ましくは、蓄電池システムは、第３電力量計をさらに備える。第３電力量計は、ＰＣＳと蓄電池とに接続する。第３電力量計は、ＰＣＳと前記蓄電池との間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する。加えて、充放電ロス演算部は、上記計測期間において第３電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、蓄電池ロスを算出する。
【００１２】
また、上記目的の達成のため、本発明に係る蓄電池システムの充放電ロス演算装置は以下のように構成される。
【００１３】
充放電ロス演算装置は、第１電力量計と充放電ロス演算部を備える。第１電力量計は、蓄電池システムの外部に接続する電線と、電線に接続する変圧器の一次側との間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する。充放電ロス演算部は、変圧器の二次側にＰＣＳを介して接続する蓄電池のＳＯＣが計測開始時と計測終了時とで同じである計測期間において、第１電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、蓄電池システム充放電ロスを算出する。
【００１４】
好ましくは、充放電ロス演算装置は、第２電力量計をさらに備える。第２電力量計は、変圧器の二次側と、該二次側に接続するＰＣＳとの間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する。加えて、充放電ロス演算部は、上記計測期間において第２電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、トランスロスを除く蓄電池システム充放電ロスを算出する。
【００１５】
好ましくは、充放電ロス演算装置は、第３電力量計をさらに備える。第３電力量計は、ＰＣＳと、ＰＣＳに接続する蓄電池との間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する。加えて、充放電ロス演算部は、上記計測期間において第３電力量計により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、蓄電池ロスを算出する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る蓄電池システムおよびその充放電ロス演算装置によれば、蓄電池システムの充放電ロスを計測可能である。変圧器やＰＣＳは経年劣化が少ないのに対して、蓄電池は充放電の繰り返しにより劣化する。劣化による抵抗増加により発熱が増大しロスが大きくなる。蓄電池システムの充放電ロスを定期的に計測・比較することで、蓄電池の劣化状況を把握できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る蓄電池システムの構成を説明するための図である。
【図２】太陽光発電設備に併設された蓄電池システムの制御イメージを説明するための図である。
【図３】蓄電池システムによる出力変動緩和対策の制御イメージと充放電ロスの考え方について説明するための図である。
【図４】蓄電池システムの各部における充放電ロスの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１９】
実施の形態１．
（蓄電池システムの構成）
図１は、本発明の実施の形態１に係る蓄電池システムの構成を説明するための図である。
【００２０】
発電所の発電設備や工場の負荷設備に併設される蓄電池システム１は、電線２、変圧器３、パワーコンディショニングシステム（以下、ＰＣＳ）４、蓄電池５、蓄電池監視ユニット（ＢＭＵ）６、充放電ロス演算装置１０を備える。
【００２１】
電線２は、蓄電池システム１の外部の発電設備又は負荷設備に接続する。変圧器３は、一次側が電線２に接続する。ＰＣＳ４は、変圧器３の二次側に接続する。蓄電池５は、ＰＣＳ４に接続する。図１には並列に配置された３つの蓄電池５が描かれているが、蓄電池５の数はこれに限定されるものではなく、少なくとも１つあればよい。蓄電池監視ユニット６は蓄電池５に接続する。
【００２２】
ＰＣＳ４は、発電設備が電線２に出力した交流電力を直流電力に変換して蓄電池５に充電する充電機能と、蓄電池５の直流電力を交流電力に変換して電線２へ放電する放電機能とを備える。
【００２３】
蓄電池５は、単一の蓄電池セルで構成されていてもよいし、複数の蓄電池セルの集合体として構成されていてもよい。蓄電池の種類としては、リチウムイオン電池やナトリウム硫黄電池やニッケル水素電池等の大容量の蓄電池が好ましい。
【００２４】
蓄電池監視ユニット６は、蓄電池５の状態を監視する。監視項目は、例えば、電流、電圧、温度等の状態量である。蓄電池監視ユニット６は、監視項目である状態量をセンサによって常時監視する。本実施の形態でいう常時監視とは、センサから絶え間のない連続した信号を取り込む動作だけでなく、所定の短い周期でセンサの信号を取り込む動作を含む概念である。蓄電池監視ユニット６は、得られた情報の一部或いは全部を蓄電池情報として充放電ロス演算装置１０へ出力する。
【００２５】
（充放電ロス演算装置の構成）
充放電ロス演算装置１０は、第１電力量計１１、第２電力量計１２、第３電力量計１３、充放電ロス演算部１４を備える。
【００２６】
第１電力量計１１は、電線２と変圧器３の一次側とに接続する。第２電力量計１２は、変圧器３の二次側とＰＣＳ４とに接続する。第３電力量計１３は、ＰＣＳ４と蓄電池５とに接続する。充放電ロス演算部１４は、第１電力量計１１、第２電力量計１２、第３電力量計１３、蓄電池監視ユニット６に接続する。
【００２７】
第１電力量計１１は、電線２と変圧器３の一次側との間において、電線２から蓄電池５への充電方向の総電力量（充電電力量）と、蓄電池５から電線２への放電方向の総電力量（放電電力量）をそれぞれ計測する。第１電力量計１１は、計測した充電電力量および放電電力量を充放電ロス演算部１４へ出力する。
【００２８】
第２電力量計は、変圧器３の二次側とＰＣＳ４との間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する。第２電力量計１２は、計測した充電電力量および放電電力量を充放電ロス演算部１４へ出力する。
【００２９】
第３電力量計は、ＰＣＳ４のＤＣ側と蓄電池５との間において、充電電力量と放電電力量をそれぞれ計測する。第３電力量計１３は、計測した充電電力量および放電電力量を充放電ロス演算部１４へ出力する。
【００３０】
第１電力量計１１〜第３電力量計１３のそれぞれは、１つの電力量計で構成されてもよいし、複数の電力量計で構成されてもよい。
【００３１】
充放電ロス演算部１４は、各種情報を入出力する入出力インタフェース、各種情報、初期設定、プログラム、演算結果等を記憶するメモリ、各種情報や初期設定に基づいて各種演算処理（プログラム）を実行可能なプロセッサを備える。なお、充放電ロス演算部１４の処理については後述する。
【００３２】
（蓄電池システムによる出力変動緩和対策の制御イメージと充放電ロス）
発電所の発電設備や工場の負荷設備に併設される蓄電池システム１は、これらの設備の需給に応じて充電または放電する。一例として、発電設備は、売電のために系統連系された太陽光（ＰＶ：Photovoltaics）発電設備であるとする。電力系統に太陽光発電設備および蓄電池システム１を繋ぐ場合には、所定の制約条件を満たす制御が必要である。所定の制約条件を満たす制御とは、例えば図２に示す、電力系統への悪影響を抑制するために単位時間あたりの出力変動を緩和する制御や、蓄電池の劣化防止のために日没後に規定蓄電池残量（ＳＯＣ）になるまで放電する制御である。このような制御は、図１の充放電ロス演算装置１０を内包する制御装置（図示省略）や、別個の制御装置（図示省略）により実行される。
【００３３】
図３は、蓄電池システムによる出力変動緩和対策の制御イメージと充放電ロスの考え方について説明するための図である。
【００３４】
図３の（１）には、太陽光発電設備が制約条件なく発電した本来のＰＶ発電電力の時間変化が示されている。領域Ａは、ある１日のＰＶ発電電力量を示す。
【００３５】
上述したように、電力系統に接続するためには所定の制約条件を満たす必要がある。売電に関する制約条件の一例として、電力系統への単位時間当たりの出力変動や上限電力が定められている。図３の（２）の領域ａは充電電力量を表す。これは上述の制約条件を満たすために、ＰＶ発電電力のオーバー分を蓄電池５に充電することを意味する。領域ｂは放電電力量を表す。これは上述の制約条件を満たすために、ＰＶ発電電力の不足分を蓄電池５から放電することを意味する。また、太陽光発電併設蓄電池システムでは、蓄電池５の劣化防止のため一日の開始ＳＯＣと終了ＳＯＣは同じに制御されるため、図３の（２）では日没後に放電している。
【００３６】
図３の（３）の領域Ｂは、売電電力量を示す。売電電力量（領域Ｂ）は、本来のＰＶ発電電力量（領域Ａ）に放電電力量（領域ｂ）を加算し、充電電力量（領域ａ）を減算した値である。この「放電電力量（領域ｂ）−充電電力量（領域ａ）」が蓄電池５の充放電により発生する充放電ロスを意味する。
【００３７】
（充放電ロス演算部の機能）
本発明に係る充放電ロス演算部１４は、この充放電ロスを自動演算する。
【００３８】
充放電ロス演算部１４は、第１電力量計１１〜第３電力量計１３から充電電力量と放電電力量を入力する。また、充放電ロス演算部１４は、蓄電池監視ユニット６から蓄電池情報を入力する。充放電ロス演算部１４は、蓄電池情報から蓄電池５のＳＯＣ（State Of Charge）を推定する。ＳＯＣの推定には任意の手法を適用できる。一例として、ＳＯＣの初期値を設定し、その後、充放電電流の積算でＳＯＣを推定する手法がある。
【００３９】
上述したように、太陽光発電併設蓄電池システムでは、一日の開始ＳＯＣと終了ＳＯＣは同じに制御される。充放電ロス演算部１４は、電力量計による計測開始後、計測開始時ＳＯＣと同じＳＯＣとなるまでを計測期間として、以下の演算を行う。
【００４０】
充放電ロス演算部１４は、蓄電池５のＳＯＣが計測開始時と計測終了時とで同じである計測期間において第１電力量計１１により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、蓄電池システム充放電ロスを算出する。図４に示す例では、第１電力量計１１により計測された充電電力量を１００とした場合、放電電力量が９２である。この場合、蓄電池システム充放電ロスは、１−９２／１００＝０．０８、つまり８％と評価できる。蓄電池システム充放電ロスには、変圧器３のトランスロス、ＰＣＳ４の変換ロス、蓄電池５の蓄電池ロスが含まれる。
【００４１】
充放電ロス演算部１４は、上記計測期間において第２電力量計１２により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、トランスロスを除く蓄電池システム充放電ロスを算出する。図４に示す例では、第２電力量計１２により計測された充電電力量が９９、放電電力量が９３である。この場合、トランスロスを除く蓄電池システム充放電ロスは、１−９３／９９≒０．０６、つまり約６％と評価できる。トランスロスを除く蓄電池システム充放電ロスには、ＰＣＳ４の変換ロス、蓄電池５の蓄電池ロスが含まれる。
【００４２】
充放電ロス演算部１４は、上記計測期間において第３電力量計１３により計測された充電電力量を放電電力量で除算した値を１から減算して、蓄電池ロスを算出する。図４に示す例では、第３電力量計１３により計測された充電電力量が９７、放電電力量が９５である。この場合、蓄電池ロスは、１−９５／９７≒０．０２、つまり約２％と評価できる。
【００４３】
充放電ロス演算装置１０は、これらの充放電ロスを定期的に自動演算し、演算結果を蓄積する。
【００４４】
（効果）
以上説明したように、充放電ロス演算装置１０によれば、蓄電池システム１の各所において電力量計を用いて総放電電力量、総充電電力量を計測することで、充放電ロスを計測可能である。変圧器３やＰＣＳ４は経年劣化が少ないのに対して、蓄電池５は充放電の繰り返しにより劣化する。劣化による抵抗増加により発熱が増大しロスが大きくなる。蓄電池５の充放電ロスを定期的に自動演算・比較することで、蓄電池の劣化状況を把握できる。また、売電目的の再生可能エネルギー併設蓄電池システムに使用することで、充放電ロスの実測データが得られるため、精度の高い売電量予測が可能となる。また、蓄積した実測データの変化傾向からも精度の高い売電量予測が可能となる。
【００４５】
（変形例）
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、充放電ロス演算装置１０が、第１電力量計１１〜第３電力量計１３を備える構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、いずれか１つの電力量計およびその計測値に基づく演算処理を有さない構成であってもよい。また、いずれか２つの電力量計およびその計測値に基づく演算処理を有さない構成であってもよい。
【００４６】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、蓄電池システムに併設される発電設備として太陽光発電設備を例に挙げて説明したがこれに限定されるものではない。他の再生可能エネルギーを利用した発電設備や、化石エネルギー・原子力エネルギーを利用した発電設備であってもよい。また、蓄電池システムは、発電設備に代えてまたは発電設備と共に工場等の負荷設備に併設されてもよい。
【００４７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ  本来のＰＶ発電電力量
Ｂ  売電電力量
ａ  充電電力量
ｂ  放電電力量
１  蓄電池システム
２  電線
３  変圧器
４  パワーコンディショニングシステム（ＰＣＳ）
５  蓄電池
６  蓄電池監視ユニット
１０  充放電ロス演算装置
１１  第１電力量計
１２  第２電力量計
１３  第３電力量計
１４  充放電ロス演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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