(57)【要約】【課題】電力系統に連系され、並列に接続した複数の蓄電池からなる蓄電池設備を備えた自家発電設備において、間断なく連系点潮流を制御することを可能とする。【解決手段】電力系統９に連系される自家発電設備における蓄電池設備１であって、並列に接続された複数台の蓄電池１１と、該蓄電池に直列に接続された複数台の充電回路１２と、複数台の蓄電池のいずれか１つに接続される放電回路１３と、電力系統９からの潮流を検出する潮流検出手段２からの潮流信号に基づいて充電回路１２および放電回路１３を制御する制御装置１４と、複数台の蓄電池のうちの１つの蓄電池を選択して放電回路１３に接続する選択スイッチ１５とを備え、潮流信号が連系線潮流設定値の上限値を超えると放電回路選択信号を出力し、潮流信号が前記連系線潮流設定値の下限値を下回ると充電回路選択信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に連系される自家発電設備における蓄電池設備であって、
並列に接続された複数台の蓄電池と、それぞれの蓄電池に直列に接続された複数台の充電回路と、複数台の蓄電池のいずれか１つに接続される放電回路と、電力系統からの潮流を検出する潮流検出手段からの潮流信号に基づいて前記充電回路および前記放電回路を制御する制御装置と、複数台の蓄電池のうちの１つの蓄電池を選択して前記放電回路に接続する選択スイッチと、
を備えたことを特徴とする蓄電池設備。
【請求項２】
請求項１に記載の蓄電池設備において、
前記制御装置は、連系線の潮流の設定値を設定する連系潮流値設定部と、前記潮流検出手段が検出した連系線の潮流信号と予め前記連系潮流値設定部に設定された前記連系潮流設定値とを比較する比較部と、前記放電回路の放電電流および前記充電回路の充電電流を監視して各蓄電池の蓄電量を記憶する蓄電量監視部と、前記比較部からの放電／充電選択信号および蓄電量監視部からの各蓄電池の蓄電量信号に基づいて前記放電回路に接続される蓄電池を選択して前記放電回路に接続し該放電回路を制御するとともに、前記充電回路に接続される蓄電池を選択して充電回路を制御する放電回路／充電回路制御部と、を備える
ことを特徴とする蓄電池設備。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の蓄電池設備において、
前記比較部は、前記潮流信号が前記連系線潮流設定値の上限値を超えると放電回路選択信号を出力し、前記潮流信号が前記連系線潮流設定値の下限値を下回ると充電回路選択信号を出力する
ことを特徴とする蓄電池設備。
【請求項４】
並列に接続された複数台の蓄電池と、それぞれの蓄電池に直列に接続された複数台の充電回路と、複数台の蓄電池のいずれか１つに接続される放電回路と、電力系統からの潮流を検出する潮流検出手段からの潮流信号に基づいて前記充電回路および前記放電回路を制御する制御装置と、複数台の蓄電池のうちの１つの蓄電池を選択して前記放電回路に接続する選択スイッチとを備えた、電力系統に連系される自家発電設備における蓄電池設備の運転方法であって、
電力系統からの潮流が予め設定された連系線潮流設定値の上限値を超えると前記複数台の蓄電池のうちの充電量が最も高い蓄電池を選択して前記放電回路に接続して潮流制御用蓄電池として潮流を補完し、
電力系統からの潮流が予め設定された連系線潮流設定値の下限値を下回ると前記複数台の蓄電池のうちの潮流制御用蓄電池として使用されていない蓄電池を充電する
ことを特徴とする蓄電池設備の運転方法。
【請求項５】
電力系統に連系される自家発電設備における蓄電池設備であって、
並列に接続された複数台の蓄電池と、それぞれの蓄電池に直列に接続された複数台の充電回路と、複数台の蓄電池のいずれか１つに接続される放電回路と、電力系統からの潮流を検出する潮流検出手段からの潮流信号に基づいて前記放電回路を制御し、放電が完了した蓄電池から順番に充電するよう前記充電回路を制御する制御装置と、複数台の蓄電池のうちの１つの蓄電池を選択して前記放電回路に接続する選択スイッチと、
を備えたことを特徴とする蓄電池設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に系統連系された自家発電設備と複数台の蓄電池設備とを組み合わせた自家発電設備における蓄電池設備および蓄電池設備の運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電設備や風力発電設備などの導入が進んでいるが、これらの発電設備は、気象条件により出力が変動するため、大幅に導入量が進んだ場合には、その変動を補完する必要があるとされている。変動を補完する設備としては、充放電機能を有する蓄電池設備を用いて連系点の電力潮流を一定の範囲内に収めるシステム（マイクログリッド）が考えられている。
【０００３】
図４に、従来の充放電制御機能を有する蓄電池設備を有する自家発電設備の構成を説明する。この自家発電設備は、電力線５と、電力線５に接続されるとともに蓄電池１１と双方向コンバータ１９を有する蓄電池設備１と、電力線５に接続された太陽光発電設備３と、電力線５に接続された風力発電設備４と、連系線潮流検出手段２とを備えて構成される。この自家発電設備は、電力線５が連系線９１を介して電力系統９に接続されるとともに、電力線５に開閉器６−１〜６−ｎを介して負荷７−１〜７−ｎが接続される。
【０００４】
太陽光発電設備３や風力発電設備４は、自然条件の変化によってその出力が自然変動する自然変動電源である。蓄電池設備１は、負荷変動や自然変動電源の電力変動に対処するために、蓄電池１１を充電しておき、連系線９１の潮流（連系線潮流）を連系線潮流検出手段２で監視し、太陽光発電設備３や風力発電設備４などの自然変動電源の出力変動や負荷７−１〜７−ｎの変動によって、連系線９１の連系線潮流（電力）が予め設定された設定電力を超えると、蓄電池設備１が、超過した潮流を補完するように動作する。このとき、蓄電池設備１は負荷変動に迅速に応答することができ、連系線潮流を設定電力に抑えるように動作するので、連系線潮流は設定された範囲内に戻される。
【０００５】
蓄電設備としては残量管理が比較的簡単なキャパシタが用いられることもある（例えば、特許文献１参照）が、キャパシタは容量が少ないことから、現実的には、鉛蓄電池などの電気化学電池が用いられることになる。電気化学電池の残量（蓄電量）の管理は、電池電圧や充電量と放電量の積算などにより行われる。また、電気化学電池としては、鉛蓄電池以外の電気化学電池は、非常に高価であることから鉛蓄電池が一般的に用いられる。
【０００６】
蓄電池の電圧は、充放電状態や経年により大幅に変動するため、電池電圧のみによる残量管理は不可能と考えられている。充放電量を積算して行われる残量管理（例えば、特許文献２参照）は、長い時間を経過すると、誤差が積算され、充放電量の積算量によって得た残量と実際の残量との乖離が生じる。したがって、残量管理では、定期的に満充電操作などのリセット操作を行う必要があり、この間は連系点の潮流を一定の範囲内に保つ制御を行えないという問題がある。
【０００７】
また、残量管理の精度が低いと、蓄電池の容量の選定に当たってその分余裕のある蓄電池容量選定が必要となり、蓄電池容量が増大するという問題を有している。
【０００８】
さらに、鉛蓄電池は、充電容量が小さく、放電時間が１時間１Ｃに対して、充電時間が１０時間０．１Ｃ程度であることから、補完する変動量（ｋＷ）のうち充電部分（変動量の１／２）の１０倍の蓄電池容量（ｋＷ）が必要である。キャパシタやニッケル水素系の電池は、充電容量が鉛蓄電池より多いが、まだ非常に高価であり、それ自体にコストがかかる。
【特許文献１】特開２００１−２１１５４９号公報
【特許文献２】特開２００３−７０１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、電力系統に連系され、並列に接続した複数の蓄電池からなる蓄電池設備を備えた自家発電設備において、間断なく連系点潮流を制御することが可能となる自家発電設備の蓄電池設備および蓄電池設備の運転方法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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、電力系統に連系された自家発電設備において、互いに並列に接続された複数台の蓄電池とそれぞれの蓄電池に直列に接続された充電回路と、それぞれの蓄電池を選択して放電する放電回路とを備えることによって、潮流制御用としての１台の蓄電池を選択して放電状態とし、残りの蓄電池を充電状態として、潮流制御を放電方向の１台の蓄電池でのみ行い、放電量を制御することで連系点潮流を一定にする。
【００１１】
さらに、本発明は、電力系統に連系される自家発電設備における蓄電池設備であって、並列に接続された複数台の蓄電池と、それぞれの蓄電池に直列に接続された複数台の充電回路と、複数台の蓄電池のいずれか１つに接続される放電回路と、電力系統からの潮流を検出する潮流検出手段からの潮流信号に基づいて前記充電回路および前記放電回路を制御する制御装置と、複数台の蓄電池のうちの１つの蓄電池を選択して前記放電回路に接続する選択スイッチとを備えた。
【００１２】
また、本発明は上記蓄電池設備において、前記制御装置は、連系線の潮流の設定値を設定する連系潮流値設定部と、前記潮流検出手段が検出した連系線の潮流信号と予め前記連系潮流値設定部に設定された前記連系潮流設定値とを比較する比較部と、前記放電回路の放電電流および前記充電回路の充電電流を監視して各蓄電池の蓄電量を記憶する蓄電量監視部と、前記比較部からの放電／充電選択信号および蓄電量監視部からの各蓄電池の蓄電量信号に基づいて前記放電回路に接続される蓄電池を選択して前記放電回路に接続し該放電回路を制御するとともに、前記充電回路に接続される蓄電池を選択して充電回路を制御する放電回路／充電回路制御部とを備える。
【００１３】
さらに、本発明は、上記蓄電池設備において、前記比較部は、前記潮流信号が前記連系線潮流設定値の上限値を超えると放電回路選択信号を出力し、前記潮流信号が前記連系線潮流設定値の下限値を下回ると充電回路選択信号を出力する。
【００１４】
本発明は、上記課題を解決するために、並列に接続された複数台の蓄電池と、それぞれの蓄電池に直列に接続された複数台の充電回路と、複数台の蓄電池のいずれか１つに接続される放電回路と、電力系統からの潮流を検出する潮流検出手段からの潮流信号に基づいて前記充電回路および前記放電回路を制御する制御装置と、複数台の蓄電池のうちの１つの蓄電池を選択して前記放電回路に接続する選択スイッチとを備えた、電力系統に連系される自家発電設備における蓄電池設備の運転方法であって、電力系統からの潮流が予め設定された連系線潮流設定値の上限値を超えると前記複数台の蓄電池のうちの充電量が最も高い蓄電池を選択して前記放電回路に接続して潮流制御用蓄電池として潮流を補完し、電力系統からの潮流が予め設定された連系線潮流設定値の下限値を下回ると前記複数台の蓄電池のうちの潮流制御用蓄電池として使用されていない蓄電池を充電する。
【００１５】
本発明は、上記課題を解決するために、電力系統に連系される自家発電設備における蓄電池設備であって、並列に接続された複数台の蓄電池と、それぞれの蓄電池に直列に接続された複数台の充電回路と、複数台の蓄電池のいずれか１つに接続される放電回路と、電力系統からの潮流を検出する潮流検出手段からの潮流信号に基づいて前記放電回路を制御し、放電が完了した蓄電池から順番に充電するよう前記充電回路を制御する制御装置と、複数台の蓄電池のうちの１つの蓄電池を選択して前記放電回路に接続する選択スイッチと、を備え、放電方向のみで潮流制御を行い、放電が完了した蓄電池から順番に満充電に充電する。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成を備えることによって、本発明は、電力系統に連系され、並列に接続した複数の蓄電池からなる蓄電池設備を備えた自家発電設備において、間断なく連系点潮流を制御することが可能となる自家発電設備の蓄電池設備および蓄電池設備の運転方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る系統連系された自家発電設備の構成を、図１を用いて説明する。本発明に係る電力系統に系統連系された自家発電設備は、連系線９１を介して電力系統９に連系される。自家発電設備は、充電源に並列に接続された複数の蓄電池を有する蓄電池設備１と、太陽光発電設備３および風力発電設備４等の自然変動電源とを電力線５で接続するとともに、連系線潮流検出手段２とを有して構成される。自家発電設備の電力線５が、連系線９１を介して電力系統９に接続され、負荷７−１〜７−ｎが開閉器６−１〜６−ｎを介して電力線５に接続される。
【００１８】
蓄電池設備１は、充電電源（例えば電力線５）に並列に接続された鉛蓄電池などの複数台の蓄電池１１−１〜１１−ｎと、出力端がこの蓄電池１１−１〜１１−ｎにそれぞれ直列に接続され他端が電力線５に接続されてそれぞれの蓄電池１１−１〜１１−ｎへの充電電流を制御する複数台の充電回路（インバータ）１２−１〜１１−ｎと、蓄電池１１−１〜１１−ｎに一端が電力線５に他端が接続され選択された蓄電池１１−１〜１１−ｎからの放電電流を制御する放電回路（インバータ）１３と、蓄電池１１−１〜１１−ｎを選択して充電回路１２−１〜１２−ｎを充電制御しまたは放電回路１３を放電制御する制御回路１４と、制御回路１４からの指示により充電が完了している蓄電池を選択して放電回路１３に接続する選択スイッチ１５−１〜１５−ｎを備えている。
【００１９】
制御装置１４には、連系線潮流検出手段２からの潮流信号が入力される。制御装置１４は、潮流信号を予め設定されている連系線潮流設定値と比較し、連系線潮流が連系線潮流設定値の上限値を超えている場合には、超過した潮流の値を補完するように蓄電池１１−１〜１１−ｎのいずれか１台を選択してその出力電流を制御する。また、制御装置１４は、連系線潮流が連系線潮流設定値の下限値を下回る状態では、潮流の余剰分で蓄電池１１−１〜１１−ｎを充電するように制御する。制御装置１４は、放電回路１３を経由した潮流制御用蓄電池の放電量と、充電回路１２を経由した充電状態蓄電池の各蓄電池ごとの充電量を監視しており、満充電状態もしくは最も充電量の大きな状態にある蓄電池を選択して放電に充当される蓄電池、すなわち、潮流制御用蓄電池と決定し、その蓄電池の選択スイッチ１５を閉状態にして放電回路１３に接続する。このとき、選択された蓄電池１１に直列に接続された充電回路１２には充電を行わせない。充電回路１２および放電回路１３の構成は周知であり、その構成および動作についての説明を省略する。
【００２０】
負荷７−１〜７−ｎは、電力線５に開閉器６を介して接続され、それぞれの負荷の動作状態によって、連系線潮流に変動を生じる。
【００２１】
太陽光発電設備３は、日照の有無や大小によってその出力が変動する自然変動発電設備であり、その出力の変動によって連系線潮流に変動を生じる要因となる。さらに、風力発電設備４は、風の有無や風量によってその出力が変動する自然変動発電設備であり、その出力の変動によって連系線潮流に変動を生じる要因となる。本発明においては、太陽光発電設備３および風力発電設備４は、負の負荷としてみることができ、さらに、負荷、太陽光、風力のうちのいずれか２つを省略することができる。
【００２２】
連系線潮流検出手段２は、連系線９１の潮流を検出して連系線潮流信号を出力する手段であり、ＣＴ、ＶＴ、トランスデューサなどにより構成することができる。
【００２３】
蓄電池設備１の制御装置１４の構成を、図２を用いて説明する。制御装置１４は、連系潮流値設定部１４１と、比較部１４２と、蓄電量化監視部１４３と、充電回路／放電回路制御部１４４とを有して構成される。
【００２４】
連系潮流値設定部１４１は、連系線９１の潮流の許容値である連系潮流設定値が設定される手段であり、連系潮流設定値は範囲を持って、例えば上限値と下限値が設定される。
【００２５】
比較部１４２は、潮流検出手段２が検出した連系線９１の潮流信号と予め連系潮流値設定部１４１に設定された連系潮流設定値とを比較し、蓄電池設備１から電力線５へ電力を供給する放電状態か、電力線５から蓄電池設備１へ電力を供給する充電状態かを選択する充電／放電選択信号を出力する。すなわち、比較部１４２は、潮流信号が連系線潮流設定値の上限を超えると放電回路選択信号を出力し、潮流信号が連系線潮流設定値の下限値を下回ると充電回路選択信号を出力する。
【００２６】
蓄電量監視部１４３は、放電回路１３の放電電流信号および充電回路１２の充電電流信号を積算・監視して、各蓄電池１１の蓄電量を算出し記憶する手段である。
【００２７】
放電回路／充電回路制御部１４４は、比較部１４２からの放電／充電選択信号および蓄電量監視部１４３からの各蓄電池の蓄電量信号に基づいて放電回路１３に接続される蓄電池１１を選択する選択スイッチ制御信号と、放電回路１３を制御する放電回路制御信号と、充電回路１２に接続される蓄電池１１を選択して充電回路１２を制御する充電回路充電信号を出力する。すなわち、放電回路／充電回路制御部１４４は、電力系統９からの潮流が予め設定された連系線潮流設定値の上限を超えると複数台の蓄電池１１のうちの充電量が最も高い蓄電池を選択して放電回路１３に接続して潮流制御用蓄電池として潮流を補完し、電力系統９からの潮流が予め設定された連系線潮流設定値の下限値を下回ると複数台の蓄電池のうちの潮流制御用蓄電池として使用されていない蓄電池を充電する。
【００２８】
このような構成を有する自家発電設備を電力系統９に連系線９１を介して接続した場合に、制御装置１４は、連系線潮流（潮流信号）が連系線潮流設定値を超えると、蓄電池１１の充電状態に基づいていずれかの蓄電池１１を潮流制御用蓄電池として選択し、選択した蓄電池１１から電力線５への出力電力を制御する。
【００２９】
蓄電池１１を６台並列に接続した蓄電池設備１における各蓄電池１１−１〜１１−６の充放電の態様の１例を、図３を用いて説明する。図３において、横軸は時間を、縦軸は各電池の蓄電量と充電電流Ｉｃまたは放電電流Ｉｄを示している。充電電流Ｉｃと放電電流Ｉｄでは電流の流れる方向が逆となるがこの図では同じ方向に示している。放電電流Ｉｄと充電電流Ｉｃは、自然変動電源の出力の変動や負荷の変動によって変化するが、それぞれ一定の値として示し、放電電流Ｉｄと充電電流Ｉｃが交互に現れ全体として放電量と充電量とがバランスし他状態を模式的に示している。
【００３０】
時間ｔ０では、蓄電池１が満充電とされており、制御装置１４は、蓄電池１を選択して潮流制御用蓄電池として放電回路１４に接続して放電電流Ｉｄ１で超過した潮流を補完し、蓄電池２〜６を充電回路１２に接続して、潮流の余剰時に充電電流Ｉｃ２〜Ｉｃ６で充電する。制御装置１４は、蓄電池１の放電量および蓄電池２〜６の充電量を監視し、時間ｔ１で蓄電池１が放電を完了すると、潮流制御用蓄電池として満充電とされた蓄電池２を選択して放電回路１３に接続して放電電流Ｉｄ２で超過した潮流を補完し、蓄電池１、３〜６を充電回路１２に接続して、潮流の余剰時に充電電流Ｉｃ１、Ｉｃ３〜Ｉｃ６で充電する。制御装置１４は、蓄電池２の放電量および蓄電池１、３〜６の充電量を監視し、時間ｔ２で蓄電池２が放電を完了すると、潮流制御用蓄電池として満充電とされた蓄電池３を選択して放電回路１３に接続して放電電流Ｉｄ３で超過した潮流を補完し、蓄電池１、２、４〜６を充電回路１２に接続して、潮流の余剰時に充電電流Ｉｃ１、Ｉｃ２、Ｉｃ４〜Ｉｃ６で充電する。同様に蓄電池４〜６を順治選択して放電回路１３に接続し残りの蓄電池を充電回路１２に接続することによって、１台の蓄電池で超過した潮流を補完し、余剰の電力（潮流）で他の蓄電池を充電することができ、各電池の充電電流を小さくして充電時間を長くすることができる。
【００３１】
すなわち、本発明においては、潮流制御用蓄電池の蓄電量（残量）が０％となると満充電（１００％）となっている蓄電池を新たな潮流制御用蓄電池として放電回路１３へ切り替えて、潮流制御を継続し、残量が下限値となった蓄電池には充電を行う。蓄電池の容量は、変動する容量と同じ容量を設定すればよい。
【００３２】
用意する蓄電池の個数は、蓄電池の充放電速度によって決まる。例えば、残量が０％から１００％への充電時間が１０時間（０．１Ｃ）、残量が１００％から０％への放電時間が１時間（１Ｃ）である蓄電池を考えると、放電制御中の蓄電池は最小０、最大１Ｃの放電を行いながら負荷の変動を補完するために２時間の放電が可能となる。一方、充電には１０時間が必要であり、放電用蓄電池１個と充電用蓄電池５個を用意し、順番に切り替えて、放電回路に接続して潮流制御用蓄電池とすることになる。このシステムでは、蓄電池の個数は増えるが、それぞれの蓄電池の容量は５分の１程度となり、蓄電池の総容量はそれほど変化しない。
【００３３】
このように、本発明においては、充電する状態にある蓄電池を負荷とみなすことができ、それぞれの蓄電池の放電制御と充電制御を行うことができる。
【００３４】
上記の実施例では、蓄電池の充電と放電の両方で潮流一定制御を行うようにしたが、蓄電池の放電方向のみで潮流制御を行い、充電は放電が完了した蓄電池から順番に充電して、満充電とする制御方式を採用することができる。
【００３５】
上記の説明では、それぞれの蓄電池１１に充電回路１２を接続し、１台の蓄電池を放電回路１３に切り替えるように構成したが、充電回路１２として双方向コンバータを用いることにより、放電回路１３を省略することができ、いずれか１台の双方向コンバータを選択して放電回路として用い、残りの双方向コンバータを充電用インバータとして用いることができる。
【００３６】
本発明の自家発電設備は、太陽光発電設備３、風力発電設備４、コージェネシステムなどの自家発電装置を備えることができる。例えば、負荷の変動幅が大きく、低負荷である時間が長い設備である場合には、本発明は、これらの自家発電装置を備えることは、必須の要件ではない。すなわち、連系線９１を介して電力系統９に連系される。自家発電設備は、充電源に並列に接続された複数の蓄電池を有する蓄電池設備１を電力線５で接続するとともに、連系線潮流検出手段２とを有して構成される。自家発電設備の電力線５が、連系線９１を介して電力系統９に接続され、負荷７−１〜７−ｎが開閉器６−１〜６−ｎを介して電力線５に接続される。この場合、連系線潮流が連系線潮流設定値を超えた場合にひとつの蓄電池を選択して潮流を補完し、連系線潮流が連系線潮流値を下回った場合に潮流補完用蓄電池として働いている蓄電池以外の蓄電池を充電するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る電力系統に連系した自家発電設備の構成を説明する図。
【図２】本発明に係る電力系統に連系した自家発電設備の制御装置の構成を説明する図。
【図３】本発明に係る自家発電設備の動作の態様を説明する図。
【図４】電力系統に連系した蓄電池設備を有する自家発電設備の構成を説明する図。
【符号の説明】
【００３８】
１：蓄電池設備、１１：蓄電池、１２：充電回路、１３：放電回路、１４：制御装置、１５：選択スイッチ、２：連系線潮流検出手段、３：太陽光発電設備、４：風力発電設備、５：電力線、６：開閉器、７：負荷、９：電力系統、９１：連系線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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