(57)【要約】【課題】個々の需要家の蓄電池を効率的に制御でき、しかも給電指令所のニーズに従って系統用蓄電池と需要家蓄電池を協調制御して電力系統を効率的に制御できる電力系統蓄電システムを提供することである。【解決手段】電力系統に配置された系統用蓄電池１３と、複数の需要家蓄電池１５を集配信装置１６で束ねて形成した仮想蓄電池１４と、給電指令所１１からの指令により系統用蓄電池１３及び仮想蓄電池１４を制御する蓄電監視制御装置１２とを備え、系統用蓄電池１３は、蓄電監視制御装置１２からの指令に高速に応答して周波数調整や経済負荷配分のための充放電制御を行い、仮想蓄電池１４は、蓄電監視制御装置１２からの指令に低速に応答して経済負荷配分のための充放電制御を行い、需要家蓄電池１５からなる仮想蓄電池１４と系統用蓄電池１３とを協調制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に配置された系統用蓄電池と、複数の需要家蓄電池を集配信装置で束ねて形成され前記集配信装置で各々の需要家蓄電池の制御を行う仮想蓄電池と、給電指令所からの指令により前記系統用蓄電池及び前記仮想蓄電池を制御する蓄電監視制御装置とを備え、前記系統用蓄電池は前記蓄電監視制御装置からの指令に応答して周波数調整や経済負荷配分のための充放電制御を行い、前記仮想蓄電池は前記蓄電監視制御装置からの指令に応答して経済負荷配分のための充放電制御を行うことを特徴とする電力系統蓄電システム。
【請求項２】
前記蓄電監視制御装置は、前記電力系統に余剰電力が発生する特異日には、前記仮想蓄電池に予約制御指令を出力し、前記仮想蓄電池は前記蓄電監視制御装置からの予約制御指令に応答し、前記仮想蓄電池の前記集配信装置は前記需要家蓄電池をスケジューリング制御することを特徴とする請求項１記載の電力系統蓄電システム。
【請求項３】
前記蓄電監視制御装置は、前記系統用蓄電池が周波数調整や経済負荷配分のための充放電制御されていない状態で、前記系統用蓄電池を定期的に診断することを特徴とする請求項１または２に記載の電力系統蓄電システム。
【請求項４】
前記仮想蓄電池の集配信装置は、前記仮想蓄電池の各々の前記需要家蓄電池が経済負荷配分のための充放電制御やスケジューリング制御されていない状態で、前記仮想蓄電池の各々の前記需要家蓄電池を定期的に診断することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力系統蓄電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に連系された蓄電池を系統運用業務のために充放電制御する電力系統蓄電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
低炭素社会の構築に向け、再生可能エネルギーの導入が進められている。風力や太陽光などの自然エネルギーを源とする再生可能エネルギーは、その出力変動および出力不確実性が、安定的な電力需給を維持する上で大きな課題となる。このような中、電気自動車（ＥＶ）普及を契機に蓄電池の高性能化・大型化・長寿命化・低価格化が進行しつつあり、電力系統での活用が模索されている。
【０００３】
蓄電池は、電力会社が保有する系統用蓄電池と、電力需要家（以下、単に需要家と呼ぶ）が保有する需要家蓄電池とに大別される。
【０００４】
系統用蓄電池は、電力系統に直接連系する大容量蓄電池であり、給電指令所が自由に活用できるものである。風力発電や太陽光発電の出力変動の影響は、均し効果により系統全体では緩和される。そのため、発電地点に蓄電池を分散配置して個別対策するよりも、系統用蓄電池を用いて系統全体で対策する方が効率的に変動調整できると考えられる。
【０００５】
需要家蓄電池は、家庭、ビル、コミュニティ単位で、非常用電源や深夜電力の利用等のために配置される蓄電池のことである。需要家蓄電池は普段は需要家のニーズに基づいて使用されるが、用途や時期を限定して電力系統の制御にも使用できれば蓄電資源の有効活用となる。
【０００６】
そのようなものとして、系統用蓄電池や需要家蓄電池を区別せず、系統連系された全ての蓄電池の充放電能力を取得し、取得された充放電能力を用いて蓄電池の運転スケジュール又は充放電量を決定し、決定された運転スケジュール又は充放電量に基づいて蓄電池を制御し、電力系統をより効率的に制御するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−９４６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１のものでは、系統連系された全ての蓄電池の充放電能力を用いて、運転スケジュール又は充放電量を決定し、蓄電池を制御するものであるが、系統用蓄電池や個々の需要家蓄電池に対して個別に制御することになるので制御が煩雑となる。
【０００９】
また、系統用蓄電池は系統安定化のため大容量が求められるが、需要家蓄電池は個々のニーズに応じた容量でよい。さらに、系統用蓄電池は、給電指令所のニーズで自由に充放電できるが、需要家蓄電池は、需要家のニーズによる充放電が優先し、給電指令所が利用するには一定の制限がある。このように、容量、制御自由度の異なる蓄電池を一括で協調制御するのはさらに困難である。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、個々の需要家蓄電池を効率的に制御でき、しかも給電指令所のニーズに従って系統用蓄電池と需要家蓄電池を協調制御して効率的に制御できる電力系統蓄電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明に係る電力系統蓄電システムは、電力系統に配置された系統用蓄電池と、複数の需要家蓄電池を集配信装置で束ねて形成され前記集配信装置で各々の需要家蓄電池の制御を行う仮想蓄電池と、給電指令所からの指令により前記系統用蓄電池及び前記仮想蓄電池を制御する蓄電監視制御装置とを備え、前記系統用蓄電池は前記蓄電監視制御装置からの指令に応答して周波数調整や経済負荷配分のための充放電制御を行い、前記仮想蓄電池は前記蓄電監視制御装置からの指令に応答して経済負荷配分のための充放電制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明に係る電力系統蓄電システムは、請求項１の発明において、前記蓄電監視制御装置は、前記電力系統に余剰電力が発生する特異日には、前記仮想蓄電池に予約制御指令を出力し、前記仮想蓄電池は前記蓄電監視制御装置からの予約制御指令に応答し、前記仮想蓄電池の前記集配信装置は前記需要家蓄電池をスケジューリング制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明に係る電力系統蓄電システムは、請求項１または２の発明において、前記蓄電監視制御装置は、前記系統用蓄電池が周波数調整や経済負荷配分のための充放電制御されていない状態で、前記系統用蓄電池を定期的に診断することを特徴とする。
【００１４】
請求項４の発明に係る電力系統蓄電システムは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発明において、前記仮想蓄電池の集配信装置は、前記仮想蓄電池の各々の前記需要家蓄電池が経済負荷配分のための充放電制御やスケジューリング制御されていない状態で、前記仮想蓄電池の各々の前記需要家蓄電池を定期的に診断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、複数の需要家蓄電池を集配信装置で束ねて仮想蓄電池とし、蓄電監視制御装置は、仮想蓄電池と系統用蓄電池とを同等に扱い、系統用蓄電池は蓄電監視制御装置からの指令に応答して周波数調整のための充放電制御を行い、仮想蓄電池は蓄電監視制御装置からの指令に応答して経済負荷配分のための充放電制御を行うので、需要家蓄電池からなる仮想蓄電池と系統用蓄電池とを容易に協調制御できる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、電力系統に余剰電力が発生する特異日には、仮想蓄電池は余剰電力を吸収するための充放電の予約制御を行い、その際には仮想蓄電池の集配信装置は、需要家蓄電池をスケジューリング制御するので、電力系統の余剰電力を需要家蓄電池で吸収した経済負荷配分の制御が行える。
【００１７】
請求項３の発明によれば、系統用蓄電池を定期的に診断するので、系統用蓄電池の経年変化に伴う特性変化を把握できる。従って、現状の系統用蓄電池の特性を精度よく把握でき、各々の系統用蓄電池の充放電制御を適正に行うことができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、仮想蓄電池の各々の需要家蓄電池を定期的に診断するので、需要家蓄電池の経年変化に伴う特性変化を把握できる。従って、現状の需要家蓄電池の特性を精度よく把握でき、各々の需要家蓄電池の充放電制御を適正に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る電力系統蓄電システムの構成図。
【図２】１日の電力需要曲線の一例を示すグラフ。
【図３】特異日の電力需要曲線及び電力供給曲線の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る電力系統蓄電システムの構成図である。給電指令所１１は電力系統の系統運用業務を行うものであり、送電系統に連系される図示省略の発電所群と１対Nの情報通信網を整備し情報の授受を行い電力の需給バランスを図るようにしている。
【００２１】
また、本発明の実施の形態では、給電指令所１１は、蓄電監視制御装置１２を介して、電力系統に設置された複数の系統用蓄電池１３ａ〜１３ｎ及び複数の仮想蓄電池１４ａ〜１４ｍへの制御指令を出力するように構成されている。
【００２２】
系統用蓄電池１３ａ〜１３ｎは、系統運用業務のために電力系統に設置された蓄電池であり、給電指令所のニーズにより自由に充放電が可能となる蓄電池である。系統用蓄電池１３ａ〜１３ｎは、蓄電池本体と交直変換装置ＰＣＳ（Power Conditioning System）とから構成されている。蓄電池本体は、例えば、ナトリウム硫黄（ＮＡＳ）電池、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの電力を蓄電する電池本体であり、交直変換装置ＰＣＳは、系統の交流電力を直流電力に変換して蓄電池本体に充電し、あるいは蓄電池本体に充電された直流電力を交流電力に変換して系統に出力する電力変換装置である。
【００２３】
一方、仮想蓄電池１４ａ〜１４ｍは、複数の需要家蓄電池１５を集配信装置１６で束ねて形成され、仮想的に一つの蓄電池として取り扱われる。例えば、図１では、仮想蓄電池１４ａは２個の需要家蓄電池１５ａ１、１５ａ２を集配信装置１６ａで束ねて形成され、仮想蓄電池１４ｂは３個の需要家蓄電池１５ｂ１、１５ｂ２、１５ｂ３を集配信装置１６ｂで束ねて形成された場合を示している。集配信装置１６で束ねられる需要家蓄電池１５は、配置地域毎あるいは設備種類毎にまとめるようにしてもよい。また、需要家蓄電池１５についても、系統用蓄電池１３と同様に、蓄電池本体と交直変換装置ＰＣＳとから構成され、蓄電池本体としては、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池が用いられる。この電池は、定置型電池だけでなく、電気自動車やプラグインハイブリッド車の車載電池も含まれる。
【００２４】
次に、蓄電監視制御装置１２は給電指令所１１からの指令により、系統用蓄電池１３及び仮想蓄電池１４を制御するものである。例えば、給電指令所１１から周波数調整や負荷調整の指令があったとすると、蓄電監視制御装置１２は、系統用蓄電池１３及び仮想蓄電池１４の双方にそれぞれ適した指令を出力する。
【００２５】
系統用蓄電池１３は、蓄電監視制御装置１２からの指令に高速（例えば数秒単位で）応答して充放電制御を行い、周波数の変動周期のうち数分〜２０分程度の周期で変動する周波数調整｛周波数制御ＬＦＣ（Load Frequency Control）｝や数十分以上の周期で変動する負荷調整｛経済負荷配分ＥＬＤ（Economic Load Dispatching）｝を分担する。さらに、数分以下の周期で変動する負荷変動に対して発電機側で自動出力調整するガバナフリーの代替として、系統用蓄電池１３を用いてもよい。
【００２６】
一方、仮想蓄電池１４は蓄電監視制御装置１２からの指令に低速（例えば数分から数十分単位で）応答して充放電制御を行う。これは、仮想蓄電池１４は、集配信装置１６で複数の需要家蓄電池１５を束ねており、需要家蓄電池１５の使用可能容量を個々に調査し、仮想蓄電池１４全体として使用可能容量を把握するまでに時間がかかるからである。仮想蓄電池１４は、系統用蓄電池１３での充放電制御で経済負荷配分の不足分について、集配信装置１６で需要家蓄電池１５を充放電制御する。
【００２７】
図２は１日の電力需要曲線の一例を示すグラフである。電力需要曲線は数十分以上の周期で変動する基本変動成分Ｓ１と、数分〜２０分程度の周期で変動する短周期変動成分Ｓ２とがあり、系統用蓄電池１３は、主として短周期変動成分Ｓ２の変動を吸収するように充放電制御を行い、仮想蓄電池１４は、主として基本変動成分Ｓ１の変動を吸収するように充放電制御を行う。
【００２８】
このように、複数の需要家蓄電池１５を集配信装置１６で束ねて仮想蓄電池１４とし、蓄電監視制御装置１２は、仮想蓄電池１４と系統用蓄電池１３とを同等に扱い、系統用蓄電池１３は蓄電監視制御装置１２からの指令に高速応答するので周波数調整のための充放電制御を行うことができる。仮想蓄電池１４は蓄電監視制御装置１２からの指令に低速応答するので、経済負荷配分のための充放電制御を行うことができる。従って、需要家蓄電池１５からなる仮想蓄電池１４と系統用蓄電池１３とを協調制御でき、基本変動成分Ｓ１の変動と短周期変動成分Ｓ２の変動との双方を吸収できる。
【００２９】
次に、電力系統に余剰電力が発生する特異日には、蓄電監視制御装置１２は仮想蓄電池１４に予約制御指令を出力し、仮想蓄電池１４の需要家蓄電池１５をスケジューリング制御するようにしてもよい。
【００３０】
日曜日や祭日の休日には電力系統に余剰電力が発生することがある。図３は特異日の電力需要曲線及び電力供給曲線の一例を示すグラフである。図３に示すように、電力供給は原子力発電、流込式水力発電及び火力発電の最低出力曲線Ｓ１０でベース供給を担い、火力発電での最低出力曲線Ｓ１０を超えた運転や揚水発電所における揚水発電で負荷変動に対応している。火力発電は出力を保持するための最低出力曲線Ｓ１０があるので、例えば、夜間（２３時〜７時）において揚水発電所の水を上池に汲み上げ、火力発電の最低出力を保つようにしている。近年においては太陽光発電設備による太陽光発電が導入されているが、この太陽光発電は天候により出力が変動するので負荷変動を補償するよりも、変動を増す方向へ働く。
【００３１】
特異日（例えば、休日）の電力需要は平日の場合より減少するので、その電力需要曲線Ｓ１１は電力供給曲線Ｓ１２より下回ることがある。そうすると、太陽光発電の電力が余剰電力として発生する。図３では１０時〜１９時において、余剰電力が発生した場合を示している。
【００３２】
このような余剰電力の全てを吸収できる系統用蓄電池１３を配置するのは、電力会社にとって負担増となる。そのため、余剰電力が発生することが予測できる場合には、蓄電監視制御装置１２は、その余剰電力のうち系統用蓄電池１３で吸収できない分を仮想蓄電池１４で吸収するよう予約制御指令を出力する。仮想蓄電池１４の集配信装置１６は蓄電監視制御装置１２から予約制御指令を入力すると、余剰電力を吸収するように需要家蓄電池１５をスケジューリング制御する。これにより、電力系統の余剰電力を需要家蓄電池で吸収した経済負荷配分の制御が行える。
【００３３】
次に、蓄電監視制御装置１２は、系統用蓄電池１３を定期的に診断するようにしてもよい。一般的にリチウムイオン電池の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）は、開回路電圧と積算電流値の二つを組み合わせて管理される。しかしながらリチウムイオン電池に限らず化学電池は充放電サイクルや時間経過に伴い電池容量が低下する為、ＳＯＣと実際の充放電容量とに乖離が生じる。電池容量の低下の程度は、電池の使い方や周囲環境に大きく左右される為、充放電サイクルや経年のパラメータだけで一義的に決めることは難しい。従って系統用蓄電池は定期的に診断を行うことが望ましく、蓄電監視制御装置で一元管理することにより、各々の系統用蓄電池の特性を効率よく診断できるようになる。
【００３４】
診断対象の系統用蓄電池１３が周波数調整や経済負荷配分のための充放電制御されていない状態を蓄電監視制御装置が作り出す。例えば、稼働率が低い深夜の時間帯において行う。診断対象の系統用蓄電池１３を放電終了電圧まで放電させＳＯＣを０％にした後、ＣＣ−ＣＶ充電によりＳＯＣ１００％まで充電させたときの系統用蓄電池１３の電池容量を確認し、電池容量を補正する。これにより、系統用蓄電池１３の経年変化に伴う特性変化を把握でき、現状の系統用蓄電池１３の特性を精度よく把握できる。従って、各々の系統用蓄電池１３の充放電制御を適正に行うことができる。
【００３５】
同様に、仮想蓄電池１４の集配信装置１６は、仮想蓄電池１４の各々の需要家蓄電池１５を定期的に診断する。その診断は、仮想蓄電池１４の各々の需要家蓄電池１５が経済負荷配分のための充放電制御やスケジューリング制御されていない状態で、例えば、深夜の時間帯で行う。
【００３６】
また、その診断方法も、系統用蓄電池１３の場合と同様に、診断対象の需要家蓄電池１５を放電終了電圧まで放電させＳＯＣを０％にした後、ＣＣ−ＣＶ充電によりＳＯＣ１００％まで充電させたときの需要家蓄電池１５の電池容量を確認し電池容量を補正する。これにより、需要家蓄電池１５の経年変化に伴う特性変化を把握でき、現状の需要家蓄電池１５の特性を精度よく把握できる。従って、各々の需要家蓄電池１５の充放電制御を適正に行うことができる。
【符号の説明】
【００３７】
１１…給電指令所、１２…蓄電監視制御装置、１３…系統用蓄電池、１４…仮想蓄電池、１５…需要家蓄電池、１６…集配信装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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