(57)【要約】【課題】需要家の蓄電池の負荷平準化の使用目的を害することなく電力系統の周波数を調整制御できる蓄電システム制御装置を提供することである。【解決手段】調整充放電電力演算部２１は、電力系統の周波数の変動に応じて予め充放電許容変動幅パターン記憶部２０に記憶された充放電許容変動幅の範囲内で周波数の変動を抑制する調整充放電電力を演算し、加算部２３は、この調整充放電電力を予めベース充放電パターン記憶部１９に記憶された蓄電池１５の充放電のベースとなる充放電電力に加算し、パワーコンディショナ１７は、加算演算部２３で演算された値に基づいて蓄電池１５の放電充電制御を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
需要家に設置された蓄電池の充放電のベースとなる充放電電力が時間帯ごとに予め設定されたベース充放電パターンを記憶するベース充放電パターン記憶部と、
前記ベースとなる充放電電力に対して充放電許容変動幅が時間帯ごとに予め設定された充放電許容変動幅パターンを記憶する充放電許容変動幅パターン記憶部と、
電力系統の周波数の変動に応じて前記充放電許容変動幅の範囲内で前記周波数の変動を抑制する調整充放電電力を演算する調整充放電電力演算部と、
前記ベース充放電パターンに設定されたベースとなる充放電電力に前記調整充放電電力演算部で演算された調整充放電電力を加算する加算演算部と、
前記加算演算部で演算された値に基づいて前記蓄電池の放電充電制御を行うパワーコンディショナとを備えたことを特徴とする蓄電システム制御装置。
【請求項２】
前記充放電許容変動幅は、放電側の許容変動幅と充電側の許容変動幅とが同一であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電システム制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、需要家に設置された蓄電池を充放電制御して周波数調整を行う蓄電システム制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の周波数調整は電力の供給者側にて行われており、火力発電の自動周波数制御ＡＦＣ（Automatic Frequency Control）や揚水発電にて周波数調整している。ＡＦＣは、電力系統の需給の不平衡によって生じる周波数変動を補償する制御方式であり、経済負荷配分制御ＥＤＣ(Economic Dispatching Controlと協調して運用される。電力系統の運用に際しては、ＡＦＣやＥＤＣにより、電力系統の需要変動に応じて各発電機の出力を適切に制御することで、電力系統の周波数が基準周波数に対して所定の偏差内に保たれるように制御している。
【０００３】
このような発電機の出力の制御だけでは、需要変動に対応できない場合もあり、近年においては、電力貯蔵技術を用いて、需要の少ないときに電力を貯蔵し、需要の多いときには貯蔵した電力を放出して需要変動に対応するようにしている。
【０００４】
電力系統の周波数偏差が所定の範囲を超えたときは発電機で需要変動に対応し、周波数偏差が所定の範囲以下のときは二次電池の電力を電力系統に放電したり、電力系統の電力を二次電池に充電したりし、電力の需給不均衡を解消して電力系統の周波数変動を抑制するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４１５５６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電力の需給不均衡を二次電池の充放電で行う場合には、周波数調整用の専用の二次電池を設ける必要があるので設備コストが向上する。電力の供給者側での周波数調整力が不足するのは電力需要が低下する短期間（端境期）のみであるので、周波数調整用の専用の二次電池を設けることは経済的に得策でない。
【０００７】
そこで、需要家に設置された蓄電池を用いて、電力系統の周波数を調整制御することが考えられるが、需要家に設置された蓄電池は、一般に、需要家の負荷平準化等を目的とするものであり、その蓄電池の使用目的を害さないようにしなければならない。
【０００８】
本発明の目的は、需要家の蓄電池の負荷平準化の使用目的を害することなく電力系統の周波数を調整制御できる蓄電システム制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明に係る蓄電システム制御装置は、需要家に設置された蓄電池の充放電のベースとなる充放電電力が時間帯ごとに予め設定されたベース充放電パターンを記憶するベース充放電パターン記憶部と、前記ベースとなる充放電電力に対して充放電許容変動幅が時間帯ごとに予め設定された充放電許容変動幅パターンを記憶する充放電許容変動幅パターン記憶部と、電力系統の周波数の変動に応じて前記充放電許容変動幅の範囲内で前記周波数の変動を抑制する調整充放電電力を演算する調整充放電電力演算部と、前記ベース充放電パターンに設定されたベースとなる充放電電力に前記調整充放電電力演算部で演算された調整充放電電力を加算する加算演算部と、前記加算演算部で演算された値に基づいて前記蓄電池の放電充電制御を行うパワーコンディショナとを備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明に係る蓄電システム制御装置は、請求項１の発明において、前記充放電許容変動幅は、放電側の許容変動幅と充電側の許容変動幅とが同一であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、電力系統の周波数の変動に応じて、ベースとなる充放電電力に対して充放電許容変動幅の範囲内で需要家に設置した蓄電池により、調整充放電電力を調整するので、需要家の蓄電池の本来的な目的である負荷平準化を妨げることなく、電力系統の周波数変動の抑制を行うことができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、放電側の許容変動幅と充電側の許容変動幅とを同一にするので、周波数変動が大小いずれの方向に変動した場合であっても、均一に周波数変動の抑制を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る蓄電システム制御装置を需要家に設置している蓄電池に適用した場合のブロック構成図。
【図２】本発明の実施形態におけるベース充放電パターンの一例の説明図。
【図３】本発明の実施形態における充放電許容変動幅パターンの一例の説明図。
【図４】本発明の実施形態における調整充放電電力演算部での周波数の変動を抑制する調整電力ΔＰの演算内容を示す説明図。
【図５】周波数変動に応じて変化する蓄電池の充放電電力の一例を示すグラフ。
【図６】本発明の実施形態に係る蓄電システム制御装置よる蓄電池の充放電制御の動作を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る蓄電システム制御装置を需要家に設置している蓄電池に適用した場合のブロック構成図である。
【００１５】
需要家の所内系統には、電力系統１１から受電変圧器１２を介して所内系統の母線１３に電力が供給される。母線１３には需要家の負荷１４が接続され、負荷１４には電力系統１１から受電変圧器１２を介して電力が供給される。また、需要家の所内系統には蓄電池１５が設けられ、蓄電池１５は連系変圧器１６及びパワーコンディショナー１７を介して母線１３に接続されている。
【００１６】
パワーコンディショナー１７は蓄電器１５を充放電制御し、電力系統１１側から見た需要家の負荷の平準化を図るものである。例えば、昼間において負荷１４の使用電力が大きいときは蓄電池１５から電力を放電し、夜間において負荷１４の使用電力が小さいときは蓄電池１５に充電する。これにより、電力系統側から見ると需要家の負荷の平準化が図れる。
【００１７】
蓄電システム制御装置１８は、このような需要家の蓄電池１５の負荷平準化の使用目的を害することなく、電力系統の周波数を調整制御できるように蓄電池１５を充放電制御するものである。
【００１８】
蓄電システム制御装置１８のベース充放電パターン記憶部１９には、蓄電池１５の充放電のベースとなる充放電電力のベース充放電パターンが予め記憶されている。図２はベース充放電パターンの一例の説明図であり、ベース充放電パターンには、蓄電池１５の充放電のベースとなる充放電電力が時間帯ごとに予め設定されている。図２では放電電力をプラスとし充電電力をマイナスとしている。以下の説明では、放電電力をプラス、充電電力をマイナスとして説明する。
【００１９】
例えば、図２に示すベース充放電パターンは、夜間の０時から４時までは、蓄電池１５に１２００ｋＷの電力を充電し、４時半には９００ｋＷ、５時には６００ｋＷ、５時半から６時までは３００ｋＷを蓄電池１５に充電する。そして、６時半から８時半までは蓄電池１５への充放電は行わず、９時から２０時半までは６００ｋＷの放電を行い、２１時から２１時半までは蓄電池１５への充放電は行わず、２２時から２３時半まで１２００ｋＷの充電を行うベース充放電パターンである。このようなベース充放電パターンは、曜日、５月連休や正月などの休日などにより異なるパターンであり、ベース充放電パターン記憶部１９には、これら複数のベース充放電パターンを記憶している。
【００２０】
また、充放電許容変動幅パターン記憶部２０には、図２に示したベースとなる充放電電力に対する充放電許容変動幅を定めた充放電許容変動幅パターンが予め記憶されている。図３は充放電許容変動幅パターンの一例の説明図であり、充放電許容変動幅パターンには、ベースとなる充放電電力に対して、充放電許容変動幅が時間帯ごとに予め設定されている。
【００２１】
例えば、図３に示す充放電許容変動幅パターンは、夜間の０時から４時までは蓄電池１５に対して±２００ｋＷまで充放電を許容し、４時半から９時半までは±４００ｋＷまで充放電を許容する。また、９時から２０時半までは±３５０ｋＷの充放電を許容し、２１時から２１時半までは±４００ｋＷの充放電を許容し、２２時から２３時半までは±２００ｋＷの充放電を許容する充放電許容変動幅パターンである。このような充放電許容変動幅パターンは、ベース充放電パターンと同様に、曜日、５月連休や正月などの休日などにより異なるパターンであり、充放電許容変動幅パターン記憶部２０には、これら複数の充放電許容変動幅パターンを記憶している。
【００２２】
この充放電許容変動幅パターンの充放電許容変動幅は、各需要家と電力の供給者との間の契約で予め定めるものである。これは、需要家に設置している負荷平準化を目的とする蓄電池１５は、端境期には必ずしもフルに充放電する必要もないことから、各需要家の蓄電池１５の利用状況に応じて、電力系統の周波数を調整制御に寄与できる蓄電量が異なるからである。
【００２３】
図３では、充放電許容変動幅として、放電側の許容変動幅と充電側の許容変動幅とが同一である場合を示したが、需要家の都合により、放電側の許容変動幅と充電側の許容変動幅とで異なる許容変動幅を定めることも可能である。需要家は、昼間においては蓄電池１５から放電をしたい状態であり、夜間においては蓄電池１５に充電をしたい状態であるので、例えば、昼間は放電側の許容変動幅を大きくし充電側の許容変動幅を小さくする。また、夜間は、逆に放電側の許容変動幅を小さくし充電側の許容変動幅を大きくすることが考えられる。
【００２４】
次に、調整充放電電力演算部２１は、充放電許容変動幅の範囲内で電力系統の周波数の変動を抑制する調整充放電電力を演算するものである。電力系統の周波数ｆは、母線１３に設けられた周波数検出器２２で検出され、周波数検出器２２で検出された電力系統の周波数ｆは調整充放電電力演算部２１に入力される。また、調整充放電電力演算部２１には、充放電許容変動幅パターン記憶部２０に記憶された充放電許容変動幅（放電側の許容変動幅と充電側の許容変動幅）も入力される。
【００２５】
調整充放電電力演算部２１は、周波数検出器２２で検出された電力系統の周波数ｆに応じて、周波数の変動を抑制する調整電力を演算し、その調整電力が充放電許容変動幅（放電側の許容変動幅と充電側の許容変動幅）を逸脱するときは、調整電力を充放電許容変動幅の範囲内となるようにリミッタをかけ、調整充放電電力として加算演算部２３に出力する。
【００２６】
図４は、調整充放電電力演算部２１での周波数の変動を抑制する調整電力ΔＰの演算内容を示す説明図である。調整充放電電力演算部２１は、周波数検出器２２で検出された電力系統の周波数ｆと基準周波数ｆ０との周波数偏差Δｆを求め、周波数偏差Δｆに応じて調整電力ΔＰを演算する。図４では、基準周波数ｆ０が５０Ｈｚであり、周波数偏差Δｆが±０．０４Ｈｚの範囲内（周波数ｆが４９．９６Ｈｚ〜５０．０４Ｈｚ）のときは調整電力ΔＰは０、周波数偏差Δｆが±０．０４Ｈｚ〜±０．１２Ｈｚの範囲内（周波数ｆが４９．８８Ｈｚ〜４９．９６Ｈｚ、５０．０４Ｈｚ〜５０．１２Ｈｚ）のときは調整電力ΔＰは±１００ｋＷ、周波数偏差Δｆが±０．１２Ｈｚの範囲（周波数ｆが４９．８８Ｈｚ以下、５０．１２Ｈｚ以上）を逸脱したときは調整電力ΔＰは±４００ｋＷである場合を示している。
【００２７】
例えば、周波数偏差Δｆが＋０．１Ｈｚ（周波数ｆが＋５０．１Ｈｚ）のときは調整電力ΔＰは−１００ｋＷであり、周波数偏差Δｆが−０．１Ｈｚ（周波数ｆが４９．９Ｈｚ）のときは調整電力ΔＰは＋１００ｋＷである。すなわち、電力系統の周波数ｆが基準周波数ｆ０より大きいときは、調整電力ΔＰはマイナスとなり蓄電池１５に対しては充電方向の調整電力となる。一方、電力系統の周波数ｆが基準周波数ｆ０より小さいときは、調整電力ΔＰはプラスとなり蓄電池１５に対しては放電方向の調整電力となる。
【００２８】
そして、調整充放電電力演算部２１は演算した調整電力ΔＰが充放電許容変動幅（放電側の許容変動幅と充電側の許容変動幅）を逸脱しているときは、充放電許容変動幅の範囲内となるようにリミッタをかけ、調整充放電電力として出力する。例えば、図３に示した充放電許容変動幅の場合、４時半から５時までは充放電許容変動幅は±３００ｋＷであるので、調整電力ΔＰが±４００ｋＷである場合には、±３００ｋＷに制限された調整充放電電力となる。
【００２９】
次に、加算演算部２３は、ベース充放電パターン記憶部１９に記憶されたベースとなる充放電電力に、調整充放電電力演算部２１で演算された調整充放電電力を加算し、蓄電池１５の充放電目標値としてパワーコンディショナ１７に出力する。パワーコンディショナ１７は加算演算部２３で演算された充放電目標値に基づいて、蓄電池１５の放電充電制御を行う。
【００３０】
図５は、周波数変動に応じて変化する蓄電池の充放電電力の一例を示すグラフであり、図５（ａ）は周波数変動のグラフ、図５（ｂ）は蓄電池の充放電電力のグラフである。図５では、１０時から１１時までの周波数変動に応じて蓄電池の充放電電力の変化の一例を示しており、１０時から１１時においては、図２に示すように需要家のベース充放電電力は放電電力であるので、図５（ｂ）では縦軸を放電電力と記載している。また、そのときの需要家の放電電力は６００ｋＷであるので、周波数変動に応じて調整充放電電力演算部２１により演算される調整充放電電力は、図５（ｂ）に示すように、放電電力６００ｋＷを基準として変動することになる。
【００３１】
１０時から１１時においては、１０時４３分及び１０時５５分の近傍以外の時間帯では、周波数ｆは４９．８８Ｈｚ〜４９．９６Ｈｚ、または５０．０４Ｈｚ〜５０．１２Ｈｚの範囲に入っているので、調整充放電電力演算部２１により演算される調整電力は±１００ｋＷである。この調整電力（±１００ｋＷ）は１０時から１１時までの充放電許容変動幅（±３５０ｋＷ）の範囲内であるので、この調整電力（±１００ｋＷ）が調整充放電電力（±１００ｋＷ）として加算演算部２３に出力される。これにより、パワーコンディショナ１７は、調整充放電電力（±１００ｋＷ）が放電電力６００ｋＷに重畳するように蓄電池１５の放電制御を行う。
【００３２】
一方、１０時４３分及び１０時５５分の近傍では、周波数ｆは５０．１２Ｈｚを超えているので、調整充放電電力演算部２１により演算される調整電力は−４００ｋＷとなる。この調整電力（−４００ｋＷ）は１０時から１１時までの充放電許容変動幅（−３５０ｋＷ）の範囲を超えているので、この調整電力（−４００ｋＷ）は−３５０ｋＷに制限され、調整充放電電力（−３５０ｋＷ）として加算演算部２３に出力される。パワーコンディショナ１７は調整充放電電力（−３５０ｋＷ）が放電電力６００ｋＷに重畳するように蓄電池１５の放電制御が行う。
【００３３】
図６は、本発明の実施形態に係る蓄電システム制御装置による蓄電池の充放電制御の動作を示すグラフである。時点ｔ０において、ベース充放電電力はベース放電電力ＰＢ１であるとする。周波数ｆに変動がない場合は、調整充放電電力演算部２１の出力である調整充放電電力は０であるので、パワーコンディショナ１７はベース放電電力ＰＢ１で放電制御する。一方、時点ｔ１で周波数が変動したとする。周波数ｆが基準周波数ｆ０より大きくなったときは、調整充放電電力演算部２１はマイナスの調整充放電電力を出力し、周波数ｆが基準周波数ｆ０より小さくなったときは、調整充放電電力演算部２１はプラスの調整充放電電力を出力する。
【００３４】
調整充放電電力演算部２１で演算された調整充放電電力は、加算演算部２３でベース放電電力ＰＢ１に加算され、パワーコンディショナ１７はベース放電電力ＰＢ１に調整充放電電力が加算された値を充放電目標値として蓄電池１５を充放電制御する。そして、時点ｔ２において、ベース充放電電力が０となると、パワーコンディショナ１７は周波数変動による調整充放電電力だけを充放電目標値として蓄電池１５を充放電制御する。次に、時点ｔ３において、ベース充放電電力がベース充電電力−ＰＢ２となると、パワーコンディショナ１７はベース充電電力−ＰＢ２に調整充放電電力が加算された値を充放電目標値として蓄電池１５を充放電制御する。
【００３５】
このように、需要家の放電許容変動幅及び充電許容変動幅の範囲内で、電力系統の周波数ｆの変動に応じて周波数ｆの変動を抑制する調整充放電電力または調整放電電力を求め、予め設定されている充放電パターンに重畳し、重畳して求められた値にて蓄電池１５を充放電するので、需要家の蓄電池１５の負荷平準化の使用目的を害することなく、電力系統の周波数変動の抑制を行うことができる。
【符号の説明】
【００３６】
１１…電力系統、１２…受電変圧器、１３…母線、１４…負荷、１５…蓄電池、１６…連系変圧器、１７…パワーコンディショナ、１８…蓄電システム制御装置、１９…ベース充放電パターン記憶部、２０…充放電許容変動幅パターン記憶部、２１…調整充放電電力演算部、２２…周波数検出器、２３…加算演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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