(57)【要約】【課題】再生可能エネルギー発電設備を有する所有者や投資家の利益を向上させることのできる送電調整システムを提供する。【解決手段】送電調整システム１は、再生可能エネルギー発電装置２単位で受電ライン１１、電力系統３側に送電ライン１２、蓄エネルギー装置４側に充電ライン１３及び放電ライン１４を備える。受電ライン１１を入力側として、出力側は切替スイッチ１５によって送電ライン１２と充電ライン１３が切り替えられる。また、放電ライン１４と送電ライン１２は、放電スイッチ１６によって接続がオンオフされえる。切替スイッチ１５と放電スイッチ１６は、出力制御コントローラ１７によって切替及び開閉が制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の再生可能エネルギー発電装置の出力電力を電力系統に送電する送電調整システムであって、
前記再生可能エネルギー発電装置単位で設けられ、当該再生可能エネルギー発電装置のパワーコンディショナから出力電力を受ける各受電ラインと、
蓄エネルギー装置にエネルギーを充電する充電ラインと、
前記蓄エネルギー装置のエネルギーを放電する放電ラインと、
前記電力系統に電力を送電する送電ラインと、
前記受電ライン単位で設けられ、接続先を前記充電ラインと前記送電ラインの一方に切り替える各第１のスイッチと、
前記放電ラインと前記送電ラインとの接続を開閉する第２のスイッチと、
前記各第１のスイッチと前記第２のスイッチを制御するコントローラと、
を備えること、
を特徴とする送電調整システム。
【請求項２】
前記コントローラは、
出力内容を示す信号を外部から受信する受信手段を備え、
前記信号に基づき、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチを制御すること、
を特徴とする請求項１記載の送信調整システム。
【請求項３】
前記コントローラは、
前記パワーコンディショナの出力が低い順に、前記受電ラインと前記充電ラインとを接続するように前記第１のスイッチを制御すること、
を特徴とする請求項１又は２記載の送電調整システム。
【請求項４】
ネットワークを介して設けられ、前記コントローラに出力内容を示す信号を送信するクラウド装置を備えること、
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の送電調整システム。
【請求項５】
前記クラウド装置は、
前記パワーコンディショナの出力情報を受信する受信手段と、
前記受信手段が受信した出力情報に基づき、前記出力内容を示す信号を生成する生成手段と、
を有すること、
を特徴とする請求項４記載の送電調整システム。
【請求項６】
前記蓄エネルギー装置を備えること、
を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の送電調整システム。
【請求項７】
前記蓄エネルギー装置は、蓄電池又は水の電気分解により水素を生成して貯蔵する水素電力貯蔵装置であること、
を特徴とする請求項６記載の送電調整システム。
【請求項８】
前記再生可能エネルギー発電装置は、太陽光発電システムであること、
を特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の送電調整システム。
【請求項９】
前記再生エネルギー装置を備えること、
を特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の送電調整システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、太陽光発電設備等の再生可能エネルギー発電装置の出力電力を電力系統に送電する送電調整システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化、化石燃料の枯渇が問題となっており、地球環境とエネルギーに対する関心が急速に高まっている。このような状況の下、環境負荷の少ないエネルギー源として太陽光発電、風力発電、潮力発電、燃料電池による発電等の再生可能エネルギーが注目されている。近年、これら再生可能エネルギーの発電設備を商用電源の電力系統に連系させ、需要家により余剰電力を売電可能となっており、この売電の仕組みが再生可能エネルギーによる発電設備の普及を後押ししている。
【０００３】
但し、電力系統の安定化のため、電力需給のバランスの観点から、電力系統への電力の供給が過多になる虞がある場合には、再生可能エネルギー発電設備に対して通信ネットワークを介して送電抑制指示が送出される。再生可能エネルギー発電設備に対しては、送電抑制指示を受信すると、電力系統へ送電する電力を１５分以内に抑制することになっている。
【０００４】
しかしながら、電力系統への出力電力の抑制は、本来発電可能であった電力の一部を遺失することになり、再生可能エネルギー発電設備の所有者や投資家からすれば、売電電力が遺失され、売電利益の損失につながる。そのため、遺失電力の最小化を図りつつ、電力系統の安定化を図る仕組みの構築が要望されている。
【０００５】
そこで、再生可能エネルギーを電力に変換する発電機に対して設けられるパワーコンディショナに蓄電池を接続し、パワーコンディショナの発電電力を必要に応じて蓄電池へ一部蓄電する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この手法によれば、蓄電池への蓄電分の出力抑制により電力系統の安定化に対応可能であり、また出力抑制の解除時に蓄電池の蓄電力を電力系統へ送電することができる（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１３００９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のシステムによれば、送電電力の抑制は、パワーコンディショナ単位となり、複数のパワーコンディショナは連動されない。そうすると、多数の再生可能エネルギー発電設備を有する発電所における運用では、送電コントロールが複雑化し、またパワーコンディショナの数だけ制御機構を設けなくてはならないために、製造コスト及び運用コストが増加するという問題があった。また、パワーコンディショナによる出力抑制は、大きな電力変換ロスを招来し、本来送電し得た電力を遺失し、所有者や投資家の不利益となる虞があった。
【０００８】
本実施形態は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、再生可能エネルギー発電設備を有する所有者や投資家の利益を向上させることのできる送電調整システム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】
【０００９】
本実施形態の送電調整システムは、複数の再生可能エネルギー発電装置の出力電力を電力系統に送電する送電調整システムであって、前記再生可能エネルギー発電装置単位で設けられ、当該再生可能エネルギー発電装置のパワーコンディショナから出力電力を受ける各受電ラインと、蓄エネルギー装置にエネルギーを充電する充電ラインと、前記蓄エネルギー装置のエネルギーを放電する放電ラインと、前記電力系統に電力を送電する送電ラインと、前記受電ライン単位で設けられ、接続先を前記充電ラインと前記送電ラインの一方に切り替える各第１のスイッチと、前記放電ラインと前記送電ラインとの接続を開閉する第２のスイッチと、前記各第１のスイッチと前記第２のスイッチを制御するコントローラと、を備えること、を特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る送電調整システムの構成を示すブロック図である。
【図２】送電調整システムの出力制御コントローラによる制御を示すフローチャートである。
【図３】送電調整システムの第１の動作例を示すブロック図である。
【図４】送電調整システムの第１の動作例による作用を示すブロック図である。
【図５】送電調整システムの第２の動作例を示すブロック図である。
【図６】送電調整システムの第２の動作例による作用を示すブロック図である。
【図７】送電調整システムの第３の動作例を示すブロック図である。
【図８】送電調整システムの第３の動作例による作用を示すブロック図である。
【図９】第２の実施形態に係る送電調整システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】第３の実施形態に係る送電調整システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
図１に示すように、送電調整システム１は、複数の再生可能エネルギー発電装置２と電力系統３との間に設けられる。この送電調整システム１は、再生可能エネルギー発電装置２の出力電力が入力されて、電力系統３に出力する。送電調整システム１は、蓄エネルギー装置４を電力系統３とは切り離して配下に備え、電力需給の状況に応じて、再生可能エネルギー発電装置２の出力電力の一部又は全部を電力系統３に送電し、残余を蓄エネルギー装置４に充電させる。また、電力需給の状況に応じて、蓄エネルギー装置４の放電電力も加えて電力系統３へ送電する。
【００１２】
再生可能エネルギー発電装置２は、太陽光発電、風力発電、燃料電池等の発電機２１とパワーコンディショナ２２を備える。パワーコンディショナ２２は、発電機２１の出力電圧を昇圧し、直流電力を交流電力へ変換し、高調波を抑制し、力率を制御する等の機器である。太陽光発電に対するパワーコンディショナ２２は、例えば、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｏｉｎｔ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ）制御のためのＤＣ−ＤＣコンバータ又は昇圧チョッパ、ＰＷＭ制御による直交変換のためのインバータ、高調波抑制制御のためのＬＣＲ交流フィルタ回路等を備えている。この再生可能エネルギー発電装置２は、送電調整システム１によって出力電力を抑制されず、独立して駆動する。
【００１３】
蓄エネルギー装置４は、蓄電池、水の電気分解により水素を生成して貯蔵する水素電力貯蔵装置等のように、入力された電力を化学エネルギー等に変換して蓄積し、また電力に再変換して放出する。
【００１４】
送電調整システム１は、プログラムが組み込まれたＲＯＭ、プロセッサ、メモリ、ドライバ及び信号受信回路により構成される出力制御コントローラ１７を備えている。この出力制御コントローラ１７は、再生可能エネルギー発電装置２の出力電力の分配先を制御し、また蓄エネルギー装置４の充放電を制御する。分配先は、電力系統３及び蓄エネルギー装置４である。
【００１５】
出力制御コントローラ１７には、電力系統３の潮流を監視する中央指令所等の外部装置５及びパワーコンディショナ２２と無線又は有線の通信回線で接続されている。出力制御コントローラ１７には、外部装置５から出力制御信号が入力され、パワーコンディショナ２２から出力状態信号が入力される。出力制御コントローラ１７は、出力制御信号と出力状態信号に従って制御を行う。出力制御信号は、電力系統３に流す出力の内容を示し、例えば送電調整システム１が電力系統３に流す出力電力の定格値（最大出力電力）に対する割合を示す。出力状態信号は、再生可能エネルギー発電装置２の出力電力を示す。
【００１６】
出力制御コントローラ１７により制御される送電調整システム１の各構成を説明する。送電調整システム１は、入力側に、再生可能エネルギー発電装置２の出力電力を受ける受電ライン１１を備える。受電ライン１１は、再生可能エネルギー発電装置２単位で設けられる。出力側には、電力系統３へ電力を送電する送電ライン１２と、蓄エネルギー装置４へ充電電力を送電する充電ライン１３を備える。更に、送電調整システム１は、蓄エネルギー装置４のエネルギーを放電する放電ライン１４を備える。
【００１７】
また、送電調整システム１は、切替スイッチ１５と放電スイッチ１６を備える。切替スイッチ１５は、受電ライン１１に対する接続を送電ライン１２と充電ライン１３の一方に切り替える。この切替スイッチ１５は、受電ライン１１単位で設けられる。この切替スイッチ１５は、制御信号に応じて出力先を切り替える機器であり、例えば、電磁リレースイッチやスイッチＩＣである。放電スイッチ１６は、放電ライン１４と電力系統３の送電ライン１２との間に介在し、送電ライン１２と放電ライン１４の接続を開閉する。出力制御コントローラ１７は、出力制御信号と出力状態信号に従って、各切替スイッチ１５と放電スイッチ１６に制御信号を出力し、各切替スイッチ１５の切り替えと放電スイッチ１６のオンオフを制御する。
【００１８】
送電調整システム１には、配下の蓄エネルギー装置４に制御信号を出力して充放電を制御する蓄エネルギー装置コントローラ１８が備えられており、出力制御コントローラ１７は、切替スイッチ１５と放電スイッチ１６の制御とともに、この蓄エネルギー装置コントローラ１８に対して制御信号を送ることで、蓄エネルギー装置４の充放電も制御する。
【００１９】
図２は、出力制御コントローラ１７による制御を示すフローチャートである。出力制御コントローラ１７は、外部装置５から出力制御信号を受信すると（ステップＳ０１）、出力制御信号が１００％か判定する（ステップＳ０２）。出力制御信号が１００％の場合（ステップＳ０２，Ｙｅｓ）、全ての切替スイッチ１５を電力系統３の送電ライン１２側へ接続する（ステップＳ０３）。すなわち、全ての受電ライン１１と送電ライン１２とを繋ぎ、全ての再生可能エネルギー発電装置２の出力電力を電力系統３へ送電する。通常は、出力制御信号が１００％であり、全ての受電ライン１１と送電ライン１２とが繋がれ、全ての出力電力が電力系統３へ流される。
【００２０】
出力制御信号が１００％でない場合（ステップＳ０２，Ｎｏ）、出力制御コントローラ１７は、電力系統３に対する送電指示電力を算出する（ステップＳ０４）。出力制御コントローラ１７は、各再生可能エネルギー発電装置２の定格値をメモリに予め記憶している。出力制御コントローラ１７は、定格値の合算値と出力制御信号が示す割合から、送電指示電力を算出する。更に、出力制御コントローラ１７は、再生可能エネルギー発電装置２の現状総出力電力を算出する（ステップＳ０５）。出力制御コントローラ１７は、出力状態信号が示す出力電力を合算することで、現状総出力電力を算出する。
【００２１】
次に、出力制御コントローラ１７は、電力系統３への送電変化電力を算出する（ステップＳ０６）。出力制御コントローラ１７は、送電指示電力から現状総出力電力を差分することで、送電変化電力を算出する。
【００２２】
送電変化電力がマイナスの場合（ステップＳ０７，Ｙｅｓ）、出力制御コントローラ１７は、出力電力を蓄エネルギー装置４側へ流す再生可能エネルギー発電装置２を選定する（ステップＳ０８）。具体的には、出力制御コントローラ１７は、出力状態信号が示す出力電力が少ない順に再生可能エネルギー発生装置２をリストアップし、送電変化電力の絶対値に達するまで、昇順に出力制御信号が示す出力電力を合算していく。そして、出力制御コントローラ１７は、送電変化電力に達するまでに合算された各出力電力を出力している再生可能エネルギー発生装置２を選定する。
【００２３】
再生可能エネルギー発電装置２を選定すると、出力制御コントローラ１７は、選定した再生可能エネルギー発電装置２の切替スイッチ１５を充電ライン１３側に切り替える（ステップＳ０９）。すなわち、選定した再生可能エネルギー発電装置２の受電ライン１１と充電ライン１３とを接続し、選定した再生可能エネルギー発電装置２の出力電力を蓄エネルギー装置４に蓄電させる。
【００２４】
送電変化電力がプラスの場合（ステップＳ０７，Ｎｏ）、出力制御コントローラ１７は、放電スイッチ１６をオン（閉）にする（ステップＳ１０）。これにより、全再生可能エネルギー発生装置２の出力電力に加え、蓄エネルギー装置４の放電電力が放電ライン１４と送電ライン１２を介して電力系統３へ送電される。
【００２５】
このような送電調整システム１は、図３乃至図６に示すように、再生可能エネルギー発電装置２の出力電力を蓄エネルギー装置４と電力系統３に分配することで、外部装置５からの出力制御信号による要求を満たす。送電調整システム１は、出力制御信号が１００％である場合には、図３に示すように全ての切替スイッチ１５を送電ライン１２側に切り替え、図４に示すように再生可能エネルギー発電装置２の出力電力の全量を電力系統３に流す。送電調整システム１は、出力制御信号が例えば８０％である場合には、図５に示すように一部の切替スイッチ１５を送電ライン１２側に切り替え、他の切替スイッチ１５を充電ライン１３側に切り替えることで、図６に示すように再生可能エネルギー発電装置２の出力電力の８０％を電力系統３に流し、残余の２０％は蓄エネルギー装置４に蓄電させる。
【００２６】
そして、出力制御信号が示す割合に全再生可能エネルギー発電装置２の総計出力電力が未達の場合、図７に示すように、送電調整システム１は、放電スイッチ１６をオン（閉）にする。これにより、図８に示すように、蓄エネルギー装置４が蓄積したエネルギーを電力に変換して電力系統３に送電する。
【００２７】
このように、この送電調整システム１は、パワーコンディショナ２２で電力抑制制御を行わず、複数の再生可能エネルギー発電装置２の送電と充電とを切り替えるだけで、送電調整を行う。そのため、送電コントロールは単純であり、送電調整システム１が複数の再生可能エネルギー発電装置２に対して１機で足りるため、製造コスト及び運用コストも下がる。
【００２８】
また、外部装置５からの出力制御信号に関わらず、再生可能エネルギー発電装置２は出力抑制されず、また一時的に未送電の電力は蓄エネルギー装置４から放電される。すなわち、不要電力が生じない。従来は出力電力の抑制によって遺失した電力が売電電力として有効活用される。また、定格駆動が効率的なパワーコンディショナ２２を定格駆動できる。従って、電力変換ロスや出力誤差も生じず、遺失電力を更に低減できる。
【００２９】
また、この送電調整システム１によれば、蓄エネルギー装置４は、電力系統３の送電端ではなく、送電調整システム１の配下に設けられ、送電ライン１２と切り離し可能となっている。そのため、蓄エネルギー装置４への不要なエネルギー蓄積の機会が減る。従って、蓄エネルギー装置４の電力変換ロスの機会が減り、更に遺失電力を低減できる。蓄エネルギー装置４への蓄エネルギーの機会が低下することで、蓄エネルギー装置４の製品劣化も低減される。しかも、蓄エネルギー装置４が送電端でないため、電力系統３と蓄エネルギー装置４との切り離し作業等が必要なく、蓄エネルギー装置４のメンテナンスが容易となる。
【００３０】
以上、送電調整システム１は、受電ライン１１に対して、接続先を充電ライン１３と送電ライン１２の一方に切り替える切替スイッチ１５を設け、また蓄エネルギー装置４への充電ライン１３と電力系統３への放電ライン１４とを開閉する放電スイッチ１６を設け、これら切替スイッチ１５と放電スイッチ１６を出力制御コントローラ１７により制御する簡易な構成でコストが下がり、また遺失電力となるはずであった電力を売電電力として有効活用することができる。
【００３１】
出力制御コントローラ１７は、切替スイッチ１５を制御して、パワーコンディショナ２２の出力が低い順に、受電ライン１１と充電ライン１３とを接続する。この送電調整システム１は、電力系統３へ送電するか、蓄エネルギー装置４へ充電させるかの択一的であるが、この構成によって、蓄エネルギー装置４へのエネルギーの蓄積を最小限に抑えることができ、電力変換ロス等に起因する遺失電力を抑制でき、売電電力として更に有効活用できる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図９に示すように、第２の実施形態においては、複数の送電調整システム１がクラウド装置１９により統合制御される。クラウド装置１９は、所謂コンピュータであり、通信ネットワークを介して、中央指令所等の電力系統３の潮流を管理する外部装置５と各送電調整システム１に信号送受信可能に接続されている。
【００３３】
このクラウド装置１９は、管理下の全送電調整システム１に対する総合的な出力制御信号を中央指令所から受け取り、各送電調整システム１の出力制御態様を決定し、決定内容を示す出力制御信号を各送電調整システム１に送信する。すなわち、このクラウド装置１９は、送電調整システム１を対象にして出力制御コントローラ１７と同一機能を有する上位階層の装置である。このクラウド装置１９は、中央指令所から受信した出力制御信号によって導かれる送電指示電力と、各送電調整システム１の現状総出力電力の総計とから、送電変化電力を算出し、各送電調整システム１に配分する。現状総出力電力の総計は、各再生可能エネルギー発電装置２のパワーコンディショナ２２から出力状態信号を受信して算出する。
【００３４】
これにより、所管の再生可能エネルギー発電装置２を統合的に管理でき、各再生可能エネルギー発電装置２に対して複雑な送電コントロールを行う必要はなく、所管の再生可能エネルギー発電装置２全体として製造コスト及び運用コストが下がるとともに、効率よく遺失電力が抑制できる。
【００３５】
（第３の実施形態）
図１０に示すように、第３の実施形態において、送電調整システム１は、外部装置５からの出力制御信号の有無に関わらず、自立的に送電調整を行う。クラウド装置１９は、気象庁等の発電量を直接的又は間接的に示す情報を発信するネットワーク上の機器から当該情報を受信し、当該情報を分析して、各送電調整システム１に出力制御信号を生成及び送信する。発電量を直接的又は間接的に示す情報は、発電量を示す情報の他、雲量情報、日照量情報、天気予報等が挙げられる。
【００３６】
クラウド装置１９は、発電量を直接的又は間接的に示す情報に基づき、公知の手法に従って各再生可能エネルギー装置２の発電量の予測値を算出し、予測値に応じて送電電力を抑制し、又は蓄エネルギー装置４から電力系統３へエネルギーを放電するための出力制御信号を各送電調整システム１に送信する。これにより、外部装置５の出力制御信号による電力系統３の統合制御とは別に、自立的な遺失電力の抑制制御も可能となる。
【００３７】
（その他の実施の形態）
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。具体的には、第１乃至第３の実施形態を各種組み合わせで組み合わせたものも包含される。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００３８】
例えば、蓄エネルギー装置４が電力系統３へ送電することができれば、そのタイミングは任意であり、出力制御信号の内容に総出力電力が満たない場合のほか、出力制御信号が１００％の場合や、出力制御信号を受信していない場合にも放電スイッチ１６をオン（閉）にしてもよい。
【００３９】
また、送電調整システム１が再生可能エネルギー発電装置２及び蓄エネルギー装置４を備えていてもよいし、既設の再生可能エネルギー発電装置２や蓄エネルギー装置４に送電調整システム１を接続したりしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  送電調整システム
１１  受電ライン
１２  送電ライン
１３  充電ライン
１４  放電ライン
１５  切替スイッチ
１６  放電スイッチ
１７  出力制御コントローラ
１８  蓄エネルギー装置コントローラ
１９  クラウド装置
２  再生可能エネルギー発電装置
２１  発電機
２２  パワーコンディショナ
３  電力系統
４  蓄エネルギー装置
５  外部装置
【図１】
2016174437.tif 000003
【図２】
2016174437.tif 000004
【図３】
2016174437.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2016174437.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016174437.tif 000011
【図１０】
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