(57)【要約】【課題】エネルギー貯蔵装置の制御装置に関し、電力運営予備率を考慮したエネルギー貯蔵装置の制御装置に関する。【解決手段】本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置の制御装置は、基準電圧及び測定電圧の差の値を算出する電圧算出部と、基準周波数及び測定周波数の差の値を算出する周波数算出部と、電力最大需要量に対する予備電力に対する比を算出する電力運営予備率算出部と、電圧算出部、周波数算出部及び電力運営予備率算出部から算出されるそれぞれの係数を入力値とし、無効及び有効電力に対する差の値を付加してエネルギー貯蔵装置のスイッチ制御値を算出する電力算出部と、を含む。【選択図】図３
2016073193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準電圧及び測定電圧の差の値を算出する電圧算出部と、
基準周波数及び測定周波数の差の値を算出する周波数算出部と、
電力最大需要量に対する予備電力に対する比を算出する電力運営予備率算出部と、
前記電圧算出部、周波数算出部及び電力運営予備率算出部から算出されるそれぞれの係数を入力値とし、無効及び有効電力に対する差の値を付加してエネルギー貯蔵装置のスイッチ制御値を算出する電力算出部と、を含む、エネルギー貯蔵装置の制御装置。
【請求項２】
前記電力運営予備率算出部は、電力最大需要量Ｐｌｏａｄと分散電源出力量ＰＤＧ及びエネルギー貯蔵装置の出力量ＰＥＳｓに対する差の値に対する予備電力値によって算出され、下記数式のように表現される
【数１】
2016073193.tif 000008
、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置の制御装置。
【請求項３】
前記電力運営予備率算出部は、前記電力運営予備率に基づいてエネルギー貯蔵装置の出力電力を算出し、下記数式のように表現される
【数２】
2016073193.tif 000009
、請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置の制御装置。
【請求項４】
前記電力運営予備率算出部は、最大エネルギー供給量に対する最大需要量の差の値に分散電源及びエネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギーの量を合わせた値に対する最大需要量の割合を算出し、下記数式のように表現される
【数３】
2016073193.tif 000010
、請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置の制御装置。
【請求項５】
前記電力運営予備率算出部は、前記数式４に基づいてエネルギーの量に対する値に変換し、前記変換式は下記数式のように表現される
【数４】
2016073193.tif 000011
、請求項４に記載のエネルギー貯蔵装置の制御装置。
【請求項６】
前記電力運営予備率算出部は、分散電源の出力及びエネルギー貯蔵装置の出力に基づいて電力最大供給量を決定し、それに応じた予備電力量に電力運営予備率を算出する、請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置の制御装置。
【請求項７】
前記電力運営予備率算出部から算出される前記電圧及び周波数値は、ドループ制御部から算出される、請求項１又は６に記載のエネルギー貯蔵装置の制御装置。
【請求項８】
前記電力運営予備率算出部から算出される値と基準電力運営予備率の差を算出する電力運営予備率誤差算出部と、
前記誤差算出部から算出される値に対応するエネルギー貯蔵装置のエネルギー率を算出し、前記エネルギー貯蔵装置の充電量に応じたスイッチ動作係数を算出する動作係数算出部と、
前記スイッチ動作係数に基づいてエネルギー貯蔵装置の充放電量を調節する動作制御部と、を更に含む、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のエネルギー貯蔵装置の制御装置。
【請求項９】
前記動作制御部は、前記エネルギー貯蔵装置の充電量が基準エネルギー充電量以下であればエネルギー貯蔵装置の放電を停止するように制御する、請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置の制御装置。
【請求項１０】
前記電力運営予備率誤差算出部は、前記電力運営予備率算出部から最大エネルギー供給量に対する最大需要量の差の値に分散電源及びエネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギーの量を合わせた値に対する最大需要量の割合に基づいて基準電力運営予備率との差を算出する、請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置の制御装置。
【請求項１１】
系統駆動による電圧値、周波数値及び電力運営予備率を算出し、前記算出された値と無効及び有効電力を負荷してスイッチ制御値を算出するＰＣＳ制御部と、
前記ＰＣＳ制御部の出力値を入力値とする比例積分制御器と、
前記比例積分制御器の出力値に対する直交座標系上の変数に変換する変換部と、
エネルギー貯蔵装置の電力を制御するためのスイッチ駆動係数値を算出するＰＷＭ制御部と、を更に含む、エネルギー貯蔵装置の制御システム。
【請求項１２】
前記ＰＣＳ制御部は、
基準電圧及び測定電圧の差の値を算出する電圧算出部と、
基準周波数及び測定周波数の差の値を算出する周波数算出部と、
電力最大需要量に対する予備電力に対する比を算出する電力運営予備率算出部と、
前記電圧算出部、周波数算出部及び電力運営予備率算出部から算出されるそれぞれの係数を入力値とし、無効及び有効電力に対する差の値を付加してエネルギー貯蔵装置のスイッチ制御値を算出する電力算出部と、を含む、請求項１１に記載のエネルギー貯蔵装置の制御システム。
【請求項１３】
前記電力運営予備率算出部から算出される値と基準電力運営割合の差を算出する電力運営割合誤差算出部と、
前記誤差算出部から算出される値に対応するエネルギー貯蔵装置のエネルギー率を算出し、前記エネルギー貯蔵装置の充電量に応じたスイッチ動作係数を算出する動作係数算出部と、
前記スイッチ動作係数に基づいてエネルギー貯蔵装置の充放電量を調節する動作制御部と、を更に含む、請求項１２に記載のエネルギー貯蔵装置の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施例はエネルギー貯蔵装置の制御装置に関するものであり、電力運営予備率を考慮したエネルギー貯蔵装置の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力網を管理する立場において、負荷使用のパターンのうち最もイシューとなるのはピーク負荷である。常に一定な負荷を使用する場合には殆ど発電計画に反映されて安定的に電力を供給することができる。しかし、電力使用量が小さい負荷がいきなり大きい電力を使用する場合、需要と供給が一致せず電力網が不安定になる問題が発生する恐れがある。また、このような問題に関して発電機が全ての負荷の使用量に耐えるためにピーク電力量だけ発電するように常に準備しておくべきである問題もある。即ち、ピーク発電量がピーク需要に耐えない場合には電力網全体が不安定になる恐れがあり、発電量がピーク需要に変えるほど十分に大きい場合にはそれだけ設備への過度な投資問題が発生する恐れがある。
【０００３】
図１乃至図２は、従来のエネルギー貯蔵装置の制御装置を示すグロック構成図である。
【０００４】
図１乃至図２を参照すると、従来のエネルギー貯蔵装置の制御装置は有効電力Ｐと無効電力Ｑ及び有効電力と有効電力の基準値Ｐｒｅｆ、Ｑｒｅｆに基づいてエネルギー貯蔵装置の動作スイッチを制御すするためのｄｕｔｙ  ｒａｔｉｏを算出し、算出された値に基づいてエネルギー貯蔵装置の動作を制御する。
【０００５】
図２に示したエネルギー貯蔵装置の制御装置は、図１に示した制御装置に付加的にドループ（Ｄｒｏｏｐ）制御器を追加する構成である。即ち、上述した図１に開示される有効電力及び無効電力に基づく制御器に追加的にドループ制御器を追加して電圧及び周波数を付加し制御係数を算出する方法を実行している。無効電力及び有効電力に対する常数と付加的にドループ制御器から算出可能な電圧及び周波数常数を付加し、無効電力及び有効電力、周波数及び電圧値に基づくスイッチング制御係数を算出してエネルギー貯蔵装置の動作のためのスイッチを制御する。
【０００６】
前記のような方法によるエネルギー貯蔵装置の動作制御は単純な係数値基盤のエネルギー貯蔵装置の充放電を制御するための構成であり、特定シーズンに発生し得る非常電力難又は電力供給のエラーが発生する場合に備えることができない問題点がある。また、時間帯別、状況別に流動的なエネルギー充放電動作を制御するための制御装置の動作のためには、上述した制御係数の算出には限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本実施例では、エネルギー貯蔵装置をピーク電力の消費に対して電力予備率を反映する効率的なエネルギー貯蔵装置を制御するための制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置の制御装置は、基準電圧及び測定電圧の差の値を算出する電圧算出部と、基準周波数及び測定周波数の差の値を算出する周波数算出部と、電力最大需要量に対する予備電力に対する比を算出する電力運営予備率算出部と、前記電圧算出部、周波数算出部及び電力運営予備率算出部から算出されるそれぞれの係数を入力値とし、無効及び有効電力に対する差の値を付加してエネルギー貯蔵装置のスイッチ制御値を算出する電力算出部と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来のエネルギー貯蔵装置の制御装置を示すグロック構成図である。
【図２】従来のエネルギー貯蔵装置の制御装置を示すグロック構成図である。
【図３】本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置の制御装置を示すブロック構成図である。
【図４】本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置のＰＣＳ制御部を示すブロック構成図である。
【図５】本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置の充放電装置を示すブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書及び特許請求の範囲に使用された用語や単語は通常的であるか辞書的な意味に限定されて解析されてはならず、発明者は自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に立脚して本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解析すべきである。
【００１１】
よって、本明細書に記載された実施例と図面に図示された構成は本発明の最も好ましい実施例に過ぎず、本実施例の技術的思想を全て代弁するものではないため、本出願時点でそれらを代替する多様な均等物と変形例が存在する可能性があるということを理解すべきである。
【００１２】
図３は本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置の制御装置を示すブロック構成図であり、図４は本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置のＰＣＳ制御部を示すブロック構成図である。
【００１３】
図３及び図４を参照すると、本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置１はＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）制御部１０、ＰＩ制御部２０、ｄ−ｑ変換部３０及びＰＷＭ制御部４０で構成される。
【００１４】
ＰＣＳ制御部１０は本発明の実施例によって有効電力及び無効電力を含む電力情報と電圧及び周波数を含む一定入力値に基づいてエネルギー貯蔵装置の充放電のための制御値を算出する。ＰＣＳ制御部１０は有効電力、無効電力、周波数及び電圧基準値を介して行われ、付加的に電力運営予備率を算出してエネルギー貯蔵装置の充放電及び電流制御のための制御値を最終算出する。
【００１５】
ＰＣＳ制御部１０の詳細な構成は図４を参照して説明する。
【００１６】
本発明の実施例によるＰＣＳ制御部１０はドループ制御部１１０及び有効電力算出部１２０を含んで構成される。
【００１７】
ドループ制御部１１０は電圧算出部１１１、周波数算出部１１２及び電力運営予備率算出部１１３を含む。
【００１８】
電圧算出部１１１はＰＣＳ制御部１０に印加される基準電圧と測定電圧に基づいて基準電圧に対する測定電圧の差を算出する。詳しくは、電圧算出部１１１は系統から測定される測定電圧値を獲得する。測定電圧値と正常電圧値を含む基準電圧値又は基準電圧値の範囲に基づいて測定電圧と基準電圧値の差を算出する。この際、基準電圧値又は基準電圧値の範囲は電力系統の正常運転の際に感知される電圧値又は電圧値の範囲である。電圧値又は電圧値の範囲が限定されることはなく、装置及びシステムの構成及び動作状態に応じて流動的である。
【００１９】
周波数算出部１１２はＰＣＳ制御部１０に印加される基準周波数と測定周波数に基づいて基準周波数と測定周波数の差を算出する。詳しくは、周波数算出部１１２は系統から測定される駆動周波数値を獲得する。周波数値と正常周波数値を含む基準周波数値又は基準周波数値の範囲に基づいて測定周波数値と基準周波数値の差を算出する。この際、基準周波数又は基準周波数値の範囲は電力系統の正常運転の際に感知される周波数値又は周波数値の範囲である。周波数値又は周波数値の範囲が限定されることはなく、装置及びシステムの構成及び動作状態に応じて流動的である。
【００２０】
電力運営予備率算出部１１３は電力の最大需要量Ｐｌｏａｄに対する予備電力Ｐｌｅｆｔに対する割合に基づいて電力運営予備率（ＰＲＭ：Ｐｏｗｅｒ  Ｒｅｓｅｒｖｅ  Ｍａｒｇｉｎ）を算出する。
【００２１】
詳しくは、電力運営予備率算出部１１３から算出される電力運営予備率は本発明の実施例によって電圧算出部１１１と周波数算出部１１２から算出される値に付加して電力算出部１２０に出力されるようにする。
【００２２】
電力運営予備率算出部１１３から算出される電力運営予備率ＰＲＭは下記数式１のように表現及び算出される。
【数１】
2016073193.tif 000003
【００２３】
電力運営予備率ＰＲＭを算出するための係数値は予備電力Ｐｌｅｆｔｏｖｅｒ値に対する最大需要量Ｐｌｏａｄの割合で示される。
【００２４】
数式１に分散電源出力ＰＤＧとエネルギー貯蔵装置出力ＰＥＳＳを負荷係数として負荷すると下記数式２のように表現される。
【数２】
2016073193.tif 000004
【００２５】
即ち、電力運営予備率ＰＲＭは電力最大需要量Ｐｌｏａｄと負荷で定義される分散電源出力量ＰＤＧ及びエネルギー貯蔵装置の出力量ＰＥＳＳに対する差の値と予備電力値Ｐｌｅｆｔｏｖｅｒに対する割合で示される。
【００２６】
数式２をエネルギー貯蔵装置の出力電力に対する式に変換すると下記数式３のように表現される。
【数３】
2016073193.tif 000005
【００２７】
数式３でηＥＳＳ＿ＰＣＳはエネルギー貯蔵装置ＰＣＳの効率係数であり、Ｋａはエネルギー貯蔵装置に電力運営予備率に対する比例常数として定義される。
【００２８】
また、電力運営予備率算出部１１３は、数式２乃至数式３で表現する電力運営予備率ＰＲＭ及びエネルギー貯蔵装置の出力電力に対する式を下記数式４乃至数式５のように表現することもできる。
【数４】
2016073193.tif 000006
【００２９】
数式４のように、電力運営予備率は最大エネルギー供給量に対する最大需要量の差の値に分散電源及びエネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギーの量を合わせた値に対する最大需要量の割合で示される。
【００３０】
また、数式４をエネルギーの量に対する値に変換して表現すると下記数式５のように表現される。
【数５】
2016073193.tif 000007
【００３１】
即ち、数式４乃至数式５に示したように予備電力を電力最大供給量ＰＧ−最大需要量Ｐｌｏａｄとして示す場合、分散電源の出力とエネルギー貯蔵装置の出力は電力最大供給量に影響を及ぼす。
【００３２】
電力運営予備率算出部１１３は分散電源の出力とエネルギー貯蔵装置の出力に基づいて電力最大供給量が決定され、それによる予備電力量で電力運営予備率が算出される。
【００３３】
詳しくは、電力運営予備率算出部１１３は数式１又は数式２に基づいて算出される電力運営予備率に応じて数式３又は数式５を介してエネルギー貯蔵装置の出力を制御するための制御値を算出する。制御値の算出は電力運営予備率算出部１１３から出力されるエネルギー貯蔵装置の出力のための制御値を電力算出部１２０に出力する。
【００３４】
電力算出部１２０はドループ制御部１１０でエネルギー貯蔵装置の電力運営予備率及びエネルギー貯蔵装置の無効電力ＱＥＳＳと有効電力ＰＥＳＳ値と基準無効電力及び有効電力値の差の値に対する値を算出する。詳しくは、電力算出部１２０は系統運転による電圧値、周波数値及び電力運営予備率に対する値による有効及び無効電力を入力されてＰＩ制御部２０に出力するためのＰＣＳ制御値を出力する。
【００３５】
ＰＩ制御部２０はドループ制御部１１０及び電力算出部１２０を含むＰＣＳ制御部１０を介して出力される無効及び有効電力値に基づく比例積分制御器による応答特性を算出する。
【００３６】
ｄ−ｑ変換部３０及びＰＷＭ制御部４０はＰＩ制御部２０から出力される応答特性を考慮してｄ−ｑ変換を実行し、最終的な電力供給スイッチングを制御するためのＰＷＭ信号を算出する。
【００３７】
よって、本発明の実施例による電力運営予備率を考慮したエネルギー貯蔵装置の制御は電力予備率に対する係数値に無効及び有効電力と電圧及び周波数値を負荷して最大電力供給量に対する制御を実行する。即ち、本発明の実施例によって算出される制御値に基づいて電力供給に対するスイッチング制御信号（ｄｕｔｙ  ｒａｔｉｏ）に応じて電力を供給及び遮断するように制御する。
【００３８】
電力を供給及び遮断するためのスイッチング信号に基づいてエネルギー貯蔵装置で充放電される電力を制御する。
【００３９】
以下、図５を参照してエネルギー貯蔵装置の充放電を制御するための装置及びそれによる動作を詳細に説明する。
【００４０】
図５は、本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置の制御装置を示すブロック構成図である。
【００４１】
図５を参照すると、本発明の実施例による充放電装置は図２の電力予備率算出部１１３から算出される電力運営予備率ＰＲＭを適用して充放電量を制御する。
【００４２】
詳しくは、充放電装置は上述した図４及び数式２乃至数式５によって算出される電力運営予備率に基づいて充放電量のためのスイッチ開閉制御値を算出する。即ち、数式２に基づいて電力運営予備率ＰＲＭは電力最大需要量Ｐｌｏａｄと負荷で定義される分散電源出力量ＰＤＧ及びエネルギー貯蔵装置の出力量ＰＥＳＳに対する差の値と予備電力値Ｐｌｅｆｔｏｖｅｒに対する割合で示される。算出される電力運営予備率ＰＲＭと基準電力運営予備率ＰＲＭｒｅｆを参照して電力運営予備率の誤差を算出する。
【００４３】
電力運営予備率の誤差は電力運営予備率誤差算出部３１０で基準電力運営予備率ＰＲＭｒｅｆと電力予備率算出部１１３から算出された電力運営予備率ＰＲＭの差を演算する。
【００４４】
電力運営予備率誤差算出部３１０から算出される電力運営予備率の差に備えてエネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギー率Ｑｒａｔｉｏを算出する。
【００４５】
動作係数算出部３２０はエネルギー貯蔵装置のエネルギー率Ｑｒａｔｉｏ及びエネルギー貯蔵装置の充電量ＥＳＳｓｏｃに応じてエネルギー貯蔵装置のエネルギー放電及び充電のためのスイッチの開閉動作係数を算出する。
【００４６】
動作制御部３３０は動作係数算出部３２０から算出されるエネルギー貯蔵装置及び電力運営予備率の比とエネルギー貯蔵装置の充電量に基づいてエネルギー貯蔵装置の充放電量を調節するための制御を行う。
【００４７】
動作制御部３３０はエネルギー貯蔵装置の動作を制御する際に予め充電された充電量の限界値（ＳＯＣ  ｌｉｍｉｔｅｒ）３４０を確認し、限界値より以下であれば、即ちエネルギー貯蔵装置に貯蔵されたエネルギー充電量が基準エネルギー充電量以下であればエネルギー貯蔵装置の放電動作を停止するように制御する。充電量限界値は本実施例によって特定値に設定することを例に挙げて説明した。しかし、それに限ることはなく、充電量の限界値は特定値を含む所定範囲に指定される。即ち、限界値の最小及び最大量の範囲を含む充電量の限界範囲に設定されるか指定される。よって、現在のエネルギー貯蔵装置の充電量に応じてエネルギー貯蔵装置の充放電量を調節する。
【００４８】
これまで本発明についてその好ましい実施例を中心に説明したが、これは単なる例示に過ぎないものであって本発明を限定するものではなく、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で前記に例示されていない様々な変形と応用が可能であることが分かる。例えば、本発明の実施例に具体的に示した各構成要素は変形して実施することができるものである。そして、このような変形と応用に関する差は添付した特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解析されるべきである。
【図１】
2016073193.tif 000012
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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