(57)【要約】 【課題】蓄積装置のエネルギ蓄積量を基準範囲内に収めるとともに、過去の実績データに基づいて発電電力の平準化を行う。【解決手段】電力系統に連系した再生可能エネルギの発電装置が出力する発電電力の変動を抑制するエネルギ安定化装置１は、発電装置２から出力される発電電力に応じたエネルギを蓄積可能で、蓄積されたエネルギに応じた電力を発電電力と合わせて電力系統に供給可能な第１エネルギ蓄積装置３と、第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を監視する第１蓄積量監視部４と、平準化後発電電力を監視する平準化後発電電力監視部５と、第１蓄積量監視部が監視する第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、平準化後発電電力監視部が監視する平準化後発電電力と、に基づいて、第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を第１基準範囲内に収めて、かつ過去の実績データに基づいて設定される平準化後発電電力の所定期間内の変動値を所定値以下に制御する蓄積制御部６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に連系した再生可能エネルギの発電装置が出力する発電電力の変動を抑制するエネルギ安定化装置であって、
前記発電装置から出力される発電電力に応じたエネルギを蓄積可能で、蓄積されたエネルギに応じた電力を発電電力と合わせ前記電力系統に供給可能な第１エネルギ蓄積装置と、
前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を監視する第１蓄積量監視部と、
前記電力系統における平準化後発電電力を監視する平準化後発電電力監視部と、
前記第１蓄積量監視部が監視する前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、前記平準化後発電電力監視部が監視する平準化後発電電力と、に基づいて、前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を第１基準範囲内に収めて、かつ過去の実績データに基づいて設定される前記平準化後発電電力の所定期間内の変動値を所定値以下に制御する蓄積制御部と、を備えるエネルギ安定化装置。
【請求項２】
前記蓄積制御部は、前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量が前記第１基準範囲内の上限に近づくと、前記平準化後発電電力の前記所定期間内の変動値が前記所定値を超えない範囲で、前記第１エネルギ蓄積装置に蓄積されたエネルギを発電電力と合わせ前記電力系統に放出させ、前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量が前記第１基準範囲内の下限に近づくと、前記平準化後発電電力の前記所定期間内の変動値が前記所定値を超えない範囲で、前記第１エネルギ蓄積装置に蓄積されるエネルギを増大させる請求項１に記載のエネルギ安定化装置。
【請求項３】
前記発電装置から出力される発電電力に応じたエネルギを蓄積可能で、蓄積されたエネルギに応じた電力を発電電力に合わせ前記電力系統に供給可能で、前記第１エネルギ蓄積装置よりもエネルギ蓄積容量が小さい第２エネルギ蓄積装置と、
前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を監視する第２蓄積量監視部と、を備え、
前記蓄積制御部は、前記第１蓄積量監視部で監視する前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、前記第２蓄積量監視部で監視する前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、前記平準化後発電電力監視部で監視する平準化後発電電力の電力レベルと、に基づいて、前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を第１基準範囲内に収めて、かつ前記平準化後発電電力の所定期間内の変動値を所定値以下に制御し、かつ前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を制御する請求項１または２に記載のエネルギ安定化装置。
【請求項４】
前記蓄積制御部は、前記発電装置から出力される発電電力のうち第１周波数未満の周波数成分の電力に応じたエネルギを前記第１エネルギ蓄積装置に蓄積する制御を行い、前記第１周波数以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを前記第２エネルギ蓄積装置に蓄積する制御を行う請求項３に記載のエネルギ安定化装置。
【請求項５】
前記蓄積制御部は、前記発電装置から出力される発電電力のうち前記第１周波数未満かつ第２周波数以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを前記第１エネルギ蓄積装置に蓄積する制御を行い、前記第１周波数以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを前記第２エネルギ蓄積装置に蓄積する制御を行う請求項４に記載のエネルギ安定化装置。
【請求項６】
前記発電装置から出力される発電電力に応じた発電状態信号をフィルタリングするフィルタを備え、
前記蓄積制御部は、前記第１蓄積量監視部で監視する前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、前記第２蓄積量監視部で監視する前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、に基づいて、前記フィルタの周波数特性を決定する時定数を可変制御して、前記第１周波数と前記第２周波数とを設定する請求項５に記載のエネルギ安定化装置。
【請求項７】
前記第１エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の制限回数は、前記第２エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の制限回数よりも少ない請求項３乃至６のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。
【請求項８】
前記第１エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の応答速度は、前記第２エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の応答速度よりも遅い請求項３乃至６のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。
【請求項９】
前記第１エネルギ蓄積装置は、化学電池である請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。
【請求項１０】
前記第２エネルギ蓄積装置は、前記発電装置の発電電力を回転エネルギに変換して蓄積するフライホイール装置、または前記発電電力に応じた電荷を蓄積するキャパシタである請求項３乃至８のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。
【請求項１１】
前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置は、互いに種類の異なる化学電池である請求項３乃至８のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置からの発電電力を電力系統に安定的に供給するエネルギ安定化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギは、二酸化炭素などの温室効果ガスを軽減できて、地球温暖化を防止でき、放射能汚染の問題もないことから、今後益々利用が進むものと考えられている。
【０００３】
ところが、再生可能エネルギは、一般に、発電量が時間に応じて大きく変動するため、再生可能エネルギを電力系統に連系させようとすると、系統電圧や周波数が大きく変動するおそれがある。
【０００４】
このため、再生可能エネルギを蓄積するエネルギ蓄積装置を設けて、エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を必要に応じて増減させることで、系統電圧や周波数の変動を抑制する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
上記公報には、発電装置の出力電力を、時定数を調整可能なフィルタにて長周期成分と短周期成分に分けて、それぞれ異なる蓄電装置にエネルギを蓄積する電力安定化装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−８０３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
発電電力を電力系統で用いる場合、電力系統における系統電力が発電によって大きく変動しないように、発電電力を監視して、発電電力の急激な変動を抑制（以下、発電電力を平準化）する必要がある。
【０００８】
発電電力を平準化するには、発電電力の電力レベルが下がると、蓄電装置からの放電量を増大させ、発電電力の電力レベルが上がると、蓄電装置への蓄電量を増大させる必要がある。しかしながら、上記公報の装置では、蓄電装置の現在の蓄電量を監視していないため、発電電力の平準化のために、蓄電装置の充電または放電を行おうとしても、蓄電装置の蓄電量によっては、充電または放電ができないおそれがある。このように、上記公報の装置では、発電電力の平準化を行えない場合が起こりえる。
【０００９】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、蓄積装置のエネルギ蓄積量を基準範囲内に収めるとともに、過去の実績データに基づいて発電電力の平準化を行うことができるエネルギ安定化装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、電力系統に連系した再生可能エネルギの発電装置が出力する発電電力の変動を抑制するエネルギ安定化装置であって、
前記発電装置から出力される発電電力に応じたエネルギを蓄積可能で、蓄積されたエネルギに応じた電力を発電電力と合わせて前記電力系統に供給可能な第１エネルギ蓄積装置と、
前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を監視する第１蓄積量監視部と、
前記電力系統における平準化後発電電力を監視する平準化後発電電力監視部と、
前記第１蓄積量監視部が監視する前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、前記平準化後発電電力監視部が監視する平準化後発電電力と、に基づいて、前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を第１基準範囲内に収めて、かつ過去の実績データに基づいて設定される前記平準化後発電電力の所定期間内の変動値を所定値以下に制御する蓄積制御部と、を備えるエネルギ安定化装置が提供される。
【００１１】
前記蓄積制御部は、前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量が前記第１基準範囲内の上限に近づくと、前記平準化後発電電力の前記所定期間内の変動値が前記所定値を超えない範囲で、前記第１エネルギ蓄積装置に蓄積されたエネルギを発電電力と合わせて前記電力系統に放出させ、前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量が前記第１基準範囲内の下限に近づくと、前記平準化後発電電力の前記所定期間内の変動値が前記所定値を超えない範囲で、前記第１エネルギ蓄積装置に蓄積されるエネルギを増大させてもよい。
【００１２】
前記発電装置から出力される発電電力に応じたエネルギを蓄積可能で、蓄積されたエネルギに応じた電力を発電電力と合わせて前記電力系統に供給可能で、前記第１エネルギ蓄積装置よりもエネルギ蓄積容量が小さい第２エネルギ蓄積装置と、
前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を監視する第２蓄積量監視部と、を備えてもよく、
前記蓄積制御部は、前記第１蓄積量監視部で監視する前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、前記第２蓄積量監視部で監視する前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、前記平準化後発電電力監視部で監視する平準化後発電電力の電力レベルと、に基づいて、前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を第１基準範囲内に収めて、かつ前記平準化後発電電力の所定期間内の変動値を所定値以下に制御し、かつ前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を制御してもよい。
【００１３】
前記蓄積制御部は、前記発電装置から出力される発電電力のうち第１周波数未満の周波数成分の電力に応じたエネルギを前記第１エネルギ蓄積装置に蓄積する制御を行い、前記第１周波数以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを前記第２エネルギ蓄積装置に蓄積する制御を行ってもよい。
【００１４】
前記蓄積制御部は、前記発電装置から出力される発電電力のうち前記第１周波数未満かつ第２周波数以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを前記第１エネルギ蓄積装置に蓄積する制御を行い、前記第１周波数以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを前記第２エネルギ蓄積装置に蓄積する制御を行ってもよい。
【００１５】
前記発電装置から出力される発電電力に応じた発電状態信号をフィルタリングするフィルタを備えてもよく、
前記蓄積制御部は、前記第１蓄積量監視部で監視する前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、前記第２蓄積量監視部で監視する前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、に基づいて、前記フィルタの周波数特性を決定する時定数を可変制御して、前記第１周波数と前記第２周波数とを設定してもよい。
【００１６】
前記第１エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の制限回数は、前記第２エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の制限回数よりも少なくてもよい。
【００１７】
前記第１エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の応答速度は、前記第２エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の応答速度よりも遅くてもよい。
【００１８】
前記第１エネルギ蓄積装置は、化学電池であってもよい。
【００１９】
前記第２エネルギ蓄積装置は、前記発電装置の発電電力を回転エネルギに変換して蓄積するフライホイール装置、または前記発電電力に応じた電荷を蓄積するキャパシタであってもよい。
【００２０】
前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置は、互いに種類の異なる化学電池であってもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、蓄積装置のエネルギ蓄積量を基準範囲内に収めるとともに、過去の実績データに基づいて発電電力の平準化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態によるエネルギ安定化装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】系統電力の電力レベルが時間に応じて変化する様子を示すグラフ。
【図３】第２の実施形態によるエネルギ安定化装置の概略構成を示すブロック図。
【図４】フライホイール装置の原理を説明する模式的なブロック図。
【図５】発電電力の周波数特性を示す図。
【図６】第３の実施形態によるエネルギ安定化装置の概略構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態によるエネルギ安定化装置１の概略構成を示すブロック図である。図１のエネルギ安定化装置１は、電力系統に連系した再生可能エネルギの発電装置２が出力する発電電力の変動を抑制するものである。以下では、発電装置２が風力発電装置である例を中心に説明する。風力発電装置２は、発電電力が時間に応じて大きく変動することが知られている。本実施形態では、発電装置２の発電電力が時間に応じて大きく変動しても、発電電力の平準化を図るものである。
【００２５】
図１のエネルギ安定化装置１は、第１エネルギ蓄積装置３と、第１蓄積量監視部４と、平準化後発電電力監視部５と、蓄積制御部６と、第１電力分岐／合流部７とを備えている。
【００２６】
第１エネルギ蓄積装置３は、発電装置２から出力される発電電力に応じたエネルギを蓄積可能である。第１エネルギ蓄積装置３に蓄積されたエネルギに応じた電力は、発電電力と合わせて電力系統に供給可能である。第１エネルギ蓄積装置３は、例えば、リチウムイオン電池のようなエネルギ蓄積容量の大きい二次電池が望ましい。ただし、後述するように、本実施形態では、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を監視して、必要に応じて第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積と放出を制御するため、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積容量をそれほど大きくする必要はない。これにより、設備コストを抑制できる。
【００２７】
なお、第１エネルギ蓄積装置３は、エネルギ蓄積と放出の双方を行えるものであればよく、その種類は特に問わない。よって、リチウムイオン電池やＮＡＳ電池、レドックスフロー電池などの化学電池を用いてもよいし、大容量キャパシタなどの化学電池以外の種々のエネルギ蓄積装置を用いてもよい。
【００２８】
第１蓄積量監視部４は、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を監視する。平準化後発電電力監視部５は、電力系統に供給される平準化後発電電力２０を監視する。第１蓄積量監視部４と平準化後発電電力監視部５による監視は、常時あるいは定期的に行われる。
【００２９】
蓄積制御部６は、第１蓄積量監視部４が監視する第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量と、平準化後発電電力監視部５が監視する平準化後発電電力２０の電力レベルと、に基づいて、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を第１基準範囲内に収めるとともに、過去の実績データに基づいて設定される平準化後発電電力２０の所定期間内の変動値を所定値以下に制御する。
【００３０】
より具体的には、蓄積制御部６は、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量が第１基準範囲内の上限に近づくと、平準化後発電電力２０の所定期間内の変動値が所定値を超えない範囲で、第１エネルギ蓄積装置３に蓄積されたエネルギを発電電力と合わせて電力系統に放出させ、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量が第１基準範囲内の下限に近づくと、平準化後発電電力２０の所定期間内の変動値が所定値を超えない範囲で、第１エネルギ蓄積装置３に蓄積されるエネルギを増大させる。
【００３１】
第１電力分岐／合流部７は、平準化後発電電力２０の一部を第１エネルギ蓄積装置３に蓄積する電力制御と、第１エネルギ蓄積装置３に蓄積されたエネルギを平準化後発電電力２０に合流する電力制御とを行う。
【００３２】
蓄積制御部６は、より詳細には、出力平準化指令部１１と、第１出力調整値算出部１２と、第１差分生成器１３と、第２出力調整値算出部１４と、第２差分生成器１５とを有する。
【００３３】
出力平準化指令部１１は、発電電力が平準化するように、発電電力に基づいて、第１エネルギ蓄積装置３に対してエネルギ蓄積または放出を指令する第１指令信号を生成して出力する。
【００３４】
第１出力調整値算出部１２は、平準化後発電電力監視部５が監視する系統平準化後発電電力２０に応じた第１出力調整値を生成して出力する。
【００３５】
第１差分生成器１３は、第１蓄積量監視部４が監視する第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量と、予め定めた第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積目標量との差分である第１差分値を生成して出力する。
【００３６】
第２出力調整値算出部１４は、第１出力調整値と第１差分値とに基づいて、第２出力調整値を生成して出力する。
【００３７】
第２差分生成器１５は、出力平準化指令部１１から出力される第１指令信号と、第２出力調整値算出部１４から出力される第２出力調整値とに基づいて、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積または放出を指令する第２指令信号を生成して出力する。第１エネルギ蓄積装置３は、第２指令信号に基づいて、発電装置２からの発電電力に応じたエネルギを蓄積、若しくは蓄積されたエネルギを発電電力と合わせて電力系統に放出する。
【００３８】
図２は系統電力の電力レベルが時間に応じて変化する様子を示すグラフであり、横軸は時刻［分］、縦軸は系統電力の有効電力［Ｗ］である。発電電力が急激に変動すると、それに応じて系統電力も変動するおそれがある。本実施形態のように、発電電力を蓄積する第１エネルギ蓄積装置３を設けていても、第１エネルギ蓄積装置３へのエネルギ蓄積と第１エネルギ蓄積装置３からのエネルギ放出にはタイムラグが生じるため、系統電力の多少の変動は避けられない。さらには、電力系統からの系統電力を使用する不図示の負荷が変動すると、やはり、系統電力が変動してしまう。
【００３９】
本実施形態では、平準化後発電電力監視部５にて、常時または定期的に平準化後発電電力２０を監視する。蓄積制御部６は、所定期間（例えば２０分間）内での平準化後発電電力２０の変動率が例えば１０%を超えないように、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を制御する。所定期間および変動率の数値は、過去の実績データに基づいて任意に調整しても構わない。
【００４０】
また、蓄積制御部６は、第１蓄積量監視部４が監視する第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量が第１基準範囲内に収まるように、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を制御する。第１基準範囲も、過去の実績データに基づいて設定してもよい。例えば、第１基準範囲は、第１エネルギ蓄積装置３の全エネルギ蓄積容量に対して４０〜６０%である。蓄積制御部６は、第１蓄積量監視部４を用いて、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量が４０%を下回りそうになることがわかると、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を増やすべく、第１エネルギ蓄積装置３への発電電力のエネルギ蓄積処理を行う。第１エネルギ蓄積装置３へのエネルギ蓄積量を増やすと、一般には、供給される電力が減り、平準化後発電電力２０は低下する。よって、蓄積制御部６は、第１エネルギ蓄積装置３へのエネルギ蓄積量を増やす際には、平準化後発電電力監視部５を用いて平準化後発電電力２０を監視し、平準化後発電電力２０の所定期間内の変動率が所定値を超えないように、第１エネルギ蓄積装置３へのエネルギ蓄積量を制御する。
【００４１】
逆に、蓄積制御部６は、第１蓄積量監視部４を用いて、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量が６０%を上回りそうになることがわかると、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を減らすべく、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ放出量を増やす。エネルギ放出量を増やすと、一般には、平準化後発電電力２０は上昇する。よって、蓄積制御部６は、第１エネルギ蓄積装置３からのエネルギ放出量を増やす際には、平準化後発電電力監視部５を用いて平準化後発電電力２０を監視し、平準化後発電電力２０の所定期間内の変動率が所定値を超えないように、第１エネルギ蓄積装置３へのエネルギ蓄積量を制御する。
【００４２】
このように、第１の実施形態では、発電電力に応じたエネルギを蓄積および放出可能な第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を第１蓄積量監視部４で監視するとともに、平準化後発電電力２０を平準化後発電電力監視部５で監視し、これらの監視結果に基づいて、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を第１基準範囲内に収めて、かつ平準化後発電電力２０の所定期間内の変動値を所定値以下に制御する。これにより、第１エネルギ蓄積装置３にエネルギを蓄積できない、若しくは第１エネルギ蓄積装置３からエネルギを放出できないことを理由に、平準化後発電電力２０が平準化目標を満たさないという不具合が生じなくなくなる。すなわち、本実施形態によれば、常に第１エネルギ蓄積装置３に、エネルギのさらなる蓄積および放出の余裕を持たせているため、急激に発電電力が変動する、若しくは電力系統の負荷が急激に変動しても、平準化後発電電力２０は平準化目標の維持を継続して行うことができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１エネルギ蓄積装置３とは別個に、第２エネルギ蓄積装置を設けるものである。
【００４４】
図３は第２の実施形態によるエネルギ安定化装置１の概略構成を示すブロック図である。図３では、図１と共通する構成部分には同一符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
【００４５】
図３のエネルギ安定化装置１は、図１の構成に加えて、第２エネルギ蓄積装置８と、第２蓄積量監視部９と、第２電力分岐／合流部１０と、を備えている。
【００４６】
第２エネルギ蓄積装置８は、発電装置２から出力される発電電力に応じたエネルギを蓄積可能である。第２エネルギ蓄積装置８に蓄積されたエネルギに応じた電力は、発電電力と合わせて電力系統に供給可能である。第２エネルギ蓄積装置８は、第１エネルギ蓄積装置３よりもエネルギ蓄積容量が小さい。
【００４７】
第２エネルギ蓄積装置８は、例えば、フライホイール装置８である。フライホイール装置８は、発電電力を機械的な回転運動のエネルギに変換して蓄積する。
【００４８】
図４はフライホイール装置８の原理を説明する模式的なブロック図である。図４のフライホイール装置８は、インバータ２１と、インバータ２１に接続されたモータ／発電機２２と、モータ／発電機２２の回転軸２３とともに回転するフライホイール２４と、を有する。インバータ２１は、フライホイール２４を高速回転させるために、発電装置２から出力される発電電力（平準化後発電電力２０）の周波数を変換する交流−交流変換装置である。モータ／発電機２２は、インバータ２１の出力電力により、回転軸２３を回転させる。このとき、モータ／発電機２２はモータとして機能する。回転軸２３にはフライホイール２４が接続されているため、回転軸２３が回転することにより、フライホイール２４も回転する。これにより、発電電力をフライホイール２４の回転エネルギに変換することができる。フライホイール２４の回転エネルギは、必要に応じて、回転軸２３を介してモータ／発電機２２を駆動する電気エネルギとして使用可能である。このとき、モータ／発電機２２は発電機として機能する。モータ／発電機２２にて生成された発電電力は、平準化後発電電力２０として用いられる。
【００４９】
なお、図３の第２エネルギ蓄積装置８は、必ずしもフライホイール装置１１に限定されるものではない。例えば、発電電力を電荷として蓄積可能な大容量のキャパシタでもよい。また、第２エネルギ蓄積装置８は、各種の二次電池（化学電池）でもよい。代表的な二次電池としては、例えば、リチウムイオン電池やレドックスフロー電池などが考えられる。第２エネルギ蓄積装置８は、第１エネルギ蓄積装置３と同一種類でもよいし、別々の種類でもよい。例えば、第１エネルギ蓄積装置３と第２エネルギ蓄積装置８として、互いに異なる種類の化学電池を用いてもよい。
【００５０】
第２蓄積量監視部９は、第２エネルギ蓄積装置８のエネルギ蓄積量を監視する。本実施形態では、第２エネルギ蓄積装置８は第１エネルギ蓄積装置３よりもエネルギ蓄積容量が小さいことを想定しており、第２エネルギ蓄積装置８は第１エネルギ蓄積装置３よりも満蓄積状態になりやすい。よって、蓄積制御部６は、第２蓄積量監視部９を用いて、第２エネルギ蓄積装置８のエネルギ蓄積量を制御する。
【００５１】
第２電力分岐／合流部１０は、平準化後発電電力２０の一部を第２エネルギ蓄積装置８に蓄積する電力制御と、第２エネルギ蓄積装置８に蓄積されたエネルギを系統平準化後発電電力２０に合流する電力制御とを行う。
【００５２】
図３のエネルギ安定化装置１内の蓄積制御部６は、図１の構成に加えて、機能を追加した出力平準化指令部１１と、第３差分生成器１６と、第３出力調整値算出部１７と、第４差分生成器１８と、第５差分生成器１９とを有する。
【００５３】
出力平準化指令部１１は、発電電力が平準化するように、発電電力に基づいて、発電電力に含まれる周波数成分ごとに、第１エネルギ蓄積装置３または第２エネルギ蓄積装置８へのエネルギ蓄積または放出を指令する指令信号を生成して出力する。
【００５４】
第３差分生成器１６は、第２蓄積量監視部９が監視する第２エネルギ蓄積装置８のエネルギ蓄積量と、予め定めた第２エネルギ蓄積装置８のエネルギ蓄積目標値との差分である第２差分値を生成して出力する。
【００５５】
第３出力調整値算出部１７は、第２差分値に応じた第３出力調整値と第４出力調整値を生成して出力する。第４差分生成器１９は、出力平準化指令部１１から出力された第２エネルギ蓄積装置８に対する第２指令信号と、第３出力調整値との差分である第３差分値を生成して出力する。第２エネルギ蓄積装置８は、第３差分値に基づいて、発電電力に応じたエネルギを蓄積するか、あるいは蓄積エネルギを放出させて発電電力と合わせて電力系統に供給する。
【００５６】
第５差分生成器１８は、出力平準化指令部１１から出力された第１エネルギ蓄積装置３に対する第３指令信号と、第４出力調整値との差分である第４差分値を生成して出力する。第１エネルギ蓄積装置３は、第４差分値に基づいて、発電電力に応じたエネルギを蓄積するか、あるいは蓄積エネルギを放出させて発電電力と合わせて電力系統に供給する。
【００５７】
本実施形態では、第１エネルギ蓄積装置３は、発電装置２から出力される発電電力のうち、第１周波数未満の周波数成分（以下、長周期成分）の電力に応じたエネルギを主に蓄積する。第１エネルギ蓄積装置３は、第１周波数未満のすべての周波数成分ではなく、第１周波数未満で、かつ第２周波数成分以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを主に蓄積してもよい。
【００５８】
第１エネルギ蓄積装置３は、例えば、大容量化が容易なリチウムイオン電池や鉛蓄電池等の二次電池（化学電池）である。このように、第１エネルギ蓄積装置３には、発電電力の長周期成分が主に蓄積されるため、第１エネルギ蓄積装置３は、第２エネルギ蓄積装置８よりもエネルギの蓄積／放出の制限回数が少なくても構わない。例えば、リチウムイオン電池は、充放電回数が数百回程度に制限されるが、上述した第１エネルギ蓄積装置３は、頻繁には充放電を行わないことを想定しているため、リチウムイオン電池のような充放電回数が制限される二次電池を使用することができる。
【００５９】
第２エネルギ蓄積装置８は、発電装置２から出力される発電電力のうち、第１周波数以上（以下、短周期成分）の電力に応じたエネルギを主に蓄積する。第２エネルギ蓄積装置８としては、応答性に優れたフライホイール装置などが用いられる。
【００６０】
図５は発電電力の周波数特性を示す図であり、横軸は周波数、縦軸は発電電力の出力信号レベルである。図５のＴＦは第１周波数、ＴＨは第２周波数である。蓄積制御部６は、発電電力に含まれる第１周波数ＴＦ以上の周波数成分に応じたエネルギを第２エネルギ蓄積装置８に蓄積し、発電電力に含まれる第１周波数ＴＦ未満で第２周波数ＴＨ以上の周波数成分に応じたエネルギを第１エネルギ蓄積装置３に蓄積する制御を行う。
【００６１】
より具体的には、蓄積制御部６は、第２エネルギ蓄積装置８のエネルギ蓄積量が満容量以下の所定範囲内になるように、第１周波数ＴＦと第２周波数ＴＨを制御する。第２エネルギ蓄積装置８は、第１エネルギ蓄積装置３よりもエネルギ蓄積容量が小さいが、第１エネルギ蓄積装置３よりもエネルギの蓄積／放出の制限回数が多く、かつ応答性に優れている。よって、発電装置２から出力された発電電力のうち、短周期成分に応じたエネルギはできるだけ第２エネルギ蓄積装置８に蓄積するのが望ましい。これにより、第１エネルギ蓄積装置３でのエネルギの蓄積／放出の回数を削減でき、第１エネルギ蓄積装置３の寿命を向上できる。
【００６２】
このように、第２の実施形態では、第１エネルギ蓄積装置３と第２エネルギ蓄積装置８を備えているため、第１エネルギ蓄積装置３の空き容量が少なくなると、第２エネルギ蓄積装置８にエネルギを蓄積できる。これにより、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を第１基準範囲内に収め、かつ平準化後発電電力２０の所定期間内の変動値を所定値以下にする制御を行いやすくなる。また、エネルギ蓄積容量が小さくて応答性に優れた第２エネルギ蓄積装置８を、発電電力の短周期成分を蓄積するために利用し、エネルギ蓄積容量が大きい第１エネルギ蓄積装置３を、発電電力の長周期成分を蓄積するために利用するため、第１エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積／放出の頻度を抑制でき、第１エネルギ蓄積装置３の高寿命化を図ることができる。
【００６３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、蓄積制御部６の内部にフィルタを設けるものである。
【００６４】
図６は第３の実施形態によるエネルギ安定化装置１の概略構成を示すブロック図である。図６のエネルギ安定化装置１は、出力平準化指令部１１の内部にフィルタ１１ａを設けるとともに、蓄積制御部６の内部にフィルタ１１ａの時定数を設定するための時定数設定部３０を設けた以外は、図３と共通する。
【００６５】
フィルタ１１ａは、発電装置２からの発電状態信号に基づいて、発電装置２から出力された発電電力を第１エネルギ蓄積装置３と第２エネルギ蓄積装置８に割り振る制御信号を生成する。発電状態信号は、発電装置２から出力される発電量を示す信号である。出力平準化指令部１１は、フィルタ１１ａからの制御信号に基づいて、発電電力に含まれる周波数成分ごとに、第１エネルギ蓄積装置３または第２エネルギ蓄積装置８へのエネルギ蓄積を指令する指令信号を生成し出力する。
フィルタ１１ａは、等価的な伝達関数で表現でき、その伝達関数の時定数を制御することで、図５のＴＦとＴＨを任意に調整することができる。そこで、蓄積制御部６内の時定数設定部３０は、第１エネルギ蓄積装置３と第２エネルギ蓄積装置８のエネルギ蓄積量に基づいて、フィルタ１１ａの伝達関数の時定数を制御し、これにより、図５のＴＦとＴＨを調整する。これにより、蓄積制御部６は、発電電力に含まれる第１周波数ＴＦ以上の周波数成分に応じたエネルギを第２エネルギ蓄積装置８に蓄積し、発電電力に含まれる第１周波数ＴＦ未満で第２周波数ＴＨ以上の周波数成分に応じたエネルギを第１エネルギ蓄積装置３に蓄積する制御を行う。
【００６６】
このように、第３の実施形態では、時定数を調整可能なフィルタ１１ａを設けることで、第１エネルギ蓄積装置３と第２エネルギ蓄積装置８に蓄積する発電電力の周波数成分を任意に調整できる。よって、第１エネルギ蓄積装置３と第２エネルギ蓄積装置８のエネルギ蓄積量と、平準化後発電電力２０の電力レベルとに応じて、時定数設定部３０にてフィルタ１１ａの時定数を調整することで、第１エネルギ蓄積装置３と第２エネルギ蓄積装置８のエネルギ蓄積量を適正な量に調整しつつ、発電電力の平準化も図ることができる。
【００６７】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１  エネルギ安定化装置、２  発電装置、３  第１エネルギ蓄積装置、４  第１蓄積量監視部、５  平準化後発電電力監視部、６  蓄積制御部、７  第１電力分岐／合流部、１１  出力平準化指令部、１１ａ  フィルタ、１２  第１出力調整値算出部、１３  第１差分生成器、１４  第２出力調整値算出部、１５  第２差分生成器、２０  平準化後発電電力、２１  インバータ、２２  モータ／発電機、２３  回転軸、２４  フライホイール、３０  時定数設定部
【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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