(57)【要約】【課題】電力貯蔵装置の充放電による電力変動吸収効果を確実に発揮できるようにし、潮流を安定化できるようにする。【解決手段】電力系統１に接続される分散形電源３に対し、双方向交直変換装置６と２次電池７からなる電力変動吸収装置を、符号１４，１５のように２系統設け、例えば装置１４では２次電池の下限電圧維持制御をして充電方向の電力変動のみを補償し、装置１５では２次電池の上限電圧維持制御をして放電方向の電力変動のみを補償することにより、２次電池の許容容量範囲内で電力変動を吸収し得るようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次電池と双方向交直変換器とからなる電力変動吸収装置を、電力系統に接続される分散形電源と並列に接続し、前記電力変動吸収装置が充放電を行なうことにより、前記分散形電源の有効電力変動を吸収して、前記電力系統の潮流を安定化させる電力安定化システムにおいて、
前記電力変動吸収装置を２台で構成するとともに、各電力変動吸収装置の制御装置を、前記２次電池の電圧を一定値にするための電力指令を演算する第１の演算手段と、前記分散形電源が出力する有効電力から変動成分を抽出する第２の演算手段と、その有効電力変動成分を正の有効電力変動成分（平均発電電力を上回る発電電力）と負の有効電力変動成分（平均発電電力を下回る発電電力）とに分離する第３の演算手段とから構成し、
２台のうちの一方の電力変動吸収装置は、前記正の有効電力変動成分と、設定電圧を２次電池の下限電圧に設定して演算される電力指令とを加算して充放電電力指令とする充放電動作を行ない、２台のうちの他方の電力変動吸収装置は、前記負の有効電力変動成分と、設定電圧を２次電池の上限電圧に設定して演算される電力指令とを加算して充放電電力指令とする充放電動作を行なうことを特徴とする電力安定化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電や太陽光発電のような分散形電源システムの発生する電力変動を２次電池で吸収し、連系する電力系統の潮流を安定化させるシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電や太陽光発電のような分散形電源は、環境条件により発電電力が大きく変動するため、電力系統に大きな潮流変動を発生させる。一般に、このような自然エネルギーを利用した分散形電源は、系統の末端に接続される場合が多く、配線インピーダンスが高い。このため、このような潮流変動により系統電圧が変動してしまい、他の負荷に悪影響を及ぼすことになる。
そこで、従来は２次電池などの電力貯蔵手段を用いて、電力の吸収または放出を行なうことにより、出力変動，負荷変動，潮流変動等の電力変動分を補償するシステムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図２に、特許文献１に開示の例を示す。
電力変動吸収装置５は、まず、分散電源３の出力電圧と電流を電力検出器１１に入力し、分散電源３の発電電力を算出する。また、使用する２次電池７の電圧，電流を２次電池残存容量検出器１２に入力し、例えば電流積算演算や電圧−残存容量換算テーブル等により残存容量を算出する。
【０００４】
上記２つの検出信号は双方向交直電力変換装置６の制御回路１３に入力され、同変換装置６の出力電力制御信号が算出される。すなわち、制御回路１３は、分散電源３の発電出力が増加した場合には、２次電池７の電力放出を減少または電力吸収を増大させ、また、分散電源３の発電出力が減少した場合には、２次電池７の電力吸収を減少または電力放出を増大させるよう、電力補償指令演算機能とその補償指令に基く出力電力制御機能を持つ。これにより、分散形電源３と電力変動吸収装置５の連系点の電力変動を補償している。
【０００５】
ただし、双方向交直変換器６や２次電池７では充放電の際に損失が発生するため、そのままでは２次電池７の残存容量は徐々に減少し、終には残存容量の下限値に至り電力変動吸収効果が得られなくなる。同様に、有効電力変動量の平均値が２次電池７に充電する方向に偏っていた場合、そのままでは２次電池７の残存容量は徐々に増加し、終には残存容量の上限値に至り電力変動吸収効果が得られなくなる。
【０００６】
そこで、２次電池７の充放電量の平均的な偏りを補正し、残存容量が長期的に上限値および／または下限値で張り付いてしまう状態を防止するために、各種制御方式が提案されている。
例えば、非特許文献１では、２次電池の端子電圧（残存容量に相当）が予め設定されたしきい値（端子電圧許容範囲に上下２つのしきい値を設定）を超えた場合に、端子電圧許容範囲の中間方向に近づくよう２次電池への出力指令値を補正（分散形電源の有効電力計測値から変動成分を除去した補償目標値に対し補正値を加算）することにより、２次電池の充放電量の平均的な偏りを制御するようにしている。
【０００７】
なお、２次電池７の残存容量検出には種々の方法があるが、一定時間の充放電電流の積算量（電流時間積（Ah））を用いるのが一般的である（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００６−２８７９９８号公報
【特許文献２】特開平０７−１９２７６９号公報
【非特許文献１】平成１２年度調査報告書NEDO-NP-0004「蓄電池併設風力発電導入                      可能性調査」（平成１４年２月発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２のような積算方式では誤差分も積算されるため、定期的なリセットが必要になる。また、特性劣化により許容容量が低下した場合のメンテナンスも必要になる。一方、非特許文献１のような方式によれば、上記積算方式による問題は回避されるが、残存容量がしきい値を超えた場合に補正動作が開始・終了されるため、特に残存容量がしきい値をまたいで増減を繰り返すと、頻繁に補正動作が繰り返されるため、結果的に良好な電力変動吸収効果が得られないという問題が残る。
【０００９】
したがって、この発明の課題は、２次電池の残存容量検出方法や特性劣化に関わる課題や、残存容量の適正化制御に関わる課題を解決し、電力貯蔵装置の充放電による電力変動吸収効果を確実に得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を解決するため、この発明では、２次電池と双方向交直変換器とからなる電力変動吸収装置を、電力系統に接続される分散形電源と並列に接続し、前記電力変動吸収装置が充放電を行なうことにより、前記分散形電源の有効電力変動を吸収して、前記電力系統の潮流を安定化させる電力安定化システムにおいて、
前記電力変動吸収装置を２台で構成するとともに、各電力変動吸収装置の制御装置を、前記２次電池の電圧を一定値にするための電力指令を演算する第１の演算手段と、前記分散形電源が出力する有効電力から変動成分を抽出する第２の演算手段と、その有効電力変動成分を正の有効電力変動成分（平均発電電力を上回る発電電力）と負の有効電力変動成分（平均発電電力を下回る発電電力）とに分離する第３の演算手段とから構成し、
２台のうちの一方の電力変動吸収装置は、前記正の有効電力変動成分と、設定電圧を２次電池の下限電圧に設定して演算される電力指令とを加算して充放電電力指令とする充放電動作を行ない、２台のうちの他方の電力変動吸収装置は、前記負の有効電力変動成分と、設定電圧を２次電池の上限電圧に設定して演算される電力指令とを加算して充放電電力指令とする充放電動作を行なうことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、２次電池の残存容量検出が不要なため、誤差の問題を無くすことができる。また、２つの電力変動吸収装置は、定常的には２次電池の上限電圧または下限電圧を維持する方向に動作するため、特性劣化した場合でも２次電池の許容容量範囲内で電力変動吸収動作を継続することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。
図1に示すように、それぞれ独立した２組の電力変動吸収装置１４，１５（双方向交直変換装置６＋２次電池７）を、電力系統１につながる分散形電源３と並列に接続して構成される。各電力変動吸収装置１４，１５は、２次電池７の端子電圧を所望の値にするための電流指令値演算手段２２と、分散形電源３が出力する有効電力から変動成分を抽出し、この有効電力変動成分（平均電力を上回る出力成分）を正の電力変動成分と負の電力変動成分（平均電力を下回る出力成分）に分離する演算手段２３と、これらの演算結果を加算して得られる充放電電力指令に基づき、双方向交直変換装置６を制御する制御部２１を備えている。分散形電源３の発電電力変動成分の演算手段２３は、図１では共通化して示されている。
【００１３】
以下に、電力変動成分のうち正の電力変動成分のみを吸収する電力変動吸収装置１４について説明する。
まず、２次電池７の端子電圧設定値２５を２次電池７の下限電圧に設定しておく。この端子電圧設定値と端子電圧検出値との偏差を電圧調節器（AVR）１７に入力し、２次電池端子電圧を下限電圧に維持するための出力電力指令値を算出する。ここで、下限電圧は一般に言われる放電終止電圧ではなく、電力安定化システムの仕様（最大出力，期待寿命等）で決まる２次電池電圧動作範囲において下限となる値とする。
【００１４】
次に、分散形電源３の出力電圧と出力電流を電力検出器１１に入力して分散形電源の発電電力を検出し、さらに、電力変動成分抽出回路１９により発電電力変動成分を抽出する。演算の方法としては、たとえば吸収電力の周波数成分より低い時定数のフィルタにより平均電力を算出し、この平均電力と検出電力との偏差を演算することにより、発電電力変動を演算する方法がある。
【００１５】
こうして得られた発電電力変動成分を極性判定回路２０に入力し、正の電力変動成分（平均電力を上回る出力成分）を抽出し、これに上記２次電池の下限電圧制御で得られた出力電力指令値を加算し、交流電力指令として制御部２１に入力する。制御部２１は、電力変動吸収装置１５の電力検出器１６で検出される出力電力検出値を、交流電力指令値に追従させるように制御演算を行ない、双方向交直変換装置６に対する制御信号を演算する。
【００１６】
このとき、２次電池の上限電圧制御で得られた出力電力指令値が、補償する発電電力変動成分よりも遅い応答をするように、電圧調節器（AVR）１７の時定数を設定することにより、発電電力変動量の補償動作が優先され、電力変動吸収装置１４は分散形電源３が発生する正の発電電力変動を吸収しながら、平均的には２次電池７の下限電圧近傍、すなわち低残在容量状態を維持するようにする。
【００１７】
次に、負の電力変動成分のみを吸収する電力変動吸収装置１５について説明する。
まず、２次電池７の端子電圧設定値２５を２次電池７の上限電圧に設定しておく。この端子電圧設定値と端子電圧検出値との偏差を電圧調節器（AVR）１７に入力し、２次電池端子電圧を上限電圧に維持するための出力電力指令値を算出する。ここで、上限電圧は一般に言われる満充電電圧ではなく、電力安定化システムの仕様（最大出力，期待寿命等）で決まる２次電池電圧動作範囲において上限となる値とする。
【００１８】
次に、分散形電源３の出力電圧と出力電流を電力検出器１１に入力し、分散形電源の発電電力を検出し、さらに、電力変動成分抽出回路１９により発電電力変動成分を抽出する。演算の方法としては、たとえば吸収電力の周波数成分より低い時定数のフィルタにより平均電力を算出し、この平均電力と検出電力との偏差を演算することにより、発電電力変動を演算する方法がある。
【００１９】
こうして得られた発電電力変動成分を極性判定回路２０に入力し、負の電力変動成分（平均電力を下回る出力成分）を抽出し、これに上記２次電池の下限電圧制御で得られた出力電力指令値を加算し、交流電力指令として制御部２１に入力する。制御部２１は、電力変動吸収装置１５の電力検出器１６で検出される出力電力検出値を、交流電力指令値に追従させるように制御演算し、双方向交直変換装置６に対する制御信号を演算する。
【００２０】
このとき、２次電池の下限電圧制御で得られた出力電力指令値が、補償する発電電力変動成分よりも遅い応答をするように、電圧調節器（AVR）１７の時定数を設定することにより、発電電力変動量の補償動作が優先され、電力変動吸収装置１５は分散形電源３が発生する負の発電電力変動を吸収しながら、平均的には２次電池７の上限電圧近傍、すなわち高残在容量状態を維持するようにする。
【００２１】
以上のように２つの電力変動吸収装置１４，１５を動作させることにより、２次電池７は許容容量に対し電池特性で決まる、ほぼ一定比率の残存容量状態で動作することになる。よって、残存容量検出が不要となり、さらに特性劣化した場合においても、２次電池の許容容量内で電力変動吸収動作を継続することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態を示す構成図
【図２】従来例を示すブロック図
【符号の説明】
【００２３】
１…電力系統、２…負荷、３…分散形電源、５…電力変動吸収装置、６…双方向交直変換装置、７…２次電池、８…電流検出器（ACCT）、９…電流検出器（DCCT）、１１…電力検出器（分散形電源用）、１２…２次電池残存容量検出器、１３…双方向交直変換装置制御回路、１４…第１の電力変動吸収装置、１５…第２の電力変動吸収装置、１６…出力電力検出器、１７…自動電圧調節器（AVR）、１９…電力変動成分抽出回路、２０…極性判定回路、２１…交直変換装置出力制御部、２２…２次電池電圧制御部、２３…分散形電源発電電力変動演算部、２４…加算器、２５…２次電池端子電圧設定値（第１の電力変動吸収装置用）、２６…２次電池端子電圧設定値（第２の電力変動吸収装置用）、３０…第１の電力変動吸収装置用制御回路、３１…第２の電力変動吸収装置用制御回路。
【図１】
2009112175.tif 000003
【図２】
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