JP2012016077A - 電力系統の周波数制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力需給の不均衡に応じて二次電池に対して適切に充放電制御ができる電力系統の周波数制御装置を提供することである。
【解決手段】周波数偏差演算手段１４は、予め定められた基準周波数ｆ０と周波数検出器１５で検出された周波数ｆとの偏差Δｆを求め、充放電制御手段１７は、周波数偏差演算手段１６で得られた周波数偏差Δｆが予め定めた範囲内になるように二次電池の充放電制御を行うとともに、充電深度検出器１９で検出された二次電池１３の充電深度ｃが５０％になるように二次電池１３の充電深度を補正する充電深度補正信号ｓを充電深度補正手段１８から入力し、二次電池１３の充電深度ｃが５０％になるように充電深度補正制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池を用いて電力系統の周波数を制御する電力系統の周波数制御装置に関する。

電力系統は、発電所で発電した電力と負荷で消費する電力とが均衡を保つように運用されている。発電所の発電電力と負荷の消費電力との間に不均衡が生じると、電力系統の周波数が変動するので、電力系統の周波数を監視し電力系統の周波数が基準周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）を維持するように発電所の出力調整を行っている。

電力系統における電力の需給制御は、発電所で単独に行われる制御と中央給電指令所の出力制御指令により行われる制御とがある。短い周期（数分以下）の変動幅が狭い需要変動については、各発電所の発電機のガバナフリー運転により、電力系統の周波数変動に応じて発電機の出力を制御している。一方、中央給電指令所からの出力制御信号により行われる発電所の出力制御としては、ＬＦＣ（負荷周波数制御）とＥＤＣ（経済負荷配分制御）とがあり、ＬＦＣは、数分から十数分程度の周期での需要変動に対応して各発電所の出力制御を行うものであり、ＥＤＣは、ＬＦＣが対象とするよりも長い周期（十数分以上）の大幅な需要変動に対応して各発電機の出力制御を行うものである。これにより、電力の需給に不均衡が生じたときに、電力系統の周波数が基準周波数の所定の範囲から逸脱しないように発電機の出力を制御している。

発電機の出力制御を支援する目的で、電力系統に電力貯蔵設備を接続し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場合がある。

電力貯蔵設備として二次電池を用いて、電力系統の周波数偏差が所定範囲を超え大幅な需給不均衡が生じているときは、ＬＦＣにより、発電所の電力発電量を制御して大幅な需給不均衡を解消し、周波数偏差が所定の範囲以下の小幅な需給不均衡であるときは、二次電池の充放電により小幅な需給不均衡を解消するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

これは、二次電池の充電深度が所定の値に保たれるように充放電を制御するものであり、例えば、充電深度が７０〜８０％（または９５％）程度となるまで充電を行い、充電深度が２０〜３０％（または５％）程度となるまで放電を行い、充電深度をこの範囲に保つことにより、２００〜２５０％程度の過負荷運転を可能としている。

特開２００１−３７０８５号公報

しかし、特許文献１のものでは、二次電池の充電深度が所定の値に保たれるように充放電を制御するものであることから、例えば、電力系統の周波数が上昇し二次電池に充電をしなければならない状態となったときに、二次電池の充電深度が７０〜８０％（または９５％）に保たれていると、たとえ過負荷運転を許容するとしても二次電池に充電できる充電量が制限される。逆に、電力系統の周波数が下降し二次電池から放電をしなければならない状態となったときに、二次電池の充電深度が２０〜３０％（または５％）程度に保たれていると、たとえ過負荷運転を許容するとしても二次電池から放電できる放電量が制限される。

このように、二次電池の充電深度がいずれか一方に偏っていると、その偏っている充電深度側に充放電制御しなければならない電力需給の不均衡が発生したときには、二次電池の充放電制御が適切にできないことがある。その場合、周波数変動の抑制に適切に対応できないことがある。

本発明の目的は、電力需給の不均衡に応じて二次電池に対して適切に充放電制御ができる電力系統の周波数制御装置を提供することである。

請求項１の発明に係る電力系統の周波数制御装置は、電力系統の需要変動に応じて前記電力系統に接続された複数台の二次電池の充放電制御を行って前記電力系統の周波数を基準周波数になるように制御する電力系統の周波数制御装置において、前記電力系統の周波数を検出する周波数検出器と、予め定められた基準周波数と前記周波数検出器で検出された周波数との偏差を求める周波数偏差演算手段と、前記周波数偏差演算手段で得られた周波数偏差が予め定めた範囲内になるように二次電池の充放電制御を行う充放電制御手段と、前記二次電池の充電深度を検出する充電深度検出器と、前記充電深度検出器で検出された前記二次電池の充電深度が５０％になるように前記二次電池の充電深度を補正する充電深度補正信号を前記充放電制御手段に出力する充電深度補正手段を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明に係る電力系統の周波数制御装置は、請求項１の発明において、前記充電深度補正手段は、前記周波数偏差が予め定めた範囲内にあるときに、前記二次電池の充電深度が５０％になるように補正する充電深度補正信号を前記充放電制御手段に出力することを特徴とする。

請求項３の発明に係る電力系統の周波数制御装置は、請求項１の発明において、前記充電深度補正手段は、前記二次電池の充電深度が予め定めた範囲を逸脱しているときに前記二次電池の充電深度が５０％になるように補正する充電深度補正信号を前記充放電制御手段に出力することを特徴とする。

請求項４の発明に係る電力系統の周波数制御装置は、請求項１乃至３の発明において、前記充電深度補正手段は、前記周波数偏差が小さくなる方向に、前記二次電池の充電深度が５０％になるように補正する充電深度補正信号を前記充放電制御手段に出力することを特徴とする。

請求項５の発明に係る電力系統の周波数制御装置は、請求項１乃至４のいずれか一の発明において、前記充放電制御手段は、前記二次電池の放電制御を行うときは、充電深度が大きい二次電池を優先して放電対象の二次電池とし、放電対象の二次電池が充電深度の下限値になるまで放電を行い、前記二次電池の充電制御を行うときは、充電深度が小さい二次電池を優先して充電対象の二次電池とし、充電対象の二次電池が充電深度の上限値になるまで充電を行うことを特徴とする。

請求項６の発明に係る電力系統の周波数制御装置は、請求項１乃至５のいずれか一の発明において、前記充電深度補正手段は、電力の需要が増加すると予測されるときは前記二次電池の充電深度を５０％に補正することに代えてそれより大きい値に補正し、電力の需要が減少すると予測されるときは前記二次電池の充電深度を５０％に補正することに代えてそれより小さい値に補正することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、二次電池の充電深度が５０％になるように二次電池の充電深度を補正するので、二次電池の充電深度は５０％近傍に保たれ、電力需給の不均衡が発生したとき二次電池に対して充放電のいずれであっても同程度に制御できる。

請求項２の発明によれば、周波数偏差が予め定めた範囲内にあるときに二次電池の充電深度が５０％になるように補正するので、電力系統の周波数変動にほとんど影響を与えることなく二次電池の充電深度を５０％に補正できる。

請求項３の発明によれば、二次電池の充電深度が予め定めた範囲を逸脱しているときに二次電池の充電深度が５０％になるように補正するので、二次電池の充電深度の補正のための充放電制御を頻繁に行うことを抑制できる。

請求項４の発明によれば、周波数偏差が小さくなる方向に二次電池の充電深度が５０％になるように補正するので、電力系統の周波数変動を抑制しつつ二次電池の充電深度を５０％に補正できる。

請求項５の発明によれば、二次電池の放電制御を行うときは充電深度が大きい二次電池を優先して放電対象の二次電池とし充電深度の下限値になるまで放電を行い、二次電池の充電制御を行うときは充電深度が小さい二次電池を優先して充電対象の二次電池とし充電深度の上限値になるまで充電を行うので、充放電制御の対象となる二次電池を頻繁に切り替えることなく、しかも上限値から下限値までの充放電制御ができ、二次電池の充放電によるロスを抑制できる。

請求項６の発明によれば、電力需給の増加に備えて二次電池の充電量を大きくするので、電力需要の増加に伴う不足電力を補う二次電池からの放電量を多くでき、同様に、電力需要の減少に備えて二次電池の充電深度を小さくするので、電力需要の減少に伴う余剰電力の二次電池への充電量を多くできる。

本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置の構成図。 本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置の実施例１の動作を示す波形図。 本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置の実施例２の動作を示す波形図。 本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置の実施例３の動作を示す波形図。 本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置の実施例４の動作を示す波形図 本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置の実施例５の動作を示す波形図

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置の構成図である。電力系統１１には複数の発電所の発電機１２ａ〜１２ｎが接続され、電力系統１１に電力を供給している。また、電力系統１１には複数台の二次電池１３ａ〜１３ｉが接続されており、二次電池１３ａ〜１３ｉは電力系統１１の余剰電力を充電し、電力系統１１の電力需給に不足が生じたときは二次電池１３ａ〜１３ｉに充電していた電力を電力系統１１に放電するものである。

周波数制御装置１４は、電力系統１１の需要変動に応じて二次電池１３ａ〜１３ｉの充放電制御を行って電力系統１１の周波数ｆ（以下、系統周波数ｆという）を基準周波数ｆ０になるように制御するものである。周波数制御装置１４の周波数検出器１５は、電力系統１１の電圧または電流の周波数ｆを検出し周波数偏差演算手段１６に出力する。周波数偏差演算手段１６は、予め定められた基準周波数ｆ０と周波数検出器１５で検出された周波数ｆとの偏差Δｆ（＝ｆ０−ｆ）を求め、充放電制御手段１７及び充電深度補正手段１８ａ〜１８ｉに出力する。

充放電制御手段１７は、周波数偏差演算手段１６で得られた周波数偏差Δｆが予め定めた範囲内になるように二次電池１３ａ〜１３ｉの充放電制御を行う。これは、電力系統１１の電力の過不足は周波数変動として表れるからである。例えば、系統周波数ｆが基準周波数ｆ０より小さい（周波数偏差Δｆが正である）ときは二次電池１３ａ〜１３ｉの放電制御を行い、系統周波数ｆが基準周波数ｆ０より大きい（周波数偏差Δｆが負である）ときは二次電池１３ａ〜１３ｉの充電制御を行う。

また、二次電池１３ａ〜１３ｉの充電深度ｃａ〜ｃｉは充電深度検出器１９ａ〜１９ｉで検出され充電深度補正手段１８ａ〜１８ｉに入力される。充電深度補正手段１８ａ〜１８ｉは、充電深度検出器１９ａ〜１９ｉで検出された二次電池１３ａ〜１３ｉの充電深度ｃａ〜ｃｉが５０％になるように二次電池１３ａ〜１３ｉの充電深度ｃａ〜ｃｉを補正する充電深度補正信号ｓａ〜ｓｉを充放電制御手段１７に出力する。充放電制御手段１７は充電深度補正信号ｓａ〜ｓｉを加味して二次電池１３の充電制御を行う。

図２は本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置１４の実施例１の動作を示す波形図である。図２では説明を簡単にするため２個の二次電池１３ａ、１３ｂである場合を示しており、２個の二次電池１３ａ、１３ｂは充電深度ｃａ、ｃｂが上限値８０％〜下限値２０％の範囲で運用される場合を示している。

系統周波数ｆが予め定められた許容範囲ε（ｆ０−ε／２≦ｆ０≦ｆ０＋ε／２）内にある場合には、二次電池１３ａ、１３ｂの充電深度ｃａ、ｃｂは基準値の５０％に保たれている。いま、時点ｔ１で系統周波数ｆが許容範囲εを下降方向に逸脱しｆ＝ｆ０−ε／２未満になったとすると、まず、充放電制御手段１７は二次電池１３ａを放電開始する。そして、時点ｔ２で二次電池１３ａの充電深度ｃａが下限値の２０％となると、充放電制御手段１７は２台目の二次電池１３ｂを放電開始する。そして、時点ｔ３で系統周波数ｆが許容範囲εに復帰したとすると、充放電制御手段１７は二次電池１３ｂの放電を停止する。このときの二次電池１３ｂの充電深度ｃｂは、例えば下限値の２０％よりも大きな３０％であるとする。

一方、時点ｔ１で二次電池１３ａが放電開始することに伴い二次電池１３ａの充電深度ｃａが５０％でなくなるので、充電深度補正手段１８ａは時点ｔ１から充電深度補正信号ｓａを充放電制御手段１７に出力することになる。同様に、時点ｔ２で二次電池１３ｂが放電開始することに伴い二次電池１３ｂの充電深度ｃｂが５０％でなくなるので、充電深度補正手段１８ｂは時点ｔ２から充電深度補正信号ｓｂを充放電制御手段１７に出力することになる。

充放電制御手段１７は、時点ｔ１〜時点ｔ２においては充電深度補正手段１８ａからの充電深度補正信号ｓａを加味しつつ二次電池１３ａの放電制御を行い、時点ｔ２以降においては二次電池１３ａの充電深度ｃａが５０％になるまで充電深度補正制御を行うことになる。同様に、充放電制御手段１８ｂは時点ｔ２〜時点ｔ３においては充電深度補正手段１８ｂからの充電深度補正信号ｓｂを加味しつつ二次電池１３ｂの放電制御を行い、時点ｔ３以降においては二次電池１３ｂの充電深度ｃｂが５０％になるまで充電深度補正制御を行うことになる。

時点ｔ４において、二次電池１３ｂの充電深度ｃｂが基準値の５０％になると、充電深度補正手段１８ｂからの充電深度補正信号ｓｂがなくなるので、充放電制御手段１７は二次電池１３ｂの充電深度補正制御を停止する。一方、二次電池１３ａの充電深度ｃａは基準値の５０％になっていないので、充放電制御手段１７は二次電池１３ａの充電深度補正制御を継続する。

二次電池１３ａの充電深度ｃａが基準値の５０％になる以前の時点ｔ５で、系統周波数ｆが許容範囲εを上昇方向に逸脱しｆ＝ｆ０＋ε／２を超えたとすると、充放電制御手段１７は、二次電池１３ａの充電深度補正制御を継続しながら二次電池１３ａを充電開始する。そして、時点ｔ６で二次電池１３ａの充電深度ｃａが上限値の８０％となると、充放電制御手段１７は２台目の二次電池１３ｂを充電開始する。その後、時点ｔ７で系統周波数ｆが許容範囲ｆ＝ｆ０±ε／２以内に復帰したとすると、充放電制御手段１７は二次電池１３ｂの充電を停止する。このときの二次電池１３ｂの充電深度ｃｂは、例えば上限値の８０％よりも小さな７０％であるとする。

一方、時点ｔ５で二次電池１３ａが充電開始することに伴い二次電池１３ａの充電深度ｃａは、５０％未満から５０％を通過して５０％を超えた状態となり、基準値の５０％で維持できないので、充電深度補正手段１８ａは時点ｔ５以降も充電深度補正信号ｓａを充放電制御手段１７に出力することになる。

二次電池１３ｂの充電深度ｃｂは時点ｔ４で基準値の５０％に維持されているが、時点ｔ６で二次電池１３ｂが充電開始することに伴い二次電池１３ｂの充電深度ｃｂが５０％でなくなるので、充電深度補正手段１８ｂは時点ｔ６から充電深度補正信号ｓｂを充放電制御手段１７に出力することになる。

従って、充放電制御手段１７は、時点ｔ５〜時点ｔ６においては充電深度補正手段１８ａからの充電深度補正信号ｓａを加味しつつ二次電池１３ａの充電制御を行い、時点ｔ６以降においては二次電池１３ａの充電深度ｃａが５０％になるまで充電深度補正制御を行うことになる。同様に、充放電制御手段１８ｂは時点ｔ６〜時点ｔ７においては充電深度補正手段１８ｂからの充電深度補正信号ｓｂを加味しつつ二次電池１３ｂの充電制御を行い、時点ｔ７以降においては二次電池１３ｂの充電深度ｃｂが５０％になるまで充電深度補正制御を行うことになる。

実施例１によれば、二次電池１３の充放電制御とともに、充電深度ｃが５０％になるように二次電池１３の充電深度ｃを充電深度補正制御を行うので、二次電池１３の充放電制御により一時的に充電深度ｃが偏ったとしても、最終的には充電深度ｃは基準値の５０％近傍に保たれる。従って、電力需給の不均衡が発生したとき二次電池１３に対して充放電のいずれであっても同程度に制御できる。

図３は本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置１４の実施例２の動作を示す波形図である。この実施例２は、図２に示した実施例１に対し、周波数偏差Δｆが予め定めた範囲内にあるときに、二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％になるように補正するようにしたものである。図３では、図２の場合と同様に、２個の二次電池１３ａ、１３ｂである場合を示しており、２個の二次電池１３ａ、１３ｂは充電深度ｃａ、ｃｂが上限値８０％〜下限値２０％の範囲で運用される場合を示している。また、周波数偏差Δｆの予め定めた範囲は、｜Δｆ｜≦ε／２である場合を示している。つまり、系統周波数ｆが予め定められた許容範囲ε（ｆ０−ε／２≦ｆ０≦ｆ０＋ε／２）内にある場合である。

二次電池１３ａ、１３ｂの充電深度ｃａ、ｃｂが基準値の５０％に保たれている状態において、いま、時点ｔ１で系統周波数ｆが許容範囲εを下降方向に逸脱しｆ＝ｆ０−ε／２未満になったとすると、まず、充放電制御手段１７は二次電池１３ａを放電開始する。そして、時点ｔ２で二次電池１３ａの充電深度ｃａが下限値の２０％となると、充放電制御手段１７は２台目の二次電池１３ｂを放電開始する。そして、時点ｔ３で系統周波数ｆが許容範囲ｆ＝ｆ０±ε／２以内に復帰したとすると、充放電制御手段１７は二次電池１３ｂの放電を停止する。このときの二次電池１３ｂの充電深度ｃｂは、例えば下限値の２０％よりも大きな３０％であるとする。

一方、時点ｔ１で二次電池１３ａが放電開始することに伴い二次電池１３ａの充電深度ｃａが５０％でなくなるが、時点ｔ１〜時点ｔ３においては周波数偏差Δｆは予め定めた範囲｜Δｆ｜≦ε／２内でないので、充電深度補正手段１８ａは充電深度補正信号ｓａを充放電制御手段１７に出力することはない。同様に、時点ｔ２で二次電池１３ｂが放電開始することに伴い二次電池１３ｂの充電深度ｃｂが５０％でなくなるが、時点ｔ２〜時点ｔ３においては周波数偏差Δｆは予め定めた範囲｜Δｆ｜≦ε／２内でないので、充電深度補正手段１８ｂは充電深度補正信号ｓｂを充放電制御手段１７に出力することはない。

時点ｔ３になると、周波数偏差Δｆは予め定めた範囲｜Δｆ｜≦ε／２内となり、二次電池１３ａの充電深度ｃａは２０％であり基準値の５０％ではないので、充電深度補正手段１８ａは充電深度補正信号ｓａを充放電制御手段１７に出力する。同様に、時点ｔ３では、二次電池１３ｂの充電深度ｃｂは３０％であり基準値の５０％ではないので、充電深度補正手段１８ｂは充電深度補正信号ｓｂを充放電制御手段１７に出力する。

これにより、充放電制御手段１７は、時点ｔ３以降において充電深度補正手段１８ａからの充電深度補正信号ｓａにより二次電池１３ａの充電深度ｃａが基準値の５０％になるまで充電深度補正制御を行い、同様に、充電深度補正手段１８ｂからの充電深度補正信号ｓｂにより二次電池１３ｂの充電深度ｃｂが基準値の５０％になるまで充電深度補正制御を行う。

そして、時点ｔ４において、二次電池１３ｂの充電深度ｃｂが基準値の５０％になると、充電深度補正手段１８ｂからの充電深度補正信号ｓｂがなくなるので、充放電制御手段１７は二次電池１３ｂの充電深度補正制御を停止する。一方、二次電池１３ａの充電深度ｃａは基準値の５０％になっていないので、充放電制御手段１７は二次電池１３ａの充電深度補正制御を継続する。

二次電池１３ａの充電深度ｃａが基準値の５０％になる以前の時点ｔ５で、系統周波数ｆが許容範囲εを上昇方向に逸脱しｆ＝ｆ０＋ε／２を超えたとすると、周波数偏差Δｆは予め定めた範囲｜Δｆ｜≦ε／２内でないので、充電深度補正手段１８ａは充電深度補正信号ｓａの出力を停止する。これにより、充放電制御手段１７は、二次電池１３ａの充電深度補正制御を停止するとともに、二次電池１３ａの充電制御を開始する。そして、時点ｔ６で二次電池１３ａの充電深度ｃａが上限値の８０％となると、充放電制御手段１７は２台目の二次電池１３ｂを充電開始する。

その後、時点ｔ７で系統周波数ｆが許容範囲ｆ＝ｆ０±ε／２以内に復帰したとすると、充放電制御手段１７は二次電池１３ｂの充電を停止するとともに、周波数偏差Δｆは予め定めた範囲｜Δｆ｜≦ε／２内となるので、充電深度補正手段１８ａは充電深度補正信号ｓａを、充電深度補正手段１８ｂは充電深度補正信号ｓｂをそれぞれ充放電制御手段１７に出力する。これにより、充放電制御手段１７は周波数偏差Δｆが予め定めた範囲｜Δｆ｜≦ε／２内にあるときに充電深度補正制御を行うことになる。

実施例２によれば、周波数偏差Δｆが予め定めた範囲｜Δｆ｜≦ε／２内にあるときに二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％になるように補正するので、系統周波数ｆにほとんど影響を与えることなく二次電池１３の充電深度ｃを５０％に補正できる。

図４は、本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置の実施例３の動作を示す波形図である。この実施例３は、二次電池１３の充電深度ｃが予め定めた範囲を逸脱しているときに二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％になるように補正するようにしたものである。図４では、充電深度ｃの予め定めた範囲として、下限閾値３０％〜上限閾値７０％の範囲を設定した場合を示している。

二次電池１３ａ、１３ｂの充電深度ｃは基準値の５０％に保たれている状態において、いま、時点ｔ１で系統周波数ｆが許容範囲εを上昇方向に逸脱したとすると、充放電制御手段１７は充電制御を開始する。これにより、二次電池１３の充電深度ｃが大きくなり、時点ｔ２で充電深度ｃが上限閾値７０％を超えたとすると、充電深度補正手段１８は充電深度補正信号ｓを充放電制御手段１７に出力する。これにより、充放電制御手段１７は、時点ｔ２から充電深度補正手段１８からの充電深度補正信号ｓを加味しつつ二次電池１３の充電制御を行い、時点３で充電制御が終了すると、時点ｔ３以降は二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％になる時点ｔ４まで充電深度補正制御を行う。

次に、充電深度ｃが基準値の５０％に保たれた状態の時点ｔ５で系統周波数ｆが下降方向に許容範囲εを逸脱したとすると、充放電制御手段１７は放電制御を開始する。そして、例えば、放電深度ｃが下限閾値３０％になる前の時点ｔ６において、充電深度が４０％で放電制御が終了したとすると、充電深度４０％は下限閾値３０％より大きいので、充電深度補正手段１８は充電深度補正信号ｓを充放電制御手段１７に出力することはない。従って、充放電制御手段１７は充電深度補正制御を行わない。

そして、時点ｔ７において放電制御が開始され、時点ｔ８で二次電池１３の充電深度ｃが下限閾値３０％未満となったとすると、充電深度補正手段１８は充電深度補正信号ｓを充放電制御手段１７に出力する。これにより、充放電制御手段１７は、時点ｔ８から充電深度補正手段１８からの充電深度補正信号ｓを加味しつつ二次電池１３の放電制御を行い、時点ｔ９で放電制御が終了すると、時点ｔ９以降は二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％になる時点ｔ１０まで充電深度補正制御を行う。

実施例３によれば、二次電池１３の充電深度ｃが予め定めた範囲（例えば、下限閾値３０％〜上限閾値７０％）を逸脱しているときに、二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％になるように補正するので、二次電池１３の充電深度ｃの補正のための充放電制御の頻度を抑制できる。これにより、充放電制御手段１７の演算処理を軽減でき、また、二次電池１３の小刻みな充放電によるロスを回避できる。

図５は、本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置の実施例４の動作を示す波形図である。この実施例４は、実施例１乃至実施例３において、周波数偏差Δｆが小さくなる方向に、二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％になるように補正するようにしたものである。

図５に示すように、系統周波数ｆが許容範囲εを上側に逸脱している状態から、時点ｔ１で許容範囲ε内に入り、時点ｔ２で基準周波数ｆ０となり、時点ｔ３で基準周波数ｆ０より小さくなり、さらに時点ｔ４で許容範囲εを下側に逸脱した場合を考える。

図５の時点ｔ２以前においては、系統周波数ｆは基準周波数より大きいので、電力系統１１に余剰電力がある状態である。従って、この場合は、充放電制御手段１７は、二次電池１３の充電深度が基準値の５０％未満である場合に充電深度補正制御を行い、二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％を超えている場合には、充電深度補正制御は行わない。もし、二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％を超えている場合に充電深度補正制御を行うと、二次電池１３から電力系統１１に補正用電力を放電することになり、系統周波数ｆをさらに大きくする方向となるから、それを避けるためである。

一方、図５の時点ｔ３以降においては、系統周波数ｆは基準周波数より小さいので、電力系統１１は電力が不足している状態である。従って、この場合は、充放電制御手段１７は、二次電池１３の充電深度が基準値の５０％を超える場合に充電深度補正制御を行い、二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％未満である場合には、充電深度補正制御は行わない。もし、二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％未満場合に充電深度補正制御を行うと、電力系統１１から二次電池１３に補正用電力を充電することになり、系統周波数ｆをさらに小さくする方向となるから、それを避けるためである。

実施例４によれば、周波数偏差Δｆが小さくなる方向に二次電池１３の充電深度ｃが基準値の５０％になるように補正するので、電力系統１１の周波数変動を抑制しつつ二次電池１３の充電深度ｃを５０％に補正できる。

図６は、本発明の実施の形態に係る電力系統の周波数制御装置の実施例５の動作を示す波形図である。この実施例５は、実施例１乃至実施例４において、二次電池１３の放電制御を行うときは、充電深度ｃが大きい二次電池１３を優先して放電対象の二次電池とし、放電対象の二次電池１３が充電深度ｃの下限値２０％になるまで放電を行い、二次電池１３の充電制御を行うときは、充電深度ｃが小さい二次電池１３を優先して充電対象の二次電池１３とし、充電対象の二次電池１３が充電深度ｃの上限値８０％になるまで充電を行うようにしたものである。すなわち、放電対象の二次電池１３は一旦下限値２０％になるまで放電制御を行い、充電対象の二次電池１３は一旦上限値８０％になるまで充電制御を行うようにしたものである。

図６では、３個の二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃである場合を示しており、３個の二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃは充電深度ｃａ、ｃｂ，ｃｃが上限値８０％〜下限値２０％の範囲で運用され、それらの充電深度ｃａ、ｃｂ、ｃｃは初期値として基準値の５０％に保たれている場合を示している。また、説明を簡単にするため、充電深度ｃａ、ｃｂ、ｃｃは充電深度補正制御による変化分の図示は省略している。また、初期状態では、３個の二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの充電深度ｃａ、ｃｂ、ｃｃはすべて基準値の５０％に保たれているので、その場合は、予め定めたａｂｃの順番で二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃを起動することになる。

いま、時点ｔ１で系統周波数ｆが許容範囲εを下降方向に逸脱したとすると、充放電制御手段１７は、二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうちのいずれかの二次電池１３を選択して放電制御を行うことになる。この場合、二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃの充電深度ｃａ、ｃｂ、ｃｃはすべて基準値の５０％で同じであるので、予め定めた順番（例えば、ａｂｃ順）で二次電池１３ａを選択し、１台目の二次電池１３ａを選択し放電開始する。

そして、放電制御が継続している状態で、時点ｔ２で二次電池１３ａの充電深度ｃａが下限値の２０％となると、充放電制御手段１７は、残りの二次電池１３ｂ、１３ｃのいずれかを選択して放電制御を行うことになる。この場合、二次電池１３ｂ、１３ｃの充電深度ｃｂ、ｃｃは基準値の５０％で同じであるので、予め定めた順番（例えば、ｂｃ順）で二次電池１３ｂを選択し、２台目の二次電池１３ｂを放電開始する。

そして、時点ｔ３で系統周波数ｆが許容範囲εに復帰したとすると、充放電制御手段１７は二次電池１３ｂの放電を停止する。このときの二次電池１３ｂの充電深度ｃｂは、例えば下限値の２０％よりも大きな３５％であるとする。なお、二次電池１３ｃの充電深度ｃｃは充放電制御が行われていないので、初期値のままである。時点ｔ３〜時点ｔ４では系統周波数ｆが許容範囲εに入っている状態であり、充放電制御手段１７による充放電制御は停止している。

次に、時点ｔ４で、系統周波数ｆが許容範囲εを上昇方向に逸脱したとすると、充放電制御手段１７は、二次電池１３の充電制御を行うことになる。充放電制御手段１７は、二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうち充電深度ｃが最も小さい二次電池１３ａを優先して充電対象の二次電池とし、充電対象の二次電池１３ａの充電制御を行う。充電対象の二次電池は一旦上限値８０％になるまで充電制御が行われる。

充電制御が継続し、時点ｔ５で二次電池１３ａの充電深度ｃａが上限値の８０％となると、充放電制御手段１７は、残りの二次電池１３ｂ、１３ｃのいずれかを選択して充電制御を継続することになる。この場合、二次電池１３ｂは、時点ｔ２〜時点ｔ３において放電制御の対象となっており、まだ、下限値２０％まで放電制御されていないので、放電対象の二次電池である。従って、放電対象の二次電池を除いて充電深度ｃが最も大きい二次電池を優先して放電対象の二次電池とする。つまり、二次電池１３ｃが２台目の充電対象の二次電池として選択され充電制御が開始される。

そして、時点ｔ６で系統周波数ｆが許容範囲εに復帰したとすると、充放電制御手段１７は二次電池１３ｃの充電を停止する。このときの二次電池１３ｃの充電深度ｃｃは、例えば上限値の８０％よりも小さい６７％であるとする。なお、二次電池１３ｂの充電深度ｃｂは充放電制御が行われていないので、時点ｔ３における３５％のままである。時点ｔ６〜時点ｔ７では系統周波数ｆが許容範囲εに入っている状態であり、充放電制御手段１７による充放電制御は停止している。

次に、時点ｔ７で、系統周波数ｆが許容範囲εを下降方向に逸脱したとすると、充放電制御手段１７は、二次電池１３の放電制御を行うことになる。充放電制御手段１７は、二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうちから放電対象の二次電池を選択することになる。この場合、二次電池１３ａは充電深度ｃａが最も大きい二次電池であるが、二次電池１３ｂは、時点ｔ２〜時点ｔ３において放電制御の対象となっており、まだ、下限値２０％まで放電制御されていないので、二次電池１３ａより二次電池１３ｂの方が放電対象の二次電池として優先度が高い。従って、充放電制御手段１７は、二次電池１３ｂを放電対象の二次電池として選択し二次電池１３ｂの放電制御を開始する。

放電制御が継続し、時点ｔ８で二次電池１３ｂの充電深度ｃｂが下限値の２０％となると、充放電制御手段１７は、残りの二次電池１３ａ、１３ｃのいずれかを選択して放電制御を継続することになる。この場合、二次電池１３ｃは、時点ｔ５〜時点ｔ６において充電制御の対象となっており、まだ、上限値８０％まで充電制御されていないので、充電対象の二次電池であり放電対象の二次電池ではない。従って、充電対象の二次電池を除いて充電深度ｃが最も大きい二次電池１３ａが２台目の放電対象の二次電池として選択され放電制御が開始される。

そして、時点ｔ９で系統周波数ｆが許容範囲εに復帰したとすると、充放電制御手段１７は二次電池１３ａの放電を停止する。このときの二次電池１３ａの充電深度ｃａは、例えば下限値の２０％よりも大きい４０％であるとする。なお、二次電池１３ｃの充電深度ｃｃは充放電制御が行われていないので、時点ｔ６における６７％のままである。時点ｔ９〜時点ｔ１０では系統周波数ｆが許容範囲εに入っている状態であり、充放電制御手段１７による充放電制御は停止している。

次に、時点ｔ１０で、系統周波数ｆが許容範囲εを上昇方向に逸脱したとすると、充放電制御手段１７は、二次電池１３の充電制御を行うことになる。充放電制御手段１７は、二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうち放電対象の二次電池を選択することになる。この場合、二次電池１３ｂは充電深度ｃｂが最も小さい二次電池であるが、二次電池１３ｃは、時点ｔ５〜時点ｔ６において充電制御に対象となっており、まだ、上限値８０％まで充電制御されていないので、二次電池１３ｂより二次電池１３ｃの方が放電対象の二次電池として優先度が高い。従って、充放電制御手段１７は、二次電池１３ｃを充電対象の二次電池として選択し二次電池１３ｃの充電制御を開始する。

充電制御が継続し、時点ｔ１１で二次電池１３ｃの充電深度ｃｃが上限値の８０％となると、充放電制御手段１７は、残りの二次電池１３ａ、１３ｂのいずれかを選択して充電制御を継続することになる。この場合、二次電池１３ａは、時点ｔ８〜時点ｔ９において放電制御の対象となっており、まだ、下限値２０％まで放電制御されていないので、放電対象の二次電池であり充電対象の二次電池ではない。従って、放電対象の二次電池を除いて充電深度が最も小さい二次電池１３ｂが２台目の充電対象の二次電池として選択され充電制御が開始される。

そして、時点ｔ１２で系統周波数ｆが許容範囲εに復帰したとすると、充放電制御手段１７は二次電池１３ｂの充電を停止する。このときの二次電池１３ｂの充電深度ｃｂは、例えば上限値の８０％よりも小さい６２％であるとする。なお、二次電池１３ａの充電深度ｃａは充放電制御が行われていないので、時点ｔ９における４０％のままである。時点ｔ１２〜時点ｔ１３では系統周波数ｆが許容範囲εに入っている状態であり、充放電制御手段１７による充放電制御は停止している。

次に、時点ｔ１３で、系統周波数ｆが許容範囲εを下降方向に逸脱したとすると、充放電制御手段１７は、二次電池１３の放電制御を行うことになる。充放電制御手段１７は、二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうちから放電対象の二次電池を選択することになる。この場合、二次電池１３ｃは充電深度ｃｃが最も大きい二次電池であるが、二次電池１３ａは、時点ｔ８〜時点ｔ９において放電制御の対象となっており、まだ、下限値２０％まで放電制御されていないので、二次電池１３ｃより二次電池１３ａの方が放電対象の二次電池として優先度が高い。従って、充放電制御手段１７は、二次電池１３ａを放電対象の二次電池として選択し二次電池１３ａの放電制御を開始する。

放電制御が継続し、時点ｔ１４で二次電池１３ａの充電深度ｃａが下限値の２０％となると、充放電制御手段１７は、残りの二次電池１３ｂ、１３ｃのいずれかを選択して充電制御を継続することになる。この場合、二次電池１３ｂは、時点ｔ１１〜時点ｔ１２において充電制御の対象となっており、まだ、上限値８０％まで充電制御されていないので、充電対象の二次電池であり放電対象の二次電池ではない。従って、充電対象の二次電池を除いて最も充電深度の大きい二次電池１３ｃが２台目の放電対象の二次電池として選択され放電制御が開始される。

そして、時点ｔ１５で系統周波数ｆが許容範囲εに復帰したとすると、充放電制御手段１７は二次電池１３ｃの放電を停止する。このときの二次電池１３ｃの充電深度ｃｃは、例えば下限値の２０％よりも大きい４０％であるとする。なお、二次電池１３ｂの充電深度ｃｂは充放電制御が行われていないので、時点ｔ１２における６２％のままである。時点ｔ１５〜時点ｔ１６では系統周波数ｆが許容範囲εに入っている状態であり、充放電制御手段１７による充放電制御は停止している。

次に、時点ｔ１６で、系統周波数ｆが許容範囲εを上昇方向に逸脱したとすると、充放電制御手段１７は、二次電池１３の充電制御を行うことになる。充放電制御手段１７は、二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうち放電対象の二次電池を選択することになる。この場合、二次電池１３ａは充電深度ｃａが最も小さい二次電池であるが、二次電池１３ｂは、時点ｔ１１〜時点ｔ１２において充電制御に対象となっており、まだ、上限値８０％まで充電制御されていないので、二次電池１３ａより二次電池１３ｂの方が放電対象の二次電池として優先度が高い。従って、充放電制御手段１７は、二次電池１３ｂを充電対象の二次電池として選択し二次電池１３ｂの充電制御を開始する。

充電制御が継続し、時点ｔ１７で二次電池１３ｂの充電深度ｂｃが上限値の８０％となると、充放電制御手段１７は、残りの二次電池１３ａ、１３ｃのいずれかを選択して充電制御を継続することになる。この場合、二次電池１３ｃは、時点ｔ１４〜時点ｔ１５において放電制御の対象となっており、まだ、下限値２０％まで放電制御されていないので、放電対象の二次電池であり充電対象の二次電池ではない。従って、放電対象の二次電池を除いて充電深度が最も小さい二次電池１３ａが２台目の充電対象の二次電池として選択され充電制御が開始される。

そして、時点ｔ１８で系統周波数ｆが許容範囲εに復帰したとすると、充放電制御手段１７は二次電池１３ａの充電を停止する。このときの二次電池１３ａの充電深度ｃａは、例えば上限値の８０％よりも小さい３７％であるとする。なお、二次電池１３ｃの充電深度ｃｃは充放電制御が行われていないので、時点ｔ１４における４０％のままである。時点ｔ１８〜時点ｔ１９では系統周波数ｆが許容範囲εに入っている状態であり、充放電制御手段１７による充放電制御は停止している。

次に、時点ｔ１９で、系統周波数ｆが許容範囲εを下降方向に逸脱したとすると、充放電制御手段１７は、二次電池１３の放電制御を行うことになる。充放電制御手段１７は、二次電池１３ａ、１３ｂ、１３ｃのうちから放電対象の二次電池を選択することになる。この場合、二次電池１３ｂは充電深度ｃが最も大きい二次電池であるが、二次電池１３ｃは、時点ｔ１４〜時点ｔ１５において放電制御の対象となっており、まだ、下限値２０％まで放電制御されていないので、二次電池１３ｂより二次電池１３ｃの方が放電対象の二次電池として優先度が高い。従って、充放電制御手段１７は、二次電池１３ｃを放電対象の二次電池として選択し二次電池１３ｃの放電制御を開始する。

放電制御が継続し、時点ｔ２０で二次電池１３ｃの充電深度ｃｃが下限値の２０％となると、充放電制御手段１７は、残りの二次電池１３ｂ、１３ｃのいずれかを選択して充電制御を継続することになる。この場合、二次電池１３ａは、時点ｔ１７〜時点ｔ１８において充電制御の対象となっており、まだ、上限値８０％まで充電制御されていないので、充電対象の二次電池であり放電対象の二次電池ではない。従って、二次電池１３ｂが２台目の放電対象の二次電池として選択され放電制御が開始される。

実施例５によれば、一旦放電対象となった二次電池１３は必ず下限値２０％になるまで放電制御を行い、一旦充電対象の二次電池１３は必ず上限値８０％になるまで充電制御を行うので、充放電制御の対象となる二次電池を頻繁に切り替えることなく、しかも上限値８０％から下限値２０％までの充放電制御でき、二次電池１３の充放電によるロスを抑制できる。

以上の説明では、二次電池１３の充電深度ｃを基準値の５０％に補正する場合について説明したが、電力需要の予測に応じて充電深度ｃを基準値を変更するようにしてもよい。

一般に、電力需要は早朝から徐々に増加し始め、企業の始業時期の午前９時前後からさらに増加する。そして、昼休みに一旦減少して、企業の終業時期の午後６時前後から減少し始め、深夜にはベースロードとなる。従って、電力の需要が増加すると予測される時期には、予め二次電池１３の充電深度ｃを５０％に補正することに代えて、それより大きい値例えば７０％に補正するようにする。一方、電力の需要が減少すると予測される時期には、予め二次電池１３の充電深度ｃを５０％に補正することに代えて、それより小さい値例えば３０％に補正する。これにより、電力需給の増加の時期には、二次電池１３の充電量が大きくなっているので、電力需要の増加に伴う不足電力を補う二次電池からの放電量を多くできる。同様に、電力需要の減少の時期には、二次電池１３の充電量が小さくなっているので、電力需要の減少に伴う余剰電力の二次電池１３への充電量を多くできる。

１１…電力系統、１２…発電機、１３…二次電池、１４…周波数制御装置、１５…周波数検出器、１６…周波数偏差演算手段、１７…充放電制御手段、１８…充電深度補正手段、１９…充電深度検出器

Claims (6)

1. 電力系統の需要変動に応じて前記電力系統に接続された複数台の二次電池の充放電制御を行って前記電力系統の周波数を基準周波数になるように制御する電力系統の周波数制御装置において、
   前記電力系統の周波数を検出する周波数検出器と、
   予め定められた基準周波数と前記周波数検出器で検出された周波数との偏差を求める周波数偏差演算手段と、
   前記周波数偏差演算手段で得られた周波数偏差が予め定めた範囲内になるように二次電池の充放電制御を行う充放電制御手段と、
   前記二次電池の充電深度を検出する充電深度検出器と、
   前記充電深度検出器で検出された前記二次電池の充電深度が５０％になるように前記二次電池の充電深度を補正する充電深度補正信号を前記充放電制御手段に出力する充電深度補正手段を設けたことを特徴とする電力系統の周波数制御装置。
2. 前記充電深度補正手段は、前記周波数偏差が予め定めた範囲内にあるときに、前記二次電池の充電深度が５０％になるように補正する充電深度補正信号を前記充放電制御手段に出力することを特徴とする請求項１記載の電力系統の周波数制御装置。
3. 前記充電深度補正手段は、前記二次電池の充電深度が予め定めた範囲を逸脱しているときに前記二次電池の充電深度が５０％になるように補正する充電深度補正信号を前記充放電制御手段に出力することを特徴とする請求項１記載の電力系統の周波数制御装置。
4. 前記充電深度補正手段は、前記周波数偏差が小さくなる方向に、前記二次電池の充電深度が５０％になるように補正する充電深度補正信号を前記充放電制御手段に出力することを特徴とする請求項１乃至３記載の電力系統の周波数制御装置。
5. 前記充放電制御手段は、前記二次電池の放電制御を行うときは、充電深度が大きい二次電池を優先して放電対象の二次電池とし、放電対象の二次電池が充電深度の下限値になるまで放電を行い、前記二次電池の充電制御を行うときは、充電深度が小さい二次電池を優先して充電対象の二次電池とし、充電対象の二次電池が充電深度の上限値になるまで充電を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一記載の電力系統の周波数制御装置。
6. 前記充電深度補正手段は、電力の需要が増加すると予測されるときは前記二次電池の充電深度を５０％に補正することに代えてそれより大きい値に補正し、電力の需要が減少すると予測されるときは前記二次電池の充電深度を５０％に補正することに代えてそれより小さい値に補正することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一記載の電力系統の周波数制御装置。

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