JP6247039B2 - 電力貯蔵装置および電力貯蔵装置の充放電方法 - Google Patents

Description

本発明は、風力発電や太陽光発電のような出力が変動する発電装置に接続して電力系統への電力を補償する、蓄電池を用いた電力貯蔵装置および電力貯蔵装置の充放電方法に関する。

近年、風力発電や太陽光発電等の再生可能エネルギーを利用した再生可能エネルギー発電装置と、再生可能エネルギーの出力電力の変動分を補償する複数の蓄電池を用いた電力貯蔵装置と、を組み合せた電力貯蔵システムが実用化されている。

しかしながら、従来の電力貯蔵システムにおける電力貯蔵装置では、発電装置からの出力電力が大きくて負荷を使用していないときに、蓄電池の充電率（以下、ＳＯＣ（State of Charge）という。）が高い場合には、十分に電力を貯蔵できなくなるという問題が生じていた。また、発電装置からの出力電力が小さくて負荷が高いときに、蓄電池のＳＯＣが低い場合には、負荷への電力供給が十分にできなくなるという問題が生じていた。すなわち、電力貯蔵装置内の蓄電池のＳＯＣが上限値または下限値に偏ってしまうと、電力貯蔵システムの電力変動を十分に補償できなくなるという問題が生じていた。

この問題を解決する手段としては、再生可能エネルギー発電装置等の出力電力と電力貯蔵装置の充放電出力電力との合成出力電力の目標値を蓄電池群の平均ＳＯＣに応じて補正することによって各蓄電池の平均的なＳＯＣを一定の範囲に調整するという技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特許第５０９９２３７号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、複数の蓄電池からなる蓄電池群を有する電力貯蔵装置において、蓄電池の経年劣化の程度などにより各蓄電池間でＳＯＣにバラつきが生じる場合がある。このバラつきが生じた場合に、蓄電池群全体の平均ＳＯＣは適正に制御されたとしても個別の蓄電池ではＳＯＣが高いまたはＳＯＣが低い等の偏りが生じる、または、ＳＯＣを定期的に所定のレベルとすることができず蓄電池の寿命が短くなる可能性がある等の問題があった。

本発明は、上記した点に鑑みて行われたものであり、蓄電池群の平均ＳＯＣを一定範囲に調整するとともに、個々の蓄電池列のＳＯＣも均等化することができる電力貯蔵装置および電力貯蔵装置の充放電方法を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、以下の構成を備えることを特徴とする。

電力系統と発電装置とを接続するパワーコンディショナ（以下、ＰＣＳ（Power Conditioning System）という。）を用いた電力貯蔵装置であって、ＳＯＣ（充電率）をリセットするためのＳＯＣリセットモード（満充電モード）と変動出力を補償するための調整モードとを交換して制御する電力貯蔵装置において、ＰＣＳの直流側に蓄電池列毎にチョッパを介して並列接続された複数の蓄電池列を有する複数の蓄電池群と、発電装置の出力電力から電力変動成分を除去し、目標値を演算する目標値演算手段と、目標値から複数の蓄電池群への充放電電力を算出する充放電指令値演算手段と、各蓄電池群への充放電電力の配分を指令する充放電指令値を生成する蓄電池群分配指令手段と、各蓄電池群ごとの平均ＳＯＣと基準ＳＯＣとの偏差により充放電指令値を補正して、補正目標値を演算する目標値補正手段と、各蓄電池群ごとに、満充電モードの充放電指令値の合計電力を補正目標値で補正した充放電指令値に基づいて、充電時は各蓄電池列のＳＯＣに反比例し、放電時は各蓄電池列のＳＯＣに比例した値の調整モードの充放電指令値を算出し、満充電モードの充放電指令値と調整モードの充放電指令値とを選択して蓄電池列指令値をチョッパに出力し、各蓄電池列ごとに、満充電モードと調整モードとを順番に一定周期で交換して制御する充放電指令手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明の充放電方法は、電力系統と発電装置と蓄電池列とを接続するＰＣＳを用いた電力貯蔵装置であって、ＳＯＣ（充電率）をリセットするためのＳＯＣリセットモード（満充電モード）と変動出力を補償するための調整モードとを交換して制御する電力貯蔵装置の充放電方法であって、蓄電池列は、ＰＣＳの直流側に蓄電池列毎にチョッパを介して並列接続された複数の蓄電池列を有する複数の蓄電池群からなり、発電装置の出力電力から電力変動成分を除去して、目標値を演算し、目標値から複数の蓄電池群への充放電電力を算出して、各蓄電池群への充放電電力の配分を指令する充放電指令値を生成し、各蓄電池群ごとの平均ＳＯＣと基準ＳＯＣとの偏差により充放電指令値を補正して、補正目標値を演算し、各蓄電池群ごとに、満充電モードの充放電指令値の合計電力を補正目標値で補正した充放電指令値に基づいて、充電時は各蓄電池列のＳＯＣに反比例し、放電時は各蓄電池列のＳＯＣに比例した値の調整モードの充放電指令値を算出し、満充電モードの充放電指令値と調整モードの充放電指令値とを選択して蓄電池列指令値をチョッパに出力し、各蓄電池列ごとに、満充電モードと調整モードとを順番に一定周期で交換して制御することを特徴とする。

以上説明したように、本発明の電力貯蔵装置および電力貯蔵装置の充放電方法によれば、蓄電池群の平均ＳＯＣを一定範囲に調整するとともに、個々の蓄電池列のＳＯＣも均等化することができる。

本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置を用いた電力貯蔵システムを表す構成図である。 本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置の満充電ローテーションの設定例を示す図である。 本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置の電力配分に関する制御アルゴリズム例を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置の電力配分に関する制御アルゴリズム例を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置の電力配分に関する制御アルゴリズム例の一部をより詳細に示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置の電力安定化制御シミュレーションの結果を示すグラフである。 本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置の電力安定化制御シミュレーションの結果を示すグラフである。 本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置の電力安定化制御シミュレーションの結果を示すグラフである。 従来の電力貯蔵装置の一部を表す構成図である。 従来の電力貯蔵装置の電力安定化制御シミュレーションの結果を示すグラフである。 本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置の一部を表す構成図である。 本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置の電力安定化制御シミュレーションの結果を示すグラフである。 本発明の実施形態２に係る電力貯蔵装置を用いた電力貯蔵システムを表す構成図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る電力貯蔵装置１を用いた電力貯蔵システム３を表す構成図である。本実施形態の電力貯蔵システム３は、並列接続されたｎ群（ｎは、２以上の自然数）の蓄電池群５を備えている。本実施形態では、一例として１３群の蓄電池群５（No.１蓄電池群〜No.１３蓄電池群）を備えている。各蓄電池群５は、連系変圧器７および電力ケーブル９を介して、電力系統１１に連結されている。電力ケーブル９および電力系統１１の間には、電力計１３が直列に連結されている。また、電力ケーブル９には、電力計１５および変圧器１７を介して、風力発電または太陽光発電のような再生可能エネルギー発電装置１９が連結されている。

蓄電池群５の構成の一例として、No.１蓄電池群は、並列接続された５０列の蓄電池列No.１−１〜No.１−５０を１台のＰＣＳ２１に接続している。ＰＣＳ２１は、入力変圧器２２を介して連系変圧器７に接続されている。

各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０は、複数の蓄電池を直列接続した１列の蓄電池列２３と１つのチョッパ２４が電流計２５を介して直列に接続され、５０列の蓄電池列２３を形成している。チョッパ２４と電流計２５との間には、電圧計２６が連結されている。各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０のチョッパ２４は、それぞれＰＣＳ２１に接続されている。なお、本実施形態の電力貯蔵装置１は、５０列の蓄電池列No.１−１〜No.１−５０で一つの蓄電池群５を構成しているが、一つの蓄電池群５に備える蓄電池列２３の数はこれに限られない。また、蓄電池列２３としては、例えば、金属食塩電池を用いることができる。No.２〜No.１３蓄電池群もNo.１蓄電池群と同様の構成を備えている。一例として、No.１３蓄電池群は、並列接続された５０列の蓄電池列No.１３−１〜No.１３−５０を１台のＰＣＳ２１に接続している。

本実施形態では、例えば、No.１蓄電池群のＰＣＳ２１は、再生可能エネルギーを利用した再生可能エネルギー発電装置１９により発電された電力を一時的に各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０に貯蔵し、貯蔵した電力を電力系統１１に合わせた電力に変換している。ＰＣＳ２１にはＡＣ/ＤＣ変換器が備えられ、ＡＣ/ＤＣ変換器は一端が入力変圧器２２および連系変圧器７を介して電力系統１１に接続され、他端がチョッパ２４を介して各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０に接続されている。

さらに、電力貯蔵システム３は、電力貯蔵装置１の各蓄電池群５および各蓄電池群５の蓄電池列の動作を制御する制御部２７を備えている。制御部２７は、電力貯蔵装置１の全体を制御するマスターコントローラ（図示せず）を備え、マスターコントローラは電力計１５に接続されている（図１および図３のＷｇ）。また、制御部２７は、５０列の蓄電池列で構成される各蓄電池群５の動作を制御するローカルコントローラ（図示せず）を備えている。制御部２７のローカルコントローラは、各蓄電池群５の蓄電池列のチョッパ２４、電流計２５、および電圧計２６に接続されている。

なお、制御部２７は、蓄電池群５の各蓄電池列を、ＳＯＣをリセットするためのＳＯＣリセットモード（満充電モード）群と変動出力を補償するための調整モード群とに区別する。また、制御部２７は、二つのモードを順番に一定周期で交換して制御するモード交換手段を備えることができる。加えて、制御部２７は、満充電モードにおいて例えば、No.１蓄電池群の各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０を満充電とする満充電制御手段を備えることもできる。

次に、本実施形態の電力貯蔵システム３の動作について説明する。

本実施形態では、電力系統１１に連系する電力貯蔵システム３に対して、例えばNo.１蓄電池群内の蓄電池列毎に、ＳＯＣ補正制御を行い、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の特性に合わせた制御を可能とする手法を提供するものである。

具体的には、制御部２７に備えられた１３群の蓄電池群５全体を制御する装置であるマスターコントローラが、電力貯蔵装置１全体に必要な充放電指令値を演算し、各蓄電池群５への指令を分配する。また、制御部２７に備えられた各蓄電池群５を制御する装置であるローカルコントローラが、マスターコントローラからの指令を受け、更に蓄電池群５内の各蓄電池列への指令を分配する。ローカルコントローラは、一つの蓄電池群５内の蓄電池列を満充電モードと調整モードに区分し、満充電モードとなる蓄電池列は複数列ずつにまとめてローテーションされる。

これにより、一つの蓄電池群５内のチョッパ２４毎（蓄電池列毎）に異なる電力を配分し、ＳＯＣを１００％でリセットさせるために定期的な満充電のローテーションを行う制御（以下、「満充電ローテーション」という。）、および蓄電池列毎に電力配分の重み付け配分を行う制御（以下、「電力配分」という。）が可能となる。

図２は、本実施形態に係る一つの蓄電池群５の満充電ローテーションに関する満充電モード条件と満充電ローテーションの設定例を示す。定期的に満充電とすることが必要な蓄電池列に対して、並列接続されている蓄電池列を(a)満充電モード、(b)調整モードの２種類に区分し、各モードの合成出力電力により供給出力電力または消費電力の安定化を制御する。これにより、充放電制御中に順次満充電とするローテーションを可能にしている。本実施形態では、５日間を一つの周期として、例えば、蓄電池群５内の５０列の蓄電池列を４列ずつにまとめて満充電ローテーションを行っている。

ここで、満充電モードとは、ＳＯＣ１００％まで指定の定電流または定電圧で充電するモードのことをいい、１台または複数台設定し、各蓄電池列がＳＯＣ１００％に到達した時点で、順次、調整モードに移行する。また、調整モードとは、満充電モードを除いた台数で再生可能エネルギーの出力電力安定化用として電力貯蔵システムの制御部からの充放電電力指令を受けて必要な出力電力を充放電するモードのことをいう。

図３は、本実施形態に係る電力貯蔵装置１の制御部２７内のマスターコントローラ３０における電力配分に関する制御アルゴリズム例を示すブロック図である。本実施形態のマスターコントローラ３０は、目標値演算部３３、充放電指令値演算部３５、蓄電池群分配指令部３７を備える。

目標値演算部３３は、電力計１５から再生可能エネルギーの出力電力値Ｐｒｅを入力し、目標値演算部３３内のローパスフィルタ３９により、出力電力値Ｐｒｅから電力変動成分を除去して、目標値Ｐｔａを演算する。なお、ローパスフィルタ３９は、電力変動成分を除去する機能を有する構成であればこれに限られない。

充放電指令値演算部３５は、目標値Ｐｔａから出力電力値Ｐｒｅを減算することにより、充放電指令値Ｐｃｏを演算する。

蓄電池群分配指令部３７は、充放電指令値Ｐｃｏの大きさに応じて、群の数で分配した各蓄電池群５のＰＣＳ２１への充放電指令値である蓄電池群充放電指令値（例えば１３群の時は、Ｐｃｏ１〜Ｐｃｏ１３）を生成する。

次に、本実施形態に係る制御部２７内のマスターコントローラ３０における制御アルゴリズムの動作について説明する。

本実施形態のマスターコントローラ３０は、再生可能エネルギー発電装置１９の出力端の電圧値または電流値に基づいて検出された再生可能エネルギーの出力電力値Ｐｒｅを入力し、ローパスフィルタ３９において出力電力値Ｐｒｅから一次遅れ制御により目標値Ｐｔａを演算する。演算された目標値Ｐｔａと出力電力値Ｐｒｅとの差引により、蓄電池群５への充放電指令値Ｐｃｏを演算する。演算された充放電指令値Ｐｃｏは、本実施形態の群の数である１３で分割され、各蓄電池群５への蓄電池群充放電指令値Ｐｃｏ１〜Ｐｃｏ１３が生成される。生成された蓄電池群充放電指令値Ｐｃｏ１〜Ｐｃｏ１３は、各蓄電池群５に接続されたローカルコントローラに入力される。

図４は、本実施形態に係るNo.１蓄電池群に接続する、制御部２７内のローカルコントローラ４０における電力配分に関する制御アルゴリズム例を示すブロック図である。なお、本実施形態のNo.２〜No.１３蓄電池群の構成および動作は、No.１蓄電池群と同様である。

本実施形態のローカルコントローラ４０は、基準ＳＯＣ設定部４１、蓄電池列ＳＯＣ演算部４２、蓄電池群平均ＳＯＣ演算部４３、ＳＯＣ補正ゲイン演算部４４、目標値補正部４５、調整モード充放電指令値演算部４６、および充放電指令部４７を備える。

基準ＳＯＣ設定部４１は、No.１蓄電池群全体の目標とする基準ＳＯＣを設定する。

蓄電池列ＳＯＣ演算部４２は、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０のそれぞれのＳＯＣを演算し、演算した値を蓄電池群平均ＳＯＣ演算部４３および充放電指令部４７へ出力する。

蓄電池群平均ＳＯＣ演算部４３は、演算された各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０のＳＯＣからNo.１蓄電池群の平均ＳＯＣを演算する。

ＳＯＣ補正ゲイン演算部４４は、設定された基準ＳＯＣと演算された平均ＳＯＣとの偏差により、ＳＯＣ補正ゲインを演算する。

目標値補正部４５は、蓄電池群分配指令部３７から入力されたNo.１蓄電池群充放電指令値Ｐｃｏ１に、演算されたＳＯＣ補正ゲインを乗じて補正目標値Ｐｄｅを演算する。

調整モード充放電指令値演算部４６は、演算された補正目標値Ｐｄｅに、満充電モード合計電力値を加算して、調整モード充放電指令値Ｐａｍを生成する。

充放電指令部４７は、調整モード充放電指令値Ｐａｍの大きさに応じて、各蓄電池列のＰＣＳ２１への指令値である蓄電池列指令値（例えば５０列の時は、Ｐｉｃ１〜Ｐｉｃ５０）を生成する。

次に、本実施形態に係る制御部２７内のローカルコントローラ４０における制御アルゴリズムの動作について説明する。なお、以下の制御アルゴリズムの動作により、No.１蓄電池群内の各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の充放電制御を行う。

本実施形態のローカルコントローラ４０内の蓄電池列ＳＯＣ演算部４２は、No.１蓄電池群の各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０から電流値を入力し、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の蓄電池列ＳＯＣを演算する。蓄電池群平均ＳＯＣ演算部４３は、演算した蓄電池列ＳＯＣからNo.１蓄電池群の平均ＳＯＣを演算して、ＳＯＣ補正ゲイン演算部４４に入力する。ＳＯＣ補正ゲイン演算部４４は、入力された平均ＳＯＣと基準ＳＯＣ設定部４１で設定された基準ＳＯＣとの偏差により、ＳＯＣ補正ゲインを演算して、目標値補正部４５に入力する。目標値補正部４５は、入力されたＳＯＣ補正ゲインをNo.１蓄電池群充放電指令値Ｐｃｏ１に入力し、補正目標値Ｐｄｅを演算し、調整モード充放電指令値演算部４６に入力する。調整モード充放電指令値演算部４６は、入力された補正目標値Ｐｄｅに、充放電指令部４７から入力された満充電モード合計電力値を加算して、調整モード充放電指令値Ｐａｍを生成する。充放電指令部４７は、生成された調整モード充放電指令値Ｐａｍおよび演算された各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の蓄電池列ＳＯＣを入力し、蓄電池列指令値Ｐｉｃ１〜Ｐｉｃ５０を生成して、各蓄電池列のチョッパ２４へ出力する。

図５は、図４のローカルコントローラ４０内の充放電指令部４７をより詳細に示すブロック図である。図５では、一例として、本実施形態のNo.１蓄電池群についての制御アルゴリズムの動作を説明する。

本実施形態の充放電指令部４７は、調整モード指令値生成部５１、満充電電力演算部５３、満充電モード指令値演算部５５、スケジューラ制御部５７、およびモード選択部５９を備える。

調整モード指令値生成部５１は、蓄電池列指令値Ｐｉｃ１〜Ｐｉｃ５０および各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の蓄電池列ＳＯＣから、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の調整モード指令値を生成する。

満充電電力演算部５３は、満充電制御手段であり、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の電流値および電圧値からNo.１蓄電池群の満充電モード合計電力を演算する。

満充電モード指令値演算部５５は、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の電流値および電圧値から、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の満充電モード指令値を演算する。

スケジューラ制御部５７は、モード交換手段であり、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０のＳＯＣをリセットするためのＳＯＣリセットモード（満充電モード）群と変動出力を補償するための調整モード群とに区別し、二つのモードを順番に一定周期で交換して制御する。

モード選択部５９は、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０に出力する指令値を、調整モードと満充電モードのどちらのモードの指令値にするかを選択する。

次に、本実施形態に係るローカルコントローラ４０内の充放電指令部４７における制御アルゴリズムの動作について説明する。なお、各蓄電池群５の制御アルゴリズムの動作は同じであるため、No.１蓄電池群を例に説明する。

＜満充電モード＞
満充電モード指令値演算部５５は、No.１蓄電池群の各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０のうち、満充電モードである蓄電池列の電流値および電圧値を入力する。満充電モード指令値演算部５５は、入力された電流値および電圧値から、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の満充電モード指令値を演算し、モード選択部５９に出力する。モード選択部５９は、スケジューラ制御部５７によって満充電モードの指令値を選択し、入力された各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の満充電モード指令値を蓄電池列指令値Ｐｉｃ１〜Ｐｉｃ５０として、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０のチョッパ２４に出力する。

＜調整モード＞
まず、満充電電力演算部５３は、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の電流値および電圧値を入力する。満充電電力演算部５３は、入力された電流値および電圧値から、No.１蓄電池群の各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０のうち、満充電モードである蓄電池列の満充電モード合計電力を演算し、調整モード充放電指令値演算部４６に出力する。図２の例では満充電モードの４列の蓄電池列の満充電モード充電出力値の合計を満充電モード充電出力値として補正目標値Ｐｄｅに加算し、調整モード充放電指令値Ｐａｍを生成する。

次に、調整モード指令値生成部５１は、調整モード充放電指令値演算部４６から調整モード充放電指令値Ｐａｍを入力する。調整モード指令値生成部５１は、入力された調整モード充放電指令値Ｐａｍから各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の調整モード指令値を生成する。調整モード指令値生成部５１では、充電時に各蓄電池列のＳＯＣの逆数の比に応じて、調整モード充放電指令値から調整モードの各蓄電池列の配分を求め、調整モード電力を各蓄電池列に分配する。ここで、調整モードの蓄電池列の個数は、まず、蓄電池群５内の蓄電池列の列数から（図２の例では５０列）、使用していない蓄電池列の列数（不使用列数）および満充電モードの蓄電池列の列数（図２の例では４列）を減算する。減算した個数から、調整モードの蓄電池列のうちＳＯＣが上限または下限に到達し充or放電不可能な蓄電池列の列数を減算して調整モードの蓄電池列の列数を演算する。

そして、対象となる調整モードの蓄電池列のＳＯＣに応じて（充電時：反比例、放電時：比例）、蓄電池列毎の調整モード充放電指令値を演算し分配する。

満充電ローテーションにより満充電完了直後の蓄電池列は、ＳＯＣ１００％と高いレベルにあり、調整モードの蓄電池列のＳＯＣは中間レベルにあるなど、ＳＯＣにバラツキが発生する。また、蓄電池列毎の内部抵抗および開放電圧によっても、充放電時の電圧にバラツキが発生する。図１の電力貯蔵システム３では、上述のような電力配分の偏りを解消するために、以下のようにＳＯＣに合わせて各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の電力配分に重み付け電力配分を行う。本実施形態では、対象となる調整モードの蓄電池列のＳＯＣに応じて（充電時：反比例、放電時：比例）、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の調整モード指令値を演算し分配する。

具体的には、調整モードのｍ列の蓄電池列が充電時の電力配分は、例えばＳＯＣに反比例して、

の割合に応じて各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０に調整モードの電力を配分する。
また、調整モードのｍ列の蓄電池列が放電時の電力配分は、例えばＳＯＣに比例して、

の割合に応じて各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０に調整モードの電力を配分する。

このように、調整モード指令値生成部５１は、生成した各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の調整モードの指令値を、モード選択部５９に出力する。モード選択部５９は、スケジューラ制御部５７によって調整モードの指令値を選択し、入力された各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０の調整モード指令値を蓄電池列指令値Ｐｉｃ１〜Ｐｉｃ５０として、各蓄電池列No.１−１〜No.１−５０のチョッパ２４に出力する。

これにより、本実施形態の電力貯蔵装置１によれば、蓄電池群５の平均ＳＯＣを一定範囲に調整するとともに、個々の蓄電池列のＳＯＣも均等化することができる。また、蓄電池列No.１−１〜No.１−５０が金属食塩電池の場合には一定周期で満充電（ＳＯＣ１００％）としてＳＯＣをリセットしないと経年劣化を加速するという問題があるが、この場合でもＳＯＣの誤差を定期的に補正できるとともに、金属食塩電池内における経年劣化の進行を抑制することができる。

以上説明した本実施形態に係る電力貯蔵装置１による定格出力３０ＭＷの風力発電出力の変動を平滑化する制御のシミュレーション結果について、図６ないし図８を用いて説明する。

図６は、１日（２４時間）における、再生可能エネルギーである風力発電の出力電力６１と、蓄電池充放電電力６２と、出力変動緩和後の合成出力電力６３と、平均ＳＯＣ６４と、の時間変化を示すグラフである。図６は、再生可能エネルギー出力電力６１が、本実施形態の一つの蓄電池群５の充放電電力６２により平滑化され、合成出力電力６３として電力系統１１に出力されていることを示している。また、その時の、本実施形態の一つの蓄電池群５の平均ＳＯＣ６４の推移状況も併せて示している。

図７は、１日（２４時間）における、本実施形態の一つの蓄電池群５内の蓄電池列No.１ないしNo.５０のうち、蓄電池列No.１、No.５、No.９、No.１３、No.１７の個別のＳＯＣの推移状況と、風力発電の出力電力６１と、出力変動緩和後の合成出力電力６３と、平均ＳＯＣ６４と、の時間変化を示すグラフである。図２に示す通り、満充電モードは４列ずつまとめて構成される。蓄電池列No.１は蓄電池列No.２〜No.４と、蓄電池列No.５は蓄電池列No.６〜No.８と、蓄電池列No.９は蓄電池列No.１０〜No.１２と、蓄電池列No.１３は蓄電池列No.１４〜No.１６と同様の推移を示すため、代表として、上記４列を抽出している。蓄電池列No.５、No.９、No.１３が、順次、満充電モードとなり、ＳＯＣ１００％へ達していることが分かる。なお、風力発電の出力電力６１、合成出力電力６３、平均ＳＯＣ６４は、図６と同じグラフである。

図８は、１日（２４時間）における、本実施形態の一つの蓄電池群５内の蓄電池列No.１ないしNo.５０のうち、蓄電池列No.１、No.５、No.９、No.１３、No.１７の蓄電池列毎の充放電電力、の時間変化を示すグラフである。順次、満充電モードとなり、満充電モードとなる蓄電池列は、ＳＯＣ１００％に近づくにつれ充電電力が増加（絶対値としては減少）していることが分かる。なお、金属食塩電池における満充電モードの一例としては、定電流制御から定電圧制御にシフトして充電が行われ、ＳＯＣが高くなるにつれ、内部抵抗が高くなることで、電流が絞られ、充電電力が０に近くなったところでＳＯＣ１００％と認識し、調整モードに移行される。

以下に、本実施形態の一つの蓄電池群５によるＳＯＣ補正制御を行った場合のシミュレーション結果について、図９ないし図１２を用いて説明する。なお、本実施形態に係るＳＯＣ補正制御がある場合とない場合とを比較するために、電力貯蔵装置が一つの蓄電池群で構成されている簡易な電力貯蔵システムを用いて説明する。

図９は、従来の電力貯蔵装置９０内の蓄電池群９１の一部を詳細に表す構成図であり、従来の蓄電池群９１内の並列接続された５０列の蓄電池列９０１〜９５０のうち、５列の蓄電池列９０１〜９０５を抽出して表した図である。従来の電力貯蔵装置９０は、本実施形態の電力貯蔵装置１が備えているチョッパ２４を有していない。

図１０は、図９の従来の電力貯蔵装置９０における５列の各蓄電池列９０１〜９０５のＳＯＣと、風力発電の出力電力１０１と、変動緩和後の合成出力電力１０３と、の時間変化を示すグラフである。図１０では、０時での各蓄電池列９０１〜９０５のＳＯＣを蓄電池列９０１：５０％、蓄電池列９０２：４０％、蓄電池列９０３：3０％、蓄電池列９０４：２０％、蓄電池列９０５：１０％と仮定し、チョッパ２４がないため蓄電池列毎のＳＯＣ補正制御が不可能な場合のＳＯＣ推移状況を示している。風力発電の出力電力１０１が、従来の電力貯蔵装置９０の充放電電力により平滑化され、変動緩和後の合成出力電力１０３として電力系統１１に出力されるので、５列の蓄電池列９０１〜９０５の平均ＳＯＣは一定範囲に調整されている。

しかし、本実施形態に係る蓄電池列毎のＳＯＣ補正制御がなく、各蓄電池列９０１〜９０５間は成り行き制御となるため、各蓄電池列９０１〜９０５間のＳＯＣのバラツキは抑えられていない。その結果、８時間後程度のところで、 蓄電池列９０５の蓄電池列のＳＯＣが０％に近い状況となり、放電電力量が不足していることが分かる。また、図９の構成図では、充放電出力の大きさ及びＳＯＣレベルにより、蓄電池列９０１〜９０５間の電圧に偏差が発生することで蓄電池列９０１〜９０５間に横流が発生してしまう。

図１１は、図１における本実施形態の電力貯蔵装置１内のNo.１蓄電池群の一部を詳細に表す構成図であり、No.１蓄電池群内の並列接続された５０列の蓄電池列No.１−１〜No.１−５０のうち、５列の蓄電池列No.１−１〜No.１−５を抽出して表した図である。図１１では、５列の蓄電池列No.１〜No.５にそれぞれチョッパ２４が接続されている。

図１２は、図１１の本実施形態のNo.１蓄電池群における５列の各蓄電池列No.１〜No.５のＳＯＣと、風力発電の出力電力１０１と、変動緩和後の合成出力電力１０３と、の時間変化を示すグラフである。図１２では、０時での各蓄電池列No.１〜No.５のＳＯＣを図１０と同様とし、チョッパ２４があるために蓄電池列毎のＳＯＣ補正制御が可能な場合のＳＯＣ推移状況を示している。満充電ローテーションを行いながら出力安定化を行い、５列の蓄電池列No.１〜No.５の平均ＳＯＣを一定範囲に調整しつつ、各蓄電池列No.１〜No.５間のＳＯＣのバラツキが抑えられていることがわかる。その結果、ＳＯＣ補正制御によりＳＯＣが比較的高い蓄電池列が放電電力を補い、８時間後程度のところでも、蓄電池列毎の偏りが縮小し、放電電力不足に陥っていないことが分かる。なお、風力発電の出力電力１０１、変動緩和出力電力１０３は、図１０と同じグラフである。また、図１１の構成図では、充放電出力の大きさ及びＳＯＣレベルにより、蓄電池列No.１−１〜No.１−５間の電圧に偏差が発生しても、チョッパ２４により電圧を一定に制御できるため、横流の発生を防止することができる。

［実施形態２］
図１３は、本発明の実施形態２に係る電力貯蔵装置１３０１を用いた電力貯蔵システム１３０３を表す構成図である。本実施形態の電力貯蔵装置１３０１が実施形態１に係る電力貯蔵装置１と相違する点を以下に示す。すなわち、本実施形態のNo.１蓄電池群内の並列接続された５０列の各蓄電池列No.１３０１−１〜No.１３０１−５０に、実施形態１のチョッパ２４の代わりに、１つのＰＣＳ１３０７が直列に接続されている点である。したがって、本実施形態では、実施形態１におけるチョッパ２４を使用していない。

本実施形態の電力貯蔵装置１３０１によれば、実施形態１と同様に、各蓄電池群１３０５の平均ＳＯＣを一定範囲に調整するとともに、個々の蓄電池列No.１３０１〜No.１３５０のＳＯＣをも均等化することができる。また、蓄電池が金属食塩電池の場合にはＳＯＣの誤差を定期的に補正できるとともに、金属食塩電池内における経年劣化の進行を抑制することができる。

１、９０、１３０１ 電力貯蔵装置
３、１３０３ 電力貯蔵システム
５、９１、１３０５ 蓄電池群
７ 連系変圧器
９ 電力ケーブル
１１ 電力系統
１３、１５ 電力計
１７ 変圧器
１９ 再生可能エネルギー発電装置
２１、１３０７ パワーコンディショナ（ＰＣＳ）
２２ 入力変換器
２３、９０１〜９０５ 蓄電池列
２４ チョッパ
２５ 電流計
２６ 電圧計
２７ 制御部
３０ マスターコントローラ
３３ 目標値演算部
３５ 充放電指令値演算部
３７ 蓄電池群分配指令部
３９ ローパスフィルタ
４０ ローカルコントローラ
４１ 基準ＳＯＣ設定部
４２ 蓄電池列ＳＯＣ演算部
４３ 蓄電池群平均ＳＯＣ演算部
４４ ＳＯＣ補正ゲイン演算部
４５ 目標値補正部
４６ 調整モード充放電指令値演算部
４７ 充放電出力指令部
５１ 調整モード指令値生成部
５３ 満充電電力演算部
５５ 満充電モード指令値演算部
５７ スケジューラ制御部
５９ モード選択部
６１、１０１ 風力発電の出力電力
６２ 蓄電池充放電電力
６３、１０３ 合成出力電力
６４ 平均ＳＯＣ

Claims (4)

1. 電力系統と発電装置とを接続するパワーコンディショナ（ＰＣＳ）を用いた電力貯蔵装置であって、ＳＯＣ（充電率）をリセットするためのＳＯＣリセットモード（満充電モード）と変動出力を補償するための調整モードとを交換して制御する電力貯蔵装置において、
   前記ＰＣＳの直流側に蓄電池列毎にチョッパを介して並列接続された複数の蓄電池列を有する複数の蓄電池群と、
   前記発電装置の出力電力から電力変動成分を除去し、目標値を演算する目標値演算手段と、
   前記目標値から前記複数の蓄電池群への充放電電力を算出する充放電指令値演算手段と、
   各蓄電池群への充放電電力の配分を指令する充放電指令値を生成する蓄電池群分配指令手段と、
   前記各蓄電池群ごとの平均ＳＯＣと基準ＳＯＣとの偏差により前記充放電指令値を補正して、補正目標値を演算する目標値補正手段と、
   前記各蓄電池群ごとに、前記満充電モードの充放電指令値の合計電力を前記補正目標値で補正した充放電指令値に基づいて、充電時は各蓄電池列のＳＯＣに反比例し、放電時は前記各蓄電池列のＳＯＣに比例した値の前記調整モードの充放電指令値を算出し、前記満充電モードの充放電指令値と前記調整モードの充放電指令値とを選択して蓄電池列指令値を前記チョッパに出力し、前記各蓄電池列ごとに、前記満充電モードと前記調整モードとを順番に一定周期で交換して制御する充放電指令手段と
   を備えることを特徴とする電力貯蔵装置。
2. 電力系統と発電装置とに接続する蓄電池列を用いた電力貯蔵装置であって、ＳＯＣ（充電率）をリセットするためのＳＯＣリセットモード（満充電モード）と変動出力を補償するための調整モードとを交換して制御する電力貯蔵装置において、
   並列接続された複数のＰＣＳを有し各々のＰＣＳの直流側には複数の蓄電池が直列接続された複数の蓄電池列を有する複数の蓄電池群と、
   前記発電装置の出力電力から電力変動成分を除去し、目標値を演算する目標値演算手段と、
   前記目標値から前記複数の蓄電池群への充放電電力を算出する充放電指令値演算手段と、
   各蓄電池群への充放電電力の配分を指令する充放電指令値を生成する蓄電池群分配指令手段と、
   前記各蓄電池群ごとの平均ＳＯＣと基準ＳＯＣとの偏差により前記充放電指令値を補正して、補正目標値を演算する目標値補正手段と、
   前記各蓄電池群ごとに、前記満充電モードの充放電指令値の合計電力を前記補正目標値で補正した充放電指令値に基づいて、充電時は各蓄電池列のＳＯＣに反比例し、放電時は前記各蓄電池列のＳＯＣに比例した値の前記調整モードの充放電指令値を算出し、前記満充電モードの充放電指令値と前記調整モードの充放電指令値とを選択して蓄電池列指令値を前記ＰＣＳに出力し、前記各蓄電池列ごとに、前記満充電モードと前記調整モードとを順番に一定周期で交換して制御する充放電指令手段と
   を備えることを特徴とする電力貯蔵装置。
3. 電力系統と発電装置と蓄電池列とを接続するＰＣＳを用いた電力貯蔵装置であって、ＳＯＣ（充電率）をリセットするためのＳＯＣリセットモード（満充電モード）と変動出力を補償するための調整モードとを交換して制御する電力貯蔵装置の充放電方法であって、
   前記蓄電池列は、前記ＰＣＳの直流側に蓄電池列毎にチョッパを介して並列接続された複数の蓄電池列を有する複数の蓄電池群からなり、
   前記発電装置の出力電力から電力変動成分を除去して、目標値を演算し、
   前記目標値から前記複数の蓄電池群への充放電電力を算出して、各蓄電池群への充放電電力の配分を指令する充放電指令値を生成し、
   前記各蓄電池群ごとの平均ＳＯＣと基準ＳＯＣとの偏差により前記充放電指令値を補正して、補正目標値を演算し、
   前記各蓄電池群ごとに、前記満充電モードの充放電指令値の合計電力を前記補正目標値で補正した充放電指令値に基づいて、充電時は各蓄電池列のＳＯＣに反比例し、放電時は前記各蓄電池列のＳＯＣに比例した値の前記調整モードの充放電指令値を算出し、前記満充電モードの充放電指令値と前記調整モードの充放電指令値とを選択して蓄電池列指令値を前記チョッパに出力し、前記各蓄電池列ごとに、前記満充電モードと前記調整モードとを順番に一定周期で交換して制御することを特徴とする電力貯蔵装置の充放電方法。
4. 電力系統と発電装置とに接続する蓄電池列を用いた電力貯蔵装置であって、ＳＯＣ（充電率）をリセットするためのＳＯＣリセットモード（満充電モード）と変動出力を補償するための調整モードとを交換して制御する電力貯蔵装置の充放電方法であって、
   前記蓄電池列は、並列接続された複数のＰＣＳを有し各々のＰＣＳには複数の蓄電池が直列接続された複数の蓄電池列を有する複数の蓄電池群からなり、
   前記発電装置の出力電力から電力変動成分を除去して、目標値を演算し、
   前記目標値から前記複数の蓄電池群への充放電電力を算出して、各蓄電池群への充放電電力の配分を指令する充放電指令値を生成し、
   前記各蓄電池群ごとの平均ＳＯＣと基準ＳＯＣとの偏差により前記充放電指令値を補正して、補正目標値を演算し、
   前記各蓄電池群ごとに、前記満充電モードの充放電指令値の合計電力を前記補正目標値で補正した充放電指令値に基づいて、充電時は各蓄電池列のＳＯＣに反比例し、放電時は前記各蓄電池列のＳＯＣに比例した値の前記調整モードの充放電指令値を算出し、前記満充電モードの充放電指令値と前記調整モードの充放電指令値とを選択して蓄電池列指令値を前記ＰＣＳに出力し、前記各蓄電池列ごとに、前記満充電モードと前記調整モードとを順番に一定周期で交換して制御することを特徴とする電力貯蔵装置の充放電方法。

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