JP7691241B2 - 電力供給システムにおける蓄電池の充放電制御方法 - Google Patents
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Description
これに対し、券売機や改札機等は、停電が発生した際に直ちに回線を切り替えて電力供給を続ける必要があるため、従来は、電源切替器SW2A,SW2B;SW4A,SW4Bとして、瞬時(SW2A,SW2Bは3ms; SW4A, SW4Bは10ms)に切替えを行える静止型切替器が用いられていた。
また、蓄電池の充電率を、蓄電池の充放電電流および蓄電池の端子間電圧に基づいて推定する蓄電池状態推定装置に関する発明も提案されている(例えば、特許文献2)。
本発明は上記のような課題を解決することに向けてなされたもので、蓄電池により停電発生時に非常時用負荷に対する電力の供給を保証することができる非常用電源機能を有する電力供給システムにおける蓄電池の充放電制御方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、蓄電池による非常用電源機能を備えた電力供給システムにおいて電力平準化を達成することができる蓄電池の充放電制御方法を提供することにある。
発電所または変電所から交流電力の供給を受けて負荷となる電気設備に応じてそれぞれ変換する1または2以上の変圧器と、
電力供給対象の施設に設けられている複数種類の電気設備と前記変圧器との間に設けられた複数個の切替器と、
前記交流電力によって充放電可能な蓄電池を備えた蓄電装置と、
前記蓄電池の状態を検出する電池状態検出手段と、
前記複数個の切替器および前記蓄電装置の充放電動作を制御するシステム制御装置と、を備え、前記複数種類の電気設備には前記交流電力の供給遮断中に動作される非常用負荷が含まれている電力供給システムにおける蓄電池の充放電制御方法において、
前記システム制御装置は、
前記電池状態検出手段により検出された電池状態に基づいて現時点での前記蓄電池の充電率を把握する手段と、前記充電率が所定の最低充電率SOCmin以下に低下した場合に前記蓄電池の充電指令を出力する手段と、を備え、
前記所定の最低充電率SOCminを、前記非常用負荷の非常時消費電力が必要容量以上維持され続けるように定期的に補正するように構成したものである。
なお、駅舎へ電力を供給する駅舎電力供給システムにおいては、発電所または変電所から交流電力の供給を受ける2系統の受電用回線(常用回線および予備回線)を備え、前記変圧器は2系統の受電用回線のそれぞれに対応して2組設けるようにする。
前記非常用負荷を予め設定された所定時間稼働させた場合に消費される非常時電力分に相当する非常用容量ECと、前記蓄電池の定格容量RCと、前記蓄電池の容量維持率SOHと、システム上残す必要がある電力容量の割合NCとに基づいて、次式
SOCmin=EC/(RC×SOH×(1-NC))
を用いて前記最低充電率SOCminを算出し、制御に用いる前記最低充電率SOCminを定期的に補正するようにする。
これにより、蓄電池の経年変化を考慮した正確な最低充電率を算出することができる。
前記システム制御装置は、前記蓄電制御回路と、前記蓄電制御回路へ指令を送信する機能を備えた主制御装置と、から構成され、
前記蓄電制御回路は、前記式を用いて前記蓄電池の充電開始充電率を算出して、前記蓄電池の充電率が前記充電開始充電率以下に低下した場合に前記蓄電池の充電を開始させるように構成され、
前記主制御装置は、前記式を用いて前記蓄電池の最低充電率を算出して前記蓄電池の充電率が前記最低充電率以下に低下した場合に前記蓄電制御回路へ前記蓄電池の充電を開始させる指令を送信するように構成され、
前記蓄電制御回路が算出する前記蓄電池の充電開始充電率は、前記主制御装置が算出する前記蓄電池の最低充電率よりも、所定のマージン分だけ低くなるように設定されるようにする。
前記主制御装置は、前記太陽光発電装置から電力の供給がある場合に、受電用回線より受電する電力量を減らす制御を実行するようにする。
かかる方法によれば、非常用電源としての蓄電池の他に太陽光発電装置を備えるため、太陽光発電装置により得られた電力により施設内の負荷を駆動することができるため、発電所や変電所から受電する電力量を減少させ、低コスト化を達成することができる。
前記蓄電制御装置は、前記発電電力検出手段により検出された電力量が前記消費電力検出手段により検出された電力量を上回る場合に、前記蓄電装置の充電制御を実行するようにする。
かかる方法によれば、太陽光発電装置の電力に余剰電力がある場合には蓄電池を充電することができるため、太陽光発電装置により得られた電力を無駄なく使用することができ、環境負荷を低減するとともに、電力の平準化に寄与することができる。
このようにすることにより、過放電によって蓄電池の性能が急速に劣化するのを防止することができる。
図1に示すように、本実施形態の駅舎電力供給システムには、電力会社の電力網から供給される高圧の交流電力を受電するための常用回線(高圧1号)11Aと予備回線(高圧2号)11Bと、各回線の高圧交流電力を断路器DSa,DSbおよび遮断器CBa,CBbを介して受け低圧の第1交流電力系の負荷に適した電力に変換する第1変圧器12A,12Bおよび低圧の第2交流電力系の負荷に適した電力に変換したり3相交流を単相交流に変換したりする第2変圧器13A,13Bと、蓄電池とその充放電制御を実行する制御系とからなる蓄電装置14と、太陽光発電装置15と、省エネルギー化に向けてシステム全体を制御するEMS(エネルギー・マネージメント・システム)16が設けられている。
一方、誘導灯27Aや消火設備(スプリンクラーの動力)27Bなどの非常時用負荷の他、券売機23、改札機24、エスカレータのような瞬時電源切替えが求められる昇降機25などの重要負荷へは、蓄電装置14を介して電力が供給されるように構成されている。本実施例においては、これらの負荷のうち券売機23、改札機24、誘導灯27Aへは、スコットトランスSTを介して蓄電装置14から電力が供給される。なお、エスカレータ以外の昇降機(エレベータ)は一般動力26と同等に扱っても良い。
そのため、静止型切替器を用いた場合には、電気設備ごとに静止型切替器を設ける必要があったため、切替器の数が多くなり保守点検に多くの労力を要していたが、本実施形態のシステムにおいては静止型切替器を不要とすることができるため、保守点検に要する労力を低減することができる。
双方向電圧変換回路43や、蓄電池の充放電制御回路44を備えた電力制御装置に関しては、前述の特許文献1等に記載されており、本発明においても特許文献1の電力制御装置と同様な構成を有する装置を蓄電装置14として使用することができるので、蓄電装置14の詳しい説明は省略する。
本実施形態における充放電制御の特徴は、停電(瞬時停電を含む)が発生した際に確実に蓄電池から非常用負荷へ電力を供給できるようにするため非常用容量を一定量取り置きし、余剰分で電力平準化用途の充放電を行う点(特徴1)と、蓄電池は経年変化により初期の容量維持率(SOH)が低下するのでEMS(エネルギー・マネジメント・システム)により非常用容量を最低充電率(最低SOC)にて管理する際に、SOHも加味したSOCで管理する点(特徴2)にある。
図2において、(A)は蓄電池が新品の時の電池容量を示し、(B)は蓄電池が経年した場合の電池容量を示すもので、RCは定格容量、SOCは充電率、SOCmin1およびSOCmin2はそれぞれの最低充電率である。なお、(B)の経年した畜電池の満充電容量FCは、定格容量RC×容量維持率SOHで表わされる。
SOCmin=EC/(RC×SOH×(1-NC))
により、最低充電率SOCminを、例えば1カ月に一度のように定期的に算出して、現時点の充電率SOCが最低充電率SOCminに低下したなら、蓄電装置14の充放電制御回路44へ充電開始コマンドを送信して、充放電制御回路44が双方向電圧変換回路43を制御して蓄電池を充電させる制御を行う。因みに、充電率算出用の上記式を文字で記載すると、
最低充電率=非常用容量÷(定格容量×容量維持率×(1-不使用容量割合))となる。
また、従来は、上記手動入力の手間をなくすため、一定経年後を加味した最低充電率の値を初期から設定することも行われており、それにより蓄電池の残量が非常用容量を割り込むことは回避できるが、蓄電池の余剰分を充分に有効活用することができない。これに対し、本実施形態によれば、蓄電池の余剰分を最大限有効に活用することができるようになるという利点がある。
そこで、充放電制御回路44が前記計算式により算出して決定する蓄電池の充電開始充電率SOCcsは、図3に示すように、EMS16が前記計算式により算出する蓄電池の最低充電率SOCminよりも、所定のマージンM(例えば1%)だけ低くなるように設定すると良い。
また、前記実施形態では、本発明を、駅舎電力給電システムに適用した場合について説明したが、本発明は駅舎に限定されるものでなく、病院や災害時の避難所、駐車場などの非常用発電装置を備えた施設における電力供給システムに適用することができる。
11B 予備回線
12A,12B 第1変圧器
13A,13B 第2変圧器
14 蓄電装置
15 太陽光発電装置
16 EMS(エネルギー・マネージメント・システム)
17 発電機
21 照明装置
22 コンセント
23 券売機
24 改札機
25 昇降機(エスカレータ、エレベータ)
26 一般動力(エアコン等)
27A 誘導灯(非常時用負荷)
27B 消火設備(非常時用負荷)
SW 切替器
41 蓄電池
42 MPPTコンバータ
43 双方向電圧変換回路
44 充放電制御回路
45 通信用インターフェース
Claims (5)
- 発電所または変電所から交流電力の供給を受けて負荷となる電気設備に応じてそれぞれ変換する1または2以上の変圧器と、
電力供給対象の施設に設けられている複数種類の電気設備と前記変圧器との間に設けられた複数個の切替器と、
前記交流電力によって充放電可能な蓄電池を備えた蓄電装置と、
前記蓄電池の状態を検出する電池状態検出手段と、
前記複数個の切替器および前記蓄電装置の充放電動作を制御するシステム制御装置と、を備え、前記複数種類の電気設備には前記交流電力の供給遮断中に動作される非常用負荷が含まれている電力供給システムにおける蓄電池の充放電制御方法であって、
前記蓄電装置および前記システム制御装置は、
前記電池状態検出手段により検出された電池状態に基づいて現時点での前記蓄電池の充電率を算出する充電率算出手段を備えており、
前記蓄電装置は、交流を直流に変換可能であるとともに直流を交流に変換可能な双方向変換回路と、前記双方向変換回路の切替え制御および前記蓄電池の充放電制御を行う蓄電制御回路と、を備え、
前記システム制御装置は、前記蓄電制御回路と、前記蓄電制御回路へ指令を送信する機能を備えた主制御装置と、から構成され、
前記蓄電制御回路は、所定の式を用いて前記蓄電池の充電開始充電率を算出して、前記蓄電池の充電率が前記充電開始充電率以下に低下した場合に前記蓄電池の充電を開始させるように構成され、
前記主制御装置は、所定の式を用いて前記蓄電池の最低充電率SOCminを算出して前記蓄電池の充電率が前記最低充電率SOCmin以下に低下した場合に前記蓄電制御回路へ前記蓄電池の充電を開始させる指令を送信するように構成され、
前記蓄電制御回路が算出する前記蓄電池の充電開始充電率は、前記主制御装置が算出する前記蓄電池の最低充電率SOCminよりも、所定のマージン分だけ低くなるように設定されていることを特徴とする電力供給システムにおける蓄電池の充放電制御方法。 - 前記主制御装置は、
前記非常用負荷を予め設定された所定時間稼働させた場合に消費される非常時電力分に相当する非常用容量ECと、前記蓄電池の定格容量をRCと、前記蓄電池の容量維持率SOHと、システム上残す必要がある電力容量の割合NCとを用いて、次式
SOCmin=EC/(RC×SOH×(1-NC))
を用いて前記最低充電率SOCminを算出し、前記最低充電率SOCminを、前記非常用負荷の非常時消費電力が必要容量以上維持され続けるように定期的に補正することを特徴とする請求項1に記載の電力供給システムにおける蓄電池の充放電制御方法。 - 前記電力供給システムには、太陽光発電装置が含まれており、
前記主制御装置は、前記太陽光発電装置から電力の供給がある場合に、受電用回線より受電する電力量を減らす制御を実行することを特徴とする請求項2に記載の電力供給システムにおける蓄電池の充放電制御方法。 - 前記電力供給システムは、
前記複数種類の電気設備へ供給されるトータルの電力を検出する消費電力検出手段と、
前記太陽光発電装置が発電する電力を検出する発電電力検出手段と、を備えており、
前記蓄電制御回路は、前記発電電力検出手段により検出された電力量が前記消費電力検出手段により検出された電力量を上回る場合に、前記蓄電装置の充電制御を実行することを特徴とする請求項3に記載の電力供給システムにおける蓄電池の充放電制御方法。 - 前記システム上残す必要がある電力容量の割合は、前記蓄電池の終止電圧に相当する容量の割合であることを特徴とする請求項2~4のいずれかに記載の電力供給システムにおける蓄電池の充放電制御方法。
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| WO2020080284A1 (ja) | 2018-10-15 | 2020-04-23 | 京セラ株式会社 | 電力管理装置、電力管理システム及び電力管理方法 |
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