JP5113789B2

JP5113789B2 - 充放電制御装置および充放電制御方法

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Publication number: JP5113789B2
Application number: JP2009075403A
Authority: JP
Inventors: 裕成川添; 基生二見; 一義尾嶝; 洋二池田; 義章佐藤
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP2010233287A

Description

本発明は、自然エネルギ発電装置の出力変動を抑制する充放電制御技術に関する。

風力発電や太陽光発電等の自然エネルギを利用する自然エネルギ発電装置は、自然条件の変化によって発電電力が変動するため、その自然エネルギ発電装置の導入量が増加すると、それに連系する電力系統に周波数変動や電圧変動等の悪影響を及ぼす可能性がある。その対策の一つとして、自然エネルギ発電装置に蓄電装置を併設し、その電力系統の電圧変動を抑制する方法が提案されている。例えば、特許文献１に記載の自然エネルギ発電装置の出力変動を補償する蓄電装置は、２つの電池を備え、定期的に放電と充電とを切り替えて、自然エネルギ発電装置の出力変動を補償するものである。

特開２００１−１５７３８２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の蓄電装置では、放電と充電との切り替え期間を蓄電装置の定格容量に合わせて予め決めてしまっている（段落００２２、００２４参照）。そのため、自然エネルギ発電装置の導入量が増加した場合の大きな出力変動に適応しつつ、蓄電装置を構成する電池間で放電と充電とを適応的に切り替えることができないという問題がある。そこで、本発明は、自然エネルギ発電装置の出力変動を規定範囲に抑制しながら、適応的に電池の充放電管理を行える充放電制御技術を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明における充放電制御装置は、電池（複数の単電池を直列に接続した場合を含む）に電力変換器（インバータおよびコンバータ）を接続したユニットを複数並列に備える蓄電装置を制御するために、該ユニットごとにその充放電を制御する電力変換器コントローラと、さらに、複数の前記電力変換器コントローラを一つのグループとして充放電制御を行うグループコントローラと、そのグループコントローラを介して前記蓄電装置全体の充放電を制御する統括コントローラとを備え、自然エネルギ発電装置の出力変動を規定範囲に抑制することを特徴とする。

本発明によれば、自然エネルギ発電装置の出力変動を規定範囲に抑制しながら、適応的に電池の充放電管理を行える充放電制御技術を提供することが可能となる。

本実施形態における電力システムの構成を示す図である。統括コントローラの構成例を示す図である。グループ充放電指令値配分部における配分方法の概要を示す図であり、（ａ）は放電の場合を示す図であり、（ｂ）は充電の場合を示す図である。グループ充放電指令値配分部における処理の流れ（放電の場合）を示す図である。グループ充放電指令値配分部における処理の流れ（充電の場合）を示す図である。グループコントローラの構成例を示す図である。電力変換器コントローラの構成例を示す図である。ゲートパルス停止方法の例を示す図である。回復充電時の各ユニットの充放電状態の時間経過の例を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（以降、「実施形態」と称す）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

本実施形態における電力システム１の構成について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、電力システム１は、自然エネルギ発電装置８０から出力される電力ＰＮおよび蓄電装置１００から出力される電力ＰＢ（放電を正、充電を負とする）の合計が、連系点Ａにおいて電力系統９０の系統電力ＰＳとなるように調整する。なお、自然エネルギ発電装置８０は、風力発電装置や太陽光発電装置等である。したがって、電力ＰＮは、自然エネルギの変化によって変動する。そこで、蓄電装置１００は、電力ＰＮの変動を吸収し、系統電力ＰＳが規定変動範囲内に収まるように、その蓄電装置１００内に備えられている電池６０の充放電を制御する。なお、電池６０は、二次電池であって、鉛電池やＮａＳ（ナトリウム硫黄）電池、電気二重層コンデンサ、レドックスフロー電池等である。

蓄電装置１００は、電池６０および電力変換器５０をユニット５１とし、そのユニット５１を並列に接続し、変圧器７０を介して電力ＰＢを出力する。ユニット５１の数は、例えば、１００程度である。電池６０の回復充電を含む充放電管理は、充放電制御装置１０によって、ユニット５１を単位として行われる。

本実施形態における充放電制御装置１０は、蓄電装置１００全体を制御する統括コントローラ２０を備え、蓄電装置１００の出力である電力ＰＢを制御する。その統括コントローラ２０の配下には、複数のグループコントローラ３０が備えられる。グループコントローラ３０は、複数のユニット５１を一まとまりのグループ５２として制御する。そして、グループコントローラ３０は、電力変換器コントローラ４０を介して、ユニット５１の電力変換器５０を制御し、そのユニット５１の充放電を管理する。例えば、１つのグループ５２として管理されるユニット５１の数は、１０程度である。したがって、仮に、ユニット５１の数が１００程度であれば、グループコントローラ３０の数は１０程度となる。なお、統括コントローラ２０およびグループコントローラ３０には、制御演算機能を有するプログラマブルロジックコントローラやマイコン等が用いられる。

次に、統括コントローラ２０の構成例について、図２を用いて説明する（適宜、図１参照）。統括コントローラ２０は、蓄電装置出力補正部２１と、予めオペレータ等によって設定されている電力システム１の出力目標値ＰＳＴを保持する記憶部２２と、グループ充放電指令値配分部２３と、を備える。この記憶部２２に保持されている電力システム１の出力目標値ＰＳＴは、系統電力ＰＳの目標値である。

蓄電装置出力補正部２１は、系統電力ＰＳと電力システム１の出力目標値ＰＳＴとの差分を所定の時間に亘って積分して、蓄電装置出力補正値ＰＳＣを出力する。なお、この蓄電装置出力補正値ＰＳＣには、各ユニット５１から連系点Ａまでの配線や変圧器７０のインピーダンスドロップ等の補償分が含まれている。また、この蓄電装置出力補正値ＰＳＣには、蓄電装置１００の補機（蓄電装置１００の動作環境を維持するための空調機等）がこの蓄電装置１００から電力供給を受けている場合には、その消費電力の補償分が含まれる。

さらに、統括コントローラ２０は、蓄電装置出力補正値ＰＳＣと電力システム１の出力目標値ＰＳＴとを加算し、その加算値から自然エネルギ発電装置８０の出力である電力ＰＮを減算する演算を行う。該演算によって、蓄電装置１００の出力である電力ＰＢを制御する充放電指令値ＰＢＲが算出される。

次に、グループ充放電指令値配分部２３は、充放電指令値ＰＢＲを、後記する処理に基づいて、各グループコントローラ３０（３０ｘ）に配分するグループ充放電指令値ＰＢＧＲｘを決定する。なお、ｘは、グループコントローラ３０（３０ｘ）の識別子である。そして、統括コントローラ２０は、各グループコントローラ３０ｘに、グループ充放電指令値ＰＢＧＲｘを送信する。

ここで、グループ充放電指令値配分部２３における配分方法の概要（グループ数が３の場合）について、図３を用いて説明する（適宜、図１，２参照）。なお、図３では、グループ５２を、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３（Ｇｘ）のように表す。図３（ａ）に示す放電の場合では、始めに、各グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３のＳＯＣ（State of Charge）が、電池６０の出力電流を積算することにより計算される。なお、ＳＯＣは、電池容量に対して充電している電気量を比率で表したものである。そして、放電の場合には、ＳＯＣが高い順に、各グループＧ１〜Ｇ３に優先順位を付けて、充放電指令値ＰＢＲを配分する。図３（ａ）では、Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３の順にＳＯＣが高かったものとして表している。すなわち、優先順位は、上位からＧ１，Ｇ２，Ｇ３の順である。

次に、グループ充放電指令値配分部２３は、充放電指令値ＰＢＲと各グループＧ１〜Ｇ３の放電最大出力値ＰＢＧＰ１〜ＰＢＧＰ３とから、充放電指令値ＰＢＲを配分するグループＧｘを決定する。図３（ａ）の場合には、充放電指令値ＰＢＲが放電最大出力値ＰＢＧＰ１より大きく、ＰＢＧＰ１＋ＰＢＧＰ２以下であるので、充放電指令値ＰＢＲをグループＧ１およびグループＧ２に配分する。なお、グループＧ３への配分は、ゼロとする。

配分の割合は、次式に示すように、配分対象となったグループ全体の放電最大出力値の合計に対する、個々のグループの放電最大出力値の比率とする。したがって、個々のグループＧｘに配分されるグループ充放電指令値ＰＢＧＲｘは、充放電指令値ＰＢＲに前記比率を乗算することによって以下のように計算される。
ＰＢＧＲ１＝ＰＢＲ×ＰＢＧＰ１／（ＰＢＧＰ１＋ＰＢＧＰ２）
ＰＢＧＲ２＝ＰＢＲ×ＰＢＧＰ２／（ＰＢＧＰ１＋ＰＢＧＰ２）
ＰＢＧＲ３＝０

次に、図３（ｂ）に示すように、充電の場合には、ＳＯＣが低い順に、各グループＧ１〜Ｇ３に優先順位を付けて、充放電指令値ＰＢＲを配分する。すなわち、優先順位は、放電の場合と逆で、上位からＧ３，Ｇ２，Ｇ１の順である。

次に、充放電指令値ＰＢＲと各グループＧ１〜Ｇ３の充電最大出力値ＰＢＧＮ１〜ＰＢＧＮ３とから、充放電指令値ＰＢＲを配分するグループＧｘを決定する。図３（ｂ）の場合には、充放電指令値ＰＢＲが充電最大出力値ＰＢＧＮ３より小さく、ＰＢＧＮ３＋ＰＢＧＮ２以上であるので、充放電指令値ＰＢＲをグループＧ３およびグループＧ２に配分する。なお、グループＧ１への配分は、ゼロとする。

配分の割合は、次式に示すように、配分対象となったグループ全体の充電最大出力値の合計に対する、個々のグループの充電最大出力値の比率とする。したがって、個々のグループＧｘに配分されるグループ充放電指令値ＰＢＧＲｘは、充放電指令値ＰＢＲに前記比率を乗算することによって以下のように計算される。
ＰＢＧＲ１＝０
ＰＢＧＲ２＝ＰＢＲ×ＰＢＧＮ２／（ＰＢＧＮ３＋ＰＢＧＮ２）
ＰＢＧＲ３＝ＰＢＲ×ＰＢＧＮ３／（ＰＢＧＮ３＋ＰＢＧＮ２）

前記した、グループ充放電指令値配分部２３における処理の流れを、図４，５を用いて説明する（適宜、図１，３参照）。図４は、放電の場合を示している。始めに、グループ５２ごとに、ＳＯＣの高い順に、そのグループ５２を放電に用いる優先順位を決定する（ステップＳ４０１）。そして、ＳＯＣが等しいグループ５２があるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。ＳＯＣが等しいグループ５２がある場合（ステップＳ４０２でＹｅｓ）、ＳＯＣの等しいグループ５２間について、放電積算量の少ない方を優先して順位を決定する（ステップＳ４０３）。これにより，ＳＯＣが等しい場合でもグループ間の放電積算量が均等化でき，結果として特定グループの電池劣化の進行を防止することができる。放電積算量とは，電池の放電電流，または放電電力を積算した値である。放電積算量も等しい場合には，例えば，グループ５２を識別する番号の小さい方を，優先順位の上位とする。なお、ステップＳ４０２でＮｏの場合は、ステップＳ４０３をスキップする。ステップＳ４０３までの処理によって、優先順位の上位ｉ番目をグループ５２を識別する番号（記号）ｋに並べ替える並べ替え関数ｇ（ｉ）が算出される（ステップＳ４０４）。すなわち、ｋ＝ｇ（ｉ）である。

次に、充放電指令値ＰＢＲを配分するグループ５２の決定処理を行う。ステップＳ４０５では、初期値Ｐ＝０、ｉ＝０、およびすべてのｊについてＰＢＧＲｊ＝０が設定される。そして、ｉ＝ｉ＋１を演算して、優先順位の上位ｉ番目のグループ５２ｉの放電最大出力値ＰＢＧＰｉをＰに加算する（ステップＳ４０６）。そして、ｉが最後か否かが判定される（ステップＳ４０７）。ｉが最後でない場合（ステップＳ４０７でＮｏ）、充放電指令値ＰＢＲがＰ以下か否かが判定される（ステップＳ４０８）。そして、充放電指令値ＰＢＲがＰ以下となった場合（ステップＳ４０８でＹｅｓ）、式（１）によって、各グループ充放電指令値ＰＢＧＲｘが算出される（ステップＳ４０９）。

１≦ｊ≦ｉにおけるｋ＝ｇ（ｊ）について、グループ充放電指令値ＰＢＧＲｋは、式（１）で表される。

なお、ステップＳ４０７において、ｉが最後の場合（ステップＳ４０７でＹｅｓ）、ステップＳ４０８をスキップする。また、ステップＳ４０８において、ＰＢＲがＰより大きい場合（ステップＳ４０８でＮｏ）、処理はステップＳ４０６へ戻る。

図５は、充電の場合を示している。始めに、グループ５２ごとに、ＳＯＣの低い順に、そのグループ５２を充電の対象とする優先順位を決定する（ステップＳ５０１）。そして、ＳＯＣが等しいグループ５２があるか否かを判定する（ステップＳ５０２）。ＳＯＣが等しいグループ５２がある場合（ステップＳ５０２でＹｅｓ）、ＳＯＣの等しいグループ５２間について、充電積算量の少ない方を優先して順位を決定する（ステップＳ５０３）。これにより，ＳＯＣが等しい場合でもグループ間の充電積算量が均等化でき，結果として特定グループの電池劣化の進行を防止することができる。充電積算量とは，電池の充電電流，または充電電力を積算した値である。充電積算量も等しい場合には，例えば，グループ５２を識別する番号の小さい方を，優先順位の上位とする。なお、ステップＳ５０２でＮｏの場合は、ステップＳ５０３をスキップする。ステップＳ５０３までの処理によって、優先順位の上位ｉ番目をグループ５２を識別する番号（記号）ｋに並べ替える並べ替え関数ｇ（ｉ）が算出される（ステップＳ５０４）。すなわち、ｋ＝ｇ（ｉ）である。

次に、充放電指令値ＰＢＲを配分するグループ５２の決定処理を行う。ステップＳ５０５では、初期値Ｐ＝０、ｉ＝０、およびすべてのｊについてＰＢＧＲｊ＝０が設定される。そして、ｉ＝ｉ＋１を演算して、優先順位の上位ｉ番目のグループ５２ｉの充電最大出力値ＰＢＧＮｉをＰに加算する（ステップＳ５０６）。そして、ｉが最後か否かが判定される（ステップＳ５０７）。ｉが最後でない場合（ステップＳ５０７でＮｏ）、充放電指令値ＰＢＲがＰ以上か否かが判定される（ステップＳ５０８）。そして、充放電指令値ＰＢＲがＰ以上となった場合（ステップＳ５０８でＹｅｓ）、式（２）によって、各グループ充放電指令値ＰＢＧＲｘが算出される（ステップＳ５０９）。

１≦ｊ≦ｉにおけるｋ＝ｇ（ｊ）について、グループ充放電指令値ＰＢＧＲｋは、式（２）で表される。

なお、ステップＳ５０７において、ｉが最後の場合（ステップＳ５０７でＹｅｓ）、ステップＳ５０８をスキップする。また、ステップＳ５０８において、ＰＢＲがＰ未満の場合（ステップＳ５０８でＮｏ）、処理はステップＳ５０６へ戻る。

図３〜図５に示したように、蓄電装置１００全体の充放電指令値ＰＢＲを、各グループ５２ｘのＳＯＣと電力変換器５０の放電最大出力値ＰＢＧＰｘまたは充電最大出力値ＰＢＧＮｘに応じて配分することで、グループ５２ｘごとのＳＯＣを均等にすることが可能となる。なお、各グループ５２ｘのＳＯＣ、放電最大出力値ＰＢＧＰｘ、および充電最大出力値ＰＢＧＮｘは、グループコントローラ３０ｘによって、グループ５２ｘ内の各電力変換器コントローラ４０から取得され、統括コントローラ２０に送信される。

次に、グループコントローラ３０の構成例について、図６を用いて説明する（適宜、図１参照）。図６に示すように、グループコントローラ３０は、各ユニット５１の回復充電を管理するユニット回復充電管理部３１、グループ５２のグループ出力補正値ＰＢＧＲＣｘを算出するグループ出力補正部３２、およびグループ充放電指令値ＰＢＧＲＲｘを各ユニット５１に配分するユニット充放電指令値ＰＢＵＲｘｎを算出するユニット充放電指令値配分部３３を備える。なお、ｘはグループの識別子、ｎはユニットの識別子を表す。

ユニット回復充電管理部３１は、グループ５２内の各電池６０の回復充電時期を判定し、自然エネルギ発電装置８０の出力である電力ＰＮを受信して、電力ＰＮの大きさを所定の値（規定値）と比較し、その比較結果に基づいて、回復充電指令値ＰＳＴＲｘｎを各電力変換器コントローラ４０に送信する。また、回復充電中に自然エネルギ発電装置８０の出力である電力ＰＮが規定値より小さくなった場合、ユニット回復充電管理部３１は、回復充電を一旦中止する指令を、各電力変換器コントローラ４０に送信する。そして、ユニット回復充電管理部３１は、電池６０の回復充電管理を、グループ５２単位で行う。

グループ出力補正部３２は、グループ充放電指令値ＰＢＧＲｘとグループ出力ＰＢＧｘとの差分を所定の時間積分して、グループ出力補正値ＰＢＧＲＣｘを算出する。そして、グループコントローラ３０は、グループ充放電指令値ＰＢＧＲｘとグループ出力補正値ＰＢＧＲＣｘとを加算して、グループ充放電指令値ＰＢＧＲＲｘを算出する。このグループ充放電指令値ＰＢＧＲＲｘには、各ユニット５１から各グループ５２の連系点Ｂまでの電力損失の補償分が含まれる。また、グループ出力補正部３２の積分時定数は、蓄電装置１００全体に係る電力損失を補償するために、図２に示す蓄電装置出力補正部２２の積分時定数と協調して調整される。

ユニット充放電指令値配分部３３は、グループ充放電指令値ＰＢＧＲＲｘから各ユニット５１に配分するユニット充放電指令値ＰＢＵＲｘｎを算出する。そして、ユニット充放電指令値配分部３３は、算出したユニット充放電指令値ＰＢＵＲｘｎを、各電力変換器コントローラ４０に送信する。なお、ユニット充放電指令値配分部３３において用いられる配分方法は、前記したグループ充放電指令値配分部２１（図２参照）における配分方法と同様である。すなわち、その配分方法において、グループ充放電指令値配分部２１におけるグループ５２をユニット充放電指令値配分部３３におけるユニット５１に置き換えればよい。

前記したように、グループ５２のグループ充放電指令値ＰＢＧＲＲｘを各ユニット５１ｘｎのＳＯＣと電力変換器５０の放電最大出力値ＰＢＧＰｘｎまたは充電最大出力値ＰＢＧＮｘｎに応じて配分することで、ユニットごとのＳＯＣを均等にすることが可能となる。なお、各ユニットｘｎのＳＯＣ、放電最大出力値ＰＢＧＰｘｎ、および充電最大出力値ＰＢＧＮｘｎは、電力変換器コントローラ４０ｘｎによって取得され、グループコントローラ３０ｘに送信される。

次に、電力変換器コントローラ４０の構成例について、図７を用いて説明する。図７に示すように、電力変換器コントローラ４０は、電池６０の回復充電を行う回復充電部４１、各ユニット５１の出力電力を制御する電力制御部４２、および各電力変換器５０をＰＷＭ（Pulse width Modulation）制御するＰＷＭ電流制御部４３を備える。

回復充電部４１は、グループコントローラ３０から回復充電指令値ＰＳＴＲｘｎを受信し、定電流、定電圧等の電池６０の寿命、容量低下を抑制するための回復充電制御を行う。

電力制御部４２は、グループコントローラ３０からユニット充放電指令値ＰＢＵＲｘｎを受信し、各ユニット５１の出力電力を制御する。

ＰＷＭ電流制御部４３は、回復充電部４１または電力制御部４２の出力に応じて、各ユニット５１の出力電流を制御する。そして、ＰＷＭ電流制御部４３は、各電力変換器５０ｘｎを駆動するためのゲートパルスＧＰＬＳｘｎを生成すると共に、ユニット充放電指令値ＰＢＵＲｘｎがゼロの場合にゲートパルスの出力を停止するようにする。これにより、電力の変動抑制に寄与しない電力変換器５０のスイッチング損失を無くし、蓄電装置１００全体の電力損失を低減することが可能となる。また、ＰＷＭ電流制御部４３は、ユニット充放電指令値ＰＢＵＲｘｎの入力を検知した場合、ゲートパルスの出力の停止を解除し、直ちに始動する。

ここで、ゲートパルス停止方法の一例を、図８を用いて説明する。図８に示すように、ＰＷＭの変調波と搬送波（キャリア）との交点でゲートパルスＧＰＬＳｘｎが生成される。そして、ユニット充放電指令値ＰＢＵＲｎ＝０の期間では、電力変換器コントローラ４０は、停止信号を用いてゲートパルスの出力を停止する。

次に、回復充電時の各ユニット５１の動作の具体例（ユニット数が３の場合）を、図９を用いて説明する（適宜、図１，６参照）。図９の横軸は時刻、縦軸はユニット５１の電力を表しており、正側が放電域、負側が充電域である。

図９に示すように、各ユニット５１（５１ａａ，５１ａｂ，５１ａｃ）は、時刻Ｔ１までは、全ユニット５１で自然エネルギ発電装置８０の出力である電力ＰＮの変動を抑制している。時刻Ｔ１の時点から、グループコントローラ３０のユニット回復充電管理部３１が、ユニット５１ａａの回復充電のために、その電力変換器５０ａａの放電最大出力値ＰＢＧＰａａを、出力変動制御に悪影響を与えないように、徐々にゼロまで絞り込む。この電力変換器５０ａａの放電最大出力値ＰＢＧＰａａの減少を補償するように、ユニット５１ａｂ，５１ａｃの放電電力が増加する。

そして、時刻Ｔ２の時点から、ユニット５１ａａの回復充電が開始される。時刻Ｔ２〜Ｔ３の間は、ユニット５１ａａの回復充電が行われ、ユニット５１ａｂ，５１ａｃによって電力の補償が行われる。時刻Ｔ３からＴ４の間では、自然エネルギ発電装置８０の出力である電力ＰＮが規定値より小さくなったため、回復充電が一旦停止される。そのため、時刻Ｔ３から、ユニット５１ａａの充電電力が徐々にゼロに戻される。それにともなって、ユニット５１ａｂ，ａｃの放電電力は減少する。そして、時刻Ｔ４において、再び、自然エネルギ発電装置８０の出力である電力ＰＮが規定値以上になると、ユニット５１ａａの回復充電が始まり、ユニット５１ａｂ，５１ａｃの放電電力が増加する。

以上、本実施形態の蓄電装置１００（図１参照）の充放電制御装置１０は、電池６０（二次電池）と電力変換器５０とを単位とするユニット５１を並列に接続して電力を充放電する蓄電装置１００を制御するために、統括コントローラ２０とその配下に、複数のグループコントローラ３０を備える。そして、そのグループコントローラ３０は、さらに、電力変換器コントローラ４０を介して、複数のユニット５１の電力変換器５０を制御する。統括コントローラ２０は、自然エネルギ発電装置８０の出力である電力ＰＮ、電力系統９０の系統電力ＰＳ、および電力システム１の出力目標値ＰＳＴに基づいて、蓄電装置１００の出力である電力ＰＢを制御する指令値ＰＢＲを生成し、その指令値ＰＢＲを各グループコントローラ３０ｘに配分する。また、各グループコントローラ３０は、グループ５２ｘの出力である電力ＰＢＧｘおよび統括コントローラ２０から配分された指令値ＰＢＧＲｘに基づいて、該指令値ＰＢＧＲｘをさらに電力変換器コントローラ４０に配分する。そのため、自然エネルギ発電装置８０の出力である電力ＰＮの変動を規定範囲に抑制しながら、適応的に電池の充放電量管理を行える。

また、統括コントローラ２０は、各グループ５２ｘの放電最大出力値ＰＢＧＰｘおよび充電最大出力値ＰＢＧＮｘの大きさに応じて、グループ充放電指令値ＰＢＧＲｘを決定する。そして、グループコントローラ３０は、各ユニット５１ｘｎの放電最大出力値ＰＢＧＰｘｎおよび充電最大出力値ＰＢＧＮｘｎの大きさに応じて、ユニット充放電指令値ＰＢＵＲｘｎを決定する。そのため、グループ５２間のＳＯＣの均一化またはグループ５２内の電池６０のＳＯＣの均一化を図ることが可能となる。
また、ユニット充放電指令値ＰＢＵＲｘｎがゼロの場合、電力変換器５０を駆動するゲートパルスの出力を停止して、スイッチング損失を無くすことによって、蓄電装置１００全体の電力損失を低減することができる。

また、電力システム１の出力目標値ＰＳＴを用いることによって、ユニット５１から電力システムの連系点Ａまでの設備等にともなう電力損失を補償することができ、系統電力ＰＳを安定して供給することが可能となる。
また、統括コントローラ２０、グループコントローラ３０、および電力変換器コントローラ４０という階層構造によって、制御装置が構成されているため、ユニット５１が増加した場合には、グループコントローラ３０のプログラムの変更または増設というように、容易に対応することが可能となる。

１電力システム
１０充放電制御装置
２０統括コントローラ（第３のコントローラ）
２１グループ充放電指令値配分部
２２蓄電装置出力補正部
３０グループコントローラ（第２のコントローラ）
３１ユニット回復充電管理部
３２グループ出力補正部
３３ユニット充放電指令値配分部
４０電力変換器コントローラ（第１のコントローラ）
４１回復充電部
４２電力制御部
４３ＰＷＭ電流制御部
５０電力変換器
５１ユニット
６０電池
７０変圧器
８０自然エネルギ発電装置
９０電力系統
１００蓄電装置

Claims

二次電池と電力変換器とをユニットとし、複数の前記ユニットを並列に接続して充放電する蓄電装置の出力電力と、自然エネルギ発電装置の出力電力と、の合計である系統電力が所定の範囲に入るように前記蓄電装置の出力電力の制御を行う充放電制御装置であって、
前記ユニットの前記電力変換器を個別に制御する第１のコントローラと、
複数の前記ユニットを１まとまりのグループとして、そのグループの出力電力を前記第１のコントローラを介して制御する第２のコントローラと、
前記蓄電装置の出力電力の制御に用いる前記蓄電装置全体の充放電指令値を前記第２のコントローラごとにグループ充放電指令値として配分する第３のコントローラと、
を備え、
前記第２のコントローラは、前記グループ充放電指令値に基づいて、前記第１のコントローラを介して前記ユニットの出力電力を調整し、前記系統電力が所定の範囲に入るように制御する
ことを特徴とする充放電制御装置。
前記第３のコントローラは、処理部と、前記系統電力の目標値を記憶する記憶部とを備え、
前記処理部が、
前記系統電力および前記自然エネルギ発電装置の出力電力を取得し、
その取得した系統電力および自然エネルギ発電装置の出力電力と、前記系統電力の目標値とに基づいて、前記系統電力の目標値から該系統電力を減算し、その減算値を所定の時間積分した値に、前記系統電力の目標値を加算し、その加算値から該自然エネルギ発電装置の出力電力を減算して、前記蓄電装置全体の充放電指令値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
前記第３のコントローラは、前記二次電池の出力電流に基づいて算出されたＳＯＣ（State of Charge）と、前記グループごとの放電最大出力値および充電最大出力値のいずれかまたは両方とを用いて、前記蓄電装置全体の充放電指令値から前記グループ充放電指令値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
前記第３のコントローラは、放電出力値が大きいほど大きな正の前記蓄電装置全体の充放電指令値となる放電の場合、前記ＳＯＣの高い順に放電に用いるグループを選択していき、選択されたグループの放電最大出力値を順に加算していったときに、その加算値が前記蓄電装置全体の充放電指令値を超える直前に選択されていたグループについて、該グループの放電最大出力値の合計に対する個々の該グループの放電最大出力値の比率を算出し、前記蓄電装置全体の充放電指令値を前記比率応じて前記グループ放電指令値を算出する
ことを特徴とする請求項３に記載の充放電制御装置。
前記第３のコントローラは、充電出力値が大きいほど大きな負の前記蓄電装置全体の充放電指令値となる充電の場合には、前記ＳＯＣの低い順に充電に用いるグループを選択していき、選択されたグループの充電最大出力値を順に加算していったときに、その加算値が前記蓄電装置全体の充放電指令値を下回る直前に選択されていたグループについて、該グループの充電最大出力値の合計に対する個々の該グループの充電最大出力値の比率を算出し、前記蓄電装置全体の充放電指令値を前記比率応じて前記グループ充電指令値を算出する
ことを特徴とする請求項３に記載の充放電制御装置。
前記第３のコントローラは、前記ＳＯＣが等しいグループがある場合には、前記蓄電装置全体の充放電指令値が放電の時には放電積算量の少ないグループを，前記蓄電装置全体の充放電指令値が充電の時には充電積算量の少ないグループを優先して前記グループ放電指令値および前記グループ充電指令値を配分することを特徴とする請求項３に記載の充放電制御装置。
前記第２のコントローラは、取得した自身のグループの出力電力と前記グループ充放電指令値とに基づいて、該グループ充放電指令値から該自身のグループの出力電力を減算し、その減算値を所定の時間積分した値に、該グループ充放電指令値を加算して、前記自身のグループの充放電指令値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
前記第２のコントローラは、前記二次電池の出力電流に基づいて算出されたＳＯＣと、前記ユニットごとの放電最大出力値および充電最大出力値のいずれかまたは両方とを用いて、前記グループ充放電指令値から前記ユニットの出力電力を調整するユニット充放電指令値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
前記第２のコントローラは、放電出力値が大きいほど大きな正の前記グループ充放電指令値となる放電の場合には、前記ＳＯＣの高い順に放電に用いるユニットを選択していき、選択されたユニットの放電最大出力値を順に加算していったときに、その加算値が自身のグループ充放電指令値を超える直前に選択されていたユニットについて、該ユニットの放電最大出力値の合計に対する個々の該ユニットの放電最大出力値の比率を算出し、前記自身のグループ充放電指令値を前記比率に応じて前記ユニット放電指令値を算出する
ことを特徴とする請求項８に記載の充放電制御装置。
前記第２のコントローラは、充電出力値が大きいほど大きな負の前記グループ充放電指令値となる充電の場合には、前記ＳＯＣの低い順に充電に用いるユニットを選択していき、選択されたユニットの充電最大出力値を順に加算していったときに、その加算値が前記グループ充放電指令値を下回る直前に選択されていたユニットについて、該ユニットの充電最大出力値の合計に対する個々の該ユニットの充電最大出力値の比率を算出し、前記グループ充放電指令値を前記比率応じて前記ユニット充電指令値を算出する
ことを特徴とする請求項８に記載の充放電制御装置。
前記第２のコントローラは、前記ＳＯＣが等しいユニットがある場合には、前記グループ充放電指令値が放電の時には放電積算量の少ないユニットを，前記グループ充放電指令値が充電の時には充電積算量の少ないユニットを優先して前記ユニット放電指令値および前記ユニット充電指令値を配分することを特徴とする請求項８に記載の充放電制御装置。
前記第２のコントローラは、前記自然エネルギ発電装置の出力電力を取得し、その取得した自然エネルギ発電装置の出力電力が所定の値より小さいときに、回復充電を停止する指示を前記第１のコントローラに出力し、
前記第１のコントローラは、前記回復充電を停止する指示を受信したとき、回復充電を停止する制御をおこなう
ことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
前記第１のコントローラは、
前記ユニットの電力変換器をＰＷＭ（Pulse width Modulation）制御するＰＷＭ電流制御部を備え、
前記ＰＷＭ電流制御部が、前記ユニット放電指令値がゼロの場合に、ゲートパルスの出力を停止する
ことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御装置。
二次電池と電力変換器とをユニットとし、複数の前記ユニットを並列に接続して充放電する蓄電装置の出力電力と、自然エネルギ発電装置の出力電力と、の合計である系統電力が所定の範囲に入るように前記蓄電装置の出力電力の制御を行う充放電制御装置に用いられる充放電制御方法であって、
前記充放電制御装置は、
前記ユニットの前記電力変換器を個別に制御する第１のコントローラと、
複数の前記ユニットを１まとまりのグループとして、そのグループの出力電力を前記第１のコントローラを介して制御する第２のコントローラと、
前記蓄電装置の出力電力の制御に用いる前記蓄電装置全体の充放電指令値を前記第２のコントローラごとにグループ充放電指令値として配分する第３のコントローラと、
を備え、
前記第２のコントローラは、前記グループ充放電指令値に基づいて、前記第１のコントローラを介して前記ユニットの出力電力を調整し、前記系統電力が所定の範囲に入るように制御する
ことを特徴とする充放電制御方法。