JP6264247B2 - 再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システム - Google Patents

Description

本発明は、風力などの再生可能エネルギを利用した発電電力の変動を緩和するための再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムに関する。

近年、風力や太陽光などの再生可能エネルギを利用した発電が広く行われている。こうした発電により得られる電力は、天候などによって大きく変動するため、送配電システムへの影響が大きい。そこで、このような再生可能エネルギを利用した発電を行う発電サイトにおいては、直列や並列に接続された複数の蓄電池セルを用いて発電電力の変動を緩和する蓄電池システムが広く利用されている。

並列接続された蓄電池の制御においては、並列接続された蓄電池間の電流の偏差の閾値判定に基づき、電流制限を行う方式が下記の特許文献１に開示されている。

特開２０１１−２５０６２２号公報

近年、上記のような再生可能エネルギを利用した発電サイトは、大規模化によって発電可能な電力が増大しており、これに伴って、変動緩和に用いられる蓄電池システムの大容量化が求められている。蓄電池システムの大容量化は、一般に蓄電池セルの個数を増加することで達成できるが、蓄電池セルの個数が増加すると、それに応じて、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが発生する確率も増加する。

もし、標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態となった蓄電池セルをそのままにして蓄電池システムの運用を継続すると、本来の設計値からバイアスがかかった状態で充放電が行われることとなるため、他の蓄電池セルの寿命等に影響を与える可能性がある。特に、鉛蓄電池などは、リチウムイオン電池のように個別のセルの電圧の検出を行っていないため、多数の蓄電池セルが直列に接続されている場合に、標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態となった蓄電池セルの検出が困難である。

上記の状況に鑑みて、本発明の主な目的は、再生可能エネルギを利用した発電電力の変動を緩和するための蓄電池システムにおいて、いずれかの蓄電池セルに標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態が生じた場合にも、その影響を低減してシステムの運用を継続することにある。

本発明の一態様による再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムは、再生可能エネルギを利用した発電電力の変動を緩和するための蓄電池システムであって、１または２以上の蓄電池セルを直列接続してそれぞれ構成される複数の蓄電池ストリングを有する蓄電池バンクと、前記複数の蓄電池ストリングが並列に接続され、前記蓄電池バンクの充放電を行う変換器と、前記複数の蓄電池ストリングの各々に流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器により検出された各蓄電池ストリングの電流を比較する電流比較部と、前記変換器による前記蓄電池バンクの充放電を制御する充放電制御部と、前記電流比較部による前記電流の比較結果に基づいて、前記蓄電池バンクに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在するか否かを判断し、前記標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在すると判断した場合に、前記蓄電池バンクを充放電する際の放電深度の上限値および最大連続放電電荷量の少なくとも一方を変更するモード設定部と、を備える。
本発明の他の一態様による再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムは、再生可能エネルギを利用した発電電力の変動を緩和するための蓄電池システムであって、１または２以上の蓄電池セルを直列接続してそれぞれ構成される複数の蓄電池ストリングを有する蓄電池バンクと、前記複数の蓄電池ストリングが並列に接続され、前記蓄電池バンクの充放電を行う変換器と、前記複数の蓄電池ストリングをそれぞれ構成する各蓄電池セルの電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器により検出された各蓄電池セルの電圧を比較する電圧比較部と、前記変換器による前記蓄電池バンクの充放電を制御する充放電制御部と、前記電圧比較部による前記電圧の比較結果に基づいて、前記蓄電池バンクに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在するか否かを判断し、前記標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在すると判断した場合に、前記蓄電池バンクを充放電する際の放電深度の上限値および最大連続放電電荷量の少なくとも一方を変更するモード設定部と、を備える。

本発明によれば、再生可能エネルギを利用した発電電力の変動を緩和するための蓄電池システムにおいて、いずれかの蓄電池セルに標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態が生じた場合にも、その影響を低減してシステムの運用を継続することができる。

本発明の第１の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの構成を示す図である。 第１の実施形態における健全性モード変更タスクの処理フローを示す図である。 閾値の設定方法を説明するための図である。 本発明の第２の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの構成を示す図である。 第２の実施形態における健全性モード変更タスクの処理フローを示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの構成を示す図である。 代替モード移行動作タスクの処理フローを示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの構成を示す図である。 代替組み合わせ動作タスクの処理フローを示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの一構成例を示す図である。 本発明の第５の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの別の一構成例を示す図である。 本発明の第６の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの構成を示す図である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの構成を示す図である。この蓄電池システムは、再生可能エネルギの一つである風力を利用した発電電力の変動を緩和するためのシステムであり、風力発電機１１０と送配電システム１０８の間に設けられた母線１０９に接続されている。図１に示す蓄電池システムは、複数の蓄電池セル１０１を直列接続してそれぞれ構成された２つの蓄電池ストリング１１１をそれぞれ有する複数の蓄電池バンク１１２と、各蓄電池バンク１１２にそれぞれ接続された複数の変換器１０２と、平準化制御装置１０３とを備える。

なお、図１では複数の蓄電池セル１０１を直列接続して蓄電池ストリング１１１を構成しているが、１つの蓄電池セル１０１を蓄電池ストリング１１１として用いてもよい。また、蓄電池バンク１１２は２つの蓄電池ストリング１１１を有しているが、３つ以上の蓄電池ストリング１１１を蓄電池バンク１１２内に設けてもよい。

風力発電機１１０は、回転翼等により風力を受けて得た発電機駆動力により発電を行い、発電によって得られた電力を母線１０９を介して送配電システム１０８に出力する。この風力発電機１１０で発電される電力量は、風力に応じて変化するために変動が大きい。こうした風力発電機１１０による発電電力の変動の緩和を行わずに、外部の送配電システム１０８と連系させることは、送配電システム１０８に与える影響を考慮すると、困難な場合が多い。そこで、本実施形態の蓄電池システムは、平準化制御装置１０３により変換器１０２を制御して蓄電池バンク１１２の充放電を行うことで、このような発電電力の変動を緩和する。

ここで、複数の蓄電池セル１０１を直列接続して蓄電池ストリング１１１としているのは、変換器１０２において十分に効率的な変換を行えるように、所定の充放電電圧を確保するためである。また、蓄電池バンク１１２内の２つの蓄電池ストリング１１１は、１つの変換器１０２に対して並列に接続されている。これは、単一の蓄電池セル１０１の大容量化には限界があるため、１つの変換器１０２あたりの電流量に対応する充放電電流を並列化によって確保するためである。

蓄電池バンク１１２内には、各蓄電池ストリング１１１に流れる電流を検出するための電流検出器１２０が設けられている。電流検出器１２０による各蓄電池ストリング１１１の電流検出結果を示す計測データは、電流検出器１２０から平準化制御装置１０３に出力される。

変換器１０２は、対応する蓄電池バンク１１２の充放電をそれぞれ行う。ここで図１に示すように、近年の風力発電機１１０の大容量化に伴って、母線１０９には複数の変換器１０２が並列に接続されている場合が多い。

平準化制御装置１０３には、図１に示すように、風力発電機１１０の発電電力を示す計測データ、送配電システム１０８への出力電力を示す計測データ、および電流検出器１２０による各蓄電池ストリング１１１の電流検出結果を示す計測データが入力される。平準化制御装置１０３は、これらの計測データに基づいて、変換器１０２の制御を行う。具体的には、風力発電機１１０により発電された電力の変動に対して、蓄電池バンク１１２からの充放電電力がおよそ逆位相となるように、変換器１０２を介して蓄電池バンク１１２を充放電させる。これにより、風力発電機１１０を送配電システム１０８に連系させることが可能となる程度まで、風力発電機１１０による発電電力の変動量を平準化する。

平準化制御装置１０３は、電流比較部１０４、充放電制御部１０５、モード設定部１０６および制御定数保持部１０７を有する。

電流比較部１０４は、電流検出器１２０により検出された各蓄電池ストリング１１１の電流を比較し、その比較結果を充放電制御部１０５およびモード設定部１０６に出力する。具体的には、並列接続された２つの蓄電池ストリング１１１の電流値の差分を算出し、その差分が所定の閾値未満であるか否かを判定する。

充放電制御部１０５は、制御定数保持部１０７に保持された各種の制御定数を用いて、変換器１０２に対する制御演算を行い、その演算結果に応じた制御信号を変換器１０２に出力する。これにより、各変換器１０２による蓄電池バンク１１２の充放電を制御する。

モード設定部１０６は、電流比較部１０４による各蓄電池ストリング１１１の電流の比較結果に基づいて、いずれかの蓄電池バンク１１２に標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在するか否かを判断する。その結果、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断した場合は、当該蓄電池バンク１１２を充放電する際の放電深度（ＤＯＤ：Depth Of Discharge）の上限値を変更する指令を制御定数保持部１０７に対して出力すると共に、外部への制御信号として警報１１３を出力する。なお、ここでいう標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１とは、充放電時の電圧や電流の低下、内部抵抗値の増加など、一般的には充放電能力の低下につながるものである。

制御定数保持部１０７は、充放電制御部１０５が行う制御演算に用いるための各種の制御定数を記憶保持している。この制御定数は、各蓄電池バンク１１２が有する蓄電池ストリング１１１の電気的特性などに応じて設定されており、各蓄電池バンク１１２を充放電する際の放電深度の上限値（充放電可能な電池容量の範囲）や、最大連続放電電荷量（連続して放電可能な電荷量の最大値）などを含む。

図２は、本発明の第１の実施形態における平準化制御装置１０３が実行する健全性モード変更タスクの処理フローを示す図である。この処理フローに示す健全性モード変更タスクは、図１の蓄電池システムが起動されたときや、所定の処理周期ごとに実行されるものである。

ここで、健全性モードとは、各蓄電池バンク１１２に対して、前述のような標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在するか否かに応じて設定される変数である。具体的には、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在しない蓄電池バンク１１２に対しては、当該蓄電池バンク１１２が正常な状態にあることを表すために、健全性モードの値を０に設定する。一方、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在する蓄電池バンク１１２に対しては、当該蓄電池バンク１１２が警戒すべき状態にあることを表すために、健全性モードの値を１に設定することとする。以下では、健全性モードの値が０に設定されている場合を「正常(0)」、健全性モードの値が１に設定されている場合を「警戒(1)」とそれぞれ称する。

なお、以降では、図１の蓄電池システムがｎ個の蓄電池バンク１１２を有しており、このｎ個の蓄電池バンク１１２を対象に図２の処理を行う場合を例として説明する。

ステップＳ５０１において、モード設定部１０６は、ｎ個の各蓄電池バンク１１２に対する健全性モードの初期値として、正常(0)をそれぞれ設定する。なお、初回の起動時以降では、各蓄電池バンク１１２に対して前回設定されていたモードを図示しないデータ格納部に保存しておき、そのモードをステップＳ５０１で設定してもよい。

ステップＳ５０２において、電流比較部１０４およびモード設定部１０６は、各蓄電池バンク１１２に対するループ処理を開始する。ここでは、ｎ個の蓄電池バンク１１２のうち、ｋ番目の蓄電池バンク１１２（ｋ＝１〜ｎ）を対象に、以降説明するステップＳ５０４〜Ｓ５０７のループ処理を行う。なお、ｋの値は、ループ処理を行う度に１ずつ増加される。

ステップＳ５０３において、電流比較部１０４は、ｋ番目の蓄電池バンク１１２が有する２つの蓄電池ストリング１１１について、これらに流れる電流値を、ストリング電流値Ｉ１−ｋおよびＩ２−ｋとして電流検出器１２０から取得する。

ステップＳ５０４において、電流比較部１０４は、ステップＳ５０３で取得したストリング電流値Ｉ１−ｋとストリング電流値Ｉ２−ｋの差分を算出し、この差分が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。その結果、差分が閾値よりも大きければステップＳ５０５に進み、閾値以下であればステップＳ５０８に進む。

なお、信頼性向上のため、上記のステップＳ５０３およびＳ５０４の処理を複数回行うことで判定処理を行ってもよい。この判定処理の例としては、ストリング電流値のサンプリングを複数回行い、それぞれの差分が閾値を継続して超過するか否かの判定を行う方式が挙げられる。または、回数以外に、差分が閾値を超過する継続時間等に基づいて判定処理を行ってもよい。こうした判定処理は、ソフトウェアにより実現してもよいし、コンパレータとタイマーを適宜組み合わせる等の方法でハードウェアにより実現してもよい。

ステップＳ５０５において、モード設定部１０６は、ｋ番目の蓄電池バンク１１２に標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断し、この蓄電池バンク１１２に対する健全性モードを警戒(1)に設定する。

ステップＳ５０６において、モード設定部１０６は、ステップＳ５０５で標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断して健全性モードを警戒(1)に設定したｋ番目の蓄電池バンク１１２に対して、この蓄電池バンク１１２に対応する放電深度の上限値を変更（減少）させる指令を制御定数保持部１０７に出力する。この指令に応じて、制御定数保持部１０７は、当該蓄電池バンク１１２に対して設定されている制御定数のうち放電深度の上限値を変更（減少）する。

たとえば、健全性モードが正常(0)のときに、放電深度の上限値を７０％とし、充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）が９０％〜３０％の範囲で蓄電池バンク１１２を運用していた場合、健全性モードを警戒(1)に設定したときには、放電深度の上限値を６０％（ＳＯＣが９０％〜４０％）に変更する。ここで、標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態となった蓄電池セル１０１では、他の蓄電池セル１０１と比べて、ＳＯＣが低い範囲において電気的特性（たとえば端子電圧）の隔たりが大きくなるのに対して、ＳＯＣが高い範囲では電気的特性の隔たりが比較的小さくなる傾向がある。したがって、上記のように放電深度の上限値を減少し、低いＳＯＣでの運用を行わないようにすることで、いずれかの蓄電池セル１０１が標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態となった場合でも、当該蓄電池バンク１１２の２つの蓄電池ストリング１１１間における電流のアンバランスを比較的小さな値で推移させつつ、システムの運用を継続することができる。その結果、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が出現した場合でも、他の蓄電池セル１０１に与える悪影響を抑制し、最終的に多数の蓄電池セル１０１の特性の変化や交換に至る事態を回避できる。また、蓄電池システムの運用を継続することで、再生可能エネルギを利用した発電サイトの収益確保に寄与できる。

一般に、並列接続された蓄電池の場合、蓄電池間に電気的特性のアンバランスが存在すると、充放電を繰り返すことにより、通常はそのアンバランスがより拡大する方向に進む場合が多い。再生可能エネルギを利用した発電サイトにおいては、高価な蓄電池を多数使用しており、蓄電池の所定の寿命を確保する必要があることから、並列に接続された蓄電池間のバランスの確保は重要である。そのため本実施形態では、いずれかの蓄電池セル１０１の電気的特性が標準から有意に隔たりを生じたと判断した場合には、上記ステップＳ５０６で設定した新しい放電深度の上限値を参照して、充放電制御部１０５が変換器１０２に対して、変動緩和に必要な充放電の指令を行うようにしている。

なお、充放電制御部１０５にとって、蓄電池バンク１１２に対する放電深度の上限値を下げるということは、当該蓄電池バンク１１２の見かけ上の容量が縮小（減少）することになる。しかし、一般に再生可能エネルギを利用した発電サイトでは、経年変化等に備えて蓄電池の容量に余裕をもたせている場合が多いため、見かけ上の蓄電池容量が縮小（減少）したとしても、サイト全体の動作に重大な影響を与える確率は低い。また、蓄電池の容量に余裕がない場合においても、最大の蓄電池容量が必要となるタイミングは、たとえば最大発電電力が長時間継続した場合などであり、その頻度は比較的小さい。そのため、この場合であっても、見かけ上の蓄電池容量を減じた影響は限定的となる。

なお、それまでの蓄電池バンク１１２の残容量を前提に充放電制御部１０５が制御を行っているときに、健全性モードが警戒(1)に設定された場合、変更後の放電深度の上限値の適用は、次の制御サイクルからとしてもよい。また、通常の充放電電流値にバイアスを加え、徐々に変更後の放電深度の条件に適合するよう移行させても良い。

ステップＳ５０７において、モード設定部１０６は、外部に所定の警報１１３を出力する。この警報１１３は、図示しないネットワークや通信路を経由して、図示しない再生可能エネルギ利用サイトの制御コンソールや、上位系コントローラ、遠隔監視システム等に出力される。こうして出力された警報１１３を確認することで、再生可能エネルギ利用サイトのオペレータは、標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態となっており点検や交換の必要がある蓄電池セル１０１の出現を認識して、たとえば次回の点検時に備えて代替品を手配するなど、必要な措置を迅速に行うことができる。

ステップＳ５０８において、電流比較部１０４およびモード設定部１０６は、ループ処理を未実施の蓄電池バンク１１２があれば、ステップＳ５０２に戻ってループ処理を継続し、ｎ個の蓄電池バンク１１２の全てに対してループ処理を実施済みであれば、ループ処理を終了する。ループ処理を終えたら図２の処理フローを終了し、健全性モード変更タスクの実行を完了する。

なお、以上説明した図２の処理フローにおいて、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在する場合に設定する健全性モードに複数のレベルを設けてもよい。たとえば、ステップＳ５０４の判定に用いる閾値を二段階に設定し、ストリング電流値の差分が上位の閾値よりも大きければ、ステップＳ５０５において、より強い警戒が必要であると判断し、健全性モードの値を２に設定する。以下では、健全性モードの値が２に設定されている場合を「厳重警戒(2)」と称する。この厳重警戒(2)の健全性モードが設定された場合、ステップＳ５０６では、警戒(1)が設定された場合と比べて、当該蓄電池バンク１１２の放電深度の上限値をより小さい値に変更することが好ましい。さらに、充放電制御部１０５の処理に割り込みをかけ、当該蓄電池バンク１１２の充放電を即時に中止してもよい。または、必要に応じて当該蓄電池バンク１１２を優先的に充放電してもよい。たとえば、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が低ＳＯＣ状態であれば即時に充電を開始し、反対に高ＳＯＣ状態であれば、即時に放電を開始する。ただし、こうした即時の充放電は、本来の発電電力の変動緩和動作に影響を与える可能性があるため、慎重に行うことが好ましい。より一般的には、蓄電池のコストと、風力発電電力の変動値逸脱のペナルティとをトレードオフした上で、即時の充放電停止を行うか否かを決定すればよい。

また、蓄電池バンク１１２中の２つの蓄電池ストリング１１１が直結の並列接続の場合は、充放電の中止後に流れる循環電流により、これらの間における充電状態のアンバランスが緩和される。たとえば、一方の蓄電池ストリング１１１内に低ＳＯＣの蓄電池セル１０１が存在する場合、他方の蓄電池ストリング１１１から当該蓄電池ストリング１１１に循環電流が流れることで、当該蓄電池ストリング１１１がある程度は充電される。そのため、単に充放電を中止するだけでも、応急措置とすることができる場合がある。

上記の例では、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断した場合に、制御定数保持部１０７に格納されている定数のうち、当該蓄電池バンク１１２を充放電する際の放電深度の上限値を変更（減少）させるようにした。しかし、これ以外の定数を変更してもよい。たとえば、最大連続放電電荷量を変更しても、放電深度の上限値を変更したのと類似の効果が得られる。これは、標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態となった蓄電池セル１０１の電気的特性（たとえば電圧）が他の蓄電池セル１０１に対して有意に逸脱している場合であっても、時間的に連続した放電量（充電や休止を挟まない放電のみの連続放電量）が小さい範囲では、その影響が表面化しにくいためである。また、放電深度の上限値と最大連続放電電荷量の両方を変更してもよい。すなわち、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断した場合に、蓄電池バンク１１２を充放電する際の放電深度の上限値および最大連続放電電荷量の少なくとも一方を変更することで、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１による影響を抑えて蓄電池システムの運用を継続することができる。

なお、以上説明したような処理によって得られる効果としては、並列接続された複数の蓄電池ストリング１１１の電流バランスの維持以外にも、蓄電池ストリング１１１の電圧に基づいて算出されるＳＯＣ推定値の信頼性が向上する点がある。すなわち、蓄電池ストリング１１１の電圧（たとえば閉路電圧）に基づいてＳＯＣを求める場合、放電深度の上限値の縮小または最大連続放電電荷量の縮小により、各蓄電池セル１０１の電圧のばらつきが小さい値で推移する。そのため、電気的特性（閉路電圧）の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が蓄電池ストリング１１１中に存在する場合においても、その電圧から正しいＳＯＣ値を算出しやすくなる。逆に、放電深度の上限値の縮小や最大連続放電電荷量の縮小を行わない場合、ＳＯＣが低い範囲では、電気的特性の隔たりが大きな蓄電池セル１０１の電圧が他と比べて有意な差をもって低下するため、蓄電池ストリング１１１のＳＯＣ値を過小に評価してしまう可能性がある。

一部の蓄電池セル１０１における端子電圧の有意な変化は、蓄電池ストリング１１１全体に対して、状況によってはＳＯＣ換算で１０％以上の誤差を与える場合がある。これは、起電力の低下に加え、放電電流と内部抵抗による電圧降下が相当程度発生するためと考えられる。上記のように、ＳＯＣが低い範囲で有意に低下した端子電圧値に基づきＳＯＣを過小に評価してしまうと、それ以降の充電電荷量と回復した端子電圧から求めたＳＯＣ値との間に乖離が生じる。そのため、前述のような複数回のサンプリングによる各ストリング電流値の差分に基づく判定処理を行っている場合は、電池の異常と誤認される、あるいは蓄電池ストリング１１１の時間平均でのＳＯＣ値を誤認させる方向にバイアスをかけてしまう可能性がある。

図３は、電流比較部１０４における閾値の設定方法を説明するための図である。

図３（ａ）は、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が発生する前の測定期間で測定された各蓄電池セル群の電流と電圧のばらつき具合を示している。一方、図３（ｂ）は、図３（ａ）の測定期間に加え、さらに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が発生した後の測定期間を加えた期間で測定された各蓄電池セル群の電流と電圧のばらつき具合を示している。なお、図３（ａ）、（ｂ）では、蓄電池バンク１１２内の２つの蓄電池ストリング１１１の蓄電池セル１０１を所定個数ずつまとめたものを蓄電池セル群として、その電流および電圧の測定結果のばらつきを示している。また、図３（ｂ）では、図２で説明したような放電深度の上限値の変更を行わずに測定を続けた場合の測定結果を示している。

図３（ａ）および（ｂ）において、横軸の大きさは、放電電流が約０．１３ＣＡ以上となる条件下での各蓄電池セル群の電流のばらつきを表している。ここでは、前述のストリング電流値Ｉ１−ｋ、Ｉ２−ｋにより、以下の式（１）を用いて各電池セル群の電流のばらつきを算出した。一方、縦軸の大きさは、同じく放電電流が約０．１３ＣＡ以上となる条件下での各蓄電池セル群の電圧のばらつきを標準偏差で表している。
|（（Ｉ１−ｋ）−（Ｉ２−ｋ））／（Ｉ１−ｋ）| （１）

電流比較部１０４における判定のための閾値は、図３（ａ）に示した平時の電流ばらつきの分布を考慮して設定することができる。たとえば図３（ｃ）に示すように、平均値に４σ（σは標準偏差)を加えた値を閾値として設定し、ストリング電流値の差分がこの閾値を超えたか否かを電流比較部１０４において判定する。その結果、ストリング電流値の差分が閾値を超えたと判定された場合に、モード設定部１０６において健全性モードを警戒(1)に設定する。また、平均値に５σを加えた値を閾値として設定し、ストリング電流値の差分がこの閾値を超えたか否かを電流比較部１０４において判定する。その結果、ストリング電流値の差分が閾値を超えたと判定された場合に、モード設定部１０６において健全性モードを厳重警戒(2)に設定する。

なお、上記の閾値はあくまでも一例であり、たとえば電流のばらつきの分布が正規分布ではない場合などは、閾値を適宜増減させてもよい。また、蓄電池セル１０１の経年変化に応じて、全体的に電流や電圧のばらつきは増加傾向となるため、これを考慮して、運用開始からの期間の経過に伴って閾値を増減させてもよい。加えて、鉛蓄電池には使用開始後から総充放電量の増加に伴い蓄電池容量が増加する期間が存するものがある。左記期間経過後は、総充放電量の増加に伴い蓄電池容量は減少に転じる。よって総充放電量の増加に伴い蓄電池容量が増加するセルを含む期間においては、ばらつきの性状も当然変化するため、適宜閾値を調整するなどの措置が考えられる。

また、図１のような蓄電池システムでは一般に、各蓄電池セル１０１間の充電状態のばらつきを補正するため、均等充電と呼ばれる動作が例えば２週間などの周期で定期的に行われる。この均等充電の終了から次の均等充電を開始するまでのインターバル期間のうち、後期になるにしたがい、個々の蓄電池セル１０１のばらつきが増加する傾向がある。そのため、インターバル期間の初期では閾値を小さくし、インターバル期間内での時間の経過にしたがい、段階的にまたは連続的に閾値を増加させてもよい。

以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

図１に示した再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムは、電流比較部１０４およびモード設定部１０６を備える。電流比較部１０４は、電流検出器１２０により検出された各蓄電池ストリング１１１の電流を比較する（ステップＳ５０４）。この電流比較部１０４による電流の比較結果に基づいて、モード設定部１０６は、蓄電池バンク１１２に標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在するか否かを判断し（ステップＳ５０５）、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断した場合に、蓄電池バンク１１２を充放電する際の放電深度の上限値および最大連続放電電荷量の少なくとも一方を変更する（ステップＳ５０６）。このようにしたので、いずれかの蓄電池セル１０１に標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態が生じた場合にも、その影響を低減してシステムの運用を継続することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

前述の第１の実施形態において、図３（ａ）、（ｂ）の縦軸に示した電圧のばらつきは、横軸に示した電流のばらつきと比較して、図３（ａ）と図３（ｂ）の間での変化量が大きい。したがって、蓄電池セル１０１の電圧を個別に計測できる場合は、その電圧のばらつきに基づいて、標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態となった蓄電池セル１０１の有無をより高精度に判断できる。さらに、電圧のばらつきと電流のばらつきの双方を用いれば、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル発生の判断の確実性をより一層増すことができるため、最終判定までの時間の短縮につながり、蓄電池保護の効果を高めることができる。その場合、必ずしも個々の蓄電池セル１０１について電圧の計測を行う必要はなく、たとえば１０個等の蓄電池セル１０１をまとめて電圧測定の一単位とすることができる。このようにすれば、個々の蓄電池セル１０１の電圧を測定する場合と比べて、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルの発生検出の精度（感度）はやや低下するものの、低コスト化が図れる。

本実施形態では、上記を踏まえて、各蓄電池ストリング１１１の電流のばらつきに加えて、さらに各蓄電池セル１０１の電圧のばらつきを用いて、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在するか否かを判断する例を説明する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの構成を示す図である。この蓄電池システムは、図１に示した第１の実施形態に係る蓄電池システムと比較して、蓄電池バンク１１２に電圧検出器１３０がさらに設けられている点と、平準化制御装置１０３に電圧比較部１３１がさらに設けられている点が異なっている。

電圧検出器１３０は、各蓄電池バンク１１２内に設けられた２つの蓄電池ストリング１１１をそれぞれ構成する各蓄電池セル１０１の電圧を検出し、その検出結果を平準化制御装置１０３に出力する。

電圧比較部１３１は、電圧検出器１３０により検出された各蓄電池セル１０１の電圧を比較し、その比較結果をモード設定部１０６に出力する。具体的には、各蓄電池セル１０１の電圧値のばらつきの指標として標準偏差等を算出し、その値が所定の閾値未満であるか否かを判定する。

モード設定部１０６は、電流比較部１０４による各蓄電池ストリング１１１の電流の比較結果と、電圧比較部１３１による各蓄電池セル１０１の電圧の比較結果に基づいて、いずれかの蓄電池バンク１１２に標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在するか否かを判断する。その結果、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断した場合は、第１の実施形態と同様に、当該蓄電池バンク１１２を充放電する際の放電深度の上限値を変更する指令を制御定数保持部１０７に対して出力すると共に、外部への制御信号として警報１１３を出力する。

図５は、本発明の第２の実施形態における平準化制御装置１０３が実行する健全性モード変更タスクの処理フローを示す図である。この処理フローに示す健全性モード変更タスクは、図４の蓄電池システムが起動されたときや、所定の処理周期ごとに実行される。なお、図５では、図２に示した第１の実施形態における健全性モード変更タスクの処理フローと同じ処理を実行する処理ステップに対して、同一のステップ番号としている。以下では、この図２と同一ステップ番号の処理ステップについて、特に必要のない限りは説明を省略する。

ステップＳ５１０において、電流比較部１０４は、図２のステップＳ５０３と同様に、ｋ番目の蓄電池バンク１１２が有する２つの蓄電池ストリング１１１について、これらに流れる電流値を、ストリング電流値Ｉ１−ｋおよびＩ２−ｋとして電流検出器１２０から取得する。一方、電圧比較部１３１は、ｋ番目の蓄電池バンク１１２が有する２つの蓄電池ストリング１１１の各蓄電池セル１０１について、これらの電圧値を、セル電圧Ｖ１−ｋ、Ｖ２−ｋ、・・・Ｖ２ｍ−ｋとして電圧検出器１３０から取得する。なお、ここでは２つの蓄電池ストリング１１１が合わせて２ｍ個の蓄電池セル１０１を有しており、この２ｍ個の蓄電池セル１０１の電圧値をそれぞれ取得する場合の例を説明する。

ステップＳ５１１において、電流比較部１０４は、図２のステップＳ５０４と同様に、ステップＳ５１０で取得したストリング電流値Ｉ１−ｋとストリング電流値Ｉ２−ｋの差分を算出し、この差分が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。一方、電圧比較部１３１は、ステップＳ５１０で取得したセル電圧Ｖ１−ｋ、Ｖ２−ｋ、・・・Ｖ２ｍ−ｋのばらつき（標準偏差）を算出し、このばらつきが所定の閾値よりも大きいか否かを判定する。その結果、いずれの値も閾値より大きければステップＳ５０５に進み、いずれか少なくとも一方が閾値以下であればステップＳ５０８に進む。

なお、図２と同様に、信頼性向上のため、上記のステップＳ５１０およびＳ５１１の処理を複数回行うことで判定処理を行ってもよい。この場合、図２の処理フローよりも少ない回数の判定処理により、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在するか否かを高い精度で判断することができる。電気的特性のばらつきの拡大によってＳＯＣの低い蓄電池セル１０１が蓄電池ストリング１１１内に存在する場合、通常、当該蓄電池セル１０１の電圧値は、他の蓄電池セル１０１と比較して放電にともない急峻に低下する。そのため、上記のような判定処理の迅速化は、蓄電池の劣化モードであるサルフェーション防止等の観点から好ましい。

また、上記ステップＳ５１１では、ストリング電流値の差分とセル電圧のばらつきのいずれか一方のみを閾値と判定し、その値が閾値を超えたか否かによって標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在するか否かを判断してもよい。その場合、ステップＳ５１０では、ステップＳ５１１の判定に使用しない方の測定値については取得しなくてもよい。すなわち、ステップＳ５１１では、電流比較部１０４によるストリング電流の比較結果および電圧比較部１３１によるセル電圧の比較結果の少なくとも一方に基づいて、蓄電池バンク１１２に標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在するか否かを判断することができる。また、セル電圧の標準偏差などのばらつきを算出する際、前出の例では、2つのストリングあわせて2m個の電圧値に関し、演算を行う例を示したが、1つのストリング毎のm個の電圧値に関し、それぞればらつきの評価をおこなっても良い。個別の蓄電池ストリング毎の電圧のばらつきを評価することで、どちらの蓄電池ストリングに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが含まれているかの判定材料を得ることができる。更に、2つの蓄電池ストリングのうち、片方のみの電圧のばらつきと、ストリング電流の比較結果を用いることでも、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが含まれる蓄電池ストリングの判定が可能である。片方のみの電圧のばらつきの利用は、セル電圧の計測点数を削減できるため、より低コストで実現できる。また、上記ステップＳ５１１で、セル電圧のばらつきのみを閾値判定する場合、並列接続された複数の蓄電池ストリングによる構成のみでなく、単一の蓄電池ストリングによる構成にも適用できる。

以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

図４に示した再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムは、電流比較部１０４、モード設定部１０６および電圧比較部１３１を備える。電流比較部１０４は、電流検出器１２０により検出された各蓄電池ストリング１１１の電流を比較し、電圧比較部１３１は、電圧検出器１３０により検出された各蓄電池セル１０１の電圧を比較する（ステップＳ５１１）。これらの電流比較部１０４による電流の比較結果および電圧比較部１３１による電圧の比較結果の少なくとも一方に基づいて、モード設定部１０６は、蓄電池バンク１１２に標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在するか否かを判断し（ステップＳ５０５）、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断した場合に、蓄電池バンク１１２を充放電する際の放電深度の上限値および最大連続放電電荷量の少なくとも一方を変更する（ステップＳ５０６）。このようにしたので、第１の実施形態と同様に、いずれかの蓄電池セル１０１に標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態が生じた場合にも、その影響を低減してシステムの運用を継続することができる。また、第１の実施形態と比べて、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在するか否かをより迅速かつ正確に判断することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では、標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態となった蓄電池セル１０１を含む蓄電池バンク１１２に代替して、他の蓄電池バンク１１２を動作させる例を説明する。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの構成を示す図である。この蓄電池システムは、図１に示した第１の実施形態に係る蓄電池システムと比較して、平準化制御装置１０３に代替動作制御部１１４がさらに設けられている点が異なっている。

代替動作制御部１１４は、モード設定部１０６により蓄電池バンク１１２のいずれかに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断された場合に、当該蓄電池バンク１１２を除いた他の蓄電池バンク１１２のいずれかを、当該蓄電池バンク１１２の代替として動作させる。この代替動作は、いずれかの蓄電池バンク１１２の健全性モードが警戒(1)以上の場合、すなわち警戒(1)の場合や、前述のように厳重警戒(2)の場合（３種類以上のモードを設定可能とした場合も同様）に、蓄電池セル１０１の標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態をさらに拡大させてしまわないように、他の蓄電池バンク１１２を用いて種々の補助を行うものである。

たとえば、ある蓄電池バンク１１２の健全性モードが警戒(1)以上の場合に、前述のように放電深度の上限値を縮小する等の対策を行ったとしても、予期せぬ電流の不安定化や、電圧低下等の事象が発生するケースが考えられる。これは、蓄電池セル１０１として鉛蓄電池を使用した場合に、鉛蓄電池の性質上、その正確な電池状態の把握が困難であるために、ＳＯＣの把握に限界があることや、劣化モードが多様であることなどに起因する。

そこで、本実施形態では、健全性モードが警戒(1)以上の場合に、他の蓄電池バンク１１２を待機状態とすることで、その蓄電池バンク１１２を待機蓄電池バンクとして準備する。これにより、健全性モードが警戒(1)以上の蓄電池バンク１１２が状態の急変等によって充放電を中止した場合でも、待機蓄電池バンクとして準備しておいた蓄電池バンク１１２を用いて、発電電力の変動緩和動作を継続させるものである。ただし、送配電システム１０８との連係要件、すなわち変動のある風力発電機１１０の出力を外部の送配電システム１０８に連系させるための要件を超過した場合のペナルティと、他の蓄電池バンク１１２を待機状態とすることによる効率低下とをトレードオフした上で、待機蓄電池バンクを準備しないという選択も可能である。

待機蓄電池バンクの準備による効率低下の一例としては、均等充電のスケジューリングの自由度の低下がある。通常、変動緩和動作に関与していない蓄電池バンク１１２は、変動緩和蓄電池システム全体からみて、あるいは近隣の再生可能エネルギ利用サイトを含めたより広域のシステム全体からみて、最も効率の良いタイミングで均等充電を開始できる。たとえば、サイト内外の蓄電池バンク１１２で満充電から、あるＳＯＣ値に調整使用としているものがあるとすると、当該蓄電池バンク１１２の電荷を、均等充電を行う蓄電池バンク１１２への充電に割り当てる等のやり取りが可能である。しかし、待機蓄電池バンクを準備した場合、待機期間中は、上記のような変動緩和蓄電池システム全体からみて、最適なタイミングでの均等充電はできない。そのため、効率低下の要因となりうる。

代替動作制御部１１４は、健全性モードが警戒(1)以上の蓄電池バンク１１２を代替するための待機蓄電池バンクの割り当てと、これに関連する制御とを行う。

図７は、本発明の第３の実施形態における代替動作制御部１１４が実行する代替モード移行動作タスクの処理フローを示す図である。この処理フローに示す代替モード移行動作タスクは、所定の処理周期ごとに実行される。

ステップＳ５２０において、代替動作制御部１１４は、各蓄電池バンク１１２のうち、健全性モードが警戒(1)以上に設定された蓄電池バンク１１２の有無を確認する。具体的には、モード設定部１０６や制御定数保持部１０７内に保持されているモード設定情報をスキャンすることで、健全性モードが警戒(1)以上である蓄電池バンク１１２の有無を確認することができる。または、各蓄電池バンク１１２内にモード設定情報が保持されている場合は、これをスキャンしてもよい。その結果、健全性モードが警戒(1)以上である蓄電池バンク１１２（以下では、これを「被代替蓄電池バンク」と称する）が存在する場合はステップＳ５２１に進み、存在しない場合はステップＳ５２５に進む。

ステップＳ５２１において、代替動作制御部１１４は、休止状態にある蓄電池バンク１１２の有無を確認する。ここで、休止状態にある蓄電池バンク１１２とは、図６の蓄電池システム内で変動緩和動作に寄与していない蓄電池バンク１１２のことである。一般に、多数の蓄電池バンクで構成される変動緩和蓄電池システムでは、一部の蓄電池バンクに対して順次均等充電を行い、それ以外の蓄電池バンクを用いて変動緩和動作を行うことで、稼働率を向上させる場合がある。このような蓄電池システムでは、均等充電中または均等充電が完了した蓄電池バンクは、必要に応じて待機蓄電池バンクとして稼働することができる。そのため、ステップＳ５２１では、このような蓄電池バンクを休止状態にある蓄電池バンクとして認識する。なお、どの蓄電池バンクが休止状態にあるかの情報は、たとえば平時に均等充電のスケジューリングを行っている充放電制御部１０５が保持する方式としてもよい。または、代替動作制御部１１４が均等充電のスケジューリングをオーバーライドして受け持ち、どの蓄電池バンクが休止状態にあるかの情報もあわせて保持する方式としてもよい。その結果、休止状態にある蓄電池バンク１１２が存在する場合は、その蓄電池バンク１１２を待機蓄電池バンクに設定してステップＳ５２２に進み、存在しない場合はステップＳ５２５に進む。

ステップＳ５２２において、代替動作制御部１１４は、ステップＳ５２１で待機蓄電池バンクに設定した蓄電池バンク１１２に対する健全性モードを代替(-1)に設定し、この情報をモード設定部１０６内に格納する。

ステップＳ５２３において、代替動作制御部１１４は、ステップＳ５２１で設定した待機蓄電池バンクが、ステップＳ５２０で判断した被代替蓄電池バンクの代替対象である旨を認識して、代替動作を開始する。この代替動作は、健全性モードが警戒(1)以上の被代替蓄電池バンクが突然に充放電を停止した場合に備えて、待機蓄電池バンクを待機させるものである。その簡便な手法としては、被代替蓄電池バンクと待機蓄電池バンクのＳＯＣを同期させることが挙げられる。これにより、あらゆるタイミングにおいて、待機蓄電池バンクを被代替蓄電池バンクの代替として用いることが可能となる。

ここで、ＳＯＣの同期が有効である理由は以下の通りである。変動緩和動作中において、被代替蓄電池バンクのＳＯＣが高い状態になるのは、変動緩和の時定数（たとえば、２０分間での許容電力変動率が１０％の場合は、２００分）以上の時間だけ風力発電機１１０の出力が高い状態が続き、それに伴って、風力発電サイトから送配電システム１０８への出力が定格付近まで上昇している場合と考えられる。こうした状態では、風速の更なる上昇によって生じる風力発電機１１０のカットオフに備えて、被代替蓄電池バンクを含めた各蓄電池バンク１１２のＳＯＣを運用範囲の上限に近い値にしておく必要がある。一方、これとは逆に、風が弱くて風力発電機１１０の出力が０付近の場合は、突然の風速の上昇に備えて電力を吸収できるようにするために、各蓄電池バンク１１２のＳＯＣを低い値にしておく必要がある。

よって、待機蓄電池バンクを被代替蓄電池バンクの代替として用いる場合、被代替蓄電池バンクが充放電を突然停止した後に、この被代替蓄電池バンクが本来放電すべき電荷量を待機蓄電池バンクが代替して放電できるように、発電の効率を重視すれば、両者は少なくとも同程度のＳＯＣ値にしておく必要がある。また、低ＳＯＣ状態においても同様に、待機蓄電池バンクのＳＯＣを、被代替蓄電池バンクが本来充電しうる電荷量を吸収できるだけのＳＯＣ値としておく必要がある。

ただし、風力発電機１１０が出力調整できるものである場合や、複数の風力発電機からなっており、発電機毎に起動または停止を任意に行うことで風力発電機１１０の出力を調整できるものである場合は、上記の限りではない。これは、風力発電を対象とした変動緩和に特徴的なもので、充電方向と放電方向において、蓄電池が備えるべき充電余力と放電余力が、非対称なことによる。例えば、長時間最大出力で風力発電機が発電を継続した場合には、風速増にともなう突然のカットオフに備え、最大電力値からの許容変化幅で系統への電力を漸減させるだけの放電余力を備えなければならない。一方、無風状態から突然風力発電機が最大出力で発電できる風が発生した場合においては、発電出力を下げる方向の操作は前述の調整により可能なため、充電余力に関しては必ずしも最大発電機出力に対応する量を備えておく必要はないことになる。そこで、発電の効率は下がるものの、待機蓄電池バンクを高いＳＯＣ値で待機させることは可能である。高いＳＯＣ値で待機させることにより、サルフェーションの防止や、電流積算によるＳＯＣ算出の基準点の確保の点で有利となる。

ステップＳ５２４において、代替動作制御部１１４は、ステップＳ５２３で代替動作を開始した待機蓄電池バンクに対して、被代替蓄電池バンクのバックアップ動作を開始させる。ここではまず、待機蓄電池バンクのＳＯＣを被代替蓄電池バンクのＳＯＣに近づけるためのＳＯＣ調整を行う。その後は必要に応じて、所定のバックアップ動作を開始する。このバックアップ動作の一例は、待機蓄電池バンクと被代替蓄電池バンクを同じＳＯＣで運用することである。

たとえば、待機蓄電池バンクと被代替蓄電池バンクがそれぞれ１つの蓄電池バンク１１２で構成される場合は、両者の放電深度の上限値を通常の半分の大きさでそれぞれ運用する。このようにすると、被代替蓄電池バンクが突然に充放電を停止した場合に、待機蓄電池バンク単独で、被代替蓄電池バンクの放電電荷量と充電電荷量の双方をまかなうことができる。このとき、充放電を行うＳＯＣ範囲の中心値についても、必要に応じて変更することが好ましい。

また、待機蓄電池バンクがｘ個の蓄電池バンク１１２で構成され、被代替蓄電池バンクがｙ個の蓄電池バンク１１２で構成される場合は、放電深度の上限値を通常のｙ／（ｘ＋ｙ）とすればよい。ただし、この値は、待機蓄電池バンクの健全性モードが警戒(1)以上となった場合の放電深度の上限値を上回らないようにすることが好ましい。

ステップＳ５２５において、代替動作制御部１１４は、図７に示した代替モード移行動作タスクを終了するか否かを判定する。代替モード移行動作タスクをまだ終了しない場合はステップＳ５２０に戻り、終了する場合は、図７の処理フローを終了する。

なお、ステップＳ５２１では、休止状態にある蓄電池バンク１１２の中から待機蓄電池バンクを選択することとしたが、変動緩和動作に利用している蓄電池バンク１１２の中から待機蓄電池バンクを選択してもよい。この場合、前述の方法に従って、当該蓄電池バンク１１２の放電深度の上限値や充放電を行うＳＯＣ範囲の中心値を所定の割合で変更することにより、上記と同様の効果を得ることができる。

前述のように、出力調整が可能な風力発電機１１０を利用する場合は、特に低ＳＯＣ側についてはある程度の自由度があるため、待機蓄電池バンクと被代替蓄電池バンクのＳＯＣを必ずしも厳密に同期させる必要はない。その他にも、サイト内での消費電力などのサイト毎の特徴にあわせて、待機蓄電池バンクと被代替蓄電池バンクのＳＯＣの同期の程度は適宜調整可能である。

なお、代替動作中は、待機蓄電池バンクの均等充電を行うことができない。したがって、被代替蓄電池バンクと同時期に均等充電を行うか、または、待機蓄電池バンクの役割を健全性モードが正常(0)である複数の蓄電池バンク１１２間で順次入れ替えて、均等充電を行うことが好ましい。あるいは、複数の被代替蓄電池バンクについて突然の充放電停止が同時に発生する確率は低いと仮定して、待機蓄電池バンクの役割を、健全性モードが警戒(1)である他の蓄電池バンク１１２に割り当ててもよい。さらに状況に応じて、健全性モードが厳重警戒(2)である蓄電池バンク１１２に割り当ててもよい。

上記のような代替動作により、再生可能エネルギ利用サイトの効率が低下するが、この効率低下による収益減と、変動緩和の要件逸脱によるペナルティや蓄電池の劣化によるコストとをトレードオフした上で、最善の対策を選択してもよい。たとえば、所定期間における送配電システムへの出力電力が規定値から逸脱した時間の割合を表す逸脱率が送配電システムの要求値に対して余裕がある場合は、効率を優先して、あえて代替動作を行わない選択もある。一方、蓄電池の劣化は、総充放電量等、累積値に比例して進行するものと、断線や短絡等、単発的事象により離散的に進行するものとがある。そのため、後者の劣化が想定される場合は、発電の効率よりも蓄電池の保護を優先した方がコスト的に有利である。

以上説明した本発明の第３の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

図６に示した再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムは、代替動作制御部１１４を備える。代替動作制御部１１４は、モード設定部１０６により複数の蓄電池バンク１１２のいずれかに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在すると判断された場合に、当該蓄電池バンク１１２を除いた他の蓄電池バンク１１２のいずれかを、当該蓄電池バンク１１２の代替として動作させる（ステップＳ５２３、Ｓ５２４）。このようにしたので、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断された蓄電池バンク１１２が充放電を停止した場合でも、発電電力の変動緩和動作を継続させることができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では、標準からの電気的特性の隔たりが大きい状態となった蓄電池セル１０１を含む蓄電池バンク１１２と他の蓄電池バンク１１２とを、仮想的に一つの蓄電池バンク１１２として組み合わせて動作させる例を説明する。

図８は、本発明の第４の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの構成を示す図である。この蓄電池システムは、図１に示した第１の実施形態に係る蓄電池システムと比較して、平準化制御装置１０３に組み合わせ制御部１１５がさらに設けられている点が異なっている。

組み合わせ制御部１１５は、モード設定部１０６により蓄電池バンク１１２のいずれかに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断された場合に、当該蓄電池バンク１１２を除いた他の蓄電池バンク１１２のいずれかと当該蓄電池バンク１１２とを、仮想的に一つの蓄電池バンク１１２（以下では、これを「仮想蓄電池バンク」と称する）として組み合わせて動作させる。この組み合わせ動作の利点は、充放電制御部１０５からみて、ほぼ同一のやりとり（インターフェース）にて充放電動作を行えることである。これにより、充放電制御部１０５が複雑なロジックで構成されている場合においても、比較的小規模な改造にて対応させることができる。

なお、組み合わせ制御部１１５は、充放電制御部１０５から変換器１０２への出力と、制御定数保持部１０７から充放電制御部１０５への入力との間に介在している。これにより、制御定数保持部１０７から充放電制御部１０５に出力される、蓄電池バンク１１２の構成や状態を表す各種制御定数の値を、仮想蓄電池バンクの値へと置き換える。また、充放電制御部１０５から変換器１０２に出力される、仮想蓄電池バンクに対する充放電の制御信号を、元の蓄電池バンク１１２に対する充放電の制御信号へと置き換える。

図９は、本発明の第４の実施形態における組み合わせ制御部１１５が実行する代替組み合わせ動作タスクの処理フローを示す図である。この処理フローに示す代替組み合わせ動作タスクは、所定の処理周期ごとに実行されるものである。

ステップＳ５４０において、組み合わせ制御部１１５は、各蓄電池バンク１１２のうち、健全性モードが警戒(1)以上に設定された蓄電池バンク１１２（被代替蓄電池バンク）について、これの代替対象としての待機蓄電池バンクを選択する。ここでは、前述の第３の実施形態における図７のステップＳ５２０〜Ｓ５２２と同様の動作を行うことで、待機蓄電池バンクを選択することができる。

ステップＳ５４１において、組み合わせ制御部１１５は、被代替蓄電池バンクと、ステップＳ５４０で選択した待機蓄電池バンクとの組み合わせを、仮想蓄電池バンクとして設定する。そして、この仮想蓄電池バンクに対する諸元値の設定を行う。たとえば、被代替蓄電池バンクと待機蓄電池バンクを組み合わせた場合の放電深度の上限値（設定方法は第３の実施形態で説明済み)や電池容量（両者の電池容量の合計など）を仮想蓄電池バンクの放電深度の上限値や電池容量として設定すると共に、仮想蓄電池バンクの健全性モードを仮想(-2)に設定する。このとき、被代替蓄電池バンクと待機蓄電池バンクのＳＯＣの平均値として仮想蓄電池バンクのＳＯＣを算出しても、動作に影響はない。これは、元の組み合わせ前の放電深度の上限値よりも仮想蓄電池バンクの放電深度の上限値が小さくなるため、ＳＯＣの誤差に起因してＳＯＣの運用範囲から逸脱する可能性が低いためである。また、被代替蓄電池バンクと待機蓄電池バンクを組み合わせて一つの仮想蓄電池バンクを生成することで、充放電制御部１０５からみた蓄電池バンク１１２の個数が変更となるため、充放電制御部１０５においては、変動緩和動作中に、動的に蓄電池個数が変化する場合に対応する機能が必要である。充放電制御部１０５は、動的な蓄電池個数の変化や、前述の放電深度の上限値の変化を、ＳＯＣ値の動的な変動の機能の一部として容易に実装できる。これは、鉛蓄電池のＳＯＣ値の把握は一般に難しく、従来の運用においてもＳＯＣ値の不連続な変化に対応する機能が必要なことによる。

なお、元の組み合わせ前の被代替蓄電池バンクと待機蓄電池バンクの諸元値から、上記のようにして設定した仮想蓄電池バンクの諸元値への変更は、充放電制御部１０５が制御定数保持部１０７から制御定数を読み取る際に、組み合わせ制御部１１５が間に介在して行う。一方、制御定数保持部１０７では、従来と同じく、実際の各蓄電池バンク１１２の諸元値に応じた制御定数の情報を格納する。もちろん、同一のインターフェースの原則からは外れるが、必要に応じて充放電制御部１０５が制御定数保持部１０７を直接にアクセスすることも可能である。

ステップＳ５４２において、組み合わせ制御部１１５は、ステップＳ５４１で設定した仮想蓄電池バンクに対する充放電指令を、元の組み合わせ前の被代替蓄電池バンクと待機蓄電池バンクに振り分けるための設定を行う。たとえば、同一容量の蓄電池バンク１１２を被代替蓄電池バンクと待機蓄電池バンクとしている場合は、仮想蓄電池バンクに対する放電指令を、被代替蓄電池バンクと待機蓄電池バンクに対して均等に振り分けるように設定する。すなわち、たとえば仮想蓄電池バンクに対する１ｋＷの放電指令を、被代替蓄電池バンクと待機蓄電池バンクに対する０．５ｋＷの放電指令に変換するように設定を行う。これ以外にも、被代替蓄電池バンクと待機蓄電池バンクの容量に応じて、任意の配分で振り分け設定を行うことができる。

ステップＳ５４３において、組み合わせ制御部１１５は、ステップＳ５４２で設定した振り分けに応じて、仮想蓄電池バンクを一体のものとして取り扱い、これに対する充放電を開始する。

ステップＳ５４４において、組み合わせ制御部１１５は、図９に示した代替組み合わせ動作タスクを終了するか否かを判定する。代替組み合わせ動作タスクをまだ終了しない場合はステップＳ５４０に戻り、終了する場合は、図９の処理フローを終了する。

以上説明した本発明の第４の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

図８に示した再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムは、組み合わせ制御部１１５を備える。組み合わせ制御部１１５は、モード設定部１０６により複数の蓄電池バンク１１２のいずれかに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在すると判断された場合に、当該蓄電池バンク１１２を除いた他の蓄電池バンク１１２のいずれかと当該蓄電池バンク１１２とを、仮想的に一つの蓄電池バンクとして組み合わせて動作させる（ステップＳ５４１〜Ｓ５４３）。このようにしたので、第３の実施形態と同様に、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在すると判断された蓄電池バンク１１２が充放電を停止した場合でも、発電電力の変動緩和動作を継続させることができる。さらに、充放電制御部１０５を改修しなくても、こうした処理を容易に実現することができる。

（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態では、第４の実施形態で説明した組み合わせ制御部１１５と同様の機能を、ＡＰＩ（Application Programming Interface）により実現した例を説明する。

図１０は、本発明の第５の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの一構成例を示す図である。この蓄電池システムは、図１に示した第１の実施形態に係る蓄電池システムと比較して、平準化制御装置１０３に仮想化ＡＰＩ１１６および充放電下層ドライバ１１８がさらに設けられている点が異なっている。

第４の実施形態で説明したように、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在する場合に、複数の蓄電池バンク１１２を仮想的に一つの蓄電池バンク１１２として組み合わせて動作させることは、多くの利点を有する。しかし、こうした仮想的な蓄電池の組み合わせ機能を平準化制御装置１０３に組み込むには、蓄電池バンク１１２に関する多くの知見が必要である。そのため、蓄電池バンク１１２の開発者と平準化制御装置１０３の開発者が異なる場合などは、実現の難易度が高い。そこで、本実施形態では、蓄電池バンク１１２の開発者が、第４の実施形態で説明したような組み合わせ制御部１１５の機能を実現するための仮想化ＡＰＩ１１６を開発し、これを平準化制御装置１０３内に組み込むようにする。これにより、平準化制御装置１０３の開発者は、充放電制御部１０５や制御定数保持部１０７を特に改修することなく、従来と同じインターフェースで、仮想的な蓄電池の組み合わせ機能を実現することができる。

充放電下層ドライバ１１８は、変換器１０２を駆動するための下層インターフェースを担う部分であり、充放電制御部１０５から出力されて仮想ＡＰＩ１１６により変換された充放電指令に基づいて、充放電制御信号を変換器１０２に出力する。

図１１は、本発明の第５の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの別の一構成例を示す図である。この蓄電池システムは、図１０に示したものと比較して、電流比較部１０４、モード設定部１０６および制御定数保持部１０７の機能を仮想化ＡＰＩ１１７により実現している点が異なっている。

図１１の構成では、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１の有無の判断と、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１が存在する場合に行う前述の各処理、すなわち放電深度の上限値の変更や、待機蓄電池バンクおよび仮想蓄電池バンクに関する処理を、仮想化ＡＰＩ１１７により提供する。これにより、充放電制御部１０５は、標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セル１０１の有無を特に意識することなく、常に健全な蓄電池バンク１１２として充放電制御を行うことができる。

なお、充放電制御部１０５は、蓄電池バンク１１２に関する各種諸元の変化に対して、動的に対応する必要がある。この点に関して、第４の実施形態の場合と同様に、充放電制御部１０５は、得られる測定値にはある程度の誤差が内包されていることを前提に制御を行っている。そのため、本実施形態のように、制御定数を動的に更新しつつ充放電制御部１０５が制御を行っても、特に問題は生じない。

以上説明した本発明の第５の実施形態によれば、第４の実施形態で説明したのと同様の作用効果を奏する。

（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態では、蓄電池バンク１１２と平準化制御装置１０３の間に蓄電池制御装置（ＢＣＵ：Battery Control Unit）１２１を設け、この蓄電池制御装置１２１により、前述の電流比較部１０４、モード設定部１０６および制御定数保持部１０７の各機能を実現する例を説明する。

図１２は、本発明の第６の実施形態に係る再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムの構成を示す図である。この蓄電池システムは、図１に示した第１の実施形態に係る蓄電池システムと比較して、蓄電池制御装置１２１が設けられている点が異なっている。

蓄電池制御装置１２１は、蓄電池バンク１１２と接続されており、電流比較部１０４、モード設定部１０６、制御定数保持部１０７、ＢＣＵ制御部１２２および更新バックアップ部１２５を有する。なお、電流比較部１０４、モード設定部１０６および制御定数保持部１０７は、前述の各実施形態で説明したのと同様の機能をそれぞれ有している。

ＢＣＵ制御部１２２は、蓄電池制御装置１２１が機能的に有する上記の各部分を統合的に制御すると共に、平準化制御装置１０３との間で行われる各種制御情報の通信を行う。ＢＣＵ制御部１２２にはローカルコンソール１２３を接続可能であり、ローカルコンソール１２３を用いて、ＢＣＵ制御部１２２が有する各部分の機能更新や、ＢＣＵ制御部１２２から各蓄電池バンク１１２に関する制御情報の読み出し等を行うことができる。なお、蓄電池バンク１１２の点検時に、ＢＣＵ制御部１２２は、点検対象の蓄電池バンク１１２に対する健全性モードを点検(-4)に設定する。これにより、当該蓄電池バンク１１２を変動緩和動作の対象から除外して、発電サイト全体としての変動緩和動作を継続しつつ、当該蓄電池バンク１１２の点検を行うことが可能となる。

ＢＣＵ制御部１２２は、外部通信網１２４に接続されており、この外部通信網１２４を介して提供される更新情報を用いて、前述の各部分の機能更新を行うことができる。また、外部通信網１２４を介してＢＣＵ制御部１２２にアクセスすることで、各蓄電池バンク１１２の状態を遠隔監視することもできる。遠隔監視によって得られた各蓄電池バンク１１２の状態は、交換用の蓄電池の生産計画などに利用できる。すなわち、蓄電池バンク１１２において用いられる各蓄電池セル１０１のように、再生可能エネルギを利用した発電サイトの発電力の変動緩和に用いられる蓄電池は、自動車などの量産品で用いられるものとは異なり、事前の計画に従って生産される場合が多い。そのため、サイトの管理者から正式な交換要請が行われてから生産計画を立てると、調達のリードタイムが過大となる。これに対して、需要を予測して生産計画を立てることでリードタイムを短縮化することができるが、根拠の薄い需要予測に基づいた生産計画では無駄が生じやすい。そこで、遠隔監視によって得られた各蓄電池バンク１１２の状態を利用して、たとえば健全性モードが警戒(1)の場合は２０％、厳重警戒(2)の場合は４０％として需要を予測し、これを生産計画の根拠とすることで、生産効率を向上できる。

更新バックアップ部１２５は、ＢＣＵ制御部１２２の機能更新を行っているときに、ＢＣＵ制御部１２２が行う動作を一時的に代行する。一般に、ＢＣＵ制御部１２２の更新と、平準化制御装置１０３の更新とは、同時に行われるとは限らない。そのため、ＢＣＵ制御部１２２の停止や再起動を伴う更新作業中には、更新バックアップ部１２５により、このときに必要なＢＣＵ制御部１２２の機能を一時的に代行する。なお、こうした更新バックアップ部１２５の機能を、ローカルコンソール１２３や、外部通信網１２４を介して接続されたコンピュータ等により実現してもよい。

平準化制御装置１０３は、前述の充放電制御部１０５および充放電下層ドライバ１１８と、インターフェース部１１９とを有する。インターフェース部１１９は、充放電制御部１０５に入出力される信号を所定の変換法則に従って変換するものであり、第５の実施形態で説明した仮想化ＡＰＩ１１６と同様の機能を有する。これにより、第５の実施形態と同様に、平準化制御装置１０３の開発者は、従来と同じインターフェースで、仮想的な蓄電池の組み合わせ機能を実現することができる。また、電流比較部１０４、モード設定部１０６および制御定数保持部１０７を蓄電池制御装置１２１内に設けたため、平準化制御装置１０３の構成を単純化することができる。そのため、平準化制御装置１０３の製造工程を簡素化し、作業量を大幅に低減することができる。

一方、蓄電池バンク１１２の開発者にとっては、蓄電池バンク１１２と蓄電池制御装置１２１を合わせて製造することで、本発明に係る機能を実現するための制御の最適化を容易に図ることができる。また、図１２の蓄電池システムが接続される発電サイトの管理者の承諾を得ることで、平準化制御装置１０３を介さずに、種々の制御定数の更新や各種の機能更新等を容易に行うことができる。

以上説明した本発明の第６の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。

図１２に示した再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムは、蓄電池制御装置１２１および平準化制御装置１０３を備える。蓄電池制御装置１２１は、蓄電池バンク１１２と接続されており、電流比較部１０４およびモード設定部１０６を有する。平準化制御装置１０３は、蓄電池制御装置１２１と接続されており、充放電制御部１０５と、充放電制御部１０５に入出力される信号の変換を行うインターフェース部１１９とを有する。このようにしたので、蓄電池バンク１１２の開発者と平準化制御装置１０３の開発者が異なる場合でも、それぞれの作業効率を向上することができる。

なお、以上説明した各実施形態では、再生可能エネルギの一つである風力を利用した発電電力の変動を緩和する例を説明したが、たとえば太陽光など、他の再生可能エネルギを利用した発電電力の変動を緩和する蓄電システムにおいても、本発明を適用可能である。

また、以上説明した各実施形態は、それぞれ任意に組み合わせてもよい。

以上説明した各実施形態や各種の変化例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されない。本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１０１ 蓄電池セル
１０２ 変換器
１０３ 平準化制御装置
１０４ 電流比較部
１０５ 充放電制御部
１０６ モード設定部
１０７ 制御定数保持部
１０８ 送配電システム
１０９ 母線
１１０ 風力発電機
１１１ 蓄電池ストリング
１１２ 蓄電池バンク
１１３ 警報
１１４ 代替動作制御部
１１５ 組み合わせ制御部
１１６、１１７ 仮想化ＡＰＩ
１１８ 充放電下層ドライバ
１１９ インターフェース部
１２０ 電流検出器
１２１ 蓄電池制御装置
１２２ ＢＣＵ制御部
１２３ ローカルコンソール
１２４ 外部通信網
１２５ 更新バックアップ部
１３０ 電圧検出器
１３１ 電圧比較部

Claims (6)

1. 再生可能エネルギを利用した発電電力の変動を緩和するための蓄電池システムであって、
   １または２以上の蓄電池セルを直列接続してそれぞれ構成される複数の蓄電池ストリングを有する蓄電池バンクと、
   前記複数の蓄電池ストリングが並列に接続され、前記蓄電池バンクの充放電を行う変換器と、
   前記複数の蓄電池ストリングの各々に流れる電流を検出する電流検出器と、
   前記電流検出器により検出された各蓄電池ストリングの電流を比較する電流比較部と、
   前記変換器による前記蓄電池バンクの充放電を制御する充放電制御部と、
   前記電流比較部による前記電流の比較結果に基づいて、前記蓄電池バンクに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在するか否かを判断し、前記標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在すると判断した場合に、前記蓄電池バンクを充放電する際の放電深度の上限値および最大連続放電電荷量の少なくとも一方を変更するモード設定部と、を備えることを特徴とする再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システム。
2. 請求項１に記載の再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムにおいて、
   前記複数の蓄電池ストリングをそれぞれ構成する各蓄電池セルの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記電圧検出器により検出された各蓄電池セルの電圧を比較する電圧比較部と、をさらに備え、
   前記モード設定部は、前記電流比較部による前記電流の比較結果および前記電圧比較部による前記電圧の比較結果の少なくとも一方に基づいて、前記蓄電池バンクに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在するか否かを判断することを特徴とする再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システム。
3. 請求項１に記載の再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムにおいて、
   前記蓄電池バンクおよび前記変換器をそれぞれ複数ずつ備え、
   前記モード設定部により前記複数の蓄電池バンクのいずれかに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在すると判断された場合に、当該蓄電池バンクを除いた他の蓄電池バンクのいずれかを、当該蓄電池バンクの代替として動作させる代替動作制御部をさらに備えることを特徴とする再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システム。
4. 請求項１に記載の再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムにおいて、
   前記蓄電池バンクおよび前記変換器をそれぞれ複数ずつ備え、
   前記モード設定部により前記複数の蓄電池バンクのいずれかに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在すると判断された場合に、当該蓄電池バンクを除いた他の蓄電池バンクのいずれかと当該蓄電池バンクとを、仮想的に一つの蓄電池バンクとして組み合わせて動作させる組み合わせ制御部をさらに備えることを特徴とする再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システム。
5. 請求項１に記載の再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システムにおいて、
   前記蓄電池バンクと接続されており、前記電流比較部および前記モード設定部を有する蓄電池制御装置と、
   前記蓄電池制御装置と接続されており、前記充放電制御部と、前記充放電制御部に入出力される信号の変換を行うインターフェース部とを有する平準化制御装置と、を備えることを特徴とする再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システム。
6. 再生可能エネルギを利用した発電電力の変動を緩和するための蓄電池システムであって、
   １または２以上の蓄電池セルを直列接続してそれぞれ構成される複数の蓄電池ストリングを有する蓄電池バンクと、
   前記複数の蓄電池ストリングが並列に接続され、前記蓄電池バンクの充放電を行う変換器と、
   前記複数の蓄電池ストリングをそれぞれ構成する各蓄電池セルの電圧を検出する電圧検出器と、
   前記電圧検出器により検出された各蓄電池セルの電圧を比較する電圧比較部と、
   前記変換器による前記蓄電池バンクの充放電を制御する充放電制御部と、
   前記電圧比較部による前記電圧の比較結果に基づいて、前記蓄電池バンクに標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在するか否かを判断し、前記標準からの電気的特性の隔たりが大きい蓄電池セルが存在すると判断した場合に、前記蓄電池バンクを充放電する際の放電深度の上限値および最大連続放電電荷量の少なくとも一方を変更するモード設定部と、を備えることを特徴とする再生可能エネルギ用変動緩和蓄電池システム。

Images