JPH08140285A - 電力貯蔵システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エネルギー損失が少なく、かつ、非常時の系
統周波数変動を最小限に抑える電力貯蔵分散電源システ
ムを提供することを目的とする。 【構成】 二次電池モジュールの出力電力を、放電深度
（すなわち、内部抵抗）に応じて代えることによって電
力損失を少なくする。また、これと同時に、複数のに次
電池モジュールを組み合わせて使用することによって、
システム全体としての出力電力を維持する。平常時、充
電／放電を行う放電深度を規制することによって、常に
ある一定容量の充電／放電を最小限確保しておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二次電池を用いた電力
貯蔵システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】電力貯蔵システムは、系統電力の負荷平
準化やピークカット、また系統周波数や系統電圧などを
安定化するために利用されている。

【０００３】近年は、二次電池モジュールを用いた電力
貯蔵システムの開発が進められている。二次電池を用い
た電力貯蔵システムおよびその利用形態の概要を図２０
を用いて説明する。

【０００４】系統電力のベースとなる系統の電源（例え
ば、原子力発電所、火力発電所）１が発電した電力は、
配電変電所２で変圧調整され、系統負荷群３の需要家へ
供給されている。そして、電力貯蔵分散電源システム２
０は、遮断機５および交流電圧変圧器６を介して、該配
電系統４に接続されている。

【０００５】電力貯蔵分散電源システム２０は、複数の
二次電池を直並列接続して構成される電池モジュール７
と、電力制御部１２と、電力を交／直可逆変換する電力
変換部１１と、を含んで構成されている。配電系統４の
電力が不足する場合は、二次電池電池モジュール７より
放電される直流電力を、電力変換部１１により交流に変
換して系統に供給する。逆に夜間などの系統電力が余剰
となる場合は、配電系統４から送られてくる交流電力
を、電力変換部１１により直流電力に変換し、電池モジ
ュール７に充電する。

【０００６】燃料電池システムと組み合わせて系統電力
の安定化をはかるハイブリッド型の電力貯蔵システムも
提案されている。例えば、特開昭６３−４５７６５に
は、直流側で二次電池と燃料電池システムを並列に接続
したシステムについて開示されている。該システムは、
燃料電池の出力不足を補うとき以外は、二次電池が充電
状態にあるような浮動充電しながら、負荷に電力を供給
するようになっている。

【０００７】このような電力貯蔵システムに使用する二
次電池としては、エネルギー密度が大きく、また、充放
電ロスも少ないことが要求される。このような要求を満
たすものとして、ナトリウム硫黄二次電池が注目され、
現在、その開発が精力的に続けられている。

【０００８】ナトリウム硫黄電池は、放電深度の高い領
域において、放電時の内部抵抗Ｒが増大し、極大値をも
つことが知られている（図３参照）。このような特性に
ついては、例えば、Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ Ｓｏ
ｃ．，Ｖｏｌ．１３６，Ｎｏ．７，Ｐ１９６２，Ｊｕｌ
ｙ１９８９に報告されている。

【０００９】図中、”放電深度”とは、満充電状態から
放電を開始して、電池が放電することのできる全電力量
（放電容量）と、その時点で既に放電してしまっている
電力量との比である。あるいは、満充電状態から放電を
開始してある一定電圧にまで電池電圧が低下するまでに
要する時間と、その時点までに既に経過している時間と
の比である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】電池電圧をＥ、電池電
流をＩ、内部抵抗をＲとすると、充放電電力量Ｗおよび
エネルギー変換効率ηは、下記数１、数２、数３で表さ
れる。

【００１１】

【数１】 充電電力量Ｗｃ＝∫Ｉ・Ｅ ｄｔ＋∫Ｉ²・Ｒ ｄｔ

【００１２】

【数２】 放電電力量Ｗｄ＝∫Ｉ・Ｅ ｄｔ−∫Ｉ²・Ｒ ｄｔ

【００１３】

【数３】エネルギー変換効率η＝放電電力量Ｗｄ／充電
電力量Ｗｃ数３からわかるとおり、充電電力量Ｗｃを一
定として考えた場合、そのエネルギー変換効率は、放電
電力の出力に応じて変化する。ここで、充電電力量Ｗｃ
＝定格電力量Ｗｓ（数４参照）である場合を考えると、
そのエネルギー変換効率ηｓは、下記数５で示される。
また、電力損失量Ｗｐ１は、下記数６で示される。

【００１４】

【数４】定格電力量Ｗｓ＝∫Ｉ・Ｅｏｃｖ ｄｔ Ｅｏｃｖ：開路電圧

【００１５】

【数５】定格電力ベースでのエネルギー変換効率ηｓ ＝放電電力量Ｗｄ／定格電力量Ｗｓ

【００１６】

【数６】 電力損失量Ｗｐ１＝定格電力量Ｗｓ−放電電力量Ｗｄ 電力損失量Ｗｐ１（数６参照）は、数２の右辺における
第二項に相当するものである。内部抵抗Ｒが小さい程、
定格電力ベースのエネルギー変換効率ηｓは高くなる。
言い替えれば、内部抵抗Ｒの高い領域における放電では
エネルギー損失量が大きくなる。放電深度にかかわらず
一定の電流で放電したのでは、効率ηｓは低下する。エ
ネルギー損失量を小さくし、エネルギー変換効率ηｓを
大きくするためには、ナトリウム硫黄電池においては、
放電深度が５０％程度以下の低抵抗領域でのみ充放電を
行うことが好ましい（図３参照）。

【００１７】また、電池は、一般に、放電深度の高い領
域で起電力が低下する。常に一定電力を外部に供給しつ
づけるためには（定電力運転）、該放電深度の高い領域
において、出力電流を増大させなければならない。従っ
て、このような定電力運転は、エネルギー損失量をさら
に増大させることになっていた（図２１参照）。

【００１８】さらに、電池モジュールは、大型化するほ
ど内部抵抗によるエネルギー損失量も多くなるという問
題があった。

【００１９】しかし、従来のシステムでは、このような
充放電深度に応じた内部抵抗および起電力の変動を考慮
した出力制御を行っておらず、エネルギー変換効率の低
下を招いていた。

【００２０】また別の問題として、従来のシステムは、
非常時への対応が十分に配慮がなされていなかった。例
えば、事故等によって負荷が急激に変動すると、系統に
供給される交流電力の周波数が急変してしまう。このよ
うな場合、二次電池により充放電する有効電力を調整す
れば、系統周波数を安定化させることが可能である。し
かし、従来システムにおいては、二次電池の充放電容量
に余裕があるとは限らなかった。充放電末期状態に近づ
いている時に、このような事態が生じると対処できなか
った。

【００２１】この問題については、従来のハイブリッド
型システムでも同様であった。燃料電池システムの運転
状態を変更して負荷の急変動に対応することは、燃料電
池設備の著しい寿命低下を招く。例えば、アノードとカ
ソードの圧力バランスが乱されて、電解質板が損傷、劣
化する。また、改質器のバーナに過剰の未反応燃料ガス
が送られるため、改質器温度が異常過熱して改質触媒の
劣化や改質器損傷を招く。

【００２２】負荷が小さい状況に対応する方法として
は、例えば、特開昭６３−２７６８７７号には、二次電
池の充電量に対応して燃料電池の出力を制御する技術が
開示されている。

【００２３】しかし、夜間などの軽負荷時に充電末期近
くに達しているとき、地絡などの系統事故により、系統
と解列するようなことも考えられる。このような場合、
二次電池による充電は不可能となるため、燃料電池の出
力を一時的に停止しなければならない。二次電池などと
は異なり、燃料電池は、一旦停止させてしまうと、再び
出力を上昇させるのにスタートアップ時間を要する。ま
た、燃料電池装置の稼働率も低下してしまうという問題
があった。

【００２４】従来のハイブリッド型のシステムにおいて
は、二次電池の充放電を電池モジュールごとに個別に独
立して行うことはできなかった。そのため、充放電可能
な領域を常に確保しておくことは不可能であった。

【００２５】本発明は、定常運転時、非常時いずれにも
十分に対応可能な電力貯蔵分散電源システムを提供する
ことを目的とする。

【００２６】本発明は、エネルギー転換効率をできるだ
け高くすることのできる電力貯蔵分散電源システムを提
供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するためになされたもので、内部抵抗が低い領域では出
力電流（出力電力）を大きくし、内部抵抗が高い領域で
は出力電流（出力電力）を小さくすることによって、電
池モジュールのエネルギー変換効率η（放電エネルギー
／充電エネルギー）を高くするものである。出力電力の
低下は、複数の電池モジュールを適宜組み合わせて使用
することによって補う。

【００２８】以下、本発明の構成をより具体的に述べ
る。

【００２９】本発明の第１の態様としては、１または２
以上の二次電池を含んで構成される二次電池モジュール
と、上記二次電池の内部抵抗と相関を有するあるパラメ
ータの値（以下”パラメータ値”という）を求めるパラ
メータ手段と、上記パラメータ手段の求めたパラメータ
値に応じて、上記二次電池モジュールからの放電電力を
調整する制御手段と、を有することを特徴とする電力貯
蔵システムが提供される。

【００３０】上記制御手段は、上記内部抵抗との関係に
基づいて決定された上記パラメータの基準値を備え、上
記調整は、該基準値と上記パラメータ手段の求めたパラ
メータ値との大小関係に基づいて行われるものであるこ
とが好ましい。

【００３１】上記調整は、上記内部抵抗の大きい領域に
おいては、上記放電電力を小さくするものであることが
好ましい。

【００３２】上記パラメータは、上記二次電池の放電深
度であることが好ましい。

【００３３】上記制御手段は、上記放電深度が予め定め
られた範囲内において、上記二次電池モジュールの放電
および／または充電を行わせるものであることが好まし
い。

【００３４】互いに並列に配置され、充電および放電を
互いに独立弟に制御可能に構成された上記二次電池モジ
ュールを複数備え、上記制御手段は、充電および放電そ
れぞれについて予め定められた上記二次電池モジュール
間における優先準位を備え、該優先準位に従って上記充
電および放電を行わせるものであることが好ましい。

【００３５】上記制御手段は、優先準位の高い二次電池
モジュールから放電する電力だけでは電力が不足する場
合には、優先準位の低い二次電池モジュールからの放電
を許すものであることが好ましい。

【００３６】本発明の第２の態様においては、二次電池
を用いた電力貯蔵システムの運転方法において、二次電
池の内部抵抗を直接／または間接的に求め、該内部抵抗
の大きさに応じて、上記二次電池の出力電力と入力電力
との少なくとも一方を調整することを特徴とする電力貯
蔵システムの運転方法が提供される。

【００３７】

【作用】制御手段は、優先準位に従って決定されるいず
れかの二次電池モジュールに対して充電および放電を行
わせる。また、優先準位の高い二次電池モジュールから
放電する電力だけでは電力が不足する場合には、優先準
位の低い二次電池モジュールからの放電を行わせる。こ
の場合、制御手段は、基準値と、パラメータ手段の求め
たパラメータ（例えば、放電深度）の値との大小関係に
基づいて、当該二次電池モジュールからの出力（放電電
力）を調整する。例えば、二次電池の内部抵抗の大きい
領域においては、放電電力を小さくする。これにより、
電力損失を抑えることができる。

【００３８】また、通常、制御手段は、放電深度が予め
定められた範囲内においてのみ、上記二次電池モジュー
ルの放電および／または充電を行わせる。これにより、
通常は、充電、放電を行うためのある一定容量が常に確
保され、非常時への対応が可能となる。

【００３９】

【実施例】本発明の実施例を図面を用いて説明する。

【００４０】［実施例１］本実施例の電力貯蔵分散電源
システムおよびこれを利用した供電システムの概要を図
１に示す。

【００４１】系統電力のベースとなる電源（例えば、原
子力発電所、火力発電所）１で発電された電力は、配電
変電所２で変圧調整され、系統負荷群３の需要家へ供給
されている。そして、本実施例の電力貯蔵分散電源シス
テム１９は、遮断機５と交流電圧変圧器６を介して、配
電系統線４に接続されている。

【００４２】電力貯蔵分散電源システム１９は、二次電
池モジュール７ａ，７ｂと、電池補機設備７０と、電流
・電圧検出器９ａ，９ｂと、開閉器１０ａ，１０ｂと、
電力変換器１１ａ，１１ｂと、電力制御システム２９
と、を含んで構成されている。

【００４３】以下、二次電池モジュール７ａと、二次電
池モジュール７ｂとを総称して、単に、”二次電池モジ
ュール７”という。電流電圧検出器９等についても同様
である。また、二次電池モジュール７ａ、二次電池モジ
ュール７ｂを、それぞれ単に”モジュールＡ”、”モジ
ュールＢ”と呼ぶ場合がある。

【００４４】二次電池モジュール７は、電力を蓄えるた
めのものであり、本実施例では、ナトリウム硫黄二次電
池を直並列に接続して構成されている。使用する二次電
池の種類、モジュールの個数は、これに限定されるもの
ではない。しかし、使用する電池の種類、特性等に応じ
て、後述する運転制御の内容を変更する必要があること
は言うまでもない。二次電池モジュール７ａ，７ｂへの
充放電は、互いに独立的に行うことができる構成となっ
ている。従って、例えば、二次電池モジュール７ａのみ
に充電することも可能である。

【００４５】電池補機設備７０は、二次電池モジュール
７を収納する断熱容器やヒータ等、電池の運転温度を維
持するためのものである。本実施例では該電池補機設備
７０を二次電池モジュール７ａと二次電池モジュール７
ｂとで共有しているが、電池モジュールの規模によって
は、それぞれ独立的に設けてもよい。

【００４６】電力変換器１１は、二次電池モジュール７
の充電・放電電力の調整、および、交流／直流変換を行
うためのものである。電力の調整は、電流値を変更して
行っている。そのため、後の説明において述べる出力電
力の切下げは、そのまま電流値の減少につながってい
る。二次電池モジュール７を充電する際には、配電系統
線４から供給される交流電力を直流電力に、また、逆
に、放電の際には、二次電池モジュール７の放出する直
流電力を交流電力に変換する。これらの動作は、電力制
御システム２９から入力される交流／直流切り替え指令
３９２、電力設定信号３９３に従って制御される構成と
なっている。電力変換器１１ａと電力変換器１１ｂと
は、それぞれ互いに独立的に制御可能である。

【００４７】電流・電圧検出器９は、二次電池モジュー
ル７の充放電の際の電流値および電圧値を検出するため
のものである。電流・電圧検出器９は、二次電池モジュ
ール７と電力変換器１１の間に接続されている。電流・
電圧検出器９は、測定結果を、検出信号４００として電
力制御システム２９に出力している。これらのデータ
は、電力制御システム２９（特に、後述する運転計画作
成支援手段１４）における電力量等の計算に用いられ
る。

【００４８】該開閉器１０は、二電池モジュール７と、
配電系統線４との間の電気回路を開閉するためのもので
ある。該開閉器１０は、電力制御システム２９から入力
される回路開閉指令信号３９１に従って作動する構成と
なっている。開閉器１０ａと、開閉器１０ｂとは、それ
ぞれ、互いに独立的に制御可能に構成されている。

【００４９】電力制御システム２９は、電力貯蔵分散電
源システム１９全体を監視制御するためのものである。
電力制御システム２９は、電流・電圧検出器９、開閉器
１０、電力変換器１１および電池補機設備７０と通信線
で接続されている。本実施例では、該電力制御システム
２９を、マイクロプロセッサー、メモリ等のハードウエ
アと、メモリ内に格納されたソフトウエア（プログラ
ム、データ）とによって構成している。以下、電力制御
システム２９の詳細を図２を用いて説明する。

【００５０】電力制御システム２９は、機能的には、基
本データ格納手段３６、入力手段３７、運転計画作成支
援手段１４、運転データ格納手段３５、運転計画格納手
段１５、システム保護判定手段１２、電力制御手段３９
等を含んで構成される。

【００５１】基本データ格納手段３６は、二次電池モジ
ュール７の電池特性（例えば、内部抵抗、開路電圧、電
流−電圧）と、放電深度との関係を示す基本データが格
納されている。しかし、本実施例の目的（出力規制によ
る電力損失の低減）を達成するためには、少なくとも、
放電深度と内部抵抗との関係、および、放電深度と回路
電圧との関係、の２つが該基本データに含まれていれば
よい。該基本データを含むナトリウム硫黄電池の特性を
図３に示した。

【００５２】入力手段３７は、システム管理者が、運転
計画を作成する際に、該システムへの指示を入力するも
のである。ここでいう”運転計画”とは、二次電池モジ
ュール７ａと二次電池モジュール７ｂとの間での電力負
荷配分や充放電カット電圧等である。本実施例では、該
入力手段３７を、表示装置、キーボード、マウスなどを
含んで構成している。表示装置には、後述する各種のシ
ミュレーション結果などが表示される。従って、システ
ム管理者は、該表示を見ながらこれらの入力などを行う
構成となっている。

【００５３】運転計画作成支援手段１４は、二次電池モ
ジュール７の放電深度および放電電力量、エネルギー転
換効率等を算定する機能を備えている。また、システム
管理者による運転計画の作成を支援するために、各種の
シミュレーションを行う機能を備えている。以下、各機
能ごとに詳細に説明する。

【００５４】放電深度、放電電力量については、実測デ
ータ（電流・電圧検出器９の検出信号４００）を下記数
７〜数９に代入することによって求めている。さらに、
求めた放電深度等は、運転データ格納手段３５に格納す
る構成となっている。運転データ格納手段３５は、二次
電池モジュールの使用経歴（例えば、サイクル数、積算
通電量等）を格納するためのものである。

【００５５】

【数７】放電容量Ｃ（Ａｈ）＝∫ｉ（ｔ）ｄｔ

【００５６】

【数８】放電深度Ｄ（％） ＝ Ｃ／Ｃ₀

【００５７】

【数９】放電電力量Ｗｄ（Ｗｈ） ＝ ∫ｉ（ｔ）・Ｅ
（ｔ）ｄｔ − ∫ｉ²（ｔ）・Ｒ（ｔ）ｄｔ Ｃ₀ ：定格放電容量（Ａｈ） ｉ（ｔ）：電流値 Ｅ（ｔ）：電圧 Ｒ（ｔ）：内部抵抗 エネルギー転換効率ηｃおよび損失（１−ηｃ）につい
ては、運転終了後の実測電力量に基づいて算出してい
る。算出結果は、入力手段３７の運転制御画面上に表示
される。

【００５８】電圧特性や運転効率等のシュミレーション
については、入力手段３７から入力された制約条件、基
本データ（図３参照）、および、数４〜数１１を用いて
行っている。

【００５９】

【数１０】Ｐ（Ｄ）＝Ｉ（Ｄ）・Ｅｏｃｖ（Ｄ） − Ｉ
²（Ｄ）・Ｒ（Ｄ）

【００６０】

【数１１】Ｅ（Ｄ）＝Ｉ（Ｄ）・Ｒ（Ｄ） Ｐ（Ｄ）：放電深度Ｄにおける出力電力 Ｉ（Ｄ）：放電深度Ｄにおける電流 Ｅｏｃｖ（Ｄ）：放電深度Ｄにおける開路電圧 Ｒ（Ｄ）：放電深度Ｄにおける内部抵抗 Ｅ（Ｄ）：放電深度Ｄにおける電池電圧 運転計画（モジュールＡ，Ｂ間における負荷配分の計
画）は、システム管理者がこれらのシミュレーションの
結果を見ながら、自らの判断に従って作成する構成とな
っている。例えば、該シミュレーションによってモジュ
ールＡのその時点での（あるいは、ある一定電力量放電
後の）放電深度等を得ることによって、モジュールＡ，
Ｂの出力電力変更のタイミング（注：モジュールＡにつ
いての後述する放電深度５０％がこれに対応するもので
ある）を、実際の運転切り替え”時刻”として運転計画
に盛り込むことができる。このようにして作成された運
転計画は、運転計画格納手段１５に格納される（信号１
４１）。該運転計画（あるいは、計画の決定手法）こそ
が、本実施例の最大の特徴である、放電深度に応じた二
次電池モジュールの運転制御の内容を実際に規定するも
のである。従って、運転計画については、後ほど動作説
明と合わせて詳細に説明する。

【００６１】なお、本実施例においては、運転計画作成
支援手段１４が、特許請求の範囲において言う”パラメ
ータ手段”に相当する。”制御手段”とは、電力制御シ
ステム２９全体によって（この中でも、特に、電力制御
手段３９）実現されるものである。

【００６２】システム保護判定手段１２は、給電システ
ム（図１）の異常の有無を監視するためのものである。
運転計画作成支援手段１４から入力される信号１４２
と、系統モニタ部１３の検出結果（信号３８０）とを、
比較することによって、異常の有無を判定している。そ
して、異常の有無、および、異常があった場合にはその
内容を、判定信号１２１として電力制御手段３９に出力
している。なお、系統モニタ部１３は、配電系統線４に
おける電流、電圧を検出するものである。また、信号１
４２は、電圧、電流、電力量、放電深度等を示すもので
ある。

【００６３】電力制御手段３９は、電池補機設備７０、
開閉器１０、電力変換器１１を制御するためのものであ
る。電力制御手段３９は、開閉器１０には開閉動作指令
３９１を出力している。同様に、電力変換器１１には交
流／直流切り替え指令３９２および電力設定信号３９３
を、電池補機設備７０には補機設備制御信号３９４を出
力している。開閉器１０等は、これらの制御信号３９１
〜３９４に従って作動する構成となっている。

【００６４】通常、電力制御手段３９は、運転計画格納
手段１５に格納されている運転計画に従った制御信号３
９１〜３９４を出力している。しかし、判定信号１２１
によって異常発生を知らされた場合には、これに対応す
べく特別な制御を行う構成となっている。例えば、配電
系統線４における電力や周波数の変動幅が、予め定めら
れた値以上になっている場合には、開閉器１０を開路状
態に切り替えさせる。また、二次電池モジュール７の電
圧が所定のカット電圧または放電深度に達した場合に
も、過充放電防止のために同様の動作を行わなせる構成
となっている。なお、このような異常時における特別な
制御の内容を規定した情報は、該電力制御手段３９自身
が予め備えている。

【００６５】次に、本実施例の電力貯蔵分散電源システ
ム１９における、運転計画の一例およびその決定基準を
図４を用いて説明する。なお、系統負荷群３の電力需要
ＰＬは、電力貯蔵分散電源システム１９が供給する電力
と、系統電源１から供給される電力Ｐｏとの両方によっ
て満たされている。しかし、電力Ｐｏについては、本実
施例の電力貯蔵分散電源システム１９とは関係ないため
説明は省略する。

【００６６】ここでは、常に、一定の電力（ここではＰ
ｓ（Ｗ））を出力する場合を例にとって説明する。ま
た、各モジュールＡ，Ｂの仕様は、以下のようなもので
あると仮定して説明を行う。

【００６７】 モジュールＡ ： 定格電力量 ＝ Ｗｓ （Ｗｈ） 定格出力電力 ＝ Ｐｓ （Ｗ） 定格運転時の放電効率ηｓ ＝ ７０ ％ モジュールＢ ： 定格電力量 ＝ Ｗｓ／２ （Ｗｈ） 定格出力電力 ＝ Ｐｓ （Ｗ） 定格運転時の放電効率ηｓ ＝ ７０ ％ モジュールＡは、その放電深度が５０％（これが、特許
請求の範囲においていうパラメータの”基準値”に相当
するものである。）に達するまでは、定格電力Ｐｓ
（Ｗ）で運転する。そして、それ以降の放電深度では、
０．３Ｐｓ（定格電力の３０％）の出力電力で運転す
る。これは、放電深度が高い(ここでは、５０％以上)領
域では、内部抵抗が増大するため（図３参照）、出力電
力を下げることによって、電力損失を少なくするためで
ある。既に述べたとおり、出力電力の調整は、電流値の
変更により行なう。

【００６８】一方、モジュールＢは、モジュールＡが定
格電力Ｐｓで運転されている間（つまり、モジュールＡ
の放電深度が５０％以下の場合）は、電力を出力させな
い。モジュールＢは、モジュールＡの出力電力が０．３
Ｐｓとされている時（すなわち、放電深度が５０％を越
えた場合）に、０．７Ｐｓ（定格電力の７０％）の出力
電力で運転を行う。該モジュールＢについては、モジュ
ールＢ自身の放電深度には関係なく、常に、出力電力を
０．７Ｐｓとされる。

【００６９】このような負荷配分を行うことにより、モ
ジュールＡの出力電力が０．３Ｐｓとされているときで
も、電力貯蔵分散電源システム１９全体としては、一定
電力（＝定格電力Ｐｓ）を出力しつづけることができ
る。

【００７０】ここで述べた各モジュールＡ，Ｂの出力電
力（モジュールＡ：Ｐｓ，０．３Ｐｓ、モジュールＢ：
０．７Ｐｓ）は、当該放電深度領域における出力電力の
最大値である。電力の需要が少なく、電力貯蔵分散電源
システム１９として出力しなければならない出力電力が
Ｐｓよりも小さい場合には、適宜、モジュールＡ，Ｂの
出力電力を下げることは言うまでもない。

【００７１】出力電力の切下げは、モジュールＢに対し
て優先的に行う。各放電深度毎の出力電力の最大値（Ｐ
ｓ，０．３Ｐｓ）を越えない範囲内で、常に、モジュー
ルＡを優先して放電させるようにする。例えば、モジュ
ールＡの放電深度が８０％の領域において、電力貯蔵分
散電源システム１９全体として必要な出力電力が０．９
Ｐｓであった場合を考える。この場合には、モジュール
Ａの出力電力は０．３Ｐｓのままにして、モジュールＢ
の出力電力のみを０．６Ｐｓに切り下げる。

【００７２】次に上記運転計画のもとでの動作を、図
４、図５を用いて説明する。

【００７３】運転計画に従って電力制御手段３９が電力
変換器１１等を作動させることによって、モジュール
Ａ，Ｂの出力電力は制御される。

【００７４】電力制御手段３９は、出力電力をＰｓとす
る内容の電力設定信号３９３を電力変換器１１ａに出力
している。一方、電力変換器１１ｂには、出力電力を０
とする内容の電力設定信号３９３を送っている。モジュ
ールＡの電流は当初はほぼ一定にされている（図４参
照）。これは、放電深度が浅い領域においては、電圧の
低下、および、内部抵抗の増大がないためである。

【００７５】運転計画上、放電深度が５０％を越える時
刻になると、電力制御手段３９は、出力電力をＰｓから
０．３Ｐｓに下げることを電力変換器１１ａに指示す
る。電力変換器１１ａは、これに対応してモジュールＡ
の電流を、一旦、減少させる。しかし、これ以降の放電
深度領域においては、電圧の低下、内部抵抗の増大が生
じてくるため、電力変換器１１ａは、これを相殺するた
めにモジュールＡの電流値を徐々に増大させてゆく。

【００７６】また、モジュールＡの出力電力を０．３Ｐ
ｓに下げさせるのと同期して、電力制御手段３９は、出
力電力０．７Ｐｓで放電を開始するように電力変換器１
１ｂに指示を出す。電力変換器１１ｂは、該指示に従っ
て、モジュールＢに０．７Ｐｓでの放電を行わせる。モ
ジュールＡの場合と同様に、電流値は、当初はほぼ一定
にされているが、放電深度が高くなるにつれて徐々に増
大されてゆく。なお、参考のため、図４には、モジュー
ルＡ，Ｂそれぞれが単独で、定格出力電力Ｐｓで放電し
つづけた場合（従来技術）の電流変化の様子を、定格Ｉ
ｐとして破線で示した。

【００７７】ここまで特に述べなかったが、該動作中、
開閉器１０は、当然、閉じられている。また、交流／直
流切り替え指令３９２は、直流を交流に変換させる内容
となっている。

【００７８】このような運転を行った場合の、各モジュ
ールごとの電力損失、電力貯蔵分散電源システム１９全
体での電力損失を、図５に示した。モジュールＡの放電
効率ηｃは８８％であり、定格出力電力での放電効率
（＝７０％）よりも高くなっている。これは、放電深度
５０％以後の出力を０．３Ｐｓに低下させているからで
ある。モジュールＢについても、同様に、放電効率ηｃ
が８８％と定格運転時よりも高くなっている。本システ
ム全体での放電効率は８８％（電力量損失１２％）であ
る。比較のため、図５には、１つの二次電池モジュール
を定格電力Ｐｓで運転つづけた場合（従来技術）の電圧
変化、および電力損失量も示している。この場合（従来
技術）の定格放電効率ηｃは７０％である（電力量損失
３０％）。つまり、本実施例では、従来のシステムと比
べて効率が１８％も改善されている。

【００７９】以上説明したとおり、本実施例では、放電
深度、すなわち、内部抵抗特性に応じて各モジュール間
での電力配分を最適化することにより、効率の高い運転
が可能となる。

【００８０】本実施例では、運転計画上、放電深度との
関係において各モジュールの出力電力の大きさを規定し
ていた。しかし、これに限定されるものではなく、電池
の内部抵抗との関係において、出力電力を規定するよう
な運転計画を作成するようにしてもよい。さらには、内
部抵抗と一定の関係があり、かつ、検出（あるいは、算
出）可能な他のなんらかの量との関係において、出力電
力の大きさを規定するようにしてもよい。

【００８１】なお、放電深度を求めることは、内部抵抗
を間接的に求めることに相当する。

【００８２】［実施例２］実施例２は、電力需要を予測
することによって系統電力のピークカット運転を可能と
した点を特徴とするものである。また、異常な負荷変動
への対応を可能とした点を特徴とするものである。

【００８３】該実施例２の電力貯蔵分散電源システム２
０を含んだ給電システムの概要を図６に示す。電力貯蔵
分散電源システム２０と、上記実施例１の電力貯蔵分散
電源システム１９との違いは、電力制御手段３０のみで
ある。従って、ここでは電力制御システム３０のみを説
明し、他の部分については説明を省略する。

【００８４】電力制御システム３０の詳細を図７を用い
て説明する。

【００８５】電力制御システム３０は、電力需要予測手
段３２、過去事例データ格納手段３３、運転計画作成手
段３４、基本データ格納手段３６、入力手段３７、演算
機４０、運転計画修正手段３８、電力制御手段３９など
を含んで構成される。

【００８６】電力需要予測手段３２は、負荷３におけ
る、日間あるいは昼、夜間の電力需要を所定の時間間隔
で予測する機能（以下”長期予測”という）を備えてい
る。また、現在の時刻から、１時間あるいは３０分先の
電力需要を逐次予測する機能（以下”逐次予測”とい
う）を備えている。これらの予測は、記憶手段３３に格
納されている過去事例データ３３０を学習させたニュー
ラルネットワークに、電力需要に影響を与える因子（以
下”影響因子”という）３２１を入力して行っている。
そのため、工業地域や住宅地域などの制御する系統特有
の需要変化を高い精度で需要予測ができる。影響因子３
２１としては、例えば、気温、湿度等の天候予報情報、
平休日、イベント情報が挙げられる。過去事例データ３
３０は、過去における、影響因子３２１の内容（３３
１）と、時刻毎の電力需要値等を含んで構成される過去
需要データ３５１と、を対応づけて蓄積したものであ
る。この過去事例データ３３０は、ニューラルネットワ
ークを学習させるのに必要な教師データの作成に用いら
れる。ニューラルネットワークの詳細については後ほど
述べる。

【００８７】電力需要予測手段３２は、長期予測の結果
を、需要予測結果３２２として運転計画作成手段３４に
出力する構成となっている。一方、逐次予測の結果は、
逐次予測結果３２３として、運転計画修正手段３８に出
力する構成となっている。

【００８８】基本データ格納手段３６は、上記実施例と
同様のものである。つまり、基本データ格納手段３６に
は、モジュールＡ，Ｂの開路電圧や内部抵抗等のデータ
が格納されている。

【００８９】入力手段３７は、運転上の様々な制約条件
等を入力するためのものである。制約条件としては、本
実施例では、例えば、各モジュールＡ，Ｂについての、
放電深度と出力電力の上限との関係が挙げられる。ま
た、通常の運転時に使用する放電深度の範囲、あるい
は、非常時のみ使用する放電深度の範囲が挙げられる
（後述の例におけるＤｘｃ，Ｄｘｄがこれに相当す
る）。

【００９０】運転計画作成上の制約条件としては、この
他にも、充電／放電におけるモジュールＡ，Ｂ間での優
先準位などが挙げられる。しかし、この優先準位は、固
定的なものであり、入力手段３７からの入力によっては
変更できない。該優先準位は、運転計画作成手段３４自
身が予め備えている。

【００９１】演算機４０は、電流・電圧検出器９の検出
結果に所定の演算（例えば、Ａ／Ｄ変換）を行った後、
各運転計画作成手段３４に出力するものである。

【００９２】運転計画作成手段３４は、電流・電圧検出
器９の検出結果に基づいて、電力量、放電深度を求め、
これを電流値、電圧値とともに、運転計画修正手段３８
に出力する機能を備えている。また、モジュールＡ，Ｂ
の運転計画を作成する機能を備えている。該運転計画
は、電力需要予測結果３２２、入力手段３７から入力さ
れる電力運転規定条件３７１、基本データ格納手段３６
内の各種データ、モジュールＡ，Ｂの電圧、電流の実測
値等を用いて作成される。さらに、図では明らかでない
が、系統の電源１の運転計画等も入力される構成となっ
ている。なお、ピークカット運転を行っている場合に
は、充電終了後から放電開始前までの間に運転計画を作
成する。作成された運転計画は、運転データ格納手段３
５に格納される。運転データ格納手段３５には、この他
に、各モジュールの電流、電圧の実測データおよび計算
結果（充放電容量、放電深度、電力量、効率、損失な
ど）が、運転計画作成手段３４によって格納される。ま
た、運転計画修正手段３８には、電圧、電流、電力量、
放電深度を示す信号４０１が出力される。

【００９３】運転計画修正手段３８は、逐次予測結果３
２３を用いて運転計画を修正する機能を備えている。修
正後の運転計画は、電力制御手段３９へ制御信号３８１
として送る。運転計画修正手段３８は、さらに、運転計
画作成手段３４から入力された放電深度に従って、各モ
ジュールの出力電力を変更するタイミング（注：これ
は、上記実施例１と同様、運転計画上、規定されている
ものである）の修正を行う機能を備えている。この他、
運転計画修正手段３８は、実施例１におけるシステム保
護判定手段と同様の機能をも備えている。つまり、系統
モニタ１３の検出した系統電力や周波数測定値３８０に
基づいて、異常の有無を判定し、異常があった場合に
は、非常時運転モードへの切り替えの指示などを電力制
御手段３９に出力する。

【００９４】電力制御手段３９は、運転計画修正手段３
８によって適宜修正された運転計画（制御信号３８１）
に従って、制御信号３９１〜３９４を出力し、開閉器１
０、電力変換器１１等を制御するものである。

【００９５】特許請求の範囲において言う”制御手段”
とは、本実施例においては、電力制御手段３９、運転計
画作成手段３４等によって構成されるものである。運転
計画作成手段３４が、特許請求の範囲においていう”パ
ラメータ手段”に相当するものである。但し、電力制御
システムは、全体が密接に連携して動作するものである
ため、ここで述べた特許請求の範囲との対応関係は厳密
なものではない。電力制御システム全体として上記機能
を実現していれば、具体的な機能の分担（あるいは、区
分）は、どのようになっていても構わない。

【００９６】電力需要予測手段３２の詳細を図８を用い
て説明する。上述したとおり、本実施例では、電力需要
予測手段３２をニューラルネットワークを用いて構成し
ている。

【００９７】需要予測手段３２は、目標データ作成手段
３２０１、ニューラルネットワーク３２０５、入力デー
タ作成手段３２０６、比較修正手段３２０３を含んで構
成される。

【００９８】ニューラルネットワーク３２０５は、既に
広く知られているとおり、複数のニューロンを含んだ入
力層、中間層、出力層から構成される。そして、各層間
のニューロンは互いに結合されている。また、該結合に
は、それぞれ、重み係数がつけられている。ニューロン
は、入力された信号に重み係数を乗算等した後、他のニ
ューロンに出力する。重み係数は各結合ごとに異なって
いるため、該他のニューロンへの出力は、各結合毎に異
なったものとなる。教師データを用いて、各結合に付与
しておく重み係数を予め最適化しておく（以下”学習”
という）ことにより、ある入力３２０７に対する出力２
０４が、目的とするデータの予測値となる。実際に予測
を行う場合の入力３２０７は、入力データ作成手段３２
０６が影響因子３２１を用いて作成する。

【００９９】教師データは、ニューラルネットワーク３
２０５への入力データと、該入力データに対応した目標
データとの組合せからなる。該目標データは、目標デー
タ作成手段３２０１が、記憶手段３３に格納されている
過去データ３５１を規格化等することによって作成す
る。該目標データに対応する入力データは、入力データ
作成手段３２０６が、記憶手段３３に格納されている過
去事例データ３３１を用いて規格化等することによって
作成する。

【０１００】教師データに含まれる入力データをニュー
ラルネットワークの入力層に入力する。これに応じて出
力層から出力されるデータ３２０４と、目標データとが
一致（あるいは、近似）したものとなるように、適宜、
各結合ごとの重み係数に修正（図中、該修正動作を矢印
３２０８として示した）を加えて行くことによって学習
を行うことができる。比較修正手段３２０３が、このよ
うなデータ３２０４と目標データとの比較および重み係
数の修正を行うものである。本実施例のニューラルネッ
トワーク３２０５は、過去事例データ３３１（入力デー
タ）と、過去データ３５１（入力データ）とからなる教
師データを用いて予め学習が行われている。

【０１０１】なお、ニューラルネットワークの学習方法
および重み係数修正の具体的な計算方法の一例として
は、パックプロパゲーション法がある。ニューラルネッ
トワークおよびその学習方法の詳細は、例えば、「Lear
ning internal representations by error propagatio
n」Parallel Distributed Processing:Explorations in
the Microstructures of Cognition,1986,Vol.1,Chapte
r41,pp.675-695:MA:MIT Press,pp.３１８−３６２に記
載されている。

【０１０２】運転計画作成手段３４は、上述した各種制
約条件のすべてを満たす運転計画３４１を作成するもの
である。本実施例では、該計画の作成においては、数理
計画法を用いている。数理計画法については既に広く知
られているため説明は省略する。例えば、「コージェネ
レーションの最適計画」伊東弘一、横山良平：産業図書
株式会社発行に記載されている。但し、運転計画を作成
するための具体的手法は、これに限定されるものではな
い。

【０１０３】動作を説明する。

【０１０４】ここでは、運転計画作成の前提となる制約
条件が以下のように設定されているものとして説明を行
う（図９参照）。

【０１０５】モジュールＡ：Ｄｘｃの領域は、非常時充
電用として確保する。通常は、Ｄｘｃ以上の放電深度領
域（これが、特許請求の範囲において言う”予め定めら
れた範囲”に相当するものである）でのみ、充電／放電
を行う。放電深度５０％までは、定格電力Ｐｓを出力電
力の上限とする。放電深度５０％以上の領域では、出力
電力の上限を０．５Ｐｓ、下限を０．１Ｐｓとし、この
囲内において自由に出力電力を設定できるものとする。

【０１０６】モジュールＢ：Ｄｘｄの領域を非常時放電
用として確保しておく。従って、通常は、これよりも放
電深度の小さい領域（これが、特許請求の範囲において
言う”予め定められた範囲”に相当するものである）で
のみ、充電、放電を行う。放電深度５０％までは、定格
電力Ｐｓを出力電力の上限値をとする。放電深度５０％
以上の領域では、出力電力の上限値を０．５Ｐｓとす
る。

【０１０７】平常時の放電は、モジュールＡを優先して
行う。充電はモジュールＢを優先して行う。Ｄｘｃおよ
びＤｘｄは、系統電力の変動性や設備の利用効率などを
考慮して適切な値を設定するが、１０〜４０％程度が好
ましい。参考のために、放電深度と充放電可能な定格電
力量の関係を図１０に示す。図１０から明らかなとお
り、放電深度を制約することにより、必要な定格電力量
を確保することができる。本実施例ではＤｘｃ＝２０±
５％、Ｄｘｄ＝４０±５％とすることで、非常時に充電
可能な定格電力量Ｗｘｃを２３±５％、放電可能な定格
電力量Ｗｘｄを３０±５％分確保できる。

【０１０８】以上のような制約条件の下、平常時におけ
る定格充放電電力量Ｗｔは、下記数１２から求められ
る。

【０１０９】

【数１２】Ｗｔ＝（Ｗａ−Ｗｘｃ）＋（Ｗｂ−Ｗｘｄ） Ｗｔ ：平常時における定格充放電電力量 Ｗａ ：モジュールＡの全定格電力量 Ｗｘｃ：非常時に充電可能な定格電力量 Ｗｂ ：モジュールＢの全定格電力量 Ｗｘｄ：非常時に放電可能な定格電力量 電力需要予測手段３２による長期予測の結果が、図１１
（ａ）のようなものであった場合、系統の電源１だけで
は電力需要のピークに対応できない。また、電力需要の
減少する時間帯においては、電力が余ってしまう。その
ため、図１１（ｂ）に示すようなピークカット運転を行
う必要がある。つまり、電力需要の減少する時刻ｔａ−
時刻ｔｂ間は、余った電力をモジュールＡ，Ｂに充電す
る。一方、電力需要のひっ迫する時刻ｔｃ−時刻ｔｅ間
は、放電を行う。充電電力量Ｗｃ，放電電力量Ｗｄは、
当然ながら、数１２におけるＷｔ以下でなければならな
い。

【０１１０】そこで、運転計画作成手段３４は、上述の
制約条件を満たしつつピークカット運転を行うためのモ
ジュールＡ，Ｂ間の電力配分についての運転計画を作成
する。また、運転計画修正手段３８は、逐次予測の結果
に従って、該運転計画を修正する。ここでは、図１１
（ｂ）における時刻ｔｃから時刻ｔｅの間の放電を例に
とり、該運転計画の修正動作を図１２、図１３を用いて
説明する。

【０１１１】まず、最初に立てた運転計画について説明
する。

【０１１２】モジュールＡは、時刻ｔｄ₁から放電を開
始させる。時刻ｔｄ１から時刻ｔｄ２までは、需要に合
わせた出力電力で放電を行う。この時はまだ放電深度が
小さいため、モジュールＡからの出力電力は、最大、Ｐ
ｓまで増やすことができる。時刻ｔｄ２から時刻ｔｄ３
の期間において、出力電力が下げられているのは、需要
が少ないことに対応したためである。時刻ｔｄ３から
は、再び需要が増大するため、モジュールＡの出力電力
もこれに合わせて増大させるはずである。しかし、計算
上、時刻ｔｄ２から時刻ｔｄ４の間に、モジュールＡの
放電深度は５０％に達してしまう。そのため、これ以降
は、時刻ｔｄ６までモジュールＡは放電深度に応じた出
力電力（最大０．５Ｐｓ、最小０．１Ｐｓ）で放電させ
るに留める。

【０１１３】時刻ｔｄ４において再び需要が増大するこ
とが予測されている。上述したとおりモジュールＡの放
電深度は、既に５０％を越えているため、モジュールＡ
だけではこれに対応できない。従って、時刻ｔｄ４にお
いてモジュールＢを起動し、モジュールＡのみでは不足
する分だけ、該モジュールＢから放電させる。

【０１１４】この後は、徐々に、需要が減少してくるこ
とが予測されているためこれにあわせて電力貯蔵分散電
源システム２０からの出力電力も低下させてゆく。ここ
では、モジュールＡを優先して放電させることが制約条
件において規定されている。そのため出力電力の低下
は、モジュールＢについて優先して行う。需要の減少に
応じて、モジュールＡの出力電力を低下させるのは、モ
ジュールＢからの放電を完全に停止した後でも、更に、
電力が需要よりも多い場合である。

【０１１５】このような運転計画を立てていたにも関わ
らず、逐次予測の結果、長期予測の結果とは異なる需要
が予測される場合がある。この場合には、運転計画修正
手段３８が適宜運転計画を修正しつつ、電力制御手段３
９へ指令を出す。ここでは図１２において、電力Ｗｅ
１，Ｗｅ２として示した分だけ、需要が長期予測よりも
多かった場合を例にとって考える。

【０１１６】運転計画修正手段３８は、逐次予測の結果
と、運転計画（あるいは、当該運転計画のもとになった
長期予測結果）とを比較する。すると、時刻ｔｄ₃で予
測外の電力需要Ｗｅ₁が新たに生じていることがわか
る。そのため、運転計画修正手段３８は、モジュールＢ
の起動タイミング時刻を、時刻ｔｄ₄からｔｄ₃に早め
る。また、モジュールＡについても、放電深度５０％を
越えた後の出力電力を、該電力需要Ｗｅ１を考慮して、
当初予定よりも多少大きくする。

【０１１７】また、時刻ｔｄ₅からｔｄ₆間にも予測外の
電力需要Ｗｅ₂が生じている。そのため、モジュールＢ
の出力電力を当初予定よりも高く保って、これに対応す
る。

【０１１８】次に、非常事態への対応動作について説明
する。

【０１１９】本実施例では、逆潮流などの非平常負荷変
動により、系統周波数が急変するのを抑制することもで
きる。

【０１２０】非常時（例えば、系統モニター１３により
検知した系統の周波数変動が、ある変動巾を超えるよう
な場合）には、電力貯蔵分散電源システム２０からの電
力を融通して、系統周波数を安定化させる。

【０１２１】系統周波数が低下する場合（すなわち、需
要に対して電力供給が不足するような場合）は、放電優
先条件に従ってモジュールＡ，Ｂの順に、あるいは、必
要に応じてモジュールＡ，Ｂの両方から電力を供給す
る。本実施例では、システムの電力貯蔵量が最も少ない
時間帯（図１１（ｂ）における、時刻ｔｅ−時刻ｔａ）
でも、モジュールＢには、電力量Ｗｘｄが確保されてい
る。そのため、予想外に電力需要が増大したような事態
が生じても、これに対応できる。

【０１２２】逆に、系統周波数が上昇する場合（すなわ
ち、電力供給が需要を大幅に上回ってしまう場合）は、
モジュールＢ，Ａの順に、あるいは、必要に応じてモジ
ュールＡ，Ｂの両方に電力を充電する。従って、システ
ムの電力貯蔵量が最も多い時間帯（図１１（ｂ）におけ
る時刻ｔｂ−時刻ｔｃ）でも、モジュールＡには、電力
量Ｗｘｃを充電可能な分だけ容量が残されている。その
ため、予想外に電力需要が低下したような事態が生じて
もこれに対応できる。

【０１２３】以上説明したとおり、本実施例では需要予
測に基づいた運転計画の立案および修正を行うことで、
実際の電力需要に負荷追従した精度の高いピークカット
電力運転が可能となる。また、系統に必要な電力を供給
しつつ、二次電池設備のエネルギー変換効率を向上させ
ることができる。

【０１２４】さらに、常に充放電可能な領域を確保して
おくことで、非常事態へも十分に対応することができ
る。

【０１２５】本実施例では、放電深度５０％を基準とし
て出力電力を調整していた。しかし、該基準となる放電
深度をさらに多数設定し、よりきめこまかに設定しても
よいことは言うまでもない。あるいは、放電深度に従っ
て出力電力の制限を連続的に設定するようにしてもよ
い。このようにすれば、より電力損失の少ない運転が可
能となる。しかし、制御のし易さ、最適化するための計
算手法とこれに要する時間、電力損失低減の目標、需要
予測の精度、等を考慮して、適切な刻み巾を設定するこ
とが好ましい。

【０１２６】上記説明においては、主として放電につい
てのみ述べたが、充電に際しても同様の観点から、放電
深度に応じて充電電流を調整するようにしてもよい。但
し、充電は、基本的に余剰電力を用いて行うものである
ため、充電時間等に制約がある。そのため、これらの各
種制約条件をより優先して充電電流を決定するようにし
ても構わない。

【０１２７】［実施例３］本実施例は、二次電池モジュ
ール７ａ，ｂ等の二次電池設備と並列に、燃料電池発電
設備を接続したハイブリッド型システムである。

【０１２８】本実施例の電力貯蔵分散電源システム２１
を備えた給電システムを図１４に示した。

【０１２９】二次電池設備および制御関連構成部は、実
施例２と同様の設備で構成されるため、ここでの説明は
省略する。

【０１３０】燃料電池モジュール８は、空気と燃料ガス
を電気化学的に反応させて直流電力を得るものである。
該燃料電池モジュール８は、単位電池を複数個積層して
構成されている。該燃料電池モジュール８は、発電した
電力を、配電系統線４、あるいは、二次電池モジュール
７ａ，ｂに出力する構成となっている。なお、出力先の
変更は、後述する開閉器１０ｃ，１０ｄ₁，１０ｄ₂によ
り行われる。

【０１３１】二次電池モジュール７ａ，７ｂは、燃料電
池モジュール８の発電した電力の貯蔵、および、貯蔵し
た電力の配電系統線４への放出、を行うものである。上
記実施例とは異なり、電源１の発電した電力を二次電池
モジュール７ａ，７ｂに蓄えることはない。充電は、燃
料電池モジュール８の発生する直流出力を、直接（直／
交変換することなく）行うことができるため効率がよ
い。このような上記実施例との相違は、周辺回路（例え
ば、開閉器１０ａ〜１０ｄ、電力変換器１１等）によっ
て実現されるものであって、二次電池モジュール７ａ，
７ｂ自体は、上記実施例と同様のものでよい。ただし、
二次電池モジュール７ａ，７ｂの最大充電電流密度は、
燃料電池の出力する電流密度より大きくされている。

【０１３２】補機設備８０は、燃料供給手段やヒータ等
の燃料電池モジュール８に関連した各種機器である。

【０１３３】電流・電圧検出器９ｃは、燃料電池モジュ
ール８からの出力の電流値、電圧値を検出するものであ
る。検出結果は、電力制御システム３１に出力してい
る。

【０１３４】開閉器１０ｃは、燃料電池モジュール８
と、配電系統線４の電気回路とを接続／遮断するための
ものである。開閉器１０ｄ₁，１０ｄ₂は、二次電池モジ
ュール７ａ，７ｂと燃料電池モジュール８とを直流側で
接続／遮断するためのものである。既に述べたとおり、
開閉器１０ｃ，１０ｄ₁，１０ｄ₂は、燃料電池モジュー
ル８の発電した電力の出力先（配電系統線４、二次電池
モジュール７ａ，７ｂ）を変更するのに用いられる。

【０１３５】直流電圧調整器１６は、燃料電池発電電圧
を調整するものである。

【０１３６】以上述べた各部は、電力制御システム３１
からの指令信号に従って動作する構成となっている。

【０１３７】電力制御システム３１は、基本的には上記
第２の実施例と同様の機能に加えて、燃料電池モジュー
ル８の制御、および、燃料電池８と二次電池モジュール
７ａ，ｂとの連携の制御を行う機能を備えている。以
下、電力制御システム３１の詳細を、図１５を用いて説
明する。

【０１３８】電力制御システム３１の基本的な構成は、
実施例２の電力制御システムと同様ではあるものの、燃
料電池モジュール８の制御をも行う必要から、各機能区
分の有する機能が多少異なっている。従って、以下にお
いては、実施例２における電力制御システムとの相違点
を中心として述べることとする。

【０１３９】基本データ格納手段３６に格納される基本
データは、上記実施例と同様のもので構わない。

【０１４０】入力手段３７からは、上記実施例と同様の
制約条件に加え、燃料電池モジュールを保護するための
各種制約条件も入力するようになっている。

【０１４１】運転計画作成手段３４は、電力需要予測手
段３２による長期予測の結果を満たすための運転計画を
決定する機能を備えている。本実施例で言う”運転計
画”とは、二次電池モジュール７ａ，７ｂ間における負
荷配分のみならず、燃料電池モジュール８の出力電力の
調整計画をも含む（注：この点において、上記第１、第
２の実施例とは異なる）。該運転計画は、基本的には、
燃料電池モジュール８の出力変動をできるだけ小さくす
るように、二次電池モジュール７ａ，ｂを用いたピーク
カット運転を行う、との観点から作成される。この場
合、その時点での（あるいは、当該運転計画が実施され
る時の）二次電池モジュール７の放電深度をも考慮して
計画を作成することは当然である。二次電池モジュール
７ａ，７ｂ間における負荷配分の決定は、上記実施例２
における運転計画の作成と同様の観点から行う。

【０１４２】なお、運転計画を作成するには、電力貯蔵
分散電源システム全体として出力しなければならない電
力を知っている必要がある。そして、そのためには、電
源１が予定している出力電力値を知らなければならな
い。そこで、本実施例の運転計画作成手段３４は、電源
１の運転計画等をベース電力運転情報３１０として入力
されている。

【０１４３】運転計画修正手段３８は、需要予測手段３
２による逐次予測結果に従って、運転計画を適宜修正す
るものである。該修正は、基本的には、二次電池モジュ
ール７ａ，７ｂの出力電力を修正することによって行
う。これは、燃料電池モジュール８の出力電力を頻繁に
変更すると、発電効率の低下、寿命の低下につながるか
らである。但し、二次電池モジュール７ａ，７ｂのみで
は対応し切れない場合には、燃料電池モジュール８の出
力電力を修正することは言うまでもない。

【０１４４】電力制御手段３９は、運転計画修正手段３
８からの指示に従って、燃料電池モジュール８，二次電
池モジュール７ａ，７ｂを制御すべく、各種制御信号３
９１〜３９５を出力している。燃料電池出力調整信号３
９５は、燃料電池モジュール８の出力電圧を調整するた
めのもので、直流電圧調整器１６に出力されている。開
閉動作指令３９１は、開閉器１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，
１０ｄ１，１０ｄ２に出力されている。交流／直流変換
切り替え指令３９２および電力設定信号３９３は、電力
変換器１１ａ，１１ｂ，１１ｃに出力されている。補機
設備制御信号３９４は、補機設備８ａ，８ｂに出力され
ている。

【０１４５】本実施例の動作を図１６を用いて説明す
る。

【０１４６】運転計画作成手段３４は、負荷３における
電力需要から、電源１の供給する電力Ｐｏを差引き、残
りを電力貯蔵分散電源システム２１によって供給する運
転計画を作成する。なお、電力Ｐｏは、一般に一定に保
たれているため、系統の電源１の動作については説明を
省略する。

【０１４７】平常時には、燃料電池モジュール８から
（あるいは、燃料電池モジュール８および二次電池モジ
ュール７の両方から）、配電系統線４の側へ電力を供給
する。つまり、昼間（時刻ｔｃ−時刻ｔｅ）は、電力需
要が大きく燃料電池モジュール８だけでは電力が不足す
るため、不足分Ｗｄを二次電池モジュール７ａ，７ｂか
ら放電する（図１６（ａ）参照）。従って、この場合、
電力制御手段３９は、開閉器１０ｄ₁，１０ｄ₂は開路と
する。また、開閉器１０ａ，１０ｂ，１０ｃは閉路とす
る。一方、夜間（時刻ｔａ−時刻ｔｂ）は需要が減少し
て電力が余るため、燃料電池モジュール８の発生する電
力を二次電池モジュール８に蓄える（図１６（ａ）参
照）。従って、この場合、電力制御手段３９は、開閉器
１０ｃ，１０ｄ₁，１０ｄ₂は閉路とする。開閉器１０
ａ，１０ｂは開路とする。昼間のピークカット運転を行
うのに必要な電力（電力量Ｗｃ）は、この時充電した電
力によってまかなわれる。なお、二次電池モジュール７
ａ，７ｂの間における負荷配分は、上記実施例２と同様
の観点から行う。

【０１４８】このように、本実施例では、系統上、上位
に位置する電源１は一定出力で運転を続けることができ
る。また、二次電池モジュール７ａ，７ｂにおけるエネ
ルギー変換効率を高く保つことができる。さらには、燃
料電池モジュール８の出力の変動も小さくできる（図１
６（ｂ）参照）。二次電池モジュール７ａ，７ｂとして
十分に容量の大きなものを採用すれば、燃料電池モジュ
ール７の出力を常に一定に保った運転を行うことも可能
である。さらには、二次電池モジュール７ａ，７ｂの充
電可能な電流密度が大きいほど、変動に対する融通性を
大きくできる。

【０１４９】次に系統負荷が急変した場合への対応につ
いて説明する。

【０１５０】ここでは、図１７のごとく、配電系統線４
から枝別れした複数の系統フィーダＦ₁〜Ｆ_nそれぞれに
ついて、交流負荷群２３が接続されている場合を考え
る。また、系統フィーダＦ₁〜Ｆ_nには、それぞれ、遮断
器５₍₁₎〜５_(n)が取り付けられているものとする。

【０１５１】このような構成において、例えば、系統フ
ィーダＦ₃において異常（例えば、地落事故）が発生す
ると、該系統フィーダＦ₃は、遮断器５₍₃₎によってただ
ちに配電系統線４から切り離される。すると、該系統フ
ィーダＦ₃に設けられている負荷２３が脱落するため
（つまり、電力需要が急減少するため）、このままでは
配電系統線４における周波数が急上昇してしまう。

【０１５２】しかし、本実施例では運転計画修正手段３
８が、系統モニタ１３からの信号に基づいて異常（この
場合、周波数の上昇）を検知して、その旨を電力制御部
３９に知らせる。すると、電力制御部３９は、該異常状
態に対応すべく、開閉器１０ａ，１０ｂを開路状態とし
て、二次電池モジュール７から配電系統線４への出力を
停止させる。また、これと同時に開閉器１０ｄ₁，１０
ｄ₂を閉じて、燃料電池モジュール８の出力する電力の
少なくとも一部を、二次電池モジュール７に蓄えさせ
る。これにより、燃料電池モジュール７の出力を低下さ
せることなく、電力貯蔵分散電源システム２１の出力を
低下させることができる。そして、配電系統線４におけ
る周波数の上昇を最小限に抑えることができる。

【０１５３】系統負荷群３からの急激な逆潮流に対して
も、同様にして対処することができる。

【０１５４】これにより、燃料電池モジュール７は、設
備稼動率の高い状態で運転を継続できる。また、上位の
電源１も、平常時および非常時の負荷変動による影響が
少ないため、稼動率の高い一定出力を保った運転が可能
となる。燃料電池発電設備に代えて太陽電池発電設備を
採用しても、同様な効果を得ることができる。

【０１５５】次に、別の例として、図２０のごとく系統
フィーダの負荷の間に電力貯蔵分散電源システム２１を
設けている場合における、非常時への対応を説明する。

【０１５６】系統フィーダＦ_xは、遮断器５_xを介して、
配電系統線４に接続されている。そして、系統フィーダ
Ｆ_xには、交流電力負荷群２３と、開閉器１７とが多数
接続されている。さらに、系統フィーダＦ_xの各所に
は、遮断器５０を介して、電力貯蔵分散電源システム２
１が接続されている。

【０１５７】系統フィーダＦ_xのいずれかの部分におい
て事故が生じた場合、事故のあった区間に設けられてい
る電力貯蔵分散電源システム２１を、遮断器５を開いて
系統フィーダＦ_xから切り離さなければならない。そし
て、その場合、当該電力貯蔵分散電源システム２１の燃
料電池モジュール８は、極端な低負荷の運転状態を強い
られることになりかねない。燃料電池の出力は瞬時に低
下させることは不可能であり、また負荷の急変動は燃料
電池設備の著しい寿命低下につながる。しかし、本実施
例では、燃料電池の出力を瞬時に二次電池モジュール７
ａ，ｂの充電に振り向けることができるため、燃料電池
モジュール８の出力を急激に低下させなくても、このよ
うな事態に対応することができる。

【０１５８】さらに、図１８における遮断器５_xと開閉
器１７ｂとの間で事故が発生した場合、下流側に配置さ
れている電力貯蔵分散電源システム２１から、負荷群２
３ａ，ｂに電力を供給することができる。従って、停電
区間をできるだけ小さくできる。

【０１５９】［実施例４］本実施例は、本発明による電
力貯蔵分散電源システム２１から、交流電力と直流電力
の両方を供給する点を特徴とするものである。

【０１６０】本実施例の電力貯蔵分散電源システムを備
えた給電システムを図１９に示す。電力貯蔵分散電源シ
ステム２１自体は、基本的には、実施例２または実施例
３と同じ構成を備えているが、本実施例ではさらに直流
電力出力手段４５を備えている。

【０１６１】直流電力出力手段４５は、直流電力系統線
４６を通じて、直流電力需要家４７へ直流電力を供給す
るものである。該直流電力出力手段４５は、各電池モジ
ュール（二次電池、燃料電池）と回路接続するスイッチ
および出力電圧調整器等から構成される。そして、該直
流電力出力手段４５の動作は、電力制御システム３０ま
たは３１により制御される構成となっている。

【０１６２】直流電力系統線４６は、直流電力需要家４
７へ電力を導くためのケーブルである。本実施例では、
落雷による停電を防ぐため地中に埋設している。

【０１６３】直流電力需要家４７としては、例えば、電
気自動車用充電スタンドやコンピュータユーザ等が考え
られる。

【０１６４】本実施例では、直流電力需要家へ、高品質
で信頼性の高い直流電力を効率よく供給することができ
る。

【０１６５】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明によれば、二
次電池のエネルギー変換効率を向上させることができ
る。また、非常時の負荷急変動に対しても供給電力の安
定化を図ることができる。

【０１６６】さらには、上位系統電源の安定性も確保で
きる。これは、上位系統電源の稼動率を向上につなが
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す電力貯蔵分散電源シ
ステム１９およびこれを備えた給電システムを示すブロ
ック図である。

【図２】電力制御システム２９の機能構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】基本データとして格納されているナトリウム硫
黄電池の特性データを表すグラフである。

【図４】二次電池モジュール毎の電力配分運転例を示す
グラフである。

【図５】本実施例における電力損失割合を表すグラフで
ある。

【図６】本発明の第２実施例を示す電力貯蔵分散電源シ
ステム２０およびこれを備えた給電システムを示すブロ
ック図である。

【図７】電力制御システム３０の機能構成を示すブロッ
ク図である。

【図８】需要予測手段を構成するニューラルネットワー
クの概要を示すブロック図である。

【図９】制約条件の一例を示す図である。

【図１０】放電深度と定格電力量との関係を示すグラフ
である。

【図１１】（ａ）需要予測結果および（ｂ）当該需要予
測に対して行うピークカット運転の一例を示すグラフで
ある。

【図１２】電力配分運転計画およびその修正の一例を示
す図である。

【図１３】図１２の運転計画および修正に対応したモジ
ュール毎の負荷配分を示す図である。

【図１４】本発明の第３実施例を示す電力貯蔵分散電源
システム２１およびこれを備えた給電システムを示すブ
ロック図である。

【図１５】電力制御システム３１の機能構成を示すブロ
ック図である。

【図１６】第３の実施例の運用例を示すグラフである。

【図１７】第３の実施例の電力貯蔵分散電源システム２
１を複数の系統フィーダを有する系統母線につないだ例
を示すブロック図である。

【図１８】第３の実施例の電力貯蔵分散電源システム２
１を系統フィーダの負荷の間に設けて連系した例であ
る。

【図１９】本発明にかかる電力貯蔵分散電源システムか
ら直流電力を供給する給電システムのブロック図であ
る。

【図２０】従来の電力貯蔵システム構成例である。

【図２１】従来技術における電力損失を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１……電源 、２……配電変電所 、３……系統負荷群
、４……配電系統、５……遮断器 、６……変圧器
、７……二次電池モジュール 、８……燃料電池モジ
ュール 、１０……開閉器 、１１……電力変換器 、
１２……電力制御部 、１４……運転計画作成支援手段
、１６……直流電圧調整器 、１９……電力貯蔵分散
電源システム 、２０……電力貯蔵分散電源システム
、２１……電力貯蔵分散電源システム 、２９……電
力制御システム 、３０……電力制御システム 、３１
……電力制御システム 、３２……電力需要予測手段
、３３……記憶手段 、３４……電池運転計画作成手
段 、３６……基本データ格納手段 、３７……制約条
件入力手段 、３８……運転計画修正手段 、３９……
電力制御手段 、４５……直流電力出力手段 、４６…
…直流電力系統線 、４７……直流電力需要家

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 成興 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 ▲吉▼川 正則 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 叶井 実 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 奥野 晃康 東京都千代田区神田神保町２丁目２番30号 東京電力株式会社開発研究所内 (72)発明者 堀川 豊 東京都千代田区神田神保町２丁目２番30号 東京電力株式会社開発研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１または２以上の二次電池を含んで構成さ
   れる二次電池モジュールと、 上記二次電池の内部抵抗と相関を有するあるパラメータ
   の値（以下”パラメータ値”という）を求めるパラメー
   タ手段と、 上記パラメータ手段の求めたパラメータ値に応じて、上
   記二次電池モジュールからの放電電力を調整する制御手
   段と、 を有することを特徴とする電力貯蔵システム。
2. 【請求項２】上記制御手段は、上記内部抵抗との関係に
   基づいて決定された上記パラメータの基準値を備え、上
   記調整は、該基準値と上記パラメータ手段の求めたパラ
   メータ値との大小関係に基づいて行われるものであるこ
   と、 を特徴とする請求項１記載の電力貯蔵システム。
3. 【請求項３】上記調整は、上記内部抵抗の大きい領域に
   おいては、上記放電電力を小さくするものであること、 を特徴とする請求項２記載の電力貯蔵システム。
4. 【請求項４】上記パラメータは、上記二次電池の放電深
   度であること、 を特徴とする請求項１記載の電力貯蔵システム。
5. 【請求項５】上記制御手段は、上記放電深度が予め定め
   られた範囲内において、上記二次電池モジュールの放電
   および／または充電を行わせるものであること、 を特徴とする請求項４記載の電力貯蔵システム。
6. 【請求項６】互いに並列に配置され、その充電および放
   電を互いに独立的に制御可能に構成された上記二次電池
   モジュールを複数備え、 上記制御手段は、充電および放電それぞれについて予め
   定められた上記二次電池モジュール間における優先準位
   を備え、該優先準位に従って上記充電および放電を行わ
   せるものであること、 を特徴とする請求項３記載の電力貯蔵システム。
7. 【請求項７】上記制御手段は、優先準位の高い二次電池
   モジュールから放電する電力だけでは電力が不足する場
   合には、優先準位の低い二次電池モジュールからの放電
   を許すものであること、 を特徴とする請求項６記載の電力貯蔵システム。
8. 【請求項８】二次電池を用いた電力貯蔵システムの運転
   方法において、 二次電池の内部抵抗を直接／または間接的に求め、該内
   部抵抗の大きさに応じて、上記二次電池の出力電力と入
   力電力との少なくとも一方を調整すること、 を特徴とする電力貯蔵システムの運転方法。