特許 6386308 電力補助システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6386308

(24)【登録日】2018年8月17日

(45)【発行日】2018年9月5日

(54)【発明の名称】電力補助システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20180827BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20180827BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20180827BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/32

   H02J3/38 160

   H02J3/38 130

   H02J7/34 B

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2014-179416(P2014-179416)

(22)【出願日】2014年9月3日

(65)【公開番号】特開2016-54607(P2016-54607A)

(43)【公開日】2016年4月14日

【審査請求日】2017年8月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】590002817

【氏名又は名称】三星エスディアイ株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＳＡＭＳＵＮＧ ＳＤＩ Ｃｏ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(72)【発明者】

【氏名】清水 幸浩

【審査官】 原 嘉彦

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０３０９５２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１１８９０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２４５１８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／４２−１０／４８

Ｈ０２Ｊ ３／００−７／１２

７／３４−７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

充放電特性の異なる複数の蓄電池と、
外部から、前記複数の蓄電池を充放電させるための充放電電力指令値を受信する受信部と、
前記受信部により受信された充放電電力指令値の履歴に基づいて、前記充放電電力指令値の分布の広がりの程度を示す指標値を算出し、前記算出した指標値に基づいて前記複数の蓄電池のうち充放電させる蓄電池を切り替える制御部と、
を備える電力補助システム。

【請求項2】

前記複数の蓄電池は、蓄電容量に対して大きな電力で充放電が可能な第１の蓄電池と、前記第１の蓄電池に比して、前記蓄電容量に対する充放電可能電力が小さい第２の蓄電池とを含み、
前記制御部は、前記算出した指標値に基づく閾値と、前記受信部により受信された充放電電力指令値とを比較し、前記充放電電力指令値の絶対値が前記閾値の絶対値よりも大きい場合に前記第１の蓄電池を充放電させ、前記充放電電力指令値の絶対値が前記閾値の絶対値よりも小さい場合に前記第２の蓄電池を充放電させる、
請求項１記載の電力補助システム。

【請求項3】

前記制御部は、前記蓄電池の蓄電容量を目標値に近づけるように制御する、
請求項１または２記載の電力補助システム。

【請求項4】

前記制御部は、自システムの設置条件に応じた制御基準期間において前記受信部により受信された充放電電力指令値の履歴に基づいて、前記充放電電力指令値の分布の広がりの程度を示す指標値を算出する、
請求項１から３のうちいずれか１項記載の電力補助システム。

【請求項5】

前記制御部は、前記受信部により受信された充放電電力指令値を正規分布に当てはめた場合の標準偏差を、前記指標値として算出し、正規分布を算出する、
請求項１から４のうちいずれか１項記載の電力補助システム。

【請求項6】

前記制御部は、算出した前記標準偏差に基づく偏差値と、前記正規分布の発生頻度とを乗算することで、充放電電力量の予想分布を算出する、
請求項５記載の電力補助システム。

【請求項7】

風力発電システムが発電した電力を補助する、
請求項１から６のうちいずれか１項記載の電力補助システム。

【請求項8】

太陽光発電システムが発電した電力を補助する、
請求項１から６のうちいずれか１項記載の電力補助システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力補助システムに関する。

【背景技術】

【0002】

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発電システムは、電力供給が不安定な場合がある。
これに対して、蓄電池の蓄電量が不足することや満充電になることを防止して、風力発電や太陽光発電などの発電システムによる電力系統への出力の変動を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、発電システムによって発電された電力の変動量を監視し、この変動量に基づいて、蓄電池と共に設けられたコンバータの運転および／または停止を判断することにより、コンバータの運転にともなう損失をなくしつつ、発電システムによって発電された電力を緩和する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、系統電力の振幅値に応じて充放電パターンの振幅および頻度を、異なる複数の蓄電池それぞれに配分することにより、蓄電池の充放電頻度を少なくし、発電システムによって発電された電力を緩和しつつ、蓄電池の長寿命化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−３２７０８０号公報

【特許文献2】特開２００１−３４６３３２号公報

【特許文献3】特開２０１４−０４２４１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、発電システムによる電力系統への出力の変動が大きい場合、十分にその変動を抑制することができない場合があった。また、蓄電池の蓄電量が不足することや満充電になる場合があり、その結果、蓄電池の劣化速度が早まり、寿命が短くなってしまう場合があった。
また、特許文献２に記載の技術では、発電システムによって発電された電力の変動量に基づいて、蓄電池と共に設けられたコンバータの運転および／または停止を判断する場合、運転および／または停止を判断するしきい値を適切に算出できず、コンバータの運転および／または停止ができない場合があった。この結果、発電システムによって発電された電力を緩和するのが困難な場合があった。
また、特許文献３に記載の技術では、系統電力の振幅値に応じて充放電パターンの振幅および頻度を、異なる複数の蓄電池それぞれに配分する場合、配分を決める指標であるしきい値を適切に算出できず、発電システムによって発電された電力を緩和するのが困難な場合があった。また、算出したしきい値によって蓄電池の充放電回数が偏る場合があり、極端に充放電回数が多くなってしまう蓄電池が発生する場合があった。この結果、蓄電池の劣化速度が早まり、寿命が短くなってしまう場合があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、発電システムの発電電力の変動をより緩和しつつ、蓄電池の寿命を延ばすことができる電力補助システムを提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の電力補助システムは、充放電特性の異なる複数の蓄電池と、外部から、複数の蓄電池を充放電させるための充放電電力指令値を受信する受信部と、受信部により受信された充放電指令値の履歴に基づいて、充放電指令値の分布の広がりの程度を示す指標値を算出し、算出した指標値に基づいて複数の蓄電池のうち充放電させる蓄電池を切り替える制御部とを備えるものである。

【発明の効果】

【0006】

本発明によれば、充放電特性の異なる複数の蓄電池を充放電させるための充放電電力指令値を受信し、受信した充放電指令値の履歴に基づいて、充放電指令値の分布の広がりの程度を示す指標値を算出し、算出した指標値に基づいて複数の蓄電池のうち充放電させる蓄電池を切り替えるため、発電システムの発電電力の変動をより緩和しつつ、蓄電池の寿命を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係る電力補助システム１００の一例を示す概略図である。

【図2】第１の実施形態に係る制御装置１１０の機能構成の一例を示す図である。

【図3】１時間分の目標充放電電力データの一例を示した度数分布である。

【図4】算出部１２４により算出される確率分布の一例を示す図である。

【図5】充放電電力データの予想分布の一例を示した図である。

【図6】第１の実施形態における充放電電力データの予想分布に対する蓄電池ユニットの制御の一例を示した図である。

【図7】しきい値の補正の一例を示す図である。

【図8】第１実施形態の電力補助システム１００により実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】第２の実施形態に係る制御装置２１０の機能構成の一例を示す図である。

【図10】第３の実施形態に係る電力補助システム１００の構成の一例を示す図である。

【図11】第３の実施形態における充放電電力データの予想分布に対する蓄電池ユニットの制御の一例を示した図である。

【図12】第４の実施形態に係る電力補助システム１００の一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照し、実施形態の電力補助システムについて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、第１の実施形態に係る電力補助システム１００の一例を示す概略図である。電力補助システム１００は、例えば、電力系統への電力の供給能力が不安定な発電システムと共に設けられ、電力系統への電力供給の変動を緩和させるべく補助するシステムである。

【0009】

電力補助システム１００は、発電システムにより発電された電力のうち、電力系統における需要電力に対して過多となる余剰電力を充電するための複数の蓄電池を備える。電力補助システム１００は、複数の蓄電池のうち、稼働させるべき蓄電池を切替えて制御するにあたり、例えば、上位ＥＭＳ（Energy Management System）等の上位サーバから送信される充放電電力指令値を受信する。充放電電力指令値とは、外部から供給される所定の電力を蓄電池内部に充電させる、または蓄電池内部から所定の電力を外部に放電させる指令値である。

【0010】

本実施形態では、一例として、風力発電システム５００を補助する電力補助システム１００として説明する。風力発電システム５００は、例えば、電線路ＥＬを介して電力補助システム１００と接続されている。風力発電システム５００は、例えば、回転軸を有する風車ＷＴと、その回転軸と連結される発電部５１０と、電力変換部５２０とを備えている。風車ＷＴは、例えば、複数枚の矩形板状や帯板状等に形成されたブレードが、図示しない回転軸と連結し、さらに周方向に均等な相対角度をもって配置されている。風車ＷＴは、ブレードに風を受けることで回転し、連結している回転軸を回転させる。回転軸と連結される発電部５１０は、回転軸が回転することにより生じる回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、交流電力を発電する。電力変換部５２０は、発電部５１０が発電した電力を配電用の電力に変換し、電線路ＥＬを介して外部に供給する。これによって、発電部５１０が発電した交流電力は、電力変換部５２０および電線路ＥＬを介して電力補助システム１００に供給される。また、風力発電システム５００は、自発電システム内で発電した電力量を示すデータ（発電電力データ）を電力補助システム１００に送信する。なお、発電電力データは、風力発電システム５００内部に備えられている図示しない制御装置等によって算出されるものとする。

【0011】

なお、本実施形態では、発電システムとして風力発電システム５００を例に挙げて説明するが、この限りではない。発電システムは、例えば、太陽光発電システムや地熱発電システム、バイオマス発電システム等の再生可能エネルギーを利用した発電システムであってもよい。太陽光発電システムは、例えば、電線路を介して電力補助システム１００と接続されている。太陽光発電システムは、例えば、太陽電池と、電力変換部とを備えている。太陽電池は、例えば、結晶シリコン系やアモルファスシリコン系等の半導体である。太陽電池は、半導体に照射された太陽光が有する光エネルギーを電気エネルギーに変換し、直流電力を発電する。電力変換部は、太陽電池が発電した電力を配電用の電力に変換し、電線路を介して外部に供給する。これによって、太陽電池が発電した直流電力は、電力変換部および電線路を介して電力補助システム１００に供給される。

【0012】

電力補助システム１００は、制御装置１１０と、第１蓄電池ユニットＵＮ１および第２蓄電池ユニットＵＮ２とを備えている。第１蓄電池ユニットＵＮ１および第２蓄電池ユニットＵＮ２は、並列に接続されている。電力補助システム１００は、例えば、風力発電システム５００により供給された交流電力を、第１蓄電池ユニットＵＮ１または第２蓄電池ユニットＵＮ２に供給させる。以下、第１蓄電池ユニットＵＮ１および第２蓄電池ユニットＵＮ２を区別しない場合、単に「蓄電池ユニット」と記載する。また、電力補助システム１００では、例えば、充放電レートが異なるといった、充放電特性が異なる複数の蓄電池を利用することができる。本実施の形態においては、第１蓄電池ユニットＵＮ１および第２蓄電池ユニットＵＮ２が、それぞれ異なる充放電特性を有する蓄電池を備える場合を例にとって説明する。

【0013】

第１蓄電池ユニットＵＮ１は、例えば、遮断部ＳＷ１と、インバータＩＶ１と、第１蓄電池Ｂ１とを備えている。第１蓄電池ユニットＵＮ１は、第１蓄電池Ｂ１の蓄電容量（充電状態）を示すＳＯＣ（State Of Charge）値を制御装置１１０に送信する。

【0014】

遮断部ＳＷ１は、制御装置１１０の制御動作に応じて、第１蓄電池ユニットＵＮ１側と風力発電システム５００との間を導通状態、または遮断状態にする開閉器である。遮断部ＳＷ１は、例えば、図示しない電流計によって短絡事故等の事故電流が流れたこと検知した場合、後段のインバータＩＶ１および第１蓄電池Ｂ１に事故電流が流れる前に、第１蓄電池ユニットＵＮ１側と風力発電システム５００との間を遮断状態にし、第１蓄電池ユニットＵＮ１側に事故電流が流れるのを防止する。これによって、電力補助システム１００を保護し、風力発電システム５００側への事故電流の波及を防止する。また、遮断部ＳＷ１は、電力補助システム１００のメンテナンス時に、第１蓄電池ユニットＵＮ１側と風力発電システム５００との間を遮断状態にして、電力補助システム１００を発電システム側から切り離す。これによって、より安全にメンテナンスの作業を行うことができる。

【0015】

インバータＩＶ１は、風力発電システム５００から供給される交流電力を直流電力に変換する変換装置である。インバータＩＶ１は、制御装置１１０の制御に基づいて、変換した直流電力を用いて第１蓄電池Ｂ１を充電する。また、インバータＩＶ１は、制御装置１１０の制御に基づいて、第１蓄電池Ｂ１が蓄電している電力（直流電力）を放電させる。インバータＩＶ１は、第１蓄電池Ｂ１から放電された直流電力を交流電力に変換する。

【0016】

第１蓄電池Ｂ１は、例えば、充放電特性を示す充放電レートが２［Ｃ］以上の大きな充放電ができる二次電池である。充放電レート（単位［Ｃ］）とは、電池の公称容量に対する放電時の電流の相対比である。例えば、充放電レート２［Ｃ］および容量値５［Ａｈ］を有する第１蓄電池Ｂ１では、１０［Ａ］の電流を、０．５時間放電（充電）することができる。第１蓄電池Ｂ１は、例えば、鉛蓄電池やナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池である。

【0017】

なお、第１蓄電池Ｂ１および後述する第２蓄電池Ｂ２は、制御装置１１０によって、最も劣化が小さい状態に近づくように制御される。ここで、最も劣化が小さい状態とは、例えば、ＳＯＣ値が５０％のときである。以下、最も劣化が小さい状態のＳＯＣ値を「目標値」と記載する。目標値は、５０％に限らず、第１蓄電池Ｂ１および第２蓄電池Ｂ２の種類や形状に応じて任意に決めてよいし、電力補助システム１００（第１蓄電池Ｂ１および第２蓄電池Ｂ２）の使用環境（例えば、温度や湿度）等に応じて決められてもよい。

【0018】

第２蓄電池ユニットＵＮ２は、例えば、遮断部ＳＷ２と、インバータＩＶ２と、第２蓄電池Ｂ２とを備えている。第２蓄電池ユニットＵＮ２は、第２蓄電池Ｂ２のＳＯＣ値を制御装置１１０に送信する。

【0019】

遮断部ＳＷ２は、制御装置１１０の制御動作に応じて、第２蓄電池ユニットＵＮ２側と風力発電システム５００との間を導通状態、または遮断状態にする開閉器である。遮断部ＳＷ２は、例えば、図示しない電流計によって短絡事故等の事故電流が流れたこと検知した場合、後段のインバータＩＶ２および第２蓄電池Ｂ２に事故電流が流れる前に、第２蓄電池ユニットＵＮ２側と風力発電システム５００との間を遮断状態にし、第２蓄電池ユニットＵＮ２側に事故電流が流れるのを防止する。これによって、電力補助システム１００を保護し、風力発電システム５００側への事故電流の波及を防止する。また、遮断部ＳＷ２は、電力補助システム１００のメンテナンス時に、第２蓄電池ユニットＵＮ２側と風力発電システム５００との間を遮断状態にして、電力補助システム１００を発電システム側から切り離す。これによって、より安全にメンテナンスの作業を行うことができる。

【0020】

インバータＩＶ２は、風力発電システム５００から供給される交流電力を直流電力に変換する。インバータＩＶ２は、変換した直流電力を、制御装置１１０の制御に基づいて、第２蓄電池Ｂ２に充電させる。また、インバータＩＶ２は、制御装置１１０の制御に基づいて、第２蓄電池Ｂ２が蓄電している電力（直流電力）を放電させる。インバータＩＶ２は、第２蓄電池Ｂ２から放電された直流電力を交流電力に変換する。

【0021】

第２蓄電池Ｂ２は、例えば、充放電特性を示す充放電レートがおよそ１［Ｃ］程度の、第１蓄電池Ｂ１と比較して小さな充放電しかできない二次電池である。例えば、充放電レート１［Ｃ］および容量値５［Ａｈ］を有する第２蓄電池Ｂ２では、５［Ａ］の電流を、１時間放電（充電）することができる。第２蓄電池Ｂ２は、例えば、鉛蓄電池やナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池である。

【0022】

次に、図２を参照して、第１の実施形態に係る制御装置１１０の機能構成について詳細に説明する。図２は、第１の実施形態に係る制御装置１１０の機能構成の一例を示す図である。

【0023】

制御装置１１０は、第１蓄電池ユニットＵＮ１および第２蓄電池ユニットＵＮ２を制御するコンピュータである。制御装置１１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read−Only Memory）、フラッシュメモリ等の記憶部１３０、他装置と通信を行うための通信インターフェース等を備えるコンピュータ装置である。

【0024】

制御装置１１０は、制御部１２０および記憶部１３０を備える。制御部１２０は、受信部１２２と、算出部１２４と、充放電制御部１２６とを備える。制御部１２０は、例えば、プロセッサが記憶部１３０に格納されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの制御部１２０の各機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。

【0025】

受信部１２２は、風力発電システム５００から所定の送信周期で送信される発電電力データを受信する。ここで、風力発電システム５００の送信周期、その他の条件を、電力補助システム１００の設置条件と記載する。受信部１２２は、例えば、風力発電システム５００から１０秒毎に送信される発電電力データを、制御基準期間（例えば、１時間）の間受信する。受信部１２２は、受信した発電電力データと、受信した時刻とを対応付けて記憶部１３０に記憶させる。

【0026】

また、受信部１２２は、第１蓄電池ユニットＵＮ１から送信される第１蓄電池のＳＯＣ値と、第２蓄電池ユニットＵＮ２から送信される第２蓄電池のＳＯＣ値とを受信する。受信部１２２は、受信した第１蓄電池のＳＯＣ値および第２蓄電池のＳＯＣ値を記憶部１３０に記憶させる。

【0027】

記憶部１３０は、電力補助システム１００の設置条件に応じた期間、充放電電力指令値や発電電力データ、および後述する目標充放電電力データや統計値、標準偏差σ、平均値μ等を記憶するように制御される。なお、記憶部１３０は、制御装置１１０に内蔵されるものに代えて、外付け型の記憶装置（例えばＮＡＳ（Network Attached Storage）装置）でもよい。

【0028】

算出部１２４は、記憶部１３０に記憶された発電電力データから、例えば移動平均などの統計値を算出する。算出部１２４は、例えば、受信部１２２が１０秒ごとに受信した発電電力データを１回とした場合、計１６回分（１６０秒間）の発電電力データから移動平均を算出する。算出部１２４は、算出した移動平均を、算出される度に再度計算して更新する。ここで、最新の発電電力データをＤｗ（ｋ）とし、ｎ回前の発電電力データをＤｗ（ｋ−ｎ）とすると、算出部１２４は、受信部１２２が発電電力データを受信する度に、移動平均Ｍｗ（ｋ）を、下記に示す式（１）より算出する。なお、算出部１２４は、移動平均を１６回分の平均値として算出したが、これに限られない。算出部１２４は、例えば、移動平均を３２回分の平均値として算出してもよく、システムの処理速度等に応じて任意に母数を決めてよい。係る処理を行うための構成は、例えば、ＬＰＦ（Low Pass Filter）等のハードウェア機能部であってもよい。

【0029】

【数1】

【0030】

算出部１２４は、例えば、算出した移動平均と、最新の発電電力データＤｗ（ｋ）との差分に基づいて、制御基準期間内の目標充放電電力データを算出する。目標充放電電力データとは、電力補助システム１００が充放電すべき電力を示すデータである。目標充放電電力データＰｄ（ｋ）は、下記に示す式（２）より算出することができる。なお、目標充放電電力データＰｄ（ｋ）の正の符号は、放電すべき電力量を表し、負の符号は、充電すべき電力量を表しているものとする。

【0031】

【数2】

【0032】

また、式（１）および（２）により算出される目標充放電電力データの一例を図３に示す。図３は、１時間分の目標充放電電力データの度数分布の一例を示す図である。

【0033】

算出部１２４は、算出した目標充放電電力データＰｄ（ｋ）から、分布の広がりの程度を示す指標値として標準偏差σを、更に目標充放電電力データＰｄ（ｋ）の平均値μを算出する。算出部１２４は、例えば、図３に示す度数分布から、標準偏差５１．０［ｋＷ］および平均値０［ｋＷ］といった値を算出することができる。なお、平均値μは、移動平均の算出（サンプリング）の方法によって、０以外の値となるように求めてもよい。

【0034】

算出部１２４は、算出した標準偏差σおよび平均値μをパラメータとする正規分布に基づいて、目標充放電電力データの確率密度を示した確率分布を算出する。

【0035】

図４は、算出部１２４により算出される確率分布の一例を示す図である。図４の横軸は、充放電指令値（単位は［ｋＷ］）を示す。また、図４の縦軸は、確率密度を示す。図４では、曲線ＬＮ１が正規分布の分布曲線を示す。なお、図４に示す確率分布は、予め分布曲線で囲まれる領域（面積）が１になるように正規化（規格化）されている。

【0036】

算出部１２４は、算出した確率分布の確率変数（横軸）を示す偏差値と、算出した確率分布の曲線（縦軸）が示す発生頻度を乗算することにより、次の制御基準期間（１時間）の充放電を予想する充放電電力データの分布を算出する。以下、次の制御基準期間の充放電を予想する充放電電力データの分布を、「充放電電力データの予想分布」と記載する。

【0037】

図５は、充放電電力データの予想分布の一例を示した図である。図５の横軸は、充放電指令値（単位は［ｋＷ］）を示す。また、図５の縦軸は、電力（単位は［ｋＷ］）を示す。図５中、曲線ＬＮ２が、充放電電力データの予想分布の分布曲線を示す。図５に示すように、例えば、発生頻度の高い原点（０）付近の確率変数において、充放電電力データの電力値が微小値であることから、充放電電力データの予想分布の値は、０付近に集中する。原点付近からプラス側、マイナス側に移行したポイントでは、予想分布の絶対値は徐々に増加し、プラスマイナス１σ前後で最大値をとる。なお、充放電電力データの予想分布の分布曲線で囲まれる領域（面積）は、電力量に相当する。

【0038】

算出部１２４は、算出した充放電電力データの予想分布と、記憶部１３０に記憶された第１蓄電池のＳＯＣ値および第２蓄電池のＳＯＣ値とに基づいて、割当切替えしきい値ＴＨ１、ＴＨ４と、運転停止切替えしきい値ＴＨ２、ＴＨ３を算出して設定する。

【0039】

割当切替えしきい値ＴＨ１とは第１蓄電池ユニットＵＮ１と第２蓄電池ユニットＵＮ２との間で充電状態となる蓄電池ユニットと停止状態となる蓄電池ユニットとを切替えるために、運転停止切替えしきい値ＴＨ２とは第２蓄電池ユニットが充電状態もしくは停止状態を切替えるために、運転停止切替えしきい値ＴＨ３とは第２蓄電池ユニットが放電状態もしくは停止状態を切替えるために、割当切替えしきい値ＴＨ４とは第１蓄電池ユニットＵＮ１と第２蓄電池ユニットＵＮ２との間で放電状態となる蓄電池ユニットと停止状態となる蓄電池ユニットとを切替えるために、充放電電力データの予想分布に基づいて設定されるしきい値である。

【0040】

ここで、図６を参照して、しきい値の設定方法について説明する。図６は、第１の実施形態における充放電電力データの予想分布に対する蓄電池ユニットの制御の一例を示した図である。
算出部１２４は、次の制御基準区間において充放電電力（第１蓄電池ユニットＵＮ１については区間ＩＮ１における積分値と区間ＩＮ５における積分値との合計、第２蓄電池ユニットＵＮ２については区間ＩＮ２における積分値と区間ＩＮ４における積分値との合計）が、ＳＯＣ値と目標値との差分に蓄電容量を乗じた値に一致するように、しきい値を設定する。
なお、第１蓄電池Ｂ１のＳＯＣ値と目標値との差、および第２蓄電池Ｂ２のＳＯＣ値と目標値との差に対するしきい値ＴＨ１〜ＴＨ４との対応関係は、予めシミュレーションや実験等によって算出され、マップや関数の形式で記憶部１３０に記憶されているものとする。

【0041】

また、算出部１２４は、算出したしきい値にヒステリシスを設けてもよい。図７は、ヒステリシスを設けた場合のしきい値を示した一例の概略図である。
算出部１２４は、例えば、算出したしきい値ＴＨに対して、所定の補正量Δσに基づいて、変化する方向毎にしきい値を補正する。算出部１２４は、例えば、状態１から状態２に向けて蓄電池ユニットの運転の状態が変化した場合、ＴＨｆ（ＴＨ−Δσ）をしきい値として設定する。また、算出部１２４は、例えば、状態２から状態１に向けて蓄電池ユニットの運転の状態が変化した場合、ＴＨｒ（ＴＨ＋Δσ）をしきい値として設定する。

【0042】

これによって、蓄電池ユニットの頻繁な運転（ＯＮ）または停止（ＯＦＦ）を防止することができる。この結果、蓄電池の寿命を延ばすことができる。

【0043】

充放電制御部１２６は、次の制御基準期間、記憶部１３０に記憶された充放電電力指令値と、算出部１２４により算出された割当切替えしきい値ＴＨ１、ＴＨ４と、運転停止切替えしきい値ＴＨ２、ＴＨ３の４つのしきい値に基づいて、第１蓄電池ユニットＵＮ１または第２蓄電池ユニットＵＮ２を充電または放電させるように制御する。なお、充放電制御部１２６は、受信部１２２により充放電電力指令値が外部から受信された場合、目標充放電電力データとその移動平均との差を使用する代わりに、受信部１２２により受信された充放電指令値を使用してもよい。以下に、具体的な充電および放電の制御を示す。

【0044】

充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ１以下の区間（ＩＮ１）において、第１蓄電池ユニットＵＮ１を充電させるように制御し、第２蓄電池ユニットＵＮ２を停止させるように制御する。
また、充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ１を越えて、且つしきい値ＴＨ２以下の区間（ＩＮ２）において、第１蓄電池ユニットＵＮ１を停止させるように制御し、第２蓄電池ユニットＵＮ２を充電させるように制御する。
また、充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ２を越えて、区間且つしきい値ＴＨ３以下の区間（ＩＮ３）において、第１蓄電池ユニットＵＮ１および第２蓄電池ユニットＵＮ２を停止させるように制御する。
また、充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ３を越えて、且つしきい値ＴＨ４以下の区間（ＩＮ４）において、第１蓄電池ユニットＵＮ１を停止させるように制御し、第２蓄電池ユニットＵＮ２を放電させるように制御する。
また、充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ４を越える区間（ＩＮ５）において、第１蓄電池ユニットＵＮ１を放電させるように制御し、第２蓄電池ユニットＵＮ２を停止させるように制御する。

【0045】

これによって、各蓄電ユニットは、ＳＯＣ値が目標値から大きく乖離しない状態で運転される。この結果、各蓄電池の寿命を延ばすことができる。
図６に示す例において、第１蓄電池ユニットＵＮ１は、放電を行う確率（領域Ｓ１）よりも充電を行う確率（領域Ｓ２）が高くなるように制御される。すなわち、第１蓄電池ユニットＵＮ１は、第１蓄電池Ｂ１のＳＯＣ値が目標値に近づくように制御される。この結果、第１蓄電池Ｂ１の寿命を延ばすことができる。
また、第２蓄電池ユニットＵＮ２は、放電を行う確率（領域Ｓ３）よりも充電を行う確率（領域Ｓ４）が低くなるように制御される。すなわち、第２蓄電池ユニットＵＮ２は、第２蓄電池Ｂ２のＳＯＣ値が目標値に近づくように制御される。この結果、第２蓄電池Ｂ２の寿命を延ばすことができる。

【0046】

また、区間（ＩＮ３）において、第２蓄電池ユニットＵＮ２を停止状態にさせることにより、微小な電力に対して充放電を行う必要がなくなる。これによって、第２蓄電池Ｂ２の使用期間を減らすことができ、蓄電池の寿命を延ばすことができる。

【0047】

ここで、図７を参照して、電力補助システム１００の動作および処理の一例について説明する。図７は、第１実施形態の電力補助システム１００により実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【0048】

まず、受信部１２２は、風力発電システム５００から所定の送信周期で送信される発電電力データを、制御基準期間の間受信する。また、受信部１２２は、第１蓄電池ユニットＵＮ１から送信される第１蓄電池のＳＯＣ値と、第２蓄電池ユニットＵＮ２から送信される第２蓄電池のＳＯＣ値とを受信する（ステップＳ１００）。受信部１２２は、受信した発電電力データと、充放電電力指令値と、各蓄電池のＳＯＣ値とを記憶部１３０に記憶させる。受信部１２２は、受信した発電電力データと、受信した時刻とを対応付けて記憶部１３０に記憶させる。また、受信部１２２は、受信した充放電電力指令値を記憶部１３０に記憶させる。また、受信部１２２は、受信した第１蓄電池のＳＯＣ値および第２蓄電池のＳＯＣ値とを記憶部１３０に記憶させる。

【0049】

次に、算出部１２４は、記憶部１３０に記憶された発電電力データから、例えば移動平均などの統計値を算出する（ステップＳ１０２）。次に、算出部１２４は、例えば、算出した移動平均と、記憶部１３０に記憶された発電電力データとの差分に基づいて、制御基準期間内の目標充放電電力データを算出する（ステップＳ１０４）。次に、算出部１２４は、算出した目標充放電電力データＰｄ（ｋ）から、分布の広がりの程度を示す指標値として標準偏差σを、更に目標充放電電力データＰｄ（ｋ）の平均値μを算出する（ステップＳ１０６）。次に、算出部１２４は、算出した標準偏差σおよび平均値μをパラメータとする正規分布に基づいて、目標充放電電力データの確率密度を示した確率分布を算出する（ステップＳ１０８）。次に、算出部１２４は、算出した確率分布の確率変数（横軸）を示す偏差値と、算出した確率分布の曲線（縦軸）が示す発生頻度を乗算することにより、充放電電力データの予想分布を算出する（ステップＳ１１０）。次に、算出部１２４は、算出した充放電電力データの予想分布と、記憶部１３０に記憶された第１蓄電池のＳＯＣ値および第２蓄電池のＳＯＣ値とに基づいて、割当切替えしきい値ＴＨ１、ＴＨ４と、運転停止切替えしきい値ＴＨ２、ＴＨ３を算出して設定する（ステップＳ１１２）。

【0050】

次に、充放電制御部１２６は、算出部１２４により算出された目標充放電電力データと、割当切替えしきい値ＴＨ１、ＴＨ４と、運転停止切替えしきい値ＴＨ２、ＴＨ３の４つのしきい値に基づいて、第１蓄電池ユニットＵＮ１または第２蓄電池ユニットＵＮ２を充電または放電させるように制御する（ステップＳ１１４）。これによって、本フローチャートの処理が終了する。

【0051】

以上説明した第１実施形態の電力補助システム１００によれば、充放電特性の異なる複数の蓄電池を充放電させるための充放電電力指令値を受信し、受信した充放電指令値の履歴に基づいて、充放電指令値の分布の広がりの程度を示す指標値を算出し、算出した指標値に基づいて複数の蓄電池のうち充放電させる蓄電池を切り替えることにより、蓄電池の劣化を少なくすることができる。この結果、発電システムの発電電力の変動をより緩和しつつ、蓄電池の寿命を延ばすことができる。

【0052】

また、第１実施形態の電力補助システム１００によれば、しきい値ＴＨ２を越えて、且つしきい値ＴＨ３以下の区間（ＩＮ３）において、第２蓄電池ユニットＵＮ２を停止状態にさせることにより、微小な電力に対して充放電を行う必要がなくなる。この結果、第２蓄電池Ｂ２の使用回数を減らすことができ、蓄電池の寿命を延ばすことができる。

【0053】

［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態の電力補助システム１００について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点として、算出部２２４が他の確率分布を算出する場合について説明する。なお、上述した実施形態と共通する機能等についての説明は省略する。図９は、第２の実施形態に係る制御装置２１０の機能構成の一例を示す図である。

【0054】

制御装置２１０は、制御部２２０と、記憶部２３０とを備える。制御部２２０は、例えば、受信部２２２と、算出部２２４と、確率分布判定部２２６と、充放電制御部２２８とを備える。

【0055】

算出部２２４は、例えば、図３に示す度数分布に示すデータが正規分布に近似しているかどうかを判定するために、分布の特徴を示す尖度および歪度を算出する。尖度とは、分布の左右対称性の違いを表した指標値であり、歪度とは、分布の形が鋭いか偏平かを表した指標値である。確率分布判定部２２６は、算出部２２４により算出された尖度および歪度に基づいて、図３に示す度数分布のデータが正規分布に近似するか否かを判定する。なお、確率分布判定部２２６は、算出部２２４により算出された尖度および歪度に基づき判定を行う構成としたが、これに限らない。確率分布判定部２２６は、例えば、公知な検定技術であるシャーピロ・ウィルク検定やコルモゴロフ・スミルノフ検定等を用いて、度数分布に示すデータが正規分布に近似するか否かを判定してもよい。

【0056】

確率分布判定部２２６により、図３に示す度数分布に示すデータが正規分布に近似していると判定された場合、充放電制御部２２８は、蓄電池ユニットのいずれか１つを充放電させるように制御する。また、確率分布判定部２２６により、図３に示す度数分布に示すデータが正規分布に近似していないと判定された場合、算出部２２４は、他の確率分布を算出する。算出部２２４は、例えば、対数正規分布を算出する。以下、算出部２２４および他の機能部等は、第１の実施形態と同様な処理を行うものとする。なお、算出部２２４により算出される確率分布は、実際の発電システムのモデルに合った適切な確率分布であれば、どのようなものでもよい。また、算出部２２４は、確率分布判定部２２６の判定処理の前に、正規分布を算出せずに、対数正規分布を直接算出してもよい。

【0057】

これによって、電力補助システム１００は、実際の発電システムのモデルに、より適合した充放電を行うことができる。この結果、発電システムの発電電力の変動をより緩和することができる。

【0058】

［第３実施形態］
以下、第３実施形態の電力補助システム１００について説明する。ここでは、第１、第２の実施形態との相違点として、電力補助システム１００が備える蓄電池ユニットの数が２つ以上の場合について説明し、上述した実施形態と共通する機能等についての説明は省略する。図１０は、第３の実施形態に係る電力補助システム１００の構成の一例を示す図である。

【0059】

電力補助システム１００は、制御装置１１０と、第１蓄電池ユニットＵＮ１〜第ｋ蓄電池ユニットＵＮｋを備えている。第１蓄電池ユニットＵＮ１〜第ｋ蓄電池ユニットＵＮｋは、並列に接続されている。ここでアルファベットｋは、蓄電池（蓄電池ユニット）の個数を示す。ここでは、一例として、ｋ＝３の場合について説明するが、これに限られない。

【0060】

第１蓄電池Ｂ１は、例えば、第１蓄電池Ｂ１〜第３蓄電池Ｂ３の中で、最も充放電レートが大きい二次電池である。第２蓄電池Ｂ２は、例えば、第１蓄電池Ｂ１〜第３蓄電池Ｂ３の中で、第１蓄電池Ｂ１が有する放電レートよりも小さい充放電レートである二次電池である。第１蓄電池Ｂ１は、例えば、第１蓄電池Ｂ１〜第３蓄電池Ｂ３の中で、最も充放電レートが小さい二次電池である。

【0061】

受信部１２２は、第１蓄電池ユニットＵＮ１から送信される第１蓄電池のＳＯＣ値と、第２蓄電池ユニットＵＮ２から送信される第２蓄電池のＳＯＣ値と、第３蓄電池ユニットＵＮ３から送信される第３蓄電池のＳＯＣ値とを受信する。

【0062】

算出部１２４は、算出した充放電電力データの予想分布と、記憶部１３０に記憶された第１蓄電池Ｂ１〜第３蓄電池Ｂ３のＳＯＣ値に基づいて、割当切替えしきい値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ５、ＴＨ６および運転停止切替えしきい値ＴＨ３、ＴＨ４を算出して設定する。なお、しきい値ＴＨ１〜ＴＨ６の大小関係は、ＴＨ６＞ＴＨ５＞ＴＨ４＞ＴＨ３＞ＴＨ２＞ＴＨ１とする。

【0063】

充放電制御部１２６は、次の制御基準期間、記憶部１３０に記憶された充放電電力指令値と、算出部１２４により算出された割当切替えしきい値ＴＨ１、ＴＨ２、ＴＨ５、ＴＨ６および運転停止切替えしきい値ＴＨ３、ＴＨ４とに基づいて、第１蓄電池ユニットＵＮ１、第２蓄電池ユニットＵＮ２および第３蓄電池ユニットＵＮ３のうちいずれか１つの蓄電池ユニットを充電または放電させるように制御する。ここで、図１１を参照して、具体的な充電および放電の制御を説明する。図１１は、第３の実施形態における充放電電力データの予想分布に対する蓄電池ユニットの制御の一例を示した図である。以下に、具体的な充電および放電の一例の制御を示す。

【0064】

充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ１以下の区間において、第１蓄電池ユニットＵＮ１を充電させるように制御し、第２蓄電池ユニットＵＮ２および第３蓄電池ユニットＵＮ３を停止させるように制御する。
また、充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ１を越えて、且つしきい値ＴＨ２以下の区間において、第３蓄電池ユニットＵＮ３を充電させるように制御し、第１蓄電池ユニットＵＮ１および第２蓄電池ユニットＵＮ２を停止させるように制御する。
また、充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ２を越えて、且つしきい値ＴＨ３以下の区間において、第２蓄電池ユニットＵＮ２を充電させるように制御し、第１蓄電池ユニットＵＮ１および第３蓄電池ユニットＵＮ３を停止させるように制御する。
また、充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ３を越えて、且つしきい値ＴＨ４以下の区間において、全ての蓄電池ユニットを停止させるように制御する。
また、充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ４を越えて、且つしきい値ＴＨ５以下の区間において、第２蓄電池ユニットＵＮ２を放電させるように制御し、第１蓄電池ユニットＵＮ１および第３蓄電池ユニットＵＮ３を停止させるように制御する。
また、充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ５を越えて、且つしきい値ＴＨ６以下の区間において、第３蓄電池ユニットＵＮ３を放電させるように制御し、第１蓄電池ユニットＵＮ１および第２蓄電池ユニットＵＮ２を停止させるように制御する。
充放電制御部１２６は、しきい値ＴＨ６を超える区間において、第１蓄電池ユニットＵＮ１を放電させるように制御し、第２蓄電池ユニットＵＮ２および第３蓄電池ユニットＵＮ３を停止させるように制御する。

【0065】

これによって、電力補助システム１００は、３種類の蓄電池（Ｂ１〜Ｂ３）に応じて、より柔軟に電力の充放電を行うことができる。この結果、発電システムの発電電力の変動をより緩和しつつ、蓄電池の寿命を延ばすことができる。

【0066】

なお、本実施形態では、第３蓄電池Ｂ３の充放電特性を示す放電レートを、第１蓄電池Ｂ１の放電レートと第２蓄電池Ｂ２の放電レートとの間としたが、これに限らない。第３蓄電池Ｂ３は、例えば、第２蓄電池Ｂ２と同じ放電レートおよび蓄電容量であってもよいし、第１蓄電池Ｂ１と同じ放電レートおよび蓄電容量であってもよい。この場合、充放電制御部１２６は、蓄電池の充放電特性に応じて、各蓄電池ユニットの蓄電池の蓄電容量を目標値に近づけるように適宜制御する。

【0067】

［第４実施形態］
以下、第４実施形態の電力補助システム１００について説明する。ここでは、第１、第２、および第３実施形態との相違点として、電力補助システム１００が電力系統ＥＰＳに接続される構成について説明し、上述した実施形態と共通する機能等についての説明は省略する。図１２は、第４の実施形態に係る電力補助システム１００の一例を示す概略図である。

【0068】

図１２に示すように、電力系統ＥＰＳには、変圧部ＴＦ１を介して風力発電システム５００が接続され、変圧部ＴＦ２を介して電力補助システム１００が接続され、変圧部ＴＦ３を介して需要者の受電設備ＣＳ１が接続され、変圧部ＴＦ４を介して需要者の受電設備ＣＳ２が接続されている。電力系統ＥＰＳは、発電システムが発電した電力を需要者の受電設備に供給するための、発電、変電、送電および配電を統合したシステムである。変圧部ＴＦ１〜ＴＦ４は、交流電力の電圧の高さを電磁誘導によって変換（昇圧）する電力機器である。風力発電システム５００や電力補助システム１００から送電される電力は、例えば、変圧部ＴＦ１およびＴＦ２によって、超超高圧（５００ｋＶ）や超高圧（２２０〜２７５ｋＶ）等に変換され、電力系統ＥＰＳに送電される。また、電力系統ＥＰＳから配電される電力は、例えば、変圧部ＴＦ３およびＴＦ４によって、高圧（６６〜１５４ｋＶ）等に変換され、需要者の受電設備ＣＳ１およびＣＳ２等に配電される。なお、変圧部ＴＦ３およびＴＦ４や、需要者の受電設備ＣＳ１およびＣＳ２等の数には、特段の制約がない。また、電力系統ＥＰＳには、風力発電システム５００の他に、他の風力発電システムや太陽光発電システム等が複数接続されていてもよい。

【0069】

算出部１２４は、記憶部１３０に記憶された発電電力データから移動平均を算出する。ここで、算出部１２４は、算出する移動平均に対して、需要者側の受電設備（ＣＳ１、ＣＳ２）で消費される電力量である需要電力データ等の数値データを加味して算出する。これによって、電力補助システム１００は、より効率良く電力を充放電することができる。

【0070】

上述した実施形態における電力補助システム１００の一部機能を、コンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

【符号の説明】

【0071】

１００‥電力補助システム、ＵＮ１…第１蓄電池ユニット、ＵＮ２…第２蓄電池ユニット、Ｂ１…第１蓄電池、Ｂ２…第２蓄電池、ＩＶ１、ＩＶ２…インバータ、ＳＷ１、ＳＷ２…遮断部、１１０、２１０、３１０…制御装置、１２０、２２０、３２０…制御部、１２２、２２２、３２２…受信部、１２４、２２４、３２４…算出部、１２６、２２８、３２８…充放電制御部、２２６…確率分布判定部、３２６…履歴特性付与部、１３０、２３０、３３０…記憶部、２００…風力発電システム、ＷＴ…風車、５１０…発電部、５２０…電力変換部、ＥＬ…電線路、ＴＦ１、ＴＦ２、ＴＦ３、ＴＦ４…変圧部、ＥＰＳ…電力系統、ＣＳ１、ＣＳ２…受電設備

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】