特許 6663831 蓄電デバイスの容量設計装置及びその方法並びに記録媒体

(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】6663831

(24)【登録日】2020年2月19日

(45)【発行日】2020年3月13日

(54)【発明の名称】蓄電デバイスの容量設計装置及びその方法並びに記録媒体

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/00 20060101AFI20200302BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20200302BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20200302BHJP

   G06Q 50/04 20120101ALI20200302BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/00 170

   H02J3/32

   H02J3/38 130

   G06Q50/04

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-191239(P2016-191239)

(22)【出願日】2016年9月29日

(65)【公開番号】特開2018-57162(P2018-57162A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2019年1月15日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２８年８月３０日 群馬大学 荒牧キャンパス「平成２８年電気学会産業応用部門大会」にて発表

(73)【特許権者】

【識別番号】000106276

【氏名又は名称】サンケン電気株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000222037

【氏名又は名称】東北電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】島尾 敏裕

(72)【発明者】

【氏名】中納 啓介

(72)【発明者】

【氏名】加藤 康司

(72)【発明者】

【氏名】有松 健司

【審査官】 佐藤 卓馬

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１６３４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０３２９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０４２９４３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−０３２９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 島尾 敏裕，外７名，電力変動抑制装置の複数蓄電デバイスのコスト最小化に関する一考察，平成２５年 電気学会全国大会講演論文集，日本，Ｉ．Ｅ．Ｅ．ＪＡＰＡＮ，２０１３年 ３月 ５日，第６分冊，第２１２頁−第２１３頁

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／００

Ｇ０６Ｑ ５０／０４

Ｈ０２Ｊ ３／３２

Ｈ０２Ｊ ３／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽光発電装置の発電電力の変動を抑制するために蓄電デバイスの容量設計を行うコンピュータを備えた蓄電デバイスの容量設計装置であって、
前記コンピュータは、前記太陽光発電装置の過去の多数の日射量データと前記太陽光発電装置の電気的特性データと変動抑制パラメータを変化させて、前記日射量データ毎に前記太陽光発電装置の発電電力をシミュレーションするシミュレーション部と、
前記シミュレーション部で得られた前記日射量データ毎の前記太陽光発電装置の発電電力に対して変化された前記変動抑制パラメータで変動抑制制御を行った時の変化された前記変動抑制パラメータに対応する変動抑制率の平均を算出する変動抑制率算出部と、
前記変動抑制率算出部で算出された変動抑制率の平均の中から設計者が所望する目標変動抑制率を読み出し、前記目標変動抑制率に対応する前記変動抑制パラメータを決定する変動抑制パラメータ決定部と、
前記変動抑制パラメータ決定部で得られた変動抑制パラメータに基づき電力変動抑制に必要な蓄電デバイスの出力指令値を算出する出力指令値算出部と、
前記出力指令値算出部で算出された蓄電デバイスの出力指令値を積算し、前記蓄電デバイスの容量を算出する蓄電デバイス容量算出部と、
を備えることを特徴とする蓄電デバイスの容量設計装置。

【請求項2】

前記蓄電デバイス容量算出部で算出された蓄電デバイス容量と前記蓄電デバイスの電気的特性に基づき電力変動抑制に必要な蓄電デバイスのセル数を算出し、前記蓄電デバイスの電気的特性に基づき前記蓄電デバイスの寿命を算出する蓄電デバイスセル数算出部と、
前記蓄電デバイスセル数算出部で算出された前記蓄電デバイスのセル数と寿命とに基づき前記蓄電デバイスのコストを算出する蓄電デバイスコスト算出部と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の蓄電デバイスの容量設計装置。

【請求項3】

前記蓄電デバイスとは異なる種類の蓄電デバイスを備え、
前記出力指令値算出部で算出された出力指令値と前記各々の蓄電デバイスの電気的特性と前記各々の蓄電デバイスの単価に基づいて出力指令値を分割する指令値分割部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の蓄電デバイスの容量設計装置。

【請求項4】

太陽光発電装置の発電電力の変動を抑制するための蓄電デバイスの容量設計方法であって、
前記太陽光発電装置の過去の多数の日射量データと前記太陽光発電装置の電気的特性データと変動抑制パラメータを変化させて、前記日射量データ毎に前記太陽光発電装置の発電電力をシミュレーションするシミュレーションステップと、
得られた前記日射量データ毎の前記太陽光発電装置の発電電力に対して変化された前記変動抑制パラメータで変動抑制制御を行った時の変化された前記変動抑制パラメータに対応する変動抑制率の平均を算出する変動抑制率算出ステップと、
算出された変動抑制率の平均の中から設計者が所望する目標変動抑制率を読み出し、前記目標変動抑制率に対応する前記変動抑制パラメータを決定する変動抑制パラメータ決定ステップと、
得られた変動抑制パラメータに基づき電力変動抑制に必要な蓄電デバイスの出力指令値を算出する出力指令値算出ステップと、
算出された蓄電デバイスの出力指令値を積算し、前記蓄電デバイスの容量を算出する蓄電デバイス容量算出ステップと、
を備えることを特徴とする蓄電デバイスの容量設計方法。

【請求項5】

太陽光発電装置の発電電力の変動を抑制するために蓄電デバイスの容量設計を行うための制御プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体であって、
前記コンピュータを、
前記太陽光発電装置の過去の多数の日射量データと前記太陽光発電装置の電気的特性データと変動抑制パラメータを変化させて、前記日射量データ毎に前記太陽光発電装置の発電電力をシミュレーションするシミュレーション部と、
前記シミュレーション部で得られた前記日射量データ毎の前記太陽光発電装置の発電電力に対して変化された前記変動抑制パラメータで変動抑制制御を行った時の変化された前記変動抑制パラメータに対応する変動抑制率の平均を算出する変動抑制率算出部と、
前記変動抑制率算出部で算出された変動抑制率の平均の中から設計者が所望する目標変動抑制率を読み出し、前記目標変動抑制率に対応する前記変動抑制パラメータを決定する変動抑制パラメータ決定部と、
前記変動抑制パラメータ決定部で得られた変動抑制パラメータに基づき電力変動抑制に必要な蓄電デバイスの出力指令値を算出する出力指令値算出部と、
前記出力指令値算出部で算出された蓄電デバイスの出力指令値を積算し、前記蓄電デバイスの容量を算出する蓄電デバイス容量算出部と、
として機能させるための制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽光発電装置の発電電力の変動を抑制するための蓄電デバイスの容量設計装置及びその方法並びに記録媒体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来の電力変動抑制システムは、系統に接続された太陽光発電の電力変動を抑制するために、複数の蓄電デバイスを備え、太陽光発電出力の急峻な変動を複数の蓄電デバイスにより補償している（特許文献１）。

【0003】

この電力変動抑制システムは、充放電パターンの振幅および頻度を、異なる種類の第１蓄電デバイスと第２蓄電デバイスとのそれぞれに配分することにより最適化を行い、蓄電デバイスの総合的なコスト低減を行っている。

【0004】

なお、太陽光発電の出力変動抑制制御について、非特許文献１に記載されたものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１４−４２４１５号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】「太陽光発電の出力変動抑制制御に関する一手法の提案」電力中央研究所報告 R10034(2011)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１では、電池寿命と定格容量の観点から蓄電デバイスの容量設計を行っていたため、かなりのコストがかかっていた。即ち、特許文献１の電力変動抑制システムは、経済性を考慮して蓄電デバイスの容量設計を行っていなかった。

【0008】

本発明の課題は、電池寿命を含めた経済性を考慮した蓄電デバイスの容量設計を行うことができる蓄電デバイスの容量設計装置及びその方法並びに記録媒体を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る蓄電デバイスの容量設計装置は、太陽光発電装置の発電電力の変動を抑制するために蓄電デバイスの容量設計を行うコンピュータを備えた蓄電デバイスの容量設計装置であって、前記コンピュータは、前記太陽光発電装置の過去の多数の日射量データと前記太陽光発電装置の電気的特性データと変動抑制パラメータを変化させて、前記日射量データ毎に前記太陽光発電装置の発電電力をシミュレーションするシミュレーション部と、前記シミュレーション部で得られた前記日射量データ毎の前記太陽光発電装置の発電電力に対して変化された前記変動抑制パラメータで変動抑制制御を行った時の変化された前記変動抑制パラメータに対応する変動抑制率の平均を算出する変動抑制率算出部と、前記変動抑制率算出部で算出された変動抑制率の平均の中から設計者が所望する目標変動抑制率を読み出し、前記目標変動抑制率に対応する前記変動抑制パラメータを決定する変動抑制パラメータ決定部と、前記変動抑制パラメータ決定部で得られた変動抑制パラメータに基づき電力変動抑制に必要な蓄電デバイスの出力指令値を算出する出力指令値算出部と、前記出力指令値算出部で算出された蓄電デバイスの出力指令値を積算し、前記蓄電デバイスの容量を算出する蓄電デバイス容量算出部とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、太陽光発電装置の過去の多数の日射量データと太陽光発電装置の電気的特性データと変動抑制パラメータを変化させて、日射量データ毎に太陽光発電装置の発電電力をシミュレーションし、日射量データ毎の太陽光発電装置の発電電力に対して変化された変動抑制パラメータで変動抑制制御を行った時の変化された変動抑制パラメータに対応する変動抑制率の平均を算出する。算出された変動抑制率の平均の中から設計者が所望する目標変動抑制率を読み出し、目標変動抑制率に対応する変動抑制パラメータを決定し、決定された変動抑制パラメータに基づき電力変動抑制に必要な蓄電デバイスの出力指令値を算出し、算出された蓄電デバイスの出力指令値を積算し、蓄電デバイスの容量を算出するので、電池寿命を含めた経済性を考慮した蓄電デバイスの容量設計を行うことができる蓄電デバイスの容量設計装置及びその方法並びに記録媒体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施例１に係る蓄電デバイスの容量設計装置の構成ブロック図である。

【図2】実施例１に係る蓄電デバイスの容量設計方法を説明するためのフローチャートである。

【図3】実施例１に係る蓄電デバイスの容量設計装置に設けられた変動抑制パラメータと平均変動抑制率との関係を示す図である。

【図4】実施例１に係る蓄電デバイスの容量設計装置に設けられた出力指令値算出部の構成ブロック図である。

【図5】複数の日射量データに対する変動抑制率と変動抑制パラメータの関係図である。

【図6】変動抑制制御前後の電力波形、蓄電デバイスの出力指令値の電力波形、出力指令値の時間積分量及び蓄電デバイス容量の例を示す図である。

【図7】蓄電デバイスの種類が一種類の場合の蓄電デバイスコストの算出結果の例を示す図である。

【図8】本発明の実施例２に係る蓄電デバイスの容量設計装置の構成ブロック図である。

【図9】実施例２に係る蓄電デバイスの容量設計方法を説明するためのフローチャートである。

【図10】複数の蓄電デバイスを用いた場合の蓄電デバイス容量算出結果の例を示す図である。

【図11】複数の蓄電デバイスを使用した場合の蓄電デバイスコストの算出結果の例を示す図である。

【図12】本発明の蓄電デバイスの容量設計装置を適用した電力変動抑制装置の構成ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施の形態の蓄電デバイスの容量設計装置及びその方法並びに記録媒体について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0013】

本発明は、初期投資、電池寿命を含めた経済性を考慮した蓄電デバイス容量の設計手法について検討し、蓄電デバイスを長期運用した際のコストを算出し、複数の蓄電デバイスのコストを最適化したことを特徴とする。

【0014】

本発明は、太陽光発電装置の電力変動を抑制するための複数の蓄電デバイスの容量設計及びデバイス選定手法である。一般的に、電力変動を抑制するための蓄電デバイスの容量設計を行うことは、太陽光発電装置の発電量が予測不能であることから難しい。過去の少量の太陽光発電電力データに基づいて、蓄電デバイスの容量設計を行った場合、発電電力データより大きく外れた発電パターンに対しては、設計者の望む変動抑制効果を得ることができない。

【0015】

前記事象を回避するため、蓄電デバイスの容量に冗長性を持たせた設計を行う場合、蓄電デバイスにかかるコストが大きくなる。更に、複数の種類の蓄電デバイスを併用して電力変動を抑制する場合、蓄電デバイスの充放電パターンに合った蓄電デバイスを選定しなければ、蓄電デバイスにかかる合計コストが大きくなる。

【0016】

このため、本発明は、過去の多数の太陽光発電電力データを参照し、冗長性のない適切な蓄電デバイスの容量設計及びデバイス選定を行う。本発明は過去の多数の太陽光発電パターンに基づき、設計者の望む変動抑制効果を得られるような蓄電デバイス容量を設計する。即ち、変動抑制率を算出することにより、蓄電デバイスコストと変動抑制効果の両方を考慮した蓄電デバイスの容量設計が可能であることを特徴とする。

【0017】

さらに、本発明は、複数の種類の蓄電デバイスを使用した場合のコストをシミュレーションすることで、適切な蓄電デバイスを選定する。本発明のシミュレーションは、過去の日射量データより変動抑制制御を行った際の蓄電デバイス容量を仮想的に計算することが特徴である。以下、その詳細について、説明する。

【実施例1】

【0018】

図１は、本発明の実施例１に係る蓄電デバイスの容量設計装置の構成ブロック図である。蓄電デバイスの容量設計装置は、日射量データ記憶部１１、変動抑制パラメータ部１２、シミュレーション部１３、変動抑制率算出部１４、データ保存部１５、変動抑制パラメータ決定部１６、出力指令値算出部１７、蓄電デバイス容量算出部１８、蓄電デバイスセル数算出部１９、蓄電デバイスコスト算出部２０を備えている。

【0019】

日射量データ記憶部１１、変動抑制パラメータ部１２、データ保存部１５の各々は、ハードディスク、ＲＡＭ等である。シミュレーション部１３、変動抑制率算出部１４、変動抑制パラメータ決定部１６、出力指令値算出部１７、蓄電デバイス容量算出部１８、蓄電デバイスセル数算出部１９、蓄電デバイスコスト算出部２０は、制御プログラムを格納したメモリとコンピュータとからなる。コンピュータは、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）やマイクロコンピュータ等からなり、メモリに格納された制御プログラムを実行することで上記の各部の処理を実行する。メモリは本発明の記録媒体に対応し、太陽光発電装置の発電電力の変動を抑制するために蓄電デバイスの容量設計を行うための制御プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体である。記録媒体は、コンピュータを、シミュレーション部１３、変動抑制率算出部１４、変動抑制パラメータ決定部１６、出力指令値算出部１７、蓄電デバイス容量算出部１８として機能させるための制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。

【0020】

日射量データ記憶部１１は、太陽光発電装置の過去の多数の日射量データと、実際に使用する太陽光発電装置の電圧及び電流データ（電気的特性）を記憶する。変動抑制パラメータ部１２は、太陽光発電装置の発電電力の変動を抑制するための変動抑制パラメータを記憶する。変動抑制パラメータとしては、図４に示すような移動平均部１７１による平滑値やリミッタ１７３による振幅制限値等である。

【0021】

シミュレーション部１３は、日射量データ記憶部１１からの太陽光発電装置の過去の多数の日射量データと太陽光発電装置の電圧及び電流データとから太陽光発電装置の発電電力をシミュレーションする。また、シミュレーション部１３は、日射量データ記憶部１１からの太陽光発電装置の過去の多数の日射量データと太陽光発電装置の電圧及び電流データと、変動抑制パラメータ部１２からの変動抑制パラメータを変化させて、太陽光発電装置の発電電力をシミュレーションする。

【0022】

変動抑制率算出部１４は、シミュレーション部１３で得られた太陽光発電装置の変動された発電電力に対して蓄電デバイスからの電力で変動抑制制御を行った時の変動抑制パラメータに対応する変動抑制率をＦＦＴ解析及び数式等を用いて算出する。このとき、変動抑制制御前の電力及び変動抑制制御後の電力の各々について、ＦＦＴ解析を行い、ＦＦＴ解析により、周波数ごとのスペクトルを算出する。算出したスペクトルについて、式（１）を使用して、変動抑制率ＦＲＲを算出する。

【0023】

ＦＲＲ＝（ＳPV−Ｓｏ）／ＳPV×１００ …（１）
ＳPVはＰＶ出力の周波数スペクトル区間合計である。Ｓｏは、連系点出力の周波数スペクトル区間合計である。ＰＶ出力は変動抑制制御前の電力、連系点出力は、変動抑制制御前の電力である。雲の動きによる太陽光発電の変動速度が１秒〜３００秒（＝０．００３〜１Ｈｚ）程度と仮定し、計算に使用する周波数スペクトル区間は０．００３〜１Ｈｚとする。変動抑制率は、（変動抑制制御後の電力）／（変動抑制制御前の電力）で表される。

【0024】

データ保存部１５は、図３に示すように、変動抑制パラメータ部１２からの変動抑制パラメータａ１，ａ２…と、変動抑制率算出部１４で算出された変動抑制率ｂ１，ｂ２…とを、対応付けて保存する。

【0025】

変動抑制パラメータ決定部１６は、データ保存部１５に保存された変動抑制率を参照して、設計者が所望する目標変動抑制率に対応する変動抑制パラメータを決定する。この場合の変動抑制パラメータは、図３の表を使用して、設計者の所望する変動抑制率に近い平均変動抑制率に対応した変動抑制パラメータに決定する。

【0026】

シミュレーション部１３は、日射量データ記憶部１１の日射量データから最も変動の大きい最大値データを使用して発電電力を算出する。

【0027】

出力指令値算出部１７は、シミュレーション部１３からの発電電力Ｐｐｖと変動抑制パラメータ決定部１６で決定された目標変動抑制率に対応する変動抑制パラメータとに基づき、電力変動抑制に必要な蓄電デバイスの出力指令値を算出する。出力指令値算出部１７は、例えば、図４に示すように、移動平均部１７１、加算器１７２、リミッタ１７３から構成される。

【0028】

ここで、変動抑制パラメータ決定部１６で決定された目標変動抑制率に対応する変動抑制パラメータとして、移動平均部１７１の平滑値、リミッタ１７３の振幅値が設定されている。

【0029】

移動平均部１７１は、移動平均法により、即ち、電力変動を抑制すべきシミュレーション部１３からの発電電力Ｐpvを平滑化する処理を行うことにより、変動抑制指令値Ｐｆを得る。加算器１７２は、移動平均部１７１からの変動抑制指令値Ｐｆと電力Ｐpvとの偏差を求め、この偏差を電力変動抑制装置全体で行う充放電指令値Ｐconvとして出力する。リミッタ１７３は、加算器１７２からの充放電指令値Ｐconvを一定の振幅値に制限して出力指令値Ｐ１を作成する。

【0030】

蓄電デバイス容量算出部１８は、出力指令値算出部１７で作成された出力指令値を積算し、蓄電デバイス容量を算出する。蓄電デバイスセル数算出部１９は、蓄電デバイス容量算出部１８で算出された蓄電デバイス容量と蓄電デバイスの電気的特性に基づき、各種の蓄電デバイスに対して、電力変動抑制に必要な蓄電デバイスのセル数を算出するとともに、各蓄電デバイスの電気的特性から蓄電デバイスの寿命を算出する。

【0031】

蓄電デバイスコスト算出部２０は、蓄電デバイスセル数算出部１９からの蓄電デバイスのセル数と寿命とに基づき蓄電デバイスの交換回数を考慮した蓄電デバイスのコストを算出する。

【0032】

次に、このように構成された実施例１の蓄電デバイス容量設計装置によって実現される蓄電デバイス容量設計方法の処理を図２のフローチャートを参照しながら、説明する。ここで、ＣＰＵは、制御プログラムの各処理を実行する。制御プログラムの各処理は、図２に示すフローチャートの各処理である。

【0033】

まず、設計者が所望とする目標変動抑制率を達成するための変動抑制パラメータを決定する。この場合の変動抑制パラメータは、図３の表を使用して、設計者の所望する変動抑制率に近い平均変動抑制率に対応した変動抑制パラメータに決定する。

【0034】

シミュレーション部１３は、日射量データ記憶部１１から、太陽光発電装置の過去の複数の日射量データ（ＰＶ日射量データ）、実際に使用する太陽光発電装置の電気的特性（電圧、電流）、日射量データの最大値を入力する（ステップＳ１１）。

【0035】

シミュレーション部１３は、ｉ＝０、ｊ＝０に設定する（ステップＳ１２）。ここで、ｉは、日射量データの各データ番号を示す。日射量データは、ｎ個（即ち、ｎ日分のデータ）あるものとする。ｊは変動抑制パラメータの各パラメータ番号を示す。変動抑制パラメータは、ｍ個あるものとする。

【0036】

次に、シミュレーション部１３は、ｉを１だけインクリメントし（ステップＳ１３）、さらに、ｉがｎかどうかを判定する（ステップＳ１４）。ｉは１であるので、ｊを１だけインクリメントし（ステップＳ１５）、さらに、ｊがｍかどうかを判定する（ステップＳ１６）。ｊは１であるので、シミュレーション部１３は、日射量データがｉ＝１で且つ変動抑制パラメータがｊ＝１であるときの変動抑制シミュレーションを行う（ステップＳ１７）。

【0037】

変動抑制率算出部１４は、シミュレーション部１３で得られた太陽光発電装置の変動された発電電力に対して蓄電デバイスからの電力で変動抑制制御を行った時の変動抑制パラメータに対応する変動抑制率を算出しデータ保存部１５に保存する（ステップＳ１８）。

【0038】

そして、ステップＳ１５に戻り、変動抑制パラメータｊがｍとなるまで、ステップＳ１５からステップＳ１８までの処理を繰り返し行う。これにより、日射量データがｉ＝１で且つ変動抑制パラメータがｊ＝１〜ｍであるときの変動抑制率の平均を算出することができる。この場合、変動抑制パラメータを同一の値とし、日射量データをｉ＝１〜ｎと変えてシミュレーションを行い、変動抑制率を算出し、全ての日射量データの変動抑制率を合計し、ｎで除算することにより、変動抑制率の平均を算出する。

【0039】

次に、ステップＳ１６において、変動抑制パラメータｊがｍとなると、ステップＳ１３に戻り、日射量データｉ＝２で且つステップＳ１５からステップＳ１８までの処理を繰り返し行う。即ち、日射量データ及び変動抑制制御のパラメータを様々に変化させてシミュレーションを行う。これにより、図５に示すような変動抑制率と変動抑制パラメータの値の対応が算出される。図５では、日射量の変動量が同じ場合、変動抑制パラメータは低くするほど変動抑制率が高くなる傾向にある。また、変動抑制パラメータが同じ場合、日射量の変動量が多いほど、変動抑制率が高くなる傾向がある。

【0040】

ただし、日射量の変動の仕方により、変動抑制パラメータに対応する変動抑制率は異なる。よって、できるだけ多くの日射量パターンで設計者の所望する変動抑制率を得るために、変動抑制率に応じた変動抑制パラメータを決定する。さらに、パラメータに対応した変動抑制率の平均値を算出する。

【0041】

その後、ステップＳ１４において、日射量データｉがｎになると、変動抑制パラメータ決定部１６には、目標変動抑制率と、目標コストが入力される（ステップＳ１９）。

【0042】

変動抑制パラメータ決定部１６は、データ保存部１５に保存された変動抑制率を参照して、設計者が所望する目標変動抑制率に対応する変動抑制パラメータを決定する（ステップＳ２０）。シミュレーション部１３は、日射量データ記憶部１１の日射量データから最も変動の大きい最大値データを使用して発電電力を算出する。

【0043】

出力指令値算出部１７は、シミュレーション部１３からの発電電力Ｐｐｖと変動抑制パラメータ決定部１６で決定された目標変動抑制率に対応する変動抑制パラメータとに基づき、電力変動抑制に必要な蓄電デバイスの出力指令値を算出する（ステップＳ２１）。

【0044】

次に、蓄電デバイス容量算出部１８は、出力指令値算出部１７で作成された出力指令値を積算し、蓄電デバイス容量を算出する（ステップＳ２２）。次に、蓄電デバイス容量算出部１８は、ｋ＝０に設定する（ステップＳ２３）。ここで、ｋは、蓄電デバイスに使用するデバイスの各データ番号を示す。蓄電デバイスに使用するデバイスがｐ種類あるものとする。

【0045】

次に、蓄電デバイス容量算出部１８は、ｋを１だけインクリメントし（ステップＳ２４）、さらに、ｋがｐかどうかを判定する（ステップＳ２５）。ｋは１であるので、蓄電デバイスセル数算出部１９は、蓄電デバイス容量算出部１８で算出された蓄電デバイス容量と蓄電デバイスの電気的特性に基づき、各種の蓄電デバイスに対して、電力変動抑制に必要な蓄電デバイスのセル数を算出するとともに、各蓄電デバイスの電気的特性から蓄電デバイスの寿命を算出する（ステップＳ２６）。

【0046】

次に、蓄電デバイスコスト算出部２０は、蓄電デバイスセル数算出部１９からの蓄電デバイスのセル数と寿命とに基づき蓄電デバイスの交換回数を考慮した蓄電デバイスのコストを算出する（ステップＳ２７）。

【0047】

さらに、蓄電デバイスコスト算出部２０は、蓄電デバイスコストがコスト最小値よりも小さいかどうかを判定する（ステップＳ２８）。蓄電デバイスコストがコスト最小値よりも小さい場合には、蓄電デバイスコストをコスト最小値に書き換えて（ステップＳ２９）、ステップＳ２４の処理に戻る。蓄電デバイスコストがコスト最小値よりも大きい場合には、ステップＳ２４の処理に戻る。

【0048】

そして、ステップＳ２４からステップＳ２９の処理を繰り返し行い、ステップＳ２５において、ｋがｐとなると、蓄電デバイスコスト算出部２０は、コスト最小値が目標コストよりも小さいかどうかを判定する（ステップＳ３０）。コスト最小値が目標コストよりも大きい場合には、ステップＳ１９の処理に戻り、目標コスト又は目標変動抑制率の修正を行い、ステップＳ１９以降の処理を再度、実行する。

【0049】

蓄電デバイスコスト算出部２０は、コスト最小値が目標コストよりも小さい場合には、上記の処理によって算出された蓄電デバイスの容量、種類、セル数、変動抑制パラメータ、コスト最小値を図示しない表示部又はプリンタ等に出力する（ステップＳ３１）。即ち、最終的に、設計者の所望する変動抑制率、トータルコストを満たす蓄電デバイスを選定し、蓄電デバイスの設計が完了する。

【0050】

このように、実施例１の蓄電デバイスの容量設計装置によれば、目標変動抑制率に対応する変動抑制パラメータを決定し、決定された変動抑制パラメータに基づき電力変動抑制に必要な蓄電デバイスの出力指令値をＥＸＣＥＬ等の数値計算ソフトにより数値計算を行うことで算出する。図６（ａ）に、変動パラメータに基づいて数値計算を行った変動抑制制御前後の電力波形を示す。図６（ｂ）に、蓄電デバイスの出力指令値の電力波形を示す。電力の＋は放電を示し、電力の−は充電を示す。この例は、ＰＶパネルを５ＭＷ、所望する変動抑制率を７０％としたときの結果である。

【0051】

算出された蓄電デバイスの出力指令値を時間積算し、時間積算された出力指令値の最大値と最小値との差を蓄電デバイスの容量として算出する。図６（ｃ）に、出力指令値の時間積分量、及び蓄電デバイス容量を示す。

【0052】

また、算出された蓄電デバイス容量と蓄電デバイスの電気的特性に基づき電力変動抑制に必要な蓄電デバイスのセル数を算出し、蓄電デバイスの電気的特性に基づき前記蓄電デバイスの寿命を算出し、算出された前記蓄電デバイスのセル数と寿命とに基づき蓄電デバイスのコストを算出する。図７に蓄電デバイスコストの算出結果の例を示す。図７では、蓄電デバイスとして鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池、ＥＤＬＣ、フライホイールの４種類を使用している。なお、コストについては、一番高額なＥＤＬＣが１となるよう、値を規格化している。使用する蓄電デバイスの種類により単価が異なるため、コストが異なる。図７に示す例の場合、鉛蓄電池を選択することで、蓄電デバイスコストを最小にすることができる。

【0053】

従って、電池寿命を含めた経済性を考慮した蓄電デバイスの容量設計を行うことができる蓄電デバイスの容量設計装置及びその方法並びに記録媒体を提供することができる。

【実施例2】

【0054】

図８は、本発明の実施例２に係る蓄電デバイスの容量設計装置の構成ブロック図である。図８では、複数の蓄電デバイスを使用する際の蓄電デバイスの容量設計装置を示す。

【0055】

複数の蓄電デバイスは、異なる種類の蓄電デバイスからなり、例えば、フライホイールからなる蓄電デバイスＡ、リチウムイオン電池からなる蓄電デバイスＢとする。図８に示す実施例２に係る蓄電デバイスの容量設計装置は、図１に示す実施例１に係る蓄電デバイスの容量設計装置に対して、さらに、指令値分割部１７ａを設けたことを特徴とする。

【0056】

指令値分割部１７ａは、出力指令値算出部１７で算出された出力指令値と各々の蓄電デバイスの電気的特性と各々の蓄電デバイスの単価に基づいて、出力指令値を分割する。

【0057】

図９は、実施例２に係る蓄電デバイスの容量設計方法を説明するためのフローチャートである。図９に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートに対して、さらに、ステップＳ２１ａ〜２１ｄが追加されている。ここでは、ステップＳ２１ａ〜２１ｄの処理のみを説明する。ここでは、複数の蓄電デバイスは、例えば、フライホイールからなる蓄電デバイスＡ、リチウムイオン電池から蓄電デバイスＢからなる。蓄電デバイスＡに使用するデバイスがａ種類あり、蓄電デバイスＢに使用するデバイスがｂ種類あるものとする。

【0058】

この場合には、ステップＳ２５において、蓄電デバイスＡについて、ｋがａ個かどうかを判定する。蓄電デバイスＢについて、ｋがｂ個かどうかを判定する点が図２に示すフローチャートに対して異なる。

【0059】

まず、ステップＳ２１の処理後に、指令値分割部１７ａは、ｌ＝０に設定する（ステップＳ２１ａ）。ここで、ｌは、電力分割パラメータＰｌの各データ番号を示す。電力分割パラメータＰｌは、ｑ個あるものとする。

【0060】

次に、指令値分割部１７ａは、ｌを１だけインクリメントする（ステップＳ２１ｂ）。さらに、指令値分割部１７ａは、蓄電デバイスの出力指令値を電力分割パラメータＰｌにより鉛蓄電池からなる蓄電デバイスＡの第１出力指令値とリチウムイオン電池から蓄電デバイスＢの第２出力指令値とに分割する（ステップＳ２１ｃ）。図１０に、複数の蓄電デバイスを用いた場合の蓄電デバイス容量算出結果を示す。図１０では、例としてリミッタを使用し、分割振幅を１ＭＷとして分割を行っている。図１０（ａ）に、蓄電デバイスＡの出力指令値の電力波形を示し、図１０（ｃ）に、蓄電デバイスＢの出力指令値の電力波形を示す。図１０（ａ）、図１０（ｃ）は、図６（ａ）、図６（ｂ）と同様に変動抑制制御前の電力を基準に規格化している。その後、ステップＳ２２の処理に進む。図１０（ｂ）に、蓄電デバイスＡの出力指令値の時間積分量及び蓄電デバイス容量を示し、図１０（ｄ）に、蓄電デバイスＢの出力指令値の時間積分量及び蓄電デバイス容量を示す。

【0061】

その後、ステップＳ２２以降の処理を行い、ステップＳ２５において、蓄電デバイスｋがｐ個となった場合には、電力分割パラメータの個数ｌがｑ個かどうかを判定する（ステップＳ２１ｄ）。電力分割パラメータの個数ｌがｑ個でない場合には、ステップＳ２１ｂに戻り、ステップＳ２１ｂ以降の処理を行う。

【0062】

電力分割パラメータの個数ｌがｑ個となった場合には、ステップＳ３０の処理に進む。蓄電デバイスコスト算出部２０は、コスト最小値が目標コストよりも小さい場合には、上記の処理によって算出された分割後の蓄電デバイスの容量、種類、セル数、変動抑制パラメータ、電力分割パラメータ、コスト最小値を図示しない表示部又はプリンタ等に出力する（ステップＳ３１）。

【0063】

このように、分割後の蓄電デバイスＡに使用するデバイスがａ種類、蓄電デバイスＢに使用するデバイスがｂ種類ある場合には、コストの計算は、（ａ×ｂ）回行うことになる。図１１に複数の蓄電デバイスを使用した場合の蓄電デバイスコストの算出結果の例を示す。図１１において、横軸は電力分割パラメータであり、リミッタを用いて、分割振幅を出力指令値の最大値の１／１０、２／１０、…としている。縦軸は蓄電デバイスコストである。図１１では、蓄電デバイスＡに鉛蓄電池とリチウムイオン蓄電池との２種類、蓄電デバイスＢにフライホイールとＥＤＬＣとの２種類を使用し、蓄電デバイスの組み合わせとしては、蓄電デバイス鉛蓄電池＋フライホイール、鉛蓄電池＋ＥＤＬＣ、リチウムイオン蓄電池＋フライホイール、リチウムイオン蓄電池＋ＥＤＬＣの４つがある。

【0064】

電力分割パラメータにより、各蓄電デバイスに必要な容量が変わるため、コストが変動する。図１１では、蓄電デバイス鉛蓄電池とフライホイールとの組み合わせで且つ分割振幅を出力指令値の９／１０とすることにより、蓄電デバイスコストを最小にすることができる。

【0065】

（蓄電デバイスの容量設計装置の適用例）
図１２は、本発明の蓄電デバイスの容量設計装置を適用した電力変動抑制装置の構成ブロック図である。図１２において、交流電源などの電力系統１０１には電力系統母線Ｌを介して負荷１０２が接続され、電力系統１０１から系統電力が負荷１０２に供給される。電力系統１０１と負荷１０２との間には、電力変換器１０４を介して太陽光発電装置１０３が接続されている。太陽光発電装置１０３は、太陽光により発電し、発電量を電力変換器１０４に出力する。電力変換器１０４は、太陽光発電装置１０３の発電量を所定の電力に変換して電力系統母線Ｌに供給する。

【0066】

電力変動抑制装置は、蓄電デバイス１０５、蓄電デバイス１０６、電力変換器１０７，１０８、電流検出器１０９、電圧検出器１１０、電力演算器１１１、電力検出部１１２，１１３、電圧電流検出部１１４，１１５、制御回路１２０を備えている。電力系統１０１と電力変換器１０４を介する太陽光発電装置１０３との間には、電力変換器１０７，１０８を介して異なる種類の蓄電デバイス１０５，１０６が接続されている。

【0067】

蓄電デバイス１０５は、小振幅の充放電パターンにより充放電を行う。例えば、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ：Electric Double Layer Capacitor）やフライホイールなどを用いることができる。蓄電デバイス１０６は、大振幅の充放電パターンが可能な例えば鉛蓄電池やリチウムイオン電池などの二次電池を用いることができる。なお、蓄電デバイス１０５、蓄電デバイス１０６の各々は、複数個設けても良い。

【0068】

電力変換器１０７は、蓄電デバイス１０５と電力系統母線Ｌとに接続され、蓄電デバイス１０５への入力電力および蓄電デバイス１０５からの出力電力を変換する。電力変換器１０８は、蓄電デバイス１０６と電力系統母線Ｌとに接続され、蓄電デバイス１０６への入力電力および蓄電デバイス１０６からの出力電力を変換する。

【0069】

電力系統１０１と負荷１０２との間の電力系統母線Ｌには電力系統母線Ｌに流れる電流を検出する電流検出器１０９が設けられている。また、電力系統母線Ｌには電力系統１０１の地点Ａにおける電圧を検出する電圧検出器１１０が接続されている。電力演算器１１１は、電流検出器１０９と電圧検出器１１０とに接続され、電流検出器１０９で検出された電流と電圧検出器１１０で検出された電圧とに基づき電力系統１０１の系統電力を演算して制御回路１２０に出力する。

【0070】

電力検出部１１２は、電力変換器１０７に接続され、電力変換器１０７で変換された電力を検出し、検出された電力を制御回路１２０に出力する。電力検出部１１３は、電力変換器１０８に接続され、電力変換器１０８で変換された電力を検出し、検出された電力を制御回路１２０に出力する。

【0071】

電圧電流検出部１１４は、蓄電デバイス１０５に接続され、蓄電デバイス１０５の端子電圧と蓄電デバイス１０５に流れる電流とを検出し、検出された電圧および電流を制御回路１２０に出力する。電圧電流検出部１１５は、蓄電デバイス１０６に接続され、蓄電デバイス１０６の端子電圧と蓄電デバイス１０６に流れる電流とを検出し、検出された電圧および電流を制御回路１２０に出力する。

【0072】

制御回路１２０は、電力演算器１１１からの電力系統１０１の系統電力と、電力検出部１１２，１１３で検出された電力変換器１０７，１０８の電力と、電圧電流検出部１１４，１１５で検出された蓄電デバイス１０５，１０６の電圧および電流とに基づいて電力系統１０１からの電力および負荷１０２の電力の変動を抑制する。

【0073】

蓄電デバイス容量設計装置１は、実施例１及び２で説明した蓄電デバイス容量設計装置であり、蓄電デバイス１０５と蓄電デバイス１０６とに対して、容量の設計及びコストを計算する。

【0074】

このように電力変動抑制装置によれば、蓄電デバイス容量設計装置１を用いて、蓄電デバイス１０５と蓄電デバイス１０６とに対して、容量の設計及びコストを計算することができる。

【符号の説明】

【0075】

１ 蓄電デバイス容量設計装置
１１ 日射量データ記憶部
１２ 変動抑制パラメータ部
１３ シミュレーション部
１４ 変動抑制率算出部
１５ データ保存部
１６ 変動抑制パラメータ決定部
１７ 出力指令値算出部
１７ａ 指令値分割部
１８ 蓄電デバイス容量算出部
１９ 蓄電デバイスセル数算出部
２０ 蓄電デバイスコスト算出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】