特許 7550974 蓄電システム及び系統制御システム

(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】

(24)【登録日】2024-09-05

(45)【発行日】2024-09-13

(54)【発明の名称】蓄電システム及び系統制御システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/32 20060101AFI20240906BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

H02J3/32

H02J7/00 A

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023520578

(86)(22)【出願日】2021-05-10

(86)【国際出願番号】 JP2021017675

(87)【国際公開番号】W WO2022239057

(87)【国際公開日】2022-11-17

【審査請求日】2023-10-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石原 浩毅

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１０８１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－７６９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０８４６８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２０－６８６５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ３／３２

Ｈ０２Ｊ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力系統に連系される蓄電システムであって、
蓄電装置と、
前記蓄電装置及び前記電力系統の間に接続されて、前記蓄電装置及び前記電力系統の間で電力を融通するための電力変換器と、
前記電力変換器が前記蓄電装置の充放電に伴って前記電力系統に対して入出力する有効電力を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記電力系統の周波数検出値を算出する周波数検出部と、
前記周波数検出部による前記周波数検出値から前記電力系統での周波数変動量を算出する周波数変動量演算部と、
前記周波数変動量に応じて、系統周波数を上昇するための有効電力の出力量又は、前記系統周波数を低下するための前記有効電力の入力量を示す指令値を生成する制御演算部と、
予め定められた前記電力系統の周波数基準値よりも前記周波数検出値が高い場合に、前記制御演算部が前記有効電力を出力するための前記指令値を生成したときに、前記指令値に従った前記有効電力の出力を制限するための制限部とを備え、
前記制限部は、前記周波数基準値よりも前記周波数検出値が低い場合に、前記制御演算部が前記有効電力を入力するための前記指令値を生成したときに、前記指令値に従った前記有効電力の入力を制限する、蓄電システム。

【請求項2】

前記制限部は、前記周波数基準値よりも前記周波数検出値が高い場合に、前記制御演算部が前記有効電力を出力するための前記指令値を生成したときに、前記電力変換器からの前記有効電力の出力を禁止する、請求項１記載の蓄電システム。

【請求項3】

前記制限部は、前記周波数基準値よりも前記周波数検出値が低い場合に、前記制御演算部が前記有効電力を入力するための前記指令値を生成したときに、前記電力変換器への前記有効電力の入力を禁止する、請求項１記載の蓄電システム。

【請求項4】

前記制御装置は、
前記周波数検出部によって順次算出される前記周波数検出値から高周波成分が除去された周波数目標値を生成するフィルタ部を更に含み、
前記制限部は、前記周波数検出値が前記周波数基準値よりも高く、かつ、前記周波数検出値が前記周波数目標値よりも低いときに、前記電力変換器からの前記有効電力の出力を禁止する、請求項１又は２に記載の蓄電システム。

【請求項5】

前記制御装置は、
前記周波数検出部によって順次算出される前記周波数検出値から高周波成分が除去された周波数目標値を生成するフィルタ部を更に含み、
前記制限部は、前記周波数検出値が前記周波数基準値よりも低く、かつ、前記周波数検出値が前記周波数目標値よりも高いときに、前記電力変換器への前記有効電力の入力を禁止する、請求項１又は３に記載の蓄電システム。

【請求項6】

前記制御装置は、
前記周波数検出部によって順次算出される前記周波数検出値から高周波成分が除去された周波数目標値を生成するフィルタ部を更に含み、
前記周波数変動量演算部は、前記フィルタ部が生成する前記周波数目標値から前記周波数検出部からの前記周波数検出値を減算することによって、前記周波数変動量を算出する、請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項7】

前記周波数検出部によって順次算出される前記周波数検出値の高周波成分が除去された周波数目標値を生成するフィルタ部を更に備え、
前記周波数変動量演算部は、
前記周波数検出値が前記周波数目標値より高い場合において、前記周波数目標値が前記周波数基準値より低いときには、前記周波数基準値から前記周波数検出値を減算することによって前記周波数変動量を算出する一方で、前記周波数目標値が前記周波数基準値以上であるときには、前記周波数目標値から前記周波数検出値を減算することによって前記周波数変動量を算出する、請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項8】

前記周波数検出部によって順次算出される前記周波数検出値の高周波成分が除去された周波数目標値を生成するフィルタ部を更に備え、
前記周波数変動量演算部は、
前記周波数検出値が前記周波数目標値より低い場合において、前記周波数目標値が前記周波数基準値より高いときには、前記周波数基準値から前記周波数検出値を減算することによって前記周波数変動量を算出する一方で、前記周波数目標値が前記周波数基準値以下であるときには、前記周波数目標値から前記周波数検出値を減算することによって前記周波数変動量を算出する、請求項１～３のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項9】

前記制御装置は、
周波数の低下を示す前記周波数変動量の絶対値が第１の基準値よりも小さい場合、及び、周波数の上昇を示す前記周波数変動量の絶対値が第２の基準値よりも小さい場合には、前記制御演算部に入力される前記周波数変動量をクリアする不感帯判定部を更に含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項10】

前記制御演算部は、周波数の低下を示す前記周波数変動量と第１のゲインとを用いて前記有効電力の出力量を制御するための前記指令値を生成する一方で、周波数の上昇を示す前記周波数変動量と第２のゲインとを用いて前記有効電力の入力量を制御するための前記指令値を生成する、請求項１～８のいずれか１項に記載の蓄電システム。

【請求項11】

複数個の請求項１～８のいずれか１項に記載の蓄電システムと、
前記複数個の蓄電システムを制御するための集中型制御装置とを備え、
前記複数個の蓄電システムの各々は、前記集中型制御装置に対して前記蓄電装置の充放電制限に係る情報を出力する、系統制御システム。

【請求項12】

前記複数個の蓄電システムの各々において、前記制御装置は、
周波数の低下を示す前記周波数変動量の絶対値が第１の基準値よりも小さい場合、及び、周波数の上昇を示す前記周波数変動量の絶対値が第２の基準値よりも小さい場合には、前記制御演算部に入力される前記周波数変動量をクリアする不感帯判定部を更に含み、
前記集中型制御装置は、
前記複数個の前記蓄電システムの各々からの前記情報に基づき、前記複数個の蓄電システム全体から前記電力系統に出力可能な有効電力の減少に応じて各前記蓄電システムの前記第１の基準値を低下するとともに、前記複数個の蓄電システム全体での前記電力系統から入力可能な有効電力の減少に応じて各前記蓄電システムの前記第２の基準値を減少する、請求項１１記載の系統制御システム。

【請求項13】

前記複数個の蓄電システムの各々において、前記制御装置に含まれる前記制御演算部は、周波数の低下を示す前記周波数変動量と第１のゲインとを用いて前記有効電力の出力量を制御するための前記指令値を生成する一方で、周波数の上昇を示す前記周波数変動量と第２のゲインとを用いて前記有効電力の入力量を制御するための前記指令値を生成し、
前記集中型制御装置は、
前記複数個の前記蓄電システムの各々からの前記情報に基づき、前記複数個の蓄電システム全体から前記電力系統に出力可能な有効電力の減少に応じて各前記蓄電システムの前記第１のゲインを増加するとともに、前記複数個の蓄電システム全体での前記電力系統から入力可能な有効電力の減少に応じて各前記蓄電システムの前記第２のゲインを増加する、請求項１１記載の系統制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、蓄電システム及び系統制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

将来にわたる再生可能エネルギの普及とともに、火力発電機の減少が想定され、電力系統の慣性は今後ますます低くなることが予想される。慣性の低い系統では、発電機側のトラブルや負荷変動に応じて、系統周波数が変動し易くなる。

【0003】

特許第６２３２８９９号公報（特許文献１）には、蓄電装置（電力貯蔵装置）の電力を用いた有効電力を電力系統に対して入出力することで、系統周波数の変動抑制補償を行う電力補償装置が提案されている。特許文献１には、系統周波数の変動抑制のための制御定数を、周波数偏差に基づいて変更することによって、蓄電装置の電力損失を低減することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６２３２８９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１の電力補償装置では、ハイパスフィルタを通過した周波数偏差にゲインが乗算されることで、有効電力指令値が算出される。即ち、有効電力指令値は、系統周波数の変動成分を抑制する様に設定される。

【0006】

しかしながら、特許文献１では、ハイパスフィルタによって得られる周波数変動成分を補償できる一方で、系統周波数の検出値と、周波数基準値（例えば、６０［Ｈｚ］）との高低関係は有効電力に反映されていない。このため、上記周波数変動成分を抑制するための制御出力（有効電力）が、周波数基準値から遠ざかる方向に系統周波数が変化する様に設定される虞がある。

【0007】

例えば、系統周波数が、周波数基準値より高い状態から、周波数基準値を下回らない範囲で急峻に低下した場合、電力補償装置は系統周波数を上昇させる方向に有効電力を出力する。しかしながら、この様な有効電力の出力は、系統周波数が周波数基準値から遠ざかる方向に作用するので、系統を更に不安定化することが懸念される。

【0008】

本開示は、このような問題点を解決するためになされたものであって、本開示の目的は、周波数基準値からの乖離を抑制して、周波数変動を抑制する系統周波数制御を実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示のある局面では、電力系統に連系される蓄電システムが提供される。蓄電システムは、蓄電装置と、電力変換器と、制御装置とを備える。電力変換器は、蓄電装置及び電力系統の間に接続されて、蓄電装置及び電力系統の間で電力を融通する。制御装置は、電力変換器が蓄電装置の充放電に伴って電力系統に対して入出力する有効電力を制御する。制御装置は、周波数検出部と、周波数変動量演算部と、制御演算部と、制限部とを備える。周波数検出部は、記電力系統の周波数検出値を生成する。周波数変動量演算部は、周波数検出部による周波数検出値から電力系統での周波数変動量を算出する。前制御演算部は、周波数変動量に応じて、系統周波数を上昇するための有効電力の出力量、又は、系統周波数を低下するための有効電力の入力量を示す指令値を生成する。制限部は、予め定められた電力系統の周波数基準値よりも周波数検出値が高い場合に、制御演算部が有効電力の出力量を示す指令値を生成したときに、指令値に従った有効電力の出力を制限する。更に、制限部は、周波数基準値よりも周波数検出値が低い場合に、制御演算部が有効電力の入力量を示す指令値を生成したときに、指令値に従った有効電力の入力を制限する。

【0010】

本開示の他のある局面では、系統制御システムが提供される。系統制御システムは、複数個の上記の蓄電システムと、複数個の蓄電システムを制御するための集中型制御装置とを備える。複数個の蓄電システムの各々は、集中型制御装置に対して蓄電装置の充放電制限に係る情報を出力する。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、系統周波数を周波数基準値から遠ざける方向に電力変換器から入力又は出力される有効電力を制限して、周波数変動量を補償するための有効電力の入力量又は出力量が制御されるので、周波数基準値からの乖離を抑制して、周波数変動を抑制する系統周波数制御を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施の形態に係る蓄電システムの概略構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示された制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。

【図3】実施の形態１に係る系統周波数制御を説明する機能ブロック図である。

【図4】図３に示された不感帯判定部による不感帯処理を説明するための概念図である。

【図5】図３に示された上下限値設定部の動作を説明するためのフローチャートである。

【図6】実施の形態１に係る蓄電システムによる系統周波数制御の動作例を説明する第１の波形図である。

【図7】実施の形態１に係る蓄電システムによる系統周波数制御の動作例を説明する第２の波形図である。

【図8】実施の形態２に係る系統周波数制御を説明する機能ブロック図である。

【図9】図８に示された周波数変動量演算部による周波数偏差の算出理を説明するためのフローチャートである。

【図10】実施の形態２に係る蓄電システムによる系統周波数制御の動作例を説明する第１の波形図である。

【図11】実施の形態２に係る蓄電システムによる系統周波数制御の動作例を説明する第２の波形図である。

【図12】実施の形態２に係る蓄電システムによる系統周波数制御の動作例を説明する第３の波形図である。

【図13】実施の形態３に係る系統制御システムの構成を示すブロック図である。

【図14】図１３に示された集中型制御装置及び各蓄電システムの間で授受される情報の例を説明するブロック図である。

【図15】図１３に示された集中型制御装置の動作を説明する第１のフローチャートである。

【図16】図１３に示された集中型制御装置の動作を説明する第２のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

【0014】

実施の形態１．
図１に示される様に、本実施の形態に係る蓄電システム１０は、蓄電装置１１０と、電力変換器１２０と、電圧検出器１３０と、制御装置２００とを備える。蓄電システム１０は、電力線２を有する電力系統に連系される。例えば、電力線２は、送電線又は配電線である。尚、図１では、表記の簡略化のために、電力線２を１本の線で記載しているが、実際には、３相交流系統の各相に対応する電力線が設けられている。図１の例では、電力線２及び蓄電システム１０の接続点からみて発電機側において、電力線２は、変圧器３と接続される。その反対側において、電力線２は、負荷（図示せず）と接続される。

【0015】

蓄電装置１１０は、電気エネルギを貯蔵するとともに、貯蔵した電気エネルギを放出することが可能な任意の装置によって構成することができる。蓄電装置１１０は、例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウム硫黄電池、レドックスフロー電池、鉛蓄電池、又は、ニッケル水素電池等の蓄電池によって構成される。或いは、蓄電装置１１０は、重層キャパシタ、又は、リチウムイオンキャパシタ等の大容量キャパシタで構成することも可能であり、更には、蓄電池及びキャパシタの組み合わせによって構成することも可能である。又、蓄電装置１１０は、フライホイールの様に、電気エネルギを運動エネルギに変換して貯蔵するものであってもよい。

【0016】

電力変換器１２０は、電力線２及び蓄電装置１１０の間に接続され、交流を直流に変換する順変換、及び、直流を交流に変換する逆変換を行うことができる。より具体的には、電力変換器１２０は、電力線２を流れる交流電力を直流電力に変換して、この直流電力により蓄電装置１１０を充電する様に、順変換を行うことができる。逆に、電力変換器１２０は、蓄電装置１１０から放電された直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を電力線２に出力する様に、逆変換を行うことができる。この様な逆変換及び順変換によって、電力変換器１２０は、電力系統（電力線２）及び蓄電装置の間で電力を融通する。

【0017】

本実施の形態では、電力変換器１２０が入出力する有効電力Ｐｃの極性について、上記逆変換によって電力変換器１２０から電力線２に出力される有効電力Ｐｃを正値（Ｐｃ＞０）とする一方で、上記順変換によって電力線２から電力変換器１２０に入力される有効電力Ｐｃを負値（Ｐｃ＜０）と定義する。

【0018】

電力変換器１２０は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）を含み、当該半導体スイッチング素子が制御装置２００からのスイッチング制御信号に従ってオンオフ制御されることによって、上記順変換（Ｐｃ＜０のとき）又は逆変換（Ｐｃ＞０のとき）を実行する様に構成される。

【0019】

電力変換器１２０は、代表的には、自己消弧能力を有する半導体スイッチング素子によって構成された自励式変換器である。自励式変換器としては、例えば、２レベル方式又は３レベル方式のＭＭＣ（Modular Multilevel Converter）等を用いることができる。電力変換器１２０は、制御装置２００からのスイッチング制御信号に従って動作することで、有効電力Ｐｃを電力線２に対して入出力する様に構成される。

【0020】

或いは、電力変換器１２０は、サイリスタ等の自己消弧能力を有さない半導体スイッチング素子によって構成された他励式変換器であってもよい。電力変換器１２０は、順変換及び逆変換による有効電力Ｐｃを制御可能であれば、その回路構成は特に限定されない。

【0021】

電圧検出器１３０は、蓄電システム１０及び電力線２の接続点、即ち、蓄電装置１１０が電力線２と連系する地点の電圧を検出する。

【0022】

制御装置２００は、電圧検出器１３０によって検出された電圧に基づいて系統周波数を算出し、算出された系統周波数の変動量を補填するための有効電力Ｐｃが電力線２に対して入出力される様に、電力変換器１２０のスイッチング制御信号を生成する。制御装置２００がこの様に電力変換器１２０を制御することによって、系統周波数の変動の原因となる電力の需給アンバランスを補償することができる。電力変換器１２０から制御装置２００には、電力変換器１２０の動作状態に係る情報が入力される。

【0023】

図２には、制御装置２００のハードウェア構成例が示される。代表的には、制御装置２００は、所定のプログラムが予め記憶されたマイクロコンピュータによって構成することができる。

【0024】

例えば、図２に示される様に、制御装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０２と、メモリ２０４と、入出力（Ｉ／Ｏ）回路２０６とを含む様にコンピュータベースで構成される。ＣＰＵ２０２、メモリ２０４及びＩ／Ｏ回路２０６は、バス２０５を経由して、相互にデータの授受が可能である。メモリ２０４の一部領域にはプログラムが予め格納されており、ＣＰＵ２０２が当該プログラムを実行することで、後述する系統周波数補償制御を実行することができる。Ｉ／Ｏ回路２０６は、制御装置２００の外部（例えば、電力変換器１２０及び電圧検出器１３０）との間で、信号及びデータを入出力する。

【0025】

或いは、図２の例とは異なり、制御装置２００の少なくとも一部については、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、又は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の回路を用いて構成することが可能である。又、制御装置２００の少なくとも一部について、アナログ回路によって構成することも可能である。この様に、後述する制御装置２００の各機能ブロック図を構成する各ブロックの機能は、ソフトウェア処理及びハードウェア処理の少なくとも一方によって実現することができる。

【0026】

ここで、電力系統の問題点について説明する。
有効電力の需要と供給とのバランスが崩れた場合、一般には、発電機の持つ回転機の特性によって、その過不足分が補填される。例えば、有効電力の需要が供給を上回った場合、発電機の持つ回転機の回転エネルギを有効電力に変換して電力供給が行われるため、電力系統の周波数は徐々に減少する。この場合、一般的には、発電機の調速機系制御を用いて有効電力の需要と供給との差分が補填されるが、発電機の機械入力の応答には十秒以上の時間がかかることが多く、又、調速機系は、供給する有効電力に限界がある。このため、発電機の回転エネルギの活用によって、周波数変動を補償することには、応答性に限界がある。

【0027】

更に、再生可能エネルギを利用する分散電源が電力系統内に増加すると、相対的に発電機数が減少することが想定される。電力系統内の発電機数が少なくなると、回転機による慣性の減少によって、発電機全体での回転エネルギも減少するため、系統周波数はより急峻に変動し易くなる。この様な背景から、発電機の調速機系制御のみでは、系統周波数の変動を抑制することが困難となることが懸念される。

【0028】

又、送電線を流れる有効電力が大きく変化する場合として、一部の発電機が事故により脱落する状況が想定される。この様な状況下では、脱落した発電機からは有効電力が負荷に供給されなくなるので、相対的に有効電力の需要が供給を大きく上回ることが予想される。この結果、電力系統内の発電機の数が減少すると系統周波数は急峻に減少することが懸念されるが、系統周波数が減少すると、太陽光発電システムおよび風力発電システムなどの分散電源が解列される。これにより、分散電源からの有効電力の供給も減少することで、系統周波数の更なる低下が懸念される。

【0029】

この様な周波数変動を補償するために、図１に示された蓄電システム１０の様に、有効電力を電力系統（電力線２）に供給、或いは、電力系統（電力線２）から有効電力を吸収することによる電力の融通によって、系統周波数制御を行うことが必要になる。

【0030】

図３には、実施の形態１に係る系統周波数制御を説明するための機能ブロック図が示される。

【0031】

制御装置２００は、周波数算出部２１０と、高周波成分除去フィルタ２２０と、周波数変動量演算部２３０と、不感帯判定部２４０と、制御演算部２５０と、ダイナミックリミッタ２６０と、上下限値設定部２７０と、スイッチング制御部２８０とを含む。

【0032】

周波数算出部２１０は、電圧検出器１３０によって検出された、電力線２上の交流電圧波形から当該電圧の周波数である系統の周波数検出値ｆｄｅｔを算出する。周波数検出値ｆｄｅｔは、当該電圧波形の１周期又は複数周期毎に、順次算出される。

【0033】

高周波成分除去フィルタ２２０は、周波数算出部２１０が順次算出する周波数検出値ｆｄｅｔから高周波数成分を除去した周波数目標値ｆｔｒｇを出力する。例えば、高周波成分除去フィルタ２２０は、数秒～数十秒の周期よりも短い周期の変動成分を除去する。代表的には、高周波成分除去フィルタ２２０は、ＬＰＦ（Low Pass Filter）や移動平均フィルタによって構成することができる。

【0034】

周波数変動量演算部２３０は、高周波成分除去フィルタ２２０が出力する周波数目標値ｆｔｒｇから周波数算出部２１０が出力した周波数検出値ｆｄｅｔを減算することによって、周波数変動量Δｆを算出する（Δｆ＝ｆｔｒｇ－ｆｄｅｔ）。例えば、周波数検出値ｆｄｅｔが周波数目標値ｆｔｒｇよりも低いときには、系統周波数を上昇するために周波数変動量Δｆ＞０に設定されてもよい。

【0035】

不感帯判定部２４０は、周波数変動量演算部２３０からの周波数変動量Δｆを受けて、制御演算部２５０に入力される、不感帯処理後の周波数変動量Δｆｃを出力する。

【0036】

図４には、不感帯判定部２４０による不感帯処理を説明するための概念図が示される。
図４に示される様に、不感帯判定部２４０は、不感帯上限値ｆｚｕ（ｆｚｕ＞０）及び不感帯下限値－ｆｚｌ（ｆｚｌ＞０）と、周波数変動量演算部２３０から出力された周波数変動量Δｆとの比較に基づき、不感帯処理後の周波数変動量Δｆｃを出力する。

【0037】

具体的には、－ｆｚｌ≦Δｆ≦ｆｚｕのときには、Δｆｃ＝０に設定される一方で、Δｆ＞ｆｚｕのときには、Δｆｃ＝Δｆ－ｆｚｕ、Δｆ＜－ｆｚｌのときには、Δｆｃ＝Δｆ＋ｆｚｌに設定される。即ち、ｆｚｕは「第１の基準値」の一実施例に対応し、ｆｚｌは「第２の基準値」の一実施例に対応する。尚、不感帯判定部２４０の配置は省略することも可能である。この場合には、制御演算部２５０に入力される周波数変動量Δｆｃ＝Δｆである。

【0038】

制御演算部２５０は、周波数変動量ΔｆｃにゲインＫｐを乗算することで、ベースとなる電力指令値Ｐｒｅｆｂを生成する（Ｐｒｅｆｂ＝Ｋｐ・Δｆｃ）。或いは、ゲインＫｐは、周波数の低下を示す周波数変動量（Δｆｃ＞０）に用いられるゲインＫｐ＋と、周波数の上昇を示す周波数変動量（Δｆｃ＜０）に用いられるゲインＫｐ－とを別個に設定することも可能である。この場合には、電力指令値Ｐｒｅｆｂは、下記の式（１），（２）によって算出される。

【0039】

Ｐｒｅｆｂ＝Ｋｐ＋・Δｆｃ（但し、Δｆｃ＞０） …（１）
Ｐｒｅｆｂ＝Ｋｐ－・Δｆｃ（但し、Δｆｃ＜０） …（２）
制御演算部２５０から出力された電力指令値Ｐｒｅｆｂは、ダイナミックリミッタ２６０に入力される。上下限値設定部２７０は、周波数検出値ｆｄｅｔ（周波数算出部２１０）、周波数目標値ｆｔｒｇ（高周波成分除去フィルタ２２０）、及び、予め定められた系統周波数の公称値に相当する周波数基準値ｆｒｅｆ（例えば、５０［Ｈｚ］又は６０［Ｈｚ］）の高低関係に従って、放電を制限する有効電力上限値Ｐｒｅｆｍａｘ（Ｐｒｅｆｍａｘ≧０）及び充電を制限する有効電力下限値Ｐｒｅｆｍｉｎ（Ｐｒｅｆｍｉｎ≦０）を可変に設定する。

【0040】

ダイナミックリミッタ２６０は、制御演算部２５０から出力された電力指令値Ｐｒｅｆｂに対して、上下限値設定部２７０によって設定された有効電力上限値Ｐｒｅｆｍａｘ及び有効電力下限値Ｐｒｅｆｍｉｎを用いたリミッタ処理後の有効電力指令値Ｐｒｅｆを出力する。

【0041】

ダイナミックリミッタ２６０は、Ｐｒｅｆｂ＞０の場合には、Ｐｒｅｆｂ≦ＰｒｅｆｍａｘのときにはＰｒｅｆ＝Ｐｒｅｆｂに設定する一方で、Ｐｒｅｆｂ＞ＰｒｅｆｍａｘのときにはＰｒｅｆ＝Ｐｒｅｆｍａｘに設定する。

【0042】

一方で、ダイナミックリミッタ２６０は、Ｐｒｅｆｂ＜０の場合には、Ｐｒｅｆｂ≧ＰｒｅｆｍｉｎのときにはＰｒｅｆ＝Ｐｒｅｆｂに設定する一方で、Ｐｒｅｆｂ＜ＰｒｅｆｍｉｎのときにはＰｒｅｆ＝Ｐｒｅｆｍｉｎに設定する。

【0043】

スイッチング制御部２８０は、ダイナミックリミッタ２６０から出力された有効電力指令値Ｐｒｅｆに従って、電力変換器１２０に含まれる複数の半導体スイッチング素子のオンオフを制御するためのスイッチング制御信号を生成する。電力変換器１２０が当該スイッチング制御信号に従って動作することにより、有効電力指令値Ｐｒｅｆに従った有効電力Ｐｃが、電力系統（電力線２）に対して入力又は入出力される。

【0044】

例えば、電力変換器１２０が自励式変換器の一例である三相インバータである場合には、有効電力指令値Ｐｒｅｆが反映された各相の電圧指令値に従うＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によって、上述のスイッチング制御信号が生成される。当該各相の電圧指令値は、有効電圧指令値及び無効電圧指令値を２相／３相変換することによって求められるが、有効電圧指令値は、有効電力指令値Ｐｒｅｆから求められる有効電流指令値と、電力線２の電流検出値から演算される有効電流計測値との偏差に基づいて演算することができる。

【0045】

又、無効電圧指令値は、別途設定された無効電力指令値から演算される無効電流指令値と、電力線２の電流検出値から演算される無効電流計測値との偏差に基づいて演算することができる。本実施の形態では、説明を簡単にするために、無効電力指令値＝０とする。或いは、公知の様に、系統電圧（実効値）の変動を抑制する様に、無効電力指令値を設定することができる。

【0046】

即ち、電力変換器１２０は、一般的には、無効電力及び有効電力の両方を制御することが可能であるが、本実施の形態では、系統周波数制御のための有効電力の制御に焦点を当てて説明している。

【0047】

本実施の形態では、周波数変動量Δｆに基づく電力指令値Ｐｒｅｆｂに対する、ダイナミックリミッタ２６０のリミット処理によって、系統周波数（周波数検出値ｆｄｅｔ）を周波数基準値ｆｒｅｆから乖離させる方向の制御出力が禁止される。

【0048】

図５には、上下限値設定部２７０が有効電力上限値Ｐｒｅｆｍａｘ及び有効電力下限値Ｐｒｅｆｍｉｎを設定する動作を説明するためのフローチャートが示される。

【0049】

図５（ａ）に示される様に、上下限値設定部２７０は、有効電力上限値Ｐｒｅｆｍａｘ（Ｐｒｅｆｍａｘ≧０）の設定のために、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表記する）１１０ａにより、周波数検出値ｆｄｅｔが周波数基準値ｆｒｅｆよりも高いか否かを判定するとともに、Ｓ１２０ａにより、周波数変動量Δｆ＞０であるか否か（即ち、周波数目標値ｆｔｒｇが周波数検出値ｆｄｅｔよりも高いか否か）を判定する。

【0050】

上下限値設定部２７０は、ｆｄｅｔ＞ｆｒｅｆである下で（Ｓ１１０ａのＹＥＳ判定時）、Δｆ＞０（ｆｔｒｇ＞ｆｄｅｔ）であるときには（Ｓ１２０ａのＹＥＳ判定時）、Ｓ１３０ａにより、系統周波数の上昇のための有効電力の出力を制限する様に、有効電力上限値Ｐｒｅｆｍａｘを設定する。例えば、Ｓ１３０ａでは、有効電力の出力（放電）を禁止するために、Ｐｒｅｆｍａｘ＝０に設定することができる。或いは、Ｐｒｅｆｍａｘは、有効電力Ｐｃの急激な変化を避ける目的で、前回の制御周期でＰｒｅｆｍａｘが０で無かった場合には時間経過に対して一定のレートで０に近付ける様に設定することも可能である。即ち、Ｓ１３０ａに例示した、Ｐｒｅｆｍａｘ＝０に固定する設定は、有効電力の出力制限の最も厳しい一態様に相当する。

【0051】

一方で、上記以外の場合（Ｓ１１０ａ又はＳ１２０ａのＮＯ判定時）には、Ｓ１４０ａにより、上記の様な有効電力の出力制限を行うことなく、通常のリミット処理のために、電力変換器１２０の電力定格値Ｐｔ（Ｐｔ＞０）を用いて、Ｐｒｅｆｍａｘ＝Ｐｔに設定される。

【0052】

図５（ｂ）に示される様に、上下限値設定部２７０は、有効電力下限値Ｐｒｅｆｍｉｎ（Ｐｒｅｆｍｉｎ≦０）の設定のために、Ｓ１１０ｂにより、周波数検出値ｆｄｅｔが周波数基準値ｆｒｅｆよりも低いか否かを判定するとともに、Ｓ１２０ｂにより、周波数変動量Δｆ＜０であるか否か（即ち、周波数目標値ｆｔｒｇが周波数検出値ｆｄｅｔよりも低いか否か）を判定する。

【0053】

上下限値設定部２７０は、ｆｄｅｔ＜ｆｒｅｆである下で（Ｓ１１０ｂのＹＥＳ判定時）、Δｆ＜０（ｆｔｒｇ＜ｆｄｅｔ）であるときには（Ｓ１２０ｂのＹＥＳ判定時）、Ｓ１３０ｂにより、系統の周波数低下のための有効電力の入力を制限する様に、有効電力下限値Ｐｒｅｆｍｉｎを設定する。例えば、Ｓ１３０ｂでは、有効電力の入力（充電）を禁止するために、Ｐｒｅｆｍｉｎ＝０に設定することができる。或いは、Ｐｒｅｆｍｉｎについても、時間経過に対して一定のレートで０に近付ける様に設定することも可能である。即ち、Ｓ１３０ｂに例示した、Ｐｒｅｆｍｉｎ＝０に固定とする設定は、有効電力の入力制限の最も厳しい一態様に相当する。

【0054】

一方で、上記以外の場合（Ｓ１１０ｂ又はＳ１２０ｂのＮＯ判定時）には、Ｓ１４０ｂにより、上記の様な有効電力の入力制限を行うことなく、通常のリミット処理のために、上述の電力定格値Ｐｔ（Ｐｔ＞０）を用いて、Ｐｒｅｆｍｉｎ＝－Ｐｔに設定される。

【0055】

この様に、周波数検出値ｆｄｅｔに対する、周波数基準値ｆｒｅｆ及び周波数目標値ｆｔｒｇの高低関係が異なる場合、即ち、ｆｒｅｆ＜ｆｄｅｔ＜ｆｔｒｇ、又は、ｆｔｒｇ＜ｆｄｅｔ＜ｆｒｅｆのいずれかが成立する場合には、Δｆ＞０に対してＰｒｅｆｍａｘ＝０、又は、Δｆ＜０に対して、Ｐｒｅｆｍｉｎ＝０に設定される。

【0056】

図３に戻って、Δｆ＞０に対してＰｒｅｆｍａｘ＝０に設定されると、ダイナミックリミッタ２６０は、Ｐｒｅｆｂ＞０であっても、Ｐｒｅｆ＝０に設定する。これにより、Δｆ＞０（ｆｔｒｇ＞ｆｄｅｔ）であっても、Ｐｒｅｆ＞０に設定することで周波数検出値ｆｄｅｔが周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかるときには、Ｐｒｅｆ＝０に設定することができる。

【0057】

同様に、Δｆ＜０に対してＰｒｅｆｍｉｎ＝０に設定されると、ダイナミックリミッタ２６０は、Ｐｒｅｆｂ＜０であっても、Ｐｒｅｆ＝０に設定する。これにより、Δｆ＜０（ｆｄｅｔ＞ｆｔｒｇ）であっても、Ｐｒｅｆ＜０に設定することで周波数検出値ｆｄｅｔが周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかるときには、Ｐｒｅｆ＝０に設定することができる。

【0058】

図６及び図７には、実施の形態１に係る蓄電システムの動作例を説明するための波形図が示される。

【0059】

図６には、周波数変動が生じた際における周波数検出値ｆｄｅｔ及び周波数目標値ｆｔｒｇの推移の一例が示される。図７には、図６に示された周波数変動に対して蓄電システムによる系統周波数制御を適用したときに、電力変換器１２０から電力線２に対して入出力される有効電力の波形例が示される。

【0060】

図６に示される様に、ｆｄｅｔ＞ｆｒｅｆで安定した状態から、時刻ｔ１において、急峻な外乱（例えば、負荷電力減少）によって周波数検出値ｆｄｅｔが上昇する。この様な周波数変動に対して、通常、電力系統では、発電機の調速機系が動作することで、系統周波数が安定化される。更に、時刻ｔ２では、発電機の脱落等により電力系統へ供給される有効電力が減少することで、周波数検出値ｆｄｅｔが低下した後、発電機の調速機系によって、系統周波数が再び安定化される。

【0061】

調速機系の応答性はそれ程高くないため、本実施の形態では、図６に示される周波数変動に対して、蓄電システム１０による系統周波数制御を適用することで、周波数変動への高速な対応を図る。図６中に示される様に、図３で算出される、高周波成分除去フィルタ２２０通過後の周波数目標値ｆｔｒｇは、周波数検出値ｆｄｅｔの変化に応じて、時刻ｔ１～ｔ２の期間では徐々に上昇するとともに、時刻ｔ２以降では低下に転じる。

【0062】

実施の形態１に係る系統周波数制御によれば、時刻ｔ１以降では、ｆｄｅｔ＞ｆｔｒｇのため、Δｆ＜０となるので、図３において、Ｐｒｅｆｂ＜０に設定される。更に、ｆｄｅｔ＞ｆｒｅｆでもあるので、周波数検出値ｆｄｅｔに対する、周波数基準値ｆｒｅｆ及び周波数目標値ｆｔｒｇの高低関係は同一である。従って、ダイナミックリミッタ２６０によって充電が禁止（Ｐｒｅｆ＝０）されることは無く、有効電力指令値Ｐｒｅｆは負値（Ｐｒｅｆ＜０）に設定される。

【0063】

これにより、図７に示される様に、時刻ｔ１以降では、有効電力指令値Ｐｒｅｆが負方向に設定されて、蓄電装置１１０を充電するように、蓄電システム１０の電力変換器１２０はが動作する。時間経過に伴う周波数目標値ｆｔｒｇの上昇に応じて、｜Δｆ｜が小さくなるのに応じて、充電方向の｜Ｐｒｅｆ｜及び｜Ｐｃ｜も減少する。この結果、電力線２から蓄電システム１０へのエネルギ出力によって系統周波数を低下させる様に、蓄電システム１０を動作させることができる。

【0064】

上述の様に、時刻ｔ２以降、周波数検出値ｆｄｅｔが減少に転じることにより、周波数目標値ｆｔｒｇは緩やかに低下する。従って、時刻ｔ２以降では、ｆｔｒｇ＞ｆｄｅｔとなる。これに応じて、Δｆ＞０となるので、図３において、Ｐｒｅｆｂ＞０に設定されることなる。

【0065】

図７中には、実施の形態１（図３）において、ダイナミックリミッタ２６０及び上下限値設定部２７０を非配置として、周波数変動量Δｆ（Δｆ＝ｆｔｒｇ－ｆｄｅｔ）に比例して有効電力指令値Ｐｒｅｆを設定したときの制御動作が、比較例として一点鎖線で示される。

【0066】

比較例では、時刻ｔ２以降において、周波数検出値ｆｄｅｔが周波数基準値ｆｒｅｆより高いにも関わらず、有効電力指令値Ｐｒｅｆが正方向に設定されて、蓄電装置１１０が放電するように電力変換器１２０が動作することになる。この様な電力変換器１２０の動作は、系統周波数を上昇させる方向に作用する。従って、図６に例示された周波数変動に対して、比較例に係る系統周波制御を適用すると、時刻ｔ２以降において、周波数検出値ｆｄｅｔを再び上昇させて周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざける様に、蓄電システム１０が動作することが懸念される。

【0067】

これに対して、実施の形態１に係る系統周波数制御では、時刻ｔ２以降でのｆｔｒｇ＞ｆｄｅｔ（Δｆ＞０）の場面にて、ｆｄｅｔ＞ｆｒｅｆであることから、図５（ａ）で説明した様に、Ｐｒｅｆｍａｘ＝０に設定されることにより、Ｐｒｅｆ＞０（Δｆ＞０）に対して、有効電力指令値Ｐｒｅｆ＝０に設定することができる。これにより、図７中に実線で示される様に、時刻ｔ２以降においても、Ｐｃ＝０が維持される。これにより、時刻ｔ２以降においても、周波数検出値ｆｄｅｔが周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかる方向に、蓄電システムが動作することを回避できる。

【0068】

上述の特許文献１（特許第６２３２８９９号公報）によれば、ハイパスフィルタの出力を用いることで、本実施の形態における周波数変動量Δｆと同等の周波数変動分を補償する制御が実現できる。しかしながら、特許文献１では、図６の例の様に、系統周波数が、周波数基準値より高い状態から、周波数基準値を下回らない範囲で急峻に低下した場合には、図７中に一点鎖線で示した様に、系統周波数（周波数検出値ｆｄｅｔ）を周波数基準値ｆｒｅｆから乖離させる様に、周波数制御が作用することが懸念される。

【0069】

これに対して実施の形態１の蓄電システムによれば、周波数検出値ｆｄｅｔに対する、周波数目標値ｆｔｒｇ及び周波数基準値ｆｒｅｆの高低関係を考慮することで、周波数検出値ｆｄｅｔを周波数目標値ｆｔｒｇに近付ける方向の有効電力の入出力であっても、周波数検出値ｆｄｅｔを周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざける方向に作用する場合には、当該有効電力の入出力が制限される。この結果、周波数基準値からの乖離を抑制して、周波数変動を抑制する系統周波数制御を実現することができる。

【0070】

実施の形態２．
実施の形態２に係る蓄電システムでは、実施の形態１と同様のシステム構成（図１）において、系統周波数制御が図８に示される機能ブロック図の内容に変更される。

【0071】

図８に示される様に、実施の形態２に係る蓄電システムでは、制御装置２００は、周波数算出部２１０と、高周波成分除去フィルタ２２０と、周波数変動量演算部２９０と、不感帯判定部２４０と、制御演算部２５０と、ダイナミックリミッタ２６０と、上下限値設定部２７０と、図３に示されたスイッチング制御部２８０とを含む。即ち、実施の形態２では、実施の形態１の構成（図３）と比較すると、周波数変動量演算部２３０に代えて、周波数変動量演算部２９０が配置される点が異なる。

【0072】

周波数変動量演算部２９０は、周波数検出値ｆｄｅｔ及び周波数目標値ｆｔｒｇに加えて、周波数基準値ｆｒｅｆを更に入力される。周波数変動量演算部２９０は、図９に示す制御処理によって、周波数変動量Δｆを算出する。尚、実施の形態２においても、不感帯判定部２４０は省略可能であり、この場合には、周波数変動量演算部２９０から出力された周波数変動量ΔｆがそのままΔｆｃ＝Δｆとされて、制御演算部２５０へ入力される。

【0073】

図９に示される様に、周波数変動量演算部２９０は、Ｓ２１０により、周波数検出値ｆｄｅｔ及び周波数目標値ｆｔｒｇの高低を比較する。ｆｄｅｔ＞ｆｔｒｇのとき（Ｓ２１０のＹＥＳ判定時）には、Ｓ２２０により、ｆｒｅｆ＞ｆｔｒｇであるか否かが判定される。

【0074】

周波数変動量演算部２９０は、Ｓ２１０のＮＯ判定時には（ｆｄｅｔ≦ｆｔｒｇ）、Ｓ２３０により、ｆｄｅｔ＜ｆｔｒｇであるか否かを判定し、ｆｄｅｔ＜ｆｔｒｇであるときには（Ｓ２３０のＹＥＳ判定時）、Ｓ２４０により、ｆｔｒｇ＞ｆｒｅｆであるか否かを更に判定する。

【0075】

ｆｄｅｔ＞ｆｔｒｇ、かつ、ｆｒｅｆ＞ｆｔｒｇのとき（Ｓ２２０のＹＥＳ判定時）、又は、ｆｄｅｔ＜ｆｔｒｇ、かつ、ｆｔｒｇ＞ｆｒｅｆのとき（Ｓ２４０のＹＥＳ判定時）には、周波数変動量演算部２９０は、Ｓ２５０により、周波数目標値ｆｔｒｇに代えて、周波数基準値ｆｒｅｆを用いて、周波数変動量Δｆを算出する（Δｆ＝ｆｒｅｆ－ｆｄｅｔ）。

【0076】

ｆｄｅｔ＞ｆｔｒｇ、即ち、Δｆ＜０の状態で、ｆｒｅｆ＞ｆｔｒｇであるときには、Δｆに従って有効電力指令値Ｐｒｅｆを設定すると（Ｐｒｅｆ＜０）、当該有効電力指令値に従う有効電力Ｐｃ（Ｐｃ＜０）は、周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかる方向に周波数検出値ｆｄｅｔを低下させる様に作用する虞があることが理解される。具体的には、ｆｔｒｇ＜ｆｒｅｆ＜ｆｄｅｔの関係にあって、周波数基準値ｆｒｅｆが周波数目標値ｆｔｒｇ及び周波数検出値ｆｄｅｔの間に位置するケースでは、周波数目標値ｆｔｒｇに向けて周波数検出値ｆｄｅｔを変化させる様に制御を行うと、周波数検出値ｆｄｅｔが、周波数基準値ｆｒｅｆを飛び越えて、周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかる方向に低下する様に、有効電力が過剰に制御されることが懸念される。

【0077】

同様に、ｆｄｅｔ＜ｆｔｒｇ、即ち、Δｆ＞０の状態で、ｆｔｒｇ＞ｆｒｅｆであるときには、Δｆに従って有効電力指令値Ｐｒｅｆを設定すると（Ｐｒｅｆ＞０）、当該有効電力指令値に従う有効電力Ｐｃ（Ｐｃ＞０）は、周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかる方向に周波数検出値ｆｄｅｔを上昇させる様に作用する虞がある。具体的には、周波数基準値ｆｒｅｆが周波数目標値ｆｔｒｇ及び周波数検出値ｆｄｅｔの間に位置するケースでは（ｆｄｅｔ＜ｆｒｅｆ＜ｆｔｒｇ）、上記と同様に、周波数検出値ｆｄｅｔが、周波数基準値ｆｒｅｆを飛び越えて、周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかる方向に上昇する様に、有効電力が過剰に制御されることが懸念される。

【0078】

従って、上記の２ケース（Ｓ２２０又はＳ２４０のＹＥＳ判定時）では、周波数基準値ｆｒｅｆを用いて周波数変動量Δｆを算出することによって、周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかる方向に周波数検出値ｆｄｅｔを変化する様に作用する有効電力の入出力を抑制する。

【0079】

これに対して、ｆｄｅｔ＞ｆｔｒｇ（Δｆ＜０）、かつ、ｆｒｅｆ≦ｆｔｒｇのとき（Ｓ２２０のＮＯ判定時）、又は、ｆｄｅｔ＜ｆｔｒｇ（Δｆ＞０）、かつ、ｆｔｒｇ≦ｆｒｅｆのとき（Ｓ２４０のＮＯ判定時）には、周波数変動量演算部２９０は、Ｓ２６０により、実施の形態１と同様に、周波数目標値ｆｔｒｇに基づいて周波数変動量Δｆを算出する（Δｆ＝ｆｔｒｇ－ｆｄｅｔ）。

【0080】

尚、ｆｄｅｔ＝ｆｔｒｇとなる周波数安定状態では、Ｓ２１０及びＳ２３０の両方がＮＯ判定とされることにより、Ｓ２６０において、Δｆ＝０に設定される。

【0081】

実施の形態１に係る系統周波数制御では、周波数検出値ｆｄｅｔと、周波数目標値ｆｔｒｇ及び周波数基準値ｆｒｅｆとの高低関係が同じである場合には、Δｆ＝ｆｔｒｇ－ｆｄｅｔに比例した有効電力Ｐｃが入力又は出力される。しかしながら、上述の２ケースでは、（ｆｔｒｇ－ｆｄｅｔ）に従って、有効電力指令値Ｐｒｅｆ（Ｐｒｅｆｂ）を設定すると、有効電力の入出力が、過剰、或いは、逆アクションとなって、系統周波数（周波数検出値ｆｄｅｔ）は周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかる様に制御される虞がある。

【0082】

従って、実施の形態２では、実施の形態１において、ｆｔｒｇ＞ｆｄｅｔに対する有効電力の出力（蓄電装置１１０の放電）、又は、ｆｔｒｇ＜ｆｄｅｔに対する有効電力の入力（蓄電装置１１０の充電）が制限されない場合であっても、周波数基準値ｆｒｅｆと周波数目標値ｆｔｒｇとの高低関係を考慮して、周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかる方向に周波数検出値ｆｄｅｔを変化する様な有効電力の入出力を防止する様に、周波数変動量Δｆを算出することができる。

【0083】

図１０～図１２には、実施の形態２に係る蓄電システムの動作例を説明するための波形図が示される。

【0084】

図１０には、周波数検出値ｆｄｅｔ及び周波数目標値ｆｔｒｇの推移の他の例が示される。図１０では、図６とは異なり、ｆｄｅｔ＞ｆｒｅｆで安定した状態から、時刻ｔａにおいて、急峻な外乱（例えば、負荷電力増加）によって周波数検出値ｆｄｅｔが低下する。周波数検出値ｆｄｅｔは、時刻ｔｂにおいて周波数基準値ｆｒｅｆまで低下した後、上述した発電機の調速機の動作によって、周波数基準値ｆｒｅｆよりも低い領域で安定する様に推移している。この様な、周波数検出値ｆｄｅｔの推移に応じて、高周波成分除去フィルタ２２０が出力する周波数目標値ｆｔｒｇも徐々に低下しており、時刻ｔｃ以降では、周波数目標値ｆｔｒｇは、周波数基準値ｆｒｅｆよりも低くなっている。この結果、時刻ｔｂ～ｔｃ間では、上述した、周波数基準値ｆｒｅｆが周波数目標値ｆｔｒｇ及び周波数検出値ｆｄｅｔの間に位置する状態となる。

【0085】

図１１及び図１２には、図１０に示された周波数変動に対して蓄電システムによる系統周波数制御を適用したときに、電力変換器１２０から電力線２に対して入出力される有効電力の波形例が示される。図１１及び図１２において、実施の形態２（図８）に従う有効電力指令値Ｐｒｅｆの設定が実線で示されている。

【0086】

一方で、図１１には、図７と同様の比較例による、有効電力指令値Ｐｒｅｆの波形が一点鎖線で更に示される。即ち、一点鎖線では、ダイナミックリミッタ２６０及び上下限値設定部２７０を設けることなく、周波数目標値ｆｔｒｇに基づく周波数変動量Δｆ（Δｆ＝ｆｔｒｇ－ｆｄｅｔ）に比例して設定された、有効電力指令値Ｐｒｅｆの推移が示される。又、図１２には、実施の形態１（図３）に従って設定された有効電力指令値Ｐｒｅｆの推移が、点線で更に示されている。

【0087】

図１１及び図１２に示される様に、実施の形態２に係る系統周波数制御では、時刻ｔａ～ｔｂの間では、周波数検出値ｆｄｅｔと、周波数目標値ｆｔｒｇ及び周波数基準値ｆｒｅｆのそれぞれとの間の高低関係が異なるので、実施の形態１と同様のダイナミックリミッタ２６０及び上下限値設定部２７０によって、ｆｄｅｔ＜ｆｔｒｇに対する有効電力の出力（蓄電装置１１０の放電）が制限される。ここでは、時刻ｔａ～ｔｂでは、Ｐｒｅｆｍａｘ＝０（Ｐｒｅｆ＝０）に設定されることで、Ｐｃ＝０に制御される。

【0088】

更に、実施の形態２に係る系統周波数制御では、時刻ｔｂ～ｔｃの期間では、ｆｔｒｇ＞ｆｄｅｔ（Δｆ＞０）であるのに対して、ｆｔｒｇ＞ｆｒｅｆであるので、図９のＳ２４０がＹＥＳ判定とされて、（ｆｒｅｆ－ｆｄｅｔ）に比例する様に、有効電力指令値Ｐｒｅｆが制御される。これにより、（ｆｔｒｇ－ｆｄｅｔ）に従って有効電力指令値Ｐｒｅｆ（Ｐｒｅｆ＞０）が過大に設定されることを回避することができる。

【0089】

時刻ｔｃ以降では、周波数目標値ｆｔｒｇが周波数基準値ｆｒｅｆよりも低下するので、Δｆ＞０に対して、ｆｔｒｇ≦ｆｒｅｆとなることから、図９のＳ２４０がＮＯ判定とされて、Δｆ＝ｆｔｒｇ－ｆｄｅｔに従って、蓄電システム１０から電力線２に入出力される有効電力Ｐｃが制御される。

【0090】

これに対して、図１１に示される比較例に係る系統周波数制御では、周波数検出値ｆｄｅｔが低下を始める時刻ｔａ以降では、周波数目標値ｆｔｒｇに基づく周波数変動量Δｆ（Δｆ＝ｆｔｒｇ－ｆｄｅｔ）に比例して、有効電力指令値Ｐｒｅｆが設定される。これにより、周波数基準値ｆｒｅｆよりも高い周波数目標値ｆｔｒｇに基づく周波数変動量Δｆに従って有効電力が制御されることで、周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかる方向に系統周波数（周波数検出値ｆｄｅｔ）を上昇させる様に、蓄電システム１０が動作することが懸念される。

【0091】

又、図１２に点線で示された実施の形態１に係る系統周波数制御では、時刻ｔａ～ｔｂの期間では、実施の形態２と同様に、周波数目標値ｆｔｒｇ＞周波数検出値ｆｄｅｔ＞周波数基準値ｆｒｅｆの下で、有効電力の出力（蓄電装置１１０の放電）を制限して、Ｐｃ＝０に制御することができる。しかしながら、周波数基準値ｆｒｅｆが周波数目標値ｆｔｒｇ及び周波数検出値ｆｄｅｔの間に位置することになる時刻ｔｂ～ｔｃの期間では、図１１の比較例と同様に、周波数基準値ｆｒｅｆよりも高い周波数目標値ｆｔｒｇに基づく周波数変動量Δｆに従って有効電力指令値Ｐｒｅｆが制御される。この結果、周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざかる方向に系統周波数（周波数検出値ｆｄｅｔ）を上昇させる様に、蓄電システム１０が過剰な有効電力を出力することが懸念される。

【0092】

これに対して、実施の形態２に係る系統周波数制御では、周波数目標値ｆｔｒｇに基づく周波数変動量Δｆ、及び、周波数基準値ｆｒｅｆに基づく周波数変動量Δｆを選択的に用いることで、系統周波数（周波数検出値ｆｄｅｔ）を周波数基準値ｆｒｅｆから遠ざける様に有効電力Ｐｃが制御されることを防止できる。この結果、周波数基準値からの乖離の抑制効果を更に高めて、周波数変動を抑制する系統周波数制御を実現することができる。

【0093】

実施の形態３．
実施の形態３では、実施の形態１及び２に係る蓄電システムを集中制御する系統制御システムについて説明する。

【0094】

図１３に示される様に、実施の形態３に係る系統制御システム５は、複数の電力線２によって構成される、電力系統の送電網４に対して接続される複数の蓄電システム１０と、集中型制御装置２０とを備える。蓄電システム１０は、実施の形態１又は２で説明した系統周波数制御を実行することができる。

【0095】

集中型制御装置２０についても、図２で説明した制御装置のハードウェア構成例と同様に、コンピュータベースで構成することができる。或いは、集中型制御装置２０の少なくとも一部の機能については、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又は、アナログ回路等を用いて構成することも可能である。

【0096】

集中型制御装置２０は、有線通信又は無線通信によって、定期的に複数の蓄電システム１０との間で情報を授受する様に構成される。例えば、電力変換器１２０の有効電力及び無効電力の入出力実績値等、並びに、蓄電装置１１０のＳＯＣ（State of Charge）及び満充電容量Ｑｆｌ等が、定期的に、各蓄電システム１０から集中型制御装置２０に対して伝送される。

【0097】

一方で、集中型制御装置２０から各蓄電システム１０に対しては、充電許可指令、充電禁止指令、放電許可指令、及び、放電禁止指令等の各種指令を伝送することができる。或いは、各蓄電システム１０側で、蓄電装置１１０の充電状態から充電の可否、及び、放電の可否を判断して、判断結果を示す情報が、各蓄電システム１０から集中型制御装置２０に伝送されてもよい。

【0098】

系統制御システム５によれば、複数の蓄電システム１０の各々を用いて、周波数補償のために電力系統に対して入出力される有効電力が確保された上で、実施の形態１及び２で説明した系統周波数制御を実行することができる。これにより、実施の形態１及び２で説明した、系統周波数制御の補償能力を高めることができる。更に、集中型制御装置２０を配置することで、各蓄電システム１０における各蓄電装置１１０の充放電制限を反映して、複数の蓄電システム１０による制御能力を向上することが可能である。

【0099】

図１４に示される様に、実施の形態３に係る系統制御システムでは、各蓄電システム１０から集中型制御装置２０に対して伝送される情報は、蓄電装置１１０の充放電制限に係る情報を含む。例えば、当該情報は、当該蓄電システム１０が、送電網４（電力線２）に対して出力可能な放電電力上限値Ｐｄｍａｘ（Ｐｄｍａｘ≧０）、及び、送電網４（電力線２）から入力可能な充電電力上限値Ｐｃｍａｘ（Ｐｃｍａｘ≧０）を含む。

【0100】

例えば、蓄電装置１１０のＳＯＣが１００（％）に近い蓄電システム１０では、過充電状態を防止するために、Ｐｃｍａｘ＝０に設定して、蓄電装置１１０の充電を制限することができる。反対に、蓄電装置１１０のＳＯＣが低下した蓄電システム１０では、過放電状態を防止するために、Ｐｄｍａｘ＝０に設定して、蓄電装置１１０の放電を制限することができる。又、故障中、又は、点検中の蓄電システム１０では、蓄電装置１１０の充電及び放電の両方が不能であるため、Ｐｃｍａｘ＝Ｐｄｍａｘ＝０に設定される。

【0101】

或いは、各蓄電システム１０の放電電力上限値Ｐｄｍａｘ及び充電電力上限値Ｐｃｍａｘは、各蓄電システム１０から伝送された情報（ＳＯＣ，Ｑｆｌ等）を用いて、集中型制御装置２０側で設定することも可能である。

【0102】

図１４に示される様に、実施の形態３に係る系統制御システムでは、集中型制御装置２０から各蓄電システム１０に対して伝送される情報は、実施の形態１又は２に係る系統周波数制御に用いられる制御パラメータ値を含む、制御パラメータ値は、不感帯判定部２４０で用いられる不感帯上限値ｆｚｕ（ｆｚｕ＞０）及び不感帯下限値－ｆｚｌ（ｆｚｌ＞０）と、制御演算部２５０で用いられるゲインＫｐ＋及びＫｐ－（Ｋｐ＋＞０，Ｋｐ－＞０）との少なくとも一方を含む。

【0103】

集中型制御装置２０は、各蓄電システム１０の放電電力上限値Ｐｄｍａｘ及び充電電力上限値Ｐｃｍａｘを集計することで、系統制御システム５（複数の蓄電システム１０全体）の、送電網４（即ち、電力系統）に対する放電電力上限値ΣＰｄｍａｘと、充電電力上限値ΣＰｃｍａｘとを求めることができる。

【0104】

系統制御システム５を構成する複数の蓄電システム１０のいずれかにおいて、放電が制限されて、当該蓄電システムの放電電力上限値Ｐｄｍａｘが定格値よりも小さくなると、系統制御システム５（複数の蓄電システム１０全体）から送電網４に対して供給できる有効電力が減少する。従って、系統周波数の急峻な低下に応答して、系統制御システム５から電力系統に出力される有効電力も減少して、系統周波数の低下を迅速に抑制することが困難になることが懸念される。

【0105】

従って、実施の形態３に係る系統制御システム５では、蓄電システム１０での放電制限の発生に対応するために、図１５に示すフローチャートに従って各蓄電システム１０の制御パラメータ値の可変制御を実行する。

【0106】

図１５に示される様に、集中型制御装置２０は、Ｓ３１０では、系統制御システム５（複数の蓄電システム１０全体）での放電能力が低下しているか否かを判定する。例えば、Ｓ３１０では、各蓄電システム１０の放電電力上限値Ｐｄｍａｘを集計することにより、系統制御システム５（複数の蓄電システム１０全体）が電力系統に対して出力可能な有効電力の合計値（絶対値）が、定格値（絶対値）よりも低下しているか否かが判定される。或いは、放電制限が生じている蓄電システム１０の個数の集計により、簡易に判定を行うことも可能である。

【0107】

放電能力が低下していない場合（Ｓ３１０のＮＯ判定時）には、Ｓ３３０により、制御パラメータ値、例えば、不感帯上限値ｆｚｕ（ｆｚｕ＞０）及び不感帯下限値－ｆｚｌ（ｆｚｌ＞０）と、ゲインＫｐ＋及びＫｐ－は、デフォルト値に維持される。

【0108】

これに対して、集中型制御装置２０は、放電能力が低下している場合（Ｓ３１０のＹＥＳ判定時）には、Ｓ３２０により、放電増加側に制御パラメータ値を修正する。具体的には、正値の周波数変動量Δｆに適用される不感帯を狭くするためにｆｚｕ（第１の値）を減少する修正（不感帯上限値ｆｚｕを０に近付ける修正）、及び、ゲインＫｐ＋を増加する補正との少なくとも一方が実行される。

【0109】

このような調整により、一部の蓄電システム１０からの有効電力の出力が制限されても、正値の周波数変動量（Δｆ＞０）が生成される、系統周波数の低下方向の変動発生時に、各蓄電システム１０から電力系統へ迅速に有効電力を供給することが可能となる。

【0110】

尚、この際の制御パラメータ値の修正量、即ち、ｆｚｕの減少量及びゲインＫｐ＋の増加量については、放電能力の低下量に応じて可変に設定することが可能である。例えば、系統制御システム５（複数の蓄電システム１０全体）が電力系統に対して出力可能な有効電力の定格値に対する、有効電力上限値ΣＰｄｍａｘの低下量が大きい程、或いは、放電制限が生じている蓄電システム１０の個数が多い程、上記修正量を大きくすることができる。

【0111】

同様に、系統制御システム５を構成する複数の蓄電システム１０のいずれかにおいて充電が制限されて、当該蓄電システムの充電電力上限値Ｐｃｍａｘ（Ｐｃｍａｘ≧０）の絶対値が定格値よりも小さくなると、系統制御システム５が吸収できる有効電力が減少する。従って、系統周波数の急峻な上昇に応答して、送電網４（電力系統）から系統制御システム５に入力される有効電力も減少して、系統周波数の上昇を迅速に抑制することが困難になることが懸念される。

【0112】

従って、実施の形態３に係る系統制御システム５では、蓄電システム１０での充電制限の発生に対応するために、図１６に示すフローチャートに従って各蓄電システム１０の制御パラメータ値の可変制御を実行する。

【0113】

図１６に示される様に、集中型制御装置２０は、Ｓ３５０では、系統制御システム５（複数の蓄電システム１０全体）の充電能力が低下しているか否かを判定する。例えば、Ｓ３５０では、各蓄電システム１０の充電電力上限値Ｐｃｍａｘを集計することにより、系統制御システム５が入力可能な有効電力の合計値が、定格値よりも低下しているか否かが判定される。或いは、充電制限が生じている蓄電システム１０の個数の集計により、簡易に判定を行うことも可能である。

【0114】

充電能力が低下していない場合（Ｓ３５０のＮＯ判定時）には、Ｓ３７０により、制御パラメータ値、例えば、不感帯上限値ｆｚｕ（ｆｚｕ＞０）及び不感帯下限値－ｆｚｌ（ｆｚｌ＞０）と、ゲインＫｐ＋及びＫｐ－は、デフォルト値に維持される。

【0115】

これに対して、集中型制御装置２０は、充電能力が低下している場合（Ｓ３５０のＹＥＳ判定時）には、Ｓ３６０により、充電増加側に制御パラメータ値を修正する。具体的には、負値の周波数変動量Δｆに適用される不感帯を狭くするためにｆｚｌの値（第２の基準値）を減少する修正（即ち、不感帯下限値－ｆｚｌを０に近付ける修正）と、ゲインＫｐ－を増加する修正との少なくとも一方が実行される。

【0116】

このような調整により、一部の蓄電システム１０への有効電力の入力が制限されても、負値の周波数変動量（Δｆ＜０）が生成される、系統周波数の上昇方向の変動発生時に、各蓄電システム１０により迅速に有効電力を吸収することが可能となる。

【0117】

尚、この際の制御パラメータ値の修正量、即ち、ｆｚｌの減少量及びゲインＫｐ－の増加量についても、充電能力の低下量に応じて可変に設定することが可能である。例えば、系統制御システム５が電力系統から入力可能な有効電力（絶対値）の定格値に対する、充電電力上限値ΣＰｃｍａｘの低下量が多い程、上記修正量を大きくすることができる。

【0118】

尚、制御演算部２５０において、Δｆｃ＞０及びΔｆｃ＜０の間で共通のゲインＫｐが用いられる場合には、不感帯上限値ｆｚｕ及び不感帯下限値－ｆｚｌのみが、図１５及び図１６で説明した可変制御の対象となる。

【0119】

この様に、実施の形態３に係る系統制御システムによれば、複数の蓄電システム１０の一部で充電制限又は放電制限が生じたときにも、周波数変動の発生に対して迅速に有効電力を入出力することにより、実施の形態１及び２で説明した周波数変動の抑制効果を確保することができる。

【0120】

尚、図１３に示す系統制御システム５において、各蓄電システム１０は、変圧器３の近傍において、送電網４の各フィーダに対応して設置されているが、蓄電システム１０の設置個所は特に限定されない。又、送電網内のみならず、図示しない配電網内にも蓄電システム１０を設置することが可能である。

【0121】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示による技術的範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0122】

２ 電力線、３ 変圧器、４ 送電網、５ 系統制御システム、１０ 蓄電システム、２０ 集中型制御装置、１１０ 蓄電装置、１２０ 電力変換器、１３０ 電圧検出器、２００ 制御装置、２０２ ＣＰＵ、２０４ メモリ、２０５ バス、２０６ Ｉ／Ｏ回路、２１０ 周波数算出部、２２０ 高周波成分除去フィルタ、２３０，２９０ 周波数変動量演算部、２４０ 不感帯判定部、２５０ 制御演算部、２６０ ダイナミックリミッタ、２７０ 上下限値設定部、２８０ スイッチング制御部、Ｋｐ ゲイン、Ｐｃ 有効電力、Ｐｃｍａｘ 充電電力上限値、Ｐｄｍａｘ 放電電力上限値、Ｐｒｅｆ 有効電力指令値、Ｐｒｅｆｂ 電力指令値（ベース）、Ｐｒｅｆｍａｘ 有効電力上限値、Ｐｔ 定格値、ｆｄｅｔ 周波数検出値、ｆｒｅｆ 周波数基準値、ｆｔｒｇ 周波数目標値、ｆｚｌ 不感帯下限値、ｆｚｕ 不感帯上限値。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】