JP5113789B2 - Charge / discharge control device and charge / discharge control method - Google Patents
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Description
本発明は、自然エネルギ発電装置の出力変動を抑制する充放電制御技術に関する。 The present invention relates to a charge / discharge control technique for suppressing output fluctuation of a natural energy power generation apparatus.
風力発電や太陽光発電等の自然エネルギを利用する自然エネルギ発電装置は、自然条件の変化によって発電電力が変動するため、その自然エネルギ発電装置の導入量が増加すると、それに連系する電力系統に周波数変動や電圧変動等の悪影響を及ぼす可能性がある。その対策の一つとして、自然エネルギ発電装置に蓄電装置を併設し、その電力系統の電圧変動を抑制する方法が提案されている。例えば、特許文献1に記載の自然エネルギ発電装置の出力変動を補償する蓄電装置は、2つの電池を備え、定期的に放電と充電とを切り替えて、自然エネルギ発電装置の出力変動を補償するものである。
Natural energy generators that use natural energy, such as wind power generation and solar power generation, fluctuate in the generated power due to changes in natural conditions. There is a possibility of adverse effects such as frequency fluctuations and voltage fluctuations. As one of countermeasures, a method has been proposed in which a power storage device is provided in addition to a natural energy power generation device to suppress voltage fluctuations in the power system. For example, a power storage device that compensates for output fluctuations of a natural energy power generation device described in
しかしながら、特許文献1に記載の蓄電装置では、放電と充電との切り替え期間を蓄電装置の定格容量に合わせて予め決めてしまっている(段落0022、0024参照)。そのため、自然エネルギ発電装置の導入量が増加した場合の大きな出力変動に適応しつつ、蓄電装置を構成する電池間で放電と充電とを適応的に切り替えることができないという問題がある。そこで、本発明は、自然エネルギ発電装置の出力変動を規定範囲に抑制しながら、適応的に電池の充放電管理を行える充放電制御技術を提供することを課題とする。
However, in the power storage device described in
前記課題を解決するために、本発明における充放電制御装置は、電池(複数の単電池を直列に接続した場合を含む)に電力変換器(インバータおよびコンバータ)を接続したユニットを複数並列に備える蓄電装置を制御するために、該ユニットごとにその充放電を制御する電力変換器コントローラと、さらに、複数の前記電力変換器コントローラを一つのグループとして充放電制御を行うグループコントローラと、そのグループコントローラを介して前記蓄電装置全体の充放電を制御する統括コントローラとを備え、自然エネルギ発電装置の出力変動を規定範囲に抑制することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the charge / discharge control device according to the present invention includes a plurality of units in which a power converter (inverter and converter) is connected in parallel to a battery (including a case where a plurality of single cells are connected in series). In order to control the power storage device, a power converter controller that controls charge / discharge of each unit, a group controller that performs charge / discharge control with a plurality of the power converter controllers as one group, and the group controller And an overall controller for controlling charging / discharging of the entire power storage device, and the output fluctuation of the natural energy power generation device is suppressed within a specified range.
本発明によれば、自然エネルギ発電装置の出力変動を規定範囲に抑制しながら、適応的に電池の充放電管理を行える充放電制御技術を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the charging / discharging control technique which can perform charging / discharging management of a battery adaptively, suppressing the output fluctuation of a natural energy power generation device to a regulation range.
次に、本発明を実施するための形態(以降、「実施形態」と称す)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。 Next, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
本実施形態における電力システム1の構成について、図1を用いて説明する。
図1に示すように、電力システム1は、自然エネルギ発電装置80から出力される電力PNおよび蓄電装置100から出力される電力PB(放電を正、充電を負とする)の合計が、連系点Aにおいて電力系統90の系統電力PSとなるように調整する。なお、自然エネルギ発電装置80は、風力発電装置や太陽光発電装置等である。したがって、電力PNは、自然エネルギの変化によって変動する。そこで、蓄電装置100は、電力PNの変動を吸収し、系統電力PSが規定変動範囲内に収まるように、その蓄電装置100内に備えられている電池60の充放電を制御する。なお、電池60は、二次電池であって、鉛電池やNaS(ナトリウム硫黄)電池、電気二重層コンデンサ、レドックスフロー電池等である。
The configuration of the
As shown in FIG. 1, the
蓄電装置100は、電池60および電力変換器50をユニット51とし、そのユニット51を並列に接続し、変圧器70を介して電力PBを出力する。ユニット51の数は、例えば、100程度である。電池60の回復充電を含む充放電管理は、充放電制御装置10によって、ユニット51を単位として行われる。
The power storage device 100 includes the
本実施形態における充放電制御装置10は、蓄電装置100全体を制御する統括コントローラ20を備え、蓄電装置100の出力である電力PBを制御する。その統括コントローラ20の配下には、複数のグループコントローラ30が備えられる。グループコントローラ30は、複数のユニット51を一まとまりのグループ52として制御する。そして、グループコントローラ30は、電力変換器コントローラ40を介して、ユニット51の電力変換器50を制御し、そのユニット51の充放電を管理する。例えば、1つのグループ52として管理されるユニット51の数は、10程度である。したがって、仮に、ユニット51の数が100程度であれば、グループコントローラ30の数は10程度となる。なお、統括コントローラ20およびグループコントローラ30には、制御演算機能を有するプログラマブルロジックコントローラやマイコン等が用いられる。
The charge / discharge control device 10 according to the present embodiment includes an
次に、統括コントローラ20の構成例について、図2を用いて説明する(適宜、図1参照)。統括コントローラ20は、蓄電装置出力補正部21と、予めオペレータ等によって設定されている電力システム1の出力目標値PSTを保持する記憶部22と、グループ充放電指令値配分部23と、を備える。この記憶部22に保持されている電力システム1の出力目標値PSTは、系統電力PSの目標値である。
Next, a configuration example of the
蓄電装置出力補正部21は、系統電力PSと電力システム1の出力目標値PSTとの差分を所定の時間に亘って積分して、蓄電装置出力補正値PSCを出力する。なお、この蓄電装置出力補正値PSCには、各ユニット51から連系点Aまでの配線や変圧器70のインピーダンスドロップ等の補償分が含まれている。また、この蓄電装置出力補正値PSCには、蓄電装置100の補機(蓄電装置100の動作環境を維持するための空調機等)がこの蓄電装置100から電力供給を受けている場合には、その消費電力の補償分が含まれる。
The power storage device output correction unit 21 integrates the difference between the system power PS and the output target value PST of the
さらに、統括コントローラ20は、蓄電装置出力補正値PSCと電力システム1の出力目標値PSTとを加算し、その加算値から自然エネルギ発電装置80の出力である電力PNを減算する演算を行う。該演算によって、蓄電装置100の出力である電力PBを制御する充放電指令値PBRが算出される。
Furthermore, the
次に、グループ充放電指令値配分部23は、充放電指令値PBRを、後記する処理に基づいて、各グループコントローラ30(30x)に配分するグループ充放電指令値PBGRxを決定する。なお、xは、グループコントローラ30(30x)の識別子である。そして、統括コントローラ20は、各グループコントローラ30xに、グループ充放電指令値PBGRxを送信する。
Next, the group charge / discharge command
ここで、グループ充放電指令値配分部23における配分方法の概要(グループ数が3の場合)について、図3を用いて説明する(適宜、図1,2参照)。なお、図3では、グループ52を、G1,G2,G3(Gx)のように表す。図3(a)に示す放電の場合では、始めに、各グループG1,G2,G3のSOC(State of Charge)が、電池60の出力電流を積算することにより計算される。なお、SOCは、電池容量に対して充電している電気量を比率で表したものである。そして、放電の場合には、SOCが高い順に、各グループG1〜G3に優先順位を付けて、充放電指令値PBRを配分する。図3(a)では、G1,G2,G3の順にSOCが高かったものとして表している。すなわち、優先順位は、上位からG1,G2,G3の順である。
Here, an overview of the distribution method in the group charge / discharge command value distribution unit 23 (when the number of groups is 3) will be described with reference to FIG. 3 (see FIGS. 1 and 2 as appropriate). In FIG. 3, the group 52 is represented as G1, G2, G3 (Gx). In the case of the discharge shown in FIG. 3A, first, the SOC (State of Charge) of each group G1, G2, G3 is calculated by integrating the output current of the
次に、グループ充放電指令値配分部23は、充放電指令値PBRと各グループG1〜G3の放電最大出力値PBGP1〜PBGP3とから、充放電指令値PBRを配分するグループGxを決定する。図3(a)の場合には、充放電指令値PBRが放電最大出力値PBGP1より大きく、PBGP1+PBGP2以下であるので、充放電指令値PBRをグループG1およびグループG2に配分する。なお、グループG3への配分は、ゼロとする。
Next, the group charge / discharge command
配分の割合は、次式に示すように、配分対象となったグループ全体の放電最大出力値の合計に対する、個々のグループの放電最大出力値の比率とする。したがって、個々のグループGxに配分されるグループ充放電指令値PBGRxは、充放電指令値PBRに前記比率を乗算することによって以下のように計算される。
PBGR1=PBR×PBGP1/(PBGP1+PBGP2)
PBGR2=PBR×PBGP2/(PBGP1+PBGP2)
PBGR3=0
As shown in the following equation, the distribution ratio is the ratio of the discharge maximum output value of each group to the total discharge maximum output value of the entire group to be distributed. Therefore, the group charge / discharge command value PBGRx allocated to each group Gx is calculated as follows by multiplying the charge / discharge command value PBR by the ratio.
PBGR1 = PBR × PBGP1 / (PBGP1 + PBGP2)
PBGR2 = PBR × PBGP2 / (PBGP1 + PBGP2)
PBGR3 = 0
次に、図3(b)に示すように、充電の場合には、SOCが低い順に、各グループG1〜G3に優先順位を付けて、充放電指令値PBRを配分する。すなわち、優先順位は、放電の場合と逆で、上位からG3,G2,G1の順である。 Next, as shown in FIG.3 (b), in the case of charge, priority is given to each group G1-G3 in order with low SOC, and charge / discharge command value PBR is allocated. That is, the priority order is the reverse of the case of discharging, and is in the order of G3, G2, and G1 from the top.
次に、充放電指令値PBRと各グループG1〜G3の充電最大出力値PBGN1〜PBGN3とから、充放電指令値PBRを配分するグループGxを決定する。図3(b)の場合には、充放電指令値PBRが充電最大出力値PBGN3より小さく、PBGN3+PBGN2以上であるので、充放電指令値PBRをグループG3およびグループG2に配分する。なお、グループG1への配分は、ゼロとする。 Next, a group Gx to which the charge / discharge command value PBR is allocated is determined from the charge / discharge command value PBR and the maximum charge output values PBGN1 to PBGN3 of the groups G1 to G3. In the case of FIG. 3B, since the charge / discharge command value PBR is smaller than the maximum charge output value PBGN3 and is equal to or greater than PBGN3 + PBGN2, the charge / discharge command value PBR is distributed to the group G3 and the group G2. The distribution to the group G1 is zero.
配分の割合は、次式に示すように、配分対象となったグループ全体の充電最大出力値の合計に対する、個々のグループの充電最大出力値の比率とする。したがって、個々のグループGxに配分されるグループ充放電指令値PBGRxは、充放電指令値PBRに前記比率を乗算することによって以下のように計算される。
PBGR1=0
PBGR2=PBR×PBGN2/(PBGN3+PBGN2)
PBGR3=PBR×PBGN3/(PBGN3+PBGN2)
As shown in the following equation, the distribution ratio is the ratio of the maximum charge output value of each group to the total charge maximum output value of the entire group to be distributed. Therefore, the group charge / discharge command value PBGRx allocated to each group Gx is calculated as follows by multiplying the charge / discharge command value PBR by the ratio.
PBGR1 = 0
PBGR2 = PBR × PBGN2 / (PBGN3 + PBGN2)
PBGR3 = PBR × PBGN3 / (PBGN3 + PBGN2)
前記した、グループ充放電指令値配分部23における処理の流れを、図4,5を用いて説明する(適宜、図1,3参照)。図4は、放電の場合を示している。始めに、グループ52ごとに、SOCの高い順に、そのグループ52を放電に用いる優先順位を決定する(ステップS401)。そして、SOCが等しいグループ52があるか否かを判定する(ステップS402)。SOCが等しいグループ52がある場合(ステップS402でYes)、SOCの等しいグループ52間について、放電積算量の少ない方を優先して順位を決定する(ステップS403)。これにより,SOCが等しい場合でもグループ間の放電積算量が均等化でき,結果として特定グループの電池劣化の進行を防止することができる。放電積算量とは,電池の放電電流,または放電電力を積算した値である。放電積算量も等しい場合には,例えば,グループ52を識別する番号の小さい方を,優先順位の上位とする。なお、ステップS402でNoの場合は、ステップS403をスキップする。ステップS403までの処理によって、優先順位の上位i番目をグループ52を識別する番号(記号)kに並べ替える並べ替え関数g(i)が算出される(ステップS404)。すなわち、k=g(i)である。
The process flow in the group charge / discharge command
次に、充放電指令値PBRを配分するグループ52の決定処理を行う。ステップS405では、初期値P=0、i=0、およびすべてのjについてPBGRj=0が設定される。そして、i=i+1を演算して、優先順位の上位i番目のグループ52iの放電最大出力値PBGPiをPに加算する(ステップS406)。そして、iが最後か否かが判定される(ステップS407)。iが最後でない場合(ステップS407でNo)、充放電指令値PBRがP以下か否かが判定される(ステップS408)。そして、充放電指令値PBRがP以下となった場合(ステップS408でYes)、式(1)によって、各グループ充放電指令値PBGRxが算出される(ステップS409)。 Next, a determination process for the group 52 to which the charge / discharge command value PBR is allocated is performed. In step S405, initial values P = 0, i = 0, and PBGRj = 0 are set for all j. Then, i = i + 1 is calculated, and the discharge maximum output value PBGPi of the i-th group 52i with the highest priority is added to P (step S406). Then, it is determined whether i is the last (step S407). If i is not the last (No in step S407), it is determined whether the charge / discharge command value PBR is equal to or less than P (step S408). When the charge / discharge command value PBR is equal to or less than P (Yes in step S408), each group charge / discharge command value PBGRx is calculated by equation (1) (step S409).
1≦j≦iにおけるk=g(j)について、グループ充放電指令値PBGRkは、式(1)で表される。
なお、ステップS407において、iが最後の場合(ステップS407でYes)、ステップS408をスキップする。また、ステップS408において、PBRがPより大きい場合(ステップS408でNo)、処理はステップS406へ戻る。 If i is the last in step S407 (Yes in step S407), step S408 is skipped. If PBR is larger than P in step S408 (No in step S408), the process returns to step S406.
図5は、充電の場合を示している。始めに、グループ52ごとに、SOCの低い順に、そのグループ52を充電の対象とする優先順位を決定する(ステップS501)。そして、SOCが等しいグループ52があるか否かを判定する(ステップS502)。SOCが等しいグループ52がある場合(ステップS502でYes)、SOCの等しいグループ52間について、充電積算量の少ない方を優先して順位を決定する(ステップS503)。これにより,SOCが等しい場合でもグループ間の充電積算量が均等化でき,結果として特定グループの電池劣化の進行を防止することができる。充電積算量とは,電池の充電電流,または充電電力を積算した値である。充電積算量も等しい場合には,例えば,グループ52を識別する番号の小さい方を,優先順位の上位とする。なお、ステップS502でNoの場合は、ステップS503をスキップする。ステップS503までの処理によって、優先順位の上位i番目をグループ52を識別する番号(記号)kに並べ替える並べ替え関数g(i)が算出される(ステップS504)。すなわち、k=g(i)である。 FIG. 5 shows the case of charging. First, for each group 52, the priority order for charging the group 52 in order of increasing SOC is determined (step S501). Then, it is determined whether there is a group 52 having the same SOC (step S502). When there is a group 52 having the same SOC (Yes in step S502), the rank is determined by giving priority to the one with the smaller integrated charge amount between the groups 52 having the same SOC (step S503). Thereby, even when SOC is equal, the charge integration amount between groups can be equalized, and as a result, progress of battery deterioration of a specific group can be prevented. The charge integration amount is a value obtained by integrating the charging current or charging power of the battery. If the integrated charge amounts are also equal, for example, the smaller number identifying the group 52 is set as the higher priority. Note that, if No in step S502, step S503 is skipped. Through the processing up to step S503, a rearrangement function g (i) for rearranging the highest i-th priority in order to the number (symbol) k identifying the group 52 is calculated (step S504). That is, k = g (i).
次に、充放電指令値PBRを配分するグループ52の決定処理を行う。ステップS505では、初期値P=0、i=0、およびすべてのjについてPBGRj=0が設定される。そして、i=i+1を演算して、優先順位の上位i番目のグループ52iの充電最大出力値PBGNiをPに加算する(ステップS506)。そして、iが最後か否かが判定される(ステップS507)。iが最後でない場合(ステップS507でNo)、充放電指令値PBRがP以上か否かが判定される(ステップS508)。そして、充放電指令値PBRがP以上となった場合(ステップS508でYes)、式(2)によって、各グループ充放電指令値PBGRxが算出される(ステップS509)。 Next, a determination process for the group 52 to which the charge / discharge command value PBR is allocated is performed. In step S505, initial values P = 0, i = 0, and PBGRj = 0 are set for all j. Then, i = i + 1 is calculated, and the charging maximum output value PBGNi of the i-th group 52i with the highest priority is added to P (step S506). Then, it is determined whether i is the last (step S507). If i is not the last (No in step S507), it is determined whether the charge / discharge command value PBR is equal to or greater than P (step S508). When the charge / discharge command value PBR is equal to or greater than P (Yes in step S508), each group charge / discharge command value PBGRx is calculated by equation (2) (step S509).
1≦j≦iにおけるk=g(j)について、グループ充放電指令値PBGRkは、式(2)で表される。
なお、ステップS507において、iが最後の場合(ステップS507でYes)、ステップS508をスキップする。また、ステップS508において、PBRがP未満の場合(ステップS508でNo)、処理はステップS506へ戻る。 If i is the last in step S507 (Yes in step S507), step S508 is skipped. If PBR is less than P in step S508 (No in step S508), the process returns to step S506.
図3〜図5に示したように、蓄電装置100全体の充放電指令値PBRを、各グループ52xのSOCと電力変換器50の放電最大出力値PBGPxまたは充電最大出力値PBGNxに応じて配分することで、グループ52xごとのSOCを均等にすることが可能となる。なお、各グループ52xのSOC、放電最大出力値PBGPx、および充電最大出力値PBGNxは、グループコントローラ30xによって、グループ52x内の各電力変換器コントローラ40から取得され、統括コントローラ20に送信される。
As shown in FIGS. 3 to 5, the charge / discharge command value PBR of the entire power storage device 100 is distributed according to the SOC of each group 52x and the maximum discharge output value PBGPx or the maximum charge output value PBGNx of the
次に、グループコントローラ30の構成例について、図6を用いて説明する(適宜、図1参照)。図6に示すように、グループコントローラ30は、各ユニット51の回復充電を管理するユニット回復充電管理部31、グループ52のグループ出力補正値PBGRCxを算出するグループ出力補正部32、およびグループ充放電指令値PBGRRxを各ユニット51に配分するユニット充放電指令値PBURxnを算出するユニット充放電指令値配分部33を備える。なお、xはグループの識別子、nはユニットの識別子を表す。
Next, a configuration example of the
ユニット回復充電管理部31は、グループ52内の各電池60の回復充電時期を判定し、自然エネルギ発電装置80の出力である電力PNを受信して、電力PNの大きさを所定の値(規定値)と比較し、その比較結果に基づいて、回復充電指令値PSTRxnを各電力変換器コントローラ40に送信する。また、回復充電中に自然エネルギ発電装置80の出力である電力PNが規定値より小さくなった場合、ユニット回復充電管理部31は、回復充電を一旦中止する指令を、各電力変換器コントローラ40に送信する。そして、ユニット回復充電管理部31は、電池60の回復充電管理を、グループ52単位で行う。
The unit recovery
グループ出力補正部32は、グループ充放電指令値PBGRxとグループ出力PBGxとの差分を所定の時間積分して、グループ出力補正値PBGRCxを算出する。そして、グループコントローラ30は、グループ充放電指令値PBGRxとグループ出力補正値PBGRCxとを加算して、グループ充放電指令値PBGRRxを算出する。このグループ充放電指令値PBGRRxには、各ユニット51から各グループ52の連系点Bまでの電力損失の補償分が含まれる。また、グループ出力補正部32の積分時定数は、蓄電装置100全体に係る電力損失を補償するために、図2に示す蓄電装置出力補正部22の積分時定数と協調して調整される。
The group
ユニット充放電指令値配分部33は、グループ充放電指令値PBGRRxから各ユニット51に配分するユニット充放電指令値PBURxnを算出する。そして、ユニット充放電指令値配分部33は、算出したユニット充放電指令値PBURxnを、各電力変換器コントローラ40に送信する。なお、ユニット充放電指令値配分部33において用いられる配分方法は、前記したグループ充放電指令値配分部21(図2参照)における配分方法と同様である。すなわち、その配分方法において、グループ充放電指令値配分部21におけるグループ52をユニット充放電指令値配分部33におけるユニット51に置き換えればよい。
Unit charge / discharge command
前記したように、グループ52のグループ充放電指令値PBGRRxを各ユニット51xnのSOCと電力変換器50の放電最大出力値PBGPxnまたは充電最大出力値PBGNxnに応じて配分することで、ユニットごとのSOCを均等にすることが可能となる。なお、各ユニットxnのSOC、放電最大出力値PBGPxn、および充電最大出力値PBGNxnは、電力変換器コントローラ40xnによって取得され、グループコントローラ30xに送信される。
As described above, the group charge / discharge command value PBGRRx of the group 52 is distributed according to the SOC of each unit 51xn and the maximum discharge output value PBGPxn or the maximum charge output value PBGNxn of the
次に、電力変換器コントローラ40の構成例について、図7を用いて説明する。図7に示すように、電力変換器コントローラ40は、電池60の回復充電を行う回復充電部41、各ユニット51の出力電力を制御する電力制御部42、および各電力変換器50をPWM(Pulse width Modulation)制御するPWM電流制御部43を備える。
Next, a configuration example of the
回復充電部41は、グループコントローラ30から回復充電指令値PSTRxnを受信し、定電流、定電圧等の電池60の寿命、容量低下を抑制するための回復充電制御を行う。
The
電力制御部42は、グループコントローラ30からユニット充放電指令値PBURxnを受信し、各ユニット51の出力電力を制御する。
The
PWM電流制御部43は、回復充電部41または電力制御部42の出力に応じて、各ユニット51の出力電流を制御する。そして、PWM電流制御部43は、各電力変換器50xnを駆動するためのゲートパルスGPLSxnを生成すると共に、ユニット充放電指令値PBURxnがゼロの場合にゲートパルスの出力を停止するようにする。これにより、電力の変動抑制に寄与しない電力変換器50のスイッチング損失を無くし、蓄電装置100全体の電力損失を低減することが可能となる。また、PWM電流制御部43は、ユニット充放電指令値PBURxnの入力を検知した場合、ゲートパルスの出力の停止を解除し、直ちに始動する。
The PWM
ここで、ゲートパルス停止方法の一例を、図8を用いて説明する。図8に示すように、PWMの変調波と搬送波(キャリア)との交点でゲートパルスGPLSxnが生成される。そして、ユニット充放電指令値PBURn=0の期間では、電力変換器コントローラ40は、停止信号を用いてゲートパルスの出力を停止する。
Here, an example of a gate pulse stopping method will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the gate pulse GPLSxn is generated at the intersection of the PWM modulated wave and the carrier wave. And in the period of unit charging / discharging command value PBURn = 0, the
次に、回復充電時の各ユニット51の動作の具体例(ユニット数が3の場合)を、図9を用いて説明する(適宜、図1,6参照)。図9の横軸は時刻、縦軸はユニット51の電力を表しており、正側が放電域、負側が充電域である。
Next, a specific example of the operation of each
図9に示すように、各ユニット51(51aa,51ab,51ac)は、時刻T1までは、全ユニット51で自然エネルギ発電装置80の出力である電力PNの変動を抑制している。時刻T1の時点から、グループコントローラ30のユニット回復充電管理部31が、ユニット51aaの回復充電のために、その電力変換器50aaの放電最大出力値PBGPaaを、出力変動制御に悪影響を与えないように、徐々にゼロまで絞り込む。この電力変換器50aaの放電最大出力値PBGPaaの減少を補償するように、ユニット51ab,51acの放電電力が増加する。
As shown in FIG. 9, each unit 51 (51aa, 51ab, 51ac) suppresses fluctuations in the power PN that is the output of the natural energy
そして、時刻T2の時点から、ユニット51aaの回復充電が開始される。時刻T2〜T3の間は、ユニット51aaの回復充電が行われ、ユニット51ab,51acによって電力の補償が行われる。時刻T3からT4の間では、自然エネルギ発電装置80の出力である電力PNが規定値より小さくなったため、回復充電が一旦停止される。そのため、時刻T3から、ユニット51aaの充電電力が徐々にゼロに戻される。それにともなって、ユニット51ab,acの放電電力は減少する。そして、時刻T4において、再び、自然エネルギ発電装置80の出力である電力PNが規定値以上になると、ユニット51aaの回復充電が始まり、ユニット51ab,51acの放電電力が増加する。
Then, recovery charging of the unit 51aa is started from the time T2. Between times T2 and T3, recovery charging of the unit 51aa is performed, and power compensation is performed by the units 51ab and 51ac. Between times T3 and T4, the power PN that is the output of the natural energy
以上、本実施形態の蓄電装置100(図1参照)の充放電制御装置10は、電池60(二次電池)と電力変換器50とを単位とするユニット51を並列に接続して電力を充放電する蓄電装置100を制御するために、統括コントローラ20とその配下に、複数のグループコントローラ30を備える。そして、そのグループコントローラ30は、さらに、電力変換器コントローラ40を介して、複数のユニット51の電力変換器50を制御する。統括コントローラ20は、自然エネルギ発電装置80の出力である電力PN、電力系統90の系統電力PS、および電力システム1の出力目標値PSTに基づいて、蓄電装置100の出力である電力PBを制御する指令値PBRを生成し、その指令値PBRを各グループコントローラ30xに配分する。また、各グループコントローラ30は、グループ52xの出力である電力PBGxおよび統括コントローラ20から配分された指令値PBGRxに基づいて、該指令値PBGRxをさらに電力変換器コントローラ40に配分する。そのため、自然エネルギ発電装置80の出力である電力PNの変動を規定範囲に抑制しながら、適応的に電池の充放電量管理を行える。
As described above, the charge / discharge control device 10 of the power storage device 100 (see FIG. 1) of the present embodiment charges the power by connecting the
また、統括コントローラ20は、各グループ52xの放電最大出力値PBGPxおよび充電最大出力値PBGNxの大きさに応じて、グループ充放電指令値PBGRxを決定する。そして、グループコントローラ30は、各ユニット51xnの放電最大出力値PBGPxnおよび充電最大出力値PBGNxnの大きさに応じて、ユニット充放電指令値PBURxnを決定する。そのため、グループ52間のSOCの均一化またはグループ52内の電池60のSOCの均一化を図ることが可能となる。
また、ユニット充放電指令値PBURxnがゼロの場合、電力変換器50を駆動するゲートパルスの出力を停止して、スイッチング損失を無くすことによって、蓄電装置100全体の電力損失を低減することができる。
The
When unit charge / discharge command value PBURxn is zero, the output of the gate pulse for driving
また、電力システム1の出力目標値PSTを用いることによって、ユニット51から電力システムの連系点Aまでの設備等にともなう電力損失を補償することができ、系統電力PSを安定して供給することが可能となる。
また、統括コントローラ20、グループコントローラ30、および電力変換器コントローラ40という階層構造によって、制御装置が構成されているため、ユニット51が増加した場合には、グループコントローラ30のプログラムの変更または増設というように、容易に対応することが可能となる。
Further, by using the output target value PST of the
Further, since the control device is configured by the hierarchical structure of the
1 電力システム
10 充放電制御装置
20 統括コントローラ(第3のコントローラ)
21 グループ充放電指令値配分部
22 蓄電装置出力補正部
30 グループコントローラ(第2のコントローラ)
31 ユニット回復充電管理部
32 グループ出力補正部
33 ユニット充放電指令値配分部
40 電力変換器コントローラ(第1のコントローラ)
41 回復充電部
42 電力制御部
43 PWM電流制御部
50 電力変換器
51 ユニット
60 電池
70 変圧器
80 自然エネルギ発電装置
90 電力系統
100 蓄電装置
DESCRIPTION OF
21 Group charge / discharge command value distribution unit 22 Power storage device
31 Unit recovery
41
Claims (14)
前記ユニットの前記電力変換器を個別に制御する第1のコントローラと、
複数の前記ユニットを1まとまりのグループとして、そのグループの出力電力を前記第1のコントローラを介して制御する第2のコントローラと、
前記蓄電装置の出力電力の制御に用いる前記蓄電装置全体の充放電指令値を前記第2のコントローラごとにグループ充放電指令値として配分する第3のコントローラと、
を備え、
前記第2のコントローラは、前記グループ充放電指令値に基づいて、前記第1のコントローラを介して前記ユニットの出力電力を調整し、前記系統電力が所定の範囲に入るように制御する
ことを特徴とする充放電制御装置。 A system power that is a sum of output power of a power storage device that charges and discharges by connecting a plurality of the units in parallel and a power output of a natural energy power generation device is a predetermined power. A charge / discharge control device for controlling the output power of the power storage device so as to fall within a range,
A first controller for individually controlling the power converter of the unit;
A second controller that controls a plurality of the units as a group and that controls the output power of the group via the first controller;
A third controller that distributes the charge / discharge command value of the entire power storage device used for controlling the output power of the power storage device as a group charge / discharge command value for each second controller;
With
The second controller adjusts the output power of the unit via the first controller based on the group charge / discharge command value, and controls the system power to fall within a predetermined range. Charge / discharge control device.
前記処理部が、
前記系統電力および前記自然エネルギ発電装置の出力電力を取得し、
その取得した系統電力および自然エネルギ発電装置の出力電力と、前記系統電力の目標値とに基づいて、前記系統電力の目標値から該系統電力を減算し、その減算値を所定の時間積分した値に、前記系統電力の目標値を加算し、その加算値から該自然エネルギ発電装置の出力電力を減算して、前記蓄電装置全体の充放電指令値を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の充放電制御装置。 The third controller includes a processing unit and a storage unit that stores a target value of the grid power,
The processing unit is
Obtain the grid power and the output power of the natural energy power generation device,
A value obtained by subtracting the system power from the target value of the system power based on the acquired system power and the output power of the natural energy power generation device and the target value of the system power, and integrating the subtraction value for a predetermined time The charging / discharging command value for the entire power storage device is calculated by adding the target value of the grid power and subtracting the output power of the natural energy power generation device from the added value. The charge / discharge control apparatus as described.
ことを特徴とする請求項1に記載の充放電制御装置。 The third controller uses an SOC (State of Charge) calculated based on the output current of the secondary battery, and either or both of a maximum discharge output value and a maximum charge output value for each group. The charge / discharge control device according to claim 1, wherein the group charge / discharge command value is calculated from a charge / discharge command value of the entire power storage device.
ことを特徴とする請求項3に記載の充放電制御装置。 The third controller selects a group to be used for discharging in descending order of the SOC in the case of a discharge that becomes a positive charge / discharge command value of the entire power storage device that is larger as a discharge output value is larger. For the group selected immediately before the maximum value of discharge exceeds the charge / discharge command value for the entire power storage device, 4. The charge / discharge control according to claim 3, wherein a ratio of the discharge maximum output value of the group is calculated, and the group discharge command value is calculated according to the charge / discharge command value of the entire power storage device according to the ratio. apparatus.
ことを特徴とする請求項3に記載の充放電制御装置。 The third controller selects a group to be used for charging in ascending order of the SOC in the case of charging that becomes a negative charging / discharging command value of the entire power storage device that is larger as the charging output value is larger. For the group that was selected immediately before the maximum charging value of the group was added in order, the added value was below the charging / discharging command value for the entire power storage device, the total charging maximum output value of the group 4. The charging according to claim 3, wherein a ratio of the charging maximum output value of each individual group to the battery is calculated, and the charging / discharging command value of the entire power storage device is calculated according to the ratio. Discharge control device.
ことを特徴とする請求項1に記載の充放電制御装置。 The second controller subtracts the output power of the own group from the group charge / discharge command value based on the acquired output power of the own group and the group charge / discharge command value, and sets the subtraction value to a predetermined value. The charge / discharge control apparatus according to claim 1, wherein the charge / discharge command value of the group is calculated by adding the group charge / discharge command value to the time-integrated value.
ことを特徴とする請求項1に記載の充放電制御装置。 The second controller uses the SOC calculated based on the output current of the secondary battery and one or both of the discharge maximum output value and the charge maximum output value for each unit, and performs the group charge / discharge. The charge / discharge control apparatus according to claim 1, wherein a unit charge / discharge command value for adjusting output power of the unit is calculated from the command value.
ことを特徴とする請求項8に記載の充放電制御装置。 In the case of a discharge that becomes a larger positive group charge / discharge command value as the discharge output value is larger, the second controller selects units to be used for discharging in order of higher SOC, and When the maximum discharge output value is added in order, for each unit selected immediately before the added value exceeds its own group charge / discharge command value, the individual units for the total discharge maximum output value of the unit The charge / discharge control device according to claim 8, wherein a ratio of the maximum discharge output value is calculated, and the unit discharge command value is calculated according to the ratio of the own group charge / discharge command value.
ことを特徴とする請求項8に記載の充放電制御装置。 In the case of charging with the negative group charging / discharging command value as the charging output value increases, the second controller selects units to be used for charging in ascending order of the SOC. When the maximum charge output value is added in order, the unit selected immediately before the added value falls below the group charge / discharge command value, the individual unit's total charge maximum output value of the unit is selected. The charge / discharge control apparatus according to claim 8, wherein a ratio of a maximum charge output value is calculated, and the unit charge command value is calculated according to the ratio of the group charge / discharge command value.
前記第1のコントローラは、前記回復充電を停止する指示を受信したとき、回復充電を停止する制御をおこなう
ことを特徴とする請求項1に記載の充放電制御装置。 The second controller acquires the output power of the natural energy power generation device, and instructs the first controller to stop recovery charging when the acquired output power of the natural energy power generation device is smaller than a predetermined value. Output to
The charge / discharge control apparatus according to claim 1, wherein the first controller performs control to stop recovery charging when receiving an instruction to stop the recovery charging.
前記ユニットの電力変換器をPWM(Pulse width Modulation)制御するPWM電流制御部を備え、
前記PWM電流制御部が、前記ユニット放電指令値がゼロの場合に、ゲートパルスの出力を停止する
ことを特徴とする請求項1に記載の充放電制御装置。 The first controller includes:
A PWM current control unit that performs PWM (Pulse width modulation) control on the power converter of the unit,
The charge / discharge control apparatus according to claim 1, wherein the PWM current control unit stops the output of the gate pulse when the unit discharge command value is zero.
前記充放電制御装置は、
前記ユニットの前記電力変換器を個別に制御する第1のコントローラと、
複数の前記ユニットを1まとまりのグループとして、そのグループの出力電力を前記第1のコントローラを介して制御する第2のコントローラと、
前記蓄電装置の出力電力の制御に用いる前記蓄電装置全体の充放電指令値を前記第2のコントローラごとにグループ充放電指令値として配分する第3のコントローラと、
を備え、
前記第2のコントローラは、前記グループ充放電指令値に基づいて、前記第1のコントローラを介して前記ユニットの出力電力を調整し、前記系統電力が所定の範囲に入るように制御する
ことを特徴とする充放電制御方法。
A system power that is a sum of output power of a power storage device that charges and discharges by connecting a plurality of the units in parallel and a power output of a natural energy power generation device is a predetermined power. A charge / discharge control method used in a charge / discharge control device for controlling the output power of the power storage device so as to fall within a range,
The charge / discharge control device comprises:
A first controller for individually controlling the power converter of the unit;
A second controller that controls a plurality of the units as a group and that controls the output power of the group via the first controller;
A third controller that distributes the charge / discharge command value of the entire power storage device used for controlling the output power of the power storage device as a group charge / discharge command value for each second controller;
With
The second controller adjusts the output power of the unit via the first controller based on the group charge / discharge command value, and controls the system power to fall within a predetermined range. The charge / discharge control method.
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