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公開番号2020195166
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201203
出願番号2019097569
出願日20190524
発明の名称再生可能エネルギー発電機指令コントローラおよび蓄電池併設再生可能エネルギー発電機システム
出願人株式会社日立パワーソリューションズ
代理人特許業務法人磯野国際特許商標事務所
主分類H02J 3/38 20060101AFI20201106BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】再生可能エネルギー発電機に併設される蓄電池を用いて、再生可能エネルギー発電機の発電値の変動緩和を図りながら、系統安定のための調整力を供給することができる再生可能エネルギー発電機指令コントローラを提供する。
【解決手段】再生可能エネルギー発電機指令コントローラ1は、2以上のサイトの再生可能エネルギー発電値と再生可能エネルギー発電変動緩和のための蓄電池の充放電値と蓄電池の充電率を受けてサイトごとの調整力提供可能量を計算する調整力提供可能量計算部2と、再生可能エネルギー発電値と再生可能エネルギー発電変動緩和のための蓄電池の充放電値と蓄電池の充電率の少なくともひとつからサイトごとの調整力提供可能量の優先順位を計算する調整力提供可能量優先順位計算部3と、調整力提供可能量優先順位計算部3の計算結果に基づいて調整指令値からサイトごとに調整指令値を計算する各WF調整力配分計算部4を備える。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
調整指令値の指令を受け、2つ以上のサイトに分かれて設置した蓄電池の調整指令値を計算してその合算が前記指令を受けた調整指令値になるように前記サイトに指令する再生可能エネルギー発電機指令コントローラであって、
前記サイトの再生可能エネルギー発電値と再生可能エネルギー発電変動緩和のための蓄電池の充放電値と蓄電池の充電率を受けて前記サイトごとの調整力提供可能量を計算する調整力提供可能量計算部と、
前記再生可能エネルギー発電値と前記再生可能エネルギー発電変動緩和のための蓄電池の充放電値と前記蓄電池の充電率の少なくともひとつの数値からサイトごとの調整力提供可能量の優先順位を計算する調整力提供可能量優先順位計算部と、
前記調整力提供可能量優先順位計算部の計算結果に基づいて前記調整指令値から前記サイトごとの調整指令値を計算する調整力配分計算部を備える
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電機指令コントローラ。
続きを表示(約 2,400 文字)【請求項2】
請求項1に記載の再生可能エネルギー発電機指令コントローラであって、
前記調整力提供可能量優先順位計算部は、前記数値から前記優先順位を計算する場合において、任意のサイトの蓄電池の目標充電率を受け、前記任意のサイトの蓄電池の充電率が、前記目標充電率より小さければ、下げ取引調整力提供における当該サイトの優先順位を高くし、前記目標充電率より大きければ、上げ取引調整力提供における当該サイトの優先順位を高くする
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電機指令コントローラ。
【請求項3】
請求項1に記載の再生可能エネルギー発電機指令コントローラであって、
前記調整力提供可能量優先順位計算部は、前記数値から前記優先順位を計算する場合において、任意のサイトの再生可能エネルギー発電値が低下中である場合は、上げ取引調整力提供における当該サイトの優先順位を低くするかまたは下げ取引における優先順位を高くする
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電機指令コントローラ。
【請求項4】
請求項1に記載の再生可能エネルギー発電機指令コントローラであって、
前記調整力提供可能量優先順位計算部は、前記数値から前記優先順位を計算する場合において、任意のサイトの再生可能エネルギー発電値が上昇中である場合は、下げ取引調整力提供における当該サイトの優先順位を低くするかまたは上げ取引における優先順位を高くする
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電機指令コントローラ。
【請求項5】
請求項1に記載の再生可能エネルギー発電機指令コントローラであって、
前記調整力提供可能量優先順位計算部は、各サイトの再生可能エネルギー発電の変動緩和に必要な蓄電池の充放電値と前記再生可能エネルギー発電の出力上限指令値と前記再生可能エネルギー発電の出力抑制をしなかった場合の出力値と前記蓄電池の充電率のいずれかを用いて調整力提供の各サイト間の優先順位を決定する
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電機指令コントローラ。
【請求項6】
請求項1に記載の再生可能エネルギー発電機指令コントローラであって、
前記調整力提供可能量優先順位計算部は、前記蓄電池のサイクル制約による調整力提供総量残値が小さいサイトの優先順位を下げるかまたは前記調整力提供総量残値が大きいサイトの優先順位を高くする
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電機指令コントローラ。
【請求項7】
請求項1に記載の再生可能エネルギー発電機指令コントローラであって、
前記調整力配分計算部は、任意の期間の調整力未達率を計算し、予め設定された調整力未達率しきい値より前記調整力未達率が小さければ、優先順位の低い調整力を調整指令値に加算しない
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電機指令コントローラ。
【請求項8】
請求項1に記載の再生可能エネルギー発電機指令コントローラであって、
前記サイトは、風力発電サイトであり、
前記調整力提供可能量優先順位計算部は、各サイトの風力変動緩和に必要な蓄電池充放電値と風車の出力上限指令値と風車の出力抑制をしなかった場合の出力値と蓄電池の充電率のいずれかを用いて調整力提供の各サイト間の優先順位を決定する
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電機指令コントローラ。
【請求項9】
請求項1に記載の再生可能エネルギー発電機指令コントローラであって、
前記調整力提供可能量計算部は、前記サイトの再生可能エネルギー発電値として、気象予測による任意のサイトの再生可能エネルギー発電予測値を用いる
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電機指令コントローラ。
【請求項10】
サイトから再生可能エネルギー発電値と再生可能エネルギー発電変動緩和のための蓄電池の充放電値と蓄電池の充電率を受けて前記サイトの調整力提供可能量を計算する調整力提供可能量計算部と、
前記再生可能エネルギー発電値と前記再生可能エネルギー発電変動緩和のための蓄電池の充放電値と前記蓄電池の充電率の少なくともひとつの数値からサイトの調整力提供可能量の優先順位を計算する調整力提供可能量優先順位計算部と、
調整指令値を受け、前記優先順位に基づいて前記調整指令値から前記サイトに配分する個別調整指令値を計算する調整力配分計算部を備える
ことを特徴とする再生可能エネルギー発電機指令コントローラ。
【請求項11】
蓄電池併設の再生可能エネルギー発電機を有する2つ以上のサイトと、
調整指令値の指令を受け、前記サイトに分かれて設置した蓄電池の調整指令値を計算してその合算が前記指令を受けた調整指令値になるように前記蓄電池に指令する再生可能エネルギー発電機指令コントローラとを有し、
前記再生可能エネルギー発電機指令コントローラは、
前記サイトの再生可能エネルギー発電値と再生可能エネルギー発電変動緩和のための蓄電池の充放電値と蓄電池の充電率を受けて前記サイトごとの調整力提供可能量を計算する調整力提供可能量計算部と、
前記再生可能エネルギー発電値と前記再生可能エネルギー発電変動緩和のための蓄電池の充放電値と前記蓄電池の充電率の少なくともひとつの数値からサイトごとの調整力提供可能量の優先順位を計算する調整力提供可能量優先順位計算部と、
前記調整力提供可能量優先順位計算部の計算結果に基づいて前記調整指令値から前記サイトごとの前記調整指令値を計算する調整力配分計算部を備える
ことを特徴とする蓄電池併設再生可能エネルギー発電機システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、需給調整力提供のための蓄電池併設システムに係る再生可能エネルギー発電機指令コントローラおよび蓄電池併設再生可能エネルギー発電機システムに関する。
続きを表示(約 6,100 文字)【背景技術】
【0002】
CO

排出抑制のために、電力をまかなうエネルギー源として、化石燃料のかわりに、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーの比率を高める必要がある。火力発電機が系統から解列すると、需要の変動に対して系統安定のための調整力供給能力が低下してしまう。一方、個々の再生可能エネルギー発電機には自身の発電値の変動を緩和するための蓄電池を併設している場合がある。風力発電値の変動が最も激しい状況に備えて蓄電池容量を設計しているので、季節や天候によって安定的に発電できる期間には、蓄電池の能力が使われないままとなる。蓄電池は火力機と比べて応答性に優れており、この蓄電池の能力を調整力として活用できれば、系統安定に貢献できる。
【0003】
系統安定に貢献するための先行技術として、例えば、特許文献1には、蓄電池を用いて需給バランス制御を行う場合、蓄電池のSOC(State of Charge:充電率)を適切に維持する方法が開示されている。
【0004】
また、特許文献2には、個々の再生可能エネルギー発電機の合計出力が発電指令値となるよう、出力変更要求量を個々の再生可能エネルギー発電機に配分する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
国際公開第2014/076918号
特開2014−90665号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
風力発電者所有の変動緩和用蓄電池は、再生可能エネルギーの変動緩和要件を満足するのみならず、アンシラリーサービス(需給調整力)用に蓄電池能力を提供することで有効に活用が可能である。いずれの先行技術文献にも、風力発電の変動緩和と調整力用電力提供を両立し、より収益を向上させるための蓄電池の充放電制御の詳細は明らかにされていない。したがって、調整力提供によって蓄電池の充電率が不足し、調整力提供も変動緩和もできなくなる恐れがある。
【0007】
本発明は、前記した課題を解決するためになされたものであり、変動緩和用蓄電池を用いて、再生可能エネルギーの変動緩和要件を満足しつつ、より多くの需給調整力用に蓄電池能力を提供することができる再生可能エネルギー発電機指令コントローラおよび蓄電池併設再生可能エネルギー発電機システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
前記目的を達成するため、本発明の再生可能エネルギー発電機指令コントローラは、調整指令値の指令を受け、2つ以上のサイトに分かれて設置した蓄電池の調整指令値を計算してその合算が指令を受けた調整指令値になるようにサイトに指令する再生可能エネルギー発電機指令コントローラであって、サイトの再生可能エネルギー発電値と再生可能エネルギー発電変動緩和のための蓄電池の充放電値と蓄電池の充電率を受けてサイトごとの調整力提供可能量を計算する調整力提供可能量計算部と、再生可能エネルギー発電値と再生可能エネルギー発電変動緩和のための蓄電池の充放電値と蓄電池の充電率の少なくともひとつの数値からサイトごとの調整力提供可能量の優先順位を計算する調整力提供可能量優先順位計算部と、調整力提供可能量優先順位計算部の計算結果に基づいて調整指令値からサイトごとの調整指令値を計算する調整力配分計算部を備えることを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、変動緩和用蓄電池を用いて、再生可能エネルギーの変動緩和要件を満足しつつ、より多くの需給調整力用に蓄電池能力を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
第1実施形態に係る再生可能エネルギー発電機指令コントローラと各風力発電サイト全体の構成の例を示す図である。
第1実施形態に係る再生可能エネルギー発電機指令コントローラの構成の例を示す図である。
第1実施形態に係る風力発電サイトの構成の例を示す図である。
再生可能エネルギー発電機指令コントローラと各WFサイトの動作フロー例を示す図である。
変動緩和制御と調整力提供量計算方法を説明する図である。
上げ取引の調整力提供量と優先順位の計算フロー例を示す図である。
下げ取引の調整力提供量と優先順位の計算フロー例を示す図である。
上げ取引の調整力提供量と優先順位の計算結果の例を示す図である。
下げ取引の調整力提供量と優先順位の計算結果の例を示す図である。
風力発電サイトへの指令値割り当ての計算フロー例を示す図である。
調整力提供による変動緩和への影響を説明する図である。
第2実施形態に係る風力発電サイトの構成の例を示す図である。
風力発電サイトの出力電力の制御特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明を実施するための実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
<<第1実施形態>>
図1は、第1実施形態に係る再生可能エネルギー発電機指令コントローラと各風力発電サイト全体の構成の例を示す図である。図1に、再生可能エネルギー発電機指令コントローラ1と、グループをなして需給調整力を提供する2つ以上の風力発電サイト(以下、WFサイトと称する)の例を示す。ここでは、再生可能エネルギーの例として、風力発電を用いて説明するが、太陽光発電などを用いてもよい。また、系統安定のための調整力は需給調整力用の電力取引にて提供するものとする。
【0012】
蓄電池併設再生可能エネルギー発電機システム10は、蓄電池併設の再生可能エネルギー発電機を有するWFサイト100,200,300と、調整指令値の指令を受け、WFサイト100,200、300に分かれて設置した蓄電池の調整指令値を計算してその合算が指令を受けた調整指令値になるように、対応するサイトに指令する再生可能エネルギー発電機指令コントローラ1とを有する。蓄電池併設再生可能エネルギー発電機システム10は、再生可能エネルギー発電機に併設される蓄電池を用いて、再生可能エネルギー発電機の発電値の変動緩和を図りながら、系統安定のための調整力を供給する。
【0013】
再生可能エネルギー発電機指令コントローラ1は、WFサイト100,200,300から、WFサイト100,200,300の風力変動緩和に必要な蓄電池の充放電値(再生可能エネルギー発電変動緩和のための蓄電池の充放電値)と風車の出力上限指令値と風車の出力抑制をしなかった場合の出力(制御前WF出力)(再生可能エネルギー発電値)と蓄電池のSOCの充放電状況(例えば、蓄電池の充電率)ほかを入力し、系統事業者から調整指令値6を入力し、WFサイト100,200,300に配分した調整指令値6とそれに伴う蓄電池充放電値と風車の出力上限指令値を決定し、WFサイト100,200,300へ出力する。
【0014】
WFサイト100は、風力状況から風力変動緩和に必要な蓄電池充放電値と風車の出力上限指令値を計算し、蓄電池のSOCの充放電状況とともに再生可能エネルギー発電機指令コントローラ1に出力する。
【0015】
また、WFサイト100は、再生可能エネルギー発電機指令コントローラ1からWFサイト100に配分した調整指令値6とそれに伴う蓄電池充放電値と風車の出力上限指令値を入力し、それにしたがって蓄電池充放電と風車の出力上限制御を行い、配分した調整指令値を電力線125に、それ以外の出力値を電力線124に流す。各電力線の潮流の電力値は電力メータM101〜M103で測定する。なお、WF100の詳細は、図3において後記する。
【0016】
電力メータM101で測定される電力は、調整力として売電し、電力メータM102で測定される電力は、風力発電として売電する。ここでは、調整力の売電も風力発電の売電も同じ電力系統へ流れ、その合計の電力値は電力メータM103で測定される。電力系統の安定性からは、電力メータM103で測定される電力の変動が一定の範囲内に収めることが好ましい。
【0017】
本実施形態では、風速の変動に伴いWFサイト100の出力電力PSが変動する。この出力電力PSの出力変動を緩和するには、任意の時間から始まるn分間(例えば、20分以内)の間に、出力変動を、常に一定値(例えば、図3に示す風力発電システム115の定格a%以下(例えば10%以下))以内に収めることが有効である。風力発電システム115の定格10%以下程度であれば、風力発電群が多く連系した場合でも、電力系統に与える影響を小さくすることが可能である。具体的には、図13を参照して説明する。
【0018】
図13は、風力発電サイトの出力電力の制御特性を示す図である。WFコントローラ107(図3参照)は、前記したように、この出力変動の緩和の要件を20分間の最大値と最小値がWFサイト100の定格容量の10%以下となるようにする。この要件において、ある時刻tにおける変動緩和の上限値は、直前の19分間の最小値に定格容量の10%を合算した値を採用し。変動緩和の下限値は、直前の19分間の最大値から定格容量の10%を減算した値を採用する。
【0019】
図1に戻り、WFサイト200,300もWFサイト100と同様の構成である。WFサイト200は、電力メータM201で測定される電力は、調整力として売電し、電力メータM202で測定される電力は、風力発電として売電する。ここでは、調整力の売電も風力発電の売電も同じ電力系統へ流れ、その合計の電力値は電力メータM203で測定される。電力系統の安定性からは、電力メータM203で測定される電力の変動が一定の範囲内に収めることが好ましい。
【0020】
WFサイト300は、電力メータM301で測定される電力は、調整力として売電し、電力メータM302で測定される電力は、風力発電として売電する。ここでは、調整力の売電も風力発電の売電も同じ電力系統へ流れ、その合計の電力値は電力メータM303で測定される。電力系統の安定性からは、電力メータM303で測定される電力の変動が一定の範囲内に収めることが好ましい。
【0021】
図2は、第1実施形態に係る再生可能エネルギー発電機指令コントローラの構成の例を示す図である。再生可能エネルギー発電機指令コントローラ1は、調整力提供可能量計算部2、調整力提供可能量優先順位計算部3、各WF調整力配分計算部4、通信送受信部5を含んで構成される。
【0022】
調整力提供可能量計算部2は、通信線126と通信送受信部5を介して、WFサイト100,200,300からそれぞれの風力状況と風力変動緩和に必要な蓄電池充放電値と風車の出力上限指令値と蓄電池のSOCを受け取り、各WFサイトの調整力提供可能量を計算し、調整力提供可能量優先順位計算部3に送る。
【0023】
調整力提供可能量優先順位計算部3は、各WFサイトの調整力提供可能量と風力状況と風力変動緩和に必要な蓄電池充放電値と風車の出力上限指令値と蓄電池のSOCを受け、上げ取引と下げ取引別に、各WFサイト間の調整力提供の優先順を決定するために、各WFサイトの優先順位ランク付けを行い、各WF調整力配分計算部4に渡す。
【0024】
ここで、上げ取引とは、例えば系統側の周波数が低くなり電力供給が要求される際に、蓄電池からの放電により系統側の周波数をあげる調整力を提供する取引であり、下げ取引とは、例えば系統側の周波数が高くなり電力需要が要求される際に、蓄電池への蓄電により系統側の周波数を下げる調整力を提供する取引である。
【0025】
各WF調整力配分計算部4は、通信線126と通信送受信部5を介して、系統運用事業者より調整指令値を受け、調整力提供可能量優先順位計算部3より各WFサイトの調整力提供可能量とその優先順位ランクを受け、調整力提供可能量とその優先順位ランクに基づいて調整指令値をWFサイト100,200,300に割り当てる。割り当て結果を、通信線126と通信送受信部5を介して、WFサイト100,200,300に送る。
【0026】
図3は、第1実施形態に係る風力発電サイトの構成の例を示す図である。図3に、WFサイト100の詳細構成を示す。WFサイト100は、基本的に風力発電システム115、蓄電池システム116、WFコントローラ107を含んで構成される。
【0027】
WFコントローラ107は、風車出力と充放電値決定部111、変換器制御部112、SOC調整充放電値決定部113、成績記録部114、通信送受信部110を含んで構成される。
【0028】
風車出力と充放電値決定部111は、図示されていない風力計により風力状況を測定し、風力状況と電力メータM103のメータ値から風力変動緩和に必要な蓄電池充放電値と風車の出力上限指令値を計算し、通信送受信部110と通信線126を介して、再生可能エネルギー発電機指令コントローラ1に送る。
【0029】
SOC調整充放電値決定部113は、通信送受信部110と通信線126を介して、再生可能エネルギー発電機指令コントローラ1からWFサイト100に配分された調整指令値とそれに伴う蓄電池充放電値と風車の出力上限指令値を受け取る。また、SOC調整充放電値決定部113は、蓄電池システム116から、蓄電池のSOCを受け取る。調整指令値と蓄電池充放電値と風車の出力上限指令値と蓄電池のSOCとあらかじめ設定されているSOC目標値から、蓄電池のSOCがSOC目標値により近くなる蓄電池充放電値を補正する。そして、風力発電システム115に風車の出力上限指令値を送り、蓄電池システム116に蓄電池充放電値を送る。
【0030】
風力発電システム115は、出力上限指令値を受けて、その値か風が十分吹いていない場合は風成りにそれ以下の発電をして電力線122に送る。また、発電した風車の出力を成績記録部114に送る。
(【0031】以降は省略されています)

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