JP2015077022A - 充放電制御装置及び充放電制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統の擾乱の発生直後に擾乱の抑制を開始し、系統周波数の変動を短時間に抑制する、ことを目的とする。【解決手段】双方向電力変換装置３０は、電力系統１４に接続された二次電池２２の充放電を制御する。そして、双方向電力変換装置３０は、系統擾乱を抑制するための二次電池２２に対する充放電指令値である擾乱抑制運転指令値を、系統周波数の検出値に基づいて算出し、系統擾乱の発生を示す擾乱発生条件が満たされた場合、系統擾乱が発生していない場合の充放電指令値である通常運転指令値を擾乱抑制運転指令値へ切り替える。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充放電制御装置及び充放電制御方法に関するものである。

電力系統は、電力の安定供給を実現するため、たとえ電力系統に電力を供給する大型の発電所の出力の低下や解列、電力系統に接続されている大型の負荷設備の電力消費の停止等により生じる系統擾乱が発生した場合であったとしても、その系統周波数を一定に保つことが求められる。

特許文献１，２には、系統擾乱が発生した電力系統を安定化させるために、電力系統に接続された二次電池を充放電させる技術が開示されている。

特開２０１２−１３０１４６号公報 特開２００１−２９２５３１号公報

図７は、系統擾乱における系統周波数の変動状態を示す。
図７に示されるように、系統擾乱の発生後に数十秒（例えば１０秒から３０秒)の間で系統周波数が大きく変動するPrimary Frequency Responseが生じる。その後、系統周波数の変動が小さくなる準平衡状態における数分から１０分間程度のSecondary Frequency Responseにおいて系統周波数の安定化が行われていた。
Primary Frequency Responseにおける系統周波数の変動発生直後から数秒間がInertial Responseである。Inertial Responseでは、系統擾乱が発生して系統周波数が急激に変化（上昇又は下降)しはじめる。このInertial Responseでの系統周波数の変動抑制が、Primary Frequency Responseにおける周波数変動を改善することが予想される。

ここで、従来のＰＬＣ（Programmable logic controller)での演算処理を介した電力安定化制御では、二次電池に対する充放電指令値はおよそ１秒から２秒程度の周期で更新される。
しかしながら、ＰＬＣによる上記のような更新周期では、二次電池の充放電が系統擾乱の発生直後のInertial Responseに対する変動抑制に十分に寄与することが困難であった。このため、系統周波数の低下時には二次電池を放電し、系統周波数の上昇時には充電するという系統擾乱の発生に対応するための充放電制御指令が遅延し、系統周波数の変動を短時間に抑制することに限界があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、電力系統の擾乱の発生直後に擾乱の抑制を開始し、系統周波数の変動を短時間に抑制できる、充放電制御装置及び充放電制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の充放電制御装置及び充放電制御方法は以下の手段を採用する。

本発明の第一態様に係る充放電制御装置は、電力系統に直流電力と交流電力とを変換する電力変換手段を介して接続された二次電池の充放電を制御する充放電制御装置であって、前記電力系統へ供給する電力を安定化させるための前記二次電池に対する充放電指令値である通常運転指令値を算出する通常運転演算手段と、前記電力系統の擾乱を抑制するための前記二次電池に対する充放電指令値である擾乱抑制運転指令値を、前記電力系統の周波数の検出値に基づいて算出する擾乱抑制運転演算手段と、前記擾乱の発生を示す擾乱発生条件が満たされた場合、前記二次電池に対する充放電指令値を前記通常運転指令値から前記擾乱抑制運転指令値へ切り替える切替手段と、を備える。

本構成に係る充放電制御装置は、負荷に電力を供給する電力系統に接続された二次電池の充放電を制御する。また、通常運転時には、電力系統へ供給する電力の安定化が行われる。
そこで、通常運転演算手段によって、電力系統へ供給する電力を安定化するための二次電池に対する充放電指令値である通常運転指令値が算出される。

電力系統には擾乱が発生する場合がある。擾乱が発生した場合、二次電池が放電又は充電されることによって、擾乱の抑制が行われる。
そこで、擾乱を抑制させるための二次電池に対する充放電指令値である擾乱抑制運転指令値が、擾乱抑制運転演算手段によって電力系統の周波数の検出値に基づいて算出される。擾乱抑制運転演算手段は、擾乱の発生の有無にかかわらず絶えず擾乱抑制運転指令値を算出する。

そして、電力系統の擾乱の発生を示す擾乱発生条件が満たされた場合、切替手段によって、二次電池に対する充放電指令値が通常運転指令値から擾乱抑制運転指令値へ切り替えられる。また、通常運転指令値は、電力系統の擾乱が発生していない場合の二次電池に対する充放電指令値である。

このように、本構成は、擾乱の発生の有無にかかわらず絶えず二次電池に対する擾乱抑制運転指令値を算出しているので、擾乱の発生と共に時間遅れなく二次電池の充放電指令値を通常運転指令値から擾乱抑制運転指令値へ切り替えることができる。
擾乱の発生と共に擾乱抑制運転指令値への切り替えが行われることで、二次電池は、擾乱の発生直後のInertial Responseに対する変動抑制に十分に寄与することが可能となる。

従って、本構成は、電力系統の擾乱の発生直後に擾乱の抑制を開始し、系統周波数の変動を短時間に抑制できる。

上記第一態様では、前記擾乱抑制運転演算手段が、前記電力系統の周波数の検出値と前記電力系統の定格周波数との差分及び二次電池の定格容量に基づいて、前記擾乱抑制運転指令値を算出することが好ましい。

本構成によれば、擾乱抑制運転指令値の算出方法が簡易であるため、速い周期で擾乱抑制運転指令値の更新ができ、二次電池の充放電によるInertial Responseへの対応が可能となる。

上記第一態様では、前記擾乱発生条件が、前記電力系統の周波数が擾乱の非発生を示す所定範囲外となり、かつ前記電力系統の周波数の変動率が第１所定値以上であることが好ましい。

電力系統の周波数は、ある程度の変動がある。このため、電力系統の周波数が、擾乱の非発生を示す所定範囲外となっても、すぐに該範囲内に戻る場合がある。このような場合、擾乱抑制運転指令値と通常運転指令値との切り替えが繰り返される所謂ハンチングが生じる可能性がある。

そこで、本構成は、電力系統の周波数が、擾乱の非発生を示す所定範囲外となり、かつ電力系統の周波数の変動率が第１所定値以上の場合に擾乱抑制運転指令値へ切り替えられる。すなわち、電力系統の周波数が所定範囲外となっても、電力系統の周波数の変動率が第１所定値未満の場合は、すぐに周波数が所定範囲内に戻るため、擾乱が発生したとはされない。

従って、本構成は、擾乱抑制運転指令値と通常運転指令値との切り替えが繰り返されることを防止できる。

上記第一態様では、前記切替手段が、前記電力系統の周波数の変動率が前記第１所定値よりも小さな第２所定値以下となった場合に、前記二次電池に対する充放電指令値を前記擾乱抑制運転指令値から前記通常運転指令値へ切り替えることが好ましい。

本構成によれば、擾乱抑制運転指令値と通常運転指令値との切り替えが繰り返されることを防止できる。

上記第一態様では、前記切替手段が、前記二次電池が放電状態であると共に所定の充電率以下、又は前記二次電池が充電状態であると共に所定の充電率以上となった場合に、前記二次電池に対する充放電指令値を前記擾乱抑制運転指令値から前記通常運転指令値へ切り替えることが好ましい。

二次電池は、充電率が高くなりすぎても又は低くなりすぎても、劣化が促進する。このため、本構成は、二次電池の劣化を抑制することができる。

上記第一態様では、前記切替手段が、前記電力系統の周波数が前記擾乱の抑制を示す所定範囲内となることが所定時間以上継続した場合に、前記二次電池に対する充放電指令値を前記擾乱抑制運転指令値から前記通常運転指令値へ切り替えることが好ましい。

電力系統の擾乱は、周波数の変動を繰り返しながら抑制される。このため、電力系統の周波数が、擾乱の抑制を示す所定範囲内となっても、すぐに該範囲外となる場合がある。このような場合、擾乱抑制運転指令値と通常運転指令値との切り替えが繰り返されるハンチングが生じる可能性がある。

そこで、本構成は、電力系統の周波数が所定範囲内となることが所定時間以上継続した場合に、擾乱抑制運転指令値を通常運転指令値へ切り替える。すなわち、電力系統の周波数が所定範囲内となっても、その状態が継続しない場合は、擾乱が安定化したとはされない。

従って、本構成は、擾乱抑制運転指令値と通常運転指令値との切り替えが繰り返されることを防止できる。

本発明の第二態様に係る充放電制御方法は、電力系統に直流電力と交流電力とを変換する電力変換手段を介して接続された二次電池の充放電を制御する充放電制御方法であって、前記電力系統へ供給する電力を安定化させるための前記二次電池に対する充放電指令値である通常電指令値を算出する第１工程と、前記電力系統の擾乱を抑制するための前記二次電池に対する充放電指令値である擾乱抑制運転指令値を、前記電力系統の周波数の検出値に基づいて算出する第２工程と、前記擾乱の発生を示す擾乱発生条件が満たされた場合、前記二次電池に対する充放電指令値を前記通常運転指令値から前記擾乱抑制運転指令値へ切り替える第３工程と、を含む。

本発明によれば、電力系統の擾乱の発生直後に擾乱の抑制を開始し、系統周波数の変動を短時間に抑制できる、という優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る電力システムの構成図である。 本発明の実施形態に係る二次電池の充放電制御を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る運転切替処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る擾乱発生条件の説明に要する図である。 本発明の実施形態に係る擾乱抑制条件の説明に要する図である。 本発明の他の実施形態に係る電力システムの構成図である。 系統擾乱における系統周波数の変動状態を示す図である。

以下に、本発明に係る充放電制御装置及び充放電制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る電力システム１０の構成図である。

電力システム１０は、構内系統１２と電力系統１４で構成される。
構内系統１２は、発電機２０、二次電池２２、及び二次電池２２の充放電制御を行う充放電制御装置１１で構成される。充放電制御装置１１には、直流電力と交流電力とを変換する双方向電力変換装置３０と二次電池コントローラ３２が含まれる。また、構内系統１２は、発電機２０及び双方向電力変換装置３０を介した二次電池２２からトランス２４を介して電力を電力系統１４へ供給する。

発電機２０は、トランス２４を介して構内系統１２の送電線に接続される。発電機２０は、例えば風力発電機や太陽光発電機等の自然エネルギーを利用した発電機であってもよいし、蒸気タービンやガスタービン等による自然エネルギーを利用しない発電機であってもよい。発電機２０が例えば風力発電機の場合、構内系統１２はウィンドファームに相当する。

なお、電力系統１４にも発電機２０が備えられてもよいし、電力系統１４に複数の構内系統１２が接続されてもよい。

二次電池２２は、双方向電力変換装置３０及びトランス２４を介して、構内系統１２の送電線に接続される。

二次電池２２は、電力系統１４へ供給する電力を安定化するために充放電を行う。特に発電機２０が自然エネルギーを用いた発電機である場合には、気象の変動により発電電力が不安定になりやすい。そこで、発電機２０の発電電力が小さい場合には、二次電池２２が放電し、発電機２０の発電電力が大きい場合には、二次電池２２が充電することで、電力系統１４への供給電力が安定化される。

また、二次電池２２は、電力系統１４や構内系統１２に擾乱（以下「系統擾乱」という。)が発生している場合に、系統擾乱を抑制させることを目的とした充放電を行う。
系統擾乱が発生すると、系統周波数が上昇又は下降する。系統周波数が上昇した場合、二次電池２２は、充電することによって系統擾乱の抑制に寄与する。一方、系統周波数が下降した場合、二次電池２２は、放電することによって系統擾乱の抑制に寄与する。
系統擾乱は、電力系統１４と接続されている構内系統１２の周波数（以下「系統周波数」という。)の変動により検出される。系統周波数は、送電線の電圧信号を変換することにより求められる。

本実施形態に係る二次電池２２は、系統擾乱が発生していない通常運転の場合、二次電池コントローラ３２によって、例えば系統周波数を入力情報として演算された充放電指令値（有効電力指令値）である通常運転指令値によって充放電が制御される。これにより、通常運転時における、電力系統１４へ供給する電力の安定化が行われる。

二次電池コントローラ３２は、二次電池２２の充電率（ＳＯＣ)の検出値（以下「検出ＳＯＣ」という。)が二次電池２２から入力される。
そして、二次電池コントローラ３２は、系統擾乱が発生していない通常運転の場合の二次電池２２に対する充放電指令値を生成し、双方向電力変換装置３０へ出力する。

双方向電力変換装置３０は、電力変換コントローラ３０Ａ及び電力変換部３０Ｂを備える。

電力変換コントローラ３０Ａは、入力された充放電指令値に基づいて、電力変換部３０Ｂを制御し、充放電指令値に応じた電力を二次電池２２から充放電させる。

電力変換部３０Ｂは、二次電池２２から放電される直流電力を交流電力に変換して構内系統１２へ出力し、構内系統１２からの交流電力を直流電力へ変換して二次電池２２に充電させる。

また、双方向電力変換部３０Ｂは、指令値切替部３０Ｃを備える。
指令値切替部３０Ｃは、通常運転指令値と詳細を後述する擾乱抑制運転指令値とを切り替えて、電力変換コントローラ３０Ａへ入力する。
以下の説明では、通常運転指令値を用いた二次電池２２の運転モードを通常運転モードといい、擾乱抑制運転指令値を用いた二次電池２２の運転モードを擾乱抑制運転モードという。

なお、二次電池コントローラ３２、電力変換コントローラ３０Ａ、及び指令値切替部３０Ｃは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit)、ＲＡＭ（Random Access Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記録媒体等に記録されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。

図２は、二次電池２２の充放電制御を示すブロック図である。
二次電池２２の充放電制御には、通常運転演算部４０、擾乱抑制運転演算部４２、指令値切替部３０Ｃ、電力変換コントローラ３０Ａ、及び電力変換部３０Ｂが主に関与する。

通常運転演算部４０は、発電機２０の発電量を示す発電出力値に応じた二次電池２２の充放電量を通常運転指令値として算出する。通常運転演算部４０は、系統擾乱の発生の有無にかかわらず絶えず通常運転指令値を算出する。
発電出力値は、発電機２０の制御を行う発電機コントローラ４４から通常運転演算部４０へ出力される。

通常運転演算部４０は、二次電池リミッタ５０、平滑化フィルタ５２、電力変換出力リミッタ５４、及びＳＯＣ補正制御部５６を備える。

二次電池リミッタ５０には、加算部５８を介して発電出力値が入力され、入力された値を二次電池２２の容量に関する上下限値で制限し、平滑化フィルタ５２へ出力する。

平滑化フィルタ５２は、二次電池リミッタ５０からの出力を平滑化する。

平滑化フィルタ５２で平滑化された値は、減算部６０によって発電出力値で減算される。

電力変換出力リミッタ５４は、減算部６０から出力された値を電力変換部３０Ｂで変換可能な電力の上下限値で制限する。電力変換出力リミッタ５４から出力された値は、通常運転指令値として指令値切替部３０Ｃへ出力される。

ＳＯＣ補正制御部５６は、通常運転指令値を二次電池２２のＳＯＣに基づいて補正するための制御部である。

ＳＯＣ補正制御部５６は、減算部６２によって、検出ＳＯＣを予め定められた目標ＳＯＣで減算し、補正部６４によって補正係数を乗算した後に、加算部５８へ出力する。

ＳＯＣ補正制御部５６の作用を、ＳＯＣ補正制御部５６の有無で比較して具体的に説明する。

ＳＯＣ補正制御部５６が備えられない場合であって、例えば平滑化フィルタ５２の初期値が“０”であり、発電出力値が基準値より＋１００ｋＷの場合、通常運転演算部４０は、１００ｋＷの充電を行う通常運転指令値を出力する。
しかし、この通常運転指令値は二次電池２２のＳＯＣを考慮していないため、二次電池２２への充電量が過大であり、二次電池２２は、１００ｋＷの充電ができない可能性がある。

一方、ＳＯＣ補正制御部５６が備えられる場合であって、目標ＳＯＣが５０％、検出ＳＯＣが１０％、補正係数が１００の場合、通常運転演算部４０は、６０ｋＷの充電を行う通常運転指令値を出力する。
これは、二次電池２２のＳＯＣを考慮した通常運転指令値であり、二次電池２２への充電が過大となることが抑制される。

擾乱抑制運転演算部４２は、系統擾乱を抑制するための二次電池２２に対する充放電指令値である擾乱抑制運転指令値を、系統周波数の検出値（以下「検出周波数」という。)に基づいて算出する。擾乱抑制運転演算部４２は、系統擾乱の発生の有無にかかわらず絶えず擾乱抑制運転指令値を算出する。
なお、本実施形態に係る擾乱抑制運転演算部４２は、電力変換コントローラ３０Ａに備えられる。

擾乱抑制運転演算部４２は、減算部７０及びＩＲ算出部７２を備える。

減算部７０は、検出周波数から電力系統１４の定格周波数（例えば６０Ｈｚ)を減算した差分（以下「差分周波数」という。)を、ＩＲ算出部７２へ出力する。

ＩＲ算出部７２は、下記（１)式に基づいて擾乱抑制運転指令値Ｓを算出し、指令値切替部３０Ｃへ出力する。

上記（１)式において、Ｋは予め定められた係数、Ｑは二次電池２２の定格容量、Δｆは差分周波数、Ｆ_Ｒは定格周波数である。

擾乱抑制運転指令値が正（＋)となる場合は、系統周波数が定格周波数よりも大きくなる系統擾乱が発生している。この場合、二次電池２２は、充電を行うことで、系統擾乱を抑制することとなる。一方、擾乱抑制運転指令値が負（−)となる場合は、系統周波数が定格周波数よりも小さくなる系統擾乱が発生している。この場合、二次電池２２は、放電を行うことで、系統擾乱を抑制することとなる。

擾乱抑制運転演算部４２は、（１)式に示されるように、擾乱抑制運転指令値を検出周波数と定格周波数との差分及び二次電池２２の定格容量に基づいて算出する。このように、擾乱抑制運転指令値の算出方法が簡易であるため、擾乱抑制運転演算部４２は、速い周期で擾乱抑制運転指令値の更新ができる。具体的には、擾乱抑制運転演算部４２は、擾乱抑制運転指令値を例えば１００ｍｓｅｃ以下の周期で更新し、二次電池２２の充放電によるInertial Responseへの対応を可能とする。

なお、（１)式は一例であり、差分周波数は、定格周波数とは異なる値と検出周波数との差分とされてもよい。また、擾乱抑制運転指令値は、差分周波数を用いた他の式で算出されてもよい。また、差分周波数と擾乱抑制運転指令値との関係を示した表データが予め記憶され、差分周波数に応じた擾乱抑制運転指令値が表データから読み出されてもよい。

指令値切替部３０Ｃは、系統擾乱の発生の有無にかかわらず絶えず、通常運転指令値及び擾乱抑制運転指令値が入力される。そして、指令値切替部３０Ｃは、通常運転指令値及び擾乱抑制運転指令値の何れか一方を選択し、電力変換コントローラ３０Ａへ出力する。なお、系統擾乱の発生の有無は、検出周波数に基づいて判定される。
具体的には、指令値切替部３０Ｃは、系統擾乱が発生していない場合、通常運転指令値を電力変換コントローラ３０Ａへ出力する。一方、系統擾乱を示す擾乱発生条件が満たされた場合、指令値切替部３０Ｃは、通常運転指令値を擾乱抑制運転指令値へ切り替え、電力変換コントローラ３０Ａへ出力する。

このように、本実施形態に係る双方向電力変換装置３０は、系統擾乱の発生の有無にかかわらず絶えず二次電池２２に対する擾乱抑制運転指令値を算出しているので、系統擾乱の発生と共に時間遅れなく二次電池２２の充放電指令値を擾乱抑制運転指令値へ切り替えることができる。
これにより、二次電池２２は、系統擾乱の発生直後のInertial Responseに対する変動抑制に十分に寄与することが可能となる。Inertial Responseでの系統周波数の変動抑制は、Primary Frequency Responseにおける大きな周波数変動の改善を可能とし、その結果、系統周波数の変動が短時間に抑制される。

図３は、指令値切替部３０Ｃで実行される二次電池２２の運転切替処理の流れを示すフローチャートである。なお、運転切替処理は、二次電池２２の運転と共に開始され、二次電池２２の運転開始時は、通常運転指令値を用いた通常運転モードが行われる。

まず、ステップ１００では、系統周波数（検出周波数)が擾乱発生条件を満たしているか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１０２へ移行し、否定判定の場合は通常運転モードを継続する（ステップ１０８へ移行)。
本実施形態に係る指令値切替部３０Ｃは、系統周波数が系統擾乱の非発生とする所定範囲（以下「非擾乱範囲」という。)外となり、かつ系統周波数の変動率が所定値（以下「擾乱閾値」という。)以上となった場合に、擾乱発生条件を満たしたと判定する。

図４を参照して、擾乱発生条件について説明する。

系統周波数は、ある程度の変動がある。このため、系統周波数が、非擾乱範囲外となっても、すぐに非擾乱範囲内に戻る場合がある。このような場合、擾乱抑制運転指令値と通常運転指令値との切り替えが繰り返される所謂ハンチングが生じる可能性がある。

そこで、指令値切替部３０Ｃは、系統周波数が非擾乱範囲外となり、かつ系統周波数の変動率が擾乱閾値以上の場合に、通常運転指令値を擾乱抑制運転指令値へ切り替える。すなわち、系統周波数が非擾乱範囲外となっても、系統周波数の変動率が擾乱閾値未満の場合は、すぐに系統周波数が非擾乱範囲内に戻るため、系統擾乱が発生したとはされない。
従って、本実施形態に係る双方向電力変換装置３０は、擾乱抑制運転指令値と通常運転指令値との切り替えが繰り返されることを防止できる。

図４に示されるように、非擾乱範囲内は不感体であり、系統周波数の変動率が擾乱閾値以上でも、通常運転モードが継続される。また、系統周波数が非擾乱範囲外となっても、変動率が擾乱閾値未満の場合は、通常運転モードが継続される。

なお、定格周波数が６０Ｈｚの場合、非擾乱範囲は例えば６０Ｈｚ±０．０３６Ｈｚであり、擾乱閾値は例えば０．０５Ｈｚ／ｓｅｃである。

また、指令値切替部３０Ｃは、系統周波数を数ｍｓｅｃの周期で検出し、系統周波数の変動のみで系統擾乱を検出するため、短時間で系統擾乱の発生の有無を判定できる。また、指令値切替部３０Ｃは、系統電圧の絶対値を検出せず、系統周波数のみを検出するため、簡易にかつ誤検出することなく系統擾乱を検出できる。

ステップ１０２では、二次電池２２に対する充放電指令値を通常運転指令値から擾乱抑制運転指令値へ切り替える。これにより、二次電池２２の運転が通常運転モードから擾乱抑制運転モードへ切り替えられることとなる。

次のステップ１０４では、擾乱抑制解除条件が満たされたか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１０８へ移行し、否定判定の場合はステップ１０６へ移行する。
本実施形態に係る指令値切替部３０Ｃは、二次電池２２が放電状態であると共に所定のＳＯＣ以下、又は二次電池２２が充電状態であると共に所定のＳＯＣ以上となった場合に、擾乱抑制解除条件を満たしたと判定する。

ステップ１０８では、二次電池２２に対する充放電指令値を擾乱抑制運転指令値から通常運転指令値へ切り替える。これにより、二次電池２２の運転が擾乱抑制運転モードから通常運転モードへ切り替えられることとなる。

二次電池２２は、ＳＯＣが高くなりすぎても又は低くなりすぎても、劣化が促進する。すなわち、上記所定のＳＯＣとは、二次電池２２が放電状態の場合では、それ以上放電すると劣化が促進されるＳＯＣであり、二次電池２２が充電状態の場合では、それ以上充電すると劣化が促進されるＳＯＣである。
このように、本実施形態に係る双方向電力変換装置３０は、擾乱抑制運転モードであっても、二次電池２２のＳＯＣの状態を優先して通常運転モードに切り替えるので、二次電池２２の劣化を抑制することができる。

ステップ１０６では、擾乱抑制条件が満たされたか否かを判定し、肯定判定の場合はステップ１０８へ移行する。一方、否定判定の場合はステップ１０４へ移行し、擾乱抑制運転モードのまま、ステップ１０４とステップ１０６の判定を繰り返す。

本実施形態に係る指令値切替部３０Ｃは、系統周波数が系統擾乱の抑制を示す所定範囲（以下「擾乱抑制範囲」という。)内となることが所定時間（以下「擾乱抑制継続時間」という。)以上継続した場合、又は系統周波数の変動率が擾乱閾値よりも小さな擾乱抑制閾値以下となった場合に、擾乱抑制条件を満たしたと判定する。
なお、擾乱抑制範囲は、非擾乱範囲と同じであっても、異なってもよい。

系統擾乱は、系統周波数の変動を繰り返しながら抑制される。このため、系統周波数が、系統擾乱の抑制を示す擾乱抑制範囲内となっても、すぐに擾乱抑制範囲外となる場合がある。このような場合、擾乱抑制運転指令値と通常運転指令値との切り替えが繰り返されるハンチングが生じる可能性がある。
そこで、指令値切替部３０Ｃは、系統周波数が擾乱抑制範囲内となることが擾乱抑制継続時間以上継続した場合に、擾乱抑制運転指令値を通常運転指令値へ切り替える。すなわち、系統周波数が擾乱抑制範囲内となっても、その状態が継続しない場合は、擾乱が抑制したとはされない。

また、指令値切替部３０Ｃは、系統周波数の変動率が、擾乱閾値よりも大きく、かつ擾乱抑制閾値以下となった場合に、通常運転指令値へ切り替える。
このように、本実施形態に係る擾乱抑制閾値は、擾乱閾値に対し余裕代が設けられているため、擾乱抑制運転指令値と通常運転指令値との切り替えが繰り返されることが防止される。

図５の例では、領域Ａでは、系統周波数の変動率が擾乱抑制閾値を超えるので、擾乱抑制運転モードが継続される。領域Ｂでは、系統周波数の変動率が擾乱抑制閾値以下なので、擾乱抑制運転モードから通常運転モードへ切り替えられる。領域Ｃでも、系統周波数が擾乱抑制範囲内となることが擾乱抑制継続時間以上継続したので、擾乱抑制運転モードから通常運転モードへ切り替えられる。

なお、定格周波数が６０Ｈｚの場合、擾乱抑制範囲は例えば６０Ｈｚ±０．０１５Ｈｚであり、擾乱抑制継続時間は例えば５秒であり、擾乱抑制閾値は０．０８Ｈｚ／ｓｅｃである。

そして、運転切替処理は、ステップ１０８において充放電指令値を擾乱抑制運転指令値から通常運転指令値へ切り替えた後、ステップ１００へ戻ることで二次電池２２の運転を停止するまで、処理を繰り返す。

以上説明したように、本実施形態に係る充放電制御装置１１は、系統擾乱を抑制させるための二次電池２２に対する充放電指令値である擾乱抑制運転指令値を、系統周波数の検出値に基づいて算出し、系統擾乱の発生を示す擾乱発生条件が満たされた場合、二次電池２２に対する充放電指令値を通常運転指令値から擾乱抑制運転指令値へ切り替える。
従って、本実施形態に係る双方向電力変換装置３０は、系統擾乱の発生直後に擾乱の抑制を開始し、系統周波数の変動を短時間に抑制できる。

以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、構内系統１２に発電機２０が接続されている形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、図６に示されるように構内系統１２に発電機２０が接続されていない形態としてもよい。
この形態の場合、電力系統１４に設けられた例えばＥＭＳ（Energy Management System)等に通常運転演算部４０が設けられ、通常運転指令値が双方向電力変換装置３０に入力されてもよい。

また、上記実施形態では、系統周波数が非擾乱範囲外となり、かつ系統周波数の変動率が擾乱閾値以上となった場合に、擾乱発生条件を満たしたと判定する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、系統周波数の変動率が擾乱閾値以上となることだけを擾乱発生条件とする形態や、擾乱発生条件を他の条件とする形態としてもよい。また、擾乱抑制条件も他の条件とする形態としてもよい。

また、上記実施形態で説明した運転切替処理の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。

１０ 電力システム
１１ 充放電制御装置
１４ 電力系統
２２ 二次電池
３０ 双方向電力変換装置（電力変換手段)
３０Ｃ 指令値切替部
４０ 通常運転演算部（通常運転演算手段)
４２ 擾乱抑制運転演算部（擾乱抑制運転演算手段)

Claims (7)

1. 電力系統に直流電力と交流電力とを変換する電力変換手段を介して接続された二次電池の充放電を制御する充放電制御装置であって、
   前記電力系統へ供給する電力を安定化させるための前記二次電池に対する充放電指令値である通常運転指令値を算出する通常運転演算手段と、
   前記電力系統の擾乱を抑制するための前記二次電池に対する充放電指令値である擾乱抑制運転指令値を、前記電力系統の周波数の検出値に基づいて算出する擾乱抑制運転演算手段と、
   前記擾乱の発生を示す擾乱発生条件が満たされた場合、前記二次電池に対する充放電指令値を前記通常運転指令値から前記擾乱抑制運転指令値へ切り替える切替手段と、
   を備える充放電制御装置。
2. 前記擾乱抑制運転演算手段は、前記電力系統の周波数の検出値と前記電力系統の定格周波数との差分及び二次電池の定格容量に基づいて、前記擾乱抑制運転指令値を算出する請求項１記載の充放電制御装置。
3. 前記擾乱発生条件は、前記電力系統の周波数が擾乱の非発生とする所定範囲外となり、かつ前記電力系統の周波数の変動率が第１所定値以上である請求項１又は請求項２記載の充放電制御装置。
4. 前記切替手段は、前記電力系統の周波数の変動率が前記第１所定値よりも小さな第２所定値以下となった場合に、前記二次電池に対する充放電指令値を前記擾乱抑制運転指令値から前記通常運転指令値へ切り替える請求項３記載の充放電制御装置。
5. 前記切替手段は、前記二次電池が放電状態であると共に所定の充電率以下、又は前記二次電池が充電状態であると共に所定の充電率以上となった場合に、前記二次電池に対する充放電指令値を前記擾乱抑制運転指令値から前記通常運転指令値へ切り替える請求項１から請求項４の何れか１項記載の充放電制御装置。
6. 前記切替手段は、前記電力系統の周波数が前記擾乱の抑制を示す所定範囲内となることが所定時間以上継続した場合に、前記二次電池に対する充放電指令値を前記擾乱抑制運転指令値から前記通常運転指令値へ切り替える請求項１から請求項５の何れか１項記載の充放電制御装置。
7. 電力系統に直流電力と交流電力とを変換する電力変換手段を介して接続された二次電池の充放電を制御する充放電制御方法であって、
   前記電力系統へ供給する電力を安定化させるための前記二次電池に対する充放電指令値である通常電指令値を算出する第１工程と、
   前記電力系統の擾乱を抑制するための前記二次電池に対する充放電指令値である擾乱抑制運転指令値を、前記電力系統の周波数の検出値に基づいて算出する第２工程と、
   前記擾乱の発生を示す擾乱発生条件が満たされた場合、前記二次電池に対する充放電指令値を前記通常運転指令値から前記擾乱抑制運転指令値へ切り替える第３工程と、
   を含む充放電制御方法。

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