JP2022153715A - Hybrid power storage system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド蓄電システムに関する。 The present invention relates to a hybrid power storage system.
電力系統に、太陽光発電または風力発電等の再生可能エネルギーの発電システムを連系する技術が知られている。再生可能エネルギー発電システムの出力は、気象条件、例えば日射量または風量、により変動する。 2. Description of the Related Art Techniques for interconnecting a renewable energy power generation system such as solar power generation or wind power generation to an electric power system are known. The output of a renewable energy power generation system fluctuates depending on weather conditions, such as the amount of solar radiation or the amount of wind.
特許文献1には、再生可能エネルギー発電システムの出力変動を抑制するため、再生可能エネルギー発電システムにハイブリッド蓄電システムを並列に接続する技術が開示されている。具体的には、特許文献1に記載のハイブリッド蓄電システムは、鉛蓄電池と、出力の許容範囲が鉛蓄電池よりも広いニッケル水素電池との2種類の蓄電池を備える。これにより、再生可能エネルギー発電システムにおける高出力の変動を、ニッケル水素電池によって抑制し、再生可能エネルギー発電システムにおける低出力の変動を、鉛蓄電池によって抑制する。
このように、低出力の変動に対しては安価な鉛蓄電池を用いることにより、高出力の変動を考慮してニッケル水素電池のみを用いる場合と比較して、低コスト化を実現することができる。また、鉛蓄電池のみで高出力の変動を抑制する場合、多量の鉛蓄電池を設ける必要があるが、この場合と比較して、ニッケル水素電池を導入することにより小型化を実現することができる。 In this way, by using an inexpensive lead-acid battery for low output fluctuations, it is possible to reduce costs compared to using only nickel-metal hydride batteries in consideration of high output fluctuations. . In addition, when suppressing fluctuations in high output with only lead-acid batteries, it is necessary to provide a large number of lead-acid batteries.
再生可能エネルギー発電システムの出力変動は、比較的に長い周期の変動(長周期側の変動)と、比較的に短い周期の変動(短周期側の変動)とを含む。再生可能エネルギー発電システムにおける比較的に長い周期の出力変動(長周期側の変動)は、上述した蓄電池によって比較的に容易に抑制することができる。本発明は、特に、再生可能エネルギー発電システムにおける比較的に短い周期の出力変動(短周期側の変動)の抑制に関する。 The output fluctuations of the renewable energy power generation system include relatively long-period fluctuations (long-period fluctuations) and relatively short-period fluctuations (short-period fluctuations). Relatively long-period output fluctuations (long-period fluctuations) in the renewable energy power generation system can be suppressed relatively easily by the above-described storage battery. In particular, the present invention relates to suppression of relatively short period output fluctuations (short period side fluctuations) in a renewable energy power generation system.
本発明は、再生可能エネルギー発電システムの出力変動を抑制するハイブリッド蓄電システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a hybrid power storage system that suppresses output fluctuations of a renewable energy power generation system.
本発明に係るハイブリッド蓄電システムは、再生可能エネルギーを利用して発電する発電システムに並列に接続され、前記発電システムの出力変動を抑制するハイブリッド蓄電システムであって、異なる2種類の第1蓄電池および第2蓄電池と、前記第1蓄電池と前記発電システムとの第1接続の切換、および、前記第2蓄電池と前記発電システムとの第2接続の切換を行う切換器と、前記切換器を制御する制御部と、を備える。前記第1蓄電池は、前記第2蓄電池と比較して、短時間に大電力の充放電が可能な蓄電池であり、前記第2蓄電池は、前記第1蓄電池と比較して、大容量の蓄電池である。前記制御部は、前記発電システムの出力変動が、所定周期以下の短周期側の変動を含む場合、前記第1接続を行うように前記切換器を制御し、前記発電システムの出力変動が、前記所定周期よりも長い長周期側の変動を含む場合、前記第2接続を行うように前記切換器を制御する。 A hybrid power storage system according to the present invention is a hybrid power storage system that is connected in parallel to a power generation system that generates power using renewable energy and suppresses output fluctuations of the power generation system, and includes two different types of first storage batteries and a second storage battery, a switch for switching a first connection between the first storage battery and the power generation system, and a switch for switching a second connection between the second storage battery and the power generation system, and controlling the switch and a control unit. The first storage battery is a storage battery capable of charging and discharging high power in a short time compared to the second storage battery, and the second storage battery has a large capacity compared to the first storage battery. be. The control unit controls the switch to make the first connection when the output fluctuations of the power generation system include short-period fluctuations of a predetermined period or less, and the output fluctuations of the power generation system If the fluctuation includes a long-period fluctuation longer than the predetermined period, the switch is controlled to perform the second connection.
本発明によれば、再生可能エネルギー発電システムの出力変動を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the output fluctuation of a renewable energy power generation system can be suppressed.
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。 An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In each drawing, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts. Also, for convenience, hatching, member numbers, etc. may be omitted, but in such cases, other drawings shall be referred to.
(電力供給システム)
図1は、本実施形態に係るハイブリッド蓄電システムを備える電力供給システムを示す図である。図1に示すように、電力供給システム1は、電力系統に連系して電力系統に電力を供給するシステムであり、ハイブリッド蓄電システム100と、再生可能エネルギー発電システム200と、変圧器3と、電力計5とを備える。
(power supply system)
FIG. 1 is a diagram showing a power supply system including a hybrid power storage system according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the
変圧器3は、発電システム200および蓄電システム100からの交流電力を、系統電力の交流電力に昇圧する。電力計5は、発電システム200および蓄電システム100と変圧器3との間において、発電システム200と蓄電システム100との合成出力電力を計測する。例えば、電力計5は、変圧器と変流器とを用いて電圧と電流とを計測し、計測した電圧および電流から電力を算出する。発電システム200および蓄電システム100については後述する。
The
なお、図1には、上位監視制御システム300も示されている。上位監視制御システム300は、上位監視制御装置310を備える。上位監視制御装置310は、通信網320を介して、また蓄電システム100側のゲートウェイ330を介して、蓄電システム100と通信を行う。上位監視制御装置310は、電力系統の状況を監視し、状況に応じて、蓄電システム100の充放電動作を制御する上位システムである。例えば、上位監視制御装置310は、電力系統の需給バランスの崩れによる周波数変動を監視し、電力系統の周波数変動を抑制するように、蓄電システム100の充放電動作を制御する。
Note that FIG. 1 also shows an upper
(再生可能エネルギー発電システム)
再生可能エネルギー発電システム200は、AC/DCコンバータ210と、再生可能エネルギー発電部220とを備え、再生可能エネルギー発電部220によって発電された電力を電力系統に供給する。
(Renewable energy power generation system)
The renewable energy
再生可能エネルギー発電部220は、例えば太陽光、風力等の自然エネルギー(以下では、再生可能エネルギーともいう。)を利用して発電を行う発電部である。再生可能エネルギー発電部220としては公知の構成が適用されればよい。例えば、太陽光発電装置の場合、一般的に平板状であって、多数の半導体からなる発電素子で構成されており、かつ、その発電素子と、外部端子とを、電気的に接続する配線が施されている構成であればよい。また、風力発電装置の場合、一般的に、風を受けて回転する風車部と、かかる風車部に連なる発電装置部と、発電装置部で発生した電気を外部に取り出すための外部配線等とから、構成されればよい。
The renewable energy
AC/DCコンバータ210は、再生可能エネルギー発電部220によって発電された直流電力を、系統電力の交流電力に変換する。
AC/
(ハイブリッド蓄電システム)
ハイブリッド蓄電システム100は、再生可能エネルギー発電システム200に並列に接続されており、再生可能エネルギー発電システム200の出力変動を抑制する。具体的には、ハイブリッド蓄電システム100は、再生可能エネルギー発電システム200の出力不足時、蓄電池のエネルギーを供給し、一方、再生可能エネルギー発電システム200の出力過剰時、過剰エネルギーを蓄電池に蓄える。
(Hybrid power storage system)
Hybrid
また、ハイブリッド蓄電システム100は、上位監視制御システム300の上位監視制御装置310からのリクエストに応じて、電力系統の需給バランスの崩れによる周波数変動を抑制するように、蓄電池の充放電を行う。
In addition, the hybrid
ハイブリッド蓄電システム100は、AC/DCコンバータ10と、切換器20と、第1蓄電池30および第1蓄電池制御部32と、第2蓄電池40および第2蓄電池制御部42と、指令値配分制御部50とを備える。
Hybrid
AC/DCコンバータ10は、第1蓄電池30または第2蓄電池40の放電時、第1蓄電池30または第2蓄電池40からの直流電力を、系統電力の交流電力に変換する。また、AC/DCコンバータ10は、第1蓄電池30または第2蓄電池40の充電時、系統電力の交流電力を直流電力に変換する。
When the
切換器20は、指令値配分制御部50からの指令に基づいて、第1蓄電池30とAC/DCコンバータ10との接続の切換、すなわち第1蓄電池30と発電システム200との第1接続の切換、および、第2蓄電池40とAC/DCコンバータ10との接続の切換、すなわち第2蓄電池40と発電システム200との第2接続の切換を行う。更に、切換器20は、指令値配分制御部50からの指令に基づいて、第1蓄電池30と第2蓄電池40との第3接続の切換を行う。第1接続および第2接続のための切換器20としては特に限定されないが、例えばスイッチ素子等の双方向性の素子であると好ましい。一方、第3接続のための切換器20としては特に限定されないが、例えばDC/DCコンバータ等の電力変換回路のような双方向性の回路または素子であることが好ましい。
Switch 20 switches the connection between
第1蓄電池30は、並列および/または直列に接続された複数の電池セルを有する。電池セルは、充電式(rechargeable)の二次電池(secondary battery)である。電池セルとしては、例えば負極の材料としてチタン酸リチウム(Lithium Titanate、Lithium Titanium Oxide:LTO)を用いたリチウムイオン電池(以下、LTO電池ともいう。)が挙げられる。LTO電池は、長寿命であり、SOC範囲が広いという特徴を有する。より具体的には、LTO電池は、繰り返し充放電による寿命が長いという特徴を有する。また、LTO電池は、自己放電による電圧低下量が小さく、実使用可能なSOC範囲が広いという特徴を有する。また、LTO電池は、急速充放電機能に優れるという特徴を有する。これにより、第1蓄電池30は、第2蓄電池40と比較して、短時間に大電力の充放電が可能な蓄電池である。
The
第2蓄電池40は、並列および/または直列に接続された複数の電池セルを有する。電池セルは、充電式(rechargeable)の二次電池(secondary battery)である。電池セルとしては、例えばリチウムイオン電池、NaS電池、鉛蓄電池、ニッケル水素電池が挙げられる。これにより、第2蓄電池40は、第1蓄電池30と比較して、大容量の蓄電池である。
The
換言すれば、第1蓄電池30は高出力型の電池であり、第2蓄電池40は高容量型の電池である。高出力型の電池とは、出力/容量比の大きい電池を意味し、一時的に大きな電力を供給することに適する特性を備えた電池を意味する。一方、高容量型の電池とは、出力/容量比の小さい電池を意味し、継続的な電力供給に適する特性を備えた電池を意味する。また、高容量型の電池とは、単にエネルギーが大きい電池をも意味する。なお、高容量とは、高エネルギーまたは高エネルギー密度とも称される。
In other words, the
すなわち、高出力型の電池であるか高容量型の電池であるかは、主に、出力と容量との比で決まる。出力/容量比は限定されず、ハイブリッド蓄電システム100の適用目的に応じて設計される。例えば、発電システム200の出力変動の抑制、または、電力系統の周波数変動の抑制を目的とする場合、高出力型の電池の出力/容量比は5(1/h)以上10(1/h)以下であることが好ましく、高容量型の電池の出力/容量比は0.1(1/h)以上0.5(1/h)以下であることが好ましい。
That is, whether a battery is a high-output battery or a high-capacity battery is mainly determined by the ratio of output to capacity. The output/capacity ratio is not limited, and is designed according to the application purpose of the hybrid
このように、長寿命かつSOC範囲が広いというLTO電池の特徴を活かした高出力型の電池と、高容量型の電池とのように、異なる特性を有する2種類の二次電池により混成されていることから、蓄電システム100をハイブリット蓄電システムと称する。
In this way, two types of secondary batteries with different characteristics, such as a high-output battery that takes advantage of the LTO battery's characteristics of long life and wide SOC range, and a high-capacity battery, are combined. Therefore, the
第1蓄電池制御部32は、第1蓄電池30の充放電制御を行う。また、第1蓄電池制御部32は、第1蓄電池30の電池状態の監視、および第1蓄電池30の保護等の種々の制御を行う。第1蓄電池制御部32は、第1蓄電池状態監視・保護機能部34を備える。
The first storage
第1蓄電池状態監視・保護機能部34は、第1蓄電池30の電圧値、電流値および温度等の種々の電池状態を監視することによって、第1蓄電池30の過電圧保護、過電流保護、過充電保護、過放電保護および過温度保護等の種々の保護機能を実行する。
The first storage battery state monitoring/protection function unit 34 monitors various battery states such as the voltage value, current value, and temperature of the
第2蓄電池制御部42は、第2蓄電池40の充放電制御を行う。また、第2蓄電池制御部42は、第2蓄電池40の電池状態の監視、および第2蓄電池40の保護等の種々の制御を行う。第2蓄電池制御部42は、第2蓄電池状態監視・保護機能部44を備える。
The second storage
第2蓄電池状態監視・保護機能部44は、第2蓄電池40の電圧値、電流値および温度等の種々の電池状態を監視することによって、第2蓄電池40の過電圧保護、過電流保護、過充電保護、過放電保護および過温度保護等の種々の保護機能を実行する。
The second storage battery state monitoring/protection function unit 44 monitors various battery states such as the voltage value, current value, and temperature of the
指令値配分制御部50は、電力計5によって計測された発電システム200と蓄電システム100との合成出力電力に基づいて、発電システム200の出力変動を抑制するように、切換器20を制御する。具体的には、指令値配分制御部50は、合成出力電力の変動量に基づいて、第1蓄電池30または第2蓄電池40の充放電の電気量(指令値)配分を求め、求めた充放電の電気量(指定値)配分に基づいて第1蓄電池30または第2蓄電池40の充放電を制御する。指令値配分制御部50は、合成出力検出部52と、分配処理部54と、第1蓄電池SOC・DOD管理部56と、第2蓄電池SOC・DOD管理部57と、通信部58と、記憶部59とを備える。
Command value
合成出力検出部52は、電力計5によって計測された発電システム200と蓄電システム100との合成出力電力の変動を検出する。具体的には、合成出力検出部52は、所定の制御周期T秒ごとに、発電システム200と蓄電システム100との合成出力電力のT秒前の出力と現在の出力との偏差を算出する。合成出力検出部52は、算出した偏差が電力供給システム1の定格電力の例えば1%以上である場合、算出した偏差情報または合成出力電力情報を分配処理部54に送信する。
The combined
分配処理部54は、図4に示すように、発電システム200と蓄電システム100との合成出力電力の変動(変化速度)が、電力供給システム1の定格電力の例えば1%/分以下の変動(変化速度)(基準)となるように、第1蓄電池30または第2蓄電池40の充放電を分配制御する。具体的には、分配処理部54は、合成出力検出部52からの偏差情報または合成出力電力情報に基づいて、第1蓄電池30または第2蓄電池40の充放電の電気量を求め、求めた充放電の電気量に基づいて基準を充足するよう第1蓄電池30または第2蓄電池40の充放電を分配制御する。
As shown in FIG. 4, the
ここで、図5は、再生可能エネルギー発電システムの出力変動の一例として、太陽光発電システムの出力変動を示す図である。図5に示すように、太陽光発電システムの出力変動は、十数分よりも大きい長周期の変動成分と、数分よりも大きく十数分以下の短周期の変動成分とを含むことがある。更には、太陽光発電システムの出力変動は、数分以下の微小変動成分を含むことがある。本実施形態では、図5に示す周期が異なる3種の変動成分を、所定周期よりも長い長周期側の変動成分と所定周期以下の短周期側の変動成分との2つの変動成分に区分する。例えば、長周期の変動成分を長周期側の変動成分とし、短周期の変動成分および微小変動成分を短周期側の変動成分としてもよい。或いは、長周期の変動成分および短周期の変動成分を長周期側の変動成分とし、微小変動成分を短周期側の変動成分としてもよい。 Here, FIG. 5 is a diagram showing output fluctuations of a photovoltaic power generation system as an example of output fluctuations of a renewable energy power generation system. As shown in FIG. 5, the output fluctuation of the photovoltaic power generation system may include a long-period fluctuation component of more than ten minutes and a short-period fluctuation component of more than several minutes and less than ten minutes. . Furthermore, the output fluctuation of the photovoltaic power generation system may include minute fluctuation components of several minutes or less. In the present embodiment, the three types of fluctuation components with different periods shown in FIG. 5 are divided into two fluctuation components: a long-period fluctuation component longer than a predetermined period and a short-period fluctuation component shorter than or equal to a predetermined period. . For example, the long-period fluctuation component may be the long-period fluctuation component, and the short-period fluctuation component and the minute fluctuation component may be the short-period fluctuation component. Alternatively, the long-period fluctuation component and the short-period fluctuation component may be set as the long-period fluctuation component, and the minute fluctuation component may be set as the short-period fluctuation component.
分配処理部54は、合成出力検出部52からの合成出力電力を短周期側の変動成分と長周期側の変動成分とに分離し、合成出力電力の短周期側の変動成分は第1蓄電池30の充放電によって緩和し、合成出力電力の長周期側の変動成分は第2蓄電池40の充放電によって緩和するように、第1蓄電池30または第2蓄電池40の充放電を分配制御する。具体的には、分配処理部54は、合成出力電力の短周期側の変動成分または長周期側の変動成分の変化量に基づいて、第1蓄電池30または第2蓄電池40の充放電の電気量を求め、求めた充放電の電気量に基づいて基準を充足するよう第1蓄電池30または第2蓄電池40の充放電を分配制御する。
The
図3は、分配処理部54の構成の一例を示す図である。図3に示す分配処理部54は、第1ローパスフィルタ541と、第2ローパスフィルタ542と、減算器543と、分配制御部544とを有する。
FIG. 3 is a diagram showing an example of the configuration of the
第2ローパスフィルタ542は、合成出力電力を入力し、合成出力電力の変動成分における短周期側の変動成分をカットして、合成出力電力の変動成分における長周期側の変動成分を出力する。減算器543は、合成出力電力と第2ローパスフィルタ542の出力とを入力し、合成出力電力の変動成分から長周期側の変動成分を減算して、合成出力電力の変動成分における短周期側の変動成分を出力する。第1ローパスフィルタ541は、減算器543の出力を入力し、合成出力電力の変動成分における短周期側の変動成分を出力する。
The second low-
分配制御部544は、第1ローパスフィルタ541からの合成出力電力の変動成分における短周期側の変動成分が所定周期以下の短周期側の変動成分を含む場合、第1蓄電池30と発電システム200との第1接続を行うように切換器20を制御し、第1蓄電池30の充放電を制御する。具体的には、分配制御部544は、合成出力電力の短周期側の変動成分の変化量に基づいて、第1蓄電池30の充放電の電気量を求め、求めた充放電の電気量に基づいて基準を充足するよう第1蓄電池30の充放電を制御する。例えば、分配制御部544は、合成出力電力の短周期側の変動成分の変化量を平滑化フィルタにより平滑化することにより、基準を充足する目標値を生成し、この目標値に対する合成出力電力の過不足を第1蓄電池30の充放電によって補うための、第1蓄電池30の充放電の要求指令値を生成する。
When the fluctuation component on the short-cycle side of the fluctuation component of the combined output power from the first low-
一方、分配制御部544は、第2ローパスフィルタ542からの合成出力電力の変動成分における長周期側の変動成分が所定周期よりも長い長周期側の変動成分を含む場合、第2蓄電池40と発電システム200との第2接続を行うように切換器20を制御し、第2蓄電池40の充放電を制御する。具体的には、分配制御部544は、合成出力電力の長周期側の変動成分の変化量に基づいて、第2蓄電池40の充放電の電気量を求め、求めた充放電の電気量に基づいて基準を充足するよう第2蓄電池40の充放電を制御する。例えば、分配制御部544は、合成出力電力の長周期側の変動成分の変化量を平滑化フィルタにより平滑化することにより、基準を充足する目標値を生成し、この目標値に対する合成出力電力の過不足を第2蓄電池40の充放電によって補うための、第2蓄電池40の充放電の要求指令値を生成する。
On the other hand, if the long-period fluctuation component in the fluctuation component of the combined output power from the second low-
所定周期は、5分以上30分以下、好ましくは10分(図5の短周期の変動成分と長周期の変動成分との境界値相当)である。或いは、所定周期は、10秒以上5分以下、好ましくは1分(図5の微小変動成分と短周期の変動成分との境界値相当)である。また、第1ローパスフィルタ541および第2ローパスフィルタ542のカットオフ周波数は、所定周期に応じて設定されればよい。
The predetermined cycle is 5 minutes or more and 30 minutes or less, preferably 10 minutes (corresponding to the boundary value between the short-cycle fluctuation component and the long-cycle fluctuation component in FIG. 5). Alternatively, the predetermined cycle is 10 seconds or more and 5 minutes or less, preferably 1 minute (corresponding to the boundary value between the minute fluctuation component and the short-cycle fluctuation component in FIG. 5). Also, the cutoff frequencies of the first low-
更に、分配制御部544は、第1ローパスフィルタ541からの合成出力電力の変動成分および第2ローパスフィルタ542からの合成出力電力の変動成分のいずれか一方が所定振幅以上の大振幅の変動を含む場合、第1蓄電池30と発電システム200との第1接続を行うように切換器20を制御し、第1蓄電池30の充放電を制御する。具体的には、分配制御部544は、合成出力電力の高出力変動の変化量に基づいて、第1蓄電池30の充放電の電気量を求め、求めた充放電の電気量に基づいて基準を充足するよう第1蓄電池30の充放電を制御する。例えば、分配制御部544は、合成出力電力の高出力変動の変化量を平滑化フィルタにより平滑化することにより、基準を充足する目標値を生成し、この目標値に対する合成出力電力の過不足を第1蓄電池30の充放電によって補うための、第1蓄電池30の充放電の要求指令値を生成する。
Furthermore, the
一方、分配制御部544は、第1ローパスフィルタ541からの合成出力電力の変動成分および第2ローパスフィルタ542からの合成出力電力の変動成分のいずれか一方が所定振幅よりも小さい小振幅の変動を含む場合、第2蓄電池40と発電システム200との第2接続を行うように切換器20を制御し、第2蓄電池40の充放電を制御する。具体的には、分配制御部544は、合成出力電力の低出力変動の変化量に基づいて、第2蓄電池40の充放電の電気量を求め、求めた充放電の電気量に基づいて基準を充足するよう第2蓄電池40の充放電を制御する。例えば、分配制御部544は、合成出力電力の低出力変動の変化量を平滑化フィルタにより平滑化することにより、基準を充足する目標値を生成し、この目標値に対する合成出力電力の過不足を第2蓄電池40の充放電によって補うための、第2蓄電池40の充放電の要求指令値を生成する。
On the other hand,
ここで、例えば、発電システム200の定格発電電力に対する第1蓄電池30の最大充放電電力は2.0pu以下(好ましくは1.5pu)であり、蓄電池所定容量は0.3pu・h以上0.8pu・h以下(好ましくは0.5pu・h)であるように設計される。一方、例えば、発電システム200の定格発電電力に対する第2蓄電池40の最大充放電電力は1.0pu以下(好ましくは0.5pu)であり、蓄電池所定容量は1.0pu・h以上2.0pu・h以下(好ましくは0.8pu・h)であるように設計される。ここで、puとは、発電システム200の定格出力を1としたときの電力の割合を示し、pu・hは、1puで1時間充放電したときの電力量に相当する。
これより、所定振幅は、第2蓄電池の充放電性能で決まり、発電システム200の定格出力電力に対する第2蓄電池40の最大充放電電力の割合である0.5pu以上1.0pu以下であればよい。
Here, for example, the maximum charge/discharge power of the
Therefore, the predetermined amplitude is determined by the charge/discharge performance of the second storage battery, and may be 0.5 pu or more and 1.0 pu or less, which is the ratio of the maximum charge/discharge power of the
以上の構成により、指令値配分制御部50は、発電システム200の出力変動が、所定周期以下の短周期側の変動、または、所定振幅以上の高出力の変動の場合、第1蓄電池30の充放電により、発電システムの出力変動を抑制する。一方、発電システム200の出力変動が、所定周期よりも長い長周期側の変動、または、所定振幅よりも小さい低出力の変動の場合、指令値配分制御部50は、第2蓄電池40の充放電により、発電システムの出力変動を抑制する。
With the above configuration, the command value
本実施形態では、ローパスフィルタと減算器とを組み合わせることにより、合成出力電力における長周期側の変動成分と短周期側の変動成分とを分離した。しかし、合成出力電力における長周期側の変動成分と短周期側の変動成分との分離方法はこれに限定されない。例えば、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタおよびバントパスフィルタ等の各種フィルタ、および、減算器および加算器等の論理演算器を適宜組み合わせることにより、合成出力電力における長周期側の変動成分と短周期側の変動成分とを分離可能である。 In this embodiment, by combining a low-pass filter and a subtractor, the long-cycle fluctuation component and the short-cycle fluctuation component in the combined output power are separated. However, the method of separating the long-cycle fluctuation component and the short-cycle fluctuation component in the combined output power is not limited to this. For example, by appropriately combining various filters such as low-pass filters, high-pass filters, and band-pass filters, and logic operators such as subtractors and adders, fluctuation components on the long-cycle side and fluctuations on the short-cycle side in the combined output power components can be separated.
第1蓄電池SOC・DOD管理部56は、第1蓄電池状態監視・保護機能部34より通知を受けた、第1蓄電池30の電圧値、電流値および温度等の種々のパラメータに基づいて、第1蓄電池30の残容量(State of Charge:SOC)または放電深度(Depth of Discharge:DOD)を管理する。例えば、第1蓄電池SOC・DOD管理部56は、第1蓄電池30のSOCまたはDODが10%以上(好ましくは15%以上)90%以下(好ましくは85%以下)である場合は、第1蓄電池30と発電システム200との間の充放電を行うように、第1蓄電池30と発電システム200との第1接続を行うことを許可する。一方、第1蓄電池SOC・DOD管理部56は、第1蓄電池30のSOCまたはDODが10%よりも小さい(好ましくは15%よりも小さい)場合は、第1蓄電池30から発電システム200への放電を行わないように、第1蓄電池30と発電システム200との第1接続を行うことを許可しない。同様に、第1蓄電池SOC・DOD管理部56は、第1蓄電池30のSOCまたはDODが90%よりも大きい(好ましくは85%よりも大きい)場合は、発電システム200から第1蓄電池30への充電を行わないように、第1蓄電池30と発電システム200との第1接続を行うことを許可しない。
The first storage battery SOC/
第2蓄電池SOC・DOD管理部57は、第2蓄電池状態監視・保護機能部44より通知を受けた、第2蓄電池40の電圧値、電流値および温度等の種々のパラメータに基づいて、第2蓄電池40の残容量(State of Charge:SOC)および放電深度(Depth of Discharge:DOD)を管理する。例えば、第2蓄電池SOC・DOD管理部57は、第2蓄電池40のSOCまたはDODが20%以上(好ましくは25%以上)80%以下(好ましくは75%以下)である場合は、第2蓄電池40と発電システム200との間の充放電を行うように、第2蓄電池40と発電システム200との第2接続を行うことを許可する。一方、第2蓄電池SOC・DOD管理部57は、第2蓄電池40のSOCまたはDODが20%よりも小さい(好ましくは25%よりも小さい)場合は、第2蓄電池40から発電システム200への放電を行わないように、第2蓄電池40と発電システム200との第2接続を行うことを許可しない。同様に、第2蓄電池SOC・DOD管理部57は、第2蓄電池40のSOCまたはDODが80%よりも大きい(好ましくは75%よりも大きい)場合は、発電システム200から第2蓄電池40への充電を行わないように、第2蓄電池40と発電システム200との第2接続を行うことを許可しない。
The second storage battery SOC/
なお、図2に示すように、第1蓄電池SOC・DOD管理部56は、第1蓄電池制御部32に配設されてもよいし、第2蓄電池SOC・DOD管理部57は、第2蓄電池制御部42に配設されてもよい。
Note that, as shown in FIG. 2, the first storage battery SOC/
これにより、指令値配分制御部50は、第1接続を行う場合、第1蓄電池SOC・DOD管理部56および第2蓄電池SOC・DOD管理部57と協働して、優先的に第1接続を行いつつ、第1蓄電池30のDODが例えば10%よりも小さいか或いは90%よりも大きい場合には、第1接続に代えて第2接続を行うようにしてもよい。同様に、指令値配分制御部50は、第2接続を行う場合、第1蓄電池SOC・DOD管理部56および第2蓄電池SOC・DOD管理部57と協働して、優先的に第2接続を行いつつ、第2蓄電池40のDODが例えば20%よりも小さいか或いは80%よりも大きい場合には、第2接続に代えて第1接続を行うようにしてもよい。なお、第1蓄電池30のDODが例えば10%よりも小さいか或いは90%よりも大きく、かつ、第2蓄電池40のDODが例えば20%よりも小さいか或いは80%よりも大きい場合、指令値配分制御部50は、第1接続および第2接続の両方を行わないようにしてもよい。
Accordingly, when performing the first connection, the command value
これにより、第1蓄電池30のSOCまたはDODが適正範囲(例えば10%~90%)を超過した場合、適正範囲に収まるように、速やかに適正範囲に引き戻すことができる。
As a result, when the SOC or DOD of the
また、指令値配分制御部50は、第1蓄電池SOC・DOD管理部56および第2蓄電池SOC・DOD管理部57と協働して、第1蓄電池30のDODが第2蓄電池40のDODよりも低い側に偏っている場合、第1蓄電池30と第2蓄電池40との第3接続を行い、第2蓄電池40から第1蓄電池30への充電を行うように切換器(例えば、上述した電力変換回路)20を制御する。一方、第2蓄電池40のDODが第1蓄電池30のDODよりも低い側に偏っている場合、指令値配分制御部50は、第1蓄電池30と第2蓄電池40との第3接続を行い、第1蓄電池30から第2蓄電池40への充電を行うように切換器(例えば、上述した電力変換回路)20を制御する。
In addition, the command value
ここで、蓄電池では、DODが深いほど劣化が促進される。この点に関し、本実施形態によれば、第1蓄電池30の容量が閾値(例えば15%)より減少したときに、第2蓄電池40の容量が規定値(例えば60%)以上であれば、第2蓄電池40を利用して第1蓄電池30を充電することができる。同様に、第2蓄電池40の容量が閾値(例えば25%)より減少したときに、第1蓄電池30の容量が規定値(例えば75%)以上であれば、第1蓄電池30を利用して第2蓄電池40を充電することができる。このとき、第1蓄電池30のDODを優先的に補正することが好ましい。
Here, in a storage battery, the deeper the DOD, the more accelerated the deterioration. Regarding this point, according to the present embodiment, when the capacity of the
また、指令値配分制御部50は、第1蓄電池SOC・DOD管理部56および第2蓄電池SOC・DOD管理部57と協働して、第1蓄電池30のDODの中心値50%に対する偏差と、第2蓄電池40のDODの中心値50%に対する偏差とが近づくように、第1蓄電池30と第2蓄電池40との第3接続を行い、第2蓄電池40から第1蓄電池30への充電を行うように、或いは第1蓄電池30から第2蓄電池40への充電を行うように、切換器(例えば、上述した電力変換回路)20を制御する。
In addition, the command value
具体的には、指令値配分制御部50は、電力消費の少ない夜間時間帯において、
・第1蓄電池30のDODを検出し、DODと中心値50%との偏差を求め、DODを50%とするための第1充放電電気量を算出し、
・同様に、第2蓄電池40のDODを検出し、DODと中心値50%との偏差を求め、DODを50%とするための第2充放電電気量を算出し、
・第1充放電電気量と第2充放電電気量との差分に基づいて、第3接続を行い、第2蓄電池40から第1蓄電池30への充電を行うように、或いは第1蓄電池30から第2蓄電池40への充電を行うように、切換器(例えば、上述した電力変換回路)20を制御する。
これにより、第1蓄電池30のDODの中心値50%に対する偏差と、第2蓄電池40のDODの中心値50%に対する偏差とがほぼ同じになるように、第1蓄電池30および第2蓄電池40のDODを調整する。
なお、第1蓄電池30および第2蓄電池40のDODが中心値50%に満たない場合は、指令値配分制御部50は、第1接続および第2接続を行うように切換器20を制御し、電力系統から第1蓄電池30および第2蓄電池40の充電を行ってもよい。
Specifically, the command value
Detect the DOD of the
・Similarly, the DOD of the
Based on the difference between the first charge/discharge quantity of electricity and the second charge/discharge quantity of electricity, the third connection is made to charge from the
As a result, the
Note that when the DOD of the
このとき、指令値配分制御部50は、
・第1蓄電池30の電圧、電流、温度、容量等の充放電に関する性能、第2蓄電池40の電圧、電流、温度、容量等の充放電に関する性能、および、切換器(例えば、上述した電力変換回路)20の電流、温度等の充放電に関する性能に基づいて、第1蓄電池30および第2蓄電池40を充放電するのに要する時間を算出し、
・夜間時間帯における充電完了目標時刻から、算出した必要充電時間だけ遡った時点を、第2蓄電池40から第1蓄電池30への充電、或いは第1蓄電池30から第2蓄電池40への充電の開始時刻として設定してもよい。
At this time, the command value
Performance related to charge and discharge such as voltage, current, temperature and capacity of the
・Charging from the
また、指令値配分制御部50は、上位監視制御システム300の上位監視制御装置310から、通信部58を介して受信するリクエストに応じて、電力系統の需給バランスの崩れによる周波数変動を抑制するように、蓄電システム100の充放電動作を制御する。
In addition, the command value
通信部58は、例えば公知の有線または無線の通信規格に従う通信インターフェースである。
The
第1蓄電池制御部32、第2蓄電池制御部42および指令値配分制御部50(通信部58および記憶部59を除く)は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の1または複数の演算プロセッサで構成される。第1蓄電池制御部32、第2蓄電池制御部42および指令値配分制御部50(通信部58および記憶部59を除く)の各種機能は、例えば記憶部59に格納された所定のソフトウェア(プログラム)を実行することで実現される。第1蓄電池制御部32、第2蓄電池制御部42および指令値配分制御部50(通信部58および記憶部59を除く)の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア(電子回路)のみで実現されてもよい。
The first storage
記憶部59は、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)またはSSD(Solid State Drive)等の書き換え可能なメモリである。記憶部59は、上述した第1蓄電池制御部32、第2蓄電池制御部42および指令値配分制御部50の各種機能を実行するための所定のソフトウェア(プログラム)を格納する。また、記憶部59は、上述した所定周期および所定振幅等の種々の設定値を予め記憶する。
The
以上説明したように、本実施形態に係るハイブリッド蓄電システム100によれば、短時間に大電力の充放電が可能な第1蓄電池30と、大容量の第2蓄電池40を備え、発電システム200の出力変動が所定周期以下の短周期側の変動を含む場合、第1蓄電池30と発電システム200との第1接続を行うように切換器20を制御し、発電システム200の出力変動が所定周期よりも長い長周期側の変動を含む場合、第2蓄電池40と発電システム200との第2接続を行うように切換器20を制御する。これにより、比較的に長い周期の変動と比較的に短い周期の変動とを含む再生可能エネルギー発電システムの出力変動を抑制することができる。
As described above, according to the hybrid
また、本実施形態に係るハイブリッド蓄電システム100によれば、第1蓄電池30として、優れた寿命特性かつ広いSOC範囲を有する、負極にチタン酸リチウムを用いたリチウムイオン二次電池(LTO電池)を用い、第2蓄電池40として大容量の蓄電池を用いる。これにより、ハイブリッド蓄電システム100の大容量、かつ、長寿命を実現することができる。
In addition, according to the hybrid
また、本実施形態に係るハイブリッド蓄電システム100によれば、発電システム200の急激な出力変動と緩慢な出力変動とに仮想的に分けて、急激な出力変動を第1蓄電池30に吸収させる。これにより、第2蓄電池40の充放電回数を減らす(つまり、出し入れする充放電電気量を最小限に絞る)ことができ、ハイブリッド蓄電システム100の長寿命化と小型化とを両立させることができる。
Further, according to the hybrid
例えば、第2蓄電池40に用いられるリチウムイオン二次電池の容量は、充放電を繰返すと減少(劣化)する。例えば、充電満了時の容量が初期容量の70%に低下する充放電サイクル回数は数千回である。そのため、所望の容量に対して余裕を持たせるとともに劣化を見込んで、容量を所望の容量よりも大きくしておく必要があり、大型となるという課題があった。
For example, the capacity of the lithium-ion secondary battery used for the
また、負極活物質としてカーボンを用いたリチウムイオン電池では、高出力の変動に対応しようとして充放電電流を大きくすると、容量劣化に至る充放電サイクル回数が減少する。そのため、負極活物質としてカーボンを用いたリチウムイオン電池では、充放電電流を所定の範囲に制限する必要がある(例えば、1C以下、好ましくは0.7C以下、より好ましくは0.5C以下)。そのため、高出力型の電池を、負極活物質としてカーボンを用いたリチウムイオン電池で構成する場合、所望の高出力に応じた数だけリチウムイオン電池を設ける必要があり、大型となるという課題があった。 In addition, in a lithium ion battery using carbon as a negative electrode active material, if the charge/discharge current is increased in order to cope with fluctuations in high output, the number of charge/discharge cycles leading to capacity deterioration decreases. Therefore, in a lithium ion battery using carbon as a negative electrode active material, it is necessary to limit the charge/discharge current to a predetermined range (for example, 1 C or less, preferably 0.7 C or less, more preferably 0.5 C or less). Therefore, when a high-output type battery is composed of a lithium-ion battery using carbon as a negative electrode active material, it is necessary to provide the lithium-ion batteries in the number corresponding to the desired high output, which poses a problem of increasing the size. rice field.
この点に関し、本実施形態によれば、第1蓄電池、すなわち高出力型の電池として、負極活物質としてチタン酸リチウムを用いたリチウムイオン電池(LTO電池)、すなわち優れた寿命特性かつ広いSOC範囲を有するLTO電池を用いるので、小型化を実現することができる。 In this regard, according to the present embodiment, the first storage battery, that is, a high-power battery, is a lithium ion battery (LTO battery) using lithium titanate as a negative electrode active material, that is, excellent life characteristics and a wide SOC range. can be downsized.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、第1蓄電池と第2蓄電池とが直流状態で並列接続される形態を例示したが、第1蓄電池と第2蓄電池とは直流交流変換後の交流状態で並列接続されてもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, the first storage battery and the second storage battery are connected in parallel in a DC state, but the first storage battery and the second storage battery are connected in parallel in an AC state after DC-AC conversion. may
1 電力供給システム
3 変圧器
5 電力計
10 AC/DCコンバータ
20 切換器
30 第1蓄電池
32 第1蓄電池制御部
34 第1蓄電池状態監視・保護機能部
36 第1蓄電池SOC・DOD管理部
40 第2蓄電池
42 第2蓄電池制御部
44 第2蓄電池状態監視・保護機能部
46 第2蓄電池SOC・DOD管理部
50 指令値配分制御部
52 合成出力検出部
54 分配処理部
58 通信部
59 記憶部
100 ハイブリッド蓄電システム
200 再生可能エネルギー発電システム
210 AC/DCコンバータ
220 再生可能エネルギー発電部
300 上位監視制御システム
310 上位監視制御装置
320 通信網
330 ゲートウェイ
541 第1ローパスフィルタ(第1LPF)
542 第2ローパスフィルタ(第1LPF)
543 減算器
544 分配制御部
1
542 second low-pass filter (first LPF)
543
Claims (11)
異なる2種類の第1蓄電池および第2蓄電池と、
前記第1蓄電池と前記発電システムとの第1接続の切換、および、前記第2蓄電池と前記発電システムとの第2接続の切換を行う切換器と、
前記切換器を制御する制御部と、
を備え、
前記第1蓄電池は、前記第2蓄電池と比較して、短時間に大電力の充放電が可能な蓄電池であり、
前記第2蓄電池は、前記第1蓄電池と比較して、大容量の蓄電池であり、
前記制御部は、
前記発電システムの出力変動が、所定周期以下の短周期側の変動を含む場合、前記第1接続を行うように前記切換器を制御し、
前記発電システムの出力変動が、前記所定周期よりも長い長周期側の変動を含む場合、前記第2接続を行うように前記切換器を制御する、
ハイブリッド蓄電システム。 A hybrid power storage system that is connected in parallel to a power generation system that generates power using renewable energy and suppresses output fluctuations of the power generation system,
two different types of first storage battery and second storage battery;
a switch for switching a first connection between the first storage battery and the power generation system and for switching a second connection between the second storage battery and the power generation system;
a control unit that controls the switch;
with
The first storage battery is a storage battery capable of charging and discharging high power in a short time compared to the second storage battery,
The second storage battery is a large-capacity storage battery compared to the first storage battery,
The control unit
controlling the switch to make the first connection when the output fluctuation of the power generation system includes a fluctuation on the short-period side of a predetermined period or less;
controlling the switch to make the second connection when the output fluctuation of the power generation system includes a long-period fluctuation longer than the predetermined period;
Hybrid energy storage system.
前記発電システムの出力変動が、所定振幅以上の大振幅の変動を含む場合にも、前記第1接続を行うように前記切換器を制御し、
前記発電システムの出力変動が、前記所定振幅よりも小さい小振幅の変動を含む場合にも、前記第2接続を行うように前記切換器を制御する、
請求項1~3のいずれか1項に記載のハイブリッド蓄電システム。 The control unit further
controlling the switch to make the first connection even when the output fluctuation of the power generation system includes a large amplitude fluctuation equal to or greater than a predetermined amplitude;
controlling the switch to make the second connection even when the output fluctuation of the power generation system includes a small amplitude fluctuation smaller than the predetermined amplitude;
The hybrid power storage system according to any one of claims 1 to 3.
前記第2蓄電池は、リチウムイオン電池、NaS電池、鉛蓄電池、または、ニッケル水素電池である、
請求項1~5のいずれか1項に記載のハイブリッド蓄電システム。 The first storage battery is a lithium ion battery using lithium titanate as a negative electrode material,
The second storage battery is a lithium ion battery, a NaS battery, a lead storage battery, or a nickel metal hydride battery,
The hybrid power storage system according to any one of claims 1 to 5.
前記第1蓄電池の放電深度が10%以上90%以下である場合、前記第1接続を行うことを許可し、
前記第1蓄電池の放電深度が10%よりも小さい場合、前記第1蓄電池の放電を行わないように、前記第1接続を行うことを許可せず、
前記第1蓄電池の放電深度が90%よりも大きい場合、前記第1蓄電池の充電を行わないように、前記第1接続を行うことを許可しない、
請求項1~6のいずれか1項に記載のハイブリッド蓄電システム。 The control unit
permitting the first connection when the depth of discharge of the first storage battery is 10% or more and 90% or less;
disallowing the first connection so as not to discharge the first storage battery when the depth of discharge of the first storage battery is less than 10%;
disallowing the first connection so as not to charge the first storage battery when the depth of discharge of the first storage battery is greater than 90%;
The hybrid power storage system according to any one of claims 1-6.
前記第2蓄電池の放電深度が20%以上80%以下である場合、前記第2接続を行うことを許可し、
前記第2蓄電池の放電深度が20%よりも小さい場合、前記第2蓄電池の放電を行わないように、前記第2接続を行うことを許可せず、
前記第2蓄電池の放電深度が80%よりも大きい場合、前記第2蓄電池の充電を行わないように、前記第2接続を行うことを許可しない、
請求項1~6のいずれか1項に記載のハイブリッド蓄電システム。 The control unit
permitting the second connection when the depth of discharge of the second storage battery is 20% or more and 80% or less;
disallowing the second connection so as not to discharge the second storage battery when the depth of discharge of the second storage battery is less than 20%;
disallowing the second connection so as not to charge the second storage battery when the depth of discharge of the second storage battery is greater than 80%;
The hybrid power storage system according to any one of claims 1-6.
前記制御部は、
前記第1蓄電池の放電深度が前記第2蓄電池の放電深度よりも低い側に偏っている場合、前記第3接続を行い、前記第2蓄電池から前記第1蓄電池への充電を行うように前記切換器を制御し、
前記第2蓄電池の放電深度が前記第1蓄電池の放電深度よりも低い側に偏っている場合、前記第3接続を行い、前記第1蓄電池から前記第2蓄電池への充電を行うように前記切換器を制御する、
請求項1~8のいずれか1項に記載のハイブリッド蓄電システム。 The switch further switches a third connection between the first storage battery and the second storage battery,
The control unit
When the depth of discharge of the first storage battery is biased to a lower side than the depth of discharge of the second storage battery, the third connection is made, and the switching is performed to charge the first storage battery from the second storage battery. control the instrument,
When the depth of discharge of the second storage battery is biased to a lower side than the depth of discharge of the first storage battery, the third connection is made, and the switching is performed to charge the second storage battery from the first storage battery. to control the instrument,
The hybrid power storage system according to any one of claims 1-8.
前記制御部は、電力消費の少ない夜間時間帯において、前記第1蓄電池の放電深度の中心値50%に対する偏差と、前記第2蓄電池の放電深度の中心値50%に対する偏差とが近づくように、前記第3接続を行い、前記第2蓄電池から前記第1蓄電池への充電を行うように、或いは前記第1蓄電池から前記第2蓄電池への充電を行うように、前記切換器を制御する、
請求項1~9のいずれか1項に記載のハイブリッド蓄電システム。 The switch further switches a third connection between the first storage battery and the second storage battery,
In a nighttime period when power consumption is low, the control unit causes the deviation of the depth of discharge of the first storage battery from the center value of 50% to approach the deviation of the depth of discharge of the second storage battery from the center value of 50%, controlling the switch so as to make the third connection and charge from the second storage battery to the first storage battery or to charge from the first storage battery to the second storage battery;
The hybrid power storage system according to any one of claims 1 to 9.
前記第1蓄電池、前記第2蓄電池、および前記切換器の前記第3接続、の充放電に関する性能に基づいて、前記第1蓄電池および前記第2蓄電池を充放電するのに要する必要充電時間を算出し、
夜間時間帯における充電完了目標時刻から、算出した前記必要充電時間だけ遡った時点を、前記第2蓄電池から前記第1蓄電池への充電、或いは前記第1蓄電池から前記第2蓄電池への充電の開始時刻として設定する、
請求項10に記載のハイブリッド蓄電システム。 The control unit
A required charging time required to charge/discharge the first storage battery and the second storage battery is calculated based on the charging/discharging performance of the first storage battery, the second storage battery, and the third connection of the switch. death,
Starting charging from the second storage battery to the first storage battery or charging from the first storage battery to the second storage battery at a point in time preceding the calculated required charging time from the charging completion target time in the nighttime period. set as time,
The hybrid power storage system according to claim 10.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2021056387A JP2022153715A (en) | 2021-03-30 | 2021-03-30 | Hybrid power storage system |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7614466B1 (en) | 2024-06-20 | 2025-01-15 | 三菱電機株式会社 | Remote control system, remote control device, gateway, remote control method, control method, and program |
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2021
- 2021-03-30 JP JP2021056387A patent/JP2022153715A/en active Pending
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