JP7787751B2

JP7787751B2 - 電力システム

Info

Publication number: JP7787751B2
Application number: JP2022038039A
Authority: JP
Inventors: 祐輔伯田; 修二戸村; 也寸志天野; 智彦神保; 芳海河村
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2022-03-11
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2025-12-17
Anticipated expiration: 2042-03-11
Also published as: JP2023132618A

Description

本発明は、電力システムに関する。

充放電可能なバッテリと太陽電池を組み合わせた電力システムにおいて、太陽電池パネルに接続されているパワー・コンディショナ・システム（ＰＣＳ：Power Conditioning System）からの有効電力出力量とバッテリに接続されている電力制御システムからの充放電量を調整することで電力系統側からの出力抑制指令に追従させることを可能とした構成が開示されている（非特許文献１）。

また、容量が大きく出力が小さい容量型バッテリと容量に対する出力の値が大きいパワー型バッテリの２種類のバッテリを採用した複合型の蓄電貯蔵システムが開示されている（特許文献１）。容量型バッテリはリチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）、ニッケル水素、（Ｎｉ－ＭＨ）、鉛バッテリ等とされ、パワー型バッテリはキャパシタ等とされている。蓄電貯蓄システムにおいて２種類のバッテリを使用することによって、バッテリが充放電を行う過程において容量劣化が加速する高ＳＯＣ領域（例えば８０％以上）や低ＳＯＣ領域（例えば２０～３０％以下）を避けてＳＯＣが５０％近傍の領域で動作させることが可能になる。また、電力系統が瞬時的に高電力を必要とする状況下では主にパワー型バッテリから出力し、低出力ではあるが長時間電力を必要とする状況下では主に容量型バッテリから出力する等、用途に応じて種類の異なるバッテリの使い分けができる。

特開２０１９－１９８１４９号公報

Hikaru Akutsu, Kenji Hirata, Akihiro Ohori, Nobuyuki Hattori and Yoshito Ohta,"Decentralized Control Approach to Power Curtailment Instruction problem for PV Generation Plants with Storage",2017 11th Asian Control Conference (ASCC).

ところで、非特許文献１における電力システムでは、電力会社からのシステム要求電力に追従させることは可能であるが、複数の異種バッテリにおいて高容量・低出力型バッテリと低容量・高出力型バッテリのそれぞれの特性を活かした制御ができない。

また、特許文献１における蓄電貯蓄システムでは、特性の異なる異種バッテリを効率的に動作させることは可能であるが、主にシステムを管理する中央サーバがバッテリの情報（ＳＯＣ等）に基づいてすべてのバッテリの出力を決定する集中制御方式を採用している。特許文献１には、「集中制御方式の代わりに、個々のバッテリ出力を分散制御する方式を採用しても良い」と記載されているが、どのような分散制御方式で制御を行うのか、目標追従性は確保されているのか等の具体的な記載はない。すなわち、分散制御については何ら示唆されておらず、システムの効率的な運用をどのように行うのか不明である。

本発明の１つの態様は、第１バッテリと、前記第１バッテリより低容量及び高出力の第２バッテリと、を含み、システム要求電力値と前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの総入出力電力値との差分値を小さくするように前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの入出力電力を制御する、電力システムであって、前記第１バッテリのＳＯＣと、前記システム要求電力値における長周期成分及び前記差分値における長周期成分と、の関係に応じて前記第１バッテリの入出力電力を制御し、前記第２バッテリのＳＯＣと、前記システム要求電力値及び前記差分値と、の関係に応じて前記第２バッテリの入出力電力を制御することを特徴とする電力システムである。

ここで、前記システム要求電力値における長周期成分及び前記差分値における長周期成分が放電要求時を示している場合、前記第１バッテリのＳＯＣが大きいほど前記第１バッテリからの出力電力が大きくなるように制御を行うことが好適である。

また、前記システム要求電力値における長周期成分及び前記差分値における長周期成分が充電要求時を示している場合、前記第１バッテリのＳＯＣが大きいほど前記第１バッテリへの入力電力が小さくなるように制御を行うことが好適である。

また、前記第１バッテリのＳＯＣに応じて、前記第１バッテリの入出力電力に制限をかけることが好適である。

また、前記システム要求電力値及び前記差分値が放電要求時を示している場合、前記第２バッテリのＳＯＣが大きいほど前記第２バッテリからの出力電力が大きくなるように制御を行うことが好適である。

また、前記システム要求電力値及び前記差分値が充電要求時を示している場合、前記第２バッテリのＳＯＣが大きいほど前記第２バッテリへの入力電力が小さくなるように制御を行うことが好適である。

また、前記第２バッテリのＳＯＣに応じて、前記第２バッテリの入出力電力に制限をかけることが好適である。

また、前記第２バッテリのＳＯＣの変動が所定の変動範囲に収まるように前記第２バッテリの入出力を制限することが好適である。

また、前記システム要求電力値における長周期成分及び前記差分値における長周期成分を抽出するローパスフィルタを備えることが好適である。

本発明によれば、異なる種類のバッテリの特性を生かしつつ、総出力をシステム要求電力に追従させることができる。

本発明の実施の形態における電力システムの構成を示す図である。本発明の実施の形態における電力システムの制御ロジックを示す図である。本発明の実施の形態における電力システムの制御方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態における第１バッテリの制御方法を示すフローチャートである。バッテリモデルを説明する図である。本発明の実施の形態におけるゲインの設定方法を説明する図である。本発明の実施の形態における出力指令値の設定方法を説明する図である。本発明の実施の形態における第２バッテリの制御方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態における充放電要求量の設定方法を説明する図である。本発明の実施例におけるシステム要求電力のパターンを説明する図である。本発明の実施例におけるシミュレーション結果を示す図である。本発明の実施例におけるシミュレーション結果を示す図である。

本発明の実施の形態における電力システム１００は、図１に示すように、電力系統１０、パワー・コンディショナ・システム（ＰＣＳ）１２、第１バッテリ１４及び第２バッテリ１６を含んで構成される。電力システム１００は、電力系統１０側から要求される電力（システム要求電力）に応じて、パワー・コンディショナ・システム１２の制御によって２種類の第１バッテリ１４及び第２バッテリ１６に対して適切に出力電力を分配して出力する。すなわち、中央サーバ等から集中制御を行うことなく、電力システム１００に設けられたパワー・コンディショナ・システム１２によって分散的に電力制御が行われる。

電力システム１００は、定置用の蓄電システムとしての運用のみならず、電気自動車、ハイブリッド自動車、航空機等の移動体の電力システムとしても運用することができる。

本実施の形態では、第１バッテリ１４は、高容量及び低出力型のバッテリとする。また、第２バッテリ１６は、第１バッテリ１４よりも低容量及び高出力型のバッテリとする。例えば、第１バッテリ１４は、リチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）バッテリとすることができる。また、例えば、第２バッテリ１６は、ニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）バッテリとすることができる。なお、本実施の形態では、２つの第２バッテリ１６ａ及び第２バッテリ１６ｂを設けた構成例としている。

ただし、第１バッテリ１４及び第２バッテリ１６の種類及び個数は、これらに限定されるものではなく、必要に応じて他の種類のバッテリを採用したり、個数を変更したりしてもよい。

図２は、電力システム１００において第１バッテリ１４及び第２バッテリ１６の総出力をシステム要求電力Ｐ_ｒに追従させるための制御ロジックを示す。パワー・コンディショナ・システム１２は、当該制御ロジックに基づいて電力システム１００における電力の供給や充電を制御する。図３は、本実施の形態における電力システム１００の制御方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１０では、電力系統からのシステム要求電力Ｐ_ｒと時定数Ｔ_ｐに基づいて、数式（１）に基づいてシステム全体の出力目標電力Ｐ_ｃｒを決定する。ここで、時定数Ｔ_ｐは、電力伝達や計測を考慮した遅れの時定数である。

ステップＳ１２では、第１バッテリ１４及び第２バッテリ１６から電力系統１０へ供給される供給電力Ｐ_ｃｏの計測が行われる。ここで、供給電力Ｐｃｏは、第１バッテリ１４及び第２バッテリ１６の総出力電力Ｐ並びに時定数Ｔ_ｐと数式（２）の関係がある。

なお、第１バッテリ１４及び第２バッテリ１６の総出力電力Ｐは、数式（３）によって算出することができる。ここで、第１バッテリ１４の出力電力Ｐ_Ｌｉ、第２バッテリ１６ａの出力電力Ｐ_Ｎｉ－１、第２バッテリ１６ｂの出力電力Ｐ_Ｎｉ－２である。

ステップＳ１４では、数式（４）を用いて出力目標電力Ｐ_ｃｒと供給電力Ｐ_ｃｏとの差分である電力差分値ｅを算出する。電力システム１００における制御は、供給電力Ｐ_ｃｏを出力目標電力Ｐ_ｃｒに追従させることであり、すなわち電力差分値ｅを最小にすることである。

ステップＳ１６では、高容量の第１バッテリ１４におけるＳＯＣが緩やかに変化するようにシステム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分に対応させるため、電力差分値ｅの長周期成分ｅ_ｌとシステム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌを抽出する。長周期成分の抽出は、図２に示すように、例えばローパスフィルタを用いることができる。ここで、長周期とは、１０分以上の周期とすることが好適である。高容量の第１バッテリ１４における長周期成分に対する処理については後述する。

ステップＳ１８では、システム要求電力Ｐ_ｒの短周期成分に加えて、高容量の第１バッテリ１４における長周期成分に対する制御によって入出力できなかった不足分に対応させるために第１バッテリ１４に対して低容量の第２バッテリ１６の制御を行う。ここで、短周期とは、ステップＳ１６における長周期未満の周期とすることが好適である。低容量の第２バッテリ１６における短周期成分に対する処理については後述する。

電力システム１００の制御を続ける場合、ステップＳ１０～ステップＳ１８の処理を繰り返す。

＜長周期成分の処理＞
図４は、メインルーチンのステップＳ１６において、第１バッテリ１４を長周期制御する際の制御方法を示す。電力差分値ｅの長周期成分ｅ_ｌ及びシステム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌを用いて第１バッテリ１４を以下のように制御する。

ステップＳ２０では、電力差分値ｅの長周期成分ｅ_ｌ及びシステム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌを取得する。

ステップＳ２２では、第１バッテリ１４のＳＯＣを算出する。バッテリのＳＯＣは、図５に示すバッテリモデルに基づいて算出することができる。すなわち、バッテリの出力電圧Ｖは、バッテリの開放電圧Ｖｏ、内部抵抗Ｒ及び出力電流Ｉを用いて数式（５）によって算出される。また、バッテリの電力Ｐと出力電流Ｖ及び出力電流Ｉとの関係は数式（６）で表される。

そして、バッテリのＳＯＣは数式（７）によって表される。ここで、バッテリの容量Ｃ、時刻ｔにおいてバッテリに蓄積されている電気量Ｑ（ｔ）、初期ＳＯＣをＳＯＣ（０）とする。

ステップＳ２４では、システム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌの正負号、電力差分値ｅの長周期成分ｅ_ｌ及び第１バッテリ１４のＳＯＣに基づいてゲインＫ_Ｌｉを決定する。ゲインＫ_Ｌｉは、図６の設定方法に示すように、システム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌの正負号、すなわち放電要求時であるか充電要求時であるかに応じて場合分けされて決定される。

システム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌが正のとき、すなわち放電要求時のときには、第１バッテリ１４のＳＯＣが所定の下限値以下ではゲインＫ_Ｌｉを０とする。これによって、バッテリの容量劣化抑制のために低ＳＯＣ状態である第１バッテリ１４からの放電は停止される。第１バッテリ１４のＳＯＣが下限値より大きく、上限値未満ではＳＯＣが増加するにつれてゲインＫ_Ｌｉを増加させる。例えば、第１バッテリ１４のＳＯＣに比例させてゲインＫ_Ｌｉを増加させる。これによって、複数のバッテリ間のＳＯＣが均一になるようにＳＯＣが高いバッテリほど放電出力が大きくなる。第１バッテリ１４のＳＯＣが上限値以上ではゲインＫ_Ｌｉを上限値に設定する。これによって、バッテリの容量劣化抑制のために高ＳＯＣ状態である第１バッテリ１４からの出力はゲインＫ_Ｌｉで決定される上限値に制限される。

システム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌが負のとき、すなわち充電要求時のときには、第１バッテリ１４のＳＯＣが上限値以上のときはゲインＫ_Ｌｉを０とする。これによって、バッテリの容量劣化抑制のために高ＳＯＣ状態である第１バッテリ１４への充電は停止される。第１バッテリ１４のＳＯＣが上限値より小さく下限値より大きい場合ではＳＯＣが低下するにつれてゲインＫ_Ｌｉを増加させる。例えば、第１バッテリ１４のＳＯＣの減少に比例させてゲインＫ_Ｌｉを増加させる。これによって、複数のバッテリ間のＳＯＣが均一になるようにＳＯＣが低いバッテリほど充電入力が大きくなる。第１バッテリ１４のＳＯＣが下限値以下ではゲインＫ_Ｌｉを上限値に設定する。これによって、バッテリの容量劣化抑制のために低ＳＯＣ状態である第１バッテリ１４への充電入力はゲインＫ_Ｌｉで決定される上限値に制限される。

なお、ＳＯＣの上限値及び下限値は、放電要求時及び充電要求時において同じ値としてもよいし、それぞれ異なる値に設定してもよい。また、ＳＯＣの上限値及び下限値は、バッテリ毎にそれぞれ異なる値に設定してもよい。

ステップＳ２６では、切替変数ψ_Ｌｉが算出される。すなわち、数式（８）を時間積分することによって切替変数ψ_Ｌｉを算出する。なお、ステップＳ２４の処理によって、第１バッテリ１４のＳＯＣが上限値又は下限値に到達した場合には切替変数ψ_Ｌｉは制限される。

ステップＳ２８では、第１バッテリ１４への出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）が決定される。出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）は、図７の決定方法に示すように、バッテリの入出力過多を抑制し、計測された供給電力Ｐ_ｃｏをシステム全体の出力目標電力Ｐ_ｃｒに追従させるためにシステム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌの正負号、すなわち放電要求時であるか充電要求時であるかに応じて場合分けされて決定される。

システム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌが正のとき、すなわち放電要求時のときには、切替変数ψ_Ｌｉが０以下では出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）を０に設定する。すなわち、バッテリが出力過多であり、切替変数ψ_Ｌｉが負になると出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）を０に設定することで第１バッテリ１４からの放電を停止する。切替変数ψ_Ｌｉが０より大きく所定の上限値未満では、切替変数ψ_Ｌｉが増加するにつれて出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）を増加させる。例えば、切替変数ψ_Ｌｉに比例させて出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）を増加させる。これによって、切替変数ψ_Ｌｉに応じた第１バッテリ１４の放電出力が得られる。切替変数ψ_Ｌｉが上限値以上では出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）を上限値に設定する。これによって、バッテリの出力不足が継続を避けることができる。出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）を上限値は、バッテリの容量の劣化を抑制できる値に設定することが好適である。また、出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）の上限値は、発熱による回路障害を抑制できる値に設定することも好適である。

システム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌが負のとき、すなわち充電要求時のときには、切替変数ψ_Ｌｉが０以上では出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）を０に設定する。すなわち、バッテリが充電過多であり、切替変数ψ_Ｌｉが正になると出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）を０に設定することで第１バッテリ１４への充電を停止する。切替変数ψ_Ｌｉが０より小さく所定の下限値より大きい場合、切替変数ψ_Ｌｉが減少するにつれて出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）を減少させる。例えば、切替変数ψ_Ｌｉの減少に比例させて出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）を減少させる。これによって、切替変数ψ_Ｌｉに応じた第１バッテリ１４への充電入力が得られる。切替変数ψ_Ｌｉが下限値以下では出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）を下限値に設定する。これによって、バッテリの充電過多の継続を避けることができる。出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）の下限値は、バッテリの容量の劣化を抑制できる値に設定することが好適である。

ステップＳ３０では、出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）に応じて第１バッテリ１４を制御する。すなわち、ステップＳ２８において設定された出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）に対応するように第１バッテリ１４に対する充放電が制御される。システム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌが正のとき、すなわち放電要求時のときには、第１バッテリ１４からの放電は０から出力指令値σ_Ｌｉ（ψ_Ｌｉ）の上限値に対応する出力電力Ｐ_{Ｌｉ－ｏｕｔ}の範囲において放電制御が行われる。システム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌが負のとき、すなわち充電要求時のときには、第１バッテリ１４への充電は０から下限値に対応する充電電力Ｐ_{Ｌｉ－ｉｎ}の範囲において充電制御が行われる。この充放電制御を行うための第１バッテリ１４の電流値は、数式（５）及び数式（６）を用いて算出することができる。また、第１バッテリ１４の充放電によるＳＯＣの変化は数式（７）にて算出される。当該ＳＯＣの算出値は、ステップＳ２４の処理にフィードバックされる。

なお、本実施の形態では第１バッテリ１４を１つ設けた構成としたが、複数の第１バッテリ１４を設けた場合にはバッテリ毎に上記処理を行えばよい。

＜短周期成分の処理＞
図８は、メインルーチンのステップＳ１８において、第２バッテリ１６を短周期制御する際の制御方法を示す。システム要求電力Ｐ_ｒ及び電力差分値ｅを用いて第２バッテリ１６を以下のように制御する。

ステップＳ３２では、システム要求電力Ｐ_ｒ及び電力差分値ｅを取得する。ステップＳ３４では、第２バッテリ１６のＳＯＣを算出する。バッテリのＳＯＣは、上記の長周期成分の処理と同様に算出することができる。

ステップＳ３６では、システム要求電力Ｐ_ｒの正負号、電力差分値ｅ及び第２バッテリ１６のＳＯＣに基づいてゲインＫ_Ｎｉを決定する。ゲインＫ_Ｎｉは、図６の設定方法に示すように、システム要求電力Ｐ_ｒの正負号、すなわち放電要求時であるか充電要求時であるかに応じて場合分けされて決定される。

システム要求電力Ｐ_ｒが正のとき、すなわち放電要求時のときには、第２バッテリ１６のＳＯＣが所定の下限値以下ではゲインＫ_Ｎｉを０とする。これによって、バッテリの容量劣化抑制のために低ＳＯＣ状態である第２バッテリ１６からの放電は停止される。第２バッテリ１６のＳＯＣが下限値より大きく、上限値未満ではＳＯＣが増加するにつれてゲインＫ_Ｎｉを増加させる。例えば、第２バッテリ１６のＳＯＣに比例させてゲインＫ_Ｎｉを増加させる。これによって、複数のバッテリ間のＳＯＣが均一になるようにＳＯＣが高いバッテリほど放電出力が大きくなる。第２バッテリ１６のＳＯＣが上限値以上ではゲインＫ_Ｎｉを上限値に設定する。これによって、バッテリの容量劣化抑制のために高ＳＯＣ状態である第２バッテリ１６からの出力はゲインＫ_Ｎｉで決定される上限値に制限される。

システム要求電力Ｐ_ｒが負のとき、すなわち充電要求時のときには、第２バッテリ１６のＳＯＣが上限値以上のときはゲインＫ_Ｎｉを０とする。これによって、バッテリの容量劣化抑制のために高ＳＯＣ状態である第２バッテリ１６への充電は停止される。第２バッテリ１６のＳＯＣが上限値より小さく下限値より大きい場合ではＳＯＣが低下するにつれてゲインＫ_Ｎｉを増加させる。例えば、第２バッテリ１６のＳＯＣの減少に比例させてゲインＫ_Ｎｉを増加させる。これによって、複数のバッテリ間のＳＯＣが均一になるようにＳＯＣが低いバッテリほど充電入力が大きくなる。第２バッテリ１６のＳＯＣが下限値以下ではゲインＫ_Ｎｉを上限値に設定する。これによって、バッテリの容量劣化抑制のために低ＳＯＣ状態である第２バッテリ１６への充電入力はゲインＫ_Ｎｉで決定される上限値に制限される。

ステップＳ３８では、切替変数ψ_Ｎｉが算出される。すなわち、数式（９）を時間積分することによって切替変数ψ_Ｎｉを算出する。なお、ステップＳ３６の処理によって、第２バッテリ１６のＳＯＣが上限値又は下限値に到達した場合には切替変数ψ_Ｎｉは制限される。

ステップＳ４０では、第２バッテリ１６への出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）が決定される。出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）は、図７の決定方法に示すように、バッテリの入出力過多を抑制し、計測された供給電力Ｐ_ｃｏをシステム全体の出力目標電力Ｐ_ｃｒに追従させるためにシステム要求電力Ｐ_ｒの正負号、すなわち放電要求時であるか充電要求時であるかに応じて場合分けされて決定される。

システム要求電力Ｐ_ｒが正のとき、すなわち放電要求時のときには、切替変数ψ_Ｎｉが０以下では出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）を０に設定する。すなわち、バッテリが出力過多であり、切替変数ψ_Ｎｉが負になると出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）を０に設定することで第２バッテリ１６からの放電を停止する。切替変数ψ_Ｎｉが０より大きく所定の上限値未満では、切替変数ψ_Ｎｉが増加するにつれて出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）を増加させる。例えば、切替変数ψ_Ｎｉに比例させて出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）を増加させる。これによって、切替変数ψ_Ｎｉに応じた第２バッテリ１６の放電出力が得られる。切替変数ψ_Ｎｉが上限値以上では出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）を上限値に設定する。これによって、バッテリの出力不足が継続を避けることができる。出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）の上限値は、バッテリの容量の劣化を抑制できる値に設定することが好適である。また、出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）の上限値は、発熱による回路障害を抑制できる値に設定することも好適である。

システム要求電力Ｐ_ｒが負のとき、すなわち充電要求時のときには、切替変数ψ_Ｎｉが０以上では出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）を０に設定する。すなわち、バッテリが充電過多であり、切替変数ψ_Ｎｉが正になると出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）を０に設定することで第２バッテリ１６への充電を停止する。切替変数ψ_Ｎｉが０より小さく所定の下限値より大きい場合、切替変数ψ_Ｎｉが減少するにつれて出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）を減少させる。例えば、切替変数ψ_Ｎｉの減少に比例させて出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）を減少させる。これによって、切替変数ψ_Ｎｉに応じた第２バッテリ１６への充電入力が得られる。切替変数ψ_Ｎｉが下限値以下では出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）を下限値に設定する。これによって、バッテリの充電過多の継続を避けることができる。出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）の下限値は、バッテリの容量の劣化を抑制できる値に設定することが好適である。

ステップＳ４２では、充放電要求量Ｐ_ｃｈｒｇを設定する。すなわち、図９に示すように、低容量である第２バッテリ１６が容量劣化し易い高ＳＯＣ領域や低ＳＯＣ領域に入らず、ＳＯＣの中央領域付近で動作できるように充放電要求量Ｐ_ｃｈｒｇを設定する。ＳＯＣの中央領域は、例えば、第２バッテリ１６の最大ＳＯＣの５０％以上６０％以下の範囲に設定することが好適である。第２バッテリ１６のＳＯＣが当該中央領域よりも大きい場合には第２バッテリ１６を強制的に放電させ、当該中央領域よりも小さい場合には第２バッテリ１６を強制的に充電させる。

ステップＳ４４では、出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）及び充放電要求量Ｐ_ｃｈｒｇに応じて第２バッテリ１６を制御する。すなわち、ステップＳ４０において設定された出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）にステップＳ４２において設定された充放電要求量Ｐ_ｃｈｒｇを加算して第２バッテリ１６に対する出力指令値とする。システム要求電力Ｐ_ｒが正のとき、すなわち放電要求時のときには、第２バッテリ１６からの放電は、０から出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）の上限値と充放電要求量Ｐ_ｃｈｒｇとを加算した出力電力Ｐ_{Ｎｉ－ｏｕｔ}の範囲において放電制御が行われる。システム要求電力Ｐ_ｒが負のとき、すなわち充電要求時のときには、第２バッテリ１６への充電は、０から出力指令値σ_Ｎｉ（ψ_Ｎｉ）の下限値と充放電要求量Ｐ_ｃｈｒｇとを加算した充電電力Ｐ_{Ｎｉ－ｉｎ}の範囲において充電制御が行われる。この充放電制御を行うための第２バッテリ１６の電流値は、数式（５）及び数式（６）を用いて算出することができる。また、第２バッテリ１６の充放電によるＳＯＣの変化は数式（７）にて算出される。当該ＳＯＣの算出値は、ステップＳ３６の処理にフィードバックされる。

なお、本実施の形態では第２バッテリ１６を２つ設けた構成としたが、複数の第２バッテリ１６についてバッテリ毎に上記処理を行えばよい。

＜実施例＞
本実施例では、図１０に示すように、＋１７ｋＷ～－１７ｋＷの電力幅で変化する１時間の長周期成分に＋３０ｋＷ～－３０ｋＷの電力幅で変化する１分の短周期成分を重畳させたパターンでシステム要求電力Ｐ_ｒが変化する場合の電力システム１００の制御についてシミュレーションを行った。

電力システム１００には、第１バッテリ１４として１個のリチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）バッテリと第２バッテリ１６として２個のニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）バッテリが設けられた構成とした。第１バッテリ１４であるリチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）バッテリの初期ＳＯＣは７０％とした。第２バッテリ１６であるニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）バッテリの入力制限は１個当たり－２５ｋＷ及び出力制限は１個当たり＋２５ｋＷとし、初期ＳＯＣは２個共に６０％、中心ＳＯＣは２個共に６０％とした。

システム要求電力Ｐ_ｒ及び電力差分値ｅの長周期成分の抽出に用いるローパスフィルタとしてバターワースフィルタを適用した。バターワースフィルタのフィルタ特性は数式（１０）で表される。バターワースフィルタの次数ｎは５、カットオフ周波数ω_ｃは３０ω_０（ただし、ω_０は長周期成分の基本波周波数：ω_０＝２πｆ_０，ｆ_０＝１／１時間＝１／３６００Ｈｚ）とした。

図１１及び図１２は、本実施例におけるシミュレーションの結果を示す。図１１の領域Ａに示すように、出力目標電力Ｐ_ｃｒと供給電力Ｐ_ｃｏとが異なる区間が存在するものの、シミュレーションをおこなったほぼ全域において出力目標電力Ｐ_ｃｒと供給電力Ｐ_ｃｏとが一致するように制御が行われた。領域Ａにおいて出力目標電力Ｐ_ｃｒと供給電力Ｐ_ｃｏに差が生じた原因としては、図１１の領域Ｂに示すように、ローパスフィルタを適用した後のシステム要求電力Ｐ_ｒの長周期成分Ｐ_ｒｌの時間変化において制御の切り替わりに遅延が発生したために本来は充電されるべき第１バッテリ１４であるリチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）バッテリが放電したためと考えられる。

また、図１２に示すように、第１バッテリ１４であるリチウムイオン（Ｌｉ－ｉｏｎ）バッテリのＳＯＣは設定した１時間の長周期に同期して変化し、第２バッテリ１６であるニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）バッテリは設定した１分の短周期に同期して変化した。また、第２バッテリ１６であるニッケル水素（Ｎｉ－ＭＨ）バッテリのＳＯＣの変化の幅は、５０％～６０％の範囲に十分収まった。

以上のように、長周期成分の放電と充電の切り替わりにおいて若干の遅延が見られたものの、第１バッテリ１４及び第２バッテリ１６の異なる種類のバッテリの特性を生かしつつ、出力目標電力Ｐ_ｃｒに対して供給電力Ｐ_ｃｏを適切に追従させることができる。

また、中央サーバからの集中制御方式に頼ることなく、電力システム１００の各々において分散的に異なる種類のバッテリの特性を生かした電力の供給及び充電を行うことが可能になる。

１０電力系統、１２パワー・コンディショナ・システム、１４第１バッテリ、１６（１６ａ，１６ｂ）第２バッテリ、１００電力システム。

Claims

第１バッテリと、前記第１バッテリより低容量及び高出力の第２バッテリと、を含み、システム要求電力値と前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの総入出力電力値との差分値を小さくするように前記第１バッテリ及び前記第２バッテリの入出力電力を制御する、電力システムであって、
前記第１バッテリのＳＯＣと、前記システム要求電力値における長周期成分及び前記差分値における長周期成分と、の関係に応じて前記第１バッテリの入出力電力を制御し、
前記第２バッテリのＳＯＣと、前記システム要求電力値及び前記差分値と、の関係に応じて前記第２バッテリの入出力電力を制御することを特徴とする電力システム。
請求項１に記載の電力システムであって、
前記システム要求電力値における長周期成分及び前記差分値における長周期成分が放電要求時を示している場合、前記第１バッテリのＳＯＣが大きいほど前記第１バッテリからの出力電力が大きくなるように制御を行うことを特徴とする電力システム。
請求項１又は２に記載の電力システムであって、
前記システム要求電力値における長周期成分及び前記差分値における長周期成分が充電要求時を示している場合、前記第１バッテリのＳＯＣが大きいほど前記第１バッテリへの入力電力が小さくなるように制御を行うことを特徴とする電力システム。
請求項１～３のいずれか１項に記載の電力システムであって、
前記第１バッテリのＳＯＣに応じて、前記第１バッテリの入出力電力に制限をかけることを特徴とする電力システム。
請求項１～４のいずれか１項に記載の電力システムであって、
前記システム要求電力値及び前記差分値が放電要求時を示している場合、前記第２バッテリのＳＯＣが大きいほど前記第２バッテリからの出力電力が大きくなるように制御を行うことを特徴とする電力システム。
請求項１又は２に記載の電力システムであって、
前記システム要求電力値及び前記差分値が充電要求時を示している場合、前記第２バッテリのＳＯＣが大きいほど前記第２バッテリへの入力電力が小さくなるように制御を行うことを特徴とする電力システム。
請求項１～６のいずれか１項に記載の電力システムであって、
前記第２バッテリのＳＯＣに応じて、前記第２バッテリの入出力電力に制限をかけることを特徴とする電力システム。
請求項１～７のいずれか１項に記載の電力システムであって、
前記第２バッテリのＳＯＣの変動が所定の変動範囲に収まるように前記第２バッテリの入出力を制限することを特徴とする電力システム。
請求項１～８のいずれか１項に記載の電力システムであって、
前記システム要求電力値における長周期成分及び前記差分値における長周期成分を抽出するローパスフィルタを備えることを特徴とする電力システム。