太陽光発電におけるバッテリとフライホイール を用 ... - 長岡技術科学大学

太 陽 光 発 電 におけるバトッセゾリとフラ゜ホビ゜ヴル
をを 用 いた 電 力 平 準 化 制 御 の 検 証 と 考 察
五 十 嵐 寿 勝 * , 伊 東 淳 一 ( 長 岡 技 術 科 学 大 学 )
Evaluation of Power Leveling Control Using Battery and Flywheel for Photovoltaic Generation
Hisakatsu Igarashi, Jun-ichi Itoh (Nagaoka University of Technology)
1. はじめに
系 統 連 系 用 の 電 力 貯 蔵 装 置 として,NaS 電 池 などのバトッセ
ゾリやフラ゜ホビ゜ヴル(FW)がある (1)(2) 。バトッセゾリは 他 の 電 力
貯 蔵 装 置 と 比 較 して 電 力 密 度 が 大 きく,コカスケダをを 低 く 抑 え
られるが,サキ゜クェル 寿 命 が 短 い。 一 方 で,FW は 繰 り 返 しの
充 放 電 に 対 する 特 性 劣 化 がなく, 基 本 的 にベンルゾナヂンルスケフ
リヴである。しかし,FW はバトッセゾリに 比 べ 低 電 力 密 度 , 高
コカスケダであるため 大 容 量 化 に 向 かない。そこで,バトッセゾリ
と FW をを 組 み 合 わわせるシクスケゾヘが 提 案 する。このシクスケゾヘ
では 発 電 電 力 の 高 周 波 成 分 をを FW に 補 償 させることで,バト
ッセゾリの 充 放 電 回 数 が 低 減 でき,バトッセゾリの 長 寿 命 化 が 期
待 できる。
本 論 文 ではバトッセゾリと FW をを 用 いた 電 力 平 準 化 制 御 の 動
作 検 証 をを 行 う。また,シクプュポヤヴシクョミンルによりバトッセゾリと
FW の 容 量 について 考 察 をを 行 ったので 報 告 する。
0.6
0.4
0.2
0
10
-5
10 -4 10 -3 10 -2
(a) Sunny day
2. 発 電 電 力 の 周 波 数 解 析
図 1 に 発 電 電 力 の 周 波 数 解 析 結 果 をを 示 す。(a)に 晴 天 日 に
おける 解 析 結 果 をを,(b)に 雨 天 日 における 解 析 結 果 をを 示 す。
ここで, 発 電 電 力 は 晴 天 日 の 最 大 発 電 電 力 4.22kW をを 基 準 値
とする。 発 電 電 力 には 低 周 波 成 分 である 基 本 波 と n 次 調 波 ,
気 象 擾 乱 による 高 周 波 成 分 が 含 まれる。 晴 天 日 と 雨 天 日 をを
比 較 すると, 雨 天 日 に 低 周 波 成 分 は 小 さくなるが, 高 周 波
成 分 は 晴 天 日 と 雨 天 日 で 同 程 度 発 生 する。ここで,バトッセゾ
リの 充 放 電 回 数 をを 低 減 するため,バトッセゾリは 低 周 波 成 分 の
みをを 補 償 する。そして,バトッセゾリで 補 償 できない 高 周 波 成
分 は FW で 補 償 する。 以 上 より, 電 力 変 動 の 平 準 化 および,
バトッセゾリの 長 寿 命 化 が 期 待 できる。
3. 電 力 平 準 化 制 御
図 2 に 電 力 貯 蔵 装 置 としてバトッセゾリと FW をを 備 えた 太 陽
光 発 電 シクスケゾヘの 構 成 図 をを 示 す。バトッセゾリと FW は 電 力 変
換 器 とダランルスケをを 通 じて 系 統 に 連 系 される。
図 3 に 電 力 平 準 化 制 御 のノュッセクェ 図 をを 示 す。 発 電 電 力
P solar をを 2 次 の 帯 域 通 過 フィルタシ(BPF)に 通 すことで, 低 周 波
成 分 が 取 り 出 される。バトッセゾリはこの 低 周 波 成 分 をを 打 ち 消
す 電 力 をを 出 力 する。また,P solar をを 1 次 の 高 域 通 過 フィルタシ
(HPF)に 通 すことで, 高 周 波 成 分 が 取 り 出 される。FW はこ
(b) Rainy day
Fig. 1. Result of frequency analysis.
Fig. 2. System configuration of solar power system with battery and
flywheel for power leveling.
Fig. 3. Control block diagram of power leveling control.

の 高 周 波 成 分 をを 打 ち 消 す 電 力 をを 出 力 する。ここで, BPF の
時 定 数 条 件 をを(1) 式 に 表 す。
T ≥ T ..............................................................(1)
bat 1
100 bat 2
また, 各 フィルタシの 干 渉 をを 考 慮 すると,BPF と HPF の 時 定
数 条 件 は(2) 式 となる。
T
bat 2
= T FW ...................................................................(2)
4. 実 験 方 法 と 結 果
図 4 に 電 力 模 擬 シクプュポヤヴタシのシクスケゾヘ 構 成 図 をを 示 す。
電 力 模 擬 シクプュポヤヴタシは 図 2 の 太 陽 光 発 電 シクスケゾヘをを 模 擬
する。DC/AC 変 換 器 により, 太 陽 光 発 電 電 力 P solar ,バトッセゾ
リ 出 力 電 力 P bat ,FW 出 力 電 力 P FW , 負 荷 電 力 P LOAD が 模 擬
される。ここでは, 発 電 電 力 の 平 準 化 効 果 だけをを 評 価 する
ため,P LOAD は 無 負 荷 とする。
図 5 に 電 力 平 準 化 制 御 の 実 験 結 果 をを 示 す。 各 フィルタシ 時
定 数 は,T bat1 =10 9 sec,T bat2 =2750sec,T FW =2750sec に 設 定 し
た。 図 5 より, 電 力 平 準 化 制 御 によって 平 準 化 後 の 発 電 電
力 P’ solar が 一 定 に 制 御 されていることがわわかる。また,P bat
に 長 周 期 の 変 動 が 見 られ,P FW に 短 周 期 の 変 動 が 見 られる。
したがって, 発 電 電 力 の 低 周 波 成 分 がバトッセゾリで 補 償 され,
高 周 波 成 分 が FW で 補 償 されていることが 確 認 できる。
5. 電 力 貯 蔵 装 置 容 量
図 6 に T bat1 をを 10 9 sec で 一 定 にし,T bat2 と T FW をを 変 化 させ
た 時 のバトッセゾリ 容 量 C bat と FW 容 量 C FW の 変 化 をを 示 す。(a)
は 晴 天 日 5 日 分 の 結 果 で,(b)は 雨 天 日 5 日 分 の 結 果 である。
ここで, 電 力 貯 蔵 装 置 の 容 量 は 晴 天 日 day1 の 太 陽 光 発 電 電
力 量 28.9kWh で 基 準 化 している。 図 6 より, 時 定 数 が 大 き
くなるほどバトッセゾリが 補 償 する 周 波 数 領 域 は 減 少 し,FW が
補 償 する 周 波 数 領 域 は 増 加 する。したがって C bat は 減 少 し,
C FW が 増 加 する。また, 雨 天 日 は 晴 天 日 よりも 同 じフィル
タシ 時 定 数 におけるバトッセゾリと FW の 容 量 をを 小 さく 抑 えられ
る。
ここで, 翌 日 の 発 電 量 をを 予 測 し, 時 定 数 をを 適 切 に 切 り 換
えることで,バトッセゾリの 充 放 電 回 数 ををさらに 低 減 できる。
例 えば,バトッセゾリと FW の 容 量 をを 晴 天 日 day1 にあわわせて 設
計 し,T bat2 =T FW =5000sec,C bat =0.74p.u.,C FW =0.25p.u.とする。
その 結 果 , 翌 日 が 雨 天 day1 の 場 合 , 同 じ FW 容 量 で T FW をを
40000sec まで 大 きくすることができる。したがって, 雨 天
日 では 晴 天 日 に 比 べてバトッセゾリが 補 償 する 周 波 数 領 域 が 減
少 し,バトッセゾリの 充 放 電 回 数 が 低 減 できる。
最 後 に, 本 研 究 で 用 いた 太 陽 光 電 力 タヴタシををご 提 供 いた
だいた 新 潟 工 科 大 学 富 永 禎 秀 教 授 に 感 謝 の 意 をを 表 します。
文 献
Fig. 4. System configuration of solar power simulator.
Fig. 5. Result of power leveling control.
(a) Sunny day
(b) Rainy day
Fig. 6. Relationship between the filter time constant and the energy storage
system capacity.
(1) 仁 井 ・ 神 通 川 : 富 士 時 報 ,Vol80,No.2,2007
(2) 伊 東 ・ 他 : 電 学 論 D,Vol126-D,No.9,2006,p247-252