CN102484371A - 分散型电源的独立运行系统 - Google Patents

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Abstract

一种分散型电源的独立运行系统，包括：系统异常检测部，在检测出商用系统的异常的情况下，输出异常检测信号；断路器，在从系统异常检测部输入异常检测信号的情况下，断开商用系统的电力供给；状态检测部，在检测出断路器成为断路状态的情况下，输出断路器状态信号；以及蓄电装置，通过在输入断路器状态信号的情况下，开始电力供给，从而补偿从断路器断开了商用系统的电力供给起直到旋转机系统发电机转移到独立运行控制的运行为止的期间的负载变动。

Description

分散型电源的独立运行系统
技术领域
本发明涉及分散型电源的独立运行系统。
背景技术
近年来，对于通过分散型电源的负载跟踪运行而减轻对于商用系统的负担的“微电网(MicroGrid)”的研究活跃了起来。在基于导入了微电网的思想的分散型电源的能量供给系统(以下，简称为微电网)中，要求如下的负载跟踪运行：通常，通过系统联系而进行控制发电量的联系运行，使得来自商用系统的售电量成为一定，而在停电等的特殊时刻，进行对微电网系统内供给高质量(电压/频率的变动小)的电力的独立运行。
若考虑建筑物的便利性，则期望构筑如下的系统：在停电时的特殊时刻，以确保高质量的电力供给的同时没有瞬间断路地从联系运行转移到独立运行的系统。由此，包括例如计算机这样对电力质量(电压/频率的变动)比较敏感的设备在内，在微电网系统内能够完全不受外部的停电的影响而在建筑物继续运用。
作为无瞬间断路地从联系运行转移到独立运行的现有技术，已知在专利文献1或专利文献2等中记载的无瞬间断路独立转移发电系统。参照图3简单说明该系统。该系统成为旋转机系统发电机6和燃料电池7的两种电源结构。在由测量器31、41、51、61、71所测量的测量数据或从控制部1输出的控制信号的通信中，使用例如模拟信号线这样的快速的信号线。
另外，在图3中，粗的实线表示电力线，细的实线表示信号线(快速)。
在独立运行时，通过将旋转机系统发电机6设为恒压控制，从而进行微电网系统内的电压变动的抑制。旋转机系统发电机6的恒压控制在负载3、4、5中存在快速的负载变动的情况下，导致供电的电压变动。因此，在该系统中，使用燃料电池7进行快速的负载变动补偿，仅使旋转机系统发电机6补偿非常缓慢的负载变动，从而抑制了供给的电力的电压变动。此外，在独立运行转移中，通过快速的信号线，将检测商用系统2的异常的系统异常检测部9的检测信号发送到断路器8，且经由控制部1并通过快速的信号线将控制信号发送到各个电源(旋转机系统发电机6和燃料电池7)。由此，通过在瞬间进行断路器8的开放和向各个电源的独立运行时的控制的转移，从而实现了无瞬间断路。
其中，在图3所示的系统结构中，由于在全部信号的交接中使用快速信号线，所以具有信号线的埋设费用等的成本上升的问题。为了解决这样的问题，作为图3的系统结构的变形例，考虑例如使用了LAN线路这样的已有的低速的信号线的系统结构。如图4所示，仅将系统异常检测部9和断路器8之间的信号线S1设为可进行快速的信号传输的信号线，其他的信号线使用低速的信号线，从而能够抑制信号线的埋设费用等的成本上升。
另外，在图4中，粗的实线表示电力线，细的虚线表示信号线(低速)，细的实线表示信号线(快速)。
但是，在专利文献1、2所示的无瞬间断路独立转移发电系统装置(图3)中，在独立运行转移时，将燃料电池的运行模式从恒功率控制切换为恒压控制而仅维持系统电压。因此，存在难以维持独立运行时的微电网系统频率的问题。此外，成为电源的旋转机系统发电机和燃料电池双方都存在起因于发电原理的发电最低输出。因此，还存在在独立运行时的微电网系统内的负载合计值为各个发电机的最低输出合计值以下的情况下电力供给停止的问题。
此外，如图4所示的系统结构所示，在作为已设置的低速的信号线而使用了LAN线路的情况下，数据的交换产生数秒级的时间延迟。因此，在独立运行中，由于低速的信号线所引起的时间延迟，燃料电池不能补偿数秒级以下的快速的负载变动，存在供电质量恶化的问题。此外，在独立运行转移时，还存在如下问题：根据断路器的潮流，在低速的信号线所引起的时间延迟期间，旋转机系统发电机补偿的负载以台阶状(非常快速)变动，电力质量恶化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-135982号公报
专利文献2：日本特开2002-171671号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于，提供一种能够维持供电质量而不会产生分散型电源的独立运行转移时的瞬间断路的分散型电源的独立运行系统。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的分散型电源的独立运行系统，包括：系统异常检测部，在检测出商用系统的异常的情况下，输出异常检测信号；断路器，在从所述系统异常检测部输入所述异常检测信号的情况下，断开所述商用系统的电力供给；状态检测部，在检测出所述断路器成为断路状态的情况下，输出断路器状态信号；以及蓄电装置，通过在输入所述断路器状态信号的情况下，开始电力供给，从而补偿从所述断路器断开了商用系统的电力供给起直到旋转机系统发电机转移到独立运行控制的运行为止的期间的负载变动。
在本发明的一个方式的分散型电源的独立运行系统中，所述状态检测部也可以通过比传输其他的控制系统信号的信号线快速的信号线传输所述断路器状态信号。
在本发明的一个方式的分散型电源的独立运行系统中，所述蓄电装置也可以在从所述状态检测部输入所述断路器状态信号的情况下，测量自己的供电量，并基于所测量的供电量进行运行控制，使得成为预定的控制值。
发明效果
根据本发明，通过在断开了来自商用系统的电力供给的情况下，由可进行快速的负载跟踪的蓄电装置开始进行电力供给，从而补偿从断开了商用系统的电力起直到旋转机系统发电机转移到独立运行控制的运行为止的期间的负载变动。因此，获得了如下效果：能够维持供电质量而不会产生分散型电源的独立运行转移时的瞬间断路。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的结构的方框图。
图2是表示本发明的一实施方式的独立运行系统的电力质量的一例的说明图。
图3是表示以往技术的独立运行系统的结构的方框图。
图4是表示采取了图3所示的独立运行系统的改善策略的系统结构的方框图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的一实施方式的分散型电源的独立运行系统。图1是表示上述实施方式的结构的方框图。在该图中，对于与图4所示的系统相同的部分赋予相同的标号，并省略其说明。该图所示的独立运行系统与图4所示的系统的不同点在于，设置进行最快速的负载变动补偿的蓄电装置(例如，电双层电容器)10和以数秒级以上(中速)的时间间隔进行控制的蓄电装置(例如，镍氢电池)11的两种蓄电装置、以及检测断路器8的状态的状态检测部81，以此来代替燃料电池7，控制部1进行3台电源(旋转机系统发电机6、蓄电装置10以及蓄电装置11)的运行控制。
另外，在图1中，粗的实线表示电力线，细的虚线表示信号线(低速)，细的实线表示信号线(快速)。
接着，参照图1说明图1所示的独立运行系统的动作。首先，系统异常检测部9监视商用系统2提供的电力，在商用系统中检测出异常的情况下，将异常检测信号发送到断路器8和控制部1。此时，在传输对断路器8发送的异常检测信号S1的信号线使用快速的信号线。断路器8若接收到异常检测信号S1，则断开商用系统(开关开路)。此外，控制部1若接收到异常检测信号，则转移到独立运行。控制部1在独立运行时，基于测量器31、41、51输出的每个负载3、4、5的负载变动测量数据以及测量器61、101、111输出的旋转机系统发电机6、蓄电装置10、蓄电装置11的供电测量数据，实施3个电源(旋转机系统发电机6、蓄电装置10、蓄电装置11)的运行控制。此时，测量数据的传输和运行控制信号的传输使用低速的信号线。
另一方面，状态检测部81若检测出断路器8成为断路状态(开关开放状态)的情况，则将表示成为断路状态的断路器状态信号经由快速的信号线而直接(不经由控制部1)发送到蓄电装置10。蓄电装置10接受该信号，开始独立运行时的电力供给的运行控制。在独立运行时，蓄电装置10通过快速的信号线接收测量器101的测量结果的对于自己的供电量的测量数据，并基于该测量数据，进行自己(蓄电装置10)的运行控制(以下，将该运行控制称为局部跟踪控制)，使得成为预先决定的控制值。由此，能够消除因低速的信号线产生的时间延迟，能够补偿快速的负载变动。
由此，蓄电装置10接受通过快速的信号线接收到来自状态检测部81的断路器状态信号的情况，快速转移到独立运行时的控制。由此，能够补偿旋转机系统发电机6或蓄电装置11转移到独立运行时的控制为止的期间(因低速的信号线产生的时间延迟的期间)的非常快速的负载变动。
另外，为了防止因蓄电装置10中的独立运行控制开始时的初始运算时间所产生的时间延迟，控制部1也可以在联系运行中在后台始终运算转移到独立运行模式时的控制值，并在规定的定时对蓄电装置10发送。
此外，在图1中，表示了分别有1台蓄电装置10、11时的系统结构，但也可以分别具有多台蓄电装置10、11。此外，也可以是省略蓄电装置11且仅有蓄电装置10的系统结构。
接着，参照图2说明本发明的实施方式的独立运行转移时的电力质量。在图2中，横轴表示时间(sec)，纵轴的左侧表示频率[Hz]，纵轴的右侧表示电压[kV]。此外，在图2中，时间T1(-20～0(sec))进行联系运行，时间T2(0～30(sec))进行独立运行。此外，在图2中，曲线g1表示频率的波形，曲线g2表示电压的波形。
图2表示作为旋转机系统发电机6而使用了气体引擎350kW、作为蓄电装置11而使用了镍氢电池400kWh、作为蓄电装置10而使用了电双层电容器100kW×充放电2秒钟的情况下的独立运行转移时的1秒周期的测定结果。其中，气体引擎(旋转机系统开发机6)和镍氢电池(蓄电装置11)经由LAN线路而由控制部1所控制。电双层电容器(蓄电装置10)进行了局部跟踪控制。在本发明的实施方式的独立运行系统中，包括紧接独立运行转移之后在内的独立运行时的电压变动相对作为该测定时的控制目标值的6.6kV成为1％以下，频率变动相对控制目标值的50Hz成为±0.1Hz。因此，能够实现非常高质量的电力供给。
如以上所说明，通过将旋转机系统发电机6以恒压恒频率控制运行，从而能够利用如下的蓄电装置10、11，该蓄电装置10、11进行微电网系统内的电力质量(电压/频率双方)的维持的同时通过充电可进行电力的暂时性的储存。因此，在独立运行时微电网系统内的负载合计值成为旋转机系统发电机6的最低输出以下的情况下，也能够维持电力供给。通过使用本发明的实施方式的微电网的独立运行中的控制方法和独立运行转移控制方法，能够将独立运行转移时包含在内持续地进行高质量的电力供给。其结果，在万一停电等的异常时，能够防止对微电网内设施产生影响。此外，从系统异常检测部9至断路器8、从断路器8至蓄电装置10、从测量器101至蓄电装置10的信号线使用可进行快速通信的信号线，其他的信号线使用LAN线路等的低速的信号线。因此，能够抑制信号线的埋设费用等的成本上升。
产业上的可利用性
本发明能够应用于能够维持供电质量而不会产生分散型电源的独立运行转移时的瞬间断路的分散型电源的独立运行系统等。
标号说明
1......控制部、2......商用系统、3、4、5......负载、6......旋转机系统发电机、8......断路器、81......状态检测部、9......系统异常检测部、10......蓄电装置(快速)、11......蓄电装置(中速)、31、41、51、61、101、111......测量器

Claims (3)

1.一种分散型电源的独立运行系统，包括：
系统异常检测部，在检测出商用系统的异常的情况下，输出异常检测信号；
断路器，在从所述系统异常检测部输入所述异常检测信号的情况下，断开所述商用系统的电力供给；
状态检测部，在检测出所述断路器成为断路状态的情况下，输出断路器状态信号；以及
蓄电装置，通过在输入所述断路器状态信号的情况下，开始电力供给，从而补偿从所述断路器断开了商用系统的电力供给起直到旋转机系统发电机转移到独立运行控制的运行为止的期间的负载变动。
2.如权利要求1所述的分散型电源的独立运行系统，其中，
所述状态检测部通过比传输其他的控制系统信号的信号线快速的信号线传输所述断路器状态信号。
3.如权利要求2所述的分散型电源的独立运行系统，其中，
所述蓄电装置在从所述状态检测部输入所述断路器状态信号的情况下，测量自己的供电量，并基于所测量的供电量进行运行控制，以成为预定的控制值。
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