JP2002125317A - System stabilization apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は系統安定化装置に関
し、例えば風力発電機を系統電源に連系させた小規模な
電力系統に設けられ、その風力発電機の出力変動により
電力系統に発生する電力変動を抑制する系統安定化装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a system stabilizing device, for example, provided in a small-scale power system in which a wind power generator is connected to a system power supply, and generated in the power system due to output fluctuations of the wind power generator. The present invention relates to a system stabilization device for suppressing power fluctuation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、電力変動を伴う風力発電機など
の分散電源を系統電源に連系させた電力系統では、風力
発電機の出力変動により電力系統に電圧および周波数変
動が発生することから、この電圧および周波数変動を抑
制するための系統安定化装置を設置するのが一般的であ
る。2. Description of the Related Art For example, in a power system in which a distributed power source such as a wind power generator with power fluctuations is connected to a system power supply, voltage and frequency fluctuations occur in the power grid due to output fluctuations of the wind power generator. It is common to install a system stabilizing device for suppressing the voltage and frequency fluctuations.
【０００３】図３はその系統安定化装置の主回路構成を
示す。この系統安定化装置は、同図に示すように、例え
ば分散電源である風力発電機１と系統電源２との間に設
置され、系統母線３に連系用変圧器４を介して電力変換
器５を接続し、その直流側に鉛電池などの二次電池６を
配設した構成を具備する。なお、図中、７は交流遮断
器、８は直流遮断器である。FIG. 3 shows a main circuit configuration of the system stabilizing device. As shown in the figure, this system stabilizing device is installed between a wind power generator 1 which is a distributed power source and a system power source 2, and is connected to a system bus 3 via an interconnection transformer 4 via a power converter. 5 is connected, and a secondary battery 6 such as a lead battery is disposed on the DC side. In the figure, 7 is an AC circuit breaker, and 8 is a DC circuit breaker.
【０００４】前記電力変換器５は、インバータ機能と整
流機能を有する双方向形交直変換器で、系統母線３から
の交流電力を直流変換して二次電池６に充電する整流運
転と、二次電池６に充電された直流電力を交流変換して
系統母線３に供給するインバータ運転とに切り換え制御
される。The power converter 5 is a bidirectional AC / DC converter having an inverter function and a rectifying function. The power converter 5 performs DC conversion of AC power from the system bus 3 to charge the secondary battery 6, and a secondary operation. Switching to an inverter operation in which the DC power charged in the battery 6 is converted to AC and supplied to the system bus 3 is controlled.
【０００５】ここで、風力発電機１の出力は風速などの
自然条件に応じて時々刻々と変動する。一方、風力発電
機１は、例えば僻地や離島などに設置されることから、
電力系統の末端、つまり、ディーゼル発電機を系統電源
として持つ小規模な電力系統と連系することになる。こ
の種の小規模な電力系統では、前述したように風力発電
機１の出力変動が頻繁に現出すると、その風力発電機１
の出力変動により電力系統に電圧または周波数変動を招
くことがある。[0005] Here, the output of the wind power generator 1 fluctuates momentarily according to natural conditions such as wind speed. On the other hand, since the wind power generator 1 is installed in a remote place or a remote island, for example,
It will be connected to the end of the power system, that is, to a small-scale power system having a diesel generator as the system power supply. In a small-scale power system of this kind, when the output fluctuation of the wind power generator 1 frequently appears as described above, the wind power generator 1
May cause voltage or frequency fluctuations in the power system.
【０００６】そのため、系統安定化装置では、前述した
風力発電機１の出力変動を打ち消すように前記二次電池
６を準備しその貯蔵電力を電力変換器５の運転により電
力系統へ充放電し、この電力変換器５の運転による電力
系統との電力のやり取りでもって、電力系統の電圧また
は周波数変動を抑制するように電力補償動作させてい
る。Therefore, in the system stabilizing device, the secondary battery 6 is prepared so as to cancel the output fluctuation of the wind power generator 1 described above, and the stored power is charged and discharged to the power system by operating the power converter 5. By exchanging the power with the power system by the operation of the power converter 5, the power compensation operation is performed so as to suppress the voltage or frequency fluctuation of the power system.
【０００７】なお、図示しないが、系統安定化装置で
は、前述した風力発電機１の出力変動を、系統母線３に
設けられた計器用変圧器（ＶＴ）及び変流器（ＣＴ）に
より検出し、その検出された電力変動量または電力量に
基づいて電力変換器５を整流運転またはインバータ運転
させるように制御している。Although not shown, in the system stabilizing device, the output fluctuation of the wind power generator 1 described above is detected by an instrument transformer (VT) and a current transformer (CT) provided on the system bus 3. The power converter 5 is controlled to perform the rectification operation or the inverter operation based on the detected power fluctuation amount or power amount.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】ところで、風力発電機
１は、例えば僻地や離島などに設置されることから、デ
ィーゼル発電機を系統電源２として持つ小規模な電力系
統と連系させているのが一般的である。このような小規
模な電力系統では、前述したように風力発電機１の出力
変動による電力系統の電圧または周波数変動を系統安定
化装置により抑制するように電力補償するようにしてい
る。Since the wind power generator 1 is installed in, for example, a remote place or a remote island, it is connected to a small-scale power system having a diesel power generator as a system power supply 2. Is common. In such a small-scale power system, as described above, the power is compensated so that the voltage or frequency fluctuation of the power system due to the output fluctuation of the wind power generator 1 is suppressed by the system stabilization device.
【０００９】しかしながら、この系統安定化装置により
電力系統に出力される逆潮流電力が大きいと、ディーゼ
ル発電機を系統電源２とする小規模な電力系統では、前
記系統安定化装置により電力補償を行っているにもかか
わらず、大きな逆潮流電力が電圧または周波数変動を発
生させる要因となって、ディーゼル発電機の不安定運転
などの不具合が生じる等の悪影響を及ぼすことがある。
そのため、小規模な電力系統では、風力発電機の容量や
設置数が規制される場合があるというのが現状であっ
た。However, if the reverse power flow output to the power system by this system stabilizing device is large, in a small-scale power system using a diesel generator as the system power supply 2, power is compensated by the system stabilizing device. Nevertheless, large reverse power flow may cause voltage or frequency fluctuations, which may have adverse effects such as occurrence of problems such as unstable operation of the diesel generator.
For this reason, the current situation is that the capacity and the number of installed wind power generators may be restricted in small power systems.
【００１０】また、前記系統安定化装置では、二次電池
６の貯蔵電力を充放電することにより電力補償動作を行
っているが，風力発電機１の出力変動が頻繁に現出する
ことから、二次電池６の充放電も頻繁に行われる。その
ため、このような頻繁な充放電を繰り返すことにより二
次電池６の寿命が短く、例えば５年程度で二次電池６を
交換する必要がある。さらに、前記二次電池自体が高価
なものである点で装置全体のコストアップを招来してい
ることもある。In addition, in the above-mentioned system stabilizing device, the power compensation operation is performed by charging and discharging the stored power of the secondary battery 6, but the output fluctuation of the wind power generator 1 frequently appears. Charge and discharge of the secondary battery 6 are also frequently performed. Therefore, the life of the secondary battery 6 is shortened by repeating such frequent charging and discharging, and it is necessary to replace the secondary battery 6 in about five years, for example. Further, the cost of the entire apparatus may be increased because the secondary battery itself is expensive.
【００１１】そこで、本発明は前述した問題点に鑑みて
提案されたもので、その目的とするところは、小規模な
電力系統に設置する場合であっても何ら規制されること
なく電力系統の安定化が図れ、長寿命で低コストの系統
安定化装置を提供することにある。Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems, and has as its object the purpose of controlling the power system without any restrictions even if it is installed in a small-scale power system. An object of the present invention is to provide a low-cost, long-life, low-cost system stabilization device that can be stabilized.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めの技術的手段として、本発明の系統安定化装置は、電
力変動を伴う分散電源を連系させた小規模な電力系統に
接続された一方向形電力変換器と、その電力変換器の直
流側に接続された抵抗器とを備え、前記分散電源出力の
最大変動分のうちの所定の変動分を前記抵抗器で消費さ
せるようにしたことを特徴とする。As a technical means for achieving the above-mentioned object, a system stabilizing apparatus according to the present invention is connected to a small-scale power system in which distributed power sources with power fluctuations are interconnected. A one-way power converter, and a resistor connected to the DC side of the power converter, so that a predetermined variation of the maximum variation of the distributed power supply output is consumed by the resistor. It is characterized by having done.
【００１３】なお、前記系統安定化装置では、前記電力
系統に逆潮流される分散電源の出力変動を除いた平均値
を検出し、前記分散電源出力の最大変動分のうちの１／
２の変動分を抵抗器で消費させることが望ましい。The system stabilizing device detects an average value excluding output fluctuations of the distributed power source flowing backward to the power system, and detects 1 / of the maximum fluctuations of the distributed power source output.
It is desirable to make the variation of 2 be consumed by the resistor.
【００１４】この本発明の系統安定化装置では、電力変
動を伴う分散電源、例えば風力発電機を連系させた、例
えば、ディーゼル発電機を系統電源に持つ小規模な電力
系統に設置することが有効である。この系統安定化装置
のように、一方向形電力変換器と抵抗器とで主回路構成
し、電力系統に逆潮流される分散電源の出力変動を除い
た平均値を検出し、分散電源出力の最大変動分のうちの
所定の変動分、例えば最大変動分のうちの１／２の変動
分を抵抗器で消費させる。In the system stabilizing device of the present invention, the system can be installed in a small-scale power system in which a distributed power source with power fluctuation, for example, a wind power generator is connected, for example, a diesel generator is used as a system power source. It is valid. As in this system stabilization device, the main circuit is composed of a one-way power converter and a resistor, and the average value excluding the output fluctuation of the distributed power source flowing backward to the power system is detected, and the output of the distributed power source A predetermined variation of the maximum variation, for example, 1/2 of the maximum variation is consumed by the resistor.
【００１５】これにより、風力発電機の出力変動による
電力系統の電圧または周波数変動を抑制するように電力
補償すると共に、この系統安定化装置により電力系統に
出力される逆潮流電力を抵抗器による変動分の消費でも
って低減することができるので、ディーゼル発電機の不
安定運転などの不具合が生じる等の悪影響を及ぼすこと
はない。また、前記系統安定化装置では、従来のような
二次電池を使用することなく、主回路に抵抗器を設けて
いるだけなので、装置全体の長寿命化およびコスト低減
化が図れる。Thus, the power is compensated so as to suppress the voltage or frequency fluctuation of the power system due to the fluctuation of the output of the wind power generator, and the reverse power flow power output to the power system by the system stabilizing device is changed by the resistor. Since the power consumption can be reduced by the minute consumption, there is no adverse effect such as occurrence of troubles such as unstable operation of the diesel generator. Further, in the system stabilizing device, since a resistor is only provided in the main circuit without using a secondary battery as in the related art, the life of the entire device and the cost can be reduced.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】本発明に係る系統安定化装置の実
施形態を以下に詳述する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the system stabilizing device according to the present invention will be described in detail below.
【００１７】図１は系統安定化装置の主回路構成を示
す。この系統安定化装置は、同図に示すように例えば分
散電源である風力発電機１１と系統電源１２との間に設
置され、系統母線１３に連系用変圧器１４を介して電力
変換器１５を接続し、その直流側に抵抗器１６を接続し
た構成を具備する。なお、図中、１７は交流遮断器であ
る。FIG. 1 shows a main circuit configuration of the system stabilizing device. This system stabilizing device is installed between a wind power generator 11 which is a distributed power source and a system power source 12, for example, as shown in the drawing, and is connected to a system bus 13 via an interconnection transformer 14 via a power converter 15. Are connected, and a resistor 16 is connected to the DC side. In the figure, reference numeral 17 denotes an AC circuit breaker.
【００１８】前記電力変換器１５は、整流機能を有する
一方向形交直変換器で、系統母線１３からの交流電力を
直流変換して抵抗器１６で電力消費させる整流運転を実
行する。なお、図示の電力変換器１５は、整流運転とイ
ンバータ運転とを切り換え制御する従来の双方向形交直
変換器１５ａ（図３の電力変換器５に相当）と、整流器
１５ｂとを組み合わせて構成されているが、前記整流器
１５ｂのみで構成することも可能であり、さらに、サイ
リスタ位相制御やＤＣチョッパによる連続制御方式、ま
たはサイリスタスイッチによる段階制御方式の変換器で
構成することも可能である。The power converter 15 is a one-way AC / DC converter having a rectifying function, and performs a rectifying operation in which AC power from the system bus 13 is DC-converted and power is consumed by a resistor 16. The illustrated power converter 15 is configured by combining a conventional bidirectional AC / DC converter 15a (corresponding to the power converter 5 in FIG. 3) that controls switching between rectification operation and inverter operation, and a rectifier 15b. However, the converter may be constituted only by the rectifier 15b, and may be constituted by a converter of a thyristor phase control, a continuous control method using a DC chopper, or a step control method using a thyristor switch.
【００１９】なお、図示しないが、系統安定化装置で
は、前述した風力発電機１１の出力変動を、系統母線１
３に設けられた計器用変圧器（ＶＴ）及び変流器（Ｃ
Ｔ）により検出し、その検出された電力変動量または電
力量に基づいて電力変換器１５を整流運転させるように
制御している。Although not shown, in the system stabilizing device, the output fluctuation of the wind power generator 11 is controlled by the system bus 1.
3 is provided with an instrumentation transformer (VT) and a current transformer (C).
T), and controls the power converter 15 to perform the rectifying operation based on the detected power fluctuation amount or power amount.
【００２０】ここで、風力発電機１１の出力は風速など
の自然条件に応じて時々刻々と変動する。一方、風力発
電機１１は、例えば僻地や離島などに設置されることか
ら、電力系統の末端、つまり、ディーゼル発電機を系統
電源１２として持つ小規模な電力系統と連系させている
のが一般的である。Here, the output of the wind power generator 11 fluctuates momentarily according to natural conditions such as wind speed. On the other hand, since the wind power generator 11 is installed in, for example, a remote place or a remote island, it is generally connected to the end of the power system, that is, a small power system having a diesel generator as the system power supply 12. It is a target.
【００２１】この種の小規模な電力系統では、前述した
ように風力発電機１１の出力変動が頻繁に現出すると、
その風力発電機１１の出力変動により電力系統に電圧ま
たは周波数変動を招くことがある。そのため、このよう
な小規模な電力系統では、風力発電機１１の出力変動に
よる電力系統の電圧または周波数変動を系統安定化装置
により抑制するように電力補償するようにしている。In this kind of small-scale power system, as described above, when the output fluctuation of the wind power generator 11 frequently appears,
The output fluctuation of the wind power generator 11 may cause a voltage or frequency fluctuation in the power system. Therefore, in such a small-scale power system, the power is compensated so that the voltage or frequency fluctuation of the power system due to the output fluctuation of the wind power generator 11 is suppressed by the system stabilization device.
【００２２】この実施形態の系統安定化装置では、電力
変換器１５を制御回路（図示せず）により以下の要領で
もって動作させる。つまり、図２に示すように風速など
の自然条件に応じて時々刻々と変動する風力発電機１１
の出力ＰGについて、その風力発電機１１の数Ｈｚオー
ダーの出力変動を除いた平均値ＰG AVGを検出する。ここ
で、風力発電機１１の出力ＰGの最大変動分（ＰG MAX−
ＰG MIN）をΔＰGとする。In the system stabilizing device of this embodiment, the power converter 15 is operated by a control circuit (not shown) in the following manner. That is, as shown in FIG. 2, the wind power generator 11 fluctuates momentarily according to natural conditions such as wind speed.
The output P G, detects the average value P G AVG excluding output variation of several Hz order of the wind turbine 11. Here, the maximum variation of the output P G of the wind power generator 11 (P G MAX -
P G MIN ) is ΔP G.
【００２３】そして、前記風力発電機１１の出力ＰGの
変動抑制範囲内の変動分、つまり、出力変動の最大変動
分ΔＰGの１／２（ΔＰG／２）を抵抗器１６で消費させ
る。これにより、電力変換器１５から電力系統に出力さ
れる逆潮流電力ＰRは、風力発電機１１の数Ｈｚオーダ
ーの出力変動を除いた平均値ＰG AVGから風力発電機１１
の出力ＰGの最大変動分ΔＰGの１／２（ΔＰG／２）を
低減させたものとなる。The resistor 16 consumes a variation within the variation suppression range of the output P G of the wind power generator 11, that is, Ｐ (ΔP G / 2) of the maximum variation ΔP G of the output variation. . Accordingly, the backward flow power P R output from the power converter 15 to the power system, the wind power generator from the mean value P G AVG excluding output variation of several Hz orders of the wind power generator 11 11
Becomes with reduced 1/2 (ΔP G / 2) of the output P maximum variation [Delta] P G of G.
【００２４】このようにして、定常的には、風力発電機
１１の出力変動の最大変動分ΔＰGの１／２（ΔＰG／
２）を抵抗器１６で消費することになり、風力発電機１
１の出力ＰGが上昇した時には、前記抵抗器１６で消費
する電力を増加させ、逆に、風力発電機１１の出力ＰG
が下降した時には、前記抵抗器１６で消費する電力を減
少させるようにすることで、電力変換器１５から電力系
統に出力される逆潮流電力ＰRを安定化させる。As described above, normally, 1/2 of the maximum variation ΔP G of the output variation of the wind power generator 11 (ΔP G /
2) is consumed by the resistor 16 and the wind power generator 1
When the first output P G rises, increases the power consumed by the resistor 16, to the contrary, the output P G of the wind power generator 11
There when descending, by so reducing the power consumed by the resistor 16, to stabilize the backward flow power P R output from the power converter 15 to the power system.
【００２５】これにより、風力発電機１１の出力変動に
よる電力系統の電圧または周波数変動を抑制するように
電力補償すると共に、この系統安定化装置により電力系
統に出力される逆潮流電力ＰRを抵抗器１６による変動
分（ΔＰG／２）の消費でもって低減することができる
ので、ディーゼル発電機の不安定運転などの不具合が生
じる等の悪影響を及ぼすことはない。また、前記系統安
定化装置では、従来のような二次電池を使用することな
く、主回路に抵抗器１６を設けているだけなので、装置
全体の長寿命化およびコスト低減化が図れる。[0025] Thus, the resistance as well as power compensation so as to suppress the voltage or frequency variation of the power system by the output fluctuation of the wind power generator 11, the backward flow power P R, which is output to the power system by the system stabilizing device Can be reduced by the consumption of the variation (ΔP G / 2) by the generator 16, so that there is no adverse effect such as occurrence of troubles such as unstable operation of the diesel generator. Further, in the system stabilization device, since the resistor 16 is simply provided in the main circuit without using a secondary battery as in the related art, the life of the entire device and the cost can be reduced.
【００２６】[0026]
【発明の効果】本発明によれば、電力変動を伴う分散電
源を連系させた小規模な電力系統に接続された一方向形
電力変換器と、その電力変換器の直流側に接続された抵
抗器とを備え、前記分散電源出力の最大変動分のうちの
所定の変動分を前記抵抗器で消費させるようにしたこと
により、分散電源の出力変動による電力系統の電圧また
は周波数変動を抑制するように電力補償すると共に、こ
の系統安定化装置により電力系統に出力される逆潮流電
力を抵抗器による変動分の消費でもって低減することが
できるので、系統電源の不安定運転などの不具合が生じ
る等の悪影響を及ぼすことはないので、分散電源の出力
変動を高速に抑制でき、電力系統の安定化が実現容易と
なる。According to the present invention, a one-way power converter connected to a small-scale power system in which distributed power sources with power fluctuations are interconnected, and a DC converter connected to the DC side of the power converter. A resistor, and a predetermined variation of the maximum variation of the output of the distributed power supply is consumed by the resistor, thereby suppressing a voltage or frequency variation of the power system due to the output variation of the distributed power supply. Power compensation as well as the reverse power flow output to the power system by this system stabilization device can be reduced by the consumption of the fluctuation due to the resistor, causing problems such as unstable operation of the system power supply. Therefore, fluctuations in the output of the distributed power supply can be suppressed at high speed, and stabilization of the power system can be easily realized.
【００２７】また、前記系統安定化装置では、従来のよ
うな二次電池を使用することなく、主回路に抵抗器を設
けているだけなので、装置全体の長寿命化およびコスト
低減化が図れる。Further, in the above-mentioned system stabilizing device, since a resistor is simply provided in the main circuit without using a secondary battery as in the related art, the life of the entire device and the cost can be reduced.
【図１】本発明の実施形態における系統安定化装置の主
回路構成例を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a main circuit configuration example of a system stabilization device according to an embodiment of the present invention.
【図２】風力発電機の出力および逆潮流電力を示す特性
図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing an output of a wind power generator and reverse flow power.
【図３】従来の系統安定化装置の主回路構成例を示す回
路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a main circuit configuration example of a conventional system stabilization device.
１１ 分散電源（風力発電機） １２ 系統電源 １５ 電力変換器 １６ 抵抗器 11 Distributed power supply (wind generator) 12 System power supply 15 Power converter 16 Resistor
Claims (2)
規模な電力系統に接続された一方向形電力変換器と、そ
の電力変換器の直流側に接続された抵抗器とを備え、前
記分散電源出力の最大変動分のうちの所定の変動分を前
記抵抗器で消費させるようにしたことを特徴とする系統
安定化装置。A one-way power converter connected to a small-scale power system in which distributed power supplies with power fluctuations are connected, and a resistor connected to the DC side of the power converter, A system stabilizing device, wherein a predetermined variation of the maximum variation of the distributed power supply output is consumed by the resistor.
出力変動を除いた平均値を検出し、前記分散電源出力の
最大変動分のうちの１／２の変動分を抵抗器で消費させ
るようにしたことを特徴とする請求項１に記載の系統安
定化装置。2. An average value excluding output fluctuations of a distributed power supply flowing backward to the power system is detected, and a resistor is used to consume a half of the maximum fluctuation of the distributed power supply output. The system stabilizing device according to claim 1, wherein the system is configured as follows.
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