JP2004266940A - 分散電源用発電装置の運転制御方法及び装置 - Google Patents

分散電源用発電装置の運転制御方法及び装置 Download PDF

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Abstract

【課題】発電装置の停止頻度を少なくしてしかも確実に逆潮流の発生を防止できる分散電源用発電装置の運転制御方法を提供する。
【解決手段】商用電力系統から負荷に供給される順電力を測定する。そして測定した順電力が予め定めた設定値以下になると分散電源用発電装置の運転を停止する。設定値よりも上に不感帯領域を設定し、順電力が設定値と不感帯領域との間の下部領域にあるときには分散電源用発電装置から負荷への供給電力を減少させる。そして順電力が不感帯領域内にあるときには供給電力を一定とし、順電力が不感帯領域より大きい上部領域にあるときには供給電力を増加させるように分散電源用発電装置を運転する。
【選択図】 図4

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電力系統に逆潮流電流が流れるのを防止できる分散電源用発電装置の運転制御方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来は、分散電源用発電装置から商用電力系統に逆潮流電流が流れるのを防止するために、不足電力継電器を用いて負荷に供給する電力を監視し、負荷に供給する電力が予め定めた設定値以下になると逆潮流が発生する可能性があると判断して分散電源用発電装置の運転を停止している。
【0003】
また特開2002−247765[特許文献1]には、商用電力系統に接続された複数台の分散電源用発電装置の少なくとも1台で逆潮流の監視を行い、更に他の分散電源用発電装置と情報交換を行って、逆潮流を防止するように複数台の分散電源用発電装置の発電量を制御する技術が開示されている。
【0004】
【特許文献1】特開2002−247765[特許請求の範囲]
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
不足電力継電器を用いて負荷に供給する電力を監視して、逆潮流を防止する従来の技術では、商用電力系統から負荷に供給される電力が不足電力継電器の設定値付近にある場合には、発電装置を停止する回数が増し、発電効率が低下する問題が発生する。特に複数台の分散電源用発電装置を並列運転する場合には、不足電力継電器の設定値を大きくする必要があるために、さらに発電装置の停止頻度が増加して発電効率を低下させる。また発電装置が複数台になると、各発電装置間の負荷バランスが悪くなる問題がある。
【0006】
これに対して特開2002−247765に記載の技術では、確実に逆潮流を防止できるものの各発電装置間で通信を行う必要がある。
【0007】
本発明の目的は、発電装置の停止頻度を少なくしてしかも確実に逆潮流の発生を防止できる分散電源用発電装置の運転制御方法及び装置を提供することにある。
【0008】
本発明の他の目的は、複数台の分散電源用発電装置間で通信を行うことなく逆潮流の発生を防止して、しかも各発電装置間の負荷バランスを改善できる分散電源用発電装置の運転制御方法及び装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
商用電力系統に接続された分散電源用発電装置から商用電力系統に逆潮流電流が流れるのを防止するように分散電源用発電装置の運転を制御する本発明の分散電源用発電装置の運転制御方法では、まず商用電力系統から負荷に供給される順電力を測定する。そして測定した順電力が予め定めた設定値以下になると分散電源用発電装置の運転を停止する。本発明では、特に、設定値よりも上に不感帯領域を設定し、順電力が設定値と不感帯領域との間の下部領域にあるときには分散電源用発電装置から負荷への供給電力を減少させる。そして順電力が不感帯領域内にあるときには供給電力を一定とし、順電力が不感帯領域より大きい上部領域にあるときには供給電力を増加させるように分散電源用発電装置を運転する。本発明のように不感帯領域を設定し、その上下の領域で分散電源用発電装置の出力を増減するように分散電源用発電装置を運転すると、分散電源用発電装置の出力を高い効率で活用することができ、しかも頻繁に発電装置を停止させることなく逆潮流の発生を防止することができる。特に不感帯領域を設けたので、必要以上に電圧変動が発生することを抑制することができる。また下部領域では、出力を徐々にまたは段階的に減少させるため、設定値を従来よりも小さい値に設定しても確実に逆潮流の発生を防止できる。また上部領域では発電装置の出力の増加量が大きいため、発電装置の出力効率を高めることができる。
【0010】
分散電源用発電装置を複数台並列に商用電力系統に接続した場合にも上記の構成を採用すると、順電力に応じて各発電装置から負荷に供給する電力を大きな変動を生じさせることなく制御できるため各分散電源用発電装置間で通信を行わなくても並行運転時の負荷バランスを改善できる。
【0011】
なお上部領域を複数の増加領域に分け、順電力が上部領域内にあるときには、増加領域に応じて予め定めた増加割合で供給電力を増加させるのが好ましい。
【0012】
具体的には、順電力が大きくなるほど増加割合を増加させるようにする。このようにすると商用電力系統が健全なときで負荷が大電力を必要とする場合に、迅速に分散電源用発電装置から負荷に必要な電力を供給することができて、発電装置の発電効率を高めることができる。
【0013】
下部領域または上部領域においては、予め定めた時間間隔で段階的に供給電力を増加または減少させるのが好ましい。このようにすると制御が容易になるだけでなく、電圧変動を抑制することができる。
【0014】
なお分散電源用発電装置の台数に応じて不感帯領域の帯域幅を広げるのが好ましい。このようにすると複数台の分散用発電装置を並列運転する場合にも、負荷バランスを崩すことがない。
【0015】
また分散電源用発電装置の台数に応じて下部領域及び/又は上部領域の帯域幅を広げるのが好ましい。このようにすると複数台の分散用発電装置を並列運転する場合の発電効率を高めることができる。
【0016】
また設定値の下に断線検出領域を設定し、順電力が断線検出領域にあるときには断線の発生を警報するのが好ましい。
【0017】
本発明の分散電源用発電装置では、直流電力を交流電力に変換する電力変換器及び前記電力変換器を制御する変換器制御回路を備えて商用電力系統に接続された負荷に電力を供給する分散電源用発電装置から商用電力系統に逆潮流電流が流れるのを防止するために、商用電力系統から負荷への順電力を測定する順電力測定手段を設ける。そして変換器制御回路を、順電力が予め定めた設定値以下になると分散電源用発電装置の運転を停止し、設定値よりも上に設定した不感帯領域と設定値との間の下部領域に順電力があるときには分散電源用発電装置から負荷への供給電力を減少させ、順電力が不感帯領域内にあるときには供給電力を一定とし、順電力が不感帯領域より大きい上部領域にあるときには供給電力を増加させるように電力変換器を制御するように構成する。複数台の分散電源用発電装置を並列運転する場合にも、個々の発電装置の変換器制御回路をこのように構成すればよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明の分散電源用発電装置の運転方法及び装置を実施する分散電源用発電システムの一例を詳細に説明する。図1は、2台の分散電源用発電装置1及び3から商用電力系統に接続された負荷Lに電力を供給する場合の本発明の実施の形態の構成を示すブロック図であり、図2は分散電源用発電装置1及び3の構成を示すブロック図である。分散電源用発電装置1及び3には、2台のエンジン発電機ACG1及びACG2から出力される交流電力をそれぞれ整流器RE1及びRE2を用いて整流して得た直流電力が入力端子DC1及びDC2にそれぞれ入力されている。2台のエンジン発電機ACG1及びACG2は、それぞれ定速で回転しており、整流器RE1及びRE2からはほぼ一定の直流電圧が出力されている。商用電源ACから三相交流電力が給電される商用電力系統CLには負荷Lが接続されており、また商用電力系統CLには各相の電圧V1〜V3と、商用電力系統CLの三相電流のうちの二相分の電流を検出する変流器CT1及びCT2の出力とを入力として商用電力系統CLから負荷に供給される順電力を演算するためのトランスデューサTDが接続されている。トランスデューサTDは、電流I1及びI2と商用電力系統CLの電圧V1〜V3に基づいて商用電力系統CLから負荷Lに供給される順電力を演算する。
【0019】
トランスデューサTDによって演算された順電力は、分散電源用発電装置1及び3の順電力信号入力端子a1及びa2に入力される。
【0020】
分散電源用発電装置1及び3は、それぞれ図2に示す構成を有している。すなわち分散電源用発電装置1及び3は、整流器RE1またはRE2からの直流電力が入力される入力端子に接続されて直流電圧を所定の電圧値まで昇圧するDC/DC変換器CONVと、DC/DC変換器CONVによって昇圧された直流電圧を商用電力系統と周波数及び電圧が等しく且つ位相が同期した三相交流電圧に変換して出力端子U,V,Wから出力する電力変換器としての三相インバータ回路INVとを備えている。三相インバータ回路INVと出力端子U,V,Wとの間には直列に二段の開閉器MC1及びMC2が配置されている。これらの開閉器MC1及びMC2は、三相インバータ回路INVから出力端子U,V,Wへの三相交流電力の出力を遮断する際に変換器制御回路CCからの指令で開動作をする。DC/DC変換器CONV及び三相インバータ回路INVは、変換器制御回路CCから出力される制御信号g1及びg2によって制御される。変換器制御回路CCには、商用電力系統の電圧及び周波数の異常を検出する連系保護装置RPUからの出力と、トランスデューサTDによって演算された順電力をコンピュータ制御に適したデジタルの順電力信号W_detに変換して出力する電力入力回路PDCの出力とが入力されている。変換器制御回路CCは、連系保護装置RPUから商用電力系統の電圧及び周波数異常を示す異常検出信号Rを受信すると、開閉器MC1及びMC2に開指令を出力して三相インバータ回路INVからの出力を負荷Lに供給することを停止する。また変換器制御回路CCは、電力入力回路PDCから入力される順電力信号W_detに基づいて三相インバータ回路INVに負荷に供給する電力量を制御するための制御信号即ち電力指令値Pnを出力する。
【0021】
変換器制御回路CCは、図4に示したように、商用電力系統CLから供給される順電力が予め定めた設定値(停止値)以下になると分散電源用発電装置1及び3の運転を停止し、設定値(停止値)よりも上に設定した不感帯領域と設定値との間の下部領域(減少領域)に順電力があるときには分散電源用発電装置1及び3から負荷Lへの供給電力を減少させ、順電力が不感帯領域内にあるときには供給電力を一定とし、順電力が不感帯領域より大きい上部領域(増加領域1または増加領域2)にあるときには供給電力を増加させるように三相インバータ回路INV(電力変換器)を制御する。
【0022】
変換器制御回路CCの構成は図3に示すとおりである。連系保護装置RPUからの異常検出信号Rは、入力回路ICに入力されてデジタル信号に変換されて演算部OPに入力される。またタイマ部TMは、予め定めた複数種類のタイマ時間を周期的に計数して演算部OPに出力する。演算部OPはタイマ部TMからのタイマ信号を入力として所定の判定を行う。記録部Mは、演算部OPで使用する設定値、不感帯領域、下部領域(減少領域)、上部領域(増加領域1及び増加領域2)、後述する停止領域、断線検出値に関する情報を記憶している。出力回路OCは演算部OPにおける演算結果に基づいて、DC/DC変換器CONV及び三相インバータ回路INV(電力変換器)の制御に必要な制御信号g1及びg2を出力する。演算部OPはマイクロコンピュータによって構成される。演算部OPを構成するマイクロコンピュータは、図5に示すアルゴリズムに従って構成されたソフトウエアにより動作する。
【0023】
演算部OPの動作を図5のフローチャート及び図4を用いて説明する。トランスデューサTDの出力が電力入力回路PDCで変換された信号即ち順電力信号W_detを演算部OPに入力する(ステップST1)。ステップST2で順電力信号W_detが設定値(停止値)より小さい場合は、ステップST3へと進んで電力指令値Pn=0、タイマ時間T=0とする(ステップST3)。これにより三相インバータ回路INVからの出力は停止される。ステップST2で順電力信号W_detが設定値(停止値)より大きい場合にはステップST4へと進む。
【0024】
ステップST4で順電力信号W_detが不感帯領域の下限値である目標値1より小さい場合はステップST11へと進む。ステップST11では、タイマ時間T=0か否かの判断を行い、タイマ時間T=0の場合には電力指令値をPn=Pn−1−ΔP1、タイマ時間T=2secとする(ステップST12)。ここでPn−1は、前回の電力指令値であり、ΔP1は電力指令値の減少量を示す。したがってこの場合には、前回よりもΔP1だけ電力指令値を減少させる状態を2秒間継続する。減少量は並列接続される発電装置の台数に応じて変更するようにしてもよい。ステップST11でタイマ時間T=0でない場合には、そのときの電力指令値を維持する。
【0025】
ステップST4で順電力信号W_detが目標値1より大きい場合はステップST5へと進み、ステップST5では順電力信号W_detが不感帯領域の上限値(不感帯値)より小さければ特別な処理を行わない。すなわちそのときの電力指令値が維持される。そしてステップST5で順電力信号W_detが不感帯領域の上限値より大きいことが判断されるとステップST6へと進み、順電力信号W_detが目標値2より小さいか否かが判定される。ステップST6で、順電力信号W_detが目標値2よりも小さいときには、ステップST9へと進んでタイマ部TMのタイマ時間Tが0か否かの判定がなされ、タイマ時間T=0であればステップST10へと進んでPn=Pn−1+ΔP1、タイマ時間T=2secの処理が行われる。この処理は、前回の電力指令値をΔP1だけ増加することを2秒間実施することである。タイマ時間T=0でなければ、その時点における電力指令値を維持する。順電力信号W_detが目標値2に達するまでは、電力指令値をΔP1ずつ増加することが2秒間隔で繰り返される。
【0026】
ステップST6で、順電力信号W_detが目標値2より大きくなったことが確認された後は、ステップST7へと進んでタイマ部TMのタイマ時間Tが0か否かの判定がなされ、タイマ時間T=0であればステップST8へと進んでPn=Pn−1+ΔP1、タイマ時間T=1secの処理が行われる。この処理は、前回の電力指令値をΔP1だけ増加することを1秒間実施することである。このことは順電力信号W_detが目標値2より大きくなった後は、電力指令値の増加をその前よりも2倍の速さで実施することを意味する。タイマ時間T=0でなければ、その時点における電力指令値を維持する。
【0027】
ここで本実施の形態では、図4の設定値(停止値)、不感帯領域の上限値(不感帯値)、目標値1及び2は次のようにして定める。目標値1は、不感帯領域の下限値を示すもので、給電の対象とする負荷Lの大きさと運転台数に応じて定める。そして設定値(停止値)は、目標値をPxとした場合にPx/2とする。また不感帯領域の上限値(不感帯値)については不感帯値=目標値1+n×ΔP1とする。ここでnは並列運転される発電装置の台数である。また目標値2は、目標値2=不感帯値+n×ΔPoとする。ここでΔPoはオフセット値であり、このオフセット値は商用電力系統の負荷と全発電装置の出力電力の差により定める。
【0028】
図1の2台の発電装置が停止している場合において、図4に示したように減少領域、不感帯領域、増加領域1及び2を設定した場合は、順電力信号W_detが停止領域、減少領域、不感帯領域にあるときに、発電装置は停止状態を維持する。そして順電力信号W_detが増加領域1及び2にある場合には、各増加領域に応じて定められた時間間隔で出力電力を増加しながら各発電装置は運転を開始する。電力の増加は発電装置の出力が最大出力電力に達するまで続けられる。
【0029】
発電装置の運転が開始された後、順電力信号W_detが不感帯領域に入った場合には、出力電力を一定に固定する。また順電力信号が減少領域に入ると、発電装置の出力電力を一定時間間隔で減少させる。また順電力信号が停止領域内まで減少したときには、各発電装置の運転を停止し、開閉器MC1及びMC2を開路して各発電装置を商用電力系統から切り離すことにより、逆潮流の発生を防止する。このようにすると各発電装置の運転可能範囲を拡大することができる。特に、増加領域1及び2を設定して、各増加領域に応じて出力電力の増加量を大きくする(タイマの時間間隔を短くする)ことにより、商用電力系統の負荷と順電力の差が大きい場合でも、各発電装置の出力電力を短い時間に増加させることができる。なお減少領域を設けた上で、不感帯領域の幅(不感帯領域の上限値)を並列運転される発電装置の台数に応じて増加させると、軽負荷時に発電装置間の起動時間のずれが発生して各発電装置の出力電力指令値に差が生じても、各発電装置間の出力電力のバランスを容易に取ることができるようになる。図5には示していないが、また図4の例のように断線検出値を設定すると、順電力信号W_detが停止領域の下の断線検出値以下になったときに、警報を発するようにすることができる。このようにするとトランスデューサと発電装置間の配線に断線が発生したことが、発電装置の停止原因であることを表示できるので、各発電装置が運転を停止した後の対応が容易になる。
【0030】
上記実施の形態は、2台の発電装置を並列運転した場合の例である。しかし本発明が、1台の発電装置を用いる場合にも当然にして適用できるのは勿論である。
【0031】
【発明の効果】
本発明によれば、不感帯領域を設定し、その上下の領域で分散電源用発電装置の出力を増減するように分散電源用発電装置を運転するので、分散電源用発電装置の出力を高い効率で活用することができ、しかも頻繁に発電装置を停止させることなく逆潮流の発生を防止することができる利点がある。特に不感帯領域を設けたので、必要以上に電圧変動が発生することを抑制することができる利点がある。また下部領域では、出力を徐々にまたは段階的に減少させるため、設定値(停止値)を従来よりも小さい値に設定しても確実に逆潮流の発生を防止できる。また上部領域では発電装置の出力を増加させるため、発電装置の出力効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】2台の分散電源用発電装置から商用電力系統に接続された負荷に電力を供給する場合の本発明の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図2】分散電源用発電装置の構成を示すブロック図である。
【図3】変換器制御回路の構成を示すブロック図である。
【図4】計測範囲と不感帯領域を説明するために用いる図である。
【図5】制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1,3 分散電源用発電装置
ACG1,ACG2 エンジン発電機
RE1,RE2 整流器
CL 商用電力系統
TD トランスデューサ
CT1,CT2 電流を検出する変流器
L 負荷
CONV DC/DC変換器
INV 三相インバータ回路
MC1,MC2 開閉器
RPU 連系保護装置
CC 変換器制御回路
PDC 電力入力回路
g1,g2 制御信号
IC 入力回路
OC 出力回路
OP 演算部
TM タイマ部
M 記録部

Claims (9)

  1. 商用電力系統に接続された分散電源用発電装置から前記商用電力系統に逆潮流電流が流れるのを防止するように前記分散電源用発電装置の運転を制御する分散電源用発電装置の運転制御方法であって、
    前記商用電力系統から負荷に供給される順電力を測定し、
    前記順電力が予め定めた設定値以下になると前記分散電源用発電装置の運転を停止し、
    前記設定値よりも上に不感帯領域を設定し、前記順電力が前記設定値と前記不感帯領域との間の下部領域にあるときには前記分散電源用発電装置から前記負荷への供給電力を減少させ、前記順電力が前記不感帯領域内にあるときには前記供給電力を一定とし、前記順電力が前記不感帯領域より大きい上部領域にあるときには前記供給電力を増加させるように前記分散電源用発電装置を運転することを特徴とする分散電源用発電装置の運転制御方法。
  2. 商用電力系統に並列接続された複数台の分散電源用発電装置から前記商用電力系統に逆潮流電流が流れるのを防止するように前記複数台の分散電源用発電装置の運転を制御する分散電源用発電装置の運転制御方法であって、
    前記商用電力系統から負荷に供給される順電力を測定し、
    前記順電力が予め定めた設定値以下になると前記複数台の分散電源用発電装置の運転を停止し、
    前記設定値よりも上に不感帯領域を設定し、前記順電力が前記設定値と前記不感帯領域との間の下部領域にあるときには前記複数台の分散電源用発電装置から前記負荷への供給電力をそれぞれ減少させ、前記順電力が前記不感帯領域内にあるときには前記供給電力を一定とし、前記順電力が前記不感帯領域より大きい上部領域にあるときには前記供給電力を増加させるように前記複数台の分散電源用発電装置を運転することを特徴とする分散電源用発電装置の運転制御方法。
  3. 前記上部領域を複数の増加領域に分け、前記順電力が前記上部領域内にあるときには、前記増加領域に応じて予め定めた増加割合で供給電力を増加させることを特徴とする請求項1または2に記載の分散電源用発電装置の運転制御方法。
  4. 前記下部領域または前記上部領域において、予め定めた時間間隔で段階的に供給電力を増加または減少させることを特徴とする請求項3に記載の分散電源用発電装置の運転制御方法。
  5. 前記分散電源用発電装置の台数に応じて前記不感帯領域の帯域幅を広げることを特徴とする請求項2に記載の分散電源用発電装置の運転制御方法。
  6. 前記分散電源用発電装置の台数に応じて前記下部領域及び/又は前記上部領域の帯域幅が広げられている請求項2に記載の分散電源用発電装置の運転制御方法。
  7. 前記設定値の下に断線検出領域を設定し、前記順電力が前記断線検出領域にあるときには断線の発生を警報することを特徴とする請求項1または2に記載の分散電源用発電装置の運転制御方法。
  8. 直流電力を交流電力に変換する電力変換器及び前記電力変換器を制御する変換器制御回路を備えて商用電力系統に接続された負荷に電力を供給する分散電源用発電装置から前記商用電力系統に逆潮流電流が流れるのを防止するようにして前記分散電源用発電装置の運転を制御する分散電源用発電装置の運転制御装置であって、
    前記商用電力系統から前記負荷への順電力を測定する順電力測定手段を備え、
    前記順電力が予め定めた設定値以下になると前記分散電源用発電装置の運転を停止し、前記設定値よりも上に設定した不感帯領域と前記設定値との間の下部領域に前記順電力があるときには前記分散電源用発電装置から前記負荷への供給電力を減少させ、前記順電力が前記不感帯領域内にあるときには前記供給電力を一定とし、前記順電力が前記不感帯領域より大きい上部領域にあるときには前記供給電力を増加させるように前記電力変換器を制御するように前記変換器制御回路が構成されていることを特徴とする分散電源用発電装置の運転制御装置。
  9. 直流電力を交流電力に変換する電力変換器及び前記電力変換器を制御する変換器制御回路を備えて商用電力系統に接続された負荷に電力をそれぞれ供給する複数台の分散電源用発電装置から前記商用電力系統に逆潮流電流が流れるのを防止するようにして前記複数台の分散電源用発電装置の運転を制御する分散電源用発電装置の運転制御装置であって、
    前記商用電力系統から前記負荷への順電力を測定する順電力測定手段を備え、
    前記複数台の分散電源用発電装置の前記変換器制御回路を、前記順電力が予め定めた設定値以下になると前記分散電源用発電装置の運転を停止し、前記設定値よりも上に設定した不感帯領域と前記設定値との間の下部領域に前記順電力があるときには前記分散電源用発電装置から前記負荷への供給電力を減少させ、前記順電力が前記不感帯領域内にあるときには前記供給電力を一定とし、前記順電力が前記不感帯領域より大きい上部領域にあるときには前記供給電力を増加させるように前記電力変換器を制御するようにそれぞれ構成したことを特徴とする分散電源用発電装置の運転制御装置。
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