JP2005020845A

JP2005020845A - 情報伝送信号の遅延時間補償方法

Info

Publication number: JP2005020845A
Application number: JP2003180401A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Funahashi; 俊久舟橋; Takashi Hiyama; 隆檜山
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2003-06-25
Filing date: 2003-06-25
Publication date: 2005-01-20

Abstract

【課題】コンピュータネットワークからなる情報伝送路における情報伝送信号の遅延によって生じる自動発電制御（ＡＧＣ）精度の低下の防止を図る。
【解決手段】第１入力端２１ａには充放電電力の設定値ＰＳ_ＥＣＳ、または発電ユニットの出力設定値Ｐ_ｍが与えられ、これら設定値は、ローパスフィルタ２２を介してサンプルホールド回路２３に入力されて離散化される。離散化された信号は、時間遅れ要素検出部２４でその信号の時間遅れが検出される。この検出部２４の出力と、第２入力端２１ｂから与えられる２／ΔＴ（ΔＴは、サンプリング回数の逆数）とが、乗算器２５で乗算されて、近似式で示す補償要素ｅ^ｓＴｄ＝１＋（１−Ｚ^−１）／（１＋Ｚ^−１）・２／ΔＴ・Ｔｄが得られる。この補償要素は、ローパスフィルタ２６、乗算器２７、加算器２８、乗算器２９及びサンプルホールド回路３０を介して出力端３１に得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、単独系統における分散電源を用いた自動発電制御システムにおいて、特に、コンピュータネットワークを用いて分散配置されている分散電源の協調制御を実現するために、上記ネットワークを介して各種情報信号の授受を行なう際の、情報伝送信号の遅延時間補償方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光発電システム、風力発電システムといった自然エネルギー利用の発電システムやマイクロガスタービン発電システム、ディーゼル発電システム、燃料電池などの出力調整可能な発電システム、さらに電気二重層キャパシタからなる電力貯蔵装置（ＥＣＳ：ＥｎｅｒｇｙＣａｐａｃｉｔｏｒＳｙｓｔｅｍ）等により構成される複合型の分散電源を、系統へ導入することが進行し始めている。
【０００３】
上記した各種分散電源は、通常広域に亘って分散配置されているので、分散電源の協調運用を行なうことで、負荷構成の異なる各種負荷地域に対するより効率的な電力エネルギーの供給が可能となる。これとともに、自然エネルギーの効率的利用の面でも大きく貢献することになる。
【０００４】
また、上位系統である商用電源から見ても負荷平準化効果が期待されるとともに、上記発電システムの負荷効率を改善し、現有設備の効率運用を可能とするなど、提案するシステムが構築された場合の経済的効果も非常に高くなる。
【０００５】
上記のような効果を得るために、分散配置されている各種分散電源の協調制御、特に、ディーゼル発電システムとＥＣＳ間の協調制御を実現するために、コンピュータネットワークを介して各種情報の授受が行われる。
【０００６】
図５は、単独６．６ｋＶ系統の分散電源システムの概略構成図で、図５において、ディーゼル発電ユニット１１、風力発電ユニット１２、太陽光発電ユニット１３及び電気二重層キャパシタからなる電力貯蔵装置（ＥＣＳ）１４等の分散電源が分散配置されて、配電線１５に接続されている。なお、１６は固定負荷、１７は変動負荷である。
【０００７】
上記のように構成された分散電源において、特に、ディーゼル発電ユニット１１とＥＣＳ１４間の出力調整は、数台のコンピュータから構成される自動発電制御（ＡＧＣ：ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ）１８ａ，１８ｂと、このＡＧＣ１８ａ，１８ｂに接続されたコンピュータネットワークからなる情報伝送路１９とにより、発電ユニット１１とＥＣＳ１４からの周波数変動情報、出力情報の授受を行なって発電ユニット１１とＥＣＳ１４の出力調整が、後述のようにして行なわれる。
【０００８】
すなわち、図５において、ＥＣＳ１４は、その高速充放電により、可変発電ユニット（風力発電ユニット１２や太陽光発電ユニット１３の出力は、気象条件に左右され、任意の出力調整が不可能であるユニット）や変動負荷１７等による電力の変動成分を吸収し、系統周波数を定格値に維持する機能を持っている。
【０００９】
また、ディーゼル発電ユニット１１は、単独系統における主要電源であり、ＥＣＳ１４の貯蔵電力量を常にある範囲内に保持するためのバックアップ電源としての機能を備えている。ここで、ディーゼル発電機の周波数偏差情報は、ＡＧＣ１８ａ，１８ｂと情報伝送路１９を介してＥＣＳ１４制御系（ＥＣＳ設置点の制御策定エージェント）に送られ、ＥＣＳ１４の充放電電力指令とディーゼル発電ユニット１１に対する出力調整指令が決定される。
【００１０】
このディーゼル発電ユニット１１に対する出力調整指令は、ＡＧＣ１８ａ，１８ｂと情報伝送路１９を介してＥＣＳ１４の貯蔵電力量をバックアップするため、ディーゼル発電ユニット１１の協調制御系（制御実行エージェント）に送られ、協調制御が実行される。
【００１１】
図６は、ディーゼル発電ユニット１１で観測される周波数偏差によるＥＣＳ１４の高速充放電制御により、可変発電ユニット１２，１３や変動負荷１７などによる電力の変動成分を吸収し、系統周波数を定格値に維持するための、ＥＣＳ１４の充放電制御構成図で、１は遅延時間ブロック部、２は（Ｋ_ｐ＋Ｋ_Ｉ／ｓ）演算部、３はリミッタ部である。
【００１２】
なお、図６において、Δωはディーゼル発電ユニットの角周波数偏差、ＰＳ_ＥＣＳはＥＣＳ１４の充放電電力の設定値、Ｔ_{ｄｅｌａｙ}はコンピュータネットワークである伝送路１９の情報伝送遅延時間である。
【００１３】
また、図７は、ＥＣＳ１４の貯蔵電力を常にある範囲内に維持するために、ディーゼル発電ユニット１１の出力調整を行なうディーゼル発電ユニット１１の協調制御系の構成図で、４はＧ_Ｉ／ｓ演算部、５はＧ_ｐ演算部、６は（１／（１＋ｓＴ_１））演算部、７はリミッタ部、８は遅延時間ブロック部、９、１０は加算部である。
【００１４】
なお、図７において、ＷｒはＥＣＳ貯蔵電力量の目標値、Ｗ_ＥＣＳはＥＣＳ貯蔵電力量の現在値、Ｐ_ＥＣＳはＥＣＳの充放電電力、Ｔ_{ｄｅｌａｙ}はコンピュータネットワークである伝送路１９の情報伝送遅延時間、ＰｍはＥＣＳとの協調制御を実現するためのディーゼル発電ユニット１１の出力設定値である。
【００１５】
【非特許文献１】
左、檜山、舟橋：単独系統における自動発電制御へのマルチエージェントシステムの適用、平成１４年電気学会電力・エネルギー部門大会論文集（分冊Ａ）、２００２．８．７−９、福井大学
【００１６】
【非特許文献２】
檜山、江崎、森、小野、舟橋：電力貯蔵システムＥＣＳを有する単独系統におけるマルチエージェント方式自動発電制御の実験的検証、平成１５年電気学会全国大会、２００３．３．１７−１９、東北学院大学
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＡＧＣ方式では、コンピュータネットワークからなる伝送路１９を介して情報の授受を行うマルチエージェントシステムを適用した協調型ＡＧＣが採用されている。
【００１８】
上記複数のエージェントのうち、ひとつは、ＥＣＳ１４側にあるＡＧＣ制御系に存在する制御策定エージェントであり、もうひとつのエージェントは、ディーゼル発電ユニット１１側の協調制御系に設ける協調制御実施エージェントである。
【００１９】
上記２つのエージェント間の情報伝送には、コンピュータネットワークからなる伝送路１９により情報の授受を行うため、情報伝送信号に遅延が生じ、この遅延時間が、ＡＧＣ１８ａ，１８ｂの制御性能に悪影響を与えて制御の精度（周波数変動が大きくなる）を著しく低下させる問題がある。
【００２０】
例えば、図６，図７に示すＥＣＳにおけるＡＧＣの構成と、ディーゼル発電ユニットにおけるＡＧＣの構成を用いてシミュレーションした結果からも、図８（ａ）（ｂ）に示すように、周波数変動が大きくなることが判明した。
【００２１】
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ＥＣＳとディーゼル発電ユニット間の出力調整ＡＧＣにおいて、コンピュータネットワークからなる情報伝送路における情報伝送信号の遅延によって生じるＡＧＣの精度の低下を防止するようにした情報伝送信号の遅延時間補償方法を提供することを課題とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記の課題を達成するために、第１発明は、ディーゼル発電ユニット、風力発電ユニット、太陽光発電ユニット及び電力貯蔵装置の分散電源が配置された電力系統であって、
前記ディーゼル発電ユニットの発電機の周波数偏差情報を、コンピュータから構成される自動発電制御手段と情報伝送路とを用いて電力貯蔵装置に伝送し、その電力貯蔵装置の充放電電力指令とディーゼル発電ユニットに対する出力調整指令を決定し、その出力調整指令を前記自動発電制御手段により情報伝送路を介して制御する際に、情報伝送路遅れを補償する方法において、
前記充放電電力指令値と出力調整指令値を、それぞれ別々にローパスフィルタを介してサンプルホールドした後、時間遅れ要素検出手段で時間遅れ要素を検出し、その検出要素に定数を乗算した後に、その乗算出力に前記サンプルホールド出力を加算して伝送遅れ補償出力を得ることを特徴とする。
【００２３】
第２発明は、ディーゼル発電ユニットと電力貯蔵装置との情報伝送路間で遅延時間が変化する場合、予め送りたい情報信号に遅延時間測定用のテスト信号を付加し、そのテスト信号の授受により情報伝送路の遅延時間を測定した後、その測定した遅延時間を補償要素の設定値としたことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明の第１実施の形態を示す回路構成図で、この第１実施の形態の入力には、伝送信号である図６のリミッタ部３の出力である充放電電力の設定値ＰＳ_ＥＣＳ、または図７の遅延時間ブロック部８の出力であるディーゼル発電ユニットの出力設定値Ｐ_ｍが供給される。
【００２５】
第１入力端２１ａには上述した充放電電力の設定値ＰＳ_ＥＣＳ、または発電ユニットの出力設定値Ｐ_ｍが与えられ、これら設定値は、（１／（０．０１ｓ＋１））のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２２を介してサンプルホールド回路２３に入力されて離散化される。
【００２６】
離散化された信号は、｛（１−Ｚ^−１）／（１＋Ｚ^−１）｝の時間遅れ要素検出部２４でその信号の時間遅れが検出される。この検出部２４の出力と、第２入力端２１ｂから与えられる定数２／ΔＴ（ΔＴは、サンプリングの時間刻みで１秒間のサンプリング回数の逆数）とが、乗算器２５で乗算されて、ローパスフィルタ２６、乗算器２７を介し、加算器２８で先に離散化された信号と加算されることにより、次に示す近似式で補償要素ｅ^ｓＴｄを得る。
【００２７】
ｅ^ｓＴｄ＝１＋ｓＴｄ＝１＋（１−Ｚ^−１）／（１＋Ｚ^−１）・２／ΔＴ・Ｔｄ
乗算器２７では、第３入力端２１ｃから遅延時間Ｔｄが乗算され、乗算器２９では、第４入力端２１ｄから定数Ｇａｉｎが乗算される。
【００２８】
上記補償要素ｅ^ｓＴｄを得る式において、式の右辺の第１項は、サンプルホールド回路２３の出力を加算器２８に導くルートＲＵＴ１であり、式の右辺の第２項は、時間遅れ要素検出部２４と乗算器２５、２７、ローパスフィルタ２６のルートＲＵＴ２である。ただし、ローパスフィルタ２６は、必ずしもここへ入れる必要はない。
【００２９】
得られた補償要素ｅ^ｓＴｄは、乗算器２９及びサンプルホールド回路３０を介してより精度の高い伝送遅延時間を補償した信号として出力端３１に得られる。
【００３０】
上記した図１に示す第１実施形態の回路の入力端に、図６，図７に示す出力を与えてシミュレーションした結果の入出力特性を図２、３に示す。図２は、第１実施形態の回路を使用したときのもので、入出力特性の遅れを補償していることを示しており、図３は、第１実施形態の回路を使用していないときのもので、入出力特性の遅れが補償されていないことを示している。
【００３１】
上述した第１実施形態の回路を使用することにより、ＥＣＳとディーゼル発電ユニット間の出力調整を行なうＡＧＣにおいて、情報伝送路における情報信号の遅延によるＡＧＣ精度の低下を防止することができる。
【００３２】
図４は、この発明の第２実施の形態を示す概略構成図で、この第２実施形態では、ディーゼル発電ユニット１１とＥＣＳ１４との情報伝送路間で遅延時間が変化する場合、予め送りたい情報信号に遅延時間測定用のテスト信号を付加し、そのテスト信号の授受により情報伝送路の遅延時間を測定して、その測定した遅延時間を補償要素の設定値とするようにした。
【００３３】
第２実施形態に示すように情報伝送路の遅延時間を予め測定し、その測定結果を補償要素の設定値とすることにより、伝送路の混雑度などにより、情報伝送遅延時間が変化する場合も遅延時間によるＡＧＣ精度の低下を防止することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、ＥＣＳとディーゼル発電ユニット間の出力調整を行なうＡＧＣにおいて、情報伝送路における情報信号の遅延によるＡＧＣ精度の低下の防止を図ることができるとともに、情報伝送路の混雑度などにより、情報伝送遅延時間が変化する場合も遅延時間によるＡＧＣ精度の低下の防止を図ることができ、以って、周波数変動が大きくなることを防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施の形態を示す回路構成図。
【図２】第１実施形態の回路を使用してシミュレーションしたときの入出力特性の遅れを補償した特性図。
【図３】第１実施形態の回路を使用しないでシミュレーションしたときの入出力特性の遅れを示す特性図。
【図４】この発明の第２実施の形態を示す概略構成図。
【図５】単独６．６ｋＶ系統の分散電源システムの概略構成図。
【図６】ＥＣＳの充放電制御構成図。
【図７】ディーゼル発電ユニットの協調制御系の構成図。
【図８】最大伝達遅延時間と最大周波数偏差及び平均周波数偏差の関係図。
【符号の説明】
２２、２６…ローパスフィルタ
２３、３０サンプルホールド回路
２４…時間遅れ要素検出部
２５、２７、２９…乗算器
２８…加算器

Claims

ディーゼル発電ユニット、風力発電ユニット、太陽光発電ユニット及び電力貯蔵装置の分散電源が配置された電力系統であって、
前記ディーゼル発電ユニットの発電機の周波数偏差情報を、コンピュータから構成される自動発電制御手段と情報伝送路とを用いて電力貯蔵装置に伝送し、その電力貯蔵装置の充放電電力指令とディーゼル発電ユニットに対する出力調整指令を決定し、その出力調整指令を前記自動発電制御手段により情報伝送路を介して制御する際に、情報伝送路遅れを補償する方法において、
前記充放電電力指令値と出力調整指令値を、それぞれ別々にローパスフィルタを介してサンプルホールドした後、時間遅れ要素検出手段で時間遅れ要素を検出し、その検出要素に定数を乗算した後に、その乗算出力に前記サンプルホールド出力を加算して伝送遅れ補償出力を得ることを特徴とする情報伝送信号の遅延時間補償方法。
ディーゼル発電ユニット、風力発電ユニット、太陽光発電ユニット及び電力貯蔵装置の分散電源が配置された電力系統であって、
前記ディーゼル発電ユニットの発電機の周波数偏差情報を、コンピュータから構成される自動発電制御手段と情報伝送路とを用いて電力貯蔵装置に伝送し、その電力貯蔵装置の充放電電力指令とディーゼル発電ユニットに対する出力調整指令を決定し、その出力調整指令を前記自動発電制御手段により情報伝送路を介して制御する際に、情報伝送路遅れを補償する方法において、
前記ディーゼル発電ユニットと電力貯蔵装置との情報伝送路間で遅延時間が変化する場合、予め送りたい情報信号に遅延時間測定用のテスト信号を付加し、そのテスト信号の授受により情報伝送路の遅延時間を測定した後、その測定した遅延時間を補償要素の設定値としたことを特徴とする情報伝送信号の遅延時間補償方法。