JP2006288079A - 電力設備接続装置、電力供給システム、電力設備接続方法および電力系統運用方法。 - Google Patents
電力設備接続装置、電力供給システム、電力設備接続方法および電力系統運用方法。 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】電力品質の異なる電力系統から受電し、電力設備に給電する電力設備接続装置であって、高い電力品質の電力系統から受電し、受電電力が一定潮流になるように制御するとともに、電圧、電流、電力、周波数信号の値が所定の値になるように制御する第1のインバータ回路と、低い電力品質の電力系統から受電するとともに、予め設定された前記電力系統の接続モードに応じて、モード別電力制御を行うモード別電力制御手段を有する第2のインバータ回路とを具備する。
【選択図】図1
Description
まず、本実施形態に係る多品質電力系統と電力設備接続装置の構成例を図1に示す。
図1では、高い電力品質の電力系統1(たとえば電力会社の配電線)と、低い電力品質の電力系統2(たとえば、風力発電設備、太陽光発電設備群と接続した自営線)が電力設備接続装置3に接続されている。また、同装置3は、需要家管内の負荷4あるいはディーゼル自家発電機、ガスタービンコジェネレーションシステムなどの発電設備5、あるいは二次電池などの電力貯蔵設備6に接続されている。負荷4、発電設備5および電力貯蔵設備6を以後、一括して「電力設備」と称する。
(1)高品質電力系統に接続することで電力供給信頼性を保つこと、(2)高品質電力系統に接続することで需要家管内の自家発電設備のメンテナンス時および事故時に、バックアップ供給が受けられること、(3)需要家管内の自家発電設備が、周波数変動などの電力の不安定性を避けるために、アンシラリーサービス(電力変動吸収サービス)を受けられるように、高い電力品質の電力系統1(たとえば電力会社の配電線)に接続できること、(4)風力発電、太陽光発電などの自然エネルギー電力の使用により、高い電力品質の電力系統に接続された一般火力発電の電力消費を低減し、環境対策に貢献すること、(5)電力品質が低い分、電力料金が安価な電力系統2の低品質電力をなるべく使用して、需要家全体の電力消費コストを節約すること、(6)需要家の負荷を調整(デマンドコントロール)するか、需要家の発電機や電力貯蔵設備を活用して、低い電力品質の電力系統2の電力品質を少しでも改善すること、等ができる機能を有している。
(a)受電電力が最大契約電力を超えないこと:最大電力 ≧ 受電電力
(b)受電電力が最小契約電力を下回らないこと:最小電力 ≦ 受電電力
(c)受電電力の単位時間あたりの変化率が最大電力変化率を超えないこと:
最大電力変化率 ≧ |Δ受電電力/Δ時間|
(d)T時間の電力積算値が所定の電力指令値に対し誤差E%以内に入っていること:
{∫T t=0 (受電電力)dt − 電力指令値}/電力指令値×100 ≦ E
これらの条件を満足するように制御することにより、上述した受電電力一定制御を実施することができる。
これは、通常の受電で、需要家管内の電力設備、すなわち、負荷4、発電設備5および電力貯蔵設備6による電力要求量総和から、インバータ回路A13を介して受電される電力を差し引いた電力不足分を、インバータ回路B14にて受電するように電力指令値追従制御を行うものである。
これは、需要家管内の電力要求量総和から、インバータ回路A13を通じて受電される電力の最小値(受電契約によって定められる最小電力など)を差し引いた電力不足分を、インバータ回路B14を通じて受電するように電力指令値追従制御が実行されるモードである。
これは、低い電力品質の電力系統2の電圧あるいは周波数が変動した場合、その変動に応じて、インバータ回路B14にて受電する電力を変更することにより制御を実現するものである。
(1)複数の異なる電力品質階級を有する電力系統に、それぞれの系統に関わる連係条件を満たしながら、需要家電力設備を接続することができる。
(2)高い電力品質の電力系統に接続することで、バックアップ契約による供給信頼性を確保すること、言い換えれば、いざという場合の電力供給契約サービスを受けることができる。
(3)アンシラリー(電力変動吸収)サービス契約により、需要家管内の電力品質を維持すること、言い換えれば、自家発電設備などの電圧、周波数安定性が悪い場合に、系統を介して、電圧、周波数を安定化することができる。
(4)低い電力品質の電力系統に接続することで、高い電力品質の電力系統との連係条件を満たしながら、その電力不足分を供給することができる。
(5)低い電力品質の電力系統の、例えば、風力、太陽光発電などの自然エネルギー電源による安価な電力を最大限に利用することで、全体の電力調達コストを低減することができる。
(6)低い電力品質の電力系統の電圧、周波数などが不安定なときに、受電電力を安定化するように調整し、低い電力品質の電力系統の安定運用に貢献することができる。
(7)電力系統が様々な電力品質レベルであっても、あるいは、例えば、夜間の電力需要が最小になる時間帯に、電力潮流安定度が悪化し、電力品質が悪くなるケースのように、時間とともにその電力品質が変化しても、それに応じた対応が柔軟に実現できる。
(8)本実施形態の電力設備接続装置が、一般の電力需要家に普及すれば、社会全体の電力系統を安定かつ有効に運用することができる。すなわち、高い電力品質の電力系統に相当する電力会社は、すべての電力需要家が満足する電力品質を維持しながら、低い電力品質の電力系統の電力を最大限に利用することを優先して、風力発電、太陽光発電などの自然エネルギー電源の最大利用を図り、CO2発生量を低減して、環境負荷を低減することができる。
本実施形態では、第1の実施形態に示した電力設備接続装置に関連して、これに接続される系統の構成方法について、図5,6を用いて説明する。
(1)本実施形態の構成により、多品質の電力供給のために、新たに電力系統の設備投資をする必要がなく、現在の公共インフラを有効活用することができる。
(2)電力系統側の電力供給状況に応じて、電力品質が変動する場合、多品質電力供給が必要な時間帯のみ多品質電力系統として運用し、他の時間帯は、通常の運用をすることができるので、例えば、夜間のみなど必要最小限の運用に限定することが可能である。すなわち、電力供給側や需要家側の都合に応じて、柔軟に電力系統の運用モードを変更することができる。
本実施形態は、マイクログリッドに適用される電力設備接続装置の構成を有するものである。
図1における需要家管内の電力設備は、複数集まって、常時は、基幹電力系統から独立した小規模の配電系統ネットワークを形成することができる。このネットワークは、マイクログリッドと呼ばれている。
上述の電力設備接続装置A20と電力設備接続装置B21の設置位置は、一般に、離れた地点にある。その場合に備えて、電力設備接続装置A20と電力設備接続装置B21は、通信ネットワーク18により、電力管理センタ19ーに接続され、この電力管理センタ19ーにおいて、複数の電力設備接続装置間の情報が共有される仕組みになっている。
(a)受電電力が最大契約電力を超えないこと:最大電力 ≧ 受電電力
(b)受電電力が最小契約電力を下回らないこと:最小電力 ≦ 受電電力
(c)受電電力の単位時間あたりの変化率が最大電力変化率を超えないこと:
最大電力変化率 ≧ |Δ受電電力/Δ時間|
(d)T時間の電力積算値がある指令値に対し誤差E%以内に入っていること:
{∫T t=0 (電力)dt − 電力指令値 }/電力指令値×100 ≦ E
これらの条件に従い、電力一定制御が実行される。
4…負荷、5…発電設備、6…電力貯蔵設備、7…きわめて高い電力品質の電力系統、
8…瞬低対策装置、9…第1グレードの電力品質の電力系統、10…第2グレードの電力品質の電力系統、11…第3グレードの電力品質の電力系統、12…第Nグレードの電力品質の電力系統、13…インバータ回路A、14…インバータ回路B、15…電力検出装置、16a、16b…電圧・電流・電力・周波数検出装置、17…マイクログリッド、18…通信ネットワーク、19…電力管理センター、20…電力設備接続装置A、21…電力設備接続装置B、22…母線、23…電圧センサー、24…電流センサー、51、52…回線
Claims (15)
- 電力品質の異なる電力系統から受電し、電力設備に給電する電力設備接続装置であって、
高い電力品質の電力系統から受電する電力を検出して、電力潮流信号を第1のインバータ回路に送信する電力検出装置と、
前記電力設備に給電する電力の電圧、電流、電力、周波数を検出して、電圧、電流、電力、周波数信号を第1のインバータ回路に送信する第1の電圧、電流、電力、周波数検出装置と、
前記高い電力品質の電力系統から受電し、前記電力潮流信号に基づいて、受電電力が一定潮流になるように制御するとともに、前記電圧、電流、電力、周波数信号に基づいて、これらの信号の値が所定の値になるように制御する第1のインバータ回路と、 低い電力品質の電力系統から受電する電力の電圧、電流、電力、周波数を検出して、電圧、電流、電力、周波数信号を第2のインバータ回路に送信する第2の電圧、電流、電力、周波数検出装置と、
前記低い電力品質の電力系統から受電するとともに、前記電圧、電流、電力、周波数信号に基づいて、予め設定された前記電力系統の接続モードに応じて、モード別電力制御を行うモード別電力制御手段を有する第2のインバータ回路と
を具備することを特徴とする電力設備接続装置。 - 前記モード別電力制御手段は、高い電力品質の電力系統からの所定電力を満たせない場合に、その不足分を低い電力品質の電力系統から受電させる通常受電モード制御手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の電力設備接続装置。
- 前記モード別電力制御手段は、低い電力品質の電力系統に対し、電圧あるいは周波数の少なくとも一方の変動に応じて、電力潮流が安定化する方向に受電量を制御し、その結果生じる電力の不足分あるいは調整分を高い電力品質の電力系統から受電させる電圧、周波数安定化モード制御手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の電力設備接続装置。
- 前記モード別電力制御手段は、高い電力品質の電力系統に対し、受電量が最小となる受電電力制御を行い、その結果生じる電力の不足分を低い電力品質の電力系統から受電することで、前記低い電力品質の電力系統からの受電量を最大化する受電電力最大モード制御手段を具備することを特徴とする請求項1に記載の電力設備接続装置。
- 電力品質の異なる複数の電力系統から電力を受電し電力設備に給電する電力設備接続装置において、
第1の電力品質の電力を供給する第1の電力系統から第1の電力を受電し前記電力設備に給電する第1のインバータ回路と、
前記第1の電力品質よりも低い第2の電力品質の電力を供給する第2の電力系統から第2の電力を受電し前記電力設備に給電する第2のインバータ回路とを具備し、
前記第1のインバータ回路及び前記第2のインバータ回路は、予め設定された受電モードに応じて、前記電力設備への給電を行う
ことを特徴とする電力設備接続装置。 - 電力品質の異なる電力系統と、
請求項5記載の電力設備接続装置と
を具備することを特徴とする電力供給システム。 - 前記電力設備は、複数の需要家の電力設備に接続されたマイクログリッドに代替され、
前記電力設備接続装置は、前記マイクログリッドと前記電力品質の異なる電力系統の間の連系点毎に設置されることを特徴とする請求項6に記載の電力供給システム。 - 複数の前記電力設備接続装置は、通信ネットワークおよび電力管理センター、または、通信ネットワークのみで接続され、相互に制御情報を共有する情報制御手段を具備することを特徴とする請求項6に記載の電力供給システム。
- 電力品質の異なる電力系統から受電し、電力設備に給電する電力設備接続方法であって、
高い電力品質の電力系統から受電する電力を検出して、電力潮流信号を第1のインバータ回路に送信する電力検出ステップと、
前記電力設備に給電する電力の電圧、電流、電力、周波数を検出して、電圧、電流、電力、周波数信号を第1のインバータ回路に送信する第1の電圧、電流、電力、周波数検出ステップと、
前記高い電力品質の電力系統に接続されて受電し、送信された前記電力潮流信号に基づいて、受電電力が一定潮流になるように制御するとともに、送信された前記電圧、電流、電力、周波数信号に基づいて、これらの信号の値が所定の値になるように制御する第1のインバータ回路駆動ステップと、
低い電力品質の電力系統から受電する電力の電圧、電流、電力、周波数を検出して、電圧、電流、電力、周波数信号を第2のインバータ回路に送信する第2の電圧、電流、電力、周波数検出ステップと、
前記低い電力品質の電力系統から受電するとともに、前記電圧、電流、電力、周波数信号に基づいて、予め設定された前記電力系統の接続モードに応じて、モード別電力制御を行う第2のインバータ回路駆動ステップと
を有することを特徴とする電力設備接続方法。 - 前記モード別電力制御は、高い電力品質の電力系統からの所定電力を満たせない場合に、その不足分を低い電力品質の電力系統から受電させることを特徴とする請求項9に記載の電力設備接続方法。
- 前記モード別電力制御は、低い電力品質の電力系統に対し、電圧あるいは周波数の少なくとも一方の変動に応じて、電力潮流が安定化する方向に受電量を制御し、その結果生じる電力の不足分あるいは調整分を高い電力品質の電力系統から受電させることを特徴とする請求項9に記載の電力設備接続方法。
- 前記モード別電力制御は、高い電力品質の電力系統に対し、受電量が最小となる受電電力制御を行い、その結果生じる電力の不足分あるいは調整分を低い電力品質の電力系統から受電することで、前記低い電力品質の電力系統からの受電量を最大化することを特徴とする請求項9に記載の電力設備接続方法。
- 第1のインバータ回路及び第2のインバータ回路を具備し、当該第1のインバータ回路及び第2のインバータ回路により電力品質の異なる複数の電力系統から電力を受電し電力設備に給電する電力設備接続装置に用いられる電力設備接続方法において、
予め設定された受電モードに応じて、第1の電力品質の電力を供給する第1の電力系統から第1の電力を受電し前記電力設備に給電するよう前記第1のインバータ回路を駆動する第1のインバータ回路駆動ステップと、
前記予め設定された受電モードに応じて、前記第1の電力品質よりも低い第2の電力品質の電力を供給する第2の電力系統から第2の電力を受電し前記電力設備に給電するよう第2のインバータ回路を駆動する第2のインバータ回路駆動ステップと
を有することを特徴とする電力設備接続方法。 - 請求項6に記載の電力供給システムを用いるにあたり、
接続される多品質の電力系統として、2回線以上からなる電力系統線を、電力品質が変化する特定の時間に応じて、それぞれ異なる電力品質の電力系統線として運用する電力系統運用方法。 - 請求項6に記載の電力供給システムを用いるにあたり、
接続される多品質の電力系統として、3相の電力系統線を、電力品質が変化する特定の時間あるいは特定の操作に応じて、単相の電力系統線にモードを切り替え、2回線の単相電力系統線をそれぞれ異なる電力品質の電力系統線として運用する電力系統運用方法。
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