JP2006320082A - 電源系統の制御装置、電力系統の制御装置、電源系統の制御方法および電力系統の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電源設備12は、自然エネルギー等を用いた発電を行い、発生電力が変動する発電設備1と、ベースとなる発電を行うとともに、原動機3と原動機3により駆動される可変周波数変換器5を有する二重給電同期発電機を有する発電設備2とを備え、電力系統11に接続されている。電源設備12の発電設備1および2の総合発生電力値および電力系統11に連系している連系線の潮流を示す信号の少なくともいずれか一方を発電設備2に制御信号として入力し、制御信号の変動に応じて発電設備2の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させることにより、発電設備1および2の総合発生電力値を所定値に維持させる。
【選択図】図1
Description
以下、この発明の実施の形態1に係る電源設備12の構成を図1に基づいて説明する。図1に示すように、発電設備1と発電設備2とが設けられている。発電設備1は、例えば風力や太陽光等の自然エネルギー等を利用した発電設備であるため、上述したように、二酸化炭素発生量の削減を図れるという利点があるものの、気象状況による出力変動を伴うという性質を有している。発電設備2は、電力供給のベース電源として動作するもので、二重給電同期機発電設備(交流励磁形発電設備)から構成されている。発電設備2には、図1に示すように、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、水車等のベースとなる電力を供給できる原動機3と、原動機3により駆動される二重給電同期機を適用した発電機4と、発電機4を励磁するための可変周波数変換器5(可変周波数電源)と、可変周波数変換器5に制御信号を与える制御装置6とを有している。発電設備1,2の出力は母線7に接続されるとともに、母線7及び連系用遮断器10を介して電力系統11に接続されている。また、母線7と連系用遮断器10との間には、連系用遮断器10を流れる潮流の検出を行う検出装置8が設けられている。検出装置8と制御装置6とは通信手段9により接続されている。通信手段9は、検出装置8で検出される潮流信号を制御装置6に与える。このように、電源設備12は、符号1〜10の各機器で構成される複数の発電設備を有する電源設備である。
図4に実施の形態2に係る独立電源系統20の構成を示す。図4に示すように、本実施の形態においては、母線7に、負荷機器18と、発電設備17と、発電設備2とが接続されている。発電設備17は、発生電力が変動する発電設備と、ディーゼルエンジン等の原動機を有する発電設備等とからなる複合発電設備である。また、本実施の形態においては、二重給電同期機発電設備からなる発電設備2内に、実施の形態1で説明した図1の構成に加えて、さらに電圧変成器(PT)19が設けられている。
図6に実施の形態3に係る独立電源系統20の構成例を示し、図7に制御装置6の構成例を示す。図6に示すように、二重給電同期機発電設備からなる発電設備2内には、図4の構成に加えて、さらに、変流器25と通信手段27とが設けられている。また、発電設備17と通信手段27との間には、発電設備17の出力(有効電力)を検出する有効電力検出装置26が設けられている。通信手段27は、有効電力検出装置26で検出された信号を発電設備2の制御装置6に伝達する。また、負荷機器18と制御装置6との間には、負荷機器18の出力(有効電力)を検出する有効電力検出装置28と、その通信手段29とが設けられている。
上記の図6の構成において負荷機器18と発電設備17の台数が多い場合、実施の形態3の制御方法を適用すると各設備数に相当する有効電力検出装置及び通信手段が必要となり設備が高価かつ複雑になると共に、有効電力検出装置や通信手段の故障が発生した場合に需給バランスが崩れる可能性がある。本実施の形態4は、この問題を解決するためになされたもので、基本的な電源系統20全体の需給バランス及び電力脈動抑制は実施の形態2の制御方法にて実施し、大きな出力変動或いは負荷変動に対しては実施の形態3の制御方法により先行的に二重給電同期機発電設備からなる発電設備2の出力を変化させることにより、経済性に優れ、高信頼性かつ高い電力品質を実現する制御方法を提供する。
上記の実施の形態4では、変動が大きい発電設備17および負荷機器18−2の電力を先行制御に用いることにより電源系統の電力品質を向上させる方法を示したが、より経済性を向上させるため、本実施の形態5においては、図10に示すように、発生電力および負荷電力が変化した時に、電流および位相等が変化することにより母線7の電圧がほぼ瞬時変化することを利用した制御方法の例を示す。
図11に、本実施の形態に係る電源系統20の構成例を示し、図12に制御装置6の回路構成例を示す。本実施の形態6は、複数の発電設備17および負荷機器18を含む電源系統20が連系用遮断器10を介して電力系統11に接続されており、当該電力系統11に対して電力の授受を行っている構成の場合の制御方法について説明する。図12は、連系用遮断器10が閉の状態の制御を実施の形態1の方法で、連系用遮断器10が開で独立電源系統状態の制御を実施の形態2の方法で構成した場合を示す。なお、当然ながら、実施の形態3〜5にて構成しても同様の効果を得ることができる。
実施の形態7は、電力系統11内に、電力が変動する発電設備17と、負荷機器18−2の変動電力に見合った容量の二重給電同期機発電設備からなる発電設備2とを分散配置し、対象となる発電設備1、負荷機器18−2及び発電設備2の電力の総計値が中央給電指令所等より与えられた有効電力指令値13を維持、かつ、脈動を低減する制御方法に関する。
上記の実施の形態2〜6では、独立電源系統時に二重給電同期機発電設備からなる発電設備2以外の自立運転している発電設備、すなわち、発電設備2の可変周波数変換器5の制御のための位相および周波数の基準が存在するのを前提とした。しかしながら、この自立運転している発電設備が停止した場合、この発電設備2は制御の基準が無くなり周波数が上昇或いは下降し運転継続できなくなる。本実施の形態8はこのような状態を回避するためのもので、図15に構成例を示す。
上記の実施の形態1〜8は、蓄電池やフライホイール等の電力貯蔵設備の有無に関係なく適用可能であるが、電力貯蔵設備がある場合、その寿命や効率も考慮した運用を行うことが望ましい。本実施の形態9はこの観点でなされたもので、上記の実施の形態1〜8のいずれにも適用可能であり、本実施の形態に係る独立電源系統20の全体構成例を図16に示し、制御装置6の構成例を図17に示す。図16の構成は、基本的に図6の構成と同じである。但し、図16においては、さらに、蓄電池またはフライホイール等の電力貯蔵設備40と、電力貯蔵設備40の電力を検出する有効電力検出装置41と、有効電力検出装置41で検出した信号を二重給電同期機発電設備からなる発電設備2の可変周波数変換器5に渡すための通信手段42とが設けられている。
上記の実施の形態1〜9では、定常或いは長い周期の変動分を二重給電同期機発電設備からなる発電設備2の原動機3の制御により調整する方法を示した。しかしながら、発電設備2の容量、台数或いは運転領域に制約がある場合、この限界値付近で運転を行っていると、この限界値で出力が制限され電力変動抑制制御が有効に作動しないことがある。本実施の形態10は、複数の発電設備を有する電源系統、設備において、二重給電同期機発電設備からなる発電設備2の出力を常に最適な状態に維持するための制御回路の構成に関するものであり、図18に制御装置6の構成例を示す。
Claims (15)
- 発生電力が変動する第1の発電設備と、ベースとなる発電を行うとともに、原動機と前記原動機により駆動される可変周波数の励磁電源を有する二重給電同期発電機を有する第2の発電設備とを備え、電力系統に接続されている電源系統を、制御するための電源系統の制御装置であって、
前記電源設備の前記第1および第2の発電設備の総合発生電力値および前記電力系統に連系している連系線の潮流を示す信号の少なくともいずれか一方が、制御信号として入力される入力手段と、
入力される前記制御信号の変動に応じて前記第2の発電設備の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させることにより、前記第1および第2の発電設備の総合発生電力値を所定値に維持させる制御手段と
を備えたことを特徴とする電源系統の制御装置。 - 発生電力が変動する第1の発電設備と、ベースとなる発電を行うとともに、原動機と前記原動機により駆動される可変周波数の励磁電源を有する二重給電同期発電機を有する第2の発電設備と、電力を消費する負荷機器とを備えた電力系統に接続されていない電源系統を、制御するための電源系統の制御装置であって、
前記電源系統の周波数が、制御信号として入力される入力手段と、
入力される前記制御信号の変化に応じて前記第2の発電設備の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させることにより、前記電源系統の周波数変動を抑制する制御手段と
を備えたことを特徴とする電源系統の制御装置。 - 発生電力が変動する第1の発電設備と、ベースとなる発電を行うとともに、原動機と前記原動機により駆動される可変周波数の励磁電源を有する二重給電同期発電機を有する第2の発電設備と、電力を消費する負荷機器とを備えた電力系統に接続されていない電源系統を、制御するための電源系統の制御装置であって、
前記第1の発電設備の有効電力及び前記負荷機器の有効電力が入力される入力手段と、
入力されるこれらの有効電力値の総和を制御信号として生成する制御信号生成手段と、
生成される前記制御信号の変化に応じて前記第2の発電設備の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させることにより、前記電源系統の周波数変動を抑制する制御手段と
を備えたことを特徴とする電源系統の制御装置。 - 前記第1の発電設備は複数の発電設備から構成されており、それらの発電設備は変動が小さい発電設備と主要かつ変動が大きい発電設備とに区分され、
前記負荷機器は複数の負荷機器から構成されており、それらの負荷機器は変動が小さい負荷機器と主要かつ変動が大きい負荷機器とに区分され、
前記入力手段は、前記主要かつ変動が大きい発電設備および負荷機器として選択された前記発電設備および前記負荷機器の有効電力が入力され、
前記制御信号生成手段は、前記主要かつ変動が大きい発電設備および負荷機器の有効電力値の総和を周波数信号に加算して前記制御信号を生成して、
前記制御手段は、前記制御信号の変化に応じて前記第2の発電設備の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させることにより、前記電源系統の周波数変動を抑制することを特徴とする請求項3に記載の電源系統の制御装置。 - 前記制御装置は、前記電源系統の電圧が第2の制御信号として入力される第2の入力手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記第2の制御信号を前記制御信号に加算した値の変化に応じて前記励磁制御および前記原動機制御を行う
ことを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1項に記載の電源系統の制御装置。 - 発生電力が変動する第1の発電設備と、ベースとなる発電を行うとともに、原動機と前記原動機により駆動される可変周波数の励磁電源を有する二重給電同期発電機を有する第2の発電設備と、負荷機器とを備え、電力系統に接続されている電源系統を、制御するための電源系統の制御装置であって、
前記電源系統が前記電力系統に接続されているか否かを示す接続状態信号が入力される接続状態入力手段と、
入力される前記接続状態信号に基づいて前記第2の発電設備の出力の制御を行う制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記接続状態信号に基づいて、
前記電源系統が前記電力系統に接続されていると判定されるときには、前記電源設備の前記第1および第2の発電設備の総合発生電力値と負荷機器の有効電力との差および前記電力系統に連系している連系線の潮流を示す信号の少なくともいずれか一方が制御信号として入力され、前記制御信号の変動に応じて前記第2の発電設備の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させることにより、前記第1および第2の発電設備の総合発生電力値を所定値に維持させ、
前記電源系統が前記電力系統に接続されていないと判定されるときには、前記電源系統の周波数および前記第1の発電設備の発生電力と前記負荷機器の有効電力との差のいずれか一方があるいは両方が制御信号として入力され、前記制御信号の変化に応じて前記第2の発電設備の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させることにより、前記電源系統の周波数変動を抑制する
ことを特徴とする電源系統の制御装置。 - 発生電力が変動する発電設備と、原動機と前記原動機により駆動される可変周波数の励磁電源を有して前記発電設備の容量に見合った容量の二重給電同期機発電設備とが配置された電力系統を、制御するための電力系統の制御装置であって、
前記発電設備の発生電力が入力される入力手段と、
入力される前記発電設備の発生電力に基づいて、前記二重給電同期機発電設備の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させることにより、前記発電設備の変動が前記電力系統に与える影響を低減すると共に、前記発電設備と前記二重給電同期機発電設備の有効電力の総和を所定値に維持する制御手段と
を備えたことを特徴とする電力系統の制御装置。 - 発生電力が変動する第1の発電設備と、ベースとなる発電を行うとともに、原動機と前記原動機により駆動される可変周波数の励磁電源を有する二重給電同期発電機を有する第2の発電設備と、電力を消費する負荷機器とを備えた電力系統に接続されない電源系統を、制御するための電源系統の制御装置であって、
二重給電同期発電機以外の発電設備の運転の有無を示す信号が入力される入力手段と、
入力される前記信号に基づいて、二重給電同期発電機以外の発電設備が前記電源系統内に有ると判定された場合には、前記電源系統の電圧を励磁制御の周波数および位相の基準信号として適用し、二重給電同期発電機以外の発電設備が前記電源系統内に無い場合には、予め準備された信号を基準信号として適用して、前記二重給電同期機発電設備の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させて、二重給電同期発電機以外の発電設備の運転の有無に拘わらず安定した運転を継続させる制御手段と
を備えたことを特徴とする電源系統の制御装置。 - 前記電源系統は電力貯蔵設備を有し、
前記制御手段は、前記電力貯蔵設備の出力が第3の制御信号として入力され、前記第3の制御信号に基づいて前記第2の発電設備の出力を変化させることにより、前記電力貯蔵設備が長時間充放電状態を継続するのを回避する
ことを特徴とする請求項1〜6および8のいずれか1項に記載の電源系統の制御装置。 - 前記電力系統は電力貯蔵設備を有し、
前記制御手段は、前記電力貯蔵設備の出力が第3の制御信号として入力され、前記第3の制御信号に基づいて前記第2の発電設備の出力を変化させることにより、前記電力貯蔵設備が長時間充放電状態を継続するのを回避する
ことを特徴とする請求項7に記載の電力系統の制御装置。 - 前記第2の発電設備の出力と前記第2の発電設備が電力変動抑制効果を発揮するのに適した定常状態での出力目標値との偏差信号により、他の発電設備の出力を変化させ、前記第2の発電設備の出力を出力目標値に維持することにより、前記第2の発電設備を常に電力変動抑制制御可能な状態とする他設備制御手段を
さらに備えたことを特徴とする請求項1〜6,8,9のいずれか1項に記載の電源系統の制御装置。 - 前記第2の発電設備の出力と前記第2の発電設備が電力変動抑制効果を発揮するのに適した定常状態での出力目標値との偏差信号により、他の発電設備の出力を変化させ、前記第2の発電設備の出力を出力目標値に維持することにより、前記第2の発電設備を常に電力変動抑制制御可能な状態とする他設備制御手段を
さらに備えたことを特徴とする請求項7または10に記載の電力系統の制御装置。 - 発生電力が変動する第1の発電設備と、ベースとなる発電を行うとともに、原動機と前記原動機により駆動される可変周波数の励磁電源を有する二重給電同期発電機を有する第2の発電設備とを備え、電力系統に接続されている電源系統を制御するための制御方法であって、
前記電源設備の前記第1および第2の発電設備の総合発生電力値および前記電力系統に連系している連系線の潮流を示す信号の少なくともいずれか一方を前記第2の発電設備に制御信号として入力し、
前記制御信号の変動に応じて前記第2の発電設備の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させることにより、前記第1および第2の発電設備の総合発生電力値を所定値に維持させることを特徴とする電源系統の制御方法。 - 発生電力が変動する第1の発電設備と、ベースとなる発電を行うとともに、原動機と前記原動機により駆動される可変周波数の励磁電源を有する二重給電同期発電機を有する第2の発電設備と、電力を消費する負荷機器とを備えた電力系統に接続されていない電源系統を制御するための制御方法であって、
前記電源系統の周波数を前記第2の発電設備に制御信号として入力し、
前記制御信号の変化に応じて前記第2の発電設備の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させることにより、前記電源系統の周波数変動を抑制することを特徴とする電源系統の制御方法。 - 発生電力が変動する発電設備と、原動機と前記原動機により駆動される可変周波数の励磁電源を有して前記発電設備の容量に見合った容量の二重給電同期機発電設備とが配置された電力系統を制御するための制御方法であって、
前記発電設備の発生電力を入力として前記二重給電同期機発電設備の出力を励磁制御及び原動機制御により変化させることにより、前記発電設備の変動が前記電力系統に与える影響を低減すると共に、前記発電設備と前記二重給電同期機発電設備の有効電力の総和を所定値に維持することを特徴とする電力系統の制御方法。
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