JP2006353079A - 通信回線を利用した電力系統安定化システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】分散電源20の変動する発電電力総量を通信回線40によって計測して、電力系統の従来の周波数制御に影響を与えないように、通信回線40を介して、出力変動しても最終的機能を損なわない電気温水器などの特定の負荷13を制御し、変動を吸収するように電力計測制御装置30によって統括制御することで、変動電力の影響を回避する。
【選択図】図1
Description
そこで、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ための系統安定化装置が提案されている(特許文献1参照)。これは風力発電機側に設置されるものであり、これにより電力系統に安定した電力を出力することが可能となるが、風力発電機ごとに設置する必要があり、また設置コストも高いため普及していないのが実情である。
しかしながら、このシステムは、大電力系統に連なる配電系統情報監視システムの構築を目的としているので、大電力系統全体の制御を行う中央給電指令所と同じ権限をもつ情報監視システムでなければうまくいかない、全体制御を目的としたシステムである。
本発明は上述のような事情に鑑みなされたものであり、現状稼動している電力系統の安定化装置と連係しつつ、分散電源の発電電力の変動によって系統に周波数の擾乱が生じないようにするための電力系統安定化システムを提供することを目的とする。
前記電力計測制御装置は、前記通信回線を介して前記発電電力情報を取得し、前記発電電力の時系列の発電量の総量を計測する発電電力変動計測監視手段と、前記通信回線を介して前記消費電力情報を取得し、前記消費電力の時系列の総量を計測する負荷電力変動計測監視手段と、前記発電電力の時系列の総量と前記消費電力の時系列の総量とが一致するように前記特定の負荷の調整制御を行う負荷調整制御手段とを備えることによって達成される。
また、通信回線の通信遅れによって所定時間内に次の発電電力情報が取得できなかった場合においても、直前のデータに基づいて予測した電力値によって特定負荷の消費電力を調整制御することができる。
さらには、急激な発電電力の変動があり、特定負荷の消費電力の制御だけでは調整ができない場合であっても、フライホイール付可変速発電機と組み合わせることによって消費電力の調整が可能となり、電力系統の周波数擾乱を効果的に防止することができ、システムの冗長性を確保することができる。
すなわち、分散電源の発電電力変動に見合うだけの負荷側の消費電力変動があれば、実質変動分が相殺されるので、系統全体としは、(分散電源の発電電力変動に起因する)周波数の擾乱はなくなるということである。
なお、特定の負荷とは、このような負荷の消費電力制御を許容する契約をした特定の需要家の負荷を指す。例えば、全国に300万台普及していると思われる電気温水器や、エアコン等、湯を沸かしたり、室温の調節を行ったりする等の本来の機能が満たされていれば多少の消費電力変動があっても問題がないような負荷である。
さらに例をあげると、自動販売機の冷蔵コンプレッサー、河川排水機や農業用水の汲み上げポンプも一定の電力で運転を行うことは必ずしも必須ではない。コンプレッサーやポンプ出力を数十秒周期で30%程度変動させても運転に支障が無いからである。
H=M/2S
安定度の解析には、単位慣性定数Hが用いられ、Sを発電機の総出力又は総需要とすれば、回転エネルギーと回転数変化スピードはこの時定数Hで変化すると言える。
なお、「再生可能エネルギー」とは、枯渇する化石燃料から得られるエネルギーに対して、自然環境の中で繰り返し起こる現象に伴って得られるエネルギーを指し、風力、水力、太陽光、地熱によって発電される電力をいい、分散電源の一つである。
本発明に係る電力系統安定化システムは、変動する電力系統への電力出入り総量をインターネット等の通信回線を介して高速にモニターして、その量に応じた負荷側の電力消費をその影響が現れないように広く薄く制御調整をしようとするものである。
さらに例をあげると、自動販売機の冷蔵コンプレッサー、河川排水機や農業用水の汲み上げポンプは一定の電力で運転を行うことは必ずしも必須ではない。コンプレッサーやポンプ出力を数十秒周期で30%程度変動させても運転に支障が無い場合、電力系統に分散している特定の負荷を本発明に係る通信回線を利用した電力系統安定化システムの電力計測制御装置で集中制御すれば、最終的に周波数変動を起こさないようにできる。
図1は、本発明に係る通信回線を利用した電力系統安定化システムの第1実施形態を示すシステム構成図である。
電力系統10には、火力発電、水力発電又は原子力発電等の一般発電設備11が含まれ、一般家庭や工場等の一般負荷設備12が接続されている。また、図示しない周波数安定化装置も接続されている。
また、電力系統10には分散電源の一種である風力発電機20が連系され、これによって発電された電力が電力系統10に供給されるようになっている。風力発電機20には発電電力を検出する発電電力検出部21が接続されている。
さらに、電力系統10には、後述の電力計測制御装置30によって消費電力を制御することを許容する契約をした特定の需要家の負荷である“特定の負荷13”が複数接続されている。特定の負荷13には、負荷の調整制御を行い消費電力の検出を行う消費電力計測制御端末14が接続されている。
電力計測制御装置30は、風力発電機20の発電電力の時系列の総量と、特定の負荷13の消費電力の時系列の総量とが一致するように制御するものであり、発電電力検出部21、消費電力計測制御端末14及び電力計測制御装置30の通信制御手段31が、インターネット通信網などの通信回線40を介して相互に通信可能に接続されている。
ここで、電力計測制御装置30は、通信回線40を介して発電電力情報を取得し、発電電力の時系列の発電量の総量を計測する発電電力変動計測監視手段32と、通信回線40を介して消費電力情報を取得し、消費電力の時系列の総量を計測する負荷電力変動計測監視手段33と、発電電力の時系列の総量と消費電力の時系列の総量とが一致するように特定の負荷13の調整制御を行う負荷調整制御手段34と、通信回線40の通信遅れによって所定時間内に次の発電電力情報が取得できなかった場合に、それ以前に取得した発電電力情報を基にして次の発電電力情報を予測演算する電力変動予測手段35を備えている。
風力発電機20で発電された電力が発電電力検出部21で検出されるとともに時刻データとともにリアルタイムで通信回線40を介して、電力計測制御装置30に送られ、発電電力変動計測監視手段32において、時系列の発電電力の変動が計測される。
また、特定の負荷13に接続された消費電力計測制御端末14からは各負荷の消費電力情報が時刻データとともにリアルタイムで送られ、負荷電力変動計測監視手段33において、時系列の消費電力の変動が計測される。
発電電力変動計測監視手段32において計測された時系列の発電電力の変動分と、負荷電力変動計測監視手段33で計測された各負荷の消費電力値とから、負荷調整制御手段34で消費電力の指令値を算出し、通信回線40を介して消費電力計測制御端末14によって特定の負荷13の消費電力を調整制御する。
具体的には、風力発電と発電電力の変動分を特定の負荷の台数で等分し、それを各々の特定の負荷の消費電力指令値に割り振る。あるいは、負荷(湯沸かし器等)の状態(お湯の温度)をリアルタイムに計測し、湯温度の低い負荷に多くを振り向けるようにしてもよい。振分けの仕方は予め設定されたプログラムによって制御される。
特定の負荷は系統に多数あるので、一台あたりの負担はわずかであり、本来の機能は十分果たすように制御することができる。
その結果、風力発電で発生した電力は、間接的に特定の負荷で消費されたことになる。
図2は、時間遅れがすべて0.5秒ある場合のシミュレーションの結果を示すものである。これは発電電力の変動分を特定の負荷の消費電力を変動させることによって補償しない場合を示しているが、変動発電電力と消費電力の大きさが一致しても、時間遅れが生じると周波数変動が現れることが分かる。
発電電力の急激な変動時に特定の負荷の消費電力の調整制御で補償し切れない分を、可変速発電機のフライホイールでエネルギーを充放電させて調整を行うものである。また、通信などの渋滞によって制御遅れが生じている場合、緊急に可変速発電機のフライホイールにエネルギーを充放電させてシステムの信頼性をあげる場合もある。この場合、フライホイールのエネルギーや充放電容量は制御遅れの分だけで良く、エネルギーが極端に小さく、また蓄積時間も数秒から長くて1分と考えられるので、フライホイールシステムがもっともコストメリットがある電力貯蔵装置であると言える。
なお、通信回線の例としてインターネットを挙げたが、イントラネットでもよいことは言うまでもない。
本システムの目指す所は、電気がライフラインとなった電力系統システムをより安全に有効に運用するシステムへとつながるものである。例えば、都市部の地震災害では電気火災が問題であるが、本システムは地震信号で各家庭の分電盤を選択遮断させる制御を行うことでこれに対処できる。通信手段に電力線を用いたブロードバンドデータ通信で行えば、自己完結的である利点が多いと思われる。
11 一般発電設備
12 一般負荷設備
13 特定の負荷
14 消費電力計測制御端末
20 分散電源(風力発電機)
21 発電電力検出部
30 電力計測制御装置
31 通信制御手段
32 発電電力変動計測監視手段
33 負荷電力変動計測監視手段
34 負荷調整制御手段
35 電力変動予測手段
40 インターネット通信網
50 他の電力系統(第二電力系統)
60 電力貯蔵装置(フライホイール付可変速発電機)
Claims (6)
- 電力系統に接続される一又は複数の分散電源の発電電力を計測し、該発電電力の変動に基づいて、前記電力系統に接続された複数の特定の負荷の消費電力を制御することにより前記発電電力の変動を補償し、前記電力系統の周波数安定化を図る、通信回線を利用した電力系統安定化システムであって、該システムは、
前記分散電源の発電電力を検出する発電電力検出部と前記通信回線を介して接続されるとともに、前記特定の負荷の調整制御を行い前記消費電力の検出を行う消費電力計測制御端末と前記通信回線を介して接続される電力計測制御装置をさらに備え、
前記電力計測制御装置は、前記通信回線を介して前記発電電力情報を取得し、前記発電電力の時系列の発電量の総量を計測する発電電力変動計測監視手段と、前記通信回線を介して前記消費電力情報を取得し、前記消費電力の時系列の総量を計測する負荷電力変動計測監視手段と、前記発電電力の時系列の総量と前記消費電力の時系列の総量とが一致するように前記特定の負荷の調整制御を行う負荷調整制御手段とを備えたことを特徴とする、通信回線を利用した電力系統安定化システム。 - 前記発電電力情報には時刻情報が含まれており、前記通信回線の通信遅れによって所定時間内に次の発電電力情報が取得できなかった場合に、それ以前に取得した発電電力情報を基にして次の発電電力情報を予測演算する電力変動予測手段を前記電力計測制御装置がさらに備え、
該予測した発電電力情報に基づいて前記特定の負荷の調整制御を行うことを特徴とする、請求項1に記載の通信回線を利用した電力系統安定化システム。 - 前記特定の負荷が、前記電力系統に接続された第二の電力系統の中にある場合に、前記特定の負荷の消費電力の調整制御を行うことにより、前記分散電源の発電電力の変動を補償することを特徴とする、請求項1又は2に記載の通信回線を利用した電力系統安定化システム。
- 前記電力系統の中に、電力貯蔵装置として、短時間に充放電可能なフライホイール付可変速発電機を備え、前記発電電力の急激な変動時に前記特定の負荷の消費電力の調整制御で補償し切れない分を、前記可変速発電機のフライホイールでエネルギーを充放電させて調整を行う、請求項1乃至3のいずれかに記載の通信回線を利用した電力系統安定化システム。
- 前記分散電源が、再生可能エネルギーである請求項1乃至4のいずれかに記載の通信回線を利用した電力系統安定化システム。
- 前記通信回線が、インターネット又はイントラネットである請求項1乃至5のいずれかに記載の通信回線を利用した電力系統安定化システム。
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