JP2007306670A - 電力安定化システム、電力安定化制御プログラム、電力安定化制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力貯蔵装置の貯蔵電力量が長期的に上限値、下限値で張り付くことを防止し、電力貯蔵装置の充放電による出力変動補償効果を確実に得る。
【解決手段】風力発電機１３０の出力変動を電力貯蔵装置１４０の貯蔵電力量Ｅｓにて補償することで、風力発電機１３０が接続される電力系統１１０の有効電力の変動を防止する電力安定化システム１００の制御装置１５０において、有効電力検出部１５１、補償目標値演算部１５２、補償電力演算部１５３、電力変換器制御部１５４、電力変換器１４１の制御経路に補正信号Ｐcを与える補正信号演算部１５６は、電力貯蔵装置１４０の貯蔵電力量Ｅｓに基づいて、貯蔵電力量Ｅｓが上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、貯蔵電力量Ｅｓが下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、補正信号Ｐcを演算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力安定化技術に関し、たとえば、電力貯蔵装置を用いて分散型電源の出力変動を抑制する電力安定化技術等に適用して有効な技術に関する。

近年、風力や太陽光など自然エネルギーを利用した風力発電機や太陽電池、潮力発電機、等の分散型電源の商用電力系統への連系が増加している。しかし、自然エネルギーを利用した分散型電源は、風速などの自然条件に応じて時々刻々と出力が変動するため、特に僻地や離島などの弱い電力系統では系統の周波数や電圧の変動が生じ、系統の運用上で問題となる場合がある。

また、将来、特定地域内での電力の供給を行うための小規模な配電網であるマイクログリッドの導入を進めることが考えられる。このマイクログリッドでは、自然エネルギーを利用した分散型電源の出力変動や、需要化設備の電力需要変動により、需給アンバランスが生じ、連系点の潮流が時々刻々と変化する。

このため、連系点電力制御を行い、連系点潮流を事前計画値にあわせてできるだけ一定とし、商用系統に悪影響を与えない運用が求められる。しかし、ガスタービン等の制御可能な分散型電源には負荷追従性に限界があり、速い潮流変動は抑制できないという問題がある。

そこで、従来から、フライホイールや二次電池などの電力貯蔵装置を用いて、電力の吸収または放出を行うことにより、出力変動、負荷変動、潮流変動等の電力変動分を補償するシステムが開発されている。例えば、風力発電機の出力変動補償を行う場合、風力発電機の発電出力が増加した場合には、電力貯蔵装置の電力放出を減少または電力吸収を増大させ、風力発電機の発電出力が減少した場合には、電力貯蔵装置の電力吸収を減少または電力放出を増大させることにより、風力発電機と電力貯蔵装置の連系点の電力変動を補償することができる。

ただし、電力貯蔵装置や電力変換器では充放電の際に損失が発生するため、そのままでは電力貯蔵装置に蓄えられる平均的な貯蔵電力量は徐々に減少し、終には貯蔵電力量の下限値に至り電力変動補償効果が得られなくなる。

同様に有効電力変動量の平均値が電力貯蔵装置に充電する方向に偏っていた場合、そのままでは電力貯蔵装置に蓄えられる平均的な貯蔵電力量は徐々に増加し、終には貯蔵電力量の上限値に至り電力変動補償効果が得られなくなる。

そこで、電力貯蔵装置の充放電量の平均的な偏りを補正し、貯蔵電力量が長期的に上限値および/または下限値で張り付いてしまう状態を防止するための、各種制御方式が提案されている。

電力貯蔵装置としてフライホイールを用いる例として特許文献１、二次電池を用いる例として非特許文献１等が挙げられる。
特許文献１では、フライホイールの制御装置において、フライホイールの回転速度（貯蔵電力量に相当）と目標回転速度（回転速度上限値と下限値の間に設定）との差異に基づいて回転速度が目標回転速度に近づくよう、フライホイールへの出力指令値に補正信号を加算することにより、フライホイールの充放電量の平均的な偏りを制御している。

非特許文献１では、二次電池の制御装置において、二次電池の端子電圧（貯蔵電力量に相当）があらかじめ設定したしきい値（端子電圧許容範囲に上下二つのしきい値を設定）を超えた場合に、端子電圧許容範囲の中間方向に近づくよう二次電池への出力指令値を補正（分散型電源の有効電力計測値から変動成分を除去した補償目標値に対し補正値を加算）することにより、二次電池の充放電量の平均的な偏りを制御している。
特開２００１−３３９９９５号公報 ＮＥＤＯ−ＮＰ−０００４ 蓄電池併設風力発電導入可能性調査（平成１４年２月発行）

しかし、補正信号を付加することによる問題として、特許文献１では、貯蔵電力量と目標貯蔵電力量とに差異が生じると常に補正信号が加算されるため、特に貯蔵電力量が目標貯蔵電力量をまたいで増減を繰り返した場合、補償すべき電力変動成分自体が縮小されるため、結果的に良好な出力変動補償効果が得られないという技術的課題があった。

また非特許文献１では、貯蔵電力量がしきい値を超えた場合に補正動作が開始・終了されるため、特に貯蔵電力量がしきい値をまたいで増減を繰り返した場合、頻繁に補正回路が入り切り（ＯＮ／ＯＦＦ）し、結果的に良好な出力変動補償効果が得られないという技術的課題があった。

また、補正値の加算による補正を行った場合、補正値の加算開始時、或いは加算終了時に補償電力がステップ的に変化するため、補正値による余計な外乱により良好な出力変動補償効果が得られないという技術的課題があった。

本発明の目的は、電力貯蔵装置の貯蔵電力量が長期的に上限値および/または下限値で張り付くことを防止し、電力貯蔵装置の充放電による出力変動補償効果を確実に得ることが可能な電力安定化技術を提供することにある。

本発明の他の目的は、電力貯蔵装置の貯蔵電力量が長期的に上限値および/または下限値で張り付くことを防止しつつ、より効果的な電力変動補償が可能な電力安定化技術を提供することにある。

本発明の第１の態様は、電力を貯蔵し、交流電力系統に対して電力の吸収または放出を行う電力貯蔵装置と、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置との間で入出力される前記電力を相互に変換する電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように前記電力変換器の変換動作を制御する制御装置と、を含む電力安定化システムであって、前記制御装置は、前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記有効電力計測値を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、前記有効電力計測値に前記補正信号を加算し補正有効電力を演算する手段と、前記補正有効電力から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、補償目標値から前記有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、を含む電力安定化システムを提供する。

本発明の第２の態様は、電力を貯蔵し、交流電力系統に対して電力の吸収または放出を行う電力貯蔵装置と、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置との間で入出力される前記電力を相互に変換する電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように前記電力変換器の変換動作を制御する制御装置と、を含む電力安定化システムであって、前記制御装置は、前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、前記有効電力計測値から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、前記補償目標値から有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償目標値または前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、前記補正信号を急峻な変動を平滑化するフィルタに通した後、前記補償目標値、または前記補償電力に加算する加算手段と、を含む電力安定化システムを提供する。

本発明の第３の態様は、電力を貯蔵し、交流電力系統に対して電力の吸収または放出を行う電力貯蔵装置と、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置との間で入出力される前記電力を相互に変換する電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように前記電力変換器の変換動作を制御する制御装置と、を含む電力安定化システムであって、前記制御装置は、前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、前記有効電力計測値から有効電力変動成分を抽出し、補償電力を算出する補償電力演算手段と、前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、前記補正信号を急峻な変動を平滑化するフィルタに通した後、前記補償電力に加算して補正補償電力とする加算手段と、前記補正補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、を含む電力安定化システムを提供する。

本発明の第４の態様は、電力を貯蔵し、交流電力系統に対して電力の吸収または放出を行う電力貯蔵装置と、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置との間で入出力される前記電力を相互に変換する電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように前記電力変換器の変換動作を制御する制御装置と、を含む電力安定化システムであって、前記制御装置は、前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、有効電力計測値から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償目標値を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、前記補償目標値に補正信号を加算して得られた値の急峻な変動を平滑化して補正補償目標値として出力するフィルタと、前記補正補償目標値から有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、を含む電力安定化システムを提供する。

本発明の第５の態様は、第１の態様、第２の態様、第３の態様、第４の態様のいずれか１項に記載の電力安定化システムにおいて、前記補正信号演算手段では、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量の範囲の中で、低貯蔵電力量時補正開始しきい値ＬＳ、低貯蔵電力量時補正終了しきい値ＬＥ、高貯蔵電力量時補正終了しきい値ＨＥ、高貯蔵電力量時補正開始しきい値ＨＳを、ＬＳ＜ＬＥ＜ＨＥ＜ＨＳ、となるように設定し、貯蔵電力量が低下し前記ＬＳを下回った場合に前記電力貯蔵装置が充電される方向に前記補正信号の出力を開始し、その後、貯蔵電力量が上昇し前記ＬＥを上回った場合に、前記補正信号の出力を停止し、貯蔵電力量が上昇し前記ＨＳを上回った場合に前記電力貯蔵装置から放電する方向に前記補正信号の出力を開始し、その後、貯蔵電力量が減少し前記ＨＥを下回った場合に、前記補正信号の出力を停止するよう動作する電力安定化システムを提供する。

本発明の第６の態様は、交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように、電力変換器を介して電力貯蔵装置と交流電力系統との間における充電および放電を制御する電力安定化制御プログラムであって、コンピュータに、前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記有効電力計測値を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、前記有効電力計測値に前記補正信号を加算し補正有効電力を演算する手段と、前記補正有効電力から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、補償目標値から前記有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、を実現させる電力安定化制御プログラムを提供する。

本発明の第７の態様は、交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように、電力変換器を介して電力貯蔵装置と交流電力系統との間における充電および放電を制御する電力安定化制御プログラムであって、コンピュータに、前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、前記有効電力計測値から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、前記補償目標値から有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償目標値または前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、前記補正信号を急峻な変動を平滑化するフィルタに通した後、前記補償目標値、または前記補償電力に加算する加算手段と、を実現させる電力安定化制御プログラムを提供する。

本発明の第８の態様は、交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように、電力変換器を介して電力貯蔵装置と交流電力系統との間における充電および放電を制御する電力安定化制御プログラムであって、コンピュータに、前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、前記有効電力計測値から有効電力変動成分を抽出し、補償電力を算出する補償電力演算手段と、前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、前記補正信号を急峻な変動を平滑化するフィルタに通した後、前記補償電力に加算して補正補償電力とする加算手段と、前記補正補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、を実現させる電力安定化制御プログラムを提供する。

本発明の第９の態様は、交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように、電力変換器を介して電力貯蔵装置と交流電力系統との間における充電および放電を制御する電力安定化制御プログラムであって、コンピュータに、前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、有効電力計測値から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償目標値を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、前記補償目標値に補正信号を加算して得られた値の急峻な変動を平滑化して補正補償目標値として出力するフィルタと、前記補正補償目標値から有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、を実現させる電力安定化制御プログラムを提供する。

本発明の第１０の態様は、第６の態様、第７の態様、第８の態様、第９の態様のいずれか１項に記載の電力安定化制御プログラムにおいて、前記補正信号演算手段では、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量の範囲の中で、低貯蔵電力量時補正開始しきい値ＬＳ、低貯蔵電力量時補正終了しきい値ＬＥ、高貯蔵電力量時補正終了しきい値ＨＥ、高貯蔵電力量時補正開始しきい値ＨＳを、ＬＳ＜ＬＥ＜ＨＥ＜ＨＳ、となるように設定し、貯蔵電力量が低下し前記ＬＳを下回った場合に前記電力貯蔵装置が充電される方向に前記補正信号の出力を開始し、その後、貯蔵電力量が上昇し前記ＬＥを上回った場合に、前記補正信号の出力を停止し、貯蔵電力量が上昇し前記ＨＳを上回った場合に前記電力貯蔵装置から放電する方向に前記補正信号の出力を開始し、その後、貯蔵電力量が減少し前記ＨＥを下回った場合に、前記補正信号の出力を停止するよう動作する電力安定化制御プログラムを提供する。

本発明の第１１の態様は、交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように、電力変換器を介して電力貯蔵装置と交流電力系統との間における充電および放電を制御する電力安定化制御方法であって、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に充放電電力を補正し、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に充放電電力を補正する電力安定化制御方法を提供する。

本発明の第１２の態様は、第１１の態様に記載の電力安定化制御方法において、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量の範囲の中で、低貯蔵電力量時補正開始しきい値ＬＳ、低貯蔵電力量時補正終了しきい値ＬＥ、高貯蔵電力量時補正終了しきい値ＨＥ、高貯蔵電力量時補正開始しきい値ＨＳを、ＬＳ＜ＬＥ＜ＨＥ＜ＨＳ、となるように設定し、貯蔵電力量が低下し前記ＬＳを下回った場合に前記電力貯蔵装置が充電される方向に充電電力の補正を開始し、その後、貯蔵電力量が上昇し前記ＬＥを上回った場合に、充電電力の前記補正を停止し、貯蔵電力量が上昇し前記ＨＳを上回った場合に前記電力貯蔵装置から放電する方向に放電電力の補正を開始し、その後、貯蔵電力量が減少し前記ＨＥを下回った場合に、放電電力の前記補正を停止するよう動作する電力安定化制御方法を提供する。

上記した本発明の第１、第６および第１１の態様によれば、有効電力計測値に補正信号を加算することから、補正信号の加算開始時、或いは加算終了時に補正有効電力はステップ的に変化するが、後段の補償目標値演算手段において補正有効電力から有効電力変動成分を除去する際、補正信号による補正有効電力の変動成分の内、高い周波数成分は除去される。結果、補償目標値においては補正信号によるステップ的変化は平滑化される。加えて補正信号によるステップ的変化を平滑化するためのフィルタを新たに設ける必要がない。これにより電力貯蔵装置の充放電量の平均的な偏りを補正し貯蔵電力量が長期的に上下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、補償電力のステップ的変化を平滑化し、より効果的な電力変動補償が可能となる。

上記した本発明の第２および第７の態様によれば、補正信号を急峻な変動を平滑化するフィルタに通すことによって、補正信号の加算開始時、或いは加算終了時のステップ的変化が平滑化され、良好な電力変動補償効果が得られる。これにより電力貯蔵装置の充放電量の平均的な偏りを補正し貯蔵電力量が長期的に上下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、補償電力のステップ的変化を平滑化し、より効果的な電力変動補償が可能となる。

なお、第１および第６の態様では新たなフィルタを設ける必要は無い一方、補正信号による効果は補償目標値演算部におけるフィルタの時定数の影響を受ける。
これに対し、第２および第７の態様では補正信号の急峻な変動を平滑化するフィルタを新たに設ける必要があるが、新たに設けるフィルタの時定数は補償目標値演算部におけるフィルタの時定数とは無関係に自由に設定できる利点がある。

上記した本発明の第３および第８の態様によれば、補償電力演算部にてハイパスフィルタ等により有効電力計測値から有効電力変動成分を抽出し補償電力を求める場合、補正信号はハイパスフィルタの前段に加算することはできず、補償電力に加算する必要がある。

この場合、補正信号を、急峻な変動を平滑化するフィルタに通すことによって、補正信号の加算開始時、或いは加算終了時のステップ的変化が平滑化され、良好な電力変動補償効果が得られる。これにより電力貯蔵装置の充放電量の平均的な偏りを補正し貯蔵電力量が長期的に上下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、補償電力のステップ的変化を平滑化し、より効果的な電力変動補償が可能となる。

上記した本発明の第４および第９の態様によれば、補償目標値に補正信号を加算した後、急峻な変動を平滑化するフィルタに通した値を補正補償目標値とし、補償電力演算手段の入力値とするので、補償目標値に補正信号を加算した後、急峻な変動を平滑化するフィルタに通すことによって、補正信号の加算開始時、或いは加算終了時のステップ的変化が平滑化され、良好な電力変動補償効果が得られる。これにより電力貯蔵装置の充放電量の平均的な偏りを補正し貯蔵電力量が長期的に上下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、補償電力のステップ的変化を平滑化し、より効果的な電力変動補償が可能となる。

なお、第１の態様では新たなフィルタを設ける必要は無い一方、補正信号による効果は補償目標値演算部におけるフィルタの時定数の影響を受ける。これに対し、第４の態様では補正信号の加算後、急峻な変動を平滑化するフィルタを新たに設ける必要があるが、新たに設けるフィルタの時定数は補償目標値演算部におけるフィルタの時定数とは無関係に自由に設定できる利点がある（但し、新たに設けるフィルタの時定数≦補償目標値演算部におけるフィルタの時定数であることが必要である）。

上記した本発明による第５、第１０および第１１の態様によれば、貯蔵電力量と目標貯蔵電力量との差異に応じて常に補正信号を加算する方式ではないため、貯蔵電力量が目標貯蔵電力量をまたいで増減を繰り返した場合に補償すべき電力変動成分自体が縮小されるといった問題は生じない。

また、補正開始しきい値と補正終了しきい値を別々に設定するため、一旦補正を開始した場合は貯蔵電力量レベルが（補正終了しきい値にかかるほど）大きく改善しない限り、補正が終了することはなく、また補正が終了した後、貯蔵電力量レベルが（補正開始しきい値にかかるほど）大きく悪化しない限り、補正が再開することはないため、結果頻繁に補正動作が入り切りし、良好な出力変動補償効果が得られないといった問題は生じない。

これにより電力貯蔵装置の充放電量の平均的な偏りを補正し貯蔵電力量が長期的に上下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、より効果的な電力変動補償が可能となる。
このように、本発明の電力安定化技術によれば、電力貯蔵装置の充放電量の平均的な偏りを補正し貯蔵電力量が長期的に上下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、補正信号によるステップ的外乱が発生せず、補償すべき電力変動成分自体が縮小することが無く、頻繁に補正動作が入り切りすることが無い、より効果的な電力変動補償が可能となる。

本発明によれば、電力貯蔵装置の貯蔵電力量が長期的に上限値および/または下限値で張り付くことを防止し、電力貯蔵装置の充放電による出力変動補償効果を確実に得ることが可能となる。

また、電力貯蔵装置の貯蔵電力量が長期的に上限値および/または下限値で張り付くことを防止しつつ、より効果的な電力変動補償が可能となる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
尚、本発明は、交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムに関するものであり、以下の説明では、上記自然エネルギーを利用した分散型電源が接続された交流電力系統を例にするが、この例に限らない。本発明の電力安定化システムは、負荷変動やマイクログリッド連系運転時の連系点潮流変動等、交流電力系統の有効電力変動を抑制する目的であれば適用できる。また、以下の説明では、上記自然エネルギーを利用した分散型電源の一例として、風力発電機を例にして説明するが、この例に限らず、例えば太陽光発電等であってもよい。

（実施の形態１）
図１は、本発明の一実施の形態である電力安定化システムの構成の一例を示す概念図であり、図２は、本実施の形態の電力安定化システムの一部をより詳細に例示したブロック図である。

図１に例示された電力安定化システム１００は、電力貯蔵装置１４０、電力変換器１４１、制御装置１５０からなる。電力貯蔵装置１４０、電力変換器１４１は、電力ケーブル１２０、変圧器１２２および変圧器１２３を介して電力系統１１０に接続する。

電力貯蔵装置１４０は、例えばフライホイール、二次電池、キャパシタ等である。
電力変換器１４１は、制御装置１５０からの電力変換器出力指令値ＰO（ここでは、電力貯蔵装置１４０から電力を放出する方向を、“正”とする）に基づいて、電力系統１１０と電力貯蔵装置１４０との間で電力の授受を行う。電力貯蔵装置１４０がフライホイールである場合は、フライホイール側の交流電力と電力系統１１０側の交流電力を双方向に変換し、電力貯蔵装置１４０が二次電池・キャパシタ等である場合には、二次電池・キャパシタ側の直流電力と電力系統１１０の側の交流電力を双方向に変換する。

また、ここでは自然エネルギーを利用した分散型電源の出力変動補償を行う場合を想定し、風力発電機１３０が、電力ケーブル１２０、変圧器１２１を介して電力系統１１０に接続されているとする。

なお、風力発電機１３０の出力変動の抑制に限らず、上述の通り、図１においてマイクログリッド連系点（この場合、電力ケーブル１２０の変圧器１２３に対する接続点）の有効電力を検出することにより、連系点潮流変動の抑制等にも応用できる。

制御装置１５０は、有効電力検出部１５１、補償目標値演算部１５２、補償電力演算部１５３、電力変換器制御部１５４、貯蔵電力量検出部１５５、補正信号演算部１５６、加算部１５７等を有する。

制御装置１５０は、特に図示しないが、ＣＰＵ等と、メモリや各種記憶媒体（ハードディスク等）等の記憶装置等を備えたコンピュータで構成されており、上述の有効電力検出部１５１、補償目標値演算部１５２、補償電力演算部１５３、電力変換器制御部１５４、貯蔵電力量検出部１５５、補正信号演算部１５６、加算部１５７等による処理（後述する）は、たとえば、ＣＰＵが記憶装置に記憶されている所定のアプリケーションプログラム（電力安定化制御プログラム）を読出して実行することにより実現することができる。

あるいは、制御装置１５０の有効電力検出部１５１、補償目標値演算部１５２、補償電力演算部１５３、電力変換器制御部１５４、貯蔵電力量検出部１５５、補正信号演算部１５６、加算部１５７等による処理を専用回路等のハードウェアによって実現してもよい。

また、ハードウェアによって実現する場合、プログラマブルコントローラ等のディジタル回路を用いて制御してもよいし、オペアンプ等によるアナログ制御回路で実現してもよい。

有効電力検出部１５１は、電圧検出部１５１ａ、電流検出部１５１ｂを備えており、風力発電機１３０の出力端の電圧・電流値に基づいて風力発電機１３０の有効電力計測値ＰGを検出する。

貯蔵電力量検出部１５５は、電力貯蔵装置１４０の貯蔵電力量Ｅｓを、直接あるいは間接的に検出／算出する。例えば電力貯蔵装置１４０がフライホイールである場合は、フライホイール回転数を検出し、二次電池・キャパシタ等である場合は端子電圧を検出して、該検出結果に基づいて貯蔵電力量Ｅｓを算出する。

補正信号演算部１５６は、貯蔵電力量の大きさに応じて有効電力計測値ＰGを補正する補正信号Ｐcを演算する。
すなわち、補正信号演算部１５６は、貯蔵電力量Ｅｓが上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、貯蔵電力量Ｅｓが下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、有効電力計測値ＰGを補正する補正信号Ｐcを演算する。

この補正信号演算部１５６のより詳細な構成および原理は後述の実施の形態５の実施形態にて説明する。
本実施の形態の場合、補正信号演算部１５６で求めた補正信号Ｐcを、補償目標値演算部１５２の前段に配置された加算部１５７において、有効電力計測値ＰGに加算して補正有効電力ＰG’を求め、補償目標値演算部１５２に入力する。

補償目標値演算部１５２は、図２に例示されるようなローパスフィルタ等の変動分を除去する有効電力変動成分除去フィルタ１５２ａ、或いは移動平均等の平滑化処理により、補正有効電力ＰG’から有効電力変動成分を除去し補償目標値ＰAを演算する。

有効電力変動成分除去フィルタ１５２ａは、一例として時定数ＴFの一次遅れ要素の伝達関数からなる。
ただし、有効電力変動成分除去フィルタ１５２ａとしては、有効電力変動成分を除去する機能を有していれば、何次のローパスフィルタを用いても良く、あるいは、一次ローパスフィルタを何段か直列させる構成でも良く、あるいは、移動平均処理により変動成分除去を行う構成としてもよい。

補償電力演算部１５３は、補償目標値ＰAから有効電力計測値ＰGを減算することにより、補償電力ΔＰG（ここでは、電力貯蔵装置１４０から電力を放出する方向を、“正”とする）を演算する。

電力変換器制御部１５４は、補償電力ΔＰGの大きさに応じて変換器への指令値である電力変換器出力指令値ＰOを生成する。
上述の構成の本実施の形態の制御装置１５０の特徴は、有効電力計測値ＰGに補正信号Ｐcを加算した補正有効電力ＰG’を補償目標値演算部１５２の入力値とすることにある。

有効電力計測値ＰGに補正信号Ｐcを加算することによって、補正信号の加算開始時、或いは加算終了時に補正有効電力ＰG’はステップ的に変化する。しかし、後段の補償目標値演算部１５２において補正有効電力ＰG’から有効電力変動成分を除去する際、補正信号の加算に起因する補正有効電力の変動成分の内、高い周波数成分は、有効電力変動成分除去フィルタ１５２ａにて除去される。結果、補償目標値ＰAにおいては補正信号Ｐcによるステップ的変化が平滑化され、良好な電力変動補償効果が得られる。加えて補正信号Ｐcによるステップ的変化を平滑化するためのフィルタを新たに設ける必要がない。

これにより、電力貯蔵装置１４０の充放電量の平均的な偏りを補正し、貯蔵電力量Ｅｓが長期的に上限値および/または下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、補償電力ΔＰGのステップ的変化を平滑化し、より効果的な電力変動補償が可能となる。

（実施の形態２）
続いて、図３、図４、図５、図６に実施の形態２における電力貯蔵装置１４０を用いた電力安定化システムの構成図を示す。

上述の実施の形態１との違いは、補正信号を加算する位置、及び補正信号を急峻な変動を平滑化するフィルタ１５８に通した後で補償目標値に加算する点にある。
すなわち、図３および図４の例では、制御装置１５０Ａにおいて、補償目標値演算部１５２と補償電力演算部１５３の間に、加算部１５７を設け、この加算部１５７において、補償目標値演算部１５２から出力される補償目標値ＰAに対して、フィルタ１５８を介して補正信号Ｐcを加え、得られた補正補償目標値ＰA’を補償電力演算部１５３に入力している。

また、図５および図６の例では、制御装置１５０Ｂの補償電力演算部１５３の後段に加算部１５７を設け、この加算部１５７において、補償電力演算部１５３から出力される補償電力ΔＰGに対して、フィルタ１５８を介して補正信号Ｐcを加え、得られた補正補償電力ΔＰG’を電力変換器制御部１５４に入力している。

上述の実施の形態１では新たなフィルタを設ける必要は無い一方、補正信号による効果は補償目標値演算部１５２における有効電力変動成分除去フィルタ１５２ａの時定数の影響を受ける。

これに対し、この実施の形態２では補正信号の急峻な変動を平滑化するフィルタを新たに設ける必要があるが、新たに設けるフィルタ１５８の時定数Ｔcは補償目標値演算部１５２におけるフィルタの時定数ＴFとは無関係に自由に設定できる。

本実施の形態２の場合には、補正信号Ｐcを、急峻な変動を平滑化するフィルタ１５８に通すことによって、補正信号Ｐcの加算開始時、或いは加算終了時における補正補償目標値ＰA’または補正補償電力ΔＰG’のステップ的変化が平滑化され、良好な電力変動補償効果が得られる。

これにより電力貯蔵装置１４０の充放電量の平均的な偏りを補正し、貯蔵電力量Ｅｓが長期的に上限値や下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、補償電力のステップ的変化を平滑化し、より効果的な電力変動補償が可能となる。

（実施の形態３）
続いて、図７および図８に、実施の形態３における電力貯蔵装置１４０を用いた電力安定化システムの構成図を示す。

図７の電力安定化システムは、電力貯蔵装置１４０、電力変換器１４１、制御装置１５０Ｃからなり、電力ケーブル１２０、変圧器１２３を介して電力系統１１０に接続する。
電力貯蔵装置１４０、電力変換器１４１については、上述の実施の形態１で説明した実施の形態と同じであるため、説明は省略する。

また実施の形態１での説明と同様に、自然エネルギーを利用した分散型電源の出力変動補償を行う場合を想定し、風力発電機１３０が変圧器１２１、電力ケーブル１２０を介して電力系統１１０に接続されているとする。

制御装置１５０Ｃは、有効電力検出部１５１、貯蔵電力量検出部１５５、補正信号演算部１５６、補償電力演算部１５３、電力変換器制御部１５４等を有する。その内、有効電力検出部１５１、貯蔵電力量検出部１５５、補正信号演算部１５６については上述の実施の形態１で説明した実施の形態と同じであるため、説明は省略する。

図８に例示されるように、本実施の形態３における補償電力演算部１５３は、たとえば、時定数がＴFの一次遅れ微分要素の伝達関数で構成されるハイパスフィルタ等からなる有効電力変動成分抽出フィルタ１５３ａにより、有効電力計測値ＰGから有効電力変動成分を抽出し補償電力ΔＰG（ここでは、電力貯蔵装置１４０から電力を放出する方向を、“正”とする）を演算する。

有効電力変動成分抽出フィルタ１５３ａとしては、有効電力変動成分を抽出する機能を有していれば、何次のハイパスフィルタを用いても良く、あるいは、一次ハイパスフィルタを何段か直列させる構成でも良い。

補正信号演算部１５６で求めた補正信号Ｐcを急峻な変動を平滑化するフィルタ１５８に通した上で、補償電力ΔＰGに加算して補正補償電力ΔＰG’を求め、電力変換器制御部１５４に入力する。

電力変換器制御部１５４は、補正補償電力ΔＰG’の大きさに応じて電力変換器１４１への指令値である電力変換器出力指令値ＰOを生成する。
上述のように、本実施の形態３の制御装置１５０Ｃの特徴は、補正信号演算部１５６において演算した補正信号Ｐcを、急峻な変動を平滑化するフィルタに通した後、補償電力ΔＰGに加算することにある。

補償電力演算部１５３にてハイパスフィルタ等により有効電力計測値ＰGから有効電力変動成分を抽出し補償電力ΔＰGを求める場合、補正信号Ｐcはハイパスフィルタの前段に加算することはできず、補償電力ΔＰGに加算する必要がある。ここで補正信号Ｐcを、急峻な変動を平滑化するフィルタ１５８に通すことによって、補正信号の加算開始時、或いは加算終了時のステップ的変化が平滑化され、良好な電力変動補償効果が得られる。

本実施の形態３によれば、電力貯蔵装置１４０の充放電量の平均的な偏りを補正し、貯蔵電力量Ｅｓが長期的に上限値および/または下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、補償電力のステップ的変化を平滑化し、より効果的な電力変動補償が可能となる。

（実施の形態４）
続いて、図９および図１０に、実施の形態４における電力貯蔵装置１４０を用いた電力安定化システムの構成図を示す。

上述の実施の形態１との違いは、補正信号を加算する位置、及び補正信号を加算した後急峻な変動を平滑化するフィルタに通す点にある。
すなわち、本実施の形態４の制御装置１５０Ｄにおいては、補償目標値演算部１５２と補償電力演算部１５３との間に、加算部１５７およびフィルタ１５８を直列に配置している。

補償目標値演算部１５２から出力される補償目標値ＰAは、加算部１５７において補正信号Ｐcが加算され、補正補償目標値ＰA’としてフィルタ１５８を通過し、平滑化された後に補償電力演算部１５３に入力される。

上述の実施の形態１では新たなフィルタを設ける必要は無い一方、補正信号による効果は補償目標値演算部１５２における有効電力変動成分除去フィルタ１５２ａの時定数ＴFの影響を受ける。

これに対し、図１０に例示されるように、本実施の形態４では補正信号の急峻な変動を平滑化するフィルタ１５８を新たに設ける必要があるが、新たに設けるフィルタ１５８の時定数Ｔcは補償目標値演算部１５２における有効電力変動成分除去フィルタ１５２ａの時定数ＴFとは無関係に自由に設定できる。

但し、新たに設けるフィルタ１５８の時定数Ｔc≦補償目標値演算部１５２におけるフィルタの時定数ＴF、である必要がある。
本実施の形態４の場合には、補償目標値ＰAに補正信号Ｐcを加算した後、急峻な変動を平滑化するフィルタ１５８に通した値を補正補償目標値ＰA’とし、補償電力演算部１５３の入力値とするので、補償目標値ＰAに補正信号Ｐcを加算した後、急峻な変動を平滑化するフィルタ１５８に通すことによって、補正信号Ｐcの加算開始時、或いは加算終了時の補正補償目標値ＰA’のステップ的変化が平滑化され、良好な電力変動補償効果が得られる。

これにより電力貯蔵装置１４０の充放電量の平均的な偏りを補正し、貯蔵電力量Ｅｓが長期的に上限値および/または下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、補償電力のステップ的変化を平滑化し、より効果的な電力変動補償が可能となる。

（実施の形態５）
図１１に実施の形態５である電力安定化システムにおける補正信号演算部１５６の構成図を示す。なお、図１１に記載の補正信号演算部１５６の構成は、上述の実施の形態１〜４における補正信号演算部１５６に共通して適用できる。

補正信号演算部１５６は、貯蔵電力量検出部１５５で算出した貯蔵電力量Ｅｓを入力とし、補正信号Ｐc（信号の性質としては電力に相当）を出力する。
補正信号演算部１５６において、低貯蔵電力量時補正開始しきい値ＬＳ、低貯蔵電力量時補正終了しきい値ＬＥ、高貯蔵電力量時補正終了しきい値ＨＥ、高貯蔵電力量時補正開始しきい値ＨＳを設ける。

そして、電力貯蔵装置１４０における貯蔵電力量Ｅｓ（電力貯蔵能力）の許容運転範囲内（たとえば、フライホイールでは回転数の上下限と下限値の間、二次電池では端子電圧の上下限と下限値の間）で、ＬＳ＜ＬＥ＜ＨＥ＜ＨＳ、となるように設定する。

また、低貯蔵電力量時の補正信号Ｐcｍ（≦０．０）及び高貯蔵電力量時の補正信号Ｐcｐ（≧０．０）を設定する。
本実施の形態５の場合には、貯蔵電力量Ｅｓと、ＬＳ、ＬＥ、ＨＥ、ＨＳの各々との関係に基づいて、補正信号演算部１５６から、補正信号Ｐcとして、補正信号Ｐcｍ、０（零）、補正信号Ｐcｐのいずれかが出力される。

補正信号演算部１５６は、貯蔵電力量Ｅｓが低下し低貯蔵電力量時補正開始しきい値ＬＳを下回った場合に、補正信号Ｐcとして補正信号Ｐcｍの出力を開始する。補正信号Ｐcｍはマイナスの信号であるため、電力変換器出力指令値ＰOが補正信号Ｐcｍ分だけ電力貯蔵装置１４０に充電する方向にシフトすることになり、貯蔵電力量Ｅｓの平均的な低下を解消することができる。

その後、貯蔵電力量Ｅｓが上昇し低貯蔵電力量時補正終了しきい値ＬＥを上回った場合に、補正信号演算部１５６は、その補正信号Ｐcｍの出力を停止する。すなわち補正信号Ｐcは零になる。

同様に、補正信号演算部１５６は、貯蔵電力量Ｅｓが上昇し高貯蔵電力量時補正開始しきい値ＨＳを上回った場合に、補正信号Ｐcとして補正信号Ｐcｐの出力を開始する。補正信号Ｐcｐはプラスの信号であるため、電力変換器出力指令値ＰOが補正信号Ｐcｐ分だけ電力貯蔵装置１４０から放電する方向にシフトすることになり、貯蔵電力量Ｅｓの平均的な上昇を解消することができる。

その後、貯蔵電力量Ｅｓが低下し高貯蔵電力量時補正終了しきい値ＨＥを上回った場合に、補正信号演算部１５６は、その補正信号Ｐcｐの出力を停止する。すなわち補正信号Ｐcは零になる。

上述の本発明の各実施の形態の構成の電力貯蔵装置１４０を用いた電力安定化システムによれば、貯蔵電力量と目標貯蔵電力量との差異に応じて常に補正信号を加算する方式ではないため、貯蔵電力量が目標貯蔵電力量をまたいで増減を繰り返した場合に補償すべき電力変動成分自体が縮小されるといった問題は生じない。

また、補正開始しきい値と補正終了しきい値を別々に設定するため、一旦補正を開始した場合は貯蔵電力量レベルが（補正終了しきい値にかかるほど）大きく改善しない限り、補正が終了することはなく、また補正が終了した後、貯蔵電力量レベルが（補正開始しきい値にかかるほど）大きく悪化しない限り、補正が再開することはないため、結果として頻繁に補正信号演算部１５６による補正動作が入り切り（ＯＮ／ＯＦＦ）し、良好な出力変動補償効果が得られないといった問題は生じない。

これにより電力貯蔵装置１４０の充放電量の平均的な偏りを補正し貯蔵電力量Ｅｓが長期的に上限値および/または下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、風力発電機１３０の出力変動に際して、より効果的な電力変動補償が可能となる。

以上説明した電力貯蔵装置１４０を用いた電力安定化システムの上記効果について、以下、本発明者による検証結果について示す。
ここでは、実施の形態１、実施の形態５に基づいた電力貯蔵装置１４０を用いた電力安定化システムにおいて、補正制御（以下「本発明による補正制御」と記す）を行った実測波形を示す。なお、本発明による補正制御では、実施の形態１における電力貯蔵装置１４０を用いた電力安定化システムにおいて、実施の形態５に基づいて補正信号Ｐｃを演算し、補償目標値演算部１５２に入力する有効電力計測値ＰGに補正信号Ｐｃを加算する。

また比較のため、補償目標値演算部１５２に上下限しきい値（補正開始しきい値と補正終了しきい値に分けない）設け、これを超えた場合に補正信号Ｐｃ’を出力し、補償目標値ＰAに補正信号Ｐｃ’を加算する場合（以下「従来技術による補正制御」と記す）のシミュレーション結果を併せて示す。

なお、実機において制御装置１５０内の構成を変えることは難しく、仮に構成を変更したとしても、補償対象である風力発電機１３０の出力は風任せで再現できないため、ここでは、従来技術による補正制御を行った場合の電力貯蔵装置１４０を用いた電力安定化システムをモデル化し、実機において計測した風力発電機１３０の出力データを入力することで（つまり、同じデータを入力する）、上記シミュレーション結果を得ている。

図１２に、本発明による補正制御を行った場合の貯蔵電力量Ｅｓ（図１２中のＥｓ）の実測波形と、従来技術による補正制御を行った場合の貯蔵電力量Ｅｓ（図１２中のＥｓ’）のシミュレーション結果を示す。

図１２の波形より、従来技術による補正制御を行った場合、および本発明による補正制御を行った場合のいずれも、貯蔵電力量Ｅｓが上限値に達するのを防止するように動作していることが分かる。

図１３に、本発明による補正制御を行った場合の補正信号Ｐｃ（図１３の中のＰｃ）の実測波形と、従来技術による補正制御を行った場合の補正信号Ｐｃ’（図１３の中のＰｃ’）のシミュレーション結果を示す。

図１３の波形より、従来技術による補正制御を行った場合、経過時間の７８００秒近辺から８７００秒近辺まで補正信号Ｐｃ’が加算されるが、８０００秒前後において貯蔵電力量Ｅｓが補償目標値演算部１５２の下限しきい値近傍で細かく増減することにより、補正動作が頻繁に入り切り（ＯＮ／ＯＦＦ）していることが分かる。

一方、本発明による補正制御を行った場合、経過時間の７４００秒近辺から９７００秒近辺まで補正信号Ｐｃが加算されている。補正開始しきい値と補正終了しきい値が、上述のようにＬＳ、ＬＥ、ＨＥ、ＨＳに分かれて設定されるため、従来技術による補正制御に比べ補正信号Ｐcを加算している時間は長いが、補正信号演算部１５６における補正動作が頻繁に入り切りする現象は発生しない事が分かる。

図１４に、本発明による補正制御を行った場合の補償目標値ＰA（図１４の中のＰａ）の実測波形と、従来技術による補正制御を行った場合の補償目標値ＰA（図１４の中のＰａ’）のシミュレーション結果と、補正を全く行わない場合の補償目標値ＰA（図１４の中のＰａｏ）のシミュレーション結果を示す。

図１４の波形より、従来技術による補正制御を行った場合、経過時間が７８００秒近辺で補正信号Ｐcが加算される時、また８７００秒近辺で補正信号Ｐcの加算が終了する時、補償目標値ＰA（Ｐａｏ）がステップ的に変化している。また８０００秒前後において補正動作が頻繁に入り切り（ＯＮ／ＯＦＦ）することにより、補償目標値ＰAもハンチングを起こしていることが分かる。

一方、本発明による補正制御を行った場合、７４００秒近辺で補正信号Ｐcが加算されているが、補償目標値演算部１５２の有効電力変動成分除去フィルタ１５２ａによりステップ的変化が平滑化され、補正を全く行わない場合の補償目標値ＰA（図１４の中のＰａｏ）に対し緩やかに増加していることが分かる。

図１５に、本発明による補正制御を行った場合の補償電力ΔＰG（図１５の中のΔＰｇ）の実測波形と、従来技術による補正制御を行った場合の補償電力ΔＰG（図１５の中のΔＰｇ’）のシミュレーション結果を示す。

図１５の波形より、従来技術による補正制御を行った場合、経過時間が７８００秒近辺及び８７００秒近辺で補償電力ΔＰｇ’がステップ的に変化している。また８０００秒前後において補償電力ΔＰｇ’がハンチングを起こしていることが分かる。

一方、本発明による補正制御を行った場合には、補償電力ΔＰG（ΔＰｇ）では、ステップ的な急峻な変化や、ハンチングが発生していないことが分かる。
図１６に、本発明による補正制御を行った場合の補償後の分散型電源有効電力（ＰG＋ΔＰG）（図１６の中のＰｇ＋ΔＰｇ）の実測波形と、従来技術による補正制御を行った場合の補償後の分散型電源有効電力（ＰG＋ΔＰG）（図１６の中のＰｇ＋ΔＰｇ’）のシミュレーション結果、及び（補償前の）有効電力計測値ＰG（図１６の中のＰｇ）を示す。

図１６の波形より、従来技術による補正制御を行った場合、電力変動の平滑化は行われているが、経過時間の７８００秒近辺及び８７００秒近辺で補償後の分散型電源有効電力（Ｐｇ＋ΔＰｇ’）がステップ的に変化している。また８０００秒前後において補償後の分散型電源有効電力（Ｐｇ＋ΔＰｇ’）がハンチングを起こしていることが分かる。

一方、本発明による補正制御を行った場合の分散型電源有効電力（Ｐｇ＋ΔＰｇ）では、ステップ的に変化やハンチングが発生せず、分散型電源（風力発電機１３０）の有効電力の変動が平滑化されていることが分かる。

以上説明したように、本発明における上述の各実施の形態に開示された電力貯蔵装置１４０を用いた電力安定化システム１００によれば、電力貯蔵装置１４０の充放電量の平均的な偏りを補正し貯蔵電力量Ｅｓが長期的に上限値および/または下限値で張り付いてしまう状態を防止しつつ、補正信号Ｐcの加算による、補償目標値ＰA、補償電力ΔＰG、補償後の分散型電源有効電力（Ｐｇ＋ΔＰｇ）等の急峻なステップ的変化やハンチングの発生を防止することができる。

この結果、電力貯蔵装置１４０の運転許容範囲内でより効率的で効果的に、風力発電機１３０の出力変動等に起因する電力系統１１０の電力変動補償が可能な、電力貯蔵装置１４０を用いた電力変動補償システムとを提供できる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

本発明の実施の形態１である電力安定化システムの構成の一例を示す概念図である。 本発明の実施の形態１である電力安定化システムの一部をより詳細に例示したブロック図である。 本発明の実施の形態２における電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２の電力安定化システムの一部をより詳細に例示したブロック図である。 本発明の実施の形態２における電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの構成の変形例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２の変形例の電力安定化システムの一部をより詳細に例示したブロック図である。 本発明の実施の形態３における電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３の電力安定化システムの一部をより詳細に例示したブロック図である。 本発明の実施の形態４における電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態４の電力安定化システムの一部をより詳細に例示したブロック図である。 本発明の実施の形態５である電力安定化システムにおける補正信号演算部の構成および作用の一例を示す概念図である。 本発明による補正制御を行った場合の貯蔵電力量の実測波形と、従来技術による補正制御を行った場合の貯蔵電力量の推移のシミュレーション結果を比較して示す線図である。 本発明による補正制御を行った場合の補正信号の実測波形と、従来技術による補正制御を行った場合の補正信号のシミュレーション結果を比較して示す線図である。 本発明による補正制御を行った場合の補償目標値の実測波形と、従来技術による補正制御を行った場合の補償目標値の実測波形を比較して示す線図である。 本発明による補正制御を行った場合の補償電力の実測波形と、従来技術による補正制御を行った場合の補償電力の実測波形を比較して示す線図である。 本発明による補正制御を行った場合の補償後の分散型電源有効電力の実測波形と、従来技術による補正制御を行った場合の補償後の分散型電源有効電力の実測波形とを比較して示す線図である。

符号の説明

１００ 電力安定化システム
１１０ 電力系統
１２０ 電力ケーブル
１２１ 変圧器
１２２ 変圧器
１２３ 変圧器
１３０ 風力発電機
１４０ 電力貯蔵装置
１４１ 電力変換器
１５０ 制御装置
１５０Ａ 制御装置
１５０Ｂ 制御装置
１５０Ｃ 制御装置
１５０Ｄ 制御装置
１５１ 有効電力検出部
１５１ａ 電圧検出部
１５１ｂ 電流検出部
１５２ 補償目標値演算部
１５２ａ 有効電力変動成分除去フィルタ
１５３ 補償電力演算部
１５３ａ 有効電力変動成分抽出フィルタ
１５４ 電力変換器制御部
１５５ 貯蔵電力量検出部
１５６ 補正信号演算部
１５７ 加算部
１５８ フィルタ
Ｅｓ 貯蔵電力量
ＨＥ 高貯蔵電力量時補正終了しきい値
ＨＳ 高貯蔵電力量時補正開始しきい値
ＬＥ 低貯蔵電力量時補正終了しきい値
ＬＳ 低貯蔵電力量時補正開始しきい値
ＰA 補償目標値
ＰA’ 補正補償目標値
Ｐc 補正信号
Ｐｃ’ 補正信号
Ｐcｍ 正の補正信号
Ｐcｐ 負の補正信号
ＰG 有効電力計測値
ＰG’ 補正有効電力
ＰO 電力変換器出力指令値
ΔＰG 補償電力
ΔＰG’ 補正補償電力

Claims (12)

1. 電力を貯蔵し、交流電力系統に対して電力の吸収または放出を行う電力貯蔵装置と、
   前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置との間で入出力される前記電力を相互に変換する電力変換器と、
   前記交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように前記電力変換器の変換動作を制御する制御装置と、
   を含む電力安定化システムであって、
   前記制御装置は、
   前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
   前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
   前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記有効電力計測値を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、
   前記有効電力計測値に前記補正信号を加算し補正有効電力を演算する手段と、
   前記補正有効電力から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、
   補償目標値から前記有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、
   前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、
   を含むことを特徴とする電力安定化システム。
2. 電力を貯蔵し、交流電力系統に対して電力の吸収または放出を行う電力貯蔵装置と、
   前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置との間で入出力される前記電力を相互に変換する電力変換器と、
   前記交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように前記電力変換器の変換動作を制御する制御装置と、
   を含む電力安定化システムであって、
   前記制御装置は、
   前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
   前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
   前記有効電力計測値から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、
   前記補償目標値から有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、
   前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、
   前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償目標値または前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、
   前記補正信号を急峻な変動を平滑化するフィルタに通した後、前記補償目標値、または前記補償電力に加算する加算手段と、
   を含むことを特徴とする電力安定化システム。
3. 電力を貯蔵し、交流電力系統に対して電力の吸収または放出を行う電力貯蔵装置と、
   前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置との間で入出力される前記電力を相互に変換する電力変換器と、
   前記交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように前記電力変換器の変換動作を制御する制御装置と、
   を含む電力安定化システムであって、
   前記制御装置は、
   前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
   前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
   前記有効電力計測値から有効電力変動成分を抽出し、補償電力を算出する補償電力演算手段と、
   前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、
   前記補正信号を急峻な変動を平滑化するフィルタに通した後、前記補償電力に加算して補正補償電力とする加算手段と、
   前記補正補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、
   を含むことを特徴とする電力安定化システム。
4. 電力を貯蔵し、交流電力系統に対して電力の吸収または放出を行う電力貯蔵装置と、
   前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置との間で入出力される前記電力を相互に変換する電力変換器と、
   前記交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように前記電力変換器の変換動作を制御する制御装置と、
   を含む電力安定化システムであって、
   前記制御装置は、
   前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
   前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
   有効電力計測値から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、
   前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償目標値を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、
   前記補償目標値に補正信号を加算して得られた値の急峻な変動を平滑化して補正補償目標値として出力するフィルタと、
   前記補正補償目標値から有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、
   前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、
   を含むことを特徴とする電力安定化システム。
5. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれか１項に記載の電力安定化システムにおいて、前記補正信号演算手段では、
   前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量の範囲の中で、低貯蔵電力量時補正開始しきい値ＬＳ、低貯蔵電力量時補正終了しきい値ＬＥ、高貯蔵電力量時補正終了しきい値ＨＥ、高貯蔵電力量時補正開始しきい値ＨＳを、ＬＳ＜ＬＥ＜ＨＥ＜ＨＳ、となるように設定し、
   貯蔵電力量が低下し前記ＬＳを下回った場合に前記電力貯蔵装置が充電される方向に前記補正信号の出力を開始し、その後、貯蔵電力量が上昇し前記ＬＥを上回った場合に、前記補正信号の出力を停止し、
   貯蔵電力量が上昇し前記ＨＳを上回った場合に前記電力貯蔵装置から放電する方向に前記補正信号の出力を開始し、その後、貯蔵電力量が減少し前記ＨＥを下回った場合に、前記補正信号の出力を停止するよう動作することを特徴とする電力安定化システム。
6. 交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように、電力変換器を介して電力貯蔵装置と交流電力系統との間における充電および放電を制御する電力安定化制御プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
   前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
   前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記有効電力計測値を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、
   前記有効電力計測値に前記補正信号を加算し補正有効電力を演算する手段と、
   前記補正有効電力から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、
   補償目標値から前記有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、
   前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、
   を実現させることを特徴とする電力安定化制御プログラム。
7. 交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように、電力変換器を介して電力貯蔵装置と交流電力系統との間における充電および放電を制御する電力安定化制御プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
   前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
   前記有効電力計測値から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、
   前記補償目標値から有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、
   前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、
   前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償目標値または前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、
   前記補正信号を急峻な変動を平滑化するフィルタに通した後、前記補償目標値、または前記補償電力に加算する加算手段と、
   を実現させることを特徴とする電力安定化制御プログラム。
8. 交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように、電力変換器を介して電力貯蔵装置と交流電力系統との間における充電および放電を制御する電力安定化制御プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
   前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
   前記有効電力計測値から有効電力変動成分を抽出し、補償電力を算出する補償電力演算手段と、
   前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、
   前記補正信号を急峻な変動を平滑化するフィルタに通した後、前記補償電力に加算して補正補償電力とする加算手段と、
   前記補正補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、
   を実現させることを特徴とする電力安定化制御プログラム。
9. 交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように、電力変換器を介して電力貯蔵装置と交流電力系統との間における充電および放電を制御する電力安定化制御プログラムであって、
   コンピュータに、
   前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
   前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
   有効電力計測値から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、
   前記貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に、前記補償目標値を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、
   前記補償目標値に補正信号を加算して得られた値の急峻な変動を平滑化して補正補償目標値として出力するフィルタと、
   前記補正補償目標値から有効電力計測値を減算して補償電力を算出する補償電力演算手段と、
   前記補償電力の大きさに応じた電力変換器出力指令値によって前記電力変換器の変換動作を制御する電力変換器制御手段と、
   を実現させることを特徴とする電力安定化制御プログラム。
10. 請求項６、請求項７、請求項８、請求項９のいずれか１項に記載の電力安定化制御プログラムにおいて、前記補正信号演算手段では、
    前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量の範囲の中で、低貯蔵電力量時補正開始しきい値ＬＳ、低貯蔵電力量時補正終了しきい値ＬＥ、高貯蔵電力量時補正終了しきい値ＨＥ、高貯蔵電力量時補正開始しきい値ＨＳを、ＬＳ＜ＬＥ＜ＨＥ＜ＨＳ、となるように設定し、
    貯蔵電力量が低下し前記ＬＳを下回った場合に前記電力貯蔵装置が充電される方向に前記補正信号の出力を開始し、その後、貯蔵電力量が上昇し前記ＬＥを上回った場合に、前記補正信号の出力を停止し、
    貯蔵電力量が上昇し前記ＨＳを上回った場合に前記電力貯蔵装置から放電する方向に前記補正信号の出力を開始し、その後、貯蔵電力量が減少し前記ＨＥを下回った場合に、前記補正信号の出力を停止するよう動作することを特徴とする電力安定化制御プログラム。
11. 交流電力系統の有効電力の変動を抑制するように、電力変換器を介して電力貯蔵装置と交流電力系統との間における充電および放電を制御する電力安定化制御方法であって、
    前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量が上限値に近づいた場合には貯蔵電力を放電する方向に充放電電力を補正し、前記貯蔵電力量が下限値に近づいた場合には貯蔵電力を充電する方向に充放電電力を補正することを特徴とする電力安定化制御方法。
12. 請求項１１に記載の電力安定化制御方法において、前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量の範囲の中で、低貯蔵電力量時補正開始しきい値ＬＳ、低貯蔵電力量時補正終了しきい値ＬＥ、高貯蔵電力量時補正終了しきい値ＨＥ、高貯蔵電力量時補正開始しきい値ＨＳを、ＬＳ＜ＬＥ＜ＨＥ＜ＨＳ、となるように設定し、
    貯蔵電力量が低下し前記ＬＳを下回った場合に前記電力貯蔵装置が充電される方向に充電電力の補正を開始し、その後、貯蔵電力量が上昇し前記ＬＥを上回った場合に、充電電力の前記補正を停止し、
    貯蔵電力量が上昇し前記ＨＳを上回った場合に前記電力貯蔵装置から放電する方向に放電電力の補正を開始し、その後、貯蔵電力量が減少し前記ＨＥを下回った場合に、放電電力の前記補正を停止するよう動作することを特徴とする電力安定化制御方法。