JP2009005439A - 電力系統需給制御システム、指令装置、及び電力系統需給制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発電機11及び高品質負荷12を接続する周波数変動幅が小さい系統1と、分散型電源22、及び標準品質負荷23を接続する周波数変動幅が大きい系統とを備え、周波数変動幅が小さい系統1と周波数変動幅が大きい系統2との間に接続される開閉器31と、開閉器31を介して接続され、各系統12の電力を消費する調整負荷32と、周波数変動幅が小さい系統の周波数1に基づいて、開閉器31を制御する調整負荷切替え指令装置33を有する。
【選択図】図1
Description
また、特許文献3の技術には、潮流を制御するためには、蓄電池などで需給バランスを調整する必要があり、送電系統側の安定した系統に依存しているため、発電機を接続して独立系統のみで運用できないという問題がある。
図1は、本発明の一実施形態である電力系統需給制御システムの構成図である。この電力系統需給制御システム100は、周波数の振れ幅(周波数変動幅)が小さい系統1と、周波数の振れ幅(周波数変動幅)が大きい系統2と、周波数の振れ幅が小さい系統1と周波数の振れ幅が大きい系統2との間に挿入された開閉器31と、開閉器31に接続された調整負荷32と、周波数の振れ幅が小さい系統1に接続された発電機11及び高品質負荷12と、周波数の振れ幅が大きい系統2に接続されたインバータ21及び標準品質負荷23と、インバータ21に接続された新エネルギー電源(分散型電源)22と、調整負荷切替え指令装置(指令装置)33とを備える。
まず、調整負荷切替え指令装置33は、周波数の振れ幅が小さい系統1の周波数f1をモニタリングして、減算器333が所定の基準周波数f0との差分周波数Δfを演算する。ここで、図3に示すように、周波数の振れ幅が小さい系統1は、独立系統であるため、周波数f1は常に変動しており、基準周波数f0との差分周波数Δfが常に生じることが分かる。
ΔPa=−(Kg+Kl)×Δf ・・・・・・(1)
ここで、Kgは発電機11の周波数特性係数であり、単位は[%/Hz]、Klは負荷の周波数特性であり、単位は[%/Hz]である。周波数が0.1Hz変化したときに、電源や負荷が何%変化するかは系統の発電機11や負荷(高品質負荷12)の容量に依存する。
−K2<−K1≦ΔPa≦K1<K2 ・・・・・・・・(2)
ここで、ΔPaが、0から−K1の範囲にいる場合は、周波数の差分Δfが増加するため、発電機11の出力が小さくなる方向に働くので、周波数の差分が小さいときは調整負荷32の消費電力も絞る。次に、K1からK2の間における周波数変動が起きたときは、調整負荷切替え指令装置33の制御信号に伴い、開閉器切替え装置332は、調整負荷32に接続している開閉器31を、周波数の振れ幅が大きい系統2に切り替えることで、周波数を上げて周波数の維持を図る。
図4に周波数の振れ幅が小さい系統1の負荷電力L1、及び発電電力P1と周波数fの関係を示す。なお、発電電力P1が増加したときの状態変化の方向を実線矢印で示し、発電電力が減少したときの状態変化の方向を破線矢印で示す。
負荷電力L1が増加する前の状態をLAとし、負荷電力L1が増加した後の状態をLA’とすると、実線矢印のように負荷電力L1がΔLaだけ増加することで周波数fがΔfだけ減少する。ただし、周波数特性は考慮していない。このLA‘の状態は、負荷電力L1が増加すると周波数fも低下してしまい、ある一定の周波数が変化すると発電機11が脱落する可能性がある。そこで、図1の調整負荷切替え指令手段33が調整負荷32の消費電力を絞り、図の破線矢印に示すようにLA’の状態から元のLAの状態に調整することで、周波数fをΔf分だけ増加させるように制御を行い周波数fの維持を行うことができる。
第1実施形態は、調整負荷32によって交流電力を消費させたが、BTB(Back-To-Back)を用いて周波数の振れ幅が小さい系統1と周波数の振れ幅が大きい系統2との間で電力を移動させても周波数変動を低減することができる。
図6に示すように、電力供給需給制御システム110は、周波数の振れ幅が小さい系統1と周波数の振れ幅が大きい系統2の間に潮流電力変換器であるBTB41を設け、BTB41を通流する電力(潮流)を潮流制御装置42で制御する。このBTB41は、図示しないが、交流電力と直流電力とを双方向に変換する第1のコンバータと、直流電力を蓄電する蓄電器と、直流電力と交流電力とを双方向に変換する第2のコンバータとを備え、直流電力を介して電力変換するので、周波数の振れ幅が異なる両系統1,2を非同期で連系することができる。
潮流制御装置42は、潮流通過量演算装置421とBTB指令装置422と減算器423とを備えている。減算器423は、計測された周波数の振れ幅が小さい系統1の周波数f1からある一定の基本周波数f0を減算して、差分周波数Δfを出力する。ある一定周波数f0は、系統が50Hzの系統ならば50Hzであり、系統が60Hzなら60Hzの周波数である。また、周波数f1と周波数f0の差分周波数Δfが±0.3Hzと定めた場合、49.7Hzもしくは50.3Hzとする。
以上のように、周波数の振れ幅が小さい系統1の周波数f1を常にモニタリングし、BTB41に流れる電力(潮流)を制御することで、周波数の振れ幅が小さい系統1の周波数の安定化を図ることができる。
第2実施形態ではBTBを用いて交流電力を移動させたが、電力貯蔵装置を用いて電力を移動させることができる。
図8に示す電力系統需給制御システムは、電力貯蔵装置51が周波数の振れ幅が小さい系統1に接続され、電力貯蔵装置51が需給調整制御装置52によって制御され、周波数の振れ幅が小さい系統1と周波数の振れ幅が大きい系統2とが独立している点で第2実施形態と異なる。
需給調整制御装置52は、需給調整量演算装置521と電力貯蔵装置指令装置522と減算器523とを備えている。減算器536は、計測された周波数の振れ幅が小さい系統1の周波数f1と一定周波数f0とを減算する。この一定周波数f0は、系統が50Hzならば50Hzであり、系統が60Hzなら60Hzである。また、周波数f1と周波数f0の差分周波数Δfが±0.3Hzと定めた場合、49.7Hzもしくは50.3Hzとする。
以上のように、周波数の振れ幅が小さい系統1の周波数f1を常にモニタリングし、電力貯蔵装置により指令された電力量を調整し、周波数の振れ幅が小さい系統1の周波数の安定化を図ることができる。
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような種々の変形が可能である。
(1)第1実施形態では、周波数の振れ幅が小さい系統1と周波数の振れ幅が大きい系統2との何れかに調整負荷32を接続することにより、調整負荷32を常時通電させて、電熱器、ランプ等を調整負荷32として使用していた。しかしながら、調整負荷32は、常時通電させる必要がなければ、必ずしも周波数の振れ幅が大きい系統2に接続する必要はない。この場合は、開閉器31は、周波数の振れ幅が小さい系統1と調整負荷32とを開閉するのみであり、周波数の振れ幅が小さい系統1と周波数の振れ幅が大きい系統2とは、互いに独立する。
(2)前記各実施形態は、周波数の振れ幅が大きい系統2と新エネルギー電源(分散型電源)22との間にインバータ21を接続したが、新エネルギー電源22が交流電力を発生することができれば、インバータ21は不用である。
(3)前記各実施形態は、発電機11に誘導機を使用したが、エンジンと連結された同期機のように、エンジン負荷により回転速度が変わり、結果として発電周波数が変わるものであってもよい。
2 周波数の振れ幅(周波数変動幅)が大きい系統
11 発電機(回転機)
12 高品質負荷
22 新エネルギー電源(分散型電源)
21 インバータ
23 標準品質負荷
31 開閉器
32 調整負荷
33 調整負荷切替え指令装置
100,110,120 電力系統需給供給システム
331 調整負荷量演算装置
332 開閉器切替え指令装置(指令装置)
41 BTB(潮流電力変換器)
42 潮流制御装置
421 潮流通過量演算装置
422 BTB指令装置
51 電力貯蔵装置
52 需給調整制御装置
521 需給調整量演算装置
522 電力貯蔵装置指令装置
Claims (16)
- 発電機及び高品質負荷を接続した周波数変動幅が小さい系統と、分散型電源及び標準品質負荷を接続した周波数変動幅が大きい系統とを備える電力系統需給制御システムであって、
前記周波数変動幅が小さい系統と前記周波数変動幅が大きい系統との間に接続される開閉器と、
前記開閉器を介して接続され、前記各系統の何れかの電力を消費する調整負荷と、
前記周波数変動幅が小さい系統の周波数に基づいて、前記開閉器を制御する調整負荷切替え指令装置とを有することを特徴とする電力系統需給制御システム。 - 前記調整負荷切替え指令装置は、前記周波数変動幅が小さい系統の周波数が所定値よりも高いときは、前記周波数変動幅が小さい系統と前記調整負荷とを接続するように前記開閉器を制御し、前記周波数変動幅が小さい系統の周波数が所定値以下であるときは、前記周波数変動幅が大きい系統と前記調整負荷とを接続するように前記開閉器を制御することを特徴とする請求項1に記載の電力系統需給制御システム。
- 前記調整負荷切替え指令装置は、前記周波数変動幅が小さい系統の周波数が所定値よりも高いときは、前記調整負荷の消費電力を増大するように前記開閉器を制御し、前記周波数変動幅が小さい系統の周波数が所定値以下であるとき前記消費電力を減少するように前記開閉器を制御することを特徴とする請求項1に記載の電力系統需給制御システム。
- 前記調整負荷は、複数の負荷に分割されており、
前記開閉器は、前記各負荷が前記周波数変動幅が小さい系統と、前記周波数変動幅が大きい系統とを切り替えるように接続されており、
前記調整負荷切替え指令装置は、前記各負荷を組み合わせて消費電力を調整するように前記開閉器を制御することを特徴とする請求項1に記載の電力系統需給制御システム。 - 前記調整負荷切替え指令装置は、周波数変動幅が小さい系統の周波数と基準周波数との差分周波数から調整負荷量を演算する調整負荷量演算装置と、
前記調整負荷量演算装置で求めた調整負荷量の値に基づいて、前記開閉器に指令を与える開閉器切替え指令装置とを有することを特徴とする請求項4に記載の電力系統需給制御システム。 - 発電機及び高品質負荷を接続した周波数変動幅が小さい系統と、分散型電源及び標準品質負荷を接続した周波数変動幅が大きい系統とを備える電力系統需給制御システムであって、
前記周波数変動幅が小さい系統と前記周波数変動幅が大きい系統との間に設置され、系統間で交流電力を移動させる潮流電力変換器と、
前記周波数変動幅が小さい系統の周波数に基づいて、前記移動させる交流電力を前記電力変換器に指令する潮流制御装置とを備えることを特徴とする電力系統需給制御システム。 - 前記潮流制御装置は、前記周波数変動幅が小さい系統の周波数と基準周波数との差分周波数に基づいて前記潮流電力変換器に流れる潮流電力の制御量を求める潮流通過量演算装置と、
前記潮流通過量演算装置で求めた制御量を前記潮流電力変換器に指令を与える電力変換器指令装置とを有することを特徴とする請求項6に記載の電力系統需給制御システム。 - 発電機及び高品質負荷を接続した周波数変動幅が小さい系統と、分散型電源及び標準品質負荷を接続した周波数変動幅が大きい系統とを備える電力系統需給制御システムであって、
前記周波数変動幅が小さい系統に接続された電力貯蔵装置と、
前記周波数変動幅が小さい系統の周波数に基づいて、前記電力貯蔵装置が貯蔵する電力の制御量を求める需給調整制御装置とをさらに有することを特徴とする電力系統需給制御システム。 - 前記需給調整制御装置は、前記周波数の変動幅が小さい系統の周波数と基準周波数との差分周波数に基づいて、前記制御量を求める需給調整量演算装置と、
前記需給調整量演算装置で求めた制御量を前記電力貯蔵装置に指令する電力貯蔵装置指令装置とを有することを特徴とする請求項8に記載の電力系統需給制御システム。 - 前記前記周波数変動幅が小さい系統と周波数変動幅が大きい系統とは、互いに独立していることを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の電力系統需給制御システム。
- 前記周波数変動幅が小さい系統及び周波数変動幅が大きい系統は、電力事業者の電力系統から独立していることを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか1項に記載の電力系統需給制御システム。
- 前記分散型電源は、インバータを介して前記周波数変動幅が大きい系統に接続されることを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか1項に記載の電力系統需給制御システム。
- 周波数変動幅が小さい系統の周波数と基準周波数との差分周波数から調整負荷量を演算する調整負荷量演算手段と、
前記調整負荷量演算手段で求めた調整負荷量に基づいて、前記周波数変動幅が小さい系統と周波数変動が大きい系統との間に接続され、調整負荷が接続された開閉器に指令を与える開閉器切替え指令手段を有する指令装置。 - 前記調整負荷は、複数の負荷に分割されており、
前記開閉器は、前記複数の負荷を切り替えるように接続されており、
前記複数の負荷を組み合わせて消費電力を調整するように前記開閉器に指令することを特徴とする請求項13に記載の指令装置。 - 発電機及び高品質負荷を接続した周波数変動幅が小さい系統と、分散型電源及び標準品質負荷を接続した周波数変動幅が大きい系統と、前記周波数変動幅が小さい系統と前記周波数変動幅が大きい系統との間に接続される開閉器と、前記開閉器を介して接続され、前記各系統の何れかの電力を消費する調整負荷とを備える電力系統需給制御システムに使用される電力系統需給制御方法であって、
前記開閉器は、前記周波数変動幅が小さい系統の周波数が所定値よりも高いときに、前記周波数変動幅が小さい系統と前記調整負荷とが接続され、前記周波数変動幅が小さい系統の周波数が所定値以下であるときに、前記周波数変動幅が大きい系統と前記調整負荷とが接続されることを特徴とする電力系統需給制御方法。 - 前記調整負荷は、複数の負荷に分割されており、前記開閉器は、前記各負荷が前記周波数変動幅が小さい系統と、前記周波数変動幅が大きい系統とを切り替えるように接続されており、
前記開閉器は、前記各負荷を組み合わせて消費電力を調整することを特徴とする請求項15に記載の電力系統需給制御方法。
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