JP2011101454A - 分散電源設備の制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短周期変動が発生したときに分散電源設備の出力変動を抑制して、電力系統の負荷周波数制御による調整容量の不足を補うことを可能とすることである。
【解決手段】出力リミッタ制御部２８は、電圧検出器２２で検出された系統電圧Ｖａに含まれる周波数成分のうち短周期負荷変動に対応する短周期変動成分を短周期変動成分検出部２９で検出し、短周期変動成分検出器２９で検出された系統電圧の短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値以上でかつ出力検出器２６で検出された分散電源設備の出力電力の出力変動量が予め定めた出力変動幅閾値を逸脱して変動しているときは出力制御部１７の出力指令値に予め定めたリミット値でリミッタをかける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、再生可能エネルギーを利用して発電する分散電源設備の制御装置及び方法に関する。

再生可能エネルギーを利用して発電する分散電源設備としては、太陽光発電設備、風力発電設備、小水力発電設備などがある。以下の説明では、太陽光発電設備を例として説明する。

太陽光発電設備は、太陽光を光電変換する太陽電池で発電された直流電力をパワーコンディショナーで交流電力に変換するとともに電力系統に連系して、電力系統に交流電力を供給するように構成されている。太陽電池は、日射強度及び温度により最大電力を発生させる動作点が異なるため、太陽電池の発電電力を有効に活用するには、刻々変化していく最適動作点に追従させて発電することが重要となる。

図８は、太陽電池の出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの関係を示したＶ−Ｉ特性及び太陽電池の出力電圧Ｖと出力電力Ｐとの関係を示したＶ−Ｐ特性の一例のグラフである。太陽電池の温度を一定とした場合の日射強度をパラメータとしたＶ−Ｉ特性曲線及びＶ−Ｐ特性曲線を示している。Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ１は日射強度が大きい場合の特性曲線、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ２は日射強度が中間の場合の特性曲線、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ３は日射強度が小さい場合の特性曲線である。

日射強度が大きい場合には、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ１上の座標Ｃ１１（Ｖ１，Ｉ１）のときに出力電力が最大となる最適動作点であり、Ｖ−Ｐ特性曲線Ｐ１が最大電力Ｐ１maxとなる。また、日射強度が中間の場合には、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ２上の座標Ｃ２２（Ｖ２，Ｉ２）が出力電力が最大となる最適動作点であり、Ｖ−Ｐ特性曲線Ｐ２が最大電力Ｐ２maxとなる。同様に、日射強度が小さい場合には、Ｖ−Ｉ特性曲線Ｃ３上の座標Ｃ３３（Ｖ３，Ｉ３）が出力電力が最大となる最適動作点であり、Ｖ−Ｐ特性曲線Ｐ３が最大電力Ｐ３maxとなる。

このような最大電力を取り出す最適動作点を求めるには、太陽電池の出力が最大となる最適動作点に追従制御させる最大電力追従制御｛ＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）制御｝が用いられる。例えば、現状の動作点で得られる出力電力と、現状の動作点から少しだけ移動させた動作点で得られる出力電力とを比較して最適動作点への方向判断を行い、最適動作点へと追従させる山登り法などが用いられる。このように、太陽光発電設備は、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）制御機能を搭載している。

一方、太陽光発電設備が接続される電力系統の周波数は、発電電力と消費電力とがバランスすることによって維持されている。太陽光発電設備の発電出力は自然環境状況（日射時間）任せであり、太陽光発電設備の出力変動には、長周期変動成分と短周期変動成分とが含まれ、短周期変動成分の場合はなかなか予測が難しいので、電力系統側で負荷周波数制御ＬＦＣ（Load Frequency Control）を行ってその出力変動を調整している。

図９は電力系統の負荷変動の大きさと変動周期との関係を示すグラフである。図９中のＬは負荷特性曲線である。負荷周波数制御ＬＦＣ（Load Frequency Control）は、主として変動周期が２〜３分から１０分〜２０分の負荷変動を調整する制御であり、太陽光発電設備などの分散電源設備の短周期変動成分がこの負荷変動周期に相当することが、太陽光発電大量導入時の課題として問題視されている。それより変動周期が早い負荷変動に対しては、主としてＧＦ（ガバナーフリー運転）で調整し、それより変動周期が長期の負荷変動に対しては、主として経済負荷配分制御ＥＤＣ（Economic Dispatching Control）で調整する。

電力系統の周波数の変動を検出したとき、分散電源装置のインバータスイッチ回路の出力を減少させ、電力系統の変動を抑制するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。また、各発電設備に目標周波数が調整可能なＡＦＣ制御装置を設け、通信回線を用いずに自端で得られる系統情報や発電情報をもとに各発電機に設けた制御装置により自端のＡＦＣ設定周波数を調整することで、系統の需給バランスと経済運用の自律分散制御を行うようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−８６９４６号公報 特開２００５−３２８６２２号公報

しかし、負荷周波数制御ＬＦＣによる出力変動の調整量は、現状では系統容量の総需要の１〜２%の発電機しか対応していないので、大量導入した太陽光発電設備が同時にＭＰＰＴ制御を行うとＬＦＣ調整容量不足が懸念される。これは、負荷周波数制御ＬＦＣを行う発電機は、主として負荷追従性に優れている発電設備の発電機に限られるからである。

本発明の目的は、短周期変動が発生したときに分散電源設備の出力変動を抑制して、電力系統の負荷周波数制御による調整容量の不足を補うことができる分散電源設備の制御装置及び方法を提供することである。

請求項１の発明に係わる分散電源設備の制御装置は、分散電源設備の出力を制御して電力系統に供給する電力を制御する出力制御部と、分散電源設備の電力系統に供給される電力を検出する出力検出器と、分散電源設備の電力系統の接続端の系統電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器で検出された系統電圧に含まれる周波数成分のうち短周期負荷変動に対応する短周期変動成分を検出する短周期変動成分検出部と、前記短周期変動成分検出器で検出された系統電圧の短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値以上でかつ前記出力検出器で検出された分散電源設備の出力電力の出力変動量が予め定めた出力変動幅閾値を逸脱して変動しているときは前記出力制御部の出力指令値に予め定めたリミット値でリミッタをかける出力リミッタ制御部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明に係わる分散電源設備の制御装置は、前記出力リミッタ制御部は、請求項１の発明において、前記リミット値として、前記分散電源設備の日単位の同一時間帯における過去の実績出力値の平均値または最低値にてリミッタをかけることを特徴とする。

請求項３の発明に係わる分散電源設備の制御装置は、請求項１または２の発明において、前記出力リミッタ制御部は、前記短周期変動成分検出器で検出された系統電圧の短周期変動成分が前記短周期変動成分閾値未満となり、かつ、前記出力検出器で検出された分散電源設備の出力電力の出力変動量が予め定めた一定時間以上に亘って前記出力変動幅閾値内であるときは、前記出力制御部の出力指令値のリミッタを解除することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記出力リミッタ制御部は、前記リミッタをかける直前の前記出力制御部の出力値より小さく、かつ前記リミット値より大きい一又は複数の復帰用リミット値を予め有し、前記リミット値でリミッタをかけた制御を解除するに当たり、段階的にリミッタを解除することを特徴とする。

請求項５の発明に係わる分散電源設備の制御方法は、分散電源設備が接続された電力系統の系統電圧の短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値以上か否かを判定し、前記系統電圧の短周期変動成分が前記短周期変動成分閾値以上の短周期変動成分であるときには前記分散電源設備の出力変動値が予め定めた出力変動幅閾値を逸脱して変動しているか否かを判定し、前記分散電源設備の出力変動値が予め定めた出力変動幅閾値を逸脱して変動しているときは前記分散電源設備の出力値に予め定めたリミット値でリミッタをかけることを特徴とする。

本発明によれば、系統電圧の短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値以上でかつ分散電源設備の出力変動量が予め定めた出力変動幅閾値を逸脱して変動しているときは、出力制御部の出力指令値に予め定めたリミット値でリミッタをかけるので、系統の短周期変動に分散電源設備の出力がリミット値に制限される。従って、分散電源設備の出力変動が抑制され、ＬＦＣ容量不足解消に貢献できる。

リミット値として、分散電源設備の日単位の同一時間帯における過去の実績出力値の平均値または最低値にてリミッタをかけた場合には、分散電源設備の出力をほぼリミット値に制限できるので、リミッタをかけた状態で分散電源設備の出力変動を抑制できる。

また、系統電圧の短周期変動成分が短周期変動成分閾値未満となり、かつ、分散電源設備の出力変動量が予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値内となったときに、出力指令値のリミッタを解除するので、分散電源設備の発電電力を無駄なく電力系統に供給できる。

また、リミッタを解除する際に、リミッタをかける直前の分散電源設備の出力値より小さく、かつリミット値より大きい一又は複数の復帰用リミット値で段階的にリミッタを解除するので、リミッタを解除する際にも分散電源設備の出力変動を抑制できる。

本発明の実施の形態に係わる分散電源設備の制御装置の構成図。 本発明の実施の形態に係わる分散電源設備の制御装置の動作の一例を示すフローチャート。 系統電圧に含まれた短周期変動成分及び短周期変動成分閾値の一例の説明図。 太陽光発電設備の出力変動量及び出力変動幅閾値の一例の説明図。 太陽光発電設備の一日の出力電力Ｐの一例を示す特性曲線及びリミット値の説明図。 リミット値に加え１個の復帰用リミット値を有した場合の太陽光発電設備の一日の出力電力Ｐの一例を示す特性曲線及びリミット値の説明図。 段階的にリミッタを解除するようにした場合の分散電源設備の制御装置の動作の一例を示すフローチャート。 太陽電池の出力電圧Ｖと出力電流Ｉとの関係を示したＶ−Ｉ特性及び太陽電池の出力電圧Ｖと出力電力Ｐとの関係を示したＶ−Ｐ特性の一例のグラフ。 電力系統の負荷変動の大きさと変動周期との関係を示すグラフ。

以下本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる分散電源設備の制御装置の構成図である。図１では分散電源設備が太陽光発電設備である場合を示している。太陽電池１１で発電した直流電力はダイオードＤ及びコンデンサＣを介して電力変換器１２に入力され、電力変換器１２で交流に変換される。電力変換器１２で交流に変換された交流電力は、フィルタ回路１３、変圧器１４及び開閉器１５を介して交流の電力系統１６に供給される。

出力制御部１７は、電力変換器１２をＰＷＭ制御して太陽電池１１の出力を制御するとともに直流を交流に変換するものであり、通常運転時は、太陽電池１１の出力が最大となる最適動作点に追従制御させる最大電力追従制御（ＭＰＰＴ）を行う。すなわち、太陽電池１１の直流出力電圧ＶｄはコンデンサＣの電圧で検出され、太陽電池１１の直流出力電流Ｉｄは直流電流検出器１９で検出されて、出力制御部１７のＭＰＰＴ制御部１８に入力される。

ＭＰＰＴ制御部１８は、直流出力電圧Ｖｄ及び直流出力電流Ｉｄに基づき太陽電池１１の出力Ｐを求め、その出力Ｐが最大となる最適動作点に追従制御して、最適動作点の電流Ｉｒを求める。ＭＰＰＴ制御部１８で求められた最適動作点の電流Ｉｒは電流基準発生部２０に入力され、電流基準発生部２０は位相同期回路２１からの位相同期信号も入力して電流基準値Ｉｒｅｆを求める。すなわち、位相同期回路（ＰＬＬ）２１は、電圧検出器２２で検出された電力系統１６の接続端の系統電圧Ｖａを基準信号として電流Ｉｒの位相差が一定となるような位相同期信号を発振し、電流基準発生部２０は、その位相同期信号に基づいて電力系統１６の系統電圧Ｖａと一定の位相差を有した電流基準値Ｉｒｅｆを電流制御部２３に出力する。

電流制御部２３は交流電流検出器２４で検出された電力変換器１２の出力電流Ｉａｃが電流基準値ＩｒｅｆになるようにＰＷＭ制御部２５に出力指令値を出力する。ＰＷＭ制御部２５は、電力変換器１２の出力が出力指令値になるように電力変換器１２をＰＷＭ（パルス幅変調）制御する。

次に、出力検出器２６は、電圧検出器２２で検出された電力系統１６の接続端の系統電圧Ｖａ、及び電流検出器２７で検出された電力系統１６の接続端の出力電流Ｉａを入力し、太陽光発電設備の電力系統１６への出力電力Ｐを検出するものであり、出力検出器２６で検出された太陽光発電設備の電力系統１６への出力電力Ｐは、出力リミッタ制御部２８に出力される。

一方、短周期変動成分検出部２９は電圧検出器２２で検出された系統電圧Ｖａを入力し、フーリエ演算を行って、系統電圧Ｖａに含まれる周波数成分のうち短周期負荷変動に対応する短周期変動成分を検出するものであり、短周期変動成分検出部２９で検出された短周期変動成分は出力リミッタ制御部２８に出力される。ここで、系統電圧Ｖａの短周期変動成分を検出しているのは、電力系統１６の負荷変動が系統電圧Ｖａの変動として現れるからである。従って、本発明では、電力系統１６の負荷変動のうちの短周期変動成分を系統電圧Ｖａの変動で検出するようにしている。

出力リミッタ制御部２８は、短周期変動成分検出器２９で検出された系統電圧Ｖａの短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値以上かどうかを判定するとともに、出力検出器２６で検出された太陽光発電設備の出力電力Ｐの出力変動量を求め、その出力変動量が予め定めた出力変動幅閾値を逸脱しているかどうかを判定する。そして、短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値以上であり、かつ太陽光発電設備の出力変動量が予め定めた出力変動幅閾値を逸脱して変動しているときは、出力リミッタ制御部２８は出力制御部の出力指令値に予め定めたリミット値でリミッタをかける。

図２は本発明の実施の形態に係わる分散電源設備の制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。まず、分散電源設備である太陽光発電設備は、通常運転では、出力制御部１７は、太陽電池１１の出力が最大となる最適動作点に追従制御させる最大電力追従制御（ＭＰＰＴ制御）で運転している（Ｓ１）。短周期変動成分検出部２９は、電圧検出器２２で検出された太陽光発電設備の電力系統１６への接続端における系統電圧Ｖａに含まれた短周期変動成分を検出し、出力リミッタ制御部２８は、系統電圧Ｖａに含まれた短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値以上かどうかを判定する（Ｓ２）。

図３は、系統電圧Ｖａに含まれた短周期変動成分及び短周期変動成分閾値の一例の説明図である。電力系統１６の負荷変動のうち、変動周期が２〜３分から１０分〜２０分の負荷変動が短周期変動成分であり、負荷変動は、前述したように系統電圧Ｖａの変動として現れることから、短周期変動成分検出部２９では、系統電圧Ｖａをフーリエ演算して２〜３分から１０分〜２０分の変動成分を求めている。

ここで求めた短周期変動成分は出力リミッタ制御部２８に出力され、出力リミッタ制御部２８では、予め定めた短周期変動成分閾値Ｍと比較される。図３では、短周期変動成分閾値Ｍの一例として、短周期変動成分閾値Ｍが一定値である短周期変動成分閾値Ｍ１と、短周期変動成分の変動周期が大きくなるにつれて短周期変動成分閾値Ｍが小さくなる短周期変動成分閾値Ｍ２とを示している。

短周期変動成分閾値Ｍが一定値の短周期変動成分閾値Ｍ１である場合には、２〜３分から１０分〜２０分の短周期変動成分の何れに対しても同じ感度であり、一方、短周期変動成分閾値Ｍ２の場合には、変動周期が大きい短周期変動成分に対して鋭敏な感度となる。いずれの短周期変動成分閾値Ｍ１、Ｍ２を用いてもよいが、変動周期が大きい短周期変動成分が大きいほど、感度良く電力系統１６が負荷周波数制御ＬＦＣを必要としている状態であると判定するには、短周期変動成分閾値Ｍ２を採用することが望ましい。

ステップＳ２の判定で、系統電圧Ｖａに含まれた短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値以上でないときには、所定時間の遅延後にステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ２の判定で、系統電圧Ｖａに含まれた短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値以上であるときは、出力リミッタ制御部２８は、出力検出器２６で検出された太陽光発電設備の出力電力Ｐの出力変動量が予め定めた出力変動幅閾値を逸脱しているかどうかを判定する（Ｓ３）。

図４は、再生可能エネルギーを利用した発電の出力変動量及び出力変動幅閾値の一例の説明図である。ここでは、太陽光発電設備の場合について説明する。出力リミッタ制御部２８は、出力検出器２６で検出された太陽光発電設備の出力電力Ｐの出力変動量ΔＰを求め、出力変動量ΔＰが予め定めた出力変動幅閾値｜Ｎ｜（−Ｎ〜Ｎ）の範囲内にあるかどうかを判定する。出力変動量ΔＰは今回の演算周期で取り込んだ出力電力Ｐｉから前回の演算周期で取り込んだ出力電圧Ｐｉ−１を減算することで求められる。

出力変動幅閾値｜Ｎ｜は、太陽光発電設備の出力変動量ΔＰが電力系統１６の負荷周波数制御ＬＦＣに悪影響を与えない範囲の変動量になるように設定される。

ステップＳ３の判定で、太陽光発電設備の出力電力Ｐの出力変動量ΔＰが出力変動幅閾値｜Ｎ｜を逸脱していないときは、所定時間の遅延後にステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ３の判定で、太陽光発電設備の出力電力Ｐの出力変動量ΔＰが出力変動幅閾値｜Ｎ｜を逸脱しているときは、出力リミッタ制御部２８は、出力制御部１７のＭＰＰＴ制御部１８に対し、太陽電池１１の出力が予め定めたリミット値になるようにリミットをかける。つまり、ＭＰＰＴ制御部１８の出力がそのリミット値における電流Ｉｒ１となるようにリミットをかける。これにより、出力制御部１７のＰＷＭ制御部２５は、電力変換器１２の出力電流Ｉａｃがリミットをかけられた電流基準値Ｉｒｅｆ１になるように電力変換器１２をＰＷＭ制御し、リミット値での制御となる（Ｓ４）。

ここで、出力リミッタ制御部２８でのリミット値は、例えば、太陽光発電設備の日単位の同一時間帯における過去の実績出力値の平均値または最低値を採用する。図５は太陽光発電設備の一日の出力電力Ｐの一例を示す特性曲線及びリミット値の説明図である。図５において、曲線Ｐ１１は天候が晴れのときの出力電力Ｐの一例を示す特性曲線、曲線Ｐ１２は天候が曇りのときの出力電力Ｐの一例を示す特性曲線、曲線Ｐ１３は天候が雨のときの出力電力Ｐの一例を示す特性曲線である。

天候が晴れのときは、太陽光発電設備の出力電力Ｐは日の出（例えば、午前６時）とともに出力電力Ｐが増加して日中にピークとなり、それ以降、出力電力Ｐは減少して日没（例えば午後５時）で零となる。天候が曇りや雨のときは、日の出から日没までの間において雲の量により出力電力Ｐは変動するが、通常は雨のときが曇りのときより出力電力Ｐは小さくなる。このような太陽光発電設備の日単位の実績出力を蓄積しておき、日単位の同一時間帯における過去の実績出力値の平均値あるいは最低値を採用する。または、日照時間など過去の気象データを用いた出力推定結果を採用してもよい。図５ではリミット値Ｌ１として太陽光発電設備の日単位の実績出力の最低値を採用した場合を示している。

例えば、時点ｔ１で、出力リミッタ制御部２８によりリミットがかけられたとする。天候が晴れのときは、出力電力値ＰがＷ１１であったものがリミット値Ｌ１に制限される。同様に、天候が曇りや雨のときも、出力電力値ＰがＷ１２、Ｗ１３であったものがリミット値Ｌ１に制限される。これにより、太陽光発電設備の出力電力Ｐの変動がほとんどなくなりＬＦＣ容量不足解消に貢献できる。

次に、出力リミッタ制御部２８は、系統電圧Ｖａに含まれた短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値Ｍ未満かどうかを判定し（Ｓ５）、短周期変動成分閾値Ｍ未満でないときは所定時間の遅延後にステップＳ４に戻る。一方、ステップＳ５の判定で、系統電圧Ｖａに含まれた短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値Ｍ未満であるときは、出力リミッタ制御部２８は、出力検出器２６で検出された太陽光発電設備の出力電力Ｐの出力変動量ΔＰが予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値｜Ｎ｜内であるかどうかを判定する（Ｓ６）。ステップＳ５の判定で、太陽光発電設備の出力電力Ｐの出力変動量ΔＰが予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値｜Ｎ｜内でないときは、所定時間の遅延後にステップＳ４に戻る。一方、ステップＳ６の判定で、太陽光発電設備の出力電力Ｐの出力変動量ΔＰが予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値｜Ｎ｜であるときは、出力リミッタ制御部２８は出力制御部１７の出力指令値のリミッタを解除する（Ｓ７）。

このように、系統電圧Ｖａの短周期変動成分が短周期変動成分閾値Ｍ未満となり、かつ、太陽光発電設備の出力電力の出力変動量ΔＰが予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値｜Ｎ｜内であるときに、出力制御部１７の出力指令値のリミッタを解除する。これにより、出力制御部１７は、ＬＦＣ容量不足が解消された状態でＭＰＰＴ制御部１８による最大電力追従制御に復帰することになる。

図５において、いま時点ｔ２で出力リミッタ制御部２８によるリミッタが解除されたとすると、出力制御部１７は最大電力追従制御に復帰するので、天候が晴れのときは、太陽光発電設備の出力電力Ｐはリミット値Ｌ１から特性曲線Ｐ１１に従った出力となる。同様に、天候が曇りや雨のときは、太陽光発電設備の出力電力Ｐはリミット値Ｌ１から特性曲線Ｐ１２、Ｐ１３に従った出力となる。

以上の説明では、系統電圧Ｖａの短周期変動成分が短周期変動成分閾値Ｍ未満となり、かつ、太陽光発電設備の出力電力の出力変動量ΔＰが予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値｜Ｎ｜内であるときに、出力制御部１７の出力指令値のリミッタを解除するようにしたが、出力制御部１７の出力指令値のリミッタの解除は、次の日の運転開始時に行うようにしてもよい。その場合には、ステップＳ５、Ｓ６の演算が不要となり制御が簡素化できる。

また、以上の説明では、リミット値Ｌ１でリミッタをかけた制御を解除するにあたり、直接的に出力制御部１７のＭＰＰＴ制御部１８による最大電力追従制御に復帰するようにしたが、リミット値Ｌ１に加え、復帰用リミット値を設けて段階的にリミッタを解除するようにしてもよい。図６はリミット値Ｌ１に加え１個の復帰用リミット値Ｌ２を有した場合の太陽光発電設備の一日の出力電力Ｐの一例を示す特性曲線及びリミット値の説明図である。復帰用リミット値Ｌ２はリミッタをかける直前の出力制御部１７の出力値Ｗ１１、Ｗ１２、Ｗ１３より小さく、かつリミット値Ｌ１より大きい復帰用リミット値である。図６では、リミッタをかける直前の出力制御部１７の出力値Ｗ１１、Ｗ１２であった場合を示している。

いま、時点ｔ２で、系統電圧Ｖａの短周期変動成分が短周期変動成分閾値Ｍ未満となり、かつ、太陽光発電設備の出力電力の出力変動量ΔＰが予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値｜Ｎ｜内となったときは、出力リミッタ制御部２８は、リミット値Ｌ１から復帰用リミット値Ｌ２とする。これにより、出力制御部１７の出力指令値は復帰用リミット値Ｌ２に制限される。

図６において、天候が晴れのときは、太陽光発電設備の出力電力Ｐはリミット値Ｌ１から復帰用リミット値Ｌ２に制限される。一方、天候が曇りあるいは雨のときは、太陽光発電設備の出力電力Ｐは上限が復帰用リミット値Ｌ２に制限されるが、復帰用リミット値Ｌ２より小さいときは特性曲線Ｐ１２、Ｐ１３に従った出力となる。

図７は、段階的にリミッタを解除するようにした場合の分散電源設備の制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。図２に示したフローチャートに対し、ステップＳ４’〜Ｓ６’が追加して設けられている。図２に示したフ同一ステップＳ１〜Ｓ７については説明を省略する。

図７において、ステップＳ５、Ｓ６の判定で、系統電圧Ｖａの短周期変動成分が短周期変動成分閾値Ｍ未満となり、かつ、太陽光発電設備の出力電力の出力変動量ΔＰが予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値｜Ｎ｜内となったときは、出力リミッタ制御部２８は、リミット値Ｌ１から復帰用リミット値Ｌ２で、出力制御部１７の出力指令値にリミッタをかける。これにより、出力制御部１７のＰＷＭ制御部２５は、電力変換器１２の出力電流Ｉａｃがリミットをかけられた電流基準値Ｉｒｅｆ２になるように電力変換器１２をＰＷＭ制御し、復帰用リミット値Ｌ２での制御となる（Ｓ４’）。

次に、出力リミッタ制御部２８は、系統電圧Ｖａに含まれた短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値Ｍ未満かどうかを判定し（Ｓ５’）、短周期変動成分閾値Ｍ未満でないときは所定時間の遅延後にステップＳ４’に戻る。一方、ステップＳ５’の判定で、系統電圧Ｖａに含まれた短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値Ｍ未満であるときは、出力リミッタ制御部２８は、出力検出器２６で検出された太陽光発電設備の出力電力Ｐの出力変動量ΔＰが予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値｜Ｎ｜内であるかどうかを判定する（Ｓ６’）。ステップＳ５の判定で、太陽光発電設備の出力電力Ｐの出力変動量ΔＰが予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値｜Ｎ｜内でないときは、所定時間の遅延後にステップＳ４’に戻る。一方、ステップＳ６の判定で、太陽光発電設備の出力電力Ｐの出力変動量ΔＰが予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値｜Ｎ｜であるときは、出力リミッタ制御部２８は出力制御部１７の出力指令値のリミッタを解除する（Ｓ７）。

このように、リミット値でリミッタをかけた制御を解除するにあたり、出力制御部１７の出力指令値のリミッタをリミット値Ｌ１、復帰用リミット値Ｌ２で段階的に解除するので、太陽光発電設備の出力電力Ｐの変動を抑制しつつリミッタを解除できる。以上の説明では、出力リミッタ制御部２８は、１個の復帰用リミット値Ｌ２を予め有した場合について説明したが、複数の復帰用リミット値を設けるようにしてもよい。

以上述べたように、本発明の実施の形態によれば、系統電圧の短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値Ｍ以上でかつ太陽光発電設備の出力変動量Ｐが予め定めた出力変動幅閾値｜Ｎ｜を逸脱して変動しているときは、出力制御部１７の出力指令値に予め定めたリミット値Ｌ１でリミッタをかけるので、系統の短周期変動に太陽光発電設備の出力がリミット値Ｌ１に制限される。従って、太陽光発電設備の出力変動が抑制され、ＬＦＣ容量不足解消に貢献できる。

この場合のリミット値Ｌ１として、太陽光発電設備の日単位の同一時間帯における過去の実績出力値の平均値または最低値にてリミッタをかけるので、太陽光発電設備の出力をほぼリミット値に制限でき、リミッタをかけた状態で太陽光発電設備の出力変動をほとんど零に抑制できる。

また、系統電圧の短周期変動成分が短周期変動成分閾値Ｍ未満となり、かつ、太陽光発電設備の出力変動量が予め定めた一定時間以上に亘って出力変動幅閾値｜Ｎ｜内となったときに、出力指令値のリミッタを解除するので、電力系統のＬＦＣ調整容量不足を解消した状態で最大電力追従制御に移行でき、出力指令値のリミッタを解除後は太陽光発電設備の発電電力を無駄なく電力系統に供給できる。

また、リミッタを解除する際に、リミッタをかける直前の太陽光発電設備の出力値より小さく、かつリミット値Ｌ１より大きい一又は複数の復帰用リミット値Ｌ２で段階的にリミッタを解除するので、リミッタを解除する際にも分散電源設備の出力変動を抑制できる。

以上の説明では、分散電源設備として、太陽光発電設備について説明したが、その他の風力発電設備や小水力発電設備などの分散電源設備にも適用できる。

１１…太陽電池、１２…電力変換器、１３…フィルタ回路、１４…変圧器、１５…開閉器、１６…電力系統、１７…出力制御部、１８…ＭＰＰＴ制御部、１９…直流電流検出器、２０…電流基準発生部、２１…位相同期回路、２２…電圧検出器、２３…電流制御部、２４…交流電流検出器、２５…ＰＷＭ制御部、２６…出力検出器、２７…電流検出器、２８…出力リミッタ制御部、２９…短周期変動成分検出部

Claims (5)

1. 分散電源設備の出力を制御して電力系統に供給する電力を制御する出力制御部と、分散電源設備の電力系統に供給される電力を検出する出力検出器と、分散電源設備の電力系統の接続端の系統電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器で検出された系統電圧に含まれる周波数成分のうち短周期負荷変動に対応する短周期変動成分を検出する短周期変動成分検出部と、前記短周期変動成分検出器で検出された系統電圧の短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値以上でかつ前記出力検出器で検出された分散電源設備の出力電力の出力変動量が予め定めた出力変動幅閾値を逸脱して変動しているときは前記出力制御部の出力指令値に予め定めたリミット値でリミッタをかける出力リミッタ制御部とを備えたことを特徴とする分散電源設備の制御装置。
2. 前記出力リミッタ制御部は、前記リミット値として、前記分散電源設備の日単位の同一時間帯における過去の実績出力値の平均値または最低値にてリミッタをかけることを特徴とする請求項１に記載の分散電源設備の制御装置。
3. 前記出力リミッタ制御部は、前記短周期変動成分検出器で検出された系統電圧の短周期変動成分が前記短周期変動成分閾値未満となり、かつ、前記出力検出器で検出された分散電源設備の出力電力の出力変動量が予め定めた一定時間以上に亘って前記出力変動幅閾値内であるときは、前記出力制御部の出力指令値のリミッタを解除することを特徴とする請求項１または２に記載の分散電源設備の制御装置。
4. 前記出力リミッタ制御部は、前記リミッタをかける直前の前記出力制御部の出力値より小さく、かつ前記リミット値より大きい一又は複数の復帰用リミット値を予め有し、前記リミット値でリミッタをかけた制御を解除するに当たり、段階的にリミッタを解除することを特徴とする請求項３記載に記載の分散電源設備の制御装置。
5. 分散電源設備が接続された電力系統の系統電圧の短周期変動成分が予め定めた短周期変動成分閾値以上か否かを判定し、前記系統電圧の短周期変動成分が前記短周期変動成分閾値以上の短周期変動成分である場合には前記分散電源設備の出力変動値が予め定めた出力変動幅閾値を逸脱して変動しているか否かを判定し、前記分散電源設備の出力変動値が予め定めた出力変動幅閾値を逸脱して変動しているときは前記分散電源設備の出力値に予め定めたリミット値でリミッタをかけることを特徴とする分散電源設備の制御方法。

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