JP2011114956A - Stable-operation control device for micro grid - Google Patents

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雅宏 世古口
Chihiro Fukui
千尋 福井
Tetsuo Yamada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an effective and appropriate control method that stably and efficiently executes frequency control of distributed power supplies. <P>SOLUTION: A control method for distributed power supplies is configured as follows. When executing power fluctuation compensation by cooperatively controlling distributed power supplies respectively having following performance to changes in power demand, time-series data of load variations to be compensated and frequency variations are statistically analyzed. Consequently, the load variations are separated into controllable components and unpredictable load variations in frequency bands so as to maximally reduce an amount of compensation by making any one of the respective distributed power supplies share the load variations. The magnitude of the load variations to be shared and compensated by each distributed power supply is set so as to control the output of each distributed power supply, thereby compensating unpredictable random load variations in the frequency bands. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明はディーゼル発電機、ガスタービン発電機や自然エネルギーを利用する分散型電源などから構成されるマイクログリッドに係り、負荷変動や事故時に分散電源を統合的かつ自律的に制御することによって、安定運転を実現するマイクログリッドの安定運転制御装置に関する。   The present invention relates to a microgrid composed of a diesel generator, a gas turbine generator, a distributed power source using natural energy, and the like, and is stable by controlling the distributed power source in an integrated and autonomous manner during load fluctuations and accidents. The present invention relates to a stable operation control device for a microgrid that realizes operation.

マイクログリッドとは非特許文献1によれば分散型電源と負荷を持つ小規模系統で、複数の電源及び熱源がIT関連技術を使って一括制御管理されて、既存の電力会社の商用系統から独立して運転可能なオンサイト型の電力供給システムである。   According to Non-Patent Document 1, a microgrid is a small-scale system with a distributed power source and a load. Multiple power sources and heat sources are collectively controlled and managed using IT-related technology, and are independent from the commercial system of an existing power company. This is an on-site power supply system that can be operated as a remote control.

わが国を除く諸外国においては、電力ネットワークの品質は必ずしも高いとは言えない状況にある。たとえば、アジア地域の一部では停電は日常茶飯事であるし、欧米においても、電力自由化との関係に議論はあるもののニューヨークやヨーロッパでの停電は記憶に新しい。このような状況下では必然的に、商用の電力ネットワークだけに依存することなく電気エネルギー供給の信頼性(停電しない)と、品質安定性(周波数や電圧が適正)を確保したいという要請が発生する。これに対する最も簡単かつ迅速な答えの一つは、分散型電源を需要家に近接して設置し、ミニネットワーク(マイクログリッド)とすることである。   In other countries except Japan, the quality of the power network is not necessarily high. For example, in some parts of the Asian region, power outages are a daily occurrence, and in Europe and the United States, power outages in New York and Europe are new to memory, although there are debates about the relationship with electricity liberalization. Under such circumstances, there is inevitably a demand for ensuring the reliability of electrical energy supply (no power failure) and quality stability (appropriate frequency and voltage) without relying only on commercial power networks. . One of the simplest and quickest answers to this is to install a distributed power source in close proximity to the customer to create a mini-network (microgrid).

一方、わが国においては、離島の場合は例外ではあるが、必ずしも上記の要請は必然と言えない。むしろ、地球温暖化防止に関連した再生エネルギーの利用拡大、産業分野における国際競争力強化ならびに民活を背景として電力を含むエネルギーコスト低減や省エネの要請の方が大きい。これを背景とすれば、必然的に、再生可能エネルギー、特に太陽光発電や風力発電等の自然エネルギーは、まさに天まかせ風まかせで不安定なため、直接電力ネットワークに接続するよりは、ローカルにある程度まとめて制御することにより独立性を高めて(マイクログリッド化して)、商用の電力ネットワークとの親和性を向上させたいという要請が発生する。   On the other hand, in the case of a remote island, in Japan, the above request is not necessarily inevitable. Rather, there are greater demands for energy cost reduction and energy conservation including electricity against the backdrop of expanding the use of renewable energy related to global warming prevention, strengthening international competitiveness in the industrial field, and private life. Against this backdrop, inevitably renewable energy, especially natural energy such as solar and wind power, is left untouched and unstable, so it is more local than connecting directly to the power network. There is a demand to improve the independence (by making it a microgrid) by controlling to some extent collectively and to improve the compatibility with commercial power networks.

そのような分散型電源を建物における自家発電設備として採用することにより、地球温暖化ガスの排出量削減が期待でき、商用系統(電力会社からの買電)の契約電力量の削減や配電設備の簡略化によるコスト削減を図ることができ、震災や火災時の自立安定性も確保し易いといった様々な利点があることから今後広く普及する気運にある。たとえば特許文献1には分散型電源を複数の需要家間で融通しあうといった運用方法についての提案がある。また特許文献2では負荷変動に対する追従性能の異なる複数種類の分散型電源を統合的に制御することによって負荷変動補償を行うための制御方法を提案している。   By adopting such a distributed power source as an in-house power generation facility in buildings, it is possible to reduce global warming gas emissions, reduce contract power consumption of commercial grids (purchasing power from power companies), and reduce distribution facilities. Costs can be reduced by simplification, and there are various advantages such as being able to ensure independence stability in the event of an earthquake or fire. For example, Patent Document 1 proposes an operation method in which a distributed power source is interchanged among a plurality of consumers. Further, Patent Document 2 proposes a control method for performing load fluctuation compensation by integrally controlling a plurality of types of distributed power sources having different tracking performance with respect to load fluctuation.

特開2002−238168号公報JP 2002-238168 A 特開2006−246584号公報JP 2006-246484 A

合田忠弘他著 マイクログリッド (社)日本電気協会新聞部 2004年Tadahiro Goda et al. Microgrid Japan Newspaper Department 2004

多数の分散型電源から構成される自家発電設備を連系してマイクログリッドを構成する場合、ランダムな負荷変動に対する周波数制御能力をいかに確保するかが課題となる。商用系統との連系も対策として考えられるが、一般には分散型電源にベースロードを負担させ、ベースロードを越える負荷は商用系統により対応することが基本となっている。すなわち、分散型電源を定負荷にて連続運転することでベースロードに見合う発電量を確保して、ベースロードを越える負荷はその変動に応じて商用系統からの受電量を調整することにより、その全体でマイクログリッド全体の需要を満たすようにしている。   When a microgrid is configured by linking private power generation facilities composed of a large number of distributed power sources, how to ensure frequency control capability against random load fluctuations becomes a problem. Although interconnection with a commercial system is also considered as a countermeasure, it is generally based on that the base load is borne by the distributed power source and that the load exceeding the base load is handled by the commercial system. In other words, by continuously operating a distributed power source at a constant load, the amount of power generation commensurate with the base load is secured, and the load exceeding the base load is adjusted by adjusting the amount of power received from the commercial system according to the fluctuations. Overall, it meets the demand of the entire microgrid.

そのように、分散型電源によりベースロードを確保して商用系統の受電量を負荷変動に追従させることにより、分散型電源を効率的かつ経済性に運転できるのであるが、その反面、商用系統には負荷変動に伴う電圧や周波数の変動を補償するための調整機能が高度に要求されることになり、今後、分散型電源が広く普及すると商用系統の負担が大きくなることが懸念されている。   In this way, it is possible to operate the distributed power source efficiently and economically by securing the base load with the distributed power source and making the received power amount of the commercial system follow the load fluctuation. Therefore, there is a high demand for an adjustment function for compensating for fluctuations in voltage and frequency due to load fluctuations, and there is a concern that the burden on commercial systems will increase if distributed power sources become widespread in the future.

そのため、今後は負荷変動に対する補償を商用系統に頼らず、分散型電源自体により電圧・周波数の安定化を行うことも必要と考えられ、またそのような分散型電源の独立運転を行うことは商用系統に対する分散型電源の自立性を高めるためにも重要であると考えられる。   Therefore, in the future, it will be necessary to stabilize the voltage and frequency with the distributed power supply itself without relying on the commercial system to compensate for load fluctuations, and it is also necessary to operate such a distributed power supply independently. It is also important to increase the independence of distributed power sources for the grid.

然しながら、それぞれが小規模な個々の分散型電源を負荷変動に高度に追従させるようなことは必ずしも容易ではない。特に、マイクログリッド系統における負荷変動は、1日単位で緩慢に変動するようなパターンを基本として、工場の誘導電動機のような機器がランダムにオン/オフされることに伴う急速な負荷変動が重畳されており、また負荷の変動幅も数kWから数百kWと幅広いものであり、電気炉のように負荷によっては秒単位どころかミリ秒単位で大きな負荷変動が生じる場合もあり、個々の分散型電源をそのような多様な負荷変動パターンの全てに追従させるようなことは非常に困難である。   However, it is not always easy to cause each small-scale distributed power source to follow load fluctuations to a high degree. In particular, load fluctuations in the microgrid system are based on a pattern that changes slowly in units of one day, and rapid load fluctuations due to random turning on / off of equipment such as factory induction motors are superimposed. In addition, the load fluctuation range is as wide as several kW to several hundred kW, and depending on the load, as in an electric furnace, a large load fluctuation may occur in milliseconds instead of seconds. It is very difficult to make the power supply follow all such various load variation patterns.

さらに、今後太陽光発電や風力発電といった自然エネルギーを利用する分散型電源を採用する機運があり、その種の分散型電源は発電量自体が天候や時間帯等によって左右されることが不可避であることからその発電量の変動を他の分散型電源によって補償する必要も生じ、その場合にも周波数制御運転と同様の制御を行うことが必要とされる。   In addition, there is a move to adopt a distributed power source that uses natural energy such as solar power generation and wind power generation in the future, and it is inevitable that the power generation amount of such a distributed power source is influenced by the weather, time zone, etc. For this reason, it is necessary to compensate for fluctuations in the amount of power generated by other distributed power sources, and in this case, it is necessary to perform control similar to the frequency control operation.

以上の事情から、分散型電源の周波数制御を安定かつ効率的に行い得る制御手法の開発が不可欠であるとされ、本発明はそれを可能とする有効適切な制御方法を提供することを目的としている。   In view of the above circumstances, it is considered indispensable to develop a control method capable of stably and efficiently performing frequency control of a distributed power source, and the present invention aims to provide an effective and appropriate control method that enables this. Yes.

本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、特定エリアの全発電量、全電力需要変動及び周波数変動の時系列データに基づいて必要周波数制御能力を規定し、CO排出量、出力変動、周波数制御能力を評価基準として分散型電源の構成を決定する。 In the present invention, in a microgrid system that constructs a network that controls and operates a plurality of types of distributed power sources in an integrated manner and supplies power to a specific area, the total power generation amount, the total power demand fluctuation, and the frequency of the specific area The required frequency control capability is defined based on the time series data of the fluctuation, and the configuration of the distributed power source is determined using the CO 2 emission amount, the output fluctuation, and the frequency control capability as evaluation criteria.

本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、特定エリアの全電力変動及び周波数変動の時系列データをオンラインで計測して、その系統周波数制御能力を推定し、分散型電源の必要周波数制御能力を決定する。   In the present invention, in a microgrid system that constructs a network that controls and operates a plurality of types of distributed power sources in an integrated manner and supplies power to a specific area, time series data of total power fluctuation and frequency fluctuation in the specific area Is measured online, its frequency control capability is estimated, and the required frequency control capability of the distributed power source is determined.

本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、発電機脱落、負荷脱落及び負荷急速変動が発生した場合には前記特定エリアの全発電量、全電力需要変動量のデータに基づき、発電機出力指令値を急速に変更する。   In the present invention, in a microgrid system that constructs a network that controls and operates a plurality of types of distributed power sources in an integrated manner and supplies power to a specific area, generator dropout, load dropout, and rapid load fluctuation occurred. In this case, the generator output command value is rapidly changed based on the data on the total power generation amount and the total power demand fluctuation amount in the specific area.

本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、複数種類の分散型電源を複数の評価指標にて評価する第1の手段と、評価指標の総合点数に応じて時間単位での分散型電源の起動停止順序を決定する第2の手段とを含み、複数の評価指標の中には、出力変動の度合いを標準偏差で表現した出力変動標準偏差と、短周期での電力変動に貢献する能力を表すガバナフリー容量とを含む。   In the present invention, in a stable operation control apparatus for a microgrid that supplies power to a specific area by constructing a network that controls and operates a plurality of types of distributed power sources in an integrated manner, a plurality of types of distributed power sources are connected to a plurality of types. Including a first means for evaluating with the evaluation index and a second means for determining the start / stop order of the distributed power supply in time units according to the total score of the evaluation index, The output fluctuation standard deviation expressing the degree of the output fluctuation with the standard deviation and the governor-free capacity representing the ability to contribute to the power fluctuation in a short cycle are included.

また、第1の手段の評価指標には、自然エネルギーを使用する分散型電源の出力変動標準偏差並びにガバナフリー容量の評価指標を含み、これらの指標は自然エネルギーを使用しない分散型電源の評価指標よりも低い値とされるのがよい。   Further, the evaluation index of the first means includes the output fluctuation standard deviation of the distributed power source using natural energy and the evaluation index of the governor-free capacity, and these indexes are evaluation indexes of the distributed power source not using natural energy. A lower value is better.

また、第1の手段の評価指標には、炭酸ガス排出量の指標を含み、自然エネルギーを使用する分散型電源の炭酸ガス排出量の評価指標は自然エネルギーを使用しない分散型電源の評価指標よりも高い値とされるのがよい。   The evaluation index of the first means includes an index of carbon dioxide emission, and the evaluation index of carbon dioxide emission of a distributed power source that uses natural energy is more than the evaluation index of a distributed power source that does not use natural energy. It is good to be a high value.

本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、マイクログリッド内の総電力量を入力してその中長期変動分を求め、稼働中の分散型電源に発電出力指令を与える第3の手段と、マイクログリッド内の周波数変動に応じて必要なガバナフリー容量を設定し、稼働中の分散型電源にガバナフリー指令を与える第4の手段とを備える。   In the present invention, in a stable operation control device for a microgrid that supplies power to a specific area by constructing a network that controls and operates multiple types of distributed power sources in an integrated manner, the total power in the microgrid is input. Then, determine the mid- to long-term fluctuation, set the third means to give a power generation output command to the distributed power source in operation, and set the governor-free capacity required according to the frequency fluctuation in the microgrid, And a fourth means for giving a governor-free command to the mold power source.

本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、複数種類の分散型電源を複数の評価指標にて評価する第1の手段と、評価指標の総合点数に応じて時間単位での分散型電源の起動停止順序を決定する第2の手段と、マイクログリッド内の総電力量を入力してその中長期変動分を求め、稼働中の分散型電源に発電出力指令を与える第3の手段と、マイクログリッド内の周波数変動に応じて必要なガバナフリー容量を設定し、稼働中の分散型電源にガバナフリー指令を与える第4の手段とを備える。   In the present invention, in a stable operation control apparatus for a microgrid that supplies power to a specific area by constructing a network that controls and operates a plurality of types of distributed power sources in an integrated manner, a plurality of types of distributed power sources are connected to a plurality of types. The first means for evaluating with the evaluation index, the second means for determining the start / stop order of the distributed power supply in time units according to the total score of the evaluation index, and the total electric energy in the microgrid are input. The third means to determine the mid- to long-term fluctuations and give the power generation output command to the distributed power source in operation, and the necessary governor-free capacity is set according to the frequency fluctuation in the microgrid. And a fourth means for giving a governor-free command to the power supply.

また、第1の手段の複数の評価指標の中には、出力変動の度合いを標準偏差で表現した出力変動標準偏差と、短周期での電力変動に貢献する能力を表すガバナフリー容量とを含むのがよい。   The plurality of evaluation indexes of the first means include an output fluctuation standard deviation in which the degree of output fluctuation is expressed by a standard deviation, and a governor-free capacity that represents the ability to contribute to power fluctuation in a short cycle. It is good.

本発明によれば、変動周期の短い帯域の予測不可能な負荷変動のみを複数の分散型電源が特定周波数帯域に分担して有効かつ安定に補償できるものであるので、必要以上の分散型電源の周波数制御能力や電力貯蔵機能を要求しなくて済む。また通常のように商用系統に高度のアンシラリー機能を要求することがなく、したがって商用系統に大きな負担を強いることなく分散型電源との連系が可能となり、また太陽光や風力といった自然エネルギーを利用する分散型電源の発電量の変動も同様に補償でき、分散型電源の自立性や信頼性を十分に高めることが可能である。   According to the present invention, since only a plurality of distributed power sources can share a specific frequency band only for unpredictable load fluctuations in a band with a short fluctuation cycle, it can compensate effectively and stably. It is not necessary to request the frequency control capability and the power storage function. In addition, it does not require a high level of ancillary function in the commercial system as usual, so it can be connected to a distributed power source without imposing a heavy burden on the commercial system, and uses natural energy such as sunlight and wind power. The variation in the power generation amount of the distributed power source can be compensated in the same manner, and the independence and reliability of the distributed power source can be sufficiently increased.

本発明の第1〜3実施の形態に適用するマイクログリッド安定運転制御装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the microgrid stable operation control apparatus applied to 1st-3rd embodiment of this invention. 本発明の第1〜2実施の形態に適用する周波数安定化の基本原理を説明するための簡略電気等価回路図である。It is a simplified electrical equivalent circuit diagram for demonstrating the fundamental principle of the frequency stabilization applied to the 1st-2nd embodiment of this invention. 本発明の第1〜2実施の形態に適用する周波数安定化の基本原理を説明するための等価伝達関数である。It is an equivalent transfer function for demonstrating the fundamental principle of the frequency stabilization applied to the 1st-2nd embodiment of this invention. 本発明の第1実施の形態に適用するマイクログリッド安定運転制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the microgrid stable operation control apparatus applied to 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施の形態に適用する必要ガバナフリー容量算出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the required governor free capacity | capacitance calculation process applied to 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施の形態に適用する一日の発電機運転スケジュール設定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the generator operation schedule setting process of the day applied to 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施の形態に適用する最適運転発電機選択のアルゴリズムを表す図である。It is a figure showing the algorithm of the optimal driving | operation generator selection applied to 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施の形態に適用する運転パターンを表す図である。It is a figure showing the driving | running pattern applied to 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1〜2実施の形態に適用する総電力需要、総電力需要移動平均値と抽出した短周期負荷変動を表す図である。It is a figure showing the total power demand applied to the 1st-2nd embodiment of this invention, a total power demand moving average value, and the extracted short cycle load fluctuation | variation. 本発明の第2実施の形態に適用するマイクログリッド安定運転制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the microgrid stable operation control apparatus applied to 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施の形態に適用する発電機出力指令値の設定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the setting process of the generator output command value applied to 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施の形態に適用するガバナフリー発電機の設定処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the setting process of the governor free generator applied to 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施の形態に適用するマイクログリッド安定運転制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the microgrid stable operation control apparatus applied to 3rd Embodiment of this invention.

以下本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の係わるマイクログリッド安定運転制御装置1の全体構成を示している。   FIG. 1 shows the overall configuration of a microgrid stable operation control apparatus 1 according to the present invention.

安定運転制御装置1は、マイクログリッド系統2B内の発電機の起動・停止指令や出力変更指令値を与えるものとする。マイクログリッド系統2B内のそれぞれ複数の発電機8は遮断器7、発電機母線15と発電機用変圧器6を介してマイクログリッド母線5に接続されている。マイクログリッド母線5としてはループ構成、メッシュ構成または放射状構成などが考えられるが図1ではループ構成となっている。マイクログリッド母線5は、連系用変圧器4、遮断器7、連系用送電線3を介して電力系統2Aに接続されても良い。負荷9は遮断器7、電力線19を介して、発電機母線15に接続されている。   The stable operation control device 1 shall give a start / stop command and an output change command value for the generator in the microgrid system 2B. Each of the plurality of generators 8 in the microgrid system 2B is connected to the microgrid bus 5 via the circuit breaker 7, the generator bus 15 and the generator transformer 6. The microgrid bus 5 may be a loop configuration, a mesh configuration, a radial configuration, or the like, but in FIG. The microgrid bus 5 may be connected to the electric power system 2 </ b> A via the interconnection transformer 4, the circuit breaker 7, and the interconnection transmission line 3. The load 9 is connected to the generator bus 15 via the circuit breaker 7 and the power line 19.

一般に、マイクログリッド系統2Bはこのような複数の電源8、発電機用変圧器6、負荷9等によって構成されている。さらに電力貯蔵装置10、交流・直流変換装置13、風力発電設備11や太陽光発電設備12等が設置される場合もある。なお、各発電機8や負荷9における供給電力や負荷についての状態は、常時検出端末高速伝送装置14を介してマイクログリッド安定運転制御装置1に与えられている。通常の大規模電力系統では、総発電電力や総負荷として、これらをマクロに取り込み、電力系統の制御に反映することはできるが、マイクログリッド安定運転制御装置1では、規模が小さいこともあり、各発電機8や各負荷9における供給電力や負荷についての状態を取り込む点に特徴がある。   In general, the microgrid system 2B includes a plurality of power supplies 8, a generator transformer 6, a load 9, and the like. Furthermore, the power storage device 10, the AC / DC converter 13, the wind power generation facility 11, the solar power generation facility 12, and the like may be installed. In addition, the state about the power supply and load in each generator 8 and load 9 is given to the microgrid stable operation control apparatus 1 via the constant detection terminal high-speed transmission apparatus 14. In a normal large-scale power system, the total generated power and the total load can be taken into a macro and reflected in the control of the power system, but the microgrid stable operation control device 1 may have a small scale, It is characterized in that the state of the power supply and the load in each generator 8 and each load 9 is captured.

図2は、本発明を実施するための最良の形態に適用するマイクログリッド安定運転制御装置の動作原理を説明する簡略系統を示す図である。図2で発電機8の出力と負荷9の大きさが等しければ、電力の需要と供給がバランスし、周波数は定格値に保たれる。しかし負荷9が変動し発電機出力とアンバランスになると、周波数が変動する。   FIG. 2 is a diagram showing a simplified system for explaining the operation principle of the microgrid stable operation control apparatus applied to the best mode for carrying out the present invention. In FIG. 2, if the output of the generator 8 and the size of the load 9 are equal, the power demand and supply are balanced, and the frequency is maintained at the rated value. However, when the load 9 fluctuates and becomes unbalanced with the generator output, the frequency fluctuates.

周波数は発電機8の出力が負荷の大きさに比べて過剰になると上昇する。発電機出力が負荷の大きさに比べて不足すると、周波数は下降する。この時発電機の周波数により需給アンバランスを検出して、燃料タンク17からのガス、蒸気流量及び燃料流量などを制御して、原動機16に与えるのが調速機18の働きである。   The frequency increases when the output of the generator 8 becomes excessive compared to the magnitude of the load. If the generator output is insufficient compared to the load size, the frequency will drop. At this time, it is the function of the governor 18 that detects supply / demand imbalance from the frequency of the generator, controls the gas, steam flow rate, fuel flow rate, etc. from the fuel tank 17 and gives them to the prime mover 16.

図2の電力の需要と供給がもたらす電力系統の運動方程式は(1)式で表せる。なお、周波数変動現象を対象とするときは系統発電機の位相角動揺に関する項は無視でき発電機慣性を考慮すればよい。   The equation of motion of the power system brought about by the supply and demand of power in FIG. 2 can be expressed by equation (1). When the frequency fluctuation phenomenon is targeted, the term relating to the phase angle fluctuation of the system generator can be ignored and the generator inertia should be taken into consideration.

Figure 2011114956
Figure 2011114956

ここで、M:発電機慣性定数 D(f):負荷の周波数特性関数
Δf:周波数偏差 μ(f):調速機の周波数特性関数
ΔP:発電量と負荷量の偏差
式をラプラス変換すると、(2)式となる。但しsはラプラス演算子である。
Where M: generator inertia constant D (f): load frequency characteristic function Δf: frequency deviation μ (f): governor frequency characteristic function ΔP: deviation formula between power generation amount and load amount (2) Where s is a Laplace operator.

Figure 2011114956
Figure 2011114956

ここで、D(s),μ(s)は、それぞれ(3)(4)式で表される。   Here, D (s) and μ (s) are expressed by equations (3) and (4), respectively.

Figure 2011114956
Figure 2011114956

Figure 2011114956
Figure 2011114956

ここで、K:負荷周波数特性定数 T:負荷周波数特性時定数
:発電機周波数特性定数 T:発電機周波数特性時定数
図2の電気回路モデルを等価的な周波数制御における伝達関数モデルとして表現したのが図3である。図3において、70は(3)式で表される負荷9の周波数特性モデル、71は発電機8の慣性モデル、72は(4)式で表される発電機8の周波数特性モデルである。
Here, K L: Load Frequency characteristic constant T L: Load Frequency characteristic time constant K G: generator frequency characteristic constant T G: transfer function in equivalent frequency control electric circuit model of the generator frequency characteristic time constant Figure 2 FIG. 3 shows the model. In FIG. 3, reference numeral 70 denotes a frequency characteristic model of the load 9 expressed by equation (3), 71 is an inertia model of the generator 8, and 72 is a frequency characteristic model of the generator 8 expressed by equation (4).

このモデルは、ごく簡単には、発電機8に与えられた原動機16の機械トルク初期値Tmoと、負荷トルク初期値Toの状態において、電気出力の差分ΔPが発電機8の慣性Mの元に積分されて発電機角速度Δωとなって現れ、この結果が一次遅れ回路で表現された発電機8の周波数特性モデル72と、負荷9の周波数特性モデル70に与えられ、それぞれ最終的に原動機16の機械トルク初期値Tmoと、負荷トルク初期値Toに対する電気出力として、帰還されることを意味している。従ってこの回路では、機械入力Tmoと電気出力が一致すれば周波数も一定に安定することになる。 This model is very simple. In the state of the mechanical torque initial value Tmo of the prime mover 16 given to the generator 8 and the load torque initial value T L o, the electric output difference ΔP is the inertia M of the generator 8. Originally integrated and appears as a generator angular velocity Δω, and this result is given to the frequency characteristic model 72 of the generator 8 and the frequency characteristic model 70 of the load 9 expressed by a first-order lag circuit. It means that feedback is made as an electrical output with respect to 16 mechanical torque initial value Tmo and load torque initial value T L o. Therefore, in this circuit, if the machine input Tmo and the electrical output coincide with each other, the frequency is stabilized stably.

ところで、負荷は周波数が上がると消費電力が増加し、下がると消費電力も減少するという特性を持っており、この特性を負荷の周波数特性という。消費電力の変わり方は負荷によって相当異なり、例えば同期電動機負荷は周波数変化の影響をまともに受けるが、誘導電動機負荷にはすべりというクッションがあり周波数変化の影響が少ない。また電灯・電熱負荷は周波数変化の影響をほとんど受けない。さらに、太陽光発電と組合わせて設置する交流・直流変換装置や風力発電については負荷として扱うことができる。従って負荷がどのような割合で存在するかによって、総合特性が決定される。   By the way, the load has the characteristic that the power consumption increases as the frequency increases, and the power consumption decreases as the frequency decreases. This characteristic is called the frequency characteristic of the load. The way of changing the power consumption varies considerably depending on the load. For example, the synchronous motor load is properly affected by the frequency change, but the induction motor load has a cushion of slipping and is less affected by the frequency change. Electric lights and electric loads are hardly affected by frequency changes. Furthermore, AC / DC converters installed in combination with solar power generation and wind power generation can be handled as loads. Therefore, the total characteristic is determined depending on what ratio the load exists.

また周波数の変化に対する発電力の変化としては、発電機の慣性、発電機相互間の位相差により生ずる同期化力、調速機動作による出力変化などがある。これらのうち、定常状態で考慮すべきなのは、調速機動作による出力変化のみである。   The change in the generated power with respect to the change in frequency includes the inertia of the generator, the synchronization force generated by the phase difference between the generators, and the output change due to the governor operation. Of these, only the output change due to the governor operation should be considered in the steady state.

ところで、ランダムに発生する負荷変動を数式で表現し、定常状態における統計的な周波数変動Δfi(s)は近似的に以下のようになる。ランダムな負荷変動ΔPi(s)を負荷の多数回のステップ的変動の総和と考えると、i番目の負荷ΔPiのステップ変化に対応する周波数変動のラプラス変換は(5)式で表現される。   By the way, randomly generated load fluctuations are expressed by mathematical expressions, and the statistical frequency fluctuation Δfi (s) in the steady state is approximately as follows. When the random load fluctuation ΔPi (s) is considered as the sum of many stepwise fluctuations of the load, the Laplace transform of the frequency fluctuation corresponding to the step change of the i-th load ΔPi is expressed by equation (5).

Figure 2011114956
Figure 2011114956

定常状態における周波数Δf iは最終値定理により、(6)式で表すことができる。   The frequency Δf i in the steady state can be expressed by equation (6) by the final value theorem.

Figure 2011114956
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ここで、十分大きなN個の周波数観測データに基づいて周波数変動の標準偏差をσΔfとすると、(7)式が得られる。 Here, if the standard deviation of the frequency fluctuation is σ Δf based on sufficiently large N pieces of frequency observation data, Equation (7) is obtained.

Figure 2011114956
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さらに、負荷変動の標準偏差をσΔPとすると、(6)式より(8)が得られる。 Further, when the standard deviation of load fluctuation is σ ΔP , (8) is obtained from the equation (6).

Figure 2011114956
Figure 2011114956

従って周波数変動の標準偏差σΔfと負荷変動の標準偏差σΔPとの間には(9)式の関係が成り立つ。 Therefore, the relationship of the formula (9) is established between the standard deviation σ Δf of the frequency fluctuation and the standard deviation σ ΔP of the load fluctuation.

Figure 2011114956
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図4は本発明の第1の実施形態に係るマイクログリッド安定運転制御装置1の機能を示すブロック図である。図4において、マイクログリッド安定運転制御装置1は、例えば、ディジタル計算機により構成されるもので、機能的にガバナフリー容量算出部1A、発電機運転スケジュール設定部1Bとから構成されている。   FIG. 4 is a block diagram showing functions of the microgrid stable operation control apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 4, the microgrid stable operation control device 1 is configured by, for example, a digital computer, and functionally includes a governor-free capacity calculation unit 1A and a generator operation schedule setting unit 1B.

このうち、ガバナフリー容量算出部1Aでは、事前に過去経験に元づく一日単位の総電力需要20変動の時系列データを入力して統計的な分析を行う。すなわち移動平均処理部26Aの出力を基にして、短周期変動分抽出部27にて予測不可能な負荷変動成分を抽出する。この負荷変動成分を入力として標準偏差算出部28にて負荷変動成分を1分間分ずつ取り出し標準偏差を算出する。ガバナフリー容量算出部29で季節、曜日、昼夜時間帯を考慮して負荷特性定数を想定し、負荷変動標準偏差を基にして必要ガバナフリー容量を発電機ごとに算出する。   Among these, the governor-free capacity calculating unit 1A performs statistical analysis by inputting time-series data of the total power demand 20 variation per day based on past experience in advance. That is, based on the output of the moving average processing unit 26A, the short cycle variation extraction unit 27 extracts an unpredictable load variation component. Using this load fluctuation component as an input, the standard deviation calculator 28 takes out the load fluctuation component for one minute and calculates the standard deviation. The governor-free capacity calculation unit 29 assumes a load characteristic constant in consideration of the season, day of the week, and day / night time zone, and calculates the required governor-free capacity for each generator based on the load fluctuation standard deviation.

発電機運転スケジュール設定部1Bでは、先に述べた過去経験に元づく一日単位の総電力需要量20を入力として、種々の評価指標に基づいて発電機運転スケジュールを演算により決定する。移動平均部26Bの出力を入力とした長周期変動抽出部30の出力に基づいて、例えば1時間単位で発電機の総出力を発電機総出力決定部31で決定する。   In the generator operation schedule setting unit 1B, the total power demand 20 per day based on the past experience described above is input, and the generator operation schedule is determined by calculation based on various evaluation indexes. Based on the output of the long-period fluctuation extraction unit 30 with the output of the moving average unit 26B as an input, the total output of the generator is determined by the generator total output determination unit 31, for example, in units of one hour.

運転発電機演算部32Aでは、マイクログリッドを構成する各発電機に対してそれぞれ発電機定格出力21、燃料単価22、CO排出量23、出力変動標準偏差24、ガバナフリー容量25を評価指標として算出し、これらの評価指標を基にして最適な運転発電機の組み合わせを演算により決定する。運転スケジュール作成部32Bでは、発電機の起動・停止時刻を設定し、各発電機へ指令を出力する。 In the operating generator calculation unit 32A, the generator rated output 21, the fuel unit price 22, the CO 2 emission amount 23, the output fluctuation standard deviation 24, and the governor-free capacity 25 are used as evaluation indexes for each generator constituting the microgrid. The optimal combination of operating generators is determined by calculation based on these evaluation indexes. In the operation schedule preparation part 32B, the starting / stopping time of a generator is set, and a command is output to each generator.

次に図4回路のうち、必要ガバナフリー容量算出部1Aの詳細について、図5のフローチャート図と、図9の電力需要変動をあらわす図とを参照して説明する。まず、図5のステップS101でディジタル計算機上に一年間のマイクログリッドの総電力需要データベースを構築しておく。このデータベースのデータは例えば1秒周期での値である。図9は、一年間のマイクログリッドの総電力需要データベースのうち、ある日の数分間のみを示しているが、ここで20が総電力需要であり、かなり短い時間間隔で変動していることがわかる。   Next, details of the required governor-free capacity calculating unit 1A in the circuit of FIG. 4 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S101 in FIG. 5, a one-year microgrid total power demand database is constructed on the digital computer. The data in this database is, for example, a value in a 1 second cycle. FIG. 9 shows only a few minutes of a day in the total power demand database of the microgrid for one year. Here, 20 is the total power demand, and it fluctuates in a fairly short time interval. Recognize.

ステップS102では、1秒毎の電力需要データをサンプル数60程度で移動平均を求め、ランダムな変動成分を取り除く。このようにして求められたのが、図9の総電力需要移動平均値210である。総電力需要移動平均値210は、ゆったりと変動していることがわかる。   In step S102, a moving average of power demand data per second is obtained with about 60 samples, and random fluctuation components are removed. The total power demand moving average value 210 in FIG. 9 is obtained in this way. It can be seen that the total power demand moving average value 210 fluctuates slowly.

続いてステップS103では、1秒毎の需要変動データ20から1分単位の移動平均データ210を差し引く。これにより需要変動のうち予測困難な短周期変動成分220のみが抽出されるが、元の需要変動データ20の変動振幅にくらべ大幅に小さな振幅となっていることがわかる。   Subsequently, in step S103, the moving average data 210 in units of one minute is subtracted from the demand fluctuation data 20 per second. As a result, only the short-cycle fluctuation component 220 that is difficult to predict is extracted from the demand fluctuation, but it can be seen that the amplitude is significantly smaller than the fluctuation amplitude of the original demand fluctuation data 20.

図9に総電力需要の時間的変化例を示す。総電力需要電力20から1分間の移動平均値210を差し引くことにより、短周期の負荷変動成分220のみが抽出され、その変動振幅が元のデータに比べ絶対値で1/4程度になっていることがわかる。   FIG. 9 shows an example of temporal change in the total power demand. By subtracting the 1-minute moving average value 210 from the total power demand power 20, only the short-cycle load fluctuation component 220 is extracted, and the fluctuation amplitude is about 1/4 in absolute value compared to the original data. I understand that.

この次にステップS104で、電力需要データの短周期成分220を用いて、1分間の負荷変動標準偏差を計算する。   In step S104, the load fluctuation standard deviation for one minute is calculated using the short period component 220 of the power demand data.

ステップS105では前述したように季節、曜日、昼夜時間帯を考慮して負荷特性定数Kを想定し、ステップS104の負荷変動標準偏差を基にして、(9)式を用いて必要ガバナフリー容量K・σΔf0を算出する。ここでKGは発電機周波数特性定数、σΔf0は目標とする許容周波数変動の標準偏差である。 Step S105 In seasonally as described above, the day, taking into account the day or night time zone assumes the load characteristic constant K L, based on the load fluctuation standard deviation in step S104, necessary governor-free volume with (9) K G · σ Δf0 is calculated. Here, KG is a generator frequency characteristic constant, and σ Δf0 is a target standard deviation of allowable frequency fluctuation.

次に図4回路のうち、発電機運転スケジュール設定部1Bの詳細について、図6のフローチャート図と、図7の最適運転発電機選択のアルゴリズムを表す図と、図8の運転パターンを表す図とを参照して説明する。   Next, regarding the details of the generator operation schedule setting unit 1B in the circuit of FIG. 4, the flowchart of FIG. 6, the diagram representing the optimum operation generator selection algorithm of FIG. 7, and the diagram of the operation pattern of FIG. Will be described with reference to FIG.

発電機運転スケジュール設定部1Bでは、図6のフローチャート図に示すように、まずステップS201で一年間の電力需要データベースを基にして当日の電力需要を想定する。このときに使用する一年間の電力需要データベースは、必要ガバナフリー容量算出部1Aで用いたと同じデータベースである。   In the generator operation schedule setting unit 1B, as shown in the flowchart of FIG. 6, first, in step S201, the power demand on the current day is assumed based on the one-year power demand database. The annual power demand database used at this time is the same database used in the required governor-free capacity calculation unit 1A.

次にステップS202にて、1秒間の電力需要データをサンプル数3600で1時間程度の移動平均データとする。さらにステップS203で移動平均された電力需要データを例えば1時間単位の階段状の総発電量データに変換する。ここで、図8は1時間単位で1日の電力需要を表した図であり、横軸に時間、縦軸に総需要を表している。この図で、230はステップS202で求めた「1秒間の電力需要データを、サンプル数3600で求めた1時間程度の移動平均データ」であり、時間オーダーでは滑らかな変動をしていることがわかる。更にこの図で、ステップS203で求めた、例えば1時間単位の階段状の総発電量データが、240として示されている。   Next, in step S202, the power demand data for 1 second is converted into moving average data for about 1 hour with 3600 samples. Further, the power demand data subjected to the moving average in step S203 is converted into stepwise total power generation amount data, for example, in units of one hour. Here, FIG. 8 is a diagram showing the daily power demand in units of one hour, with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing total demand. In this figure, 230 is the “moving average data for about 1 hour obtained from the power demand data for 1 second by the number of samples 3600” obtained in step S202, and it can be seen that there is a smooth fluctuation in the time order. . Further, in this figure, stepwise total power generation amount data obtained in step S203, for example, in units of one hour is shown as 240.

ステップS204では評価指標(発電機定格出力、燃料単価、CO排出量、出力変動標準偏差、ガバナフリー容量)に基づき運転発電機の組み合わせを決定する。図7は運転発電機を評価指標を用いて選定する具体的方法を示している。 In step S204, a combination of operating generators is determined based on the evaluation indices (generator rated output, fuel unit price, CO 2 emission, output fluctuation standard deviation, governor-free capacity). FIG. 7 shows a specific method for selecting an operating generator using an evaluation index.

この図7において、横軸にはマイクログリッド内に存在する運転発電機G1からG7が表記され、縦軸には評価指標として発電機定格出力、燃料単価、CO排出量、出力変動標準偏差、ガバナフリー容量がそれぞれ表記されている。この評価指標のうち、発電機定格出力、燃料単価、CO排出量については良く知られたことなので、説明を省略し、出力変動標準偏差、ガバナフリー容量について説明する。 In FIG. 7, the horizontal axis represents operating generators G1 to G7 existing in the microgrid, and the vertical axis represents generator rated output, fuel unit price, CO 2 emission amount, output fluctuation standard deviation, Each governor-free capacity is listed. Among these evaluation indexes, the generator rated output, the fuel unit price, and the CO 2 emission amount are well known. Therefore, the explanation is omitted, and the output fluctuation standard deviation and the governor free capacity will be explained.

まず、風力、太陽光発電などのように自然を相手にして発電を行なうものの場合には、発電出力をきめ細かく制御することが本来苦手である。このため、出力変動標準偏差という概念を導入し、制御困難な電源出力の変動を、周波数を安定化するものでなく、負荷変動のように振舞うため変動の度合いを標準偏差で表現したものである。制御困難な変動であるため、評価点は負の点数で表現している。   First, in the case of power generation using nature as a partner, such as wind power or solar power generation, it is inherently not good at finely controlling the power generation output. For this reason, the concept of output fluctuation standard deviation is introduced, and fluctuations in power output that are difficult to control are not stabilized in frequency, but behave like load fluctuations, and the degree of fluctuation is expressed in standard deviation. . Since the change is difficult to control, the evaluation point is expressed by a negative score.

ガバナフリー容量は、短周期での電力変動に貢献するものであり、その制御幅が大きいほどマイクログリッドの周波数を安定化するのに寄与するため、評価点は正の点数で表現している。   The governor-free capacity contributes to power fluctuations in a short cycle, and the greater the control width, the more stable the microgrid frequency is. Therefore, the evaluation point is expressed by a positive score.

因みに、図7の運転発電機のうち、化石燃料を使用する発電プラントG1,G5,G6,G7は、燃料単価が高く(従って、指標は負の値)、CO排出量も多い(従って、指標は負の値)が、電源出力の変動の制御困難性はなく(出力変動標準偏差がゼロ)、ガバナフリー容量も大きい。また、風力、太陽光発電などの自然を相手にした発電プラントG3,G4は、燃料単価が低く(従って、指標はゼロ)、CO排出量も少ない(従って、指標はゼロ)が、電源出力の変動制御困難であり(出力変動標準偏差が負)、ガバナフリー容量も小さい。 Incidentally, among the operating generators of FIG. 7, the power generation plants G1, G5, G6, and G7 that use fossil fuels have a high fuel unit price (thus, the index is a negative value) and a large amount of CO 2 emissions (thus, Although the index is a negative value), there is no difficulty in controlling fluctuations in power output (output fluctuation standard deviation is zero), and the governor-free capacity is large. In addition, power plants G3 and G4 that deal with nature such as wind power and solar power generation have low fuel unit prices (thus, the index is zero) and CO 2 emissions are small (thus, the index is zero). Fluctuation control is difficult (output fluctuation standard deviation is negative) and governor-free capacity is also small.

これら各項目の評価指標を用いて各発電機の周波数制御への効果と悪影響の度合いを数値化した評価結果に基づき、最終的には、総合評価の点数を計算している。ただしガバナフリー容量は負荷変動標準偏差と発電機出力変動標準偏差の和以上である制約がある。この点数により発電機運転の優先順位をつける。因みに図7の例では、総合評価点数が高いほど、長期間の運転に適しており、点数の低いものはなるべく使用を避けたほうが良いという結果になる。   Based on the evaluation results obtained by quantifying the effect on frequency control and the degree of adverse effects of each generator using the evaluation indexes of these items, the overall evaluation score is finally calculated. However, the governor-free capacity has a restriction that is more than the sum of the load fluctuation standard deviation and the generator output fluctuation standard deviation. This score gives priority to generator operation. Incidentally, in the example of FIG. 7, the higher the total evaluation score, the more suitable for long-term operation, and the lower the score, the better to avoid the use as much as possible.

最後にステップS205にて、たとえば1時間単位の発電機起動停止スケジュールを作成する。例えば図8は横軸の時間軸の24時間における発電機G1から発電機G7までの運転スケジュールを示している。図8によれば、電力需要の増加に応じて必要な発電量を確保すべく順次発電機をマイクログリッドに投入していくが、その投入順序は総合評価点数の高い順序とされるのが、経済的にもまた周波数変動を抑制する意味でも有効である。   Finally, in step S205, for example, an hourly generator start / stop schedule is created. For example, FIG. 8 shows an operation schedule from the generator G1 to the generator G7 for 24 hours on the horizontal time axis. According to FIG. 8, in order to ensure the necessary amount of power generation in accordance with the increase in power demand, the generators are sequentially introduced into the microgrid, and the order of introduction is the order with the highest overall evaluation score. It is also effective in terms of suppressing frequency fluctuations economically.

図8の運転結果からは、電力総需要の小さい夜間には出力変動標準偏差が大きく(電源出力の変動の制御困難性はない)、ガバナフリー容量もある発電機G1,G2を主体に電源構成し、総需要の大きい昼間には自然エネルギーの発電機G3,G4が追加起動される形で一日の電源運用が実施される。   According to the operation results of FIG. 8, the power supply configuration is mainly composed of the generators G1 and G2 having a large output fluctuation standard deviation (no difficulty in controlling fluctuations in power supply output) and having a governor-free capacity at night when the total power demand is small. However, during the daytime when the total demand is large, the natural power generators G3 and G4 are additionally activated, and the daily power operation is performed.

以上、図4乃至図9を用いた第1の実施形態においては、過去経験に元づく一日単位の総電力需要20変動の時系列データを入力して、最終的には時間単位での発電機の起動、停止を指令する信号53を各発電機に与える。いわば、電力系統制御における中央給電指令所のELD(経済負荷配分機能)のマイクログリッド版ともいえる制御機能である。但し、電力系統制御における中央給電指令所のELD(経済負荷配分機能)と本質的に相違するのは、出力変動標準偏差、ガバナフリー容量という概念を導入して、マイクログリッド内の発電機を軌道、停止せしめる点にある。   As described above, in the first embodiment using FIG. 4 to FIG. 9, the time series data of the total power demand 20 fluctuations per day based on the past experience is input, and finally the power generation in the hour unit. A signal 53 for instructing start and stop of the machine is given to each generator. In other words, it is a control function that can be said to be a microgrid version of ELD (Economic Load Distribution Function) of a central power supply command station in power system control. However, what is essentially different from the ELD (economic load distribution function) of the central power supply command center in power system control is to introduce the concepts of output fluctuation standard deviation and governor-free capacity to track the generators in the microgrid. The point is to stop.

図10は本発明の第2の実施形態に係るマイクログリッド安定運転制御装置1の機能を示すブロック図である。図10において、マイクログリッド安定運転制御装置1は、例えば、ディジタル計算機により構成されるもので、機能的に発電機出力指令設定部1C、ガバナフリー発電機設定部1Dとから構成されている。   FIG. 10 is a block diagram showing functions of the microgrid stable operation control apparatus 1 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 10, the microgrid stable operation control device 1 is configured by, for example, a digital computer, and functionally includes a generator output command setting unit 1C and a governor-free generator setting unit 1D.

発電機出力指令設定部1Cでは、総電力需要変動の現時点の時系列データを入力して統計的な分析を行う。すなわち総電力需要実測データ90を移動平均処理部26Aに入力し、移動平均処理部26Aの出力を基にして、中周期変動分抽出部35にて予測可能な負荷変動成分を抽出する。この中周期変動分抽出部35にて抽出された負荷変動成分を、発電機出力指令値決定部36にて発電機出力指令58の修正分とする。   The generator output command setting unit 1 </ b> C inputs the current time series data of the total power demand fluctuation and performs statistical analysis. That is, the total power demand actual measurement data 90 is input to the moving average processing unit 26A, and based on the output of the moving average processing unit 26A, a load fluctuation component that can be predicted by the middle cycle fluctuation extracting unit 35 is extracted. The load fluctuation component extracted by the middle cycle fluctuation extraction unit 35 is used as a correction for the generator output command 58 by the generator output command value determination unit 36.

ガバナフリー発電機設定部1Dでは電力総需要量90実測データを基に、移動平均処理26Aを行い、短周期変動分抽出部27にて元データと移動平均データの差を取ることにより予測困難な負荷変動分を抽出する。   The governor-free generator setting unit 1D performs the moving average process 26A based on the actual power demand 90 actual measurement data, and the short period variation extraction unit 27 takes the difference between the original data and the moving average data, which is difficult to predict. Extract the load fluctuation.

この出力を標準偏差算出部37にて処理する。また周波数変動の実測値33を標準偏差算出部39にて処理する。標準偏差算出部37と39の出力を系統周波数特性定数推定部38に入力し、(9)式に基づき系統周波数特性定数(K+K)を算出する。周波数変動33の標準偏差と目標周波数変動34の標準偏差を周波数確認部39で確認し、周波数変動33の標準偏差が大きい場合には、必要発電機周波数特性定数算出部40にて(9)式に基づき系統周波数特性定数(K+KGO)を算出する。 This output is processed by the standard deviation calculator 37. Further, the measured value 33 of the frequency fluctuation is processed by the standard deviation calculation unit 39. The outputs of the standard deviation calculation units 37 and 39 are input to the system frequency characteristic constant estimation unit 38, and the system frequency characteristic constant (K L + K G ) is calculated based on the equation (9). The standard deviation of the frequency fluctuation 33 and the standard deviation of the target frequency fluctuation 34 are confirmed by the frequency confirmation unit 39, and when the standard deviation of the frequency fluctuation 33 is large, the required generator frequency characteristic constant calculation unit 40 formula (9) Based on the above, a system frequency characteristic constant (K L + K GO ) is calculated.

必要ガバナフリー容量算出部41Aにて変更後発電機周波数特性定数KG0から必要ガバナフリー容量KG0・σΔf0を算出し、次いで発電機ガバナフリー量判定部41Bにおいて、ガバナフリー指令54を与える。ここでσΔf0は目標周波数変動の標準偏差、Kは負荷周波数特性定数、Kは変更前発電機周波数特性定数、KG0は変更後発電機周波数特性定数である。 The required governor-free capacity calculating unit 41A calculates the required governor-free capacity K G0 · σ Δf0 from the changed generator frequency characteristic constant K G0 , and then the generator governor-free amount determining unit 41B gives a governor-free command 54. Here sigma? F0 is the standard deviation, K L is the load frequency characteristic constant, K G is the generator frequency characteristic constant before change, K G0 is the generator frequency characteristic constant after the change of the target frequency variation.

図11に示す処理フローのように、まずステップS301でディジタル計算機上にマイクログリッドの総電力需要データをオンラインで蓄積する。ステップS302によって1秒毎の電力需要データをサンプル数60程度で移動平均を行い、ランダムな変動成分を取り除く。続いてステップS303では、1秒毎の需要変動データから1分単位の移動平均データを差し引く。これにより電力需要変動のうち予測可能な中周期変動成分のみが抽出される。この次にステップS304で発電機出力指令値修正分を算出する。ステップS303で抽出した中長周期の変動成分から現在の発電機出力指令値の総和を差し引くことにより発電機出力指令の修正分を演算する。最後にステップS305にて発電機出力指令値修正分を各運転発電機に配分する。   As in the processing flow shown in FIG. 11, first, in step S301, the total power demand data of the microgrid is stored online on the digital computer. In step S302, moving average of power demand data per second is performed with about 60 samples to remove random fluctuation components. Subsequently, in step S303, the moving average data in units of one minute is subtracted from the demand fluctuation data every second. As a result, only predictable mid-cycle fluctuation components are extracted from fluctuations in power demand. Next, in step S304, the generator output command value correction is calculated. The correction amount of the generator output command is calculated by subtracting the total sum of the current generator output command values from the medium-long cycle fluctuation component extracted in step S303. Finally, in step S305, the generator output command value correction is distributed to each operating generator.

ガバナフリー発電機設定部1Dでは、図12に示すように、まずステップS401でマイクログリッド内の周波数変動や総電力需要のオンラインデータを収集する。次にステップS402にて1秒間隔の周波数と電力需要データをサンプル数60程度で1分程度の移動平均データとする。さらにステップS403で1秒間隔の周波数と電力需要データから移動平均された電力需要データを差し引くことにより短周期変動成分を抽出する。   As shown in FIG. 12, the governor-free generator setting unit 1D first collects online data of frequency fluctuations and total power demand in the microgrid in step S401. Next, in step S402, the frequency and power demand data at intervals of 1 second are set as moving average data of about 1 minute with about 60 samples. Further, in step S403, the short-period fluctuation component is extracted by subtracting the moving average of the power demand data from the frequency and the power demand data at intervals of one second.

ステップS404では周波数変動、負荷の短周期変動成分の標準偏差を算出し、系統周波数特性定数(K+K)を推定する。ステップS405では観測された周波数変動の標準偏差が目標標準偏差σΔf0以内か確認する。周波数が目標値を超過している場合にはステップS406で目標周波数に抑えるための必要系統周波数特性定数(K+KGO)を算出する。次にステップS407にて必要系統周波数特性定数を基にして必要ガバナフリー容量
σΔf0・KG0を算出する。最後にステップS408にて発電機ガバナフリー運転指令の変更指令を対象発電機に送信する。
以上、図10乃至図12を用いた第2の実施形態においては、リアルタイムの時系列データを入力して、最終的にはガバナフリー容量を算出する。この機能は、いわば、電力系統制御における中央給電指令所のAFC(自動周波数制御機能)、更にはガバナフリー機能のマイクログリッド版ともいえる制御機能である。但し、電力系統制御における中央給電指令所のAFCと本質的に相違するのは、ガバナフリー容量という概念を導入して、マイクログリッド内の発電機を制御せしめる点にある。
In step S404, the frequency deviation and the standard deviation of the short cycle fluctuation component of the load are calculated, and the system frequency characteristic constant (K L + K G ) is estimated. In step S405, it is confirmed whether the observed standard deviation of the frequency fluctuation is within the target standard deviation σ Δf0 . If the frequency exceeds the target value, a necessary system frequency characteristic constant (K L + K GO ) for suppressing the frequency to the target frequency is calculated in step S406. In step S407, the necessary governor free capacity σ Δf0 · K G0 is calculated based on the necessary system frequency characteristic constant. Finally, in step S408, a change command for the generator governor-free operation command is transmitted to the target generator.
As described above, in the second embodiment using FIGS. 10 to 12, real-time time-series data is input, and finally the governor-free capacity is calculated. In other words, this function is a control function that can be said to be a microgrid version of the AFC (automatic frequency control function) of the central power supply command station in the power system control, and further, the governor-free function. However, the essential difference from the AFC of the central power supply command center in power system control is that the concept of governor-free capacity is introduced to control the generator in the microgrid.

図13は本発明の第3の実施形態に係るマイクログリッド安定運転制御装置1の機能を示す構成図である。図13において、マイクログリッド安定運転制御装置1は、例えば、ディジタル計算機により構成されるもので、機能的に必要制御量演算部45、制御対象選定部49とから構成されている。   FIG. 13: is a block diagram which shows the function of the micro grid stable operation control apparatus 1 which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. In FIG. 13, the microgrid stable operation control apparatus 1 is configured by, for example, a digital computer, and functionally includes a necessary control amount calculation unit 45 and a control target selection unit 49.

必要制御量演算部45では、検出端末高速伝送装置14を経由してオンラインで発電機出力、総電力需要を入力して、まずそのアンバランス量が許容値以内かどうかをアンバランス判定部43にて判定する。アンバランス値が許容値を超過している場合には必要制御量算出部44にて制御量を算出する。   The necessary control amount calculation unit 45 inputs the generator output and the total power demand online via the detection terminal high-speed transmission device 14, and first determines whether or not the unbalance amount is within an allowable value to the unbalance determination unit 43. Judgment. When the unbalance value exceeds the allowable value, the required control amount calculation unit 44 calculates the control amount.

制御対象選定部50ではまず制御量判定部46にて制御量の大小により制御方法を切り替える。発電量が過剰ではあるが制御量が小さい場合には発電機出力変更対象選定部47にて制御対象発電機を選定し発電機出力変更指令55を与える。制御量が大きい場合には発電機緊急起動・停止対象選定部48にて制御対象発電機を選定し、発電機起動・停止指令56を発する。負荷が過剰な場合には負荷制限選定部49にて制御対象負荷を選定し、付加制限指令57を与える。   In the control target selection unit 50, first, the control amount determination unit 46 switches the control method depending on the magnitude of the control amount. When the power generation amount is excessive but the control amount is small, the generator output change target selection unit 47 selects a control target generator and gives a generator output change command 55. When the control amount is large, the generator emergency start / stop target selection unit 48 selects a control target generator and issues a generator start / stop command 56. When the load is excessive, a load to be controlled is selected by the load limit selection unit 49 and an additional limit command 57 is given.

マイクログリッドは、これから増加することが予想されるがその場合にグリッド全体を電力、周波数の観点から管理制御する機能が必須となる。   The microgrid is expected to increase in the future, but in that case, the function of managing and controlling the entire grid from the viewpoint of power and frequency is essential.

1 マイクログリッド運転制御装置
1A 必要ガバナフリー容量算出部
1B 発電機運転スケジュール設定部
1C 発電機出力指令設定部
1D ガバナフリー発電機設定部
2A 電力系統
2B マイクログリッド
3 連系用送電線
4 連系用変圧器
5 マイクログリッド母線
6 発電機用変圧器
7 遮断器
8 発電機
9 負荷
10 電力貯蔵装置
11 風力発電設備
12 太陽光発電設備
13 交流・直流変換装置
14 検出端末高速伝送装置
15 発電機母線
16 原動機
17 燃料タンク
18 調速機
19 電力線
20 総電力需要
21 発電機定格出力
22 燃料単価
23 CO排出量
24 出力変動標準偏差
25 ガバナフリー容量
26A 移動平均(1分)処理部
26B 移動平均(60分)処理部
27 短周期変動分抽出部
28 負荷変動標準偏差算出部
29 必要ガバナフリー容量算出部
30 長周期変動分算出部
31 発電機総出力決定部
32A 運転発電機選択演算部
32B 発電機運転スケジュール設定演算部
33 周波数変動
34 目標周波数変動
35 中長周期変動分抽出部
36 発電機出力指令値決定部
37 標準偏差算出
38 系統周波数特性定数推定部
39 周波数変動確認部
40 必要系統周波数特性定数部
41A 必要ガバナフリー容量算出部
41B 発電機ガバナフリー量配分部
43 需給アンバランス判定部
44 必要制御量算出部
45 必要制御量演算部
46 必要制御量判定部
47 発電機出力指令配分部
48 発電機緊急起動・停止指令配分部
49 発電機出力指令配分部
54 ガバナフリー指令
55 発電機出力変更指令
56 発電機起動・停止指令
57 負荷制限指令
58 発電機出力指令
70 負荷の周波数特性モデル
71 発電機の慣性モデル
72 発電機の周波数特性モデル
90 総電力需要実測データ
210 1分間の移動平均
220 短周期変動成分
230 1時間の移動平均
240 階段状の総発電量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro grid operation control apparatus 1A Necessary governor free capacity calculation part 1B Generator operation schedule setting part 1C Generator output command setting part 1D Governor free generator setting part 2A Electric power system 2B Micro grid 3 Transmission line 4 for interconnection Transformer 5 Microgrid bus 6 Generator transformer 7 Circuit breaker 8 Generator 9 Load 10 Power storage device 11 Wind power generation facility 12 Solar power generation facility 13 AC / DC converter 14 Detection terminal high-speed transmission device 15 Generator bus 16 Motor 17 Fuel tank 18 Speed governor 19 Power line 20 Total power demand 21 Generator rated output 22 Fuel unit price 23 CO 2 emissions 24 Output fluctuation standard deviation 25 Governor-free capacity 26A Moving average (1 minute) Processing unit 26B Moving average (60 Min) Processing unit 27 Short cycle variation extraction unit 28 Load variation standard deviation calculation unit 29 Necessary governor-free Capacity calculation unit 30 Long period fluctuation calculation part 31 Generator total output determination part 32A Operation generator selection calculation part 32B Generator operation schedule setting calculation part 33 Frequency fluctuation 34 Target frequency fluctuation 35 Medium to long period fluctuation extraction part 36 Generator Output command value determination unit 37 Standard deviation calculation 38 System frequency characteristic constant estimation unit 39 Frequency fluctuation confirmation unit 40 Necessary system frequency characteristic constant unit 41A Necessary governor free capacity calculation unit 41B Generator governor free amount distribution unit 43 Supply / demand imbalance determination unit 44 Necessary control amount calculation unit 45 Necessary control amount calculation unit 46 Necessary control amount determination unit 47 Generator output command distribution unit 48 Generator emergency start / stop command distribution unit 49 Generator output command distribution unit 54 Governor-free command 55 Generator output change Command 56 Generator start / stop command 57 Load limit command 58 Generator output command 70 Load frequency characteristics mode Total generation of the moving average 240 stepped le 71 generator inertia model 72 generator frequency characteristic model 90 moving average 220 short-period fluctuation component 230 hour total power demand measured data 210 for one minute

Claims (9)

複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、
前記特定エリアの全発電量、全電力需要変動及び周波数変動の時系列データに基づいて必要周波数制御能力を規定し、CO排出量、出力変動、周波数制御能力を評価基準として分散型電源の構成を決定する事を特徴とするマイクログリッド安定運転制御装置。
In a microgrid system that supplies power to a specific area by constructing a network that controls and operates multiple types of distributed power sources in an integrated manner,
The required frequency control capability is defined based on the time series data of the total power generation amount, total power demand variation and frequency variation in the specific area, and the configuration of the distributed power source using the CO 2 emission amount, output variation and frequency control capability as evaluation criteria A microgrid stable operation control device characterized by determining
複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、
前記特定エリアの全電力変動及び周波数変動の時系列データをオンラインで計測して、その系統周波数制御能力を推定し、分散型電源の必要周波数制御能力を決定する事を特徴とするマイクログリッド安定運転制御装置。
In a microgrid system that supplies power to a specific area by constructing a network that controls and operates multiple types of distributed power sources in an integrated manner,
Microgrid stable operation characterized in that time series data of total power fluctuation and frequency fluctuation in the specific area is measured online, its system frequency control capability is estimated, and the necessary frequency control capability of the distributed power source is determined Control device.
複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、
発電機脱落、負荷脱落及び負荷急速変動が発生した場合には前記特定エリアの全発電量、全電力需要変動量のデータに基づき、発電機出力指令値を急速に変更する事を特徴とするマイクログリッド安定運転制御装置。
In a microgrid system that supplies power to a specific area by constructing a network that controls and operates multiple types of distributed power sources in an integrated manner,
When the generator dropout, load dropout, and rapid load fluctuation occur, the generator output command value is rapidly changed based on the data of the total power generation amount and the total power demand fluctuation amount in the specific area. Grid stable operation control device.
複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、
前記複数種類の分散型電源を複数の評価指標にて評価する第1の手段と、該評価指標の総合点数に応じて時間単位での分散型電源の起動停止順序を決定する第2の手段とを含み、前記複数の評価指標の中には、出力変動の度合いを標準偏差で表現した出力変動標準偏差と、短周期での電力変動に貢献する能力を表すガバナフリー容量とを含むことを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
In a stable operation control device for a microgrid that constructs a network that controls and operates multiple types of distributed power sources and supplies power to a specific area,
A first means for evaluating the plurality of types of distributed power supplies with a plurality of evaluation indices; a second means for determining a start-stop sequence of the distributed power supplies in time units according to the total score of the evaluation indices; Among the plurality of evaluation indicators, the output fluctuation standard deviation expressing the degree of output fluctuation as a standard deviation and a governor-free capacity representing the ability to contribute to power fluctuation in a short cycle are included. A microgrid stable operation control device.
第4項記載のマイクログリッドの安定運転制御装置において、
前記第1の手段の評価指標には、自然エネルギーを使用する分散型電源の出力変動標準偏差並びにガバナフリー容量の評価指標を含み、これらの指標は自然エネルギーを使用しない分散型電源の評価指標よりも低い値とされることを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
In the stable operation control device for a microgrid according to item 4,
The evaluation index of the first means includes an output fluctuation standard deviation of a distributed power source that uses natural energy and an evaluation index of a governor-free capacity. These indexes are based on an evaluation index of a distributed power source that does not use natural energy. A stable operation control device for a microgrid characterized by a low value.
第4項または第5項記載のマイクログリッドの安定運転制御装置において、
前記第1の手段の評価指標には、炭酸ガス排出量の指標を含み、自然エネルギーを使用する分散型電源の炭酸ガス排出量の評価指標は自然エネルギーを使用しない分散型電源の評価指標よりも高い値とされることを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
In the stable operation control device for the microgrid according to item 4 or 5,
The evaluation index of the first means includes an index of carbon dioxide emission, and the evaluation index of carbon dioxide emission of a distributed power source that uses natural energy is more than the evaluation index of a distributed power source that does not use natural energy. A stable operation control device for a microgrid characterized by a high value.
複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、
マイクログリッド内の総電力量を入力してその中長期変動分を求め、稼働中の分散型電源に発電出力指令を与える第3の手段と、マイクログリッド内の周波数変動に応じて必要なガバナフリー容量を設定し、稼働中の分散型電源にガバナフリー指令を与える第4の手段とを備えることを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
In a stable operation control device for a microgrid that constructs a network that controls and operates multiple types of distributed power sources and supplies power to a specific area,
Enter the total power in the microgrid, find its mid- to long-term fluctuation, and provide a power generation output command to the distributed power supply in operation, and the governor-free necessary according to the frequency fluctuation in the microgrid And a fourth means for setting a capacity and giving a governor-free command to an operating distributed power source.
複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、
前記複数種類の分散型電源を複数の評価指標にて評価する第1の手段と、該評価指標の総合点数に応じて時間単位での分散型電源の起動停止順序を決定する第2の手段と、マイクログリッド内の総電力量を入力してその中長期変動分を求め、稼働中の分散型電源に発電出力指令を与える第3の手段と、マイクログリッド内の周波数変動に応じて必要なガバナフリー容量を設定し、稼働中の分散型電源にガバナフリー指令を与える第4の手段とを備えることを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
In a stable operation control device for a microgrid that constructs a network that controls and operates multiple types of distributed power sources and supplies power to a specific area,
A first means for evaluating the plurality of types of distributed power supplies with a plurality of evaluation indices; a second means for determining a start-stop sequence of the distributed power supplies in time units according to the total score of the evaluation indices; The third means for inputting the total electric energy in the microgrid to obtain the mid- and long-term fluctuation, and giving a power generation output command to the distributed power source in operation, and the governor required according to the frequency fluctuation in the microgrid A stable operation control device for a microgrid, comprising: a fourth means for setting a free capacity and giving a governor-free command to an operating distributed power source.
第8項記載のマイクログリッドの安定運転制御装置において、
前記第1の手段の複数の評価指標の中には、出力変動の度合いを標準偏差で表現した出力変動標準偏差と、短周期での電力変動に貢献する能力を表すガバナフリー容量とを含むことを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
In the stable operation control device of the microgrid according to item 8,
The plurality of evaluation indexes of the first means include an output fluctuation standard deviation expressing the degree of output fluctuation as a standard deviation, and a governor-free capacity representing an ability to contribute to a power fluctuation in a short cycle. A stable operation control device for a microgrid.
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