JP2019154119A - 負荷周波数制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御応答性をよくする。
【解決手段】負荷周波数制御装置３００は、電力系統２００における周波数偏差を減少させるために要するＬＦＣ容量を導出する容量導出部１３０と、容量導出部１３０によって導出されたＬＦＣ容量に対して比例要素、積分要素および微分要素を作用させて出力するＰＩＤ制御部１５０と、ＰＩＤ制御部１５０の出力値を、電力系統２００における複数の発電機２１０に配分する容量配分部１７０とを備える。容量配分部１７０は、複数の発電機２１０に配分されたいずれかのＬＦＣ容量が、複数の発電機２１０における配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えている場合、超えた分のＬＦＣ容量を、ＬＦＣ容量が上限値を超えていない複数の発電機２１０に再配分する。
【選択図】図５

Description

本発明は、負荷周波数制御装置に関する。

電力系統では、発電機の発電電力と需要家の負荷との需給バランスが崩れると、周波数が基準値（例えば、５０Ｈｚ）から変動する。このため、電力系統では、発電電力の総量を制御することで需給バランスを保ち、周波数を所定範囲内に維持する制御が行われる。負荷変動によって変動する周波数の変動周期のうち、数分から十数分程度の変動周期の周波数変動は、負荷周波数制御によって抑制される。以下、負荷周波数制御をＬＦＣ（Load Frequency Control）と呼ぶことがある。

負荷周波数制御では、周波数の基準値に対する偏差である周波数偏差に基づいて、周波数偏差を減少させるために要する負荷周波数制御容量（ＬＦＣ容量）が導出される。次に、負荷周波数制御では、導出されたＬＦＣ容量に、比例要素、積分要素および微分要素を作用させるＰＩＤ制御が行われる。次に、負荷周波数制御では、ＰＩＤ制御が為されたＬＦＣ容量が、電力系統における各発電機に配分される。そして、負荷周波数制御では、配分されたＬＦＣ容量に基づいて各発電機の発電電力（発電電力の大きさ）を変化させる。負荷周波数制御に関しては、例えば、特許文献１の技術が開示されている。

特許第４１５５６７４号公報

負荷周波数制御では、個々の発電機の出力変化速度の比に基づいて、ＰＩＤ制御における出力値が各発電機に配分される。しかし、個々の発電機には、配分可能なＬＦＣ容量の上限値がある。このため、個々の発電機に配分されるＬＦＣ容量が、配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えるような場合には、その発電機に配分されるＬＦＣ容量が、その上限値に制限される。

発電機に配分されるＬＦＣ容量が上限値に制限されると、各発電機に配分されるＬＦＣ容量の合計値と、ＰＩＤ制御における入力値との偏差が生じる。ＰＩＤ制御では、この偏差に応じて積分項が増加する。

ＰＩＤ制御において積分項が増加していくと、ＰＩＤ制御における出力値がＰＩＤ制御における入力値に対して増加していく。このとき、負荷周波数制御では、ＰＩＤ制御における偏差がゼロに収束するまで出力変化速度の比に基づくＬＦＣ容量の配分が継続される。

このように、負荷周波数制御では、ＰＩＤ制御における出力値（操作量）がＰＩＤ制御における入力値（目標値）に対して大きく増加することがある。この状態では、ＰＩＤ制御において積分項が多く溜まっている。この状態からＰＩＤ制御における入力値が大きく変化すると、ＰＩＤ制御における出力値は、溜まった積分項を消費してから目標値に近づくこととなる。

このため、負荷周波数制御では、電力系統における周波数偏差を減少するために要するＬＦＣ容量が導出されてから各発電機にＬＦＣ容量が配分されるまでに時間がかかり、制御応答性がよくない。

本発明は、このような課題に鑑み、制御応答性がよい負荷周波数制御装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の負荷周波数制御装置は、電力系統における周波数偏差を減少させるために要するＬＦＣ容量を導出する容量導出部と、容量導出部によって導出されたＬＦＣ容量に対して比例要素、積分要素および微分要素を作用させて出力するＰＩＤ制御部と、ＰＩＤ制御部の出力値を、電力系統における複数の発電機に配分する容量配分部と、を備え、容量配分部は、複数の発電機に配分されたいずれかのＬＦＣ容量が、複数の発電機における配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えている場合、超えた分のＬＦＣ容量を、ＬＦＣ容量が上限値を超えていない複数の発電機に再配分する。

本発明によれば、制御応答性をよくすることができる。

第１実施形態による負荷周波数制御システムの構成を示すブロック図である。 ＬＦＣ容量の配分について説明する説明図である。 容量配分部の一連の動作を示すフローチャートである。 容量残配分部の一連の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態による負荷周波数制御システムの構成を示すブロック図である。 第２実施形態についての比較例である負荷周波数制御システムの構成を示すブロック図である。 図６の比較例におけるＬＦＣ容量の配分について説明する説明図である。 図５の負荷周波数制御装置におけるＬＦＣ容量の配分について説明する説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による負荷周波数制御システム１の構成を示すブロック図である。負荷周波数制御システム１は、負荷周波数制御装置１００および電力系統２００を含んで構成される。

負荷周波数制御装置１００は、周波数検出部１１０、系統容量検出部１２０、容量導出部１３０、平滑化部１４０、ＰＩＤ制御部１５０、容量リミッタ１６０、容量配分部１７０、容量残配分部１８０、減算部１９０を含んで構成される。負荷周波数制御装置１００は、例えば、中央給電指令所に設けられる。

電力系統２００は、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃを含んで構成される。発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃは、例えば、発電所に設置される火力発電機や水力発電機である。発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃによる発電電力は、電力系統２００に接続される需要家が有する負荷に供給される。以後、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃを区別しないときは発電機２１０と表記する。なお、ここでは、説明の便宜上、３個の発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃを例示しているが、電力系統２００を構成する発電機２１０の数は、複数であればよく、３個に限らない。

電力系統２００には、分散発電装置２２０が連系される。分散発電装置２２０は、発電電力を制御可能な発電装置であり、発電所以外に設置される。分散発電装置２２０は、例えば、蓄電池、太陽電池、燃料電池、エンジン発電機、ヒートポンプ、コージェネレーションシステムなどで構成される。分散発電装置２２０は、生成した発電電力を電力系統２００に接続される負荷に供給する。

負荷周波数制御装置１００は、電力系統２００（発電機２１０および分散発電装置２２０）における周波数の基準値（例えば、５０Ｈｚ）に対する偏差である周波数偏差を減少させるように、発電機２１０および分散発電装置２２０の発電電力（発電電力の大きさ）を制御する。これにより、電力系統２００における発電電力と負荷との需給バランスが保たれ、電力系統２００の周波数が所定範囲内に維持される。

周波数検出部１１０は、電力系統２００における周波数を検出する。周波数検出部１１０は、周波数の基準値から周波数の検出値を減算し、周波数偏差Δｆを導出する。

系統容量検出部１２０は、電力系統２００（発電機２１０および分散発電装置２２０）に接続される負荷の総量である系統容量Ｃを検出する。

容量導出部１３０は、周波数検出部１１０によって導出された周波数偏差Δｆと、系統容量検出部１２０によって検出された系統容量Ｃとに基づいて、周波数偏差Δｆを減少させるために要する負荷周波数制御容量（ＬＦＣ容量）を導出する。ＬＦＣ容量は、負荷周波数制御における周波数を調整する容量のことである。ＬＦＣ容量は、発電電力の制御量に相当する。

平滑化部１４０は、容量導出部１３０によって導出されたＬＦＣ容量の時間変化分を、発電機２１０が追従可能な変化量以下になるように平滑化する。この平滑化により、周波数偏差Δｆの変動周波数における数分程度までのごく短周期分（サイクリック分）が除去される。

ＰＩＤ制御部１５０は、比例要素、積分要素および微分要素を含んで構成される。ＰＩＤ制御部１５０は、平滑化部１４０の出力値に、比例要素、積分要素および微分要素を作用させるＰＩＤ制御を行う。

容量リミッタ１６０には、容量導出部１３０によって導出された後に平滑化およびＰＩＤ制御が行われたＬＦＣ容量が入力される。容量リミッタ１６０は、入力されたＬＦＣ容量が所定値（制限値）以下の場合、入力されたＬＦＣ容量をそのまま出力する。一方、容量リミッタ１６０は、入力されたＬＦＣ容量が所定値（制限値）を超える場合、ＬＦＣ容量を所定値（制限値）に制限して出力する。なお、図１では、容量リミッタ１６０が上下リミッタのように示されているが、実際の容量リミッタ１６０では、ＬＦＣ容量の絶対値が上限値（所定値）と比較されればよく、下限値が省略されてもよい。

容量リミッタ１６０における所定値（制限値）は、例えば、発電機２１０Ａに配分可能なＬＦＣ容量の上限値、発電機２１０Ｂに配分可能なＬＦＣ容量の上限値、および、発電機２１０Ｃに配分可能なＬＦＣ容量の上限値を合計した上限合計値に設定される。発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃにおける配分可能なＬＦＣ容量の上限値は、例えば、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃの発電電力を現在値から変動させることが可能な発電電力の範囲の上限に相当する。この上限は、発電機２１０の種別や発電電力の現在値などによって異なる。

容量配分部１７０は、容量リミッタ１６０の出力値を発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃに配分する。すなわち、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃに配分されるＬＦＣ容量の合計値は、容量リミッタ１６０によって所定値以下に制限されており、容量配分部１７０は、容量リミッタ１６０によって制限されたＬＦＣ容量を発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃに配分する。

図２は、ＬＦＣ容量の配分について説明する説明図である。容量配分部１７０は、例えば、容量リミッタ１６０の出力値を各発電機２１０の出力変化速度の比に基づいて配分する。出力変化速度は、単位時間に発電機２１０の出力を増減できる速度のことであり、各発電機２１０に固有の指標である。出力変化速度は、各発電機２１０によって異なるが、例えば、数ＭＷ／分程度である。図２では、例えば、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃの出力変化速度の比が、２：１：１であるとする。

また、各発電機２１０には、上述のように、配分可能なＬＦＣ容量の上限値がある。この配分可能なＬＦＣ容量の上限値は、出力変化速度とは異なるパラメータであり、発電機２１０毎に異なる。図２では、例えば、発電機２１０Ａにおける配分可能なＬＦＣ容量の上限値が「２０ｋＷ」、発電機２１０Ｂにおける配分可能なＬＦＣ容量の上限値が「４０ｋＷ」、発電機２１０Ｃにおける配分可能なＬＦＣ容量の上限値が「４０ｋＷ」であるとする。なお、図２では、単位のｋＷを省略している。

また、図２では、ＰＩＤ制御部１５０の入力値（要するＬＦＣ容量）が「１２０ｋＷ」であり、ＰＩＤ制御部１５０の出力値が「１２０ｋＷ」であるとする。また、図２では、容量リミッタ１６０の所定値が「１００ｋＷ」であり、容量リミッタ１６０の出力値（容量配分部１７０の入力値）が「１００ｋＷ」であるとする。

容量配分部１７０は、容量リミッタ１６０の出力値「１００ｋＷ」を、各発電機２１０の出力変化速度の比に基づいて、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃに２：１：１の比で配分する。この場合、図２の「配分１回目」に示すように、発電機２１０ＡにはＬＦＣ容量「５０ｋＷ」、発電機２１０ＢにはＬＦＣ容量「２５ｋＷ」、発電機２１０ＣにはＬＦＣ容量「２５ｋＷ」が配分されることとなる。

配分１回目の配分結果では、発電機２１０Ａに配分されるＬＦＣ容量「５０ｋＷ」が、発電機２１０Ａに配分可能なＬＦＣ容量の上限値「２０ｋＷ」を超えている。つまり、配分１回目では、発電機２１０Ａについて、配分可能なＬＦＣ容量の上限値を無視したＬＦＣ容量が配分されている。なお、発電機２１０Ｂ、２１０Ｃについては、配分されるＬＦＣ容量が配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えていない。

このように、ＬＦＣ容量の配分時に、発電機２１０の少なくともいずれかにおいて、発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量が配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えることがある。このような場合、容量配分部１７０は、配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超える発電機２１０において、配分されるＬＦＣ容量をその上限値に制限する。例えば、図２の「配分の上限値制限」に示すように、容量配分部１７０は、発電機２１０Ａに配分するＬＦＣ容量を、配分可能なＬＦＣ容量の上限値である「２０ｋＷ」に変更する。

個々の発電機２１０において配分の上限値制限が行われると、各発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量の合計値「７０ｋＷ（２０ｋＷ＋２５ｋＷ＋２５ｋＷ）」が、容量配分部１７０の入力値「１００ｋＷ」よりも少なくなり、各発電機２１０に配分すべきＬＦＣ容量が不足する。

そこで、容量配分部１７０は、各発電機２１０に配分されたいずれかのＬＦＣ容量が、各発電機２１０における配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えている場合、超えた分のＬＦＣ容量を、ＬＦＣ容量が上限値を超えていない各発電機２１０に再配分する。換言すると、容量配分部１７０は、上限値を超える発電機２１０において配分されるＬＦＣ容量を上限値に制限し、ＬＦＣ容量が上限値を超えていない各発電機２１０に、上限値に制限されたＬＦＣ容量以外のＬＦＣ容量を再配分する。容量配分部１７０は、このような再配分を行う処理（再配分処理）を実行する機能を含んで構成される。

例えば、図２の「配分２回目」に示すように、容量配分部１７０は、容量配分部１７０の入力値「１００ｋＷ」から、上限値に制限された発電機２１０ＡのＬＦＣ容量「２０ｋＷ」を減算して、配分対象のＬＦＣ容量「８０ｋＷ」を決定する。また、容量配分部１７０は、上限値に制限された発電機２１０Ａ以外の発電機２１０Ｂ、２１０Ｃを、配分対象の発電機２１０に決定する。そして、容量配分部１７０は、配分対象のＬＦＣ容量「８０ｋＷ」を、配分対象の発電機２１０Ｂ、２１０Ｃの出力変化速度の比（１：１）に基づいて配分し直す。この場合、図２の「配分２回目」に示すように、発電機２１０ＢにはＬＦＣ容量「４０ｋＷ」、発電機２１０ＣにはＬＦＣ容量「４０ｋＷ」が配分される。

また、例えば、容量配分部１７０は、上限値に制限される前の発電機２１０ＡのＬＦＣ容量「５０ｋＷ」から、上限値に制限された後の発電機２１０ＡのＬＦＣ容量「２０ｋＷ」を減算して、配分対象のＬＦＣ容量「３０ｋＷ」を決定してもよい。この態様では、容量配分部１７０は、配分対象のＬＦＣ容量「３０ｋＷ」を、配分対象の発電機２１０Ｂ、２１０Ｃの出力変化速度の比に基づいて配分する。この場合、発電機２１０Ｂには「１５ｋＷ」、発電機２１０Ｃには「１５ｋＷ」が配分される。そして、この態様では、容量配分部１７０は、発電機２１０Ｂについて前回のＬＦＣ容量「２５ｋＷ」と今回のＬＦＣ容量「１５ｋＷ」とを加算して、発電機２１０Ｂの再配分後のＬＦＣ容量「４０ｋＷ」を導出する。また、容量配分部１７０は、発電機２１０Ｃについて前回のＬＦＣ容量「２５ｋＷ」と今回のＬＦＣ容量「１５ｋＷ」とを加算して、発電機２１０Ｃの再配分後のＬＦＣ容量「４０ｋＷ」を導出する。

このようにしてＬＦＣ容量の再配分が行われると、個々の発電機２１０において配分の上限値制限が行われたとしても、各発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量の合計値「１００ｋＷ（２０ｋＷ＋４０ｋＷ＋４０ｋＷ）」が、容量配分部１７０の入力値「１００ｋＷ」に等しくなる。つまり、容量配分部１７０がＬＦＣ容量の再配分を行うことで、各発電機２１０に配分すべきＬＦＣ容量の総量である容量配分部１７０の入力値のすべてを、各発電機２１０に配分することができる。

容量配分部１７０は、配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えてＬＦＣ容量が配分される発電機２１０がなくなるまで、再配分を繰り返す。つまり、容量配分部１７０は、各発電機２１０に配分すべきＬＦＣ容量の総量のすべてを各発電機２１０に配分するまで、再配分を繰り返す。

そして、容量配分部１７０は、配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えてＬＦＣ容量が配分される発電機２１０がなくなると、各発電機２１０へのＬＦＣ容量の配分量を確定する。図２では、「配分２回目」に示すように、発電機２１０ＡのＬＦＣ容量が「２０ｋＷ」、発電機２１０ＢのＬＦＣ容量が「４０ｋＷ」、発電機２１０ＣのＬＦＣ容量が「４０ｋＷ」で確定される。

なお、周波数偏差Δｆが相対的に大きい場合などには、上述のような再配分が行われることがある。しかし、例えば、周波数偏差Δｆが相対的に小さい場合などには、配分１回目において、いずれの発電機２１０においても、発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量が配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えることなく配分されることがある。その場合には、再配分が省略されてもよい。

図１に戻って、容量配分部１７０は、各発電機２１０へのＬＦＣ容量の配分量が確定した後、配分結果を示すＬＦＣ信号を各発電機２１０に送信し、各発電機２１０に発電電力を変更する動作を開始させる。各発電機２１０では、ＬＦＣ信号の受信に応じて、発電電力がそのＬＦＣ信号に基づいた発電電力となるように、燃料の増減などが行われる。

また、容量配分部１７０は、各発電機２１０へのＬＦＣ容量の配分が確定した後、配分結果を示すＬＦＣ信号を容量残配分部１８０にも送信する。

容量残配分部１８０は、加算部１８１および減算部１８２を含んで構成される。加算部１８１は、各発電機２１０へのＬＦＣ容量の配分量が確定した後に送信されるＬＦＣ信号の受信に応じて、各発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量を加算して、各発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量の合計値を導出する。加算部１８１によって導出されるＬＦＣ容量の合計値は、容量リミッタ１６０によって制限されたＬＦＣ容量に相当する。

減算部１８２は、ＰＩＤ制御部１５０の出力値から、加算部１８１によって導出されたＬＦＣ容量の合計値を減算する。減算部１８２の減算結果は、周波数偏差Δｆを減少させるために要するＬＦＣ容量から、各発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量の総量を除いた、残りのＬＦＣ容量に相当する。容量残配分部１８０は、減算部１８２の減算結果（残りのＬＦＣ容量）を分散発電装置２２０に配分する。

容量残配分部１８０は、減算部１８２の減算結果を示すＬＦＣ信号を分散発電装置２２０に送信し、分散発電装置２２０に発電電力を変更する動作を開始させる。分散発電装置２２０では、ＬＦＣ信号の受信に応じて、発電電力がそのＬＦＣ信号に基づいた発電電力となるように、燃料の増減などが行われる。

図２の例において、「容量残配分」に示すように、加算部１８１は、発電機２１０Ａに配分されるＬＦＣ容量「２０ｋＷ」、発電機２１０Ｂに配分されるＬＦＣ容量「４０ｋＷ」、および、発電機２１０Ｃに配分されるＬＦＣ容量「４０ｋＷ」の合計値「１００ｋＷ」を導出する。次に、減算部１８２は、ＰＩＤ制御部１５０の出力値「１２０ｋＷ」から、加算部１８１によって導出されたＬＦＣ容量の合計値「１００ｋＷ」を減算して、残りのＬＦＣ容量（分散発電装置２２０に配分するＬＦＣ容量）「２０ｋＷ」を導出する。

そして、図２の例では、最終的に、周波数偏差Δｆを減少させるために要するＬＦＣ容量「１２０ｋＷ」のうち、発電機２１０ＡにはＬＦＣ容量「２０ｋＷ」、発電機２１０ＢにはＬＦＣ容量「４０ｋＷ」、発電機２１０ＣにはＬＦＣ容量「４０ｋＷ」、分散発電装置２２０にはＬＦＣ容量「２０ｋＷ」が配分されることとなる。

図１に戻って、負荷周波数制御装置１００では、容量リミッタ１６０によってＰＩＤ制御部１５０の出力値（ＰＩＤ制御の操作量）に制限をかけている。このため、ＰＩＤ制御の操作量がＰＩＤ制御の目標値（ＰＩＤ制御部１５０の入力値）に収束するまでに時間がかかることがある。このような場合、ＰＩＤ制御における積分項が多く溜まっていくリセットワインドアップが生じる。

そこで、負荷周波数制御装置１００では、このようなリセットワインドアップに対処するアンチリセットワインドアップの機能が含まれている。アンチリセットワインドアップでは、容量リミッタ１６０による制限が行われたときに、積分項を減少させるような制御が行われる。

具体的には、負荷周波数制御装置１００は、減算部１９０を含んで構成される。減算部１９０は、ＰＩＤ制御部１５０の出力値（例えば「１２０ｋＷ」）から、容量リミッタ１６０の出力値（例えば「１００ｋＷ」）を減算し、減算結果（例えば「２０ｋＷ」）をＰＩＤ制御部１５０に出力する。ＰＩＤ制御部１５０では、積分項において、減算結果（例えば「２０ｋＷ」）に比例した値がＰＩＤ制御部１５０の入力値から差し引かれる。

これにより、ＰＩＤ制御部１５０の出力値と、容量リミッタ１６０の出力値との偏差が小さくなる。その結果、負荷周波数制御装置１００では、容量リミッタ１６０を設けたことに起因してＰＩＤ制御部１５０の出力値が過大になること、および、制御遅れが大きくなることが抑制される。

図３は、容量配分部１７０の一連の動作を示すフローチャートである。容量配分部１７０には、容量リミッタ１６０の出力値、すなわち、所定値に制限されたＬＦＣ容量が入力される。

まず、容量配分部１７０は、容量リミッタ１６０の出力値であるＬＦＣ容量を各発電機２１０の出力変化速度の比に基づいて配分する（Ｓ１００）。例えば、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃの出力変化速度の比が２：１：１であるとき、容量配分部１７０は、容量リミッタ１６０の出力値「１００ｋＷ」を、発電機２１０ＡにＬＦＣ容量「５０ｋＷ」、発電機２１０ＢにＬＦＣ容量「２５ｋＷ」、発電機２１０ＣにＬＦＣ容量「２５ｋＷ」のように配分する。

次に、容量配分部１７０は、個々の発電機２１０において配分されるＬＦＣ容量が、配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えている発電機２１０があるか否かを判定する（Ｓ１１０）。例えば、発電機２１０Ａの配分可能なＬＦＣ容量の上限値が「２０ｋＷ」であるとき、容量配分部１７０は、発電機２１０Ａに配分されるＬＦＣ容量「５０ｋＷ」が、配分可能なＬＦＣ容量の上限値「２０ｋＷ」を超えている発電機２１０Ａがあると判定する（ステップＳ１１０におけるＹＥＳ）。

ステップＳ１１０の判定結果がＹＥＳの場合、容量配分部１７０は、上限値を超えている発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量を、配分可能なＬＦＣ容量の上限値に制限する（Ｓ１２０）。例えば、容量配分部１７０は、発電機２１０ＡのＬＦＣ容量を配分可能なＬＦＣ容量の上限値である「２０ｋＷ」に変更する。

次に、容量配分部１７０は、配分対象のＬＦＣ容量および配分対象の発電機２１０を決定する（Ｓ１３０）。例えば、容量配分部１７０は、配分対象のＬＦＣ容量「８０ｋＷ（１００ｋＷ−２０ｋＷ）」を決定し、配分対象の発電機２１０Ｂ、２１０Ｃを決定する。また、容量配分部１７０は、前回のステップＳ１００で配分された発電機２１０ＢのＬＦＣ容量「２５ｋＷ」および発電機２１０ＣのＬＦＣ容量「２５ｋＷ」をクリアする。

配分対象の決定（ステップＳ１３０）後、容量配分部１７０は、決定された配分対象について再びステップＳ１００からの処理を繰り返す。

例えば、容量配分部１７０は、配分対象のＬＦＣ容量「８０ｋＷ」を、発電機２１０Ｂ、２１０Ｃの出力変化速度の比（１：１）に基づいて、発電機２１０Ｂに「４０ｋＷ」、発電機２１０Ｃに「４０ｋＷ」のように配分する（Ｓ１００）。次に、容量配分部１７０は、発電機２１０Ｂ、２１０Ｃについて、配分されるＬＦＣ容量が、配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えている発電機２１０があるか否かを判定する（Ｓ１１０）。ここでは、発電機２１０ＢのＬＦＣ容量「４０ｋＷ」が上限値「４０ｋＷ」を超えておらず、発電機２１０ＣのＬＦＣ容量「４０ｋＷ」が上限値「４０ｋＷ」を超えていないため、ステップＳ１１０の判定はＮＯとなる。

配分されるＬＦＣ容量が配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えている発電機２１０が無い場合（ステップＳ１１０におけるＮＯ）、容量配分部１７０は、各発電機２１０へのＬＦＣ容量の配分量を確定する（Ｓ１４０）。ここでは、発電機２１０Ａに配分されるＬＦＣ容量が「２０ｋＷ」、発電機２１０Ｂに配分されるＬＦＣ容量が「４０ｋＷ」、発電機２１０Ｃに配分されるＬＦＣ容量が「４０ｋＷ」に確定される。

そして、容量配分部１７０は、確定した配分結果を示すＬＦＣ信号を各発電機２１０および容量残配分部１８０に送信して（Ｓ１５０）、一連の処理を終了する。

なお、上述では、２回目の配分（Ｓ１００）の後において、配分されるＬＦＣ容量が配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えている発電機２１０が無い例を示した。しかし、２回目以降の配分後において、配分されるＬＦＣ容量が配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えている発電機２１０がある場合には、さらに配分を繰り返してもよい。

図４は、容量残配分部１８０の一連の動作を示すフローチャートである。容量残配分部１８０は、容量配分部１７０がＬＦＣ容量の配分の確定後に送信するＬＦＣ信号の受信に応じて処理を開始する。

まず、容量残配分部１８０の加算部１８１は、各発電機２１０に配分されたＬＦＣ容量の合計値を導出する（Ｓ２００）。例えば、発電機２１０ＡのＬＦＣ容量「２０ｋＷ」と、発電機２１０ＢのＬＦＣ容量「４０ｋＷ」と、発電機２１０ＣのＬＦＣ容量「４０ｋＷ」との合計値「１００ｋＷ」が導出される。

次に、容量残配分部１８０の減算部１８２は、ＰＩＤ制御部１５０の出力値から、加算部１８１によって導出されたＬＦＣ容量の合計値を減算して、残りのＬＦＣ容量を導出する（Ｓ２１０）。例えば、ＰＩＤ制御部１５０の出力値「１２０ｋＷ」から、合計値「１００ｋＷ」が減算されて、残りのＬＦＣ容量「２０ｋＷ」が導出される。つまり、分散発電装置２２０には、ＬＦＣ容量「２０ｋＷ」が配分される。

そして、容量残配分部１８０は、導出された残りのＬＦＣ容量（例えば「２０ｋＷ」）を示すＬＦＣ信号を分散発電装置２２０に送信して（Ｓ２２０）、一連の処理を終了する。

一方、ＰＩＤ制御部１５０の出力値が、容量リミッタ１６０の所定値以下の場合、容量残配分部１８０の減算部１８２の減算結果は「０ｋＷ」となる。すなわち、容量残配分部１８０は、周波数偏差Δｆを減少するために要するＬＦＣ容量が容量リミッタ１６０の所定値を超えるまでは、分散発電装置２２０にＬＦＣ容量を配分しない。

以上のように、第１実施形態による負荷周波数制御装置１００では、周波数偏差Δｆを減少するために要するＬＦＣ容量が容量リミッタ１６０の所定値を超えた場合に、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃに加え、分散発電装置２２０にもＬＦＣ容量が配分される。つまり、第１実施形態による負荷周波数制御装置１００では、周波数偏差Δｆを減少するために要するＬＦＣ容量のうちの、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃの負担限度を超えた残りのＬＦＣ容量を、分散発電装置２２０が負担することとなる。

したがって、第１実施形態による負荷周波数制御装置１００によれば、効率的に周波数変動を抑制することが可能となる。

また、第１実施形態による負荷周波数制御装置１００では、周波数偏差Δｆを減少するために要するＬＦＣ容量が容量リミッタ１６０の所定値以内の場合、そのＬＦＣ容量が発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃに配分され、分散発電装置２２０には配分されない。また、分散発電装置２２０は、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃに比べ、発電電力に対する燃料コストが高い。つまり、第１実施形態による負荷周波数制御装置１００では、周波数偏差Δｆを減少するために要するＬＦＣ容量が発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃの負担限度を超えるまでは、燃料コストが高い分散発電装置２２０にＬＦＣ容量を負担させない。

したがって、第１実施形態による負荷周波数制御装置１００では、経済性が低下することを抑制することが可能となる。

例えば、各発電機２１０だけでなく、分散発電装置２２０にも常にＬＦＣ容量が配分される比較例が挙げられる。例えば、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ、分散発電装置２２０の出力変化速度の比が、２：１：１：１であり、周波数偏差Δｆを減少するために要するＬＦＣ容量が「５０ｋＷ」であるとする。この例では、発電機２１０Ａに「２０ｋＷ」、発電機２１０Ｂに「１０ｋＷ」、発電機２１０Ｃに「１０ｋＷ」、分散発電装置２２０に「１０ｋＷ」が配分される。このとき、発電機２１０Ｂには、残り「３０ｋＷ」の余裕があり、発電機２１０Ｃには、残り「３０ｋＷ」の余裕があるにもかかわらず、分散発電装置２２０に「１０ｋＷ」が配分されている。つまり、この比較例では、発電機２１０Ｂ、２１０Ｃよりも発電電力に対する燃料コストが高い分散発電装置２２０が、ＬＦＣ容量「１０ｋＷ」を負担するため、燃料コストがかかることとなる。

これに対し、第１実施形態による負荷周波数制御装置１００では、要するＬＦＣ容量が発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃの負担限度を超えた場合にのみ、分散発電装置２２０がＬＦＣ容量を負担する。このため、第１実施形態による負荷周波数制御装置１００では、この比較例に比べ、燃料コストの増加を抑制することができる。

また、第１実施形態による負荷周波数制御装置１００では、配分されるＬＦＣ容量が配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えている発電機２１０があることに応じて、ＬＦＣ容量の再配分が行われる。このため、第１実施形態による負荷周波数制御装置１００では、配分可能なＬＦＣ容量に対して配分されるＬＦＣ容量に余裕があるうちに、分散発電装置２２０にＬＦＣ容量が配分されることを防止することが可能となる。つまり、第１実施形態による負荷周波数制御装置１００では、ＬＦＣ容量を各発電機２１０に無駄なく配分することができる。

なお、第１実施形態の容量配分部１７０は、配分されるＬＦＣ容量が配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えている発電機があることに応じて再配分を行っていた。しかし、第１実施形態において、この再配分は省略されてもよい。

また、第１実施形態では、ＬＦＣ容量の配分対象となる分散発電装置２２０は１個であった。しかし、ＬＦＣ容量の配分対象となる分散発電装置２２０は、１個に限らず、複数あってもよい。この場合、容量残配分部１８０は、減算部１８２の減算結果を、複数の分散発電装置２２０の各々に配分してもよい。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態による負荷周波数制御システム３の構成を示すブロック図である。負荷周波数制御システム３は、分散発電装置２２０が設けられておらず、負荷周波数制御装置１００に代えて負荷周波数制御装置３００を有する点において第１実施形態の負荷周波数制御システム１と異なる。負荷周波数制御装置３００は、容量リミッタ１６０、容量残配分部１８０および減算部１９０が設けられていない点において第１実施形態の負荷周波数制御装置１００と異なる。また、負荷周波数制御装置３００の容量配分部１７０は、第１実施形態と同様に、ＬＦＣ容量の再配分処理を行う。なお、負荷周波数制御装置３００では、分散発電装置２２０にはＬＦＣ容量が配分されず、各発電機２１０にのみＬＦＣ容量が配分される。

図６は、第２実施形態についての比較例である負荷周波数制御システム４の構成を示すブロック図である。比較例である負荷周波数制御システム４は、容量配分部１７０を有する負荷周波数制御装置３００に代えて、容量配分部４７０を有する負荷周波数制御装置４００を有する点において、図５の負荷周波数制御装置３００と異なる。容量配分部４７０は、ＬＦＣの再配分処理が行われない点において、図５の容量配分部１７０と異なる。なお、負荷周波数制御装置４００では、負荷周波数制御装置３００と同様に、容量配分部４７０の出力値がＰＩＤ制御部１５０にフィードバックされる。

つまり、第２実施形態による負荷周波数制御装置３００は、図６に示す比較例に対して、図５に示すように、容量配分部１７０がＬＦＣ容量の再配分を行う点に特徴がある。第２実施形態の容量配分部１７０は、第１実施形態の図３に示す一連の処理と同様の処理を行う。

図７は、図６の比較例におけるＬＦＣ容量の配分について説明する説明図である。図７では、ＰＩＤ制御部１５０の入力値（要するＬＦＣ容量）が「１００ｋＷ」であり、ＰＩＤ制御部１５０の出力値（容量配分部４７０の入力値）が「１００ｋＷ」であるとする。なお、図７では、単位のｋＷを省略している。

まず、容量配分部４７０は、ＰＩＤ制御部１５０の出力値「１００ｋＷ」を、出力変化速度の比に基づいて、発電機２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃに２：１：１の比で配分する。この場合、図７の「配分（初期）」に示すように、発電機２１０ＡにはＬＦＣ容量「５０ｋＷ」、発電機２１０ＢにはＬＦＣ容量「２５ｋＷ」、発電機２１０ＣにはＬＦＣ容量「２５ｋＷ」が配分されることとなる。

しかし、図７の「配分（初期）」では、発電機２１０Ａに配分されるＬＦＣ容量「５０ｋＷ」が、発電機２１０Ａに配分可能なＬＦＣ容量の上限値「２０ｋＷ」を超えている。このため、図７の「配分の上限値制限」に示すように、容量配分部４７０は、発電機２１０Ａに配分するＬＦＣ容量を、配分可能なＬＦＣ容量の上限値である「２０ｋＷ」に変更する。これにより、各発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量の合計値は「７０ｋＷ」となる。

ＰＩＤ制御部１５０には、各発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量がフィードバックされる。これにより、ＰＩＤ制御部１５０において、各発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量の合計値「７０ｋＷ」と、ＰＩＤ制御部１５０の入力値「１００ｋＷ」との偏差「３０ｋＷ」が生じる。このため、ＰＩＤ制御部１５０では、偏差「３０ｋＷ」に応じて積分項が増加する。

ＰＩＤ制御部１５０において、積分項が増加していくと、図７の「配分（継続）」に示すように、ＰＩＤ制御部１５０の出力値が増加していく。このとき、容量配分部４７０では、偏差がゼロに収束するまで出力変化速度の比（２：１：１）に基づくＬＦＣ容量の配分が継続される。例えば、ＰＩＤ制御部１５０の出力値が「１６０ｋＷ」になると、容量配分部４７０は、発電機２１０ＡのＬＦＣ容量を上限値の「２０ｋＷ」に維持させつつ、発電機２１０ＢのＬＦＣ容量をＰＩＤ制御部１５０の出力値「１６０ｋＷ」の１／４である「４０ｋＷ」とし、発電機２１０ＣのＬＦＣ容量をＰＩＤ制御部１５０の出力値「１６０ｋＷ」の１／４である「４０ｋＷ」とする。これにより、各発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量の合計値「１００ｋＷ」と、ＰＩＤ制御部１５０の入力値「１００ｋＷ」との偏差が「０ｋＷ」となる。

このように、比較例の負荷周波数制御装置４００では、ＰＩＤ制御部１５０の出力値（操作量）がＰＩＤ制御部１５０の入力値（目標値）に対して大きく増加することがある。この状態では、ＰＩＤ制御部１５０において積分項が多く溜まっている。この状態からＰＩＤ制御部１５０の入力値が大きく変化すると、ＰＩＤ制御部１５０の出力値は、溜まった積分項を消費してから目標値に近づくこととなる。

このため、比較例の負荷周波数制御装置４００では、周波数偏差Δｆを減少するために要するＬＦＣ容量が導出されてから各発電機２１０にＬＦＣ容量が配分されるまでに時間がかかり、制御応答性がよくない。

図８は、図５の負荷周波数制御装置３００におけるＬＦＣ容量の配分について説明する説明図である。図８では、ＰＩＤ制御部１５０の入力値（要するＬＦＣ容量）が「１００ｋＷ」であり、ＰＩＤ制御部１５０の出力値（容量配分部１７０の入力値）が「１００ｋＷ」であるとする。なお、図８では、単位のｋＷを省略している。

まず、容量配分部１７０は、図８の「配分１回目」に示すように、ＰＩＤ制御部１５０の出力値「１００ｋＷ」を、出力変化速度の比に基づいて、発電機２１０Ａに「５０ｋＷ」、発電機２１０Ｂに「２５ｋＷ」、発電機２１０Ｃに「２５ｋＷ」となるように配分する。次に、容量配分部１７０は、図８の「配分の上限値制限」に示すように、発電機２１０Ａに配分されるＬＦＣ容量「５０ｋＷ」が配分可能なＬＦＣ容量の上限値「２０ｋＷ」を超えているため、発電機２１０Ａに配分するＬＦＣ容量を「２０ｋＷ」に変更する。

次に、容量配分部１７０は、図８の「配分２回目」に示すように、配分対象のＬＦＣ容量「８０ｋＷ（１００ｋＷ−２０ｋＷ）」および配分対象の発電機２１０Ｂ、２１０Ｃを決定する。そして、容量配分部１７０は、図８の「配分２回目」に示すように、配分対象の発電機２１０Ｂ、２１０Ｃの出力変化速度の比（１：１）に基づいて、配分対象のＬＦＣ容量「８０ｋＷ」を発電機２１０Ｂに「４０ｋＷ」、発電機２１０Ｃに「４０ｋＷ」となるように再配分する。

再配分されると、各発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量の合計値「１００ｋＷ」と、ＰＩＤ制御部１５０の出力値「１００ｋＷ」とを等しくすることができる。また、ＰＩＤ制御部１５０の出力値「１００ｋＷ」と、ＰＩＤ制御部１５０の入力値「１００ｋＷ」とを等しくすることができる。そして、各発電機２１０に配分されるＬＦＣ容量の合計値「１００ｋＷ」と、ＰＩＤ制御部１５０の入力値「１００ｋＷ」との偏差をゼロにすることができる。

このように、第２実施形態の負荷周波数制御装置３００では、ＰＩＤ制御部１５０の出力値（操作量）がＰＩＤ制御部１５０の入力値（目標値）に対して大きく増加する事態を防止することができる。このため、第２実施形態の負荷周波数制御装置３００では、ＰＩＤ制御部１５０における積分項が多く溜まることを防止することができる。

したがって、第２実施形態の負荷周波数制御装置３００によれば、比較例の負荷周波数制御装置４００に比べ、周波数偏差Δｆを減少するために要するＬＦＣ容量が導出されてから各発電機２１０にＬＦＣ容量が配分されるまでの時間を短くすることができ、制御応答性をよくすることが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、負荷周波数制御装置に利用することができる。

１００、３００ 負荷周波数制御装置
１３０ 容量導出部
１５０ ＰＩＤ制御部
１６０ 容量リミッタ
１７０ 容量配分部
１８０ 容量残配分部
２００ 電力系統
２１０、２１０Ａ、２１０Ｂ、２１０Ｃ 発電機
２２０ 分散発電装置

Claims (1)

1. 電力系統における周波数偏差を減少させるために要するＬＦＣ容量を導出する容量導出部と、
   前記容量導出部によって導出されたＬＦＣ容量に対して比例要素、積分要素および微分要素を作用させて出力するＰＩＤ制御部と、
   前記ＰＩＤ制御部の出力値を、前記電力系統における複数の発電機に配分する容量配分部と、
   を備え、
   前記容量配分部は、前記複数の発電機に配分されたいずれかのＬＦＣ容量が、前記複数の発電機における配分可能なＬＦＣ容量の上限値を超えている場合、超えた分のＬＦＣ容量を、ＬＦＣ容量が前記上限値を超えていない前記複数の発電機に再配分する負荷周波数制御装置。

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