JP2021005986A - 再生可能エネルギー発電システムの統合制御装置および統合制御方法 - Google Patents

再生可能エネルギー発電システムの統合制御装置および統合制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】複数の再生エネルギー発電システムが同一フィーダに連系する形態において、無効電力出力による再生エネルギー電源の想定外運転停止の発生を回避する。【解決手段】制御点を介して上位系統に接続されている同一のフィーダに各連系点を介して接続され、制御点を介して上位系統へ無効電力を供給する複数の再生可能エネルギー発電システムの再生エネルギー統合制御装置1は、制御点における系統電圧および系統電流と、各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力とに基づいて、各連系点における連系点電圧が所定範囲内となるように、各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出する。【選択図】図3

Description

本発明は、再生可能エネルギー発電システムの統合制御装置および統合制御方法に関する。
近年、電力固定金額買取制度の導入により、太陽光発電システムやウィンドファームのような再生可能エネルギー発電システム(以降、再生エネルギー電源)の導入が進んでいる。これら再生エネルギー電源は、電力系統への連系もしくは発電効率向上の観点からパワーコンディショナシステム(以降PCS)を備えるものが多い。PCSを備える再生エネルギー電源は、太陽光や風のエネルギーにより得られる有効電力のみならず、無効電力を出力することができる。そのため、再生エネルギー電源の多くは、システム全体としても電力系統へ無効電力を出力することが可能である。
一方、再生エネルギー電源の導入加速に伴い、従来の火力発電機の採算性が悪化し、系統から解列するものが増えつつある。従来の発電機の解列により、電力系統への無効電力供給源が減ることから、系統安定化などを目的とし、再生エネルギー電源からの無効電力供給が期待される。
複数の再生エネルギー電源による無効電力の供給方法として、ウィンドファーム内の風車間で無効電力のやり取りを回避することで効率的に電力系統へ無効電力を供給する手法が特許文献1に開示されている。
特許第4719760号公報
PCSを含む再生エネルギー電源は、半導体スイッチング素子を備えることから、系統電圧が定格電圧を大きく逸脱した場合はその運転を停止し、半導体スイッチング素子の過電圧故障を回避する保護機能を備える。例えば、系統電圧が定格の10%以上の状態が所定時間以上経過した場合は運転を停止する、などの保護機能を備える。さらに、系統電圧を対象とした保護機能には、電圧上昇のみならず電圧低下に対しても保護機能が設けられることが一般的である。
一方、再生エネルギー電源の導入加速により複数の再生エネルギー電源が同一フィーダに連系するケースが増えており、この形態で電力系統へ無効電力を供給すると、無効電力出力によるフィーダ内電圧増減が顕著に発生し、無効電力出力による再生エネルギー電源の想定外運転停止が発生するおそれがある。
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、複数の再生エネルギー電源が同一フィーダに連系する形態において、無効電力出力による再生エネルギー電源の想定外運転停止の発生を回避することを1つの目的とする。
かかる課題を解決するため本発明においては、1つの目的を解決する一手段として、制御点を介して上位系統に接続されている同一のフィーダに各連系点を介して接続され、前記制御点を介して前記上位系統へ無効電力を供給する複数の再生可能エネルギー発電システムの統合制御装置であって、前記統合制御装置は、前記制御点における系統電圧および系統電流と、各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力とに基づいて、各連系点における連系点電圧が所定範囲内となるように、各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出することを特徴とする。
本発明によれば、例えば、無効電力出力による想定外の再生エネルギー電源停止を回避しつつ、再生エネルギー電源の供給できる範囲で無効電力を系統に出力することが可能となる。
実施形態1の再生エネルギー統合制御装置を含む発電全体システムの構成の一例を示すブロック図である。 実施形態1のウィンドファームのPQマップの一例を示す図である。 実施形態1の再生エネルギー統合制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施形態1の再生エネルギー統合制御装置が備える無効電力指令値算出器の構成の一例を示すブロック図である。 実施形態1の再生エネルギー統合制御装置が備える無効電力指令値分配器の構成の一例を示すブロック図である。 実施形態1の再生エネルギー統合制御装置が備える無効電力指令値再分配器の構成の一例を示すブロック図である。 系統電圧が1.04puで各ウィンドファームに過励磁の無効電力指令値を与えた場合(再分配機能無効)の解析結果を示す図である。 系統電圧が1.04puで各ウィンドファームに過励磁の無効電力指令値を与えた場合(再分配機能有効)の解析結果を示す図である。 実施形態2の再生エネルギー統合制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 実施形態2の再生エネルギー統合制御装置が備える無効電力指令値分配器の構成の一例を示すブロック図である。
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を詳述する。実施形態の説明において、各図面の同一参照番号は、同一もしくは類似の構成または処理を示す。また、後出の実施形態の説明では既出の実施形態との差分のみを説明し、後出の実施形態の説明を省略する場合がある。また、各実施形態は、本発明の技術思想の範囲内かつ整合する範囲内で一部または全部を組合せることができる。
[実施形態1]
(1−1)再生可能エネルギー発電システム1Sの構成
図1は、実施形態1の再生エネルギー統合制御装置1を含む発電全体システム1Sの構成の一例を示すブロック図である。発電全体システム1Sは、再生エネルギー統合制御装置1と、同一フィーダに接続されて樹状に連系する例えば3つの再生エネルギー電源であるウィンドファーム2_1,2_2,2_3とを備える。発電全体システム1Sは、無効電力制御点Pctrlを含む母線を介して図示しない上位系統と連系する。
再生エネルギー統合制御装置1は、無効電力を系統へ供給する無効電力制御点Pctrlの近傍に備えられた電圧センサ10および電流センサ11で検出された電圧および電流の検出値が入力される。また、再生エネルギー統合制御装置1は、図示しない上位系統制御装置CNTより、同一フィーダに接続されている全ての再生エネルギー電源から無効電力制御点Pctrlへ供給する無効電力の指令値(無効電力指令値COM)が入力される。
再生エネルギー統合制御装置1とウィンドファーム2_1,2_2,2_3との間には、通信線5が備えられる。ウィンドファーム2_iは、再生エネルギー統合制御装置1へ、発電電力P[i](検出値)を送信する。再生エネルギー統合制御装置1は、各ウィンドファーム2_iへ、無効電力指令値Qref_new[i]を出力する。無効電力指令値Qref_new[i]は、各連系点PPCC1,PPCC2,PPCC3における連系点電圧が所定範囲内となるように算出され、各ウィンドファーム2_1,2_2,2_3へ分配される各無効電力指令値である。“i”はウィンドファームを識別するための識別番号であり、本実施形態ではi=1,2,3とする。
無効電力制御点Pctrlからウィンドファーム2_1の連系点PPCC1までの送電線9_1のインピーダンスはZ10[Ω]、連系点PPCC1からウィンドファーム2_2の連系点PPCC2までの間の送電線9_2のインピーダンスはZ21[Ω]、連系点PPCC2からウィンドファーム2_3の連系点PPCC3までの送電線9_3のインピーダンスはZ32[Ω]である。インピーダンスZ10,Z21,Z32の情報は、後述する再生エネルギー統合制御装置1のメモリ内に保存される。
本実施形態のウィンドファーム2_iは、各連系点PPCCiにおける電圧が例えば0.9〜1.1puの間で運転継続するものである。
また、ウィンドファーム2_iは、出力する有効電力に応じて、系統に供給可能な無効電力が変わる。図2は、実施形態1のウィンドファームのPQマップの一例を示す図である。PQマップは、有効電力と供給可能な無効電力との関係を示し、発電電力(有効電力)[MW]を縦軸に、連系点PPCCiへ供給可能な無効電力[MVar]を横軸に、ウィンドファーム2_iの運転可能領域をハッチングで示す。図2に例示するように、例えば発電電力P[i][MW]のとき、連系点PPCCiへ供給可能な無効電力はQ[i](Qmin[i]≦Q[i]≦Qmax[i])[MVar]である。すなわち、系統へ出力する発電電力に応じて系統へ供給可能な無効電力が変化する。図2に示す特性はウィンドファームの出力特性の一例として示したものであり、図2と異なるPQマップでも同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、従来発電機の過励磁に相当する、系統電圧を上昇させる方向の無効電力供給を正とする。
(1−2)再生エネルギー統合制御装置1の構成
図3は、実施形態1の再生エネルギー統合制御装置1の構成の一例を示すブロック図である。再生エネルギー統合制御装置1は、電圧センサ10および電流センサ11による電圧および電流検出値がインターフェース150を介して入力される。また、再生エネルギー統合制御装置1は、不図示の上位制御装置(CNT)から出力された無効電力指令値COMがインターフェース151を介して入力される。また、再生エネルギー統合制御装置1は、各ウィンドファーム2_iから送信された発電電力P[i](検出値)を、通信線5およびインターフェース152を介して受信する。ここで、図3中の記号Nは、再生エネルギー統合制御装置1により制御される再生エネルギー電源の総数であり、本実施形態ではN=3である。
これに加え、再生エネルギー統合制御装置1は、インピーダンスZ10,Z21,Z32を入力するためのインターフェース153を備え、外部から入力されたこれらのインピーダンス値を記憶するインピーダンス記憶部102を備える。
以下、ウィンドファーム2_iの過電圧停止を回避する制御ロジックを説明する。再生エネルギー統合制御装置1へ入力された、無効電力制御点Pctrl近傍の系統電圧検出値Vcnt、系統電流検出値Icnt、および上位制御装置(CNT)から送信された無効電力指令値COMは、無効電力指令値算出器100へ出力される。
図4は、実施形態1の再生エネルギー統合制御装置1が備える無効電力指令値算出器100の構成の一例を示すブロック図である。無効電力指令値算出器100は、系統電圧検出値Vcntと系統電流検出値Icntを用いて、無効電力制御点Pctrlよりも上位系統へ出力する無効電力を無効電力算出演算器100_1で算出し、その出力を減算器100_2へ出力する。
減算器100_2は、無効電力指令値COMと無効電力算出演算器100_1の出力値の差分を算出し、無効電力補償演算器100_3へ出力する。無効電力補償演算器100_3は、PI制御器で構成され、減算器100_2により算出された差をゼロにするよう修正した無効電力指令値Qref_allを算出する。
無効電力指令値算出器100は、本構成を備えることにより、送電線へ流れる電流によって消費される無効電力を補償しつつ所望の無効電力を無効電力制御点Pctrlから上位系統へ出力することが可能となる。
図3へ説明を戻す。無効電力指令値算出器100が出力する無効電力指令値Qref_allは、無効電力指令値分配器101へ入力される。無効電力指令値分配器101は、各ウィンドファーム2_iの発電電力P[i](検出値)も入力され、それらの入力を元に各ウィンドファーム2_iの無効電力指令値Qref[i]と、各ウィンドファーム2_iが系統に出力可能な最大無効電力Qmax[i]および最小無効電力Qmin[i]を算出する。
図5は、実施形態1の再生エネルギー統合制御装置1が備える無効電力指令値分配器101の構成の一例を示すブロック図である。ここで、本実施形態のウィンドファーム2_1,2_2,2_3は、同一定格電力のウィンドファームとする。
ウィンドファーム2_1,2_2,2_3の各発電電力P[1]〜P[3]は、PQマップ101_1,101_2,101_3へそれぞれ入力される。PQマップ101_1,101_2,101_3は、図2に示されるPQマップに相当し、現在の発電電力P[i]で系統に出力可能な最大無効電力Qmax[i]および最小無効電力Qmin[i]を算出する。
最大無効電力Qmax[i]および最小無効電力Qmin[i]は、加算器101_4,101_5へ出力され、それらの和で各Qmax[i],Qmin[i]を除算器101_6〜101_11にて除算し、無効電力指令値Qref_allの各分配係数を算出する。各分配係数は、乗算器101_12〜101_17で無効電力指令値Qref_allと乗算され、それらの積がリミッタ101_18〜101_23および加算器101_24〜101_26で合成される。リミッタ101_18,101_20,101_22は、入力値を0以上の有限値に制限し、リミッタ101_19,101_21,101_23は、入力値を0以下の有限値に制限する。無効電力指令値分配器101は、本構成を備えることにより、出力可能な無効電力に比例した無効電力指令値Qref[i]を算出できる。
無効電力指令値Qref[i]は、ウィンドファーム2_iの電圧異常による想定外停止の回避を実現する、ウィンドファーム連系点電圧算出器103へ出力される。ウィンドファーム連系点電圧算出器103には、無効電力指令値Qref[i]に加え、系統電圧検出値Vcntおよびインピーダンス情報(インピーダンスZ10,Z21,Z32)が入力される。
フィーダ電圧が10kV以上の高圧もしくは特別高圧の系統である場合、送電線のインピーダンスは、リアクタンスが支配的になる。この場合、送電線での電圧降下は無効電力により略決まる。
よって、ウィンドファーム連系点電圧算出器103は、無効電力指令値Qref[i]に従って各ウィンドファーム2_iが無効電力Q[i]を出力した場合の連系点電圧を、下記式(1)〜式(3)に従って算出する。
V1est=Vctrl+Z10*(Qref[1]+Qref[2]+Qref[3])・・・(1)
V2est=V1est+Z21*(Qref[2]+Qref[3]) ・・・(2)
V3est=V2est+Z32*Qref[3] ・・・(3)
ここで、上記式(1)〜式(3)において、V1est,V2est,V3estはウィンドファーム2_1,2_2,2_3の連系点電圧V1,V2,V3のそれぞれの推定値である。インピーダンスZ10,Z21,Z32、無効電力指令値Qref[1],Qref[2],Qref[3]は、同一kVA値で規格化した値である。
そして、V1est,V2est,V3estに対し、ウィンドファーム運転可能電圧範囲からの逸脱量ΔV[1],ΔV[2],ΔV[3]を算出する。具体的には、上記推定値が1.1puを超過する場合は逸脱量ΔV[i]をViest−1.1[pu](i=1,2,3)として算出し、上記推定値が0.9pu以下となる場合は逸脱量ΔV[i]をViest−0.9[pu](i=1,2,3)として算出する。本演算を行うことで、過電圧方向の逸脱量ΔV[i]は正となり、不足電圧方向の逸脱量ΔV[i]は負となる。
ウィンドファーム連系点電圧算出器103は、算出した逸脱量ΔV[i]を無効電力指令値再分配器104へ出力する。
無効電力指令値再分配器104は、識別番号iの小さい値から順に逸脱量ΔV[i]を評価し、ΔV[i]≠0となる最初の識別番号に相当するウィンドファームについて、逸脱量ΔV[i]に対応する無効電力を指令値から差し引き、それより後段の識別番号のウィンドファームの無効電力指令値は0とする。
具体的には、例えばΔV[1]=0,ΔV[2]=0.05,ΔV[3]=0.1であれば、上記式(2)からV2estが1.1puとなる場合の無効電力指令値Qref[2]を求め、その値をQmin[2]〜Qmax[2]で制限した値を新たなQref[2]とし、Qref[3]はゼロとする。本実施形態では、V2estが1.1puとなる無効電力指令値Qref[2]を、ΔV[2]を入力としたPI制御器で構成する。
以下、本実施形態において、無効電力指令値再分配器104が、逸脱量ΔV[1],ΔV[2],ΔV[3]を用いて、無効電力指令値Qref[i]を補正した無効電力指令値Qref_new[i]を演算する詳細について説明する。図6は、実施形態1の再生エネルギー統合制御装置1が備える無効電力指令値再分配器104の構成の一例を示すブロック図である。図6では、図3において省略している入力情報についても図示している。
逸脱量ΔV[1]は、判定器500_1_1,500_1_2,500_1_3へ入力され、正、負、ゼロの何れであるかの判定がなされる。判定結果が真である判定器500_1_1,500_1_2,500_1_3の出力が入力される演算サブシステム506_1_1,506_1_2,506_1_3が、演算を実施する。例えば、判定器500_1_1の出力が真で、判定器500_1_2と判定器500_1_3が偽の場合、演算サブシステム506_1_1内の演算が実施される。
判定器500_1_1の出力が真の場合、ウィンドファーム2_1の連系点電圧は1.1puを超過することに対応する。
乗算器501_1_1は、規格化した無効電力指令値Qref[1],Qref[2],Qref[3]の和に対し、同じく規格化したインピーダンスZ10を乗算する。加算器502_1_1は、系統電圧検出値Vcntと乗算器501_1_1の乗算結果を加算することで、ウィンドファーム2_1の連系点電圧推定値V1estを算出する。減算器503_1_1は、加算器502_1_1による加算結果から1.1puを減算する。PI制御器504_1_1は、減算器503_1_1による減算結果をPI制御することでウィンドファーム2_1の無効電力指令値補正量を算出し出力する。
減算器505_1_1は、格化した無効電力指令値Qref[1],Qref[2],Qref[3]の和から、PI制御器504_1_1の出力を減算することでウィンドファーム2_1の新たな無効電力指令値を算出し出力する。減算器505_1_1の出力は、ウィンドファーム2_1の新たな無効電力指令値Qref_new[1]を決定する出力ブロック507_1へ出力される。
ウィンドファーム2_2,2_3の無効電力出力は、判定器500_1_1の出力が真の場合、ゼロに設定される。演算サブシステム506_1_1は、ウィンドファーム2_2の新たな無効電力指令値を算出する出力ブロック507_2、およびウィンドファーム2_3の新たな無効電力指令値を算出する出力ブロック507_3へそれぞれゼロを出力する。
同様に、逸脱量ΔV[1]が負の場合は、演算サブシステム506_1_2内の演算が実施され、演算サブシステム506_1_1内の演算と同様に、出力ブロック507_1,507_2,507_3へ新たな無効電力指令値が出力される。
判定器500_1_3の出力が真の場合は、ウィンドファーム2_1の連系点電圧推定値V2estは、0.9puより大かつ1.1pu以下となることが推定される条件に該当するため、無効電力指令値Qref[1]を出力ブロック507_1へ出力する。ただし、逸脱量ΔV[1]がゼロ以外となった後は、無効電力指令値の跳躍を回避するため、前回の無効電力指令値Qref_new[1]との変化率を抑制する変化率抑制リミッタ501_1_3で変化幅を抑制する。
出力ブロック507_1は、演算サブシステム506_1_1,506_1_2,506_1_3から出力された無効電力指令値のうち、判定器500_1_1,500_1_2,500_1_3によりアクティブになった演算サブシステムの出力を、新たな無効電力指令値Qref_new[1]として選択し、出力する。
出力ブロック507_2,507_3も、出力ブロック507_1と同様に、アクティブになった演算サブシステムの出力を、新たな無効指令値Qref_new[2],Qref_new[3]として選択し、出力する。
演算サブシステム506_1_3には、演算サブシステム506_2_1,506_2_2,506_2_3が備えられ、それぞれ逸脱量ΔV[2]の正、負、ゼロに応じて無効電力指令値Qref[2]の補正を行い、出力ブロック507_2へ出力する。逸脱量ΔV[1]がゼロ以外の場合は、ウィンドファーム2_3の無効電力指令値Qref[3]はゼロに設定され、出力ブロック507_3へ出力される。
以上で説明したロジックにより、無効電力指令値再分配器104は、無効電力出力により過電圧もしくは不足電圧でウィンドファームを想定外停止させることのない無効電力指令値Qref_new[i]を算出できる。無効電力指令値Qref_new[i]は、インターフェース154および通信線5を介して各ウィンドファームに送信される。
また、無効電力指令値Qref_new[i]は、ログデータ保存部120に保存される。また、無効電力指令値Qref_new[i]は、表示部130を介して操作者が視覚認識できるデータとして表示する。再生エネルギー統合制御装置1は、本構成を備えることにより、無効電力指令値COMが電圧異常を引き起こすおそれがあるデータであったことを記録し、また運用者にもオンラインで認識させることができる。
本実施形態では、上位系統制御装置CNTより、再生エネルギー電源から無効電力制御点Pctrlへ供給する無効電力の指令値(無効電力指令値COM)が入力される構成を示したが、無効電力制御点Pctrlにおける力率を指定された場合でも、指定力率に基づいて無効電力指令値COMを算出できるので、同様に想定外停止を回避することができる。
また、再生エネルギー統合制御装置1は繰り返し演算を行わないため、演算負荷が軽い。そのため、PLCなどで構成され、数百ms周期で演算するSCADAシステムに適した演算構成である。
(1−3)実施形態1の効果
実施形態1の効果について図7および図8を用いて説明する。
先ず、図7を参照して、本実施形態の無効電力指令値の再分配機能(無効電力指令値再分配器104)を無効とした場合の解析結果を説明する。図7は、系統電圧が1.04puで各ウィンドファームに過励磁の無効電力指令値を与えた場合(再分配機能無効)の解析結果を示す図である。
ウィンドファーム2_1,2_2,2_3は、定格3[MVA]の風車群とし、無効電力制御点Pctrlでの無効電力指令値は3.0[Mvar](過励磁)とする。また、本解析断面として、各ウィンドファーム2_1,2_2,2_3の有効電力を1.8[MW]で全て同一とし、各ウィンドファーム2_1,2_2,2_3は過励磁および不足励磁で1.32[Mvar]の無効電力が出力できるものとする。また、無効電力制御点Pctrlから見込んだ系統のインピーダンスは10[MVA]ベースで1+j7[%]とし、インピーダンスZ10,Z21,Z32は全て10[MVA]ベースで0.5+j3.5[%]とした。
図7(a)は、無効電力制御点Pctrlを流れる有効電力Pall[kW]、および無効電力Qall[kVar]を示すグラフである。図7(b)は、各ウィンドファームが出力する有効電力P1,P2,P3[kW]を示すグラフである。図7(c)は、各ウィンドファームの連系点電圧V1,V2,V3[pu]を示すグラフである。
図7(d)は、ウィンドファーム2_1の無効電力出力値Q1(Q[1])、最大無効電力Qmax1(Qmax[1])、最小無効電力Qmin1(Qmin[1])[kVar]を示す。図7(e)は、ウィンドファーム2_2の無効電力出力値Q2(Q[2])、最大無効電力Qmax2(Qmax[2])、最小無効電力Qmin2(Qmin[2])[kVar]を示す。図7(f)は、ウィンドファーム2_3の無効電力出力値Q3(Q[3])、最大無効電力Qmax3(Qmax[3])、最小無効電力Qmin3(Qmin[3])[kVar]を示す。ウィンドファームの無効電力供給可能量が等しいため、図7(d)〜(f)から分かるように、ウィンドファーム2_1,2_2,2_3には等しい無効電力指令値が分配される。
本解析において、時刻2.0[sec]に、系統電圧が1.04[pu]から1.055[pu]へ上昇した。この場合、ウィンドファーム2_3の連系点電圧V3[pu]が1.1[pu]を定常的に超過したことがわかる(図7(c)参照)。本解析では保護機能を無効にしているため、ウィンドファーム2_3は運転を継続する結果となったが、実際はウィンドファーム2_3が系統過電圧を検出し、発電を停止して系統から解列してしまう。
次に、図8を参照して、本実施形態の無効電力指令値の再分配機能(無効電力指令値再分配器104)を有効とした場合の解析結果を説明する。図8は、系統電圧が1.04puで各ウィンドファームに過励磁の無効電力指令値を与えた場合(再分配機能有効)の解析結果を示す図である。図8(a)〜(f)の各グラフの配置は図7と同様である。
本解析において、時刻2.0[sec]において、系統電圧が上昇したことにより、元の無効電力を出力するとウィンドファーム2_3の連系点電圧V3が過電圧検出レベル1.1puを超過してしまう(図8(c)参照)。そのため、本実施形態の無効電力指令値再分配器104は、ウィンドファーム2_3の無効電力指令値を低め補償する。この結果、無効電力制御点Pctrlから系統に出力される無効電力が減ってしまうため、無効電力補償演算器100_3は、無効電力指令値Qref_allを増加させる。結果として、ウィンドファーム2_1,2_2の無効電力指令値が増加して不足分の無効電力を追加出力する。以上のメカニズムにより、無効電力制御点Pctrlにおける無効電力制御と、ウィンドファームの過電圧や不足電圧による解列回避を両立することができる。すなわち、同一フィーダに接続される複数の再生エネルギー電源に対して無効電力を出力させることにより発生する、連系点電圧の想定外の運転範囲逸脱および運転停止を回避することができる。
[実施形態2]
実施形態2は、実施形態1と比較して、ウィンドファーム2_1が電圧逸脱しない範囲で出力可能な最大無効電力を出力し、その残りの無効電力を後段のウィンドファームで分配する点にある。これにより、無効電力を出力することによりフィーダ電圧が大きく変わるフィーダ末端に連系したウィンドファームへの無効電力指令値を最初から低減することができるため、連系点電圧が運転範囲を逸脱しないように無効電力指令を抑制する抑制幅を小さくすることができる。
(2−1)再生エネルギー統合制御装置1Bの構成
図9は、実施形態2の再生エネルギー統合制御装置1Bの構成の一例を示すブロック図である。図9に示すように、本実施形態の再生エネルギー統合制御装置1Bは、実施形態1の再生エネルギー統合制御装置1と比較して、無効電力指令値分配器101に代えて無効電力指令値分配器110を備える点が異なり、その他は実施形態1と同一である。
(2−2)無効電力指令値分配器110の構成
図10は、実施形態2の再生エネルギー統合制御装置1Bが備える無効電力指令値分配器110の構成の一例を示すブロック図である。図10に示すように、本実施形態の無効電力指令値分配器110と実施形態1の無効電力指令値分配器101との差は、無効電力指令補正器101_50により、PQマップ101_1で算出したウィンドファーム2_1の最大無効電力Qmax[1]および最小無効電力Qmin[1]の範囲内で無効電力指令値Qref_allに従ったウィンドファーム2_1の無効電力指令値Qref[1]が予め算出される点である。
無効電力指令補正器101_50は、無効電力指令値Qref[1]を下記式(4)、式(5)に従い決定する。
Qref[1]=min(Qref_all,Qmax[1])(ただし、Qref_all≧0のとき)・・・(4)
Qref[1]=max(Qref_all,Qmin[1])(ただし、Qref_all<0のとき)・・・(5)
また、無効電力指令補正器101_50は、残りのウィンドファームで分担する無効電力Qref_all2を、下記式(6)で求める。ウィンドファーム2_2,2_3への無効電力Qref_all2の分配方法は、実施形態1に従う。
Qref_all2=Qref_all−Qref[1]・・・(6)
本構成により、ウィンドファームの想定外の運転停止を回避しながら、無効電力制御点Pctrlに最も近いウィンドファームで最大の無効電力を分担することができる。
なお、以上の実施形態1および2では、再生エネルギー電源としてウィンドファームを例に示したが、ウィンドファームに限らず、単機の風力発電設備でも良い。また、風力発電設備に限らず、太陽光発電設備やその他の再生可能発電システムであっても同様の効果を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例を含む。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、構成の追加、削除、置換、統合、または分散を行うことが可能である。また、実施形態で示した各構成および各処理は、処理効率または実装効率に基づいて適宜分散または統合されてもよい。
1,1B:再生エネルギー統合制御装置、2_1,2_2,2_3:ウィンドファーム、100:無効電力指令値算出器、101,110:無効電力指令値分配器、102:インピーダンス記憶部、103:ウィンドファーム連系点電圧算出器、104:無効電力指令値再分配器、150,151,152,153,154:インターフェース、PCC1,PCC2,PCC3:連系点、Pctrl:無効電力制御点

Claims (11)

  1. 制御点を介して上位系統に接続されている同一のフィーダに各連系点を介して接続され、前記制御点を介して前記上位系統へ無効電力を供給する複数の再生可能エネルギー発電システムの統合制御装置であって、
    前記統合制御装置は、
    前記制御点における系統電圧および系統電流と、各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力とに基づいて、各連系点における連系点電圧が所定範囲内となるように、各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出する
    ことを特徴とする統合制御装置。
  2. 前記統合制御装置は、
    前記系統電圧および前記系統電流から算出される無効電力と、前記複数の再生可能エネルギー発電システム全体に対する無効電力指令値との差分がゼロとなるように該無効電力指令値を修正した無効電力指令値を算出する無効電力指令値算出器と、
    各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力に基づいて、各再生可能エネルギー発電システムが出力可能な無効電力に比例するように、前記無効電力指令値算出器によって算出された無効電力指令値を各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出する無効電力指令値分配器と
    を備えたことを特徴とする請求項1に記載の統合制御装置。
  3. 前記統合制御装置は、
    前記系統電圧および前記系統電流から算出される無効電力と、前記複数の再生可能エネルギー発電システム全体に対する無効電力指令値との差分がゼロとなるように該無効電力指令値を修正した無効電力指令値を算出する無効電力指令値算出器と、
    各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力に基づいて、前記制御点に最も近い再生可能エネルギー発電システムが最大の無効電力を出力するように、前記無効電力指令値算出器によって算出された無効電力指令値を各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出する無効電力指令値分配器と
    を備えたことを特徴とする請求項1に記載の統合制御装置。
  4. 前記系統電圧と、前記制御点に最も近い連系点と前記制御点との間のインピーダンスと、各連系点間のインピーダンスと、前記無効電力指令値分配器によって算出された各無効電力指令値とに基づいて、前記連系点電圧が前記所定範囲を逸脱する逸脱量を算出する連系点電圧算出器と、
    前記逸脱量がゼロでないかつ連系点が前記制御点に最も近い再生可能エネルギー発電システムの前記逸脱量をゼロにすると共に、連系点が該再生可能エネルギー発電システムよりも前記制御点から離れている再生可能エネルギー発電システムが出力する無効電力をゼロにするように各再生可能エネルギー発電システムへ再分配した各無効電力指令値を算出する無効電力指令値再分配器と
    を備えたことを特徴とする請求項2または3に記載の統合制御装置。
  5. 前記複数の再生可能エネルギー発電システム全体に対する無効電力指令値と、前記系統電圧と、前記系統電流と、各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力と、前記制御点に最も近い連系点と前記制御点との間のインピーダンスと、各連系点間のインピーダンスとを入力するインターフェース
    を備えたことを特徴とする請求項4に記載の統合制御装置。
  6. 前記インターフェースによって入力された前記インピーダンスを記憶する記憶部
    を備えたことを特徴とする請求項5に記載の統合制御装置。
  7. 各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を保存する保存部
    を備えたことを特徴とする請求項6に記載の統合制御装置。
  8. 各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を表示する表示部
    を備えたことを特徴とする請求項7に記載の統合制御装置。
  9. 前記再生可能エネルギー発電システムは、風力発電システムである
    ことを特徴とする請求項4に記載の統合制御装置。
  10. 前記再生可能エネルギー発電システムは、太陽光発電システムである
    ことを特徴とする請求項4に記載の統合制御装置。
  11. 制御点を介して上位系統に接続されている同一のフィーダに各連系点を介して接続され、前記制御点を介して前記上位系統へ無効電力を供給する複数の再生可能エネルギー発電システムの統合制御装置が行う統合制御方法であって、
    前記統合制御装置が、
    前記制御点における系統電圧および系統電流と、各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力とに基づいて、各連系点における連系点電圧が所定範囲内となるように、各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出する
    ことを特徴とする統合制御方法。
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