JP2021005986A

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

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Publication number: JP2021005986A
Application number: JP2019120154A
Authority: JP
Inventors: 智道伊藤; Tomomichi Ito; 泰之多田; Yasuyuki Tada; 正親中谷; Masachika Nakatani
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2019-06-27
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2039-06-27
Also published as: JP7250632B2

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Ｐ_ＰＣＣ１，Ｐ_ＰＣＣ２，Ｐ_ＰＣＣ３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Ｐ_ＰＣＣ１までの送電線９＿１のインピーダンスはＺ１０［Ω］、連系点Ｐ_ＰＣＣ１からウィンドファーム２＿２の連系点Ｐ_ＰＣＣ２までの間の送電線９＿２のインピーダンスはＺ２１［Ω］、連系点Ｐ_ＰＣＣ２からウィンドファーム２＿３の連系点Ｐ_ＰＣＣ３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Ｐ_ＰＣＣｉ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Ｐ_ＰＣＣｉ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Ｐ_ＰＣＣｉ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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。