JP2021112055A

JP2021112055A - コントローラ、電力系統システム及び管理方法

Info

Publication number: JP2021112055A
Application number: JP2020003274A
Authority: JP
Inventors: 輝菊池; Teru Kikuchi; 顕エドワード川喜田; Ken Edward Kawakita
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2021-08-02

Abstract

【課題】ソフトウェアを更新することで発生するおそれのある連系点電圧の逸脱、発電量低下を抑制すること。【解決手段】コントローラ１は、電力系統に商用周波数の交流電力を供給する発電装置２について、発電装置２の有効電力の出力が停止する有効電力出力停止期間を予測し、発電装置２の制御に係るソフトウェアの更新に要する所要時間を予測し、発電装置２が出力する無効電力の出力停止可否を判定し、有効電力出力停止期間及び所要時間と無効電力の出力停止可否の判定結果とを用いてソフトウェアの更新の実行可否を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、発電装置を制御するコントローラ、電力系統システム及び管理方法に関する。

近年、太陽光発電や風力発電のような再生可能エネルギーを利用した分散型の発電装置が電力系統へ導入されて、その導入量は年々拡大している。このような再生可能エネルギーを利用した発電装置は一般に電力変換装置を介して電力系統に連系している。発電装置はコントローラにより制御され、コントローラには制御用ソフトウェアが実装されている。このようなソフトウェアを更新する際、従来は人手による更新作業が行われていた。

一方、遠隔地から制御する技術開発が進み、ネットワークに接続される発電装置が増えている。このような発電装置はネットワーク経由でソフトウェアを自動的に更新することが可能となってきた。

ソフトウェアを更新する際には、発電装置はその動作を停止する必要があるため、発電装置の発電動作も停止することになる。この停止期間中は本来発電できるはずであった電力が得られなくなるので、このような停止期間中の影響が小さい時にソフトウェアの更新を実施するのが望ましい。特許文献１に、ソフトウェアの更新を発電量への影響が小さい時に計画するシステムが示されている。

特開2017-102800号公報

発電装置が出力する電力には有効電力と無効電力があり、有効電力を積算したものが発電量である。したがって、発電量への影響が小さい時にソフトウェアの更新を計画するということは、発電装置が出力する有効電力が小さい時にソフトウェアの更新を計画するということに他ならない。

一方で、発電装置はその連系点の電圧が規定値内に入るように無効電力を出力する場合がある。もし、発電装置が無効電力を出力している時にソフトウェアの更新を実施すると、連系点の電圧が規定値から逸脱するおそれがある。すなわち、ソフトウェアの更新を実施する時に発電装置が出力する有効電力が小さく発電量への影響が小さい場合であっても、発電装置が出力する無効電力が大きく連系点電圧への影響は大きい場合がある。

本発明は、電力系統に連系する発電装置を制御するコントローラに対して、無効電力出力を停止しても連系点電圧が規定値から逸脱することなく、かつ有効電力を出力しない期間にソフトウェアの更新を実施するコントローラを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、代表的な本発明のコントローラ、電力系統システム及び管理方法の一つは、電力系統に商用周波数の交流電力を供給する発電装置について、発電装置の有効電力の出力が停止する有効電力出力停止期間を予測し、発電装置の制御に係るソフトウェアの更新に要する所要時間を予測し、発電装置が出力する無効電力の出力停止可否を判定し、有効電力出力停止期間及び所要時間と無効電力の出力停止可否の判定結果とを用いてソフトウェアの更新の実行可否を判定する。

本発明によれば、ソフトウェアを更新することで発生するおそれのある連系点電圧の逸脱、発電量低下を抑制することが可能となる。

コントローラの第一の実施例の構成を示す構成図。無効電力出力停止可否判定手段の動作波形の一例を示す説明図。有効電力出力停止期間予測手段の動作波形の一例を示す説明図。ソフトウェア更新作業実行可否判定手段の動作波形の一例を示す説明図。ソフトウェア更新の処理手順を示すフローチャート。コントローラの第二の実施例の構成を示す構成図。コントローラの第三の実施例の構成を示す構成図。

以下、本発明に係るコントローラ、電力系統システム及び管理方法の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は、コントローラの第一の実施例の構成を示す構成図である。本実施例のコントローラ１は、無効電力出力検出手段１０１、無効電力出力停止可否判定手段１０２、有効電力出力停止期間予測手段１０３、更新ソフトウェア入手手段１０４、更新ソフトウェア記憶手段１０５、ソフトウェア更新期間予測手段１０６、ソフトウェア更新作業実行可否判定手段１０７、ソフトウェア更新手段１０８、実行ソフトウェア記憶手段１０９、ソフトウェア実行手段１１０を有している。

コントローラ１は、発電装置２の運転動作や停止動作を指令する発電装置運転・停止指令を発電装置２へ出力する。発電装置２は太陽光発電や風力発電のような再生可能エネルギーあるいは蓄電池のようなエネルギー源を電力変換装置を介して系統に接続する分散型の発電装置である。なお、図１では電力変換装置は図示しておらず、発電装置２に含まれているとする。発電装置２はコントローラ１からの発電装置運転・停止指令を受けて運転を開始、あるいは運転を停止する。また、発電装置２はフィルタリアクトル３、系統インピーダンス４を介して電力系統５に接続し、発電装置２の連系点には電圧検出センサ６、電流検出センサ７が設置される。電圧検出センサ６、電流検出センサ７が検出する連系点の電圧検出値、電流検出値はコントローラ１に入力される。

無効電力出力検出手段１０１は、電圧検出センサ６及び電流検出センサ７が検出する連系点の電圧検出値及び電流検出値から発電装置２が連系点に供給する無効電力を検出する。

無効電力出力停止可否判定手段１０２は、コントローラ１に入力された連系点の電圧検出値、無効電力出力検出手段１０１が検出する無効電力検出値を入力として、無効電力出力停止可否判定信号を出力する。具体的には、無効電力出力停止可否判定手段１０２は、まず、発電装置２が出力する無効電力が零になった場合の連系点電圧を推定する。無効電力出力停止可否判定手段１０２は、推定した連系点電圧が許容範囲内にある場合は無効電力出力の停止を許可する信号を出力し、推定した連系点電圧が許容範囲外にある場合は無効電力出力の停止を許可しない信号を出力する。

有効電力出力停止期間予測手段１０３は、発電装置２が有効電力を出力しない期間を予測し、予測した有効電力出力停止期間を出力する。なお、ここで有効電力を出力しないとは有効電力出力が所定の閾値以下になることを意味する。

更新ソフトウェア入手手段１０４は、外部にあるソフトウェア配信サーバ８と通信し、配信される更新ソフトウェアを入手する。

更新ソフトウェア記憶手段１０５は、更新ソフトウェア入手手段１０４が入手した更新ソフトウェアを記憶する。

ソフトウェア更新期間予測手段１０６は、更新ソフトウェア記憶手段１０５に記憶された更新ソフトウェアの容量から、ソフトウェアの更新作業に掛かる所要時間を予測する所要時間予測手段として動作する。ソフトウェア更新期間予測手段１０６は、予測した所要時間をソフトウェア更新期間として出力する。

ソフトウェア更新作業実行可否判定手段１０７は、無効電力出力停止可否判定手段１０２が出力する無効電力出力停止可否判定信号、有効電力出力停止期間予測手段１０３が出力する有効電力出力停止期間、ソフトウェア更新期間予測手段１０６が出力するソフトウェア更新期間を入力として、ソフトウェアの更新作業を実施するかどうかを判定して、ソフトウェア更新指令を出力する。具体的には、ソフトウェア更新作業実行可否判定手段１０７は、ソフトウェア更新期間よりも有効電力出力停止期間が長いタイミングがあり、かつそのタイミングになった時に発電装置２が無効電力出力を停止してもよい場合はソフトウェアを更新する指令を出力する。

ソフトウェア更新手段１０８は、ソフトウェア更新作業実行可否判定手段１０７が出力するソフトウェア更新指令、更新ソフトウェア記憶手段１０５が出力する更新ソフトウェアを入力として、ソフトウェアの更新作業を実施する。具体的には、ソフトウェア更新手段１０８は、ソフトウェア更新指令を受けると、現在実行中のソフトウェアの動作を一旦停止する指令を出力し、その間に実行ソフトウェア記憶手段１０９に記憶されているソフトウェアを更新ソフトウェアで書き換える処理を実施する。ソフトウェア実行手段１１０は、実行ソフトウェア記憶手段１０９に記憶されているソフトウェアを実行するので、実行ソフトウェア記憶手段１０９に記憶されているソフトウェアを書き換えることで、ソフトウェア実行手段１１０の動作が更新されることになる。なお、ソフトウェアの動作を一旦停止する場合は、ソフトウェア更新手段１０８は、発電装置２に含まれる電力変換装置のスイッチング動作を停止し、図１に図示されない電力変換装置に接続された遮断器あるいは電磁接触器を開くことで、発電装置２を系統から切り離す。書き換え処理が終了すると、ソフトウェア更新手段１０８は、ソフトウェアの動作を開始する指令を出力する。なお、ソフトウェアの動作を開始する場合は、図１に図示されない電力変換装置に接続された遮断器あるいは電磁接触器を閉じることで、発電装置２を系統に接続し、発電装置２に含まれる電力変換装置のスイッチング動作を開始する。

ソフトウェア実行手段１１０は、実行ソフトウェア記憶手段１０９に記憶されているソフトウェア、ソフトウェア更新手段１０８が出力するソフトウェア実行・停止指令を入力として、ソフトウェアの実行あるいは停止を実施する。また、ソフトウェアを実行あるいは停止した結果、発電装置２へ発電装置運転・停止指令を出力する。

以上の構成により、有効電力を出力しない期間であり、かつ無効電力出力を停止することが可能なタイミングでソフトウェアの更新を実施するコントローラを実現することができる。この結果、連系点電圧の逸脱や発電量低下を抑制することが可能となる。

図２は、無効電力出力停止可否判定手段１０２の動作例を示す説明図である。無効電力出力停止可否判定手段１０２は、発電装置２が出力する無効電力が零になった場合の連系点電圧を推定する。また、無効電力出力停止可否判定手段１０２は、連系点電圧の許容範囲の上限値を閾値Vthuとして設定し、許容範囲の下限値を閾値Vthlとして設定する。無効電力出力停止可否判定手段１０２は、推定した連系点電圧が閾値Vthuと閾値Vthlの間にある場合は、無効電力出力を停止することが可能と判定し、無効電力出力停止可否判定信号として停止可を示す信号を出力する。一方、推定した連系点電圧が閾値Vthuと閾値Vthlの間にない場合は、無効電力出力停止可否判定手段１０２は、無効電力出力を停止することが不可能であると判定し、無効電力出力停止可否判定信号として停止不可を示す信号を出力する。図２では、時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２の期間、時刻Ｔ３〜時刻Ｔ４の期間が停止不可の期間となり、それ以外の期間が停止可の期間となる。

図３は、有効電力出力停止期間予測手段１０３の動作例を示す説明図である。有効電力出力停止期間予測手段１０３は、将来の有効電力出力を予測し、その予測した有効電力出力が所定の閾値Pthよりも小さくなる期間を予測した有効電力出力停止期間とする。図３では、時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２の期間と時刻Ｔ３〜時刻Ｔ４の期間とが予測した有効電力出力停止期間になる。ここで、閾値Pthは発電装置２の定格出力に対して十分小さい値に設定する。このように設定することで、ソフトウェアの更新による発電装置２の電量の低下を極力抑制することができる。

図４は、ソフトウェア更新作業実行可否判定手段１０７の動作例を示す説明図である。ここでは、有効電力出力停止期間予測手段１０３が予測した有効電力出力停止期間が時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２、時刻Ｔ４〜時刻Ｔ５、時刻Ｔ７〜時刻Ｔ８であるとする。また、ソフトウェア更新期間予測手段１０６が予測したソフトウェア更新期間がＴであるとし、時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２の期間はＴよりも短く、時刻Ｔ４〜時刻Ｔ５の期間及び時刻Ｔ７〜時刻Ｔ８の期間はＴよりも長いとする。また、無効電力出力停止可否判定手段１０２が無効電力出力の停止を許可しない期間を時刻Ｔ３〜時刻Ｔ６とする。

まず、時刻Ｔ１になると有効電力出力停止期間に入る。しかし、期間である時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２はソフトウェア更新期間Ｔよりも短いため、ソフトウェア更新指令は出力されない。その後、時刻Ｔ２になると有効電力出力停止期間から外れる。

次に、時刻Ｔ４になると再び有効電力出力停止期間に入る。その期間である時刻Ｔ４〜時刻Ｔ５はソフトウェア更新期間Ｔよりも長いが、この時は無効電力出力の停止が許可されていないため、ソフトウェア更新指令は出力されない。その後、時刻Ｔ５になると有効電力出力停止期間から外れる。

次に、時刻Ｔ７になると再び有効電力出力停止期間に入る。その期間である時刻Ｔ７〜時刻Ｔ８はソフトウェア更新期間Ｔよりも長い。また、時刻Ｔ７において無効電力出力の停止が許可されている。このため、ソフトウェア更新指令が出力される。

以上のような動作により、ソフトウェア更新指令が出力される。これにより、ソフトウェア更新期間よりも長い有効電力出力停止期間の中で、無効電力出力を停止することができるタイミングでソフトウェア更新を実行することができる。すなわち、ソフトウェア更新時における連系点電圧の逸脱や発電量低下を抑制することができる。

図５は、ソフトウェア更新の処理手順を示すフローチャートである。コントローラ１は、ソフトウェア更新に際し、次の処理ステップを実行する。
ステップＳ５０１：更新ソフトウェア入手手段１０４が更新ソフトウェアを入手する。入手した更新ソフトウェアは、更新ソフトウェア記憶手段１０５に格納される。その後、ステップＳ５０２に進む。
ステップＳ５０２：ソフトウェア更新期間予測手段１０６が更新ソフトウェアの容量からソフトウェア更新の所要時間を予測する。ソフトウェア更新期間予測手段１０６は、予測した所要時間をソフトウェア更新期間として出力する。その後、ステップＳ５０３に進む。

ステップＳ５０３：有効電力出力停止期間予測手段１０３は、発電装置２が有効電力を出力しない期間を予測し、予測した有効電力出力停止期間を出力する。その後、ステップＳ５０４に進む。
ステップＳ５０４：ソフトウェア更新作業実行可否判定手段１０７は、ソフトウェア更新期間と有効電力出力停止期間とを比較する。比較の結果、有効電力出力停止期間がソフトウェア更新期間以上であればステップＳ５０５に進む。有効電力出力停止期間がソフトウェア更新期間未満であれば所定時間待機後、ステップＳ５０４を繰り返す。

ステップＳ５０５：無効電力出力停止可否判定手段１０２は、無効電力が零になった場合の連系点電圧を推定し、推定した連系点電圧が許容範囲内にある場合は「無効電力出力停止可」としてステップＳ５０６に進む。推定した連系点電圧が許容範囲から逸脱していれば、所定時間経過後、ステップＳ５０４に進む。

ステップＳ５０６：ソフトウェア更新作業実行可否判定手段１０７は、ソフトウェアを更新する指令を出力する。ソフトウェア更新手段１０８は、ソフトウェア更新作業実行可否判定手段１０７が出力したソフトウェア更新指令に基づいてソフトウェアの更新を実行し、処理を終了する。

なお、更新を開始してから完了までの間に、連系点電圧が許容範囲から逸脱することも考えられる。そこで、例えば、無効電力出力検出手段１０１及び無効電力出力停止可否判定手段１０２についてはソフトウェア更新中にも独立して動作可能な構成とし、ソフトウェア更新中に連系点電圧の推定を継続し、連系点電圧が許容範囲から逸脱した場合には報知を行うこととしてもよい。報知先は、コントローラ１のオペレータや、近傍の他のコントローラ１などを用いることができる。

上述してきたように、実施例１によれば、コントローラ１は、電力系統に商用周波数の交流電力を供給する発電装置２について、発電装置２の有効電力の出力が停止する有効電力出力停止期間を予測し、発電装置２の制御に係るソフトウェアの更新に要する所要時間を予測し、発電装置２が出力する無効電力の出力停止可否を判定し、有効電力出力停止期間及び所要時間と無効電力の出力停止可否の判定結果とを用いてソフトウェアの更新の実行可否を判定する。このため、ソフトウェアを更新することで発生するおそれのある連系点電圧の逸脱、発電量低下を抑制することが可能となる。

具体的には、コントローラ１は、有効電力出力停止期間が所要時間を超えて継続すると予測し、かつ無効電力の出力を停止可能である場合に更新を実行可能と判定する。有効電力出力停止期間は、例えば発電装置２の出力する有効電力が所定の閾値以下になる期間である。

また、コントローラ１は、発電装置２の連系点電圧及び無効電力出力から無効電力出力を零にした時の連系点電圧を推定し、推定した連系点電圧が所定の範囲内に入る場合に無効電力の出力を停止可能と判定する。

図６は、コントローラの第二の実施例の構成を示す。ここで、図１に示す第一の実施例と共通である箇所は説明を省略する。図６に示す第二の実施例におけるコントローラ９は第一の実施例のコントローラ１に対して、気象情報入手手段１１１が追加されており、有効電力出力停止期間予測手段１１２は気象情報入手手段１１１から出力される気象情報を元に有効電力出力停止期間を予測する。気象情報入手手段１１１は外部にある気象情報配信サーバ１０から気象情報を入手する。

ここで、気象情報とは発電装置２が設置されている地点における風況や日射状況の将来予測データを示す。例えば、発電装置２が風力発電装置であれば気象情報として風況の将来予測データを用いることで、今後の発電状況を予測することができる。また、発電装置２が太陽光発電装置であれば気象情報として日射状況の将来予測データを用いることで、今後の発電状況を予測することができる。このように気象情報を用いることで、今後の発電状況を予測し、精度良く有効電力出力停止期間を予測することができる。

以上の構成により、有効電力を出力しない期間を気象情報を用いて精度良く予測することで、ソフトウェアの更新時における発電量低下をより抑制することが可能となる。

図７は、コントローラの第三の実施例の構成を示す。ここで、図１に示す第一の実施例と共通である箇所は説明を省略する。図７に示す第三の実施例におけるコントローラ１１は第一の実施例のコントローラ１に対して、運転履歴記憶手段１１３が追加されており、有効電力出力停止期間予測手段１１４は運転履歴記憶手段１１３から出力される運転履歴を元に有効電力出力停止期間を予測する。運転履歴記憶手段１１３はソフトウェア実行手段１１０から出力される発電装置運転・停止指令を運転履歴として記憶する。ここで、有効電力出力停止期間予測手段１１４は、現在の運転状態と相関性の高い運転状態を過去の運転履歴から抽出し、抽出した運転履歴から今後の有効電力出力停止期間を予測する。

以上の構成により、有効電力を出力しない期間を運転履歴を用いて精度良く予測することで、ソフトウェアの更新時における発電量低下をより抑制することが可能となる。

なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例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、かかる構成の削除に限らず、構成の置き換えや追加も可能である。例えば、コントローラとしての機能を電力変換装置に持たせてもよい。

１：コントローラ、２：発電装置、３：フィルタリアクトル、４：系統インピーダンス、５：電力系統、６：電圧検出センサ、７：電流検出センサ、８：ソフトウェア配信サーバ、９：コントローラ、１０：気象情報配信サーバ、１１：コントローラ、１０１：無効電力出力検出手段、１０２：無効電力出力停止可否判定手段、１０３：有効電力出力停止期間予測手段、１０４：更新ソフトウェア入手手段、１０５：更新ソフトウェア記憶手段、１０６：ソフトウェア更新期間予測手段、１０７：ソフトウェア更新作業実行可否判定手段、１０８：ソフトウェア更新手段、１０９：実行ソフトウェア記憶手段、１１０：ソフトウェア実行手段、１１１：気象情報入手手段、１１２：有効電力出力停止期間予測手段、１１３：運転履歴記憶手段、１１４：有効電力出力停止期間予測手段

Claims

電力系統に商用周波数の交流電力を供給する発電装置を制御するコントローラにおいて、
前記発電装置の有効電力の出力が停止する有効電力出力停止期間を予測する有効電力予測手段と、
前記発電装置の制御に係るソフトウェアの更新に要する所要時間を予測する所要時間予測手段と、
前記発電装置が出力する無効電力の出力停止可否を判定する無効電力判定手段と、
前記有効電力出力停止期間及び前記所要時間と前記無効電力判定手段による判定結果とを用いて前記ソフトウェアの更新の実行可否を判定する更新判定手段と
を備えることを特徴とするコントローラ。
請求項１において、
前記更新判定手段は、前記有効電力出力停止期間が前記所要時間を超えて継続すると予測し、かつ前記無効電力の出力を停止可能である場合に前記更新を実行可能と判定することを特徴とするコントローラ。
請求項１において、
前記有効電力出力停止期間は前記発電装置の出力する有効電力が所定の閾値以下になる期間であることを特徴とするコントローラ。
請求項１において、
前記無効電力判定手段は、前記発電装置の連系点電圧及び無効電力出力から無効電力出力を零にした時の前記連系点電圧を推定し、推定した前記連系点電圧が所定の範囲内に入る場合に無効電力の出力を停止可能と判定することを特徴とするコントローラ。
請求項１において、
前記有効電力に影響する気象情報を入手する気象情報入手手段をさらに備え、
前記有効電力予測手段は、前記気象情報に基づいて前記有効電力出力停止期間を予測することを特徴とするコントローラ。
請求項１において、
前記発電装置の運転履歴を記憶する運転履歴記憶手段をさらに備え、
前記有効電力予測手段は、前記運転履歴に基づいて前記有効電力出力停止期間を予測することを特徴とするコントローラ。
請求項１において、
前記発電装置は太陽光発電装置であることを特徴とするコントローラ。
請求項１において、
前記発電装置は風力発電装置であることを特徴とするコントローラ。
請求項１において、
前記更新判定手段は、前記更新を実行可能と判定した場合に、前記発電装置の電力変換装置に設置された遮断器あるいは電磁接触器を開くことで、前記発電装置を電力系統から切り離すことを特徴とするコントローラ。
請求項１において、
更新判定手段は、前記更新を実行可能と判定した場合に、前記発電装置の電力変換装置のスイッチング動作を停止することを特徴とするコントローラ。
発電装置から商用周波数の交流電力の供給を受ける電力系統システムであって、
前記発電装置の有効電力の出力が停止する有効電力出力停止期間を予測する有効電力予測手段と、
前記発電装置の制御に係るソフトウェアの更新に要する所要時間を予測する所要時間予測手段と、
前記発電装置が出力する無効電力の出力停止可否を判定する無効電力判定手段と、
前記有効電力出力停止期間及び前記所要時間と前記無効電力判定手段による判定結果とを用いて前記ソフトウェアの更新の実行可否を判定する更新判定手段と
を備えることを特徴とする電力系統システム。
電力系統に商用周波数の交流電力を供給する発電装置の動作を管理する管理方法であって、
前記発電装置の有効電力の出力が停止する有効電力出力停止期間を予測する有効電力予測ステップと、
前記発電装置の制御に係るソフトウェアの更新に要する所要時間を予測する所要時間予測ステップと、
前記発電装置が出力する無効電力の出力停止可否を判定する無効電力判定ステップと、
前記有効電力出力停止期間及び前記所要時間と前記無効電力判定ステップによる判定結果とを用いて前記ソフトウェアの更新の実行可否を判定する更新判定ステップと
を含むことを特徴とする管理方法。