JP4052154B2 - 分散型電源の出力安定化装置とその制御方法。 - Google Patents
分散型電源の出力安定化装置とその制御方法。 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電等の分散型電源の出力安定化装置とその制御方法に係わり、特に電力貯蔵装置として電気二重層キャパシタを用いた分散型電源の出力安定化装置とその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
系統電源に風力発電設備等の分散型電源を連系し、その系統連系点の電力を安定化するために、ＰＷＭコンバータの直流回路にチョッパ回路を介して接続された電気二重層キャパシタを充放電制御することによって電力の安定化を図ることが行われている。
この装置は、風力発電設備の出力が大きいときには、ＰＷＭコンバータを介して電気二重層キャパシタを充電し、出力が小さいときには蓄積された電荷をＰＷＭコンバータを介してを電力系統に放電することで安定化を図っている。
すなわち、風力発電設備の出力目標値との誤差を補うように充放電して系統連系点における有効電力の安定化を実現している。
【０００３】
このような分散型電源の系統連係点での電力安定化装置としては、特許文献によっても知られている。
この特許文献のものは、インバータ自体にバッテリなどの貯蔵装置を有しており、系統電力の補償は、このインバータと系統に接続したディーゼル発電機とで分担して系統電力の変動を補償するものである。
【０００４】
【特許文献】
特開２０００ー４５４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力安定化方法としては、有効電力を中心に考えた出力安定化装置であり、系統連系した際の無効電力制御および高調波補償については考慮されていないのが一般的である。
風力発電等の分散型電源の出力に発生する無効電力や高調波は、系統電力品質に悪影響を与え、分散型電源の普及が進むことにより懸念が一層強まっている。
したがって、系統連系点の瞬時的な電圧変動が懸念されることから、分散型電源においては無効電力補償装置および高調波補償装置としての機能を追加することが望まれている。
【０００６】
本発明が目的とするとこは、フライホィール装置を有する電力安定化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、系統電源と分散型電源とを連系し、この連系点近傍に直−交変換機能を有するＰＷＭコンバータを接続し、このＰＷＭコンバータに電力貯蔵装置を接続して連係点出力の安定化を図るものにおいて、
前記電力貯蔵装置は、ＰＷＭコンバータに接続されたチョッパ回路を介して電気二重層キャパシタを接続し、このチョッパ回路を介して電気二重層キャパシタを充放電制御するよう構成すると共に、前記ＰＷＭコンバータの制御部に、系統電源の三相電圧を検出して正弦波と余弦波の二相信号を生成する同期信号生成手段と、この同期信号生成手段からの二相の信号と前記分散型電源の検出電流とを導入して高調波成分を検出する高調波検出手段と、電力指令設定信号と前記同期信号生成手段からの正弦波分とを導入して有効電流指令値を演算する基本波有効電流生成手段と、前記同期信号生成手段からの余弦波分と高調波検出手段からの高調波成分及び無効電力指令値とを導入して無効電流指令値を演算する基本波無効電流生成手段と、この無効電流生成手段，有効電流生成手段，高調波検出手段及び前記同期信号生成手段からの各信号を導入してＰＷＭコンバータの電流補償指令を生成する入力フィルタ部を備えたことを特徴としたものである。
【０００８】
本発明の第２は、前記ＰＷＭコンバータの直流回路に、チョッパ回路を有する調整部を介して太陽電池を接続したことを特徴としたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す構成図である。同図において１は系統電源、２は系統電源１に連系された分散型電源で、ここでは風車ＷＨと同期発電機ＳＭを有する風力発電設備が用いられる。３はコンバータで、自己消弧形のスイッチング素子が用いられてＰＷＭ制御され、連係点電圧低下時にはこのコンバータは逆変換動作をする。４はチョッパ回路で、このチョッパ回路４にはリアクトルＬ0を介して電気二重層キャパシタＣ0が接続され、このチョッパ回路とキャパシタとによって電力貯蔵装置が構成されている。５はコンデンサ、６は交流フイルタ部で、リアクトルＬ1，Ｌ2，コンデンサＣｆを有している。
【００１３】
１１は同期信号生成手段で、系統電源１からトランスを介して電圧Ｖｓを取り込み三相から二相に変換して電源同期信号を生成し、高調波検出手段１２、入力フィルタ部１６、基本波有効電流生成手段１３及び基本波無効電流生成手段１４にそれぞれ出力する。高調波検出手段１２は、手段１１からの同期信号の他に変流器ＣＴ2にて検出された風力発電設備２からの出力電流Ｉsgをも導入し、風力発電設備が発生する高調波成分を抽出する。１５は加算部、１７はＰＷＭ信号生成部で、変流器ＣＴ1にて検出されたコンバータ電流Ｉｃｖと、入力フィルタ部１６からの信号Ｉcvrefに基づきＰＷＭ信号を生成する。これら符号１１から１７によってコンバータ制御部１０が構成されている。
【００１４】
２１は加算部で、ＰＷＭコンバータ３の直流電圧設定値Ｖ dcrefと検出された直流電圧Ｖdcとの偏差を求める。２２は直流電圧を一定値に制御するためのＰＩ制御部、２３は加算部で、この加算部２３はＰＩ制御部２２の出力とキャパシタ電流Ｉcoとを加算し、ヒステリシスコンバータ２４を介してゲート信号生成部２５に出力してゲート信号を生成し、チョッパ回路４のスイッチング素子をオン・オフ制御する。これら符号２１から２５によってチョッパ制御部が構成されている。
【００１５】
上記のように構成されたものにおいて、風力発電設備等の分散型電源の出力が大きいか、若しくは系統に接続された負荷が減少した場合、ＰＷＭコンバータ３及びチョッパ回路４は充電モードとして制御され、スイッチング素子Ｓ１がオンとなったときにリアクトルＬ0を通して電気二重層キャパシタＣ0を充電する。
【００１６】
また、分散型電源の出力が小さいか、若しくは系統に接続された負荷が多くなったときには、ＰＷＭコンバータ３とチョッパ回路４は放電モードとして制御され、チョッパ回路４のスイッチング素子Ｓ２がオンとなったときに放電され、キャパシタＣ0，リアクトルＬ0，チョッパ回路４のダイオード及びコンバータ３を構成するＩＧＢＴ等のスイッチング素子を通って電力系統にエネルギーが出力され、系統電力の安定化を図っている。
【００１７】
電力系統には有効電力、無効電力の変動及び分散型電源より高調波分が発生するが、有効電力については、所望の有効電力指令値Ｐrefとすべく有効電流指令生成手段１３によって演算された有効電流分が補償信号として生成され、無効電力については、無効電力指令値Ｑrefとすべく無効電流指令生成手段１４によって演算された無効電流分が補償信号として生成される。
【００１８】
更には、分散型電源が発生する高調波分については、高調波検出部１２にて検出し、補償信号として加算部１５を介して入力フィルタ部１９に出力される。
【００１９】
入力フィルタ部１９は、入力された各信号のうち、基本波分を取り除いて補償信号Ｉcvrefを作成し、電流指令値としてＰＷＭ信号生成部１７に出力する。
ＰＷＭ信号生成部１７では周知の手法に基づいてＰＷＭ信号を作成し、その信号に基づいて各スイッチング素子を制御することによってコンバータに流入する電流が制御される。
【００２０】
上記したした本実施形態によれば、風力発電等の分散型電源の不安定な出力に対して、電気二重層キャパシタによる充放電で有効電力の安定化を図りながら、ＰＷＭコンバータを用いて所望の無大電力を与えることにより、系統連系点での電圧を安定化させる無効電力制御が実現でき、分散型電源が発生する高調波を抑制することも同時に実現できる。
【００２１】
図２は、本発明の第２の実施形態を示したものである。
図２において、図１と相違する点は、コンバータ３の直流回路に調整部３０を介して太陽電池３１を接続したことである。調整部３０は、チョッパ回路とそのコントローラとを有しており、太陽電池３１に発生した電気を直接チョッパ回路４を共通利用して電気二重層キャパシタＣ0を充電するか、若しくは調整部３０を通して充電することにより、キャパシタの充電の安定化を図ることができる。
【００２２】
チョッパ回路を有する調整部３０を設けた理由の１つは、太陽電池により生成されたエネルギーを電気二重層キャパシタからの放電とは無関係に、ＰＷＭコンバータ３を通して電力系統に出力することにある。他は図１と同様であるので重複説明を省略する。
【００２３】
この実施形態によれば、電気二重層キャパシタのより安定した充電を可能とし、且つ、太陽電発電の出力の安定化を図ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、系統連系分散型電源の不安定な出力に対し、チョッパ回路と電気二重層キャパシタを用いて有効電力安定化を行うと同時に、系統連系点における無効電力制御と分散型電源より発生した高調波補償も実施するようにしたものであるから、系統の総合的な電力の安定化と品質の向上が期待出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すブロック構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示すブロック構成図。
【符号の説明】
１…系統電源
２…分散型電源
３…ＰＷＭコンバータ
４…チョッパ回路
５…コンデンサ
６…交流フィルタ
１０…コンバータ制御部
１１…同期信号生成手段
１２…高調波検出手段
１３…基本波有効電流指令生成手段
１４…基本波無効電流指令生成手段
１５…加算部
１６…入力フィルタ部
１７…ＰＷＭ信号生成部
２０…チョッパ制御部
３０…調整部
３１…太陽電池
【発明の属する技術分野】
本発明は、風力発電等の分散型電源の出力安定化装置とその制御方法に係わり、特に電力貯蔵装置として電気二重層キャパシタを用いた分散型電源の出力安定化装置とその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
系統電源に風力発電設備等の分散型電源を連系し、その系統連系点の電力を安定化するために、ＰＷＭコンバータの直流回路にチョッパ回路を介して接続された電気二重層キャパシタを充放電制御することによって電力の安定化を図ることが行われている。
この装置は、風力発電設備の出力が大きいときには、ＰＷＭコンバータを介して電気二重層キャパシタを充電し、出力が小さいときには蓄積された電荷をＰＷＭコンバータを介してを電力系統に放電することで安定化を図っている。
すなわち、風力発電設備の出力目標値との誤差を補うように充放電して系統連系点における有効電力の安定化を実現している。
【０００３】
このような分散型電源の系統連係点での電力安定化装置としては、特許文献によっても知られている。
この特許文献のものは、インバータ自体にバッテリなどの貯蔵装置を有しており、系統電力の補償は、このインバータと系統に接続したディーゼル発電機とで分担して系統電力の変動を補償するものである。
【０００４】
【特許文献】
特開２０００ー４５４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力安定化方法としては、有効電力を中心に考えた出力安定化装置であり、系統連系した際の無効電力制御および高調波補償については考慮されていないのが一般的である。
風力発電等の分散型電源の出力に発生する無効電力や高調波は、系統電力品質に悪影響を与え、分散型電源の普及が進むことにより懸念が一層強まっている。
したがって、系統連系点の瞬時的な電圧変動が懸念されることから、分散型電源においては無効電力補償装置および高調波補償装置としての機能を追加することが望まれている。
【０００６】
本発明が目的とするとこは、フライホィール装置を有する電力安定化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、系統電源と分散型電源とを連系し、この連系点近傍に直−交変換機能を有するＰＷＭコンバータを接続し、このＰＷＭコンバータに電力貯蔵装置を接続して連係点出力の安定化を図るものにおいて、
前記電力貯蔵装置は、ＰＷＭコンバータに接続されたチョッパ回路を介して電気二重層キャパシタを接続し、このチョッパ回路を介して電気二重層キャパシタを充放電制御するよう構成すると共に、前記ＰＷＭコンバータの制御部に、系統電源の三相電圧を検出して正弦波と余弦波の二相信号を生成する同期信号生成手段と、この同期信号生成手段からの二相の信号と前記分散型電源の検出電流とを導入して高調波成分を検出する高調波検出手段と、電力指令設定信号と前記同期信号生成手段からの正弦波分とを導入して有効電流指令値を演算する基本波有効電流生成手段と、前記同期信号生成手段からの余弦波分と高調波検出手段からの高調波成分及び無効電力指令値とを導入して無効電流指令値を演算する基本波無効電流生成手段と、この無効電流生成手段，有効電流生成手段，高調波検出手段及び前記同期信号生成手段からの各信号を導入してＰＷＭコンバータの電流補償指令を生成する入力フィルタ部を備えたことを特徴としたものである。
【０００８】
本発明の第２は、前記ＰＷＭコンバータの直流回路に、チョッパ回路を有する調整部を介して太陽電池を接続したことを特徴としたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す構成図である。同図において１は系統電源、２は系統電源１に連系された分散型電源で、ここでは風車ＷＨと同期発電機ＳＭを有する風力発電設備が用いられる。３はコンバータで、自己消弧形のスイッチング素子が用いられてＰＷＭ制御され、連係点電圧低下時にはこのコンバータは逆変換動作をする。４はチョッパ回路で、このチョッパ回路４にはリアクトルＬ0を介して電気二重層キャパシタＣ0が接続され、このチョッパ回路とキャパシタとによって電力貯蔵装置が構成されている。５はコンデンサ、６は交流フイルタ部で、リアクトルＬ1，Ｌ2，コンデンサＣｆを有している。
【００１３】
１１は同期信号生成手段で、系統電源１からトランスを介して電圧Ｖｓを取り込み三相から二相に変換して電源同期信号を生成し、高調波検出手段１２、入力フィルタ部１６、基本波有効電流生成手段１３及び基本波無効電流生成手段１４にそれぞれ出力する。高調波検出手段１２は、手段１１からの同期信号の他に変流器ＣＴ2にて検出された風力発電設備２からの出力電流Ｉsgをも導入し、風力発電設備が発生する高調波成分を抽出する。１５は加算部、１７はＰＷＭ信号生成部で、変流器ＣＴ1にて検出されたコンバータ電流Ｉｃｖと、入力フィルタ部１６からの信号Ｉcvrefに基づきＰＷＭ信号を生成する。これら符号１１から１７によってコンバータ制御部１０が構成されている。
【００１４】
２１は加算部で、ＰＷＭコンバータ３の直流電圧設定値Ｖ dcrefと検出された直流電圧Ｖdcとの偏差を求める。２２は直流電圧を一定値に制御するためのＰＩ制御部、２３は加算部で、この加算部２３はＰＩ制御部２２の出力とキャパシタ電流Ｉcoとを加算し、ヒステリシスコンバータ２４を介してゲート信号生成部２５に出力してゲート信号を生成し、チョッパ回路４のスイッチング素子をオン・オフ制御する。これら符号２１から２５によってチョッパ制御部が構成されている。
【００１５】
上記のように構成されたものにおいて、風力発電設備等の分散型電源の出力が大きいか、若しくは系統に接続された負荷が減少した場合、ＰＷＭコンバータ３及びチョッパ回路４は充電モードとして制御され、スイッチング素子Ｓ１がオンとなったときにリアクトルＬ0を通して電気二重層キャパシタＣ0を充電する。
【００１６】
また、分散型電源の出力が小さいか、若しくは系統に接続された負荷が多くなったときには、ＰＷＭコンバータ３とチョッパ回路４は放電モードとして制御され、チョッパ回路４のスイッチング素子Ｓ２がオンとなったときに放電され、キャパシタＣ0，リアクトルＬ0，チョッパ回路４のダイオード及びコンバータ３を構成するＩＧＢＴ等のスイッチング素子を通って電力系統にエネルギーが出力され、系統電力の安定化を図っている。
【００１７】
電力系統には有効電力、無効電力の変動及び分散型電源より高調波分が発生するが、有効電力については、所望の有効電力指令値Ｐrefとすべく有効電流指令生成手段１３によって演算された有効電流分が補償信号として生成され、無効電力については、無効電力指令値Ｑrefとすべく無効電流指令生成手段１４によって演算された無効電流分が補償信号として生成される。
【００１８】
更には、分散型電源が発生する高調波分については、高調波検出部１２にて検出し、補償信号として加算部１５を介して入力フィルタ部１９に出力される。
【００１９】
入力フィルタ部１９は、入力された各信号のうち、基本波分を取り除いて補償信号Ｉcvrefを作成し、電流指令値としてＰＷＭ信号生成部１７に出力する。
ＰＷＭ信号生成部１７では周知の手法に基づいてＰＷＭ信号を作成し、その信号に基づいて各スイッチング素子を制御することによってコンバータに流入する電流が制御される。
【００２０】
上記したした本実施形態によれば、風力発電等の分散型電源の不安定な出力に対して、電気二重層キャパシタによる充放電で有効電力の安定化を図りながら、ＰＷＭコンバータを用いて所望の無大電力を与えることにより、系統連系点での電圧を安定化させる無効電力制御が実現でき、分散型電源が発生する高調波を抑制することも同時に実現できる。
【００２１】
図２は、本発明の第２の実施形態を示したものである。
図２において、図１と相違する点は、コンバータ３の直流回路に調整部３０を介して太陽電池３１を接続したことである。調整部３０は、チョッパ回路とそのコントローラとを有しており、太陽電池３１に発生した電気を直接チョッパ回路４を共通利用して電気二重層キャパシタＣ0を充電するか、若しくは調整部３０を通して充電することにより、キャパシタの充電の安定化を図ることができる。
【００２２】
チョッパ回路を有する調整部３０を設けた理由の１つは、太陽電池により生成されたエネルギーを電気二重層キャパシタからの放電とは無関係に、ＰＷＭコンバータ３を通して電力系統に出力することにある。他は図１と同様であるので重複説明を省略する。
【００２３】
この実施形態によれば、電気二重層キャパシタのより安定した充電を可能とし、且つ、太陽電発電の出力の安定化を図ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、系統連系分散型電源の不安定な出力に対し、チョッパ回路と電気二重層キャパシタを用いて有効電力安定化を行うと同時に、系統連系点における無効電力制御と分散型電源より発生した高調波補償も実施するようにしたものであるから、系統の総合的な電力の安定化と品質の向上が期待出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示すブロック構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示すブロック構成図。
【符号の説明】
１…系統電源
２…分散型電源
３…ＰＷＭコンバータ
４…チョッパ回路
５…コンデンサ
６…交流フィルタ
１０…コンバータ制御部
１１…同期信号生成手段
１２…高調波検出手段
１３…基本波有効電流指令生成手段
１４…基本波無効電流指令生成手段
１５…加算部
１６…入力フィルタ部
１７…ＰＷＭ信号生成部
２０…チョッパ制御部
３０…調整部
３１…太陽電池
Claims (2)
- 系統電源と分散型電源とを連系し、この連系点近傍に直−交変換機能を有するＰＷＭコンバータを接続し、このＰＷＭコンバータに電力貯蔵装置を接続して連係点出力の安定化を図るものにおいて、
前記電力貯蔵装置は、ＰＷＭコンバータに接続されたチョッパ回路を介して電気二重層キャパシタを接続し、このチョッパ回路を介して電気二重層キャパシタを充放電制御するよう構成すると共に、前記ＰＷＭコンバータの制御部に、系統電源の三相電圧を検出して正弦波と余弦波の二相信号を生成する同期信号生成手段と、この同期信号生成手段からの二相の信号と前記分散型電源の検出電流とを導入して高調波成分を検出する高調波検出手段と、電力指令設定信号と前記同期信号生成手段からの正弦波分とを導入して有効電流指令値を演算する基本波有効電流生成手段と、前記同期信号生成手段からの余弦波分と高調波検出手段からの高調波成分及び無効電力指令値とを導入して無効電流指令値を演算する基本波無効電流生成手段と、この無効電流生成手段，有効電流生成手段，高調波検出手段及び前記同期信号生成手段からの各信号を導入してＰＷＭコンバータの電流補償指令値を生成する入力フィルタ部を備えたことを特徴とした分散型電源の出力安定化装置。 - 前記ＰＷＭコンバータの直流回路に、チョッパ回路を有する調整部を介して太陽電池を接続したことを特徴とした請求項１記載の分散型電源の出力安定化装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003069561A JP4052154B2 (ja) | 2003-03-14 | 2003-03-14 | 分散型電源の出力安定化装置とその制御方法。 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2003069561A JP4052154B2 (ja) | 2003-03-14 | 2003-03-14 | 分散型電源の出力安定化装置とその制御方法。 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004282872A JP2004282872A (ja) | 2004-10-07 |
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ID=33286558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003069561A Expired - Fee Related JP4052154B2 (ja) | 2003-03-14 | 2003-03-14 | 分散型電源の出力安定化装置とその制御方法。 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2011091444A1 (en) * | 2010-01-25 | 2011-07-28 | Geneva Cleantech Inc. | Automatic detection of appliances |
| CN101924366A (zh) * | 2010-08-19 | 2010-12-22 | 上海浦元自动化科技有限公司 | 一种分布式有源滤波器 |
| CN102003337B (zh) * | 2010-11-23 | 2012-08-15 | 西北电网有限公司 | 风电并网后主站端风电场有功功率控制方法 |
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2003
- 2003-03-14 JP JP2003069561A patent/JP4052154B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN108879759A (zh) * | 2018-06-20 | 2018-11-23 | 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院 | 一种双馈风力发电机组并网的谐波分析与治理方法 |
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| JP2004282872A (ja) | 2004-10-07 |
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