JP4518002B2 - 電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム、その制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムに関する。
近年、風力や太陽光など自然エネルギーを利用した分散型電源の電力系統への連系が増加している。しかし、自然エネルギーを利用した分散型電源は、風速などの自然条件に応じて時々刻々と出力が変動するため、特に僻地や離島などの弱い電力系統では系統の周波数や電圧の変動が生じ、問題となる場合がある。
また、将来、マイクログリッドの導入を進めることが考えられる。マイクログリッドでは、自然エネルギーを利用した分散型電源の出力変動や、需要化設備の電力需要変動により、需給アンバランスが生じ、連系点の潮流が時々刻々と変化する。このため、連系点電力制御を行い、連系点潮流を事前計画値にあわせてできるだけ一定とし、商用系統に悪影響を与えない運用が求められる。しかし、ガスタービン等の制御可能な分散型電源には負荷追従性に限界があり、速い潮流変動は抑制できないという問題がある。
そこで従来より、フライホイールや二次電池などの電力貯蔵装置を用いて、電力の吸収または放出を行うことにより、出力変動、負荷変動、潮流変動等の電力変動分を補償するシステムが開発されている。例えば、風力発電機の出力変動補償を行う場合、風力発電機の発電出力が増加した場合には、電力貯蔵装置の電力放出を減少または電力吸収を増大させ、風力発電機の発電出力が減少した場合には、電力貯蔵装置の電力吸収を減少または電力放出を増大させることにより、風力発電機と電力貯蔵装置の連系点の電力変動を補償することができる。
ただし、電力貯蔵装置の容量は有限であり、なおかつ運転許容範囲が存在する。このため、運転許容範囲を逸脱すると、例えばフライホイールでは回転数オーバーによる装置の停止や回転数不足による運転の不安定化、二次電池では過充電・過放電による電池寿命の低下につながる。また、電力貯蔵量が上限、或いは下限に達するとそれ以上の電力補償ができなくなる。そこで、装置の保護・長寿命化を図るため、電力貯蔵装置の電力貯蔵量管理・制御に関する各種方式が提案されている。
電力貯蔵装置としてフライホイールを用いる例として特許文献１、二次電池を用いる例として特許文献２等が挙げられる。
上記特許文献１では、フライホイールの制御装置において、有効電力制御ループと速度制御ループを有し、各制御ループのゲインを可変制御する。フライホイールの回転速度（電力貯蔵量に相当）が所定の安定範囲にある時には、有効電力制御ループのゲインを高めることで有効電力を目標値に一致させ、フライホイールの回転速度が所定の安定範囲の上限或いは下限を超える時には、速度制御ループのゲインを高めることでフライホイールのオーバースピード或いは失速を防止し安定運転を実現している。
上記特許文献１では、フライホイールの制御装置において、有効電力制御ループと速度制御ループを有し、各制御ループのゲインを可変制御する。フライホイールの回転速度（電力貯蔵量に相当）が所定の安定範囲にある時には、有効電力制御ループのゲインを高めることで有効電力を目標値に一致させ、フライホイールの回転速度が所定の安定範囲の上限或いは下限を超える時には、速度制御ループのゲインを高めることでフライホイールのオーバースピード或いは失速を防止し安定運転を実現している。
上記特許文献２では、二次電池の制御装置において、二次電池の端子電圧（電力貯蔵量に相当）を検出し、その端子電圧に応じて補償指令値のリミッタを可変制御する。端子電圧が高くなる（電力貯蔵量が大きくなる）につれて、放電方向のリミッタは大きく、充電方向のリミッタは小さくする。端子電圧が低くなる（電力貯蔵量が小さくなる）につれてその逆にリミッタを設定する。これにより二次電池の過充電・過放電の防止を実現している。
特開２００４−２６０９２９号公報
特開２００１−２９８８７２号公報
補償点電力変動量に対し、電力貯蔵装置の容量が十分ではなく、運転許容範囲の逸脱が問題になる場合、理想的な電力補償動作は以下の通りである。
・電力貯蔵装置の運転許容範囲で安定運転を継続する。
・過大な長周期の電力変動に対しては、立ち上がり（或いは立ち下がり）のみ補償し、徐々に補償量を減少させる。
・微小な長周期電力変動、及び短周期の電力変動に対しては、必要な補償量を確保する。
・電力貯蔵装置の運転許容範囲で安定運転を継続する。
・過大な長周期の電力変動に対しては、立ち上がり（或いは立ち下がり）のみ補償し、徐々に補償量を減少させる。
・微小な長周期電力変動、及び短周期の電力変動に対しては、必要な補償量を確保する。
これに対し、特許文献２では、過大な長周期の電力変動に対して無条件に補償した結果、二次電池の端子電圧が上昇（或いは下降）し、ついには可変リミッタにより補償量は制限される。ここで、可変リミッタにより補償量が制限されている間、過大な長周期の電力変動に対してはリミッタの範囲内で補償を継続するが、短周期の電力変動に対しては補償を行わないという問題があった。
また、特許文献２では、過大な長周期の電力変動に対して無条件に補償した結果、フライホイールの回転速度が所定の安定範囲の上限或いは下限を超える。この時、有効電力制御ループのゲインが低くなることにより、短周期の電力変動に必要な電力変動補償量が得られないだけでなく、速度制御ループのゲインを高めることにより、かえって電力変動を増大させる可能性があった。また、有効電力制御ループのゲインがゼロになった時には電力補償動作を全く行わなくなるという問題があった。
この様に、従来技術では電力貯蔵装置の運転許容範囲逸脱は防止できても、運転許容範囲の中で、効率的・効果的な電力変動補償を実現しているとは言い難かった。
本発明の課題は、電力貯蔵装置の運転許容範囲の中で、より効率的・効果的な電力変動補償が可能な、電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム、その制御装置等を提供することである。
本発明の課題は、電力貯蔵装置の運転許容範囲の中で、より効率的・効果的な電力変動補償が可能な、電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム、その制御装置等を提供することである。
本発明による第１の電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムは、交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成り、前記制御装置は、前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、該有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、該フィルタ時定数設定手段は、前記有効電力変動成分を入力し、該有効電力変動成分の絶対値の大きさに基づいて、該絶対値が大きいほど前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにする。
上記構成の電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムによれば、有効電力変動成分の絶対値が大きくなるにつれてカットする低周波数領域が広くなるように、有効電力変動成分抽出フィルタのフィルタ時定数を制御することにより、過大な長周期の電力変動に対しては立ち上がり（或いは立ち下がり）のみ補償し、その後長周期変動成分を補償領域から外すことで過大な長周期電力変動に対する補償量のみ減少させる。これにより、長周期電力変動に対する補償量が減少した分で、短周期の電力変動に対する補償量を確保する。なお同じ長周期電力変動であっても、微小な長周期電力変動に対してはフィルタ時定数が殆ど変わらないため、必要な補償量が確保される。また短周期の電力変動に対してはたとえカットする低周波数領域が広くなっても補償領域から外れないので、必要な補償量が確保される。
尚、上記電力変動補償量調整手段は、基本的には有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御するが、電力貯蔵装置が運転許容範囲（貯蔵電力量や動作温度等の上下限値）を逸脱しそうな場合には、電力貯蔵装置保護する為に電力変動補償量を調整、制限する様に動作する。
この様にして、電力貯蔵装置の効率的・効果的運用が可能となる。
本発明による第２の電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムは、交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成り、前記制御装置は、前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、該有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、前記電力貯蔵装置の電力貯蔵量を検出する電力貯蔵量検出器と、前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、該フィルタ時定数設定手段は、前記電力貯蔵量を入力し、該電力貯蔵量と予め設定される基準値との差の絶対値の大きさに基づいて、該絶対値が大きいほど前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにする。
本発明による第２の電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムは、交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成り、前記制御装置は、前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、該有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、前記電力貯蔵装置の電力貯蔵量を検出する電力貯蔵量検出器と、前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、該フィルタ時定数設定手段は、前記電力貯蔵量を入力し、該電力貯蔵量と予め設定される基準値との差の絶対値の大きさに基づいて、該絶対値が大きいほど前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにする。
上記構成の電力安定化システムでは、過大な長周期の電力変動に対しては、電力貯蔵装置に電力補償余力が十分にある内は補償を行うが、電力貯蔵量が電力貯蔵容量の上下限に近づくにつれて(上記基準値から離れるにつれて)長周期の電力変動は補償周波数領域外となり補償量が減少していく。また、短周期の電力変動に対しては、常に有効電力変動成分抽出フィルタの補償周波数領域内であるため電力補償余力がある限り補償効果は低下しない。従って、上記構成の電力安定化システムでは、電力補償余力に応じた効率的・効果的な運転が可能となる。
本発明による第３の電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムは、交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成り、前記制御装置は、前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、該有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、前記電力貯蔵装置の動作温度を検出する動作温度検出器と、前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、該フィルタ時定数設定手段は、前記動作温度を入力し、該動作温度と予め設定される基準値との差の絶対値の大きさに基づいて、該絶対値が大きいほど前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにする。
上記構成の電力安定化システムでは、電力貯蔵装置の動作温度が上限値に近づくにつれて補償周波数領域が狭くなり、長周期の電力変動から補償周波数領域外となり電力安定化システム全体の補償量が減少することにより、電力貯蔵装置の動作温度の上昇が抑制される。一方で短周期の電力変動に対しては、常に有効電力変動成分抽出フィルタの補償周波数領域内であるため補償効果は低下しない。従って、電力安定化システムは安定動作領域内で、効率的・効果的な運転が可能となる。
本発明の電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム、その制御装置等によれば、電力貯蔵装置の運転許容範囲の中で、より効率的・効果的な電力変動補償が可能となる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
尚、本発明は、交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムに関するものであり、以下の説明では、上記自然エネルギーを利用した分散型電源が接続された交流電力系統を例にするが、この例に限らない。本発明の電力安定化システムは、負荷変動やマイクログリッド連系運転時の連系点潮流変動等、交流電力系統の有効電力変動を抑制する目的であれば適用できる。また、以下の説明では、上記自然エネルギーを利用した分散型電源の一例として、風力発電機を例にして説明するが、この例に限らず、例えば太陽光発電等であってもよい。
尚、本発明は、交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムに関するものであり、以下の説明では、上記自然エネルギーを利用した分散型電源が接続された交流電力系統を例にするが、この例に限らない。本発明の電力安定化システムは、負荷変動やマイクログリッド連系運転時の連系点潮流変動等、交流電力系統の有効電力変動を抑制する目的であれば適用できる。また、以下の説明では、上記自然エネルギーを利用した分散型電源の一例として、風力発電機を例にして説明するが、この例に限らず、例えば太陽光発電等であってもよい。
図１は本実施の形態による、電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの構成図である。
図示の電力安定化システムは、電力貯蔵装置１、双方向電力変換器２、制御装置１０からなり、変圧器３を介して電力系統６に接続する。
図示の電力安定化システムは、電力貯蔵装置１、双方向電力変換器２、制御装置１０からなり、変圧器３を介して電力系統６に接続する。
電力貯蔵装置１は、例えばフライホイール、二次電池、キャパシタ等である。
双方向電力変換器２は、制御装置１０からの電力変動補償信号PO（ここでは、電力貯蔵装置１から電力を放出する方向を、“正”とする）に基づいて、電力系統６と電力貯蔵装置１との間で電力の授受を行う。電力貯蔵装置１がフライホイールである場合は、フライホイール側の交流電力と電力系統６側の交流電力を双方向に変換し、電力貯蔵装置１が二次電池・キャパシタ等である場合には、二次電池・キャパシタ側の直流電力と電力系統６側の交流電力を双方向に変換する。
双方向電力変換器２は、制御装置１０からの電力変動補償信号PO（ここでは、電力貯蔵装置１から電力を放出する方向を、“正”とする）に基づいて、電力系統６と電力貯蔵装置１との間で電力の授受を行う。電力貯蔵装置１がフライホイールである場合は、フライホイール側の交流電力と電力系統６側の交流電力を双方向に変換し、電力貯蔵装置１が二次電池・キャパシタ等である場合には、二次電池・キャパシタ側の直流電力と電力系統６側の交流電力を双方向に変換する。
またここでは自然エネルギーを利用した分散型電源の出力変動補償を行う場合を想定し、風力発電機４が変圧器５を介して電力系統６に接続されているとする。（上記の通り、図１においてマイクログリッド連系点の有効電力を検出することにより、連系点潮流変動の抑制等にも応用できる。）
制御装置１０は、動作温度検出器１１、電力貯蔵量検出器１２、電力変動補償量調整部１３、有効電力検出器１４、有効電力変動成分抽出フィルタ１５、フィルタ時定数設定部１６、及び位相調整部１７等を有する。
制御装置１０は、動作温度検出器１１、電力貯蔵量検出器１２、電力変動補償量調整部１３、有効電力検出器１４、有効電力変動成分抽出フィルタ１５、フィルタ時定数設定部１６、及び位相調整部１７等を有する。
制御装置１０は、特に図示しないが、ＣＰＵ等と、メモリや各種記憶媒体（ハードディスク等）等の記憶装置等を備えており、上記電力変動補償量調整部１３、有効電力変動成分抽出フィルタ１５、フィルタ時定数設定部１６、位相調整部１７による処理（後述する）は、ハードウェアによって実現してもよいし、ＣＰＵが記憶装置に記憶されている所定のアプリケーションプログラムを読出し・実行することにより実現してもよい。また、ハードウェアによって実現する場合、デジタルの制御装置（シーケンサ）を用いて制御してもよいし、オペアンプ等によるアナログ制御回路で実現してもよい。
有効電力検出器１４は、風力発電機４の出力端の電圧・電流値に基づいて風力発電機有効電力PGを検出する。
有効電力変動成分抽出フィルタ１５は、ハイパスフィルタ等の変動分を抽出するフィルタにより、風力発電機有効電力PGから補償周波数領域における有効電力変動成分信号ΔPGを抽出する（換言すれば、補償周波数領域以外の周波数領域の変動成分は除去（カット）する）。補償周波数領域は、当該ハイパスフィルタ等のフィルタ時定数によって決まり、通常は、短周期の電力変動は勿論のこと長周期の電力変動（但し、微小）も除去しないようにフィルタ時定数が設定されるが、後述する過大な長周期の電力変動があるときには、長周期変動成分を除去するようにフィルタ時定数が設定される。このフィルタ時定数の設定は、フィルタ時定数設定部１６によって随時行われる。なお基本的には、有効電力変動成分信号ΔPGが大きいほど、後述する電力変動補償信号POによる補償量は大きくなる。よって、フィルタ時定数設定部１６を設けず、フィルタ時定数を一定とする従来の制御方式であれば、例えば過大な長周期の電力変動によって有効電力が大幅に変動する場合、電力変動補償信号POによる補償量は非常に大きくなる。
有効電力変動成分抽出フィルタ１５は、ハイパスフィルタ等の変動分を抽出するフィルタにより、風力発電機有効電力PGから補償周波数領域における有効電力変動成分信号ΔPGを抽出する（換言すれば、補償周波数領域以外の周波数領域の変動成分は除去（カット）する）。補償周波数領域は、当該ハイパスフィルタ等のフィルタ時定数によって決まり、通常は、短周期の電力変動は勿論のこと長周期の電力変動（但し、微小）も除去しないようにフィルタ時定数が設定されるが、後述する過大な長周期の電力変動があるときには、長周期変動成分を除去するようにフィルタ時定数が設定される。このフィルタ時定数の設定は、フィルタ時定数設定部１６によって随時行われる。なお基本的には、有効電力変動成分信号ΔPGが大きいほど、後述する電力変動補償信号POによる補償量は大きくなる。よって、フィルタ時定数設定部１６を設けず、フィルタ時定数を一定とする従来の制御方式であれば、例えば過大な長周期の電力変動によって有効電力が大幅に変動する場合、電力変動補償信号POによる補償量は非常に大きくなる。
フィルタ時定数設定部１６は、予め定められたフィルタ時定数の上限値・下限値と、システムの各種検出信号（システムの状態）とに応じて、フィルタ時定数指令値TOを決定し、このフィルタ時定数指令値TOを用いて有効電力変動成分抽出フィルタ１５のフィルタ時定数を設定する。
フィルタ時定数設定部１６の構成・原理の詳細は後述する。
位相調整部１７は、進み遅れフィルタ、ゲイン等で構成し、制御系等の遅れを考慮して位相調整を行うと共に、ゲインを-1.0とすることにより位相を反転して電力変動補償信号POの元となる制御信号を生成する。
位相調整部１７は、進み遅れフィルタ、ゲイン等で構成し、制御系等の遅れを考慮して位相調整を行うと共に、ゲインを-1.0とすることにより位相を反転して電力変動補償信号POの元となる制御信号を生成する。
電力貯蔵量検出器１２は、電力貯蔵装置１の電力貯蔵量ESを、直接あるいは間接的に検出／算出する。例えば電力貯蔵装置１がフライホイールである場合は、フライホイール回転数を検出し、二次電池・キャパシタ等である場合は端子電圧を検出して、該検出結果に基づいて電力貯蔵量ESを算出する。
動作温度検出器１１は、電力貯蔵装置１の動作温度TSを、直接あるいは間接的に検出／算出する。
尚、電力貯蔵量又は動作温度に関して単に「検出する」と記したときは、上記「直接あるいは間接的に検出／算出する」（直接検出するか、あるいは算出処理を行うことで間接的に検出する）ことを意味するものとする。
尚、電力貯蔵量又は動作温度に関して単に「検出する」と記したときは、上記「直接あるいは間接的に検出／算出する」（直接検出するか、あるいは算出処理を行うことで間接的に検出する）ことを意味するものとする。
電力変動補償量調整部１３は、ゲイン、可変リミッタ等で構成され、基本的には有効電力変動成分の大きさに応じて双方向変換器への指令値である電力変動補償量POを生成するが、電力貯蔵装置が運転許容範囲（貯蔵電力量ESや動作温度等TSの上下限値）を逸脱しそうな場合には、電力貯蔵量ES或いは動作温度TS等の検出信号に応じて電力貯蔵量ES或いは動作温度TS等が運転許容範囲を超えない様に上記電力変動補償量POの大きさを調整・制限する。
例えば、電力貯蔵量ESが上限値（電力貯蔵量最大）に達した時は可変リミッタの下限値をゼロとすることで、電力貯蔵装置１への電力吸収を防止する。一方、電力貯蔵量ESが下限値（電力貯蔵量最小）に達した時は可変リミッタの上限値をゼロとすることで、電力貯蔵装置１からの電力放出を防止する。また、電力貯蔵量ESの上下限値間における可変リミッタの制御に関しては、電力貯蔵量ESが多い時には可変リミッタの下限値を小さく、上限値を大きくすることにより、電力吸収方向の補償信号は大きく抑制し、電力放出方向の補償信号の抑制は小さくすることができる。逆に、電力貯蔵量ESが少ない時には可変リミッタの下限値を大きく、上限値を小さくすることにより、電力放出方向の補償信号は大きく抑制し、電力吸収方向の補償信号の抑制は小さくすることができる。なお、電力変動補償量調整部１３の制御特性は、電力貯蔵装置１の種類とその特性、フィルタ時定数設定部１６の制御特性等を考慮しながら調整する。
上記構成の制御装置１０の特徴は、フィルタ時定数設定部１６にある。図１において、フィルタ時定数設定部１６以外の構成は、上記従来技術と略同様である。すなわち、例えば特許文献１を例にすると、有効電力変動成分抽出フィルタ１５は「有効電力目標値演算（32a）」と「減算器（32b）」とをまとめたものに相当する。同様に、位相調整部１７は「位相補償回路（32d）」に相当する。また、電力変動補償量調整部１３は「ゲイン（32c）」、「有効電力リミッタ（32f）」、及び補正信号を生成する「速度制御ループ（34）」とその「減算器（32e）」をまとめた部分に相当し、有効電力変動成分の大きさに応じて双方向変換器への指令値である電力変動補償量を生成すると共に、電力貯蔵量が運転許容範囲を超えない様に電力変動補償信号の大きさを制御する部分と言える。
よって、フィルタ時定数設定部１６以外の構成については、基本的には、上記説明のみとし、それ以上詳細に説明しない。
以下、フィルタ時定数設定部１６の構成・動作について詳細に説明する。
以下、フィルタ時定数設定部１６の構成・動作について詳細に説明する。
ここでは、フィルタ時定数設定部１６の入力を入力信号Ｘとし、入力信号Ｘが有効電力変動成分信号ΔPGである場合と電力貯蔵量ES又は動作温度TSである場合の２通りについて説明する。
（１）有効電力変動成分信号ΔPGを入力信号Ｘとした場合
有効電力変動成分信号ΔPGを入力信号Ｘとした場合の、有効電力変動成分抽出フィルタ１５、フィルタ時定数設定部１６の構成例を図２に示す。この例では、有効電力変動成分抽出フィルタ１５（ハイパスフィルタ）が図示の構成であった場合に対応するフィルタ時定数設定部１６の構成例を示す。尚、これは一例であり、他の構成であってよい。すなわち、当該（１）と後述する（２）の何れの場合であっても、以下の条件を満たすようにする構成であれば何でもよい。
・入力信号の絶対値|X|が大 ⇒ フィルタ時定数指令値TOが小
⇒補償周波数領域が狭くなる（カットする低周波領域が広くなる）。
・入力信号の絶対値|X|が小 ⇒ フィルタ時定数指令値TOが大
⇒補償周波数領域が広くなる（カットする低周波領域が狭くなる）。
有効電力変動成分信号ΔPGを入力信号Ｘとした場合の、有効電力変動成分抽出フィルタ１５、フィルタ時定数設定部１６の構成例を図２に示す。この例では、有効電力変動成分抽出フィルタ１５（ハイパスフィルタ）が図示の構成であった場合に対応するフィルタ時定数設定部１６の構成例を示す。尚、これは一例であり、他の構成であってよい。すなわち、当該（１）と後述する（２）の何れの場合であっても、以下の条件を満たすようにする構成であれば何でもよい。
・入力信号の絶対値|X|が大 ⇒ フィルタ時定数指令値TOが小
⇒補償周波数領域が狭くなる（カットする低周波領域が広くなる）。
・入力信号の絶対値|X|が小 ⇒ フィルタ時定数指令値TOが大
⇒補償周波数領域が広くなる（カットする低周波領域が狭くなる）。
＜動作＞
入力信号X（ここでは、有効電力変動成分信号ΔPG）は、入力信号絶対値演算部２１に入り、入力信号の絶対値|X|が計算される。入力信号の絶対値|X|は、制御ゲイン２２（K>0）に入り、大きさが調整され、フィルタ制御信号となる。次に、除算器２３によってフィルタ時定数制御基準値をこのフィルタ制御信号で除算することで、フィルタ時定数指令値TOの元となる信号を生成する。そして、当該フィルタ時定数指令値TOの元となる信号を、フィルタ時定数上下限リミッタ２４によって上下限値を制限することで、フィルタ時定数指令値TOが生成・出力される。フィルタ時定数設定部１６の出力であるフィルタ時定数指令値TOに基づき、有効電力変動成分抽出フィルタ１５のフィルタ時定数が設定される。
入力信号X（ここでは、有効電力変動成分信号ΔPG）は、入力信号絶対値演算部２１に入り、入力信号の絶対値|X|が計算される。入力信号の絶対値|X|は、制御ゲイン２２（K>0）に入り、大きさが調整され、フィルタ制御信号となる。次に、除算器２３によってフィルタ時定数制御基準値をこのフィルタ制御信号で除算することで、フィルタ時定数指令値TOの元となる信号を生成する。そして、当該フィルタ時定数指令値TOの元となる信号を、フィルタ時定数上下限リミッタ２４によって上下限値を制限することで、フィルタ時定数指令値TOが生成・出力される。フィルタ時定数設定部１６の出力であるフィルタ時定数指令値TOに基づき、有効電力変動成分抽出フィルタ１５のフィルタ時定数が設定される。
尚、フィルタ時定数制御基準値は、予め設定・記憶されている値であり、例えばフィルタ時定数上下限リミッタ２４における上限値と同じ値とする。また、尚、図２では、有効電力変動成分抽出フィルタ１５内に示す分母のTOのみを設定するように見えるかもしれないが、当然、分子、分母の両方のTOを設定する。
これにより、入力信号の絶対値|X|が小さい為に制御ゲイン部２２からの出力が１以下である場合には、フィルタ時定数指令値TOはフィルタ時定数上下限リミッタ２４における上限値となっており、この状態では短周期の変動成分だけでなく長周期の変動成分も補償周波数領域内となるように調整してある。そして、入力信号の絶対値|X|が大きくなり、制御ゲイン部２２からの出力が少なくとも１より大きくなると、フィルタ時定数指令値TOは小さくなり、有効電力変動成分抽出フィルタ１５のハイパスフィルタ時定数（ハイパスフィルタの時定数）は小さくなる。これより、有効電力変動成分抽出フィルタ１５においてカットする低周波数領域が広くなる（すなわちより高い周波数成分のみが抽出されるようになる）。
＜原理＞
上記図２の構成により、入力信号の絶対値|X|が大きいほど、有効電力変動成分抽出フィルタ１５におけるハイパスフィルタ時定数は小さくなり、有効電力変動成分抽出フィルタ１５においてカットする低周波数領域が広くなる（すなわちより高い周波数成分のみが抽出される）。即ち、フィルタ時定数設定部１６は、有効電力変動成分信号ΔPGが大きくなるほど、補償周波数領域を狭めることによって補償量を抑えるように、フィルタ時定数指令値Toをフィードバック制御するものである。
上記図２の構成により、入力信号の絶対値|X|が大きいほど、有効電力変動成分抽出フィルタ１５におけるハイパスフィルタ時定数は小さくなり、有効電力変動成分抽出フィルタ１５においてカットする低周波数領域が広くなる（すなわちより高い周波数成分のみが抽出される）。即ち、フィルタ時定数設定部１６は、有効電力変動成分信号ΔPGが大きくなるほど、補償周波数領域を狭めることによって補償量を抑えるように、フィルタ時定数指令値Toをフィードバック制御するものである。
＜効果＞
フィルタ時定数設定部１６による制御の結果、過大な長周期の電力変動に対しては立ち上がり（或いは立ち下がり）のみ補償し、その後は長周期の電力変動は補償周波数領域外となり、長周期の電力変動に対する補償量は減少する（従来であれば、その後も、大きな補償を行っていく）。これにより、電力貯蔵量がすぐに上下限値に達し、それ以降の電力変動が補償できなくなることを防ぐことができる。
フィルタ時定数設定部１６による制御の結果、過大な長周期の電力変動に対しては立ち上がり（或いは立ち下がり）のみ補償し、その後は長周期の電力変動は補償周波数領域外となり、長周期の電力変動に対する補償量は減少する（従来であれば、その後も、大きな補償を行っていく）。これにより、電力貯蔵量がすぐに上下限値に達し、それ以降の電力変動が補償できなくなることを防ぐことができる。
一方、短周期の電力変動に対しては、常に有効電力変動成分抽出フィルタ１５の補償周波数領域内であり、過大な長周期電力変動に対する補償量が減少した分、電力補償余力が確保されるため、補償を継続することができる。また、同じ長周期電力変動であっても、微小な長周期電力変動に対しては、有効電力変動成分信号の大きさ|ΔPG|が大きくならず、従ってフィルタ時定数が変化せず、必要となる補償量も少ないため、補償を継続することができる。従って、補償点電力変動量に対し電力貯蔵装置の容量が十分でない場合でも、電力安定化システムの効率的・効果的な運転が可能となる。
ここで、例えば、風力発電機４の容量1.0[pu]に対して、電力貯蔵装置１を用いた電力安定化システムの容量は±0.1[pu]である場合を例に、フィルタ時定数設定部１６の有無による効果を比較すると、フィルタ時定数設定部１６によるフィルタ時定数制御が行われない場合、電力貯蔵装置１を用いた電力安定化システムの容量を超える電力変動を補償しようとして、結果、電力貯蔵量が上下限値に達し、電力変動を補償できなくなってしまう場合がある。これに対して、本例のようにフィルタ時定数設定部１６によるフィルタ時定数制御を行う場合、過大な長周期の電力変動に対しては立ち上がり（或いは立ち下がり）のみ補償し、その後、フィルタ時定数制御が行われない場合は有効電力変動成分信号の大きさ|ΔPG|が大きくなる所を、長周期の電力変動を補償周波数領域外とすることで、結果的に有効電力変動成分信号の大きさ|ΔPG|を電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの容量内に制限することができる。
ここで、電力貯蔵量に対して補償する電力変動が大きすぎることが問題であるなら、ゲインを可変制御する方法も考えられる。しかし、ゲインを制御すると変動周期によらず一律に大きさが制限されてしまうため、短周期変動に対して必要な補償量が得られなくなる。
次に、上記本手法のように長周期変動成分を補償領域から外した場合の問題を検討する。電力系統では発電電力と消費電力とのバランスが崩れると周波数変動が生じる。このため電力会社では、時々刻々変化する消費電力変動に応じて常に発電電力をバランスさせるように負荷変動の大きさ及び変動周期に応じて、発電電力制御を実施している。
数分以下の微小変動に対しては、発電機の回転数をガバナフリー制御することにより瞬時に対応する。数分〜数十分の短周期変動に対しては、給電システムのLFC（負荷周波数制御）で発電機出力を制御することで対応するが、ガバナフリー制御と比較すると応答速度はやや遅い。数十分以上の長周期の変動に対してはEDC（経済負荷配分制御）で発電機の経済性を考慮した負荷配分を行っており、対応できる変動幅は大きいが、応答速度は遅いという特徴がある。
一方で、風力発電設備が系統に連系した場合に、数十分以下の変動成分によりガバナフリーやLFCによる周波数調整容量が不足し、周波数を系統運用目標値内に保つことが困難となる可能性が懸念されている。従って、数十分以下の短周期変動（及び微小変動）に対しては、図１に示す電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムで、確実に補償しなければならない。
一方、EDCは対応できる変動幅は大きいが、応答速度は遅いため、過大な負荷変動の立ち上がり（立ち下り）には制御が追いつかない可能性がある。従って、図１に示す電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムで、長周期変動の急峻な立ち上がり（立ち下がり）だけ、緩やかに変動するように補償しなければならない。ただし、緩やかな変動になるように補償しさえすれば、その後電力安定化システムにおいて長周期変動成分を補償領域から外しても、EDCにより対応可能であり、尚且つ前述の通りEDCは対応できる電力変動幅が大きいため、問題を生ずることはない。
同様に、電力変動を抑制するためにガスエンジン等の制御可能な発電設備を電力安定化システムと併設した場合を考える。発電設備の負荷追従性能は概して電力安定化システムよりも遅い。よって、発電設備の補償周波数領域より短周期の電力変動成分は電力安定化システムで、確実に補償しなければならない。また、たとえ発電設備の補償周波数領域内の電力変動であっても、急峻な変動の立ち上がり（立ち下がり）には、発電設備が負荷追従できない可能性がある。従って、電力安定化システムはこの発電設備の補償周波数領域（長周期変動成分）の急峻な立ち上がり（立ち下がり）だけ緩やかに変動するように補償しなければならない。ただし、緩やかな変動になるように補償しさえすれば、その後電力安定化システムにおいて長周期変動成分を補償領域から外しても、発電設備により負荷追従可能であり、尚且つ発電設備は一般的に電力安定化システムより容量が大きく、出力できる電力変動幅が大きいため、問題を生ずることはない。
＜各ブロックの意味・整定方法＞
ここで、上記図２における制御ゲイン部２２の制御ゲインは、入力信号Ｘに対するフィルタ時定数設定部１６の制御感度を決定する調整項である。制御ゲインを小さくすると、補償周波数帯域はなるべくキープしようとするが、電力貯蔵量が上下限値に達し、補償動作ができなくなる時間が増えてしまう。一方、補償周波数帯域がすぐに狭くなってもなるべく補償可能時間を延ばしたい時には、制御ゲインを大きくする。よって、制御ゲインの最適値の目安としては、「電力変動補償量調整部１３における可変リミッタに頻繁にかからないように動作するゲイン値」となり、実際の装置では、各現場毎に、この最適値に近づけるように適宜調整することになる。
ここで、上記図２における制御ゲイン部２２の制御ゲインは、入力信号Ｘに対するフィルタ時定数設定部１６の制御感度を決定する調整項である。制御ゲインを小さくすると、補償周波数帯域はなるべくキープしようとするが、電力貯蔵量が上下限値に達し、補償動作ができなくなる時間が増えてしまう。一方、補償周波数帯域がすぐに狭くなってもなるべく補償可能時間を延ばしたい時には、制御ゲインを大きくする。よって、制御ゲインの最適値の目安としては、「電力変動補償量調整部１３における可変リミッタに頻繁にかからないように動作するゲイン値」となり、実際の装置では、各現場毎に、この最適値に近づけるように適宜調整することになる。
また、上記の様にフィルタ時定数上下限リミッタ２３で上下限値を制限するのは、電力安定化システムの仕様、あるいは容量から、補償すべき周波数領域、あるいは補償できる周波数領域が規定されるためである。フィルタ時定数の上限値・下限値の具体例として、「20分以下の変動周期（長周期変動＋短周期変動）をなるべく補償する。特に10分以下の変動周期（短周期変動）については必ず補償する。」という仕様の場合、フィルタ時定数の下限値は短周期変動の仕様「10分以下（0.0017Hz以上）」より約95秒、上限値は長周期変動の仕様「20分以下（0.0008Hz以上）」より約191秒となる。
（２）電力貯蔵量ES、又は電力貯蔵装置の動作温度TSを入力信号Ｘとした場合
上記（１）ではフィルタ時定数設定部１６への入力信号Ｘを，有効電力変動成分信号ΔPGとした場合について記述したが、その他に、電力貯蔵量ESや、電力貯蔵装置１の動作温度TS等、電力貯蔵装置１の運転許容範囲に関係するその他の検出信号を単独、或いは組み合せて用いても良い。電力貯蔵量ES、或いは電力貯蔵装置１の動作温度TSを入力信号Ｘとした場合の、フィルタ時定数設定部１６の構成例を図３に示す。
上記（１）ではフィルタ時定数設定部１６への入力信号Ｘを，有効電力変動成分信号ΔPGとした場合について記述したが、その他に、電力貯蔵量ESや、電力貯蔵装置１の動作温度TS等、電力貯蔵装置１の運転許容範囲に関係するその他の検出信号を単独、或いは組み合せて用いても良い。電力貯蔵量ES、或いは電力貯蔵装置１の動作温度TSを入力信号Ｘとした場合の、フィルタ時定数設定部１６の構成例を図３に示す。
＜動作＞
この構成では、まず、入力信号Xは入力信号基準値Xrefとの差分をとり、差分信号ΔXとなる。なお、電力貯蔵量ESを入力信号Ｘとする場合、入力信号基準値Xrefは通常、電力貯蔵量の安定動作領域の平均値とする。また、電力貯蔵装置１の動作温度TSを入力信号Ｘとする場合、入力信号基準値Xrefは通常、電力貯蔵装置１の安定動作温度領域の下限値とする。差分信号ΔXは差分信号絶対値演算部３１に入り、差分信号の絶対値|ΔX|が計算される。
この構成では、まず、入力信号Xは入力信号基準値Xrefとの差分をとり、差分信号ΔXとなる。なお、電力貯蔵量ESを入力信号Ｘとする場合、入力信号基準値Xrefは通常、電力貯蔵量の安定動作領域の平均値とする。また、電力貯蔵装置１の動作温度TSを入力信号Ｘとする場合、入力信号基準値Xrefは通常、電力貯蔵装置１の安定動作温度領域の下限値とする。差分信号ΔXは差分信号絶対値演算部３１に入り、差分信号の絶対値|ΔX|が計算される。
差分信号の絶対値|ΔX|は制御ゲイン部３２（K>0）に入り、大きさが調整され、フィルタ制御信号となる。その後は、図２の場合と同様に、除算器３３によってフィルタ時定数制御基準値をこのフィルタ制御信号で除算することで、フィルタ時定数指令値TOの元となる信号を生成し、当該フィルタ時定数指令値TOの元となる信号を、フィルタ時定数上下限リミッタ３４によって上下限値を制限することで、フィルタ時定数指令値TOが生成・出力される。フィルタ時定数設定部１６の出力であるフィルタ時定数指令値TOに基づき、図２の場合と同様に、有効電力変動成分抽出フィルタ１５のハイパスフィルタ時定数が設定される。
＜原理＞
これにより、差分信号の絶対値|ΔX|が大きいほど、有効電力変動成分抽出フィルタ１５におけるハイパスフィルタ時定数は小さくなり、有効電力変動成分抽出フィルタ１５においてカットする低周波数領域が広くなる（すなわちより高い周波数成分のみが抽出される）。
これにより、差分信号の絶対値|ΔX|が大きいほど、有効電力変動成分抽出フィルタ１５におけるハイパスフィルタ時定数は小さくなり、有効電力変動成分抽出フィルタ１５においてカットする低周波数領域が広くなる（すなわちより高い周波数成分のみが抽出される）。
＜効果＞
電力貯蔵量ESを入力信号Ｘとした場合、フィルタ時定数設定部１６による制御の結果、過大な長周期の電力変動に対しては、電力貯蔵装置１に電力補償余力がある内は補償を行うが、電力貯蔵量ESが電力貯蔵容量の上下限に近づくにつれて(上記平均値から離れるにつれて)長周期の電力変動は補償周波数領域外となり補償量が減少していく。また、短周期の電力変動に対しては、常に有効電力変動成分抽出フィルタ１５の補償周波数領域内であるため電力補償余力がある限り補償効果は低下しない。従って、電力安定化システムは電力補償余力に応じた効率的・効果的な運転が可能となる。
電力貯蔵量ESを入力信号Ｘとした場合、フィルタ時定数設定部１６による制御の結果、過大な長周期の電力変動に対しては、電力貯蔵装置１に電力補償余力がある内は補償を行うが、電力貯蔵量ESが電力貯蔵容量の上下限に近づくにつれて(上記平均値から離れるにつれて)長周期の電力変動は補償周波数領域外となり補償量が減少していく。また、短周期の電力変動に対しては、常に有効電力変動成分抽出フィルタ１５の補償周波数領域内であるため電力補償余力がある限り補償効果は低下しない。従って、電力安定化システムは電力補償余力に応じた効率的・効果的な運転が可能となる。
一方、電力貯蔵装置１の動作温度TSを入力信号Ｘとした場合、フィルタ時定数設定部１６による制御の結果、電力貯蔵装置１の動作温度TSが上限値に近づくにつれて補償周波数領域が狭くなり、補償量が減少することにより、電力貯蔵装置１の動作温度TSの上昇が抑制される。ただし、補償周波数領域内の電力変動に対して、補償効果が低下することはないので、短周期の電力変動に対しては、常に補償される。従って、電力安定化システムは安定動作領域内で、効率的・効果的な運転が可能となる。特に、補償点電力変動量に対し電力貯蔵装置の容量が十分でない場合でも、電力安定化システムの効率的・効果的な運転が可能となる。
＜ブロック詳細＞
ここで、上記図３における制御ゲイン部３２の制御ゲインは、入力信号Ｘに対するフィルタ時定数設定部１６の制御感度を決定する調整項である。制御ゲインを小さくすると、補償周波数帯域はなるべくキープしようとするが、電力貯蔵量が上下限値に達し、補償動作ができなくなる時間が増えてしまう。一方、補償周波数帯域がすぐに狭くなってもなるべく補償可能時間を延ばしたい時には、制御ゲインを大きくする。よって、制御ゲインの最適値の目安としては、「電力変動補償量調整部１３における可変リミッタに頻繁にかからないように動作するゲイン値」となり、実際の装置では、各現場毎に、この最適値に近づけるように適宜調整することになる。
ここで、上記図３における制御ゲイン部３２の制御ゲインは、入力信号Ｘに対するフィルタ時定数設定部１６の制御感度を決定する調整項である。制御ゲインを小さくすると、補償周波数帯域はなるべくキープしようとするが、電力貯蔵量が上下限値に達し、補償動作ができなくなる時間が増えてしまう。一方、補償周波数帯域がすぐに狭くなってもなるべく補償可能時間を延ばしたい時には、制御ゲインを大きくする。よって、制御ゲインの最適値の目安としては、「電力変動補償量調整部１３における可変リミッタに頻繁にかからないように動作するゲイン値」となり、実際の装置では、各現場毎に、この最適値に近づけるように適宜調整することになる。
尚、上記有効電力変動成分抽出フィルタ１５の構成は、図２に示す例に限らず、例えば図４に示す様な構成であってもよい。図４に示す例では、ローパスフィルタを利用した構成により全体としてハイパスフィルタと同等の特性を実現しており、ローパスフィルタにより低周波数領域の成分を抽出し、それを元信号から減算することで、高周波数領域の成分、即ち変動成分を抽出することができる。フィルタ時定数指令値TOが小さくなると、上記ローパスフィルタの時定数が小さくなるので、ローパスフィルタにおける通過領域、すなわちカットする低周波数領域が広くなり、より高い周波数成分のみが抽出される。
以上説明した電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの上記効果について、以下、本発明者による検証結果について示す。
ここでは、フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合の実測波形と、フィルタ時定数設定部の制御を無効とした場合のシミュレーション結果とを、図５、図８に示す。
ここでは、フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合の実測波形と、フィルタ時定数設定部の制御を無効とした場合のシミュレーション結果とを、図５、図８に示す。
実機においてフィルタ時定数設定部の制御を無効にすることは難しく、仮にフィルタ時定数制御を無効にしたとしても、補償対象である風力発電の出力は風任せで再現できないため、ここでは、フィルタ時定数制御を無効とした電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムをモデル化し、実機（制御有効）において計測した風力発電出力データを入力することで（つまり、同じデータを入力する）、上記シミュレーション結果を得ている。
図５では、フィルタ時定数設定部１６への入力信号は有効電力変動成分信号ΔPGである。
よって、図５には、フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合の有効電力変動成分信号ΔPGの実測波形、及びフィルタ時定数設定部１６の制御を無効とした場合の有効電力変動成分信号ΔPGのシミュレーション波形が示される。なお図８以降のデータとの比較のため、図５では有効電力変動成分信号ΔPG に-1.0をかけて反転している。
よって、図５には、フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合の有効電力変動成分信号ΔPGの実測波形、及びフィルタ時定数設定部１６の制御を無効とした場合の有効電力変動成分信号ΔPGのシミュレーション波形が示される。なお図８以降のデータとの比較のため、図５では有効電力変動成分信号ΔPG に-1.0をかけて反転している。
また、図５について、より詳しく説明する為の図面を図６、図７に示す。尚、この説明では図２の構成を例にする。
図６、図７に示すように、フィルタ時定数制御無効の場合には、約１３５（sec）〜２５０（sec）の間に過大な長周期変動が起こっているが、フィルタ時定数制御を有効とした場合、過大な長周期の電力変動は、立ち上がり（或いは立ち下がり）のみフィルタ１５により抽出されるが、補償帯域が狭められる（TO＝大→小に制御される）為、その後（約１４２（sec）以降）は、制御無効の場合にはΔPGの絶対値は小→大になるが、本手法ではΔPG＝小に抑制される。一方、短周期の電力変動は常にフィルタ１５により抽出されている（補償量確保）。
図６、図７に示すように、フィルタ時定数制御無効の場合には、約１３５（sec）〜２５０（sec）の間に過大な長周期変動が起こっているが、フィルタ時定数制御を有効とした場合、過大な長周期の電力変動は、立ち上がり（或いは立ち下がり）のみフィルタ１５により抽出されるが、補償帯域が狭められる（TO＝大→小に制御される）為、その後（約１４２（sec）以降）は、制御無効の場合にはΔPGの絶対値は小→大になるが、本手法ではΔPG＝小に抑制される。一方、短周期の電力変動は常にフィルタ１５により抽出されている（補償量確保）。
また、図８には、フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合の電力貯蔵装置１出力（電力貯蔵装置１より電力を放出する方向を正）の実測波形、及びフィルタ時定数設定部１６の制御を無効とした場合の電力貯蔵装置出力のシミュレーション波形を示す。
図８より、フィルタ時定数制御を無効とした場合、可変リミッタにかかり（約１４２（sec）以降）、ついには出力ゼロ（約２００（sec）以降）、すなわち電力貯蔵量が下限値に達し、補償動作ができなくなっていることが分かる。一方、フィルタ時定数制御を有効とした場合、可変リミッタにかかることも、電力貯蔵量が上下限値に達することも無く、適切な変動成分を効率的・効果的に補償し続けていることが分かる。
図８より、フィルタ時定数制御を無効とした場合、可変リミッタにかかり（約１４２（sec）以降）、ついには出力ゼロ（約２００（sec）以降）、すなわち電力貯蔵量が下限値に達し、補償動作ができなくなっていることが分かる。一方、フィルタ時定数制御を有効とした場合、可変リミッタにかかることも、電力貯蔵量が上下限値に達することも無く、適切な変動成分を効率的・効果的に補償し続けていることが分かる。
補償結果である風力発電機出力と電力貯蔵装置出力を合成した総合出力の波形を図９に示す。
フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合の総合出力の実測波形、及びフィルタ時定数設定部１６の制御を無効とした場合の総合出力のシミュレーション波形と併せて、比較のため風力発電機（単体）出力の実測波形（補償前の波形）も示す。
フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合の総合出力の実測波形、及びフィルタ時定数設定部１６の制御を無効とした場合の総合出力のシミュレーション波形と併せて、比較のため風力発電機（単体）出力の実測波形（補償前の波形）も示す。
図９より、フィルタ時定数制御を有効とした場合、電力変動がより効果的に抑制されていることが分かる。
以上説明したように、本例の電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムによれば、有効電力変動成分信号（絶対値）が大きくなるにつれてカットする低周波数領域が広くなるように、有効電力変動成分抽出フィルタのフィルタ時定数を制御することにより、過大な長周期の電力変動に対しては立ち上がり（或いは立ち下がり）のみ補償し、それ以外の微小な長周期電力変動、短周期の電力変動に対しては必要な補償量が確保され、電力貯蔵装置の効率的・効果的運用が可能となる。
以上説明したように、本例の電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムによれば、有効電力変動成分信号（絶対値）が大きくなるにつれてカットする低周波数領域が広くなるように、有効電力変動成分抽出フィルタのフィルタ時定数を制御することにより、過大な長周期の電力変動に対しては立ち上がり（或いは立ち下がり）のみ補償し、それ以外の微小な長周期電力変動、短周期の電力変動に対しては必要な補償量が確保され、電力貯蔵装置の効率的・効果的運用が可能となる。
また、電力貯蔵量が上下限値に近づくにつれてカットする低周波数領域が広くなるように、有効電力変動成分抽出フィルタのフィルタ時定数を制御することにより、過大な長周期の電力変動は補償周波数領域外となり、短周期の電力変動の補償のみを行うことになり、電力貯蔵装置１の電力補償余力に応じた効率的・効果的な補償運転が可能となる。
あるいは、電力貯蔵装置の動作温度が上限値に近づくにつれてカットする低周波数領域が広くなるように、有効電力変動成分抽出フィルタのフィルタ時定数を制御することにより、補償周波数領域が狭くなり、補償量が小さくなることにより、電力貯蔵装置の安定動作領域内で効率的・効果的な運転が可能となる。
上記の結果、補償点電力変動量に対し電力貯蔵装置の容量が十分ではなく、運転許容範囲の逸脱が問題になる場合でも、電力貯蔵装置の運転許容範囲内で効率的・効果的な電力変動補償が可能な、電力貯蔵装置を用いた電力変動補償システムを提供できる。
１ 電力貯蔵装置
２ 双方向電力変換器
３ 変圧器
４ 風力発電機
５ 変圧器
６ 電力系統
１０ 制御装置
１１ 動作温度検出器
１２ 電力貯蔵量検出器
１３ 電力変動補償量調整部
１４ 有効電力検出器
１５ 有効電力変動成分抽出フィルタ
１６ フィルタ時定数設定部
１７ 位相調整部
２１ 入力信号絶対値演算部
２２ 制御ゲイン部
２３ 除算器
２４ フィルタ時定数上下限リミッタ
３１ 差分信号絶対値演算部
３２ 制御ゲイン部
３３ 除算器
３４ フィルタ時定数上下限リミッタ
２ 双方向電力変換器
３ 変圧器
４ 風力発電機
５ 変圧器
６ 電力系統
１０ 制御装置
１１ 動作温度検出器
１２ 電力貯蔵量検出器
１３ 電力変動補償量調整部
１４ 有効電力検出器
１５ 有効電力変動成分抽出フィルタ
１６ フィルタ時定数設定部
１７ 位相調整部
２１ 入力信号絶対値演算部
２２ 制御ゲイン部
２３ 除算器
２４ フィルタ時定数上下限リミッタ
３１ 差分信号絶対値演算部
３２ 制御ゲイン部
３３ 除算器
３４ フィルタ時定数上下限リミッタ
Claims (6)
- 交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、
電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、
該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、
前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成り、
前記制御装置は、
前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、
前記有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、
前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、
該フィルタ時定数設定手段は、前記有効電力変動成分を入力し、該有効電力変動成分の絶対値の大きさに基づいて、該絶対値が大きいほど前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにすることを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。 - 交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、
電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、
該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、
前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成り、
前記制御装置は、
前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、
前記有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、
前記電力貯蔵装置の電力貯蔵量を検出する電力貯蔵量検出器と、
前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、
該フィルタ時定数設定手段は、前記電力貯蔵量を入力し、該電力貯蔵量と予め設定される基準値との差の絶対値の大きさに基づいて、該絶対値が大きいほど前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにすることを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。 - 交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、
電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、
該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、
前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成り、
前記制御装置は、
前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、
前記有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、
前記電力貯蔵装置の動作温度を検出する動作温度検出器と、
前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、
該フィルタ時定数設定手段は、前記動作温度を入力し、該動作温度と予め設定される基準値との差の絶対値の大きさに基づいて、該絶対値が大きいほど前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにすることを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。 - 交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成る電力安定化システムにおける該制御装置において、
前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、
前記有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、
前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、
該フィルタ時定数設定手段は、前記有効電力変動成分を入力し、該有効電力変動成分の絶対値の大きさに基づいて、該絶対値が大きいほど前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにすることを特徴とする電力安定化システムにおける制御装置。 - 交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成る電力安定化システムにおける該制御装置において、
前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、
前記有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、
前記電力貯蔵装置の電力貯蔵量を検出する電力貯蔵量検出器と、
前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、
該フィルタ時定数設定手段は、前記電力貯蔵量を入力し、該電力貯蔵量と予め設定される基準値との差の絶対値の大きさに基づいて、該絶対値が大きいほど前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにすることを特徴とする電力安定化システムにおける制御装置。 - 交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成る電力安定化システムにおける該制御装置において、
前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、
前記有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、
前記電力貯蔵装置の動作温度を検出する動作温度検出器と、
前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、
該フィルタ時定数設定手段は、前記動作温度を入力し、該動作温度と予め設定される基準値との差の絶対値の大きさに基づいて、該絶対値が大きいほど前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにすることを特徴とする電力安定化システムにおける制御装置。
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