JP4672525B2 - 電力品質維持制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、系統内の電力品質を維持するために用いられる電力品質維持制御装置に関し、特に、マイクログリッドにおける電力品質を維持するために用いられる電力品質維持制御装置に関する。

マイクログリッドは、需要地内に配置した発電機と、例えば、太陽光発電あるいは風力発電といった自然エネルギーを利用した発電設備に相当する複数の分散型電源とをネットワーク化させて、電力供給を行う小規模の電力網のことである。さらに、マイクログリッドは、通信を利用して、これら分散型電源の発電量を、需要状況に合わせて制御するものである。

マイクログリッドは、商用系統と連系される場合、あるいは切り離されて単独で運転される場合がある。特に、単独運転では、電源そのものが小さく、小規模な負荷変動に対しても電力の需要供給バランスが崩れることになり、電圧や周波数といった電力品質が大きく影響されることになる。

ここで、マイクログリッドの構成例を示したものがある（例えば、非特許文献１参照）。エネルギークラスタとは、マイクログリッドと同義語であり、分散電源として自然エネルギーを利用した発電、例えば、太陽光発電あるいは風力発電が存在している。これらの分散電源は、自然エネルギーを利用していることから、天候、気温に左右され、系統内の電力品質を維持するためには、電力を一定に保つ必要がある。

このため、二次電池インバータと呼ばれる蓄電池等のエネルギー蓄積要素を有するインバータ装置が電力の平準化の目的で設けられている。この構成において、中央制御装置は、ネットワーク内の需要供給を常時監視して、その関係に基づき、通信を利用して各分散電源に電力指令値を与える構成になっている。

「エネルギークラスタの構築と地域社会への適用」平成１７年度電気学会全国大会シンポジウム１-Ｓ１-４（２００５年３月）長崎大学 山下氏、東芝 篠原氏

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
中央制御装置からの電力指令値は、その指令間隔が約１秒以上と長い。しかしながら、エレベータや空調では、このような長い指令間隔以下の急峻な負荷の変動に対する制御が必要であり、中央制御装置からの電力指令が追いつかないこととなる。このため、商用と連系している場合には、マイクログリッドでの変動を商用系統が補償するが、商用から切り離された単独運転系統の場合には、負荷変動による周波数、電圧の変動が発生し、最悪は、負荷が停止することがある。

マイクログリッド系統内において、主電源となる発電機は、次の面で急峻な変化に対応できない。
（１）負荷の回転数を一定にするガバナ応答速度が遅い。
（２）発電機を駆動するエンジンの種類によっては、１００％容量の急峻な負荷増に耐えることはできず、エンストを起こす可能性がある。

以上のことから、従来技術の課題として、以下のような欠点があった。
（１）マイクログリット系統内の需給バランスは、中央制御装置からの指令値に基づいており、負荷が急変した瞬間には、中央制御装置からの電力指令信号が追いつかず、有効電力・無効電力それぞれにおいてバランスがくずれた状態になる。

（２）発電機は、周波数の変動に対してはガバナ機能を有し、電圧の変動に対してはＡＶＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ：自動電圧調整）機能を有している。しかしながら、エンジンの応答、ＡＶＲの応答が遅く、急峻な負荷変動に対して追いつくことができず、結果として周波数・電圧の変動が秒単位で発生する。

これらの課題に対して、以下のような対策を考慮する必要があった。すなわち、負荷変動に対する周波数変動を抑えるためには、発電機の慣性を大きくする目的で、フライホイールを発電機に取付けしていた。ところが、逆に慣性を大きくすると、加速減速が遅くなり、電力指令値に対して応答が遅くなり、中央からの電力指令値に対して応答が遅いという問題があった。

また、フライホイールを発電機に取付けすると、体格が大きくなりコストが高くなり、設置スペースが大きくなる問題があった

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、発電機にフライホイールの取付けなどを行わずに、マイクログリッドにおける系統周波数の安定性向上、電圧の安定性向上を可能とする電力品質維持制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係る電力品質維持制御装置は、発電機と、自然エネルギーを利用した分散電源と、系統内の有効・無効電力を平滑化するための直流電力貯蔵用のエネルギー蓄積要素を有し、系統内の電力需給に応じて中央制御装置から与えられる有効電力指令値および無効電力指令値に基づいて有効電力・無効電力を発生あるいは吸収させるインバータ装置とを有するマイクログリッドに適用される電力品質維持制御装置であって、インバータ装置が中央制御装置から与えられる有効電力指令値および無効電力指令値を補正するために、系統の電圧および周波数を電圧フィードバック値および周波数フィードバック値として読み込み、周波数フィードバック値が所定値となるように有効電力補正指令値を算出するとともに、電圧フィードバック値が所定値となるように無効電力補正指令値を算出してインバータ装置に対して出力する電力補正制御回路を備え、電力補正制御回路は、インバータ装置が中央制御装置から与えられる有効電力指令値を補正するために、系統の周波数を周波数フィードバック値として読み込み、周波数フィードバック値が所定の周波数指令値となるように有効電力補正指令値を算出する有効電力補正制御回路を備え、有効電力補正制御回路は、周波数指令値と周波数フィードバック値との差分である周波数差分に基づいて、周波数差分の定常値がゼロとなるように第１の有効電力補正指令値を算出する周波数差分定常補正制御部と、周波数指令値と周波数フィードバック値との差分である周波数差分に基づいて、周波数差分の瞬時値がゼロとなるように第２の有効電力補正指令値を算出する周波数差分瞬時補正制御部と、系統の電圧を電圧フィードバック値としてさらに読み込み、電圧フィードバック値が所定の電圧指令値となるように、電圧指令値と電圧フィードバック値との差分である電圧差分に基づいて、電圧差分の瞬時値がゼロとなるように第３の有効電力補正指令値を算出する追加補正制御部とを備えるものである。
また、本発明に係る電力品質維持制御装置は、発電機と、自然エネルギーを利用した分散電源と、系統内の有効・無効電力を平滑化するための直流電力貯蔵用のエネルギー蓄積要素を有し、系統内の電力需給に応じて中央制御装置から与えられる有効電力指令値および無効電力指令値に基づいて有効電力・無効電力を発生あるいは吸収させるインバータ装置とを有するマイクログリッドに適用される電力品質維持制御装置であって、インバータ装置が中央制御装置から与えられる有効電力指令値および無効電力指令値を補正するために、系統の電圧および周波数を電圧フィードバック値および周波数フィードバック値として読み込み、周波数フィードバック値が所定値となるように有効電力補正指令値を算出するとともに、電圧フィードバック値が所定値となるように無効電力補正指令値を算出してインバータ装置に対して出力する電力補正制御回路を備え、電力補正制御回路は、インバータ装置が中央制御装置から与えられる有効電力指令値を補正するために、系統の周波数を周波数フィードバック値として読み込み、周波数フィードバック値が所定の周波数指令値となるように有効電力補正指令値を算出する有効電力補正制御回路を備え、有効電力補正制御回路は、周波数指令値と周波数フィードバック値との差分である周波数差分に基づいて、周波数差分の定常値がゼロとなるように第１の有効電力補正指令値を算出する周波数差分定常補正制御部と、系統の電圧を電圧フィードバック値としてさらに読み込み、電圧フィードバック値が所定の電圧指令値となるように、電圧指令値と電圧フィードバック値との差分である電圧差分に基づいて、電圧差分の瞬時値がゼロとなるように第３の有効電力補正指令値を算出する追加補正制御部とを備えるものである。
さらに、本発明に係る電力品質維持制御装置は、発電機と、自然エネルギーを利用した分散電源と、系統内の有効・無効電力を平滑化するための直流電力貯蔵用のエネルギー蓄積要素を有し、系統内の電力需給に応じて中央制御装置から与えられる有効電力指令値および無効電力指令値に基づいて有効電力・無効電力を発生あるいは吸収させるインバータ装置とを有するマイクログリッドに適用される電力品質維持制御装置であって、インバータ装置が中央制御装置から与えられる有効電力指令値および無効電力指令値を補正するために、系統の電圧および周波数を電圧フィードバック値および周波数フィードバック値として読み込み、周波数フィードバック値が所定値となるように有効電力補正指令値を算出するとともに、電圧フィードバック値が所定値となるように無効電力補正指令値を算出してインバータ装置に対して出力する電力補正制御回路を備え、電力補正制御回路は、インバータ装置が中央制御装置から与えられる有効電力指令値を補正するために、系統の周波数を周波数フィードバック値として読み込み、周波数フィードバック値が所定の周波数指令値となるように有効電力補正指令値を算出する有効電力補正制御回路を備え、有効電力補正制御回路は、周波数指令値と周波数フィードバック値との差分である周波数差分に基づいて、周波数差分の瞬時値がゼロとなるように第２の有効電力補正指令値を算出する周波数差分瞬時補正制御部と、系統の電圧を電圧フィードバック値としてさらに読み込み、電圧フィードバック値が所定の電圧指令値となるように、電圧指令値と電圧フィードバック値との差分である電圧差分に基づいて、電圧差分の瞬時値がゼロとなるように第３の有効電力補正指令値を算出する追加補正制御部とを備えるものである。

本発明によれば、電圧および周波数の検出結果に基づいて求めた電力補正指令値を用いて、中央制御装置からの電力指令値を補正することにより、急峻な負荷変動を補償することができ、発電機にフライホイールの取付けなどを行わずに、マイクログリッドにおける系統周波数の安定性向上、電圧の安定性向上を可能とする電力品質維持制御装置を得ることができる。

以下、本発明の電力品質維持制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明の電力品質維持制御装置は、フライホイールの取付けなどを行わずマイクログリッドに設置されるインバータ装置に対して、電源系統母線の周波数および電圧の検出に基づいて生成した電力補正指令値を出力することにより、マイクログリッドにおける母線の電圧、周波数といった電力品質を維持できる点を特徴としている。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電力品質維持制御装置を含むマイクログリッドの全体構成図である。このマイクログリッドは、エンジン１に直結された発電機２、複数の分散電源３、負荷４、中央制御装置５、およびインバータ装置１０が母線６を介して互いに接続されている。さらに、インバータ装置１０には、蓄電池７および本発明の電力品質維持制御装置１００が接続されている。

ここで、インバータ装置１０は、インバータ回路１１、交流電流センサ１２、交流電圧センサ１３、有効電力と無効電力を演算する演算回路１４、有効電力制御回路１５、および無効電力制御回路１６で構成される。また、電力品質維持制御装置１００は、有効電力補正制御回路１１０および無効電力補正制御回路１２０を備えている。

また、インバータ装置１０の直流側には、蓄電池７あるいはスーパーキャパシタ（電気二重層コンデンサ）が接続されており、無効電力のみでなく、直流側のエネルギー量に応じた有効電力を吸収（充電）または発生（放電）することができる。

図１の構成に基づいて、マイクログリッドの基本的な動作を説明する。
発電機２は、負荷４に対して電力を供給している。また、太陽光発電や風力発電等の自然エネルギーを利用した分散電源３は、発生する電力の変動が激しく、インバータ装置１０により有効電力、無効電力を吸収・発生させることで、マイクログリッド系統内の需給関係を一定に保つことができる。

このように、インバータ装置１０の働きにより、系統内の電圧、周波数を一定に維持することができる。ここで、マイクログリッド系統の母線６は、商用の電源系統に接続されていてもよく、また、切り離されていてもよい。

商用の電源系統に接続されている場合には、このバックパワーが大きいため、分散電源３が多少変動しても商用に対する影響度は小さく、電圧、周波数変動は僅かになる。中央制御装置５は、マイクログリッド内で発電した電力と消費電力が定時間内で一致するようにネットワーク内の需要供給を常時監視し、通信等を利用して、発電機２、インバータ装置１０に対して電力指令値を与える。

これに対して、インバータ装置１０内の有効電力制御回路１５は、中央制御装置５からの有効電力指令値と、演算回路１４で算出された有効電力のフィードバック値（図１においてはＰＦＢと記載）との差分を用いて、インバータ回路１１を制御することにより、有効電力制御を行う。同様に、インバータ装置１０内の無効電力制御回路１６は、中央制御装置５からの無効電力指令値と、演算回路１４で算出された無効電力のフィードバック値（図１においてはＱＦＢと記載）との差分を用いて、インバータ回路１１を制御することにより、無効電力制御を行う。

しかし、この中央制御装置５からの電力指令値は、瞬時的な指令値ではなく、一般的に、秒単位で出力されるものであり、エレベータ負荷や空調機の誘導機のような起動電流に対しては、時間的な遅れが生じる。その結果として、系統内の周波数変動や電圧変動となる。ここで、電圧フィードバックや周波数フィードバックは、発電機２の出力の母線６から検出する。そこで、本発明は、負荷変動に対する追従性を改善するために、電力品質維持制御装置１００を新たに備えている点を特徴としている。

電力品質維持制御装置１００は、周波数および電圧をフィードバック制御することにより有効電力補正指令値および無効電力補正指令値を算出する。そして、インバータ装置１０は、中央制御装置５からの有効電力指令値を電力品質維持制御装置１００からの有効電力補正指令値で補正し、中央制御装置５からの無効電力指令値を電力品質維持制御装置１００からの無効電力補正指令値で補正することにより、負荷変動に対する追従性の改善を図ることが可能となる。

そこで、本発明の電力品質維持制御装置１００について、図２を用いて詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態１における電力品質維持制御装置１００の構成図であり、有効電力補正制御回路１１０および無効電力補正制御回路１２０で構成される。

有効電力補正制御回路１１０は、まず始めに、周波数指令値に対する周波数フィードバック値の差分を算出する。この差分は、２分岐されて、比較不感帯１１１およびリセット回路１１３に入る。比較不感帯１１１は、一定の不感レベルが設定してあり、差分がある一定の範囲内では差分をゼロとして出力し、一定の範囲外のときは差分値をそのまま出力する。

そして、定常補正制御回路１１２は、比較不感帯１１１の出力に基づいて、差分を定常的にゼロとするような補償量として、第１の有効電力補正指令値ΔＰｐ１を得る。ここで、周波数差分に基づいて第１の有効電力補正指令値ΔＰｐ１を算出するために用いられる比較不感帯１１１および定常補正制御回路１１２は、周波数差分定常補正制御部に相当する。

また、周波数の差分が入力されたもう一方のリセット回路１１３は、不完全微分回路に相当し、次式の伝達関数で表すことができ、この伝達関数により差分を変換する。
Ｙ＝Ｋ・（ＴＳ／（１＋ＴＳ））・Ｘ
ここで、Ｙは出力、Ｘは差分に相当する入力、ＫとＴは定数を含む関数回路である。

次に、リセット回路１１３の出力は、比較不感帯１１４に入る。この比較不感帯１１４でも、先の比較不感帯１１１と同様に、一定の不感レベルが設定してあり、リセット回路１１３の出力がある一定の範囲内ではリセット回路１１３の出力をゼロとして出力し、一定の範囲外のときはリセット回路１１３の出力をそのまま出力する。

そして、瞬時補正制御回路１１５は、比較不感帯１１４の出力に基づいて、リセット回路１１３を経由して得られた瞬時的な差分をゼロとするような補償量として、第２の有効電力補正指令値ΔＰｒ１を得る。ここで、周波数差分に基づいて第２の有効電力補正指令値ΔＰｒ１を算出するために用いられるリセット回路１１３、比較不感帯１１４および瞬時補正制御回路１１５は、周波数差分瞬時補正制御部に相当する。

そして、最終的に、有効電力補正制御回路１１０は、定常補正制御回路１１２による第１の有効電力補正指令値ΔＰｐ１と瞬時補正制御回路１１５による第２の有効電力補正指令値ΔＰｒ１との加算から、有効電力補正指令値を得る。

次に、無効電力補正制御回路１２０について説明する。無効電力補正制御回路１２０は、まず始めに、電圧指令値に対する電圧フィードバック値の差分を算出する。この差分は、２分岐されて、比較不感帯１２１およびリセット回路１２３に入る。比較不感帯１２１は、一定の不感レベルが設定してあり、差分がある一定の範囲内では差分をゼロとして出力し、一定の範囲外のときは差分値をそのまま出力する。

そして、定常補正制御回路１２２は、比較不感帯１２１の出力に基づいて、差分を定常的にゼロとするような補償量として、第１の無効電力補正指令値ΔＱｐ１を得る。ここで、電圧差分に基づいて第１の無効電力補正指令値ΔＱｐ１を算出するために用いられる比較不感帯１２１および定常補正制御回路１２２は、電圧差分定常補正制御部に相当する。

また、電圧の差分が入力されたもう一方のリセット回路１２３は、先のリセット回路１１３と同等の伝達関数を有している。そして、リセット回路１２３の出力は、比較不感帯１２４に入る。この比較不感帯１２４でも、先の比較不感帯１２１と同様に、一定の不感レベルが設定してあり、リセット回路１２３の出力がある一定の範囲内ではリセット回路１２３の出力をゼロとして出力し、一定の範囲外のときはリセット回路１２３の出力をそのまま出力する。

そして、瞬時補正制御回路１２５は、比較不感帯１２４の出力に基づいて、リセット回路１２３を経由して得られた瞬時的な差分をゼロとするような補償量として、第２の無効電力補正指令値ΔＱｒ１を得る。ここで、電圧差分に基づいて第２の無効電力補正指令値ΔＱｒ１を算出するために用いられるリセット回路１２３、比較不感帯１２４および瞬時補正制御回路１２５は、電圧差分瞬時補正制御部に相当する。

そして、最終的に、無効電力補正制御回路１２０は、定常補正制御回路１２２による第１の無効電力補正指令値ΔＱｐ１と瞬時補正制御回路１２５による第２の無効電力補正指令値ΔＱｒ１との加算から、無効電力補正指令値を得る。

図１におけるインバータ装置１０の極性について、ここでは、系統への出力電力（バッテリ放電）をプラス、系統からの入力（バッテリ充電）をマイナスと仮定する。マイクログリッドに接続される負荷が増加すると、系統の周波数が低下し、一定の不感帯を超えた場合には、有効電力補正指令値は、プラス信号、つまり、系統にインバータ装置１０が有効電力を出力するような信号として出力される。

また、逆に、負荷が減少すると、系統の周波数が増加し、一定の不感帯を超えた場合には、有効電力補正指令値は、マイナス信号、つまり、系統に対してインバータ装置１０が有効電力を吸収するような信号として出力される。

一方、マイクログリッドに接続される負荷が増加すると、系統の電圧が低下し、一定の不感帯を超えた場合には、無効電力補正指令値は、プラス信号、つまり、系統にインバータ装置１０が無効電力を出力するような信号として出力される。

また、逆に、負荷が減少すると、系統の電圧が増加し、一定の不感帯を超えた場合には、無効電力補正指令値は、マイナス信号、つまり、系統に対してインバータ装置１０が無効電力を吸収するような信号として出力される。

インバータ装置１０の有効電力および無効電力の制御応答は、発電機２に比べて高速である。従って、インバータ装置１０は、電力品質維持制御装置１００からの電力補正指令値を用いることにより、マイクログリッド内の有効電力、無効電力の変動量を最小限に抑えることができ、その結果として、系統の周波数、電圧といった品質の安定を保つことができる。

さらに、電力品質維持制御装置１００からの電力補正指令値を用いることにより、発電機２に対する中央制御装置５からの電力指令値の幅を小さくできるため、エンジン１に対する燃料の値を均一化でき、その結果として、燃費を安くできる。さらに、負荷が急増したときの極端な周波数減による周波数低下保護リレーの動作、あるいは、最悪の場合であるエンジン停止を避けることができる。さらに、負荷が急減したときの極端なエンジン回転数増による加速動作を避けることができる

以上のように、実施の形態１によれば、周波数および電圧のフィードバック値を活用して、電力補正指令値を出力する電力品質維持制御装置を備えることにより、負荷変動に対する追従性を改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つことができる。さらに、発電機に対する電力出力変動を小さくできるため、エンジンに対する燃料変動を小さくでき、過剰な燃料消費を避けることが可能となる。

なお、上述の実施の形態１では、有効電力補正制御回路１１０および無効電力補正制御回路１２０を両方備えた電力品質維持制御装置１００について説明した。しかしながら、本発明の電力品質維持制御装置１００は、これに限定されず、有効電力補正制御回路１１０あるいは無効電力補正制御回路１２０のいずれか一方のみを備える構成でも、負荷変動に対する追従性を改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つことができる。

さらに、有効電力補正制御回路１１０は、周波数差分定常補正制御部と周波数差分瞬時補正制御部のいずれか一方のみで構成することによっても、負荷変動に対する追従性を改善する効果を得ることができる。同様に、無効電力補正制御回路１２０は、電圧差分定常補正制御部と電圧差分瞬時補正制御部のいずれか一方のみで構成することによっても、負荷変動に対する追従性を改善する効果を得ることができる。これらの種々のバリエーションについて、以下の実施の形態２〜７で詳細に説明する。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２における電力品質維持制御装置１００の構成図である。この電力品質維持制御装置１００は、有効電力補正制御回路１１０のみで構成される。さらに、この有効電力補正制御回路１１０は、比較不感帯１１１および定常補正制御回路１１２からなる周波数差分定常補正制御部のみで構成される。

このような構成を有する本実施の形態２の電力品質維持制御装置１００は、母線周波数の定常的変動に対して有効電力補正指令値を出力する。これに対して、インバータ装置１０は、この有効電力補正指令値による補償量を加味して有効電力制御ができ、結果として、マイクログリッド内の周波数を一定に保つことができる。

以上のように、実施の形態２によれば、周波数の定常変動に対する有効電力補正指令値を用いることにより、負荷変動に対する追従性を改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つことができる。さらに、電力品質維持制御装置としては、電圧検出処理が不要となり、無効電力処理が不要となるため、制御を簡略化でき、制御高速化効果とコスト低減効果を得ることができる。

実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３における電力品質維持制御装置１００の構成図である。
この電力品質維持制御装置１００は、有効電力補正制御回路１１０のみで構成される。さらに、この有効電力補正制御回路１１０は、リセット回路１１３、比較不感帯１１４および瞬時補正制御回路１１５からなる周波数差分瞬時補正制御部のみで構成される。

このような構成を有する本実施の形態３の電力品質維持制御装置１００は、母線周波数の定常的な変動には追従せず、急峻な周波数変動に対して有効電力補正指令値を出力する。これに対して、インバータ装置１０は、この有効電力補正指令値による補償量を加味して有効電力制御ができ、結果として、マイクログリッド内の周波数を一定に保つことができる。

以上のように、実施の形態３によれば、周波数の瞬時変動に対する有効電力補正指令値を用いることにより、負荷変動に対する追従性を改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つことができる。さらに、電力品質維持制御装置としては、電圧検出処理が不要となり、無効電力処理が不要となるため、制御を簡略化でき、制御高速化効果とコスト低減効果を得ることができる。

実施の形態４．
図５は、本発明の実施の形態４における電力品質維持制御装置１００の構成図である。この電力品質維持制御装置１００は、有効電力補正制御回路１１０のみで構成される。さらに、この有効電力補正制御回路１１０は、比較不感帯１１１および定常補正制御回路１１２からなる周波数差分定常補正制御部と、リセット回路１１３、比較不感帯１１４および瞬時補正制御回路１１５からなる周波数差分瞬時補正制御部とで構成される。すなわち、本実施の形態４における電力品質維持制御装置１００は、実施の形態２および３を組み合わせた構成を有している。

このような構成を有する本実施の形態４の電力品質維持制御装置１００は、母線周波数の定常的な変動および急峻な変動の両方に対して有効電力補正指令値を出力する。これに対して、インバータ装置１０は、この有効電力補正指令値による補償量を加味して有効電力制御ができ、結果として、マイクログリッド内の周波数を一定に保つことができる。

以上のように、実施の形態４によれば、周波数の定常変動および瞬時変動に対する有効電力補正指令値を用いることにより、負荷変動に対する追従性を改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つことができる。さらに、電力品質維持制御装置としては、電圧検出処理が不要となり、無効電力処理が不要となるため、制御を簡略化でき、制御高速化効果とコスト低減効果を得ることができる。

実施の形態５．
図６は、本発明の実施の形態５における電力品質維持制御装置１００の構成図である。この電力品質維持制御装置１００は、無効電力補正制御回路１２０のみで構成される。さらに、この無効電力補正制御回路１２０は、比較不感帯１２１および定常補正制御回路１２２からなる電圧差分定常補正制御部のみで構成される。

このような構成を有する本実施の形態５の電力品質維持制御装置１００は、母線電圧の定常的変動に対して無効電力補正指令値を出力する。これに対して、インバータ装置１０は、この無効電力補正指令値による補償量を加味して無効電力制御ができ、結果として、マイクログリッド内の電圧を一定に保つことができる。

以上のように、実施の形態５によれば、電圧の定常変動に対する無効電力補正指令値を用いることにより、負荷変動に対する追従性を改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つことができる。さらに、電力品質維持制御装置としては、周波数検出処理が不要となり、有効電力処理が不要となるため、制御を簡略化でき、制御高速化効果とコスト低減効果を得ることができる。

実施の形態６．
図７は、本発明の実施の形態６における電力品質維持制御装置１００の構成図である。
この電力品質維持制御装置１００は、無効電力補正制御回路１２０のみで構成される。さらに、この無効電力補正制御回路１２０は、リセット回路１２３、比較不感帯１２４および瞬時補正制御回路１２５からなる電圧差分瞬時補正制御部のみで構成される。

このような構成を有する本実施の形態６の電力品質維持制御装置１００は、母線電圧の定常的な変動には追従せず、急峻な電圧変動に対して無効電力補正指令値を出力する。これに対して、インバータ装置１０は、この無効電力補正指令値による補償量を加味して無効電力制御ができ、結果として、マイクログリッド内の電圧を一定に保つことができる。

以上のように、実施の形態６によれば、電圧の瞬時変動に対する無効電力補正指令値を用いることにより、負荷変動に対する追従性を改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つことができる。さらに、電力品質維持制御装置としては、周波数検出処理が不要となり、有効電力処理が不要となるため、制御を簡略化でき、制御高速化効果とコスト低減効果を得ることができる。

実施の形態７．
図８は、本発明の実施の形態７における電力品質維持制御装置１００の構成図である。この電力品質維持制御装置１００は、無効電力補正制御回路１２０のみで構成される。さらに、この無効電力補正制御回路１２０は、比較不感帯１２１および定常補正制御回路１２２からなる電圧差分定常補正制御部と、リセット回路１２３、比較不感帯１２４および瞬時補正制御回路１２５からなる電圧差分瞬時補正制御部とで構成される。すなわち、本実施の形態７における電力品質維持制御装置１００は、実施の形態５および６を組み合わせた構成を有している。

このような構成を有する本実施の形態７の電力品質維持制御装置１００は、母線電圧の定常的な変動および急峻な変動の両方に対して無効電力補正指令値を出力する。これに対して、インバータ装置１０は、この無効電力補正指令値による補償量を加味して無効電力制御ができ、結果として、マイクログリッド内の電圧を一定に保つことができる。

以上のように、実施の形態７によれば、電圧の定常変動および瞬時変動に対する無効電力補正指令値を用いることにより、負荷変動に対する追従性を改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つことができる。さらに、電力品質維持制御装置としては、周波数検出処理が不要となり、有効電力処理が不要となるため、制御を簡略化でき、制御高速化効果とコスト低減効果を得ることができる。

実施の形態８．
図９は、本発明の実施の形態８における電力品質維持制御装置１００の構成図である。この電力品質維持制御装置１００は、有効電力補正制御回路１１０および無効電力補正制御回路１２０で構成される。

この有効電力補正制御回路１１０は、比較不感帯１１１、定常補正制御回路１１２、リセット回路１１３、比較不感帯１１４、瞬時補正制御回路１１５、リセット回路１１６、比較不感帯１１７、および瞬時補正制御回路１１８で構成される。一方、無効電力補正制御回路１２０は、比較不感帯１２１、定常補正制御回路１２２、リセット回路１２３、比較不感帯１２４および瞬時補正制御回路１２５で構成される。

すなわち、本実施の形態８における電力品質維持制御装置１００は、電圧の瞬時変動を有効電力補正指令値に反映させるために、リセット回路１１６、比較不感帯１１７、および瞬時補正制御回路１１８からなる追加補正制御部をさらに備えている点が、図２に示した実施の形態１における電力品質維持制御装置１００と異なっている。

発電機２の内部インピーダンスは、商用に比べて大きく、負荷の急増において、電圧も低下する。負荷変動による電圧の変化は、周波数より早く現象として発生する。従って、周波数変化から得た有効電力補正指令値に対して、さらに電圧変化から得た有効電力補正指令値を加味することにより、さらなる電力品質の向上を図ることができる。

具体的には、リセット回路１１６、比較不感帯１１７、および瞬時補正制御回路１１８からなる追加補正制御部により、電圧差分に基づく第３の有効電力補正指令値ΔＰｖを算出し、電圧の低下を検出することにより有効電力補正指令値をプラス方向に追加することになる。そして、最終的に、有効電力補正制御回路１１０は、定常補正制御回路１１２による第１の有効電力補正指令値ΔＰｐ１と瞬時補正制御回路１１５による第２の有効電力補正指令値ΔＰｒ１と瞬時補正制御回路１１８による第３の有効電力補正指令値ΔＰｖとの加算から、有効電力補正指令値を得る。

以上のように、実施の形態８によれば、周波数の定常変動および瞬時変動に対する有効電力補正指令値と、電圧の瞬時変動に対する有効電力補正指令値とを加算した新たな有効電力補正指令値を用いることにより、負荷変動に対する追従性をさらに改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つことができる。

なお、実施の形態８においては、有効電力補正制御回路１１０と無効電力補正制御回路１２０とをともに用いた場合を説明したが、電圧の瞬時変化に対応できる有効電力補正制御回路１１０のみの構成を用いても、負荷変動に対する追従性を改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つことができる。

さらに、有効電力補正指令値としては、第１の有効電力補正指令値ΔＰｐ１と第３の有効電力補正指令値ΔＰｖとの加算により求める、あるいは、第２の有効電力補正指令値ΔＰｒ１と第３の有効電力補正指令値ΔＰｖとの加算により求めることも可能であり、この場合にも、負荷変動に対する追従性を改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つことができる。

実施の形態９．
図１０は、本発明の実施の形態９における電力品質維持制御装置を含むマイクログリッドの全体構成図である。実施の形態１における図１の全体構成図と比較すると、図１０は、分散電源３を含んでいない点が異なる。

本発明の電力品質維持制御装置１００は、上述したように、母線６の周波数と電圧を検出して電力補正指令値を算出している。ここで、図１０に示すような、自然エネルギーを利用した太陽光発電装置や風力発電装置等の分散電源３がないマイクログリッドにおいては、母線６の変動は、さらに小さくなる方向となる。このように、自然エネルギーを有しないマイクログリッドにおいても、電力品質維持制御装置１００を用いることにより、系統電圧と周波数の安定化を図る効果が得られる。

以上のように、実施の形態９によれば、分散電源を有しない系統に対しても、本発明の電力品質維持制御装置を適用することができ、負荷変動に対する追従性を改善し、マイクログリッド系統内の電力品質を一定に保つ効果が得られる。

実施の形態１０．
図１１は、本発明の実施の形態１０における電力品質維持制御装置を含むマイクログリッドの全体構成図である。実施の形態１における図１の全体構成図と比較すると、図１０は、インバータ装置１０内に交流電流センサ１２、交流電圧センサ１３、および演算回路１４を含んでいない点が異なる。

インバータ装置１０の制御バリエーションとしては、有効電力および無効電力のフィードバック制御を行うものと行わないものがある。そして、フィードバック制御を行う構成のインバータ装置１０が図１に示したものに相当し、フィードバック制御を行わない構成のインバータ装置１０が図１０に示したものに相当する。図１０のインバータ装置１０は、有効電力指令値と無効電力指令値に基づき有効電力と無効電力を母線６に出すものである。

本発明の電力品質維持制御装置１００は、上述したように、母線６の周波数と電圧を検出して電力補正指令値を算出している。ここで、図１０に示すような、フィードバック制御を行わないインバータ装置１０を有するマイクログリッドにおいても、電力品質維持制御装置１００を用いることにより、系統電圧と周波数の安定化を図る効果が得られる。

以上のように、実施の形態１０によれば、有効電力および無効電力のフィードバック制御を行わない安価なインバータ装置を利用しても、系統電圧と周波数の安定化を図る効果が得られる。

なお、上述の実施の形態においては、負荷、発電機およびエンジンが１組の場合について説明したが、２組以上の場合でも同様の効果が得られることは言うまでもない。また、インバータ装置の直流側に設けられている蓄電装置として、スーパーキャパシタあるいは蓄電池を使用した場合について説明したが、複数個のキャパシタ（ケミコン）や蓄電池を使用してもよいことは言うまでもない。

本発明の実施の形態１における電力品質維持制御装置を含むマイクログリッドの全体構成図である。 本発明の実施の形態１における電力品質維持制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態２における電力品質維持制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態３における電力品質維持制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態４における電力品質維持制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態５における電力品質維持制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態６における電力品質維持制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態７における電力品質維持制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態８における電力品質維持制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態９における電力品質維持制御装置を含むマイクログリッドの全体構成図である。 本発明の実施の形態１０における電力品質維持制御装置を含むマイクログリッドの全体構成図である。

符号の説明

１ エンジン、２ 発電機、３ 分散電源、４ 負荷、５ 中央制御装置、６ 母線、７ 蓄電池、１０ インバータ装置、１１ インバータ回路、１２ 交流電流センサ、１３ 交流電圧センサ、１４ 演算回路、１５ 有効電力制御回路、１６ 無効電力制御回路、１００ 電力品質維持制御装置、１１０ 有効電力補正制御回路、１１１ 比較不感帯、１１２ 定常補正制御回路、１１３ リセット回路、１１４ 比較不感帯、１１５ 瞬時補正制御回路、１１６ リセット回路、１１７ 比較不感帯、１１８ 瞬時補正制御回路、１２０ 無効電力補正制御回路、１２１ 比較不感帯、１２２ 定常補正制御回路、１２３ リセット回路、１２４ 比較不感帯、１２５ 瞬時補正制御回路。

Claims (6)

1. 発電機と、
   自然エネルギーを利用した分散電源と、
   系統内の有効・無効電力を平滑化するための直流電力貯蔵用のエネルギー蓄積要素を有し、系統内の電力需給に応じて中央制御装置から与えられる有効電力指令値および無効電力指令値に基づいて有効電力・無効電力を発生あるいは吸収させるインバータ装置と
   を有するマイクログリッドに適用される電力品質維持制御装置であって、
   前記インバータ装置が前記中央制御装置から与えられる前記有効電力指令値および前記無効電力指令値を補正するために、系統の電圧および周波数を電圧フィードバック値および周波数フィードバック値として読み込み、前記周波数フィードバック値が所定値となるように有効電力補正指令値を算出するとともに、前記電圧フィードバック値が所定値となるように無効電力補正指令値を算出して前記インバータ装置に対して出力する電力補正制御回路を備え、
   前記電力補正制御回路は、前記インバータ装置が前記中央制御装置から与えられる前記有効電力指令値を補正するために、系統の周波数を周波数フィードバック値として読み込み、前記周波数フィードバック値が所定の周波数指令値となるように有効電力補正指令値を算出する有効電力補正制御回路を備え、
   前記有効電力補正制御回路は、
   前記周波数指令値と前記周波数フィードバック値との差分である周波数差分に基づいて、前記周波数差分の定常値がゼロとなるように第１の有効電力補正指令値を算出する周波数差分定常補正制御部と、
   前記周波数指令値と前記周波数フィードバック値との差分である周波数差分に基づいて、前記周波数差分の瞬時値がゼロとなるように第２の有効電力補正指令値を算出する周波数差分瞬時補正制御部と、
   系統の電圧を電圧フィードバック値としてさらに読み込み、前記電圧フィードバック値が所定の電圧指令値となるように、前記電圧指令値と前記電圧フィードバック値との差分である電圧差分に基づいて、前記電圧差分の瞬時値がゼロとなるように第３の有効電力補正指令値を算出する追加補正制御部と
   を備えることを特徴とする電力品質維持制御装置。
2. 発電機と、
   自然エネルギーを利用した分散電源と、
   系統内の有効・無効電力を平滑化するための直流電力貯蔵用のエネルギー蓄積要素を有し、系統内の電力需給に応じて中央制御装置から与えられる有効電力指令値および無効電力指令値に基づいて有効電力・無効電力を発生あるいは吸収させるインバータ装置と
   を有するマイクログリッドに適用される電力品質維持制御装置であって、
   前記インバータ装置が前記中央制御装置から与えられる前記有効電力指令値および前記無効電力指令値を補正するために、系統の電圧および周波数を電圧フィードバック値および周波数フィードバック値として読み込み、前記周波数フィードバック値が所定値となるように有効電力補正指令値を算出するとともに、前記電圧フィードバック値が所定値となるように無効電力補正指令値を算出して前記インバータ装置に対して出力する電力補正制御回路を備え、
   前記電力補正制御回路は、前記インバータ装置が前記中央制御装置から与えられる前記有効電力指令値を補正するために、系統の周波数を周波数フィードバック値として読み込み、前記周波数フィードバック値が所定の周波数指令値となるように有効電力補正指令値を算出する有効電力補正制御回路を備え、
   前記有効電力補正制御回路は、
   前記周波数指令値と前記周波数フィードバック値との差分である周波数差分に基づいて、前記周波数差分の定常値がゼロとなるように第１の有効電力補正指令値を算出する周波数差分定常補正制御部と、
   系統の電圧を電圧フィードバック値としてさらに読み込み、前記電圧フィードバック値が所定の電圧指令値となるように、前記電圧指令値と前記電圧フィードバック値との差分である電圧差分に基づいて、前記電圧差分の瞬時値がゼロとなるように第３の有効電力補正指令値を算出する追加補正制御部と
   を備えることを特徴とする電力品質維持制御装置。
3. 発電機と、
   自然エネルギーを利用した分散電源と、
   系統内の有効・無効電力を平滑化するための直流電力貯蔵用のエネルギー蓄積要素を有し、系統内の電力需給に応じて中央制御装置から与えられる有効電力指令値および無効電力指令値に基づいて有効電力・無効電力を発生あるいは吸収させるインバータ装置と
   を有するマイクログリッドに適用される電力品質維持制御装置であって、
   前記インバータ装置が前記中央制御装置から与えられる前記有効電力指令値および前記無効電力指令値を補正するために、系統の電圧および周波数を電圧フィードバック値および周波数フィードバック値として読み込み、前記周波数フィードバック値が所定値となるように有効電力補正指令値を算出するとともに、前記電圧フィードバック値が所定値となるように無効電力補正指令値を算出して前記インバータ装置に対して出力する電力補正制御回路を備え、
   前記電力補正制御回路は、前記インバータ装置が前記中央制御装置から与えられる前記有効電力指令値を補正するために、系統の周波数を周波数フィードバック値として読み込み、前記周波数フィードバック値が所定の周波数指令値となるように有効電力補正指令値を算出する有効電力補正制御回路を備え、
   前記有効電力補正制御回路は、
   前記周波数指令値と前記周波数フィードバック値との差分である周波数差分に基づいて、前記周波数差分の瞬時値がゼロとなるように第２の有効電力補正指令値を算出する周波数差分瞬時補正制御部と、
   系統の電圧を電圧フィードバック値としてさらに読み込み、前記電圧フィードバック値が所定の電圧指令値となるように、前記電圧指令値と前記電圧フィードバック値との差分である電圧差分に基づいて、前記電圧差分の瞬時値がゼロとなるように第３の有効電力補正指令値を算出する追加補正制御部と
   を備えることを特徴とする電力品質維持制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電力品質維持制御装置において、
   前記電力補正制御回路は、前記インバータ装置が前記中央制御装置から与えられる前記無効電力指令値を補正するために、系統の電圧を電圧フィードバック値として読み込み、前記電圧フィードバック値が所定の電圧指令値となるように無効電力補正指令値を算出する無効電力補正制御回路を備えることを特徴とする電力品質維持制御装置。
5. 請求項４に記載の電力品質維持制御装置において、
   前記無効電力補正制御回路は、前記電圧指令値と前記電圧フィードバック値との差分である電圧差分に基づいて、前記電圧差分の定常値がゼロとなるように第１の無効電力補正指令値を算出する電圧差分定常補正制御部を備えることを特徴とする電力品質維持制御装置。
6. 請求項４または５に記載の電力品質維持制御装置において、
   前記無効電力補正制御回路は、前記電圧指令値と前記電圧フィードバック値との差分である電圧差分に基づいて、前記電圧差分の瞬時値がゼロとなるように第２の無効電力補正指令値を算出する電圧差分瞬時補正制御部を備えることを特徴とする電力品質維持制御装置。

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