JP4694614B2 - 電力系統安定化システム - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1に係わる電力系統安定化システムを備える電力系統の構成図である。
この発明の実施の形態1に係わる電力系統安定化システム1は、化石燃料を燃焼して発電する回転型発電機2と自然エネルギー発電として風力発電設備3および太陽光発電設備4とが接続されている地域エネルギー供給システムの電力系統5の電力品質の維持安定化を図る。この電力系統5には需要家6が接続され、電力は電力会社から供給されていない小規模な系統である。なお、地域エネルギー供給システムには、他に温水も供給されている。
回転型発電機2は、電力系統5内の電力需給バランスが維持できていれば、一定周波数で発電する。もし、需給バランスが崩れて供給過剰になれば、回転型発電機2の特性上、周波数が自然と上昇し、逆に供給不足になれば自然と周波数が低下する。
そこで、電力系統5における需給のバランスは、一般的には系統周波数を考慮することにより判断することができる。そして、電力系統の基準周波数をF0Hzとすると、系統周波数FCHzが基準周波数F0を超えているときには供給が需要を超えていることを意味し、系統周波数FCが基準周波数F0未満のときには需要が供給を超えていることを意味する。
系統周波数測定器10は、このように電力の需給アンバランスによって自然に変動する系統周波数FCを測定し、給湯制御器12に送信する。
逆に、貯湯量が貯湯率下限未満のときには不感帯領域を低周波数側に移動し、且つアップ側制御遅れ時間TUPを短くしダウン側制御遅れ時間TDNを長くする。
供給過剰のときには、系統周波数FCと不感帯上限Fd1との差分に所定の係数k1を乗算して得られる消費電力の増減値ΔPだけ消費電力を増やす。
逆に、供給不足のときには、系統周波数FCと不感帯下限Fd2との差分に所定の係数k1を乗算して得られる消費電力の増減値ΔPだけ消費電力を減少する。
なお、系統周波数FCが不感帯領域内、または一時的に不感帯領域を逸脱したときには電気式給湯器11の消費電力をそのままとする。給湯制御器12は、CPU、ROM、RAM、インターフェース回路を有すコンピュータから構成されている。
電気式給湯器11は、給湯制御器12からの運転指令を受け、消費電力を増減すべく起動、停止または運転負荷率などの条件を変更して運転状態を変える。
次に、この実施の形態1に係わる電力系統安定化システム1の動作について図2を参照して説明する。
この運転指令決定ルーチンは、電力系統安定化システム1が稼動しているときには周期的に起動される。
ステップS101において、電気式給湯器11の貯湯量から貯湯率(湯が空の場合は0〜満蓄の場合は1)を算出する。
ステップS102において、貯湯率が貯湯率上限を超えている場合はステップS103に進み、貯湯率が貯湯率上限以下の場合はステップS104に進む。
ステップS103において、湯が優先的に沸かないように、不感帯上限と不感帯下限とを共に上げると共に、消費電力を増加するまでのアップ用遅れ時間を拡張し、ダウン用遅れ時間を短縮してステップS106に進む。
ステップS104において、貯湯率が貯湯率下限未満の場合はステップS105に進み、貯湯率が貯湯率下限以上の場合はステップS106に進む。
ステップS105において、電気式給湯器11が優先的に湯を沸かすように、不感帯上限と不感帯下限とを共に下げると共に、消費電力を増加するまでのアップ用遅れ時間を短縮し、ダウン用遅れ時間を拡張してステップS106に進む。
ステップS106において、系統周波数を測定してステップS107に進む。
ステップS107において、周波数が不感帯上限を超えているか否かを判断し、周波数が不感帯上限を超えているときにはステップS108に進み、周波数が不感帯上限以下のときには運転指令決定ルーチンを終了する。
ステップS108において、周波数が不感帯上限を超えている時間がアップ用遅れ時間を超えて継続しているか否かを判断し、継続しているときにはステップS109に進み、継続していないときにはステップS110に進む。
ステップS109において、電気式給湯器11の消費電力を増やして運転指令決定ルーチンを終了する。
ステップS110において、周波数が不感帯下限未満か否かを判断し、周波数が不感帯下限未満のときにはステップS111に進み、周波数が不感帯下限以上のときには運転指令決定ルーチンを終了する。
ステップS111において、周波数が不感帯下限未満の時間がダウン用遅れ時間を超えて継続しているか否かを判断し、継続しているときにはステップS112に進み、継続していないときには運転指令決定ルーチンを終了する。
ステップS112において、電気式給湯器11の消費電力を減少して運転指令決定ルーチンを終了する。
ここまでの説明では電力系統5に1つの電力系統安定化システム1が備えられる場合について説明してきたが、これ以降の説明では複数の電力系統安定化システム1が備えられる電力系統5に対する電力系統安定化について説明する。
各需要家6での湯の使用時間や使用量が異なっているので、図4に示すように、各電力系統安定化システム1の不感帯領域は異なっている。電気式給湯器11aの貯湯率が高いので、不感帯領域が高周波数側に位置しており、電気式給湯器11bの貯湯率が低いので、不感帯領域が低周波数側に位置している。また、電気式給湯器11cの貯湯率が1なので不感帯領域が高周波数側一杯に位置している。
なお、実施の形態1において、回転型発電機2は電力系統の系統周波数に従って発電しているが、図5に示すように、近い将来に電力供給不足が発生する、または発電単価の高い発電が必要になるなどの可能性ある場合は意図的に発電周波数を小さくして系統周波数を下げ、逆に、電力過剰供給が発生する、または低負荷により発電効率が低下するなどの可能性がある場合、意図的に発電周波数を大きくして系統周波数を大きくする。
このように回転型発電機2が将来の状況を予測して系統周波数を変化することにより、現時点だけではなく、数分後以降の電力系統も安定化することができる。
また、電気式給湯設備が消費する電力負荷を、周波数や電力価格の変動を通じて間接的に制御できるため、安価である自然エネルギー発電中に電力負荷を増やすなど、電力系統内の全体的な発電効率を向上できる効果がある。
図6は、この発明の実施の形態2に係わる電力系統安定化システムを備える電力系統の構成図である。
この発明の実施の形態2に係わる電力系統安定化システム1Bは、図6に示すように、実施の形態1に係わる電力系統安定化システム1に制御センター7を追加し、給湯制御器12Bが異なっており、それ以外は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
制御センター7は、回転型発電機2、風力発電設備3および太陽光発電設備4の発電状況に関するデータを取得してリアルタイムに現時点における電力系統5の電力価格を算出し、給湯制御器12に通知する。
また、制御センター7は、現時点の電力価格に対して近い将来電力供給不足が発生する、または発電単価の高い発電が必要になるなどの可能性ある場合は電力価格を上げ、逆の場合は電力価格を下げて、それを給湯制御器12Bに通知する。
制御センター7と各発電設備および給湯制御器12Bとの間が通信線8により接続されている。
また、給湯制御器12Bには、電力価格上限と電力価格下限とが予め定められ、制御センター7から得られる電力価格が電力価格上限を超えているときには給湯に用いる電力価格が高くなるのでできるだけ湯を沸かすことを減らし、逆に、制御センター7から得られる電力価格が電力価格下限未満のときには給湯に用いる電力価格が安くなるのでできるだけ湯を沸かすことを増やす。
次に、この実施の形態2に係わる電力系統安定化システム1Bの動作について図7を参照して説明する。なお、図7のステップS307〜S311の手順は、図2のステップS107〜S111の手順と同様であるので、説明は省略し、異なるステップS301〜S305の手順について説明する。
この運転指令決定ルーチンは、電力系統安定化システム1Bが稼動しているときには周期的に起動される。
ステップS301において、制御センター7からの電力価格を受信する。
ステップS302において、電力価格が電力価格上限を超えている場合はステップS303に進み、電力価格が電力価格上限以下の場合はステップS304に進む。
ステップS303において、湯が優先的に沸かないように、不感帯上限と不感帯下限とを共に上げると共に、消費電力を増加するまでのアップ用遅れ時間を拡張し、ダウン用遅れ時間を短縮してステップS306に進む。
ステップS304において、電力価格が電力価格下限未満の場合はステップS305に進み、電力価格が電力価格下限以上の場合はステップS306に進む。
ステップS305において、電気式給湯器11が優先的に湯を沸かすように、不感帯上限と不感帯下限とを共に下げると共に、消費電力を増加するまでのアップ用遅れ時間を短縮し、ダウン用遅れ時間を拡張してステップS306に進む。
また、電力価格が予測され、それに基づいて電気式給湯器11に貯湯される量が制御されるので、地域内の需給バランスを維持することができる。
図8は、この発明の実施の形態3に係わる電力系統安定化システムが備えられる電力配電系統の構成図である。
上述の実施の形態1および2においては、電力系統の需給のバランスに依存して変化する系統周波数に基づいて電気式給湯器11での消費電力を増減することにより需給のアンバランスを回復することについて説明したが、以下に説明する実施の形態3に係わる電力系統安定化システム1Cは需要家6の受電点における電圧を維持することが課題である。
実施の形態3に係わる系統電圧測定器14は、需要家6の受電点での系統電圧を計測し給湯制御器12Cに送信する。
実施の形態3に係わる給湯制御器12Cは、系統電圧に基づいて電気式給湯器11の消費電力を制御して系統電圧が基準電圧に一致するようにする。
Claims (3)
- 回転型発電機により発電される電力が供給される電力系統を安定化する電力系統安定化システムにおいて、
上記電力系統から電力を受電して湯を沸かす電気式給湯器と、
上記電力系統の系統周波数を測定する系統周波数測定器と、
上記系統周波数が基準周波数を超えているときには上記電気式給湯器の消費電力を増加し、逆に上記系統周波数が基準周波数未満のときには上記電気式給湯器の消費電力を減少させる給湯制御器と、を備え、
上記給湯制御器は、
不感帯上限と不感帯下限とにより規定される不感帯領域が予め設定され、
上記系統周波数が上記不感帯上限を超えているときには上記系統周波数の上記不感帯上限からの逸脱量に比例した量だけ消費電力を増加し、上記系統周波数が上記不感帯下限未満のときには上記系統周波数の上記不感帯下限からの逸脱量に比例した量だけ消費電力を減少し、
また、上記給湯制御器は、
上記系統周波数が最初に上記不感帯領域を逸脱した時点から上記電気式給湯器の消費電力の増加または減少を開始する時点を遅らせるアップ用制御遅れ時間またはダウン用制御遅れ時間が予め設定され、
上記系統周波数が上記不感帯上限を超えた時点からアップ用制御遅れ時間に亘って継続して超えた時点で上記電気式給湯器の消費電力を増加し、
上記系統周波数が上記不感帯下限未満になった時点からダウン用制御遅れ時間に亘って継続して満たさない時点で上記電気式給湯器の消費電力を減少し、
さらに、上記給湯制御器は、
上記電気式給湯器の貯湯率に関する貯湯率上限と貯湯率下限とが予め設定され、
上記貯湯率が上記超湯率上限を超えているときには上記不感帯領域を高周波数側に移動するとともに上記アップ用制御遅れ時間を拡張および上記ダウン用制御遅れ時間を短縮し、
上記貯湯率が上記超湯率下限未満のときには上記不感帯領域を低周波数側に移動するとともに上記アップ用制御遅れ時間を短縮および上記ダウン用制御遅れ時間を拡張することを特徴とする電力系統安定化システム。 - 回転型発電機により発電される電力が供給される電力系統を安定化する電力系統安定化システムにおいて、
上記電力系統から電力を受電して湯を沸かす電気式給湯器と、
上記電力系統の系統周波数を測定する系統周波数測定器と、
上記系統周波数が基準周波数を超えているときには上記電気式給湯器の消費電力を増加し、逆に上記系統周波数が基準周波数未満のときには上記電気式給湯器の消費電力を減少させる給湯制御器と、
上記電力系統の電力価格を算出し、上記給湯制御器に送信する制御センターと、を備え、
上記給湯制御器は、
不感帯上限と不感帯下限とにより規定される不感帯領域が予め設定され、
上記系統周波数が上記不感帯上限を超えているときには上記系統周波数の上記不感帯上限からの逸脱量に比例した量だけ消費電力を増加し、上記系統周波数が上記不感帯下限未満のときには上記系統周波数の上記不感帯下限からの逸脱量に比例した量だけ消費電力を減少し、
また、上記給湯制御器は、
上記系統周波数が最初に上記不感帯領域を逸脱した時点から上記電気式給湯器の消費電力の増加または減少を開始する時点を遅らせるアップ用制御遅れ時間またはダウン用制御遅れ時間が予め設定され、
上記系統周波数が上記不感帯上限を超えた時点からアップ用制御遅れ時間に亘って継続して超えた時点で上記電気式給湯器の消費電力を増加し、
上記系統周波数が上記不感帯下限未満になった時点からダウン用制御遅れ時間に亘って継続して満たさない時点で上記電気式給湯器の消費電力を減少し、
さらに、上記給湯制御器は、
上記電力価格に関する電力価格上限と電力価格下限とが予め設定され、
上記電力価格が上記電力価格上限を超えているときには上記不感帯領域を高周波数側に移動するとともに上記アップ用制御遅れ時間を拡張および上記ダウン用制御遅れ時間を短縮し、
上記電力価格が上記電力価格下限未満のときには上記不感帯領域を低周波数側に移動するとともに上記アップ用制御遅れ時間を短縮および上記ダウン用制御遅れ時間を拡張することを特徴とする電力系統安定化システム。 - 上記制御センターは、供給が過剰になると予測するときには電力価格を安くし、供給が不足になると予測するときには電力価格を高くすることを特徴とする請求項2に記載する電力系統安定化システム。
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