JP4968105B2 - 分散型電源 - Google Patents
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Description
分散型電源とは、その発電形態、規模、設置者を問わず、需要場所の近くに設置される発電設備のことを指す。例えば、自然エネルギーを利用した太陽光発電設備、風力発電設備などや、燃料を利用したエンジン発電システムやガスタービン発電システム、燃料電池、廃棄物発電設備、バイオマス発電設備などが挙げられる。また、これらのみならず、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池(NAS電池)、フライホイール、超電導エネルギー貯蔵装置(SMES)などの電力やエネルギーを貯蔵し放出するものなども分散型電源の概念に含まれる。
なお、分散型電源に関する系統点電圧の制御技術の1つとして、例えば下記特許文献1がある。
電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン(資源エネルギー庁)
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る配電設備の系統図である。本第1実施形態は、自らが出力する有効電力PGを定常的に制御し得ないタイプの分散型電源PW1を具備する配電設備に関する。
本配電設備では、上記分散型電源PW1と既存の配電系統とが連係して電力を負荷Lに供給する。分散型電源PW1と既存の配電系統との連系点における連系点電圧Vは、一般的には分散型電源PW1から出力される有効電力PGに依存して変動することになるが、本配電設備の分散型電源PW1は、自らが連系点に出力する有効電力PGに起因する連系点電圧Vの変動を抑制するように無効電力QGを設定して連系点に出力する。
また、有効電力PGおよび無効電力QGを、系統インピーダンスZを推定するのに必要最小限の短時間の間、瞬間的に変動させることによっても系統インピーダンスZを推定することができる。このように無効電力のみ、あるいは有効電力および無効電力を瞬間的に変動させる系統インピーダンスZの推定手法を本明細書では瞬時変動法という。
(1)上記第1実施形態では、系統インピーダンスZの抵抗分Rとリアクタンス分Xとの比R/Xが下限値RBXLと上限値RBXHとの間にある場合は、比R/Xの変化に対して無効電力QGを関係式(10)に基づいて直線的に変化させ、比R/Xが上限値RBXHを越える場合及び下限値RBXLを下回る場合は、無効電力QGを一定力率に相当するものに固定しているが、比R/Xが上限値RBXHを越える場合、下限値RBXLを下回る場合とも、比R/Xの変化に対して無効電力QGを関係式(10)に基づいて直線的に変化させてもよい。また、比R/Xが上限値RBXHを越える場合または下限値RBXLを下回る場合のみ、無効電力QGを一定力率に相当するものに固定してもよい。
この図に示すように、最適出力電力演算部4は、規定時刻になると(ステップS1)、直流電源9の出力変動に応じてランダムに変動する有効電力PGと連系点電圧Vとを検出電力演算部3から時系列的に順次取得し(ステップS2)、有効電力PGの時系列データをFFT(Fast Fourier Transform)処理することによって該時系列データの最大周波数成分PG(ω0)を抽出する(ステップS3)。
まず、分散型電源PW11、PW12及びPW13が連立方程式(2)〜(4)を解くことにより系統インピーダンスZを推定する場合、各分散型電源は負荷L1、L2及びL3が変動することなく一定とみなせる短期間の3つの時刻について無効電力QGを意図的に変動させ、連系点1、2及び3での電圧変動ΔVを検出することになる。このような動作が同時に行われると、各連系点電圧Vの電圧変動ΔVの値は、各分散型電源が出力する無効電力QGに起因する電圧変動が重畳することになり、各連系点からみた系統インピーダンスZの推定値に誤差が生じることになる。
このような系統インピーダンスZの推定方法によれば、インピーダンス推定に起因する分散型電源PW11、PW12及びPW13の相互干渉を回避することができる。
なお、「比較的近い地点」とは、同一地点ではないが、系統インピーダンスの差が無視できる程度に近い地点を意味する。よって、一方のインピーダンス推定値を他方のインピーダンスと同じと見なして扱うことができるため、別々にインピーダンス推定を行う必要がない。
なお、「違う地点」とは、例えば、系統インピーダンスの差が、インピーダンス推定の際の推定誤差の範囲を逸脱するような、系統インピーダンスの差が無視できない程度に離れた地点を意味する。よって、一方のインピーダンス推定値を他方のインピーダンスと同じと見なして扱うことをせず、別々にインピーダンス推定を行う必要がある。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
上記第1実施形態で説明した無効電力制御手法は、推定した系統インピーダンスZの抵抗分Rとリアクタンス分Xとの比R/Xに基づいて最適な出力無効電力QGを設定するものであった。つまり、第1実施形態の無効電力制御手法は、系統インピーダンスZの抵抗分Rとリアクタンス分Xとの比R/Xに依存して出力無効電力QGが定まるものであり、系統インピーダンスZが変動しない限り連系点電圧の変動に対しては固定出力となる(連系点電圧の変動に対応できない)。
本第2実施形態は、このような事情に鑑みて提案されたものであり、系統インピーダンスZの変動及び連系点電圧Vの変動に対応して、連系点電圧Vの変動を抑制するための最適な無効電力QGを設定する無効電力制御手法に関するものである。
連系点電圧Vが下限値VLと上限値VHとの間にある場合は、連系点電圧Vの変化に対して無効電力QGVを関係式(16)に基づいて直線的に変化させているが、関係式(15)以外の式(例えば2次関数、階段状関数)によって、連系点電圧Vが大きいほど有効電力PGに対する連系点電圧下げ方向の無効電力QGVの割合が大きくなるように演算し、各無効電力に対する重み付け係数K1、K2、K3(ただし、K1+K2+K3=1)からなる関係式(17)を基に最適な無効電力QGを設定するようにしてもよい。
続いて、本発明の追加実施形態について説明する。
本追加実施形態は、上述した各実施形態における系統インピーダンスZの推定機能と当該機能によって得られた系統インピーダンスZの推定値に基づく連系点電圧Vの変動抑制機能とを別体の装置(インピーダンス推定装置及び系統インピーダンスZの推定機能を持たない分散型電源)として構成し、両装置を有線通信によって連携させることにより、上述した各実施形態における分散型電源と同一の機能を実現するものである。
なお、この図8では、図1に示した分散型電源PW1と同一の構成要素には同一符号を付している。
また、配電系統電圧の周波数スペクトルを観測し、系統内に存在しない周波数成分で無効電力QG及び/または有効電力PGを変動させて系統インピーダンスZを推定しても良い。
このようなマイクログリッドの一構成要素として、本発明を適用することができる。
なお、マイクログリッドの定義の1つとして、自然エネルギーを利用した分散型電源を含む多様な分散型電源を構成要素とする、というものがあるが、本発明はこれに限定されない。ガスタービン等を利用し、自然エネルギーを利用していない分散型電源であり分散型電源の種類が1種類であっても良い。
Claims (13)
- 前記制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が電力発生手段の出力容量を越えようとするときには、前記出力容量を越えないように前記電力発生手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の分散型電源。
- 前記制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が無効電力に関する所定の上限値を上回ろうとするときには、無効電力を前記上限値に設定するように前記電力発生手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の分散型電源。
- 前記制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が小さくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が無効電力の下限値を下回ろうとするときには、無効電力を前記下限値に設定するように前記電力発生手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の分散型電源。
- 前記制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が小さくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が力率の上限値を上回ろうとするときには、無効電力が当該力率の上限値を保つように前記電力発生手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の分散型電源。
- 前記制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が力率の下限値を下回ろうとするときには、前記力率の下限値を保つように前記電力発生手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の分散型電源。
- 前記制御手段は、連系点電圧下げ方向の無効電力が小さくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力の方向が反転しようとするときには、前記無効電力をゼロに設定するように前記電力発生手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の分散型電源。
- 既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、
有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、
連系点電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電力系統の系統インピーダンスを推定し、有効電力P G 、系統インピーダンス推定値Zの抵抗分Rとリアクタンス分Xとの比R/X、前記比R/Xに関する所定の2値RBX L 、RBX H (ただし、RBX L <RBX H )及び力率cosφからなる下記関係式(14)に基づいた無効電力Q GRX と、
有効電力P G 、前記電力系統の系統インピーダンス推定値Z、前記系統インピーダンスZに関する所定の2値Z L 、Z H (ただし、Z L <Z H )及び力率cosφからなる下記関係式(15)に基づいた無効電力Q GZ と、
連系点電圧V、有効電力P G 、連系点電圧Vに関する所定の2値V L 、V H (ただし、V L <V H )及び力率cosφからなる下記関係式(16)に基づいた無効電力Q GV と、
重み付け係数K 1 、K 2 、K 3 とからなる下記関係式(17)を基に算出された無効電力Q G を出力するように、前記電力発生手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする分散型電源。
- 既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、
有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、
連系点電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電力系統の系統インピーダンスを推定し、
系統インピーダンス推定値Zの抵抗分Rとリアクタンス分Xとの比R/Xが前記比R/Xに関する所定の下限値と上限値とによって規定される範囲にある場合は、有効電力に対する無効電力の割合を、前記下限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を減少させる方向に変化させ、逆に前記上限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を増加させる方向に変化させるように演算された無効電力QGRXと、
前記電力系統の系統インピーダンス推定値Zの絶対値が前記系統インピーダンスZの絶対値に関する所定の下限値と上限値とによって規定される許容インピーダンス範囲にある場合は、有効電力に対する無効電力の割合を、前記下限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を減少させる方向に変化させ、逆に前記上限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を増加させる方向に変化させるように演算された無効電力QGZと、
前記電圧検出手段が検出した連系点電圧が所定の下限値と上限値とによって規定される許容電圧範囲にある場合は、有効電力に対する無効電力の割合を、前記下限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を減少させる方向に変化させ、逆に前記上限値に近いほど連系点電圧下げ方向の無効電力を増加させる方向に変化させるように演算された無効電力QGVと、
重み付け係数K1、K2、K3とからなる下記関係式(17)を基に算出された無効電力QGを出力するように、前記電力発生手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする分散型電源。
- 制御手段は、無効電力Q GRX または無効電力Q GZ または無効電力Q GV を演算するにあたって、それぞれの前記上限値を超える場合には、前記上限値に相当する無効電力を演算し、重み付け係数K 1 、K 2 、K 3 とからなる関係式(17)を基に算出された無効電力Q G を出力するように前記電力発生手段を制御する
ことを特徴とする請求項9記載の分散型電源。 - 制御手段は、無効電力Q GRX または無効電力Q GZ または無効電力Q GV を演算するにあたって、それぞれの前記下限値を下回る場合には、前記下限値に相当する無効電力を演算し、重み付け係数K 1 、K 2 、K 3 とからなる関係式(17)を基に算出された無効電力Q G を出力するように前記電力発生手段を制御する
ことを特徴とする請求項9または10記載の分散型電源。 - 制御手段は、連系点系統電圧下げ方向の無効電力が大きくなることにより電力発生手段から連系点に出力される無効電力が電力発生手段の出力容量を越えようとするときには、前記当該出力容量を越えないように前記電力発生手段を制御する
ことを特徴とする請求項9ないし11いずれか一記載の分散型電源。 - 既存の電力系統に代えて、電力系統から自立して運転している系統あるいは電力系統と連系して運転している系統と連系して電力を負荷に供給することを特徴とする請求項1ないし12いずれか一記載の分散型電源。
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