JP5249382B2 - 多端子型非同期連系装置、電力機器制御端末装置と電力ネットワークシステムおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
まず、電力融通制御装置面においては、BTB型連系装置では連系する電力系統の数の2乗に比例するオーダーの連系装置が必要となる。さらにその間で協調制御をおこなう必要がある。これは変換器数の増大のみならず、設置時期やメーカーの異なる装置間での協調制御という困難な課題を生み出す。
請求項2の発明は、請求項1に記載の多端子型電力変換装置において、前記共通母線の電圧を測定する母線電圧測定器をさらに備え、前記制御ユニットは、前記共通母線の電圧に基づき前記共通母線に流入する電力と前記共通母線から送出する電力との総和がゼロとなるよう複数の前記電力変換ユニットを協調して制御することを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2に記載の多端子型電力変換装置において、前記電力変換ユニットは、前記他方の端子が直流電圧を有するときは、前記電力変換ユニットの他方の端子の電圧を接続先と任意の電圧差を持って同期させることにより、前記制御ユニットからの指令に基づき前記接続先と任意の有効電力の授受を行うことを特徴とする。
(A)図は、図2の(A)図に対応した交流同期系統の場合である。ノードa、b、c、dが同じ電圧Vであり、ノードcについてのみ位相をθだけ遅らした時のベクトル図を示している。このとき、リンクac、bc、dc間の線路リアクトル(L)の両端に電圧差ΔVが発生し、ΔV/ωLの大きさの電流I(=Iac=Ibc=Idc)が、ΔVの位相に90度遅れて流れる。本図では、各ベクトルの電圧Vが等しいので、電圧ベクトルの作る三角形は二等辺三角形になり、電流位相はθ/2になる。
I=ΔV/jωL=(V−V・ejθ)/jωL
となり、ノードcに流入する複素電力は、ノードa、b、dの3方向から同じ大きさのIが流れ込むので以下の通りとなる。
P+jQ=V・3・I* (ただし、I*はIの共役複素数)
=V・3・V(1−e-jθ)/(−jωL)
=3・(V2/ωL)・j(e-jθ−1)
=3・(V2/ωL)・sinθ+j・3・(V2/ωL)・(cosθ-1)
t+φ)、Vc=V・ejωct、ΔV=Vc−Vinvとすれば、
リアクトルLを流れる電流Iは、
I=ΔV/jωL= (V−Vx・ejφ)/ jωL
また、授受できる電力は、
P+jQ=V・I*
=V・(V−Vx・ejφ)/(−jωL)
=V・Vx・sinφ/ωL+j・(V2−V・Vx・cosφ) /ωL
となる。
(実施例1)
本実施例では、外部データ通信路を使用した例を説明する。
LANの中に、電力機器制御端末装置固有のMACアドレス、割り当てられたIPアドレス、サブネットマスク、デフォルトゲートウェイを記述したアドレステーブルを保有するアドレスサーバーを置けば、TCP/IP通信プロトコルを使用して、多端子型非同期連系装置接続端子および電力機器制御端末装置の間で通信することを特徴とする電力ネットワークシステムが構築できる。
本実施例では、電力線搬送通信を使用した例を説明する。
これにより、不特定多数の機器に問い合わせをして、電力融通選択肢を広げ、一定のアルゴリズムに電力融通を依頼する電力機器や多端子型非同期連系装置を複数特定して、予約をすることができる。予約をされた電力機器や多端子型非同期連系装置が、応諾の返信をすることによって電力融通が確定する。ここには記述していないが融通開始直前の変更や、融通中の事故などの対応も本請求項の電力融通アルゴリズムの中に含まれる。ルーティングについては、複数の電力融通要求を組み合わせることで電力損失の少なくなるルート選定が望ましい。これら電力融通要求手順に関わる一連の動作は、数日前、数時間前、数分前、数秒前と常に変更可能な状況におけることが望ましい。
本発明の多端子型非同期連系装置について図面により説明する。
10は自励式双方向電力変換器、13は電力線搬送通信端局、16は電圧・電流・電力測定器で,電圧・電流により電力を計算するタイプのものと専用の電力測定器を設置するものとある。また、16には直流母線に設置するものと、交流側に設置するものとがあり、それぞれタイプが異なる。この測定値は電力の取引にも使用することが可能だが、取引用に別途専用の電力計を用意する場合もある。この電力の記録は専用の記録装置161に保存され、電力取引に使用される。
一つの電力系統電力母線に、多端子型非同期連系装置の複数のA接続端子が接続する方法は、容量増大の簡単な方法の一つとして、可能である。また、一つの電力系統に複数の多端子型非同期連系装置が接続することも、可能であり、接続先を増やすのに有効な手法である。
(A)ではBTB型連系装置の数が、1/2・N・(N−1)台必要になるが、(B)ではN台でよい。このように、本発明の多端子型非同期連系装置を用いた電力融通は、BTB型連系装置やループコントローラに比べて、必要機器数の低減、制御の容易さ、設備投資の低減などにつながるという特徴を有する。
図示していないが、事故時保護システムとして、以下のようなものを持ち、必要最小限の回路の遮断を行うことによって、最大限の電力融通ルートを確保する電力融通ルート保護回路を有する。これにより、ゲートブロックだけで異常が復旧する場合に不要な遮断を行わずに済む。また、過電流になった接続端子だけを切り離し、他の接続端子で電力融通を継続することが可能である。過電流になった接続端子も、復旧次第、運転再開が可能なシステムとなっている。
応信を受けた電力機器もしくは多端子型非同期連系装置は、取引条件などを勘案して、予約を行うかどうか決定する。交渉が必要な場合はこのステップが何度か繰り返されることもある。確定したところで予約取引条件を含んだIPパケットを発信し、相手先はそれに対して予約が確定した旨の条件を含んだIPパケットを返信する。これにより一連の電力融通予約手順は終了し、予約時間が来た時に実行される。
また、開発途上国などでの小規模電力系統を接続して大規模ネットワーク化する際にも有効な選択肢となる。
3 電力系統
4 電力機器単独系統
5 基幹電力系統
6 電力母線
7 連系電線路
8 遮断器
9 断路器
10 双方向電力変換器
11 電力線搬送バイパス付変圧器
12 電力機器制御端末装置
13 電力線搬送通信端局
14 IPアドレス
15 BTB型電力変換器
16 電圧・電流・電力測定器
17 キャパシター
18 共通直流母線
19 リアクトル
20 電力系統ノード
21 電力系統リンク
61 発電装置
62 電力貯蔵装置
101 運転状態双方向電力変換器
102 停止状態双方向電力変換器
161 電力取引用記録装置
201 A接続端子
202 B接続端子
203 共通直流母線
Claims (13)
- 双方向に電力変換する自励式電力変換器と、前記自励式電力変換器を通過する電圧・電流を測定する電圧・電流測定器とを有する3以上の電力変換ユニットと、
前記電力変換ユニットの一方の端子同士を並列に接続する共通母線と、
前記電圧・電流測定器で測定された測定値に基づき電圧・電流・電力・周波数・位相を算出し、前記共通母線に流入する電力と前記共通母線から送出する電力との総和がゼロとなるよう複数の前記電力変換ユニットを協調して制御し、前記電力変換ユニットの他方の端子が接続された接続先間で非同期に電力融通するように前記電力変換ユニットを制御する制御ユニットと
を備え、前記電力変換ユニットは、前記接続先と接続された他方の端子の電圧・周波数・位相を測定し、前記制御ユニットは、前記接続先と接続された他方の端子が交流電圧を有するときは、前記自励式電力変換器で変換する電力を、電圧・周波数・位相のうち少なくとも1つに関して前記接続先と接続された他方の端子の接続先と任意の差を持たせて同期させるよう前記電力変換ユニットに司令することにより、前記電力変換ユニットと前記接続先との間で任意の有効電力又は無効電力の授受を行なわせることを特徴とする多端子型電力変換装置。 - 請求項1に記載の多端子型電力変換装置において、
前記共通母線の電圧を測定する母線電圧測定器をさらに備え、
前記制御ユニットは、前記共通母線の電圧に基づき前記共通母線に流入する電力と前記共通母線から送出する電力との総和がゼロとなるよう複数の前記電力変換ユニットを協調して制御することを特徴とする多端子型電力変換装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の多端子型電力変換装置において、前記電力変換ユニットは、前記他方の端子が直流電圧を有するときは、前記電力変換ユニットの他方の端子の電圧を接続先と任意の電圧差を持って同期させることにより、前記制御ユニットからの指令に基づき前記接続先と任意の有効電力の授受を行うことを特徴とする多端子型電力変換装置。
- 請求項1に記載の多端子型電力変換装置において、前記制御ユニットが外部機器との間で電力融通に関する制御情報を通信可能にする、前記制御ユニットに接続された通信制御ユニットをさらに備えたことを特徴とする多端子型電力変換装置。
- 請求項1に記載の多端子型電力変換装置において、一方の端子が前記接続先に接続され、他方の端子が他の前記多端子型電力変換装置の前記電力変換ユニットの他方の端子に電線路を介して接続可能な電力授受器をさらに備えたことを特徴とする多端子型電力変換装置。
- 請求項1に記載の多端子型電力変換装置において、
前記電力変換ユニットは、回路を切断できる機械式断路器と必要な遮断容量を持つ遮断器とを含み、前記電力変換ユニットの前記他方の端子は前記接続先が交流電力系統の場合は交流リアクトルもしくは交流変圧器と必要な交流フィルターを有し、前記接続先が直流電力系統の場合は平滑用コンデンサーを有することを特徴とする多端子型電力変換装置。 - 請求項5に記載の多端子型電力変換装置において、
前記電力授受器の一方及び他方の端子は、回路を切断できる機械式断路器と必要な遮断容量を持つ遮断器とを有することを特徴とする多端子型電力変換装置。 - 請求項5に記載の多端子型電力変換装置において、
前記電力変換ユニット及び前記電力授受器は、前記接続先との接続を切断できる機械式断路器と必要な遮断容量を持つ遮断器とを有することを特徴とする多端子型電力変換装置。 - 請求項8に記載の多端子型電力変換装置において、事故時保護システムとして、各端子において個々の設定電流以上に電流が流れた時に、前記電力変換ユニット及び電力授受器において前記遮断器の開操作を行う接続端子過電流保護回路、全ての前記電力変換ユニットの前記共通母線に接続された全ての前記一方の端子の電流総和がゼロでなくなった時に、時限を以て全ての前記自励式電力変換器のゲートブロックを行う直流母線保護回路、同一の前記接続先に接続された前記電力変換ユニット及び前記電力授受器の全ての前記他方の端子の電力総和がゼロでなくなった時に、時限を以て全ての前記遮断器を開操作する連系装置保護回路の少なくとも一つを有し、必要最小限の遮断を行うことによって、最大限の電力融通ルートを確保することを特徴とする多端子型電力変換装置。
- 請求項8又は請求項9に記載の多端子型電力変換装置において、機器操作システムとして、各前記自励式電力変換器の同期投入時に前記断路器を閉じ操作し、接続先の電圧・周波数・位相を測定し、前記接続先が電圧を有するときは、前記自励式電力変換器の電圧・周波数・位相を同期させてから前記遮断器を閉じる並列同期投入操作と、前記接続先が無電圧の時には、前記接続先の定格に準拠した電圧・周波数を前記自励式電力変換器で作成してから、前記遮断器を閉じ、前記接続先に電源を供給する自立運転投入操作の少なくとも一つを有することを特徴とする多端子型電力変換装置。
- 請求項1に記載の多端子型電力変換装置において、電力取引システムとして、各前記電力変換ユニットにおいて前記電圧・電流測定器で測定された測定値に基づき算出した前記電圧・電流・電力・周波数・位相の値と電力融通プロファイルデータとを記録する取引用電力量記録システムを有することを特徴とする多端子型電力変換装置。
- 請求項1に記載の多端子型電力変換装置において、前記通信制御ユニットが、電力線搬送通信端局であり、前記連系電線路に通信信号を送り込めることを特徴とする多端子型電力変換装置。
- 一方の端子が接続先に接続され、他方の端子が請求項1に記載の多端子型電力変換装置の前記電力変換ユニットの他方の端子に電線路を介して接続可能な複数の電力授受器と、
前記多端子型電力変換装置の通信制御ユニットとの間で電力融通に関する制御情報を通信可能にする電力授受通信制御ユニットと
を備えたことを特徴とする多端子型電力授受装置。
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