JP5529724B2 - 電力制御装置、電力算出方法及びプログラム - Google Patents
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Description
例えば、インバータ1列×チョッパ3列などの小容量ユニット(100kWh以下)では並列数も少なく、異常時にユニット全体を停止させることで大きな問題とはならなかった。しかし、例えば数MWhクラスの大容量ユニットの場合は並列数も多くなり、ユニット構成機器の一部に異常が発生しただけでユニット全体を停止させていては、ユニット運用が非効率となる。
<第1の実施形態>
図1は、給電装置が、異常が発生した後も運転を継続した場合における電力の時間変化である。同図において、自然エネルギーの出力電力と、自然エネルギーの出力電力と給電装置の出力電力とを加算した電力との時間変化が示されている。同図には、ある電池に異常が発生した後も、所定の電力範囲では上記加算した電力は平滑化された電力が示されている。
すなわち、設定されたインバータ出力上下限値の範囲を逸脱した場合のみ、給電装置による自然エネルギーの平滑化性能が劣化するという問題がある。
そこで、本発明の実施形態では,下記に示す方法により機能縮退モードを実現する。実施形態について、図2に示すインバータ3列×チョッパ3列の給電システムの例を用いて説明する。
また、チョッパ2031、チョッパ2032またはチョッパ2033は、制御部503に接続され、制御部503の指令に基づいて電圧を生成することにより、制御部503から要求された電力をインバータ103に供給する。
電池制御部40ijは、それぞれが接続されている組電池30ijの電圧を検出し、検出した電圧を示す情報を制御部50iに出力するよう制御する。
電池制御部4012は、組電池3012の電圧を検出し、検出した組電池3012の電圧を示す情報を隣の電池制御部4011から受け取った組電池3011の電圧を示す情報と共に、電池制御部4013に出力する。
電池制御部4013は、組電池3013の電圧を検出し、検出した組電池3013の電圧を示す情報を隣の電池制御部4012から受け取った組電池3011の電圧を示す情報と組電池3012の電圧を示す情報と共に、制御部501に出力する。
電池制御部4022は、組電池3022の電圧を検出し、検出した組電池3022の電圧を示す情報を隣の電池制御部4021から受け取った組電池3021の電圧を示す情報と共に、電池制御部4023に出力する。
電池制御部4023は、組電池3023の電圧を検出し、検出した組電池3023の電圧を示す情報を隣の電池制御部4022から受け取った組電池3021の電圧を示す情報と組電池3022の電圧を示す情報と共に、制御部502に出力する。
電池制御部4032は、組電池3032の電圧を検出し、検出した組電池3032の電圧を示す情報を隣の電池制御部4031から受け取った組電池3031の電圧を示す情報と共に、電池制御部4033に出力する。
電池制御部4033は、組電池3033の電圧を検出し、検出した組電池3033の電圧を示す情報を隣の電池制御部4032から受け取った組電池3031の電圧を示す情報と組電池3032の電圧を示す情報と共に、制御部503に出力する。
同様に、制御部502は、インバータ102を遮断したか否かを示す情報と、各チョッパ202j(jは1から3までの整数)を遮断したか否かを示す情報とを電力制御装置3の後述する統合制御部60に出力する。
同様に、制御部503は、インバータ103を遮断したか否かを示す情報と、各チョッパ203j(jは1から3までの整数)を遮断したか否かを示す情報とを電力制御装置3の後述する統合制御部60に出力する。
これにより、インバータの運転状態を示す情報、チョッパの運転状態を示す情報および各制御装置が有する情報は、図3に示すように、制御部50i(iは1から3までの整数)を通信、デジタル信号、アナログ信号の媒体で接続し、電力制御装置3の後述する統合制御部60に集約される。
また、制御部50iは、電力制御装置3の後述する統合制御部60のチョッパ出力電力算出部66から入力されたインバータ10m(mは正の整数)の出力電力PI(m)を示す情報に基づいて、その出力電力PI(m)になるように、各インバータ10mを制御する。
電池電力算出部68は、インバータ出力電力算出部65と、チョッパ出力電力算出部(66とを備える。
最初に、各電池を多並列で用いる給電装置の充放電電力を算出する際には、平滑化方法選択部63は、記憶部67から発電電力を示す情報を読み出す。平滑化方法選択部63は、例えば、第1の平滑化方法を選択し、連系点電力算出部64が備える第1の電力算出部70に前記発電電力の変動を抑制するのに必要な前記充放電電力を算出させる。
第1の電力算出部70の後述する減算部(充放電電力算出部)74は、発電電力と前記平滑化した電力の差に基づいて、上記発電電力の変動を抑制するのに必要な充放電電力を算出する。
平滑化方法選択部63は、上記パラメータを用いて、平滑化能力が損なわれないように平滑化方法を切り替える。例えば、平滑化方法選択部63は、インバータ出力上限値の総和がP1以上の場合は、通常の第1の平滑化方法を選択する。平滑化方法選択部63bは、インバータ出力上限値の総和がP2以上P1未満の場合は、ユニットの出力を抑えることができる第2の平滑化方法を選択する。平滑化方法選択部63は、インバータ出力上限値の総和がP2未満の場合はさらに出力を抑えることができる第3の平滑化方法を選択する。
ここで、連系点電力算出部64は第1の電力算出部70と、第2の電力算出部80と、第3の電力算出部90とを備える。
平滑化方法選択部63は、取得した連系点電力Pgを示す情報をインバータ出力電力算出部65に出力する。
続いて、連系点電力算出部64の処理の詳細について説明する。図5は、電力会社が所有する発電設備の系統周波数維持における役割分担が示された図である。同図において、数十秒程度から2分程度の負荷変動用のガバナフリー領域51と、2分程度から20分程度の負荷変動用のLFC(Load Frequency Contorol、負荷周波数制御)領域52と、20分程度異常の負荷変動用のEDC(Economic load Dispatching Control)領域53とが示されている。
そこで、連系点電力算出部64における第1の電力算出部70は、インバータ出力上限値の総和がP1以上Pr以下の場合、以下に説明する方法により連系点電力Pgの値を算出する。
図6は、第1の電力算出部70について説明するための図である。図6(a)は、第1の電力算出部70における系統平滑化用の制御ブロック図の1例である。第1の電力算出部70は、フィルタ部(平滑化電力算出部)71と、減算部(充放電電力算出部)74とを備える。
第1の平滑化方法では、数分以下のガバナフリー領域の出力変動も抑制することが可能であるが、その分、インバータ出力上限値の総和が所定の電力P1以上必要となる。一方、インバータ出力上限値の総和が上記所定の電力P1未満の場合、統合制御部60の平滑化方法選択部63は、数分以下の変動が系統に流入することを許容する第2の平滑化方法を選択する。
第2の電力算出部80は、フィルタ部(平滑化電力算出部)81と、減算部(充放電電力算出部)84とを備える。
第2の平滑化方法では、上記に示したように、時定数T1を20分、時定数T2を2分と設定することにより、LFC領域に限定した対応が可能となり、ガバナフリー領域に対応しない分、給電装置2の出力電力を低くすることができた。
第3の電力算出部90におけるフィルタ部91は、図8で示されたものに限定されず、以下のようなものでもよい。
図9は、第3の電力算出部90のフィルタ部91の変形例であるフィルタ部91bについて説明するための図である。フィルタ部91bは、10分から20分の範囲の周期で変動する電力を抑制する。図9(a)は、第3の電力算出部90におけるフィルタ部91の第1の変形例のフィルタ部91bである。
続いて、第3の電力算出部90におけるフィルタ部91の第2の変形例であるフィルタ部91cについて説明する。フィルタ部91cは、5分から10分の範囲の周期で変動する電力を抑制する。図9(c)は、第3の電力算出部90におけるフィルタ部91の第2の変形例のフィルタ部91cである。フィルタ部91cは、ハイパスフィルタ部92cと、ローパスフィルタ部93cとを備える。
フィルタ部91cは、ハイパスフィルタ部92cと、ローパスフィルタ部93cと、加算部94cとを備える。
続いて、インバータ・チョッパの出力分担について説明する。給電装置4の組電池のうち少なくともいずれか1つに異常が発生した場合、各制御部50i(iは1から3までの整数)は、異常が発生した組電池を切り離してユニット運転を継続する。
それとともに、統合制御部60は、運転中の各組電池の出力分担率が均等になるように、各インバータの出力電力の値およびチョッパの出力電力の値を決定する。
具体的には、例えば、インバータ出力電力算出部65は、下記の式に従って、インバータ10m(mは正の整数)の出力電力PI(m)を算出する。
インバータ出力電力算出部65は、算出したインバータ10m(mは正の整数)の出力電力PI(m)の値を示す情報をチョッパ出力電力算出部66に出力する。
具体的には、チョッパ出力電力算出部66は、下記の式に従って、チョッパ20mnの出力電力Pc(mn)の値を算出する。
異常が発生した列を切り離して給電装置2が運転を継続する場合、給電装置2が最大で発揮できる供給電力は制限されることとなる。そのため、上述した負荷分担だけではインバータが過負荷となり,給電装置2が非常停止する恐れがある。
なお、本実施形態における統合制御部60の平滑化方法選択部(抑制周波数設定部)63は、インバータ出力電力上限値の総和に基づいて、自然現象を利用して発電された自然エネルギーの出力電力を抑制する対象である周波数帯域を変更したが、これに限ったものではない。
まず、記憶部67に、チョッパ出力電力算出部66により最初に算出された各電池が充放電する電力の値を示す情報が記憶されていることとする。
平滑化方法選択部63は、記憶部67から各電池が充放電する電力の値を示す情報を読み出す。チョッパ出力電力算出部66により算出された各電池が充放電する電力に応じて、自然現象を利用して発電された自然エネルギーの出力電力の変動を抑制する対象である周波数帯域を設定し、連系点電力算出部64は、設定した周波数帯域で自然エネルギーの出力電力の変動を抑制する連系点電力の値を算出してもよい。
これにより、統合制御部60は、各電池の負担を軽減することができ、各電池の寿命を延ばすことができる。
図10は、通常運転時におけるインバータの出力電力とチョッパの出力電力との分担の1例が示された図である。通常運転時は30kW/チョッパで均等に運転することにより、給電装置2は商用系統に系統連系点の電力Pgとして270kWを供給する。
まず、電力検出部4は、他の発電装置により発電された発電電力を検出する(ステップS101)。
次に、平滑化電力算出部(フィルタ部71、フィルタ部81またはフィルタ部91)は、前記検出された発電電力を所定の透過帯域のフィルタにより平滑化した電力を算出する(ステップS102)。
また、電力制御装置3は、設定されたインバータ出力上下限値の範囲を超えても、平滑化性能は劣化させないように制御することができる。
さらに、統合制御部60は、インバータ出力電力の上限値の総和に基づいて、平滑化方法を切り替えるのではなく、インバータ出力電力の上限値の総和に基づいて、抑制する対象である周波数帯域を無段階に変更してもよい。
これにより、電力制御装置3は、各組電池30ijにかかる負担を軽減するように制御することができるので、各組電池30ijの寿命を延ばすことができる。
これにより、電力制御装置3は、各組電池30ijにかかる負担を軽減することができるので、各組電池30ijの寿命を延ばすことができる。
2 給電装置
3 電力制御装置
4 電力検出部
101〜103 インバータ
2011〜2033 チョッパ
3011〜3033 組電池
4011〜4033 電池制御部
501〜503 制御部
60 統合制御部
61 インバータ出力上限値算出部
62 インバータ出力上限値総和算出部
63 平滑化方法選択部(透過帯域変更部)
64 連系点電力算出部
65 インバータ出力電力算出部
66 チョッパ出力電力算出部
67 記憶部
68 電池電力算出部
71、81、91 フィルタ部(平滑化電力算出部)
75、85、95 減算部(充放電電力算出部)
Claims (7)
- 各電池を多並列で用いる給電装置の充放電電力を制御する電力制御装置であって、
他の発電装置により発電された発電電力を検出する電力検出部と、
前記検出された発電電力を所定の透過帯域のフィルタにより平滑化した電力を算出する平滑化電力算出部と、
前記発電電力と前記平滑化した電力の差に基づいて、前記発電電力の変動を抑制するのに必要な前記充放電電力を算出する充放電電力算出部と、
前記算出された充放電電力と、正常に動作している電池の数とに基づいて、当該正常に動作している運転中の各電池の出力分担率が均等になるように、当該各電池が充放電する電力を算出する電池電力算出部と、
前記電池が充放電する電力が小さいほど、前記所定の透過帯域の上限を高くする透過帯域変更部と
を備える電力制御装置。 - 電池電力算出部は、
前記充放電電力算出部により算出された前記充放電電力と、チョッパの運転状態を示す情報と、インバータの運転状態を示す情報とに基づいて、前記各インバータの定格出力電力に対する当該インバータの出力電力の値の比が、運転が正常に継続中のインバータ間で一定となるように前記各インバータの出力電力を算出するインバータ出力電力算出部
を有する請求項1に記載の電力制御装置。 - 電池電力算出部は、
前記インバータ出力電力算出部により算出された前記インバータの出力電力の値のうち、出力電力を算出しようとする前記チョッパに接続されているインバータの出力電力の値と、該インバータに接続されている前記チョッパの運転状態を示す情報と、該インバータに接続されている前記チョッパの定格出力電力の値とに基づいて、前記各チョッパの定格出力電力に対する当該チョッパの出力電力の比が、運転が正常に継続中のチョッパ間で一定となるように前記各チョッパの出力電力を算出するチョッパ出力電力算出部
を更に有する請求項2に記載の電力制御装置。 - 前記給電装置が備えるチョッパの運転状態を示す情報と、前記給電装置が備える充放電部に接続されている各チョッパの定格出力電力と、前記インバータの定格出力電力に基づいて、前記各インバータの出力電力の上限値を算出するインバータ出力上限値算出部と、
前記算出された各インバータの出力電力の上限値の総和を算出するインバータ出力上限値総和算出部と
を更に備え、
前記平滑化電力算出部は、前記総和が小さくなるほど、前記所定の透過帯域の上限を高くする
請求項1から3のいずれか一項に記載の電力制御装置。 - 前記透過帯域変更部は、前記電池が充放電する電力が小さいほど、前記所定の透過帯域の下限を高くする
請求項1から4のいずれか一項に記載の電力制御装置。 - 各電池を多並列で用いる給電装置の充放電電力を制御する電力制御装置が実行する電力算出方法であって、
他の発電装置により発電された発電電力を検出する電力検出段階と、
前記検出された発電電力を所定の透過帯域のフィルタにより平滑化した電力を算出する平滑化電力算出段階と、
前記発電電力と前記平滑化した電力の差に基づいて、前記発電電力の変動を抑制するのに必要な前記充放電電力を算出する充放電電力算出段階と、
前記算出された充放電電力と、正常に動作している電池の数とに基づいて、当該正常に動作している運転中の各電池の出力分担率が均等になるように、当該各電池が充放電する電力を算出する電池電力算出段階と、
前記電池が充放電する電力が小さいほど、前記所定の透過帯域の上限を高くする透過帯域変更段階と
を含む電力算出方法。 - 各電池を多並列で用いる給電装置の充放電電力を制御する電力制御装置として、コンピュータを機能させるプログラムであって、
前記コンピュータを、
他の発電装置により発電された発電電力を検出する電力検出部、
前記検出された発電電力を所定の透過帯域のフィルタにより平滑化した電力を算出する平滑化電力算出部、
前記発電電力と前記平滑化した電力の差に基づいて、前記発電電力の変動を抑制するのに必要な前記充放電電力を算出する充放電電力算出部、
前記算出された充放電電力と、正常に動作している電池の数とに基づいて、当該正常に動作している運転中の各電池の出力分担率が均等になるように、当該各電池が充放電する電力を算出する電池電力算出部、
前記電池が充放電する電力が小さいほど、前記所定の透過帯域の上限を高くする透過帯域変更部
として機能させるプログラム。
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