JP6346790B2 - Electric power leveling device - Google Patents
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Description
本発明は、大容量蓄電デバイスとしてフライホイール装置を用いて系統連系点における電力変動を補償する電力平準化装置に関するものである。 The present invention relates to a power leveling device that compensates for power fluctuations at a grid connection point using a flywheel device as a large-capacity power storage device.
近年、太陽光発電や風力発電に代表される再生可能エネルギーを電力系統に連系する事例が増えている。しかし、再生可能エネルギーは、その発電量が日射量や風況等の自然要因によって変動するため、再生可能エネルギーの電力系統への連系量が増えると、電力の安定供給に支障を与え、系統電圧や周波数が変動し、最悪の場合、大規模停電が発生する恐れがある。そのため、再生可能エネルギーの電力変動補償を行うため、大容量蓄電デバイスによる電力平準化装置を設置して、電力平準化が図られている。大容量蓄電デバイスとしてし、鉛バッテリやLi−ion電池といった化学的な蓄電デバイスを用いるケースが多いが、離島等のメンテナンスを容易に行うことができない地域では、ケミカルレスな蓄電デバイスであるフライホイール装置(以下、FW装置と略す)を用いるケースが増えつつある。 In recent years, there are an increasing number of cases where renewable energy represented by solar power generation and wind power generation is connected to an electric power system. However, the amount of power generated by renewable energy fluctuates depending on natural factors such as the amount of solar radiation and wind conditions. Voltage and frequency fluctuate, and in the worst case, a large-scale power outage may occur. Therefore, in order to compensate for power fluctuations of renewable energy, a power leveling device using a large-capacity power storage device is installed to achieve power leveling. In many cases, chemical storage devices such as lead batteries and Li-ion batteries are used as large-capacity storage devices. However, in areas where maintenance is difficult, such as remote islands, flywheels are chemical-less storage devices. The number of cases using devices (hereinafter abbreviated as FW devices) is increasing.
図5を参照すると、FW装置a1を用いた従来の電力平準化装置2は、商用系統電源3に接続された系統連系点の有効電力(P)及び無効電力(Q)を制御する連系インバータ4に接続されている。連系インバータ4は、充放電指令演算ブロック5からの有効電力指令(P指令)に基づいて系統連系点の有効電力(P)を制御すると共に、充放電指令演算ブロック5からの無効電力指令(Q指令)に基づいて系統連系点の無効電力(Q)を制御する。充放電指令演算ブロック5は、連系点電圧検出器6によって検出した系統連系点の電圧Vと、連系インバータ電流検出器7によって検出した連系インバータ4の電流Iinvと、負荷電流検出器8によって検出した負荷9の負荷電流ILと、直流電圧検出器10によって検出した連系インバータ4と電力平準化装置2とを接続する直流リンク部の電圧VdcとからP指令とQ指令とを演算する。電力平準化装置2は、連系インバータ4と接続された可変電圧可変周波数電源(VVVF)b1と、直流電圧一定制御ブロック30とで構成されている。直流電圧一定制御ブロック30は、直流電圧検出器10によって検出した連系インバータ4と電力平準化装置2とを接続する直流リンク部の電圧Vdcから周波数指令fFWを演算し、VVVFb1は、直流電圧一定制御ブロック30で演算された周波数指令fFWに基づいて、FW装置a1(フライホイールを駆動する誘導電動機)をV/f制御し、連系インバータ4とVVVFb1とを接続する直流リンク部の電圧Vdcが一定になるように制御していた(例えば、特許文献1参照)。そして、1台のFW装置a1で電力補償できない場合は、図6に示すように、複数台のVVVFb1〜VVVFbnとFW装置a1〜FW装置anとを並列接続して補償容量を増加させている。
Referring to FIG. 5, the conventional
しかしながら、従来技術では、連系インバータ4と複数台のVVVFb1〜VVVFbnとを接続する直流リンク部の電圧Vdcを一定に保つため、複数台のFW装置a1〜FW装置anを全て同じ周波数指令fFWで制御しなければならず、充放電電力が少ない場合でも、FW装置a1〜FW装置anを個別で充放電制御を行うことができず、運用効率が良くないという問題点があった。
However, in the prior art, in order to keep the voltage V dc of the DC link unit connecting the
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、複数台のFW装置を個別で充放電制御を行うことができ、運用効率が良い電力平準化装置を提供することにある。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a power leveling device that can perform charge / discharge control individually for a plurality of FW devices and has high operational efficiency.
本発明に係る電力平準化装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
本発明の電力平準化装置は、フライホイールと、当該フライホイールに結合された誘導電動機とを備えた複数台のフライホイール装置を用いて系統連系点における電力変動を補償する電力平準化装置であって、直流側が前記系統連系点に接続された連系インバータとの直流リンク部に接続され、複数台の前記フライホイール装置に対応してそれぞれ設けられた複数台の可変電圧可変周波数電源と、充放電指令演算ブロックからの充放電指令と複数台の前記フライホイール装置の回転数とに基づいて充放電を行う1台もしくは複数台の前記フライホイール装置を選択し、選択した前記フライホイール装置に対するそれぞれの個別電力指令を演算するFW群制御部と、該FW群制御部によって演算された前記個別電力指令に基づいて個別トルク指令を演算するトルク指令演算部とを具備し、前記可変電圧可変周波数電源は、前記トルク指令演算部によって演算された前記個別トルク指令を用いて、前記FW群制御部によって選択された前記フライホイール装置の前記誘導電動機をベクトル制御し、前記FW群制御部は、前記充放電指令を、前記フライホイール装置に充放電を行う際に最大効率となる前記個別電力指令で除算して、小数点以下を1繰り上げた値を、充放電を行う前記フライホイール装置の台数として算出し、前記充放電指令が充電指令の場合には、複数台の前記フライホイール装置の中から回転数が低い順番に充電を行う前記フライホイール装置を選択し、選択した前記フライホイール装置の中で回転数が低い順番に最大効率となる前記個別電力指令を割り振り、残りを選択した前記フライホイール装置の中で回転数が最も高いものに割り振ると共に、前記充放電指令が放電指令の場合には、複数台の前記フライホイール装置の中から回転数が高い順番に放電を行う前記フライホイール装置を選択し、選択した前記フライホイール装置の中で回転数が高い順番に最大効率となる個別電力指令を割り振り、残りを選択した前記フライホイール装置の中で回転数が最も低いものに割り振ることを特徴とする。
さらに、本発明に係る電力平準化装置において、前記連系インバータとの直流リンク部の直流電圧は、前記連系インバータによって一定に制御されていても良い。
さらに、本発明に係る電力平準化装置において、前記トルク指令演算部は、前記充放電指令をPm、前記発電電動機の回転速度である回転角速度をωmとそれぞれすると、Tm=Pm/ωmによって前記個別トルク指令Tmを演算するしても良い。
さらに、本発明に係る電力平準化装置において、前記充放電指令演算ブロックは、前記系統連系点の電圧と、前記連系インバータの電流と、負荷電流と、前記連系インバータと前記可変電圧可変周波数電源との直流リンク部の直流電圧とに基づいて前記充放電指令を演算しても良い。_
The power leveling apparatus according to the present invention is configured as follows in order to achieve the above object.
The power leveling device of the present invention is a power leveling device that compensates for power fluctuations at a grid connection point using a plurality of flywheel devices including a flywheel and an induction motor coupled to the flywheel. A plurality of variable voltage variable frequency power supplies connected to a DC link portion with the interconnection inverter connected to the grid interconnection point on the DC side, respectively provided corresponding to the plurality of flywheel devices; The one or more flywheel devices that perform charging / discharging are selected based on the charge / discharge command from the charge / discharge command calculation block and the number of rotations of the plurality of flywheel devices, and the selected flywheel device. FW group control unit for calculating each individual power command with respect to the FW group, and an individual torque indicator based on the individual power command calculated by the FW group control unit The flywheel device selected by the FW group control unit using the individual torque command calculated by the torque command calculation unit. The induction motor is vector-controlled, and the FW group control unit divides the charge / discharge command by the individual power command that provides the maximum efficiency when charging / discharging the flywheel device, thereby subtracting 1 from the decimal point. The calculated value is calculated as the number of the flywheel devices that perform charging / discharging, and when the charging / discharging command is a charging command, charging is performed in order of decreasing rotational speed from among the plurality of flywheel devices. The flywheel device is selected, and the individual power command for maximum efficiency is allocated in the order of the low rotation speed in the selected flywheel device, and the rest is The selected flywheel device is assigned to the one with the highest rotation speed, and when the charge / discharge command is a discharge command, discharging is performed in order of the rotation speed from the plurality of flywheel devices. The flywheel device is selected, the individual power command for maximum efficiency is allocated in the order of the highest rotational speed among the selected flywheel devices, and the remaining rotational speed is the lowest among the flywheel devices selected. It is characterized by allocating to .
Et al is in the power leveling apparatus according to the present invention, the DC voltage of the DC link part of the interconnection inverter, by the interconnection inverter may be controlled to be constant.
Furthermore, in the power leveling device according to the present invention, the torque command calculation unit is configured such that T m = P m / ω, where P m is the charge / discharge command and ω m is the rotational angular velocity that is the rotational speed of the generator motor. The individual torque command Tm may be calculated from m .
Furthermore, in the power leveling apparatus according to the present invention, the charge / discharge command calculation block includes the voltage at the grid connection point, the current of the grid connection inverter, the load current, the grid connection inverter, and the variable voltage variable. The charge / discharge command may be calculated based on the DC voltage of the DC link unit with the frequency power supply. _
本発明によれば、直流リンク部の直流電圧の一定制御を連系インバータ側で行い、システム全体の充放電指令から、複数台接続された各FW装置のトルク指令を個別に作成するように構成されているため、複数台のFW装置を個別で充放電制御を行うことができ、運用効率を向上させることができるという効果を奏する。 According to the present invention, constant control of the DC voltage of the DC link unit is performed on the connected inverter side, and a torque command for each of the FW devices connected to a plurality of units is created individually from the charge / discharge command of the entire system. Therefore, charging / discharging control can be performed for a plurality of FW devices individually, and the operational efficiency can be improved.
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、各図において、同一の構成には、同一の符号を付して一部説明を省略している。 Next, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and a part of the description is omitted.
本実施の形態の電力平準化装置2aは、蓄電デバイスであるn台のFW装置a1〜anに電力を充放電することで電力を平準化する装置であり、図1に示すように、FW装置a1〜an毎に設けられた可変電圧可変周波数電源(VVVF)c1〜cnと、トルク指令演算ブロック40とで構成されている。なお、FW装置a1〜anは、フライホイールと、フライホイールに結合された誘導電動機とを備え、充電時には誘導電動機によってフライホイールを回転させて回転エネルギーを蓄え、放電時には誘導電動機を発電機として動作させてフライホイールの回転エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する。
The
VVVFc1〜cnは、交流側がFW装置a1〜anの誘導電動機にそれぞれ接続されていると共に、直流側が連系インバータ4aとの直流リンク部に接続されている。そして、VVVFc1〜cnは、FW装置a1〜anの誘導電動機にそれぞれ可変電圧可変周波数の交流を供給してフライホイールの回転数を制御することにより、連系インバータ4aとの直流リンク部とFW装置a1〜anとの間で電気エネルギーの授受を行う。
The VVVFc1 to cn are connected to the induction motors of the FW devices a1 to an on the AC side, respectively, and the DC side is connected to the DC link portion with the
連系インバータ4aは、交流側が商用系統電源3に接続された系統連系点に接続されていると共に、直流側がVVVFc1〜cnとの直流リンク部に接続されている。連系インバータ4aは、充放電指令演算ブロック5aからの無効電力指令(Q指令)に基づいて系統連系点での無効電力(Q)を制御するための無効電流を制御すると共に、充放電指令演算ブロック5aからの直流電圧指令(Vdc指令)に基づいて連系インバータ4aと電力平準化装置2aとを接続する直流リンク部の電圧Vdcを一定にするための有効電流を制御する。
The
充放電指令演算ブロック5aは、連系点電圧検出器6によって検出した系統連系点の電圧Vと、連系インバータ電流検出器7によって検出した連系インバータ4の電流Iinvと、負荷電流検出器8によって検出した負荷9の負荷電流ILと、直流電圧検出器10によって検出した連系インバータ4と電力平準化装置2aとを接続する直流リンク部の電圧Vdcとから有効電力指令(P指令)と無効電力指令(Q指令)と直流電圧指令(Vdc指令)とを演算する。そして、充放電指令演算ブロック5aは、演算したQ指令及びVdc指令を連系インバータ4aに出力すると共に、充放電指令である演算したP指令を電力平準化装置2aのトルク指令演算ブロック40に出力する。なお、P指令、Q指令及びVdc指令の出力は、例えば数秒単位等の所定の間隔で行われる。
The charge / discharge
トルク指令演算ブロック40内には、FW群制御部50が設けられている。
FW群制御部50は、充電モードと、放電モードと、待機モードとの3つの制御モードがある。各動作モードの切り替え判定はP指令の符号を用いるので、充電指令の場合は+、放電指令の場合は―とそれぞれ定義する。充電モードは、余剰電力が発生してP指令の符号が+で充電指令である場合に行われる動作モードであり、FW群制御部50は、FW装置a1〜anの中から充電を行う1台もしくは複数台のFW装置ai(iは1〜nの整数であり、以下、i=1〜nの整数として説明する)を選択し、選択したFW装置aiに対する個別の充電指令である個別電力指令PFWaiを演算する。放電モードは、不足電力が発生してP指令の符号が―で放電指令である場合に行われる動作モードであり、FW群制御部50は、FW装置a1〜anの中から放電を行う1台もしくは複数台のFW装置ai(iは1〜nの整数であり、以下、i=1〜nの整数として説明する)を選択し、選択したFW装置aiに対する個別の放電指令である個別電力指令PFWaiを演算する。待機モードは、余剰電力も不足電力もなくP指令が0である場合に行われる動作モードであり、FW群制御部50は、充放電指令である個別電力指令PFWaiを演算することなく待機する。なお、待機モードを判別するとき、P指令が0のみだと待機モードへの遷移が行われない場合があるので、P指令が0を中心とする所定範囲で待機モードを判別するようにしても良い。また、待機モードや、充電モード及び放電モードで選択されなかったFW装置aiにおいては、誘導電動機の励磁もオフして完全にフリーランさせる方が損失は少なくなるが、再起動に時間を要し、高速の電力補償が行えない場合があるので、励磁は必要最低限レベルで継続させると良い。
A FW
The FW
FW群制御部50は、図2を参照すると、SOCリミッタ51と、個別電力指令演算部52と、FW損失データ記憶部52とを備えている。なお、FW回転数の代わりにFW装置a1〜anの出力周波数を入力するようにしても良い。
As shown in FIG. 2, the FW
SOCリミッタ51は、FW装置a1〜an全体の充電状態に応じて充放電指令演算ブロック5aによって演算されたP指令を絞るSOCリミッタ処理を行う。SOCリミッタ51は、FW装置a1〜anが満充電や放電終止状態になって、電力の充放電が不可とならないように、FW装置a1〜an全体の蓄積エネルギーを所定の基準範囲(例えば、50〜60%)に保つためにSOCリミッタ処理を行う。SOCリミッタ51は、FW装置a1〜anのFW回転数に基づいて全体の蓄積エネルギーを把握し、全体の蓄積エネルギーが予め設定された上限値(例えば、蓄積エネルギーの基準範囲の上限60%よりも若干低い58%)を超える場合にはP指令(充電指令)を絞り、全体の蓄積エネルギーが予め設定された下限値(例えば、蓄積エネルギーの基準範囲の下限50%よりも若干高い52%)を下回る場合にはP指令(放電指令)を絞る。なお、SOCリミッタ51によるリミッタ処理後の有効電力指令をP’指令とする。
The
FW損失データ記憶部52は、ROMやフラッシュメモリ等の記憶手段であり、FW装置a1〜anに充放電を行う際の電力の損失量を示すFW損失データが記憶されている。FW損失データとしては、例えば、図4(a)に示すように、FW装置a1〜anの回転速度に応じた損失特性を示す機械損失特性データを用いることができる。図4(a)に示す機械損失特性データによると回転速度が速くなるほど損失の増減率が高くなることがわかる。また、基本的に複数台あるFW装置a1〜anは同じ仕様で作られているので、FW損失データは1種類のみで良いが、異なる特性のFW で複数台使用する場合は、それぞれのFW損失データを記憶させておくことも可能である。さらに、FW損失データはテーブルとして備えても良いし、近似式に変換して記憶しておいて逐一計算する方法であっても良い。
The FW loss
個別電力指令演算部53は、SOCリミッタ51から出力されたP’指令と、FW装置a1〜anのFW回転数とに基づいて、充放電を行う1台もしくは複数台のFW装置aiを選択し、選択したFW装置aiに対する個別電力指令PFWaiをそれぞれ演算する。
The individual power
まず、個別電力指令演算部53によるFW装置a1〜anの選択動作について説明する。
個別電力指令演算部53は、次式に示すように、SOCリミッタ51から出力されたP’指令の絶対値を、1台のFW装置aiが充放電可能な最大電力PFWで除算することで、選択する台数Ncを算出する。但し、台数Ncは整数であるため、小数点以下の値が生じた場合は1繰り上がった値になる。
First, the selection operation of the FW devices a1 to an by the individual power
As shown in the following equation, the individual power
次に、個別電力指令演算部53は、FW損失データ記憶部52にFW損失データとして機械損失特性データが記憶されている場合には、機械損失特性データに基づいて機械損失が少なくなるように、FW装置a1〜anの中から〔数1〕で算出した台数NcのFW装置aiを選択する。FW損失データ記憶部52に図4(a)に示す機械損失特性データが記憶されている場合、充電モードでは、FW装置a1〜anの中からFW回転数が低い順番に〔数1〕で算出した台数NcのFW装置aiを選択し、放電モードでは、FW装置a1〜anの中からFW回転数が高い順番に〔数1〕で算出した台数Ncを選択する。これにより、FW装置a1〜anの機械損失を少なくすることができる。
Next, when the mechanical loss characteristic data is stored as the FW loss data in the FW loss
次に、個別電力指令演算部53は、次式に示すように、SOCリミッタ51から出力されたP’指令を、〔数1〕で算出した台数Ncで除算することで、選択したFW装置aiのそれぞれに対する個別電力指令PFWaiを算出する。
Next, as shown in the following equation, the individual power
なお、本実施の形態では、選択したFW装置aiに対して個別電力指令PFWaiを均等に割り振るように構成したが、充電指令の場合には、選択したFW装置aiの中でFW回転数が低い順番に最大電力PFWを個別電力指令PFWaiとして割り振り、残りを選択したFW装置aiの中でFW回転数が最も高いものに割り振るようにしても良い。また、放電指令の場合には、選択したFW装置aiの中でFW回転数が高い順番に最大電力PFWを個別電力指令PFWaiとして割り振り、残りを選択したFW装置aiの中でFW回転数が最も低いものに割り振るようにしても良い。 In this embodiment, the individual power command P FWai is configured to be evenly allocated to the selected FW device ai. However, in the case of a charge command, the FW rotation speed is within the selected FW device ai. The maximum power P FW may be allocated as the individual power command P FWai in ascending order, and the remaining power may be allocated to the highest FW rotation speed among the selected FW devices ai. In the case of a discharge command, the maximum power P FW is allocated as the individual power command P FWai in order of increasing FW rotation speed in the selected FW device ai, and the remaining FW rotation speed is selected in the selected FW device ai. You may make it allocate to the thing with the lowest.
そして、トルク指令演算ブロック40は、個別電力指令演算部53によって演算された個別電力指令PFWaiから個別トルク指令TFWaiを演算し、VVVFc1〜cnは、トルク指令演算ブロック40で演算された個別トルク指令TFWaiに基づいて、FW装置a1〜an(フライホイールを駆動する誘導電動機)をベクトル制御する。
The torque
次に、トルク指令演算ブロック40における個別トルク指令の演算方法について詳細に説明する。
前提として、制御を行うのはFW装置aiの機械出力(単位はW)であり、FW装置ai加減速時のすべりは考慮せず、同期周波数で計算された回転数をFW装置aiの回転数とし、粘性摩擦、外乱トルクはないものとする。この条件下で、加減速時のトルクをTm、機械出力をPm、回転角速度をωmとすると、機械系の方程式から以下の関係式が導かれる。
Next, an individual torque command calculation method in the torque
As a premise, the mechanical output (unit is W) of the FW device ai is controlled, the slip calculated at the acceleration / deceleration of the FW device ai is not taken into consideration, and the rotational speed calculated at the synchronous frequency is used as the rotational speed of the FW device ai. No viscous friction and disturbance torque are assumed. Under this condition, if the torque during acceleration / deceleration is T m , the machine output is P m , and the rotational angular velocity is ω m , the following relational expression is derived from the mechanical system equation.
[数3]によると、個別電力指令PFWaiを機械出力Pmとし、FW装置aiの回転角速度ωmをFW回転数を用いて演算することで、トルク指令Tmを個別トルク指令TFWaiとして演算することが可能である。従って、充放電指令演算ブロック5aによって演算されたP指令をトルク指令演算ブロック40に入力すると共に、FW装置aiの回転角速度ωmをFW回転数を用いて演算することで、トルク指令演算ブロック40では、[数3]を用いて個別トルク指令TFWaiを逐一演算する。
According to [ Equation 3], by calculating the individual power command P FWai as the machine output P m and calculating the rotational angular velocity ω m of the FW device ai using the FW rotation speed, the torque command T m as the individual torque command T FWai It is possible to calculate. Therefore, the P command calculated by the charge / discharge
そして、VVVFciは、トルク指令演算ブロック40で演算された個別トルク指令TFWaiに従ってFW装置aiの誘導電動機をベクトル制御する。なお、個別トルク指令TFWaiに従った誘導電動機のベクトル制御は、本出願人が先に出願した特願2010−73248号によって提案している。具体的には、トルク指令Tmにトルク係数の逆数を乗算することでq軸電流指令を求めることができる。そして、磁束指令は、トルク指令TmをLPF処理し、定格トルクと定格電流を用いた演算を行った後,相互インダクタンスと回転座標換算のための係数を乗じて求めることができる。これにより、加減速時のFW装置1の充放電電力を指令値通りに高性能且つ低損失に制御することができる。
Then, VVVFci performs vector control of the induction motor of the FW device ai according to the individual torque command T FWai calculated by the torque
トルク指令演算ブロック40は、図3を参照すると、除算器41と、トルク制限ブロック42とを備え、基本的に[数3]の演算を行う。除算器41の演算結果が[数3]の演算結果となる。しかし、FW装置aiの回転数が低い場合、指令通りの電力を充放電すると、FW装置aiを駆動する誘導電動機に過大なトルクが発生し、誘導電動機が焼き切れる可能性が有る。従って、トルク制限ブロック42を設け、誘導電動機の個別トルク指令TFWaiを制限している。
Referring to FIG. 3, the torque
この構成により、FW装置aiの充電時は、トルク指令演算ブロック40に入力するP指令の符号を+で与えることで、演算される個別トルク指令TFWaiの符号も+となり、FW装置aiは加速し、回転エネルギーを蓄えられる。一方、FW装置aiの放電時は、トルク指令演算ブロック40に入力するP指令の符号を―で与えることで、個別トルク指令TFWaiの符号も―となり、FW装置aiは減速し、回転エネルギーが電気エネルギーに変換されて出力される。但し、FW装置aiの回転方向が正転の時の関係であり、FW装置aiが逆転で回転している場合、P指令の符号と個別トルク指令TFWaiの符号は反転の関係となる。
With this configuration, when the FW device ai is charged, the sign of the P command input to the torque
また、FW装置aiの負荷率(充放電電力/FW装置aiの定格容量)に応じた効率を示すモータ効率特性データ(図4(b)参照)をFW損失データとしてFW損失データ記憶部52に記憶させておくようにしても良い。図4(b)に示すモータ効率特性データによると、負荷率が略80%で最大効率となり、最大効率となる個別電力指令PFWaiを導くことができる。従って、SOCリミッタ51から出力されたP’指令の絶対値を、最大効率となる個別電力指令PFWaiで除算することで、選択する台数Ncを算出するようにしても良い。そして、充電指令の場合には、選択したFW装置aiの中でFW回転数が低い順番に最大効率となる個別電力指令PFWaiを割り振り、残りを選択したFW装置aiの中でFW回転数が最も高いものに割り振るようにしても良い。また、放電指令の場合には、選択したFW装置aiの中でFW回転数が高い順番に最大効率となる個別電力指令PFWaiを割り振り、残りを選択したFW装置aiの中でFW回転数が最も低いものに割り振るようにしても良い。
Further, the motor efficiency characteristic data (see FIG. 4B) indicating the efficiency according to the load factor of the FW device ai (charge / discharge power / rated capacity of the FW device ai) is stored in the FW loss
また、VVVFciの負荷率(充放電電力/VVVFciの定格容量)に応じた効率を示すインバータ効率特性データ(図4(c)参照)をFW損失データとしてFW損失データ記憶部52に記憶させておくようにしても良い。図4(c)に示すインバータ効率特性データによると、負荷率が略80%で最大効率となり、最大効率となる個別電力指令PFWaiを導くことができる。従って、SOCリミッタ51から出力されたP’指令の絶対値を、最大効率となる個別電力指令PFWaiで除算することで、選択する台数Ncを算出するようにしても良い。そして、充電指令の場合には、選択したFW装置aiの中でFW回転数が低い順番に最大効率となる個別電力指令PFWaiを割り振り、残りを選択したFW装置aiの中でFW回転数が最も高いものに割り振るようにしても良い。また、放電指令の場合には、選択したFW装置aiの中でFW回転数が高い順番に最大効率となる個別電力指令PFWaiを割り振り、残りを選択したFW装置aiの中でFW回転数が最も低いものに割り振るようにしても良い。
Further, inverter efficiency characteristic data (see FIG. 4C) indicating the efficiency in accordance with the load factor of VVVFFi (charge / discharge power / VVVFFi rated capacity) is stored in the FW loss
さらに、図4(a)に示す機械損失特性データと、図4(b)に示すモータ効率特性データと、図4(c)に示すインバータ効率特性データとの中から複数個をFW損失データ記憶部52にFW損失データとして記憶させておいても良い。この場合には、FW群制御部50は、FW損失データ記憶部52に記憶された機、械損失特性データ、モータ効率特性データと、インバータ効率特性データに基づいて、充放電時の損失が最少となるFW装置aiの選択と、選択したFW装置aiに割り振る個別電力指令PFWaiの演算とを行うことができる。
Further, a plurality of FW loss data are stored among the mechanical loss characteristic data shown in FIG. 4A, the motor efficiency characteristic data shown in FIG. 4B, and the inverter efficiency characteristic data shown in FIG. 4C. It may be stored in the
以上説明したように、本実施の形態は、フライホイールと、当該フライホイールに結合された誘導電動機とを備えた複数台のFW装置a1〜anを用いて系統連系点における電力変動を補償する電力平準化装置2aであって、直流側が系統連系点に接続された連系インバータ4aとの直流リンク部に接続され、複数台のFW装置a1〜anに対応してそれぞれ設けられた複数台の可変電圧可変周波数電源VVVFc1〜cnと、連系インバータ4aへの充放電指令(P指令)と複数台のFW装置a1〜anのFW回転数とに基づいて充放電を行う1台もしくは複数台のFW装置a1〜anを選択し、選択したFW装置aiに対するそれぞれの個別電力指令PFWaiを演算するFW群制御部50と、FW群制御部50によって演算された個別電力指令PFWaiに基づいて個別トルク指令TFWaiを演算するトルク指令演算ブロック40とを備え、可変電圧可変周波数電源VVVFc1〜cnは、トルク指令演算ブロック40によって演算された個別トルク指令TFWaiを用いて、FW群制御部50によって選択されたFW装置aiの誘導電動機をベクトル制御する。
この構成により、直流リンク部の直流電圧の一定制御を連系インバータ4a側で行い、システム全体の充放電指令から、複数台接続された各FW装置a1〜anのトルク指令を個別に作成するように構成されているため、複数台のFW装置a1〜anを個別で充放電制御を行うことができ、運用効率を向上させることができる。
As described above, this embodiment compensates for power fluctuations at the grid connection point using a plurality of FW devices a1 to an including a flywheel and an induction motor coupled to the flywheel. A plurality of
With this configuration, constant control of the DC voltage of the DC link unit is performed on the
さらに、本実施の形態において、FW群制御部50は、P指令に基づいて充放電を行うFW装置a1〜anの台数を算出し、P指令が充電指令の場合には、複数台のFW装置a1〜anの中から回転数が低い順番に充電を行うFW装置aiを選択し、P指令が放電指令の場合には、複数台のFW装置a1〜anの中から回転数が高い順番に放電を行うFW装置aiを選択する。
この構成により、FW装置a1〜anの機械損失を低減させることができる。
Further, in the present embodiment, the FW
With this configuration, the mechanical loss of the FW devices a1 to an can be reduced.
さらに、本実施の形態において、FW群制御部50は、P指令を、FW装置a1〜anに充放電を行う際に最大効率となる個別電力指令PFWaiで除算することで、充放電を行うFW装置aiの台数を算出する。また、FW群制御部50は、充電指令の場合には、選択したFW装置aiの中で回転数が低い順番に最大効率となる個別電力指令PFWaiを割り振り、残りを選択したFW装置aiの中で回転数が最も高いものに割り振り、放電指令の場合には、選択したFW装置aiの中で回転数が高い順番に最大効率となる個別電力指令PFWaiを割り振り、残りを選択したFW装置aiの中で回転数が最も低いものに割り振る。
この構成により、FW装置aiに対して効率良く充放電を行うことができ、損失を低減することができる。
Further, in the present embodiment, the FW
With this configuration, the FW device ai can be charged and discharged efficiently, and loss can be reduced.
さらに、本実施の形態において、連系インバータ4aとの直流リンク部の直流電圧Vdcは、連系インバータ4aによって一定に制御されている。
この構成により、連系インバータ4aと可変電圧可変周波数電源20との直流リンク部
直流電圧Vdcは、連系インバータ4a側で一定に制御されるので、回生失効にならず、FW装置a1を効率よく充放電することが可能となる。
Further, in the present embodiment, the DC voltage V dc at the DC link section with respect to the
With this configuration, the DC link portion DC voltage V dc between the
さらに、本実施の形態において、トルク指令演算ブロック40は、充放電指令をPm、誘導電動機の回転速度である回転角速度をωmとそれぞれすると、Tm=Pm/ωmによって個別トルク指令TFWaiを演算する。
この構成により、簡単な演算によって、連系インバータ4aへの充放電指令である有効電力指令(P指令)からFW装置a1〜an毎の個別トルク指令TFWaiを演算することができる。
Further, in this embodiment, the torque
With this configuration, the individual torque command T FWai for each of the FW devices a1 to an can be calculated from an active power command (P command) that is a charge / discharge command to the
さらに、本実施の形態において、充放電指令は、系統連系点の電圧Vと、連系インバータ4aの電流Iinvと、負荷電流ILと、連系インバータ4aと可変電圧可変周波数電源c1〜cnとの直流リンク部の直流電圧Vdcとに基づいて演算される。
Further, in this embodiment, the charge and discharge command includes a voltage V of the grid interconnection point, and the current I inv of
以上の実施の形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成(材質)等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。 The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the above embodiments are merely schematically shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and numerical values and compositions (materials) of the respective components. Is merely an example. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.
a1〜an フライホイール(FW)装置
b1〜bn、c1〜cn 可変電圧可変周波数電源(VVVF)
2 電力平準化装置
2a 電力平準化装置(本実施の形態)
3 商用系統電源
4、4a 連系インバータ
5、5a 充放電指令演算ブロック
6 連系点電圧検出器
7 連系インバータ電流検出器
8 負荷電流検出器
9 負荷
10 直流電圧検出器
30 直流電圧一定制御ブロック
40 トルク指令演算ブロック(トルク指令演算部)
41 除算器
42 トルク制限ブロック
50 FW群制御部
51 SOCリミッタ
52 FW損失データ記憶部
53 個別電力指令演算部
a1-an flywheel (FW) devices b1-bn, c1-cn variable voltage variable frequency power supply (VVVF)
2
3 Commercial
41
Claims (4)
直流側が前記系統連系点に接続された連系インバータとの直流リンク部に接続され、複数台の前記フライホイール装置に対応してそれぞれ設けられた複数台の可変電圧可変周波数電源と、
充放電指令演算ブロックからの充放電指令と複数台の前記フライホイール装置の回転数とに基づいて充放電を行う1台もしくは複数台の前記フライホイール装置を選択し、選択した前記フライホイール装置に対するそれぞれの個別電力指令を演算するFW群制御部と、
該FW群制御部によって演算された前記個別電力指令に基づいて個別トルク指令を演算するトルク指令演算部とを具備し、
前記可変電圧可変周波数電源は、前記トルク指令演算部によって演算された前記個別トルク指令を用いて、前記FW群制御部によって選択された前記フライホイール装置の前記誘導電動機をベクトル制御し、
前記FW群制御部は、前記充放電指令を、前記フライホイール装置に充放電を行う際に最大効率となる前記個別電力指令で除算して、小数点以下を1繰り上げた値を、充放電を行う前記フライホイール装置の台数として算出し、前記充放電指令が充電指令の場合には、複数台の前記フライホイール装置の中から回転数が低い順番に充電を行う前記フライホイール装置を選択し、選択した前記フライホイール装置の中で回転数が低い順番に最大効率となる前記個別電力指令を割り振り、残りを選択した前記フライホイール装置の中で回転数が最も高いものに割り振ると共に、前記充放電指令が放電指令の場合には、複数台の前記フライホイール装置の中から回転数が高い順番に放電を行う前記フライホイール装置を選択し、選択した前記フライホイール装置の中で回転数が高い順番に最大効率となる個別電力指令を割り振り、残りを選択した前記フライホイール装置の中で回転数が最も低いものに割り振ることを特徴とする電力平準化装置。 A power leveling device that compensates for power fluctuations at a grid connection point using a plurality of flywheel devices including a flywheel and an induction motor coupled to the flywheel,
A plurality of variable voltage variable frequency power supplies provided corresponding to the plurality of flywheel devices, connected to a DC link portion with a grid inverter connected to the grid connection point on the DC side,
Based on the charge / discharge command from the charge / discharge command calculation block and the number of rotations of the plurality of flywheel devices, one or more flywheel devices that perform charging / discharging are selected, and the selected flywheel device is selected. FW group control unit for calculating each individual power command;
A torque command calculation unit that calculates an individual torque command based on the individual power command calculated by the FW group control unit;
The variable voltage variable frequency power supply vector-controls the induction motor of the flywheel device selected by the FW group control unit using the individual torque command calculated by the torque command calculation unit ,
The FW group control unit performs charge / discharge by dividing the charge / discharge command by the individual power command, which is maximum efficiency when charging / discharging the flywheel device, and rounding up the value after the decimal point by one. Calculated as the number of flywheel devices, and when the charge / discharge command is a charge command, select the flywheel device that performs charging in order of decreasing rotation speed from among the plurality of flywheel devices, and select In the flywheel device, the individual power command for maximum efficiency is allocated in the order of the low rotation number, the remaining one is allocated to the flywheel device having the highest rotation number, and the charge / discharge command is allocated. Is a discharge command, the flywheel device that performs discharge in descending order of the number of rotations is selected from the plurality of flywheel devices, and the selected flywheel device is selected. Allocated individual power command having the maximum efficiency rotation speed is higher order in the Eel device, power leveling apparatus, characterized in that allocated to those rpm in the flywheel device selected remaining lowest.
Tm=Pm/ωm
によって前記個別トルク指令Tmを演算することを特徴とする請求項1又は2記載の電力平準化装置。 The torque command calculation unit is configured such that the charge / discharge command is Pm, and the rotation angular velocity that is the rotation speed of the generator motor is ω m .
T m = P m / ω m
The power leveling device according to claim 1 or 2 , wherein the individual torque command Tm is calculated by the following.
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