JP6346791B2 - Electric power leveling device - Google Patents
Electric power leveling device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6346791B2 JP6346791B2 JP2014108263A JP2014108263A JP6346791B2 JP 6346791 B2 JP6346791 B2 JP 6346791B2 JP 2014108263 A JP2014108263 A JP 2014108263A JP 2014108263 A JP2014108263 A JP 2014108263A JP 6346791 B2 JP6346791 B2 JP 6346791B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- command
- power
- flywheel
- devices
- charge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids
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周波数指令を演算する周波数指令演算部とを具備し、前記可変電圧可変周波数電源は、前記周波数指令演算部によって演算された前記個別周波数指令を用いて、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V/f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、前記周波数指令演算部は、前記個別電力指令をPm、前記個別周波数指令をfn、サンプリング時間をTs、1サンプリング前の前記個別周波数指令をfn−1、前記誘導電動機のモータ極対数をp、前記フライホイールの慣性モーメントをJmとそれぞれすると、fn=fn−1+(p/2π)2・(TsPm/Jmfn−1)によって演算しても良い。
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 frequency 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 frequency command calculated by the frequency command calculation unit. V / f control the induction motor, and the FW group control unit divides the charge / discharge command by the individual power command that provides maximum efficiency when charging / discharging the flywheel device. 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 to be operated is selected, the individual power commands for maximum efficiency are allocated in the order of the low rotation speed in the selected flywheel device, and the remaining ones are selected. Allotting to the flywheel device having the highest rotational speed, and when the charge / discharge command is a discharge command, the discharge is performed in the order of the high rotational speed from among the plurality of flywheel devices. Select a flywheel device, assign individual power commands for maximum efficiency in order of increasing rotation speed among the selected flywheel devices, and select the remaining flywheel device with the lowest rotation speed among the selected flywheel devices. It is characterized by allocating .
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.
Further, in the power leveling apparatus according to the present invention, the frequency command calculation unit may be configured to output the individual power command P m , the individual frequency command f n , a sampling time T s , and the individual frequency command before one sampling. f n−1 , where p is the number of motor pole pairs of the induction motor and J m is the moment of inertia of the flywheel, respectively, f n = f n −1+ (p / 2π) 2 · (T s P m / J m You may calculate by fn -1 ).
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装置の周波数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 the frequency command of each FW device 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、周波数指令演算ブロック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の周波数指令演算ブロック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、周波数指令演算ブロック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から個別周波数指令fFWaiを演算し、VVVFc1〜cnは、周波数指令演算ブロック40で演算された個別周波数指令fFWai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V/f制御する。
The frequency
次に、周波数指令演算ブロック40における個別周波数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の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、FW装置aiにおけるフライホイールの慣性モーメントをJm、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, the calculation method of the individual frequency command in the frequency
As a premise, the mechanical output (unit is W) of the FW device ai is controlled, and the FW device ai rotation is calculated based on the synchronous frequency without taking into account the slip at the time of acceleration / deceleration of the FW device ai. It is assumed that there is no viscous friction and disturbance torque. Under these conditions, if the torque during acceleration / deceleration is T m , the inertial moment of the flywheel in the FW device ai is J m , and the rotational angular velocity is ω m , the following relational expression is derived from the equations of the mechanical system.
ここで[数3]を離散化し、サンプリング時間をTs、現在のサンプリングの回転角速度をωmn、1サンプリング前の回転角速度をωmn−1とすると、次式に書き換えられる。 Here, when [Equation 3] is discretized, the sampling time is T s , the current angular velocity of sampling is ω mn , and the rotational angular velocity before sampling is ω mn−1 , the following equation is rewritten.
さらに、モータ極対数をpとして、回転角速度ωmnと1サンプリング前の回転角速度ωmn−1とを電源周波数fnと1サンプリング前の電源周波数fn−1とでそれぞれ書き換えると、次式が得られる。 Furthermore, when the number of motor pole pairs is p, and the rotational angular velocity ω mn and the rotational angular velocity ω mn−1 before one sampling are rewritten with the power source frequency f n and the power source frequency f n−1 before one sampling, respectively, can get.
次に、機械出力PmとトルクTmとの関係は次式で示される。 Next, the relationship between the machine output P m and the torque T m is expressed by the following equation.
次に、[数6]を[数5]に代入し、現在の電源周波数fnについて整理すると次式が導かれる。 Next, substituting [Equation 6] into [Equation 5] and rearranging the current power supply frequency f n yields
[数7]によると、FW群制御部50によって演算された個別電力指令PFWaiを機械出力Pmとして演算することで、電源周波数fnを定電力となる個別周波数指令fFWaiとして逐一演算することが可能である。
従って、FW群制御部50によって演算された個別電力指令PFWaiを周波数指令演算ブロック40に入力し、周波数指令演算ブロック40で[数7]を用いて個別周波数指令fFWaiを逐一演算し、VVVFciが周波数指令演算ブロック40で演算された個別周波数指令fFWaiに従ってFW装置aiの誘導電動機をV/f制御することで、加減速時のFW装置aiの充放電電力を指令値通りに制御することができる。
According to [ Equation 7], by calculating the individual power command P FWai calculated by the FW
Therefore, the individual power command P FWai calculated by the FW
周波数指令演算ブロック40は、図2を参照すると、ゲインブロック41と、除算器42と、加算器43と、すべり補正ブロック44と、周波数制限ブロック45と、遅延ブロック46とを備え、基本的に[数7]の演算を行う。
Referring to FIG. 2, the frequency
ゲインブロック41は、[数7]における定数部をまとめてゲイン化したブロックであり、入力された個別電力指令PFWai(Pm)に次式で示すKfを乗算する。
The
次に、除算器42によってゲインブロック41の演算結果を遅延ブロック46によって1サンプリング分遅延させた個別周波数指令fFWaiで除算すると共に、加算器43によって除算器42の演算結果に遅延ブロック46によって1サンプリング分遅延させた個別周波数指令fFWaiを加算する。
Next, the calculation result of the
加算器43の演算結果が[数7]の演算結果となるが、充放電電力が大きく、FW装置aiの加減速時間が短い場合、FW装置aiの回転数がすべりの分だけずれが生じる。そこで、予めFW装置aiのすべりを把握し、加算器43の演算結果に対し、すべり周波数を補正するすべり補正ブロック44を設けている。また、最終的な個別周波数指令fFWaiを出力するに当たり、FW装置aiを運用する上での最大周波数と最小周波数でリミットする周波数制限ブロック45を設けている。
The calculation result of the
この構成により、FW装置aiの充電時は、周波数指令演算ブロック40に入力するP指令の符号を+で与えることで、演算される個別周波数指令fFWaiは、前回の1サンプリング分遅延させた個別周波数指令fFWaiから増加するので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、周波数指令演算ブロック40に入力するP指令の符号を−で与えることで、演算される個別周波数指令fFWaiは、1サンプリング分遅延させた個別周波数指令fFWaiから減少するので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。
With this configuration, when the FW device ai is charged, the sign of the P command input to the frequency
なお、本実施の形態では、FW装置aiの誘導電動機のベースとなる制御をV/f制御としたが、FW装置aiの誘導電動機のベースとなる制御をベクトル制御の速度制御に置き換えても良い。この場合には、周波数指令fnを速度指令に変換することで、同様のFW装置aiの定電力制御を行うことができる。 In the present embodiment, the control that is the base of the induction motor of the FW device ai is V / f control. However, the control that is the base of the induction motor of the FW device ai may be replaced with vector control speed control. . In this case, the same constant power control of the FW device ai can be performed by converting the frequency command f n into a speed command.
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に割れ振る個別電力指令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に基づいて個別周波数指令fFWaiを演算する周波数指令演算ブロック40とを備え、可変電圧可変周波数電源VVVFc1〜cnは、周波数指令演算ブロック40によって演算された個別周波数指令fFWai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V/f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の周波数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、周波数指令演算ブロック40は、充放電指令をPm、周波数指令をfn、サンプリング時間をTs、1サンプリング前の周波数指令をfn−1、誘導電動機のモータ極対数をp、フライホイールの慣性モーメントをJmとそれぞれすると、
fn=fn−1+(p/2π)2・(TsPm/Jmfn−1)
によって演算するように構成されている。
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毎の個別周波数指令fFWaiを演算することができる。
Further, in the present embodiment, the frequency
f n = f n-1 + (p / 2π) 2 · (T s P m / J m f n-1 )
It is comprised so that it may calculate by.
With this configuration, the individual frequency command f 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 周波数指令演算ブロック(周波数指令演算部)
41 ゲインブロック
42 除算器
43 加算器
44 すべり補正ブロック
45 周波数制限ブロック
46 遅延ブロック
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周波数指令を演算する周波数指令演算部とを具備し、
前記可変電圧可変周波数電源は、前記周波数指令演算部によって演算された前記個別周波数指令を用いて、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V/f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 frequency command calculation unit that calculates an individual frequency command based on the individual power command calculated by the FW group control unit;
The variable voltage variable frequency power supply V / f-controls the induction motor of the flywheel device selected by the FW group control unit using the individual frequency command calculated by the frequency 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.
fn=fn−1+(p/2π)2・(TsPm/Jmfn−1)
によって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 frequency command calculation unit is configured such that the individual power command is P m , the individual frequency command is f n , the sampling time is T s , the individual frequency command before sampling is f n−1 , and the number of motor pole pairs of the induction motor P and the moment of inertia of the flywheel as J m ,
f n = f n −1+ (p / 2π) 2 · (T s P m / J m f n−1 )
The power leveling device according to claim 1 , wherein the power leveling device performs calculation according to claim 1 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014108263A JP6346791B2 (en) | 2014-05-26 | 2014-05-26 | Electric power leveling device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014108263A JP6346791B2 (en) | 2014-05-26 | 2014-05-26 | Electric power leveling device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015226345A JP2015226345A (en) | 2015-12-14 |
JP6346791B2 true JP6346791B2 (en) | 2018-06-20 |
Family
ID=54842797
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014108263A Active JP6346791B2 (en) | 2014-05-26 | 2014-05-26 | Electric power leveling device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6346791B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6778647B2 (en) * | 2017-04-10 | 2020-11-04 | 株式会社Rej | Power leveling device |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57116949A (en) * | 1981-01-13 | 1982-07-21 | Toshiba Corp | Energy accumulating flywheel device |
JPS59194643A (en) * | 1983-04-18 | 1984-11-05 | 三菱電機株式会社 | Energy accumulation controller |
JP2007259587A (en) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Ihi Corp | Power generation/regeneration system and excitation method of power generation/regeneration system, and power generation method of power generation/regeneration system |
JP5767895B2 (en) * | 2011-08-09 | 2015-08-26 | 株式会社東芝 | Output fluctuation suppressing device for distributed power supply and output fluctuation suppressing method for distributed power supply |
JP5851879B2 (en) * | 2012-02-21 | 2016-02-03 | 三菱重工業株式会社 | Power control device |
ES2614713T3 (en) * | 2012-09-28 | 2017-06-01 | Enrichment Technology Company Ltd. | Energy storage module with intermediate DC voltage circuit |
-
2014
- 2014-05-26 JP JP2014108263A patent/JP6346791B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015226345A (en) | 2015-12-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5113789B2 (en) | Charge / discharge control device and charge / discharge control method | |
KR101303404B1 (en) | Wind power generation apparatus and output-controlling method | |
JP6247352B2 (en) | Energy management system | |
US20140197686A1 (en) | Battery system | |
JP5519692B2 (en) | Secondary battery control method and power storage device | |
CN106300407B (en) | Power generation system | |
JP5851879B2 (en) | Power control device | |
JP2016220352A (en) | Distributed power supply system and distributed power supply system control method | |
JP2013192327A (en) | Storage battery control device, storage battery control method, program, electricity storage system, and power supply system | |
JPWO2016017425A1 (en) | Control device, power storage device, control support device, control method, control support method, and recording medium | |
JP2016144374A (en) | Motor drive device using capacitor | |
JP6346790B2 (en) | Electric power leveling device | |
US10069303B2 (en) | Power generation system and method with energy management | |
WO2016117236A1 (en) | Power generating system, power generation control method and program | |
KR101556893B1 (en) | Wind power generator type energy storage system and method thereof | |
JP6346791B2 (en) | Electric power leveling device | |
JP5480343B2 (en) | DC power supply system | |
JP2016163400A (en) | Controller, control method, and program | |
EP2333894A1 (en) | Method for controlling sodium-sulfur battery | |
JP2019088175A (en) | Motor controller, power conversion equipment, auxiliary power supply, and auxiliary power supply control method | |
JP5964080B2 (en) | Output smoothing apparatus, output smoothing method and program | |
US8716907B2 (en) | Renewable energy enhanced apparatus | |
JP6221684B2 (en) | Electric power leveling device | |
JP6221683B2 (en) | Electric power leveling device | |
RU2662151C1 (en) | Device for direct control of the moment of a synchronous engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170405 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180306 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180409 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20180522 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20180528 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6346791 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |