JP6673802B2 - 制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
特許文献1には、関連する技術として、需要家における受電点の力率を改善する分散型電源装置に関する技術が記載されている。
発電所や一次変電所などで発生させ、または、吸収した無効電力が系統全体における送電線及び配電線を経由する場合、送電線及び配電線における抵抗成分により、送電電力に大きな損失が生じるという問題があった。
そのため、系統における送電線及び配電線での送電電力の損失を低減することのできる技術が求められていた。
以下、本発明の一実施形態による電力システムの構成について説明する。
本発明の一実施形態による電力システム1は、図1に示すように、発電所10と、一次変電所20と、配電用変電所30と、架空送電線40と、地中配電ケーブル50と、需要家60と、EV(電気自動車)充電設備付ESS(エネルギ貯蔵システム)70と、太陽光発電設備80と、風力発電設備90と、制御装置100と、を備える。
発電機101は、火力、水力、風力、原子力、地熱などにより作り出した回転運動を電気に変換し発電可能な電力の範囲内で任意の有効電力と任意の無効電力を発生させる。発電機101は、無効電力を調整することで、系統から無効電力を吸収すること、及び、系統に無効電力を発生させることができる。なお、無効電力の調整には、電圧と電流との位相関係の調整が含まれる。
変圧器102は、発電機101が発電した電力における電圧を所望の電圧に変換する。
発電所10が発生させた電力は、架空送電線40を介して一次変電所20に送電される。
無効電力監視装置103は、電力システム1における無効電力の発生または吸収を示す無効電力の量を含む情報を取得する。例えば、無効電力監視装置103は、予め定めた系統の代表箇所における無効電力を系統全体の無効電力として、その代表箇所に設けられた装置から無効電力の情報を取得する。または、無効電力監視装置103は、系統における各装置や各配線における無効電力の情報を取得してもよい。無効電力監視装置103が取得する系統における各装置や各配線での無効電力の情報は、例えば、図1に示す電力システム1では、発電所10において発生または吸収される無効電力、一次変電所20において発生または吸収される無効電力、配電用変電所30において発生または吸収される無効電力、架空送電線40において吸収される無効電力、地中配電ケーブル50において発生させる無効電力、需要家60において発生または吸収される無効電力、EV充電設備付ESS70において発生または吸収される無効電力、太陽光発電設備80において発生または吸収される無効電力、風力発電設備90において発生または吸収される無効電力の情報である。
調相設備201は、例えば、コンデンサ201a、分岐リアクトル201b、変圧器201c、201dを備える。
コンデンサ201aは、進相用のコンデンサである。コンデンサ201aは、変圧器201cを介して系統に無効電力を発生させる。
分岐リアクトル201bは、遅相用のリアクトルである。分岐リアクトル201bは、変圧器201dを介して系統から無効電力を吸収する。
なお、調相設備201は、SVC(他励式静止形無効電力補償装置)、STATCOM(自励式静止形無効電力補償装置)などであってもよい。SVC、STATCOMのそれぞれは、任意の無効電力を生成すること、すなわち、無効電力を発生させること、及び、無効電力を吸収することができる。
変圧器202は、発電所10から一次変電所20に送電された電力における電圧を降圧する。
一次変電所20で降圧された電力は、架空送電線40を介して配電用変電所30に送電される。
変圧器301は、一次変電所20から配電用変電所30に送電された電力における電圧を降圧する。
配電用変電所30で降圧された電力は、地中配電ケーブル50を介して需要家60に送電される。また、EV充電設備付ESS70の充電時には、配電用変電所30で降圧された電力は、EV充電設備付ESS70に送電される。
負荷601は、例えば、モータである。負荷601がモータである場合、負荷601は、無効電力を吸収する。
コンデンサ602は、無効電力を発生させる。コンデンサ602が発生させた無効電力がモータなどの無効電力を吸収する負荷に供給されることで、コンデンサ602は、負荷601が需要家60の外部から吸収する無効電力を低減させる。
系統連系インバータ701は、系統から供給される電力を交流から直流に変換する。
二次電池702は、系統連系インバータ701によって直流に変換された電力を蓄積する。
EV充電器703は、二次電池702に蓄積された電力で電気自動車を充電する。
なお、EV充電設備付ESS70で使用される系統連系インバータ701は、扱う電力の大きさは異なるが上記STATCOMと同様の構成を含み、無効電力を発生させること、及び、無効電力を吸収することができる。また、系統連系インバータ701は、系統に有効電力を充放電することもできる。
系統連系インバータ701は、二次電池702が系統から供給される電力を蓄積しないときに、制御装置100から受信する無効電力の分担量を示す制御信号(無効電力指示)に応じて、無効電力を発生させる、または、無効電力を吸収する。
EV充電器703は、夜間に系統から系統連系インバータ701を介して受電した電力を用いて二次電池702を充電することで、安価に電力を蓄積することができる。一方、昼間は夜間に比べて電力が高価であるため、二次電池702の充電はほとんど行われない。系統連系インバータ701は、昼間に二次電池702の充電時とは別の用途に用いることができる可能性が高い。
太陽電池801は、太陽光エネルギを電気に変換し電力を発生させる。
系統連系インバータ802は、太陽電池801が発生させた電力を直流から交流に変換する。系統連系インバータ802は、交流に変換された電力を系統に送電する。
なお、太陽光発電設備80で使用される系統連系インバータ802は、上記STATCOMと同様の構成を有し、系統に有効電力を充放電すること、無効電力を発生させること、無効電力を吸収することができるものである。
系統連系インバータ802は、太陽電池801が電力を発生させないときに、制御装置100から受信する制御信号に応じて、無効電力を発生させる、または、無効電力を吸収する。
太陽光発電設備80は、太陽光を受光できる昼間に発電し、夜間には発電を行わない。系統連系インバータ802は、夜間に太陽光発電設備80の発電時とは別の用途に用いることができる可能性が高い。
風車901は、風力エネルギを電気に変換し電力を発生させる。
系統連系インバータ902は、風車901が発生させた電力を直流から交流に変換する。系統連系インバータ902は、交流に変換された電力を系統に送電する。
なお、風力発電設備90で使用される系統連系インバータ902は、上記STATCOMと同様の構成を有し、系統に有効電力を充放電すること、無効電力を発生させること、無効電力を吸収することができるものである。
系統連系インバータ902は、風車901が電力を発生させないときに、制御装置100から受信する制御信号に応じて、無効電力を発生させる、または、無効電力を吸収する。
風力発電設備90は、風が吹くときのみ発電し、風が止むと発電を行わない。系統連系インバータ902は、風が止んでいる間に風力発電設備90の発電時とは別の用途に用いることができる可能性が高い。
容量取得部140は、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれから制御容量を直接取得してもよい。また、容量取得部140は、例えば、無効電力監視装置103などを介して間接的に制御容量を取得してもよい。なお、容量取得部140が無効電力監視装置103から制御容量を取得する場合には、無効電力監視装置103は、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれに対応する制御容量を示す情報を取得または保持すればよい。
動作可否取得部150は、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれから稼働中であるか否かを示す情報を直接取得してもよい。また、動作可否取得部150は、例えば、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれが稼働中であるか否かを示す情報を無効電力監視装置103などを介して間接的に取得してもよい。なお、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれが稼働中であるか否かを示す情報を動作可否取得部150が無効電力監視装置103から取得する場合には、無効電力監視装置103は、系統連系インバータ701、802、902のうち、無効電力がゼロではない系統連系インバータを稼働中と判定し、無効電力がゼロである系統連系インバータを稼働中ではないと判定して、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれが稼働中であるか否かを示す情報を動作可否取得部150に送信すればよい。
稼働率取得部160は、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれから稼働率を直接取得してもよい。また、稼働率取得部160は、例えば、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれの稼働率を無効電力監視装置103などを介して間接的に取得してもよい。なお、稼働率取得部160が系統連系インバータ701、802、902のそれぞれの稼働率を無効電力監視装置103から取得する場合には、無効電力監視装置103は、系統連系インバータ701、802、902の稼働率を算出して、系統連系インバータ701、802、902の稼働率を動作可否取得部150に送信すればよい。
ここでは、図3に示す本発明の一実施形態による制御装置100の処理フローについて説明する。
なお、電力システム1において、発電所10は、系統に有効電力と無効電力とを送電するが、ここでは、特に無効電力に注目して説明する。また、初期状態では、指示送信部130は、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれに無効電力の分担量を示す制御信号を送信していないものする。
無効電力監視装置103は、取得した情報を制御装置100に送信する。
動作可否取得部150は、取得した情報が示す稼働している系統連系インバータと、稼働していない系統連系インバータとを特定する。
例えば、分担量決定部120は、系統連系インバータ701、802、902のうち、動作可否取得部150が特定した稼働している系統連系インバータにおける無効電力の分担可能容量を設定する(ステップS4)。次に、分担量決定部120は、系統に発生させる、または、系統から吸収する必要のある無効電力の量が、系統連系インバータが処理可能な制御容量の総和よりも大きいか否かを判定する(ステップS5)。分担量決定部120は、系統に発生させる、または、系統から吸収する必要のある無効電力の量が、系統連系インバータが処理可能な制御容量の総和よりも大きいと判定した場合(ステップS5においてYES)、すべての系統連系インバータにおける無効電力の分担量を制御容量が示す無効電力の量と決定する(ステップS6)。また、分担量決定部120は、系統に発生させる、または、系統から吸収する必要のある無効電力の量が、系統連系インバータが処理可能な制御容量よりも小さいと判定した場合(ステップS5においてNO)、系統連系インバータの中から、必要な無効電力を系統に発生させる、または、系統から吸収する系統連系インバータを特定し、無効電力の分担量を決定する(ステップS7)。なお、系統連系インバータの中から、必要な無効電力を系統に発生させる、または、系統から吸収する系統連系インバータを特定し、無効電力の分担量を決定する分担量決定部120によるステップS7の処理の詳細は、後述する。
ここでの各系統連系インバータの余裕度は、例えば、上述した系統連系インバータが稼働しているか否かを含む。分担量決定部120は、系統連系インバータが稼働していない場合、その系統連系インバータの余裕度が高いと判定し、系統連系インバータが稼働している場合、その系統連系インバータの余裕度が低いと判定する。
また、各系統連系インバータの余裕度は、例えば、系統において必要な無効電力の量と系統連系インバータの制御容量との割合を含む。系統において必要な無効電力の量が1つの系統連系インバータの制御容量よりも小さい場合、分担量決定部120は、制御容量の大きい系統連系インバータを余裕度が高いと判定し、制御容量の小さい系統連系インバータを余裕度が低いと判定する。
1つ目の処理の方法では、分担量決定部120は、余裕度が高いと判定した系統連系インバータにおける無効電力の分担量が余裕度が低いと判定した系統連系インバータにおける無効電力の分担量に比べて相対的に多くなるように無効電力の分担量を決定する。
分担量決定部120は、このように、ステップS7において、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれについて、系統で要求される無効電力の分担量を余裕度に応じて決定してもよい。
例えば、制御装置100は、系統全体を複数の地域ごとに分割して管理する。分担量決定部120は、分割された各地域において、無効電力を必要とする場所からの距離に応じて無効電力の分担量を重み付けして、系統連系インバータにおける無効電力の分担量を決定する。例えば、分担量決定部120は、無効電力を必要とする場所からの距離が短くなるほど無効電力の分担量が多くなるように重み付けする。なお、分担量決定部120は、決定した分担量が系統において必要な無効電力の量に最も近くなるように(理想的には一致するように)系統連系インバータの個数と、それぞれの系統連系インバータにおける無効電力の分担量を決定し、分担量が割り当てられていない系統連系インバータについての分担量はゼロとする。
なお、分担量決定部120は、例えば、記憶部が記憶する実験やシミュレーションなどにより系統連系インバータの複数の組み合わせに対して予め算出されたそれぞれの系統連系インバータにおける無効電力の分担量を用いることで、系統連系インバータの個数と、それぞれの系統連系インバータにおける無効電力の分担量を決定することができる。
分担量決定部120は、このように、ステップS7において、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれについて、系統で要求される無効電力の分担量を系統において無効電力を必要とする場所と各系統連系インバータの場所との距離に応じた重み付けにより決定してもよい。
例えば、各系統連系インバータに番号を割り当てる。分担量決定部120は、その番号の順に系統連系インバータにおける無効電力の分担量をその系統連系インバータの制御容量が示す無効電力の量と決定する。なお、分担量決定部120は、決定した無効電力の分担量が系統において必要な無効電力の量に最も近くなった(理想的には一致した)時点で無効電力の分担量の決定を終了し、無効電力の分担量が割り当てられていない系統連系インバータにおける無効電力の分担量はゼロとする。また、分担量決定部120は、次回の無効電力の分担量の決定を、前回の無効電力の分担量の決定を終了した番号の次の番号が割り当てられた系統連系インバータから開始する。
または、例えば、分担量決定部120は、各系統連系インバータの稼働時間を決定し、稼働時間が均一になるように系統連系インバータにおける無効電力の分担量を決定してもよい。
分担量決定部120は、このように、ステップS7において、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれについて、系統で要求される無効電力の分担量を稼働回数、または、稼働時間に基づく稼働率が均一になるように決定してもよい。
架空送電線40の抵抗成分とその架空送電線40に流れる電流の二乗との積が架空送電線40における電力の損失となる。また、地中配電ケーブル50における抵抗成分と地中配電ケーブル50に流れる電流の二乗との積が地中配電ケーブル50における電力の損失となる。また、各系統連系インバータでは、架空送電線40及び地中配電ケーブル50に電流を流したときの電流の大きさに応じた電力の損失が生じる。そこで、例えば、系統において必要な無効電力の複数の電力量について、予め実験やシミュレーションなどにより電流の大きさと電力の損失との関係を求めてデータテーブルに記憶する。そして、分担量決定部120は、無効電力の分担量を決定するときに、データテーブルを読み出し、系統連系インバータの無効電力の分担量の総和が系統において必要な無効電力の量に最も近くなる(理想的には一致する)系統連系インバータの組み合わせの中で、架空送電線40における電力の損失、地中配電ケーブル50における電力の損失、系統連系インバータにおける電力の損失の総和が最小となる系統連系インバータの組み合わせを特定する。そして、分担量決定部120は、特定した組み合わせに含まれる系統連系インバータの分担量を制御容量が示す無効電力の量と決定する。また、分担量決定部120は、特定した組み合わせに含まれない系統連系インバータの分担量をゼロと決定する。
分担量決定部120は、このように、ステップS7において、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれについて、系統で要求される無効電力の分担量を電力の損失によって決定してもよい。
本発明の一実施形態による電力システム1において、制御装置100は、無効電力受付部110と、分担量決定部120と、指示送信部130と、を備える。無効電力受付部110は、系統で要求される無効電力の入力を受け付ける。分担量決定部120は、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれについて、入力された無効電力の分担量を決定する。指示送信部130は、系統連系インバータ701、802、902のそれぞれに決定した分担量を示す無効電力指示を送信する。
このようにすれば、系統において必要となる実効的な無効電力が低減する。そのため、系統全体における送電線及び配電線を経由する無効電力が低減する。その結果、系統における送電線及び配電線での送電電力の損失を低減することができる。
10・・・発電所
20・・・一次変電所
30・・・配電用変電所
40・・・架空送電線
50・・・地中配電ケーブル
60・・・需要家
70・・・EV充電設備付ESS
80・・・太陽光発電設備
90・・・風力発電設備
100・・・制御装置
101・・・発電機
102、202、301・・・変圧器
201・・・調相設備
201a、602・・・コンデンサ
201b・・・分岐リアクトル
601・・・負荷
701、802、902・・・系統連系インバータ
702・・・二次電池
801・・・太陽電池
901・・・風車
Claims (7)
- 系統に連結している複数のインバータを制御する制御装置であって、
前記系統で要求される無効電力の電力情報の入力を受け付ける無効電力受付部と、
架空送電線及び地中配電ケーブルの抵抗成分と、前記架空送電線及び前記地中配電ケーブルに流れる電流と、前記電流を流した場合の前記複数のインバータにおける電力の損失とに基づいて、前記複数のインバータのそれぞれについて、前記電力情報が示す無効電力の分担量を決定する分担量決定部と、
前記複数のインバータのそれぞれに決定した前記分担量を示す無効電力指示を送信する指示送信部と、
を備える制御装置。 - 前記複数のインバータから処理可能な制御容量を取得する容量取得部、
を備え、
前記分担量決定部は、
前記制御容量に基づいて、前記複数のインバータのそれぞれについて、前記電力情報が示す無効電力の分担量を決定する、
請求項1に記載の制御装置。 - 前記複数のインバータから自インバータが稼働中であるか否かを示す稼働情報を取得する動作可否取得部、
を備え、
前記分担量決定部は、
前記複数のインバータのうち稼働中でないインバータについて、前記電力情報が示す無効電力の分担量を決定する、
請求項1または請求項2に記載の制御装置。 - 前記無効電力受付部は、
前記無効電力が要求される場所に関連づけて前記電力情報の入力を受け付け、
前記分担量決定部は、
前記場所に近いほど分担量が多くなるように、前記電力情報が示す無効電力の分担量を決定する、
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の制御装置。 - 前記複数のインバータの稼働率を取得する稼働率取得部、
を備え、
前記分担量決定部は、
前記稼働率に基づいて、前記複数のインバータの稼働率が一定になるように、前記電力情報が示す無効電力の分担量を決定する、
請求項1から請求項4の何れか一項に記載の制御装置。 - 系統に連結している複数のインバータを制御する制御方法であって、
前記系統で要求される無効電力の電力情報の入力を受け付けることと、
架空送電線及び地中配電ケーブルの抵抗成分と、前記架空送電線及び前記地中配電ケーブルに流れる電流と、前記電流を流した場合の前記複数のインバータにおける電力の損失とに基づいて、前記複数のインバータのそれぞれについて、前記電力情報が示す無効電力の分担量を決定することと、
前記複数のインバータのそれぞれに決定した前記分担量を示す無効電力指示を送信することと、
を含む制御方法。 - 系統に連結している複数のインバータを制御するためのコンピュータに、
前記系統で要求される無効電力の電力情報の入力を受け付けることと、
架空送電線及び地中配電ケーブルの抵抗成分と、前記架空送電線及び前記地中配電ケーブルに流れる電流と、前記電流を流した場合の前記複数のインバータにおける電力の損失とに基づいて、前記複数のインバータのそれぞれについて、前記電力情報が示す無効電力の分担量を決定することと、
前記複数のインバータのそれぞれに決定した前記分担量を示す無効電力指示を送信することと、
を実行させるプログラム。
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