JP6692205B2

JP6692205B2 - 連系運転制御装置およびこれを用いた分散型電源の運転システム並びに連系運転制御方法

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Publication number: JP6692205B2
Application number: JP2016086739A
Authority: JP
Inventors: 智浅沼; 佳後藤田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-04-25
Filing date: 2016-04-25
Publication date: 2020-05-13
Anticipated expiration: 2036-04-25
Also published as: JP2017200252A

Description

この発明は、系統電源喪失時に、非常用発電機、太陽光発電、風力発電、蓄電池等の分散型電源を組合せて、需要家の負荷に電源を供給する連系運転制御装置およびこれを用いた分散型電源の運転システム並びに連系運転制御方法に関するものである。

大部分の太陽光発電設備は、系統電源に接続した系統連系での運用を前提にしている。太陽光発電を系統連系して使用するには、電力会社の系統連系要件を満足する必要があり、太陽光発電は、電圧、周波数が上下限値から乖離した場合、系統電源から解列するように保護装置を設けている。
系統電源は、非常用発電に比べて電源変動が少なく安定しており、電圧、周波数の解列条件は、非常用発電機の電圧変動、周波数変動に比べて小さい範囲で設定されている。非常用発電機は、大きな負荷変動があると、電圧、周波数が系統連系の範囲を逸脱し、太陽光発電の保護機能が動作して、太陽光発電が停止することになる。
そのため、従来の非常用発電機と太陽光発電を連系して電源を供給するシステムにおいては、太陽光発電設備に設ける電圧、周波数による保護装置を系統連系用と停電時用に各々設けて、運用状態により、使用する保護装置を切替えることで、非常用発電機と太陽光発電を連系して電源を供給できるようにしている。
また、上記のように構成しても、太陽光発電の出力変動と負荷変動が同時に発生すると、非常用発電機の負荷変動許容量を超過して、非常用発電機が停止するという問題があった。
（例えば、特許文献１参照）

特開２００４−１０４８５１号公報（第４〜５頁、第２図）

従来の非常用発電機と太陽光発電の連系システムは、以上のように構成されているので、太陽光発電システムに電圧、周波数の保護装置を系統連系用と単独運転用に各々設ける必要があった。
また、太陽光発電の出力変動と大きい負荷設備の変動が同時に起こると、非常用発電機から見ると、太陽光発電の変化量と負荷変動の合計が実質の負荷変動となり、これらの合計が非常用発電機の負荷変動許容量を超過すると、非常用発電機が停止する場合があるなどの問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、系統連系で使用する発電設備をそのまま利用して、停電時にも非常用発電機と並列運転できるようにする連系運転制御装置およびこれを用いた分散型電源の運転システム並びに連系運転制御方法を得ることを目的とする。

この発明に係わる連系運転制御装置においては、停電時に、需要家の負荷に電源を供給する非常用発電機と、これとは別の発電設備との連系運転を制御する連系運転制御装置であって、非常用発電機の出力および発電設備の出力の状況から、発電設備の連系運転の可否を判断する連系運転判断手段、負荷の合計容量および発電設備の出力に基づき、負荷を投入または停止した場合の変動負荷量を算出する変動負荷量算出手段、および連系運転判断手段の判断結果により、発電設備の連系運転を開始した場合に、変動負荷量がしきい値以下の場合には、負荷を投入または停止させるとともに、変動負荷量がしきい値を超える場合には、負荷を順序投入または順序停止させる判断を行なう負荷投入停止判断手段を備え、負荷投入停止判断手段の判断結果に基づき、負荷の投入または停止を制御するものである。

この発明によれば、停電時に、需要家の負荷に電源を供給する非常用発電機と、これとは別の発電設備との連系運転を制御する連系運転制御装置であって、非常用発電機の出力および発電設備の出力の状況から、発電設備の連系運転の可否を判断する連系運転判断手段、負荷の合計容量および発電設備の出力に基づき、負荷を投入または停止した場合の変動負荷量を算出する変動負荷量算出手段、および連系運転判断手段の判断結果により、発電設備の連系運転を開始した場合に、変動負荷量がしきい値以下の場合には、負荷を投入または停止させるとともに、変動負荷量がしきい値を超える場合には、負荷を順序投入または順序停止させる判断を行なう負荷投入停止判断手段を備え、負荷投入停止判断手段の判断結果に基づき、負荷の投入または停止を制御するので、停電時に非常用発電機と別の発電設備を連系運転して、適切に負荷に電源を供給することができる。

この発明の実施の形態１による分散型電源の運転システムを示す構成図である。この発明の実施の形態１による分散型電源の運転システムの連系運転制御装置を示すブロック図である。この発明の実施の形態１による分散型電源の運転システムの連系運転制御装置を示すハードウェア構成図である。この発明の実施の形態１による分散型電源の運転システムの非常用発電機の周波数変動特性を示す図である。この発明の実施の形態１による分散型電源の運転システムの動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２による分散型電源の運転システムを示す構成図である。この発明の実施の形態３による分散型電源の運転システムを示す構成図である。この発明の実施の形態３による分散型電源の運転システムの動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態３による分散型電源の運転システムの蓄電池の残量を適切に保つ処理を示すフローチャートである。この発明の実施の形態４による分散型電源の運転システムを示す構成図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による分散型電源の運転システムを示す構成図である。
図１において、系統電源１の喪失時に、非常用発電機５と太陽光発電１４を連系運転して負荷１１に電源を供給する。系統電源１は、受電遮断器２と変圧器３と変圧器二次遮断器４を介して、電源を供給する。非常用発電機５は、遮断器６を介して電源を供給する。太陽光発電１４は、パワーコンディショナー１３と遮断器１２を介して電源を供給する。
負荷１１は、配線用遮断器１０を介して電源が供給される。
連系運転制御装置２０は、非常用発電機５の発電電力、太陽光発電１４の発電電力の計測値を取込み、負荷変動で太陽光発電１４が停止しないように、負荷の順序制御、および太陽光発電１４の運転・停止を制御する。

図２は、この発明の実施の形態１による分散型電源の運転システムの連系運転制御装置を示すブロック図である。
図２において、連系運転判断手段２１（第一のステップ）は、非常用発電機５と太陽光発電１４のそれぞれの発電電力状況に基づき、非常用発電機５と太陽光発電１４（太陽光発電設備、別の発電設備）との連系運転の可否を判断する。変動負荷量算出手段２２（第二のステップ）は、投入または停止する負荷の合計容量と太陽光発電１４の発電電力を考慮した値を変動負荷量として算出する。負荷投入停止判断手段２３（第三のステップ）は、変動負荷量に応じて、負荷の投入または停止を判断する。

図３は、この発明の実施の形態１による分散型電源の運転システムの連系運転制御装置を示すハードウェア構成図である。
図３において、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）３１は、不揮発性のＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）３２に予め記憶されたプログラムにより、演算データを一時的に記憶させるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）３３を用いて、連系運転制御を行う。
なお、図２の各手段は、一つ以上のプログラムとして、ＲＯＭ３２に記憶されている。

図４は、この発明の実施の形態１による分散型電源の運転システムの非常用発電機の周波数変動特性を示す図である。
図４において、通常の非常用発電機５の周波数変動は、系統電源１との連系を行う太陽光発電１４のパワーコンディショナー１３の動作範囲より大きい。大きな負荷変動△Ｐ２があると、非常用発電機５の周波数は、パワーコンディショナー１３の動作範囲を逸脱し、パワーコンディショナー１３が停止する。
そのため、パワーコンディショナー１３が停止しないようにするには、非常用発電機５の周波数変動をパワーコンディショナー１３の動作範囲になるように負荷変動を調整する必要がある。

次に、動作について説明する。
連系運転制御装置２０のプログラムによる動作について、図５を用いて説明する。
系統電源１の喪失時（停電時）、非常用発電機５から負荷１１に電源を供給するため、変圧器二次遮断器４を切り、非常用発電機５の運転後、遮断器６が投入される。
この時、すぐに太陽光発電１４を非常用発電機５に連系すると、負荷量によっては、太陽光発電１４の発電量が多く、太陽光発電１４から非常用発電機５へ逆潮流が発生する場合がある。そのため、発電電力の余剰が発生しないように、負荷１１の電力量が太陽光発電１４の出力をある程度超過した時点で、太陽光発電１４を投入する必要がある。

図５で、停電中であれば（ステップＳ３１）、太陽光発電連系運転判断（ステップＳ３２）は、非常用発電機５の電力と太陽光発電１４の電力を比較して、非常用発電機５に逆潮流が発生しない状態であれば、太陽光発電１４の連系運転を開始する（ステップＳ３４）。
連系運転開始後においても、太陽光発電１４の出力に比べ、負荷１１の負荷量が少なければ、非常用発電機５へ逆潮流が発生しないように、太陽光発電１４を停止する（ステップＳ３３）。

太陽光発電１４運転後、負荷を投入または停止する場合（ステップＳ３５）、変動負荷量算出（ステップＳ３６）を行い、負荷の投入または停止の判断を行う。変動負荷量算出（ステップＳ３６）では、負荷を投入する場合は、投入する負荷の合計容量と太陽光発電１４の発電電力の加算値を負荷変動量とし、負荷を停止する場合は、停止する負荷の合計容量と太陽光発電１４の設備容量相当を変動負荷量とする。変動負荷量に使用する太陽光発電の発電電力は瞬時値ではなく、余裕を考慮した値とする。
算出した変動負荷量が一定値Ｘ（しきい値）を超える場合（ステップＳ３７）、そのまま負荷を投入または停止すると、周波数変動がパワーコンディショナー１３の動作範囲を超過し、太陽光発電１４が停止するため、負荷を順序投入または順序停止（ステップＳ３９）する。
１台の負荷容量が大きく、順序投入または順序停止ができない場合（ステップＳ３８）は、太陽光発電を停止（ステップＳ４０）し、負荷の投入または停止（ステップＳ４１）を行う。
算出した変動負荷量が一定値Ｘ以下の場合（ステップＳ３７）は、負荷の投入または停止（ステップＳ４１）を行う。

実施の形態１によれば、変動負荷量を算出して、負荷の順序投入・停止または太陽光発電１４の停止などの判断を連系運転制御装置２０で実現するように構成したので、停電時に非常用発電機５と太陽光発電１４を安定して連系運転することができ、適切に負荷に電源を供給することができる。
また、非常用発電機５と太陽光発電１４の出力状況を常時把握しているため、太陽光発電１４による非常用発電機５への逆潮流を防止することもできる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による分散型電源の運転システムを示す構成図である。
図６において、符号１〜６、１０〜１２、２０は図１におけるものと同一のものである。図６では、風力発電１５（風力発電設備、別の発電設備）が遮断器１２を介して電源を供給するようになっている。

実施の形態１では、非常用発電機５と太陽光発電１４が連系運転する場合について述べたが、実施の形態２は、図６に示すように、太陽光発電１４の代わりに風力発電１５を設け、非常用発電機５と風力発電１５が連系運転するようにしたものである。
実施の形態２の動作については、実施の形態１と同様で、実施の形態１の太陽光発電１４の代わりに風力発電１５が制御対象となる。

実施の形態２によれば、風力発電と非常用発電機との連系運転を安定して行うことができる。

実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３による分散型電源の運転システムを示す構成図である。
図７において、符号１〜６、１０〜１４、２０は図１におけるものと同一のものである。図７では、蓄電池１６（別の発電設備）がパワーコンディショナー１３と遮断器１２を介して電源を供給するように配置されている。

実施の形態１では、非常用発電機５と太陽光発電１４による連系運転する場合について述べたが、実施の形態３では、図７に示すように、太陽光発電１４に加えて蓄電池１６を設け、非常用発電機５と蓄電池１６でも連系運転するようにしたものである。
負荷電力に比べて太陽光発電１４の発電電力が大きい場合、実施の形態１では、太陽光発電１４を連系することができなかったが、実施の形態３では、太陽光発電１４の発電電力を蓄電池１６に充電することで、非常用発電機５へ逆潮流を防止するこができ、太陽光発電１４を連系運転することができる。
このように、太陽光発電１４の出力が大きい場合に蓄電池１６への充電を行うことができる。これにより、太陽光発電１４の出力が小さいときに、太陽光発電１４に代わって、非常用発電機５と蓄電池１６で連系運転することができるようになる。

次に、動作について説明する。
連系運転制御装置２０のプログラムの動作について、図８を用いて説明する。
系統電源１の停電時、非常用発電機５の運転後、すぐに太陽光発電１４を非常用発電機５に連系すると、負荷量によっては、太陽光発電１４の発電量が多く、太陽光発電１４から非常用発電機５へ逆潮流が発生する場合がある。
そのため、発電電力の余剰が発生しないように、負荷１１の電力量が、太陽光発電１４の出力をある程度超過した時点で、太陽光発電１４を投入する必要がある。
図８は、太陽光発電１４を連系させる場合の処理フローを示したものである。

図８で、系統電源１の停電中であれば（ステップＳ５１）、太陽光発電連系運転判断（ステップＳ５２）で、非常用発電機５の電力と太陽光発電１４の電力を比較して、非常用発電機５に逆潮流が発生しないかどうかを判断する。太陽光発電連系運転判断（ステップＳ５２）で、連系運転をできない場合、蓄電池１６が充電可能な状態であれば（ステップＳ５３）、蓄電池１６の充電量を算出（ステップＳ５４）したのち、蓄電池１６の充電を開始（ステップＳ５５）し、太陽光発電１４の発電電力の全部または一部を蓄電池１６に充電する処理を行った（ステップＳ５３〜ステップＳ５５）後、太陽光発電１４を連系運転（ステップＳ５７）する。
ステップＳ５３で、蓄電池１６の充電が可能であれば、蓄電池１６の充電量を算出（ステップＳ５４）して、蓄電池１６の充電を開始（ステップＳ５５）し、ステップＳ５２に戻る。
ステップＳ５３で、蓄電池１６の充電が不可であれば、太陽光発電１４を停止（ステップＳ５６）し、ステップＳ５２に戻る。

このように蓄電池１６は太陽光発電を連系運転可能にするために使用するもので、太陽光発電の発電状況に応じて、いつでも充電できる状態にするため、蓄電池の残量を適切に保つ必要がある。
図９は、蓄電池の残量を適切に保つ処理フローを示したものである。
図９で、太陽光発電１４の発電電力が、負荷１１の使用電力より、ある程度小さければ（ステップＳ８１）、蓄電池１６の充電を停止する（ステップＳ８２、Ｓ８３）。
蓄電池１６の充電を停止した状態で、太陽光発電１４の発電電力が、負荷１１の使用電力より、ある程度小さく（ステップＳ８４）、蓄電池１６の残量が一定量を超えれば（ステップＳ８５）、蓄電池１６を放電し（ステップＳ８６）、蓄電池１６の残量が一定量未満になれば（ステップＳ８７）、蓄電池１６の放電を停止する。

図８に戻り、ステップＳ５７で、太陽光発電１４を連系運転後、負荷１１を投入または停止する場合（ステップＳ５８）、変動負荷量を算出（ステップＳ５９）し、投入または停止の判断を行う。この変動負荷量算出（ステップＳ５９）では、投入または停止する負荷１１の合計容量と太陽光発電１４の発電電力を加算した値を変動負荷量とする。
算出した変動負荷量が一定値Ｘを超える場合（ステップＳ６０）、そのまま負荷を投入または停止すると、周波数変動がパワーコンディショナー１３の動作範囲を超過し、太陽光発電１４が停止するため、負荷１１を順序投入または順序停止（ステップＳ６４）する。
１台の負荷容量が大きく、順序投入または順序停止ができない場合（ステップＳ６１）は、太陽光発電１４を停止（ステップＳ６２）し、負荷１１の投入または停止（ステップＳ６３）を行う。
算出した変動負荷量が一定値Ｘ以下の場合（ステップＳ６０）は、負荷の投入または停止（ステップＳ６３）を行う。

実施の形態３によれば、非常用発電機５の電力と太陽光発電１４の電力を比較して、非常用発電機５に逆潮流が発生するような場合でも、太陽光発電１４の出力で、蓄電池１６を充電するようにしたので、停電時に非常用発電機５と太陽光発電１４を安定して連系運転することができる。

実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４による分散型電源の運転システムを示す構成図である。
図１０において、符号１〜６、１０〜１４、１６、２０は図７におけるものと、符号１５は図６におけるものとそれぞれ同一のものである。図１０では、太陽光発電１４がパワーコンディショナー１３と遮断器１２を介し、風力発電１５が遮断器１２を介し、蓄電池１６がパワーコンディショナー１３と遮断器１２を介して、それぞれ電源を供給するようになっている。

実施の形態３では、非常用発電機５と太陽光発電１４と蓄電池１６による連系運転する場合について述べたが、実施の形態４は、図１０に示すように、太陽光発電１４、風力発電１５および蓄電池１６を組み合わせて、非常用発電機５と連系運転するようにしたものである。
実施の形態４は、実施の形態３の構成に、風力発電１５を加えたものであり、実施の形態３において、太陽光発電１４の代わりに、太陽光発電１４と風力発電１５の合計値を用いたものと同様である。
すなわち、蓄電池１６の充電・放電も、太陽光発電１４と風力発電１５を合わせて行い、非常用発電機５との連系運転も合計したもので行う。
実施の形態４の動作については、実施の形態３と同様で、連系運転制御装置２０の制御の対象が、太陽光発電１４と風力発電１５の合計したものである。

実施の形態４によれば、太陽光発電１４、風力発電１５、蓄電池１６などの複数の分散型電源を有効に使用することができ、災害時対策として有効になる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１系統電源、２受電遮断器、３変圧器、４変圧器二次遮断器、５非常用発電機、
６遮断器、１０配線用遮断器、１１負荷、１２遮断器、
１３パワーコンディショナー、１４太陽光発電、１５風力発電、１６蓄電池、
２０連系運転制御装置、２１連系運転判断手段、２２変動負荷量算出手段、
２３負荷投入停止判断手段、３１ＣＰＵ、３２ＲＯＭ、３３ＲＡＭ

Claims

停電時に、需要家の負荷に電源を供給する非常用発電機と、これとは別の発電設備との連系運転を制御する連系運転制御装置であって、
上記非常用発電機の出力および上記発電設備の出力の状況から、上記発電設備の連系運転の可否を判断する連系運転判断手段、
上記負荷の合計容量および上記発電設備の出力に基づき、上記負荷を投入または停止した場合の変動負荷量を算出する変動負荷量算出手段、
および上記連系運転判断手段の判断結果により、上記発電設備の連系運転を開始した場合に、上記変動負荷量がしきい値以下の場合には、上記負荷を投入または停止させるとともに、上記変動負荷量が上記しきい値を超える場合には、上記負荷を順序投入または順序停止させる判断を行なう負荷投入停止判断手段を備え、
上記負荷投入停止判断手段の判断結果に基づき、上記負荷の投入または停止を制御することを特徴とする連系運転制御装置。
請求項１に記載の連系運転制御装置、
停電時に、上記連系運転制御装置によって連系運転を制御される上記非常用発電機および上記発電設備を備えたことを特徴とする分散型電源の運転システム。
上記発電設備は、太陽光発電設備を有することを特徴とする請求項２に記載の分散型電源の運転システム。
上記発電設備は、風力発電設備を有することを特徴とする請求項２に記載の分散型電源の運転システム。
上記発電設備は、太陽光発電設備および風力発電設備を有し、
上記連系運転判断手段は、上記太陽光発電設備および上記風力発電設備をまとめて連系運転の可否を判断することを特徴とする請求項２に記載の分散型電源の運転システム。
上記発電設備は、蓄電池を有することを特徴とする請求項２に記載の分散型電源の運転システム。
上記発電設備は、太陽光発電設備を有し、
上記蓄電池には、上記連系運転判断手段により、連系運転不可と判断された上記太陽光発電設備から充電されることを特徴とする請求項６に記載の分散型電源の運転システム。
上記発電設備は、太陽光発電設備および風力発電設備を有し、
上記太陽光発電設備および上記風力発電設備は、上記連系運転判断手段により、まとめて連系運転の可否が判断され、
上記蓄電池には、連系運転不可と判断された上記太陽光発電設備および上記風力発電設備から充電されることを特徴とする請求項６に記載の分散型電源の運転システム。
連系運転判断手段が、停電時に需要家の負荷に電源を供給する非常用発電機の出力およびこれとは別の発電設備の出力の状況から、上記非常用発電機と上記発電設備の連系運転の可否を判断する第一のステップ、
変動負荷量算出手段が、負荷の合計容量および上記発電設備の出力に基づき、上記負荷を投入または停止した場合の変動負荷量を算出する第二のステップ、
および上記第一のステップの判断結果により、上記非常用発電機と上記発電設備の連系運転を開始した場合に、負荷投入停止判断手段が、上記第二のステップにより算出された変動負荷量がしきい値以下の場合には、上記負荷を投入または停止させるとともに、上記変動負荷量が上記しきい値を超える場合には、上記負荷を順序投入または順序停止させる判断を行なう第三のステップを含むことを特徴とする連系運転制御方法。