JP6841351B1

JP6841351B1 - 電力システムおよび電力システムの上位制御装置

Info

Publication number: JP6841351B1
Application number: JP2019563917A
Authority: JP
Inventors: 克也平
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2021-03-10
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: WO2020202288A1; JPWO2020202288A1

Abstract

様々な電力需要に応えることができる電力システムおよび電力システムの上位制御装置を提供する。電力システムは、電力を供給する複数の電力供給設備と、複数の電力供給設備それぞれと接続された複数の電力変換装置と、第一電力系統および第二電力系統と複数の電力変換装置との間に設けられ、複数の電力変換装置それぞれを第一電力系統と第二電力系統とのいずれか一方に対して個別に且つ選択的に接続するように構築された開閉装置と、開閉装置の開閉を制御することで第一電力系統および第二電力系統に対する複数の電力変換装置それぞれの接続状態を可変に設定するとともに、第一電力系統に接続された電力変換装置と第二電力系統に接続された電力変換装置とを個別に制御する上位制御部と、を含む。

Description

本出願は、電力システムおよび電力システムの上位制御装置に関するものである。

従来、例えば国際公開２０１５／０２９１３８号公報に記載されているように、電力系統と連系する電力システムが知られている。

国際公開２０１５／０２９１３８号公報

単一の電力システムを、複数の電力系統と連系させる場合がある。複数の電力系統との連系を行う場合、複数の電力系統それぞれが異なる電力需要を持つことがある。上記従来の電力システムは予め定められた送電方式に従って画一的に送電を行うものにすぎず、様々な電力需要に柔軟に対応することはできない。従来の技術は、複数の電力系統の様々な電力需要を満たすという観点から未だ改良の余地があった。

本出願は、上述のような課題を解決するためになされたもので、様々な電力需要に応えることができる電力システムおよび電力システムの上位制御装置を提供することを目的とする。

本出願にかかる電力システムは、電力を供給する複数の電力供給設備と、前記複数の電力供給設備それぞれと接続された複数の電力変換装置と、第一電力系統および第二電力系統と前記複数の電力変換装置との間に設けられ、前記複数の電力変換装置それぞれを前記第一電力系統と前記第二電力系統とのいずれか一方に対して個別に且つ選択的に接続するように構築された開閉装置と、前記開閉装置の開閉を制御することで前記第一電力系統および前記第二電力系統に対する前記複数の電力変換装置それぞれの接続状態を可変に設定するとともに、前記第一電力系統に接続された電力変換装置と前記第二電力系統に接続された電力変換装置とを個別に制御する上位制御部と、を含む。

本出願にかかる電力システムの上位制御装置は、電力を供給する複数の電力供給設備それぞれと接続された複数の電力変換装置と、第一電力系統および第二電力系統と前記複数の電力変換装置との間に設けられ前記複数の電力変換装置それぞれを前記第一電力系統と前記第二電力系統とのいずれか一方に対して個別に且つ選択的に接続するように構築された開閉装置と、に対してそれぞれ通信を行い、前記開閉装置の開閉を制御することで前記第一電力系統および前記第二電力系統に対する前記複数の電力変換装置それぞれの接続状態を可変に設定するとともに、前記第一電力系統に接続された電力変換装置と前記第二電力系統に接続された電力変換装置とを個別に制御するように構築されたものである。

本出願によれば、異なる複数の電力系統それぞれへの送電をフレキシブルに行うことができるので、単一の電力システムで様々な電力需要に応えることができる。

実施の形態にかかる電力システムを示す構成図である。実施の形態にかかる電力システムが備える上位制御部を示す構成図である。実施の形態にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態にかかる電力システムで実行される制御シーケンスを示す図である。実施の形態にかかる電力システムの具体例および所掌区分の例を示す構成図である。実施の形態にかかる電力システムの変形例を示す構成図である。実施の形態の変形例にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態の変形例にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態の変形例にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態の変形例にかかる電力システムの具体例および所掌区分の例を示す構成図である。実施の形態にかかる電力システムの変形例を示す構成図である。実施の形態の変形例にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態の変形例にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態の変形例にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態の効果を説明するための比較例（関連技術）にかかる電力システムを示す構成図である。実施の形態の効果を説明するための比較例（公知技術）にかかる電力システムを示す構成図である。実施の形態の変形例にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態の変形例にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。実施の形態にかかる電力システムの変形例を示す構成図である。実施の形態の変形例にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。

実施の形態にかかる電力システムは、「複数のＰＣＳグループ」を備えている。ＰＣＳグループとは、複数個のＰＣＳをグループ化して取り扱うための単位である。実施の形態では、一つのＰＣＳグループが、上記「課題を解決するための手段」における一つの「電力変換装置」に相当している。

ＰＣＳグループに含まれる個々のＰＣＳは、いわば「単位電力変換装置」に相当している。一つのＰＣＳグループは、少なくとも一つのＰＣＳ（パワーコンディショニングシステム）を含んでいる。一つのＰＣＳは、少なくとも、電力変換回路であるインバータ回路と、このインバータ回路を制御するインバータ制御回路と、各種の電気計測器（電流計および電圧計など）と、を含んでいる。ＰＣＳの具体的構造は各種公知の技術が存在するので、ここでは詳細な説明は省略する。

複数のＰＣＳが接続されて一つのＰＣＳグループが構築されてもよく、この場合には複数のＰＣＳが統合制御されて一つの電力変換装置として作動してもよい。ただし、「ＰＣＳグループ」は複数のＰＣＳを含むものに限定されない。一つのＰＣＳのみを含むＰＣＳグループが提供されてもよい。

図１は、実施の形態にかかる電力システム１を示す構成図である。図１に示す電力システム１は、第一系統連系点Ｓ１および第二系統連系点Ｓ２に接続することで、第一電力系統２０ａおよび第二電力系統２０ｂと接続している。

第一電力系統２０ａと第二電力系統２０ｂは、互いに異なる電力需要を持っている。以下に述べるように、実施の形態にかかる電力システム１によれば、個々の電力系統の電力需要に合わせてフレキシブルにシステムを変更することができる。なお、季節、時期、時間その他の状況に応じて、第一電力系統２０ａと第二電力系統２０ｂの少なくとも一方の電力需要が変化することがあってもよい。実施の形態にかかる電力システム１はそのような電力需要の変化にも対応しうるからである。

実施の形態にかかる電力システム１は、中央監視装置２ｃと第一上位制御装置２ａと第二上位制御装置２ｂとを含む上位制御部２と、複数の電力計測器３ａ，３ｂと、複数の第一変圧器４と、複数の開閉装置５ａ、５ｂ、５ｃと、複数の第二変圧器８と、複数の電力供給設備９と、複数のＰＣＳグループ１０と、を備えている。

実施の形態では上位制御部２が中央監視装置２ｃと第一上位制御装置２ａと第二上位制御装置２ｂとに分割されているが、必ずしもこのような分割がされていなくともよい。単一の装置が、上位制御部２のすべての機能を搭載してもよい。

複数の電力供給設備９は、電力を供給する各種の設備である。

複数の電力供給設備９の少なくとも一つまたは全部が、「再生可能エネルギー発電設備」であってもよい。「再生可能エネルギー発電設備」は、太陽光・風力・地熱・中小水力・バイオマスといった「再生可能エネルギー」で発電する発電設備である。再生可能エネルギー発電設備には、天候によって発電量が左右されるものが含まれてもよい。天候によって発電量が左右される再生可能エネルギー発電設備には、例えば太陽電池パネルと風力発電機とが含まれる。複数の再生可能エネルギー発電設備は、同一種類の再生可能エネルギー発電設備で統一されていてもよいし、異なる再生可能エネルギーで発電する異なる種類の発電設備を含んでもよい。例えば全ての電力供給設備９が太陽電池パネルであってもよいし、あるいは全ての電力供給設備９が風力発電機であってもよい。

複数の電力供給設備９は、少なくとも一つの蓄電池設備を含んでも良く、全てが蓄電池設備であってもよい。複数の電力供給設備９が、再生可能エネルギー発電設備と蓄電池設備の両方を含んでも良い。複数の電力供給設備が、再生可能エネルギー発電設備と蓄電池設備の両方を含んでも良い。

複数のＰＣＳグループ１０は、複数の電力供給設備９それぞれと接続されている。実施の形態にかかる複数のＰＣＳグループ１０は、第一ＰＣＳグループ１０ａと、第二ＰＣＳグループ１０ｂと、第三ＰＣＳグループ１０ｃと、を含んでいる。

実施の形態にかかる開閉装置５ａ、５ｂ、５ｃは、第一電力系統２０ａおよび第二電力系統２０ｂと複数のＰＣＳグループ１０との間に設けられている。開閉装置５ａ、５ｂは、複数のＰＣＳグループ１０それぞれを第一電力系統２０ａと第二電力系統２０ｂとのいずれか一方に対して個別に且つ選択的に接続するように構築されている。

「個別に接続すること」が可能なので、複数のＰＣＳグループ１０それぞれが互いに独立して任意の電力系統に接続できる。「選択的に接続すること」が可能なので、複数のＰＣＳグループ１０それぞれの接続先を必要に応じて異なる電力系統に切り替えることができる。

具体的には、実施の形態にかかる開閉装置５ａ、５ｂ、５ｃは、第一開閉装置５ａと、第二開閉装置５ｂと、第三開閉装置５ｃとを含んでいる。第一開閉装置５ａは、並列に設けられた複数の開閉器５ａ１、５ａ２、５ａ３によって構成されている。第二開閉装置５ｂは、並列に設けられた複数の開閉器５ｂ１，５ｂ２、５ｂ３によって構成されている。

なお、第三開閉装置５ｃを省略することで、第三開閉装置５ｃの位置が開放（つまり電気的に非接続）の状態とされてもよい。

複数の第一変圧器４のうち一つは系統連系点Ｓ１に接続されている。複数の第一変圧器４のうち他の一つは系統連系点Ｓ２に接続されている。

開閉器５ａ１は、第一ＰＣＳグループ１０ａと接続した第二変圧器８の一端と、第一電力系統２０ａの側の第一変圧器４の一端との間に介在している。開閉器５ｂ１は、第一ＰＣＳグループ１０ａと接続した第二変圧器８の一端と、第二電力系統２０ｂの側の第一変圧器４の一端との間に介在している。開閉器５ａ１と開閉器５ｂ１との開閉を排他的に制御することで、第一ＰＣＳグループ１０ａが第一電力系統２０ａまたは第二電力系統２０ｂのいずれか一方に選択的に接続される。なお、「排他的に制御」とは、複数の開閉器のうち一つの開閉器を開成に制御しているときには他の開閉器を閉成に制御するという意味である。

開閉器５ａ２は、第二ＰＣＳグループ１０ｂと接続した第二変圧器８の一端と、第一電力系統２０ａの側の第一変圧器４の一端との間に介在している。開閉器５ｂ２は、第二ＰＣＳグループ１０ｂと接続した第二変圧器８の一端と、第二電力系統２０ｂの側の第一変圧器４の一端との間に介在している。開閉器５ａ２と開閉器５ｂ２との開閉を排他的に制御することで、第二ＰＣＳグループ１０ｂが第一電力系統２０ａまたは第二電力系統２０ｂのいずれか一方に選択的に接続される。

開閉器５ａ３は、第三ＰＣＳグループ１０ｃと接続した第二変圧器８の一端と、第一電力系統２０ａの側の第一変圧器４の一端との間に介在している。開閉器５ｂ３は、第三ＰＣＳグループ１０ｃと接続した第二変圧器８の一端と、第二電力系統２０ｂの側の第一変圧器４の一端との間に介在している。開閉器５ａ３と開閉器５ｂ３との開閉を排他的に制御することで、第三ＰＣＳグループ１０ｃが第一電力系統２０ａまたは第二電力系統２０ｂのいずれか一方に選択的に接続される。

第三開閉装置５ｃは、第一電力系統２０ａの側の第一変圧器４と第一開閉装置５ａとを結ぶ配電線と、第二電力系統２０ｂの側の第一変圧器４と第二開閉装置５ｂとを結ぶ配電線と、の間に介在している。第三開閉装置５ｃを閉成すると、第一電力系統２０ａの側の回路と第二電力系統２０ｂの側の回路とが第三開閉装置５ｃを介して電気的に接続される。実施の形態では、第三開閉装置５ｃは平常時においては開成されているものとする。

なお、「開閉装置を構成する個々の開閉器」は、電力システム１内の特定の位置の回路接続を開成と閉成とで切り替え可能なものであれば、特に具体的構造に限定はない。設置される回路位置の電気的仕様などに応じて、負荷開閉器、遮断器、および断路器などの様々な公知の装置を必要に応じて用いることができる。

上位制御部２のうち中央監視装置２ｃが、開閉装置５ａ、５ｂ、５ｃを制御する。中央監視装置２ｃが、第一電力系統２０ａおよび第二電力系統２０ｂに対する複数のＰＣＳグループ１０それぞれの接続状態を可変に設定する。

複数の電力計測器３ａ，３ｂは、第一電力計測器３ａと、第二電力計測器３ｂとを含んでいる。第一電力計測器３ａは、第一電力系統２０ａとの系統連系点Ｓ１と第一開閉装置５ａとを結ぶ電力配線に設置されている。第一電力計測器３ａは、この電力配線で伝達される第一電力の電力パラメータを計測する。

第二電力計測器３ｂは、第二電力系統２０ｂとの系統連系点Ｓ２と第二開閉装置５ｂとを結ぶ電力配線に設置される。第二電力計測器３ｂは、この電力配線で伝達される第二電力の電力パラメータを計測する。

複数の電力計測器３ａ、３ｂそれぞれは、ＰＯＩメータである。ＰＯＩメータは、電力（ｋＷ）と、無効電力（ｋｖａｒ）と、周波数（Ｈｚ）と、力率（ＰＦ）と、電圧（Ｖ）とを計測する。

上位制御部２のうち第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂは、複数のＰＣＳグループ１０のうち第一電力系統２０ａに接続されたＰＣＳグループと第二電力系統２０ｂに接続されたＰＣＳグループとを個別に制御する。

第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂは、いわゆるパワープラントコントローラ（ＰＰＣ）であってもよい。図１に示すように、実施の形態では、第一上位制御装置２ａと第二上位制御装置２ｂと複数のＰＣＳグループ１０とが互いに通信網（図１の破線）を共有している。

第一上位制御装置２ａは、複数のＰＣＳグループ１０それぞれに接続されている。第一上位制御装置２ａは、第一電力系統２０ａとの系統連系を安定化させる第一電力安定化制御を実施するように、第一電力計測器で計測された電力パラメータに基づいて、複数のＰＣＳグループ１０のうち第一電力系統２０ａに接続されたＰＣＳグループを制御するように構築されている。

第二上位制御装置２ｂは、複数のＰＣＳグループ１０それぞれに接続されている。第二上位制御装置２ｂは、第二電力系統２０ｂとの系統連系を安定化させる第二電力安定化制御を実施するように、第二電力計測器で計測された電力パラメータに基づいて、複数のＰＣＳグループ１０のうち第二電力系統２０ｂに接続されたＰＣＳグループを制御するように構築されている。

これにより、第一電力系統２０ａの電力安定化制御と第二電力系統２０ｂの電力安定化制御とを個別に精度良く実施することができる。その結果、複数の電力系統２０ａ、２０ｂに対してフレキシブルに電力安定化制御を実施することができる。

図２は、実施の形態にかかる電力システムが備える上位制御部を示す構成図である。中央監視装置２ｃは、現在の接続状態を表す情報を第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂに対して送信している。

実施の形態では、第一上位制御装置２ａと第二上位制御装置２ｂと中央監視装置２ｃとが互いに通信することで、これらの間で現在のシステム接続関係（つまりどのＰＣＳグループがどの電力系統に接続されているか）が共有されている。第一上位制御装置２ａは、複数のＰＣＳグループ１０のうち第一電力系統２０ａに接続されたＰＣＳグループを制御対象とする。第二上位制御装置２ｂは、複数のＰＣＳグループ１０のうち第二電力系統２０ｂに接続されたＰＣＳグループを制御対象とする。

第一上位制御装置２ａと第二上位制御装置２ｂとが通信することで、第一上位制御装置２ａが制御対象とするＰＣＳグループと第二上位制御装置２ｂが制御対象とするＰＣＳグループとの間の重複を抑制するように構築されていてもよい。このような重複チェックを行うための「インターロック機能」が設けられていても良い。

第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂそれぞれは、有効電力上限値制御ブロックと、出力変化率制御ブロックと、周波数制御ブロックと、電圧制御ブロックと、力率制御ブロックと、無効電力制御ブロックと、制御対象ＰＣＳ選択ブロックと、を備えている。これらのブロックが協働することで第一電力系統２０ａおよび第二電力系統２０ｂに対する系統安定化制御がそれぞれ実施される。系統安定化制御は既に公知の技術であるため、その詳細は説明を省略する。

図２に示すように、中央監視装置２ｃは、ルート生成機能（開閉器制御機能）を有する機能ブロックを備えている。中央監視装置２ｃは、系統情報Ｄｓｐに応じて第一電力系統２０ａと第二電力系統２０ｂにいずれのＰＣＳグループを接続すべきかを判定するための判定ロジックを備えている。中央監視装置２ｃは、その判定ロジックの判定結果に従って第一開閉装置５ａおよび第二開閉装置５ｂを制御することで、複数のＰＣＳグループ１０の接続関係を制御するように構築されている。

以上説明したように、電力システム１によれば、第一開閉装置５ａおよび第二開閉装置５ｂを制御することで複数のＰＣＳグループ１０と第一電力系統２０ａおよび第二電力系統２０ｂとの接続関係を可変に構築することができるので、異なる複数の電力系統２０ａ、２０ｂそれぞれへの送電をフレキシブルに行うことができる。従って、単一の電力システム１で様々な電力需要に応えることができる。

より具体的に説明すると、第一系統情報によって、第一電力系統２０ａに第一電力量の送電が指示され、第二電力系統２０ｂに第二電力量の送電が指示されたとする。この場合、複数のＰＣＳグループ１０それぞれが第一電力系統２０ａと第二電力系統２０ｂとに個別に割り当てられることで、複数のＰＣＳグループ１０のうち一部によって第一電力量を発電するとともに複数のＰＣＳグループ１０のうち残りによって第二電力量を発電することができる。

一方、上記電力システムに対して上記第一系統情報と異なる第二系統情報が与えられる場合もある。第二系統情報では、第一電力量および第二電力量それぞれの大きさが第一系統情報とは異なっている。このような場合であっても、上記電力システムによれば、中央監視装置２ｃが第一開閉装置５ａおよび第二開閉装置５ｂを制御することで、第一電力系統２０ａおよび第二電力系統２０ｂに対して複数のＰＣＳグループ１０が様々な組み合わせパターンで割り当てられる。

これにより、第一電力系統２０ａに接続するＰＣＳグループと第二電力系統２０ｂに接続するＰＣＳグループとをフレキシブルに変更できる。その結果、異なる複数の電力系統２０ａ、２０ｂそれぞれへの送電をフレキシブルに行うことができるので、単一の電力システムで様々な電力需要に応えることができる。

以下、図３〜図６を用いて、図１に示す電力システム１の動作説明とともに、実施の形態にかかるＰＣＳグループ容量およびシステム接続パターンのバリエーションを説明する。「システム接続パターン」とは、複数のＰＣＳグループ１０それぞれと第一電力系統２０ａおよび第二電力系統２０ｂとの間の接続パターンのことである。以下、「システム接続パターン」とは、それらの接続関係を定めた電子情報のことも指すものとする。

複数のＰＣＳグループ１０それぞれの容量は電力システム１の設計および設置段階において決定されるものであり、システムごとに様々に設定することができるので、そのバリエーションを以下説明する。システム接続パターンも下記のように様々なバリエーションを用意することができる。

実施の形態では、中央監視装置２ｃが「複数のシステム接続パターン」を自己の不揮発性メモリに記憶していてもよい。中央監視装置２ｃは、電力会社等から予め送信された系統情報に従って、複数のシステム接続パターンから一つのシステム接続パターンを選択するように構築されていてもよい。

すなわち、上位制御部２における例えば中央監視装置２ｃが、複数のシステム接続パターンを予め記憶していてもよい。上位制御部２における例えば中央監視装置２ｃが、系統情報に応じて複数のシステム接続パターンのなかの一つのシステム接続パターンを選択し、選択したシステム接続パターンに従って第一開閉装置５ａおよび第二開閉装置５ｂを制御するように構築されていてもよい。これにより、第一開閉装置５ａおよび第二開閉装置５ｂそれぞれの開閉器を個別の信号で逐一制御しなくとも、複数のＰＣＳグループ１０の接続関係を所望のシステム構成へと簡単に変化させることができる利点がある。

図２に示すように、中央監視装置２ｃは、ルート生成機能（開閉器制御機能）を有する機能ブロックを備えている。中央監視装置２ｃが備えるルート生成機能ブロックは、系統情報Ｄｓｐと複数のシステム接続パターンとを対応付けた対応情報を例えば二次元マップなどの形態で予め記憶している。ルート生成機能ブロックへの系統情報Ｄｓｐの入力に応じて一つのシステム接続パターンが選択され、その選択されたシステム接続パターンどおりに複数のＰＣＳグループ１０を接続させるように、第一開閉装置５ａおよび第二開閉装置５ｂが制御される。

図３〜図６には、システム接続パターンの番号（第一システム接続パターン、第二システム接続パターン・・・）と、ＰＣＳグループの個数および番号と、各ＰＣＳグループの容量（ＭＷ）とが表の形態で図示されている。

システム接続パターンごとに、各ＰＣＳグループと、各電力系統との接続関係（つまり「接続」または「切離し」）が図示されている。「接続」と記載されている電力系統と接続されるように、第一開閉装置５ａと第二開閉装置５ｂのなかの特定の開閉器が閉成に制御される。「切離し」と記載されている電力系統とは非接続とされるように、第一開閉装置５ａと第二開閉装置５ｂのなかの特定の開閉器が開成に制御される。

また、システム接続パターンごとに、各電力系統に接続されたＰＣＳグループの総容量も図示されている。例えば図３における第一システム接続パターンでは、第一電力系統２０ａに接続したＰＣＳグループの総容量は「２０．４＋２０．４＋１０．２＝５１（ＭＷ）」であり、第二電力系統２０ｂに接続したＰＣＳグループの総容量は０（ＭＷ）である。この記載ルールは、図３およびそれ以降の全てのシステム接続パターン表において共通である。

図３は、実施の形態にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。図３では、一例として、第一ＰＣＳグループ１０ａの容量が２０．４ＭＷであり、第二ＰＣＳグループ１０ｂの容量が２０．４ＭＷであり、第三ＰＣＳグループ１０ｃの容量が１０．２ＭＷであるものとする。

一例として、同じ容量を持つ２０個のＰＣＳ（第一ＰＣＳ〜第二十ＰＣＳ）を、３つのグループに分割したものであってもよい。第一ＰＣＳグループ１０ａは８個のＰＣＳ（第一ＰＣＳ〜第八ＰＣＳ）を接続したものであってもよい。第二ＰＣＳグループ１０ｂは、８個のＰＣＳ（第九ＰＣＳ〜第十六ＰＣＳ）を接続したものであってもよい。第三ＰＣＳグループ１０ｃは、４個のＰＣＳ（第十七ＰＣＳ〜第二十ＰＣＳ）を接続したものであってもよい。

複数のシステム接続パターンは、第一電力系統２０ａと第二電力系統２０ｂのうち一方に複数のＰＣＳグループ１０の全てを接続するとともに第一電力系統２０ａと第二電力系統２０ｂのうち他方には複数のＰＣＳグループ１０を接続しないシステム接続パターンを含んでいてもよい。図３における第一システム接続パターンと第八システム接続パターンがこれに相当している。

複数のシステム接続パターンは、第一電力系統２０ａに複数のＰＣＳグループ１０のうち一部を接続するとともに第二電力系統２０ｂに複数のＰＣＳグループ１０の残りを接続するシステム接続パターンを含んでいてもよい。図３における第二システム接続パターン〜第七システム接続パターンがこれに相当している。

図４〜図６は、実施の形態にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。図４の例では、図３の場合とは異なり、複数のＰＣＳグループ１０が２０．４ＭＷで同じ容量を持っているものとする。図５の例では、複数のＰＣＳグループ１０が互いに異なる容量を持ち、第一ＰＣＳグループ１０ａの容量が３０．６ＭＷであり、第二ＰＣＳグループ１０ｂの容量が２０．４ＭＷであり、第三ＰＣＳグループ１０ｃの容量が１０．２ＭＷであるものとする。図６の例では、複数のＰＣＳグループ１０が互いに異なる容量を持ち、第一ＰＣＳグループ１０ａの容量が２０．４ＭＷであり、第二ＰＣＳグループ１０ｂの容量が１５．２ＭＷであり、第三ＰＣＳグループ１０ｃの容量が１０．２ＭＷであるものとする。

複数のＰＣＳグループ１０は、同一の容量を持つ複数の特定ＰＣＳグループを含んでもよい。例えば図３のように第一ＰＣＳグループ１０ａと第二ＰＣＳグループ１０ｂとがともに２０．４（ＭＷ）の容量を持ってもよい。例えば図４のように複数のＰＣＳグループ１０が互いに同じ容量を持ってもよい。

複数のＰＣＳグループ１０は、第一容量を持つ複数の特定ＰＣＳグループと、第一容量と異なる第二容量を持つ少なくとも一つの他の特定ＰＣＳグループと、を含んでもよい。この例に当てはまるのは例えば図３、図５および図６である。

複数のＰＣＳグループ１０は、第一容量を持つ少なくとも一つの特定ＰＣＳグループと、第一容量と異なり且つ第一容量を整数倍した第二容量を持つ少なくとも一つの他の特定ＰＣＳグループと、を含んでもよい。図３では２０．４／１０．２＝２倍という関係があり、図４では２０．４／２０．４＝１倍という関係があり、図５では同様に２倍または３倍の関係にある。図６では１５．２（ＭＷ）が他の容量に対して整数倍の関係にはないが、２０．４／１０．２＝２倍の関係が成り立つ。従ってこの例には、図３、図４、図５、および図６の全てが含まれる。

なお、複数のＰＣＳグループ１０それぞれの容量が整数の関係を含むように定められると、システム接続パターンの記憶個数を節減可能であるという利点がある。例えば、図３では第二システム接続パターンと第三システム接続パターンとでＰＣＳグループの容量の分配の仕方が同じである。これらのうち一方のシステム接続パターンを構築できれば、他方のシステム接続パターンは使用しなくともよい場合がある。従って、ＰＣＳグループの容量の分配の仕方が同じである複数のシステム接続パターンのうち一つの特定システム接続パターンのみを中央監視装置２ｃに記憶させてもよく、残りのシステム接続パターンを省略しても良い。図３の第六システム接続パターンと第七システム接続パターンも同様の関係にある。図４および図５でも同様に省略可能な接続パターンが含まれている。

複数のＰＣＳグループ１０は、第一容量を持つ少なくとも一つの特定ＰＣＳグループと、第一容量と異なり且つ第一容量の非整数倍の値である第二容量を持つ他の特定ＰＣＳグループと、を含んでもよい。図６では１５．２（ＭＷ）が他の容量に対して整数倍の関係にはないので、この例に当てはまるのは図６である。

図７は、実施の形態にかかる電力システムで実行される制御シーケンスを示す図である。なお、図７では、第一開閉装置５ａおよび第二開閉装置５ｂを構成する開閉器としてＶＣＢ（真空遮断器）が用いられた例が示されている。図７に示すシーケンスフローでは、まず、中央監視装置２ｃが、第ｎＰＣＳグループの切替開始指令を送信する（ステップＳ１００）。

ここで、「ｎ」は、任意のＰＣＳグループ番号である。次に、第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂが、系統安定化制御を含むＰＣＳ制御を中断するように制御中断ルーチンを実行する（ステップＳ１０１）。

次に、第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂが、第ｎＰＣＳグループに含まれるＰＣＳの停止指令を送信する（ステップＳ１０２）。このとき、第ｎＰＣＳグループに該当しない他のＰＣＳグループについてはそのまま運転を継続してもよい。

次に、複数のＰＣＳグループ１０のうち、第ｎＰＣＳグループのＰＣＳが、停止指令を受けて停止完了したことを第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂに対してアンサーバックする（ステップＳ１０３）。

次に、第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂは、中央監視装置２ｃに対して、システム接続パターンの切替が可能であることを示す切替可能信号を送信する（ステップＳ１０４）。次に、中央監視装置２ｃは、第一開閉装置５ａおよび第二開閉装置５ｂに対して、ＶＣＢ開閉指令を送信する（ステップＳ１０５）。

ＶＣＢ開閉指令を受けた第一開閉装置５ａおよび第二開閉装置５ｂは、ＶＣＢ開閉指令の内容に従って個々の開閉器（ＶＣＢ）を開成または閉成に制御する。その後、第一開閉装置５ａおよび第二開閉装置５ｂは、個々の開閉器（ＶＣＢ）の制御が完了した後、中央監視装置２ｃに対してＶＣＢアンサーバックを送信する（ステップＳ１０６）。

次に、中央監視装置２ｃは、第ｎＰＣＳグループの切替完了を伝達するための切替完了指令信号を、第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂに対して送信する（ステップＳ１０７）。切替完了指令信号受信した後に、第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂは、第ｎＰＣＳグループにＰＣＳ運転指令を送信する（ステップＳ１０８）。

ＰＣＳ運転指令を受信した第ｎＰＣＳグループは、運転を再開するとともに、ＰＣＳアンサーバックを第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂに送信する（ステップＳ１０９）。その後、第一上位制御装置２ａおよび第二上位制御装置２ｂは、それぞれが制御対象とするＰＣＳグループに対して制御指令を発することで、系統安定化制御を再開する。

図８は、実施の形態にかかる電力システム１の具体例および所掌区分の例を示す構成図である。図８には図１の電力システム１と共通のシステム構成を有しているものの、所掌区分が例示されている点および複数の開閉器３１、３２、３３、３４、３５、５１が追加で図示されている点で図１と違いがある。第一変圧器４は中圧区分４０に含まれる。電力計測器３ａ、３ｂは高圧区分３０に含まれている。高圧区分３０は、系統連系点Ｓ１と第一変圧器４との間の電力配線２１ａに挿入された開閉器３１、３３と、系統連系点Ｓ２と第一変圧器４との間の電力配線２１ｂに挿入された開閉器３２、３４と、高圧区分３０の内部で第一電力系統２０ａの側の配線と第二電力系統２０ｂの側の配線との間の開成と閉成とを切替可能に構築された開閉器３５とを含んでいる。複数の開閉器３１、３２、３３、３４、３５、５１は中央監視装置２ｃにより制御される。

図９は、実施の形態にかかる電力システム１０１の変形例を示す構成図である。図９の変形例では、図１の電力システム１に、第四ＰＣＳグループ１０ｄが追加されている。第四ＰＣＳグループ１０ｄとともに、これに接続される電力供給設備９、第二変圧器８、が追加されている。また、第一開閉装置５ａに第四の開閉器５ａ４が追加され、第二開閉装置５ｂに第四の開閉器５ｂ４が追加されている。

図１０〜図１２は、実施の形態の変形例にかかる電力システム１０１が備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。図１０〜図１２では、一例として、第一ＰＣＳグループ１０ａ〜第四ＰＣＳグループ１０ｄがそれぞれ２５（ＭＷ）を持つものとしている。しかしながら、図９のシステムにおいても、上記の図３〜図６を用いつつ説明したのと同様に、複数のＰＣＳグループ１０の容量の定め方を様々に変形することができる。少なくとも、一部又は全部の容量を同一または非同一とする変形が可能であり、異なる容量同士の関係を整数倍とするか非整数倍とする変形も可能である。

図１３は、実施の形態の変形例にかかる電力システム１０１の具体例および所掌区分の例を示す構成図である。図９のシステム構成に対して、所掌区分などを例示したものである。図１３における変形の内容は、図１に対して施された図８の変形と同様であるため、その詳細の説明は省略する。

図１４は、実施の形態にかかる電力システム１０２の変形例を示す構成図である。図１４の変形例は、電力システムに接続される電力系統の数を一つ増やしたものである。図１４の変形例では、図１の電力システム１に、第三電力系統２０ｃが追加で接続されており、第三上位制御装置２ｄと、第三電力計測器３ｃと、第四開閉装置５ｄと、が追加されている。

第四開閉装置５ｄは、複数の開閉器５ｄ１〜５ｄ３を含んでいる。開閉器５ｄ１〜５ｄ３それぞれは、複数のＰＣＳグループ１０それぞれと接続した第二変圧器８の一端と、第一電力系統２０ａ、第三電力系統２０ｃの側の第一変圧器４の一端との間に介在している。第四開閉装置５ｄにより、複数のＰＣＳグループ１０それぞれの接続先として、第三電力系統２０ｃを選ぶこともできる。

図１５〜図１７は、実施の形態の変形例にかかる電力システム１０２が備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。図１５〜図１７では、図１と同様に複数のＰＣＳグループ１０の容量を定めているが、これに限定されるものではない。図１４の電力システム１０２においても、上記の図３〜図６、図１０〜図１２を用いつつ説明したのと同様に、複数のＰＣＳグループ１０の容量の定め方を様々に変形することができる。少なくとも、一部又は全部の容量を同一または非同一とする変形が可能であり、異なる容量同士の関係を整数倍とするか非整数倍とする変形も可能である。また、図１４の電力システム１０２において、図９の電力システム１０１と同様にＰＣＳグループ１０の数を４個にしてもよい。

なお、実施の形態では、一例として、複数の電力供給設備９それぞれの定格電力供給量と、個々の電力供給設備９に接続される複数のＰＣＳグループ１０の定格容量とは、互いに対応していてもよい。例えば、第一ＰＣＳグループ１０ａと第二ＰＣＳグループ１０ｂとが共通に第一容量（例えば２０．４ＭＷ）を持つのであれば、第一ＰＣＳグループ１０ａと第二ＰＣＳグループ１０ｂに接続される複数の電力供給設備９も共通の電力供給容量を画一的に持っていてもよい。

ただし、このように電力供給設備９の電力供給容量が画一的である場合のみに実施の形態が限定されるものではない。例えば下記のような変形例が構築されても良い。

例えば、何らかの理由により、同じ容量を持つ複数のＰＣＳグループ１０に対して、異なる容量を持つ電力供給設備９が接続されることも想定される。具体的には、第一ＰＣＳグループ１０ａに接続される電力供給設備９が第一発電容量を持つ太陽電池アレイであるとする。さらに、第二ＰＣＳグループ１０ｂに接続される電力供給設備９が第一発電容量と完全には一致しない第二発電容量を持つ太陽電池アレイであるものとする。この場合、第一ＰＣＳグループ１０ａおよび第二ＰＣＳグループ１０ｂが同じ容量を持っていても、電力供給設備９に違いがある。

また、何らかの理由により、同じ容量を持つ複数のＰＣＳグループ１０に対して、種別の異なる電力供給設備９が接続されることも想定される。例えば同じ容量を持つ複数のＰＣＳグループ１０のなかで、一つのＰＣＳグループには太陽電池アレイが接続され、他の一つのＰＣＳグループには蓄電池設備あるいは風力発電機が接続される等の場合である。

具体的には、第一ＰＣＳグループ１０ａに接続される電力供給設備９が太陽電池アレイであるとする。さらに、第二ＰＣＳグループ１０ｂに接続される電力供給設備９が蓄電池設備あるいは風力発電機であるものとする。この場合、第一ＰＣＳグループ１０ａおよび第二ＰＣＳグループ１０ｂが同じ容量を持っていても、電力供給設備９に違いがある。

上記の変形例においては、容量の分配が同じである複数のシステム接続パターンがもれなく上位制御部２に記憶されてもよい。容量の分配が同じである複数のシステム接続パターンとは、図３の例であれば、例えば第二システム接続パターンと第三システム接続パターンである。電力供給設備９それぞれが互いに違う構造性質を有する場合には、仮に容量の分配が同じ複数のシステム接続パターンであっても、状況に応じた使い分けができるからである。

また、電力供給設備９として自然エネルギーを用いて発電する再生可能エネルギー発電設備が用いられている場合には、次のような事情がある。再生可能エネルギー発電設備は、例えば太陽電池アレイあるいは風力発電機などを含む。これらは発電量が天候に左右される。例えば太陽電池アレイであれば個々のアレイの設置場所に応じて日射量に差が出ることがある。風力発電機についても設置場所が異なれば、風力発電機が受ける風量に違いが出る場合もある。

従って、このような各電力供給設備９の個性を考慮に入れて、前述のようなシステム接続パターンの省略を行わずに、容量の分配が同じである複数のシステム接続パターンがもれなく上位制御部２に記憶されてもよい。この場合、一例として、複数のＰＣＳグループ１０に接続される太陽電池アレイおよび風力発電機に関する識別情報が、図３〜図６、図１０〜図１２、図１５〜図１７に例示した対応マップデータに加えられていても良い。

そのような「電力供給設備の識別情報」を追加した変形例を、図２０および図２１に示す。図２０〜図２１は、実施の形態の変形例にかかる電力システムが備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。識別情報は、電力供給設備の種類が含まれていてもよく、単に「第一太陽電池アレイ」および「第二太陽電池アレイ」などの識別情報とされていてもよく、例えば個々の発電設備の設置場所あるいは稼働年数等の運転履歴が含まれていてもよく、これら以外の識別情報が含まれていても良い。

図２２は、実施の形態にかかる電力システム１０３の変形例を示す構成図である。図２２の電力システム１０３は、第三ＰＣＳグループ１０ｃおよびこれと接続する各種回路構成が省略されている。つまり、図２２の電力システム１０３は、図１の電力システム１に比べて、複数のＰＣＳグループ１０の個数を一つ減らしたものである。図２３は、実施の形態の変形例にかかる電力システム１０３が備える複数のシステム接続パターンを説明するための図である。

図２３では、複数のＰＣＳグループ１０の容量を２０．４（ＭＷ）と１０．２（ＭＷ）に定めているが、これに限定されるものではない。図２２の電力システム１０３においても、図３〜図６、図１０〜図１２、図１５〜図１７を用いつつ説明したのと同様に、複数のＰＣＳグループ１０の容量の定め方を様々に変形することができる。少なくとも、一部又は全部の容量を同一または非同一とする変形が可能であり、異なる容量同士の関係を整数倍とするか非整数倍とする変形も可能である。

実施の形態では、図１、図９、図１４、および図２２において、接続する電力系統の個数と複数のＰＣＳグループの個数とのバリエーションを例示した。接続する電力系統の個数は２つ以上の任意の個数としても良い。複数のＰＣＳグループも２つ以上の任意の個数としてもよい。接続する電力系統の個数よりも複数のＰＣＳグループの個数のほうが少なくともよく、これとは逆に、接続する電力系統の個数よりも複数のＰＣＳグループの個数のほうが多くともよい。

なお、前述の図３〜図６、図１０〜図１２、図１５〜図１７に示したシステム接続パターンでは、複数のＰＣＳグループがいずれかの電力系統に接続されている。しかしながら、一部のＰＣＳグループをいずれの電力系統にも接続させずに休止させるシステム接続パターンが含まれていても良い。この場合には、休止させたいＰＣＳグループが全ての電力系統から切り離されるように第一開閉装置５ａ、第二開閉装置５ｂ、および第四開閉装置５ｄを制御すれば良い。

実施の形態にかかる上位制御部２は、「電力システムの上位制御装置」として単体で提供されてもよい。「電力システムの上位制御装置」が単体で提供される場合には、上位制御部２のすべての機能を搭載した単一の装置が提供されてもよい。或いは、実施の形態のように中央監視装置２ｃと第一上位制御装置２ａと第二上位制御装置２ｂとを含む複数の装置群からなる形態で、「電力システムの上位制御装置」が提供されてもよい。

（比較例）
図１８は、実施の形態の効果を説明するための比較例（関連技術：ＲｅｌａｔｅｄＡｒｔ）にかかる電力システムを示す構成図である。図１８の比較例にかかる電力システムでは、系統連系点Ｓ１と系統連系点Ｓ２とが合流点Ｘで合流している。合流点Ｘが複数のＰＣＳグループ１０と接続されている。複数のＰＣＳグループ１０は、図示を省略した電力供給設備９からの電力を変換して、変換後の電力を合流点Ｘに送電する。電力計測器１０３および上位制御装置１０２によって電力安定化制御が実施される。

図１８の電力システムでは、実施の形態にかかる電力システム１とは異なり開閉装置５ａ、５ｂが設けられていないので、複数のＰＣＳグループのシステム接続パターンを切り替える制御が不可能である。従って、比較例では、実施の形態のようなフレキシブルな送電を行うことができない欠点がある。

図１９は、実施の形態の効果を説明するための比較例にかかる電力システムを示す構成図である。図１９は、単一の電力系統に接続する従来の電力システムを例示したものである。この比較例も、複数のＰＣＳグループ１０を用いて単一の電力系統に対して系統安定化制御を実施することはできるものの、実施の形態のようなフレキシブルな送電はできない欠点がある。

Ｄｓｐ系統情報、Ｓ１系統連系点（第一系統連系点）、Ｓ２系統連系点（第二系統連系点）、Ｘ合流点、１電力システム、２上位制御部、２ａ第一上位制御装置、２ｂ第二上位制御装置、２ｃ中央監視装置、２ｄ第三上位制御装置、１０２上位制御装置、３ａ電力計測器（第一電力計測器）、３ｂ電力計測器（第二電力計測器）、３ｃ電力計測器（第三電力計測器）、１０３電力計測器、４第一変圧器、５ａ開閉装置（第一開閉装置）、５ｂ開閉装置（第二開閉装置）、５ｃ開閉装置（第三開閉装置）、５ｄ開閉装置（第四開閉装置）、５ａ１〜５ａ４、５ｂ１〜５ｂ４、５ｄ１〜５ｄ３開閉器、７通信網、８第二変圧器、９電力供給設備、１０複数のＰＣＳグループ、１０ａＰＣＳグループ（第一ＰＣＳグループ）、１０ｂＰＣＳグループ（第二ＰＣＳグループ）、１０ｃＰＣＳグループ（第三ＰＣＳグループ）、１０ｄＰＣＳグループ（第四ＰＣＳグループ）、２０ａ電力系統（第一電力系統）、２０ｂ電力系統（第二電力系統）、２０ｃ電力系統（第三電力系統）、３０高圧区分、３１、３２、３３、３４、３５、５１開閉器、４０中圧区分

Claims

電力を供給する複数の電力供給設備と、
前記複数の電力供給設備それぞれと接続された複数の電力変換装置と、
第一電力系統および第二電力系統と前記複数の電力変換装置との間に設けられ、前記複数の電力変換装置それぞれを前記第一電力系統と前記第二電力系統とのいずれか一方に対して個別に且つ選択的に接続するように構築された開閉装置と、
前記開閉装置の開閉を制御することで前記第一電力系統および前記第二電力系統に対する前記複数の電力変換装置それぞれの接続状態を可変に設定するとともに、前記第一電力系統に接続された電力変換装置と前記第二電力系統に接続された電力変換装置とを個別に制御する上位制御部と、
を含む電力システム。
前記第一電力系統との系統連系点と前記開閉装置とを結ぶ電力配線で伝達される第一電力の電力パラメータを計測する第一電力計測器と、
前記第二電力系統との系統連系点と前記開閉装置とを結ぶ電力配線で伝達される第二電力の電力パラメータを計測する第二電力計測器と、
をさらに備え、
前記上位制御部は、前記複数の電力変換装置それぞれに接続された第一上位制御装置と、前記複数の電力変換装置それぞれに接続された第二上位制御装置と、を含み、
前記第一上位制御装置は、前記第一電力系統との系統連系を安定化させる第一電力安定化制御を実施するように、前記第一電力計測器で計測された電力パラメータに基づいて、前記第一電力系統に接続された電力変換装置を制御するように構築され、
前記第二上位制御装置は、前記第二電力系統との系統連系を安定化させる第二電力安定化制御を実施するように、前記第二電力計測器で計測された電力パラメータに基づいて、前記第二電力系統に接続された電力変換装置を制御するように構築された請求項１に記載の電力システム。
前記上位制御部は、前記複数の電力変換装置それぞれと前記第一電力系統および前記第二電力系統との間の接続を定めた複数の接続パターンを予め記憶しており、
前記上位制御部は、系統情報に応じて前記複数の接続パターンのなかの一つの接続パターンを選択し、選択した接続パターンに従って前記開閉装置を制御するように構築された請求項１または２に記載の電力システム。
前記複数の接続パターンは、
前記第一電力系統と前記第二電力系統のうち一方に前記複数の電力変換装置の全てを接続するとともに前記第一電力系統と前記第二電力系統のうち他方には前記複数の電力変換装置を接続しない第一接続パターンと、
前記第一電力系統に前記複数の電力変換装置のうち一部を接続するとともに前記第二電力系統に前記複数の電力変換装置の残りを接続する第二接続パターンと、
を含む請求項３に記載の電力システム。
前記上位制御部は、
前記複数の電力変換装置それぞれに接続され、前記複数の電力変換装置のうち前記第一電力系統に接続された電力変換装置を制御対象とする第一上位制御装置と、
前記複数の電力変換装置それぞれに接続され、前記複数の電力変換装置のうち前記第二電力系統に接続された電力変換装置を制御対象とする第二上位制御装置と、
を含み、
前記第一上位制御装置と前記第二上位制御装置とが通信することで、前記第一上位制御装置が制御対象とする電力変換装置と前記第二上位制御装置が制御対象とする電力変換装置との間の重複を抑制するように構築された請求項１から４のいずれか１項に記載の電力システム。
前記複数の電力変換装置それぞれが、グループ化された複数の単位電力変換装置で構築されたものである請求項１から５のいずれか１項に記載の電力システム。
電力を供給する複数の電力供給設備それぞれと接続された複数の電力変換装置と、第一電力系統および第二電力系統と前記複数の電力変換装置との間に設けられ前記複数の電力変換装置それぞれを前記第一電力系統と前記第二電力系統とのいずれか一方に対して個別に且つ選択的に接続するように構築された開閉装置と、に対してそれぞれ通信を行い、前記開閉装置の開閉を制御することで前記第一電力系統および前記第二電力系統に対する前記複数の電力変換装置それぞれの接続状態を可変に設定するとともに、前記第一電力系統に接続された電力変換装置と前記第二電力系統に接続された電力変換装置とを個別に制御するように構築された電力システムの上位制御装置。