JP7040231B2 - 電力補償装置および電力補償方法 - Google Patents

Description

本発明は電力補償装置および電力補償方法に関する。

製鉄所などの大規模事業所では、電力会社から供給される主系統網の電力（主系統電力）とともに、構内の発電機で発電された電力（構内電力）を用いている。
通常は主系統電力および構内電力の両方が構内の電力母線に接続され（並列運転）、例えば日中の稼働時には構内電力を主に利用し、夜間には安価となる主系統網電力を主に利用する等のバランス調整が行われている。

主系統網の障害などの異常時には、構内母線と主系統網との連携を遮断し（解列）、構内電力のみを用いる構内単独運転に移行することがある。
構内単独運転時には、構内電力の供給容量が主系統網に比べて小さいため、負荷装置の運転状態を調整し、電力供給と消費とのバランスをとる必要がある。そのために、多くの大規模事業所では、系統安定化装置（ＳＳＣ）が設置されている。

系統安定化装置は、通常の並列状態において、現在稼働している負荷装置の運転状態を検出し、現時点で解列が生じた際の負荷装置の設定を常に演算している。すなわち、現時点で解列が生じたとして、電力需給のバランスをとるために、停止しても影響が少ない負荷装置を優先的に停止させ、停止が望ましくない負荷装置の運転を維持するように、構内発電機および負荷装置の設定を常時演算し、解列の発生に備えている（特許文献１，２参照）。

前述のように、解列時に優先的に停止させる負荷装置としては、停止してもシステム上影響が少ないものや、使用電力量の脈動が大きく、電力供給バランスの維持が困難な負荷装置が選択される。なかでも、圧延系の装置など負荷変動が大きな負荷装置が選択される。これは、負荷変動が大きいと、供給側である構内電力がその変動に追従できず、電圧・周波数の変動を引き起こし、構内単独運転失敗の原因になりうるからである。

特開２００９－２８４６１１号公報 特開２０１４－２０４４６５号公報

前述した系統安定化装置は、主系統網の障害などの異常時など、解列が生じて構内単独運転に移行した際に、予め演算していた設定に基づいて構内発電機および負荷装置に指令を出し、電力需給のバランスを保とうとする。
しかし、実際の解列の際、とくに受電線の短絡に伴う解列の際には、母線電圧が大きく低下し、例えば定格電圧の３０％程度となることがある。このような電圧降下があると、系統安定化装置による回復の一方で、一部の負荷装置に電圧低下に伴う緊急停止が生じることがある。
このような予期しない負荷脱落により、系統安定化装置が予め演算していた負荷バランスとは相違が生じ、系統安定化装置が機能しているにも拘わらず、母線電圧や母線周波数の乱れ（初期変動）が生じる虞がある。
従って、異常発生時の母線電圧の初期変動を抑制することが求められている。

一方、圧延系の機器など負荷変動が大きな負荷装置は、解列の際に優先的に停止される。しかし、例えば圧延系の装置は、製品として送り出される鋼材の製造過程であり、その停止は製造上の大きなロスとなる。
従って、負荷変動が大きな負荷装置であっても、解列時に停止させず、運転を継続させることが望ましい。

本発明の目的は、母線電圧の初期変動を抑制でき、負荷変動が大きな負荷装置であっても、優先的な停止対象から除外できる電力補償装置および電力補償方法を提供することにある。

本発明の電力補償装置は、構外の主系統網に接続され、構内の発電装置を有する構内電力システムで用いられる電力補償装置において、電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、前記構内電力システムの構内母線の母線電圧を監視する母線監視部と、前記構内母線に接続された前記発電装置の発電電力を監視する発電電力監視部と、前記構内母線に接続された負荷装置の負荷電力を監視する負荷電力監視部と、前記電力貯蔵装置の充放電を制御する充放電制御部と、を有し、前記母線監視部が、前記主系統網と前記構内電力システムとの接続が分離された状態である解列が疑われる電圧降下を検知した場合に、前記充放電制御部が、前記解列に起因する一時的な前記構内母線の電圧低下を抑制する第一の補償充放電を行い、前記発電電力と前記負荷電力とが平衡となるように、前記構内母線への第二の補償充放電を行う、ことを特徴とする。

本発明では、主系統網または構内母線の異常などにより、構内母線に急な電圧降下が生じた場合、主系統網と構内電力システムとの接続が分離された状態である解列が疑われることになるが、構内母線の電圧降下を検出し、この電圧降下が継続している間に、貯蔵しておいた電力を構内母線に放電（第一の補償充放電）することで、構内母線の電圧降下を補償することができる（初期補償）。
初期補償においては、構内母線の定格電圧に対してプラス側に変動している場合に、電圧の変動に対し充電（第一の補償充放電）を行うこともできる。こうすることで、電圧変動を穏やかにすることができ、構内母線の急な電圧降下が解列に起因するものであっても、不測の遮断等を生じさせず、系統安定化装置が制御できる状態で、安定的な運転を確保することができるようになる。
構内母線の急な電圧降下は、事故点の遮断等の措置をとることで、短時間で回復することになる。このような回復措置および前述した初期補償による構内母線の初期変動の対応に拘わらず、その後も変動負荷による母線電圧の変動が大きい場合、発電電力と負荷電力とが平衡になるように構内母線への放電または構内母線からの充電（第二の補償充放電）を制御することで、構内母線における電圧変動を抑制できる（継続補償）。
従って、負荷変動が大きな負荷装置であっても、優先的な停止対象から除外できるようにすることができる。さらに、継続補償を行うことで、解列によって主系統網から分離された場合に、従来であれば一律に運転を中止していたような電圧変動の大きな負荷についても、運転を中止することなく継続することができるようになる。

本発明において、電力貯蔵装置としては、構内母線の母線電圧の変動に対する応答速度が高いことが望ましく、充放電の応答性が高いものが用いられる。具体的にはＳＭＥＳ（超伝導電力貯蔵装置）あるいはリチウムイオン電池などの充電式電池が用いられる。
電力貯蔵装置の充電容量（供給可能な電力量）は、単独構内運転時に構内母線の母線電圧変動を補償できる程度のものであればよく、単独構内運転を全て賄いうるような大容量である必要はない。

本発明の電力補償装置は、構外の主系統網に接続され、構内の発電装置を有する構内電力システムで用いられる電力補償装置において、電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、前記構内電力システムの構内母線の母線電圧を監視する母線監視部と、前記構内母線に接続された前記発電装置の発電電力を監視する発電電力監視部と、前記構内母線に接続された負荷装置の負荷電力を監視する負荷電力監視部と、前記電力貯蔵装置の充放電を制御する充放電制御部と、前記構内母線に接続され、解列が生じた場合に、少なくとも前記発電装置の発電量及び前記負荷装置の遮断のいずれか一方に、前記解列時の最適な仕様を計算し、適用する系統安定化装置と、を有し、前記母線監視部が、前記主系統網と前記構内電力システムとの接続が分離された状態である前記解列が疑われる電圧降下を検知した場合に、さらに前記系統安定化装置が計算した前記解列時の最適な仕様を超えて前記負荷装置の遮断が生じた際に、前記充放電制御部が、前記解列に起因する一時的な前記構内母線の電圧低下を抑制する第一の補償充放電を行い、前記発電電力と前記負荷装置の遮断後の前記負荷電力とが平衡となるように、前記構内母線への第三の補償充放電を行う、ことを特徴とする。

本発明では、主系統網または構内母線の異常などにより、構内母線に急な電圧降下が生じた場合、主系統網と構内電力システムとの接続が分離された状態である解列が疑われることになるが、構内母線この電圧降下を検出し、この電圧降下が継続している間に、貯蔵しておいた電力を構内母線に放電（第一の補償充放電）することで、構内母線の電圧降下を補償することができる（初期補償）。
初期補償においては、構内母線の定格電圧に対してプラス側に変動している場合に、電圧の変動に対し充電（第一の補償充放電）を行うこともできる。こうすることで、電圧変動を穏やかにすることができ、構内母線の急な電圧降下が解列に起因するものであっても、不測の遮断等を生じさせず、系統安定化装置が制御できる状態で、安定的な運転を確保することができるようになる。

初期補償を行ってもなお電圧変動が大きく、系統安定化装置が制御できる範囲を超え、それが原因となって不測の遮断が生じた場合、そうした不測の遮断後の負荷電力と発電電力とを比較し、これらが平衡となるように充放電（第三の補償充放電）を行うことができる（継続補償）。
そのため、系統安定化装置の制御と、実際の構内の状況を一致させることができるので、発電電力と負荷電力の不均衡が生じることを抑制することができるようになる。

本発明の電力補償装置において、前記充放電制御部は、前記構内母線に接続された下位遮断器の状態を監視する下位遮断器監視部を備えていることが好ましい。

本発明では、下位遮断器監視部により構内母線に接続された下位遮断器の状態を監視し、下位遮断器に遮断があった場合には、充放電制御部による構内母線への放電（初期補償）を省略することができる。つまり、母線電圧の低下が構内での短絡などであり、短絡部分が既に遮断されている場合、充放電制御部による無用な放電を避けることができる。
すなわち、下位遮断器は、解列時に系統安定化装置の制御によって作動されることもあるが、当該遮断器のさらに下位にある負荷の状態によって個別に作動することもある。即ち、当該遮断器が作動するのは、解列の場合も構内事故の場合もあるため、下位遮断器を監視することで、急な電圧降下が、解列に起因する遮断なのか、構内事故による遮断なのかを判断することができる。その結果、急な電圧降下が構内事故に起因するものと判断されるのであれば、下位の負荷装置に電力供給しても無駄なので、補償充放電動作を行わないようにすることができる。

本発明の電力補償方法は、構外の主系統網に接続され、構内の発電装置を有する構内電力システムで用いられる電力補償方法において、電力貯蔵装置に電力を貯蔵しておき、母線監視部を用いて、前記構内電力システムの構内母線の母線電圧を監視し、前記構内母線に接続された前記発電装置の発電電力を監視し、前記構内母線に接続された負荷装置の負荷電力を監視し、前記母線監視部が、前記主系統網と前記構内電力システムとの接続が分離された状態である解列が疑われる電圧降下を検知した場合に、前記解列に起因する一時的な前記構内母線の電圧低下を抑制する第一の補償充放電を行い、その後、前記発電電力と前記負荷電力とが平衡となるように、前記構内母線への第二の補償充放電を行うことを特徴とする。

本発明の電力補償方法は、構外の主系統網に接続され、構内の発電装置を有する構内電力システムで用いられる電力補償方法において、電力貯蔵装置に電力を貯蔵しておき、母線監視部を用いて、前記構内電力システムの構内母線の母線電圧を監視し、前記構内母線に接続された前記発電装置の発電電力を監視し、前記構内母線に接続された負荷装置の負荷電力を監視し、前記母線監視部が、前記主系統網と前記構内電力システムとの接続が分離された状態である解列が疑われる電圧降下を検知した場合に、さらに系統安定化装置が計算した前記解列時の最適な仕様を超えて前記負荷装置の遮断が生じた際に、前記解列に起因する一時的な前記構内母線の電圧低下を抑制する第一の補償充放電を行い、その後、前記発電電力と前記負荷装置の遮断後の前記負荷電力とが平衡となるように、前記構内母線への第三の補償充放電を行うことを特徴とする。

本発明の電力補償方法において、前記構内母線に接続された下位遮断器の状態を監視し、前記下位遮断器に遮断が生じていれば、前記構内母線への放電を省略することが好ましい。

これらの本発明の電力補償方法では、それぞれ前述した本発明の電力補償装置で説明した通りの効果を得ることができる。

本発明によれば、母線電圧の初期変動を抑制でき、負荷変動が大きな負荷装置であっても、優先的な停止対象から除外できる電力補償装置および電力補償方法を提供することができる。

本発明の一実施形態のシステム全体を示す系統図。 前記実施形態の電力補償装置を示すブロック図。 前記実施形態の電力補償方法を示すフローチャート。 前記実施形態の潮流予測計算を示すフローチャート。

図１において、構内電力システム１０は、大規模事業所の構内の各部（後述する負荷系統３１，３２，３３，４１，４２）に電力供給を行うものであり、電力供給源として、構内に構内電源装置８を備えるとともに、商用電源などの外部（構外）の主系統網９に接続されている。
通常、構内電力システム１０は、主系統網９からの電力および構内電源装置８からの電力を、各々の供給バランスをとりながら併用している（並列運転）。
主系統網９と構内電力システム１０との間には遮断器９Ｓが設置され、主系統網９と構内電力システム１０とを随時遮断すること（解列）が可能である。

構内電力システム１０は、基幹電力線である構内母線１０Ｍを備えている。
原則として、構内の各負荷系統や発電系統は、上位に遡れば、いずれもこの構内母線１０Ｍに接続されていることになる。
構内母線１０Ｍは、遮断器１０Ｓおよび電流計１０Ｃを介して主系統網９の遮断器９Ｓに接続されるとともに、一部に電圧計１０Ｖが設置されている。
構内母線１０Ｍには、構内電源装置８として複数の発電系統２１，２２，２３が接続されている。

このうち、発電系統２１は、ローカルな母線２１Ｍを備えている。
母線２１Ｍには、一部に電圧計２１Ｖが設置されるとともに、電流計２１ＧＣを介して発電機２１Ｇが接続されている。母線２１Ｍに接続される発電機２１Ｇは複数設けられてもよい。
母線２１Ｍは、変圧器２１Ｔ、電流計２１Ｃおよび遮断器２１Ｓを介して構内母線１０Ｍに接続されている。
他の発電系統２２，２３も、発電系統２１と同様の構成を備え、それぞれ電流計２２Ｃ，２３Ｃおよび遮断器２２Ｓ，２３Ｓを介して構内母線１０Ｍに接続されている。
構内母線１０Ｍに接続される発電系統２１～２３は、１系統または２系統であってもよく、４系統以上であってもよい。

構内母線１０Ｍには、複数の負荷系統３１，３２，３３および負荷系統４１，４２が接続されている。
このうち、負荷系統３１は、ローカルな母線３１Ｍを備えている。
母線３１Ｍには、一部に電圧計３１Ｖが設置されるとともに、それぞれ電流計３１ＬＣおよび遮断器３１ＬＳを介して複数の負荷装置３１Ｌが接続されている。
母線３１Ｍは、変圧器３１Ｔ、電流計３１Ｃおよび遮断器３１Ｓを介して構内母線１０Ｍに接続されている。
負荷装置３１Ｌは、負荷変動がないもしくは少ない機器であり、負荷系統３１としての負荷変動もないもしくは少ない。
他の負荷系統３２，３３も、負荷系統３１と同様の構成を備え、それぞれ電流計３２Ｃ，３３Ｃおよび遮断器３２Ｓ，３３Ｓを介して構内母線１０Ｍに接続されている。
構内母線１０Ｍに接続される負荷系統３１～３３は、１系統または２系統であってもよく、４系統以上であってもよい。

一方、負荷系統４１は、ローカルな母線４１Ｍを備えている。
母線４１Ｍには、一部に電圧計４１Ｖが設置されるとともに、それぞれ電流計４１ＬＣおよび遮断器４１ＬＳを介して複数の負荷装置４１Ｌが接続されている。
母線４１Ｍは、変圧器４１Ｔ、電流計４１Ｃおよび遮断器４１Ｓを介して構内母線１０Ｍに接続されている。
負荷装置４１Ｌは、負荷変動が比較的大きな機器であり、負荷系統４１としての負荷変動も大きいものである。
他の負荷系統４２も、負荷系統４１と同様の構成を備え、電流計４２Ｃおよび遮断器４２Ｓを介して構内母線１０Ｍに接続されている。
構内母線１０Ｍに接続される負荷系統４１，４２は、１系統であってもよく、３系統以上であってもよい。

構内母線１０Ｍには、それぞれ遮断器５１Ｓ，５２Ｓおよび電流計５１Ｃ，５２Ｃを介して、複数の調相装置５１Ｐ，５２Ｐが接続されている。
調相装置５１Ｐ，５２Ｐは、構内母線１０Ｍにおける進みや遅れを有する無効電力を供給して系統の力率を調整するものであり、具体的には例えば電力用コンデンサ・分路リアクトル・同期調相機・静止形調相機を備えて構成される。
構内母線１０Ｍに接続される調相装置５１Ｐ，５２Ｐは、１系統であってもよく、３系統以上であってもよい。

前述した構内電力システム１０には、解列状態（主系統網９と構内電力システム１０とが分離された状態）となった場合において、構内単独運転（構内電源装置８の電力だけでの運転）を行う際に、発電系統２１～２３の発電状態および負荷系統３１～３３，４１，４２の負荷状態を調整するための系統安定化装置７（ＳＳＣ）が設置されている。

系統安定化装置７は、主系統電力（主系統網９の電力）の状態や構内の各装置（前述した負荷系統３１，３２，３３，４１，４２）の運転状況を監視しており、万一不測の解列が生じた場合に、構内の各装置への電力供給不足や、構内の各装置への不均衡な電力供給といった問題を生じさせないように、どの装置を停止し、構内電源装置の発電量をどのような値にするかといった、緊急時における「最適な運転仕様」（後述する潮流予測計算で求めた内容に対応する）を、随時予測計算している。
系統安定化装置７が、平常時にこのような「最適な運転仕様」を準備しておくことで、実際に解列が生じた場合には、即座に、構内の各装置に「最適な運転仕様」を適用し、構内の所定の装置を停止し、構内電源装置の発電量を最適化することで、解列時の構内運転への悪影響を低減することができる（異常発生時の系統安定化制御）。

このような平常時の潮流予測計算および異常発生時の系統安定化制御を行うべく、系統安定化装置７には、前述した各部の電圧計１０Ｖ等および電流計１０Ｃ等からの検出信号が接続され、各部の遮断器１０Ｓ等の遮断が可能であり、負荷系統３１～４２あるいは負荷装置３１Ｌ～４１Ｌの分離などを適宜行うことができる。

さらに、構内電力システム１０には、本発明に基づく電力補償装置６０が接続されている。
図２にも示すように、電力補償装置６０は、電力貯蔵装置６１と、変換器６２と、充放電制御装置６３を備えている。

電力貯蔵装置６１は、構内電力システム１０が構内単独運転となった際などに、構内母線１０Ｍの母線電圧を維持するべく、または、構内母線１０Ｍの母線電圧の電圧変動を抑制するべく、電力を供給しまたは取り出すための電力を貯蔵するものであって、後述する充放電制御部６３０の制御によって、貯蔵した電力の充放電を行うものである。

例えば、構内の電源装置（発電系統２１，２２，２３など）の発電量よりも、構内の負荷装置（負荷系統３１，３２，３３，４１，４２など）の需要電力量が多い状態で解列した場合には、主系統電力（主系統網９の電力）が突然途絶えるため、構内母線１０Ｍの母線電圧が一時的に急減する。理想的には、系統安定化装置７によって、「最適な運転仕様」に穏健に移行していくことで、構内運転に悪影響は及ばないと考えられる。
しかしながら、例外的に、母線電圧の降下があまりに急で、系統安定化装置７の計算結果を超えて遮断が生じ、系統安定化装置７では対応しきれない場合がある。

このような場合には、構内の各装置に付随する遮断器が、系統安定化装置７の制御とは別に不測に作動してしまい、系統安定化装置７が予測計算した「最適な運転仕様」から外れた状態（発電電力と負荷電力が不均衡な状態）になってしまう。
そうした状態にもかかわらず、系統安定化装置７は、それ自体であくまで「最適な運転仕様」を適用しようとしてしまうため、構内運転への悪影響がむしろ助長されてしまうことがある。
こうした問題を生じさせないためには、解列時の母線電圧の降下を抑制するように補償によって穏やかにし、よけいな遮断を防止することが有効であることから、こうした場合には、電力貯蔵装置６１から電力供給を行うことが有効となる。なお、当然ながら、装置構成等によっては、電力供給ではなく電力を取り出すことが有効となる場合もあり得る。

電力貯蔵装置６１には、構内母線１０Ｍの母線電圧の変動に対する応答速度が高いことが望ましいことから、充放電の応答性が高いものが用いられる。具体的にはＳＭＥＳ（超伝導電力貯蔵装置）あるいはリチウムイオン電池などの充電式電池が用いられる。

電力貯蔵装置６１の充電容量（供給可能な電力量）は、最大でも構内電力システム１０の単独構内運転時に構内母線１０Ｍの母線電圧変動分を補償できる程度のものであればよく、構内電力システム１０の単独構内運転を全て賄いうるような大容量である必要はない。具体的には、例えば１０ＭＷｈ程度、あるいは構内電力システム１０の需要電力量の２～３％程度である。

変換器６２は、電力貯蔵装置６１で貯蔵された電力が直流で入出力されるのに対し、構内母線１０Ｍにおいては数十ないし数百キロボルトの三相交流であるため、これらの直交変換を行うものであり、変圧器およびインバータなどの一般的な電源設備で構成される。

充放電制御装置６３は、後述する、母線監視部６３１、下位遮断器監視部６３２、発電電力監視部６３３、負荷電力監視部６３４によって、構内母線１０Ｍや構内電力システム１０の各部の状態を監視するものである。また、監視の結果得られた構内母線１０Ｍおよび構内電力システム１０の各部の状態に応じて、後述する、充放電制御部６３０の制御によって、構内母線１０Ｍに電力貯蔵装置６１の電力を供給（放電）し、または、構内母線１０Ｍの電力を取り出して電力貯蔵装置６１に貯蔵（充電）するものである。
このために、充放電制御装置６３は、後述する、母線監視部６３１、下位遮断器監視部６３２、発電電力監視部６３３、負荷電力監視部６３４、充放電制御部６３０を備えている。

母線監視部６３１は、構内母線１０Ｍの母線電圧を監視し、許容範囲（例えば基準電圧の８０％～１２０％）を逸脱した際には異常と判定する。例えば、許容範囲を逸脱した電圧降下を検知した場合には、主系統網９と構内電力システム１０との接続が分離された状態である解列が生じた疑いがあると判定する。
母線監視部６３１による構内母線１０Ｍの母線電圧の監視は、系統安定化装置７で検出される母線電圧を検査することで行う。ただし、構内母線１０Ｍの電圧を直接検出してもよい。

下位遮断器監視部６３２は、構内電力システム１０の下位遮断器の状態、具体的には遮断の有無を監視する。
下位遮断器としては、構内母線１０Ｍと負荷系統３１，３２，３３および負荷系統４１，４２との間に設置された遮断器３１Ｓ～３３Ｓ，４１Ｓ，４２Ｓが該当する。また、負荷系統３１，３２，３３および負荷系統４１，４２における、ローカルな母線３１Ｍ，４１Ｍと負荷装置３１Ｌ，４１Ｌとの間の遮断器３１ＬＳ，４１ＬＳも下位遮断器に該当する。
下位遮断器監視部６３２による下位遮断器の監視は、系統安定化装置７で検出される各遮断器の状態を検査することで行う。例えば、系統安定化装置７から各遮断器に遮断指令が送られた際に、これを検出して各遮断器の遮断を検出してもよい。一方、系統安定化装置７を介さず、各遮断器の状態を個別に、直接検出してもよい。
下位遮断器は、解列時に系統安定化装置７の制御によって作動されることもあるが、当該遮断器の下位にある負荷への電力状態によって個別に作動することもある。すなわち、当該遮断器が作動するのは、解列の場合も構内事故の場合もあるため、下位遮断器監視部６３２によって監視することで、解列に起因する遮断なのか、構内事故による遮断なのかを判断することができる。

発電電力監視部６３３は、構内電力システム１０の発電装置の発電電力の状態を監視する。
発電装置としては、構内母線１０Ｍに接続された構内電源装置８、つまり発電系統２１，２２，２３が該当する。
発電電力監視部６３３による発電電力の監視は、系統安定化装置７で検出される発電系統２１，２２，２３の発電電力を検査することで行う。ただし、発電系統２１，２２，２３の発電電力を直接検出してもよい。

負荷電力監視部６３４は、構内電力システム１０の負荷装置の負荷電力の状態を監視する。
負荷装置としては、負荷系統３１，３２，３３および負荷系統４１，４２、具体的には各々における負荷装置３１Ｌ，４１Ｌが該当する。
負荷電力監視部６３４による負荷電力の監視は、系統安定化装置７で検出される負荷系統３１，３２，３３および負荷系統４１，４２の負荷電力（消費電力）を検査することで行う。ただし、負荷系統３１，３２，３３および負荷系統４１，４２の負荷電力を直接検出してもよい。
負荷電力監視部６３４は、構内で動作可能な負荷装置全体の負荷電力を検出するが、例えば構内事故等によって遮断器が作動した場合には、その下位にある負荷を監視の対象から外して、負荷電力を検出することもできる。

充放電制御部６３０は、母線監視部６３１、下位遮断器監視部６３２、発電電力監視部６３３、負荷電力監視部６３４の監視結果に基づいて、電力貯蔵装置６１の充放電を制御する。
より具体的には、充放電制御部６３０は、次のような制御を行う。

先ず、解列または構内母線１０Ｍの異常が疑われる母線電圧の降下を検知することにより、主系統網の遮断器９Ｓや遮断器１０Ｓが遮断され構内電力システム１０が構内単独運転に移行する前の電圧降下の間に、当該電圧降下を抑制する電力量および極性で、電力貯蔵装置６１に充放電を行わせるよう制御をすることで、先ず、構内母線１０Ｍの一時的な母線電圧の急激な低下（初期変動）に対して、これを防止抑制するための補償充放電を行わせる（第一の補償充放電による初期補償）。
続いて、充放電制御部６３０は、構内母線１０Ｍの母線電圧に変動が続いても（継続変動）、構内電源装置の発電電力と構内各装置の負荷電力とが平衡となるように充放電を行わせて母線電圧を所定の変動幅内に安定させる（第二の補償充放電による継続補償）。

さらに、解列が疑われる電圧降下が生じた場合には、系統安定化装置７が計算した解列時の「最適な運転仕様」を超えて負荷装置の遮断が生じることがある。その場合には、系統安定化装置７が計算して適用しようとする運転仕様（構内の電源装置の発電電力および構内の各装置の負荷電力）には、実際の最適仕様からずれが生じることになる。
そのため、構内の電源装置の発電電力と、系統安定化装置７を超えて遮断された後に残った構内の負荷装置の負荷電力とが、平衡となるように充放電を行わせて、構内母線１０Ｍの母線電圧を所定の変動幅内に安定させる（第三の補償充放電による継続補償）。

図３には、本実施形態における処理の流れが示されている。
図３においては、左半分に系統安定化装置７での処理が示され、右半分に電力補償装置６０での処理が示されている。また、上半分には平常時の処理が示され、下半分には事故発生時（異常時）の処理が示されている。

平常時（主系統網９の電力と構内の電力とがともに利用できる場合など電力状態が安定的な時）においては、系統安定化装置７において、異常発生時の系統安定化制御のための潮流予測計算が繰り返し行われる。
すなわち、系統安定化装置７は、潮流計算用データとして構内電力システム１０の各部からのデータをサンプリングし（処理Ｓ１）、得られた潮流計算用データから潮流予測計算を行い（処理Ｓ２）、系統分離事故の発生が疑われる構内母線１０Ｍの急激な電圧低下がないかを判定し（処理Ｓ３）、なければ処理Ｓ１～Ｓ２を繰り返す。

図４には、潮流予測計算（図３の処理Ｓ２）の詳細が示されている。
潮流予測計算において、系統安定化装置７は、主系統網９や、構内の負荷装置又は発電機の何れかにおいて事故が発生した場合を仮定し、その仮定の事故の際に生じる状態の下での、理想的な構内母線１０Ｍの母線周波数および母線電圧を調べる（処理Ｓ２１）。これら母線周波数および母線電圧がともに運用範囲内であれば、その仮定の事故が今すぐ実際に生じた場合の最適な運転仕様を、現在の状況に対して「制御なし」（処理Ｓ２８）としたうえで、図３の処理Ｓ３へと戻る。

仮定の事故の際において生じる母線周波数および母線電圧が運用範囲内でなければ（処理Ｓ２１）、その事故の際における負荷装置および電源装置の理想的な制御量を計算し（処理Ｓ２２）、さらに、有効電力制御後の理想的な潮流計算を行う（処理Ｓ２３）。続いて、処理Ｓ２２および処理Ｓ２３で計算した値を用いた条件の下で、仮定の事故の際における母線電圧が運用範囲であるかを調べ（処理Ｓ２４）、運用範囲内であれば、その仮定の事故が今すぐ実際に生じた場合の最適な運転仕様を、現在の状況に対して「周波数安定化制御を行う」ように各種の設定値を定め（処理Ｓ２９）たうえで、図３の処理Ｓ３へと戻る。

処理Ｓ２４で母線電圧が運用範囲内でなければ、その事故の際における、調相装置５１Ｐ，５２Ｐにおける理想的な調相制御量を計算する（処理Ｓ２５）。そして、処理Ｓ２５で計算した調相制御量が運用範囲内か否かを調べ（処理Ｓ２６）、運用範囲内であれば計算した調相制御量に基づいて、その仮定の事故が、今すぐ実際に生じた場合の最適な運転仕様を、現在の状況に対して「周波数および電圧の安定化制御を行う」ように各種の設定値を定め（処理Ｓ２０）たうえで、図３の処理Ｓ３へと戻る。
処理Ｓ２６で調相制御量が運用範囲内でなければ、負荷制御量の補正を行うように各種の設定値を定め（処理Ｓ２７）、図３の処理Ｓ３へと戻る。

図３に戻って、処理Ｓ３により系統分離事故、すなわち解列が発生した疑いがある、と判定された際には、系統安定化装置７において、処理Ｓ２で計算した制御内容で安定化制御を実行する（処理Ｓ４）。これと平行して、電力補償装置６０は、初期補償Ｃ１および継続補償Ｃ２を実行する。

初期補償Ｃ１として、電力補償装置６０は、先ず、下位遮断器監視部６３２により、下位遮断器に対する遮断指令の有無を調べる（処理Ｓ５）。
遮断指令があれば、処理Ｓ３における解列が発生した疑いは誤りであって、事故点は構内装置であると判断し、構内母線１０Ｍの電圧が任意の閾値以上まで復帰していれば、事故点が正常に除去されたと判断して、初期補償Ｃ１を終了する。
この場合には、下位遮断器は十分に制御されており、系統安定化装置７による電力供給の不具合も生じないことから、電力補償の必要はないと判断できる。

処理Ｓ５で遮断指令がなければ、処理Ｓ３における解列が発生した疑いの原因に関し、最上位母線である構内母線１０Ｍの母線電圧が許容範囲内であるか否かを調べる（処理Ｓ６）。
母線電圧が許容範囲内であれば、構内母線１０Ｍでの事故でも主系統網９の事故でもなく、下位の構内事故であると判断し、電力の補償は不要として初期補償Ｃ１を終了する。
母線電圧が許容範囲を外れていれば、構内母線１０Ｍでの事故または主系統網９の事故であり、解列が実際に生じていると判断して、初期変動への補償充放電を行う（処理Ｓ７）。具体的には、充放電制御部６３０が変換器６２を操作し、電力貯蔵装置６１からの電力を構内母線１０Ｍに充放電させ、これにより母線電圧の低下または上昇を補償、抑制する。
初期補償Ｃ１が終了したら、電力補償装置６０は継続補償Ｃ２に移行する。

継続補償Ｃ２として、電力補償装置６０は、発電電力監視部６３３により、発電系統２１，２２，２３の発電電力を検出する。また、負荷電力監視部６３４により、負荷系統３１，３２，３３および負荷系統４１，４２の負荷電力を検出する。そして、検出した発電電力と負荷電力とを比較し、これらが平衡状態にあるかを判定する（処理Ｓ８）。
これらの発電電力と負荷電力とが平衡を保っていれば、電力補償装置６０は継続補償Ｃ２を終了する。

一方、平衡状態でなければ、発電電力と負荷電力との平衡が得られるように、充放電制御部６３０が変換器６２を操作し、電力貯蔵装置６１からの電力を構内母線１０Ｍに放電させ、あるいは構内母線１０Ｍから電力を取り出して電力貯蔵装置６１に貯蔵する（処理Ｓ９）。
なお、前述した初期補償Ｃ１での放出した分の電力は、継続補償Ｃ２の間に補充することが望ましい。

なお、前述した処理Ｓ８では、第二の補償充放電による継続補償Ｃ２を行ったが、初期補償を行ってもなお電圧変動が大きく、系統安定化装置７が制御できる範囲を超え、下位の遮断器で不測の遮断が生じた場合、そうした不測の遮断後の負荷電力と、発電電力とを比較して平衡をとるように、第三の補償充放電による継続補償を行うようにしてもよい。
これにより、系統安定化装置７の制御と、不測の遮断後の実際の構内の状況を一致させることができるので、発電電力と負荷電力の不均衡が生じることを抑制することができるようになる。

以上に説明した本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
本実施形態では、電力補償装置６０の母線監視部６３１により、主系統網９または構内母線１０Ｍの異常などにより構内母線１０Ｍに急な電圧降下が生じた場合に、この電圧降下を検出することができる。そして、充放電制御部６３０が変換器６２を操作し、電力貯蔵装置６１からの電力を構内母線１０Ｍに放電させることで、母線電圧の低下を補償することができる（初期補償Ｃ１）。

また、構内母線１０Ｍの初期変動の対応ののち、変動負荷による母線電圧の変動が大きい場合でも、電力補償装置６０の発電電力監視部６３３、負荷電力監視部６３４および充放電制御部６３０により、発電電力と負荷電力とが平衡になるように構内母線１０Ｍへの放電または構内母線１０Ｍからの充電を制御することで、構内母線１０Ｍにおける電圧変動を抑制できる（継続補償Ｃ２）。従って、負荷変動が大きな負荷装置であっても、優先的な停止対象から除外できるようにすることができる。

本実施形態において、電力貯蔵装置６１は、単独構内運転時に構内母線の母線電圧変動を補償できる程度のものであればよく、単独構内運転を全て賄いうるような大容量である必要はない。このため、設備コストを軽減することができる。

本実施形態では、電力補償装置６０の下位遮断器監視部６３２により、構内母線１０Ｍに接続された下位遮断器（遮断器３１Ｓ～３３Ｓ，４１Ｓ，４２Ｓ、負荷系統３１，３２，３３および負荷系統４１，４２における遮断器３１ＬＳ，４１ＬＳ）の状態を監視し、電力補償装置６０においては、下位遮断器に遮断があった場合には、構内母線への放電（初期補償Ｃ１）を省略することができる。つまり、母線電圧の低下が構内での短絡などであり、短絡部分が既に遮断されている場合、無用な放電を避けることができる。

本実施形態では、電力補償装置６０は、系統安定化装置７を利用して構内電力システム１０内の各装置の状態を監視することができる。すなわち、構内の発電系統２１～２３の発電機２１Ｇ、負荷系統３１，３２，３３および負荷系統４１，４２の負荷装置３１Ｌ，４１Ｌおよび遮断器３１ＬＳ，４１ＬＳなどに、それぞれ別途の配線等を行う必要がなく、構成を簡素化することができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前述した実施形態では、下位遮断器監視部６３２により、構内母線１０Ｍに接続された下位遮断器（遮断器３１Ｓ～３３Ｓ，４１Ｓ，４２Ｓ、負荷系統３１，３２，３３および負荷系統４１，４２における遮断器３１ＬＳ，４１ＬＳ）の状態を監視し、状況に応じて初期補償Ｃ１の省略を行うようにした。しかし、本発明としては、構内母線１０Ｍに接続された発電装置の発電電力および負荷装置の負荷電力を監視し（母線監視部６３１）、発電電力と負荷電力とが平衡になるように構内母線１０Ｍへの放電または充電を制御できればよく（発電電力監視部６３３、負荷電力監視部６３４および充放電制御部６３０）、下位遮断器監視部６３２による下位遮断器の監視は省略してもよい。

また、系統安定化装置７を利用して構内電力システム１０内の各装置の状態を監視することは必須ではなく、電力補償装置６０を各装置に直接接続して状態を監視してもよい。

前述した実施形態では、適用対象として構内電力システム１０を例示したが、その構成は適宜変更しうるものである。例えば、発電系統２１～２３の数および構成、負荷系統３１～４２の数および系統は適宜変更してよく、各々に設置される発電機２１Ｇおよび負荷装置３１Ｌ～４１Ｌについても同様である。

本発明は電力補償装置および電力補償方法に利用できる。

１０…構内電力システム、１０Ｃ…電流計、１０Ｍ…構内母線、１０Ｓ…遮断器、１０Ｖ…電圧計、２１，２２，２３…発電系統、２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃ…電流計、２１Ｇ…発電機、２１ＧＣ…電流計、２１Ｍ…母線、２１Ｓ，２２Ｓ，２３Ｓ…遮断器、２１Ｔ…変圧器、２１Ｖ…電圧計、３１，３２，３３…負荷系統、３１Ｃ，３２Ｃ，３３Ｃ…電流計、３１Ｌ…負荷装置、３１ＬＣ…電流計、３１ＬＳ…遮断器、３１Ｍ…母線、３１Ｓ，３２Ｓ，３３Ｓ…遮断器、３１Ｔ…変圧器、３１Ｖ…電圧計、４１，４２…負荷系統、４１Ｃ，４２Ｃ…電流計、４１Ｌ…負荷装置、４１ＬＣ…電流計、４１ＬＳ…遮断器、４１Ｍ…母線、４１Ｓ，４２Ｓ…遮断器、４１Ｔ…変圧器、４１Ｖ…電圧計、５１Ｃ，５２Ｃ…電流計、５１Ｐ，５２Ｐ…調相装置、５１Ｓ，５２Ｓ…遮断器、６０…電力補償装置、６１…電力貯蔵装置、６２…変換器、６３…充放電制御装置、６３０…充放電制御部、６３１…母線監視部、６３２…下位遮断器監視部、６３３…発電電力監視部、６３４…負荷電力監視部、７…系統安定化装置、８…構内電源装置、９…主系統網、９Ｓ…遮断器、Ｃ１…初期補償、Ｃ２…継続補償。

Claims (6)

1. 構外の主系統網に接続され、構内の発電装置を有する構内電力システムで用いられる電力補償装置において、
   電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、
   前記構内電力システムの構内母線の母線電圧を監視する母線監視部と、
   前記構内母線に接続された前記発電装置の発電電力を監視する発電電力監視部と、
   前記構内母線に接続された負荷装置の負荷電力を監視する負荷電力監視部と、
   前記電力貯蔵装置の充放電を制御する充放電制御部と、を有し、
   前記母線監視部が、前記主系統網と前記構内電力システムとの接続が分離された状態である解列が疑われる電圧降下を検知した場合に、前記充放電制御部が、前記解列に起因する一時的な前記構内母線の電圧低下を抑制する第一の補償充放電を行い、前記発電電力と前記負荷電力とが平衡となるように、前記構内母線への第二の補償充放電を行い、
   前記充放電制御部は、前記構内母線に接続された下位遮断器の状態を監視する下位遮断器監視部を備えている、電力補償装置。
2. 構外の主系統網に接続され、構内の発電装置を有する構内電力システムで用いられる電力補償装置において、
   電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、
   前記構内電力システムの構内母線の母線電圧を監視する母線監視部と、
   前記構内母線に接続された前記発電装置の発電電力を監視する発電電力監視部と、
   前記構内母線に接続された負荷装置の負荷電力を監視する負荷電力監視部と、
   前記電力貯蔵装置の充放電を制御する充放電制御部と、
   前記構内母線に接続され、解列が生じた場合に、少なくとも前記発電装置の発電量及び前記負荷装置の遮断のいずれか一方に、前記解列時の最適な仕様を計算し、適用する系統安定化装置と、を有し、
   前記母線監視部が、前記主系統網と前記構内電力システムとの接続が分離された状態である前記解列が疑われる電圧降下を検知した場合に、さらに前記系統安定化装置が計算した前記解列時の最適な仕様を超えて前記負荷装置の遮断が生じた際に、前記充放電制御部が、前記解列に起因する一時的な前記構内母線の電圧低下を抑制する第一の補償充放電を行い、前記発電電力と前記負荷装置の遮断後の前記負荷電力とが平衡となるように、前記構内母線への第三の補償充放電を行う、電力補償装置。
3. 請求項２に記載した電力補償装置において、
   前記充放電制御部は、前記構内母線に接続された下位遮断器の状態を監視する下位遮断器監視部を備えている、電力補償装置。
4. 構外の主系統網に接続され、構内の発電装置を有する構内電力システムで用いられる電力補償方法において、
   電力貯蔵装置に電力を貯蔵しておき、
   母線監視部を用いて、前記構内電力システムの構内母線の母線電圧を監視し、
   前記構内母線に接続された前記発電装置の発電電力を監視し、
   前記構内母線に接続された負荷装置の負荷電力を監視し、
   前記母線監視部が、前記主系統網と前記構内電力システムとの接続が分離された状態である解列が疑われる電圧降下を検知した場合に、前記解列に起因する一時的な前記構内母線の電圧低下を抑制する第一の補償充放電を行い、
   その後、前記発電電力と前記負荷電力とが平衡となるように、前記構内母線への第二の補償充放電を行い、
   前記構内母線に接続された下位遮断器の状態を監視し、前記下位遮断器に遮断が生じていれば、前記構内母線への電力供給を省略する、電力補償方法。
5. 構外の主系統網に接続され、構内の発電装置を有する構内電力システムで用いられる電力補償方法において、
   電力貯蔵装置に電力を貯蔵しておき、
   母線監視部を用いて、前記構内電力システムの構内母線の母線電圧を監視し、
   前記構内母線に接続された前記発電装置の発電電力を監視し、
   前記構内母線に接続された負荷装置の負荷電力を監視し、
   前記母線監視部が、前記主系統網と前記構内電力システムとの接続が分離された状態である解列が疑われる電圧降下を検知した場合に、さらに系統安定化装置が計算した前記解列時の最適な仕様を超えて前記負荷装置の遮断が生じた際に、前記解列に起因する一時的な前記構内母線の電圧低下を抑制する第一の補償充放電を行い、
   その後、前記発電電力と前記負荷装置の遮断後の前記負荷電力とが平衡となるように、前記構内母線への第三の補償充放電を行う、電力補償方法。
6. 請求項５に記載した電力補償方法において、
   前記構内母線に接続された下位遮断器の状態を監視し、前記下位遮断器に遮断が生じていれば、前記構内母線への電力供給を省略する、電力補償方法。

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