JP7431769B2 - 電圧制御インバータ、電源装置、エネルギー制御システム、及び電圧制御方法 - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、電圧制御インバータ、電源装置、エネルギー制御システム、及び電圧制御方法に関する。
従来、発電機の慣性を模擬した制御である慣性模擬制御を取り込んだ電圧制御インバータは、電圧源的に動作し、電力系統周波数、電力系統電圧、あるいは電力系統周波数と電力系統電圧との両方に対する垂下特性を考慮してインバータの出力電圧を制御することで電力系統の周波数維持を行っている。このような電圧制御インバータは、災害時に、電力系統が停電した場合であってもブラックスタートが可能である。なお、UPSなども電圧制御インバータであるが、UPSはCVCF（Constant Voltage Constant Frequency：定電圧定周波数）制御であるため、出力周波数や電圧振幅に垂下特性のある電圧制御インバータとは異なり、電力系統の周波数維持に寄与しない。
電圧制御インバータを制御する技術として、電力系統が停電状態のときに遠隔操作することにより電圧を出力し、ブラックスタートする方法が知られている。
しかしながら上位制御系から遠隔で電圧制御インバータが制御指令を受信した場合に、電圧制御インバータがブラックスタートすると、例えば、作業者がグリッド内の点検を行っている場合には、作業員が感電し、あるいは、機器が感電する可能性がある。
崎元謙一(2015).インバータ連系形分散電源に適用する仮想同期発電機制御に関する研究, 大阪大学大学院工学研究科博士論文
野呂康宏,エネルギーで構成される電力システムを可能とするインバータ制御の提案, Vol.138, No.11 pp854-861, 論文誌B, 2018
本実施形態は、上述したような問題点に鑑みてなされたものであり、電圧制御インバータに制御命令を安全に実行させることを目的とする。
本実施形態の電圧制御インバータは、電力系統に連係可能であって、前記電力系統へ電圧を出力するための第１制御指令を受信する受信部と、前記第１制御指令を実行して前記電力系統に前記電圧を出力する制御部と、を備え、前記制御部は、前記電力系統が通常状態とは異なる第１状態のときに前記第１制御指令が受信された場合には、前記第１制御指令を実行しない。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本開示の実施形態に係るエネルギー制御システム１０に係る全体構成を示す。
電力系統１１は、開閉器１２を介して、分散電源である電源装置３１Ａ、３１Ｂ，３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、需要家装置１３、同期発電装置１４と接続されている。電源装置３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、電圧制御インバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、当該電圧制御インバータに接続された電力供給装置２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃと、を備えている。具体的には、電力供給装置２１Ａ、２２Ａは太陽光発電装置であり、電力供給装置２１Ｂ、２２Ｂは風力発電装置であり、電力供給装置２１Ｃ、２２Ｃは充放電可能な２次電池である蓄電装置である。
電力系統１１のうち、電源装置３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、需要家装置１３、同期発電装置１４が接続された部分系統はマイクログリッド１１Ｍである。マイクログリッド１１Ｍは電力系統１１の一部である。
図１は、本開示の実施形態に係るエネルギー制御システム１０に係る全体構成を示す。
電力系統１１は、開閉器１２を介して、分散電源である電源装置３１Ａ、３１Ｂ，３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、需要家装置１３、同期発電装置１４と接続されている。電源装置３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、電圧制御インバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、当該電圧制御インバータに接続された電力供給装置２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃと、を備えている。具体的には、電力供給装置２１Ａ、２２Ａは太陽光発電装置であり、電力供給装置２１Ｂ、２２Ｂは風力発電装置であり、電力供給装置２１Ｃ、２２Ｃは充放電可能な２次電池である蓄電装置である。
電力系統１１のうち、電源装置３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、需要家装置１３、同期発電装置１４が接続された部分系統はマイクログリッド１１Ｍである。マイクログリッド１１Ｍは電力系統１１の一部である。
電圧制御インバータ１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ（電圧制御インバータ１１Ａ等）は、それぞれ太陽光発電装置２１Ａ、風力発電装置２１Ｂ、蓄電装置２１Ｃ、太陽光発電装置２２Ａ、風力発電装置２２Ｂ、蓄電装置２１Ｃから供給される電力を交流に変換することで、需要家装置１３で用いる電圧又は電力を生成及び出力する電子装置である。電圧制御インバータのことを、電力変換装置又はＰＣＳ（Power Conditioning System）とも呼ぶ。需要家装置１３は、家庭、学校、工場、事業者などで電力を消費する負荷装置、あるいは、電力系統１１における余剰電力を蓄電する蓄電装置などである。需要家装置１３は図では１つのみ示されるが、複数の需要家装置１３が存在してよい。
電力系統１１に事故等の異常が発生した場合や、作業時又は火災などの緊急時には、開閉器１２が開放される。停電の場合や、開閉器１２が開放されているとき、マイクログリッド１１Ｍは電力系統１１から電気的に分離（遮断）され、電力供給がない状態である。このとき、マイクログリッド１１Ｍは、発電装置及び蓄電装置による再生可能エネルギーを用いて独立して動作可能な分散電源システムとして機能する。
同期発電装置１４は交流電力を生成し、電力系統１１又はマイクログリッド１１Ｍに提供する交流発電機である。同期発電装置１４は、非常用発電機、常用発電機又はこれらの両方を含む。非常用発電機は、一例として非常用ディーゼル発電機である。非常用ディーゼル発電機は、通常時は非運行であり、電力系統１１に異常等が発生し、電力系統１１から遮断された場合に、作業員からの指示により、運行を開始する。作業員からの指示は同期発電装置１４に設けられたボタン等のスイッチにより行ってもよい。あるいは、作業員からの指示は、作業員が使用可能な端末から、コントロールセンターの監視員が使用可能な端末から無線又は有線により指示信号を送信することで行ってもよい。作業員の操作可能な端末は、例えばメンテナス用のタブレット端末である。監視員の操作可能な端末は、例えば、マイクログリッド１１Ｍをオンライン又はオフラインで監視するサーバなどである。同期発電装置１４を設けない構成も可能である。非常用および常用として同期発電機を使用する場合は、発電機の調速機（ガバナ）をアイソクロナス特性のものとドループ特性のものを切り替えて使用する場合もある。アイソクロナス特性の場合は、接続される負荷に係わらず、発電機の回転速度が一定になるように制御される。ドループ特性は、接続される負荷の大きさによって発電機の回転速度が変化し、他の同期発電機と負荷変動などへの負荷分担を行う。系統連系する常用時はドループ特性、非常時などにオフグリッドで使う場合は、アイソクロナス特性に切り替えて使用する場合がある。
通常時、例えば、電力系統１１に事故等の異常がない場合は、開閉器１２は閉じている。開閉器１２が閉じた状態では、太陽光発電装置２１Ａ、２２Ａ、風力発電装置２１Ｂ、２２Ｂ、蓄電装置２１Ｃ、２２Ｃから、それぞれ接続された電圧制御インバータ１１Ａ等を介して電力系統１１に電圧が出力（電力が供給）されている。供給された電力は需要家装置１３に供給される。太陽光発電装置２１Ａ、風力発電装置２１Ｂ、太陽光発電装置２２Ａ、風力発電装置２２Ｂの少なくともいずれか１つから供給された電力が、蓄電装置２１Ｃ、蓄電装置２２Ｃに供給され、蓄電されてもよい。電力系統１１に事故等の異常が発生した場合などは、開閉器１２が開放され、電圧制御インバータ１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂ等は、電力系統１１から遮断されたマイクログリッド１１Ｍに接続された状態となる。
マイクログリッド１１Ｍは、上位制御系２００から制御指令を受け取り、上位制御系２００からの制御指令に基づき、電力系統ならびにマイクログリッド１１Ｍの電力制御を行う。すなわち電力系統ならびにマイクログリッド１１Ｍの電力制御が遠隔操作で行われる。制御指令の具体例として、周波数指令値，有効電力指令値，電圧指令値又は無効電力指令値がある。制御指令は、これらの指令値の全部又は一部を含むことができる。
ここで、上位制御系２００は、複数の階層構造を有しており、例えば、中央給電指令室２０１、ＥＭＳ２０２、及びμＥＭＳ２０３を備える。中央給電指令室２０１は、最上位の制御系統である。ＥＭＳ２０２は、中央給電指令室２０１からの指令を受け、μＥＭＳ２０３を制御する（μＥＭＳ２０３に指令を出す）。μＥＭＳ２０３はＥＭＳ２０２からの指令を受け、電源装置３１Ａ～３１Ｃ，３２Ａ～３２Ｃ等を制御する。μＥＭＳ２０３は一例として第１エネルギーマネジメントシステムに対応する。ＥＭＳ２０２は一例として第２エネルギーマネジメントシステムに対応する。中央給電指令室２０１は一例として中央指令システムに対応する。但し、これらの対応付けは一例で有り、他の対応付け、例えば第１エネルギーマネジメントシステムがＥＭＳ２０２又は中央給電指令室２０１に対応してもよい。
電力系統１１およびマイクログリッド１１Ｍが停電や事故が発生した場合は、保守点検のため上位制御系２００からの停止命令、あるいは電源装置の単独運転検出機能により、電圧制御インバータ１１Ａ等の動作は停止する。保守点検等が終了した場合、上位制御系２００からの遠隔からの起動信号、つまり、電圧を出力することを指示する制御指令を受信することで電圧制御インバータ１１Ａ等は起動可能である。すなわち、電圧制御インバータ１１Ａ等は、自装置が電圧源的に機能するため、停電時においても電圧を出力することができ、ブラックスタートが可能である。なお、インバータとして電圧制御インバータでなく電流制御インバータを用いた場合、電力系統１１の電圧を参照しないと電流を出力できないため、電力系統１１の停電時は電圧を出力できず、ブラックスタートができない。
電力系統１１の停電時に作業員が点検中に起動信号を受信して電圧制御インバータ１１Ａ等が起動すると、電圧制御インバータ１１Ａ等から出力された電圧に起因して、マイクログリッド１１Ｍに接続された機器や、保守人員が感電する可能性がある。
これを防止するために、本実施形態に係る電圧制御インバータ１１Ａ等は、マイクログリッド１１Ｍが電力系統１１から遮断等されている間に、上位制御系２００から電圧出力の制御指令（起動信号）を受信した場合は、当該制御指令を実行しない又は実行を待機する。すなわち電圧制御インバータ１１Ａが自律的に制御指令を無視することを決定し、電圧の出力を開始しない（起動しない）。マイクログリッド１１Ｍが電力系統１１から遮断される場合として、例えば電力系統１１が停電時ないしは系統事故の場合がある。マイクログリッド１１Ｍが電力系統１１から遮断されているかを電圧制御インバータ１１Ａ等が判断する方法として、例えばマイクログリッド１１Ｍの電圧が所定の電圧範囲に入っているか否かを判断する方法がある。一例としてマイクログリッド１１Ｍの電圧が０［Ｖ］又は許容誤差範囲内であれば、マイクログリッド１１Ｍが電力系統１１から遮断されていると判断することができる。マイクログリッド１１Ｍが、電力系統１１が遮断されていることは、電力系統１１が通常状態と異なる第１状態であることの一例である。第１状態のその他の例は後述する。以下、本実施形態に係る電圧制御インバータ１１Ａ等について詳細に説明する。
図２は、本実施形態に係る電圧制御インバータ１１Ａ等を含むシステム全体のブロック図である。図では電圧制御インバータ１１Ａ以外の電圧制御インバータ１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを示してない。これらの電圧制御インバータは、接続されている電力供給装置（蓄電装置又は発電装置）が電圧制御インバータ１１Ａと異なるのみで、電圧制御インバータ１１Ａと同一のブロックを有する。このため、以下では、電圧制御インバータ１１Ａの説明のみを行う。
電力系統１１が通常稼働時、電力系統１１から送電網１１００を経由して電力が送電される。送電された電力は、トランス４００ｂを介して電圧が変換された後、配電網７００を経由して、マイクログリッド１１Ｍに供給される。
電圧制御インバータ１１Ａはトランス４００ａを介してマイクログリッド１１Ｍに接続されている。電圧制御インバータ１１Ａは、制御部１１１、電圧センサ（計測部）１１２、電流センサ１１３、電力変換部１１４を備える。制御部１１１は、電圧センサ１１２、電流センサ１１３、電力変換部１１４に接続されている。電圧センサ１１２は、マイクログリッド１１Ｍの電圧（インバータ出力端の電圧）を検出し、検出した電圧を示す情報を制御部１１１に出力する。電流センサ１１３は、マイクログリッド１１Ｍの電流（インバータ出力端の電流）を検出し、検出した電流を示す情報を制御部１１１に出力する。
制御部１１１は、μＥＭＳ２０３からの制御指令を受信し、受信した制御指令を実行することで、電圧制御インバータ１１Ａを制御する。制御部１１１は、制御指令を受信する受信部としても機能する。制御部１１１は、操作部１５と通信し、制御指令を受信してもよい。操作部１５は、電源装置３１Ａと一体でもよいし、作業員の操作可能な端末、又はコントロールセンターの監視員の操作可能な端末でもよい。通信ネットワークは無線ＬＡＮ、モバイルネットワーク又はブルートゥース等の無線通信ネットワークでも、イーサネット又はシリアル通信ケーブル等の有線通信ネットワークでもよい。制御部１１１は、他の電圧制御インバータ１１Ｂ、１１Ｃ，１２Ａ，１２Ｂ、１２Ｃ、需要家装置１３、同期発電装置１４のうちの少なくとも１つと通信してもよい。制御部１１１は、通信ネットワークを介して上位制御系２００からの制御指令に基づき電圧の出力制御を行う第１制御モードと、操作部１５から入力された制御指令に基づき電圧の出力制御を行う第２制御モードを切り替えることができてもよい。通信ネットワークを介して受信する制御指令は一例として第１制御指令、操作部１５から受信する制御指令は一例として第２制御指令に対応する。
電力変換部１１４は、太陽光発電装置２１Ａからの直流圧を交流電圧に変更する機能および、変換された交流電力をマイクログリッド１１Ｍ又は電力系統１１に出力する機能を有する。また、電力変換部１２０は、制御部１１１の元、自装置の単独運転検出用信号として無効電力ないしは有効電力ないしは無効電力および有効電力を出力可能に構成されてもよい。
電力変換部１１４で変換された電圧又は電力は、トランス４００ａにより適切な電圧に変換されて、需要家装置１３等に出力される。需要家装置１３に出力された電力はトランス４００ｃにより適切な電圧に変換され、需要家装置１３に供給される。なお、逆潮流が許容される場合は、出力された電力が配電網７００、トランス４００ｂ、送電網１１００を介して電力系統１１に送電される場合もある。
図３は、本実施形態に係る電圧制御インバータ１１Ａの動作例を概略的に示すフローチャートである。
最初に、電圧制御インバータ１１Ａの制御部１１１は、制御指令である電圧出力指令を受信する（Ｓ３０１）。制御部１１１は電圧出力指令をリモート受信したか（リモート操作で電圧出力指令を受信したか）、ローカル受信したか（ローカル操作で電圧出力指令を受信したか）判定する（Ｓ３０２）。ここで、リモート受信とは、通信ネットワークを介して上位制御系２００からの制御指令を受信することである。ローカル受信とは、操作部１５から入力された制御指令を受信することである。リモート受信の場合は、ステップＳ３０３に進み、ローカル受信の場合は、ステップＳ３０６に進む。
リモート受信の場合、制御部１１１は、電圧センサ１１２により計測された電圧（マイクログリッド１１Ｍの電圧又はインバータ出力端の電圧）が所定の範囲内かどうか判定する（Ｓ３０３）。電圧が所定の範囲外にある場合（ＮＯ）、ステップＳ３０４に進み、所定の範囲内にある場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３０５に進む。ここで、所定の範囲とは、一例として、０［Ｖ］、もしくは０［Ｖ］を含む前後の許容誤差範囲である。電圧が所定の範囲内にあることは、電力系統１１が通常状態と異なる第１状態であることの一例である。
電圧が所定の範囲外にある場合（ＮＯ）、制御部１１１は電圧出力指令を実行する。すなわち、制御部１１１は、電圧制御インバータ１１Ａの同期運転を開始する（Ｓ３０４）。同期運転とは、電力系統１１と位相、周波数及び振幅を同期させて電圧出力を行うことである。電圧が所定の範囲外にある場合、電力系統１１が通常稼働の状態にあるため、電圧制御インバータ１１Aを起動しても安全な起動となる。一方、電圧が所定の範囲内にある場合（ＹＥＳ）、制御部１１１は、受信した電圧出力指令を実行しない（Ｓ３０５）。すなわち、制御部１１１は、受信した電力出力指令を無視する又は電力出力指令の実行を待機する。電圧が所定の範囲内にある場合、電力系統１１が停電等によりマイクログリッド１１Ｍへの電力供給が遮断されている（同期発電装置１４も起動していない）。この場合に、電圧制御インバータ１１Ａを起動すると、作業員又は機器の感電が懸念されるが、電圧出力指令を実行しないことで、この問題を発生させない。
ローカル受信の場合も同様に、制御部１１１は、電圧センサ１１２により計測された電圧が所定の範囲内かどうか判定する（Ｓ３０６）。電圧が所定の範囲外にある場合（ＮＯ）、Ｓ３０７に進み、所定の範囲内にある場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３０８に進む。
電圧が所定の範囲外にある場合（ＮＯ）、制御部１１１は、ステップＳ３０４と同様に、電圧制御インバータ１１Ａの同期運転を開始する（Ｓ３０７）。
電圧が所定の範囲内にある場合も（ＹＥＳ）、制御部１１１は、電圧出力指令を実行し、電圧の出力を開始する。すなわち、制御部１１１はブラックスタートを行う。これは、電圧が所定の範囲内にある場合であっても、電気主任技術者ないしは電気主任技術者の監督者により、感電事故等の発生が懸念されないと判断されれば、電圧制御インバータ１１Ａを起動しても、感電等の問題は生じないと考えられるためである。
図３の例では、所定の範囲として０［Ｖ］、もしくは０［Ｖ］を含む前後の許容誤差範囲を想定した。所定の範囲の変形例として、電気事業法第２６条及び同法施行規則第３８条の規定で定められた低圧需要家の電圧として標準電圧１００Ｖに対して、１０１±６Ｖの範囲（通常状態の電圧範囲）以外の範囲を所定の範囲としてもよい。つまり９５［Ｖ］未満あるいは１０７［Ｖ］より大きい範囲を所定の範囲としてもよい。電圧が９５［Ｖ］未満あるいは１０７［Ｖ］より大きい範囲にあることは、電力系統１１が通常状態と異なる第１状態であることの一例である。
あるいは、標準電圧２００Ｖに対しては２０２±２０Ｖの範囲（通常状態の電圧範囲）以外の範囲を所定の範囲としてもよい。つまり、１８２［Ｖ］未満、あるいは、２２２［Ｖ］より大きい範囲を、所定の範囲としてもよい。電圧が１８２［Ｖ］未満、あるいは、２２２［Ｖ］より大きい範囲にあることは、電力系統１１が通常状態と異なる第１状態であることの一例である。
電圧が、標準電圧１００Ｖの場合に１０１±６Ｖの範囲外あるいは、標準電圧２００Ｖの場合に２０２±２０Ｖの範囲外の場合、電力系統１１の一部において事故が発生している（電力系統１１が通常状態でない）などと判断できる。つまり、電力系統１１から正常に電力が供給されていない状態が発生していると判断できる。この場合に、制御部１１１がリモート受信された制御指令を実行して電圧制御インバータ１１Ａを起動、つまり電源装置３１Ａを起動した場合、感電事故等の発生が懸念される。
図４は、本実施形態に係る電圧制御インバータ１１Ａの他の動作例を概略的に示すフローチャートである。図４では本実施形態に係る電源装置３１Ａがリモート制御モードの場合においても制御指令をローカル受信した場合にはブラックスタートを開始する動作例の一例を示す。
前提として、電源装置３１Ａは、リモート制御モードに設定されている（つまり制御指令のリモート受信を許容可能に設定されている）。電源装置３１Ａの電圧制御インバータ１１Ａの制御部１１１は、電圧出力指令を受信する（Ｓ４０１）。
制御部１１１は、電圧センサ１１２により計測された電圧が所定の範囲内かどうか判定する（Ｓ４０２）。所定の範囲の例は、図３の説明と同様、０［Ｖ］、もしくは０［Ｖ］を含む前後の許容誤差範囲とする。電圧が所定の範囲内にある場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４０４に進み、所定の範囲外にある場合（ＮＯ）、ステップＳ４０３に進む。
制御部１１１は、電圧センサ１１２により計測された電圧が所定の範囲内かどうか判定する（Ｓ４０２）。所定の範囲の例は、図３の説明と同様、０［Ｖ］、もしくは０［Ｖ］を含む前後の許容誤差範囲とする。電圧が所定の範囲内にある場合（ＹＥＳ）、ステップＳ４０４に進み、所定の範囲外にある場合（ＮＯ）、ステップＳ４０３に進む。
電圧が所定の範囲外にある場合（ＮＯ）、制御部１１１は、インバータの同期運転を開始する（Ｓ４０３）。
電圧が所定の範囲内にある場合（ＹＥＳ）、制御部１１１は、受信した電圧出力指令がローカル受信されたものか、リモート受信されたものかを判定する（Ｓ４０４）。ここで、リモート受信とは、前述したように、上位制御系２００（μＥＭＳ２０３等）により遠隔で制御指令を受信することであり、ローカル受信とは、操作部１５から制御指令を受信することをいう。ローカル受信の場合は、ステップＳ４０５に進み、リモート受信の場合は、ステップＳ４０６に進む。
電圧が所定の範囲内にある場合（ＹＥＳ）、制御部１１１は、受信した電圧出力指令がローカル受信されたものか、リモート受信されたものかを判定する（Ｓ４０４）。ここで、リモート受信とは、前述したように、上位制御系２００（μＥＭＳ２０３等）により遠隔で制御指令を受信することであり、ローカル受信とは、操作部１５から制御指令を受信することをいう。ローカル受信の場合は、ステップＳ４０５に進み、リモート受信の場合は、ステップＳ４０６に進む。
ローカル受信の場合、制御部１１１は、電圧出力指令を実行して、電圧制御インバータ１１Ａから電圧を出力することを開始する。すなわち、制御部１１１は、ブラックスタートを行う。これは、電圧が所定の範囲内にある場合であっても、電気主任技術者ないしは電気主任技術者の監督により、感電事故等の発生が懸念されないと判断されれば、電圧制御インバータ１１Ａを起動しても、感電等の問題は生じないと考えられるためである。
リモート受信の場合、制御部１１１は、電圧出力指令を実行しない（Ｓ４０６）。すなわち、制御部１１１は、受信した電力出力指令を無視する又は電力出力指令の実行を待機する。電圧が所定の範囲内にある場合、電力系統１１が停電等によりマイクログリッド１１Ｍへの電力供給が遮断されている（同期発電装置１４も起動していない）。この場合に、電圧制御インバータ１１Ａを起動すると、作業員又は機器の感電が懸念されるが、電圧出力指令を実行しないことで、この問題を発生させない。
図４のフローチャートの場合、図３のフローチャートの説明と同様、所定の範囲の変形例が可能である。
図１に示した電圧制御インバータ１１Ａ等は、電力供給装置（太陽光発電装置、風力発電装置又は蓄電装置）が接続されていたが、電力供給装置が接続されない構成も可能である。
本実施形態では、上位制御系２００は、最上位の制御系統である中央給電指令室２０１、中間の制御系統であるＥＭＳ２０２、最下位の上位制御系２００であるμＥＭＳ２０３の３層による階層構造であるが、異なる構造であってもよい。例えば、中央給電指令室２０１が、ＥＭＳ２０２等を介さず直接、電圧制御インバータ１１Ａ等と接続して制御する１層の階層構造や、中央給電指令室２０１が、μＥＭＳ２０３を制御する２層構造であってもよい。
以上、本実施形態によれば、電圧制御インバータ１１Ａ等は、マイクログリッド１１Ｍが電力供給を遮断されている場合に、遠隔で受信した電圧出力指令を実行しない。これにより、電圧制御インバータ１１Ａ等は、作業員がマイクログリッド１１Ｍを点検作業中に電圧出力を開始することに起因して、作業員又は機器が感電することを防止できる。すなわち、停電時や系統事故発生時での保守時の安全を提供する。一方、停電等によりマイクログリッド１１Ｍの電力が遮断されている場合において、作業員による電源装置の点検作業中であっても、作業員からのローカル受信した電圧出力指令については電圧制御インバータ１１Ａ等は当該指令を実行する。これにより、作業員の感電事故が発生するといった事態を防ぎつつ、ブラックスタートを行うことができる。
以下、本発明の他の実施形態について説明する。他の実施形態のブロック図は図１と同じであるが、電圧制御インバータ１１Ａ等の一部又は全部は前述した本実施形態の機能を備えている必要はない。つまり、電圧制御インバータ１１Ａ等の一部又は全部が既存の電圧制御インバータでもよい。但し、電圧制御インバータ１１Ａ等の一部又は全部が前述した本実施形態の機能を備えている場合も可能である。本発明の他の実施形態では、上位制御系２００に特徴を有する。中央給電指令室２０１、ＥＭＳ２０２及びμＥＭＳ２０３はそれぞれ、CPU等のプロセッサ、メモリ、入出力インタフェース、通信部等を備えたコンピュータシステムとして構成される。コンピュータにプログラムを実行させることにより中央給電指令室２０１、ＥＭＳ２０２及びμＥＭＳ２０３の機能を実現してもよい。以下、他の実施形態における中央給電指令室２０１、ＥＭＳ２０２及びμＥＭＳ２０３の動作例を記載する。
図５は、本実施形態に係る中央給電指令室２０１の動作例を概略的に示すフローチャートである。中央給電指令室２０１は、上位制御系２００の一部であり、上位制御系２００の中で最上位に位置する制御系である。
中央給電指令室２０１は、マイクログリッド１１Ｍの電力遮断の有無について把握可能か判定する（Ｓ５０１）。把握可能ならば、ステップＳ５０２へ進み、把握不可能ならば、ステップＳ５０４に進む。
中央給電指令室２０１は、マイクログリッド１１Ｍの電力が遮断されているかどうか判定する（Ｓ５０２）。遮断されているならば、Ｓ５０３に進み、遮断されていないならば、ステップＳ５０４に進む。遮断されていることは、電力系統１１（又はマイクログリッド１１Ｍ）が通常状態と異なる第１状態にあることを意味する。
マイクログリッド１１Ｍの電力が遮断されている場合、中央給電指令室２０１は、ＥＭＳ２０２への電圧出力指令（第指令）の生成を省略する（Ｓ５０３）。これにより、マイクログリッド１１Ｍの電圧制御インバータに電圧出力指令が送信されて実行されることにより発生する問題（作業員等の感電）を未然に防止できる。
マイクログリッド１１Ｍの電力が遮断されていない場合、中央給電指令室２０１は、下位制御系、例えば、ＥＭＳ２０２への電圧出力指令の生成する（Ｓ５０４）。中央給電指令室２０１は、生成した電圧出力指令を下位制御系であるＥＭＳ２０２に送信する（Ｓ５０５）。
変形例として、ステップＳ５０１においてマイクログリッド１１Ｍの電力遮断の有無の代わりに、マイクログリッド１１Ｍの電圧が正常範囲内かを把握可能かを判定してもよい。正常範囲とは、例えば、標準電圧１００Ｖの場合に１０１±６Ｖの範囲あるいは、標準電圧２００Ｖの場合に２０２±２０Ｖの範囲である。電圧が正常範囲内かを把握可能でない場合ステップＳ５０４に進み、把握可能な場合、電圧が正常範囲内かをステップＳ５０２で判断すればよい。電圧が正常範囲内であれば、ステップＳ５０４に進み、正常範囲内でない場合、ステップＳ５０３に進む。電圧が正常範囲内の場合は、電力系統１１（又はマイクログリッド１１Ｍ）は通常状態であり、電圧が正常範囲外の場合は、電力系統１１（又はマイクログリッド１１Ｍ）は通常状態と異なる第１状態である。
図６は、本実施形態に係るＥＭＳ２０２の動作例を概略的に示すフローチャートである。ＥＭＳ２０２は、上位制御系２００の一部であり、上位階層の制御系として中央給電指令室２０１を有し、下位階層の制御系としてμＥＭＳ２０３を有している。
ＥＭＳ２０２は、上位制御系である中央給電指令室２０１からの電圧出力指令（第２指令）を受信したか判定する（Ｓ６０１）。電圧出力指令を受信した場合、ステップＳ６０２に進み、受信していない場合、処理を終了する。
ＥＭＳ２０２は、マイクログリッド１１Ｍの電力遮断の有無の有無について把握可能か判定する（Ｓ６０２）。把握可能ならば、ステップＳ６０３へ進み、把握不可能ならば、ステップＳ６０５に進む。
マイクログリッド１１Ｍの電力が遮断されている場合、ＥＭＳ２０２は、下位制御系、例えば、μＥＭＳ２０３への電圧出力指令（第１指令）の生成を省略する（Ｓ６０４）。これにより、マイクログリッド１１Ｍの電圧制御インバータに電圧出力指令が送信されて実行されることにより発生する問題（作業員等の感電）を未然に防止できる。
マイクログリッド１１Ｍの電力が遮断されていない場合、中央給電指令室２０１は、下位制御系、例えば、μＥＭＳ２０３への電圧出力指令の生成する（Ｓ６０４）。ＥＭＳ２０２は、生成した電圧出力指令を下位制御系であるμＥＭＳ２０３に送信する（Ｓ６０６）。
上述した図５の説明に記載した変形例は図６のフローチャートの動作にも適用可能である。
図７は、本実施形態に係るμＥＭＳ２０３の動作例を概略的に示すフローチャートである。μＥＭＳ２０３は、上位制御系２００の一部であり、電源装置３１Ａ等を制御する最下位の上位制御系２００である。μＥＭＳ２０３は、電圧制御インバータ１１Ａ等の制御部１１１に有線又は無線で接続されており、通信が可能である。
μＥＭＳ２０３は、上位制御系であるＥＭＳ２０２からの電圧出力指令を受信したか判定する（Ｓ７０１）。電圧出力指令を受信した場合、ステップＳ７０２に進み、受信していない場合、再度本処理を繰り返す。
μＥＭＳ２０３は、マイクログリッド１１Ｍの電力が遮断されているか判定する（Ｓ７０２）。遮断されているならば、ステップＳ７０３へ進み、遮断されていないならば、ステップＳ７０４に進む。
マイクログリッド１１Ｍの電力が遮断されている場合、μＥＭＳ２０３は、電圧制御インバータ１１Ａ等への電圧出力指令の生成を省略する（Ｓ７０３）。これにより、マイクログリッド１１Ｍの電圧制御インバータに電圧出力指令が送信されて実行されることにより発生する問題（作業員等の感電）を未然に防止できる。マイクログリッド１１Ｍの電力が遮断されていない場合、μＥＭＳ２０３は、電圧制御インバータ１１Ａ等へ電圧出力指令を送信する（Ｓ７０４）。
上述した図５の説明に記載した変形例は図７のフローチャートの動作にも適用可能である。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１１ 電力系統
１１Ｍ マイクログリッド
１２ 開閉器
１３ 需要家装置
１４ 同期発電装置（非常用発電機、常用発電機）
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 電圧制御インバータ（電子装置）
２１Ａ、２２Ａ 太陽光発電装置（電力供給装置）
２１Ｂ、２２Ｂ 風力発電装置（電力供給装置）
２１Ｃ、２２Ｃ 蓄電装置（電力供給装置）
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ 電源装置
１１１ 制御部
１１２ 電圧センサ
１１３ 電流センサ
１１４ 電力変換部
２００ 上位制御系
２０１ 中央給電指令室
２０２ ＥＭＳ
２０３ μＥＭＳ
４００ａ、４００ｂ、４００ｃ トランス
７００ 配電網
１１００ 送電網
１１Ｍ マイクログリッド
１２ 開閉器
１３ 需要家装置
１４ 同期発電装置（非常用発電機、常用発電機）
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ 電圧制御インバータ（電子装置）
２１Ａ、２２Ａ 太陽光発電装置（電力供給装置）
２１Ｂ、２２Ｂ 風力発電装置（電力供給装置）
２１Ｃ、２２Ｃ 蓄電装置（電力供給装置）
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ 電源装置
１１１ 制御部
１１２ 電圧センサ
１１３ 電流センサ
１１４ 電力変換部
２００ 上位制御系
２０１ 中央給電指令室
２０２ ＥＭＳ
２０３ μＥＭＳ
４００ａ、４００ｂ、４００ｃ トランス
７００ 配電網
１１００ 送電網
Claims (13)
- 電力系統に連係可能な電圧制御インバータであって、
前記電力系統へ電圧を出力するための第１制御指令を受信する受信部と、
前記第１制御指令を実行して前記電力系統に前記電圧を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電力系統が通常状態と異なる第１状態のときに前記第１制御指令が受信された場合には、前記第１制御指令を実行しない
電圧制御インバータ。 - 前記電力系統の電圧を計測する計測部を備え、
計測された前記電圧に基づき、前記電力系統が前記第１状態か否かを決定する
請求項１に記載の電圧制御インバータ。 - 前記制御部は、計測された前記電圧が略０［Ｖ］である場合、前記電力系統が前記第１状態であることを決定する
請求項２に記載の電圧制御インバータ。 - 前記制御部は、計測された前記電圧が９５［Ｖ］以上１０７［Ｖ］以下の範囲に含まれない場合、あるいは、計測された前記電圧が１８２［Ｖ］以上２２２［Ｖ］以下の範囲に含まれない場合に、前記電力系統が前記第１状態であることを決定する
請求項２に記載の電圧制御インバータ。 - 前記受信部は、前記第１制御指令を、通信ネットワークを介して受信し、
前記電力系統へ電圧を出力するための第２制御指令を入力する操作部を備え、
前記制御部は、前記電力系統が前記第１状態のときに前記第２制御指令が前記操作部から入力された場合は、前記第２制御指令を実行して前記電力系統に前記電圧を出力する
請求項１に記載の電圧制御インバータ。 - 前記受信部は、前記第１制御指令を、通信ネットワークを介して受信し、
前記電力系統へ電圧を出力するための第２制御指令を入力する操作部を備え、
前記通信ネットワークを介して受信した前記第１制御指令に基づき電圧の出力制御を行う第１制御モードと、前記操作部から入力された前記第２制御指令に基づき電圧の出力制御を行う第２制御モードとが切り替え可能であり、
前記制御部は、前記電力系統が前記第１状態のときに前記操作部から前記第２制御指令が入力された場合は、前記第１制御モードであっても前記第２制御指令を実行する
請求項１に記載の電圧制御インバータ。 - 請求項１～６のいずれか一項に係る電圧制御インバータと、
電力を生成する発電装置を備え、
前記制御部は、前記発電装置により生成される前記電力に基づき前記電圧を出力する
電源装置。 - 電力系統に連係可能な電圧制御インバータと、前記電圧制御インバータを管理する第１エネルギーマネジメントシステムとを備え、
前記電圧制御インバータは、前記電力系統へ電圧を出力するための制御指令を受信する受信部と、前記制御指令を実行して前記電力系統に前記電圧を出力する制御部と、を備え、
前記第１エネルギーマネジメントシステムは、前記制御指令を生成し、前記制御指令を前記電圧制御インバータに送信し、前記電力系統が通常状態と異なる第１状態にあることを検知した場合は、前記制御指令を生成することを省略する
エネルギー制御システム。 - 前記第１エネルギーマネジメントシステムは、前記第１エネルギーマネジメントシステムを管理する第２エネルギーマネジメントシステムから前記電力系統に電圧を出力することを指示する第１指令を受けて前記制御指令を生成し、前記第１エネルギーマネジメントシステムは、前記電力系統が前記第１状態にあることを検知した場合は、前記第１指令を受けても前記制御指令を生成することを省略する
請求項８に記載のエネルギー制御システム。 - 前記第２エネルギーマネジメントシステムを備え、
前記第２エネルギーマネジメントシステムは、前記第１指令を生成し、前記第１指令を前記第１エネルギーマネジメントシステムに送信し、
前記第２エネルギーマネジメントシステムは、前記電力系統が前記第１状態にあることを検知した場合は、前記第１指令を生成することを省略する
請求項９に記載のエネルギー制御システム。 - 前記第２エネルギーマネジメントシステムは、前記電力系統を管理する中央指令システムから前記電力系統に電圧を出力することを指示する第２指令を受けて前記第１指令を生成し、前記電力系統が前記第１状態にあることを検知した場合は、前記第２指令を受けても、前記第１指令を生成することを省略する
請求項１０に記載のエネルギー制御システム。 - 前記第２エネルギーマネジメントシステムを管理する中央指令システムを備え、
前記中央指令システムは、前記第２指令を生成し、前記第２指令を前記第２エネルギーマネジメントシステムに送信し、
前記中央指令システムは、前記電力系統が前記第１状態にあることを検知した場合は、前記第２指令を生成することを省略する
請求項１１に記載のエネルギー制御システム。 - 電力系統に連係可能な電圧制御インバータによって実行される電圧制御方法であって、
前記電力系統へ電圧を出力するための第１制御指令を受信し、
前記第１制御指令を実行して前記電力系統に前記電圧を出力し、
前記電力系統が通常状態とは異なる第１状態のときに前記第１制御指令が受信された場合には、前記第１制御指令を実行しない
電圧制御方法。
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| JP7402138B2 (ja) | 2020-09-11 | 2023-12-20 | 株式会社東芝 | 電子装置及び方法 |
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2021
- 2021-03-15 JP JP2021041737A patent/JP7431769B2/ja active Active
- 2021-09-08 US US17/469,867 patent/US11539216B2/en active Active
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