JPH0819179A - 二次電池を用いた系統安定化システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】二次電池を３００〜３５０℃に保つため、発電
所では蒸気タービンの廃熱を利用し、変電所では変圧器
等の冷却装置の廃熱を利用する。これにより常に二次電
池を動作状態としておいて、発電機出力または連系線の
位相角（電力）の変動に応じてこの二次電池を動作さ
せ、電力系統の電力動揺を抑制する。 【効果】発電所または変電所の廃熱を利用して二次電池
を最適な温度に制御するので、新たに加熱器を設ける場
合に比べて運転コストを安くできるメリットがある。ま
た、二次電池のエネルギーを系統の動作状態に応じて制
御することにより、電力動揺を高速に抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電力系統の安定化装置に
より、特に発電所や変電所に二次電池が設置された電力
系統の二次電池による電力系統安定化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電機の接続された電力系統において、
系統事故時の発電機の脱調を防止するため、制動抵抗を
発電機の母線に接続し、系統事故時の発電機の加速エネ
ルギーを吸収する系統安定化システムが提案されてい
る。また、超電導コイルに発電機の加速エネルギーを蓄
え発電機の脱調を防止する超電導電力貯蔵装置による系
統安定化システムが考案されている。

【０００３】前者は設備コストが安く、系統事故時の発
電機の加速エネルギーを制動抵抗で消費するもので、動
作は確実であるが吸収エネルギーを熱として放出するの
で損失となる。また、系統事故時の発電機の加速エネル
ギーを一回吸収すると抵抗体の温度が下がるまで制動抵
抗を再投入できないので、連続運転使用ができない。一
方、超電導電力貯蔵装置はコイルに発電機の加速エネル
ギーを蓄えておくことができるので制動抵抗のように損
失は生じないし、連続的にエネルギーの授受が可能であ
り、連続運転できる利点がある。

【０００４】しかし、超電導電力貯蔵装置は大容量超電
導コイル，電流を循環させておくための永久スイッチ
等、実用化のための開発課題が多く早期実現は難しい。

【０００５】負荷の接続された系統から構成される変電
所にこれら装置を適用した場合も状況は同様である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電力系統の電力貯蔵に
よる安定化装置として二次電池を使用した系統安定化シ
ステムが考案されている。これは発電機の接続された電
力系統において系統事故により発電機が加速する場合
は、加速エネルギーを二次電池に充電し、発電機の脱調
を防止するものである。このシステムは超電導電力貯蔵
装置と同様に、二次電池に発電機の加速エネルギーを蓄
えておくことができるので制動抵抗のように損失は生じ
ないし、二次電池により連続的にエネルギーの授受が可
能であるので連続運転できる利点がある。負荷の接続さ
れた系統から構成される変電所でも状況は同様である。
ところで、ＮａＳ電池等の二次電池は常温においてＮａ
Ｓ（ナトリウム硫黄）が固体であり、電池として動作さ
せるためには３００〜３５０℃の範囲に外部装置により
ＮａＳを常時温めておかないと電池としての機能を果た
さない。

【０００７】本発明は電力系統に二次電池を適用する場
合に、外部に加熱器を設けることなく二次電池を常に安
定に最適な状態で動作させることのできるシステムを提
案し、電力系統の系統安定化を図る運転方法を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】二次電池（ＮａＳ電池）
を電池として機能させるために、常時３００〜３５０℃
に保っておくことが必要で、このため発電所に適用する
場合においては蒸気タービンの廃熱を利用してＮａＳを
常時温めておくようにする。また変電所での適用に対し
ては変圧器等の冷却装置の廃熱を利用してＮａＳを常時
温めておくようにする。

【０００９】このような二次電池の状態としておいて系
統の状態に応じて二次電池のエネルギーを制御して系統
の安定化を図る。二次電池を制御するための制御信号を
作るため系統の電圧と電流を検出し、検出値から制御信
号を作成する回路を設ける。

【００１０】

【作用】発電所の蒸気タービンの廃熱は従来冷却装置に
より冷却され再度高温に温められて蒸気として再利用さ
れる。この際冷却装置により取り出された蒸気の熱は、
外部に捨てられている。発電所に二次電池が適用された
システムでは、この廃熱を利用して二次電池のＮａＳを
温める。蒸気の温度は３００〜３５０℃以上であり、十
分電池を温めるのに利用できる。また変電所に二次電池
が適用されたシステムでは、変圧器の冷却装置や変電所
建家の冷暖房装置の廃熱を利用して二次電池を温める。

【００１１】廃熱の温度が３００〜３５０℃には満たず
十分でない場合は従来のようにヒータ等と併用して温め
ることにより少なくとも廃熱利用システムを併用しない
場合に比べて動作させるためのコストは安く済む。

【００１２】二次電池を系統に連系するための電力変換
器の制御は、系統の発電電力量が負荷量に比べて大きい
場合は系統の周波数または位相が大きくなり、逆に小さ
い場合は小さくなるので、系統の周波数または位相の、
増加または減少を検出し、これらが大きくなる場合は二
次電池で系統のエネルギーを吸収し、小さくなる場合は
放出して電力系統の動揺を抑制する。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。図番号にし
たがって説明すると、熱（蒸気）エネルギーを回転（運
動）エネルギーに変換するタービン１１のタービン軸は
発電機１０につながっている。Ｖｐは蒸気入力を示す。
昇圧用変圧器２０は発電機出力を送電線の高電圧に昇圧
し、送電線３１，３２で負荷系統５０に送電する。４１
〜４４は送電線の遮断器で、変換用変圧器６１は交流電
力に変換された二次電池のエネルギーを交流系統に連系
する。電力用変換器６２は交流を直流（充電モード）ま
たは直流を交流（放電モード）に変換し、充電放電の可
能な二次電池６３と接続される。

【００１４】この二次電池６３は容器に収納され、容器
には前記タービンで使用された蒸気の廃熱が導かれて加
熱されている。これは二次電池が一般にはある温度状態
で動作する、例えば二次電池がＮａＳ電池の場合にはＮ
ａＳ電池の動作温度が３００〜３５０℃であり、この温
度のとき電池は最も効率的に動作するので、この温度に
容器は加熱制御されている。発電機の出力母線の電圧を
検出する電圧変成器６２１と送電線の電流を検出する電
流変成器６２２から、制御信号作成回路623は発電機の
出力（電力）を演算し、演算結果から発電機の位相角の
動揺を検出する。そして制御回路６２４は電力用変換器
６２を制御する。

【００１５】図２に制御信号作成回路６２３が動揺を検
出するための一実施例を示す。入力は電力検出値Ｐで、
検出値Ｐを一次遅れ回路６２３０から差し引くことによ
って電力動揺の動揺成分を検出する。遅れ時定数Ｔの値
を適当に大きな値としておくことによって、簡単に電力
の動揺成分を検出できる。電力動揺検出値は発電機の位
相角変化検出値として使うことができる。

【００１６】位相角の変化検出に対して二次電池の動作
を図３に示す。図中Ｖａｃは発電機出力母線の電圧、δ
は発電機の位相角、Δδは位相角変化検出値、Ｐｂは二
次電池の出力を示す。Ｐｂ＞０が放電モード、Ｐｂ＜０
が充電モードを示す。このモードの切り換えは前記電力
変換器６２のゲート位相を制御することによって容易に
行うことができる。

【００１７】今、図１中の送電線３２のｆ点で地絡事故
が発生した場合を考える。地絡事故が発生すると不記の
地絡事故検出により送電線の遮断器４３と４４が動作し
て、事故送電線３２を系統から切り離す。図３中Ｖａｃ
のｔｆが事故期間である。事故期間中は発電機の出力電
圧は零となり、遮断器により事故点が除去されると電圧
が回復する。事故期間中は発電機の出力電圧が零となっ
ているので、発電機の入力エネルギーが電気的な出力を
上回り、発電機は加速する。そのため発電機の位相角が
増加する。この時二次電池を充電モードとして、発電機
の加速エネルギーを吸収して発電機の加速を抑制するよ
うにする。

【００１８】事故期間中は電圧が零であるので正確には
発電機の加速エネルギーは吸収できず、事故が除去され
て電圧が回復してから吸収されることになる。これをＰ
ｂ＜０で示している。発電機が加速から減速に転じた
き、すなわちΔδが減少し始めたときは逆に二次電池を
放電モードとして系統に二次電池のエネルギーを放出す
る。これをＰｂ＞０に示す。このように発電機の位相角
変化に応じて二次電池の充放電を行うことで、電力系統
の動揺にダンピングがかけられる。

【００１９】上記説明は位相角変化を検知して二次電池
を動作させる場合を説明したが、電力動揺の検出値をそ
のまま使用して二次電池を動作させても、また系統の周
波数の変化を検出して変化量に応じて二次電池を動作さ
せても動揺抑制が行えることは明らかである。

【００２０】このように二次電池が有効に動作できるの
はタービンの廃熱により二次電池が常時温められている
ことによる。新たに加熱器を設ける従来の場合に比べて
運転コストを安くできるメリットがある。

【００２１】二次電池の充放電の大きさについては詳細
触れないが、位相角変化検出値の大きさに比例させて充
放電量を変えるのが系統事故時の電力動揺を早く抑える
上で効果的である。特にＮａＳ電池の場合には過負荷耐
量が３倍程度有るので、小さな電池容量の設備で電力動
揺を抑制できるメリットがある。この場合電池容量は小
さくても良いが電力変換器の容量は過負荷運転に備えた
大きな容量としておく必要がある。

【００２２】上記のように電力系統の電力動揺の抑制を
二次電池の充放電で行う場合、充放電量を系統の状態に
応じて変えることもできるが、二次電池の充放電量を一
定値としても効果のあることは明らかである。

【００２３】また、このような構成により事故時のみな
らず、発電機出力が変化した場合、負荷の大きさが変化
した場合、等の電力動揺についても抑制効果があること
は明らかである。

【００２４】更に二次電池をこのように充放電させて電
力系統の安定化を図るためには、電池は常時、充放電可
能な状態としておくのが好都合である。このため電池は
充放電可能な中間の充電状態としておくのが良い。

【００２５】図４に本発明の他の実施例を示す。ここで
は二次電池を変電所に適用した場合を示す。図１と同じ
番号のものは同じ機能を表している。新しいものについ
て説明すると、７１は発電機を含む負荷系統５１と５２
を連系する連系用変圧器、７１１は連系用変圧器の冷却
装置、６１１は変換用変圧器の冷却装置で、冷却装置か
ら取り出された廃熱は二次電池の容器に導かれ、二次電
池が最適な動作状態となるように加熱制御される。図１
の場合に比べて、廃熱のエネルギーは小さいが、廃熱を
利用することによって新たに加熱装置を設けるよりも運
転コストを低くできる。熱が不足する場合は加熱器を追
加することになるが、廃熱を利用しない場合に設置する
加熱器に比べて小さな加熱器で済む。この場合も二次電
池の動作は図１と同様である。このため連系線の電力を
検出して動揺抑制の制御信号を作成する制御信号作成回
路６２３が設けられている。前図同様に電力系統の同様
にダンピングを掛けることができる。

【００２６】

【発明の効果】発電所または変電所の廃熱を利用して二
次電池を最適な温度に制御するので、新たに加熱器を設
ける場合に比べて運転コストを安くできるメリットがあ
る。また、二次電池のエネルギーを系統の動作状態に応
じて制御することにより、電力動揺を高速に抑制でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】発電所の廃熱を利用した二次電池システムの一
実施例。

【図２】位相角変化（電力動揺）検出回路の一実施例。

【図３】電力動揺時の二次電池の動作説明図。

【図４】変電所の廃熱を利用した二次電池システムの一
実施例。

【符号の説明】

１０…発電機、１１…タービン、２０…昇圧用変圧器、
３１，３２…送電線、４１〜４４…遮断器、５０，５
１，５２…負荷系統、６１…変換用変圧器、６２…電力
用変換器、６３…二次電池、７１…連系用変圧器、６１
１…変換用変圧器の冷却装置、６２１…電圧変成器、６
２２…電流変成器、６２３…制御信号作成回路、６２４
…制御回路、７１１…連系用変圧器の冷却装置、６２３
０…一次遅れ回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発電所に二次電池及び電力変換器を設置
   し、前記電力変換器により前記二次電池と電力系統間で
   エネルギーを授受する系統安定化システムにおいて、 前記発電所の廃熱を利用して二次電池を通常の動作状態
   とし、系統の状態に応じて該二次電池のエネルギーを授
   受することを特徴とする系統安定化システム。
2. 【請求項２】変電所に二次電池及び電力変換器を設置
   し、前記電力変換器により前記二次電池と電力系統間で
   エネルギーを授受する系統安定化システムにおいて、 変電所の変圧器の廃熱を利用して二次電池を通常の動作
   状態とし、系統の状態に応じて該二次電池のエネルギー
   を授受することを特徴とする系統安定化システム。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２において、前記電力
   系統の位相角または周波数が増加時は前記二次電池にエ
   ネルギーを吸収し、前記位相角または周波数が減少時は
   放出するようにしたことを特徴とする系統安定化システ
   ム。
4. 【請求項４】請求項１乃至請求項４において、前記二次
   電池の動作点は常時充放電の可能な中間の充電状態とし
   ておくことを特徴とする系統安定化システム。
5. 【請求項５】請求項１乃至請求項５において、前記二次
   電池のエネルギーを系統に授受する電力変換器の容量を
   二次電池の定格容量よりも大きくすることを特徴とする
   系統安定化システム。