JPS58204735A - 電力貯蔵装置の運転制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は′山−力貯蔵装置の運転制御に係り、特に電力
貯蔵装置と発′ｌｉｔ機の周波数制御装置との協町制御
を実現し得るようにした制御方法に関する。

〔発明の技術的背量〕

第１図は、発電機と負荷とから成る電力系統に、蓄電池
を直結した自励式インバーター（以上、電力変換器゛と
称する）とから成る電力貯蔵装置を接続した場合の構成
例を示したものである。図において、ＩＶｉ電力変換器
、２は蓄電池、３＃よ変圧器である。４および１４は交
流母線、５Ｆｉ電路、６は負荷、７は変圧器である。８
は発電機であり、原動機９と直結されている。

ＩＯは原動機軸に直結された速度検出器を内蔵した周波
数検出器、１ノは交流母線４の電圧から交流系の周波数
を検出する周波数検出器、１３゛および１７は加算器、
１２は電力変換器１の位相制御器、１６は加＞１ｋ、１
５は原動機９の速度制御器であり、図示の如く構成され
ている。

かかる系統構成において、変圧器７を介して交流母線１
４に接続された発電機８け、原動機９　Ｋより駆動され
て、交流母ｌ／Ｍ１４へ電力を送ｔｉＩ　する。交流系
統では、電路５および交流母線４を通して負荷６が接続
されて、発電機８の発！電力が負荷６で消費される。発
電機８の速度、つまり周波数ｆｇは周波数検出器１０に
て検出づｈて１．基準周波数ｆ。ｇと加算器１６で加算
されてから速度制御器１５へ導かれる。上記の速度制御
器１５を含む１５−９−１０−１６０賛素より成る速度
制御回路は、従来から実施されている発電機の周波数制
御方式であり、この速度制御回路により交流系統の周波
数が基準周波数ｆ。ｇに等しくなるように制御される。

〜・方、蓄電池２は電力変換器１の血流側に接続さｆｔ
、電力変換器１は変圧器３を介して交流４１線４に接続
される。電力変換器１は図示していない周知の各種制御
装置により運転さ１＋　、交流系統より蓄電池２へ電力
を充電し、また逆に蓄電池２から交流系統へ蓄電池２の
電力を放電する。そして、一般に電力変換器！と蓄電池
２ｉｊｉ、力貯緘装飯と称される。電力変換器として用
いる０９１式インバータ１は、周知のように自！：１ｉ
の’％圧Ｖｉを発生することができるので、ｖｌを交流
母線電圧■に対して大きくすることＱこより光電を、ま
た逆にｖｉを■より小さくすることにより放電を行なう
こ表ができる。また、交流量ｌ１１４Ｖｃ桜続さｈた周
波数検出器１１により検出した交流系統の周波数ｆｌは
、加算器１３で基ｆＩＩＡＩｌ！ｉ１波数Ｚｏｉと加算
されて、その出力ΔＰはインバーターの運転電力指令値
Ｐ。と加算器１７で加算されて、インバーターの位相制
御器１２へ導かれ、電力変換器１はこれにより制御され
る。

このようにして構成される回路１ノー１３−１７〜１２
−１−３−４け電力変換器１の周波数制御回路であり、
交流量＋ＩＪ４の周波数が低下するとｆ。

が低下して、基準周波数ｆ。ｉとの差が加算器１３の出
力として焦われ、その出力がＰ。がら引かれ電力変換器
ＩＶｉ放電蓮転状態となって交流系統へ電力を放出し、
従って交流系統の周波？■を上昇させるように働く。ま
た、逆に交流量線４の周波数が上昇すると電力変換器Ｉ
ＩＬ′ｉ元篭運転状態となり、結果として交流母線４の
周波数を低］させる。このように動作することにまり、
交流母線４の周波数としては基準値ｆ。ｌに一致した状
態が得られる。

さて、第１図に示（７た系統構成には、発＊轡の周波数
ｉ’、ｉ制御なる’ＡＩの周波数制御と、インバーター
による第２の周波数制御との２つの周波数制御が存で１
．シている。通常、回転機は慣性を４！（７ているため
にその速奪制餌Ｉの応答の連さけ必ずしも速くなく、最
も速い制御系を用いてもれ秒程度の速さである。一方電
力変換器は慣性を有しないので、充放電電力の変化は速
く、回転機に比べれ（Ｉ有効電力は瞬時に変化し得ると
河える。従って、通常この２つの周波数制御のうち１．
第１の周波数制御は比較的ゆっくりした発電電力制御を
分担し−１残りの第２の周波数制御は負荷変化時等の短
時間的な周波数変動を吸収する役目を分担させている。

このように、交流系統に周波数制御機能を備えた電力貯
蔵装置を設けることにより、交流系統の周波数を一定に
保つことが可能となる。なお、かかる系統構成は船舶内
における発電機、負荷、苔を旭光によく見られる。

〔背景技術の問題点〕

以下に、かかる従来の制御方法の問題点について述べる
。第１図の負荷（Ｌ）６が、時刻ｔｌで増加した場合の
電力、周波数の変化を第２図に示す。今、仮に電力変換
器の周波数制御系が無いとすれば、負荷（Ｌ）６が増加
すると交流系統の周波数は低下し、発電機の周波数制御
系の働きＫより発電機出力が増大され、周波数ｆけ事前
の値にもどる。これを図４り］７たのが、第２図の破線
で示（た部分である。発電機の周波数制御系は応答が遅
いので、発電機出力Ｐｇの増大あるいけ周波数の回復は
必ずしも速くない。

次に、第１図に示すように電力変換器の周波数制御系が
存在すると、やはり負荷（Ｌ）６の増大に対してはＰｇ
　、　ｆさらには電力変換器の出力Ｐ％は第２図の集線
のようになる。つまり、負荷が時刻１．で増加すると周
波数ｆｌｒｉ低下しはじめるが、電力変換器は、その周
波数制御の動作によシ急速に交流系統へ電力を出力する
。電力変換器の出力増大により、発電機出力と電力変換
器出力との総和が負荷蓋と一致するので、周波数は直ち
に事前の値である基準周波数と同じ値オで復帰する。周
波数が基準周波数と一致すれば、発電機の発ｖＬ電力は
それ以上増大しないので、結果として発電機出力は負荷
の増加分を吸収ｊ〜ない。−刃室力変換器は、負荷の増
加分に相当する出力増分ΔＰ１を連続して出力すること
とガる。このように運転されることは全糸としては周波
数を一定に保つことができ、確かに良い制御が実施され
たことに力る。

１、かし乍ら、ここに不都合な点がある。つまりそれは
１蓄箪池なとの電力貯′Ｉｊ１．装竹にけ容量が限られ
ているという、本質的表間組が片ノリ残されている点で
ある。周知のように蓄電池は、それ自体で発電、する能
力はなく充電し九蓋以上には放電できず、また充ｔｆ［
も電池容量以上に充電できず限界がある。また、フライ
ホイール型電力貯蔵装置においても同一である。

第１図の構成でＶｔ１負荷が増大したような一合には、
第２図に示したように％池からの放電が連続することと
なり、最後には電池が放電しきシミ力貯蔵装ｆｉｔを停
止せざるを得ない状態１で至るという不都合がある。電
池が放電できない状態では周波数制御のみならず、急激
な負荷変化に対する系統維持機能はなくなる。当然なが
ら、負荷の減少による１１φ充電時も同様な不都合があ
る、 −ｔなわち、系統客祉が大きい一般の交流系統において
は、電力貯蔵−１４協Ｖ１瞬動予備力用設備に充当する
場合があるが、そのような場合に奄ｊＪ貯蔵装置を停市
することは、系統全体の信頼度を著【２く低下させるこ
とにより１普な開角となる。

〔発明の目的〕

本発明は上呂【′のよりなを情に鑑みてＦＪν、された
もので、その目的は電力貯献装りと発電機の拮１波数制
御との協調を図りつつ電力貯蔵装置′を笈゛メ〔に運転
することができる電力貯蔵装置１の運転制御方法を提供
することにある。

〔発明の概要」 上記Ｌ１的を達成するために本発明では、周波数制御機
能を有する発電機を含む交流系統に電力貯蔵装置ｕを接
続して成る系統において、上記交流系統の周波数と基準
周波数との偏差がＰ９Ｔ定値を超えた場合に、電力貯蔵
装置の出力値を瞬時的に変更し、且つ該出力値を時間の
経過と共に一定時間後に通常の出力飴に戻すよう徐々に
可愛するようにし、たことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第３図についてＨｑ明する。

第号図は、本発明による運転制御方法の構成例を示すも
ので、第１図と同一部分１（＃−ｉ同−同号符号してボ
す。

図面においで、１１は周波数検出器、）３゜ｓ６．ｚ７
１ｄ加力器、５ノは不感帯器、５３汀′ｒＪ力設定器、
５２けリレー、５４は常開接点、５５は一次遅れ回１．
１．１２は位相制御器、４け交流母線である。周波数検
出器１１は、交流母線４に接続されて交流母線４の周波
数ｆ１を検出１１、そｔｌを加お器１３へ与える。加算
器１３ですＬｌ　この石と基＞　ｍ　ｔｆｌ　＆ｖ、　
ｆ、１とを加算し、不感帯器５１へｆｉとｆ。１の差Δ
ｆを与える。不感帯器５１は、このΔｆが所定値を越え
た時にリレー５２を動作させる。リレー５２が動作する
と接点６４が閉じて、電力設定器５３の出力を後段の加
算器５６と一次遅れ５５へ夫々与える。

加算器５６では、電力設定器５３からの出力と一次遅れ
回路５５の出力とを加算した結果である、電力補正信号
ΔＰを加舞器１７へ与える。これにより、加算器１７で
はこのΔＰと電力指令１直Ｐ０とを加算して、その加算
出力を後段の位相制御器１２へ与える。

次Ｋ、かかる本発明の制御方法について説明する。電力
貯蔵装置が指令匝Ｐ０に一致［２て運転し、且つ発電機
出力と負荷との間で需給バランスがとれ、交流系の周波
数ｆが基準肋なるｆ。ｇ＝　ｆ　ｇ　１　＝　ｆに一致
して運転している状態において、負荷りが急増した場合
には以下のようになる。この場合、負荷の急増により発
電機出力はすぐＫｉｌ″を増加しないので、交流系統の
周波数ｆが低下する。すると、周波数構、出器１１の出
力ｆｌが低下するので、加算器１３の出力である周波数
偏差Δｆが負となる。そして、このΔｆが不感帯５１の
設定値を瞠えるとリレー５２が励磁され、その接点であ
る常開接点５４が閉じる。

この接点５４が閉じると、加算器５６に対して電力設定
器５３で設定されている電力値が入力され、加算器５６
の出力であるｔ力補正信号ΔＰＦｉ電力設定器５３での
設定値となる。そして、この電力補正信号ΔＰが加算器
１７で電力指令値Ｐｏに加わり、新たｆｘ％力変換器運
転電力はＰ０十ΔＰなる飴となる。これにより、交流系
へ供給している電力変換器運転電力がΔＰだけ増加する
ので、交流系統の周波数は上昇する。

−力、接点５４が閉じることにより、電力設定器５３の
出力は一次遅れ（ロ）路５６へも導かれるので、−次遅
れ回路５５の・電力は接点５４が閉じた時は零であるが
、その時定数Ｔにて時間の経過と共にその出力が増大し
てゆき、時定数Ｔの約３倍の時間（数十秒〜ｌｖ分）村
過後Ｋ　ｉｌ、−・次遅れ回路５５の出力は電力設定器
５３０出力と同じ瞳となる。従って、加算器５６の出力
である電力補正信号ΔＰｔｉ、＆点５４が閉となり九時
点では電力設定器５３の出力と同値になるが、その彼次
第に減少してゆき時定数Ｔの約３倍の時間経過後にはΔ
Ｐは零となる。よって、電力変換器出力電力随は一時的
に増加するが、一定時間経過後に事前の指令１直Ｐ０に
一致また帥となる。

一方、交流系統の周波数はリレー５２が励磁されると、
電力変換器からの電力放電量がΔＰだけ増大するために
急速に回復方向へ向かうので、負性急増時の大幅な周波
数低下が抑制される。その後、電力変換器の放電電力が
しだいに事前の籠にもどってゆくので、貴び周波数はゆ
っくりと低下しようとする。このゆっくりと変化する周
波数に対しては、σ−米の発電機の周波数１１１ＩＩ御
系が充分に、追従できるので、系統の周波数は発電機に
より低下せずに維持さ、することと表２・、また、電力
変換器の電力が事前の呟にもどり且つ周波数もＩＩ＃前
の唾になることは、負荷の増加分が発電機で分担される
ことを意味する。

第４図は、第３図の卸ｊ御方式を適用した場合の電力と
周波数の関係を示し念ものである。なお、第４図は時刻
ｔ１で負荷りがΔＰＬだけ急増【７た場合を示している
。図において、時刻１゜で負荷がΔｐＬだけ増加すると
周波数ｆが低下してゆき、時刻１．でリレー５２が励磁
されて電力変換器出力電力はΔＰだけ増加する。すると
、周波数ｆは回復方向へ向かうが、時刻１．以後は電力
変換器出力１’Ｊ　ｌｉ事前の直にもどってゆくので、
その間は周波数ｆは低下状態となる。

時刻１．をすぎると、電力変換器出力は事前の値となり
電力変換器による周波数改善寄与分はなくな〜、るが、
発電機の周波数制御により発ｘｉ出力Ｐｇが増大してゆ
く。そして、時刻ｔ４では負荷の変化分ΔＰＬＦｉ全て
発電機で吸収でき、周波数はｆ。ｇと一致した事前の簡
にもどる。

なお、上記は周波数低下の場合を説明したが、周波数上
列の場合は電力補正信号ΔＰの符号が逆となり、電力変
換器Ｗカは一時的に減少するというまったく同様の作用
となる。

このように１交流系統の周波数と基準周波数との偏差が
所定値を超えたことを不感帯器５１で横用した場合に、
電力設定器５３より電力補正信号ΔＰを電力貯蔵装置に
与えてその出力ｎＫを一時的に変更し、且つ該出力値を
時間の経過と共に一次連れ回路５５にて決めらねた一定
時間３Ｔ後に一常の出力指令（的Ｐ。Ｋ戻すよう徐々に
ｂ］書するようにしたものである。

従って、急峻な負荷変動は電力貯蔵装置で一時的に吸収
し、その抜ゆっくりと発電機で吸収させることが可能と
なり、従来の問題点であった権、力貯蔵装置による連続
吸収を解消することができる。また、交流周波数の変化
幅も少なく、全系として滑らかな安定した運転を行なう
ことができるという利点が得られる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

（１）第５図は本発明の他の実施例を示（７たものであ
る。第５図において、６１は不感帯器、６２．６３は一
次遅れ回路、６４ｄ加算器である。負荷が増加して周波
数１１が低下するとΔｆが負となり、その直が不感帯器
６１の設定値を越えると一次遅れ回路６２．６３へ信号
が入力される。−次遅れ回路６２．６３ではその時定数
Ｔ璽　＝ＴｘＶｉ、時定数Ｔ１が小さく、時定数Ｔ鵞は
大きく選定されており、不感帯器６１の出力は始め時定
数の小さい一次遅れ回路６２を通って加算器６４へ入力
され、その出力ΔＰが電力指定値Ｐ。に加泗器１７で加
算される。そして、その出力により電力変換器電力を増
大させる。また、時定数の大きい一次遅れ回路６３の出
力は一次遅れ回路６２の出力に対して遅れて出力される
ので、時間経過と共に加算器６４の出力ΔＰけしだいに
零へ向かって減少する。従って、充分時間が経過した時
点では第３図の実施例と同様に電、力変換器出力は事前
の値Ｐ０にもどり、もって第５図の実施例でも第３図と
同様の効果が得られるものである。

（２）上記説明においては、電力変換器と１７ての自励
式インバーターの電力指令＠Ｐ０に寛カ補正信号ΔＰを
加えたが、これのみに限らず例えば他励式インバーター
においては電流指令１直に、まｆｃ−自励式インバータ
ーにおいては電流指令１ヒの、電圧あるいけ電流指令１
ヒ１へ補正信月を加オるようにしても同様の効果か得ら
れるものである。

（用　本発明＃ｉ蓄電曲を用いた電力貯蔵装置に対して
のみならず、フライホイールを用いた電力貯蔵装置等の
一般の電力貯蔵装置へも適用できることは言うまでもな
い。

（４）本発明は一発電機、−電力貯蔵装置とがらｒｙＱ
る系統に限らず、枚数台の発電機、枚数台の電力貯蔵装
置とから成る一般の電、カ系統にも適用できることけ言
うまでもない。

〔発明の効果〕

以上欣明したよう杯本発明の運転制御方法によれば、電
力貯蔵装置は系統の急峻な周波数変化を吸収しながら過
放電、過充電を防止することができ電力貯蔵装置の連続
安定運転をＬＩ］能ならしめ、且つ発を機の周波数１ｌ
ｌｉＩＪｌＩＩと協調のとれた電力貯蔵装置の運転を行
なうことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電力貯蔵装置を接続した交流系統を示す図、第
２図は電力と周波数の時間的な変化を示す図、第３図は
本発明の一実施例を示すブロック図、第４図は電力と周
波数の時間的な変化を示す図、第５図は本発明の他の実
施例を示すプロ、り図である。 １・・・電力変換器、２・・・蓄電池、３，７・・・変
圧器、４，１４・・・交流母線、６・・・電路、６・・
・負荷、８・・・発電機、９・・・原動機、１０．１１
・・・周波数検出器、１２・・・位相制御器、１３，１
６．１７・・・加算器、１５・・・速度制御器、５１．
６１・・・不感帯器、５２・・・リレー、５３・・・設
定器、５４・・・接点、５５．６２．６３・・・−次遅
れ回路、５６゜６４・・・加算器。 出釉人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦才１　ド１ 才２図 牙３Ｌ４ ３ 牙４０　　　　　　　　　　　、。１ 才５０ １

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 周波数制御機能を有する発を機を含む交流系統に電力貯
   蔵装置を接続して成る系統において、前記交流系統の周
   波数と基準周波数との偏差が所定値を超えた場合に、前
   記電力貯蔵装置の出力値を瞬時的に変更し、且つ該出力
   値を時間の経過と共に一定時間後に通常の出力値に戻す
   よう徐々に可変するようにしたことを特徴とする知：力
   貯蔵装置の運転制御方法。