JPS6334699B2 - - Google Patents

Description

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

〔発明の技術的背景〕

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
下、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、１は電力変換器、２は蓄電池、３は
変圧器である。４および１４は交流母線、５は電
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。１０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、１１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
算器、１５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１４に接続された発電機８は、原動機９に
より駆動されて、交流母線１４へ電力を送出す
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_gは周波数検出器１０にて検出されて、基準
周波数_pg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１５−９−１０−１６の要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_pgに等しくなるように
制御される。

一方、蓄電池２は電力変換器１の直流側に接続
され、電力変換器１は変圧器３を介して交流母線
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れ、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１と蓄電池２は電力貯蔵装
置と称される。電力変換器として用いる自励式イ
ンバータ１は、周知のように自端の電圧Viを発
生することができるので、Viを交流母線電圧Ｖ
に対して大きくすることにより充電を、また逆に
ViをＶより小さくすることにより放電を行なう
ことができる。また、交流母線４に接続された周
波数検出器１１により検出した交流系統の周波数
iは、加算器１３で基準周波数_pi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_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１１−１３−１
７−１２−１−３−４は電力変換器１の周波数制
御回路であり、交流母線４の周波数が低下すると
_iが低下して、基準周波数_piとの差が加算器１３
の出力として現われ、その出力がP_pから引かれ電
力変換器１は放電運転状態となつて交流系統へ電
力を放出し、従つて交流系統の周波数を上昇させ
るように働く。また、逆に交流母線４の周波数が
上昇すると電力変換器１は充電運転状態となり、
結果として交流母線４の周波数を低下させる。こ
のように動作することにより、交流母線４の周波
数としては基準値_piに一致した状態が得られる。

さて、第１図に示した系統構成には、発電機の
周波数制御なる第１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
が存在している。通常、回転機は慣性を有してい
るためにその速度制御の応答の速さは必ずしも速
くなく、最も速い制御系を用いても数秒程度の速
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、回転機に比べれば
有効電力は瞬時に変化し得ると言える。従つて、
通常この２つの周波数制御のうち、第１の周波数
制御は比較的ゆつくりした発電電力制御を分担
し、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
周波数を一定に他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、蓄
電池系によく見られる。

〔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t₁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により発電機
出力が増大され、周波数は事前の値にもどる。
これを図示したのが、第２図の破線で示した部分
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の増大あるいは周波数の回復
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、さらには電力変換器の出力Piは第
２図の実線のようになる。つまり、負荷が時刻t₁
で増加すると周波数は低下しはじめるが、電力
変換器は、その周波数制御の動作により急速に交
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
負荷量と一致するので、周波数は直ちに事前の値
である基準周波数と同じ値まで復帰する。周波数
が基準周波数と一致すれば、発電機の発電電力は
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しない。一方電力変換器
は、負荷の増加分に相当する出力増分ΔPiを連続
して出力することとなる。このように運転される
ことは全系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なる。

しかし乍ら、ここに不都合な点がある。つまり
それは、蓄電池などの電力貯蔵装置には容量が限
られているという、本質的な問題が取り残されて
いる点である。周知のような蓄電池は、それ自体
で発電する能力はなく充電した量以上には放電で
きず、また充電量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
においても同様である。

第１図の構成では、負荷が増大したような場合
には、第２図に示したように電池からの放電が連
続することとなり、最後には電池が放電しきり電
力貯蔵装置を停止せざるを得ない状態まで至ると
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
少による過充電時も同様な不都合がある。

すなわち、系統容量が大きい一般の交流系統に
おいては、電力貯蔵装置は瞬動予備力用設備に充
当する場合があるが、そのような場合に電力貯蔵
装置を停止することは、系統全体の信頼度を著し
く低下させることにより重要な問題となる。

〔発明の目的〕 本発明は上記のような事情に鑑みて成されたも
ので、その目的は電力貯蔵装置と発電機の周波数
制御との協調を図りつつ電力貯蔵装置を安定に運
転することができる電力貯蔵装置の運転制御方法
を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目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所定値を超え
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。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第３図について説明
する。第３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図と同一部分には同一符
号を付して示す。

図面において、１１は周波数検出器、１３，５
６，１７は加算器、５１は不感帯器、５３は電力
設定器、５２はリレー、５４は常開接点、５５は
一次遅れ回路、１２は位相制御器、４は交流母線
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_iを検出し、それを加
算器１３へ与える。加算器１３では、この_iと基
準周波数_piとを加算し、不感帯器５１へ_iと_piの
差Δを与える。不感帯器５１は、このΔ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５４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を加算器１７へ与
える。これにより、加算器１７ではこのΔPと電
力指令値P_p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。

次に、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値P_pに一致して運転し、
且つ発電機出力と負荷との間で需給バランスがと
れ、交流系の周波数が基準値なる_pg＝_pi＝
に一致して運転している状態において、負荷Ｌ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には増加しな
いので、交流系統の周波数が低下する。する
と、周波数検出器１１の出力_iが低下するので、
加算器１３の出力である周波数偏差Δが負とな
る。そして、このΔが不感帯５１の設定値を越
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
電力補正信号ΔPは電力設定器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１
７で電力指令値P_pに加わり、新たな電力変換器運
転電力はP_p＋ΔPなる値となる。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。

一方、接点５４が閉じることにより、電力設定
器５３の出力は一次遅れ回路５５へも導かれるの
で、一次遅れ回路５５の出力は接点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〜数分）経過後には、一次遅れ回
路５５の出力は電力設定器５３の出力と同じ値と
なる。従つて、加算器５６の出力である電力補正
信号ΔPは、接点５４が閉となつた時点では電力
設定器５３の出力と同値になるが、その後次第に
減少してゆき時定数Ｔの約３倍の時間経過後には
ΔPは零となる。よつて、電力変換器運転電力値
は一時的に増加するが、一定時間経過後に事前の
指令値P_pに一致した値となる。

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
荷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値に
もどつてゆくので、再び周波数はゆつくりと低下
しようとする。このゆつくりと変化する周波数に
対しては、従来の発電機の周波数制御系が充分に
追従できるので、系統の周波数は発電機により低
下せずに維持されることとなる。また、電力変換
器の電力が事前の値にもどり且つ周波数も事前の
値になることは、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図の制御方式を適用した場合の
電力と周波数の関係を示したものである。なお、
第４図は時刻t₁で負荷ＬがΔP_Lだけ急増した場合
を示している。図において、時刻t₁で負荷がΔP_L
だけ増加すると周波数が低下してゆき、時刻t₂
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、周波数は回復方向
へ向かうが、時刻t₂以後は電力変換器出力P_iは事
前の値にもどつてゆくので、その間は周波数は
低下状態となる。時刻t₃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
り発電機出力Pgが増大してゆく。そして、時刻t₄
では負荷の変化分ΔP_Lは全て発電機で吸収でき、
周波数は_pgと一致した事前の値にもどる。

なお、上記は周波数低下の場合を説明したが、
周波数上昇の場合は電力補正信号ΔPの符号が逆
となり、電力変換器出力は一時的に減少するとい
うまつたく同様の作用となる。

このように、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で検
出した場合に、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次
遅れ回路５５にて決められた一定時間3T後に通
常の出力指令値P_pに戻すよう徐々に可変するよう
にしたものである。

従つて、急峻な負荷変動は電力貯蔵装置で一時
的に吸収し、その後ゆつくりと発電機で吸収させ
ることが可能となり、従来の問題点であつた電力
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したもので
ある。第５図において、６１は不感帯器、６
２，６３は一次遅れ回路、６４は加算器であ
る。負荷が増加して周波数iが低下するとΔ
が負となり、その値が不感帯器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。一次遅れ回路６２，６３ではその時定
数T₁、T₂は、時定数T₁が小さく、時定数T₂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を通つて
加算器６４へ入力され、その出力ΔPが電力指
定値P_pに加算器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はしだいに零へ向かつて減少する。従つて、
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P_pにもどり、
もつて第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、電力変換器としての自
励式インバーターの電力指定値P_pに電力補正信
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値に、ま
た自励式インバーターにおいては電圧指令値等
の、電圧あるいは電流指令値へ補正信号を加え
るようにしても同様の効果が得られるものであ
る。

(3) 本発明は蓄電池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、一電力貯蔵装置とから成
る系統に限らず、複数台の発電機、複数台の電
力貯蔵装置とから成る一般の電力系統にも適用
できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように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可能ならしめ、
且つ発電機の周波数制御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ツク
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ブロツク
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、５……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、１
３，１６，１７……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、５５，６２，６
３……一次遅れ回路、５６，６４……加算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 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電力貯蔵装
   置の運転制御方法。