WO2012081412A1 - 電力変換装置、電力変換装置の制御装置及び電力変換装置の制御方法 - Google Patents

電力変換装置、電力変換装置の制御装置及び電力変換装置の制御方法 Download PDF

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英佑 黒田
佐藤　康生
渡辺　雅浩
大一郎 河原
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株式会社日立製作所
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    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications

Definitions

  • the present invention relates to a power conversion device, a control device for the power conversion device, and a control method for the power conversion device.
  • the power system is controlled so that the power supplied to the power system and the power consumption of the load connected to the power system are balanced.
  • a system failure of the power system occurs, for example, when a separated system occurs in the power system, a phenomenon occurs in which the balance between supply and demand is temporarily broken and the frequency of the power system deviates from a predetermined frequency due to this influence. To do.
  • This return timing is generally a fixed time after the occurrence of a system failure.
  • a power conversion device such as solar power generation or wind power generation
  • the influence on the electric power system related to the restoration becomes large, and therefore, there is a possibility that the frequency of the separated system is sharply changed and deviates from the upper and lower limits.
  • the purpose of the present invention is to realize the introduction of solar power generation, wind power generation, etc., for power converters connected to solar power generation, wind power generation, etc., so as not to affect system fluctuations such as frequency when the system fails
  • An object of the present invention is to provide a power conversion device, a control device for the power conversion device, and a control method for the power conversion device.
  • the present invention has an output suppression control unit that reduces output based on fluctuation information of the power system, and a return control unit that increases output in a predetermined return pattern after the output is reduced.
  • the pattern is configured to be variable according to external instruction information.
  • the return pattern generation unit for generating return pattern information so as to increase the output of the power conversion device with a predetermined return pattern, and the return pattern information
  • a transmission unit for transmitting is configured.
  • FIG. 1 is an overall view of a plan server and a power system for calculating return pattern information according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. It is a flowchart which shows the return pattern information creation and transmission algorithm of a power converter device in 1st Example of this invention. It is a flowchart which shows the algorithm which calculates the return pattern of a power converter device in 1st Example of this invention. It is an example of the time-sequential waveform of the frequency deviation calculated in 1st Example of this invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
  • the return pattern command device 200 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the planning server 10, the communication network 300, the return pattern command device 200, the node 150, and the distributed power source 210.
  • This distributed power source 210 is a power generation device using natural energy such as solar power generation or wind power generation, and is hereinafter referred to as renewable energy.
  • the return pattern command device 200 includes a power conversion device 50 connected to the communication unit 30 by the power conversion device output control unit 34 and the communication network 300.
  • the power converter 50 is connected to the distributed power source (generator) 210, the node (bus) 150, a line connecting them, and the communication unit 30 of the power converter output control unit 34 through a communication network.
  • the return pattern command device 200 includes a sensor 190 in the vicinity of the node 150, and the sensor 190 is connected to the communication unit 29 of the power conversion device output control unit 34 via the communication network 300.
  • the return pattern information 340 created by the plan server 10 is sent to the return pattern command device 200 via the communication network 300.
  • Input unit 25 such as a keyboard and mouse, display device 26, computer or computer server (CPU) 27, memory (RAM) 28, communication unit 29, communication unit 30, various databases (normal input database 31, emergency input database 32) , A program database 33 and a log database 35) are connected to the bus line 40.
  • a computer or computer server (CPU) 27 performs an instruction of image data to be displayed by executing a calculation program read from the program database 33 to the RAM 28, searches for data in various databases, and the like.
  • the RAM 28 is a memory for temporarily storing input / output data such as image data for display, return pattern information, emergency return pattern information, return pattern information log data, and recording data.
  • the CPU 27 generates and displays necessary image data. Display on device 26 (eg, display screen).
  • the memory in the power converter output controller 34 is roughly divided into five databases.
  • the normal time input database 31 stores input data such as the time series data of the gate block, gate deblock time and output limiter command value of the power converter 50.
  • the input data is transmitted via the communication unit 300 (illustrated in FIG. 2) of the communication network 300 and the planning server 10 and the communication unit 29 of the power converter output control unit 34.
  • the emergency input database 32 when the return pattern information from the plan server 10 is not obtained due to a communication failure or an unexpected failure, the power conversion device gate block, gate of the default return pattern information of the power conversion device 50 Input data such as time series data of the deblock time and output limiter command value is stored.
  • the program database 33 stores a power conversion device output control program and a log data recording program which are calculation programs. These programs are read out to the CPU 27 as necessary, and are calculated.
  • the log database 35 stores information (node voltage V) and return pattern information from the sensor 190 when the log data recording program is executed.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a communication network 300 that connects the power system 100 including the backbone system 110 and the separation system 120, the plan server 10, the circuit breaker 180, and the return pattern command device 200.
  • the power system 100 includes a generator 130, a node (bus) 150, a line 170 connecting them, a distributed power source 210 and a load 160 connected to the node 150 via a return pattern command device 200, a backbone system 110, and a separation system 120. It is comprised with the circuit breaker 180 connected between the track
  • the circuit breaker 180 sends the opening / closing information 320 to the planning server 10 via the communication network 300.
  • the return pattern commanding apparatus 200 has a sensor 190 at its own node 150 and receives return pattern information 340 from the planning server 10 via the communication network 300.
  • the sensor 190 measures the node voltage V310 and sends information to the return pattern command device 200 via the communication network.
  • Display device 11 input unit 12, such as keyboard and mouse, communication unit 13, computer or computer server (CPU) 14, memory (RAM) 15, various databases (system database 21, calculation result database 22, power converter recovery pattern database 23, the program database 24, and the measurement database 36) are connected to the bus line 41.
  • the computer or computer server (CPU) 14 executes the calculation program (transient stability calculation program and power converter recovery pattern calculation program) read from the program database 24 to the RAM 15 to indicate image data to be displayed, various Search data in the database.
  • the RAM 15 is a memory for temporarily storing temporary image data and calculation result data such as display image data, transient stability calculation results, and return pattern information of the power conversion device.
  • the CPU 14 generates necessary image data and displays the display device. 11 (for example, a display screen).
  • the planning server 10 stores five databases.
  • opening / closing information 320 detected by the circuit breaker 180 is stored.
  • the opening / closing information 320 is transmitted to the communication unit 13 of the planning server 10 via the communication network 300.
  • the calculation result database 22 includes a node voltage V, a line current I, an active power P, a reactive power Q, a load active power P, a reactive power Q, a line constant and a generator, which are the results of power flow calculation and transient stability calculation.
  • a node voltage V a line current I
  • an active power P a reactive power Q
  • a load active power P a reactive power Q
  • a line constant and a generator which are the results of power flow calculation and transient stability calculation.
  • the power converter return pattern database 23 stores the calculation results of the power converter return pattern information (gate block, gate deblock time, and power converter output time series waveform data).
  • the program database 24 stores a power flow calculation program, a state estimation calculation program, a transient stability calculation program, and a power converter recovery pattern calculation program, which are calculation programs. These programs are read out by the CPU 14 as necessary and are calculated.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the return pattern information creation and transmission algorithm of the power converter.
  • power flow calculation and state estimation are performed using system data and plan data
  • transient stability calculation and power converter recovery pattern calculation are performed for the assumed failure cases set in the database
  • calculation result data is stored. In this state, assuming a case where a separated system failure occurs at a certain time, the flow of processing until the return pattern information is transmitted will be described.
  • step S2 system conditions are set.
  • step S3 power flow calculation is performed using the data set in step S2, voltage of each node, line power flow (active / reactive power flow, line current, etc.) is calculated, and the calculation result is stored in the RAM 15.
  • step S4 the data for each time section stored in the system data 21 is read into the RAM 15, and the state estimation calculation is performed using the result of the tidal current calculation calculated in step S3.
  • each sensor output value at the time of failure occurrence detection (t C in FIG. 5A) is used as data that is the basis of the state estimation calculation.
  • State estimation calculation is based on observation data of power transmission / distribution equipment such as substations, power plants, transmission lines, and connection data, and determines whether there is abnormal data in the observation data and removes it. It is a calculation function to estimate the likely system state in the time section.
  • the tidal current calculation assumes that there is no error in the input data, the redundancy is 1.0, the abnormal data is not removed, and the input data is the equipment constant (r, x, y / 2, tap ratio), generators P, V, loads P, Q, and the calculation algorithm is the Newton-Raphson method.
  • the error of the input data is the error of the observation data (the measuring instrument Error, error due to communication delay) (PQ: ⁇ 3% or less, V: ⁇ 1% or less), redundancy of 1.2 or more is desired, abnormal data is removed, and input data is
  • the equipment algorithm r, x, y / 2, tap ratio
  • generators P and V loads P and Q
  • the weighting factor of observation values uses the least square method.
  • the data does not contain “error” in the power flow calculation, and in the state estimation, the data is “measured value”. This is based on the premise that “measurement error” is included in the measured value (measured value ⁇ hereinafter “observed value”).
  • State estimation calculation can be performed, for example, by Lars Holten, Anders Gjelsvlk, Sverre Adam, F.M. F. Wu, and Wen-Hs Iung E. Liu, Comparison of Different Methods for State Estimation. IEEE Trans. Power Syst. , 3 (1988), 1798-1806.
  • the result of the state estimation calculation is to obtain each time section for every 100 msec from time 0.0 sec to time 10.0 sec as the frequency deviation [Hz] as shown by the dotted line in FIG. 5A. is there.
  • step S5 the state estimation result, the generator model / constant, and the control system model / constant calculated in step S4 are read into the RAM 15, and the transient stability calculation is performed.
  • step S6 the transient stability calculation result calculated in step S5 is read into the RAM 15, and the power converter return pattern calculation is performed. Details of the calculation method will be described later.
  • step S7 the transient stability calculation result calculated in steps S5 and S6 is stored in the calculation result data 22, and the return pattern calculation result of the power converter is stored in the power converter return pattern database 23.
  • step S8 it is determined whether or not a separated system failure has occurred using the breaker information of the circuit breaker 180. If no separated system failure has occurred, the process returns to step 1 and a separated system failure has occurred. Advances to step S9.
  • step S9 the time series data of the gate block, gate deblock time, and output limiter command value stored in the power converter return pattern database 23 is transmitted to the communication unit 29 via the communication unit 13 and the communication network 300, and the process ends. To do.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an algorithm for calculating a return pattern of the power conversion device.
  • step S 10 the short-period vibration noise is removed from the time series waveform of frequency f through the low-pass filter in the transient stability calculation result obtained in step S 5, and the frequency time series waveform is read to the RAM 15.
  • step S11 the frequency change rate of the frequency time-series waveform obtained in step S10 is calculated.
  • step S12 a point where the frequency change rate is 0 is searched and the time is stored. For example, the time t A at the point A and the time t B at the point B in FIG. 5A are stored.
  • step S13 return pattern information for increasing the output of the power converter from a return start time to a return end time by a linear line is created. For example, to create a return pattern information to increase from the time t B at time t A and point B of the point A in FIG. 5B the output of the power converter from point C to point D in a linear line (solid line in FIG. 5B).
  • FIG. 6 is a flowchart showing an output control processing algorithm of the return pattern command device.
  • the voltage V310 of the (own end) node 150 of the power conversion device 50 and the return pattern information 340 transmitted from the planning server via the communication network 300 are received, and the power conversion device dropout determination and the reception information abnormality determination are performed.
  • the flow of processing until the return pattern is changed depending on whether there is a reception abnormality will be described.
  • step S50 information on the node 150 of the power converter is collected.
  • the voltage V310 of the node 150 necessary for determining that a voltage drop has occurred at the node 150 of the power converter is measured using the sensor 190, and is transmitted via the communication network. Collected by the communication unit 29 and stored in the RAM 28.
  • step S51 a failure dropout determination of the power conversion device 50 is performed.
  • based on the voltage V310 of the node 150 held in the RAM 28 in step S50 it is determined whether or not the power converter 50 has been dropped for device protection.
  • the power conversion device output control unit 34 detects that the voltage V310 of the node 150 is lower than 30V (60V), which is 30%, with respect to the normal voltage 100V (or 200V), the power conversion device 34 A command to stop the operation (set power converter output [pu]] to 0.00) is output to device 50.
  • step S52 the return pattern information 340 transmitted from the plan server 10 via the communication network 300 by the communication unit 29 is received and stored in the normal time input database 31.
  • step S53 it is determined whether the information received in step S52 is abnormal.
  • the reception information abnormality means that the power conversion device is determined to have dropped out in step S51, but the return pattern information cannot be received due to a transmission delay or the like, or the gate block time of the return pattern information is This is a case where the power conversion device drop-off time does not match. If there is no abnormality, the process proceeds to step S54, where a gate block limiter command value for the power converter is created from the return pattern information 340 received in step S52, and is stored in the RAM 28. In step S55, the power converter gate block limiter command value held in the RAM 28 is transmitted to the power converter 50 using the communication unit 30 by the power converter output control program.
  • step S56 the user creates a gate block limiter command value for the power converter from the emergency return pattern information in which the emergency input data 32 is stored in advance using the input unit 25, Stored in the RAM 28.
  • step S57 the power converter gate block limiter command value held in the RAM 28 is transmitted to the power converter 50 using the communication unit 30 by the power converter output control program.
  • step S58 the return pattern information log data held in the RAM 28 and transmitted to the power conversion device 50 is stored in the log database 35, and the process ends.
  • FIGS. 9A to 9D are explanatory diagrams showing examples of display of the return pattern calculation result of the power converter on the display device 11.
  • FIG. display on a display screen is considered.
  • the frequency deviation in the separation system before and after the return pattern calculation of the power converter is compared with the time series waveform of the power converter output and displayed on the screen. Further, a time series waveform is also displayed for the node voltage V, and the return operation status of the power converter is displayed together with each time.
  • FIGS. 8A and 8B are examples of a display screen for abnormal return pattern information (frequency deviation). , The output of the power converter.
  • FIG. 10 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. It differs from the first embodiment in that the return pattern command device and the power converter are separated. That is, in FIG. 1, the power conversion device output control unit 34 and the power conversion device 50 are included in the return pattern command device 200, but in FIG. 10, only the power conversion device output control unit 34 is included in the return pattern command device 200. include. This means that if the power conversion device output command value 350 is transmitted to the power conversion device 50 by the communication unit 30 of the power conversion device output control unit 34, the effect of the present invention can be exhibited. There is an advantage that the apparatus 200 can be installed.
  • FIGS. 11A and 11B show examples of display screens of calculation examples of the return pattern of the power conversion device in the present embodiment (frequency deviation, output of the power conversion device).
  • the accident needs to be removed for the voltage to recover. Therefore, the voltage after the accident removal recovers to a threshold value VC (for example, 70%), and when t A (for example, 2.1) seconds elapses, the start of the power converter output starts, and then t B (for example, 4.1) seconds.
  • the return pattern is formed so that the output recovers to 100% (0.1 p.u. in the figure) by the time.
  • the present invention realizes input of, for example, photovoltaic power generation or wind power generation in a power conversion device connected to solar power generation, wind power generation, or the like so as not to affect system fluctuations such as frequency when a system failure occurs.
  • This is useful as a power conversion device, a control device for the power conversion device, and a control method for the power conversion device.

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Abstract

　電力変換機器の指令装置が計画サーバにおいて計算された、分離系統の周波数が急峻な変化を生じないような、時刻と出力上限値で構成される復帰パターン情報を受信し、電力変換装置の出力上限値を指令する。

Description

電力変換装置、電力変換装置の制御装置及び電力変換装置の制御方法
　本発明は、電力変換装置、電力変換装置の制御装置及び電力変換装置の制御方法に関する。
　電力系統においては、該電力系統に供給される電力と、該電力系統に接続される負荷の消費電力がバランスするように制御される。しかしながら、電力系統の系統故障が発生し、例えば電力系統に分離系統が発生する時には、一時的に需給のバランスが壊れ、この影響で電力系統の周波数が所定の周波数から外れてしまうという現象が発生する。
　そのため、例えば特開昭５７－２１１９４０号公報に記載のように、オンライン制御で電源や負荷の遮断を行うことで分離系統内の需給アンバランスを調整し、周波数を維持する技術が考えつかれた。
特開昭５７－２１１９４０号公報
　一方、太陽光発電や風力発電などの電力変換装置を介した電源が大量導入されていくと想定される。太陽光発電や風力発電に接続された電力変換装置は、機器保護のため、系統故障時に脱落し一定時間後に復帰するようになっている。
　この復帰タイミングは、一般に、系統故障の発生から固定時間後となっている。太陽光発電や風力発電などの電力変換装置を介した電源が大量導入された場合に、機器保護のため脱落し一定時間後復帰するに際して、所定の決められたタイミングで集中的に復帰するため、復帰に係る電力系統への影響が大きくなり、そのため、分離系統の周波数に急峻な変化を生じ、上下限を逸脱してしまう恐れがある。
　本発明の目的は、太陽光発電や風力発電等に接続された電力変換装置ついて、系統故障時に、周波数などの系統変動に影響のないように、例えば太陽光発電や風力発電などの投入を実現することが可能な電力変換装置，電力変換装置の制御装置，電力変換装置の制御方法を提供することにある。
　上記目的を達成するために、本発明では、電力系統の変動情報に基づいて出力を低下させる出力抑制制御部と、出力低下後に所定の復帰パターンで出力を増加させる復帰制御部を有し、復帰パターンは、外部からの指示情報により可変となるように構成する。
　あるいは、電力系統の変動情報に伴う電力変換装置の出力低下の後に、所定の復帰パターンで電力変換装置の出力を増加させるように復帰パターン情報を作成する復帰パターン生成部と、前記復帰パターン情報を送信する送信部を有するように構成する。
　本発明によれば、電力系統の需給アンバランスによる変動量を小さくすることができる。
　本発明の他の目的、特徴及び利点は添付図面に関する以下の本発明の実施例の記載から明らかになるであろう。
計画サーバから、復帰パターン情報を受信し、出力指令値を送信し、電力変換装置を制御する、本発明の第１実施例による電力変換装置における復帰パターン指令装置である。 本発明の第１実施例による、復帰パターン情報を計算する計画サーバと電力系統の全体図である。 本発明の第１実施例における、電力変換装置の復帰パターン情報作成及び送信アルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明の第１実施例における、電力変換装置の復帰パターンを計算するアルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明の第１実施例にて計算される周波数偏差の時系列波形の例である。 本発明の第１実施例にて計算される電力変換装置の出力の時系列波形の例である。 本発明の第１実施例における、復帰パターン指令装置の出力制御処理アルゴリズムを示すフローチャートである。 本発明の第１実施例における通常時入力データの簡単な効果例である表示画面例である。 本発明の第１実施例における通常時入力データの簡単な効果例である表示画面例である。 本発明の第１実施例における異常時入力データの簡単な効果例である表示画面例である。 本発明の第１実施例における異常時入力データの簡単な効果例である表示画面例である。 本発明の第１実施例における装置の画面インターフェースである表示画面例である。 本発明の第１実施例における装置の画面インターフェースである表示画面例である。 本発明の第１実施例における装置の画面インターフェースである表示画面例である。 本発明の第１実施例における装置の画面インターフェースである表示画面例である。 本発明の第２実施例における、復帰パターン指令装置である。 本発明の第３の実施例における復帰パターンの例である表示画面例である。 本発明の第３の実施例における復帰パターンの例である表示画面例である。
　以下、本発明の実施例を説明する。
　図１は、本発明の第１の実施例を示す図である。図１を用いて復帰パターン指令装置２００について説明する。図１は、計画サーバ１０と通信ネットワーク３００と復帰パターン指令装置２００とノード１５０及び分散型電源２１０の構成を示した図である。この分散型電源２１０は、太陽光発電あるいは風力発電等の自然エネルギーを利用した発電装置であり、以後、再生可能エネルギーと称する。復帰パターン指令装置２００は、電力変換装置出力制御部３４と通信ネットワーク３００によって通信部３０に接続された電力変換装置５０で構成される。電力変換装置５０は、分散型電源（発電機）２１０とノード（母線）１５０およびそれらを接続する線路、電力変換装置出力制御部３４の通信部３０と通信ネットワークによって接続される。復帰パターン指令装置２００には、ノード１５０の近傍にセンサ１９０があり、センサ１９０は、通信ネットワーク３００を介して、電力変換装置出力制御部３４の通信部２９に接続する。計画サーバ１０で作成された復帰パターン情報３４０を、通信ネットワーク３００を介して復帰パターン指令装置２００に情報を送る。
　次に電力変換装置出力制御部３４の構成について説明する。キーボードやマウス等の入力部２５，表示装置２６，コンピュータや計算機サーバ（ＣＰＵ）２７，メモリ（ＲＡＭ）２８，通信部２９，通信部３０，各種データベース（通常時入力データベース３１，非常時入力データベース３２，プログラムデータベース３３，ログデータベース３５）がバス線４０に接続されている。コンピュータや計算機サーバ（ＣＰＵ）２７は、プログラムデータベース３３からＲＡＭ２８に読み出された計算プログラムの実行により表示すべき画像データの指示、各種データベース内のデータの検索等を行う。ＲＡＭ２８は表示用の画像データ，復帰パターン情報，非常時復帰パターン情報，復帰パターン情報ログデータなどの入出力データおよび記録データを一旦格納するメモリであり、ＣＰＵ２７によって必要な画像データを生成して表示装置２６（例えば表示ディスプレイ画面）に表示する。
　電力変換装置出力制御部３４の中のメモリには大きく分けて５つのデータベースが格納される。通常時入力データベース３１には、電力変換装置５０のゲートブロック、ゲートデブロック時刻と出力リミッタ指令値の時系列データなどの入力データを格納する。前記入力データは、通信ネットワーク３００や計画サーバ１０の通信部１３（図２に図示）と電力変換装置出力制御部３４の通信部２９を介して伝送される。非常時入力データベース３２には、計画サーバ１０からの復帰パターン情報を通信障害や想定外故障などにより得られなかった時に、電力変換装置５０のデフォルトの復帰パターン情報の電力変換装置のゲートブロック、ゲートデブロック時刻と出力リミッタ指令値の時系列データなどの入力データが格納されている。プログラムデータベース３３は、計算プログラムである電力変換装置出力制御プログラムとログデータ記録プログラムを格納する。これらのプログラムは必要に応じてＣＰＵ２７に読み出され、計算実行される。ログデータベース３５には、前記ログデータ記録プログラムが実行された時、センサ１９０からの情報（ノード電圧Ｖ）と復帰パターン情報が格納される。
　次に図２は基幹系統１１０と分離系統１２０からなる電力系統１００と、計画サーバ１０，遮断器１８０そして、復帰パターン指令装置２００を結ぶ通信ネットワーク３００の構成を示した図である。電力系統１００は、発電機１３０とノード（母線）１５０およびそれらを接続する線路１７０，ノード１５０に復帰パターン指令装置２００を介して接続する分散型電源２１０や負荷１６０，基幹系統１１０と分離系統１２０のノード１５０間の線路の間に接続する遮断器１８０で構成される。遮断器１８０は、通信ネットワーク３００を介して計画サーバ１０に開閉情報３２０を送る。復帰パターン指令装置２００には、自端のノード１５０にセンサ１９０があり、通信ネットワーク３００を介して計画サーバ１０から復帰パターン情報３４０を受信する。センサ１９０は、ノード電圧Ｖ３１０を測定し、通信ネットワークを介して復帰パターン指令装置２００に情報を送る。
　次に計画サーバ１０の構成について説明する。表示装置１１，キーボードやマウス等の入力部１２，通信部１３，コンピュータや計算機サーバ（ＣＰＵ）１４，メモリ（ＲＡＭ）１５，各種データベース（系統データベース２１，計算結果データベース２２，電力変換装置復帰パターンデータベース２３，プログラムデータベース２４，計測データベース３６）がバス線４１に接続されている。コンピュータや計算機サーバ（ＣＰＵ）１４は、プログラムデータベース２４からＲＡＭ１５に読み出された計算プログラム（過渡安定度計算プログラム及び電力変換装置復帰パターン計算プログラム）を実行して表示すべき画像データの指示，各種データベース内のデータの検索等を行う。ＲＡＭ１５は表示用の画像データ，過渡安定度計算結果，電力変換装置の復帰パターン情報等の計算一時データ及び計算結果データを一旦格納するメモリであり、ＣＰＵ１４によって必要な画像データを生成して表示装置１１（例えば表示ディスプレイ画面）に表示する。
　計画サーバ１０には、大きく分けて５つのデータベースが格納される。系統データベース２１には、電力系統１００の計画された時間断面毎のノード電圧Ｖ，線路の電流Ｉ，有効電力Ｐ，無効電力Ｑ，負荷や発電などの有効電力Ｐ，無効電力Ｑなどの情報と、線路１７０のインピーダンスを示す線路定数Ｚ（＝Ｒ＋ｊＸ），負荷・発電量，系統の線路やノードの接続状況を表す系統構成データ，発電機モデル・定数，制御系モデル・定数，想定故障条件が記憶されている。計測データベース３６には、遮断器１８０で検出された開閉情報３２０が格納される。前記開閉情報３２０は通信ネットワーク３００を介して、計画サーバ１０の通信部１３に伝送される。計算結果データベース２２には、潮流計算や過渡安定度計算の結果であるノード電圧Ｖ，線路の電流Ｉ，有効電力Ｐ，無効電力Ｑ，負荷の有効電力Ｐ，無効電力Ｑ，線路定数や発電機の内部位相角δ，角速度偏差Δω，有効電力Ｐ，無効電力Ｑ，ノードの周波数ｆ，電力変換装置の出力Ｐの時系列データなどの計算結果を格納する。電力変換装置復帰パターンデータベース２３には、電力変換装置の復帰パターン情報（ゲートブロック，ゲートデブロック時刻及び電力変換装置の出力時系列波形データ）の計算結果を格納する。プログラムデータベース２４は、計算プログラムである潮流計算プログラム，状態推定計算プログラム，過渡安定度計算プログラム、そして電力変換装置復帰パターン計算プログラムを格納する。これらのプログラムは必要に応じてＣＰＵ１４に読み出され、計算実行される。
　次に計画サーバ１０の計算処理内容について説明する。図３は電力変換装置の復帰パターン情報作成及び送信アルゴリズムを示すフローチャートである。ここでは、系統データ及び計画データを用いて、潮流計算，状態推定をし、データベースで設定されている想定故障ケースについて過渡安定度計算，電力変換装置の復帰パターン計算をし、計算結果データを格納した状態で、ある時刻において分離系統故障が発生した場合を想定し、復帰パターン情報を送信するまでの処理の流れを説明する。
　まずステップＳ２では、系統条件の設定を行う。潮流計算に必要となる線路インピーダンスＺ（＝Ｒ＋ｊＸ）、計画負荷・発電量Ｐ，Ｑ初期値と過渡安定度計算に必要となる発電機モデル・定数，制御系モデル・定数を、系統データ２１や入力部１２のユーザ入力からＲＡＭ１５に読み出す。ステップＳ３では、ステップＳ２で設定したデータを用いて潮流計算を行い、各ノードの電圧，線路潮流（有効・無効電力潮流，線路電流など）を計算し、計算結果をＲＡＭ１５に格納する。ステップＳ４では、系統データ２１に格納された時間断面毎のデータをＲＡＭ１５に読み出し、ステップＳ３にて計算した潮流計算の結果を用いて状態推定計算を行う。この状態推定計算は、時刻ｔＣにおける故障発生に伴い、図５Ｂの点線に示されるように、系統に統括される各々の電力変換装置出力が［ｐ．ｕ．］点下で０．００となり、また、時刻ｔＡにおいて点Ｃのように復帰してから時刻ｔＢにおいて点Ｄのように出力［ｐ．ｕ．］が０．１０になることを前提としてなされる。
　なお、状態推定計算のもととなるデータは、故障発生検出時（図５ＡのｔＣ）の各センサ出力値を用いる。
　状態推定計算とは、変電所，発電所，送電線をはじめとした電力送配電機器の観測データ、ならびに接続データをもとに、観測データ中の異常データの有無を判定と除去を行い特定の時間断面におけるもっともらしい系統状態を推定する計算機能のことである。
　ここで、状態推定計算と潮流計算とでは、潮流計算は、入力データの誤差は誤差なしが前提で、冗長度は１．０で、異常データの除去はなしで、入力データは設備定数（ｒ，ｘ，ｙ／２，ｔａｐ比），発電機Ｐ，Ｖ，負荷Ｐ，Ｑで、計算アルゴリズムはニュートンラプソン法であるのに対し、状態推定は、入力データの誤差は観測データの誤差（計測器の誤差，通信遅延による誤差）の存在が前提（ＰＱ：±３％以下、Ｖ：±１％以下）で、冗長度は１．２以上が望まれ、異常データの除去ありで、入力データは設備定数（ｒ，ｘ，ｙ／２，ｔａｐ比），発電機Ｐ，Ｖ，負荷Ｐ，Ｑ，観測値の重み係数で、計算アルゴリズムは最小二乗法を用いる。
　入力データの誤差については、例えば、モデル系統において、求める変数に対して、潮流計算では、データには「誤差」が入っていないこととし、状態推定では、データは「計測した値」であるため、計測値に「測定誤差」が含まれている（計測した値→以後「観測値」）との前提にたつ。
　状態推定計算は、例えば、Ｌａｒｓ　Ｈｏｌｔｅｎ，Ａｎｄｅｒｓ　Ｇｊｅｌｓｖｌｋ，Ｓｖｅｒｒｅ　Ａｄａｍ，Ｆ．Ｆ．Ｗｕ，ａｎｄ　Ｗｅｎ－Ｈｓ　Ｉｕｎｇ　Ｅ．Ｌｉｕ，Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　Ｄｅｆｆｅｒｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｓｔａｔｅ　Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔ．，３（１９８８），１７９８－１８０６の各種方法などに即して行う。ここで、状態推定計算の結果は、図５Ａの点線で示されるように、周波数偏差〔Ｈｚ〕として、例えば、時間０．０ｓｅｃから時間１０．０ｓｅｃまでの１００ｍｓｅｃ毎の各時間断面を求めるものである。ステップＳ５では、ステップＳ４で計算された状態推定結果と発電機モデル・定数，制御系モデル・定数をＲＡＭ１５に読み出し、過渡安定度計算を行う。ステップＳ６では、ステップＳ５で計算された過渡安定度計算結果をＲＡＭ１５に読み出し、電力変換装置復帰パターン計算を行う。計算方法の詳細は後述する。ステップＳ７では、ステップＳ５およびステップＳ６で計算した、過渡安定度計算結果を計算結果データ２２に格納し、電力変換装置の復帰パターン計算結果を電力変換装置復帰パターンデータベース２３に格納する。ステップＳ８では、遮断器１８０の遮断情報を用いて、分離系統故障が発生したかを判定し、分離系統故障が発生していない場合は、ステップ１に戻り、分離系統故障が発生している場合は、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、電力変換装置復帰パターンデータベース２３に格納されたゲートブロック、ゲートデブロック時刻および出力リミッタ指令値の時系列データを通信部１３と通信ネットワーク３００を介して通信部２９に送信し、終了する。
　次に図４及び図５Ａ，５Ｂを用いて、ステップＳ６について説明する。図４は、電力変換装置の復帰パターンを計算するアルゴリズムを示すフローチャートである。
　まず、ステップＳ１０では、ステップＳ５で求めた過渡安定度計算結果のうち周波数ｆの時系列波形にローパスフィルターを通して、短周期振動ノイズを取り除き、周波数時系列波形をＲＡＭ１５に読み出す。ステップＳ１１では、ステップＳ１０で求めた前記周波数時系列波形の周波数変化率を計算する。ステップＳ１２では、前記周波数変化率が０となる点を探索し、時刻を保存する。例えば、図５ＡのＡ点の時刻ｔＡとＢ点の時刻ｔＢを保存する。ステップＳ１３では、電力変換装置の出力を復帰開始時刻から復帰終了時刻まで一次直線で増加させる復帰パターン情報を作成する。例えば、図５ＢのＡ点の時刻ｔＡとＢ点の時刻ｔＢから電力変換装置の出力をＣ点からＤ点までを一次直線で増加させる復帰パターン情報を作成する（図５Ｂの実線）。
　次に電力変換装置出力制御部３４の計算処理内容について説明する。図６は復帰パターン指令装置の出力制御処理アルゴリズムを示すフローチャートである。ここでは、電力変換装置５０の（自端）ノード１５０の電圧Ｖ３１０と計画サーバから通信ネットワーク３００を介して送信される復帰パターン情報３４０を受信し、電力変換装置脱落判定および受信情報異常判定をし、受信異常の有無で復帰パターンを変更するまでの処理の流れを説明する。
　まず、ステップＳ５０で電力変換装置のノード１５０の情報を収集する。ここでは、故障が生じた結果、電力変換装置のノード１５０で電圧低下が生じたことを判定するために必要となるノード１５０の電圧Ｖ３１０を、センサ１９０を用いて計測し、通信ネットワークを介して通信部２９にて収集し、ＲＡＭ２８に格納する。ステップＳ５１では、電力変換装置５０の故障脱落判定を行う。ここでは、ステップＳ５０でＲＡＭ２８に保持したノード１５０の電圧Ｖ３１０によって、電力変換装置５０の機器保護のために、脱落したかどうか判定する。ここで、電力変換装置出力制御部３４は、ノード１５０の電圧Ｖ３１０が、通常の電圧１００Ｖ（あるいは２００Ｖ）に対して、３０％である３０Ｖ（６０Ｖ）よりも低下したことを検出すると、電力変換装置５０に動作を停止する（電力変換装置出力［ｐ．ｕ．］を０．００にする）指令を出力する。
　すなわち、図９Ｄに示される端子電圧［％］が故障発生により低下すると、図５Ａ，５Ｂの時刻ｔＣにおける点Ｅ及びＦに示されるように、電力変換装置５０は動作を停止して（電力変換装置出力［ｐ．ｕ．］＝０．００）、復帰の指令があるまでこの停止状態を維持するのである。脱落ありの場合はステップＳ５２へと進み、脱落なしの場合はステップＳ５０へと戻る。ステップＳ５２では、計画サーバ１０から通信部２９で通信ネットワーク３００を介して送信された復帰パターン情報３４０を受信し通常時入力データベース３１に格納する。ステップＳ５３ではステップＳ５２で受信した情報に異常がないか判定する。ここで、受信情報異常とは、ステップＳ５１で電力変換装置が脱落したと判定しているのに対して伝送遅延などが理由で復帰パターン情報が受信できない場合や、復帰パターン情報のゲートブロック時刻が電力変換装置の脱落時刻と合っていない場合である。異常がない場合、ステップＳ５４に進み、ステップＳ５２で受信した復帰パターン情報３４０から電力変換装置のゲートブロックリミッタ指令値を作成し、ＲＡＭ２８に保持する。ステップＳ５５ではＲＡＭ２８に保持した電力変換装置のゲートブロックリミッタ指令値を電力変換装置出力制御プログラムによって、通信部３０を用いて電力変換装置５０に送信する。また、異常がある場合、ステップＳ５６に進み、予めユーザが入力部２５を用いて非常時入力データ３２を格納しておく非常時復帰パターン情報から電力変換装置のゲートブロックリミッタ指令値を作成し、ＲＡＭ２８に保持する。ステップＳ５７ではＲＡＭ２８に保持した電力変換装置のゲートブロックリミッタ指令値を電力変換装置出力制御プログラムによって、通信部３０を用いて電力変換装置５０に送信する。ステップＳ５８では、ＲＡＭ２８に保持し、電力変換装置５０に送信した復帰パターン情報ログデータを、ログデータベース３５に格納し、終了する。
　次に、図７Ａ，７Ｂ，図８Ａ，８Ｂそして、図９Ａ－９Ｄを用いて電力変換装置の復帰パターン表示の一例を説明する。図９Ａ－９Ｄは電力変換装置の復帰パターン計算結果の表示装置１１への表示例を示す説明図である。ここでは、ディスプレイ画面への表示を考える。電力変換装置の復帰パターン計算前後の分離系統内の周波数偏差と電力変換装置出力の時系列波形が対比して画面に表示される。また、ノード電圧Ｖについても時系列波形を表示し、電力変換装置の復帰動作状況を各時刻とともに表示する。このように表示することで、ユーザに故障がいつ発生したかや、電力変換装置の復帰パターン計算結果をわかりやすく伝えることが可能となる。
　ここでは、画面への出力例を示したが、書類等に印刷可能なフォーマットのデータとしてユーザに提供してもよい。また、図７Ａ，７Ｂは、通常時の復帰パターン情報の表示画面の一例（周波数偏差、電力変換装置の出力）であり、図８Ａ，８Ｂは異常時復帰パターン情報の表示画面の一例（周波数偏差、電力変換装置の出力）である。
　次に図１０は、本発明の第２の実施例を示す図である。第１の実施例とは、復帰パターン指令装置と電力変換装置が分離していることが異なる。即ち、図１では、復帰パターン指令装置２００に電力変換装置出力制御部３４と電力変換装置５０が含まれているが、図１０では、復帰パターン指令装置２００には電力変換装置出力制御部３４のみ含まれている。これは、電力変換装置出力制御部３４の通信部３０によって電力変換装置５０に電力変換装置出力指令値３５０が伝われば、本発明の効果が発揮できるということであり、場所を選ばず復帰パターン指令装置２００を設置できるという利点がある。
　次に、第３の実施例を説明する。復帰パターンの演算に特徴がある。他の構成及び演算のステップは同様であるので説明を省略する。
　電圧は事故除去後振動しているので、フィルターを通して、振動成分を除去した電圧を用いて、下記の判定・計算をする。
　すなわち、電圧Ｖの変化量ΔＶ，時間ｔから復帰パターンを作成する。図１１Ａ，１１Ｂは本実施例における電力変換装置の復帰パターンの計算例の表示画面例を示す（周波数偏差、電力変換装置の出力）。図１１Ａ，１１Ｂに示されるように、電圧が復帰するには、事故が除去される必要がある。そこで、この事故除去後電圧が閾値ＶＣ（例えば７０％）に回復し、ｔＡ（例えば２．１）秒経過したとき電力変換装置出力の開始が始まり、それからｔＢ（例えば４．１）秒までに出力１００％（図中では０．１ｐ．ｕ．）まで回復するように復帰パターンを形成するものである。
　上記記載は実施例についてなされたが、本発明はそれに限らず、本発明の精神と添付の請求の範囲の範囲内で種々の変更および修正をすることができることは当業者に明らかである。
　本発明は、太陽光発電や風力発電等に接続された電力変換装置おいて、系統故障時に、周波数などの系統変動に影響のないように、例えば太陽光発電や風力発電などの投入を実現することが可能な電力変換装置，電力変換装置の制御装置，電力変換装置の制御方法として有益である。

Claims (11)

  1. 　再生可能エネルギーに基づく発電電力を電力変換して電力系統に供給する電力変換装置において、前記電力系統の変動情報に基づいて出力を低下させる出力抑制制御部と、前記出力低下後に所定の復帰パターンで出力を増加させる復帰制御部とを備え、前記復帰パターンは、外部からの指示情報により可変となるように構成される、電力変換装置。
  2. 　請求項１において、前記電力変換装置は更に、前記指示情報として前記復帰パターンを受信する受信部を備え、前記復帰制御部は、前記受信した復帰パターンにしたがって前記出力を増加させる、電力変換装置。
  3. 　請求項２において、周波数変動シミュレーションによる周波数時系列波形の推定に基づいて前記復帰パターンが求められるものである、電力変換装置。
  4. 　請求項２において、前記指示情報が得られない場合に、前記復帰制御部は、予め定められた復帰パターンによって出力を増加させる、電力変換機器。
  5. 　請求項３において、前記指示情報が得られない場合に、前記復帰制御部は、予め定められた復帰パターンによって出力を増加させる、電力変換機器。
  6. 　請求項５において、復帰パターン情報を蓄積するデータベースを有し、前記予め定められた復帰パターンは前記データベースの情報に基づいて形成される、電力変換機器。
  7. 　再生可能エネルギーに基づく発電電力を電力変換して電力系統に供給する電力変換装置を制御する電力変換装置の制御装置において、前記電力系統の変動情報に伴う前記電力変換装置の出力低下の後に、所定の復帰パターンで前記電力変換装置の出力を増加させるように復帰パターン情報を作成する復帰パターン生成部と、前記復帰パターン情報を送信する送信部とを備える、電力変換装置の制御装置。
  8. 　請求項７において、系統故障により分離系統が発生した際の分離系統内の周波数変動シミュレーションによって周波数時系列波形を推定し、前記推定に基づいて前記復帰パターン情報を送信する、電力変換機器の制御装置。
  9. 　請求項８において、前記復帰パターン情報の算出において、前記周波数時系列波形の変曲点を複数求め、前記変曲点のうち最初の２点の時刻を算出して、
    　１点目の時刻の電力変換装置出力条件を０とし、２点目の時刻の電力変換装置出力条件を最大出力とするように、前記２点間の時刻における出力を単調増加させる復帰パターン情報を算出する、電力変換機器の制御装置。
  10. 　電力系統の変動情報に基づいて再生可能エネルギーに基づく発電電力を電力変換装置により電力変換した出力を低下させ、外部からの指示情報を受け、前記出力低下後に、前記指示情報に基づいて可変となる復帰パターンで前記電力変換装置の出力を増加させて、前記電力変換装置で変換した電力を電力系統に供給する電力変換装置の制御方法。
  11. 　再生可能エネルギーに基づく発電電力を変換して電力系統に供給する電力変換装置を制御する電力変換装置の制御方法において、前記電力系統の変動情報に伴う前記電力変換装置の出力低下の後に、所定の復帰パターンで前記電力変換装置の前記出力を増加させるように復帰パターン情報を作成し、前記復帰パターンを前記電力変換装置に送信する電力変換装置の制御方法。
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