JP2008067484A - 蓄電池設備と自家発電設備を組み合せた自家発電システムおよび該システムにおける自家発電設備の出力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池設備と自家発電設備を統合して制御することを可能とする系統連系された自家発電システムおよびこのシステムにおける自家発電設備の出力制御方法を提供する。
【解決手段】系統電源３に連系される自家発電システム１において、自家発電システム１が、発電量を制御可能な自家発電設備１１と、充放電可能な蓄電池１２１および充放電電流を制御する出力制御手段１２２からなる蓄電池設備１２と、連系線３１の潮流を検出する連系線潮流検出部１６と、蓄電池設備１２の充放電電力を検出する蓄電池設備出力検出部１７と、自家発電設備出力制御手段を有しており、蓄電池設備１２は連系線潮流の変動に基づいて連系線潮流が連系線潮流設定値となるように蓄電池出力を制御し、自家発電設備は連系線潮流と蓄電池出力の和の値が連系線潮流設定値となるように自家発電設備の出力を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統に系統連系された自家発電設備と蓄電池設備とを組み合わせた自家発電システムおよび該システムにおける自家発電設備の出力制御方法に関する。

図５に示すような出力制御が可能な自家発電設備１１を電力系統３に系統連系するシステムにおいては、構内の負荷１３−１から３−ｎの変動などに対して逆潮流を防止するなどのために、連系点の電力潮流（連系線潮流）を一定の値に（範囲）に維持する「受電電力一定制御」が行われており、自家発電設備１１は、その機能を有している。この受電電力一定制御は、目標となる連系線３１の潮流設定値を決め、連系線潮流検出手段１６により連系線潮流を計測し、電流信号などに変換され自家発電設備１１に送られ、その信号を元に自家発電設備１１の出力を制御して、結果として、連系線潮流を前記連系線潮流設定値に近づける制御である。

一方近年、太陽光発電設備や風力発電設備などの導入が進んでいるが、これらの発電設備は、気象条件により出力が変動するため、大幅に導入量が進んだ場合には、その変動を補完する必要があるとされている。変動を補完する設備としては、充放電機能を有する蓄電池設備や出力制御が可能な自家発電設備が考えられている。このうち、充放電機能を有する蓄電池設備は高速な応答（変動補完）が可能である反面、充放電によるロスを生じたり、充放電量が有限であるという欠点を持つ。出力制御が可能な自家発電設備は、応答速度は低いが、燃料供給が継続する限り出力制御が可能という特徴を持つ。

従って、図３のように両者を組合せ、それぞれの特色を生かした自家発電システムが有効である。この自家発電システムにおいては、連系線３１の潮流（連系線潮流）を連系線潮流検出手段１６で監視し、太陽光発電設備１４や風力発電設備１５などの自然変動電源の出力変動や負荷１３−１〜１３−ｎの変動によって、連系線３１の連系線潮流（電力）が予め設定された設定電力を超えると、蓄電池設備１２と自家発電設備１１との両方が、超過した電力を補完するように動作する。このとき、蓄電池設備１２は負荷変動に迅速に応答することができ、連系線潮流を設定電力に抑えるように動作するので、連系線潮流は設定電力に戻される。しかしながら、自家発電設備１１は、負荷変動に対して緩慢に応答するので、負荷変動に対応するまでに蓄電池設備１２による補完によって連系線潮流が設定電力に戻ってしまい、結果として連系線潮流の変動に対応することができない。その結果、蓄電池設備１１は放電を継続することとなり、最終的には蓄電池１２１に充電された電力が尽きるという問題を生じる。

このような問題を解決するためには、図４に示すように、自家発電システム１と電力系統３とを連系線３１を介して連系した系統連系自家発電システムに統合制御装置５を設けることが考えられる。自家発電システム１は、コージェネなどの出力制御が可能な自家発電設備１１と、蓄電池１２１と充放電量を制御可能な双方向コンバータ１２２を備えた蓄電池設備１２と、太陽光発電設備１４および風力発電設備１５等を電力線１９で接続して構成され、多くの負荷１３‐１〜１３−ｎが接続される。連系線潮流検出手段１６は、連系線潮流を検出し統合制御装置５に接続される。このような系統連系自家発電システムは、統合制御装置５が連系線潮流検出手段１６により連系線潮流を監視して、負荷変動に対する蓄電池設備１２と自家発電設備１１の応答速度、蓄電池設備の充放電状態、自家発電設備の出力状態等を勘案しながらそれぞれの設備の出力分担を制御して連系線潮流が一定になるように統括的に制御する。

このような統合制御装置５は、高度な制御化が可能である反面、以下のような問題があり、一般に高価である。統合制御装置と自家発電設備、蓄電設備間の通信が必要であるが、通それぞれの装置・設備間で信方式が異なる場合は、信号変換装置が必要となり、システムが複雑となる。自家発電設備が既存の設備である場合、自家発電設備が統合制御システムに対応可能にされていない限り、統合制御システムから出力指令を受けて自家発電設備の出力を制御することが困難である。蓄電設備１２や自家発電設備１１が行うローカルな制御の外側に制御ループを組むため、計測や通信を含む制御全体に時間がかかり、不要な充電または放電が増加する。その結果、蓄電設備の容量が大型となる、また、充放電が多い分そのロスも多くなる。

また、電力系統に連系された自家発電システムであって、自家発電設備と蓄電池設備とを組み合わせ、ゼロ潮流制御を行うシステムが、提案されている。このシステムは、商用電源と発電機とが連系し、電源供給ラインを通じて付加に交流電源を供給するシステムに利用される電源装置であって、電源供給ラインに接続されるアクティブフィルタ回路と、アクティブフィルタ回路の後段に接続される蓄電池と、アクティブフィルタ回路の動作および蓄電池の充放電動作を制御する制御回路とを備え、制御回路による蓄電池の充放電制御により、アクティブフィルタ回路を介した連系のゼロ潮流制御を行うシステムである（例えば、特許文献１参照）。

この自家発電システムは、アクティブフィルタ回路の動作および蓄電池の充放電動作を制御する制御回路を備えており、負荷変動時の発電機の緩慢応答による応答遅れを蓄電池で補完する制御回路であり、前述の統合制御装置に相当する。

また、受電電力一定制御を行うコージェネシステムであって、コージェネの追従遅れから受電潮流が一定にならないシステムにおいて、電力系統に接続された瞬時受電電力制御システムとして、キャパシタ蓄電装置を電力の受電系統に接続し受電電力の制御を行う瞬時受電電力制御システムであって、複数のキャパシタからなり該キャパシタのそれぞれに並列に接続して充電電圧の検出およびバイパス制御を行う並列モニタを有するキャパシタ蓄電装置と、電力受電系統に接続されて交流と直流との変換を行いキャパシタ蓄電装置の充放電を行う交直変換装置と、電力受電系統を監視して交直変換装置の制御を行う系統監視電力制御装置とを備えることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

この瞬時受電電力制御システムは、キャパシタにより受電潮流を一定にすることを目的としているが、系統監視電力制御装置という統合制御装置に相当する装置を必要としている。
特開２００３−７０１６５号公報 特開２００１−２１１５４９号公報

本発明は、統合制御装置を持たずに、蓄電池設備と自家発電設備を統合して制御することを可能とする系統連系された自家発電システムおよびこのシステムにおける自家発電設備の出力制御方法を提供することを目的とする。

さらに、本発明は、制御ループが単純で高速な制御を可能とする系統連系された自家発電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、電力系統に連系される自家発電システムにおける自家発電設備の出力制御方法において、前記自家発電システムは、蓄電池設備と自家発電設備を備えており、前記蓄電池設備は連系線潮流の変動に基づいて連系線潮流が連系線潮流設定値となるように蓄電池出力を制御し、前記自家発電設備は連系線潮流と蓄電池出力の和の値が連系線潮流が連系線潮流設定値となるように自家発電設備の出力を制御する。

さらに、本発明は、上記自家発電設備の出力制御方法において、前記自家発電システムは、発電量を制御可能な自家発電設備と、充放電可能な蓄電池および充放電電流を制御する出力制御手段からなる蓄電池設備と、連系線の潮流を検出する連系線潮流検出部と、蓄電池設備の充放電電力を検出する蓄電池設備出力検出部と、自家発電設備出力制御手段を有している。

また、本発明は、電力系統に連系される自家発電システムにおいて、前記自家発電システムが、発電量を制御可能な自家発電設備と、充放電可能な蓄電池および充放電電流を制御する出力制御手段からなる蓄電池設備と、連系線の潮流を検出する連系線潮流検出部と、蓄電池設備の充放電電力を検出する蓄電池設備出力検出部と、自家発電設備出力制御手段を有しており、前記蓄電池設備は連系線潮流の変動に基づいて連系線潮流が連系線潮流設定値となるように蓄電池出力を制御し、前記自家発電設備は連系線潮流と蓄電池出力の和の値が連系線潮流設定値となるように自家発電設備の出力を制御する。

上記構成を有することにより、本発明に係る、系統連系される自家発電システムは、連系線潮流が設定電力を超えたときに蓄電池設備は連系線潮流に基づいて設定電力になるように補完し、自家発電設備が連系線潮流と蓄電池設備出力との和の値が設定電力となるように補完するので、蓄電池設備や自家発電設備が従来から有するローカルな制御によるので、統合制御装置を持たずに蓄電池設備と自家発電設備を統合して制御することが可能となる。さらに、本発明の系統連系された自家発電システムは、制御ループが簡単であり、安価でかつ高速な制御が可能となる。

本発明は、系統連系される自家発電システムにおいて、連系線潮流を監視して蓄電池設備の出力を制御し、連系線潮流信号と蓄電池出力信号を用いて自家発電設備を制御することを特徴とする。すなわち、本発明においては、自家発電設備に入力される信号は連系線潮流に蓄電池設備からの出力を加えた値であり、実際の潮流の超過分よりも蓄電池設備の出力分大きな値となる。したがって、連系線潮流が予め設定された許容される連系線潮流値（以下、連系線潮流設定値ということがある）を超過した場合に、蓄電池設備が連系線潮流を補完している場合にも自家発電設備は連系線潮流を補完するように電力を出力する。蓄電池設備は自家発電設備に出力の増加にともなってその出力を減少させ、最終的に自家発電設備の出力によって連系線潮流の超過分を補完することになる。

以下、本発明に係る系統連系された自家発電システムの構成を、図１を用いて説明する。本発明に係る系統連系された自家発電システムは、自家発電システム１と電力系統３とを連系線３１を介して連系して構成される。自家発電システム１は、コージェネなどの出力制御が可能な自家発電設備１１と、蓄電池１２１と充電電流および放電電流を制御可能な双方向コンバータ１２２を備えた蓄電池設備１２と、太陽光発電設備１４および風力発電設備１５等の自然変動電源を電力線１９で接続して構成され、さらに、連系線潮流検出手段１６と、蓄電池設備出力検出手段１７と、加算器１８とを有して構成され、多くの負荷１３−１〜１３−ｎが接続される。

自家発電設備１１は、コージェネなどの出力制御が可能な自家発電設備であり、図示を省略した出力制御部を有している。自家発電設備１１の出力制御部は、連系線潮流に蓄電池設備出力を加算した値を見かけの連系線潮流信号として用いて連系線潮流設定値を上回る値の制御目標値を得て、この制御目標値によって自家発電設備１１の出力を制御する。

蓄電池設備１２は、鉛電池などの蓄電池１２１と、この蓄電池１２１の充放電方向および充電電流ならびに放電電流を制御する双方向コンバータ１２２とを有して構成される。蓄電池設備１２は、連系線潮流により独自に連系線潮流を連系線潮流設定値に維持する制御する機能（ローカル制御）を有している。双方向コンバータ１２２は、連系線潮流検出手段１６からの潮流信号が入力され、連系線潮流設定値と比較され、連系線潮流が連系線潮流設定値を超えている場合には、超過した潮流の値を補完するように蓄電池１２１からの出力電流が制御される。また、双方向コンバータ１２２は、連系線潮流が連系線潮流設定値を下回る状態では、潮流の余剰分で蓄電池１２１を充電するように制御される。双方向コンバータ１２２の構成は周知であり、その構成および動作についての説明を省略する。

負荷１３−１〜１３−ｎは、電力線１９にオン／オフが行われる負荷であり、それぞれの負荷のオン／オフにより、負荷変動を生じる。

太陽光発電設備１４は、日照の有無や大小によってその出力が変動する自然変動発電設備であり、その出力の変動によって連系線潮流に変動を生じる要因となる。さらに、風力発電設備１５は、風の有無や風量によってその出力が変動する自然変動発電設備であり、その出力の変動によって連系線潮流に変動を生じる要因となる。本発明においては、太陽光発電設備１４および風力発電設備１５は、負の負荷としてみることができ、さらに、これらを省略することができる。

連系線潮流検出手段１６は、連系線の潮流を検出して連系線潮流信号を出力する手段であり、ＣＴ、ＶＴ、トランスデューサなどにより構成することができる。

蓄電池設備出力検出手段１７は、蓄電池の出力を検出して蓄電池出力信号を出力する手段であり、ＣＴ、ＶＴ、トランスデューサなどにより構成することができる。

加算器１８は、連系線潮流信号と蓄電池出力信号を加算して加算信号を出力する手段であり、見かけの連系線潮流信号を出力する。加算器１８は、加算トランスデューサやシーケンサを用いることにより構成することができる。

このような構成を有する自家発電システム１を連系線３１を介して電力系統３に接続した場合に、連系線潮流が連系線潮流設定値を超えると、蓄電池設備１２が検出した連系線潮流信号に基づいて蓄電池１２１から電力線１９へ電力を出力し、自家発電設備１１が連系線潮流信号に蓄電池設備出力信号を加算した見かけの連系線潮流信号を用いて電力線１９への出力が制御される。

各設備の出力の変化の態様を、図２を用いて説明する。一定の値で負荷電力に変動がない時点では、連系線潮流が連系線潮流設定値となるように自家発電設備から電力が供給されており、蓄電池設備の出力は“０”である。時刻Ａで負荷電力が増大すると、連系線潮流が連系線潮流設定値を超え、連系線潮流信号が蓄電池設備および自家発電設備に供給される。蓄電池設備は、迅速に連系線潮流の変動に追随してその出力を上げて、連系線潮流を連系線潮流設定値に引き下げる。しかしながら、自家発電設備は連系線潮流信号および蓄電池出力信号の和の見かけの連系線潮流信号に基づいて緩慢な応答によってその出力を増大して行く。自家発電設備の出力の増加に伴なって蓄電池設備の出力は連系線潮流が連系線潮流設定値に保たれるように緩慢に低下してゆく。最終的に自家発電設備の出力が負荷変動に対応できる値となると、蓄電池の出力は“０”となり自家発電設備の出力のみによって連系線潮流は連系線潮流設定値に維持される。

上記の説明では、連系線潮流が連系線潮流設定を上回るように負荷１３が変動する場合を説明したが、連系線潮流が連系線潮流設定を下回るように負荷が変動する場合においても、まず蓄電池設備１２が負荷の減少に伴なう連系線潮流の減少を吸収するように迅速に充電状態とされ、自家発電設備１１が負荷の減少に伴うように緩慢に出力を減少させることによって、負荷の急激な減少に対応することができる。この場合、加算器１８において、連系線潮流信号に加算される蓄電池出力信号は負の値とされる。

このようにして、急激な負荷変動に対して応答速度の異なる蓄電池設備と自家発電設備を備えた自家発電システムにおいて、急激な負荷変動時にはまず蓄電池設備が負荷を分担し、その後自家発電設備が確実に負荷を分担することができる。

本発明に係る電力系統に連系した自家発電システムの構成を説明する図。 本発明に係る自家発電システムの動作の態様を説明する図。 単純な電力系統に連系した蓄電池設備を有する自家発電システムの構成を説明する図。 統合制御装置を用いた電力系統に連系した蓄電池設備を有する自家発電システムの構成を説明する図。 単純な電力系統に連系した自家発電システムの構成を説明する図。

符号の説明

１：自家発電システム、１１：自家発電設備、１２：蓄電池設備、１２１：蓄電池、１２２：双方向コンバータ、１３：負荷、１４：太陽光発電設備、１５：風力発電設備、１６：連系線潮流検出手段、１７：蓄電池出力検出手段、１８：加算器、１９：電力線、３：電力系統、３１：連系線、５：統合制御装置

Claims (3)

1. 電力系統に連系される自家発電システムにおける自家発電設備の出力制御方法において、
   前記自家発電システムは、蓄電池設備と自家発電設備を備えており、
   前記蓄電池設備が連系線潮流の変動に基づいて連系線潮流が連系線潮流設定値となるように蓄電池出力を制御し、
   前記自家発電設備が連系線潮流と蓄電池出力の和に基づいて連系線潮流が連系線潮流設定値となるように自家発電設備の出力を制御する
   ことを特徴とする自家発電設備の出力制御方法。
2. 請求項１に記載の自家発電設備の出力制御方法において、
   前記自家発電システムは、発電量を制御可能な自家発電設備と、充放電可能な蓄電池および充放電電流を制御する出力制御手段からなる蓄電池設備と、連系線の潮流を検出する連系線潮流検出部と、蓄電池設備の充放電電力を検出する蓄電池設備出力検出部と、自家発電設備出力制御手段を有している
   ことを特徴とする自家発電設備の出力制御方法。
3. 系統電源に連系される自家発電システムにおいて、
   前記自家発電システムが、
   発電量を制御可能な自家発電設備と、
   充放電可能な蓄電池および充放電電流を制御する出力制御手段からなる蓄電池設備と、
   連系線の潮流を検出する連系線潮流検出部と、
   蓄電池設備の充放電電力を検出する蓄電池設備出力検出部と、
   自家発電設備出力制御手段を有しており、
   前記蓄電池設備が連系線潮流の変動に基づいて連系線潮流が連系線潮流設定値となるように蓄電池出力を制御し、前記自家発電設備は連系線潮流と蓄電池出力の和の値が連系線潮流設定値となるように自家発電設備の出力を制御する
   ことを特徴とする自家発電システム。

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