JP4764982B2 - 電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム - Google Patents
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Description
特許文献2では、フライホイールの制御装置において、フライホイールの回転速度(貯蔵電力量に相当)と目標回転速度(回転速度上限値と下限値の間に設定)との差異に基づいて回転速度が目標回転速度に近づくよう、フライホイールへの出力指令値に補正信号を加算することにより、フライホイールの充放電量の平均的な偏りを制御している。
尚、本発明は交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムに関するものであり、以下の説明では、上記自然エネルギーを利用した分散型電源が接続された交流電力系統を例にするが、本発明はこの例に限らない。本発明の電力安定化システムは、負荷変動やマイクログリッド連系運転時の連系点潮流変動等、交流電力系統の有効電力を抑制する目的であれば適用できる。また、以下の説明では、上記自然エネルギーを利用した分散型電源の一例として風力発電機を例にして説明するが、この例に限らず、例えば太陽光発電等であってもよい。
電力変換器4は、制御装置5からの電力変換器出力指令値PO(ここでは、電力貯蔵装置から電力を放出する方向を正とする)に基づいて、電力系統2と電力貯蔵装置3との間で電力の授受を行う。電力貯蔵装置3がフライホイールである場合は、フライホイール側の交流電力と電力系統側の交流電力を双方向に変換し、電力貯蔵装置3が二次電池・キャパシタ等である場合には、二次電池・キャパシタ側の直流電力と電力系統側の交流電力を双方向に変換する。
制御装置5は、有効電力検出器6、補償目標演算部7、補償電力演算部8、電力変換器制御部9等を有する。
補償目標値演算部7は、ローパスフィルタ等の変動分を除去するフィルタ、あるいは移動平均等の平滑化処理により、有効電力計測値PGから有効電力変動成分を除去し補償目標値PAを演算する。
電力変換器制御部9は、補償電力ΔPGの大きさに応じて変換器への指令値である電力変換器出力指令値POを生成する。
また、内部リミッタ上下限しきい値(HL、LL)を機器保護上下限しきい値(HLO、LLO)に有効電力計測値PGを加算した値とすることにより、補償目標値PAの大きさは上限値HLO+PG、下限値HLO+PGにて制限される。ところが図3に示されるように、後段の補償電力演算部では補償目標値PAの大きさは上限値HLO+PG、下限値HLO+PGにて制限されているため、有効電力計測値PGを減算することによって求まる補償電力ΔPGの大きさは上限値HLO、下限値HLOにて制限されることになる。これにより電力変換器、及び電力貯蔵装置の運転許容範囲逸脱を防止することができる。
貯蔵電力量検出器11は、電力貯蔵装置の貯蔵電力量ESを、直接あるいは間接的に検出/算出する。例えば電力貯蔵装置がフライホイールの場合は、フライホイール回転数を検出し、二次電池・キャパシタ等である場合は端子電圧を検出して、前記検出結果に基づいて貯蔵電力量ESを算出する。
同図に示されるように、補償目標演算部7は内部リミッタ付有効電力変動成分除去フィルタを有し、有効電力計測値PGから補償目標値PAを算出する。このとき、内部リミッタ上下限しきい値(HL、LL)を以下のように定める。
機器保護上限しきい値HLo+有効電力計測値PG−補正信号PC
内部リミッタ下限しきい値LL=
機器保護下限しきい値LLo+有効電力計測値PG−補正信号PC
つまり、補償目標値PAの大きさは上限値PG+HLo−PC、下限値PG+LLo−PCで制限される。
図示の電力安定化システム1は、電力貯蔵装置3、電力変換器4、制御装置5からなり、変圧器を介して電力系統に接続する。また、本実施形態においても、自然エネルギーを利用した分散型電源の出力変動補償を行う場合を想定し、風力発電機が変圧器を介して電力系統に接続されているものとする。
有効電力検出器は6、風力発電機の出力端の電圧・電流値に基づいて風力発電機の有効電力計測値PGを検出する。
なお、実施例1と実施例2では補償目標値演算部7にて有効電力計測値PGから有効電力変動成分を除去して補償目標値PAを演算し、補償電力演算部にて補償目標値PAから有効電力計測値PGを減算して補償電力ΔPGを演算するが、本実施例3では補償電力演算部8において、ハイパスフィルタ等によって有効電力測定値PGから有効電力変動成分を抽出して補償電力を演算する。すなわち、実施例3では異なる構成によって同じ機能を実現している。
また、内部リミッタ上下限しきい値(HL、LL)を機器保護上下限しきい値(HLO、LLO)とすることにより、補償目標値PAの大きさは上限値HLO、下限値HLOにて制限される。これにより電力変換器、及び電力貯蔵装置の運転許容範囲逸脱を防止することができる。
貯蔵電気量検出器11は、電力貯蔵装置の貯蔵電力量ESを、直接あるいは間接的に検出/算出する。例えば電力貯蔵装置がフライホイールの場合は、フライホイール回転数を検出し、二次電池・キャパシタ等である場合は端子電圧を検出して、前記検出結果に基づいて貯蔵電力量ESを算出する。
内部リミッタ下限しきい値LL=機器保護下限しきい値LLo−補正信号PC
つまり、補償目標値PAの大きさは上限値HLo−PC、下限値LLo−PCで制限される。
ここでは、本発明の実施例1における電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムにおいて補償目標値演算部に電力変換器の出力範囲逸脱を防止するための内部リミッタを設けた場合(以下「内部リミッタを設けた場合」)の実測波形と、補償電力ΔPGに電力変換器の出力範囲逸脱を防止するための外部リミッタを設けた場合(以下「外部リミッタを設けた場合」)のシミュレーション結果とを、図11、図12、図13に示す。
内部リミッタ上下限しきい値(HL、LL)
=機器保護上下限しきい値(HLo、LLo)+有効電力計測値PG
外部リミッタ上下限しきい値は下式とする。
また機器保護上下限しきい値(HLo、LLo)は電力変換器の出力上下限値±0.2[pu]固定とする。
図12に、内部リミッタを設けた場合の補償電力ΔPGの実測波形と、外部リミッタを設けた場合の補償電力ΔPG’のシミュレーション結果を示す。
図13に、内部リミッタを設けた場合の補償後有効電力PG+ΔPGの計測結果と、外部リミッタを設けた場合の補償後有効電力PG+ΔPG’のシミュレーション結果、及び(補償前の)有効電力計測値PGを示す。この量は補償後の電力系統に供給される電力が補償前と比較しどれだけ平滑化されているかを計る目安となる。
2 電力系統
3 電力貯蔵装置
4 電力変換器
5 制御装置
6 有効電力検出部
7 補償目標値演算部
8 補償電力演算部
9 電力変換器制御部
10 内部リミッタ付きローパスフィルタ
11 貯蔵電力量検出器
12 補正信号演算部
13 内部リミッタ付きハイパスフィルタ
Claims (18)
- 交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムにおいて、
前記交流電力系統に対して電力の貯蔵と放出を行う電力貯蔵装置と、
前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
前記有効電力検出手段で検出された有効電力計測値から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、
前記補償目標演算手段で算出された補償目標値と前記有効電力検出手段で検出された有効電力計測値の差を取り、補償電力を算出する補償電力演算手段と、
前記補償電力演算手段で算出された補償電力に応じて電力変換器出力指令を発信する電力変換器制御手段と、
前記電力変換器制御手段から発せられた電力変換器出力指令に応じて、前記電力貯蔵装置に貯蔵された電力を前記交流電力系統へ入出力する電力変換器を備え、
前記補償目標値演算手段は、前記補償目標値を上限閾値と下限閾値との間に制限する機能を有する
ことを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。 - 請求項1に記載の電力安定化システムであって、
前記補償目標値演算手段の、前記上限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護上限閾値と前記有効電力測定値とを加算したものであり、前記下限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護下限閾値と前記有効電力測定値とを加算したものである
ことを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。 - 請求項1に記載の電力安定化システムであって、
前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
前記貯蔵電力量検出手段により検出された前記貯蔵電力量から、前記補償目標値或いは前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、
を備えることを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。 - 請求項3に記載の電力安定化システムであって、
前記補償目標値演算手段の、前記上限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護上限閾値と前記有効電力測定値とを加算し前記補正信号を減算したものであり、前記下限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護下限閾値に前記有効電力測定値を加算し前記補正信号を減算したものである
ことを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。 - 交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムにおいて、
前記交流電力系統に対して電力の貯蔵と放出を行う電力貯蔵装置と、
前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
前記有効電力検出手段で検出された有効電力計測値から有効電力変動成分を抽出し、補償電力を算出する補償電力演算手段と、
前記補償電力演算手段で算出された補償電力に応じて電力変換器出力指令を発信する電力変換器制御手段と、
前記電力変換制御手段から発せられた電力変換器出力指令に応じて、前記電力貯蔵装置に貯蔵された電力を前記交流電力系統へ入出力する電力変換器を備え、
前記補償電力演算手段は、前記補償電力を上限閾値と下限閾値との間に制限する機能を有する
ことを特徴とした電力安定化システム。 - 請求項5に記載の電力安定化システムであって、
前記補償電力演算手段の、前記上限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護上限閾値であり、前記下限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護下限閾値である
ことを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。 - 請求項5に記載の電力安定化システムであって、
前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
前記貯蔵電力量検出手段により検出された前記貯蔵電力量から、前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、
を備えることを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。 - 請求項7に記載の電力安定化システムであって、
前記補償電力演算手段の、前記上限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護上限閾値から前記補正信号を減算したものであり、前記下限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護下限閾値から前記補正信号を減算したものである
ことを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。 - 請求項1から請求項8の何れかに記載の電力安定化システムであって、
前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の前記保護上限閾値と前記保護下限閾値は、前記電力安定化システムの状態(電力変換器の出力、電力貯蔵装置の貯蔵電力量、電力貯蔵装置の温度)に応じて可変制御される
ことを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。 - 交流電力系統の有効電力変動を抑制する、電力変換器によって制御された電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの制御装置において、
前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
前記有効電力検出手段で検出された有効電力計測値から有効電力変動成分を除去し、補償目標値を算出する補償目標値演算手段と、
前記補償目標演算手段で算出された補償目標値と前記有効電力検出手段で検出された有効電力計測値の差を取り、補償電力を算出する補償電力演算手段と、
前記補償電力演算手段で算出された補償電力に応じて電力変換器出力指令を発信する電力変換器制御手段を備え、
前記補償目標値演算手段は、前記補償目標値を上限閾値と下限閾値との間に制限する機能
を有することを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの制御装置。 - 請求項10に記載の電力安定化システムの制御装置であって、
前記補償目標値演算手段の、前記上限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護上限閾値と前記有効電力測定値とを加算したものであり、前記下限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護下限閾値と前記有効電力測定値とを加算したもの
であることを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの制御装置。 - 請求項10に記載の電力安定化システムの制御装置であって、
前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
前記貯蔵電力量検出手段により検出された前記貯蔵電力量から、前記補償目標値或いは前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段と、
を備えることを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの制御装置。 - 請求項12に記載の電力安定化システムの制御装置であって、
前記補償目標値演算手段の、前記上限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護上限閾値と前記有効電力測定値とを加算し前記補正信号を減算したものであり、前記下限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護下限閾値と前記有効電力測定値とを加算し前記補正信号を減算したものである
ことを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの制御装置。 - 交流電力系統の有効電力変動を抑制する、電力変換器によって制御された電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの制御装置において、
前記交流電力系統の有効電力を有効電力計測値として検出する有効電力検出手段と、
前記有効電力検出手段で検出された有効電力計測値から有効電力変動成分を抽出し、補償電力を算出する補償電力演算手段と、
前記補償電力演算手段で算出された補償電力に応じて電力変換器出力指令を発信する電力変換器制御手段を備え、
前記補償電力演算手段は、前記補償電力を上限閾値と下限閾値との間に制限する機能を有する
ことを特徴とした電力安定化システムの制御装置。 - 請求項14に記載の電力安定化システムの制御装置であって、
前記補償電力演算手段の、前記上限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護上限閾値であり、前記下限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護下限閾値である
ことを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの制御装置。 - 請求項14に記載の電力安定化システムの制御装置であって、
前記電力貯蔵装置の貯蔵電力量またはそれに相当する信号を検出する貯蔵電力量検出手段と、
前記貯蔵電力量検出手段により検出された前記貯蔵電力量から、前記補償電力を補正する補正信号を演算する補正信号演算手段を備える
ことを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの制御装置。 - 請求項16に記載の電力安定化システムの制御装置であって、
前記補償電力演算手段の、前記上限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護上限閾値から前記補正信号を減算したものであり、前記下限閾値は前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の保護下限閾値から前記補正信号を減算したものである
ことを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの制御装置。 - 請求項10から請求項17の何れかに記載の電力安定化システムの制御装置であって、
前記電力貯蔵装置または前記電力変換器の前記保護上限閾値と前記保護下限閾値は前記電力安定化システムの状態(電力変換器の出力、電力貯蔵装置の貯蔵電力量、電力貯蔵装置の温度)に応じて可変制御される
ことを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの制御装置。
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