JP5125274B2 - 新エネルギー発電システム出力変動緩和装置 - Google Patents
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Description
出力変動の急変に追従できず、系統側の発電機の追従範囲を超えた変化率が出力されることがある。同様に、移動平均による出力変動抑制の場合も、発電機の追従範囲を超えた変化率が出力されることがある。
変化率演算部を設け、この変化率演算部に、前記発電部の発電電力の検出値、
前記発電設備のガバナが発電部による発電電力の急変に対応できる正方向への電力変化量よりも小さい変化量となるような制限値に設定された正方向変化率設定値、及び負方向への電力変化量よりも小さい変化量となるような制限値に設定された負方向変化率設定値とを入力して変化率演算を実行し、算出された変化率演算部の出力と前記発電部の発電電力の検出値との差信号からなる第1の充放電指令値を算出し、この充放電指令値を前記充放電部に対する制御指令とするよう構成したことを特徴としたものである。
変化率演算部を設け、この変化率演算部に、前記発電部の発電電力の検出値、
前記電力系統の急変に対応できる正方向への電力変化量よりも小さい変化量となるような制限値に設定された正方向変化率設定値、及び負方向への電力変化量よりも小さい変化量となるような制限値に設定された負方向変化率設定値とを入力して変化率演算を実行し、算出された変化率演算部の出力と前記発電部の発電電力の検出値との差信号からなる第1の充放電指令値を算出し、この充放電指令値を前記充放電部に対する制御指令とするよう構成したことを特徴としたものである。
本発明の第6は、前記充電深度制御部によって算出された第2の充放電指令値を前記変化率演算部に入力して変化率演算部の出力とすることを特徴としたものである。
本発明の第7は、前記変化率演算部は、サンプリング信号と正方向変化率設定値との乗算値が1サンプリング前の変化率制限値とを加算する加算部と、サンプリング信号と負方向変化率設定値との乗算値が1サンプリング前の変化率制限値とを差演算する減算部と、これら加算部と減算部の出力信号に基づき変化率を演算する変化率制限部を備えたことを構成したことを特徴としたものである。
本発明の第8は、前記変化率演算部は、検出された前記発電部の発電電力と前記第2の充放電指令値とを加算する第2の加算部と、サンプリング信号と正方向変化率設定値との乗算値が1サンプリング前の変化率制限値とを加算する第1の加算部と、サンプリング信号と負方向変化率設定値との乗算値が1サンプリング前の変化率制限値とを差演算する減算部と、これら第1、第2の加算部及び減算部の出力信号に基づき変化率を演算する変化率制限部を備えたことを構成したことを特徴としたものである。
また、電力変動の緩和制御のために、変化率の演算信号を用いているので、移動平均を用いたものと比較すると加減算と比較とがそれぞれ2回と前回値を1つ記憶するだけでよいため、少ない演算で電力変動の緩和制御が可能となり、電力変動に即応した追従制御が可能になる。且つ、移動平均・高域フィルタを用いる方法と比較して、発電部における発電電力の変動量が大きい場合でも電力貯蔵部を充放電制御することで、変動緩和後の電力変動を発電機用ガバナまたは/および電力系統が追従できる範囲内に抑えることができるので電力品質の向上が図れる。
さらに、電力系統や発電設備と電力貯蔵部とを協調した電力変動の緩和制御とすることで、発電設備を取り除いて発電部を電力系統に接続したときには、電力系統が追従できる範囲内に電力変動を抑えることで系統に接続される負荷への電力変動を緩和することができ、発電設備が電力系統に接続されたときには、発電設備の発電機用ガバナが追従できる範囲内に電力変動内に抑えることで、系統に接続される負荷及び電力系統への電力変動の波及はなくなる。そして、前記の協調を行うことで、電力系統や発電設備が応答出来ない時間のみ電力貯蔵部で補償すれば良いので電力貯蔵部の設備容量を小さくすることが出来る。
また、小水力発電設備、ディーゼル発電設備又はガスエンジン発電設備とした場合、本発明の電力変動の緩和制御は、前記発電設備が従来から備えているガバナによる出力調整機能の利用が可能となり、既設のこれら発電設備への適用が可能である。そのうえ、小水力発電設備、ディーゼル発電設備又はガスエンジン発電設備を併用した発電システムとすることで、発電部からの電力潮流を一定に保持できると共に発電部を太陽光発電することで、日中の前記発電設備の発電電力を低減し、夜間の発電設備による発電電力を増加させて、太陽光発電と発電設備との相互補完効果を得ることができる。
なお、発電部が電力系統と連系した場合において、発電部と接続する電力系統が小規模な場合や発電部と接続する電力系統が末端にある場合には、当該電力系統は発電部の出力変動の影響を受け易いが、本発明の出力変動緩和制御によって電力系統の出力は安定し、出力変動抑制の効果が顕著となる。
さらに、充電深度制御を行うことで、電力貯蔵部が満充電に近い状態の充電深度、または放電終止に近い状態の充電深度とならないように制御されるので、電力貯蔵部の設備容量に大きく余裕を持たなくとも電力変動緩和制御が中断しない。従って、電力貯蔵部の設備容量は、充電深度制御を行わない場合に比較して小さく出来るので、システム全体のコスト低減や設置スペースの低減を図ることが出来る。
自然エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電する発電部1の発電電力は、インバータ5に供給されて連系する相手方と同じ大きさの電圧で、且つ同じ位相の交流電圧に変換されて連系する相手方に送出される。発電部1の発電電力は図示省略された検出部により検出され、変化率演算部10の変化率制限部20と減算部9に出力される。変化率演算部10には予め図示省略された設定部から発電電力の正方向変化率設定値と負方向変化率設定値がそれぞれ入力される。各設定値は乗算部16と17にそれぞれ印加され、サンプリング信号が発振されたときに加算部18と減算部19にそれぞれ出力されて1サンプリング前の演算値と加算及び減算が実行される。その結果の各信号は変化率制限部20に出力される。
ステップS2で発電電力検出値が減算部19の出力値より大きい場合、ステップ5で変化率制御部20の演算値(変化率制御部10の出力)を発電電力検出値とするための処理が実行される。そして、変化率制御部20の演算値と発電電力検出値との減算を減算部9において実行し、電力貯蔵部4に対する充放電指令値として充放電部3に出力する。これにより、発電部1の発電電力の変動分で、発電機6の原動機用ガバナの追従性を超えた分が電力貯蔵部4の充放電指令値となり、発電部1の出力と電力貯蔵部4の出力との和による電力変動分はガバナの追従可能な範囲に抑えることができる。
なお、図6で示す実施例以外での発電設備6としては、発電設備であれば特に限定するものではないが、特に小水力発電設備、ディーゼル発電設備又はガスエンジン発電設備とした場合、従来から備えているガバナによる出力調整機能の利用が可能となる。これによって、既設の小水力発電設備、ディーゼル発電設備又はガスエンジン発電設備への電力変動の緩和制御の適用が可能である。また、小水力発電設備、ディーゼル発電設備又はガスエンジン発電設備を併用した発電システムとしたことで、発電部からの電力潮流を一定に保持できると共に、発電部を太陽光発電することで日中の前記発電設備の発電電力を低減し、夜間の発電設備による発電電力を増加させて、太陽光発電と発電設備との相互補完効果を得ることができる。
図8はさらに他の実施例を示したもので、前述した各実施例と異なる点は、充電深度制御部30を設けて充放電指令値Bを生成し、この指令値Bは減算部9より出力された充放電指令値Aと加算部31で加算して充放電指令値Cを生成し、充放電部3に出力するよう構成したことである。
前述した各実施例では、電力貯蔵部4の充電深度を考慮しないで電力変動緩和制御を行っているため、電力貯蔵部4が満充電に近い充電深度、または放電終止に近い充電深度となることがある。このため、電力系統の状態によっては、電力貯蔵部4は満充電に近いのに充電制御を実行し、或いは放電終止に近い状態なのに放電制御を実行して過充電又は過放電となる虞れが生じ、安定した電力変動緩和制御が継続できないことになる。電力貯蔵部4の過充電や過放電を防ぎ安定した制御を継続するためには、電力貯蔵部4の設備容量を大きくして余裕を持たせる必要が生じる。
図8で示す実施例は、この問題を解決するものである。そのために、充電深度制御部30に、電力貯蔵部4の充電深度検出値と電力貯蔵部4を目標の充電深度とするための充電深度指令値を入力し、両者の偏差信号に応じた演算を実行して充放電指令値Bを生成する。なお、充電深度検出値は、電力貯蔵部4が二次電池の場合は充放電時の電流積算値、電気二重層キャパシタの場合はキャパシタの端子電圧などを用いる。
次に本実施例の動作を説明する。電力変動緩和制御は、発電設備6の発電機用ガバナの最大追従可能変化量を超えた発電部1の電力変化量に対して、または連系された電力系統の最大追従可能な電力変化量を超えた発電部1の電力変化量に対して電力貯蔵部4の充放電を行う。このため、発電部1が連続して急峻な電力変動を行わない限り、減算部9からの充放電指令値Aは連続出力ではなく間欠出力になる。これより充放電指令値Bは、電力貯蔵部4の充電深度検出値と充電深度指令値を充電深度制御部30の誤差アンプに通して偏差分を加算部31に出力、又は電力貯蔵部4の充電深度検出値と充電深度指令値を図13のステップS10のフローに示す通りに比較して充電指令、放電指令又は待機指令の何れかを加算部31に出力する。この時の誤差アンプの比例ゲインは、制御応答(積分時定数)を電力変動緩和制御より十分遅く(例えば、制御応答を電力変動の緩和制御を0.1秒以下、充電深度制御を数十秒から数分で行うようにする。)すると共に、ゼロまたは極めて小さな値(干渉しない閾値以下)とすることで、充放電指令値Aと充放電指令値Bとが干渉しないようにする。
太陽光や風力等の自然エネルギーを利用した発電部1では、様々なパターンの出力変動が発生し得る。図10は充電深度制御部30が無い場合の電力変動緩和制御の動作模式図を示したもので、点線アで示す太陽光発電の出力が、例えば、時刻t1で高レベル状態から急峻に減少して、その後、分単位以上の時間をかけて出力がゆっくり回復(上昇)した後、時刻tnで再び出力が急落した場合を考える。この時、充電深度制御を行わないと電力貯蔵部4の充電深度は1回目の太陽光発電の出力急落時の電力変動緩和制御に貯蔵エネルギーが消費されて充電深度が低下した状態になってしまう。このため、時刻tnで示す2回目の出力急落時に貯蔵エネルギーの残存量が不足して、時刻tn+1では充放電部3が停止してしまい電力変動緩和制御の継続が困難になる。なお、実線イで示すインバータ出力及び発電部出力は、時刻t1からt2にかけて電力貯蔵部4で補償しながら電力系統への出力を徐々に減少させる。
図9で明らかなように充電深度制御を付加したシステムでは、電力変動緩和制御後に電力貯蔵部4の充電深度は充電深度指令値にて定めた充電深度に復帰するため、時刻tnでの2回目の太陽光発電の出力急落時にも電力変動緩和制御が継続できる。また、上記とは逆に、発電部1の出力が低レベル状態から急峻に増加して、その後、分単位以上の時間をかけて出力がゆっくりと低下した後、再び出力が急増した場合についても同様の効果を得ることができる。
S22で合成出力値が小さいと判断された場合には、S24で合成出力値<1サンプル前合成出力値+変化率上限値の比較判断を実行する。その結果、合成出力値<1サンプル前合成出力値+変化率上限値の場合には、S25で合成出力指令値=1サンプル前合成出力値+変化率下限値の演算が実行される。
なお、図8及び図11で示す実施例では、図13のステップS10のフローに基づいて説明したが、誤差アンプを使用した場合フローは異なるが、この場合でも同様の効果を奏する。
2… DC/DCコンバータ
3… 充放電部
4… 電力貯蔵部
5… インバータ
6… 発電設備
7… 変圧器
8… 負荷
9… 減算部
10… 変化率演算部
15… 遅延部
16、17… 乗算部
18… 加算部
19… 減算部
20… 変化率制限部
21… 電力貯蔵量検出部
22… 制限値補正部
30… 充電深度制御部
31… 加算部
33… 加算部
Claims (8)
- 電力系統から独立した発電設備に自然エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電する発電部を連系し、この発電設備と発電部との間に電力貯蔵部を有する充放電部を接続し、電力貯蔵部に蓄えたエネルギーを充放電部で充電または放電制御することにより前記発電部の出力と充放電部の出力とを加減算して電力の変動を緩和するものにおいて、
変化率演算部を設け、この変化率演算部に、前記発電部の発電電力の検出値、
前記発電設備のガバナが発電部による発電電力の急変に対応できる正方向への電力変化量よりも小さい変化量となるような制限値に設定された正方向変化率設定値、及び負方向への電力変化量よりも小さい変化量となるような制限値に設定された負方向変化率設定値とを入力して変化率演算を実行し、算出された変化率演算部の出力と前記発電部の発電電力の検出値との差信号からなる第1の充放電指令値を算出し、この充放電指令値を前記充放電部に対する制御指令とするよう構成したことを特徴とした自然エネルギーを利用した発電システムに用いる新エネルギー発電システム出力変動緩和装置。 - 前記変化率演算部に入力される正方向変化率設定値と負方向変化率設定値は、前記電力貯蔵部の電力貯蔵量の検出値に応じて各設定値が補正された信号であることを特徴とした請求項1記載の自然エネルギーを利用した発電システムに用いる新エネルギー発電システム出力変動緩和装置。
- 電力系統に自然エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電する発電部を連系し、この電力系統と発電部との間に電力貯蔵部を有する充放電部を接続し、電力貯蔵部に蓄えたエネルギーを充放電部で充電または放電制御することにより前記発電部の出力と充放電部の出力とを加減算して電力の変動を緩和するものにおいて、
変化率演算部を設け、この変化率演算部に、前記発電部の発電電力の検出値、
前記電力系統の急変に対応できる正方向への電力変化量よりも小さい変化量となるような制限値に設定された正方向変化率設定値、及び負方向への電力変化量よりも小さい変化量となるような制限値に設定された負方向変化率設定値とを入力して変化率演算を実行し、算出された変化率演算部の出力と前記発電部の発電電力の検出値との差信号からなる第1の充放電指令値を算出し、この充放電指令値を前記充放電部に対する制御指令とするよう構成したことを特徴とした自然エネルギーを利用した発電システムに用いる新エネルギー発電システム出力変動緩和装置。 - 前記電力系統に自然エネルギーを電気エネルギーに変換して電力を発電する発電部を連系した系統に、発電設備を接続し、前記変化率演算部に入力される正方向変化率設定値と負方向変化率設定値は、前記電力貯蔵部の電力貯蔵量の検出値に応じて各設定値が補正された信号であることを特徴とした請求項3記載の自然エネルギーを利用した発電システムに用いる新エネルギー発電システム出力変動緩和装置。
- 前記電力貯蔵部の充電深度を制御する充電深度制御部を設け、充電深度制御部に、検出された電力貯蔵部の充電深度検出値と充電深度の目標値である充電深度指令値を入力して第2の充放電指令値を算出し、前記第1の充放電指令値と第2の充放電指令値との和による充放電指令値を前記充放電部に対する制御指令とするよう構成したことを特徴とした請求項1乃至4記載の何れかである自然エネルギーを利用した発電システムに用いる新エネルギー発電システム出力変動緩和装置。
- 前記充電深度制御部によって算出された第2の充放電指令値を前記変化率演算部に入力して変化率演算部の出力とすることを特徴とした請求項5記載の自然エネルギーを利用した発電システムに用いる新エネルギー発電システム出力変動緩和装置。
- 前記変化率演算部は、サンプリング信号と正方向変化率設定値との乗算値が1サンプリング前の変化率制限値とを加算する加算部と、サンプリング信号と負方向変化率設定値との乗算値が1サンプリング前の変化率制限値とを差演算する減算部と、これら加算部と減算部の出力信号に基づき変化率を演算する変化率制限部を備えたことを構成したことを特徴とした請求項1乃至5記載の何れかである発電システムに用いる新エネルギー発電システム出力変動緩和装置。
- 前記変化率演算部は、検出された前記発電部の発電電力と前記第2の充放電指令値とを加算する第2の加算部と、サンプリング信号と正方向変化率設定値との乗算値が1サンプリング前の変化率制限値とを加算する第1の加算部と、サンプリング信号と負方向変化率設定値との乗算値が1サンプリング前の変化率制限値とを差演算する減算部と、これら第1、第2の加算部及び減算部の出力信号に基づき変化率を演算する変化率制限部を備えたことを構成したことを特徴とした請求項6記載の発電システムに用いる新エネルギー発電システム出力変動緩和装置。
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