JP5979404B1 - 分散型電源の制御方法及び制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記の点に鑑み、従来から、連系点における電圧変動を抑制するために種々の技術が提供されている。
図8において、30は風力発電装置を有する分散型電源、31は風車ブレード、32は発電機、33はコンバータ及びインバータからなる電力変換器、34は電圧検出器、35は電流検出器、36は制御器、37は風車コントローラ、40は抵抗成分R1及びリアクトル成分X1により表した連系線、50は電力系統、60は抵抗成分R2及びリアクトル成分X2により表した一般負荷、Aは分散型電源30と系統側との連系点である。
この制御器36は、連系点Aの電圧検出値V及び電流検出値Iが入力されて有効電力Pと電圧振幅値Vpを演算する電力電圧演算器36aと、有効電力Pの変動成分ΔPを検出する変動検出器36bと、電圧振幅値Vpの変動成分ΔVpを検出する変動検出器36dと、有効電力P及び変動成分ΔP,ΔVpから無効電力指令値Q*を演算する無効電力指令演算器36cと、図8の風車コントローラ37から入力される有効電力指令値P*及び無効電力指令値Q*を用いてゲートパルス指令G*を生成する電力制御器36eと、を備えている。そして、ゲートパルス指令G*により電力変換器33の半導体スイッチング素子をオン・オフさせて無効電力Qを制御し、有効電力Pの変動に伴って発生する電圧振幅値Vpの変動成分ΔVpをゼロに近付けている。
図10において、連系線40上の連系点Aには、変圧器71及び構内配線72を介して複数台の太陽光発電装置80が互いに並列に接続されている。これらの太陽光発電装置80は、太陽電池81、電力変換器82及び制御器85を備えており、各検出器73,83,84により検出した全体の出力電流I、自己の出力電流I1及び出力電圧V1が入力される制御器85によって電力変換器82に対するゲートパルス信号G1を生成するように構成されている。
この制御器85は、電圧V1及び電流I,I1が入力されて電圧V1,電流I1のd,q軸成分V1d,V1q,I1d,I1qと全体の有効電力Pを演算する電圧電流電力演算器85aと、連系点Aの電圧振幅VSを推定する電圧推定演算器85bと、電圧振幅VSの変動成分ΔVSを検出する変動検出器85cと、合計有効電力Pの変動成分ΔPを検出する変動検出器85dと、有効電力Pの変動成分ΔPの増減方向を示す符号信号ΔPSIGNを生成する不感帯付符号器85eと、変動成分ΔVSと符号信号ΔPSIGNとを乗算する乗算器85fと、その出力を積分して特許文献1と同様の制御パラメータαを得る積分器85gと、連系点Aの有効電力P1と制御パラメータαとを用いて無効電力補償量Q1 *を演算する無効電力補償演算器85hと、有効電力Pの変動成分ΔPと制御パラメータαとを用いて有効電力変動指令ΔP1 *を演算する出力変動発生器85iと、を備えている。
しかしながら、有効電力Pを変動させることは本来的に出力可能な発電電力を減少させることにもなり、発電機会の損失につながると共に、系統の安定化という観点からは決して好ましいものではない。
前記連系点の一定期間の電圧及び電流から連系点電圧変動量、連系点有効電力及び連系点力率を演算し、前記連系点有効電力と前記連系点電圧変動量との関係を一次関数により近似して前記一次関数の傾きを最小二乗法により求め、
所定の演算周期に従って演算した前記連系点力率の増減及び前記傾きの増減に応じて力率変動量を設定し、前記力率変動量を最新の前記連系点力率に加算して前記傾きをほぼ0にするような力率指令を演算すると共に、
前記力率指令に基づいて前記電力変換器の半導体スイッチング素子を駆動することにより、前記電力変換器から出力される無効電力を制御して前記連係点の電圧変動を抑制するものである。
前記連系点の一定期間の電圧及び電流から連系点電圧変動量、連系点有効電力及び連系点力率を演算する手段と、
前記連系点有効電力と前記連系点電圧変動量との関係を一次関数により近似して前記一次関数の傾きを最小二乗法により求める傾き演算手段と、
所定の演算周期に従って演算した前記連系点力率の増減及び前記傾きの増減に応じて力率変動量を設定し、前記力率変動量を最新の前記連系点力率に加算して前記傾きをほぼ0にするような力率指令を演算する力率演算手段と、
前記力率指令が与えられる制御器と、を備え、
前記制御器が前記力率指令に基づいて生成した駆動信号によって前記電力変換器の半導体スイッチング素子を駆動することにより、前記電力変換器から出力される無効電力を制御して前記連係点の電圧変動を抑制するものである。
このため、分散型電源の発電電力の有効利用及び系統の安定化が可能である。
図1は、この実施形態を太陽光発電システムに適用した場合の全体構成図である。
この太陽光発電システム20は、太陽電池21と、その直流出力電圧を交流電圧に変換するインバータ等の電力変換器22と、電力変換器22の半導体スイッチング素子を駆動するための制御器23と、を備えている。上記構成の太陽光発電システム20と連系変圧器26との直列回路は複数、並列に接続され、連系変圧器26の一次側が連系点Aに接続されている。
なお、上記構成において、太陽光発電システム20は三相出力であり、三相の電力系統50及び連系線40に連系しているものとする。
力率演算器29では、力率を変化させない一定時間(例えば10分間)に測定した連系点電圧及び連系点電流から、連系点Aの有効電力と電圧変動量との関係を一次関数(比例関数)により近似し、その一次関数の傾きが0になるように力率指令(=力率の移動平均値+力率変動量)を最適化して出力する。
図示するように、連系点電圧変動量を連系点有効電力の一次関数によって近似した場合、一次関数の傾きが正である場合には力率が高過ぎ、また、傾きが負である場合には力率が低過ぎると考えられる。
従って、図3における一次関数の傾き(△にて示す)がほぼ0に収束するように、すなわち、連系点有効電力の変動に関わらず連系点電圧変動量がほぼ0となるように力率を最適化する。
なお、力率演算器29は、連系点Aの電圧のばらつきが定格電圧を中心とした所定電圧範囲に収まっている場合には、力率を変化させずに従前の値を用いることとした。
図4において、連系点演算手段1は、一定時間(例えば10分間)に所定のサンプリング周期により検出した連系点Aの電圧、電流(何れも瞬時値)から、三相各相の電圧実効値の平均値Vs、連系点Aの有効電力Ps、連系点Aの力率φを演算して出力する。
この電圧変動量Vsvalを、例えば10分間のデータを格納するリングバッファ6に入力する。すなわち、リングバッファ6には、常に10分前までのデータ(電圧変動量Vsval)が格納されており、10分経過した古いデータは順に廃棄されるようになっている。
連系点Aの有効電力Psについても、リングバッファ7によって常に10分前までのデータ(有効電力Ps)が格納される。
S=Σ(y(i)−ax(i))2
[数式2]
∂S/∂a=0
[数式3]
a=Σx(i)y(i)/Σx(i)2
また、傾き演算手段8により演算された傾きaの今回値、及び、サンプルホールド手段13により保持された傾きaの前回値が、力率演算手段16に入力されている。
なお、10,12はサンプルホールド手段11,13及び後述のアンドゲート15にそれぞれ入力されるクロック信号を生成する定周期タイマである。
また、力率の今回値φ(i)が前回値φ(i-1)より減少していても(同S3Yes)、電圧変動量Vsvalの増加や有効電力Psの減少により傾きの今回値a(i)が前回値a(i-1)より増加しているか、または前回値a(i-1)と変わらない場合には(同S4No)、力率φを逆方向に変化させるために、力率変動量を(+Δφ)とし(同S6)、これを力率の今回値φ(i)に加算して力率を変更する(同S1)。
よって、力率が低くなるように力率変動量を(−Δφ)とし(同S8)、これを力率の今回値φ(i)に加算して力率を変更する(同S1)。
従って、太陽光発電システム20の発電能力を有効に利用可能であると共に、系統の安定化にも寄与する。
1:連系点演算手段
2,9:移動平均手段
3,11,13:サンプルホールド手段
4:電力判定手段
5:減算手段
6,7:リングバッファ
8:傾き演算手段
10,12:定周期タイマ
14:力率演算実行判定手段
15:アンドゲート
16:力率演算手段
20:太陽光発電システム(分散型電源)
21:太陽電池
22:電力変換器
23:制御器
24,25:電圧・電流検出手段
26:連系変圧器
27:電圧検出器
28:電流検出器
29:力率演算器
40: 連系線
50: 電力系統
Claims (4)
- 発電設備に接続され、かつ電力系統に連系して運転される電力変換器を備えた分散型電源の制御方法であって、前記電力変換器から出力される無効電力を制御して前記電力系統と前記電力変換器との連係点の電圧変動を抑制するようにした分散型電源の制御方法において、
前記連系点の一定期間の電圧及び電流から連系点電圧変動量、連系点有効電力及び連系点力率を演算し、前記連系点有効電力と前記連系点電圧変動量との関係を一次関数により近似して前記一次関数の傾きを最小二乗法により求め、
所定の演算周期に従って演算した前記連系点力率の増減及び前記傾きの増減に応じて力率変動量を設定し、前記力率変動量を最新の前記連系点力率に加算して前記傾きをほぼ0にするような力率指令を演算すると共に、
前記力率指令に基づいて前記電力変換器の半導体スイッチング素子を駆動することにより、前記電力変換器から出力される無効電力を制御して前記連係点の電圧変動を抑制することを特徴とした分散型電源の制御方法。 - 請求項1に記載した分散型電源の制御方法において、
前記連系点電圧変動量が前記電力系統の定格電圧を含む前後の所定電圧範囲にある時を除いて、前記力率指令の演算処理を実行することを特徴とする分散型電源の制御方法。 - 発電設備に接続され、かつ電力系統に連系して運転される電力変換器を備えた分散型電源の制御装置であって、前記電力変換器から出力される無効電力を制御して前記電力系統と前記電力変換器との連係点の電圧変動を抑制するようにした分散型電源の制御装置において、
前記連系点の一定期間の電圧及び電流から連系点電圧変動量、連系点有効電力及び連系点力率を演算する手段と、
前記連系点有効電力と前記連系点電圧変動量との関係を一次関数により近似して前記一次関数の傾きを最小二乗法により求める傾き演算手段と、
所定の演算周期に従って演算した前記連系点力率の増減及び前記傾きの増減に応じて力率変動量を設定し、前記力率変動量を最新の前記連系点力率に加算して前記傾きをほぼ0にするような力率指令を演算する力率演算手段と、
前記力率指令が与えられる制御器と、
を備え、
前記制御器が前記力率指令に基づいて生成した駆動信号によって前記電力変換器の半導体スイッチング素子を駆動することにより、前記電力変換器から出力される無効電力を制御して前記連係点の電圧変動を抑制することを特徴とした分散型電源の制御装置。 - 請求項3に記載した分散型電源の制御装置において、
前記連系点電圧変動量が前記電力系統の定格電圧を含む前後の所定電圧範囲にある時を除いて、前記力率演算手段による演算処理を実行することを特徴とする分散型電源の制御装置。
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