JP6984262B2 - 制御装置、電力変換装置、制御方法、電力変換方法、プログラム - Google Patents
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Description
特許文献1 特開2017−127044号公報
特許文献2 特開2016−131441号公報
特許文献3 特開2008−193827号公報
特許文献4 特開2008−259400号公報
特許文献5 特開2012−060826号公報
特許文献6 特開2010−074989号公報
特許文献7 特開2015−144551号公報
図1は、本実施形態に係る系統連系システム1を示す。系統連系システム1は、電力業者等が提供する電力系統に含まれる系統電源10と、電力系統の少なくとも一部をなすローカルエリア100に接続された太陽光発電システム、風力発電システムおよび燃料電池発電システム等である1または複数(本実施形態では一例として2つ)の分散電源11と、系統電源10および分散電源11の間にそれぞれ設けられて分散電源11からの電力を系統電源10に応じた電力に変換して系統電源10に供給する1または複数(本実施形態では一例として2つ)の電力変換装置2と、ローカルエリア100内の電力変換装置2を制御する制御装置3とを備える。
電力変換装置2は、電力系統の事故停電、計画停電、および保守停電等によって系統電源10側が電力系統から切り離されて分散電源11側が単独運転状態となったことを検出する。本実施形態に係る電力変換装置2は、一例として、単独運転を検出したことに応じて、分散電源11側と系統電源10側の間を切り離す。これにより、電力変換装置2は、電力系統側での作業・点検の安全性を確保し、及び/又は電力系統側の配電設備を保護することができる。電力変換装置2は、電力変換部20と、出力停止部21と、通信部23とを備える。
電力変換部20は、インバータ201およびインバータ制御部203を有し、分散電源11からの電力を系統電源10に応じた交流に変換する。インバータ201は、分散電源11からの直流電力または交流電力を、電力系統に適合する交流電力に変換して出力する。インバータ制御部203は、インバータ201が出力する交流電力の電圧、周波数、および位相を電力系統側の電力に合わせるようにインバータ制御部203を制御する。
出力停止部21は、系統電源10が単独運転状態となったことを検出して、分散電源11からの出力を停止させる。本実施形態に係る出力停止部21は、電力変換部20および系統電源10の間の電源経路に対して無効電力を注入し、単独運転の場合には無効電力注入の影響により電源電力の周波数が大きく変動することを利用して単独運転を検出する。出力停止部21は、スイッチ210と、偏差パラメータ算出部211と、無効電力注入部213と、単独運転検出部215とを有する。
通信部23は、専用または汎用のネットワークを介して制御装置3との間で通信する。例えば通信部23は、制御装置3から出力停止部21に対する各種の指令を受け取る。また、通信部23は、当該電力変換装置2が出力する有効電力量を制御装置3に供給する。
制御装置3は、ローカルエリア100内に接続された少なくとも1つの電力変換装置2を制御する。本実施形態では一例として、制御装置3は、ローカルエリア100に接続された各電力変換装置2を制御する。制御装置3は、系統電源10の運転状態監視装置でもよいし、電力業者の電力サーバでもよい。制御装置3は、収集部30と、需要予測部31と、供給予測部32と、シミュレーション処理部33と、調整決定部34と、調整指示部35と、通信部36とを備える。
収集部30は、ローカルエリア100内の電力に関するローカルエリア情報の少なくとも一部を収集する。ここで、ローカルエリア情報は、ローカルエリア100内に接続された電力線110および1または複数の機器(本実施形態では一例として電力変換装置2および/または負荷50)のうち少なくとも1つに関する情報を含む。
需要予測部31は、ローカルエリア100内に接続された負荷50の使用電力量および/または使用電力量の変化を予測してローカルエリア情報に含める。需要予測部31は、収集部30により収集される使用電力量に加えて/代えて、予測した使用電力量および/または使用電力量の変化をローカルエリア情報に含めてよい。需要予測部31は、使用電力量の収集結果から導出される、基準期間(例えば1日、1週間など)内での使用電力量の変動パターンを参照して予測を行ってよい。需要予測部31は、予測結果を収集部30に供給してよい。
供給予測部32は、ローカルエリア100内に接続された各電力変換装置2が出力する有効電力量および/または有効電力量の変化を予測してローカルエリア情報に含める。例えば、分散電源11が太陽光発電を行う場合には、供給予測部32は、日照予測に基づいて、当該分散電源11に接続された電力変換装置2が出力する有効電力量および/または有効電力量の変化を予測する。供給予測部32は、収集部30により収集される有効電力量に加えて/代えて、予測した有効電力量および/または有効電力量の変化をローカルエリア情報に含めてよい。供給予測部32は、有効電力量の収集結果から導出される、基準期間(例えば1日、1週間など)内での有効電力量の変動パターンを参照して予測を行ってよい。供給予測部32は、予測結果を収集部30に供給してよい。
シミュレーション処理部33は、ローカルエリア情報に基づいて、ローカルエリア100のモデルを用いて電力シミュレーションを行う。例えば、シミュレーション処理部33は、ローカルエリア100内に接続された要素間の電力関係を表すモデルをローカルエリア情報から構築し、配線の各ポイントでの電力状態をシミュレーションする。シミュレーション処理部33は、無効電力の出力によりフリッカが発生するか否かをシミュレーションにより検知してよい。フリッカとは、無効電力注入部213による無効電力の注入によって電源経路の電圧が励振され、電源経路に周期的に予め定義されたフリッカ基準以上の電圧変動が生じる現象である。ここでいう周期的な電圧変動は、交流電圧における交流周波数での瞬時電圧の変化ではなく、主に交流周波数よりも長い周期(一例として数Hz)における最大電圧(あるいは実効電圧または平均電圧)の変動である。
調整決定部34は、ローカルエリア情報に基づいて、複数の電力変換装置2の無効電力出力特性を調整することをそれぞれ決定する。調整決定部34は、電力シミュレーションの結果に基づいて調整を決定してもよい。調整を決定する対象の電力変換装置2の情報は、当該電力変換装置2の調整を決定する場合のローカルエリア情報から除かれてもよい。
調整指示部35は、決定された無効電力出力特性の調整を、対象の電力変換装置2に指示する。本実施形態では調整指示部35は、無効電力出力特性をどのように調整するかを電力変換装置2にさらに指示する。調整指示部35は、通信部36を介して調整の指示を行ってよい。
通信部36は、ローカルエリア100内に接続された電力変換装置2および負荷50との間で専用または汎用のネットワークを介して通信する。
図2は、無効電力出力特性の調整態様の一例を示す。本図の横軸は偏差パラメータ算出部211から受け取る偏差パラメータ(一例として周波数偏差)、縦軸は電源経路に注入すべき無効電力を示す。
図3は、ローカルエリア100のモデルを示す。図中の矢印は有効電力の供給方向を示す。本実施形態においては一例として、シミュレーション処理部33は、ローカルエリア情報として収集した電流値I0〜I4、インダクタンスL1,L2、および抵抗値R1,R2等を用い、ローカルエリア100内の逆潮流の部分をモデル化する。また、シミュレーション処理部33は、得られたモデルを用い、無効電力の出力によりフリッカが発生するか否かをシミュレーションする。例えば、シミュレーション処理部33は、無効電力出力特性で規定される量の無効電力を注入した場合の電圧変動を注入周波数(一例として6〜7Hzの複数の周波数)ごとに推定し、推定された電圧変動値と、周波数ごとに予め定められた係数との乗算結果がいずれかの周波数において閾値を超える場合に、フリッカが発生することが検出されてよい。
[2−1.制御装置で実行される方法]
図4は、制御装置3により行われる、無効電力出力特性の制御方法を示す。制御装置3は、ステップS101〜S105の処理を行うことにより、各電力変換装置2の無効電力出力特性を制御する。この動作フローは、電力系統の状況が変化した場合に実行されてよい。そのような場合としては、例えば、系統電源10および/または分散電源11で発電量が調整された場合、日照が変化した場合、系統連系システム1内で分散電源11および電力変換装置2が新たに起動された場合などが挙げられる。
図5は、電力変換装置2により行われる単独運転の検出方法を示す。電力変換装置2は、ステップS201〜S213の処理を行うことにより単独運転を検出する。
図6は、変形例における電力変換装置2Aを示す。電力変換装置2Aは、分散電源11の正電極側および負電極側の電力線112(P),112(N)からの電力を、系統電源10に応じた多相交流電力(本変形例では一例として三相交流電力)に変換して系統電源10に供給する。電力変換装置2Aは、複数の電力線110(L1)〜110(L3)の線間それぞれに、位相の異なる複数の単相交流電力を供給する。電力変換装置2Aは出力停止部21Aを備える。
図7は、出力停止部21Aを示す。但し、図中ではスイッチ210の図示を省略している。
OR回路2181は、単独運転検出部215Aから供給される検出信号SVL1L2,SVL2L3,SVL3L1の論理和をとった信号をAND回路2183に供給する。これにより、3つの単相交流のいずれかで単独運転状態が検出されたか否かを示す信号がAND回路2183に供給される。
図8は、各単相交流電圧VL1L2,VL2L3,VL3L1の波形を示す。ここで、図中の横軸は時間(ms)を示し、縦軸は電圧値(V)を示す。縦軸および横軸の数値は一例であり、これに限定されるものではない。
[4−1.変形例の系統連系システムの構成]
図9は、変形例に係る系統連系システム1Aを示す。系統連系システム1Aは、系統電源10および分散電源11の間にそれぞれ設けられた2以上(変形例では一例として3つ)の電力変換装置2Aと、ローカルエリア100内の電力変換装置2Aを制御する制御装置3Aとを備える。なお、系統連系システム1Aは、2以上の電力変換装置2Aを備える限りにおいて1つの電力変換装置2をさらに備えてもよい。
[4−2−1.制御装置で実行される方法]
図10は、制御装置3Aにより行われる、選択相の制御方法を示す。制御装置3Aは、ステップS301〜S305の処理を行うことにより、各電力変換装置2Aで選択される単相交流を制御する。なお、この動作フローは、系統連系システム1A内で分散電源11および電力変換装置2が新たに起動された場合に実行されてよい。また、この動作フローは、上述の図4の動作フローと並行して行われてよい。
図11は、電力変換装置2Aにより行われる単独運転の検出方法を示す。電力変換装置2Aは、ステップS401〜S419の処理を行うことにより単独運転を検出する。
Claims (18)
- それぞれ分散電源からの電力を系統電源に応じた電力に変換する複数の第1電力変換装置を制御する制御装置であって、
前記複数の第1電力変換装置のそれぞれについて、電力系統における当該第1電力変換装置が接続されたローカルエリア内に接続された電力線のラインインピーダンスと、前記第1電力変換装置以外の機器とのうち少なくとも1つに関する情報を含むローカルエリア情報に基づいて、当該第1電力変換装置が単独運転状態を検出するために用いる無効電力出力特性の調整を決定する調整決定部と、
前記複数の第1電力変換装置のうち、調整が決定された前記第1電力変換装置に対し、決定された無効電力出力特性の調整を指示する調整指示部と、
を備える制御装置。 - 前記ローカルエリア内に接続された負荷の使用電力量、前記ローカルエリア内に接続された第2電力変換装置が出力する有効電力量、前記ローカルエリア内に接続された配線のラインインピーダンス、および前記ローカルエリア内のポイントにおける電力潮流の状態のうち少なくとも1つに関する情報を、前記ローカルエリア情報の少なくとも一部として収集する収集部を更に備える請求項1に記載の制御装置。
- 前記ローカルエリア内に接続された負荷の使用電力量または使用電力量の変化を予測して前記ローカルエリア情報に含める需要予測部を更に備える請求項1または2に記載の制御装置。
- 前記ローカルエリア内に接続された第2電力変換装置が出力する有効電力量または有効電力量の変化を予測して前記ローカルエリア情報に含める供給予測部を更に備える請求項1から3のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記ローカルエリア内に接続された第2電力変換装置は、太陽光発電を行う分散電源からの電力を系統電源に応じた電力に変換し、
前記供給予測部は、日照予測に基づいて前記第2電力変換装置が出力する有効電力量および有効電力量の変化の少なくとも1つを予測する
請求項4に記載の制御装置。 - 前記調整決定部は、前記ローカルエリア内に接続された第2電力変換装置が出力する有効電力量が増加したことに応じて、前記第1電力変換装置が出力する無効電力量をより低減した前記無効電力出力特性に調整することを決定する請求項1から5のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記調整決定部は、前記ローカルエリア内に接続された負荷の使用電力量が増加したことに応じて、前記第1電力変換装置が出力する無効電力量をより増加させた前記無効電力出力特性に調整することを決定する請求項1から6のいずれか一項に記載の制御装置。
- 前記ローカルエリア情報に基づいて、前記ローカルエリアのモデルを用いて電力シミュレーションを行うシミュレーション処理部を更に備え、
前記調整決定部は、前記電力シミュレーションの結果に基づいて、前記無効電力出力特性の調整を決定する請求項1から7のいずれか一項に記載の制御装置。 - 分散電源からの電力を系統電源に応じた電力に変換する電力変換装置であって、
当該電力変換装置の単独運転状態を検出するための無効電力出力特性を用いて算出した量の無効電力を出力電力に注入する無効電力注入部と、
前記系統電源が有する多相交流に含まれる複数の単相交流の中から、選択する単相交流を切り替え可能な切替部と、
選択した前記単相交流を観測した結果に応じて、前記分散電源からの出力を停止させる出力停止部と
を備え、
前記無効電力注入部は、他の装置からの指示に応じて前記無効電力出力特性を調整する電力変換装置。 - 前記出力停止部は、前記系統電源側の電圧が基準値未満に低下している場合においては、前記複数の単相交流のいずれかで単独運転状態が検出されたことに応じて前記分散電源からの出力を停止させる請求項9に記載の電力変換装置。
- 前記出力停止部は、
前記複数の単相交流のそれぞれについて、前記分散電源の単独運転状態を検出する単独運転検出部と、
前記系統電源側の電圧が基準値未満に低下する電圧低下状態を検出する電圧低下検出部と、
選択した前記単相交流で前記単独運転状態が検出されたこと、または、前記複数の単相交流のいずれかで前記単独運転状態が検出され、かつ前記電圧低下状態が検出されたことの停止条件が成立したか否かを判定する条件判定部と
を有する請求項10に記載の電力変換装置。 - 請求項9から11のいずれか一項に記載の電力変換装置を制御する制御装置であって、
2以上の前記電力変換装置に対して、前記多相交流に含まれる前記複数の単相交流の中から、前記切替部により同一の単相交流を選択することを指示する選択指示部
を備える制御装置。 - 複数の前記電力変換装置のそれぞれにおいて選択された単相交流の選択情報を取得する選択情報取得部を更に備え、
前記選択指示部は、前記複数の電力変換装置の中で最も多く選択されている単相交流を選択することを他の前記電力変換装置に指示する
請求項12に記載の制御装置。 - 前記切替部を有しない一の電力変換装置が停止条件の判定に用いる単相交流を示す固定状態情報を取得する固定状態情報取得部を更に備え、
前記選択指示部は、前記2以上の電力変換装置に対して、前記固定状態情報に示された単相交流と同一の単相交流を前記切替部により選択することを指示する
請求項12または13に記載の制御装置。 - それぞれ分散電源からの電力を系統電源に応じた電力に変換する複数の第1電力変換装置を制御する制御方法であって、
前記複数の第1電力変換装置のそれぞれについて、電力系統における当該第1電力変換装置が接続されたローカルエリア内に接続された電力線のラインインピーダンスと、前記第1電力変換装置以外の機器とのうち少なくとも1つに関する情報を含むローカルエリア情報に基づいて、当該第1電力変換装置が単独運転状態を検出するために用いる無効電力出力特性の調整を決定する調整決定段階と、
前記複数の第1電力変換装置のうち、調整が決定された前記第1電力変換装置に対し、決定された無効電力出力特性の調整を指示する調整指示段階と、
を備える制御方法。 - それぞれ分散電源からの電力を系統電源に応じた電力に変換する複数の第1電力変換装置を制御するコンピュータを、
前記複数の第1電力変換装置のそれぞれについて、電力系統における当該第1電力変換装置が接続されたローカルエリア内に接続された電力線のラインインピーダンスと、前記第1電力変換装置以外の機器とのうち少なくとも1つに関する情報を含むローカルエリア情報に基づいて、当該第1電力変換装置が単独運転状態を検出するために用いる無効電力出力特性の調整を決定する調整決定部と、
前記複数の第1電力変換装置のうち、調整が決定された前記第1電力変換装置に対し、決定された無効電力出力特性の調整を指示する調整指示部、
として機能させるプログラム。 - 電力変換装置において実行され、分散電源からの電力を系統電源に応じた電力に変換する電力変換方法であって、
当該電力変換装置の単独運転状態を検出するための無効電力出力特性を用いて算出した量の無効電力を出力電力に注入する無効電力注入段階と、
前記系統電源が有する多相交流に含まれる複数の単相交流の中から、選択する単相交流を切り替える切替段階と、
選択した前記単相交流を観測した結果に応じて、前記分散電源からの出力を停止させる出力停止段階と
を備え、
前記無効電力注入段階では、他の装置からの指示に応じて前記無効電力出力特性を調整する電力変換方法。 - 分散電源からの電力を系統電源に応じた電力に変換する電力変換装置のコンピュータを、
当該電力変換装置の単独運転状態を検出するための無効電力出力特性を用いて算出した量の無効電力を出力電力に注入する無効電力注入部と、
前記系統電源が有する多相交流に含まれる複数の単相交流の中から、選択する単相交流を切り替え可能な切替部と、
選択した前記単相交流を観測した結果に応じて、前記分散電源からの出力を停止させる出力停止部
として機能させ、
前記無効電力注入部は、他の装置からの指示に応じて前記無効電力出力特性を調整するプログラム。
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