JP7010690B2

JP7010690B2 - 発電システム

Info

Publication number: JP7010690B2
Application number: JP2017250424A
Authority: JP
Inventors: 圭孝竹本; 雅哉一瀬; 知治中村; 智道伊藤; 晃須々木; 薫園部
Original assignee: Hitachi Industrial Products Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Products Ltd
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2022-01-26
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: JP2019118182A; WO2019130665A1

Description

本発明は、発電システムの構成及び制御方式に関する。

近年、地球温暖化対策等の理由により世界中で太陽光発電や風力発電などの新エネルギー発電システムの導入が急速に進んでいる。新エネルギー発電システムは、エネルギー源である太陽光の日射量（太陽光発電）や風速（風力発電）の変動に起因した出力電力変動によって、電力系統の電圧維持に悪影響を及ぼすことが懸念されている。特に、近年の急速な新エネルギー発電システムの普及で電力系統含めた発電システム全体の構造が複雑化、大規模化しており、このことが本課題解決をさらに難しくしている。

一般に、新エネルギー発電システムの発電電力出力に起因した電力出力端の電圧変動は、出力有効電力Ｐと出力無効電力Ｑの比を表すパラメータα（＝Ｑ／Ｐ）を発電電力出力端から無限大母線までの系統インピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの抵抗分Ｒとリアクタンス分Ｘの比Ｒ／Ｘに一致させることで最小化可能であることが知られている。（非特許文献１）

特開２０１１－２３４６２０（Ｐ２０１１－２３４６２０Ａ）

２０１０ＴｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓｏｆＪａｐａｎ，ｐａｇｅ２９７～３０３

従来技術として、複数の発電装置が連系トランスの２次側で接続され、連系トランスの１次側を電力系統と接続するシステムにおいて、連系トランス１次側の無効電力をＱ＝αＰに制御して電力系統とを接続する点（連系点）の電圧変動を抑制する技術が知られている。この従来技術の一例として特許文献１がある。

この制御方式を用いた場合、連系点から電力系統の任意の電圧変動を抑制したい地点（電圧変動抑制点）までに存在するリアクタンスを考慮すれば、電力系統の任意の電圧変動抑制点における電圧変動を抑制することが可能であるが、電圧変動抑制点と新エネルギー発電所の間に、他サイトの新エネルギー発電所が連系される場合、他サイトの出力電力変動に起因した電圧変動を抑制することが出来ない（課題１）。

また、電圧変動抑制点までに連系される新エネルギー発電所全てがこの制御方式で制御されていたとしても、電圧変動抑制点から各新エネルギー発電所の電力の合流点までに存在するリアクタンスによって、新エネルギー発電所単体で期待されている電圧変動抑制効果と同じ効果を得ることができない（課題２）。

さらに、従来技術の新エネルギー発電システムの出力端の電圧変動を抑制するための出力有効電力Ｐと出力無効電力Ｑの比を表すパラメータα（＝Ｑ／Ｐ）を系統インピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸの抵抗分Ｒとリアクタンス分Ｘの比Ｒ／Ｘに一致させる制御方式は、抵抗分Ｒがリアクタンス分Ｘに対して十分に小さいこと（Ｒ＜＜Ｘ）を前提とした近似の元で成立するため、Ｒ＜＜Ｘの前提条件が成立しない場合、所望の電圧変動抑制効果を得ることが出来ない。また、Ｒ＜＜Ｘの条件成立時でもリアクタンスが過大の場合は、原理的に電圧変動抑制効果に限界が存在する（課題３）。

複数の発電所がそれぞれの連系トランスを介して系統に接続され、接続点がインダクタンスおよび抵抗分を介して無限大母線まで接続されている発電システムにおいて、各々の発電所の発電電力を検出可能な有効電力検出部と、各々の発電所の発電電力変動に起因した任意の電圧変動抑制点における電圧変動を抑制するための無効電力を演算し、演算した無効電力に基づき無効電力指令を演算する無効電力指令演算部と、を有し、無効電力指令を各々の発電所へ伝送する制御装置を有する発電システムを提供する。

同系統に複数の新エネルギー発電所が連系される場合において、新エネルギー発電システムの制御装置で計測される有効電力のフィードバックと系統インピーダンスおよび各々の新エネルギー発電所から電圧変動抑制点までのリアクタンスを用いて、各々の新エネルギー発電所に対する電圧変動を抑制するための最適な無効電力指令を算出する制御方式により、任意の点における電圧変動を抑制することを可能とする新エネルギー発電システムを提供する。この制御方式では、電圧変動抑制効果を得るための系統インピーダンスに対する制約条件が存在しないため、インピーダンスの大きい系統に対しても電圧変動抑制効果を得ることが可能である。

実施例１における新エネルギー発電システムの概略構成図の一例制御装置の制御ブロック概略図の一例制御装置の制御対象説明図の一例制御装置の最適α制御ブロック図の一例制御装置の最適α制御演算処理フロー図の一例系統概略図の一例新エネルギー発電所出力電圧と無限大母線電圧のベクトル図の一例制御装置の共通ＬＱ_１補償制御ブロック図の一例制御装置の共通ＬＱ_１補償制御演算処理フロー図の一例制御装置の構内Ｑ_２補償制御ブロック図の一例制御装置の構内Ｑ_２補償制御演算処理フロー図の一例図１の系統条件における従来制御と本発明制御の電圧変動抑制効果比較図の一例実施例２における新エネルギー発電システムの概略構成図の一例実施例２における制御装置の制御ブロック概略図の一例

以下本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。なお、本文中、［］で囲まれた記号はベクトル量を、［］で囲まれていない記号はスカラー量を表し、図中では記号の上に矢印を付すことでベクトル量を表す。また、｜｜は、これにより囲まれたベクトル量の絶対値（長さ）を表す。

図１は、本発明の一実施形態における新エネルギー発電システムの概略構成図である。新エネルギー発電所１と新エネルギー発電所２がそれぞれの連系トランスインダクタンス３と連系トランスインダクタンス４を介して接続点５で接続され、接続点５が線路インダクタンス６（中低圧の線路でＲ＜＜Ｘ）を介して電圧変動抑制点７を経由し、電圧変動抑制点７から無限大母線電圧８の間に存在するインダクタンス１０および抵抗９を介して無限大母線電圧８に接続されている。

制御装置１３は、有効電力検出部１１と無効電力指令演算部１２を有する。有効電力検出部１１は、各新エネルギー発電所の連系トランスインダクタンスから接続点５までの間に設ける電圧センサ１０１ａ、電流センサ１０２ａおよび電圧センサ１０１ｂ、電流センサ１０２ｂによって検出される電圧と電流を用いて、新エネルギー発電所１の出力有効電力Ｐ_ａ１が連系トランスインダクタンス３を通過した後の有効電力Ｐ_ａ２と新エネルギー発電所２の出力有効電力Ｐ_ｂ１が連系トランスインダクタンス４を通過した後の有効電力Ｐ_ｂ２を検出する。

無効電力指令演算部１２は、検出した有効電力の値を用いて電圧変動抑制点７における電圧変動を抑制するための各々の新エネルギー発電所１および新エネルギー発電所２が出力する無効電力指令Ｑ_Ａ，Ｑ_Ｂを演算する。無効電力指令演算部１２はこれら無効電力指令をそれぞれ新エネルギー発電所１と新エネルギー発電所２へと伝送可能な手段を備えており、それぞれの新エネルギー発電所は、制御装置１３からの無効電力指令を受取り、その指令に従った無効電力を出力する手段をもつ。

次に制御装置１３の備える有効電力検出部１１および無効電力指令演算部１２について図２（ａ）と図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）は、制御装置１３の備える有効電力検出部１１と無効電力指令演算部１２の説明図である。有効電力検出部１１は、各新エネルギー発電所の連系トランスインダクタンス３および４から接続点５までの間の電流および接続点５の電圧を入力とし、新エネルギー発電所１と新エネルギー発電所２の出力有効電力Ｐ_ａ２およびＰ_ｂ２を検出し、制御装置１３内の無効電力指令演算部１２へ検出した有効電力Ｐ_ａ２、Ｐ_ｂ２を渡す役割をもつ。

無効電力指令演算部１２は、最適α制御部１４と共通ＬＱ_１補償制御部１５と構内Ｑ_２補償制御部１６を備え、それぞれの制御部（１４～１６）の出力を合計し無効電力指令Ｑ_Ａおよび無効電力指令Ｑ_Ｂを計算して、新エネルギー発電所１および新エネルギー発電所２へそれぞれ伝送する。

最適α制御部１４は、出力有効電力Ｐ_ａ２およびＰ_ｂ２を入力とし、図２（ｂ）の電圧変動抑制点７に流れ込む有効電力Ｐ_{ｔｏｔａｌ}の変動による系統のリアクタンスＸ_ｓと抵抗Ｒ_ｓによって生じる電圧変動抑制点７の電圧変動を抑制するための新エネルギー発電所１および新エネルギー発電所２に適した無効電力指令Ｑ_ＡαおよびＱ_Ｂαを演算する。さらに、無効電力指令Ｑ_ＡαおよびＱ_Ｂαと新エネルギー発電所１への無効電力分配を決めるゲインＧ_Ａおよび新エネルギー発電所２への無効電力分配を決めるＧ_Ｂを共通ＬＱ_１補償制御部１５へ渡し、電圧変動抑制点７に流れ込む有効電力Ｐ_{ｔｏｔａｌ}に対応する電圧変動を抑制するための最適な有効電力と無効電力の比率αを構内Ｑ_２補償制御部１６へ渡す役割を持つ。

共通ＬＱ_１補償制御部１５は、出力有効電力Ｐ_ａ２およびＰ_ｂ２、無効電力指令Ｑ_ＡαおよびＱ_Ｂα、ゲインＧ_ＡおよびＧ_Ｂを入力とし、図２（ｂ）の共通ＬＱ_１補償制御対象１８における線路インダクタンスによるリアクタンスＸによる無効電力消費を補償するための無効電力指令Ｑ_ＡＸ，Ｑ_ＢＸを演算する。

構内Ｑ_２補償制御部１６は、出力有効電力Ｐ_ａ２およびＰ_ｂ２、電圧変動を抑制するための最適な有効電力と無効電力の比率αを入力とし、図２（ｂ）の構内Ｑ_２補償制御対象１９におけるそれぞれの発電所構内に存在する構内リアクタンスＸ_ａおよびＸ_ｂでの無効電力消費を補償するための無効電力指令を演算する。

次に無効電力指令演算部１２中の最適α制御部１４の構成について図３を用いて説明する。最適α制御部１４は、有効電力合計演算部２０と、有効分比例分配ゲイン演算部（発電所１用）２１および有効分比例分配ゲイン演算部（発電所２用）２２と、最適力率αテーブル２３と、電圧変動抑制用無効電力指令演算部２４と、最適α制御Ｑ指令演算部２５とを有する。

有効電力合計演算部２０は、有効電力検出部１１によって検出した新エネルギー発電所１の出力有効電力Ｐ_ａ２と新エネルギー発電所２の出力有効電力Ｐ_ｂ２を入力とし、これら有効電力の合計Ｐ_{ｔｏｔａｌ}（数１）を計算する。

有効分比例分配ゲイン演算部（発電所１用）２１および有効分比例分配ゲイン演算部（発電所２用）２２は、有効電力合計Ｐ_{ｔｏｔａｌ}と各々の新エネルギー発電所の有効電力Ｐ_ａ２（またはＰ_ｂ２）を用いて各々の新エネルギー発電所への無効電力指令を分配するための有効分比例分配ゲインＧ_Ａ（数２）およびＧ_Ｂ（数３）を演算する。

最適力率αテーブル２３は、有効電力合計Ｐ_{ｔｏｔａｌ}から電圧変動抑制点７における電圧変動を抑制するために適した有効電力と無効電力の比率αを算出するために用いられるテーブルである。

電圧変動抑制用無効電力指令演算部２４は、算出したαと有効電力合計Ｐ_{ｔｏｔａｌ}の積として電圧変動抑制用の無効電力指令Ｑ_αｒｅｆ（数４）を演算する。

最適α制御Ｑ指令演算部２５は、有効分比例分配ゲインＧ_ＡおよびＧ_Ｂと無効電力指令Ｑ_αｒｅｆを入力とし、各新エネルギー発電所へ伝送する無効電力指令Ｑ_Ａα（数５）および無効電力指令Ｑ_Ｂα（数６）を演算する。

次に、最適α制御部１４の演算処理フローについて図４を用いて説明する。本演算処理フローは、新エネルギー発電所１および新エネルギー発電所２の有効電力Ｐ_ａ２と有効電力Ｐ_ｂ２を入力とし、それらの合計Ｐ_{ｔｏｔａｌ}を計算し（処理１）、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}とＰ_ａ２およびＰ_ｂ２を用いて有効分比例分配ゲインＧ_ＡおよびＧ_Ｂを計算する（処理２）。次に、Ｐ_{ｔｏｔａｌ}を用いて最適比率αを算出し（処理３）、そのαとＰ_{ｔｏｔａｌ}を用いて電圧変動抑制用無効電力指令Ｑ_αｒｅｆを計算し（処理４）、電圧変動抑制用無効電力指令Ｑ_αｒｅｆと有効分比例分配ゲインＧ_ＡおよびＧ_Ｂを用いて各新エネルギー発電所１および２へ伝送する無効電力指令Ｑ_ＡαとＱ_Ｂαを計算する（処理５）。以上が最適α制御部１４の演算処理フローである。

次に、最適α制御部１４に用いる電圧変動を抑制する有効電力と無効電力の比率であるαの導出方法について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、新エネルギー発電所の系統連系概略図である。新エネルギー発電所の出力する電力の電圧変動抑制点での電力をＰ_{ｔｏｔａｌ}＋ｊＱ_{ｔｏｔａｌ}、電流を［Ｉ］、出力電圧（電圧変動抑制点の電圧に同じ）を［Ｖ_ｐｃｃ］、出力電力端から無限大母線電圧［Ｖ_０］までに存在するインピーダンスをＲ_ｓ＋ｊＸ_ｓ、出力電圧［Ｖ_ｐｃｃ］と無限大母線電圧［Ｖ_０］との位相差をδとする。インピーダンスＲ_ｓ＋ｊＸ_ｓは既知とし、系統からみて遅れ無効電力を正とする。

最適α制御部１４における制御の基本的な考え方は、出力電力Ｐの変化に応じて無効電力Ｑを出力し、図５（ｂ）に示すベクトル図のように、出力電圧［Ｖ_ｐｃｃ］の振幅を、常に無限大母線電圧［Ｖ_０］の振幅と同じ大きさに制御するものである。

以下に無効電力Ｑの導出方法を述べる。導出の前提として、制御によって無限大母線電圧［Ｖ_０］と新エネルギー発電所の出力電圧［Ｖ_ｐｃｃ］の大きさが等しく１ｐｕに制御されるとする（数７）。無限大母線電圧［Ｖ_０］と新エネルギー発電所の出力電圧［Ｖ_ｐｃｃ］をそれぞれ（数８）、（数９）のように定義する。新エネルギー発電所の出力電力Ｐ＋ｊＱを出力電圧［Ｖ_ｐｃｃ］と出力電流［Ｉ］で表す（数１０）。（数９）と（数１０）から電圧変動を抑制可能な電力は（数１１）および（数１２）のように、無限大母線電圧［Ｖ_０］と出力電圧［Ｖ_ｐｃｃ］との位相差δとインピーダンスＲ_ｓとＸ_ｓを用いて表すことができ、それらの比α（＝Ｑ／Ｐ）は（数１３）のように表すことができる。比率αは非線形であるが、有効電力Ｐが決まると位相差δは一意に決まり、その位相差δに応じて比率αおよび無効電力Ｑも一意に定まる。最適α制御部１４に用いる最適αテーブルの中身は、（数１３）に基づいた電圧変動抑制点に流れる有効電力に応じた比率αのデータベースである。

次に共通ＬＱ_１補償制御部１５の構成について、図６を用いて説明する。共通ＬＱ_１補償制御部１５は、共通ＬＱ_１補償指令演算部２６と共通ＬＱ_１補償指令比例分配部２７とを有す。

共通ＬＱ_１補償指令演算部２６は、有効電力検出部１１によって検出した新エネルギー発電所１の出力有効電力Ｐ_ａ２と新エネルギー発電所２の出力有効電力Ｐ_ｂ２と最適α制御部１４によって算出した最適α制御Ｑ指令（発電所１用）Ｑ_Ａαおよび最適α制御Ｑ指令（発電所２用）Ｑ_Ｂαを入力とし、線路インダクタンスＸの値を用いて、線路インダクタンスＸによって消費される無効電力を補償するための無効電力指令を演算する。

共通ＬＱ_１補償指令比例分配部２７は、共通ＬＱ_１補償指令演算部２６によって演算された無効電力指令を有効分比例分配ゲインＧ_Ａおよび有効分比例分配ゲインＧ_Ｂを用いて各発電所の無効電力指令として分配する。

共通ＬＱ_１補償指令演算部２６では、（数１４）に示すように共通の線路インダクタンスで消費される無効電力を補償するための無効電力指令Ｑ_Ｘを演算する。ここで、線路インダクタンスで消費される無効電力Ｑ_Ｘは本来（数１５）のようにインダクタンスを流れる電流［Ｉ_Ｘ］の二乗に比例するが、電圧変動が微小である（｜［Ｖ_ｐｃｃ］｜＝１ｐｕ）という前提条件のもと（数１６，数１７，数１８）で示すように［Ｉ_Ｘ］をＰとＱで近似しているため、（数１４）に示す無効電力指令Ｑ_Ｘは電力とリアクタンスの積の形となっていることに注意する。尚、（数１６）は線路インダクタンスを通過する電力（Ｐ_{ｔｏｔａｌ}，Ｑ_αｒｅｆ）の関係式であり、（数１７）と（数１８）は、（数１６）において｜［Ｖ_ｐｃｃ］｜＝｜［Ｖ_ｐｃｃｄ］｜＝１ｐｕを代入した場合のインダクタンスに流れる電流［Ｉ_Ｘｄ］、［Ｉ_Ｘｑ］と電力との関係式である。

次に、共通ＬＱ_１補償制御部１５の演算処理フローについて図７を用いて説明する。本演算処理フローは、新エネルギー発電所１および新エネルギー発電所２の有効電力Ｐ_ａ２と有効電力Ｐ_ｂ２と最適α制御部１４によって算出した各発電所への最適α制御Ｑ指令Ｑ_ＡαおよびＱ_Ｂαを入力とし、既知であるパラメータＸを用いて共通ＬＱ_１補償指令Ｑ_Ｘを算出する（処理１）。次に有効分比例分配ゲインＧ_ＡおよびＧ_Ｂを入力とし、新エネルギー発電所１および２へ伝送する無効電力指令Ｑ_ＡＸとＱ_ＢＸを計算する（処理２）。以上が共通ＬＱ_１補償制御部１５の演算処理フローである。

次に構内Ｑ_２補償制御部１６の構成について、図８を用いて説明する。構内Ｑ_２補償制御部１６は、有効電力検出部１１によって検出した新エネルギー発電所１の出力有効電力Ｐ_ａ２と新エネルギー発電所２の出力有効電力Ｐ_ｂ２と最適α制御部１４によって算出した最適比率αを入力とし、それぞれの新エネルギー発電所の連系トランスインダクタンスによるリアクタンスＸ_ａおよびＸ_ｂを用いて、それぞれの新エネルギー発電所の連系トランスインダクタンスにより消費される無効電力を補償するための無効電力指令（Ｑ_ＡＸα、Ｑ_ＢＸα）をそれぞれの新エネルギー発電所に対する指令として演算する。

次に、構内Ｑ_２補償制御部１６の演算処理フローについて図９を用いて説明する。本演算処理フローは、有効電力検出部１１によって検出した新エネルギー発電所１の出力有効電力Ｐ_ａ２と新エネルギー発電所２の出力有効電力Ｐ_ｂ２と最適α制御部１４によって算出した最適比率αを入力とし、既知であるパラメータＸ_ａおよびＸ_ｂを用いて構内Ｑ_２補償制御Ｑ指令Ｑ_ＡＸａおよびＱ_ＢＸｂを計算する。以上が構内Ｑ２補償制御部１６の演算処理フローである。

以上の制御方式による無効電力指令Ｑ_Ａ，Ｑ_Ｂによる無効電力制御を各新エネルギー発電所が実施した場合、各新エネルギー発電所の出力電力変動に起因した任意の電圧変動抑制点における電圧変動を抑制することが可能となる。加えて、本制御方式は新エネルギー発電所が２つの場合に限定されるものではなく、接続点５に発電所が３つ以上連系された場合においても、本実施例の制御方式を各発電所に適用することで電圧変動抑制を実行することが可能となる。

図１０は、従来制御方式と本実施例の制御方式による電圧変動抑制効果を比較したグラフである。系統条件は図１を仮定し、新エネルギー発電所の発電電力の最大値はそれぞれ０．２４ｐｕ（Ｐ_ａ２）、０．１７ｐｕ（Ｐ_ｂ２）に設定し、それぞれの連系トランスインダクタンスによるリアクタンスＸ_ａ、Ｘ_ｂおよび共通線路インダクタンスによるリアクタンスＸはそれぞれＸ_ａを５０％、Ｘ_ｂを７０％、Ｘを３０％程度に設定した（全て１００ＭＶＡベースの値）。また電圧変動抑制点から無限大母線電圧までの間に存在する抵抗Ｒ_ｓを２０％とリアクタンスＸ_ｓを５０％程度に設定し（全て１００ＭＶＡベースの値）、Ｒ_ｓが無視できない条件としている。発電電力の変動は、各発電所が同じ周期（１周期：２秒）かつ同期して出力変動する最も電圧変動が大きいケースを仮定した。また、本シミュレーションでは遅れ時間は考慮していない。また、無限大母線の電圧を１ｐｕとしている。

図中点線で示す従来方式では、発電所２の発電電力による電圧変動を抑制出来ないため、新エネルギー発電所の出力が最大のタイミングで電圧変動が５．８％と大きい。これに対して本実施例の制御方式では、最も電圧変動が大きい場合でも０．２％程度となり、従来方式と比較して電圧変動抑制効果を得られることを確認した。また、本シミュレーションでは出力電力変動周期を２秒に設定したが、実際の太陽光による日射量や風力発電における風量の変化はこれよりも十分遅いと考えられる。

他サイトの新エネルギー発電所の出力変動に起因する電圧変動抑制（課題１）に対しては、他サイトの発電電力を検出し、他サイトの発電電力の影響を考慮した電圧変動抑制のための無効電力指令を演算し、自サイトと他サイトへ無効電力指令を最適に分配することで解決することができる。

また、新エネルギー発電所から任意の電圧変動抑制点までのリアクタンスによる電圧変動抑制効果の低下（課題２）に対しては、各新エネルギー発電所のリアクタンスによる無効電力消費を補償することで解決することができる。

また、系統の抵抗分と過大なリアクタンス分による電圧変動抑制効果の低下（課題３）に対しては、従来技術で用いられている原理式そのものが見直されることで解決されている。

次に本発明の実施例２を説明する。図１１は、実施例２における新エネルギー発電システムの概略構成図である。図１との相違点は、接続点５において、無効電力指令を受取る機能もしくは無効電力を調整する機能のない新エネルギー発電所２８が連系トランスインダクタンス２９を介して連系された点、制御装置３０が連系トランスインダクタンス２９と接続点５の間に設ける電圧センサ１０１ｃ、電流センサ１０２ｃによって検出される電圧と電流を用いて、新エネルギー発電所２８の出力有効電力Ｐ_ｃ１が連系トランスインダクタンス２９を通過した後の有効電力Ｐ_ｃ２を検出する機能が追加された有効電力検出部３１を有している点、新エネルギー発電所２８の出力変動に起因する電圧変動を抑制するための無効電力指令Ｑ_Ｃを演算し、その無効電力指令Ｑ_Ｃを無効電力指令Ｑ_ＡおよびＱ_Ｂへ上乗せすることで、新エネルギー発電所２８の出力変動による電圧変動抑制点７における電圧変動を同一系統に連系される新エネルギー発電所１および新エネルギー発電所２の無効電力制御によって補償する制御構成とした点である。

このような構成とすることで、上記機能がない新エネルギー発電所２８が連系されている場合においても、電圧変動抑制点７における電圧変動を抑制することが可能となる。

次に、実施例２で変更した制御装置３０の有効電力検出部３１と無効電力指令演算部３２の詳細について図１２を用いて説明する。

図１２は制御装置３０の詳細構成であり、図２との相違点は、新エネルギー発電所２８の有効電力Ｐ_Ｃ２も有効電力検出部３１によって検出し、有効電力Ｐ_ｃ２を無効電力指令演算部３２へ渡す機能を有した点、新エネルギー発電所２８の出力変動に起因する電圧変動を抑制するための無効電力指令Ｑ_ｃを計算するようにした点、任意に設定可能な分配ゲインＧ_１およびＧ_２によって新エネルギー発電所２８の出力変動に起因する電圧変動を抑制するための無効電力指令Ｑ_Ｃを分配し、新エネルギー発電所１と新エネルギー発電所２に対する無効電力指令にそれぞれ上乗せする形で無効電力指令Ｑ_Ａおよび無効電力指令Ｑ_Ｂを演算する点である。

実施例２における分配ゲインＧ_１、Ｇ_２の決め方は運用によるが、新エネルギー発電所２８の出力変動に起因する電圧変動を抑制するための無効電力指令Ｑ_Ｃの過補償または不足が生じないように、分配後の無効電力指令大きさの合計が分配前の無効電力指令の大きさと同じとなるように決める必要がある（数１９）。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。上記実施例においては新エネルギー発電所を例として説明したが、新エネルギー発電所には風力、太陽光、地熱、水力等の自然エネルギーを電力に変換する発電所を一例とした電動機を用いない発電所に加え、自らが発電せずに蓄えた電力を放出する蓄電池などを上記実施例における「新エネルギー発電所」として利用することが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、各種記録装置や記録媒体に保存することができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１容量Ａ［ＭＷ］の新エネルギー発電所
２容量Ｂ［ＭＷ］の新エネルギー発電所
３容量Ａ［ＭＷ］の新エネルギー発電所用の連系トランスインダクタンス
４容量Ｂ［ＭＷ］の新エネルギー発電所用の連系トランスインダクタンス
５各新エネルギー発電所の接続点
６特高系統の線路インダクタンス
７電圧変動抑制点
８無限大母線電圧
９電圧変動抑制点から無限大母線電圧までの抵抗分
１０電圧変動抑制点から無限大母線電圧までのインダクタンス
１１有効電力検出部
１２実施例１における無効電力指令演算部
１３実施例１における制御装置
１４最適α制御部
１５共通ＬＱ_１補償制御部
１６構内Ｑ_２補償制御部
１７最適α制御対象
１８共通ＬＱ_１補償制御対象
１９構内Ｑ_２補償制御対象
２０有効電力合計演算部
２１有効分比例分配ゲイン演算部（発電所１）
２２有効分比例分配ゲイン演算部（発電所２）
２３最適αテーブル
２４電圧変動抑制用無効電力指令演算部
２５最適α制御Ｑ指令演算部
２６共通ＬＱ_１補償指令演算部
２７共通ＬＱ_１補償指令比例分配部
２８容量Ｃ［ＭＷ］の新エネルギー発電所
２９容量Ｃ［ＭＷ］の新エネルギー発電所用の連系トランスインダクタンス
３０実施例２における制御装置
３１実施例２における有効電力検出部
３２実施例２における無効電力指令演算部

Claims

複数の発電所がそれぞれの連系トランスを介して系統に接続され、接続点がインダクタンスおよび抵抗分を介して無限大母線まで接続されている発電システムにおいて、
各々の前記発電所の発電電力を検出可能な有効電力検出部と、各々の前記発電所の発電電力変動に起因した任意の電圧変動抑制点における電圧変動を抑制するための無効電力を各々の前記発電所について演算し、演算した無効電力に基づき各々の前記発電所の無効電力指令を演算する無効電力指令演算部を備え、前記無効電力指令を各々の前記発電所へ伝送する制御装置を有し、
前記制御装置は、
前記有効電力検出部が検出した有効電力と、前記電圧変動抑制点から無限大母線電圧までのインダクタンスおよび前記電圧変動抑制点から無限大母線電圧までの抵抗分と、を用いて前記電圧変動抑制点における電圧変動を抑制するための無効電力量を各々の前記発電所について演算する制御部１と、
前記接続点から前記電圧変動抑制点までのインダクタンスにより消費される無効電力を補償する無効電力補償量１を各々の前記発電所について演算する制御部２と、
各々の前記発電所から接続点までの間の前記連系トランスのインダクタンスにより消費される無効電力を補償する無効電力補償量２を各々の前記発電所について演算する制御部３を有し、
前記無効電力指令は、前記無効電力量と、前記無効電力補償量１と、前記無効電力補償量２とに基づき生成される発電システム。
前記制御部１は、
検出した各々の前記発電所の発電電力の合計である合計発電電力を演算する有効電力合演算部と、
前記合計発電電力から電圧変動抑制点における電圧変動を抑制するための有効電力と無効電力の比率αを算出可能な最適比率αテーブルと、
前記比率αと前記合計発電電力とを用いて前記無効電力量を演算する電圧変動抑制用無効電力指令演算部と、を有する請求項１に記載の発電システム。
前記制御部２は、検出した各々の前記発電所の発電電力と前記制御部１により算出した前記無効電力量と前記接続点から前記電圧変動抑制点までのインダクタンスのリアクタンスとを用いて前記接続点から前記電圧変動抑制点までのインダクタンスにおける無効電力消費を補償するための無効電力補償量１を演算する演算部１を有する請求項１に記載の発電システム。
前記制御部３が、検出した各々の前記発電所の発電電力と前記制御部１により算出した前記比率αと各々の前記発電所の前記連系トランスのインダクタンスのリアクタンスを用いて、各々の前記連系トランスのインダクタンスにおける無効電力消費を補償するための無効電力補償量２を各々の前記発電所に対して演算する演算部２を有する請求項２に記載の発電システム。
制御装置を有し、
制御装置から無効電力指令を受取ることが可能な１または複数の発電所１と無効電力指令を受取る機能の無い１または複数の発電所２がそれぞれの連系トランスを介して系統に接続され、接続点がインダクタンスおよび抵抗分を介して無限大母線まで接続されている発電システムにおいて、
前記制御装置は、
前記発電所１および前記発電所２の発電電力を検出可能な有効電力検出部と、
前記発電所１および前記発電所２の発電電力変動に起因した前記発電所２と系統との接続点と無限大母線までの間の任意の電圧変動抑制点における電圧変動を抑制するための無効電力指令を演算する無効電力指令演算部と、を有し、
前記無効電力指令演算部は、前記発電所２の出力電力変動による電圧変動を抑制するための無効電力を前記発電所１へ分配するように前記無効電力指令を生成するとともに、
前記有効電力検出部が検出した有効電力と前記電圧変動抑制点から無限大母線電圧までのインダクタンスおよび前記電圧変動抑制点から無限大母線電圧までの抵抗分を用いて、電圧変動抑制点における電圧変動を抑制するための無効電力量を演算する制御部１と、
前記接続点から前記電圧変動抑制点までのインダクタンスにより消費される無効電力を補償する無効電力補償量１を演算する制御部２と、
前記発電所１および前記発電所２から接続点までの間に存在する前記連系トランスのインダクタンスにより消費される無効電力を補償する無効電力補償量２を演算する制御部３と、を有し、
前記無効電力指令は、前記無効電力量と、前記無効電力補償量１と、前記無効電力補償量２とに基づき生成される発電システム。
前記制御部１は、発電所１および発電所２の発電電力の合計である合計発電電力を演算する有効電力合計演算部と、
前記合計発電電力から電圧変動抑制点における電圧変動を抑制するための有効電力と無効電力の比率αを算出可能な最適比率αテーブルと、
前記比率αと前記合計発電電力を用いて電圧変動抑制点における電圧変動を抑制するための無効電力量を演算する電圧変動抑制用無効電力指令演算部と、を有する請求項５に記載の発電システム。
前記制御部２は、各々の発電所１および発電所２の発電電力と前記無効電力指令と前記インダクタンスのリアクタンスとを用いて前記インダクタンスにおける無効電力消費を補償するための無効電力補償量１を演算する演算部１を有する請求項５に記載の発電システム。
前記制御部３は、各々の発電所１および発電所２の発電電力と前記比率αと各々の発電所１および発電所２の前記連系トランスのインダクタンスのリアクタンスを用いて、各々の前記連系トランスのインダクタンスにおける無効電力消費を補償するための無効電力補償量２を各々の発電所１および発電所２に対して演算する演算部２を有する請求項６に記載の発電システム。