JP7492859B2 - 電力系統制御装置および発電システム - Google Patents
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Description
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、電力系統を適切に安定化できる電力系統制御装置および発電システムを提供することを目的とする。
以下では、まず、電力系統で事故があった時の電力系統の安定性について説明し、再生可能エネルギー発電が系統連系した時に安定性に与える影響を説明する。その後、電力系統に貢献する再生可能エネルギー発電の制御方式について説明する。
電力系統が安定な状態とは、平常時、事故時ともに、系統の電圧と周波数が閾値内に維持される状態を指す。
電力系統で事故が発生すると、電圧と周波数が大きく変動する。その後、保護リレーシステム等による事故除去のタイミングによっては、電圧と周波数の変動が電力系統の各部に発散する場合もある。
この場合は、電力系統内の同期発電機に脱調現象が生じている可能性がある。そこで、再生可能エネルギー発電の有効電力を抑制し、容量性無効電力(進み無効電力)を出力することにより、同期発電機の出力を増加して脱調を抑制すると同時に、系統電圧を維持することが好ましい。より詳細に述べると、再生可能エネルギー発電が容量性無効電力を出力し、力率を所定値thpf1(図示せず)未満にするとよい。
・制御方式C2(第2の制御方式):系統電圧低下、周波数低下時
この場合は、電力系統内の発電機が脱落している可能性がある。そこで、再生可能エネルギー発電の有効電力を大きくし、容量性無効電力を出力することにより、電力系統内の需給バランスを維持すると同時に、系統電圧を維持することが好ましい。より詳細に述べると、再生可能エネルギー発電が容量性無効電力を出力し、力率を所定値thpf1以上にするとよい。
この場合は、電力系統内の負荷が脱落している可能性がある。そこで、再生可能エネルギー発電の有効電力を抑制し、誘導性無効電力(遅れ無効電力)を出力することにより、見かけ上の負荷を大きく見せることで、需給バランスを維持することが好ましい。より詳細に述べると、再生可能エネルギー発電が誘導性無効電力を出力し、力率を所定値thpf2(図示せず)未満にするとよい。
・制御方式C4(第4の制御方式):系統電圧上昇、周波数低下時
この場合は、電力系統内の発電機が脱落している可能性がある。そこで、再生可能エネルギー発電の出力復帰を早めることで、不足している有効電力を大きくし、誘導性無効電力を出力することによって電力系統の電圧を下げ、見かけ上の負荷を小さく見せることで、需給バランスを維持することが好ましい。より詳細に述べると、再生可能エネルギー発電が誘導性無効電力を出力し、力率を所定値thpf2以上にするとよい。
図1は、好適な第1実施形態による再生エネルギー発電システム1(発電システム)のブロック図である。
図1において、再生エネルギー発電システム1は、計算サーバ10(電力系統制御装置)と、2台のPCS(Power Conditioning System;電力変換装置)20A,20Bと、2台の発電電源30A,30Bと、計測部50,60と、を備えている。PCS20A,20Bは三相の電力系統40に接続されている。さらに、電力系統40には、連携点78において、同期発電機70が接続されており、需要点91,92において、それぞれ負荷設備101,102が接続されている。
図において、計算サーバ10および制御装置25Aの内部は、これらの制御プログラム等によって実現される機能を示している。なお、制御装置25Bの内部については図示を省略するが、制御装置25Bも制御装置25Aと同様の機能を備えている。
計測部50は、センサ52と、計測送信部54と、を備えている。センサ52は、電力系統40の電圧・電流等の瞬時値を計測する。また、計測送信部54は、センサ52の計測結果を、所定のサンプリング周期毎に、計測データとして計算サーバ10に送信する。
図3において初期断面計算部230は、DFT部231と、α-β変換部232と、d-q変換部234と、PQ計算部236と、実効値潮流計算部238と、を備えている。DFT部231は、電力系統40(図2参照)の各計測点58,68,88(図2参照)における三相の電圧、電流の計測値に対してDFT(Discrete Fourier Transformation)を施し、これら計測値を振幅情報と位相情報とに分離する。
図4において、過渡計算部250は、モデルとして、同期発電機挙動計算モデル251と、電力系統モデル252と、PCS挙動計算モデル300と、を備えている。また、過渡計算部250は、機能として、計算モデル変更部256と、時間離散計算アルゴリズム257と、を備えている。計算モデル変更部256は、PCS挙動計算モデルを、外部指令により変更する。
本モデルはPCS20A,20BのPCS制御部280の制御ブロックの一部を再現してシミュレートするものであり、当該PCSの電流出力指令値がそのまま電力系統40に出力されると仮定した、理想的な電流源モデルである。比較器302は、連系点電圧Vpcs(図2参照)が系統電圧の運用下限値である閾値th1よりも大きければ“1”、小さければ“0”を出力する。また、比較器304は連系点電圧Vpcsが系統電圧の運用上限値である閾値th2よりも小さければ“1”、大きければ“0”を出力する。論理積判定器306は、比較器302,304の双方の“1”である場合に“1”となり、それ以外の場合に“0”となる論理信号LGを出力する。従って、論理信号LGは、連系点電圧Vpcsが系統電圧の運用範囲内であるときは“1”になり、運用範囲外であるときは“0”になる。
図6において処理がステップS10に進むと、現状が「事故から復帰直後」の状態であるか否かが判定される。具体的には、「論理信号LG(図5参照)が“0”から“1”に変化した後、所定の規定時間が経過していない」状態であるか否かが判定される。従って、論理信号LGが“0”である場合や、論理信号LGが上記規定時間以上、“1”である場合には、ここでは「No」と判定される。
図中に示すテーブルTBL1は、PCS20A(図1参照)についての電圧閾値Vthおよび周波数閾値Fth、並びにPCS20Bについての電圧閾値Vthおよび周波数閾値Fthについて、閾値候補となる種々の組合せを記憶するテーブルである。これら組合せ候補には、各々一意の「組合せNo.」が付与されている。
図8に示すように、PCS制御部280は、電流指令値出力部282と、AVR(Automatic Voltage Regulator;自動電圧調整器)284と、を備えている。ここで、電流指令値出力部282の構成は、図5に示したPCS挙動計算モデル300のものと同様である。従って、電流指令値出力部282は、PCS挙動計算モデル300と同様に、d軸電流指令値Idrefと、q軸電流指令値Iqrefとを出力する。但し、電流指令値出力部282においては、閾値送信部268(図2参照)から閾値受信部270に送信された電圧閾値Vthおよび周波数閾値Fthが適用される。
次に、好適な第2実施形態による再生エネルギー発電システムについて説明する。なお、以下の説明において、上述した第1実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。まず、本実施形態の全体構成は、第1実施形態のもの(図1)と、同様である。
図9においては、上述の第1実施形態(図2参照)における閾値候補選択部266と、閾値送信部268と、閾値受信部270と、に代えて、パラメータ候補選択部466(候補選択部)と、パラメータ送信部468と、パラメータ受信部470と、が設けられている。
図10は、本実施形態の過渡計算部250およびパラメータ候補選択部466によって実行される無効電力指令値選択ルーチンの一例を示すフローチャートである。本実施形態においては、計算サーバ10によって第1実施形態における閾値選択ルーチン(図7)に代えて、上述の各種パラメータを選択する複数のルーチンが実行される。これら複数のルーチンの一例が、図10に示す無効電力指令値選択ルーチンになる。
次に、好適な第3実施形態による再生エネルギー発電システムについて説明する。なお、以下の説明において、上述した第1実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。まず、本実施形態の全体構成は、第1,第2実施形態のもの(図1)と、同様である。
図12において教示データT10は、データ群T101,T102,T103,T104を有している。
ここで、データ群T101は、正常時における系統内の各需要点91,92等(図1参照)における有効電力消費量と、力率とを示すものである。
また、データ群T102は、正常時において各同期発電機70,71等から電力系統40に出力される有効電力と無効電力とを含んでいる。
また、データ群T104は、事故除去後の計測点68における電圧変動量および周波数変動量を含んでいる。
以上のように好適な実施形態によれば、電力系統制御装置(10,25A,25B)は、電力変換装置(20A,20B)が接続された電力系統(40)における各部の電圧値および電流値を含む計測データを取得するデータ取得部(220)と、取得した計測データに基づいて、電力変換装置(20A,20B)が電力系統(40)に出力する有効電力(Pfb)および無効電力(Qfb)を制御する際の制御方式(C1~C4)を選択する制御方式選択部(268,320)と、を備える。これにより、適切な制御方式(C1~C4)を選択することにより、電力系統(40)を適切に安定化できる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、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、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示し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、製品上で必要な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。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。
10 計算サーバ(電力系統制御装置)
20A,20B PCS(電力変換装置)
25A,25B 制御装置(電力系統制御装置)
30A,30B 発電電源
40 電力系統
68 計測点(連系点)
91,92 需要点
220 データ取得部
250 過渡計算部
266 閾値候補選択部(候補選択部)
268 閾値送信部(制御方式選択部、閾値発生部)
320 制御ロジック変更部(制御方式選択部、制御方式変更部)
466 パラメータ候補選択部(候補選択部)
480 教示データ記憶装置(記憶装置)
482 蓄積制御部
484 学習モデル生成部
486 パラメータ決定部
C1 制御方式(第1の制御方式)
C2 制御方式(第2の制御方式)
C3 制御方式(第3の制御方式)
C4 制御方式(第4の制御方式)
LM 学習モデル
Fth 周波数閾値(パラメータ)
Vth 電圧閾値(パラメータ)
Fpcs 連系点周波数
Vpcs 連系点電圧
Pfb 有効電力出力値(有効電力)
Qfb 無効電力出力値(無効電力)
thpf1 所定値(第1の力率)
thpf2 所定値(第2の力率)
Pref 有効電力指令値
Qref 無効電力指令値
Vref 電圧指令値
APR0~APR4 ゲイン
P_Ramp0~P_Ramp4 リミット値(ランプレートリミット値)
Qref0~~Qref4 無効電力指令値(パラメータ)
Claims (8)
- 電力変換装置が接続された電力系統における各部の電圧値および電流値を含む計測データを取得するデータ取得部と、
取得した前記計測データに基づいて、前記電力変換装置が前記電力系統に出力する有効電力および無効電力を制御する際の制御方式を選択する制御方式選択部と、
前記電力系統において事故が発生した際の前記電力系統内の電圧と周波数の変動を計算する過渡計算部と、
前記過渡計算部に与えるパラメータの候補を変更しつつ前記過渡計算部における計算結果を取得し、取得した前記計算結果に基づいて、前記パラメータとして、何れかの前記候補を選択する候補選択部と、を備える
ことを特徴とする電力系統制御装置。 - 前記制御方式選択部は、
電圧閾値および周波数閾値を出力する閾値発生部と、
前記電力系統の所定の連系点における連系点電圧および連系点周波数と、前記電圧閾値および前記周波数閾値と、の比較結果に基づいて、前記制御方式を選択する制御方式変更部と、を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の電力系統制御装置。 - 前記制御方式選択部は、選択された前記制御方式に基づいて、前記有効電力に関連するゲインを切り替える機能を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力系統制御装置。 - 前記制御方式選択部は、選択された前記制御方式に基づいて、前記有効電力に関連するランプレートリミット値を切り替える機能を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力系統制御装置。 - 前記制御方式選択部は、選択された前記制御方式に基づいて、前記無効電力を指令する無効電力指令値を切り替える機能を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の電力系統制御装置。 - 前記過渡計算部が前記計算結果を出力した後、前記電力系統において負荷が接続された点である需要点における有効電力消費量および力率と、前記電力変換装置が出力する前記有効電力および前記無効電力と、前記有効電力に関連するゲインおよびランプレートリミット値と、前記無効電力を指令する無効電力指令値と、事故除去後における、前記電力系統の所定の連系点における連系点電圧の電圧変動量および連系点周波数の周波数変動量と、を記憶装置に蓄積させる蓄積制御部と、
前記記憶装置に蓄積されたデータを教示データとし、前記計測データを入力データとし、前記パラメータを出力とする学習モデルを生成する学習モデル生成部と、
前記学習モデルと、前記計測データとに基づいて前記パラメータを出力するパラメータ決定部と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項1に記載の電力系統制御装置。 - 前記制御方式選択部は、
前記電力変換装置が前記電力系統に対して容量性無効電力を出力し、かつ、前記電力変換装置の力率を所定の第1の力率未満に設定する第1の制御方式、
前記電力変換装置が前記電力系統に対して容量性無効電力を出力し、かつ、前記電力変換装置の力率を前記第1の力率以上に設定する第2の制御方式、
前記電力変換装置が前記電力系統に対して誘導性無効電力を出力し、かつ、前記電力変換装置の力率を所定の第2の力率未満に設定する第3の制御方式、および
前記電力変換装置が前記電力系統に対して誘導性無効電力を出力し、かつ、前記電力変換装置の力率を前記第2の力率以上に設定する第4の制御方式
の中から、適用する前記制御方式を選択する機能を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の電力系統制御装置。 - 発電電源と、
前記発電電源と、電力系統との間に挿入された電力変換装置と、
前記電力系統における各部の電圧値および電流値を含む計測データを取得するデータ取得部と、
取得した前記計測データに基づいて、前記電力変換装置が前記電力系統に出力する有効電力および無効電力を制御する際の制御方式を選択する制御方式選択部と、
前記電力系統において事故が発生した際の前記電力系統内の電圧と周波数の変動を計算する過渡計算部と、
前記過渡計算部に与えるパラメータの候補を変更しつつ前記過渡計算部における計算結果を取得し、取得した前記計算結果に基づいて、前記パラメータとして、何れかの前記候補を選択する候補選択部と、を備える
ことを特徴とする発電システム。
Priority Applications (3)
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