KR102086645B1 - 계통 연계 설비 - Google Patents

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Abstract

상황에 따라서 회로 구성이 다른 경우에도, 고조파 전압을 억제할 수 있는 계통 연계 설비를 제공한다. 전력 계통과 접속된 계통 연계 설비이며, 전력 계통과 접속된 복수의 전력 변환기(14)와, 전력 계통과 전력 변환기(14) 사이에 마련된 복수의 변압기(11)와, 변압기(11)와 전력 변환기(14) 사이에 마련된 복수의 개폐기(12)와, 개폐기(12)의 개폐를 제어하는 컨트롤러(3)를 구비한다. 그리고, 컨트롤러(3)는 개폐기(12)의 폐쇄 대수와 계통 연계 설비(1)의 고조파 전압 함유율의 관계인 고조파 전압 함유율 특성에 기초하여, 개폐기(12)의 폐쇄 대수가, 계통 연계 설비(1)의 고조파 전압이 증대하는 개폐기 폐쇄 대수 범위의 범위 외로 되도록 개폐기(12)로 개폐 명령을 출력한다.

Description

계통 연계 설비
본 발명의 실시 형태는, 고조파 전압을 억제하는 계통 연계 설비에 관한 것이다.
근년, 자연 에너지의 발전을 도입하기 위해서, 태양광 발전 설비나 풍력 발전 설비 등의 분산형 전원, 전력 변동 억제 또는 피크 시프트용 축전지 시스템의 대규모화가 진행되고 있다. 이들 분산형 전원이나 축전지 시스템은, 계통 연계 설비를 통하여 전력 회사 등의 전력 계통과 연계한다.
계통 연계 설비는, 분산형 전원이나 축전지 시스템과 전력 계통 사이의 전력 융통을 행하는 설비이며, 변압기, 개폐기, 전력 변환기 등의 기기를 포함해 구성되어 있다. 계통 연계 설비는, 분산형 전원과 접속되는 경우에는, 전력 계통에 대하여 주로 방전하도록 전력 융통하고, 축전지 시스템과 접속되는 경우에는, 전력 계통과의 사이에서 충방전한다.
일본 특허 공개 제2009-219229호 공보
계통 연계 설비가 분산형 전원이나 축전지 시스템 등 전력 융통하는 계통과 접속되는 경우, 계통 연계 설비 내에 고조파 전압이 발생하는 경우가 있다. 종래부터, 발생된 고조파를 제거 또는 저감하기 위해서, 필터나 리액터를 구비한 콘덴서를 마련하는 대책이 이루어지고 있었지만, 다대한 비용을 쓰고 있었다.
상기 대책은, 특정한 회로 구성에 있어서 고조파의 억제가 가능하지만, 대책이 항구적이며, 예를 들어 계통 연계 설비 내의 개폐기 등의 개폐 상태가 상황에 따라 변화되는 경우, 계통 연계 설비의 임피던스 특성이 상황에 따라 변화되게 되고, 특정한 회로 구성을 위하여 마련된 필터나 리액터를 구비한 콘덴서로는, 고조파의 억제에 완벽하게 대응하지는 못한다.
또한, 계통 연계 설비의 임피던스 특성이 개폐기 등의 상태에 따라 변화되는 경우, 계통 연계 설비의 전체 영역에 걸쳐 고조파 전압이 발생하지 않도록 필터나 리액터를 구비한 콘덴서를 추가하는 경우에는, 비용상이나 기기의 배치 스페이스상의 점에서도 곤란하다.
본 실시 형태에 따른 계통 연계 설비는, 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 상황에 따라서 회로 구성이 다른 경우에도, 고조파 전압을 억제할 수 있는 계통 연계 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 실시 형태의 계통 연계 설비는, 전력 계통과 접속된 계통 연계 설비이며, 상기 전력 계통과 접속된 복수의 전력 변환기와, 상기 전력 계통과 상기 전력 변환기 사이에 마련된 복수의 변압기와, 상기 변압기와 상기 전력 변환기 사이에 마련된 복수의 개폐기와, 상기 개폐기의 개폐를 제어하는 컨트롤러를 구비하고, 상기 컨트롤러는, 상기 개폐기의 폐쇄 대수와 상기 계통 연계 설비의 고조파 전압 함유율의 관계인 고조파 전압 함유율 특성에 기초하여, 상기 개폐기의 폐쇄 대수가, 상기 계통 연계 설비의 고조파 전압이 증대하는 개폐기 폐쇄 대수 범위의 범위 외로 되도록 상기 개폐기에 개폐 명령을 출력하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 계통 연계 설비가 적용된 시스템 전체를 도시하는 도면이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 컨트롤러 및 전력 변환기의 기능 블록도이다.
도 3은 고조파 전압 함유율 특성을 도시하는 도면이다.
도 4는 계통 연계 설비 내의 전압 상태에 변동이 발생한 경우의 고조파 전압 함유율 특성에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 제3 실시 형태에 따른 컨트롤러 및 전력 변환기의 기능 블록도이다.
도 6은 부하 소비 전력에 변동이 발생한 경우의 고조파 전압 함유율 특성에 대하여 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 제5 실시 형태에 따른 컨트롤러 및 전력 변환기의 기능 블록도이다.
도 8은 제6 실시 형태에 따른 컨트롤러 및 전력 변환기의 기능 블록도이다.
[1. 제1 실시 형태]
[1-1. 구성]
이하에서는, 도 1 내지 도 3을 참조하면서, 본 실시 형태의 계통 연계 설비에 대하여 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 따른 계통 연계 설비가 적용된 시스템 전체를 도시하는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 계통 연계 설비(1)는 전력 회사 등의 전력 계통과, 복수의 축전지(21)를 구비한 축전지 시스템(2)에 접속되고, 전력 융통을 행한다. 본 실시 형태에서는 축전지 시스템(2)과 접속되어 있기 때문에, 계통 연계 설비(1)는 전력 계통과의 사이에서 충방전 또는 충전 혹은 방전 중 어느 것을 행한다. 계통 연계 설비(1)는 축전지 시스템(2)을 대신하여 태양광 발전 설비나 풍력 발전 설비 등의 분산형 전원과 접속되어 있어도 된다. 이 경우에는, 전력 계통에 대하여 주로 방전을 행한다.
계통 연계 설비(1)는 변압기(11), 개폐기(12), 필터(13), 전력 변환기(14)(이하, 간단히 「변환기」라고도 함), 부하(15)를 각각 복수 포함하여 구성되어 있다. 계통 연계 설비(1)의 형태로서는, 예를 들어 각 기기(11 내지 15)가 동일 건물 내 또는 복수의 건물 및 복수의 컨테이너에 배치되고, 통신선이나 전력선으로 접속되는 구성을 들 수 있다.
변압기(11)는 계통 연계 설비(1) 내의 각 기기의 전력을 조달하기 위하여 변압한다. 변압기(11)는 변압된 전압을 부하(15)로 출력하는 변압기(11a, 11b) 및 변환기(14)용 변압기(11c)를 갖는다. 변압기(11a)는 상위 즉 전력 계통측에 마련되고, 변압기(11a) 하위 즉 축전지 시스템(2)측에 변압기(11b)가 마련되어 있다. 추가로, 변압기(11b)의 하위에는, 복수의 변환기용 변압기(11c)와 부하(15)가 병렬로 접속되어 있고, 변환기(14)용 변압기(11c)에는 각각, 개폐기(12), 필터(13) 및 변환기(14)가 직렬로 접속된 회로가 병렬로 접속되어 있다. 따라서, 계통 연계 설비(1)는 직렬 접속된 개폐기(12)와 변환기(14)의 조를 복수 조 갖는다.
개폐기(12)는 변환기(14)의 접속과 분리를 전환하는 스위치이다. 필터(13)는 계통 연계 설비(1) 내에 발생된 고조파 전압을 제거 또는 저감하는 설비이며, 예를 들어 L, R, C로 구성된다. 변환기(14)는 교류와 직류를 변환하는 기기이며, 스위칭 소자를 포함해 구성되고, 변압기(11) 및 개폐기(12)를 통하여 전력 계통과 축전지(21)에 접속되어 있다.
계통 연계 설비(1)에는, 전압을 측정하는 복수의 전압 센서(16a 내지 16c)가 마련되어 있다. 전압 센서(16a 내지 16c)는 기본파 전압 및 홀수차의 고조파 전압을 측정한다. 여기에서는, 전력 계통과 변압기(11a) 사이에 전압 센서(16a)가 마련되고, 변압기(11a, 11b) 사이에 전압 센서(16b)가 마련되어 있다. 또한, 변압기(11c)와 개폐기(12) 사이에 전압 센서(16c)가 마련되어 있다.
또한, 계통 연계 설비(1)는 컨트롤러(3)를 포함해 구성되어 있다. 컨트롤러(3)는 계통 연계 설비(1) 내의 각 기기와 유선 또는 무선의 통신 회선을 통하여 접속되어 있고, 당해 각 기기의 정보 수집 및 당해 각 기기의 제어를 행한다. 이 제어 대상 기기로서는, 개폐기(12), 변환기(14), 부하(15)가 포함된다.
컨트롤러(3)는 단일의 컴퓨터 또는 네트워크 접속된 복수의 컴퓨터 및 표시 장치를 포함해 구성되어 있다. 컨트롤러(3)는 프로그램 및 데이터베이스를 HDD나 SSD 등에 기억하고 있어, RAM에 적절히 전개하고, CPU에서 처리함으로써, 후술하는 연산이나 표시 장치에의 표시를 행한다.
컨트롤러(3)는 중앙 급전 사령소 등에 마련되는 상위 컨트롤러(31)와, 계통 연계 설비(1) 내에 마련되는 설비 내 컨트롤러(32)를 갖고 있다. 상위 컨트롤러(31)와 설비 내 컨트롤러(32)란, 유선 또는 무선의 통신 회선을 통하여 접속되어 있고, 정보의 전송을 행한다. 또한, 본 실시 형태에서는 컨트롤러(3)를 상위 컨트롤러(31)와 설비 내 컨트롤러(32)로 나누었지만, 반드시 나누지 않아도 된다. 또한, 설비 내 컨트롤러(32)는 반드시 계통 연계 설비(1) 내에 설치되지 않아도 된다. 이하, 상위 컨트롤러(31), 설비 내 컨트롤러(32)는 간단히 「컨트롤러」(31, 32)라고도 칭한다.
도 2는, 본 실시 형태에 따른 컨트롤러(3) 및 변환기(14)의 기능 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(32)는 개폐기 상태 수집부(321), 고장 정보 수집부(322), 폐쇄 대수 집계부(323), 제어부(324), 전압 취득부(325), 연산부(326), 운전 상태 송수신부(327), 기동 신호 송신부(328), 스위칭 신호 송신부(329), 명령값 수신부(330), 충방전 명령부(331)를 갖는다.
개폐기 상태 수집부(321)는 각 개폐기(12)의 개폐 상태를 수집한다. 고장 정보 수집부(322)는 각 기기(11 내지 15)의 고장 상태를 수집한다. 폐쇄 대수 집계부(323)는 개폐기 상태 수집부(321)에 의한 개폐기(12)의 개폐 상태 정보로부터 개폐기(12)의 폐쇄 대수를 집계한다. 또한, 폐쇄 대수 집계부(323)는 폐쇄 대수의 집계 시, 고장 정보 수집부(322)로부터의 개폐기(12)의 고장 유무를 가미하여 집계해도 된다.
제어부(324)는 개폐기(12)의 개폐를 제어한다. 구체적으로는, 제어부(324)는 개폐기(12)의 폐쇄 대수와 계통 연계 설비(1)의 고조파 전압 함유율의 관계인 고조파 전압 함유율 특성에 기초하여, 개폐기(12)의 폐쇄 대수가, 계통 연계 설비(1)의 고조파 전압이 증대하는 개폐기 폐쇄 대수 범위(이하, 간단히 「회피 대수 범위」라고도 칭함)의 범위 외로 되도록 개폐기(12)로 개폐 명령을 출력한다.
고조파 전압 함유율이란, 기준파 전압에 대한 고조파 전압의 비율을 나타낸다. 고조파 전압은, 3차, 5차, 7차 등의 홀수차 고조파 전압을 말한다. 고조파 전압 함유율 특성의 일례로서, 도 3에, 횡축을 개폐기(12)의 폐쇄 대수, 종축을 7차 고조파 전압 함유율로 한, 고조파 전압 함유율 특성을 나타낸다.
고조파 전압 함유율 특성은, 컨트롤러(3)에 마련된 기억부(도시하지 않음)에 미리 기억시켜 두어도 되고, 상위 컨트롤러(31) 등의 외부로부터의 입력에 의해 취득해도 된다. 또한, 실측으로부터 구해도 된다. 이하에서는, 실측으로부터 구하는 양태로 설명한다.
제어부(324)에 의한 회피 대수 범위 외로 하는 제어에 대해서, 구체적으로 설명한다. 예를 들어, 개폐기(12)의 폐쇄 대수가 회피 대수 범위 외로 되기 위해서, 회피 대수 범위를, 고조파 전압 함유율이 소정의 역치(예를 들어, 3％) 초과로 되는 개폐기(12)의 폐쇄 대수 범위로 미리 설정해 두고, 제어부(324)는 당해 회피 대수 범위 외의 대수만큼, 즉, 고조파 전압 함유율이 소정의 역치 이하로 되는 개폐기(12)의 폐쇄 대수 범위에 포함되는 대수만큼, 폐쇄 상태로 되도록 개폐기(12)로 개폐 명령을 출력한다. 이 회피 대수 범위 외로 하는 제어에 있어서, 회피 대수 범위 외라면, 개폐기(12)의 폐쇄 대수나 어느 개폐기(12)를 폐쇄로 할지의 선택은 임의여서, 적절히 설계 변경 가능하다. 예를 들어, 제어부(324)에 의해 결정해도 되고, 후술하는 관리자 입력부(313)를 통하여 관리자에 의한 설정을 접수해도 된다.
또한, 이 회피 대수 범위 외로 하는 제어는, 제어부(324)가 폐쇄 대수 집계부(323)에 의해 집계된 현재의 폐쇄 대수가 회피 대수 범위 내라고 판정했을 경우, 제어부(324)가 회피 대수 범위 외로 되는 폐쇄 대수 및 폐쇄로 하는 개폐기(12)의 선택을 결정해도 되고, 현재의 폐쇄 대수가 회피 대수 범위 내라는 취지를 후술하는 표시부(314)에 경고 표시하여, 후술하는 관리자 입력부(313)를 통하여관리자에 의한 회피 대수 범위 외로 되는 폐쇄 대수의 입력을 접수해도 된다.
전압 취득부(325)는 전압 센서(16a 내지 16c)로 측정된 기본파 전압 및 홀수차 고조파 전압을 포함하는 전압을 취득한다. 연산부(326)는 전압 취득부(325)에 의해 취득된 기본파 전압과 홀수차 고조파 전압으로부터 고조파 함유율을 연산함과 함께, 고조파 전압 함유율 특성을 구한다. 연산부(326)는 컨트롤러(32)에 마련된 기억부(도시하지 않음)에 계통 연계 설비(1)의 회로 구성을 미리 기억해 두고, 당해 회로 구성으로부터 시뮬레이션하여 고조파 전압 함유율 특성을 구해도 된다.
운전 상태 송수신부(327)는 컨트롤러(32)가 수신하는 데이터의 전부 또는 일부를 상위 컨트롤러(31)로 송신하고, 상위 컨트롤러(31)로부터 송신되는 보호값이나 기동하는 변환기(14)의 정보 등을 송수신한다.
기동 신호 송신부(328)는 변환기(14)로 기동 신호를 출력한다. 스위칭 신호 송신부(329)는 변환기(14)로 스위칭 신호를 송신한다. 스위칭 신호는, 변환기(14)의 스위칭 소자에 부여되는 신호이며, 이에 의해 변환기(14)가 스위칭을 행한다. 명령값 수신부(330)는 상위 컨트롤러(31)로부터 송신된 충방전 명령값을 수신한다. 이 충방전 명령값으로서는, 유효 전력의 명령값, 무효 전력의 명령값을 들 수 있다. 충방전 명령부(331)는 수신된 충방전 명령값을 변환기(14)로 출력한다. 충방전 명령부(331)는 상위 컨트롤러(31)로부터 충방전 명령값이 송신되지 않을 경우에는, 충방전 명령값을 생성하고, 변환기(14)로 출력해도 된다.
컨트롤러(31)는 운전 상태 송수신부(311), 명령값 송신부(312), 관리자 입력부(313), 표시부(314)를 갖고 있다.
운전 상태 송수신부(311)는 컨트롤러(32)가 갖는 데이터의 전부 또는 일부를 컨트롤러(32)로부터 수신하고, 보호값이나 기동하는 변환기(14)의 정보 등을 컨트롤러(32)로 송신한다. 명령값 송신부(312)는 변환기(14)의 충방전 명령값을 명령값 수신부(330)로 송신한다. 관리자 입력부(313)는 마우스, 키보드, 터치 패널 등의 유저 인터페이스이다. 예를 들어, 관리자에 의한 충방전 명령값이나, 개폐기(12)의 폐쇄 대수의 입력을 접수한다. 표시부(314)는 개폐기(12)의 개폐 상태나 각 기기의 운용 상태 등을 표시한다. 또한, 표시부(314)는 관리자 입력부(313)를 통하여 입력된 개폐기(12)의 폐쇄 대수가, 고조파 전압 함유율이 큰 범위 내인 경우에는, 경고를 표시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 변환기(14)는 기동 신호 수신부(141)와, 스위칭 신호 수신부(142)와, 명령값 수신부(143)를 갖는다. 기동 신호 수신부(141)는 기동 신호 송신부(328)로부터 기동 신호를 수신한다. 스위칭 신호 수신부(142)는 스위칭 신호 송신부(329)로부터의 스위칭 신호를 수신한다. 명령값 수신부(143)는 충방전 명령부(331)로부터의 충방전 명령값을 수신한다. 변환기(14)는 당해 충방전 명령값에 기초하여 교류와 직류의 변환을 행한다.
[1-2. 작용]
본 실시 형태의 계통 연계 설비(1)의 작용에 대하여 도 3을 사용하여 설명한다. 또한, 홀수차 고조파 전압의 일례로서 7차로 설명하지만, 3차, 5차, 9차, 11차, 13차여도 된다. 여기에서는, 개폐기(12) 및 변환기(14)의 대수를 각각 100대로 하여 설명한다.
먼저, 고조파 전압 함유율 특성에 대하여 설명한다. 고조파 전압 함유율 특성은, 계통 연계 설비(1)의 회로 구성에 따라 변화한다. 예를 들어, 도 1에서는 개폐기(12)는 변압기(11c)와 변환기(14) 사이에 위치하는 것을 상정하고 있지만, 기타의 위치에 설치된 개폐기의 상태에 따라서도 당해 특성은 변화한다. 또한, 계통 연계 설비(1) 내의 변압기(11)나 배전 선로, 필터(13)의 필터 상수에 의해도 변화한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 고조파 전압 함유율은, 산형의 그래프로 되어 있어, 개폐기(12)의 폐쇄 대수가 60대에서 피크를 갖는다. 즉, 60대 전후의 폐쇄 대수는 고조파 전압 함유율이 크기 때문에, 피할 필요가 있다. 고조파 전압 함유율이 큰 고조파가 발생하면, 계통 연계 설비(1) 내의 콘덴서에 고조파 전류가 유입되고, 열화나 화재의 원인이 될 우려가 있고, 또한, 변환기(14)에 따라서는 오동작이나 오검출에 의해 정상 동작하지 않을 우려가 있기 때문이다.
본 실시 형태에서는, 제어부(324)에 의해, 개폐기(12)의 폐쇄 대수가, 계통 연계 설비(1)의 고조파 전압이 증대하는 폐쇄 대수 범위 외로 되도록 개폐기(12)로 개폐 명령을 출력한다. 이 폐쇄 대수 범위는, 고조파 전압 함유율이 소정 역치 이하로 되는 범위로 한다.
여기에서는, 역치를 3％로 하고 있으며, 제어부(324)는 개폐기(12)의 폐쇄 대수가 40대 이하 또는 75대 이상으로 되도록 개폐기(12)의 개폐를 제어한다. 이들 범위라면 되고, 어느 개폐기(12)를 폐쇄 상태로 할지는 적절히 설계 변경 가능하다. 어느 개폐기(12)를 폐쇄 상태로 할지의 정보는, 예를 들어 관리자 입력부(313)에 의해 관리자에 의한 폐쇄 대수의 입력을 받고, 운전 상태 송수신부(311)를 통하여 컨트롤러(31)로부터 컨트롤러(32)로 송신한다. 또한, 관리자가 41대 이상 74대 이하의 개폐기(12)의 폐쇄 대수를 입력한 경우에는, 표시부(314)에 있어서 경고를 표시하고, 폐쇄 대수의 재설정을 촉구한다. 그 때, 개폐기(12)의 폐쇄 대수가 40대 이하로 되도록, 폐쇄로 하지 않는 개폐기(12)에 접속된 기타의 변환기(14)에 일제히 정지 신호를 송신하도록 해도 된다.
또한, 기동 시퀀스 시에, 개폐기(12)의 폐쇄 신호는, 컨트롤러(32)로부터 통신 지연이 적은 접점 신호 등으로 일제히 송신하고, 대상의 개폐기(12)를 일제히 기동시킴으로써, 기동 시퀀스의 지연 발생을 예를 들어 10ms 이내로 억제한다. 이러한 시퀀스에 있어서의 신호의 송신 등은, 정지 시퀀스에 있어서도 마찬가지이다.
[1-3. 효과]
(1) 본 실시 형태의 계통 연계 설비(1)는 전력 계통과 접속된 계통 연계 설비이며, 전력 계통과 접속된 복수의 전력 변환기(14)와, 전력 계통과 전력 변환기(14) 사이에 마련된 복수의 변압기(11)와, 변압기(11)와 전력 변환기(14) 사이에 마련된 복수의 개폐기(12)와, 개폐기(12)의 개폐를 제어하는 컨트롤러(3)를 구비한다. 그리고, 컨트롤러(3)는 개폐기(12)의 폐쇄 대수와 계통 연계 설비(1)의 고조파 전압 함유율의 관계인 고조파 전압 함유율 특성에 기초하여, 개폐기(12)의 폐쇄 대수가, 계통 연계 설비(1)의 고조파 전압이 증대하는 개폐기 폐쇄 대수 범위의 범위 외로 되도록 개폐기(12)로 개폐 명령을 출력하도록 하였다.
이에 의해, 상황에 따라서 회로 구성이 다른 경우에도, 고조파 전압을 억제 할 수 있는 계통 연계 설비를 얻을 수 있다.
(2) 컨트롤러(3)는 고조파 전압 함유율이 소정의 역치 이하로 되는 개폐기(12)의 폐쇄 대수 범위의 폐쇄 대수로 하는 개폐 명령을 개폐기(12)에 출력하도록 하였다. 이에 의해, 다대한 비용이나 설비를 도입하지 않고, 고조파 전압을 억제할 수 있다.
(3) 컨트롤러(3)는 각 개폐기(12)의 개폐 상태 정보를 수집하는 개폐기 상태 수집부(321)와, 개폐 상태 정보로부터 개폐기의 폐쇄 대수를 집계하는 폐쇄 대수 집계부(323)와, 기본파 전압 및 홀수차 고조파 전압을 포함하는 전압을 측정하는 전압 센서(16a 내지 16c)로부터, 측정된 전압을 취득하는 전압 취득부(325)와, 취득된 기본파 전압과 홀수차 고조파 전압으로부터 고조파 전압 함유율을 연산 함과 함께, 폐쇄 대수 및 연산에 의해 얻어진 고조파 전압 함유율로부터, 고조파 전압 함유율 특성을 구하는 연산부(326)를 구비하도록 하였다.
이에 의해, 실측에 의해 고조파 함유율 특성을 얻을 수 있으므로, 계통 연계 설비 내의 설비 증설 등의 변경이 있는 경우에도, 고조파 전압의 발생을 억제하기 위하여 유연하게 대응할 수 있다.
[2. 제2 실시 형태]
[2-1. 구성]
제2 실시 형태는, 도 4를 사용하여 설명한다. 제2 실시 형태는, 제1 실시 형태의 기본 구성과 동일하다. 이하에서는, 제1 실시 형태와 상이한 점만을 설명하고, 제1 실시 형태와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
제2 실시 형태의 연산부(326)는 고조파 전압 함유율에 변동이 있을 경우에 고조파 전압 함유율 특성을 구한다. 이 변동은, 예를 들어 소정 시간 간격으로 연산부(326)에 의해 고조파 전압 함유율을 연산하고, 차분을 구함으로써 변동의 유무를 판별할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 연산부(326)는 전압 센서(16a 내지 16c)의 실측으로부터 고조파 전압 함유율을 연산하고, 고조파 전압 함유율이 감소될 경우에, 고조파 전압 함유율 특성을 구한다. 즉, 당해 함유율의 감소를 계기로 하여 당해 특성을 갱신한다.
제2 실시 형태에서는, 가장 큰 고조파가 발생하는 전압 센서(16c)에 기초하는 고조파 전압 함유율 특성을 이용하여, 개폐기(12)의 폐쇄 대수의 조정을 하는 것을 전제로 한다. 이 전압 센서(16c)의 실측에만 기초하여 고조파 전압 함유율 특성을 갱신하고, 폐쇄 대수를 변경해도 되고, 가장 전력 계통에 가까운 전압 센서(16a)에 기초하는 고조파 전압 함유율의 감소에 따라, 전압 센서(16c)에 기초하는 고조파 전압 함유율 특성을 구하여 갱신하고, 폐쇄 대수를 변경해도 된다. 이하에서는 후자를 예로 들어 설명한다.
구체적으로는, 연산부(326)는 가장 전력 계통에 가까운 전압 센서(16a)에 기초하는 고조파 전압 함유율을 연산하고, 감소가 있는 경우에, 가장 큰 고조파가 발생하는 전압 센서(16c)에 기초하는 고조파 전압 함유율을 연산함과 함께, 당해 고조파 전압 함유율 특성을 구한다. 즉, 연산부(326)는 전력 계통에 가까운 개소에서의 고조파 전압 함유율 특성이 변화된 경우에, 이에 수반하여 가장 큰 고조파가 발생하는 개소에서의 고조파 전압 함유율 특성을 구한다.
제어부(324)는 갱신된 고조파 전압 함유율 특성에 기초하여 개폐기(12)의 회피 대수 범위를 변경한다. 즉, 제어부(324)는 가장 큰 고조파가 발생하는 개소에 있어서의, 구해진 고조파 전압 함유율 특성에 기초하여 개폐기(12)의 회피 대수 범위를 변경한다.
[2-2. 작용·효과]
본 실시 형태에서는, 연산부(326)는 고조파 전압 함유율이 감소할 경우에, 고조파 전압 함유율 특성을 구하고, 컨트롤러(3)는 고조파 전압 함유율이 감소되었을 때에 구한 고조파 전압 함유율 특성에 기초하여, 회피 대수 범위를 변경하도록 하였다.
이에 의해, 시기나 지역, 부하 정보, 이벤트 등에 따라 변화하는 개폐기(12)의 폐쇄 대수 범위를 적정하게 대응할 수 있다. 즉, 시기나 이벤트에 따라서 계통 연계 설비(1) 내의 전압 상태에 변동이 발생하고, 이에 따라 고조파 전압 함유율 특성도 변동한다. 또한, 전력 계통이 가까운 측에서 고조파 전압 함유율은 낮고, 하위로 될수록 왜곡이 겹쳐서 고조파 전압 함유율이 높아지는 경향이 있다. 예를 들어, 가장 전력 계통에 가까운 전압 센서(16a)의 전압에 기초하는 고조파 전압 함유율이 낮아진 경우에는, 가장 측정 전압이 높은 전압 센서(16c)에 기초하는 고조파 전압 함유율의 그래프도 떨어진다.
그 때문에, 도 4에 도시된 바와 같이, 전력 계통에 가장 가까운 전압 센서(16a)에 의한 고조파 전압 함유율이 예를 들어 1％ 내지 0.5％로 떨어졌을 경우, 가장 측정 전압이 높은 전압 센서(16c)에 기초하는 고조파 전압 함유율도 연동하여 떨어지므로, 역치가 동일해도 고조파 전압이 증대하는 폐쇄 대수 범위가 좁아진다. 도 4의 예에서는, 전압 센서(16a)에 의한 고조파 전압 함유율이 1％일 때, 회피 대수 범위가 40대 이상 75대 이하이었던 데 비해, 고조파 전압 함유율이 0.5％로 떨어지면, 회피 대수 범위가 43대 이상 70대로 되고, 회피 대수 범위가 좁아진다. 이 때문에, 불필요하게 변환기의 운전 대수를 제한할 필요가 없어진다. 따라서, 운용 중의 불필요한 제한을 회피할 수 있다.
[3. 제3 실시 형태]
제3 실시 형태는, 도 5 및 도 6을 사용하여 설명한다. 제3 실시 형태는, 제1 실시 형태의 기본 구성과 동일하다. 이하에서는, 제1 실시 형태와 상이한 점만을 설명하고, 제1 실시 형태와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
도 5는, 제3 실시 형태에 따른 컨트롤러(3) 및 변환기(14)의 기능 블록도이다. 제3 실시 형태의 컨트롤러(3)에는, 부하 전력 명령부(341)가 마련되어 있다. 부하 전력 명령부(341)는 부하(15)에 대하여 전력 소비시키는 명령을 출력한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 계통 연계 설비(1) 내에 있어서, 부하 소비 전력이 큰 쪽이, 작은 경우에 비하여, 당해 설비(1) 내의 고조파 전압이 저하되는 경향이 있다. 바꾸어 말하면, 계통 연계 설비(1) 내에 발생하는 고조파 전압은 저항성 부하에 흐르는 전류가 클수록, 그 함유율이 저하되는 특성이 있으므로, 부하 전력 명령부(331)에 의해 히터나 인버터 등의 부하(15)에 동작시키는 명령을 출력함으로써, 설비(1) 내의 고조파 전압을 저하시킬 수 있다.
이 전력 소비 명령은 개폐기(12)의 폐쇄 대수가, 소정의 역치 초과의 고조파 전압 함유율로 되는 폐쇄 대수 범위에 있을 경우에 출력하면 된다. 또한, 계통 연계 설비(1) 내의 기기 설비의 메인터넌스 시 등, 고조파 전압 함유율이 커지는 때에 당해 명령을 출력하면 효과적이다.
[4. 제4 실시 형태]
제4 실시 형태는, 제1 실시 형태의 기본 구성과 동일하다. 이하에서는, 제1 실시 형태와 상이한 점만을 설명하고, 제1 실시 형태와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
제4 실시 형태는, 컨트롤러(32)에 의한 개폐기(12)와 변환기(14)의 제어 형태에 관한 것이다. 즉, 계통 연계 설비(1)는 직렬 접속된 개폐기(12)와 변환기(14)를 1조로 하여 당해 조를 복수 갖는다. 그리고, 컨트롤러(32)는 개폐기(12)에 폐쇄 상태로 하는 명령을 출력하고, 당해 명령에 의해 폐쇄 상태로 된 개폐기(12)에 직렬 접속된 변환기(14)를 스위칭하는 명령을 출력하는 제어를 하나의 단위로 하여, 개폐기(12)와 변환기(14)의 조마다 차례로 당해 제어를 한다. 예를 들어, 1대째의 개폐기(12)를 폐쇄로 한 후에, 당해 개폐기(12)와 직렬 접속된 변환기(14)의 스위칭을 행한다. 그리고 그 후, 2대째의 개폐기(12)를 폐쇄로 하는 식으로, 각 조마다 차례로 행한다.
이상과 같은 컨트롤러(32)의 제어에 의해, 계통 연계 설비(1)에 발생하는 고조파 전압을 항상 낮은 상태로 억제하면서 개폐기(12)를 투입해 갈 수 있다. 즉, 예를 들어 개폐기(12)와 변환기(14)가 100대씩 있을 경우에, 100대의 개폐기(12)를 일제히 투입한 후에, 100대의 변환기(14)를 스위칭시켰다고 해도, 결과적으로 100대의 변환기(14)가 동작하고 있음에 변함은 없지만, 개폐기(12)와 변환기(14)를 1조씩 투입 및 스위칭을 시킴으로써, 고조파 전압을 항상 낮은 상태로 억제할 수 있다. 이러한 거동을 하는 것은, 계통 연계 설비(1) 내의 회로 상태가 1대씩 스위칭시킬 경우와 전체 대를 동시에 스위칭시킬 경우가 상이한 것이 요인으로 생각된다.
이러한 1조씩 행하는 투입 및 스위칭의 제어는, 고조파 전압이 증대하는 폐쇄 대수 범위로 되기 전에 행하는 것이 바람직하다. 또한, 개폐기(12)와 변환기(14) 전체 조에 대해서, 당해 제어를 행해도 되고, 적어도 1조 행하더라도 고조파 전압의 억제 효과는 얻어진다. 본 제어는, 변환기(14)의 메인터넌스 종료 후에, 당해 변환기(14)를 동작시킬 경우에 행하면 된다.
[5. 제5 실시 형태]
제5 실시 형태는, 도 7을 사용하여 설명한다. 제5 실시 형태는, 제1 실시 형태의 기본 구성과 동일하다. 이하에서는, 제1 실시 형태와 상이한 점만을 설명하고, 제1 실시 형태와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
변환기(14)는 그 종류에 따라서는, 외부로부터 충방전 명령값을 받아도 당해 명령값이 저출력일 경우에 출력을 행하지 않는 불감대를 갖고 있는 경우가 있다. 제5 실시 형태는, 변환기(14)가 불감대를 갖는 경우의 컨트롤러(32)의 제어에 관한 것이다.
도 7은, 제5 실시 형태에 따른 컨트롤러(3) 및 변환기(14)의 기능 블록도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(32)는 변환기(14)의 불감대 데이터베이스(351)를 갖는다. 데이터베이스(351)에는, 불감대의 상한 및 하한이 저장되어 있다. 컨트롤러(32)는 데이터베이스(351)에 기초하여, 충방전 명령부(331)에 의해, 변환기(14)의 합계 출력이 0에 접근하도록 충방전 명령값을 생성하고, 당해 명령값을 변환기(14)로 출력한다. 컨트롤러(32)는 합계 출력이 0으로 되는 충방전 명령값을 출력하는 것이 바람직하다.
이 컨트롤러(32)에 의한 변환기(14)의 제어에 대하여 구체적으로 설명한다. 예를 들어, 변환기(14)가 갖는 불감대의 상한이 축전지 시스템(2)으로부터 전력 계통으로의 방전 방향을 정으로 하여 +10kW, 하한이 -10kW라 하면, 충방전 명령부(331)는 변환기(14)의 합계 출력이 0으로 되도록, 당해 상한 또는 하한을 충방전 명령값으로서 생성한다. 예를 들어 변환기(14)가 100대 있을 경우, 50대를 +10kW의 명령 값으로 하고, 나머지 50대를 -10kW의 명령값으로 한다. 또한, 각 변환기(14)로의 명령값의 정부 배분은, 임의이며, 적절히 설계 변경 가능하다.
이상과 같은 컨트롤러(32)에 의해, 전력 계통에 대한 악영향을 방지함과 함께, 고조파 전압 억제 효과를 얻기 쉽게 할 수 있다. 구체적으로 설명하면 계통 연계 설비(1) 내에 변환기(14)가 100대 설치되어 있는 경우, 예를 들어 전체 대가 10kW의 출력을 행하면 전력 계통에 1000kW의 전력이 역조류하게 되어, 전력 계통에 악영향을 줄 가능성이 있다. 또한, 전력 계통에 악영향을 주지 않아도, 변환기(14)의 합계 출력이 0으로부터 이격되면, 고조파 전압 억제 효과를 방해할 가능성이 있다. 그 때문에, 변환기(14)의 합계 출력이 0에 접근하는 명령값을 출력함으로써, 고조파 전압 억제 효과가 얻어지기 쉽게 할 수 있다. 개폐기(12)의 폐쇄 대수가 회피 대수 범위라고 판정되는 경우에 당해 제어를 행하면 된다.
또한, 변환기(14)가 불감대를 갖는 경우에도, 변환기(14)에 특별한 구성을 요하지 않고, 고조파 전압을 억제할 수 있다.
[6. 제6 실시 형태]
제6 실시 형태는, 도 8을 사용하여 설명한다. 제6 실시 형태는, 제5 실시 형태의 기본 구성과 동일하다. 이하에서는, 제5 실시 형태와 상이한 점만을 설명하고, 제5 실시 형태와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다.
도 8은, 제6 실시 형태에 따른 컨트롤러(3) 및 변환기(14)의 기능 블록도이다. 컨트롤러(32)는 고조파 저감용 명령값 송신부(361), 기동 시퀀스 완료 수신부(362)를 갖고, 변환기(14)는 고조파 저감용 명령값 수신부(144), 기동 시퀀스 완료 송신부(145)를 갖는다.
고조파 저감용 명령값 송신부(361)는 불감대의 유무에 관계없이, 출력 전력을 0으로 하는 고조파 저감용 명령값을, 기동 신호와 함께 변환기(14)로 송신한다. 기동 시퀀스 완료 수신부(362)는 변환기(14)로부터 기동 시퀀스가 완료되었다는 취지의 신호를 수신한다.
고조파 저감용 명령값 수신부(144)는 고조파 저감용 명령값 송신부(361)로부터의 고조파 저감용 명령값을 수신한다. 기동 시퀀스 완료 송신부(145)는 변환기(14)가 기동 신호 송신부(328)로부터의 기동 신호와 고조파 저감용 명령값 송신부(361)로부터의 고조파 저감용 명령값을 받고, 기동 및 스위칭이 완료되었다는 취지의 신호를 기동 시퀀스 완료 수신부(362)로 송신한다.
이상의 구성을 가짐으로써, 변환기(14)에 불감대가 구비되어 있는 경우에도, 변환기(14)의 합계 출력을 0으로 할 수 있음과 함께, 변환기(14) 사이의 통신 지연이나, 동일 변환기(14)에 있어서의 기동 신호와 고조파 저감용 명령값의 전송 지연이 있어도, 고조파 전압을 저감한 상태로 변환기(14)의 기동 시퀀스를 완료할 수 있다.
또한, 컨트롤러(32)는 변환기(14)로부터 기동 시퀀스 완료 신호를 받고, 출력 전력을 0으로 하는 운전이 불필요하게 되었을 경우, 불감대 기능을 회복시키는 것이 바람직하다. 변환기(14)의 손실을 저감시킬 수 있기 때문이다. 즉, 컨트롤러(32)는 변환기(14)로부터 기동 시퀀스 완료 신호를 받은 경우, 명령값의 송신을 고조파 저감용 명령값 송신부(361)로부터 충방전 명령부(331)로 전환한다. 이에 의해, 적어도 불감대의 상한 또는 하한에서 변환기(14)로 출력시킬 수 있으므로, 출력시키지 않을 경우보다 손실을 저감시킬 수 있다.
[7. 기타 실시 형태]
본 명세서에 있어서는, 본 발명에 따른 복수의 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것으로서, 발명의 범위를 한정하는 것을 의도하고 있지 않다. 이상과 같은 실시 형태는, 기타의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 범위를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략이나 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되는 것과 마찬가지로, 청구범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함되는 것이다.
(1) 제1 내지 제6 실시 형태에 있어서, 관리자 입력부(312)나 표시부(314)를 상위 컨트롤러(31)에 마련했지만, 설비 내 컨트롤러(32)에 마련해도 된다.
(2) 제1 내지 제6 실시 형태에 있어서, 고조파 전압 함유율은, 7차 고조파 전압을 예로 들어 설명했지만, 이에 한정되지 않고, 3차, 5차, 9차, 11차, 13차 고조파 전압 함유율의 특성에 기초하여, 개폐기(12)의 폐쇄 대수를 회피 대수 범위 외로 하는 제어를 행해도 된다. 계통 연계 설비(1)에 포함될 확률은, 5차, 7차가 높고, 11차, 13차가 중 정도인 점에서, 제2 실시 형태에 있어서, 고조파 전압 함유율의 변동을 계기로 회피 대수 범위를 변경할 경우에는, 우선적으로 5차 또는 7차 고조파 전압 함유율의 변동을 보면 된다. 이들 변동이 없어도, 11차 또는 13차 고조파 전압 함유율의 변동이 있으면, 회피 대수 범위를 변경해도 된다.
1: 계통 연계 설비
11, 11a 내지 11c: 변압기
12: 개폐기
13: 필터
14: 전력 변환기
141: 기동 신호 수신부
142: 스위칭 신호 수신부
143: 명령값 수신부
144: 고조파 저감용 명령값 수신부
145: 기동 시퀀스 완료 송신부
15: 부하
16a 내지 16c: 전압 센서
2: 축전지 시스템
21: 축전지
3: 컨트롤러
31: 상위 컨트롤러
311: 운전 상태 송수신부
312: 명령값 송신부
313: 관리자 입력부
314: 표시부
32: 설비 내 컨트롤러
321: 개폐기 상태 수집부
322: 고장 정보 수집부
323: 폐쇄 대수 집계부
324: 제어부
325: 전압 취득부
326: 연산부
327: 운전 상태 송수신부
328: 기동 신호 송신부
329: 스위칭 신호 송신부
330: 명령값 수신부
331: 충방전 명령부
341: 부하 전력 명령부
351: 데이터베이스
361: 고조파 저감용 명령값 송신부
362: 기동 시퀀스 완료 수신부

Claims (8)

  1. 전력 계통과 축전지 시스템에 접속된 계통 연계 설비이며,
    상기 전력 계통과 상기 축전지 시스템에 접속된 복수의 전력 변환기와,
    상기 전력 계통과 상기 전력 변환기 사이에 마련된 복수의 변압기와,
    상기 변압기와 상기 전력 변환기 사이에 마련되고, 상기 전력 변환기를 통해 상기 축전지 시스템에 접속된 복수의 개폐기와,
    상기 개폐기의 개폐를 제어하는 컨트롤러
    를 구비하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 개폐기의 폐쇄 대수와 상기 계통 연계 설비의 고조파 전압 함유율의 관계인 고조파 전압 함유율 특성에 기초하여, 상기 개폐기의 폐쇄 대수가, 상기 계통 연계 설비의 고조파 전압이 증대하는 개폐기 폐쇄 대수 범위의 범위 외로 되도록 상기 개폐기에 개폐 명령을 출력하는 것
    을 특징으로 하는 계통 연계 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 고조파 전압 함유율이 소정의 역치 이하로 되는 상기 개폐기의 폐쇄 대수 범위의 폐쇄 대수로 하는 개폐 명령을 상기 개폐기에 출력하는 것
    을 특징으로 하는 계통 연계 설비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    각 상기 개폐기의 개폐 상태 정보를 수집하는 개폐기 상태 수집부와,
    상기 개폐 상태 정보로부터 상기 개폐기의 폐쇄 대수를 집계하는 폐쇄 대수 집계부와,
    기본파 전압 및 홀수차 고조파 전압을 포함하는 전압을 측정하는 전압 센서로부터, 측정된 전압을 취득하는 전압 취득부와,
    취득된 상기 기본파 전압과 홀수차 고조파 전압으로부터 상기 고조파 전압 함유율을 연산함과 함께, 상기 폐쇄 대수 및 상기 연산에 의해 얻어진 상기 고조파 전압 함유율로부터, 상기 고조파 전압 함유율 특성을 구하는 연산부
    를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 계통 연계 설비.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연산부는, 상기 고조파 전압 함유율이 감소할 경우에, 상기 고조파 전압 함유율 특성을 구하고,
    상기 컨트롤러는, 상기 고조파 전압 함유율이 감소했을 때에 구한 상기 고조파 전압 함유율 특성에 기초하여, 상기 개폐기 폐쇄 대수 범위를 변경하는 것
    을 특징으로 하는 계통 연계 설비.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 계통 연계 설비 내의 부하에 대하여, 전력 소비시키는 명령을 출력하는 부하 전력 명령부를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 계통 연계 설비.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    직렬 접속된 상기 개폐기와 상기 전력 변환기의 조를 복수 갖고,
    상기 컨트롤러는, 상기 개폐기에 폐쇄 상태로 하는 명령을 출력하고, 당해 명령에 의해 폐쇄 상태로 된 상기 개폐기에 직렬 접속된 상기 전력 변환기를 스위칭하는 명령을 출력하는 제어를 하나의 단위로 하여, 상기 조마다 차례로 상기 제어를 하는 것
    을 특징으로 하는 계통 연계 설비.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는, 상기 전력 변환기의 불감대의 데이터베이스를 갖고, 당해 데이터베이스의 불감대에 기초하여, 상기 전력 변환기의 합계 출력이 0에 접근하는 충방전 명령값을 상기 전력 변환기에 출력하는 것
    을 특징으로 하는 계통 연계 설비.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전력 변환기는, 상기 불감대에 관계없이, 출력 전력을 0으로 하는 고조파 저감용 명령값을 수신하는 수신부를 갖고,
    상기 컨트롤러는, 상기 전력 변환기로의 기동 신호와 함께 상기 고조파 저감용 명령값을 송신하는 송신부를 구비하는 것
    을 특징으로 하는 계통 연계 설비.
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