JP5268458B2 - 小規模電力系統の需給制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、小規模電力系統の需給制御装置に係わり、とくに蓄電装置の充電末、放電末を防止するように制御する装置に関する。

一般に、小規模電力系統は、商用系統と連系する際、小規模電力系統と商用系統とを連系する連系線の潮流の変動を小さく保ち、さらにある時間内で商用系統からの電力の授受を同量にする同時同量を満たす必要がある。

この連系では、電力会社との契約に則り、その契約内に収まるように連系線の潮流を制御する。この場合、契約を逸脱すると、反則金を要求される可能性がある。また、小規模電力系統を商用系統から切り離して自立運転を行なう場合は、小規模電力系統内で適切に電力の需給バランスを取らなければ、小規模電力系統内の周波数が変動し、小規模電力系統内に電力を安定に供給することができなくなる。

そのような不具合を防ぐため、回転機を利用した出力可変の発電機で需給バランスをできるだけ取り、残りのアンバランス分を応答速度の速い蓄電装置で需給バランスを取る方法が用いられている。

この方法では、十分な制御性能を確保するには、蓄電装置の容量を大きくする必要がある。しかし、蓄電装置の価格が高く、容量を大きくすると非常に高価になるという問題がある。

また、容量を小さく抑えようとした場合には、充電末または放電末になり易く、必要なときに必要な制御性能を得られない可能性がある、という問題がある。

充電末または放電末にならないようにするには、蓄電装置の蓄電量に応じて系統に出力する電力の指令値を段階的もしくは線形的に変更する（例えば特許文献１参照）。
特開2001-327080号公報

前述した蓄電装置の蓄電量に応じて系統に出力する電力の指令値を段階的もしくは線形的に変更すると、需給バランスを満たすために蓄電装置の出力が運用計画から乖離した場合に、蓄電量が予定よりも多くなり過ぎるか、または少なくなり過ぎる状態が発生してしまい、蓄電装置からの出力が必要なだけ得られなくなる。

本発明は上述の点を考慮してなされたものであり、蓄電装置の充電末、放電末を避けることができる、小規模電力系統の需給制御装置を得ることを目的とする。

上記目的達成のため、本発明では、
出力可変の発電機と、蓄電装置と、前記発電機および前記蓄電装置から給電される負荷と、長周期制御および短周期制御を含む発電計画に基づき前記発電機、前記蓄電装置および前記負荷の需給バランスを取るように前記発電機および前記蓄電装置の制御を行う制御装置とをそなえた小規模電力系統の需給制御装置において、
前記制御装置は、
前記蓄電装置における充放電計画値と出力電力との差分が小さくなるように制御を行う制御器を備え、
前記制御器から出力される制御量によって前記発電機の出力指令値を補正することを特徴とする、小規模電力系統の需給制御装置、
を提供するものである。

本発明は上述のように構成したため、蓄電装置の充放電計画値に一層近い状態で運用することが可能となり、蓄電装置が充電末または放電末となることを防ぎ易くなる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態につき説明する。

（実施例１）
図１，図２および図６を参照して実施例１を説明する。図６は、本発明を適用しようとする一般的な小規模電力系統の需給制御のブロック図である。

一般的な小規模電力系統は、図６に示すように、電力系統母線１２に連系された１または複数の蓄電装置１３と、１または複数の出力可変の発電機１４と、１または複数の負荷１５をそなえた構成である。

この小規模電力系統は、破線で示す需給制御装置S/D内で発電計画９に基づく長周期制御１０および短周期制御１１により運転される。すなわち、まず発電計画９において小規模電力系統内の負荷予測や自然エネルギーを利用した、例えば風力発電のような発電量を制御できない発電機の発電電力量の予測などから、比較的長い時間、例えば30分〜1時間ごとの出力可変発電機１４および蓄電装置１３の運転計画が作成される。

そして、この運転計画を基に、長周期制御１０にて数分間における実際の需要と発電量とがバランスするように、数分単位での出力可変発電機１４の発電量および蓄電装置１３の出力量が算出される。

さらに、出力量を基に、数秒間の実際の需要と発電量とがバランスするように、短周期制御１１、例えば数秒単位で出力可変発電機１４の発電量および蓄電装置１３の制御量を算出する。そして、その制御量を出力可変発電機１４および蓄電装置１３に指令値として与え、この指令値通りに出力可変発電機１４および蓄電装置１３を運転することにより、小規模電力系統内の同時同量を実現している。

なお、発電計画９において作成される運転計画は、運用コスト等の各指標について最適化されたものであり、一般的に蓄電装置１３が充電末または放電末にならないように作成されている。

図１は、本発明の実施例１を示している。この図１は、図６に示した一般的な需給制御装置に、次に示す機能を追加したものである。

まず、蓄電装置１３の連系点の電圧を検出する電圧検出手段１と、蓄電装置１３に流入または流出する電流を検出する電流検出手段２および乗算器３を用いて、蓄電装置１３の出力電力を算出する。

次に、乗算器３で算出された蓄電装置１３の出力電力から充放電計画値を差し引いた差分を加算器４にて算出して加算器５に与える。そして、加算器５では、加算器４からの出力を蓄電装置ｍ台分だけ加算し、その差分が0になるように制御器６にて制御量を算出し、算出された制御量を配分器７に与える。これにより、出力可変発電機１４それぞれに配分する量、つまり出力可変発電機１４が各別に出力すべき制御量が求められる。

そして、需給制御装置S/Dにおける短周期制御１１にて作成された各発電機への出力指令値に、配分器７で算出された制御量を加算器８で加算し、それを出力可変発電機１４に指令値として与え、出力可変発電機１４をその指令値通りに運転させる。

なお本発明では、需給制御装置S/Dが行う同時同量制御の中心となる、発電計画９、長周期制御１０、短周期制御１１は必ずしも３段階に分ける必要はなく、発電計画９で作成される蓄電装置１３の充放電計画値と、短周期制御１１で算出される出力可変発電機１４への出力指令と蓄電装置１３への出力指令とが得られるものであればよい。

因みに、図１は放電を正としたときのブロック図であり、放電を負とした場合は図１中の加算器の符号を適切なものに修正して用いることになる。

実施例１の詳細を説明する。加算器４で加算に用いる状態量であるが、乗算器３で算出される出力電力はＷ（電力値）であるため、発電計画９にて作成される充放電計画値がＷであればそのまま加算すればよいが、Ｗｈ（電力量値）である場合は制御に用いるべき時点でのＷに換算して用いる。

図２は、本発明に用いる需給制御方法を例示した制御特性図であって、図２(a)に示した単位断面101,102,103,104間で一定とする方法や、図２(b)に示した時間経過に伴い連続的に変化する方法などがある。長周期制御１０以降の工程で用いる充放電計画値が図２（ａ）のように用いられるのであれば図２(a)の方法を、図２(b)のように用いられるのであれば図２(b)の方法を適用する。

また、短周期制御１１で算出される出力可変発電機１４への出力指令、および蓄電装置１３への出力指令はＷとなる。制御器６においては、入力値が0になる制御ができるものであれば、比例積分制御等の種々の制御を利用できる。

なお、積分制御を入れれば、充放電計画値からの差分を積算していくため、充放電計画値の累計よりも蓄電装置１３の出力量の累計が小さい場合は積分制御からは常に負の値が出力され続け、充放電計画値の累計よりも蓄電装置１３の出力量の累計が大きい場合は積分制御からは常に正の値が出力され続ける。

つまり、充放電計画値の累計と蓄電装置１３の出力量の累計とが等しくなるような制御が常に行われるようになるので、充放電計画値に近い運用が期待できる。

このように構成された実施例１において、加算器５の出力が正のときは、充放電計画値よりも多く蓄電装置１３が放電していることを表すので、この分を出力可変発電機１４への出力指令値に加算することにより出力可変発電機１４は通常よりも多めに発電する。

これにより、小規模電力系統内の供給電力が過剰となるが、小規模電力系統が商用系統に連系しているときは、需給制御装置S/Dにおける発電計画９、長周期制御１０、短周期制御１１の連系線潮流一定制御が働き、また小規模電力系統が自立運転しているときは、発電計画９、長周期制御１０、短周期制御１１の周波数一定制御が働く。

このため、結果的に出力可変発電機１４で多めに発電された分が蓄電装置１３の充放電量から差し引かれることになり、小規模電力系統内の需給バランスが保たれると同時に、蓄電装置１３を充放電計画値により近い状態で運用することが可能となる。

逆に加算器５の出力が負のときは、充放電計画値よりも少なく蓄電装置１３が放電していることを表すので、この分を出力可変発電機１４への出力指令値に加算することにより出力可変発電機１４は通常よりも少なめに発電する。

これにより、小規模電力系統内の供給電力が不足する。この場合、小規模電力系統が商用系統に連系していれば、発電計画９、長周期制御１０、短周期制御１１の連系線潮流一定制御が働き、また小規模電力系統が自立運転していれば、発電計画９、長周期制御１０、短周期制御１１の周波数一定制御が働く。

このため、結果的に出力可変発電機１４で少なめに発電された分が蓄電装置１３の充放電量に加算されることになり、小規模電力系統内の需給バランスが保たれると同時に、蓄電装置１３を充放電計画値により近い状態で運用することが可能となる。

この実施例１によれば、蓄電装置１３が充電末または放電末にならないように作成されている充放電計画値により近い状態で運用することが可能となるので、充電末または放電末を防ぎ易くなる。従って、同時同量制御に必要な充放電が行えなくなることを防ぐことができる。また、蓄電装置１３の運用マージンを小さくすることができ、蓄電装置をより有効に利用することができるとともに、蓄電装置１３の必要容量を減らすことができる。

（実施例２）
図３を参照して本発明の実施例２を説明する。この図３は、本発明の実施例２を示すブロック図であり、実施例１で説明した図１のブロック図を一部抜粋したものである。なお、実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

この図３に示すように、蓄電装置１３の充電、放電情報により、制御定数を変更する機能を実施例１で説明したブロック図（図１）に付加する。図３は、開閉器２２ａが閉となった場合は開閉器２２ｂが開、開閉器２２ｂが閉となった場合は開閉器２２ａが開となるものであり、蓄電装置１３の充放電情報により、放電時には開閉器２２ａが閉じることによりゲイン２１ａのゲイン「１」を掛け、充電時には開閉器２２ｂが閉じることによりゲイン２１ｂのゲイン「１．０２」を掛ける。

なお、図３中のゲインの定数は例であり、必ずしもこの値を用いる必要はない。またゲインの後の制御要素を積分器２３のみの構成としているが、積分器に限定したものではなく、積分器２３をゲインに置き換えたり、ゲインを積分器２３と並列に入れたり、図３の制御器６に他の制御を並列に入れたりと、様々な制御の組み合わせに適用してもよい。

この方法の効果を説明する。蓄電装置１３で出力が直流のものは、直流から交流に変換して系統母線１２に連系するが、一般的に変換器は交流から直流に変換するときに損失が大きい。そのため、実施例１の制御器６に積分制御を入れた場合に、充電、放電を繰り返すと、損失の影響で積分器２３での積算値に差が生じる。

そこで図３に示すように、損失の大きい放電時に積算量が多めとなる制御定数として損失の影響分を補正することにより、充放電計画値により近い状態で運用することが可能となるので、蓄電装置の充電末または放電末を防ぎ易くなる。従って、同時同量制御に必要な充放電が行えなくなることを防ぐことができる。

また、蓄電装置１３の運用マージンを小さくすることができるので、蓄電装置をより有効に利用することができるとともに、蓄電装置１３の必要容量を減らすことが可能となる。

（実施例３）
図４を参照して本発明の実施例３を説明する。この図４は、本発明の実施例３を示すブロック図であり、実施例１で説明した図１のブロック図を一部抜粋したものである。なお、実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図４に示すように、加算器５の出力を積分器３１に通し、積分器３１の出力値を基に、制御量を加算する機能を実施例１で説明した図１のブロック図に付加する。充放電計画値から大幅にずれた場合、積分器３１の出力の絶対値が大きくなる。その値に応じて、充放電計画値に近くなるように開閉器３３ａ,３３ｂを閉じて、それぞれ定数３２ａ,３２ｂが制御器６から出力された制御量に加算器３４で加算される。

なお、図４には開閉器、定数は２つずつしか記載していないが、２つに限定したものではなく、１または複数であればよい。また、加算方法は、１度に全て加算してもよいし、積分器３１からの出力値に応じて段階的に加算してもよい。

本発明の方法を用いることにより、充放電計画値からずれた状態から充放電計画値に戻り易くなるので、同時同量制御に必要な充放電が行えなくなることを防ぐことができる。

また、蓄電装置１３の運用マージンを小さくすることができるので、蓄電装置をより有効に利用することができるとともに、蓄電装置１３の必要容量を減らすことが可能となる。

（実施例４）
図５を参照して本発明の実施例４を説明する。この図５は、本発明の実施例４を示すブロック図であり、実施例１で説明した図１のブロック図を一部抜粋したものである。なお、実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図５では、蓄電量の情報により制御器６からの出力および定数を切り替える機能が実施例１で説明した図１のブロック図に付加されている。蓄電量情報により、充電末に近付いた場合に、開閉器４２ａを閉とすると同時に開閉器４２ｂ,４２ｃを開とする。

これにより、定数４１ａの出力が制御量として出力され続けるため、充電末に近付いたときに常に一定値が出力されるようになり、充電末になりそうなときは放電が安定して行われるようになる。

逆に放電末に近づいた場合に、開閉器４２ｂを閉とすると同時に開閉器４２ａ,４２ｃを開とする。これにより、定数４１ｂの出力が制御量として出力され続けるため、放電末に近付いたときに常に一定値が出力されるようになり、放電末になりそうなときは充電が安定して行われるようになる。

なお、開閉器４２ａ,４２ｂが閉となってから再度開となり、開閉器４２ｃが閉となるタイミングであるが、蓄電量情報を基に、蓄電量が一定値を超えたときに開としてもよいし、閉となってから一定時間後に開としてもよい。

また図５には開閉器、定数が放電末時、充電末時でそれぞれ１つしかないが、定数を複数にし、充電量情報を基に段階的に定数を変えてもよい。本発明は、適用対象が上記実施例に限定されるものではなく、同等の制御が行える方法であれば適用可能である。

本発明によれば、蓄電装置の充電末または放電末に達した場合であっても一定値が出力され続けるため、一般的な需給制御装置よりも早く充電末または放電末が解消されるため、同時同量制御が十分に行えない状態を短縮することが可能となる。

本発明の実施例１の構成を説明するブロック図。 本発明の実施例１の動作を説明する制御特性図。 本発明の実施例２の構成を説明するブロック図。 本発明の実施例３の構成を説明するブロック図。 本発明の実施例４の構成を説明するブロック図。 一般的な小規模電力系統のブロック図。

符号の説明

１…電圧検出器、２…電流検出器、３…乗算器、４…加算器、５…加算器、
６…制御器、７…配分器、８…加算器、９…発電計画作成部、１０…長周期制御部、
１１…短周期制御部、１２…電力系統母線、１３…蓄電装置、１４…出力可変発電機、
１５…負荷、２１ａ，２１ｂ…開閉器、２２ａ，２２ｂ…ゲイン、２３…積分器、
３１…積分器、３２ａ，３２ｂ…定数、３３ａ，３３ｂ…開閉器、３４…加算器、
４１ａ，４１ｂ…定数、４２ａ，４２ｂ，４１ｃ…開閉器、S/D…需給制御装置。

Claims (4)

1. 出力可変の発電機と、蓄電装置と、前記発電機および前記蓄電装置から給電される負荷と、長周期制御および短周期制御を含む発電計画に基づき前記発電機、前記蓄電装置および前記負荷の需給バランスを取るように前記発電機および前記蓄電装置の制御を行う制御装置とをそなえた小規模電力系統の需給制御装置において、
   前記制御装置は、
   前記蓄電装置における充放電計画値と出力電力との差分が小さくなるように制御を行う制御器を備え、
   前記制御器から出力される制御量によって前記発電機の出力指令値を補正することを特徴とする、小規模電力系統の需給制御装置。
2. 請求項１記載の小規模電力系統の需給制御装置において、
   前記制御器は、制御定数を変更できるものであり、
   前記蓄電装置の充電または放電に関する運転状態情報により、前記制御定数を変更することを特徴とする、小規模電力系統の需給制御装置。
3. 請求項１記載の小規模電力系統の需給制御装置において、
   前記蓄電装置の充放電計画値と出力電力との差分の積算値を基に、前記制御器から出力される制御量を補正することを特徴とする、小規模電力系統の需給制御装置。
4. 請求項１記載の小規模電力系統の需給制御装置において、
   前記蓄電装置の蓄電量情報によって定まる制御量で前記発電機の出力指令値を補正することを特徴とする、小規模電力系統の需給制御装置。

Images