JP7553288B2 - 制御装置及び負荷制御方法 - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 〔１〕 ▲１▼発行日 令和２年３月１日（ｗｅｂ公開期間：２０２０年３月６日～２０２０年８月２８日） ▲２▼刊行物 令和２年電気学会全国大会講演論文集、第１２４～１２５頁 一般社団法人電気学会 発行 （Ｗｅｂ公開ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｇａｋｋａｉ－ｗｅｂ．ｎｅｔ／ｉｅｅ／ｐｒｏｇｒａｍ／２０２０／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ） ＜資 料＞ 令和２年電気学会全国大会講演論文公開案内 ＜資 料＞ 令和２年電気学会全国大会講演論文集 掲載論文 〔２〕 ▲１▼発行日 令和２年８月２８日 ▲２▼刊行物 令和２年電気学会電力・エネルギー部門大会講演論文集、１ＷＥＢ２－１～１ＷＥＢ２－１０ 一般社団法人電気学会 発行 （Ｗｅｂ公開ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｉｅｅ．ｊｐ／ｐｅｓ／ｂ＿ｅｖｅｎｔ／ｒ０２／ ｈｔｔｐｓ：／／ｇａｋｋａｉ－ｗｅｂ．ｎｅｔ／ｐ／ｐｅｓ／ｐｅｓ／ｍｏｄ２．ｐｈｐ） ＜資 料＞ 令和２年電気学会電力・エネルギー部門大会講演論文公開案内 ＜資 料＞ 令和２年電気学会電力・エネルギー部門大会講演論文集 掲載論文

本発明は、制御装置及び負荷制御方法に関する。

自然災害による大規模停電を契機に、電力系統におけるレジリエンス強化の重要性が再認識されている。また、脱炭素化の要請の高まりを背景に、将来的な再生可能エネルギー電源（以下、「再エネ電源」という。）の主力電源化が期待されている。

将来の電力系統においてレジリエンス強化と脱炭素化を両立するには、災害時など周波数が大幅に変動した際の周波数安定性の低下要因として懸念される、再エネ電源の脱落に対して的確に対処可能な周波数制御技術の開発が重要となる。最近の周波数制御技術として、多様な系統条件を考慮した周波数低下リレーの整定方法が以下の非特許文献１に開示されている。

Turaj. Amraee, Mohammad. Ghaderi. Darebaghi, Alireza. Soroudi and Andrew. Keane, "Probabilistic Under Frequency Load Shedding Considering RoCoF Relays of Distributed Generators," in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 33, no. 4, pp. 3587-3598 (2018).

しかしながら、再エネ電源の脱落量は、そのときの再エネ電源の出力すなわち日射量や風速等に応じて変化するため、従来の周波数制御技術では、再エネ電源の脱落に対して的確に対処することが困難となっていくと考えられる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、再エネ電源の脱落によって発生する供給力不足による周波数安定性の低下を抑制することである。

（１）本発明の一態様は、再エネ電源及び負荷が接続されている電力系統の周波数を安定化させる制御装置であって、一つ以上の前記再エネ電源が脱落した場合には、一つ以上の前記負荷を前記電力系統から切り離すことで電力需給のアンバランスを解消させる制御装置である。

（２）上記（１）の系統安定化システムであって、前記制御装置は、前記再エネ電源が脱落した場合には、前記再エネ電源の脱落量に応じた前記負荷を前記電力系統から切り離してもよい。

（３）上記（２）の制御装置であって、前記制御装置は、前記再エネ電源が脱落した場合には、前記再エネ電源の脱落量と同程度の負荷制御量の前記負荷を前記電力系統から切り離してもよい。

（４）上記（３）の制御装置であって、前記再エネ電源の出力に基づいて、電力系統の周波数変化率に応じた再エネ電源の脱落量を示す再エネ脱落特性を求める特性生成部と、前記特性生成部が生成した前記再エネ脱落特性に合わせて前記再エネ電源の脱落量と同程度の前記負荷制御量の負荷を前記電力系統から切り離す制御部と、を備えてもよい。

（５）上記（４）の制御装置であって、負荷遮断を行う周波数低下リレーが前記電力系統の各負荷フィーダに設けられており、前記制御部は、前記特性生成部が生成した再エネ脱落特性に合わせて前記再エネ電源の脱落量と同程度の前記負荷制御量の負荷を前記電力系統から切り離すように、前記周波数低下リレーの整定値を調整してもよい。

（６）上記（５）の制御装置であって、前記制御部は、前記各負荷フィーダの負荷量と前記再エネ電源の出力とに基づいて、前記負荷遮断を行う前記周波数低下リレーが設けられている負荷フィーダの中から制御対象を選定する制御対象選定部と、前記制御対象選定部に選定した前記制御対象の整定値を調整することで、前記再エネ脱落特性に合わせて前記再エネ電源の脱落量と同程度の前記負荷量の負荷を前記電力系統から切り離す調整部と、を備えてもよい。

（７）上記（６）の制御装置であって、前記調整部は、前記制御対象選定部に選定した前記制御対象以外の周波数低下リレーの負荷遮断機能を無効化してもよい。

（８）本発明の一態様は、再エネ電源及び負荷が接続されている電力系統の周波数を安定化させる負荷制御方法であって、一つ以上の前記再エネ電源が脱落した場合には、一つ以上の前記負荷を前記電力系統から切り離すことで電力需給のアンバランスを解消させる、負荷制御方法である。

以上説明したように、本発明によれば、再エネ電源の脱落によって発生する供給力不足による周波数安定性の低下を抑制することができる。

第１の実施形態の系統安定化システムが適用される電力系統の構成図である。 第１の実施形態の制御装置の各機能部を説明する図である。 第１の実施形態の再エネ脱落特性を説明する図である。 第１の実施形態の制御装置の動作のフロー図である。 第１の実施形態の効果を説明する図である。 第２の実施形態の系統安定化システムが適用される電力系統の構成図である。 第２の実施形態の制御装置の各機能部を説明する図である。 第２の実施形態の制御装置の動作のフロー図である。

以下、本実施形態に係る系統安定化システムを、図面を用いて説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態の系統安定化システムが適用される電力系統１００の構成図である。電力系統１００は、再エネ電源や送電線、変圧器など各種設備を備える。一例として、電力系統１００は、主系統１０、変電所１１、第１の母線１２、複数の負荷フィーダ１３－ｋ（ｋ＝１、２、…－ｎ）（ｎは２以上の整数）及び複数の下位系統１４－ｋを有する。以下の説明において、ハイフン以下の符号を省略する場合がある。

変電所１１は、変電所１１よりも上位の系統である主系統１０からの電力を、変電所１１よりも下位の系統である各下位系統１４に供給する。本実施形態では、電力系統１００が２つの変電所１１を有する場合について説明するが、その数には特に限定されない。

第１の母線１２は、変電所に配置されている母線であって、変電所１１に接続されている。本実施形態では、第１の母線１２は、各変電所１１に対応して接続されている。

負荷フィーダ１３－ｋは、第１の母線１２と下位系統１４－ｋとを接続する接続線である。

下位系統１４－ｋは、例えば、第２の母線２０－ｋ、一つ以上の再エネ電源３０－ｋ及び一つ以上の負荷４０－ｋを備える。

第２の母線２０－ｋには、一つ以上の再エネ電源３０－ｋ及び一つ以上の負荷４０－ｋが接続されている。図１に示す例では、第２の母線２０－ｋには１つの再エネ電源３０－ｋが電気的に接続されているが、これに限定されず、第２の母線２０－ｋに接続される再エネ電源３０－ｋの数は複数であってもよい。同様に、図１に示す例では、第２の母線２０－ｋには１つの負荷４０－ｋが電気的に接続されているが、これに限定されず、第２の母線２０－ｋに接続される負荷４０－ｋの数は複数であってもよい。

再エネ電源３０－ｋは、再生可能エネルギーを利用した電源であって、例えば、太陽光発電、風力発電などを利用した電源である。一例として、再エネ電源３０－ｋは、太陽光発電の発電装置３２－ｋと、パワーコンディショナーシステム（ＰＣＳ）３１－ｋと、を有する。

ＰＣＳ３１－ｋは、発電装置３２－ｋが発電した直流電力を交流に変換する。ＰＣＳ３１－ｋで変換された直流電力は、主系統１０や負荷４０－ｋに供給される。ＰＣＳ３１－ｋは、例えば負荷側の周波数の変化などにより単独運転を検出し、再エネ電源３０－ｋの出力を停止させる単独運転検出機能を有する。具体的には、電力系統１００の供給力が不足して電力需給がアンバランスになると、電力系統１００の周波数が低下していく。電力需給のアンバランスの大きいほど、電力系統１００の周波数の変化率（ｄｆ／ｄｔ）が大きくなる。したがって、ＰＣＳ３１－ｋは、単独運転検出機能として、周波数の変化率（ｄｆ／ｄｔ）が所定値以上になった場合には再エネ電源３０－ｋの出力を停止させる。以下の説明において、単独運転検出機能によって再エネ電源３０の出力が停止することを「脱落」と称する。

負荷４０－ｋは、例えば、需要家における電気機器などである。

第１の実施形態の系統安定化システムは、複数の負荷側周波数低下リレー（ＵＦＲ：Under Frequency Relay）２００－ｋ及び制御装置３００を備える。

ＵＦＲ２００－ｋは、負荷フィーダ１３－ｋに設けられている。ＵＦＲ２００－ｋが導通状態（オン状態）から遮断状態（オフ状態）に動作すると、下位系統１４－ｋが主系統１０から切り離される。すなわち、ＵＦＲ２００－ｋが導通状態（オン状態）から遮断状態（オフ状態）に動作すると、下位系統１４－ｋに含まれる負荷４０－ｋが主系統１０から切り離される負荷遮断が行われる。本実施形態では、ＵＦＲ２００－ｋは、負荷フィーダごとに設けられている。

ＵＦＲ２００－ｋは、負荷側の周波数変化等を検出する。ＵＦＲ２００－ｋは、大規模な電源脱落等に起因した供給力不足により大幅に周波数が低下する稀頻度リスクに対応して、脱落した電源を除いた供給力（発電側）で周波数を制御できる範囲にまで負荷遮断することで周波数を回復させる緊急的な措置を実施する。

例えば、周波数低下による連鎖的な電源トリップや大規模停電を防ぐため、ＵＦＲ２００－ｋにおいて何段階かの整定値として周波数のレベルとその継続時間が設定され、負荷側の周波数が予め設定されたレベル以下となる時間が、予め設定された継続時間を連続して経過した場合には、順次負荷遮断が行われる。

ＵＦＲ２００－ｋは、周波数変化率とその継続時間に応じて負荷制御を行う負荷遮断機能を有している。具体的には、負荷遮断機能では、整定値として周波数変化率とその継続時間が設定され、負荷側の周波数の変化率が予め設定されたレベル以上となる時間が、予め設定された継続時間を連続して経過した場合には、ＵＦＲ２００－ｋは、導通状態（オン状態）から遮断状態（オフ状態）になり負荷遮断する。

ＵＦＲ２００－ｋの整定値は、制御装置３００によって調整されてもよい。また、ＵＦＲ２００－ｋの負荷遮断機能は、制御装置３００によって有効化及び無効化されてもよい。

制御装置３００は、一つ以上の再エネ電源３０が脱落した場合には、一つ以上の負荷４０を電力系統１００から切り離すことで電力需給のアンバランスを解消させる。例えば、制御装置３００は、再エネ電源３０が脱落した場合には、再エネ電源３０の脱落量に応じた負荷４０を電力系統１００から切り離す。再エネ電源３０の脱落量とは、再エネ電源３０が脱落したことによって再エネ電源３０から電力系統１００への電力供給が停止されたすべての電力量を示す情報である。すなわち、脱落量とは、電力系統１００に接続されている全ての再エネ電源３０を一つの集合体とした場合において、その集合体（再エネ集合体）から電力系統１００への電力供給が停止された電力量である。例えば、制御装置３００は、再エネ電源３０が脱落した場合には、再エネ電源３０の脱落量と同程度の負荷４０の電力量（以下、「負荷制御量」という。）を電力系統１００から切り離す。

制御装置３００は、各ＵＦＲ２００－ｋに対して有線又は無線で接続されている。

以下において、制御装置３００の機能部について、図２を用いて説明する。図２は、制御装置３００の各機能部を説明する図である。

制御装置３００は、データ取得部３１０、特性生成部３２０及び制御部３３０を備える。これらの構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリ等の記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭ等の着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。記憶装置は、例えば、ＨＤＤ、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、またはＲＡＭ（Random Access Memory）等により構成される。

データ取得部３１０は、各再エネ電源３０の出力データをリアルタイムで取得する。そして、データ取得部３１０は、取得した各再エネ電源３０の出力の合計値を求める。以下において、再エネ集合体の出力、すなわち前記合計値を、「再エネ出力」と称する。ここで、再エネ出力は計測値でもよいし、日射量などに基づいた推定値でもよい。本実施形態のリアルタイムとは、完全に同時である必要はなく、ネットワークを介した通信などによるタイムラグを含んでもよい。

データ取得部３１０は、各負荷４０の電力量である負荷量（需要）のデータをリアルタイムで取得する。

特性生成部３２０は、データ取得部３１０で取得した再エネ出力のデータに基づいて、電力系統１００の周波数変化率に応じた再エネ電源３０の脱落量を示す再エネ脱落特性を生成する。図３は、本実施形態の再エネ脱落特性の一例を示す図であり、再エネ脱落特性をグラフ化した図である。

図３に示すグラフの横軸が周波数変化率であり、縦軸が再エネ電源の脱落量を示す。図３に示す再エネ電源の脱落量は、系統需要を１００％とした場合において、脱落によって電力系統１００に対して供給が停止された再エネ電源の電力の割合を示す。図３に示すように、再エネ脱落特性は、周波数変化率が大きくなるにつれて脱落量も大きくなり、周波数変化率がある値に達すると脱落量が飽和するという特徴を有している。すなわち、図３では、周波数変化率が増大するにつれて脱落していく再エネ電源３０の数が増加していき、周波数変化率がある値に達すると、脱落していない残りの再エネ電源３０が一斉に脱落して、全ての再エネ電源３０が脱落することを示している。

再エネ脱落特性は、個々の再エネ電源３０の脱落特性の重ね合せにより表現される。そのため、対象エリアの再エネ電源の単独運転検出機能のロジックや整定とその比率を集約することで、同エリアの再エネ電源３０の集合的な再エネ脱落特性を表現することが可能である。ここで、再エネ脱落特性は、単独運転検出機能により特徴付けられる。そのため、ある周波数変化率に対して脱落する再エネの種類や数は変わることはない。一方、再エネ出力は日射量や風速により常時変化するため、これに応じて、再エネ電源３０の脱落時の周波数変化に対する脱落量もまた常時変化することになる。そこで、特性生成部３２０は、リアルタイムで得られる常時の再エネ出力に基づいて適宜、再エネ脱落特性を生成する。

一例として、特性生成部３２０は、各ＰＣＳ３１の単独運転検出機能のロジックや整定値とその比率を集約したデータシートなどから、ある周波数変化率に対して脱落する再エネ電源３０の種類や数を示す脱落情報を予め求めておき、その脱落情報を格納している。そして、特性生成部３２０は、脱落情報と、データ取得部３１０で得られたリアルタイムの再エネ出力とに基づいて、再エネ脱落特性を生成する。例えば、特性生成部３２０は、再エネ出力が１００％である場合には、図３の点線で示す再エネ脱落特性を生成し、再エネ出力が５０％である場合には、図３の実線で示す再エネ脱落特性を生成する。なお、特性生成部３２０は、再エネ脱落特性の情報をテーブル形式で生成してもよいし、数式で生成してもよい。

制御部３３０は、特性生成部３２０が生成した再エネ脱落特性に合わせて脱落量と同程度の電力量を負荷制御量として電力系統１００から切り離すように、各ＵＦＲ２００の整定値を調整する。ここで、再エネ脱落特性の脱落量は、負荷制御量とみなすことができる。すなわち、再エネ脱落特性は、周波数変化に対する負荷制御量を示すものとなる。換言すれば、特性生成部３２０は、再エネ脱落特性を生成することで、周波数変化率に対する負荷制御量（以下、「負荷制御量特性」という。）を生成する。例えば、図３に示す点線で示す負荷制御量特性を例にとると、制御部３３０は、１Ｈｚ／ｓで系統需要の８％に相当する電力量を負荷制御量として、２Ｈｚ／ｓで系統需要の１４％に相当する電力量を負荷制御量として電力系統１００から切り離すように、複数のＵＦＲ２００から制御対象のＵＦＲ２００を選定し、その選定したＵＦＲ２００の整定値を調整する。このように、制御部３３０は、負荷制御量特性に基づいてＵＦＲ２００の整定値を調整することで、種々の系統状態における再エネ脱落量に応じて負荷制御量を適正化する。

以下において、制御部３３０の機能部を説明する。制御部３３０は、制御対象選定部３４０及び調整部３５０を備える。

制御対象選定部３４０は、データ取得部３１０で取得された各負荷４０の負荷量を含む情報に基づいて、負荷遮断を行うＵＦＲ２００である制御対象を選定する。一例として、制御対象選定部３４０は、データ取得部３１０で取得された各負荷４０の負荷量と各再エネ電源３０の出力に基づいて、特性生成部３２０で生成した負荷制御量特性になるように、負荷遮断を行うＵＦＲ２００である制御対象を選定する。

調整部３５０は、ＵＦＲ２００の負荷遮断機能によって上記負荷制御量特性が実現されるように、制御対象選定部３４０に選定した制御対象の整定値を調整する。また、調整部３５０は、制御対象選定部３４０で選定した制御対象以外のＵＦＲ２００の負荷遮断機能を無効化してもよい。

例えば、０．５Ｈｚ／ｓごとに２つの負荷フィーダ、すなわち２つの下位系統１４を主系統１０から切り離すことで、再エネ出力が１００％における負荷制御量特性を実現できるとする。その際には、例えば、調整部３５０は、ＵＦＲ２００－１とＵＦＲ２００－２の各整定値を０．５Ｈｚ／ｓに調整し、ＵＦＲ２００－３とＵＦＲ２００－４の各整定値を１Ｈｚ／ｓに調整し、ＵＦＲ２００－５とＵＦＲ２００－６の各整定値を１．５Ｈｚ／ｓに調整する。そして、例えば、調整部３５０は、再エネ出力が１００％から５０％に変動した場合には、ＵＦＲ２００－１とＵＦＲ２００－２のうちＵＦＲ２００－２による負荷遮断機能を無効化し、ＵＦＲ２００－３とＵＦＲ２００－４のうちＵＦＲ２００－４による負荷遮断機能を無効化し、ＵＦＲ２００－５とＵＦＲ２００－６のうちＵＦＲ２００－６による負荷遮断機能を無効化する。これにより、制御部３３０は、再エネ出力に応じて変動する負荷制御量特性を実現させることができる。

以下において、第１の実施形態の制御装置３００における演算処理の流れを、図４を用いて説明する。図４は、第１の実施形態の制御装置３００の演算処理のフロー図である。制御装置３００は、一定周期ごとに図４に示す演算処理を繰り返す。

制御装置３００は、あるエリアにおける各負荷フィーダの再エネ電源３０の出力データと各負荷４０の負荷量データをリアルタイムで取得する（ステップＳ１０１）。そして、制御装置３００は、各再エネ電源３０の出力データの合計値（再エネ出力）を求め、その合計値に基づいて、負荷制御量特性を生成する（ステップＳ１０２）。制御装置３００は、各再エネ電源３０の出力データと各負荷４０の負荷量とに基づいて下位系統１４の負荷量を下位系統１４ごと（負荷フィーダごと）に求める（ステップＳ１０３）。すなわち、制御装置３００は、負荷４０－ｋの負荷量から再エネ電源３０－ｋの出力を差し引くことで、下位系統１４－ｋの負荷量を求める。ここで、下位系統１４－ｋの負荷量は計測してもよい。制御装置３００は、ステップＳ１０２で生成した負荷制御量特性に沿って負荷遮断するように、負荷制御量特性及び下位系統１４ごとの負荷量に基づいて、周波数変化率に応じて負荷遮断するＵＦＲ２００（制御対象）を選定し（ステップＳ１０４）、その選定したＵＦＲ２００の整定値を調整する（ステップＳ１０５）。

例えば、周波数変化率が１Ｈｚ／ｓとなった場合には負荷制御量（再エネ電源３０の脱落量）が１５ＭＷとなり、周波数変化率が２Ｈｚ／ｓとなった場合には負荷制御量が１０ＭＷ追加されて２５ＭＷとなる負荷制御量特性が生成されたとする。また、負荷４０－１の負荷量が１０ＭＷであり、再エネ電源３０－１の出力が５ＭＷであると仮定すると、下位系統１４－１の負荷量は５ＭＷとなる。また、負荷４０－２の負荷量が２０ＭＷであり、再エネ電源３０－２の出力が５ＭＷであると仮定すると、下位系統１４－２の負荷量は１５ＭＷとなる。また、負荷４０－３の負荷量が５ＭＷであり、再エネ電源３０－３の出力が０ＭＷであると仮定すると、下位系統１４－３の負荷量は５ＭＷとなる。このような場合には、制御装置３００は、負荷制御量特性に従い、周波数変化率が１Ｈｚ／ｓになった時点で１５ＭＷを負荷制御量として電力系統１００から切り離すために、ＵＦＲ２００－２の整定値を１Ｈｚ／ｓに調整する。また、周波数変化率が２Ｈｚ／ｓになった時点でさらに１０ＭＷを負荷制御量として電力系統１００から切り離すために、ＵＦＲ２００－１とＵＦＲ２００－３の各整定値を２Ｈｚ／ｓに調整する。そして、制御装置３００は、ＵＦＲ２００－１からＵＦＲ２００－３以外のＵＦＲ２００の負荷遮断機能を無効化する。これにより、制御装置３００は、再エネ電源の脱落に起因した供給力不足による電力需給のアンバランスを解消させることができ、電力系統１００の周波数の安定化に寄与する。

第１の実施形態の効果について説明する。図５（ａ）は、従来の系統安定化システムによる負荷制御の結果を示す図である。従来の系統安定化システムでは、ＵＦＲは、周波数のレベルを整定値として負荷遮断を行う。図５（ｂ）は、第１の実施形態の系統安定化システムによる負荷制御の結果を示す図である。

図５（ａ）に示すように、従来の系統安定化システムでは、再エネ電源３０の脱落に対する制御遅れが大きく、制御量不足となるため、再エネ電源３０の脱落量の低減や周波数ボトムの改善は困難である。

図５（ｂ）に示すように、第１の実施形態の系統安定化システムでは、再エネ電源３０の脱落に対する制御遅れや制御量不足がともに大幅に改善され、再エネ電源３０の脱落量が低減し、周波数ボトムも大幅に改善されている。また、第１の実施形態の系統安定化システムは、再エネ電源３０の脱落に対して高速かつ適量の負荷制御が可能となるため、負荷制御量も低減している（従来よりも少ない負荷制御で制御効果を得られている）。

上述したように、第１の実施形態の制御装置３００は、一つ以上の再エネ電源３０が脱落した場合には、一つ以上の負荷４０を電力系統１００から切り離すことで電力需給のアンバランスを解消させる。このような構成により、制御装置３００は、再エネ電源３０の脱落によって発生する供給力不足による周波数安定性の低下を抑制することができる。

また、第１の実施形態の制御装置３００は、再エネ出力に基づいて生成した再エネ脱落特性に合わせて脱落量と同程度の負荷制御量の負荷４０を電力系統１００から切り離すようにＵＦＲ２００の整定値を調整する。これにより、再エネ電源を除いた電源脱落に対応した従来制御との制御協調が可能となる。

＜第２の実施形態＞
図６は、第２の実施形態の系統安定化システムが適用される電力系統１００の構成図である。系統安定化システムは、第１の実施形態と比較して、負荷フィーダ１３のそれぞれに対してＵＦＲ２００ではなく、遮断器などのリレーが設けられている点に異なる。以下の説明において、第１の実施形態で説明した内容と同様の機能を有する部分については、同様の名称および符号を付するものとし、その機能に関する具体的な説明は省略する。

第２の実施形態の系統安定化システムは、複数のリレー４００－ｋ及び制御装置３００Ａを備える。

リレー４００－ｋは、負荷フィーダ１３－ｋに設けられている。リレー４００－ｋが導通状態（オン状態）から遮断状態（オフ状態）になると、下位系統１４－ｋが主系統１０から切り離される。

制御装置３００Ａは、複数のリレー４００－ｋのそれぞれをオン状態又はオフ状態に制御する。制御装置３００Ａは、一つ以上の再エネ電源３０が脱落した場合には、一つ以上の負荷４０を電力系統１００から切り離すことで電力需給のアンバランスを解消させる。制御装置３００Ａは、再エネ電源３０が脱落した場合には、再エネ電源３０の脱落量に応じた負荷４０を電力系統１００から切り離す。

以下において、制御装置３００Ａの機能部について、図７を用いて説明する。図７は、制御装置３００Ａの各機能部を説明する図である。

制御装置３００Ａは、データ取得部３１０、特性生成部３２０及び制御部３３０Ａを備える。

以下において、制御部３３０Ａの機能部を説明する。制御部３３０Ａは、制御対象選定部３４０Ａ及び調整部３５０Ａを備える。

制御対象選定部３４０Ａは、データ取得部３１０で取得された各負荷４０の負荷量を含む情報に基づいて、リレー４００が設けられている負荷フィーダの中から制御対象を選定する。一例として、制御対象選定部３４０Ａは、データ取得部３１０で取得された各負荷フィーダの負荷４０の負荷量と再エネ電源３０の出力に基づいて、特性生成部３２０で生成した負荷制御量特性が実現されるように、周波数変化率に対応する制御対象を選定する。

調整部３５０Ａは、上記負荷制御量特性が実現されるように、複数のリレー４００－ｋのそれぞれをオン状態又はオフ状態に制御する。例えば、調整部３５０Ａは、制御対象選定部３４０Ａに選定した制御対象のリレー４００をオフ状態に制御する。

例えば、０．５Ｈｚ／ｓごとに２つの負荷フィーダ、すなわち、２つの下位系統１４を主系統１０から切り離すことで、再エネ出力が１００％における負荷制御量特性を実現できるとする。その際には、例えば、調整部３５０Ａは、周波数変化率が０．５Ｈｚ／ｓになった場合には、リレー４００－１とリレー４００－２をオフ状態に制御し、周波数変化率が１Ｈｚ／ｓになった場合には、リレー４００－３とリレー４００－４をさらにオフ状態に制御する。これにより、制御部３３０Ａは、再エネ出力に応じて変化する負荷制御量特性を実現させることができる。

以下において、第２の実施形態の制御装置３００Ａの動作の流れを、図８を用いて説明する。図８は、第２の実施形態の制御装置３００Ａの動作のフロー図である。ステップＳ２０１からステップＳ２０３は、図４のステップＳ１０１からステップＳ１０３と同様の処理であるため、説明を省略する。

制御装置３００Ａは、ステップＳ１０２で生成した負荷制御量特性に沿って負荷遮断するように、下位系統１４ごとの負荷量に基づいて、周波数変化率に応じて負荷遮断するリレー４００（制御対象）を選定し（ステップＳ２０４）、その選定したリレー４００をリアルタイムで取得する周波数変化率に応じてオフ状態に制御する（ステップＳ２０５）。

例えば、周波数変化率が１Ｈｚ／ｓとなった場合には負荷制御量（再エネ電源３０の脱落によって発生した脱落量）が１５ＭＷとなり、周波数変化率が２Ｈｚ／ｓとなった場合には負荷制御量が１０ＭＷだけ追加されて２５ＭＷとなる負荷制御量特性が生成されたとする。また、負荷４０－１の負荷量が１０ＭＷであり、再エネ電源３０－１の出力が５ＭＷであると仮定すると、下位系統１４－１の負荷量は５ＭＷとなる。また、負荷４０－２の負荷量が２０ＭＷであり、再エネ電源３０－２の出力が５ＭＷであると仮定すると、下位系統１４－２の負荷量は１５ＭＷとなる。また、負荷４０－３の負荷量が５ＭＷであり、再エネ電源３０－３の出力が０ＭＷであると仮定すると、下位系統１４－３の負荷量は５ＭＷとなる。このような場合には、制御装置３００Ａは、負荷制御量特性に従い、周波数変化率が１Ｈｚ／ｓになった時点で１５ＭＷを負荷制御量として電力系統１００から切り離すために、周波数変化率が１Ｈｚ／ｓになった時点でリレー４００－２をオフ状態に制御する。また、制御装置３００Ａは、周波数変化率が２Ｈｚ／ｓになった時点でさらに１０ＭＷを負荷制御量として電力系統１００から切り離すために、周波数変化率が２Ｈｚ／ｓになった時点でリレー４００－１とリレー４００－３をオフ状態に制御する。これにより、制御装置３００Ａは、再エネ電源の脱落に起因した供給力不足による電力需給のアンバランスを解消させることができ、電力系統１００の周波数の安定化に寄与する。

以上説明した第２の実施形態の制御装置３００Ａによれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

例えば、制御対象選定部３４０は、各負荷フィーダの負荷４０の負荷量と再エネ電源３０の出力とに基づいて、負荷遮断を行うＵＦＲ２００である制御対象を選定するにあたって、負荷制御量特性の負荷制御量を超えない範囲において下位系統１４の負荷量が大きいものを優先的に選定してもよい。例えば、周波数変化率が１Ｈｚ／ｓである場合での負荷制御量が１０ＭＷとなる負荷制御量特性が生成されたとする。この場合において、下位系統１４－１の負荷量が５ＭＷ、下位系統１４－２の負荷量が５ＭＷ、下位系統１４－３の負荷量が１０ＭＷである場合には、制御対象選定部３４０は、１０ＭＷ以下の範囲において、下位系統１４の負荷量が最も大きい下位系統１４－３を周波数変化率１Ｈｚ／ｓでの制御対象に選定する。すなわち、制御対象選定部３４０は、下位系統１４－１と下位系統１４－２とを周波数変化率１Ｈｚ／ｓでの制御対象に選定しても負荷制御量特性を実現可能であるが、より少ない制御で負荷制御量特性を実現するために下位系統１４－３を制御対象に選定してもよい。これにより、整定値の調整を行うＵＦＲ２００の数を最小限に抑えることができる。

また、明細書に記載の「…部」の用語は、少なくとも１つの機能や動作を処理する単位を意味し、これは、ハードウェアまたはソフトウェアとして具現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで具現されてもよい。

１，１Ａ…系統安定化システム、３００，３００Ａ…制御装置、３１０…データ取得部、３２０，３２０Ａ…特性生成部、３３０，３３０Ａ…制御部、３４０，３４０Ａ…制御対象選定部、３５０，３５０Ａ…調整部

Claims (5)

1. 再エネ電源及び負荷が接続されている電力系統の周波数を安定化させる制御装置であって、
   リアルタイムで得られる前記再エネ電源の出力に基づいて、前記電力系統の周波数変化率に応じた前記再エネ電源の脱落量を示す再エネ脱落特性を生成する特性生成部と、
   一つ以上の前記再エネ電源が脱落した場合には、前記特性生成部が生成した前記再エネ脱落特性に合わせて前記再エネ電源の脱落量と同程度の負荷制御量の前記負荷を前記電力系統から切り離すことで電力需給のアンバランスを解消させる制御部と、
   を備える制御装置。
2. 負荷遮断を行う周波数低下リレーが前記電力系統の各負荷フィーダに設けられており、
   前記制御部は、前記特性生成部が生成した再エネ脱落特性に合わせて前記再エネ電源の脱落量と同程度の前記負荷制御量の負荷を前記電力系統から切り離すように、前記周波数低下リレーの整定値を調整する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記各負荷の負荷量と前記各再エネ電源の出力とに基づいて、前記負荷遮断を行う前記周波数低下リレーが設けられている負荷フィーダの中から制御対象を選定する制御対象選定部と、
   前記制御対象選定部に選定した前記制御対象の整定値を調整することで、前記再エネ脱落特性に合わせて前記脱落量と同程度の前記負荷制御量の負荷を前記電力系統から切り離す調整部と、
   を備える
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記調整部は、前記制御対象選定部に選定した前記制御対象以外の周波数低下リレーの負荷遮断機能を無効化する、
   請求項３に記載の制御装置。
5. 再エネ電源及び負荷が接続されている電力系統の周波数を安定化させる負荷制御方法であって、
   リアルタイムで得られる前記再エネ電源の出力に基づいて、前記電力系統の周波数変化率に応じた前記再エネ電源の脱落量を示す再エネ脱落特性を生成し、
   一つ以上の前記再エネ電源が脱落した場合には、生成した前記再エネ脱落特性に合わせて前記再エネ電源の脱落量と同程度の負荷制御量の前記負荷を前記電力系統から切り離すことで電力需給のアンバランスを解消させる、
   負荷制御方法。

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