JP2021010201A - Dc power network and control method of dc power network - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力を相互に供給可能な複数の電力網を有する直流電力網において、事故発生時などに直流電路の一部を切り離した場合に、電力供給を継続できる直流電力網および直流電力網の制御方法に関するものである。 The present invention relates to a DC power network having a plurality of power networks capable of supplying power to each other, and a method for controlling a DC power network and a DC power network that can continue to supply power when a part of the DC power line is disconnected in the event of an accident or the like. It is a thing.
本出願人は、特許文献１において、電力を相互に供給可能な複数の電力網を有する直流電力網を提案している。
図８を用いて、特許文献１の直流電力網およびこの直流電力網を制御するためのシステムを説明する。
直流電力網１００’は、第１の電力網１０、２つの第２の電力網２０ａ、２０ｂ、第１の電力網１０と第２の電力網２０ａとを接続する直流電路３０ａ、および、第１の電力網１０と第２の電力網２０ｂとを接続する直流電路３０ｂを有する。
In
A DC power grid of
The DC power grid 100'is a
第１の電力網１０は、例えば大規模工場の電力網であり、直流電力網１００’の中で最も消費電力が大きい。第１の電力網１０は、商用電力系統に接続されており、電力会社から買電している。第１の電力網１０は、直流出力の発電源、例えば、太陽光発電システムおよび蓄電設備（蓄電池の出力をＤＣ／ＤＣコンバータで所定の電圧に変換して直流電路に接続し、任意の電流で充放電する装置）を有する。太陽光発電システムおよび蓄電設備は、直流電路に直接接続され、交流負荷は、系統ＡＣ／ＤＣを介して直流電路に接続されている。系統ＡＣ／ＤＣは、第１の電力網１０の太陽光発電システムおよび蓄電設備から電力を交流負荷に供給し、必要に応じて第２の電力網２０ａ、２０ｂから供給（融通）された電力を交流負荷に供給する。このように、大規模工場の交流負荷は、商用電力系統と系統ＡＣ／ＤＣとの両方から電力を供給される。
The
第２の電力網２０ａ、２０ｂは、例えば大規模宅地、商業施設の電力網である。第２の電力網２０ａ、２０ｂは、それぞれ、第１の電力網１０と同様に、直流出力の発電源、例えば、太陽光発電システムおよび蓄電設備を有する。ただし、第２の電力網２０ａ、２０ｂは、商用電力系統には接続されていない。ＡＣ／ＤＣは、第２の電力網２０ａ、２０ｂの太陽光発電システムおよび蓄電設備から電力を交流負荷に供給し、必要に応じて第１の電力網１０から供給（融通）された電力を交流負荷に供給する。
The
直流電力網１００’を制御するためのシステム１０１’は、第１の電力網１０を制御するための第１のエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ１）と、第２の電力網２０ａ、２０ｂをそれぞれ制御するための第２のエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ２ａ、ＥＭＳ２ｂ）と、第１および第２のエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ａ、ＥＭＳ２ｂ）を制御するための統括エネルギーマネジメントシステム（統括ＥＭＳ）と、を有する。各ＥＭＳは、交流負荷の消費電力を測定し、蓄電設備の充放電を制御し、太陽光発電システムの発電電力を監視し、電力網間で相互に供給（融通）される電力（以下、「融通電力」とも称する）を決定する。
各ＥＭＳは、パーソナルコンピュータ、サーバ、ワークステーション等のコンピュータであり、ハードウェア構成として、ＣＰＵ、メモリ、通信Ｉ／Ｆ、入出力装置等を有する。ＣＰＵは、メモリに格納されているプログラムを読み出して実行する。メモリには、プログラムおよびデータ等が格納される。通信Ｉ／Ｆを介して、ＥＭＳ同士が通信する。
The system 101'for controlling the DC power network 100'is a second energy management system (EMS1) for controlling the
Each EMS is a computer such as a personal computer, a server, and a workstation, and has a CPU, a memory, a communication I / F, an input / output device, and the like as a hardware configuration. The CPU reads and executes the program stored in the memory. Programs, data, etc. are stored in the memory. EMSs communicate with each other via the communication I / F.
第１の電力網１０および第２の電力網２０ａ、２０ｂにおいて、交流負荷が消費する電力の１日の推移（消費電力カーブ）は、太陽光発電システムの発電量の１日の推移（ＰＶ発電カーブ）と一致せず、電力の過不足が生ずる。それゆえ、この過不足分を時間的にシフトするために、自己の電力網における蓄電設備の充放電を調整し、かつ、他の電力網から供給される融通電力を利用する。
In the
例えば、大規模工場である第１の電力網１０は、平日の消費電力が高く、休日の消費電力が低く、一方、商業施設である第２の電力網２０ｂは、平日の消費電力が低く、休日の消費電力が高い。それゆえ、休日には、第１の電力網１０において余剰電力が発生し、第２の電力網２０ｂでは、特に日の出前の時間帯に電力不足（例えば１．４ＭＷ）が発生する場合がある。
それゆえ、この不足電力を賄うために、例えば、０時台〜７時台の間、第１の電力網１０から第２の電力網２０ｂに合計１．４ＭＷ（２００ｋＷ×７時間）の電力が供給される。このように、不足電力をある一定時間で平準化（分割）して供給することにより、直流電路３０ｂの許容電流を減少することができる。
例えば、不足電力を平準化せずに供給する場合、直流電路３０ｂの設備容量は、ピーク電力に対応して設定する必要があるが、上述した場合では、直流電路３０ｂの設備容量は、２００ｋＷに対応して設定すればよいので、直流電路３０ｂの設備容量を減少することができる。
しかしながら、特許文献１では、事故対応は考慮されていなかった。
For example, the
Therefore, in order to cover this shortage of power, for example, a total of 1.4 MW (200 kW x 7 hours) of power is supplied from the
For example, when supplying insufficient power without leveling, the installed capacity of the DC
However, in
従来、直流電力網をループ状に構成することにより、事故発生や点検による設備停止時や、線路切断時に、事故区間以外の健全区間への電力供給を継続する技術が提案されている（例えば非特許文献１）。非特許文献１では、２つの交直変換装置の一方が故障しても、他方を介して電力供給を継続することができる。２つの交直変換装置は、入力である直流電力網との接続において、電圧一定制御を行うことにより、同時に運用されている。この運用手法を図９に示す。
Conventionally, a technique has been proposed in which a DC power network is configured in a loop to continue power supply to a sound section other than the accident section when equipment is stopped due to an accident or inspection, or when a line is cut (for example, non-patent). Document 1). In
図９（ａ）は、２つの交直変換装置の一方（交直変換装置Ａ）をマスターとして電圧一定制御を行い、他方（交直変換装置Ｂ）をスレーブとして入力電圧に追従する制御方式を示す（マスタースレーブ方式）。
図９（ｂ）は、２つの交直変換装置Ａ、Ｂを両方とも電圧一定制御を行うインバータとし、一方（交直変換装置Ａ）の目標電圧を他方（交直変換装置Ｂ）より低く設定することで、負荷分散を行う方式を示す（ボルテージマージン方式）。この方式では目標電圧に達するまではスレーブとして入力電圧に追従して一定電流で充放電し、目標電圧に達するとマスターとして電圧一定となるように充放電電流を変化させる制御を行う。この方式では通常時は目標電圧が低い交直変換装置Ａがマスターとなり、事故などで交直変換装置Ａが離脱すると交直変換装置Ｂがマスターとなり、電力供給を継続することができる。
図９（ｃ）は、２つの交直変換装置Ａ、Ｂを両方とも電圧一定制御を行うインバータとし、目標電圧と電流の関係にドループを持たせ、２つのインバータの間で、ドループの特性を変えることで負荷分散を行う方式を示す（ボルテージドループ方式）。この方式でも事故などで交直変換装置Ａが離脱すると交直変換装置Ｂがマスターとなり、電力供給を継続することができる。
なお、図９の数値は一例であり運用形態により任意に設定可能である。
FIG. 9A shows a control method in which one of the two AC / DC converters (AC / DC converter A) is used as a master to perform constant voltage control, and the other (AC / DC converter B) is used as a slave to follow the input voltage (master). Slave method).
In FIG. 9B, the two AC / DC converters A and B are both inverters that perform constant voltage control, and the target voltage of one (AC / DC converter A) is set lower than that of the other (AC / DC converter B). , Indicates a method for load distribution (voltage margin method). In this method, until the target voltage is reached, the slave follows the input voltage and charges / discharges with a constant current, and when the target voltage is reached, the master performs control to change the charge / discharge current so that the voltage becomes constant. In this method, the AC / DC conversion device A having a low target voltage becomes the master in normal times, and when the AC / DC conversion device A is separated due to an accident or the like, the AC / DC conversion device B becomes the master, and the power supply can be continued.
In FIG. 9C, the two AC / DC converters A and B are both inverters that perform constant voltage control, have a droop in the relationship between the target voltage and the current, and change the droop characteristics between the two inverters. The method of load distribution is shown by this (voltageed loop method). Even in this method, if the AC / DC conversion device A is separated due to an accident or the like, the AC / DC conversion device B becomes the master and the power supply can be continued.
The numerical values in FIG. 9 are examples and can be arbitrarily set depending on the operation mode.
本発明は、電力を相互に供給可能な複数の電力網を有する直流電力網において、事故発生時などに直流電路の一部を切り離し、迂回路を経由して電力供給を継続する場合に、直流電路への過電流を防止しつつ、かつ、できるだけ停電時間を短くする直流電力網および直流電力網の制御方法を提供することを目的とする。 According to the present invention, in a DC power network having a plurality of power networks capable of supplying power to each other, a part of the DC electric circuit is cut off in the event of an accident or the like, and power is continuously supplied to the DC electric circuit via a detour. It is an object of the present invention to provide a DC power grid and a control method of a DC power grid that can prevent overcurrent and shorten the power failure time as much as possible.
本発明の直流電力網は、電力を相互に供給可能な第１の電力網と少なくとも１つの第２の電力網とを有し、
前記第１の電力網から前記少なくとも１つの第２の電力網に電力が供給されている際に、前記第１の電力網と前記少なくとも１つの第２の電力網との間の直流電路で事故が発生した場合、
前記少なくとも１つの第２の電力網への供給電力を減少させる、または、前記少なくとも１つの第２の電力網をオフグリッド状態にする。
The DC power grid of the present invention has a first power grid capable of supplying power to each other and at least one second power network.
When an accident occurs in a DC electric circuit between the first power grid and the at least one second power grid while power is being supplied from the first power grid to the at least one second power grid. ,
Reduce the power supplied to the at least one second power grid, or bring the at least one second power grid into an off-the-grid state.
本発明の直流電力網では、前記少なくとも１つの第２の電力網への供給電力を減少させるために、
前記少なくとも１つの第２の電力網の蓄電設備の出力を増加させる、または、前記少なくとも１つの第２の電力網の交流負荷の消費電力を減少させることが好ましい。
In the DC power grid of the present invention, in order to reduce the power supplied to the at least one second power grid,
It is preferable to increase the output of the power storage equipment of the at least one second power grid or reduce the power consumption of the AC load of the at least one second power grid.
本発明の直流電力網では、前記蓄電設備は、電気自動車の蓄電池を含むことが好ましい。 In the DC power grid of the present invention, the power storage facility preferably includes a storage battery of an electric vehicle.
本発明の直流電力網では、前記第１の電力網および前記少なくとも１つの第２の電力網は、ループ状またはスター状に接続されていることが好ましい。 In the DC power grid of the present invention, it is preferable that the first power grid and the at least one second power grid are connected in a loop shape or a star shape.
本発明の直流電力網では、前記第１の電力網および前記少なくとも１つの第２の電力網は、それぞれ、開閉器を介して直流電路で接続されていることが好ましい。 In the DC power network of the present invention, it is preferable that the first power network and the at least one second power network are each connected by a DC electric circuit via a switch.
本発明の直流電力網では、前記開閉器の少なくとも一部を制御し、事故が発生した直流電路の両側の開閉器を解列することが好ましい。 In the DC power grid of the present invention, it is preferable to control at least a part of the switches and disconnect the switches on both sides of the DC electric circuit where the accident occurred.
本発明の直流電力網では、前記開閉器の少なくとも一部を制御し、前記少なくとも１つの第２の電力網をオフグリッド状態にすることが好ましい。 In the DC power grid of the present invention, it is preferable to control at least a part of the switch and put the at least one second power grid in an off-the-grid state.
本発明の直流電力網では、前記開閉器の少なくとも一部を制御し、前記第１の電力網から前記少なくとも１つの第２の電力網に電力を供給するための迂回路を形成することが好ましい。 In the DC power grid of the present invention, it is preferable to control at least a part of the switch and form a detour for supplying power from the first power network to the at least one second power network.
本発明の直流電力網の制御方法は、電力を相互に供給可能な第１の電力網と少なくとも１つの第２の電力網とを有する直流電力網の制御方法であって、
前記第１の電力網から前記少なくとも１つの第２の電力網に電力が供給されている際に、前記第１の電力網と前記少なくとも１つの第２の電力網との間の直流電路で事故が発生した場合、
前記少なくとも１つの第２の電力網への供給電力を減少させる、または、前記少なくとも１つの第２の電力網をオフグリッド状態にする。
The method for controlling a DC power network of the present invention is a method for controlling a DC power network having a first power network capable of supplying electric power to each other and at least one second power network.
When an accident occurs in a DC electric circuit between the first power grid and the at least one second power grid while power is being supplied from the first power grid to the at least one second power grid. ,
Reduce the power supplied to the at least one second power grid, or bring the at least one second power grid into an off-the-grid state.
図１は、本発明の第１実施形態に係る直流電力網およびこの直流電力網を制御するためのシステムのブロック図であり、図１（ａ）は事故発生前、図１（ｂ）は事故発生後を示す。
第１実施形態に係る直流電力網１００は、図８に示した特許文献１の直流電力網１００’の構成要素に加えて、第２の電力網２０ａと第２の電力網２０ｂとを接続する送電線である直流電路３０ａｂを有する。それゆえ、第１の電力網１０および第２の電力網２０ａ、２０ｂはループ状に接続されている。
また、第１の電力網１０は、直流電路３０ａ側の開閉器ＳＷ１および直流電路３０ｂ側の開閉器ＳＷ２を有し、第２の電力網２０ａは、直流電路３０ａ側の開閉器ＳＷ３および直流電路３０ａｂ側の開閉器ＳＷ４を有し、第２の電力網２０ｂは、直流電路３０ｂ側の開閉器ＳＷ５および直流電路３０ａｂ側の開閉器ＳＷ６を有する。開閉器ＳＷ１〜ＳＷ６は、機械的な接点を持つ開閉器でもよいし、半導体スイッチでもよい。
第１の電力網１０および第２の電力網２０ａ、２０ｂのその他の構成要素は、図８に示した特許文献１の直流電力網１００’の構成要素と同様である。
直流電力網１００を制御するためのシステム１０１は、統括ＥＭＳ、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ａおよびＥＭＳ２ｂを有する。
統括ＥＭＳは、すべての電力網の融通電力の大きさの情報、各電力網を接続する直流電路の現在の経路情報、事故発生状況と発生区間等をリアルタイムで監視および記憶する。この情報に基づき、事故発生時において、統括ＥＭＳは、電流が直流電路の許容値を超えない経路を決定し、直流電路に配置された開閉器ＳＷ１〜ＳＷ６を制御する。ただし、各ＥＭＳと開閉器ＳＷ１〜ＳＷ６との間の接続線は、図示を省略する。
各ＥＭＳ間の通信は、有線でも無線でもよいが、５Ｇ通信など、高速かつ遅延時間の少ない通信であることが好ましい。
統括ＥＭＳは、独立した装置としてシステムを構成してもよいし、この機能を各電力網のＥＭＳ１、ＥＭＳ２ａおよびＥＭＳ２ｂに分散してもよい。機能を分散する場合は、各ＥＭＳ間で経路情報および電力網間の融通電力に関する情報を通信する。
FIG. 1 is a block diagram of a DC power network according to the first embodiment of the present invention and a system for controlling the DC power network. FIG. 1 (a) is before an accident occurs, and FIG. 1 (b) is after an accident occurs. Is shown.
The
Further, the
The other components of the
The
The general EMS monitors and stores information on the magnitude of the interchangeable power of all power grids, current route information of DC electric circuits connecting each power grid, accident occurrence status and occurrence section, etc. in real time. Based on this information, when an accident occurs, the general EMS determines a path in which the current does not exceed the allowable value of the DC electric circuit, and controls the switches SW1 to SW6 arranged in the DC electric circuit. However, the connection line between each EMS and the switches SW1 to SW6 is not shown.
The communication between each EMS may be wired or wireless, but it is preferable that the communication is high-speed and has a short delay time, such as 5G communication.
The integrated EMS may configure the system as an independent device, or may distribute this function to EMS1, EMS2a, and EMS2b of each power grid. When the functions are distributed, route information and information on interchangeable power between power grids are communicated between the EMSs.
図１（ａ）に示すように、事故発生前、すべての開閉器ＳＷ１〜ＳＷ６は投入（接続）されており、第１の電力網１０は、第２の電力網２０ａに電力Ｐ１を供給し、第２の電力網２０ｂに電力Ｐ２を供給している。
図１（ｂ）に示すように、直流電路３０ｂにおいて、地絡、短絡、断線などの事故が発生した場合について説明する。
統括ＥＭＳが、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ｂを介して、直流電路３０ｂが切断されたことを検出すると、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ｂを介して、事故が発生した直流電路３０ｂの両側の開閉器である開閉器ＳＷ２、ＳＷ５を解列し、事故区間を切り離す。なお、後述する本発明の第２の制御方法では、開閉器ＳＷ６も解列する。
直流電路３０ｂが切断されるため、第１の電力網１０は、直流電路３０ｂを介して第２の電力網２０ｂに電力Ｐ２を供給することができない。そこで、第１の電力網１０が、直流電路３０ａ、第２の電力網２０ａおよび直流電路３０ａｂを介して、第２の電力網２０ｂに電力Ｐ２を供給することを検討する。この場合、直流電路３０ａには、電力（Ｐ１＋Ｐ２）が流れることになるが、この電力の和（Ｐ１＋Ｐ２）の値が、直流電路３０ａの許容電流を超えていた場合、直流電路３０ａの温度が上昇し危険である。
As shown in FIG. 1A, all the switches SW1 to SW6 are turned on (connected) before the accident occurs, and the
As shown in FIG. 1B, a case where an accident such as a ground fault, a short circuit, or a disconnection occurs in the DC
When the general EMS detects that the DC
Since the DC
そこで、本発明の第１の制御方法では、電力Ｐ２を一時的に減少させる。電力Ｐ２が発生しているのは（すなわち、第２の電力網２０ｂが第１の電力網１０から電力Ｐ２を供給されているのは）、第２の電力網２０ｂにおいて、電力の需給バランスが崩れ、電力不足が発生しているからである。したがって、統括ＥＭＳが、直流電路３０ｂにおいて事故が発生したことを検出し、開閉器ＳＷ２、ＳＷ５を解列した瞬間に、第２の電力網２０ｂの蓄電設備のインバータの電流値を制御することで蓄電設備の出力を増加させる、または、第２の電力網２０ｂの交流負荷の消費電力を減少させることで、第２の電力網２０ｂにおいて一時的に需給バランスを成立させることができる。これにより、直流電路３０ａには、電力（Ｐ１＋Ｐ２）ではなく、電力Ｐ１が流れるため、過電流を抑えることができる。
統括ＥＭＳが、ＥＭＳ２ｂを介して、第２の電力網２０ｂの蓄電設備のインバータの電流値を制御する際には、非特許文献１に記載のインバータの制御方法を利用する。
第１の制御方法では、第１の電力網１０の蓄電設備のインバータがマスターであり、第２の電力網２０ｂの蓄電設備のインバータがスレーブであるマスタースレーブ方式が用いられる。なぜなら、インバータは、電圧および電流の両方を同時に制御することができず、電圧を一定に制御すると電流は変化し、電流をある値に制御すると電圧は直流電力網の値に追従するからである。第１の制御方法では、第２の電力網２０ｂの蓄電設備のインバータは、電流をある値に制御するので、スレーブである必要がある。
Therefore, in the first control method of the present invention, the electric power P2 is temporarily reduced. The power P2 is generated (that is, the
When the general EMS controls the current value of the inverter of the power storage equipment of the
In the first control method, a master-slave system is used in which the inverter of the power storage equipment of the
本発明の第２の制御方法では、第２の電力網２０ｂを一時的にオフグリッド状態にする。統括ＥＭＳが、直流電路３０ｂにおいて事故が発生したことを検出し、開閉器ＳＷ２、ＳＷ５を解列した瞬間に、開閉器ＳＷ６も解列する（図１（ｂ）参照）。これにより、直流電路３０ａには、電力（Ｐ１＋Ｐ２）ではなく、電力Ｐ１が流れるため、過電流を抑えることができる。
第２の制御方法では、第２の電力網２０ｂがオフグリッド状態になった後、第２の電力網２０ｂの蓄電設備の出力を増加させる必要がある。統括ＥＭＳが、ＥＭＳ２ｂを介して、第２の電力網２０ｂの蓄電設備のインバータの電流値を制御する際には、非特許文献１に記載のボルテージマージン方式またはボルテージドループ方式が用いられる。
これらの制御方式のインバータは、電圧を維持するために電流量を調整する。このため、オフグリッド状態になって電力供給不足が発生し電圧が降下し始めると、この制御方式のインバータは、不足分を自立分散的に補充するように動作する。この結果、直流電路の過電流という不安全状態を抑制でき、かつ、できるだけ停電時間を短くすることで、電力供給を途切れさせることなく、電力を安定して供給することができる。
In the second control method of the present invention, the
In the second control method, it is necessary to increase the output of the power storage equipment of the
Inverters of these control methods adjust the amount of current to maintain the voltage. Therefore, when the power supply shortage occurs in the off-the-grid state and the voltage starts to drop, the inverter of this control method operates so as to supplement the shortage in a self-sustaining manner. As a result, the unsafe state of overcurrent of the DC electric circuit can be suppressed, and the power supply can be stably supplied without interrupting the power supply by shortening the power failure time as much as possible.
図２は、本発明の第２実施形態に係る直流電力網およびこの直流電力網を制御するためのシステムのブロック図であり、図２（ａ）は事故発生前、図２（ｂ）は事故発生後を示す。
第２実施形態に係る直流電力網２００は、第１実施形態に係る直流電力網１００の構成要素に加えて、第２の電力網２０ｃをさらに有する。
第２の電力網２０ｃの構成要素は、第２の電力網２０ａ、２０ｂの構成要素と同様である。
第２の電力網２０ａと第２の電力網２０ｃとは、直流電路３０ａｃにより接続され、第２の電力網２０ｂと第２の電力網２０ｃとは、直流電路３０ｂｃにより接続されており、さらに、開閉器Ｓ１〜ＳＷ８が投入されているため、直流電力網２００は、通常時は、ループを構成している。
通常時は、ＳＷ９、ＳＷ１０は解列されており、第１の電力網１０と第２の電力網２０ｃとは、直流電路３０ｃにより接続可能な状態にある。
直流電力網２００を制御するためのシステム２０１は、統括ＥＭＳ、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ａおよびＥＭＳ２ｂに加えて、第２の電力網２０ｃを制御するための第２のエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ２ｃ）をさらに有する。
第１の電力網１０は、第２の電力網２０ａに電力Ｐ１を供給し、第２の電力網２０ｂに電力Ｐ２（＝Ｐ２’＋Ｐ２”）を供給している。電力Ｐ２は、右回りの経路と左回りの経路とに各経路のインピーダンスに反比例して分流される。すなわち、電力Ｐ２は、直流電路３０ｂを流れる電力Ｐ２’と、直流電路３０ａ、３０ａｃ、３０ｂｃを流れる電力Ｐ２”と、の合計である。
図２（ｂ）に示すように、直流電路３０ｂにおいて、地絡、短絡、断線などの事故が発生した場合について説明する。
統括ＥＭＳが、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ｂを介して、直流電路３０ｂが切断されたことを検出すると、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ｂを介して、事故が発生した直流電路３０ｂの両側の開閉器である開閉器ＳＷ２、ＳＷ５を解列し、事故区間を切り離す。さらに、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ２ｃを介して、開閉器ＳＷ７を解列し、直流電路３０ａに、電力（Ｐ１＋Ｐ２）が流れるのを防止する。
しかし、事故発生時から開閉器ＳＷ７を解列するまでの間のわずかな時間には、直流電路３０ａに、電力（Ｐ１＋Ｐ２）が流れてしまい、直流電路３０ａの許容電流を超過するおそれがある。そこで、上述したとおり、本発明の第１の制御方法では、電力Ｐ２を一時的に減少させ、本発明の第２の制御方法では、第２の電力網２０ｂを一時的にオフグリッド状態にすることにより、安全性を高め、かつ、電力供給を途切れさせないことができる。
2A and 2B are block diagrams of a DC power network according to a second embodiment of the present invention and a system for controlling the DC power network, FIG. 2A is before an accident occurs, and FIG. 2B is after an accident occurs. Is shown.
The
The components of the
The
Normally, SW9 and SW10 are disconnected, and the
The
The
As shown in FIG. 2B, a case where an accident such as a ground fault, a short circuit, or a disconnection occurs in the DC
When the general EMS detects that the DC
However, in a short time between the occurrence of the accident and the disengagement of the switch SW7, electric power (P1 + P2) may flow through the DC
本発明の第１の制御方法では、第２の電力網２０ｂの蓄電設備の出力を増加させる、または、第２の電力網２０ｂの交流負荷の消費電力を減少させることで、電力Ｐ２を一時的に減少させる。これにより、直流電路３０ａの過電流を抑えることができるが、この状態を継続することはできない。なぜなら、蓄電設備の出力を増加させると、最終的には、この蓄電池が枯渇することになり、第２の電力網２０ｂにおける電力供給に支障を及ぼすからであり、また、交流負荷の消費電力を継続的に減少させると、需要家に不都合が生ずるからである。
それゆえ、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ｃを介して、開閉器ＳＷ９、ＳＷ１０を投入し迂回路を形成し、直流電路３０ｃ、３０ｂｃを介して電力Ｐ２（＝Ｐ２’＋Ｐ２”）を第２の電力網２０ｂに供給する。
これによって、蓄電設備の出力上昇、または、交流負荷の消費電力制限を解除することができる。
In the first control method of the present invention, the power P2 is temporarily reduced by increasing the output of the power storage equipment of the
Therefore, the switches SW9 and SW10 are turned on via EMS1 and EMS2c to form a detour, and the electric power P2 (= P2'+ P2 ") is supplied to the
As a result, the output of the power storage equipment can be increased, or the power consumption limit of the AC load can be released.
図３は、本発明の第２実施形態に係る直流電力網の第１の制御方法を示すフローチャートである。
第１の制御方法では、図２に示す第２実施形態に係る直流電力網２００において、マスタースレーブ方式が用いられ、第１の電力網１０の蓄電設備のインバータは、マスターであり、直流電路側の電圧を一定にするようにフィードバック制御され、第２の電力網２０ａ、２０ｂ、２０ｃの蓄電設備のインバータは、スレーブであり、直流電路の電圧に同調し、第２の電力網２０ａ、２０ｂ、２０ｃの需給差分が計画値になるように電流を調整している。
ステップＳ１において、統括ＥＭＳは、現時点の各電力網の需給情報、すなわち需給アンバランスの大きさを収集し、記憶する。
ステップＳ２において、統括ＥＭＳは、現時点の各電力網を接続する直流電路の接続関係を示す経路情報を収集し、記憶する。
ステップＳ３において、統括ＥＭＳは、各電力網の事故区間の情報を収集する。ここで事故区間の検出は、各ＥＭＳが、各開閉器に隣接した開閉器の監視制御装置（開閉器子局）を用いて、各開閉器に設置された零相電流センサの情報を収集、分析し、事故の方向に関する情報を統括ＥＭＳに送信し、その情報に基づき、統括ＥＭＳが事故区間を判定する。なお、統括ＥＭＳが零相電流の値そのものを収集し、その分析も統括ＥＭＳが実施してもよい。
ステップＳ４において、直流電路３０ｂの事故発生が検出された場合（ＹＥＳ）、ステップＳ５において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ｂを介して、開閉器ＳＷ２、ＳＷ５を解列する。
ステップＳ６において、統括ＥＭＳは、各直流電路の許容電流の情報と経路情報、および各電力網へ送電すべき電流の大きさから、許容電流を超えない迂回路の計算を行う。図示例では、統括ＥＭＳは、直流電路３０ｃ、３０ｂｃを介して電力Ｐ２を送電できると計算する。
ステップＳ７において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ２ｂに、需給バランスを取るモードで運用する指示を送信する。
ステップＳ８において、ＥＭＳ２ｂは、第２の電力網２０ｂ内の需給バランスがゼロに近づくように蓄電設備のインバータの出力を調整する（上げる）。
ステップＳ９において、統括ＥＭＳは、直流電路３０ｃ、３０ｂｃを介した迂回路が存在すると判断すると（ＹＥＳ）、ステップＳ１０において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ｃを介して、開閉器ＳＷ９、ＳＷ１０を投入し、第１の電力網１０から直流電路３０ｃ、３０ｂｃを介して第２の電力網２０ｂに電力Ｐ２（＝Ｐ２’＋Ｐ２”）を供給する。
なお、ステップＳ６と、ステップＳ７、Ｓ８は並列して行われるため、ステップＳ６は、ステップＳ７の後またはステップＳ８の後に行われてもよい。
図示例では、第２の電力網２０ｂの需給を調整する手法として、第２の電力網２０ｂの蓄電設備の出力を増加させる方法を用いたが、第２の電力網２０ｂの電気自動車（ＥＶ車）の蓄電池を利用する（Ｖ２Ｇ機能を利用する）こともできるし、第２の電力網２０ｂの消費電力を減少させることもできる。消費電力を減少させる手法としては、例えば、エアコンなどの一時的に停止可能な装置を遠隔操作で強制停止させること、料金制度などのインセンティブにより負荷を減らす、いわゆるデマンドレスポンスの手法を用いることが挙げられる。
FIG. 3 is a flowchart showing a first control method of the DC power grid according to the second embodiment of the present invention.
In the first control method, the master-slave method is used in the
In step S1, the integrated EMS collects and stores the current supply and demand information of each power grid, that is, the magnitude of the supply and demand imbalance.
In step S2, the integrated EMS collects and stores the route information indicating the connection relationship of the DC electric circuits connecting the current power grids.
In step S3, the general EMS collects information on the accident section of each power grid. Here, in the detection of the accident section, each EMS collects the information of the zero-phase current sensor installed in each switch by using the switch monitoring control device (switch slave station) adjacent to each switch. It analyzes and sends information about the direction of the accident to the central EMS, and based on that information, the central EMS determines the accident section. The centralized EMS may collect the zero-phase current value itself, and the integrated EMS may also perform the analysis.
When the occurrence of an accident in the DC
In step S6, the integrated EMS calculates a detour that does not exceed the permissible current from the permissible current information and path information of each DC electric circuit and the magnitude of the current to be transmitted to each power grid. In the illustrated example, the integrated EMS calculates that the electric power P2 can be transmitted via the DC
In step S7, the general EMS transmits an instruction to the EMS 2b to operate in the mode of balancing supply and demand.
In step S8, the EMS 2b adjusts (increases) the output of the inverter of the power storage facility so that the supply-demand balance in the
In step S9, the centralized EMS determines that there is a detour via the DC
Since step S6 and steps S7 and S8 are performed in parallel, step S6 may be performed after step S7 or after step S8.
In the illustrated example, as a method of adjusting the supply and demand of the
本発明の第２の制御方法では、開閉器ＳＷ６を解列することにより、第２の電力網２０ｂを一時的にオフグリッド状態にする。これにより、直流電路３０ａには、電力（Ｐ１＋Ｐ２）ではなく、電力Ｐ１が流れるため、過電流を抑制することができる。
オフグリッド状態を解除する際には、統括ＥＭＳが経路上で過電流の箇所がないことをシミュレーションにより確認し、開閉器ＳＷ９、ＳＷ１０を投入し、迂回路を確保してから開閉器ＳＷ６を再投入する。この結果、直流電路の過電流を抑制でき、かつ、できるだけ停電時間を短くすることで、電力供給を途切れさせずに安定供給することができる。
In the second control method of the present invention, the switch SW6 is disconnected to temporarily put the
When canceling the off-the-grid state, the general EMS confirms that there is no overcurrent on the path by simulation, turns on the switches SW9 and SW10, secures a detour, and then restarts the switch SW6. throw into. As a result, the overcurrent of the DC electric circuit can be suppressed, and the power supply can be stably supplied without interruption by shortening the power failure time as much as possible.
図４は、本発明の第２実施形態に係る直流電力網の第２の制御方法を示すフローチャートである。
第２の制御方法では、図２に示す第２実施形態に係る直流電力網２００において、ボルテージマージン方式またはボルテージドループ方式が用いられ、第１の電力網１０の蓄電設備のインバータおよび第２の電力網２０ａ、２０ｂ、２０ｃの蓄電設備のインバータはともに、電圧一定モードであり、各電力網内の直流電圧を維持するように瞬時に出力電流を調整するので、自立分散的に需給バランスは維持されている。
図４のステップＳ１〜Ｓ５は、図３に示す第１の制御方式のステップＳ１〜Ｓ５と同一である。
ステップＳ６において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ２ｂを介して開閉器ＳＷ６を解列し、第２の電力網２０ｂをオフグリッド状態にする。第２の電力網２０ｂの蓄電設備のインバータは、第２の電力網２０ｂ内の直流電圧を維持するように瞬時に出力電流を調整し、第２の電力網２０ｂへの電力供給を維持する。
ステップＳ７において、統括ＥＭＳは、各直流電路の許容電流の情報と経路情報、および各電力網へ送電すべき電流の大きさから、許容電流を超えない迂回路の計算を行う。図示例では、統括ＥＭＳは、直流電路３０ｃ、３０ｂｃを介して電力Ｐ２を送電できると計算する。
ステップＳ８において、統括ＥＭＳは、直流電路３０ｃ、３０ｂｃを介した迂回路が存在すると判断すると（ＹＥＳ）、ステップＳ９において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ｃを介して、開閉器ＳＷ９、ＳＷ１０を投入し、迂回路を形成する。
ステップＳ１０において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ２ｂを介して開閉器ＳＷ６を投入し、第１の電力網１０から直流電路３０ｃ、３０ｂｃを介して第２の電力網２０ｂに電力Ｐ２（＝Ｐ２’＋Ｐ２”）を供給する。
第２の制御方法では、第１の制御方法と異なり、オフグリッド状態にするための開閉器ＳＷ６の解列という簡単な動作で制御が終了するため、過電流の発生時間を短くすることができる。
FIG. 4 is a flowchart showing a second control method of the DC power grid according to the second embodiment of the present invention.
In the second control method, in the
Steps S1 to S5 of FIG. 4 are the same as steps S1 to S5 of the first control method shown in FIG.
In step S6, the integrated EMS disconnects the switch SW6 via the EMS 2b and puts the
In step S7, the integrated EMS calculates a detour that does not exceed the permissible current from the permissible current information and path information of each DC electric circuit and the magnitude of the current to be transmitted to each power grid. In the illustrated example, the integrated EMS calculates that the electric power P2 can be transmitted via the DC
In step S8, the general EMS determines that a detour via the DC
In step S10, the integrated EMS turns on the switch SW6 via the EMS 2b and supplies the power P2 (= P2'+ P2 ") from the
In the second control method, unlike the first control method, the control is completed by a simple operation of disconnecting the switch SW6 to bring the switch to the off-the-grid state, so that the overcurrent generation time can be shortened. ..
図５は、本発明の第３実施形態に係る直流電力網およびこの直流電力網を制御するためのシステムのブロック図であり、図５（ａ）は事故発生前、図５（ｂ）は事故発生後を示す。
第３実施形態に係る直流電力網３００は、第２実施形態に係る直流電力網２００と同様の構成要素を有するが、通常時は開閉器ＳＷ７、ＳＷ８は解列されており、開閉器ＳＷ９、ＳＷ１０が投入されているため、第１の電力網１０を中心に、第２の電力網２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、スター状に接続されている。
直流電力網３００を制御するためのシステム３０１は、直流電力網２００を制御するためのシステム２０１と同様である。
第１の電力網１０は、第２の電力網２０ａに電力Ｐ１を供給し、第２の電力網２０ｂに電力Ｐ２を供給している。
図５（ｂ）に示すように、直流電路３０ｂにおいて、地絡、短絡、断線などの事故が発生した場合について説明する。
統括ＥＭＳが、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ｂを介して、直流電路３０ｂが切断されたことを検出すると、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ｂを介して、事故が発生した直流電路３０ｂの両側の開閉器である開閉器ＳＷ２、ＳＷ５を解列し、事故区間を切り離す。上述したように、直流電力網３００は、スター状に接続され、常にループを構成しているわけではないため、事故区間を切り離す動作によって他の経路に過電流が流れることはない。
ただし、迂回路を形成し、電力供給を再開する場合は、過電流が流れる区間が発生しないように迂回路を選択する、または、融通電力を抑制する動作を行うことで、過電流を防止する必要がある。
そこで、上述した実施形態と同様に、第１の制御方法では、電力Ｐ２を一時的に減少させ、第２の制御方法では、第２の電力網２０ｂを一時的にオフグリッド状態にすることにより、安全性を高め、かつ、電力供給を途切れさせないことができる。
5A and 5B are block diagrams of a DC power network according to a third embodiment of the present invention and a system for controlling the DC power network, FIG. 5A is before an accident occurs, and FIG. 5B is after an accident occurs. Is shown.
The
The
The
As shown in FIG. 5B, a case where an accident such as a ground fault, a short circuit, or a disconnection occurs in the DC
When the general EMS detects that the DC
However, when forming a detour and restarting the power supply, the overcurrent is prevented by selecting the detour so that the section where the overcurrent flows does not occur, or by performing an operation to suppress the interchange power. There is a need.
Therefore, as in the above-described embodiment, in the first control method, the power P2 is temporarily reduced, and in the second control method, the
図６は、本発明の第３実施形態に係る直流電力網の第１の制御方法を示すフローチャートである。
第１の制御方法では、図５に示す第３実施形態に係る直流電力網３００において、マスタースレーブ方式が用いられ、第１の電力網１０の蓄電設備のインバータは、マスターであり、直流電路側の電圧を一定にするようにフィードバック制御され、第２の電力網２０ａ、２０ｂ、２０ｃの蓄電設備のインバータは、スレーブであり、直流電路の電圧に同調し、第２の電力網２０ａ、２０ｂ、２０ｃの需給差分が計画値になるように電流を調整している。
図６のステップＳ１〜Ｓ８は、図３に示す第１の制御方式のステップＳ１〜Ｓ８と同一である。
ステップＳ９において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ２ｂを介して開閉器ＳＷ６を解列し、第２の電力網２０ｂをオフグリッド状態にする。
ステップＳ１０において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ２ｂを介して第２の電力網２０ｂの蓄電設備のインバータをマスターモード、すなわち電圧一定モードに移行させる。
ステップＳ１１において、統括ＥＭＳは、直流電路３０ｃ、３０ｂｃを介した迂回路が存在すると判断すると（ＹＥＳ）、ステップＳ１２において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ１、ＥＭＳ２ｃを介して、開閉器ＳＷ９、ＳＷ１０を投入し、迂回路を形成する。
ステップＳ１３において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ２ｂを介して第２の電力網２０ｂの蓄電設備のインバータをスレーブモード、すなわち電流制御モードに戻すように制御する。
ステップＳ１４において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ２ｂを介して開閉器ＳＷ６を投入し、第１の電力網１０から直流電路３０ｃ、３０ｂｃを介して第２の電力網２０ｂに電力Ｐ２を供給する。
FIG. 6 is a flowchart showing a first control method of the DC power grid according to the third embodiment of the present invention.
In the first control method, the master-slave method is used in the
Steps S1 to S8 of FIG. 6 are the same as steps S1 to S8 of the first control method shown in FIG.
In step S9, the integrated EMS disconnects the switch SW6 via the EMS 2b and puts the
In step S10, the integrated EMS shifts the inverter of the power storage equipment of the
In step S11, the general EMS determines that a detour via the DC
In step S13, the integrated EMS controls the inverter of the power storage equipment of the
In step S14, the integrated EMS turns on the switch SW6 via the EMS 2b, and supplies the power P2 from the
図７は、本発明の第３実施形態に係る直流電力網の第２の制御方法を示すフローチャートである。
第２の制御方法では、図５に示す第３実施形態に係る直流電力網３００において、ボルテージマージン方式またはボルテージドループ方式が用いられ、第１の電力網１０の蓄電設備のインバータおよび第２の電力網２０ａ、２０ｂ、２０ｃの蓄電設備のインバータはともに、電圧一定モードであり、各電力網内の直流電圧を維持するように瞬時に出力電流を調整するので、自立分散的に需給バランスは維持されている。
図７のステップＳ１〜Ｓ７は、図４に示す第２の制御方式のステップＳ１〜Ｓ７と同一である。
ステップＳ８において、統括ＥＭＳは、直流電路３０ｃ、３０ｂｃを介した迂回路が存在すると判断すると（ＹＥＳ）、ステップＳ９において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ２ｃを介して、開閉器ＳＷ８を投入し、迂回路を形成する。
ステップＳ１０において、統括ＥＭＳは、ＥＭＳ２ｂを介して開閉器ＳＷ６を投入し、第１の電力網１０から直流電路３０ｃ、３０ｂｃを介して第２の電力網２０ｂに電力Ｐ２を供給する。
第２の制御方法では、蓄電設備のインバータは電圧一定モードで運転されているので、図６のステップＳ１０の電圧一定モードに移行する制御は不要である。
また、直流電力網３００では、通常時に開閉器ＳＷ８が解列されているため、事故発生後、ステップＳ５において、開閉器ＳＷ２、ＳＷ５が解列されると、第２の電力網２０ｂはオフグリッド状態になる。それゆえ、開閉器ＳＷ６を解列するステップＳ６および開閉器ＳＷ６を投入するステップＳ１０は必須ではない。ただし、安全性の観点から、ステップＳ６、Ｓ１０が存在する方が好ましい。
FIG. 7 is a flowchart showing a second control method of the DC power grid according to the third embodiment of the present invention.
In the second control method, in the
Steps S1 to S7 of FIG. 7 are the same as steps S1 to S7 of the second control method shown in FIG.
In step S8, the centralized EMS determines that there is a detour via the DC
In step S10, the integrated EMS turns on the switch SW6 via the EMS 2b, and supplies the power P2 from the
In the second control method, since the inverter of the power storage equipment is operated in the constant voltage mode, it is not necessary to control the transition to the constant voltage mode in step S10 of FIG.
Further, in the
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さまざまな変更が可能である。
上述した実施形態では、第１の電力網１０から第２の電力網２０ａ、２０ｂに電力を供給したが、休日には第１の電力網１０から第２の電力網２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうちの1つまたは複数に電力を供給し、一方、平日には第２の電力網２０ａ、２０ｂ、２０ｃのうちの1つまたは複数から第１の電力網１０に電力を供給するといったように、電力を電力網間で相互に供給することもできる。
上述した実施形態では、事故が発生した直流電路の両側の開閉器の解列を、統括ＥＭＳによる指示で実施したが、事故区間の開閉器同士で接点信号の授受を行い、通信遅れのない通信手段による制御を行ってもよい。ただし、この場合でも、安全性向上のために、統括ＥＭＳは、制御結果の確認を行う必要がある。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
In the above-described embodiment, power is supplied from the
In the above-described embodiment, the switches on both sides of the DC electric circuit in which the accident occurred are disconnected according to the instruction by the general EMS. However, the switches in the accident section exchange contact signals and communicate without communication delay. Control by means may be performed. However, even in this case, in order to improve safety, the general EMS needs to confirm the control result.
１０ 第１の電力網
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ 第２の電力網
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ａｂ、３０ａｃ、３０ｂｃ 直流電路
１００、１００’、２００、３００ 直流電力網
１０１、１０１’、２０１、３０１ 直流電力網を制御するためのシステム
ＳＷ１〜ＳＷ１０ 開閉器
10
Claims (9)
前記第１の電力網から前記少なくとも１つの第２の電力網に電力が供給されている際に、前記第１の電力網と前記少なくとも１つの第２の電力網との間の直流電路で事故が発生した場合、
前記少なくとも１つの第２の電力網への供給電力を減少させる、または、前記少なくとも１つの第２の電力網をオフグリッド状態にする、
ことを特徴とする直流電力網。 A DC power grid having a first power grid and at least one second power grid capable of supplying power to each other.
When an accident occurs in a DC electric circuit between the first power grid and the at least one second power grid while power is being supplied from the first power grid to the at least one second power grid. ,
To reduce the power supplied to the at least one second power grid, or to bring the at least one second power grid into an off-the-grid state.
A DC power grid characterized by this.
前記少なくとも１つの第２の電力網の蓄電設備の出力を増加させる、または、前記少なくとも１つの第２の電力網の交流負荷の消費電力を減少させる、
請求項１に記載の直流電力網。 To reduce the power supplied to the at least one second power grid
Increasing the output of the power storage equipment of the at least one second power grid, or reducing the power consumption of the AC load of the at least one second power grid.
The DC power grid according to claim 1.
請求項２に記載の直流電力網。 The power storage facility includes a storage battery for an electric vehicle.
The DC power grid according to claim 2.
請求項１から３のいずれかに記載の直流電力網。 The first power grid and the at least one second power grid are connected in a loop or star shape.
The DC power grid according to any one of claims 1 to 3.
請求項１から４のいずれかに記載の直流電力網。 The first power grid and the at least one second power grid are each connected by a DC electric circuit via a switch.
The DC power grid according to any one of claims 1 to 4.
請求項５に記載の直流電力網。 Control at least a part of the switch and disconnect the switches on both sides of the DC electric circuit where the accident occurred.
The DC power grid according to claim 5.
請求項５に記載の直流電力網。 Control at least a portion of the switch and bring the at least one second power grid into an off-the-grid state.
The DC power grid according to claim 5.
請求項５に記載の直流電力網。 A detour is formed to control at least a part of the switch and supply power from the first power grid to the at least one second power grid.
The DC power grid according to claim 5.
前記第１の電力網から前記少なくとも１つの第２の電力網に電力が供給されている際に、前記第１の電力網と前記少なくとも１つの第２の電力網との間の直流電路で事故が発生した場合、
前記少なくとも１つの第２の電力網への供給電力を減少させる、または、前記少なくとも１つの第２の電力網をオフグリッド状態にする、
ことを特徴とする制御方法。
A method for controlling a DC power grid having a first power grid and at least one second power grid capable of supplying electric power to each other.
When an accident occurs in a DC electric circuit between the first power grid and the at least one second power grid while power is being supplied from the first power grid to the at least one second power grid. ,
To reduce the power supplied to the at least one second power grid, or to bring the at least one second power grid into an off-the-grid state.
A control method characterized by that.
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