JP7365116B2 - Power system stabilizer - Google Patents
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Description
本発明は、電力系統安定化装置に関する。 The present invention relates to a power system stabilizing device.
工場等に設置される常用型の自家発電設備が知られている。常用型の自家発電設備は、通常時は商用電力系統等の外部電力系統に接続され、系統連系運転を行う。外部電力系統において停電等の故障が発生した場合、自家発電設備は、外部電力系統から解列し、自立運転を行う。自家発電設備に複数の負荷が接続されている場合、自立運転時において、自家発電設備は、複数の負荷のうちの一部の負荷(重要負荷)に電力供給を行う。 BACKGROUND ART Regular private power generation equipment installed in factories and the like is known. Regular private power generation equipment is normally connected to an external power system such as a commercial power system, and performs grid-connected operation. If a failure such as a power outage occurs in the external power system, the private power generation equipment will be disconnected from the external power system and operate independently. When a plurality of loads are connected to the private power generation equipment, during self-sustaining operation, the private power generation equipment supplies power to some of the loads (important loads) among the plurality of loads.
このようなことから、系統連系運転から自立運転への切り替えに伴い、自家発電設備に接続されている負荷が急変する恐れがある。負荷の急変により必要となる負荷電力が急減すると、自家発電設備の出力が急減する。自家発電設備が負荷の急変に追従できない場合、自家発電設備に接続されている交流電力系統における系統周波数が急上昇し、自家発電設備の発電機が過速度により停止(トリップ)するおそれがある。 For this reason, there is a risk that the load connected to the private power generation equipment may suddenly change when switching from grid-connected operation to standalone operation. If the required load power suddenly decreases due to a sudden change in load, the output of the private power generation equipment will suddenly decrease. If the private power generation equipment cannot follow sudden changes in load, the system frequency in the AC power system connected to the private power generation equipment will rise rapidly, and the generator of the private power generation equipment may stop (trip) due to overspeed.
このような負荷変動に伴う電圧または周波数の変動を抑制する電力安定化システムとして、例えば下記特許文献1,2が提案されている。
For example,
特許文献1では、負荷電力を計測しておき、解列時に減少する負荷を一時的に負荷装置等で消費させている。しかし、電力を計測する方法では、複数の負荷装置を併設する場合等において、負荷電力の算出方法が煩雑になる。また、特許文献1では、自立運転時における負荷変動が想定されており、系統連系運転から自立運転への切り替え時における負荷変動は想定されていない。仮に特許文献1の構成が系統連系運転においても適用し得たとしても、運転状況に応じて(自立運転か系統連系運転かに応じて)負荷電力の計測点の切り替えおよび制御方法の切り替えが必要となる。このため、系統連系運転から自立運転への切り替え時における負荷変動に対応することができない。
In
また、特許文献2では、蓄電池を利用し、系統安定化を図ることができるが、発電設備から出力される全電力が電力変換装置で電力変換されるため、電力変換装置および蓄電池の容量が大きくなるという問題がある。
Furthermore, in
本発明は、上記課題を解決するものであり、比較的に小容量な蓄電設備を用いて、運転状況に応じた制御態様の切り替えを要することなく、系統連系運転から自立運転への切り替え時における負荷変動に伴う電圧または周波数の変動を抑制することができる電力系統安定化装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and uses relatively small-capacity power storage equipment to enable switching from grid-connected operation to standalone operation without requiring switching of control mode according to operating conditions. An object of the present invention is to provide a power system stabilizing device that can suppress voltage or frequency fluctuations due to load fluctuations.
本発明の一態様に係る電力系統安定化装置は、発電機と、発電機が接続される交流配線部と、前記発電機とは別の電力系統と前記交流配線部との間の所定の解列点に設けられた遮断器と、前記交流配線部に接続される電力負荷と、を備えた電源システムにおいて前記交流配線部における電圧または周波数を安定化させるための電力系統安定化装置であって、蓄電器と、前記交流配線部と前記蓄電器との間に接続された第1電力変換器と、を含む蓄電設備と、抵抗器と、前記交流配線部と前記抵抗器との間に接続された第2電力変換器と、を含む抵抗設備と、前記第1電力変換器および前記第2電力変換器を制御する制御装置と、前記交流配線部における系統周波数を取得する周波数取得器と、を備え、前記制御装置は、前記系統周波数と予め定められた第1周波数基準値との間の第1偏差に応じて前記蓄電器に充放電させる受給電力目標値を算出し、前記受給電力目標値に基づいて前記第1電力変換器における電力変換を行うための第1駆動信号を生成する第1駆動信号演算部と、前記系統周波数と予め定められた第2周波数基準値との間の第2偏差に応じて前記抵抗器において消費させる消費電力目標値を算出し、前記消費電力目標値に基づいて第2電力変換器における電力変換を行うための第2駆動信号を生成する第2駆動信号演算部と、を備え、前記第2周波数基準値は、前記第1周波数基準値より大きい値に設定され、前記第1駆動信号演算部は、前記第1偏差が前記第1周波数基準値より大きい予め定められた周波数しきい値以上である場合には前記周波数しきい値を前記第1偏差として前記充放電目標値を算出するよう構成され、前記第2駆動信号演算部は、前記系統周波数が前記第2周波数基準値以上である場合の前記第2偏差に基づいて前記消費電力目標値を算出するように構成される。 A power system stabilizing device according to one aspect of the present invention includes a generator, an AC wiring section to which the generator is connected, and a predetermined solution between a power system different from the generator and the AC wiring section. A power system stabilizing device for stabilizing the voltage or frequency in the AC wiring section in a power supply system comprising a circuit breaker provided at a row point and a power load connected to the AC wiring section. , a power storage facility including a power storage device, a first power converter connected between the AC wiring section and the power storage device, a resistor, and a first power converter connected between the AC wiring section and the resistor. a second power converter; a control device that controls the first power converter and the second power converter; and a frequency acquisition device that acquires the system frequency in the AC wiring section. , the control device calculates a received power target value for charging and discharging the electricity storage device according to a first deviation between the system frequency and a predetermined first frequency reference value, and calculates a received power target value for charging and discharging the electricity storage device based on the received power target value. a first drive signal calculation unit that generates a first drive signal for performing power conversion in the first power converter; and a second deviation between the system frequency and a predetermined second frequency reference value. a second drive signal calculation unit that calculates a power consumption target value to be consumed in the resistor according to the power consumption target value, and generates a second drive signal for performing power conversion in a second power converter based on the power consumption target value; , the second frequency reference value is set to a value larger than the first frequency reference value, and the first drive signal calculation unit is configured to set the first deviation to a value larger than the first frequency reference value. If the system frequency is equal to or higher than the first deviation, the charge/discharge target value is calculated by using the frequency threshold as the first deviation. The power consumption target value is calculated based on the second deviation when the frequency is equal to or higher than a frequency reference value.
上記構成によれば、定常運転時(系統連系運転時または自立運転時)に発生するような、予め想定される負荷変動に伴う電圧または周波数の変動は、第1電力変換器を介して蓄電器の充放電により抑制される一方、系統連系運転から自立運転への切り替え時に発生する、急激な負荷の減少に伴う電圧または周波数の変動は、第2電力変換器を介して抵抗器で電力消費されることにより吸収される。したがって、蓄電器の容量を、運転切り替え時に発生する電力変動を想定した容量にする必要がなくなる。このため、比較的に小容量な蓄電設備で系統連系運転から自立運転への切り替え時における負荷変動に伴う電圧または周波数の変動を抑制することができる。また、第1電力変換器および第2電力変換器は系統周波数に基づいて独立して制御されるため、運転状況に応じた制御態様の変更は不要となる。このため、運転状況に応じた制御態様の切り替えを要することなく、系統連系運転から自立運転への切り替え時における負荷変動に伴う電圧または周波数の変動を抑制することができる。 According to the above configuration, fluctuations in voltage or frequency associated with load fluctuations that are expected in advance, such as those that occur during steady operation (grid-connected operation or standalone operation), are transferred to the storage battery via the first power converter. On the other hand, fluctuations in voltage or frequency caused by sudden load reduction that occur when switching from grid-connected operation to standalone operation are suppressed by charging and discharging power. It is absorbed by being exposed to water. Therefore, it is no longer necessary to set the capacity of the power storage device to a capacity that takes into account power fluctuations that occur during operation switching. Therefore, it is possible to suppress voltage or frequency fluctuations due to load fluctuations when switching from grid-connected operation to standalone operation using a relatively small-capacity power storage facility. Further, since the first power converter and the second power converter are independently controlled based on the system frequency, there is no need to change the control mode depending on the operating situation. Therefore, it is possible to suppress fluctuations in voltage or frequency due to load fluctuations when switching from grid-connected operation to standalone operation without requiring switching of control modes depending on the operating situation.
前記周波数しきい値は、前記蓄電設備が補償する周波数の上限値に設定され、前記第2周波数基準値は、前記周波数しきい値に等しい値に設定されてもよい。 The frequency threshold may be set to an upper limit value of a frequency compensated by the power storage equipment, and the second frequency reference value may be set to a value equal to the frequency threshold.
前記第1駆動信号演算部は、前記第1偏差に対して比例微分演算処理を行うことにより、前記受給電力目標値を算出してもよい。充放電量制御に微分成分を加えることにより、充放電量制御における過渡的な安定性を向上させることができる。 The first drive signal calculation section may calculate the received power target value by performing proportional differential calculation processing on the first deviation. By adding a differential component to charge/discharge amount control, transient stability in charge/discharge amount control can be improved.
前記第2駆動信号演算部は、前記第2偏差に所定の比例ゲインを乗算した値に基づいて前記消費電力目標値を算出する消費電力目標値算出部と、前記消費電力目標値に基づいて前記第2駆動信号を生成する第2駆動信号生成部と、を含み、前記消費電力目標値算出部は、前記系統周波数が前記第2周波数基準値より小さい場合には、前記消費電力目標値を0とし、前記系統周波数が前記第2周波数基準値以上である場合には、前記第2偏差に前記所定の比例ゲインを乗算した値に応じた前記消費電力目標値してもよい。これにより、簡単な制御態様で系統解列による急激な負荷減少に伴う発電機の余剰電力を適切に抵抗器で消費させることができる。 The second drive signal calculation section includes a power consumption target value calculation section that calculates the power consumption target value based on a value obtained by multiplying the second deviation by a predetermined proportional gain; a second drive signal generation section that generates a second drive signal, and the power consumption target value calculation section sets the power consumption target value to 0 when the system frequency is smaller than the second frequency reference value. In this case, when the system frequency is equal to or higher than the second frequency reference value, the power consumption target value may be set according to a value obtained by multiplying the second deviation by the predetermined proportional gain. This allows the resistor to appropriately consume surplus power of the generator due to a sudden load reduction due to grid disconnection using a simple control mode.
前記蓄電器は、二次電池であってもよい。あるいは、前記蓄電器は、電気二重層キャパシタであってもよい。 The power storage device may be a secondary battery. Alternatively, the electricity storage device may be an electric double layer capacitor.
前記第2電力変換器は、整流回路およびチョッパ回路を含み、前記交流配線部と前記抵抗器との間で交流-直流変換を行うよう構成されてもよい。あるいは、前記第2電力変換器は、交流電力調整回路を含み、前記交流配線部と前記抵抗器との間で交流-交流変換を行うよう構成されてもよい。あるいは、前記第2電力変換器は、サイクロコンバータ回路を含み、前記交流配線部と前記抵抗器との間で交流-交流変換を行うよう構成されてもよい。あるいは、前記第2電力変換器は、マトリックスコンバータ回路を含み、前記交流配線部と前記抵抗器との間で交流-交流変換を行うよう構成されてもよい。抵抗器が接続される第2電力変換器は、抵抗器に電力を供給する(電力を抵抗器で消費する)量を調整するだけでよいため、蓄電器に電力を供給する量だけでなく交流配線部に電力を供給する量も調整する必要がある第1電力変換器に比べて簡単な構成とすることができる。 The second power converter may include a rectifier circuit and a chopper circuit, and may be configured to perform AC-DC conversion between the AC wiring section and the resistor. Alternatively, the second power converter may include an AC power adjustment circuit and be configured to perform AC-AC conversion between the AC wiring section and the resistor. Alternatively, the second power converter may include a cycloconverter circuit and be configured to perform AC-AC conversion between the AC wiring section and the resistor. Alternatively, the second power converter may include a matrix converter circuit and be configured to perform AC-AC conversion between the AC wiring section and the resistor. The second power converter to which the resistor is connected only needs to adjust the amount of power supplied to the resistor (power consumed by the resistor), so it is necessary to adjust not only the amount of power supplied to the capacitor but also the AC wiring. The configuration can be simpler than that of the first power converter, which requires adjustment of the amount of power supplied to the parts.
本発明によれば、比較的に小容量な蓄電設備を用いて、運転状況に応じた制御態様の切り替えを要することなく、系統連系運転時から自立運転への切り替え時における負荷変動に伴う電圧または周波数の変動を抑制することができる。 According to the present invention, by using a relatively small-capacity power storage facility, voltage due to load fluctuations when switching from grid-connected operation to standalone operation is eliminated without requiring switching of control modes according to operating conditions. Alternatively, frequency fluctuations can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一または同じ機能を有する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that, hereinafter, elements that are the same or have the same functions are designated by the same reference numerals throughout all the figures, and redundant explanation thereof will be omitted.
[システム構成]
以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の一実施の形態に係る電力系統安定化装置が適用される電源システムの概略構成を示すブロック図である。本実施の形態における電源システム1は、発電機2と、発電機2が接続される交流配線部3と、発電機2とは別の電力系統(以下、外部電力系統と称する)4と交流配線部3との間の所定の解列点Xに設けられた遮断器(GCB:Generator Circuit Breaker)5と、交流配線部3に接続される電力負荷(以下、単に負荷と称する)6と、を備えている。
[System configuration]
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply system to which a power system stabilizing device according to an embodiment of the present invention is applied. A
本実施の形態において、交流配線部3は、三相3線交流系統である第1交流配線部31と第2交流配線部32とを含んでいる。なお、図面において交流系統は、一部を除き三相3線をまとめて1本の線で表記している。発電機2は、例えば、ガスタービン発電機、ガスエンジン発電機または蒸気タービン発電機等の原動機発電機、等、自家発電設備の発電機として知られている発電機である。発電機2は、第1交流配線部31に接続されている。
In this embodiment, the
外部電力系統4は、例えば商用電力系統である。外部電力系統4は、第2交流配線部32に接続されている。なお、本実施の形態においては、外部電力系統4は、変圧器41および遮断器42を介して第2交流配線部32に接続されている。ただし、変圧器41および/または遮断器42はなくてもよい。第1交流配線部31と第2交流配線部32との間には、遮断器5(解列点X)が設けられる。
The
負荷6は、第1交流配線部31に接続される負荷と、第2交流配線部32に接続される負荷とを含む。発電機2は、外部電力系統4からの電力供給が停止された場合に、第1交流配線部31に接続されている負荷への電力供給を維持するための構成である。また、外部電力系統4からの電力供給が停止された場合、第1交流配線部31は、遮断器5により第2交流配線部32および外部電力系統4から解列される。したがって、外部電力系統4からの電力供給が停止された場合に、第2交流配線部32に接続される負荷には電力が供給されない。このようなことから、以下では、第1交流配線部31に接続される負荷を、重要負荷61とし、第2交流配線部32に接続される負荷を、一般負荷62とする。
The
本実施の形態における電力系統安定化装置10は、第1交流配線部31の電圧または周波数の変動を抑制し、第1交流配線部31における電力を安定化させるために、第1交流配線部31に接続される。電力系統安定化装置10は、蓄電設備11と、抵抗設備12と、を備えている。
The power
蓄電設備11は、蓄電器13と、第1交流配線部31と蓄電器13との間に接続された第1電力変換器14と、を含む。抵抗設備12は、抵抗器15と、第1交流配線部31と抵抗器15との間に接続された第2電力変換器16と、を含む。第1電力変換器14および第2電力変換器16は、第3交流配線部33を介して第1交流配線部31に接続される。以下、第1交流配線部31および第3交流配線部33をまとめて発電機側交流配線部3Aと称する。
さらに、電力系統安定化装置10は、第1電力変換器14および第2電力変換器16を制御する制御装置17と、発電機側交流配線部3Aにおける系統周波数fを取得する周波数取得器18と、を備えている。制御装置17は、例えばマイクロコントローラ等のコンピュータ、メモリおよび/または電子回路等により構成される。
Furthermore, the power
制御装置17は、周波数取得器18で取得した系統周波数fに基づいて駆動信号S1,S2を生成し、第1電力変換器14および第2電力変換器16に出力する。各電力変換器14,16は、各駆動信号S1,S2に基づいて、交流配線部3(3A)と蓄電器13に接続される第1直流配線部71(後述)との間および交流配線部3(3A)と抵抗器15に接続される第2直流配線部72(後述)との間で、それぞれ交流-直流電力変換を行う。
The
なお、後述するように、第1電力変換器14に出力する第1駆動信号S1および第2電力変換器16に出力する第2駆動信号S2は、それぞれ独立した演算により生成される。このため、図1においては、制御装置17は、2つの電力変換器14,16に共通の制御装置として示されているが、制御装置17は、第1駆動信号S1を生成する第1制御装置17a(後述する図2参照)と、第2駆動信号S2を生成する第2制御装置17b(後述する図5参照)とで別体に構成されてもよい。
Note that, as described later, the first drive signal S1 output to the
[蓄電設備]
図2は、図1に示す蓄電設備11における制御系の概略構成を示すブロック図である。図2には、制御装置17のうちの第1制御装置17aとして機能するために必要な制御ブロックのみを示している。本実施の形態において、第1電力変換器14は、IGBT等のスイッチング素子(図示せず)からなる電力変換回路により構成される。第1制御装置17aが生成する第1駆動信号S1は、第1電力変換器14のスイッチング素子をオン/オフ制御するための第1駆動信号S1を送信することにより交流配線部3(3A)と第1直流配線部71との間の電力変換制御を行うための信号である。
[Electricity storage equipment]
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system in
本実施の形態において、第1電力変換器14の交流出力端と、発電機側交流配線部3Aとの間には変圧器141が設けられている。これにより、発電機側交流配線部3Aの交流電圧(系統電圧)に対して、第1電力変換器14の交流出力電圧を低く抑えることができる。なお、発電機側交流配線部3Aの交流電圧によっては、変圧器141はなくてもよい。
In this embodiment, a
蓄電器13は、第1直流配線部71を介して第1電力変換器14に接続されている。蓄電器13は、例えば、二次電池または電気二重層キャパシタ等により構成される。第1駆動信号S1に応じて発電機側交流配線部3Aから第1直流配線部71に電力が供給されることにより、蓄電器13は充電され、第1直流配線部71から発電機側交流配線部3Aに電力が供給されることにより、蓄電器13は放電される。
第1制御装置17aは、制御ブロックとして、第1駆動信号演算部19、周波数演算部20、電流演算部21、および電圧演算部22を備えている。また、蓄電設備11は、第1制御装置17aの演算に用いる各値を取得するための構成として、交流電圧計測器23および交流電流計測器24を備えている。
The
周波数演算部20は、発電機側交流配線部3Aの系統周波数fを、発電機側交流配線部3Aにおける交流電圧から算出する。このため、交流電圧計測器23は、発電機側交流配線部3Aにおける三相交流の各相の電圧の瞬時値va,vb,vcを検出する。例えば、交流電圧計測器23として、PT(Potential Transformer)が用いられる。交流電圧計測器23および周波数演算部20は、周波数取得器18を構成する。
The
さらに、第1制御装置17aは、制御要素として発電機側交流配線部3Aの交流電流Id,Iqを用い、第1電力変換器14を制御する。このため、交流電流計測器24は、発電機側交流配線部3Aにおける三相交流の各相の電流の瞬時値ia,ib,icを検出する。例えば、交流電流計測器24として、CT(Current Transformer)が用いられる。
Furthermore, the
第1駆動信号演算部19は、周波数取得器18で取得された系統周波数fと予め定められた第1周波数基準値fref1との間の第1偏差Δf1に応じて蓄電器13に充放電させる受給電力目標値Pref1を算出する受給電力目標値算出部191と、受給電力目標値Pref1に基づいて第1電力変換器14における電力変換を行うための第1駆動信号S1を生成する第1駆動信号生成部192とを備えている。
The first drive
[周波数演算部]
周波数演算部20は、発電機側交流配線部3Aにおける系統周波数fを演算する。図3は、図2に示す周波数演算部の概略構成を示すブロック図である。周波数演算部20には、交流電圧計測器23で検出された交流電圧の瞬時値va,vb,vcが入力される。
[Frequency calculation section]
The
周波数演算部20は、入力される交流電圧の瞬時値va,vb,vcを用いた公知のPLL(Phase Lock Loop)演算により、発電機側交流配線部3Aの位相目標値φrefを演算する。周波数演算部20は、電圧計測から得られた位相φと、PLL演算の出力である位相目標値φrefとの偏差から角速度ωを推定し、当該角速度ωを積分することにより位相目標値φrefを決定する。周波数演算部20は、推定される角速度ωからf=ω/2πを演算することにより系統周波数fを算出し、出力する。
The
本実施の形態において、周波数演算部20は、αβ変換部701、正弦余弦演算部702、偏差演算部703、伝達関数適用部704、積分部705および周波数変換部706を備えている。
In this embodiment, the
αβ変換部701は、交流配線部電圧の瞬時値va,vb,vcをαβ変換し、二相交流電圧vα,vβを出力する。正弦余弦演算部702は、二相交流電圧vα,vβから発電機側交流配線部3Aの位相φの正弦値sinφおよび余弦値cosφを演算する。これらの値は、以下の式で与えられる。
The
偏差演算部703は、位相φの正弦値sinφおよび余弦値cosφと、位相目標値φrefの正弦値sinφrefおよび余弦値cosφref(フィードバック値)からPLLの偏差εを演算する。偏差εは、下記近似式で与えられる。
The
伝達関数適用部704は、上記偏差εを入力として伝達関数G(s)に基づく角速度ωの演算を行う。例えば、伝達関数G(s)は、以下の式で与えられる。ここで、KPは、比例ゲインを示し、TIは、積分時定数を示す。
The transfer
積分部705は、伝達関数適用部704から出力された角速度ωを積分して位相目標値φrefを演算する。上述したように、出力された位相目標値φrefは、偏差演算部703にフィードバックされ、PLL演算が継続される。
Integrating
周波数変換部706は、上記伝達関数適用部704から出力される角速度ωから系統周波数f=ω/2πの演算を行う。
The
なお、周波数演算部20は、上記演算態様に限られず、例えばFV(frequency/voltage)コンバータによって計測された系統周波数fを出力するように構成されてもよい。
Note that the
[電圧演算部]
電圧演算部22は、交流電圧計測器23で検出された各相の電圧の瞬時値va,vb,vcおよび周波数演算部20で演算された位相φから次式により交流電圧の回転座標(dq座標)系の各座標軸における電圧(d軸電圧Vd、q軸電圧Vq)を算出する。
[Voltage calculation section]
The
また、電圧演算部22は、交流電圧計測器23で検出された各相の電圧の瞬時値va,vb,vcから次式により交流電圧Vacを算出する。
Further, the
なお、この交流電圧Vacは、後述する第1駆動信号S1を生成するために用いられる。ただし、系の安定性を確保するため、上記のような交流電圧計測器23で検出された電圧計測値を用いずに、交流電圧Vacを所定の固定値としてもよい。
Note that this AC voltage V ac is used to generate a first drive signal S1, which will be described later. However, in order to ensure the stability of the system, the AC voltage V ac may be set to a predetermined fixed value without using the voltage measurement value detected by the AC
[電流演算部]
電流演算部21は、交流電流計測器24で検出された交流電流の各相の電流の瞬時値ia,ib,icおよび周波数演算部20で演算された位相φから次式により交流電流の回転座標系の各座標軸における電流(d軸電流Id、q軸電流Iq)を算出する。
[Current calculation section]
The
[受給電力目標値算出部]
図4は、図2に示す受給電力目標値算出部における演算態様の一例を示す図である。受給電力目標値算出部191は、減算器707、比例ゲイン乗算器708、微分成分適用部709、加算器710およびリミッタ711を制御ブロックとして備えている。第1駆動信号演算部19の受給電力目標値算出部191は、第1偏差Δf1に対して比例微分(PD)演算処理を行うことにより、受給電力目標値Pref1を算出する。充放電量制御に微分(D)成分を加えることにより、充放電量制御における過渡的な安定性を向上させることができる。
[Received power target value calculation unit]
FIG. 4 is a diagram showing an example of a calculation mode in the received power target value calculation section shown in FIG. 2. The received power target
より具体的には、減算器707は、周波数取得器18で取得された系統周波数fと予め定められた第1周波数基準値fref1との偏差(fref1-f)を演算する。減算器707の出力が第1偏差Δf1となる。比例ゲイン乗算器708は、第1偏差Δf1に比例ゲインKp1を乗算する。本実施の形態において、比例ゲインKp1は、負の値に設定される。また、微分成分適用部709は、比例ゲイン乗算器708の出力に対して微分演算処理を行う。加算器710は、比例ゲイン乗算器708の出力と微分成分適用部709の出力とを加算する。
More specifically, the
加算器710の出力は、仮の受給電力目標値となる。仮の受給電力目標値は、リミッタ711に入力される。リミッタ711は、仮の受給電力目標値を所定の上限値と所定の下限値との間に制限して受給電力目標値Pref1を出力する。出力される受給電力目標値Pref1をリミッタ711により所定の上限値以下に制限することは、PD演算処理の元となる第1偏差Δf1を所定の周波数しきい値以下に制限することと同じ技術的意義を有する。
The output of
すなわち、本実施の形態における第1駆動信号演算部19は、受給電力目標値算出部191において上記リミッタ711を備えることにより、第1偏差Δf1が第1周波数基準値fref1より大きい予め定められた周波数しきい値以上である場合に、その周波数しきい値を第1偏差Δf1として受給電力目標値Pref1を算出するように構成される。
That is, the first drive
例えば、リミッタ711の上限値は、第1電力変換器14が第1直流配線部71に出力可能な最大の電力(1PU)に設定され、リミッタ711の下限値は、第1電力変換器14が第1直流配線部71から吸収可能な最大の電力(-1PU)に設定される。したがって、本実施の形態において、所定の周波数しきい値は、蓄電設備11が補償する周波数の上限値に設定される。
For example, the upper limit value of the
本実施の形態において、第1周波数基準値fref1は、発電機側交流配線部3Aの定格周波数に設定される。また、周波数しきい値は、第2制御装置17bにおける演算で用いられる第2周波数基準値fref2に等しい値に設定される。詳しくは後述する。
In this embodiment, the first frequency reference value f ref1 is set to the rated frequency of the generator side
なお、本実施の形態において、受給電力目標値算出部191は、PD演算処理を行うことにより、受給電力目標値Pref1を算出する態様を例示したが、これに代えて、比例(P)演算処理のみを行うことにより、受給電力目標値Pref1を算出する態様としてもよい。
In the present embodiment, the received power target
[第1駆動信号生成部]
第1駆動信号生成部192には、発電機側交流配線部3Aの交流電流Id,Iq、交流電圧Vd,Vq,Vac、位相φ、受給電力目標値Pref1が入力される。第1駆動信号生成部192は、下記式により受給電力目標値Pref1から交流電流目標値Id_ref,Iq_refを算出する。
[First drive signal generation unit]
The first drive
なお、本実施の形態において、無効電力目標値Qref1は0に設定される。すなわち、q軸電流目標値Iq_refは、0である。このため、第1駆動信号生成部192に、q軸電流目標値Iq_refの値として予め0を与えてもよい。
Note that in this embodiment, the reactive power target value Q ref1 is set to 0. That is, the q-axis current target value I q_ref is zero. For this reason, 0 may be given to the first drive
さらに、第1駆動信号生成部192は、発電機側交流配線部3Aの交流電流Id,Iqが交流電流目標値Id_ref,Iq_refになるような第1駆動信号S1を求め、第1電力変換器14に出力する。具体的には、第1駆動信号生成部192は、下記式により交流電流目標値Id_ref,Iq_refから交流電圧目標値Vd_ref,Vq_refを算出する。ここで、Kd,Kqは所定のゲインを表し、Tid,Tiqは、所定の時定数を表す。
Further, the first drive
第1駆動信号生成部192は、下記式により交流電圧目標値Vd_ref,Vq_refから三相交流である発電機側交流配線部3Aの各瞬時電圧Va,Vb,Vcの目標値Va_ref,Vb_ref,Vc_refを算出する。
The first drive
[抵抗設備]
図5は、図1に示す抵抗設備12における制御系の概略構成を示すブロック図である。図5には、制御装置17のうちの第2制御装置17bとして機能するために必要な制御ブロックのみを示している。
[Resistance equipment]
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system in the
蓄電設備11と同様に、抵抗設備12において、第2電力変換器16の交流出力端と、発電機側交流配線部3Aとの間にも、変圧器141が設けられている。これにより、発電機側交流配線部3Aの交流電圧(系統電圧)に対して、第2電力変換器16の交流出力電圧を低く抑えることができる。なお、発電機側交流配線部3Aの交流電圧によっては、変圧器141はなくてもよい。抵抗器15は、負荷変動に伴う発電機側交流配線部3Aの余剰電力を消費するために設けられる。
Similarly to the
本実施の形態において、第2電力変換器16は、整流回路28およびチョッパ回路29を含んでいる。整流回路28とチョッパ回路29とは、第2直流配線部72を介して接続されている。第2電力変換器16は、発電機側交流配線部3Aと抵抗器15との間で交流-直流変換を行うよう構成される。
In this embodiment,
このために、整流回路28は、発電機側交流配線部3Aから第2電力変換器16に入力される交流電力を整流して直流に変換する。例えば整流回路28は、各相にそれぞれ2つのダイオードが接続された三相ダイオード整流回路等により構成される。チョッパ回路29は、第2駆動信号S2に基づいてオン/オフ制御されるスイッチング素子を備え、整流回路28により変換された直流電力を抵抗器15で消費すべき電力に降圧して出力する。例えば、スイッチング素子はGTOサイリスタまたはIGBTで構成され、第2駆動信号S2は、GTOサイリスタまたはIGBTの通流率(点呼角)αを調整する信号として構成される。
For this purpose, the
抵抗器15が接続される第2電力変換器16は、抵抗器15に電力を供給する(電力を抵抗器15で消費する)量を調整するだけでよい。このため、蓄電器13に電力を供給する量だけでなく発電機側交流配線部3Aに電力を供給する量も調整する必要がある第1電力変換器14に比べて簡単な構成とすることができる。
The
第2制御装置17bは、制御ブロックとして、第2駆動信号演算部27、および周波数演算部20を備えている。また、抵抗設備12は、第2制御装置17bの演算に用いる各値を取得するための構成として、交流電圧計測器23、直流電圧計測器25および直流電流計測器26を備えている。なお、蓄電設備11と同様の構成である交流電圧計測器23および第1制御装置17aと同様の制御ブロックである周波数演算部20については、蓄電設備11と抵抗設備12とで個別に設けられていてもよいが、両者で共通の構成としてもよい。
The
蓄電設備11と同様に、抵抗設備12においても、第2制御装置17bは、周波数取得器18(交流電圧計測器23および周波数演算部20で構成される)により得られる系統周波数fを用いて第2駆動信号S2を生成する。また、第2制御装置17bは、第2駆動信号S2を生成するために、直流電圧計測器25により検出される第2直流配線部72の直流電圧Vdcと、直流電流計測器26により検出される第2直流配線部72の直流電流Idcを取得する。
Similarly to the
第2駆動信号演算部27は、周波数取得器18で取得された系統周波数fと予め定められた第2周波数基準値fref2との間の第2偏差Δf2に応じて抵抗器15において消費させる消費電力目標値Pref2を算出する消費電力目標値算出部271と、消費電力目標値Pref2に基づいて第2電力変換器16における電力変換を行うための第2駆動信号S2を生成する第2駆動信号生成部272とを備えている。
The second drive
[消費電力目標値算出部]
図6は、図5に示す消費電力目標値算出部における演算態様の一例を示す図である。消費電力目標値算出部271は、減算器712、比例ゲイン乗算器713およびリミッタ714を制御ブロックとして備えている。第2駆動信号演算部27の消費電力目標値算出部271は、第2偏差Δf2に対して比例(P)演算処理を行うことにより、消費電力目標値Pref2を算出する。
[Power consumption target value calculation unit]
FIG. 6 is a diagram showing an example of a calculation mode in the power consumption target value calculation section shown in FIG. 5. The power consumption target
より具体的には、減算器712は、周波数取得器18で取得された系統周波数fと予め定められた第2周波数基準値fref2との偏差(fref2-f)を演算する。減算器712の出力が第2偏差Δf2となる。比例ゲイン乗算器713は、第2偏差Δf2に比例ゲインKp2を乗算する。本実施の形態において、比例ゲインKp2は、負の値に設定される。
More specifically, the
比例ゲイン乗算器713の出力は、仮の消費電力目標値となる。仮の消費電力目標値は、リミッタ714に入力される。リミッタ714は、仮の消費電力目標値を所定の上限値と0との間に制限して消費電力目標値Pref2を出力する。出力される消費電力目標値Pref2をリミッタ714により0以上に制限することは、系統周波数fが第2周波数基準値fref2以上である場合の第2偏差Δf2に基づいて消費電力目標値Pref2を算出することと同じ技術的意義を有する。
The output of the
すなわち、本実施の形態における第2駆動信号演算部27は、消費電力目標値算出部271において上記リミッタ714を備えることにより、系統周波数fが第2周波数基準値fref2より小さい場合には、消費電力目標値Pref2を0とし、系統周波数fが第2周波数基準値fref2以上である場合には、第2偏差Δf2に比例ゲインKp2を乗算した値に応じた消費電力目標値Pref2を算出するように構成される。これにより、簡単な制御態様で急激な負荷減少に伴う余剰電力を適切に抵抗器15で消費させることができる。
That is, the second drive
例えば、リミッタ714の上限値は、第2電力変換器16が第2直流配線部72に出力可能な最大の電力(1PU)に設定され、リミッタ714の下限値は、0に設定される。
For example, the upper limit value of the
本実施の形態において、第2周波数基準値fref2は、第1周波数基準値fref1(すなわち、発電機側交流配線部3Aの定格周波数)より大きい値に設定される。例えば、第2周波数基準値fref2は、定格周波数の1.03倍(fref2=1.03×fref1)に設定される。
In this embodiment, the second frequency reference value f ref2 is set to a value larger than the first frequency reference value f ref1 (that is, the rated frequency of the generator side
[第2駆動信号生成部]
第2駆動信号生成部272は、抵抗器15に供給される電力が消費電力目標値Pref2となるように第2駆動信号S2を生成する。第2駆動信号生成部272には、消費電力目標値算出部271で算出された消費電力目標値Pref2と、第2直流配線部72における直流電圧Vdcおよび直流電流Idcとが入力される。
[Second drive signal generation section]
The second drive
図7は、図5に示す第2駆動信号生成部における演算態様の一例を示す図である。第2駆動信号生成部272は、除算器715、減算器716、PI演算部717および信号変換部718を制御ブロックとして備えている。第2駆動信号生成部272は、消費電力目標値Pref2に基づいて、チョッパ回路29の通流率αを算出する。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a calculation mode in the second drive signal generation section shown in FIG. The second drive
除算器715は、消費電力目標値Pref2を直流電圧Vdcで除算して電流目標値Iref2を算出する。減算器716は、電流目標値Iref2から直流電流Idcを差し引いた値を出力する。PI演算部717は、減算器716の出力を入力としてPI演算を行う。PI演算の伝達関数G(s)は上記式(3)と同様である。PI演算部717の出力が通流率αとなる。信号変換部718は、PI演算部717で算出された通流率αに基づいて第2駆動信号S2を生成する。より具体的には、信号変換部718は、チョッパ回路29の電圧出力期間が通流率αに従うような第2駆動信号S2を生成する。
The
[電力安定化作用]
以下に、上記実施の形態における電力系統安定化装置10が、系統連系運転から自立運転への切り替え時における負荷変動に伴う電圧または周波数の変動が生じた場合に、発電機側交流配線部3Aにおける電力系統安定化を実現することができることを示す。
[Power stabilizing effect]
The following describes how the power
図8は、本実施の形態における蓄電設備によって調整される電力の周波数変動に対するグラフを示す図である。図8の横軸は系統周波数fを示し、縦軸は蓄電設備11に出入する電力(蓄電設備電力)P1を示している。図8に示すように、定格周波数である第1周波数基準値fref1を基準として、系統周波数fが第1周波数基準値fref1より増えると、蓄電器13に電力が充電される(正の値となる)ことにより、発電機側交流配線部3Aの電力が蓄電設備11に吸収される。また、系統周波数fが第1周波数基準値fref1より減ると、蓄電器13から電力が放電される(負の値となる)ことにより、蓄電設備11から発電機側交流配線部3Aに電力が放出される。
FIG. 8 is a diagram showing a graph of frequency fluctuations in power adjusted by the power storage equipment in this embodiment. The horizontal axis in FIG. 8 shows the system frequency f, and the vertical axis shows the power P1 flowing into and out of the power storage equipment 11 (power storage equipment power). As shown in FIG. 8, when the grid frequency f increases from the first frequency reference value f ref1 with respect to the first frequency reference value f ref1 which is the rated frequency, the
上述したように、第1駆動信号演算部19は、受給電力目標値算出部191において上記リミッタ711を備えることにより、第1偏差Δf1が第1周波数基準値fref1より大きい予め定められた周波数しきい値以上である場合に、その周波数しきい値を第1偏差Δf1として受給電力目標値Pref1を算出する。本実施の形態において周波数しきい値は第2周波数基準値fref2と同じ値に設定されている。したがって、系統周波数fが第2周波数基準値fref2以上になっても、蓄電器13に充電される電力(蓄電設備電力P1)は、系統周波数fが第2周波数基準値fref2である場合の値(上限値)に維持される。放電側(電力が負の値となる側)についても同様である。
As described above, by providing the
図9は、本実施の形態における抵抗設備によって調整される電力の周波数変動に対するグラフを示す図である。図9の横軸は系統周波数fを示し、縦軸は抵抗設備12に出入する電力(抵抗設備電力)P2を示している。図9に示すように、第1周波数基準値fref1より大きい第2周波数基準値fref2を基準として、系統周波数fが第2周波数基準値fref2より増えると、抵抗器15で電力が消費される(正の値となる)ことにより、発電機側交流配線部3Aの電力が抵抗設備12に吸収される。一方、系統周波数fが第2周波数基準値fref2以下である場合、抵抗器15には電力の変動はない(抵抗設備電力P2は0となる)。
FIG. 9 is a diagram showing a graph of frequency fluctuations in power adjusted by the resistance equipment in this embodiment. The horizontal axis in FIG. 9 indicates the system frequency f, and the vertical axis indicates the power P2 flowing into and out of the resistance equipment 12 (resistance equipment power). As shown in FIG. 9, when the system frequency f increases more than the second frequency reference value f ref2 based on the second frequency reference value f ref2 which is larger than the first frequency reference value f ref1 , power is consumed by the
図10は、本実施の形態における電力系統安定化装置によって調整される電力の周波数変動に対するグラフを示す図である。図10の横軸は系統周波数fを示し、縦軸は電力系統安定化装置10に出入する電力(安定化装置電力)Psを示している。図10に示すように、電力系統安定化装置10全体において調整される電力は、図8および図9のグラフを足し合わしたグラフで示される(Ps=P1+P2)。
FIG. 10 is a diagram showing a graph of frequency fluctuations in power adjusted by the power system stabilizing device in this embodiment. The horizontal axis in FIG. 10 indicates the system frequency f, and the vertical axis indicates the power flowing into and out of the power system stabilizing device 10 (stabilizer power) Ps. As shown in FIG. 10, the power adjusted in the entire power
すなわち、定格周波数である第1周波数基準値fref1を基準として、系統周波数fが第1周波数基準値fref1より増えると、蓄電器13に電力が充電されることにより、発電機側交流配線部3Aの電力が電力系統安定化装置10に吸収される。さらに、系統周波数fが増え、第2周波数基準値fref2以上になると、それ以上の電力を蓄電器13では吸収せず、抵抗器15で電力が消費されることにより、発電機側交流配線部3Aの電力が電力系統安定化装置10に吸収される。
That is, when the system frequency f increases from the first frequency reference value f ref1 with respect to the first frequency reference value f ref1 which is the rated frequency, the electric power is charged to the
上記構成によれば、定常運転時(系統連系運転時または自立運転時)に発生するような、予め想定される負荷変動に伴う電圧または周波数の変動は、第1電力変換器14を介して蓄電器13の充放電により抑制される一方、系統連系運転から自立運転への切り替え時に発生する、急激な負荷の減少に伴う電圧または周波数の変動は、第2電力変換器16を介して抵抗器15で電力消費されることにより吸収される。したがって、蓄電器13の容量を、運転切り替え時に発生する電力変動を想定した容量にする必要がなくなる。このため、比較的に小容量な蓄電設備で系統連系運転から自立運転への切り替え時における負荷変動に伴う電圧または周波数の変動を抑制することができる。
According to the above configuration, voltage or frequency fluctuations due to load fluctuations that are assumed in advance, such as those that occur during steady operation (grid-connected operation or standalone operation), are handled via the
また、第1電力変換器14および第2電力変換器16は系統周波数fに基づいてそれぞれ独立して制御されるため、遮断器5の開閉状態の検出または負荷電力を計測する必要がない。さらに、電力の吸収または放出量(受給電力目標値および消費電力目標値)も系統周波数fの変動に応じて求められるため、系統構成等の情報も必要としない。したがって、運転状況に応じた制御態様の変更は不要となる。このため、運転状況に応じた制御態様の切り替えを要することなく、系統連系運転から自立運転への切り替え時における負荷変動に伴う電圧または周波数の変動を抑制することができる。
Moreover, since the
[効果]
以下に、本実施の形態における電力系統安定化装置10を電源システム1に適用することによる効果をまとめて記載する。
[effect]
Below, the effects of applying the power
(1)系統解列時に発生する過速度トリップ発生の防止
一般に上記発電機2のような自家発電設備を備えた工場では、負荷6を重要負荷61と一般負荷62とに分け、外部電力系統4に瞬時電圧低下等の事故が発生した場合、予め定められた遮断器5(解列点X)を遮断することで、重要負荷61および発電機2を含む発電機側交流配線部3Aを外部電力系統4から切り離し、発電機側交流配線部3Aは自立系統として発電機2により重要負荷61のみへの給電を継続する。このとき、発電機2の発電電力は急減することから、発電機2の回転速度が上昇し、負荷変動に対する追従性能が遅い発電機2において過速度トリップが発生する場合がある。
(1) Prevention of overspeed trips that occur when the grid is disconnected Generally, in a factory equipped with in-house power generation equipment such as the
これに対し、本実施の形態における電力系統安定化装置10を発電機側交流配線部3Aに接続することにより、系統解列による負荷変動で生じた周波数上昇に反応し、周波数上昇量に応じた負荷吸収が行われる。これにより、発電機2の回転速度の上昇が抑制され、過速度トリップを発生することを防止することができる。
In contrast, by connecting the power
(2)自立系統の安定性確保
本実施の形態における電力系統安定化装置10は、蓄電設備11と抵抗設備12とを備えている。発電機2による自立運転中に、重要負荷61において想定される負荷変動により系統周波数fが変動した場合、主に蓄電設備11が負荷変動を吸収することにより、安定化制御を実現しつつ、電力損失を抑制することができる。
(2) Ensuring stability of an independent system The power
(3)周波数制御による効果
系統解列時に生じる負荷変動に伴う発電機2の過速度トリップを防止する他の方法として、解列点Xの通過電力を計測し、通過電力が所定の値以下となるよう、予め発電機電力を下げて運用する方法、または、系統解列時、その直前の電力を抵抗設備等で消費させる方法等も考えられる。しかし、これらの方法は解列点Xでの解列による過速度トリップ防止にしか役立たない。
(3) Effects of frequency control Another method for preventing overspeed trips of the
これに対し、本実施の形態における電力系統安定化装置10は、電力安定化制御に系統周波数fのみを使用している。このため、解列点Xを構成する遮断器5の開閉状態に関係なく制御を行うことが可能である。したがって、例えば自立運転中に生じた想定外の負荷遮断に伴う負荷急変にも同様に電力安定化制御を行うことができる。また、解列点Xを構成する遮断器5の開閉状態や解列点Xを通過する電力を計測する必要がなく、電力系統安定化装置10自身が計測する系統周波数fのみを使用するため、電力系統安定化装置10の電源システム1への設置を容易に行うことができる。
In contrast, the power
(4)装置コストの低減
本実施の形態における電力系統安定化装置10は、系統解列時の負荷減少については比較的コストの安い負荷設備12で対応し、自立運転中に想定される負荷変動については、負荷増加および負荷減少の双方に対応できる蓄電設備11で対応している。このため、装置コストを低減することができる。
(4) Reduction of device cost The power
(5)設備構成の柔軟性
本実施の形態における電力系統安定化装置10は、上述の通り、各設備11,12が系統周波数fのみを使用して安定化制御を行うため、電源システム1に適用される他の装置との併設を容易に行うことができる。また、発電機2が電源システム1に複数接続されている場合において、そのうちのいくつかの発電機2をメンテナンス等によって停止させるような、発電機2の運転台数変化にも柔軟に対応することができる。このように、本実施の形態における電力系統安定化装置10は、設備の増設または併設、発電機2の運転台数の変更等、設備構成の変化に柔軟に対応することができる。
(5) Flexibility of equipment configuration As described above, the power
[シミュレーション結果]
上記実施の形態の電力系統安定化装置10が適用された電源システム1におけるシミュレーション結果を以下に示す。図11は、電源システムのシミュレーションのための構成例を示すブロック図である。図11において、図1と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。また、発電機2が過速度によりトリップする条件は、周波数64Hzを超えた場合とする。
[simulation result]
The simulation results for the
本シミュレーションにおいては、図11に示す各パラメータを用い、解列点Xにおける遮断器5により、発電機側交流配線部3Aが解列した場合の過渡応答シミュレーション(実施例1)と、発電機側交流配線部3Aが解列した状態(自立運転時)において負荷変動が生じた場合のシミュレーション(実施例2)と、を行った。
In this simulation, using each parameter shown in FIG. A simulation (Example 2) was performed in which a load change occurs in a state where the
[実施例1]
図12から図15は、実施例1におけるシミュレーション結果を示すグラフである。図12は、発電機側交流配線部3Aにおける系統周波数fの時間的変化を示すグラフであり、図13は、発電機側交流配線部3Aにおける電圧の時間的変化を示すグラフであり、図14は、発電機2が出力する有効電力の時間的変化を示すグラフである。何れのグラフも、系統連系運転から自立運転への切り替え時における負荷変動の過渡応答を、電力系統安定化装置10が接続されていない(安定化制御を行わない)場合の比較例と比較して示している。各図において、実施例1におけるグラフを実線で示し、比較例におけるグラフを破線で示している。図15は、図14に示す実施例1のグラフに、電力系統安定化装置が出力する有効電力のグラフを重ねて表示したグラフである。
[Example 1]
12 to 15 are graphs showing simulation results in Example 1. FIG. 12 is a graph showing a temporal change in the system frequency f in the generator-side
図12に示されるように、シミュレーション開始から約1秒後に解列点Xにおいて発電機側交流配線部3Aが解列され、それに伴う負荷変動によって周波数が増大する。電力系統安定化装置10が適用されていない比較例においては、系統周波数fは周波数の上限値(64Hz)を超えており、発電機2がトリップする。一方、電力系統安定化装置10が適用されている実施例1においては、系統周波数fは、63Hzに抑えられている。このことから、過速度による発電機2のトリップを防止することができることが理解できる。
As shown in FIG. 12, about 1 second after the start of the simulation, the generator side
また、図13に示されるように、発電機側交流配線部3Aにおける電圧も、発電機側交流配線部3Aが解列されることに伴う急な負荷減少によって電圧が変動(上昇)する。電力系統安定化装置10が適用されている実施例1においては、それが適用されていない比較例に比べて電圧の変動幅が抑えられ、かつ、早期に収束している。本発明の電力系統安定化装置10は、周波数変動を抑制することを主眼に置いているが、電圧変動についても同様に効果があることが理解できる。
Further, as shown in FIG. 13, the voltage at the generator-side
また、図14に示されるように、発電機2の有効電力は、発電機側交流配線部3Aが解列されることで急減する。図14において、負荷変動の変動幅(有効電力の変動幅)は、約3500kWである。電力系統安定化装置10が適用されていない比較例においては、系統解列時に発電機2の有効電力は急減している。
Further, as shown in FIG. 14, the active power of the
一方、電力系統安定化装置10が適用されている実施例1においても、一旦負荷変動の低減が生じる。しかし、これに伴う周波数変動により、図15に示されるように、電力系統安定化装置10における電力安定化処理が実行され、負荷変動分の有効電力を吸収するように動作する。その結果、発電機2の有効電力は、系統解列前の負荷電力あたりまで回復している。このため、系統周波数fの上昇が抑制される。その後、発電機2におけるガバナ制御により、系統周波数fが低下する。これに応じて電力系統安定化装置10が吸収する電力も低減する。
On the other hand, also in the first embodiment in which the power
図15に示されるように、系統解列時における負荷変動が生じた場合、まず、蓄電設備11が、発電機2が出力する有効電力を吸収するように動作している。その後、蓄電設備11が吸収する有効電力が定格値(1MW)に達した時点で、抵抗設備12が、発電機2が出力する有効電力を吸収するように動作している。電力系統安定化装置10が吸収する有効電力は、蓄電設備11が吸収する有効電力と抵抗設備12が吸収する有効電力とを足し合わせた値になっている。
As shown in FIG. 15, when load fluctuation occurs at the time of grid disconnection, the
このようにして、発電機2における有効電力の変動に追従して電力系統安定化装置10がその有効電力を吸収するように動作している。したがって、本シミュレーション結果は、電力系統安定化装置10により、系統連系運転から自立運転への切り替え時における負荷変動に伴う電圧または周波数の変動を抑制することができることを示している。
In this way, the power
[実施例2]
図16から図19は、実施例2におけるシミュレーション結果を示すグラフである。図16は、発電機側交流配線部3Aにおける系統周波数fの時間的変化を示すグラフであり、図17は、発電機側交流配線部3Aにおける電圧の時間的変化を示すグラフであり、図18は、発電機2が出力する有効電力の時間的変化を示すグラフである。何れのグラフも、自立運転時における負荷変動の過渡応答を、電力系統安定化装置10が接続されていない(安定化制御を行わない)場合の比較例と比較して示している。各図において、実施例2におけるグラフを実線で示し、比較例におけるグラフを破線で示している。図19は、図18に示す実施例2のグラフに、電力系統安定化装置が吸収または放出する有効電力のグラフを重ねて表示したグラフである。
[Example 2]
16 to 19 are graphs showing simulation results in Example 2. FIG. 16 is a graph showing a temporal change in the system frequency f in the generator side
本シミュレーションにおいては、750kWの負荷変動(すなわち、蓄電設備11の有効電力の定格値(1MW)未満の負荷変動)が生じた場合を想定している。図16に示されるように、シミュレーション開始から約1秒後に負荷変動が生じ系統周波数fが減少している。電力系統安定化装置10が適用されている実施例2においては、それが適用されていない比較例に比べて周波数の変動幅が抑えられている。また、シミュレーション開始から約10秒後に負荷変動が生じ系統周波数fが増加している。この場合も、電力系統安定化装置10が適用されている実施例2においては、それが適用されていない比較例に比べて周波数の変動幅が抑えられている。
In this simulation, it is assumed that a load variation of 750 kW (that is, a load variation less than the rated value (1 MW) of the active power of the power storage equipment 11) occurs. As shown in FIG. 16, load fluctuation occurs about 1 second after the start of the simulation, and the grid frequency f decreases. In the second embodiment in which the power
また、図17に示されるように、発電機側交流配線部3Aにおける電圧も、負荷変動が生じた場合に、電力系統安定化装置10が適用されている実施例2においては、それが適用されていない比較例に比べて電圧の変動幅が抑えられている。また、図18に示されるように、発電機2の有効電力も、負荷変動が生じた場合に、電力系統安定化装置10が適用されている実施例2においては、それが適用されていない比較例に比べて有効電力の変動幅が抑えられている。
Further, as shown in FIG. 17, in the second embodiment in which the power
このとき、図19に示すように、電力系統安定化装置10において、抵抗設備12では電力吸収を行わず、蓄電設備11のみが電力吸収(蓄電器13への充電)および電力放出(蓄電器13からの放電)を行っている。図19において、電力系統安定化装置10における有効電力のグラフは、蓄電設備11における有効電力のグラフに一致している。このように、図19によれば、系統周波数fが定格周波数を超えないような予め想定される負荷変動が生じた場合には、蓄電設備11のみで電力調整が行われることが理解できる。したがって、本シミュレーション結果は、電力系統安定化装置10により、予め想定される負荷変動が生じた場合に、電力損失を抑制しつつ電源システム1における当該負荷変動を抑制することができることを示している。
At this time, as shown in FIG. 19, in the power
[他の実施の形態]
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
[Other embodiments]
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements, changes, and modifications can be made without departing from the spirit thereof.
例えば、上記実施の形態においては、抵抗設備12の第2電力変換器16が、整流回路およびチョッパ回路を含み、発電機側交流配線部3Aと抵抗器15との間で交流-直流変換を行う態様を例示したが、発電機側交流配線部3Aの電力を吸収し、抵抗器15において消費するための構成であればこれに限られない。
For example, in the above embodiment, the
例えば、第2電力変換器16は、発電機側交流配線部3Aと抵抗器15との間で交流-交流変換を行う態様としてもよい。この場合、例えば、第2電力変換器16は、交流電力調整回路、サイクロコンバータ回路またはマトリックスコンバータ回路等の交流コンバータ回路でもよい。
For example, the
図20は、図1に示す抵抗設備の他の例における制御系の概略構成を示すブロック図である。図5と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。本変形例における第2電力変換器16Bは、発電機側交流配線部3Aと抵抗器15とを変圧器141を介して交流接続するように構成されている。変圧器141より第2電力変換器16B側の交流配線部を第4交流配線部34とする。
FIG. 20 is a block diagram showing a schematic configuration of a control system in another example of the resistance equipment shown in FIG. 1. Components similar to those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The
第2電力変換器16Bは、第4交流配線部34の各線に接続されるサイリスタ等のスイッチング素子を備えた交流コンバータ回路160を備えている。第2電力変換器16Bは、第2電力変換器16Bに入力される(すなわち、第4交流配線部34の)交流電圧VACおよび交流電流IACを計測する電力変換器交流電圧計測器161および電力変換器交流電流計測器162を備えている。
The
第2制御装置17bの第2駆動信号演算部27Bも、消費電力目標値算出部271および第2駆動信号生成部272Bを備えている。消費電力目標値算出部271は、上記実施の形態(図6)と同様の演算態様により、消費電力目標値Pref2を算出する。第2駆動信号生成部272Bには、その消費電力目標値Pref2と、第4交流配線部34の交流電圧VACおよび交流電流IACとが入力される。
The second drive
本変形例における第2駆動信号生成部272Bは、消費電力目標値Pref2に基づいて、交流コンバータ回路160の制御遅れ角α’を算出する。ただし、上記実施の形態におけるチョッパ回路29の通流率αも交流コンバータ回路160の制御遅れ角α’も抵抗器15に印加される電圧の出力期間(デューティ比)を定める値であることに変わりがない。
The second drive
したがって、本変形例における第2駆動信号生成部272Bも上記実施の形態における第2駆動信号生成部272(図7)と同様の構成とすることができる。ただし、除算器715には、直流電圧Vdcの代わりに交流電圧VACが入力され、減算器716には、直流電流Idcの代わりに交流電流IACが入力される。PI演算部717の出力が制御遅れ角α’となる。信号変換部718は、交流コンバータ回路160の電圧出力期間が制御遅れ角α’に従うような第2駆動信号S2を生成する。このように、抵抗器15で電力を消費させるための第2電力変換器16,16Bは、交流-直流変換方式および交流-交流変換方式の何れをも採用できる。
Therefore, the second drive
また、上記実施の形態においては、電源システムが適用される交流配線部3が三相系統である場合について説明したが、これに限られない。例えば、交流配線部3が単相2線系統または単相3線系統の場合であっても、各種演算の方法が系統の方式に応じて異なることを除いて同様の電源システムを構築可能である。
Further, in the above embodiment, a case has been described in which the
また、上記実施の形態においては、1つの交流配線部3(第1交流配線部31)に1つの発電機2が接続された例について説明したが、1つの交流配線部3に2以上の発電機2が接続されてもよい。また、1つの交流配線部3に2以上の発電機2が接続される場合、異なる種類の発電機が接続されてもよい。例えば、1つの交流配線部3にガスタービン発電機と、ガスエンジン発電機とが接続されてもよい。
Further, in the above embodiment, an example in which one
また、上記実施の形態においては、1つの交流配線部3に1つの電力系統安定化装置10が接続された例について説明したが、1つの交流配線部3に2以上の電力系統安定化装置10が接続されてもよい。
Further, in the above embodiment, an example in which one power
本発明は、比較的に小容量な蓄電設備を用いて、運転状況に応じた制御態様の切り替えを要することなく、系統連系運転時から自立運転への切り替え時における負荷変動に伴う電圧または周波数の変動を抑制するために有用である。 The present invention uses relatively small-capacity power storage equipment to eliminate the need to switch control modes depending on the operating situation, and to reduce the voltage or frequency associated with load fluctuations when switching from grid-connected operation to standalone operation. This is useful for suppressing fluctuations in
1 電源システム
2 発電機
3A 発電機側交流配線部(交流配線部)
4 外部電力系統(別の電力系統)
5 遮断器
10 電力系統安定化装置
13 蓄電器
14 第1電力変換器
15 抵抗器
16 第2電力変換器
17,17a,17b 制御装置
18 周波数取得器
19 第1駆動信号演算部
27 第2駆動信号演算部
271 消費電力目標値算出部
272 第2駆動信号生成部
1
4 External power system (another power system)
5
Claims (7)
蓄電器と、前記交流配線部と前記蓄電器との間に接続された第1電力変換器と、を含む蓄電設備と、
抵抗器と、前記交流配線部と前記抵抗器との間に接続された第2電力変換器と、を含む抵抗設備と、
前記第1電力変換器および前記第2電力変換器を制御する制御装置と、
前記交流配線部における系統周波数を取得する周波数取得器と、を備え、
前記制御装置は、
前記系統周波数と予め定められた第1周波数基準値との間の第1偏差に応じて前記蓄電器に充放電させる受給電力目標値を算出し、前記受給電力目標値に基づいて前記第1電力変換器における電力変換を行うための第1駆動信号を生成する第1駆動信号演算部と、
前記系統周波数と予め定められた第2周波数基準値との間の第2偏差に応じて前記抵抗器において消費させる消費電力目標値を算出し、前記消費電力目標値に基づいて第2電力変換器における電力変換を行うための第2駆動信号を生成する第2駆動信号演算部と、を備え、
前記第2周波数基準値は、前記第1周波数基準値より大きい値に設定され、
前記第1駆動信号演算部は、前記第1偏差が前記第1周波数基準値より大きい予め定められた周波数しきい値以上である場合には前記周波数しきい値を前記第1偏差として前記受給電力目標値を算出するよう構成され、
前記第2駆動信号演算部は、前記第2偏差に所定の比例ゲインを乗算した値に基づいて前記消費電力目標値を算出する消費電力目標値算出部と、前記消費電力目標値に基づいて前記第2駆動信号を生成する第2駆動信号生成部と、を含み、
前記消費電力目標値算出部は、前記系統周波数が前記第2周波数基準値より小さい場合には、前記消費電力目標値を0とし、前記系統周波数が前記第2周波数基準値以上である場合には、前記第2偏差に前記所定の比例ゲインを乗算した値に応じた前記消費電力目標値とする、電力系統安定化装置。 A generator, an AC wiring section to which the generator is connected, a circuit breaker provided at a predetermined disconnection point between the AC wiring section and a power system different from the generator, and the AC wiring section. A power system stabilizing device for stabilizing the voltage or frequency in the AC wiring section in a power supply system comprising a power load connected to the
A power storage facility including a power storage device and a first power converter connected between the AC wiring section and the power storage device;
Resistance equipment including a resistor and a second power converter connected between the AC wiring section and the resistor;
a control device that controls the first power converter and the second power converter;
a frequency acquisition device that acquires the system frequency in the AC wiring section,
The control device includes:
A target value of received power to be charged and discharged to the electricity storage device is calculated according to a first deviation between the system frequency and a predetermined first frequency reference value, and the first power conversion is performed based on the target value of received power. a first drive signal calculation unit that generates a first drive signal for performing power conversion in the device;
A power consumption target value to be consumed in the resistor is calculated according to a second deviation between the system frequency and a predetermined second frequency reference value, and a second power converter is calculated based on the power consumption target value. a second drive signal calculation unit that generates a second drive signal for performing power conversion;
The second frequency reference value is set to a value larger than the first frequency reference value,
The first drive signal calculation unit calculates the received power using the frequency threshold as the first deviation when the first deviation is equal to or higher than a predetermined frequency threshold that is larger than the first frequency reference value. configured to calculate a target value ;
The second drive signal calculation unit includes a power consumption target value calculation unit that calculates the power consumption target value based on a value obtained by multiplying the second deviation by a predetermined proportional gain, and a power consumption target value calculation unit that calculates the power consumption target value based on the power consumption target value. a second drive signal generation section that generates a second drive signal;
The power consumption target value calculation unit sets the power consumption target value to 0 when the system frequency is smaller than the second frequency reference value, and sets the power consumption target value to 0 when the system frequency is equal to or higher than the second frequency reference value. , an electric power system stabilizing device, wherein the power consumption target value is set to a value obtained by multiplying the second deviation by the predetermined proportional gain.
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