系統安定化装置およびその制御方法
【課題】 電力変換器やその補機による運転損失の低減を図り、省エネルギー化を実現し得る系統安定化装置およびその制御方法を提供することにある。
【解決手段】 電力変動を伴う風力発電機１１を系統電源１２に連系させた電力系統に連系用変圧器１４を介して接続された電力変換器１５とその直流側に接続された二次電池１６とを備え、前記風力発電機１１の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記風力発電機１１の電力変動量または電力量を計器用変圧器１８および変流器１９により検出し、その検出量が予め設定された一定の整定レベル以下となり、かつ、予め設定された一定時間だけ継続した時点で、前記電力変換器１５およびその補機の停止指令を出力する制御回路１７を具備する。
【解決手段】 電力変動を伴う風力発電機１１を系統電源１２に連系させた電力系統に連系用変圧器１４を介して接続された電力変換器１５とその直流側に接続された二次電池１６とを備え、前記風力発電機１１の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記風力発電機１１の電力変動量または電力量を計器用変圧器１８および変流器１９により検出し、その検出量が予め設定された一定の整定レベル以下となり、かつ、予め設定された一定時間だけ継続した時点で、前記電力変換器１５およびその補機の停止指令を出力する制御回路１７を具備する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は系統安定化装置およびその制御方法に関し、電力変動を伴う電源または負荷を持つ電気設備、例えば風力発電機などの分散電源を系統電源に連系させた電力系統に設けられ、電力の安定供給を支える系統安定化装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、電力変動を伴う風力発電機などの分散電源や電力変動を伴う間欠負荷を系統電源に連系させた電力系統では、電力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制するための系統安定化装置を設置するのが一般的である。
【０００３】図４は系統安定化装置の概略構成を示す。この系統安定化装置は、同図に示すように例えば分散電源である風力発電機１と系統電源２との間に設置され、系統母線３に連系用変圧器４を介して電力変換器５を接続し、その直流側に鉛電池などの二次電池６を配設した構成を具備する。
【０００４】前記電力変換器５は、インバータ機能と整流機能を有する双方向形交直変換器で、系統母線３からの交流電力を直流変換して二次電池６に充電する整流運転と、二次電池６に充電された直流電力を交流変換して系統母線３に供給するインバータ運転とに切り換え制御される。
【０００５】ここで、風力発電機１の出力は風速などの自然条件に応じて時々刻々と変動する。一方、風力発電機１は電力系統の末端、例えば僻地や離島などに設置されるのが一般的であるため、前述したように風力発電機１の出力変動が頻繁に現出すると、電力系統に電圧または周波数変動を招くことがある。
【０００６】そのため、系統安定化装置では、前述した風力発電機１の出力変動を打ち消すように前記二次電池６を準備しその貯蔵電力を電力変換器５の運転により電力系統へ充放電し、この電力変換器５の運転による電力系統との電力のやり取りでもって、電力系統の電圧または周波数変動を抑制するように電力補償動作させている。
【０００７】なお、図示しないが、系統安定化装置では、前述した風力発電機１の出力変動を、系統母線３に設けられた計器用変圧器（ＶＴ）及び変流器（ＣＴ）により検出し、その検出された電力変動量または電力量に基づいて電力変換器５を整流運転またはインバータ運転させるように制御している。
【０００８】この電力変換器５には、電力変換器自体を冷却するための冷却ファンが付設され、さらに、電力変換器５が収納された筐体を具備した系統安定化装置には、装置全体を冷却するための換気ファンが付設され、これら冷却ファンおよび換気ファンからなる補機は、電力変換器５の運転と連動するように制御されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従来の系統安定化装置では、冷却ファンや換気ファンからなる補機を電力変換器５の運転と連動するように制御していることから、電力変換器５の運転時には補機も常時運転していることになる。
【００１０】図５は、風力発電機１が出力する電力量ＰWGに対して、系統安定化装置の電力補償出力ＰAにより電力系統における実際の電力量ＰBを安定化させている状態を示す。同図に示すように、風力発電機１の出力変動が小さく、電力変換器５による電力補償動作を実行しなくてもその風力発電機１の出力変動により電力系統に生じる電圧変動や周波数変動が許容値以下となっている時（図中Ｘ期間）や風力発電機１の運転停止時（図中Ｙ期間）でも、系統安定化装置の電力変換器５およびその補機を運転しているため、電力変換器５の運転損失Ａおよびその補機による運転損失Ｂが発生しており、系統安定化装置の運転効率を大幅に低下させるという問題があった。
【００１１】そこで、本発明は前述した問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、電力変換器やその補機による運転損失の低減を図り、省エネルギー化を実現し得る系統安定化装置およびその制御方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するための技術的手段として、請求項１に係る発明は、電力変動を伴う電気設備を連系させた電力系統に接続された電力変換器とその直流側に接続された二次電池とを備え、前記電気設備の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記電力変換器およびその補機を起動または停止させる制御方法であって、前記電気設備の電力変動量または電力量を検出し、その検出量が一定値以下となり、かつ、一定時間継続した場合に前記電力変換器およびその補機を停止させることを特徴とする。
【００１３】この請求項１に係る発明では、電気設備の出力変動が小さく、電力変換器による電力補償動作を実行しなくてもその電気設備の出力変動により電力系統に生じる電圧変動や周波数変動が許容値以下となっている時や電気設備の運転停止時には、系統安定化装置の電力変換器およびその補機を停止させるため、電力変換器やその補機による運転損失の低減を図ることができる。
【００１４】請求項２に係る発明は、請求項１に記載された電力変換器およびその補機の停止後、前記電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えると同時に前記電力変換器およびその補機を起動させることを特徴とする。
【００１５】この請求項２に係る発明では、電力変換器およびその補機の停止後、電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えて電力補償動作が必要となった時点で、電力変換器およびその補機を起動させることにより、電力補償動作を即座に再開することができる。
【００１６】また、請求項３に係る発明は、電力変動を伴う電気設備を連系させた電力系統に接続された電力変換器とその直流側に接続された二次電池とを備え、前記電気設備の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記電気設備の電力変動量または電力量が一定値以下となり、かつ、一定時間継続した場合に前記電力変換器およびその補機の停止指令を出力する制御回路を具備したことを特徴とする。
【００１７】この請求項３に係る発明では、電気設備の出力変動が小さく、電力変換器による電力補償動作を実行しなくてもその電気設備の出力変動により電力系統に生じる電圧変動や周波数変動が許容値以下となっている時や電気設備の運転停止時には、電気設備の電力変動量または電力量を検出した結果に基づいて制御回路から出力される停止指令により、系統安定化装置の電力変換器およびその補機を停止させるため、電力変換器やその補機による運転損失の低減を図ることができる。
【００１８】請求項４に係る発明は、請求項３に記載された制御回路について、前記電気設備の電力変動量または電力量が一定値を超えると同時に前記電力変換器およびその補機の起動指令を出力することを特徴とする。
【００１９】この請求項４に係る発明では、電力変換器およびその補機の停止後、電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えて電力補償動作が必要となった時点で、制御回路から出力された起動指令に基づいて電力変換器およびその補機を起動させることにより、電力補償動作を即座に再開することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明に係る系統安定化装置およびその制御方法の実施形態を以下に詳述する。
【００２１】図１は系統安定化装置の概略構成を示す。この系統安定化装置は、同図に示すように例えば分散電源である風力発電機１１と系統電源１２との間に設置され、系統母線１３に連系用変圧器１４を介して電力変換器１５を接続し、その直流側に鉛電池などの二次電池１６を配設した構成を具備する。
【００２２】この電力変換器１５には、電力変換器自体を冷却するための冷却ファンが付設され、さらに、電力変換器１５が収納された筐体を具備した系統安定化装置には、装置全体を冷却するための換気ファンが付設され、これら冷却ファンおよび換気ファンからなる補機は、電力変換器１５と共に制御回路１７によりその起動停止が制御されている。
【００２３】前記電力変換器１５は、インバータ機能と整流機能を有する双方向形交直変換器で、系統母線１３からの交流電力を直流変換して二次電池１６に充電する整流運転と、二次電池１６に充電された直流電力を交流変換して系統母線１３に供給するインバータ運転とに切り換え制御される。
【００２４】この系統安定化装置では、前述した風力発電機１１の出力変動を、系統母線１３に設けられた計器用変圧器１８（ＶＴ）及び変流器１９（ＣＴ）により検出し、その検出された電力量（または電力変動量）に基づいて電力変換器１５を整流運転またはインバータ運転させるように制御する制御回路１７を具備する。
【００２５】この制御回路１７は、図２に示すように前記計器用変圧器１８（ＶＴ）および変流器１９（ＣＴ）により検出された系統電圧ＶSおよび風力発電機１１の出力電流ＩWGから風力発電機１１の電力量ＰWGを演算するための演算回路２０と、この演算回路２０から出力される風力発電機１１の電力量ＰWGを、設定回路２１により予め設定された整定レベルＬと比較する比較回路２２と、その比較回路２２から出力される比較結果ＳCMPに基づいて風力発電機１１の電力量ＰWGが整定レベルＬ以下か否かを判別し、その判定結果に基づいて停止指令ＳOFFまたは起動指令ＳONを出力する判定回路２３と、その判定回路２３から停止指令ＳOFFが入力されると共にタイマー回路２４により一定時間Ｔが経過した時点で出力されるタイマー信号ＳTが入力されると、前記停止指令ＳOFFをそのまま出力するＡＮＤ回路２５とで構成される。
【００２６】ここで、風力発電機１１の出力は風速などの自然条件に応じて時々刻々と変動する。一方、風力発電機１１は電力系統の末端、例えば僻地や離島などに設置されるのが一般的であるため、前述したように風力発電機１１の出力変動が頻繁に現出すると、電力系統に電圧または周波数変動を招くことがある。
【００２７】そのため、系統安定化装置では、前述した風力発電機１１の出力変動を打ち消すように前記二次電池１６を準備しその貯蔵電力を電力変換器１５の運転により電力系統へ充放電し、この電力変換器１５の運転による電力系統との電力のやり取りでもって、電力系統の電圧または周波数変動を抑制するように電力補償動作させている。
【００２８】図３は、本発明の実施形態において、風力発電機１１が出力する電力量ＰWGに対して、系統安定化装置の電力補償出力ＰAにより電力系統における実際の電力量ＰBを安定化させている状態を示す。同図に示すように、風力発電機１１の出力変動が小さく、電力変換器１５による電力補償動作を実行しなくてもその風力発電機１１の出力変動により電力系統に生じる電圧変動や周波数変動が許容値以下となっている時、つまり、前記風力発電機１１の電力量ＰWGの検出量が前記整定レベルＬ以下となり、かつ、その整定レベルＬが一定時間Ｔだけ継続した場合に前記電力変換器１５およびその補機を停止させるようにする。
【００２９】すなわち、計器用変圧器１８（ＶＴ）および変流器１９（ＣＴ）により検出された系統電圧ＶSおよび風力発電機１１の出力電流ＩWGを制御入力とする制御回路１７では、風力発電機１１の電力量ＰWGを演算回路２０で算出し、その風力発電機１１の電力量ＰWGを比較回路２２により比較してほぼ一定の整定レベルＬ以下となった時点を判定回路２３で判定し、その時点からタイマー回路２４により一定時間Ｔ（例えば３分程度）を計測する。この風力発電機１１の電力量ＰWGが整定レベルＬ以下となり、かつ、その整定レベルＬ以下の状態が一定時間Ｔだけ継続した時点で前記タイマー回路２４およびＡＮＤ回路２５の出力により、風力発電機１１が運転中であっても、制御回路１７から停止指令ＳOFFを電力変換器１５およびその補機に出力し、その制御回路１７からの停止指令ＳOFFにより、電力変換器１５およびその補機の運転を停止させる。
【００３０】なお、タイマー回路２４により一定時間Ｔだけ、風力発電機１１の電力量ＰWGが整定レベルＬ以下となる状態を監視しているのは、電力量ＰWGが瞬間的に低下する場合もあり、そのような場合を含めて電力変換器１５およびその補機を停止させたり起動させたりすることを繰り返すことは系統安定化装置の誤作動を招来する虞があるために好ましくない。したがって、ある一定時間Ｔだけ電力量ＰWGが低下していることを確認している。
【００３１】このように風力発電機１１の運転中であっても、その風力発電機１１の出力変動が電力補償動作を必要としない程度の小さなものであるため、系統安定化装置の電力変換器１５およびその補機を停止させても支障はなく、電力変換器１５の運転損失Ａやその補機による運転損失Ｂの低減を図ることができる（図３中のＺ期間）。なお、ここで、前記電力変換器１５の運転損失Ａやその補機による運転損失Ｂには、電力変換器１５やその補機の運転により連系用変圧器１４などに電流が流れることによる主回路損失なども含まれる。
【００３２】以上のようにして電力変換器１５およびその補機を停止させた後、例えば、風力発電機１１の制御盤に設けられた操作ボタン等による外部指令信号ＳOUTなどにより風力発電機１１自体を停止させた場合であっても、系統安定化装置の電力変換器１５およびその補機を停止させた状態を維持する。したがって、風力発電機１１を停止させている間（図３中のＹ期間）についても、電力変換器１５の運転損失Ａやその補機による運転損失Ｂの低減を図ることができる。
【００３３】そして、外部指令信号ＳOUTなどにより風力発電機１１が運転を再開しその電力量ＰWGの検出量が一定の整定レベルＬを超えると、風力発電機１１の電力量ＰWGを検出する計器用変圧器１８（ＶＴ）および変流器１９（ＣＴ）の検出信号に基づいて、制御回路１７では、風力発電機１１の電力量ＰWGがほぼ一定の整定レベルＬを超えた時点を判定し、その時点と同時に制御回路１７から起動指令ＳONを電力変換器１５およびその補機に出力する。この制御回路１７からの起動指令ＳONにより、電力変換器１５およびその補機を起動させ、電力補償動作を即座に再開する。
【００３４】図３の場合は、風力発電機の制御盤に設けられた操作ボタン等による外部指令信号ＳOUTにより風力発電機１１を一旦停止させた上で起動させた後に、風力発電機１１の電力量ＰWGが整定レベルＬを超える場合を想定している。この外部指令信号ＳOUTにより風力発電機１１を起動させる場合、風力発電機１１の出力変動が大きいことから、制御回路１７からの起動指令ＳONにより電力変換器１５およびその補機を起動させ、電力補償動作を即座に再開するようにしている。
【００３５】なお、前述したように風力発電機１１を一旦停止させてその後起動させる場合以外に、風力発電機１１の連続運転中であっても、風力発電機１１の電力量ＰWGが整定レベルＬを超えた場合には、制御回路１７からの起動指令ＳONにより電力変換器１５およびその補機を起動させている。
【００３６】つまり、電力変換器１５およびその補機の起動は、風力発電機１１の電力量ＰWGがほぼ一定の整定レベルＬを超えたことによる制御回路１７からの起動指令ＳONか、あるいは、風力発電機１１の制御盤からの外部指令信号ＳOUTの少なくともいずれか一方で行われる。
【００３７】なお、前述した実施形態では、風力発電機１１を分散電源とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、出力が時々刻々と変動するような電力変動を伴う他の電源設備や、起動と停止が間欠的に行われる間欠負荷などのように出力の低下状態がある時間継続するような電力変動を伴う負荷設備に適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、請求項１又は３に記載したように電力変動を伴う電気設備を連系させた電力系統に接続された電力変換器とその直流側に接続された二次電池とを備え、前記電気設備の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記電気設備の電力変動量または電力量を検出し、その検出量が一定値以下となり、かつ、一定時間継続した場合に前記電力変換器およびその補機を停止させるように制御すれば、電気設備の出力変動が小さく、電力変換器による電力補償動作を実行しなくてもその電気設備の出力変動により電力系統に生じる電圧変動や周波数変動が許容値以下となっている時や電気設備の運転停止時、系統安定化装置の電力変換器およびその補機を停止させているので、電力変換器やその補機による運転損失の低減を図ることができ、系統安定化装置を運転する上で省エネルギー化を実現できる。
【００３９】また、請求項２又は４に記載したように電力変換器およびその補機の停止後、電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えると同時に前記電力変換器およびその補機を起動させるように制御すれば、電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えて電力補償動作が必要となった時点で、電力変換器およびその補機を起動させるので、電力補償動作を即座に再開することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における系統安定化装置の概略構成例を示す回路図である。
【図２】図１の制御回路の概略構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の系統安定化装置において、風力発電機の出力、系統安定化装置の出力および運転損失を示す波形図と制御回路によるタイミングチャートである。
【図４】従来の系統安定化装置の概略構成例を示す回路図である。
【図５】従来の系統安定化装置において、風力発電機の出力、系統安定化装置の出力および運転損失を示す波形図である。
【符号の説明】
１１ 電力変動を伴う電気設備
１５ 電力変換器
１６ 二次電池
１７ 制御回路
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は系統安定化装置およびその制御方法に関し、電力変動を伴う電源または負荷を持つ電気設備、例えば風力発電機などの分散電源を系統電源に連系させた電力系統に設けられ、電力の安定供給を支える系統安定化装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、電力変動を伴う風力発電機などの分散電源や電力変動を伴う間欠負荷を系統電源に連系させた電力系統では、電力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制するための系統安定化装置を設置するのが一般的である。
【０００３】図４は系統安定化装置の概略構成を示す。この系統安定化装置は、同図に示すように例えば分散電源である風力発電機１と系統電源２との間に設置され、系統母線３に連系用変圧器４を介して電力変換器５を接続し、その直流側に鉛電池などの二次電池６を配設した構成を具備する。
【０００４】前記電力変換器５は、インバータ機能と整流機能を有する双方向形交直変換器で、系統母線３からの交流電力を直流変換して二次電池６に充電する整流運転と、二次電池６に充電された直流電力を交流変換して系統母線３に供給するインバータ運転とに切り換え制御される。
【０００５】ここで、風力発電機１の出力は風速などの自然条件に応じて時々刻々と変動する。一方、風力発電機１は電力系統の末端、例えば僻地や離島などに設置されるのが一般的であるため、前述したように風力発電機１の出力変動が頻繁に現出すると、電力系統に電圧または周波数変動を招くことがある。
【０００６】そのため、系統安定化装置では、前述した風力発電機１の出力変動を打ち消すように前記二次電池６を準備しその貯蔵電力を電力変換器５の運転により電力系統へ充放電し、この電力変換器５の運転による電力系統との電力のやり取りでもって、電力系統の電圧または周波数変動を抑制するように電力補償動作させている。
【０００７】なお、図示しないが、系統安定化装置では、前述した風力発電機１の出力変動を、系統母線３に設けられた計器用変圧器（ＶＴ）及び変流器（ＣＴ）により検出し、その検出された電力変動量または電力量に基づいて電力変換器５を整流運転またはインバータ運転させるように制御している。
【０００８】この電力変換器５には、電力変換器自体を冷却するための冷却ファンが付設され、さらに、電力変換器５が収納された筐体を具備した系統安定化装置には、装置全体を冷却するための換気ファンが付設され、これら冷却ファンおよび換気ファンからなる補機は、電力変換器５の運転と連動するように制御されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従来の系統安定化装置では、冷却ファンや換気ファンからなる補機を電力変換器５の運転と連動するように制御していることから、電力変換器５の運転時には補機も常時運転していることになる。
【００１０】図５は、風力発電機１が出力する電力量ＰWGに対して、系統安定化装置の電力補償出力ＰAにより電力系統における実際の電力量ＰBを安定化させている状態を示す。同図に示すように、風力発電機１の出力変動が小さく、電力変換器５による電力補償動作を実行しなくてもその風力発電機１の出力変動により電力系統に生じる電圧変動や周波数変動が許容値以下となっている時（図中Ｘ期間）や風力発電機１の運転停止時（図中Ｙ期間）でも、系統安定化装置の電力変換器５およびその補機を運転しているため、電力変換器５の運転損失Ａおよびその補機による運転損失Ｂが発生しており、系統安定化装置の運転効率を大幅に低下させるという問題があった。
【００１１】そこで、本発明は前述した問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、電力変換器やその補機による運転損失の低減を図り、省エネルギー化を実現し得る系統安定化装置およびその制御方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するための技術的手段として、請求項１に係る発明は、電力変動を伴う電気設備を連系させた電力系統に接続された電力変換器とその直流側に接続された二次電池とを備え、前記電気設備の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記電力変換器およびその補機を起動または停止させる制御方法であって、前記電気設備の電力変動量または電力量を検出し、その検出量が一定値以下となり、かつ、一定時間継続した場合に前記電力変換器およびその補機を停止させることを特徴とする。
【００１３】この請求項１に係る発明では、電気設備の出力変動が小さく、電力変換器による電力補償動作を実行しなくてもその電気設備の出力変動により電力系統に生じる電圧変動や周波数変動が許容値以下となっている時や電気設備の運転停止時には、系統安定化装置の電力変換器およびその補機を停止させるため、電力変換器やその補機による運転損失の低減を図ることができる。
【００１４】請求項２に係る発明は、請求項１に記載された電力変換器およびその補機の停止後、前記電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えると同時に前記電力変換器およびその補機を起動させることを特徴とする。
【００１５】この請求項２に係る発明では、電力変換器およびその補機の停止後、電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えて電力補償動作が必要となった時点で、電力変換器およびその補機を起動させることにより、電力補償動作を即座に再開することができる。
【００１６】また、請求項３に係る発明は、電力変動を伴う電気設備を連系させた電力系統に接続された電力変換器とその直流側に接続された二次電池とを備え、前記電気設備の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記電気設備の電力変動量または電力量が一定値以下となり、かつ、一定時間継続した場合に前記電力変換器およびその補機の停止指令を出力する制御回路を具備したことを特徴とする。
【００１７】この請求項３に係る発明では、電気設備の出力変動が小さく、電力変換器による電力補償動作を実行しなくてもその電気設備の出力変動により電力系統に生じる電圧変動や周波数変動が許容値以下となっている時や電気設備の運転停止時には、電気設備の電力変動量または電力量を検出した結果に基づいて制御回路から出力される停止指令により、系統安定化装置の電力変換器およびその補機を停止させるため、電力変換器やその補機による運転損失の低減を図ることができる。
【００１８】請求項４に係る発明は、請求項３に記載された制御回路について、前記電気設備の電力変動量または電力量が一定値を超えると同時に前記電力変換器およびその補機の起動指令を出力することを特徴とする。
【００１９】この請求項４に係る発明では、電力変換器およびその補機の停止後、電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えて電力補償動作が必要となった時点で、制御回路から出力された起動指令に基づいて電力変換器およびその補機を起動させることにより、電力補償動作を即座に再開することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明に係る系統安定化装置およびその制御方法の実施形態を以下に詳述する。
【００２１】図１は系統安定化装置の概略構成を示す。この系統安定化装置は、同図に示すように例えば分散電源である風力発電機１１と系統電源１２との間に設置され、系統母線１３に連系用変圧器１４を介して電力変換器１５を接続し、その直流側に鉛電池などの二次電池１６を配設した構成を具備する。
【００２２】この電力変換器１５には、電力変換器自体を冷却するための冷却ファンが付設され、さらに、電力変換器１５が収納された筐体を具備した系統安定化装置には、装置全体を冷却するための換気ファンが付設され、これら冷却ファンおよび換気ファンからなる補機は、電力変換器１５と共に制御回路１７によりその起動停止が制御されている。
【００２３】前記電力変換器１５は、インバータ機能と整流機能を有する双方向形交直変換器で、系統母線１３からの交流電力を直流変換して二次電池１６に充電する整流運転と、二次電池１６に充電された直流電力を交流変換して系統母線１３に供給するインバータ運転とに切り換え制御される。
【００２４】この系統安定化装置では、前述した風力発電機１１の出力変動を、系統母線１３に設けられた計器用変圧器１８（ＶＴ）及び変流器１９（ＣＴ）により検出し、その検出された電力量（または電力変動量）に基づいて電力変換器１５を整流運転またはインバータ運転させるように制御する制御回路１７を具備する。
【００２５】この制御回路１７は、図２に示すように前記計器用変圧器１８（ＶＴ）および変流器１９（ＣＴ）により検出された系統電圧ＶSおよび風力発電機１１の出力電流ＩWGから風力発電機１１の電力量ＰWGを演算するための演算回路２０と、この演算回路２０から出力される風力発電機１１の電力量ＰWGを、設定回路２１により予め設定された整定レベルＬと比較する比較回路２２と、その比較回路２２から出力される比較結果ＳCMPに基づいて風力発電機１１の電力量ＰWGが整定レベルＬ以下か否かを判別し、その判定結果に基づいて停止指令ＳOFFまたは起動指令ＳONを出力する判定回路２３と、その判定回路２３から停止指令ＳOFFが入力されると共にタイマー回路２４により一定時間Ｔが経過した時点で出力されるタイマー信号ＳTが入力されると、前記停止指令ＳOFFをそのまま出力するＡＮＤ回路２５とで構成される。
【００２６】ここで、風力発電機１１の出力は風速などの自然条件に応じて時々刻々と変動する。一方、風力発電機１１は電力系統の末端、例えば僻地や離島などに設置されるのが一般的であるため、前述したように風力発電機１１の出力変動が頻繁に現出すると、電力系統に電圧または周波数変動を招くことがある。
【００２７】そのため、系統安定化装置では、前述した風力発電機１１の出力変動を打ち消すように前記二次電池１６を準備しその貯蔵電力を電力変換器１５の運転により電力系統へ充放電し、この電力変換器１５の運転による電力系統との電力のやり取りでもって、電力系統の電圧または周波数変動を抑制するように電力補償動作させている。
【００２８】図３は、本発明の実施形態において、風力発電機１１が出力する電力量ＰWGに対して、系統安定化装置の電力補償出力ＰAにより電力系統における実際の電力量ＰBを安定化させている状態を示す。同図に示すように、風力発電機１１の出力変動が小さく、電力変換器１５による電力補償動作を実行しなくてもその風力発電機１１の出力変動により電力系統に生じる電圧変動や周波数変動が許容値以下となっている時、つまり、前記風力発電機１１の電力量ＰWGの検出量が前記整定レベルＬ以下となり、かつ、その整定レベルＬが一定時間Ｔだけ継続した場合に前記電力変換器１５およびその補機を停止させるようにする。
【００２９】すなわち、計器用変圧器１８（ＶＴ）および変流器１９（ＣＴ）により検出された系統電圧ＶSおよび風力発電機１１の出力電流ＩWGを制御入力とする制御回路１７では、風力発電機１１の電力量ＰWGを演算回路２０で算出し、その風力発電機１１の電力量ＰWGを比較回路２２により比較してほぼ一定の整定レベルＬ以下となった時点を判定回路２３で判定し、その時点からタイマー回路２４により一定時間Ｔ（例えば３分程度）を計測する。この風力発電機１１の電力量ＰWGが整定レベルＬ以下となり、かつ、その整定レベルＬ以下の状態が一定時間Ｔだけ継続した時点で前記タイマー回路２４およびＡＮＤ回路２５の出力により、風力発電機１１が運転中であっても、制御回路１７から停止指令ＳOFFを電力変換器１５およびその補機に出力し、その制御回路１７からの停止指令ＳOFFにより、電力変換器１５およびその補機の運転を停止させる。
【００３０】なお、タイマー回路２４により一定時間Ｔだけ、風力発電機１１の電力量ＰWGが整定レベルＬ以下となる状態を監視しているのは、電力量ＰWGが瞬間的に低下する場合もあり、そのような場合を含めて電力変換器１５およびその補機を停止させたり起動させたりすることを繰り返すことは系統安定化装置の誤作動を招来する虞があるために好ましくない。したがって、ある一定時間Ｔだけ電力量ＰWGが低下していることを確認している。
【００３１】このように風力発電機１１の運転中であっても、その風力発電機１１の出力変動が電力補償動作を必要としない程度の小さなものであるため、系統安定化装置の電力変換器１５およびその補機を停止させても支障はなく、電力変換器１５の運転損失Ａやその補機による運転損失Ｂの低減を図ることができる（図３中のＺ期間）。なお、ここで、前記電力変換器１５の運転損失Ａやその補機による運転損失Ｂには、電力変換器１５やその補機の運転により連系用変圧器１４などに電流が流れることによる主回路損失なども含まれる。
【００３２】以上のようにして電力変換器１５およびその補機を停止させた後、例えば、風力発電機１１の制御盤に設けられた操作ボタン等による外部指令信号ＳOUTなどにより風力発電機１１自体を停止させた場合であっても、系統安定化装置の電力変換器１５およびその補機を停止させた状態を維持する。したがって、風力発電機１１を停止させている間（図３中のＹ期間）についても、電力変換器１５の運転損失Ａやその補機による運転損失Ｂの低減を図ることができる。
【００３３】そして、外部指令信号ＳOUTなどにより風力発電機１１が運転を再開しその電力量ＰWGの検出量が一定の整定レベルＬを超えると、風力発電機１１の電力量ＰWGを検出する計器用変圧器１８（ＶＴ）および変流器１９（ＣＴ）の検出信号に基づいて、制御回路１７では、風力発電機１１の電力量ＰWGがほぼ一定の整定レベルＬを超えた時点を判定し、その時点と同時に制御回路１７から起動指令ＳONを電力変換器１５およびその補機に出力する。この制御回路１７からの起動指令ＳONにより、電力変換器１５およびその補機を起動させ、電力補償動作を即座に再開する。
【００３４】図３の場合は、風力発電機の制御盤に設けられた操作ボタン等による外部指令信号ＳOUTにより風力発電機１１を一旦停止させた上で起動させた後に、風力発電機１１の電力量ＰWGが整定レベルＬを超える場合を想定している。この外部指令信号ＳOUTにより風力発電機１１を起動させる場合、風力発電機１１の出力変動が大きいことから、制御回路１７からの起動指令ＳONにより電力変換器１５およびその補機を起動させ、電力補償動作を即座に再開するようにしている。
【００３５】なお、前述したように風力発電機１１を一旦停止させてその後起動させる場合以外に、風力発電機１１の連続運転中であっても、風力発電機１１の電力量ＰWGが整定レベルＬを超えた場合には、制御回路１７からの起動指令ＳONにより電力変換器１５およびその補機を起動させている。
【００３６】つまり、電力変換器１５およびその補機の起動は、風力発電機１１の電力量ＰWGがほぼ一定の整定レベルＬを超えたことによる制御回路１７からの起動指令ＳONか、あるいは、風力発電機１１の制御盤からの外部指令信号ＳOUTの少なくともいずれか一方で行われる。
【００３７】なお、前述した実施形態では、風力発電機１１を分散電源とした場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、出力が時々刻々と変動するような電力変動を伴う他の電源設備や、起動と停止が間欠的に行われる間欠負荷などのように出力の低下状態がある時間継続するような電力変動を伴う負荷設備に適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】本発明によれば、請求項１又は３に記載したように電力変動を伴う電気設備を連系させた電力系統に接続された電力変換器とその直流側に接続された二次電池とを備え、前記電気設備の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記電気設備の電力変動量または電力量を検出し、その検出量が一定値以下となり、かつ、一定時間継続した場合に前記電力変換器およびその補機を停止させるように制御すれば、電気設備の出力変動が小さく、電力変換器による電力補償動作を実行しなくてもその電気設備の出力変動により電力系統に生じる電圧変動や周波数変動が許容値以下となっている時や電気設備の運転停止時、系統安定化装置の電力変換器およびその補機を停止させているので、電力変換器やその補機による運転損失の低減を図ることができ、系統安定化装置を運転する上で省エネルギー化を実現できる。
【００３９】また、請求項２又は４に記載したように電力変換器およびその補機の停止後、電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えると同時に前記電力変換器およびその補機を起動させるように制御すれば、電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えて電力補償動作が必要となった時点で、電力変換器およびその補機を起動させるので、電力補償動作を即座に再開することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における系統安定化装置の概略構成例を示す回路図である。
【図２】図１の制御回路の概略構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の系統安定化装置において、風力発電機の出力、系統安定化装置の出力および運転損失を示す波形図と制御回路によるタイミングチャートである。
【図４】従来の系統安定化装置の概略構成例を示す回路図である。
【図５】従来の系統安定化装置において、風力発電機の出力、系統安定化装置の出力および運転損失を示す波形図である。
【符号の説明】
１１ 電力変動を伴う電気設備
１５ 電力変換器
１６ 二次電池
１７ 制御回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】 電力変動を伴う電気設備を連系させた電力系統に接続された電力変換器とその直流側に接続された二次電池とを備え、前記電気設備の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記電力変換器およびその補機を起動または停止させる制御方法であって、前記電気設備の電力変動量または電力量を検出し、その検出量が一定値以下となり、かつ、一定時間継続した場合に前記電力変換器およびその補機を停止させることを特徴とする系統安定化装置の制御方法。
【請求項２】 前記電力変換器およびその補機の停止後、前記電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えると同時に前記電力変換器およびその補機を起動させることを特徴とする請求項１に記載の系統安定化装置の制御方法。
【請求項３】 電力変動を伴う電気設備を連系させた電力系統に接続された電力変換器とその直流側に接続された二次電池とを備え、前記電気設備の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記電気設備の電力変動量または電力量が一定値以下となり、かつ、一定時間継続した場合に前記電力変換器およびその補機の停止指令を出力する制御回路を具備したことを特徴とする系統安定化装置。
【請求項４】 前記制御回路は、前記電気設備の電力変動量または電力量が一定値を超えると同時に前記電力変換器およびその補機の起動指令を出力することを特徴とする請求項３に記載の系統安定化装置。
【請求項１】 電力変動を伴う電気設備を連系させた電力系統に接続された電力変換器とその直流側に接続された二次電池とを備え、前記電気設備の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記電力変換器およびその補機を起動または停止させる制御方法であって、前記電気設備の電力変動量または電力量を検出し、その検出量が一定値以下となり、かつ、一定時間継続した場合に前記電力変換器およびその補機を停止させることを特徴とする系統安定化装置の制御方法。
【請求項２】 前記電力変換器およびその補機の停止後、前記電気設備の電力変動量または電力量の検出量が一定値を超えると同時に前記電力変換器およびその補機を起動させることを特徴とする請求項１に記載の系統安定化装置の制御方法。
【請求項３】 電力変動を伴う電気設備を連系させた電力系統に接続された電力変換器とその直流側に接続された二次電池とを備え、前記電気設備の出力変動による電力系統の電圧および周波数変動を抑制する系統安定化装置において、前記電気設備の電力変動量または電力量が一定値以下となり、かつ、一定時間継続した場合に前記電力変換器およびその補機の停止指令を出力する制御回路を具備したことを特徴とする系統安定化装置。
【請求項４】 前記制御回路は、前記電気設備の電力変動量または電力量が一定値を超えると同時に前記電力変換器およびその補機の起動指令を出力することを特徴とする請求項３に記載の系統安定化装置。
【図１】
【図２】
【図４】
【図３】
【図５】
【図２】
【図４】
【図３】
【図５】
【公開番号】特開２００１−２８６０６２（Ｐ２００１−２８６０６２Ａ）
【公開日】平成１３年１０月１２日（２００１．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−９８２００（Ｐ２０００−９８２００）
【出願日】平成１２年３月３１日（２０００．３．３１）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年１０月１２日（２００１．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年３月３１日（２０００．３．３１）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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