給電システム
【課題】電力系統の運転状態に応じて、安定した電力供給が可能な給電システムを提供する。
【解決手段】電力系統５と電力変換装置３との接続点電圧Ｖａおよび電力変換装置３の出力電流Ｉａを検出する手段６、７と、接続点電圧Ｖａおよび出力電流Ｉａから有効電力を得る有効電力検出部８と、電力系統５内での電力供給状態又は機器運転状態を検出して、レベル検出信号を出力する系統状態検出部１０と、予め設定された第１値と第２値とをレベル検出信号に基づいて切り換えて有効電力設定値Ｐｒｅｆとして出力する有効電力設定部１１と、有効電力検出部８の出力と有効電力設定部１１の出力と系統状態検出部１０の出力とに基づいて電力変換装置３の出力電圧の角周波数ωを演算する質点系演算部１２と、角周波数ωと電流値Ｉａと、設定電圧値Ｖｒｅｆに基づいて、電力変換装置３の出力電圧目標値Ｅｃを演算する電気特性演算部１５と、を備える給電システム。
【解決手段】電力系統５と電力変換装置３との接続点電圧Ｖａおよび電力変換装置３の出力電流Ｉａを検出する手段６、７と、接続点電圧Ｖａおよび出力電流Ｉａから有効電力を得る有効電力検出部８と、電力系統５内での電力供給状態又は機器運転状態を検出して、レベル検出信号を出力する系統状態検出部１０と、予め設定された第１値と第２値とをレベル検出信号に基づいて切り換えて有効電力設定値Ｐｒｅｆとして出力する有効電力設定部１１と、有効電力検出部８の出力と有効電力設定部１１の出力と系統状態検出部１０の出力とに基づいて電力変換装置３の出力電圧の角周波数ωを演算する質点系演算部１２と、角周波数ωと電流値Ｉａと、設定電圧値Ｖｒｅｆに基づいて、電力変換装置３の出力電圧目標値Ｅｃを演算する電気特性演算部１５と、を備える給電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の本発明の実施形態は、給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電時に温室効果ガスを排出しない再生可能エネルギーを利用した発電設備を設置し、電力供給システムの低炭素化が検討されている。再生可能エネルギーを利用した発電は、火力発電等の発電システムと比べて電力供給量の制御が困難であり、安定した電力供給を実現することが望まれている。
【０００３】
例えば、太陽光発電は日射量によって発電量に長時間の変動や短時間の変動が生じるため、蓄電池は蓄電量により出力が変動するため、火力発電等の発電システムに比べると安定した電力供給が困難である。これを解決するため従来の太陽光発電システムでは、蓄電池に代表される電力貯蔵装置と組み合わせて、太陽光発電モジュールと蓄電池の有効電力の合計を一定に制御する発電システムや、太陽光発電出力の短時間変動を抑制する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１８８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、火力発電等の同期発電機は系統周波数が変動した際にそれを抑制する作用を潜在的に持っていること、さらに調速機が具備されており、系統周波数が変動した際にはそれを抑制するように発電量が調整されることから、系統周波数の安定化に寄与するのに対して、太陽光発電モジュールと電力貯蔵装置を組み合わせた従来の太陽光発電システムでは、系統周波数が変動した際に同期発電機で生じる上記のような周波数調整作用がないため、電力系統に大量導入された場合は系統周波数の安定化が困難になることが予想される。
【０００６】
一方、系統周波数に対する変動抑制作用をはじめとする同期発電機の動作特性は、発電機ごとに固有であり、接続される系統の状況が変化しても特性を変えることはできないため、電力系統の運転状況などによっては必ずしも最適な動作をするとは限らない。
【０００７】
本発明は上記事情を鑑みて成されたものであって、電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態による給電システムは、直流電源の直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する電力変換部と、電力系統と前記電力変換装置との接続点電圧を検出する電圧検出部と、前記電力変換装置の出力電流を検出する電流検出部と、電圧検出部と電流検出部の出力から有効電力を得る有効電力検出部と、前記電力系統内での電力供給状態あるいは前記電力系統に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部と、前記系統状態検出部から出力された前記レベル検出信号が入力され、予め設定された第１値と第２値とを前記レベル検出信号に基づいて切り換えて有効電力設定値として出力する有効電力設定部と、前記有効電力検出部の出力と有効電力設定部の出力と系統状態検出部の出力とに基づいて前記電力変換装置の出力電圧の角周波数を演算する質点系演算部と、前記角周波数と電流検出部で検出された電流値と、設定電圧値に基づいて、前記電力変換装置の出力電圧目標値を演算する電気特性演算部と、を備え、前記出力電圧目標値に基づいて前記電力変換装置の出力電圧が制御される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】第１実施形態の給電システムの一構成例を示す図である。
【図１Ｂ】第１実施形態の給電システムの他の構成例を示す図である。
【図２】図１Ａおよび図１Ｂに示す給電システムに接続される電力系統と、送電線潮流検出部と、レベル検出器との一構成例を示す図である。
【図３】図１Ａおよび図１Ｂに示す給電システムの機械出力演算部の一構成例を示すブロック図である。
【図４】図１Ａおよび図１Ｂに示す給電システムの質点系演算部の一構成例を示すブロック図である。
【図５Ａ】第２実施形態の給電システムの一構成例を示す図である。
【図５Ｂ】第２実施形態の給電システムの他の構成例を示す図である。
【図６】図５Ａおよび図５Ｂに示す給電システムに接続される電力系統の一構成例を示す図である。
【図７】図５Ａおよび図５Ｂに示す給電システムの界磁電圧演算部の一構成例を示すブロック図である。
【図８Ａ】第３実施形態および第４実施形態の給電システムの一構成例を示す図である。
【図８Ｂ】第３実施形態および第４実施形態の給電システムの他の構成例を示す図である。
【図９Ａ】第５実施形態の給電システムの一構成例を示す図である。
【図９Ｂ】第５実施形態の給電システムの他の構成例を示す図である。
【図１０Ａ】第６実施形態の給電システムの一構成例を示す図である。
【図１０Ｂ】第６実施形態の給電システムの他の構成例を示す図である。
【図１１】図１０Ａおよび図１０Ｂに示す給電システムに接続される電力系統の一構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
図１Ａに、第１実施形態の給電システムの一構成例を示す。本実施形態に係る給電システムは、太陽電池１と蓄電池２とから出力された直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置３と、電圧検出部６と、電流検出部７と、有効電力検出部８と、送電線潮流検出部９と、レベル検出器１０と、電力変換制御部１６と、発電機特性演算装置１００と、を備えている。
【００１１】
電力変換装置３は、平滑リアクトル４を介して電力系統５に接続され、交流電力を電力系統５へ出力する。電圧検出部６は、平滑リアクトル４と電力系統５との接続点ａに設置されて、接続点ａにおける接続点電圧Ｖａを検出する。電流検出部７は、電力系統５と電力変換装置３との間に直列に接続され、電力変換装置３から出力される出力電流Ｉａを検出する。有効電力検出部８は、電圧検出部６から出力された接続点電圧Ｖａと電流検出部７から出力された出力電流Ｉａとを入力とし、発電機特性演算装置１００へ有効電力Ｐｅを出力する。
【００１２】
送電線潮流検出部９は電力系統５に含まれる送電線５１（図２に示す）を流れる電力、すなわち送電線潮流ＰＬを検出し、レベル検出器１０へ供給する。レベル検出器１０は、送電線潮流ＰＬが一定範囲を逸脱したか否かを検出し、検出結果に応じたレベル検出信号を発電機特性演算装置１００へ出力する。
【００１３】
本実施形態では、送電線潮流検出部９およびレベル検出器１０は、電力系統５内での電力供給状態あるいは電力系統５に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。なお、送電線潮流検出部９は、電力系統５内の送電線５１に流れる電流を検出してもよい。その場合にはレベル検出器１０は検出された電流が一定範囲を逸脱したか否かを検出する。
【００１４】
発電機特性演算装置１００は、有効電力設定部１１と、質点系演算部１２と、機械出力演算部１３と、電圧設定部１４と、電気特性演算部１５と、を備えている。
【００１５】
有効電力設定部１１はレベル検出器１０から出力されたレベル検出信号を受信して、有効電力設定値Ｐｒｅｆを機械出力演算部１３へ出力する。
機械出力演算部１３は、有効電力設定部１１から出力された有効電力設定値Ｐｒｅｆと、レベル検出器１０から出力されたレベル検出信号と、質点系演算部１２から出力された角周波数ωと、を受信する。機械出力演算部１３は機械トルクＴｍを質点系演算部１２へ出力する。
【００１６】
質点系演算部１２は、機械出力演算部１３から出力された機械トルクＴｍと、レベル検出器１０から出力されたレベル検出信号と、有効電力検出部８で検出された有効電力Ｐｅと、を受信する。質点系演算部１２は、各周波数ωを機械出力演算部１３および電気特性演算部１５へ出力する。
【００１７】
電圧設定部１４は、予め設定された電圧設定値Ｖｒｅｆを出力する。
電気特性演算部１５は、レベル検出器１０から出力されたレベル検出信号と、電圧検出部６で検出された接続点電圧Ｖａと、電流検出部７で検出された出力電流Ｉａと、質点系演算部１２から出力された角周波数ωと、電圧設定部１４から出力された電圧設定値Ｖｒｅｆと、を受信する。電気特性演算部１５は、出力電圧目標Ｅｃを電力変換制御部１６へ出力する。
【００１８】
電力変換制御部１６は、発電機特性演算装置１００の出力、即ち電気特性演算部１５から出力された出力電圧目標Ｅｃを入力とし、出力電圧目標Ｅｃを達成するように電力変換装置３を制御する。
【００１９】
図２は、図１Ａに示す給電システムに接続される電力系統５、および送電線潮流検出部９とレベル検出器１０の一構成例である。
電力系統５は、複数の発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３と、複数の負荷５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５５とを含み、それぞれが送電線５１で接続される。発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃと発電機５３とは送電線５１を介して接続されている。送電線５１に対して発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃが配置された側には、負荷５５が接続されている。送電線５１に対して発電機５３が配置された側には、負荷５４ａ、５４ｂ、５４ｃが接続されている。この例では、発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃ周辺には負荷が少なく、一方負荷５４ａ、５４ｂ、５４ｃ側は発電機が少ないため、送電線５１には通常発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃ側から負荷５４ａ、５４ｂ、５４ｃ側へ有効電力（電力潮流）ＰＬが流れる。
【００２０】
なお、ここでは、送電線５１に対して発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃ側を電源側系統と称し、送電線５１に対して負荷５４ａ、５４ｂ、５４ｃ側を負荷側系統と称する。負荷側系統には本実施形態の給電システムＡが接続され、電源側系統には本実施形態の給電システムＢが接続されている。以下の図２の説明では、給電システムＡの構成の符号には「Ａ」を末尾に付し、給電システムＢの構成の符号には「Ｂ」を末尾に付して、それぞれの構成を区別する。
【００２１】
送電線潮流検出部９Ａ、９Ｂは、送電線５１と直列に接続されており、送電線５１を流れる有効電力すなわち電力潮流（送電線潮流）ＰＬを検出し、検出結果をレベル検出器１０Ａ、１０Ｂへ供給する。
【００２２】
レベル検出器１０Ａ、１０Ｂでは、送電線５１の電力潮流ＰＬが予め設定された一定の範囲を逸脱した場合、発電機特性演算装置１００Ａ、１００Ｂに対してレベル検出信号を与える。レベル検出器１０Ａ、１０Ｂでの検出に用いる設定レベルとして、例えば、送電線５１の許容電力融通量の８０％とした場合、送電線５１を流れる電力潮流ＰＬが許容電力融通量の８０％以上となったときに、レベル検出器１０Ａ、１０Ｂは発電機特性演算装置１００Ａ、１００Ｂに対して所定のレベル検出信号を出力する。
【００２３】
次に、上記給電システムにおいて、電力変換装置３の基本的な動作を説明する。電力変換装置３はいわゆるインバータであり、電力変換制御部１６から出力される制御信号に基づいて交流電圧を出力する。その出力電圧は電力変換制御部１６に入力される出力電圧目標Ｅｃと等しい。この出力電圧が電力系統５の電圧に対して進み位相であれば電力変換装置３から電力系統５に向かって有効電力が流れ、位相差が大きいほど有効電力は大きくなる。また、電力変換装置３の出力電圧が大きくなれば電圧検出部６で検出される接続点電圧Ｖａ、すなわち電力変換装置３が電力系統５に接続される点ａの電圧も大きくなり、電力変換装置３の出力電圧が小さくなれば接続点電圧Ｖａも小さくなる。
【００２４】
以上により、発電機特性演算装置１００の出力である出力電圧目標Ｅｃの位相と大きさを個別に変化させることで電力変換装置３から出力される有効電力と、接続点電圧Ｖａとの大きさを独立に制御することができる。
【００２５】
次に、出力電圧目標Ｅｃを生成する発電機特性演算装置１００の動作を説明する。
有効電力設定部１１は、電力変換装置３から出力させるべき有効電力設定値Ｐｒｅｆを出力する。本実施形態においては、有効電力設定部１１はレベル検出器１０から与えられるレベル検出信号により有効電力設定値Ｐｒｅｆを切り換えるように構成されている。すなわち、有効電力設定部１１には予め複数の値が設定され、レベル検出信号の値に応じて複数の値の中から選択された値が有効電力設定値Ｐｒｅｆとして出力される。
【００２６】
図２に示す場合では、給電システムＡと給電システムＢとのそれぞれのレベル検出器１０Ａ、１０Ｂは、送電線５１の潮流が一定値以上（あるいは一定値以下）になった場合に所定のレベル検出信号を各給電システムＡ、Ｂの有効電力設定部１１Ａ、１１Ｂに与える。
【００２７】
レベル検出器１０Ａ、１０Ｂから有効電力設定部１１Ａ、１１Ｂに出力される信号は、例えば、送電線５１の潮流が一定範囲に含まれる場合（例えば、電力潮流ＰＬ＜許容電力融通量×０．８０）にはロー（Ｌｏｗ）レベルのレベル検出信号であって、送電線５１の潮流が一定範囲に含まれない場合（例えば、電力潮流ＰＬ≧許容電力融通量×０．８０）にはハイ（Ｈｉｇｈ）レベルのレベル検出信号となる。
【００２８】
この場合、ハイレベルのレベル検出信号を与えられた場合、負荷側系統に接続される給電システムＡの有効電力設定部１１Ａでは有効電力設定値Ｐｒｅｆを通常より大きな値、電源側系統に接続される給電システムＢの有効電力設定部１１Ｂでは有効電力設定値Ｐｒｅｆを通常より小さな値に切り換える。
【００２９】
したがって、負荷側の給電システムでは、有効電力設定部１１には通常用いる値と、通常よりも大きな値との少なくとも２つの値（第１値および第２値）が予め設定されている。電源側の給電システムでは、有効電力設定部１１には通常用いる値と、通常よりも小さい値との少なくとも２つの値（第１値および第２値）が予め設定されている。
【００３０】
電力系統５に接続された給電システムが、負荷側として動作するか、電源側として動作するかは、給電システムが接続される電力系統５の構成に応じて予め設定されてもよく、設置後に設定を変更可能にしてもよい。レベル検出器１０が送電線５１の電力潮流ＰＬの向きを検出して、発電機特性演算装置１００が負荷側として動作するか電源側として動作するかを判断してもよい。その場合には、給電システムは負荷側として動作することも電源側として動作することも有り得るため、有効電力設定部１１には通常用いる値と、通常よりも大きい値と、通常よりも小さい値との少なくとも３つの値が予め設定される。
【００３１】
図３に、機械出力演算部１３の一構成例のブロック図を示す。機械出力演算部１３は、一般に調速機と呼ばれる発電機の制御装置と同等の作用をし、一例として図３の制御ブロック図のように構成される。
【００３２】
機械出力演算部１３は、増幅率Ｋの比例回路１３１と、時定数Ｔ１、Ｔ２の１次遅れ回路１３２、１３３と、定数切換回路１３４と、を備え、有効電力設定部１１の出力である有効電力設定値Ｐｒｅｆと質点系演算部１２の出力である角周波数ωとが入力され同期発電機における機械トルクＴｍ相当を演算して出力する。機械トルクＴｍは、火力発電機等の制御装置における、蒸気エネルギーに相当する。
【００３３】
角周波数ωが基準角周波数ωｏより低下すると比例回路１３１および１次遅れ回路１３２の入力は正値となり（ωｏ−ω＞０）、最終的に機械トルクＴｍは増加する。逆に、角周波数ωが基準角周波数ωｏより上昇すると比例回路１３１および１次遅れ回路１３２の入力は負値となり（ωｏ−ω＜０）、最終的に機械トルクＴｍは減少する。角周波数ωの変化に対する機械トルクＴｍの変化の大きさや速さは、比例回路１３１の増幅率Ｋや１次遅れ回路１３２、１３３の時定数Ｔ１、Ｔ２により決まる。
【００３４】
本実施形態を適用した給電システムＡおよび給電システムＢにおいては、レベル検出器１０から所定のレベル検出信号が与えられた場合、すなわち送電線５１の電力潮流が一定値を越えた場合、定数切換回路１３４は、増幅率Ｋを通常より大きな値、あるいは１次遅れ時定数Ｔ１、Ｔ２を通常より小さな値に切り換える。このように定数を切換えることにより角周波数ωの変化に対する機械トルクＴｍの変化が速くなる。なお、定数切換回路１３４は、定数毎に予め設定された複数の値を備え、レベル検出信号の値に応じてこれら複数の値を切り換えて定数として用いる。
【００３５】
図４に、質点系演算部１２の一構成例のブロック図を示す。質点系演算部１２は同期発電機の運動方程式を演算するものであり、一例として図４のブロック図のように構成される。質点系演算部１２は、積分器１２１と、比例回路１２２と、定数切換回路１２３と、を備えている。
【００３６】
図４において、積分器１２１のＭはタービンを含めた発電機の慣性定数であり、比例回路１２２のＤはダンピング係数である。機械トルクＴｍが一定で電気出力（有効電力）Ｐｅが減少すると積分器１２１への入力は正値となるので慣性定数Ｍとダンピング係数Ｄとに応じた変化率で角周波数ωは上昇する。逆に、電気出力（有効電力）Ｐｅが増加すると角周波数ωは低下する。電気出力（有効電力）Ｐｅが一定で機械トルクＴｍが変化する場合は極性が逆となる。機械トルクＴｍや電気出力（有効電力）Ｐｅの変化に対する角周波数ωの変化の大きさや速さは、慣性定数Ｍやダンピング係数Ｄにより決まる。
【００３７】
本実施形態を適用した給電システムＡ、および、給電システムＢにおいては、レベル検出器１０から所定のレベル検出信号が与えられた場合、すなわち送電線５１の電力潮流が一定値を越えた場合、定数切換回路１２３は、慣性定数Ｍあるいはダンピング係数Ｄを通常より小さな値に切り換える。なお、定数切換回路１２３は、定数毎に予め設定された複数の値を備え、レベル検出信号の値に応じてこれら複数の値を切り換えて定数として用いる。この切換えにより機械トルクＴｍや電気出力（有効電力）Ｐｅの変化に対する角周波数ωの変化が速くなる。
【００３８】
機械出力演算部１３では角周波数ωの上昇時は機械トルクＴｍを減少、角周波数ω低下時は機械トルクＴｍを増加させ、一方、質点系演算部１２では機械トルクＴｍ低下時は角周波数ωを減少し、機械トルクＴｍ増加時は角周波数ωを増加するため、機械出力演算部１３および質点系演算部１２は角周波数ωの変動、すなわち周波数の変動を抑制するように作用する。
【００３９】
電気特性演算部１５は同期発電機の電気特性式、いわゆるＰａｒｋ式を演算するもので、演算では発電機の電気的な過渡応答特性を示す同期リアクタンスＸｄ、過渡リアクタンスＸｄ’、次過渡リアクタンスＸｄ”、過渡時定数Ｔｄ’、次過渡時定数Ｔｄ”などの定数を使用する。
【００４０】
電気特性演算部１５は、レベル検出器１０から出力されたレベル検出信号と、電圧設定部１４の出力である電圧設定値Ｖｒｅｆと、質点系演算部１２の出力である角周波数ωと、電流検出部７で得られる電力変換装置３の出力電流Ｉａと、電圧検出部６で得られる接続点電圧Ｖａとを入力として、発電機端子電圧相当の値を演算し、それを出力電圧目標Ｅｃとして電力変換制御部１６へ与える。
【００４１】
本実施形態を適用した図２の給電システムＡと給電システムＢとにおいては、レベル検出器１０から所定のレベル検出信号が与えられた場合、すなわち送電線５１の電力潮流が一定値を越えた場合、電気特性演算部１５は過渡時定数Ｔｄ’、次過渡時定数Ｔｄ”を通常より小さな値に切り換える。この切換えにより角周波数ωや電圧Ｖａ、電流Ｉａの変化に対する出力電圧目標Ｅｃの変化が速くなる。なお、電気特性演算部１５は、定数毎に予め設定された複数の値を備え、レベル検出信号の値に応じてこれら複数の値を切り換えて定数として用いる。
【００４２】
以上により、本実施形態の給電システムにおいては同期発電機と同等の特性を持ちながら運転し、送電線の電力潮流が一定値を超えた場合には、負荷側に接続された給電システムでは出力を増加し、電源側に接続された給電システムでは出力を減少させることによって、送電線潮流を低減し、さらに発電機の特性を模擬する定数を切り換えることで通常時に比べて有効電力設定値Ｐｒｅｆ変更に対する実際の出力の変化速度があがり、送電線潮流を低減するまでの時間が短縮される。
【００４３】
上記のように、本実施形態によれば、同期発電機の運動方程式、電気特性式（Ｐａｒｋ式）、同期発電機の制御装置である調速機の特性を演算する発電機特性演算装置１００の出力に基づいて電力変換制御部１６が電力変換装置３の出力電圧を制御するので、電力変換装置３は電力系統５の電圧や周波数の変化に対して同期発電機と同等に動作する。
【００４４】
また、スケジュール通りに有効電力を出力するなど同期発電機と同様の運用も可能となるので、同期発電機と同様に扱うことができる。さらに電力系統５内の送電線潮流が一定値を越えた場合には、その電力潮流を低減するように電力変換装置３の出力が高速に変化することで重潮流を解消し系統の安定性や送電線の過負荷を防止することができる。
【００４５】
図１Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムとしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００４６】
すなわち、本実施形態によれば、電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００４７】
次に、第２実施形態に係る給電システムについて図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明において、第１実施形態の給電システムと同じ構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
図５Ａに、本実施形態の給電システムの一構成例を示す。第１実施形態の給電システムと異なる点は、発電機特性演算装置１００が界磁電圧演算部１７をさらに備える点、および、電圧検出部６から出力される接続点電圧Ｖａが入力されるレベル検出器１８をさらに備え、レベル検出器１８の出力を界磁電圧演算部１７と、電気特性演算部１５とに与えている点である。レベル検出器１８は、電力系統５内で送電線が短絡あるいは地絡したことを検出し、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。
【００４９】
図６は、図５Ａに示す第２実施形態の給電システムに接続される電力系統５、および電圧検出部６とレベル検出器１８の構成例であり、本実施形態の給電システムは、電源側系統に接続される。レベル検出器１８は給電システムと電力系統５との接続点電圧Ｖａの大きさが一定値以下になった場合、発電機特性演算装置１００に対して所定のレベル検出信号を与える。レベル検出器１８の設定レベルとしては、給電システムの近傍で短絡や地絡といった事故が発生した場合を想定した電圧の値、例えば定格電圧の５０％以下といった値を使用する。
【００５０】
例えば、レベル検出器１８は、接続点電圧Ｖａの大きさが定格電圧の５０％以下となった場合にハイレベルのレベル検出信号を出力し、接続点電圧Ｖａの大きさが定格電圧の５０％よりも大きい場合にローレベルのレベル検出信号を出力する。
【００５１】
図７に、界磁電圧演算部１７の一構成例を示す。界磁電圧演算部１７は、一般に言われる励磁制御装置に相当する。界磁電圧演算部１７は、２つの１次遅れ回路１７１、１７２と、定数切換回路１７３と、を備えている。
【００５２】
界磁電圧演算部１７は、電圧設定値Ｖｒｅｆと電圧検出部６で得られた接続点電圧Ｖａとの差分（Ｖｒｅｆ−Ｖａ）に応じて界磁電圧Ｅｆｄ相当を出力する。接続点電圧Ｖａが電圧設定値Ｖｒｅｆより小さいと１次遅れ回路１７１の入力は正値となるので界磁電圧Ｅｆｄは増加し、逆に接続点電圧Ｖａが電圧設定値Ｖｒｅｆより大きいと界磁電圧Ｅｆｄは減少する。
【００５３】
電気特性演算部１５で得られる出力電圧目標Ｅｃの大きさは界磁電圧演算部１７の出力である界磁電圧Ｅｆｄと同じ方向に変化するため、電力系統５の電圧が低下すると界磁電圧Ｅｆｄが大きくなり、出力電圧目標Ｅｃも大きくなり電力系統５の電圧低下を抑制するように作用する。逆に、電力系統５の電圧が上昇すると出力電圧目標Ｅｃも小さくなり電力系統５の電圧上昇を抑制するように作用する。
【００５４】
系統接続点電圧Ｖａの変化に対する界磁電圧Ｅｆｄの変化の大きさや速さは、１次遅れ時定数Ｔ１、Ｔ２、１次遅れゲインＫ１、Ｋ２、出力リミット値Ｅｍａｘ、Ｅｍｉｎにより決まる。本実施形態を適用した給電システムにおいては、レベル検出器１８からレベル検出信号が与えられた場合、すなわち接続点電圧Ｖａが大きく低下したとき、定数切換回路１７３は、たとえば１次遅れ時定数Ｔ１を通常より小さな値に切り換え、出力リミット値Ｅｍａｘを通常より大きくし出力リミット値Ｅｍｉｎを通常より小さくして出力範囲を広く切り換える。
【００５５】
このように定数を切換えることにより、接続点電圧Ｖａの変化に対する界磁電圧Ｅｆｄの変化が速く、かつ大きくなる。なお、定数切換回路１７３は、１次遅れ時定数Ｔ２や、１次遅れゲインＫ１、Ｋ２の値も切り換えるように構成されてもよい。例えば、接続点電圧Ｖａが大きく低下したとき、定数切換回路１７３は、１次遅れ時定数Ｔ１、Ｔ２を通常より小さな値とし、ゲインＫ１、Ｋ２を通常より大きな値とし、出力リミット値Ｅｍａｘ、Ｅｍｉｎを切り換えて通常より広い範囲としてもよい。これらの定数を切り換えることにより、接続点電圧Ｖａの変化に対する界磁電圧Ｅｆｄの変化を早く、かつ大きくすることができる。また定数切換回路１７３は、定数毎に予め設定された複数の値を備え、レベル検出信号の値に応じてこれら複数の値を切り換えて定数として用いる。
【００５６】
さらに電気特性演算部１５では、レベル検出器１８から所定のレベル検出信号が与えられた場合、すなわち接続点電圧Ｖａが大きく低下した場合、過渡時定数Ｔｄ’、次過渡時定数Ｔｄ”を通常より小さな値に切り換える。この切換えにより角周波数ω、界磁電圧Ｅｆｄ、および、電流Ｉａの変化に対する出力電圧目標Ｅｃの変化が速くなる。
【００５７】
以上により、本実施形態を適用した給電システムでは、同期発電機と同等の特性を持ちながら運転し、近傍で短絡や地絡などの事故が発生して電圧が大幅に低下した場合には、励磁制御装置の機能を大きくし、さらに、界磁電圧Ｅｆｄや角周波数ωの変化に対する電気特性演算部の応答速度を早くすることで、系統電圧を維持することができる。これにより、電力系統５の発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃの過渡安定度が向上する。
【００５８】
上記のように、本実施形態によれば、同期発電機の運動方程式、電気特性式（Ｐａｒｋ式）、同期発電機の制御装置である調速機と励磁装置の特性を演算する発電機特性演算装置１００の出力に基づいて電力変換制御部１６が電力変換装置３の出力電圧を制御するので、電力変換装置３は電力系統５の電圧や周波数の変化に対して同期発電機と同等に動作する。また、スケジュール通りに有効電力を出力するなど同期発電機と同様の運用も可能となるので、同期発電機と同様に扱うことができる。さらに、電力系統５内で短絡や地絡などの事故が発生した場合には、電圧維持機能を高くするように電力変換装置３の出力電圧が高速に変化することで、近傍の発電機の過渡安定度を向上させ、電力振動や脱調などの不安定現象を防止することができる。
【００５９】
図５Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムとしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００６０】
すなわち、本実施形態によれば、電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００６１】
なお、上記第２実施形態では、レベル検出器１８から出力されるレベル検出信号が電気特性演算部１５と界磁電圧演算部１７とに供給されていたが、レベル検出信号は有効電力設定部１１、質点系演算部１２、および機械出力演算部１３に更に供給されても良い。その場合には、有効電力設定部１１はレベル検出信号の値に応じて有効電力設定値Ｐｒｅｆを切り換え、質点系演算部１２はレベル検出信号の値に応じて演算に用いる定数を切り換え、機械出力演算部１３はレベル検出信号の値に応じて演算に用いる定数を切り換える。このことによって、上述の第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
次に第３実施形態に係る給電システムについて図面を参照して説明する。
図８Ａに、本実施形態に係る給電システムの一構成例を示す。第１実施形態の給電システムにおいては、レベル検出器１０に入力される信号として送電線潮流ＰＬの検出値を使用していたが、本実施形態では送電線潮流ＰＬの検出値の代わりに、電力系統５全体の監視と制御とを行う中央制御装置ＣＮＴのＬＦＣ（Load Frequency Control）出力とＬＦＣ余力（ＬＦＣの出力信号余力）とを使用する。
【００６３】
ＬＦＣは系統の周波数が変動した場合に、それを抑制するよう電力系統５に含まれる各発電機に対して出力の増減を指令する制御であり、例えば夜間など運転している発電機が少ない場合にはＬＦＣ余力が小さくなる。
【００６４】
すなわち、ＬＦＣ余力が一定値以下となると、電力系統５に含まれる発電機により発電可能な電力の余力が低下し、電力系統５に含まれる発電機による電力供給が不安定になる可能性が高くなる。したがって、本実施形態ではＬＦＣ余力が一定値以下となった場合には、給電システムによる出力電圧目標Ｅｃを増大させ、給電システムによる電力供給を増加して、電力系統５を安定化させる。
【００６５】
本実施形態では、レベル検出器１０は、ＬＦＣ余力が一定値以下となったことを検出すると所定のレベル検出信号を出力する。レベル検出器１０は、電力系統５内での電力供給状態あるいは電力系統５に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。
【００６６】
ＬＦＣ余力が一定値以下となった場合には、第１実施形態の給電システムと同様に、有効電力設定値Ｐｒｅｆ、質点系演算部１２の演算に使用する定数、機械出力演算部１３の演算に使用する定数、電気特性演算部１５の演算に使用する定数を切り換えることにより、給電システムによる出力電力が高速かつ大きく変化できるようにして、ＬＦＣ調整量を増加させ、系統周波数を安定化することができる。
【００６７】
図８Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムとしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００６８】
すなわち、本実施形態によれば、電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００６９】
次に、第４実施形態に係る給電システムについて図面を参照して説明する。
第１実施形態の給電システムにおいては、レベル検出器１０に入力される信号として送電線潮流ＰＬの検出値を使用していたが、本実施形態では送電線潮流ＰＬの検出値の代わりに、予め設定されたスケジュールと異なる運転状態となった発電機の容量（例えば電力系統５に接続された発電機の運転状況）、あるいは、系統分離発生情報（例えば電力系統５に含まれる送電線と変圧器との運転状況）を使用する。
【００７０】
本実施形態に係る給電システムは、例えば図８Ａに示すように構成され、発電機の容量および系統分離発生情報は中央制御装置ＣＮＴからレベル検出器１０へ出力される。レベル検出器１０は、電力系統５内での電力供給状態あるいは電力系統５に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。
【００７１】
すなわち、設定されたスケジュールと異なる運転をする発電機により発電されるべき容量が一定値以上となると、電力系統５において安定した電力供給が困難となる。また、電力系統５内で電力供給経路が分断した等のトラブルにより系統分離が発生すると、電力系統５において安定した電力供給が困難となる。そこで、本実施形態の給電システムでは、レベル検出器１０においてスケジュールと異なる運転状態となった発電機の容量、あるいは、系統分離発生情報を検出して、給電システムから出力される有効電力Ｐｅを制御して安定した電力供給を行う。
【００７２】
本実施形態では、レベル検出器１０は、例えば緊急停止などにより設定されたスケジュールと異なる運転状態となった発電機の容量が一定値を逸脱したこと、あるいは、系統分離が発生したことを検出して、所定レベルのレベル検出信号を出力する。
【００７３】
設定されたスケジュールと異なる運転状態となった発電機の容量が一定値を逸脱した場合、あるいは、系統分離が発生した場合、第１実施形態の給電システムと同様に、有効電力設定値Ｐｒｅｆ、質点系演算部１２の演算に使用する定数、機械出力演算部１３の演算に使用する定数、電気特性演算部１５の演算に使用する定数を切り換える。このことにより、本実施形態に係る給電システムによる出力電力を高速に変化させ発電量の不足や余剰を防止し、系統周波数を安定化することができる。
【００７４】
図８Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムよしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００７５】
すなわち、本実施形態によれば、電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００７６】
次に、第５実施形態に係る給電システムについて図面を参照して説明する。
図９Ａに本実施形態に係る給電システムの一構成例を示す。第１実施形態においては、レベル検出器１０に入力される信号として送電線潮流ＰＬの検出値を使用していたが、本実施形態では送電線潮流ＰＬの検出値の代わりに、接続点電圧Ｖａの周波数検出値を使用している。
【００７７】
本実施形態に係る給電システムは、周波数検出部１９を備えている。周波数検出部１９は接続点電圧Ｖａの周波数を検出し、検出した値をレベル検出器１０へ出力している。周波数検出部１９およびレベル検出器１０は、電力系統５内での電力供給状態あるいは電力系統５に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。
【００７８】
本実施形態では、レベル検出器１０は、接続点電圧Ｖａの周波数が一定範囲を逸脱したことを検出し、所定レベルのレベル検出信号を出力する。接続点電圧Ｖａの周波数が一定範囲を逸脱した場合、第１実施形態の給電システムと同様に、有効電力設定値Ｐｒｅｆ、質点系演算部１２の演算に使用する定数、機械出力演算部１３の演算に使用する定数、電気特性演算部１５の演算に使用する定数を切り換えることにより、本実施形態に係る給電システムによる出力電力を高速に変化させ、系統周波数を安定化することができる。
【００７９】
図９Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムよしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００８０】
すなわち、本実施形態によれば、第１実施形態の給電システムと同様に電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００８１】
次に、第６実施形態に係る給電システムについて図面を参照して説明する。本実施形態の説明において、第２実施形態に係る給電システムと同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００８２】
第２実施形態に係る給電システムにおいては、レベル検出器１８に入力される信号として接続点電圧Ｖａを使用し、接続点電圧Ｖａの値が一定値以下まで低下したことを検出して短絡や地絡などの事故を検出していたが、本実施形態では接続点電圧Ｖａの代わりに、電力系統５に設置された事故検出保護リレー５６の出力を使用している。
【００８３】
図１０Ａに本実施形態に係る給電システムの一構成例を示す。
図１１に、本実施形態に係る給電システムに接続される電力系統の一構成例を示す。事故検出保護リレー５６が動作すると、事故検出保護リレー５６からレベル検出器１８へ事故検出保護リレー５６が動作したことを通知する所定の信号が出力される。レベル検出器１８は、事故検出保護リレー５６から所定の信号が出力されたことを検出して、所定レベルのレベル検出信号を出力する。レベル検出器１８は、電力系統５内で送電線が短絡あるいは地絡したことを検出し、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。
【００８４】
事故検出保護リレー５６が動作した場合、第２実施形態の給電システムと同様に、界磁電圧演算部１７の演算に使用する定数、電気特性演算部１５の演算に使用する定数を切り換えることにより、本実施形態に係る給電システムの電圧維持機能を高くするように電力変換装置３の出力電圧が高速に変化することで、近傍の発電機の過渡安定度を向上させ、電力振動や脱調などの不安定現象を防止することができる。
【００８５】
図１０Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムよしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００８６】
すなわち、本実施形態によれば、第２実施形態の給電システムと同様に電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００８７】
なお、上記第１実施形態乃至第６実施形態の給電システムにおいては、給電システムの動作特性を変化させるための条件と、特性を変化させるために切り換える定数の組合せの例を示したが、給電システムが接続される電力系統の特性に応じて、これらの条件と定数の組合せを任意に選択することで、各電力系統の運転の安定性をより向上させることができる。
【００８８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、電圧検出部６で得られる電圧を指定値に自動制御しない場合、即ち有効電力の増減等による電圧変動を許容する場合は、電圧設定部１４で界磁電圧相当値Ｅｆｄを設定することにより界磁電圧演算部１４を省略することができる。また、同期発電機単体の特性のみが必要で角周波数ωの変動抑制が不要な場合は、有効電力設定部１１で機械出力Ｔｍを設定することにより機械出力演算部１３を省略することができる。
【符号の説明】
【００８９】
ａ…接続点、Ｖａ…接続点電圧、Ｉａ…出力電流、Ｐｅ…有効電力（電気出力）、ＰＬ…送電線潮流（電力潮流）、Ｐｒｅｆ…有効電力設定値、Ｔｍ…機械トルク、Ｖｒｅｆ…電圧設定値、Ｅｃ…出力電圧目標、ω…角周波数、Ｅｆｄ…界磁電圧、Ｅｍａｘ…出力リミット値（最大値）、Ｅｍｉｎ…出力リミット値（最小値）、ＣＮＴ…中央制御装置、
１…太陽電池、２…蓄電池、３…電力変換装置、４…平滑リアクトル、６…電圧検出部、７…電流検出部、８…有効電力検出部、９、９Ａ、９Ｂ…送電線潮流検出部、１０、１０Ａ、１０Ｂ、１８…レベル検出器、１１、１１Ａ、１１Ｂ…有効電力設定部、１２…質点系演算部、１３…機械出力演算部、１４…電圧設定部、１５…電気特性演算部、１６…電力変換制御部、１７…界磁電圧演算部、１９…周波数検出部、５…電力系統、５１…送電線、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３…発電機、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５５…負荷、５６…事故検出保護リレー、
１００、１００Ａ、１００Ｂ…発電機特性演算装置、１２１…積分器、１２２…比例回路、１２３…定数切換回路、１３１…比例回路、１３２、１３３…１次遅れ回路、１３４…定数切換回路、１７１、１７２…１次遅れ回路、１７３…定数切換回路、
Ｋ…ゲイン（増幅率）、Ｔ…時定数、Ｍ…慣性定数、Ｄ…ダンピング係数、Ｘｄ…同期リアクタンス、Ｘｄ’…過渡リアクタンス、Ｘｄ”…次過渡リアクタンス、Ｔｄ’…過渡時定数、Ｔｄ”…次過渡時定数。
【技術分野】
【０００１】
本発明の本発明の実施形態は、給電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発電時に温室効果ガスを排出しない再生可能エネルギーを利用した発電設備を設置し、電力供給システムの低炭素化が検討されている。再生可能エネルギーを利用した発電は、火力発電等の発電システムと比べて電力供給量の制御が困難であり、安定した電力供給を実現することが望まれている。
【０００３】
例えば、太陽光発電は日射量によって発電量に長時間の変動や短時間の変動が生じるため、蓄電池は蓄電量により出力が変動するため、火力発電等の発電システムに比べると安定した電力供給が困難である。これを解決するため従来の太陽光発電システムでは、蓄電池に代表される電力貯蔵装置と組み合わせて、太陽光発電モジュールと蓄電池の有効電力の合計を一定に制御する発電システムや、太陽光発電出力の短時間変動を抑制する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１８８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、火力発電等の同期発電機は系統周波数が変動した際にそれを抑制する作用を潜在的に持っていること、さらに調速機が具備されており、系統周波数が変動した際にはそれを抑制するように発電量が調整されることから、系統周波数の安定化に寄与するのに対して、太陽光発電モジュールと電力貯蔵装置を組み合わせた従来の太陽光発電システムでは、系統周波数が変動した際に同期発電機で生じる上記のような周波数調整作用がないため、電力系統に大量導入された場合は系統周波数の安定化が困難になることが予想される。
【０００６】
一方、系統周波数に対する変動抑制作用をはじめとする同期発電機の動作特性は、発電機ごとに固有であり、接続される系統の状況が変化しても特性を変えることはできないため、電力系統の運転状況などによっては必ずしも最適な動作をするとは限らない。
【０００７】
本発明は上記事情を鑑みて成されたものであって、電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態による給電システムは、直流電源の直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する電力変換部と、電力系統と前記電力変換装置との接続点電圧を検出する電圧検出部と、前記電力変換装置の出力電流を検出する電流検出部と、電圧検出部と電流検出部の出力から有効電力を得る有効電力検出部と、前記電力系統内での電力供給状態あるいは前記電力系統に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部と、前記系統状態検出部から出力された前記レベル検出信号が入力され、予め設定された第１値と第２値とを前記レベル検出信号に基づいて切り換えて有効電力設定値として出力する有効電力設定部と、前記有効電力検出部の出力と有効電力設定部の出力と系統状態検出部の出力とに基づいて前記電力変換装置の出力電圧の角周波数を演算する質点系演算部と、前記角周波数と電流検出部で検出された電流値と、設定電圧値に基づいて、前記電力変換装置の出力電圧目標値を演算する電気特性演算部と、を備え、前記出力電圧目標値に基づいて前記電力変換装置の出力電圧が制御される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】第１実施形態の給電システムの一構成例を示す図である。
【図１Ｂ】第１実施形態の給電システムの他の構成例を示す図である。
【図２】図１Ａおよび図１Ｂに示す給電システムに接続される電力系統と、送電線潮流検出部と、レベル検出器との一構成例を示す図である。
【図３】図１Ａおよび図１Ｂに示す給電システムの機械出力演算部の一構成例を示すブロック図である。
【図４】図１Ａおよび図１Ｂに示す給電システムの質点系演算部の一構成例を示すブロック図である。
【図５Ａ】第２実施形態の給電システムの一構成例を示す図である。
【図５Ｂ】第２実施形態の給電システムの他の構成例を示す図である。
【図６】図５Ａおよび図５Ｂに示す給電システムに接続される電力系統の一構成例を示す図である。
【図７】図５Ａおよび図５Ｂに示す給電システムの界磁電圧演算部の一構成例を示すブロック図である。
【図８Ａ】第３実施形態および第４実施形態の給電システムの一構成例を示す図である。
【図８Ｂ】第３実施形態および第４実施形態の給電システムの他の構成例を示す図である。
【図９Ａ】第５実施形態の給電システムの一構成例を示す図である。
【図９Ｂ】第５実施形態の給電システムの他の構成例を示す図である。
【図１０Ａ】第６実施形態の給電システムの一構成例を示す図である。
【図１０Ｂ】第６実施形態の給電システムの他の構成例を示す図である。
【図１１】図１０Ａおよび図１０Ｂに示す給電システムに接続される電力系統の一構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。
図１Ａに、第１実施形態の給電システムの一構成例を示す。本実施形態に係る給電システムは、太陽電池１と蓄電池２とから出力された直流電力を交流電力に変換して出力する電力変換装置３と、電圧検出部６と、電流検出部７と、有効電力検出部８と、送電線潮流検出部９と、レベル検出器１０と、電力変換制御部１６と、発電機特性演算装置１００と、を備えている。
【００１１】
電力変換装置３は、平滑リアクトル４を介して電力系統５に接続され、交流電力を電力系統５へ出力する。電圧検出部６は、平滑リアクトル４と電力系統５との接続点ａに設置されて、接続点ａにおける接続点電圧Ｖａを検出する。電流検出部７は、電力系統５と電力変換装置３との間に直列に接続され、電力変換装置３から出力される出力電流Ｉａを検出する。有効電力検出部８は、電圧検出部６から出力された接続点電圧Ｖａと電流検出部７から出力された出力電流Ｉａとを入力とし、発電機特性演算装置１００へ有効電力Ｐｅを出力する。
【００１２】
送電線潮流検出部９は電力系統５に含まれる送電線５１（図２に示す）を流れる電力、すなわち送電線潮流ＰＬを検出し、レベル検出器１０へ供給する。レベル検出器１０は、送電線潮流ＰＬが一定範囲を逸脱したか否かを検出し、検出結果に応じたレベル検出信号を発電機特性演算装置１００へ出力する。
【００１３】
本実施形態では、送電線潮流検出部９およびレベル検出器１０は、電力系統５内での電力供給状態あるいは電力系統５に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。なお、送電線潮流検出部９は、電力系統５内の送電線５１に流れる電流を検出してもよい。その場合にはレベル検出器１０は検出された電流が一定範囲を逸脱したか否かを検出する。
【００１４】
発電機特性演算装置１００は、有効電力設定部１１と、質点系演算部１２と、機械出力演算部１３と、電圧設定部１４と、電気特性演算部１５と、を備えている。
【００１５】
有効電力設定部１１はレベル検出器１０から出力されたレベル検出信号を受信して、有効電力設定値Ｐｒｅｆを機械出力演算部１３へ出力する。
機械出力演算部１３は、有効電力設定部１１から出力された有効電力設定値Ｐｒｅｆと、レベル検出器１０から出力されたレベル検出信号と、質点系演算部１２から出力された角周波数ωと、を受信する。機械出力演算部１３は機械トルクＴｍを質点系演算部１２へ出力する。
【００１６】
質点系演算部１２は、機械出力演算部１３から出力された機械トルクＴｍと、レベル検出器１０から出力されたレベル検出信号と、有効電力検出部８で検出された有効電力Ｐｅと、を受信する。質点系演算部１２は、各周波数ωを機械出力演算部１３および電気特性演算部１５へ出力する。
【００１７】
電圧設定部１４は、予め設定された電圧設定値Ｖｒｅｆを出力する。
電気特性演算部１５は、レベル検出器１０から出力されたレベル検出信号と、電圧検出部６で検出された接続点電圧Ｖａと、電流検出部７で検出された出力電流Ｉａと、質点系演算部１２から出力された角周波数ωと、電圧設定部１４から出力された電圧設定値Ｖｒｅｆと、を受信する。電気特性演算部１５は、出力電圧目標Ｅｃを電力変換制御部１６へ出力する。
【００１８】
電力変換制御部１６は、発電機特性演算装置１００の出力、即ち電気特性演算部１５から出力された出力電圧目標Ｅｃを入力とし、出力電圧目標Ｅｃを達成するように電力変換装置３を制御する。
【００１９】
図２は、図１Ａに示す給電システムに接続される電力系統５、および送電線潮流検出部９とレベル検出器１０の一構成例である。
電力系統５は、複数の発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３と、複数の負荷５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５５とを含み、それぞれが送電線５１で接続される。発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃと発電機５３とは送電線５１を介して接続されている。送電線５１に対して発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃが配置された側には、負荷５５が接続されている。送電線５１に対して発電機５３が配置された側には、負荷５４ａ、５４ｂ、５４ｃが接続されている。この例では、発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃ周辺には負荷が少なく、一方負荷５４ａ、５４ｂ、５４ｃ側は発電機が少ないため、送電線５１には通常発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃ側から負荷５４ａ、５４ｂ、５４ｃ側へ有効電力（電力潮流）ＰＬが流れる。
【００２０】
なお、ここでは、送電線５１に対して発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃ側を電源側系統と称し、送電線５１に対して負荷５４ａ、５４ｂ、５４ｃ側を負荷側系統と称する。負荷側系統には本実施形態の給電システムＡが接続され、電源側系統には本実施形態の給電システムＢが接続されている。以下の図２の説明では、給電システムＡの構成の符号には「Ａ」を末尾に付し、給電システムＢの構成の符号には「Ｂ」を末尾に付して、それぞれの構成を区別する。
【００２１】
送電線潮流検出部９Ａ、９Ｂは、送電線５１と直列に接続されており、送電線５１を流れる有効電力すなわち電力潮流（送電線潮流）ＰＬを検出し、検出結果をレベル検出器１０Ａ、１０Ｂへ供給する。
【００２２】
レベル検出器１０Ａ、１０Ｂでは、送電線５１の電力潮流ＰＬが予め設定された一定の範囲を逸脱した場合、発電機特性演算装置１００Ａ、１００Ｂに対してレベル検出信号を与える。レベル検出器１０Ａ、１０Ｂでの検出に用いる設定レベルとして、例えば、送電線５１の許容電力融通量の８０％とした場合、送電線５１を流れる電力潮流ＰＬが許容電力融通量の８０％以上となったときに、レベル検出器１０Ａ、１０Ｂは発電機特性演算装置１００Ａ、１００Ｂに対して所定のレベル検出信号を出力する。
【００２３】
次に、上記給電システムにおいて、電力変換装置３の基本的な動作を説明する。電力変換装置３はいわゆるインバータであり、電力変換制御部１６から出力される制御信号に基づいて交流電圧を出力する。その出力電圧は電力変換制御部１６に入力される出力電圧目標Ｅｃと等しい。この出力電圧が電力系統５の電圧に対して進み位相であれば電力変換装置３から電力系統５に向かって有効電力が流れ、位相差が大きいほど有効電力は大きくなる。また、電力変換装置３の出力電圧が大きくなれば電圧検出部６で検出される接続点電圧Ｖａ、すなわち電力変換装置３が電力系統５に接続される点ａの電圧も大きくなり、電力変換装置３の出力電圧が小さくなれば接続点電圧Ｖａも小さくなる。
【００２４】
以上により、発電機特性演算装置１００の出力である出力電圧目標Ｅｃの位相と大きさを個別に変化させることで電力変換装置３から出力される有効電力と、接続点電圧Ｖａとの大きさを独立に制御することができる。
【００２５】
次に、出力電圧目標Ｅｃを生成する発電機特性演算装置１００の動作を説明する。
有効電力設定部１１は、電力変換装置３から出力させるべき有効電力設定値Ｐｒｅｆを出力する。本実施形態においては、有効電力設定部１１はレベル検出器１０から与えられるレベル検出信号により有効電力設定値Ｐｒｅｆを切り換えるように構成されている。すなわち、有効電力設定部１１には予め複数の値が設定され、レベル検出信号の値に応じて複数の値の中から選択された値が有効電力設定値Ｐｒｅｆとして出力される。
【００２６】
図２に示す場合では、給電システムＡと給電システムＢとのそれぞれのレベル検出器１０Ａ、１０Ｂは、送電線５１の潮流が一定値以上（あるいは一定値以下）になった場合に所定のレベル検出信号を各給電システムＡ、Ｂの有効電力設定部１１Ａ、１１Ｂに与える。
【００２７】
レベル検出器１０Ａ、１０Ｂから有効電力設定部１１Ａ、１１Ｂに出力される信号は、例えば、送電線５１の潮流が一定範囲に含まれる場合（例えば、電力潮流ＰＬ＜許容電力融通量×０．８０）にはロー（Ｌｏｗ）レベルのレベル検出信号であって、送電線５１の潮流が一定範囲に含まれない場合（例えば、電力潮流ＰＬ≧許容電力融通量×０．８０）にはハイ（Ｈｉｇｈ）レベルのレベル検出信号となる。
【００２８】
この場合、ハイレベルのレベル検出信号を与えられた場合、負荷側系統に接続される給電システムＡの有効電力設定部１１Ａでは有効電力設定値Ｐｒｅｆを通常より大きな値、電源側系統に接続される給電システムＢの有効電力設定部１１Ｂでは有効電力設定値Ｐｒｅｆを通常より小さな値に切り換える。
【００２９】
したがって、負荷側の給電システムでは、有効電力設定部１１には通常用いる値と、通常よりも大きな値との少なくとも２つの値（第１値および第２値）が予め設定されている。電源側の給電システムでは、有効電力設定部１１には通常用いる値と、通常よりも小さい値との少なくとも２つの値（第１値および第２値）が予め設定されている。
【００３０】
電力系統５に接続された給電システムが、負荷側として動作するか、電源側として動作するかは、給電システムが接続される電力系統５の構成に応じて予め設定されてもよく、設置後に設定を変更可能にしてもよい。レベル検出器１０が送電線５１の電力潮流ＰＬの向きを検出して、発電機特性演算装置１００が負荷側として動作するか電源側として動作するかを判断してもよい。その場合には、給電システムは負荷側として動作することも電源側として動作することも有り得るため、有効電力設定部１１には通常用いる値と、通常よりも大きい値と、通常よりも小さい値との少なくとも３つの値が予め設定される。
【００３１】
図３に、機械出力演算部１３の一構成例のブロック図を示す。機械出力演算部１３は、一般に調速機と呼ばれる発電機の制御装置と同等の作用をし、一例として図３の制御ブロック図のように構成される。
【００３２】
機械出力演算部１３は、増幅率Ｋの比例回路１３１と、時定数Ｔ１、Ｔ２の１次遅れ回路１３２、１３３と、定数切換回路１３４と、を備え、有効電力設定部１１の出力である有効電力設定値Ｐｒｅｆと質点系演算部１２の出力である角周波数ωとが入力され同期発電機における機械トルクＴｍ相当を演算して出力する。機械トルクＴｍは、火力発電機等の制御装置における、蒸気エネルギーに相当する。
【００３３】
角周波数ωが基準角周波数ωｏより低下すると比例回路１３１および１次遅れ回路１３２の入力は正値となり（ωｏ−ω＞０）、最終的に機械トルクＴｍは増加する。逆に、角周波数ωが基準角周波数ωｏより上昇すると比例回路１３１および１次遅れ回路１３２の入力は負値となり（ωｏ−ω＜０）、最終的に機械トルクＴｍは減少する。角周波数ωの変化に対する機械トルクＴｍの変化の大きさや速さは、比例回路１３１の増幅率Ｋや１次遅れ回路１３２、１３３の時定数Ｔ１、Ｔ２により決まる。
【００３４】
本実施形態を適用した給電システムＡおよび給電システムＢにおいては、レベル検出器１０から所定のレベル検出信号が与えられた場合、すなわち送電線５１の電力潮流が一定値を越えた場合、定数切換回路１３４は、増幅率Ｋを通常より大きな値、あるいは１次遅れ時定数Ｔ１、Ｔ２を通常より小さな値に切り換える。このように定数を切換えることにより角周波数ωの変化に対する機械トルクＴｍの変化が速くなる。なお、定数切換回路１３４は、定数毎に予め設定された複数の値を備え、レベル検出信号の値に応じてこれら複数の値を切り換えて定数として用いる。
【００３５】
図４に、質点系演算部１２の一構成例のブロック図を示す。質点系演算部１２は同期発電機の運動方程式を演算するものであり、一例として図４のブロック図のように構成される。質点系演算部１２は、積分器１２１と、比例回路１２２と、定数切換回路１２３と、を備えている。
【００３６】
図４において、積分器１２１のＭはタービンを含めた発電機の慣性定数であり、比例回路１２２のＤはダンピング係数である。機械トルクＴｍが一定で電気出力（有効電力）Ｐｅが減少すると積分器１２１への入力は正値となるので慣性定数Ｍとダンピング係数Ｄとに応じた変化率で角周波数ωは上昇する。逆に、電気出力（有効電力）Ｐｅが増加すると角周波数ωは低下する。電気出力（有効電力）Ｐｅが一定で機械トルクＴｍが変化する場合は極性が逆となる。機械トルクＴｍや電気出力（有効電力）Ｐｅの変化に対する角周波数ωの変化の大きさや速さは、慣性定数Ｍやダンピング係数Ｄにより決まる。
【００３７】
本実施形態を適用した給電システムＡ、および、給電システムＢにおいては、レベル検出器１０から所定のレベル検出信号が与えられた場合、すなわち送電線５１の電力潮流が一定値を越えた場合、定数切換回路１２３は、慣性定数Ｍあるいはダンピング係数Ｄを通常より小さな値に切り換える。なお、定数切換回路１２３は、定数毎に予め設定された複数の値を備え、レベル検出信号の値に応じてこれら複数の値を切り換えて定数として用いる。この切換えにより機械トルクＴｍや電気出力（有効電力）Ｐｅの変化に対する角周波数ωの変化が速くなる。
【００３８】
機械出力演算部１３では角周波数ωの上昇時は機械トルクＴｍを減少、角周波数ω低下時は機械トルクＴｍを増加させ、一方、質点系演算部１２では機械トルクＴｍ低下時は角周波数ωを減少し、機械トルクＴｍ増加時は角周波数ωを増加するため、機械出力演算部１３および質点系演算部１２は角周波数ωの変動、すなわち周波数の変動を抑制するように作用する。
【００３９】
電気特性演算部１５は同期発電機の電気特性式、いわゆるＰａｒｋ式を演算するもので、演算では発電機の電気的な過渡応答特性を示す同期リアクタンスＸｄ、過渡リアクタンスＸｄ’、次過渡リアクタンスＸｄ”、過渡時定数Ｔｄ’、次過渡時定数Ｔｄ”などの定数を使用する。
【００４０】
電気特性演算部１５は、レベル検出器１０から出力されたレベル検出信号と、電圧設定部１４の出力である電圧設定値Ｖｒｅｆと、質点系演算部１２の出力である角周波数ωと、電流検出部７で得られる電力変換装置３の出力電流Ｉａと、電圧検出部６で得られる接続点電圧Ｖａとを入力として、発電機端子電圧相当の値を演算し、それを出力電圧目標Ｅｃとして電力変換制御部１６へ与える。
【００４１】
本実施形態を適用した図２の給電システムＡと給電システムＢとにおいては、レベル検出器１０から所定のレベル検出信号が与えられた場合、すなわち送電線５１の電力潮流が一定値を越えた場合、電気特性演算部１５は過渡時定数Ｔｄ’、次過渡時定数Ｔｄ”を通常より小さな値に切り換える。この切換えにより角周波数ωや電圧Ｖａ、電流Ｉａの変化に対する出力電圧目標Ｅｃの変化が速くなる。なお、電気特性演算部１５は、定数毎に予め設定された複数の値を備え、レベル検出信号の値に応じてこれら複数の値を切り換えて定数として用いる。
【００４２】
以上により、本実施形態の給電システムにおいては同期発電機と同等の特性を持ちながら運転し、送電線の電力潮流が一定値を超えた場合には、負荷側に接続された給電システムでは出力を増加し、電源側に接続された給電システムでは出力を減少させることによって、送電線潮流を低減し、さらに発電機の特性を模擬する定数を切り換えることで通常時に比べて有効電力設定値Ｐｒｅｆ変更に対する実際の出力の変化速度があがり、送電線潮流を低減するまでの時間が短縮される。
【００４３】
上記のように、本実施形態によれば、同期発電機の運動方程式、電気特性式（Ｐａｒｋ式）、同期発電機の制御装置である調速機の特性を演算する発電機特性演算装置１００の出力に基づいて電力変換制御部１６が電力変換装置３の出力電圧を制御するので、電力変換装置３は電力系統５の電圧や周波数の変化に対して同期発電機と同等に動作する。
【００４４】
また、スケジュール通りに有効電力を出力するなど同期発電機と同様の運用も可能となるので、同期発電機と同様に扱うことができる。さらに電力系統５内の送電線潮流が一定値を越えた場合には、その電力潮流を低減するように電力変換装置３の出力が高速に変化することで重潮流を解消し系統の安定性や送電線の過負荷を防止することができる。
【００４５】
図１Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムとしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００４６】
すなわち、本実施形態によれば、電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００４７】
次に、第２実施形態に係る給電システムについて図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明において、第１実施形態の給電システムと同じ構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
図５Ａに、本実施形態の給電システムの一構成例を示す。第１実施形態の給電システムと異なる点は、発電機特性演算装置１００が界磁電圧演算部１７をさらに備える点、および、電圧検出部６から出力される接続点電圧Ｖａが入力されるレベル検出器１８をさらに備え、レベル検出器１８の出力を界磁電圧演算部１７と、電気特性演算部１５とに与えている点である。レベル検出器１８は、電力系統５内で送電線が短絡あるいは地絡したことを検出し、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。
【００４９】
図６は、図５Ａに示す第２実施形態の給電システムに接続される電力系統５、および電圧検出部６とレベル検出器１８の構成例であり、本実施形態の給電システムは、電源側系統に接続される。レベル検出器１８は給電システムと電力系統５との接続点電圧Ｖａの大きさが一定値以下になった場合、発電機特性演算装置１００に対して所定のレベル検出信号を与える。レベル検出器１８の設定レベルとしては、給電システムの近傍で短絡や地絡といった事故が発生した場合を想定した電圧の値、例えば定格電圧の５０％以下といった値を使用する。
【００５０】
例えば、レベル検出器１８は、接続点電圧Ｖａの大きさが定格電圧の５０％以下となった場合にハイレベルのレベル検出信号を出力し、接続点電圧Ｖａの大きさが定格電圧の５０％よりも大きい場合にローレベルのレベル検出信号を出力する。
【００５１】
図７に、界磁電圧演算部１７の一構成例を示す。界磁電圧演算部１７は、一般に言われる励磁制御装置に相当する。界磁電圧演算部１７は、２つの１次遅れ回路１７１、１７２と、定数切換回路１７３と、を備えている。
【００５２】
界磁電圧演算部１７は、電圧設定値Ｖｒｅｆと電圧検出部６で得られた接続点電圧Ｖａとの差分（Ｖｒｅｆ−Ｖａ）に応じて界磁電圧Ｅｆｄ相当を出力する。接続点電圧Ｖａが電圧設定値Ｖｒｅｆより小さいと１次遅れ回路１７１の入力は正値となるので界磁電圧Ｅｆｄは増加し、逆に接続点電圧Ｖａが電圧設定値Ｖｒｅｆより大きいと界磁電圧Ｅｆｄは減少する。
【００５３】
電気特性演算部１５で得られる出力電圧目標Ｅｃの大きさは界磁電圧演算部１７の出力である界磁電圧Ｅｆｄと同じ方向に変化するため、電力系統５の電圧が低下すると界磁電圧Ｅｆｄが大きくなり、出力電圧目標Ｅｃも大きくなり電力系統５の電圧低下を抑制するように作用する。逆に、電力系統５の電圧が上昇すると出力電圧目標Ｅｃも小さくなり電力系統５の電圧上昇を抑制するように作用する。
【００５４】
系統接続点電圧Ｖａの変化に対する界磁電圧Ｅｆｄの変化の大きさや速さは、１次遅れ時定数Ｔ１、Ｔ２、１次遅れゲインＫ１、Ｋ２、出力リミット値Ｅｍａｘ、Ｅｍｉｎにより決まる。本実施形態を適用した給電システムにおいては、レベル検出器１８からレベル検出信号が与えられた場合、すなわち接続点電圧Ｖａが大きく低下したとき、定数切換回路１７３は、たとえば１次遅れ時定数Ｔ１を通常より小さな値に切り換え、出力リミット値Ｅｍａｘを通常より大きくし出力リミット値Ｅｍｉｎを通常より小さくして出力範囲を広く切り換える。
【００５５】
このように定数を切換えることにより、接続点電圧Ｖａの変化に対する界磁電圧Ｅｆｄの変化が速く、かつ大きくなる。なお、定数切換回路１７３は、１次遅れ時定数Ｔ２や、１次遅れゲインＫ１、Ｋ２の値も切り換えるように構成されてもよい。例えば、接続点電圧Ｖａが大きく低下したとき、定数切換回路１７３は、１次遅れ時定数Ｔ１、Ｔ２を通常より小さな値とし、ゲインＫ１、Ｋ２を通常より大きな値とし、出力リミット値Ｅｍａｘ、Ｅｍｉｎを切り換えて通常より広い範囲としてもよい。これらの定数を切り換えることにより、接続点電圧Ｖａの変化に対する界磁電圧Ｅｆｄの変化を早く、かつ大きくすることができる。また定数切換回路１７３は、定数毎に予め設定された複数の値を備え、レベル検出信号の値に応じてこれら複数の値を切り換えて定数として用いる。
【００５６】
さらに電気特性演算部１５では、レベル検出器１８から所定のレベル検出信号が与えられた場合、すなわち接続点電圧Ｖａが大きく低下した場合、過渡時定数Ｔｄ’、次過渡時定数Ｔｄ”を通常より小さな値に切り換える。この切換えにより角周波数ω、界磁電圧Ｅｆｄ、および、電流Ｉａの変化に対する出力電圧目標Ｅｃの変化が速くなる。
【００５７】
以上により、本実施形態を適用した給電システムでは、同期発電機と同等の特性を持ちながら運転し、近傍で短絡や地絡などの事故が発生して電圧が大幅に低下した場合には、励磁制御装置の機能を大きくし、さらに、界磁電圧Ｅｆｄや角周波数ωの変化に対する電気特性演算部の応答速度を早くすることで、系統電圧を維持することができる。これにより、電力系統５の発電機５２ａ、５２ｂ、５２ｃの過渡安定度が向上する。
【００５８】
上記のように、本実施形態によれば、同期発電機の運動方程式、電気特性式（Ｐａｒｋ式）、同期発電機の制御装置である調速機と励磁装置の特性を演算する発電機特性演算装置１００の出力に基づいて電力変換制御部１６が電力変換装置３の出力電圧を制御するので、電力変換装置３は電力系統５の電圧や周波数の変化に対して同期発電機と同等に動作する。また、スケジュール通りに有効電力を出力するなど同期発電機と同様の運用も可能となるので、同期発電機と同様に扱うことができる。さらに、電力系統５内で短絡や地絡などの事故が発生した場合には、電圧維持機能を高くするように電力変換装置３の出力電圧が高速に変化することで、近傍の発電機の過渡安定度を向上させ、電力振動や脱調などの不安定現象を防止することができる。
【００５９】
図５Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムとしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００６０】
すなわち、本実施形態によれば、電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００６１】
なお、上記第２実施形態では、レベル検出器１８から出力されるレベル検出信号が電気特性演算部１５と界磁電圧演算部１７とに供給されていたが、レベル検出信号は有効電力設定部１１、質点系演算部１２、および機械出力演算部１３に更に供給されても良い。その場合には、有効電力設定部１１はレベル検出信号の値に応じて有効電力設定値Ｐｒｅｆを切り換え、質点系演算部１２はレベル検出信号の値に応じて演算に用いる定数を切り換え、機械出力演算部１３はレベル検出信号の値に応じて演算に用いる定数を切り換える。このことによって、上述の第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
次に第３実施形態に係る給電システムについて図面を参照して説明する。
図８Ａに、本実施形態に係る給電システムの一構成例を示す。第１実施形態の給電システムにおいては、レベル検出器１０に入力される信号として送電線潮流ＰＬの検出値を使用していたが、本実施形態では送電線潮流ＰＬの検出値の代わりに、電力系統５全体の監視と制御とを行う中央制御装置ＣＮＴのＬＦＣ（Load Frequency Control）出力とＬＦＣ余力（ＬＦＣの出力信号余力）とを使用する。
【００６３】
ＬＦＣは系統の周波数が変動した場合に、それを抑制するよう電力系統５に含まれる各発電機に対して出力の増減を指令する制御であり、例えば夜間など運転している発電機が少ない場合にはＬＦＣ余力が小さくなる。
【００６４】
すなわち、ＬＦＣ余力が一定値以下となると、電力系統５に含まれる発電機により発電可能な電力の余力が低下し、電力系統５に含まれる発電機による電力供給が不安定になる可能性が高くなる。したがって、本実施形態ではＬＦＣ余力が一定値以下となった場合には、給電システムによる出力電圧目標Ｅｃを増大させ、給電システムによる電力供給を増加して、電力系統５を安定化させる。
【００６５】
本実施形態では、レベル検出器１０は、ＬＦＣ余力が一定値以下となったことを検出すると所定のレベル検出信号を出力する。レベル検出器１０は、電力系統５内での電力供給状態あるいは電力系統５に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。
【００６６】
ＬＦＣ余力が一定値以下となった場合には、第１実施形態の給電システムと同様に、有効電力設定値Ｐｒｅｆ、質点系演算部１２の演算に使用する定数、機械出力演算部１３の演算に使用する定数、電気特性演算部１５の演算に使用する定数を切り換えることにより、給電システムによる出力電力が高速かつ大きく変化できるようにして、ＬＦＣ調整量を増加させ、系統周波数を安定化することができる。
【００６７】
図８Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムとしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００６８】
すなわち、本実施形態によれば、電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００６９】
次に、第４実施形態に係る給電システムについて図面を参照して説明する。
第１実施形態の給電システムにおいては、レベル検出器１０に入力される信号として送電線潮流ＰＬの検出値を使用していたが、本実施形態では送電線潮流ＰＬの検出値の代わりに、予め設定されたスケジュールと異なる運転状態となった発電機の容量（例えば電力系統５に接続された発電機の運転状況）、あるいは、系統分離発生情報（例えば電力系統５に含まれる送電線と変圧器との運転状況）を使用する。
【００７０】
本実施形態に係る給電システムは、例えば図８Ａに示すように構成され、発電機の容量および系統分離発生情報は中央制御装置ＣＮＴからレベル検出器１０へ出力される。レベル検出器１０は、電力系統５内での電力供給状態あるいは電力系統５に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。
【００７１】
すなわち、設定されたスケジュールと異なる運転をする発電機により発電されるべき容量が一定値以上となると、電力系統５において安定した電力供給が困難となる。また、電力系統５内で電力供給経路が分断した等のトラブルにより系統分離が発生すると、電力系統５において安定した電力供給が困難となる。そこで、本実施形態の給電システムでは、レベル検出器１０においてスケジュールと異なる運転状態となった発電機の容量、あるいは、系統分離発生情報を検出して、給電システムから出力される有効電力Ｐｅを制御して安定した電力供給を行う。
【００７２】
本実施形態では、レベル検出器１０は、例えば緊急停止などにより設定されたスケジュールと異なる運転状態となった発電機の容量が一定値を逸脱したこと、あるいは、系統分離が発生したことを検出して、所定レベルのレベル検出信号を出力する。
【００７３】
設定されたスケジュールと異なる運転状態となった発電機の容量が一定値を逸脱した場合、あるいは、系統分離が発生した場合、第１実施形態の給電システムと同様に、有効電力設定値Ｐｒｅｆ、質点系演算部１２の演算に使用する定数、機械出力演算部１３の演算に使用する定数、電気特性演算部１５の演算に使用する定数を切り換える。このことにより、本実施形態に係る給電システムによる出力電力を高速に変化させ発電量の不足や余剰を防止し、系統周波数を安定化することができる。
【００７４】
図８Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムよしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００７５】
すなわち、本実施形態によれば、電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００７６】
次に、第５実施形態に係る給電システムについて図面を参照して説明する。
図９Ａに本実施形態に係る給電システムの一構成例を示す。第１実施形態においては、レベル検出器１０に入力される信号として送電線潮流ＰＬの検出値を使用していたが、本実施形態では送電線潮流ＰＬの検出値の代わりに、接続点電圧Ｖａの周波数検出値を使用している。
【００７７】
本実施形態に係る給電システムは、周波数検出部１９を備えている。周波数検出部１９は接続点電圧Ｖａの周波数を検出し、検出した値をレベル検出器１０へ出力している。周波数検出部１９およびレベル検出器１０は、電力系統５内での電力供給状態あるいは電力系統５に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。
【００７８】
本実施形態では、レベル検出器１０は、接続点電圧Ｖａの周波数が一定範囲を逸脱したことを検出し、所定レベルのレベル検出信号を出力する。接続点電圧Ｖａの周波数が一定範囲を逸脱した場合、第１実施形態の給電システムと同様に、有効電力設定値Ｐｒｅｆ、質点系演算部１２の演算に使用する定数、機械出力演算部１３の演算に使用する定数、電気特性演算部１５の演算に使用する定数を切り換えることにより、本実施形態に係る給電システムによる出力電力を高速に変化させ、系統周波数を安定化することができる。
【００７９】
図９Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムよしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００８０】
すなわち、本実施形態によれば、第１実施形態の給電システムと同様に電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００８１】
次に、第６実施形態に係る給電システムについて図面を参照して説明する。本実施形態の説明において、第２実施形態に係る給電システムと同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００８２】
第２実施形態に係る給電システムにおいては、レベル検出器１８に入力される信号として接続点電圧Ｖａを使用し、接続点電圧Ｖａの値が一定値以下まで低下したことを検出して短絡や地絡などの事故を検出していたが、本実施形態では接続点電圧Ｖａの代わりに、電力系統５に設置された事故検出保護リレー５６の出力を使用している。
【００８３】
図１０Ａに本実施形態に係る給電システムの一構成例を示す。
図１１に、本実施形態に係る給電システムに接続される電力系統の一構成例を示す。事故検出保護リレー５６が動作すると、事故検出保護リレー５６からレベル検出器１８へ事故検出保護リレー５６が動作したことを通知する所定の信号が出力される。レベル検出器１８は、事故検出保護リレー５６から所定の信号が出力されたことを検出して、所定レベルのレベル検出信号を出力する。レベル検出器１８は、電力系統５内で送電線が短絡あるいは地絡したことを検出し、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部である。
【００８４】
事故検出保護リレー５６が動作した場合、第２実施形態の給電システムと同様に、界磁電圧演算部１７の演算に使用する定数、電気特性演算部１５の演算に使用する定数を切り換えることにより、本実施形態に係る給電システムの電圧維持機能を高くするように電力変換装置３の出力電圧が高速に変化することで、近傍の発電機の過渡安定度を向上させ、電力振動や脱調などの不安定現象を防止することができる。
【００８５】
図１０Ｂに示すように、太陽電池１を持たない給電システムよしてもよい。蓄電池２には電力系統５からの電力が充電される。この場合、上記処理は蓄電池２から電力系統５へ電力が供給される時のみならず、電力系統５から蓄電池２へ電力が供給される時にも適用される。
【００８６】
すなわち、本実施形態によれば、第２実施形態の給電システムと同様に電力系統の運転状態に応じて安定した電力供給を行なう給電システムを提供することができる。
【００８７】
なお、上記第１実施形態乃至第６実施形態の給電システムにおいては、給電システムの動作特性を変化させるための条件と、特性を変化させるために切り換える定数の組合せの例を示したが、給電システムが接続される電力系統の特性に応じて、これらの条件と定数の組合せを任意に選択することで、各電力系統の運転の安定性をより向上させることができる。
【００８８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。例えば、電圧検出部６で得られる電圧を指定値に自動制御しない場合、即ち有効電力の増減等による電圧変動を許容する場合は、電圧設定部１４で界磁電圧相当値Ｅｆｄを設定することにより界磁電圧演算部１４を省略することができる。また、同期発電機単体の特性のみが必要で角周波数ωの変動抑制が不要な場合は、有効電力設定部１１で機械出力Ｔｍを設定することにより機械出力演算部１３を省略することができる。
【符号の説明】
【００８９】
ａ…接続点、Ｖａ…接続点電圧、Ｉａ…出力電流、Ｐｅ…有効電力（電気出力）、ＰＬ…送電線潮流（電力潮流）、Ｐｒｅｆ…有効電力設定値、Ｔｍ…機械トルク、Ｖｒｅｆ…電圧設定値、Ｅｃ…出力電圧目標、ω…角周波数、Ｅｆｄ…界磁電圧、Ｅｍａｘ…出力リミット値（最大値）、Ｅｍｉｎ…出力リミット値（最小値）、ＣＮＴ…中央制御装置、
１…太陽電池、２…蓄電池、３…電力変換装置、４…平滑リアクトル、６…電圧検出部、７…電流検出部、８…有効電力検出部、９、９Ａ、９Ｂ…送電線潮流検出部、１０、１０Ａ、１０Ｂ、１８…レベル検出器、１１、１１Ａ、１１Ｂ…有効電力設定部、１２…質点系演算部、１３…機械出力演算部、１４…電圧設定部、１５…電気特性演算部、１６…電力変換制御部、１７…界磁電圧演算部、１９…周波数検出部、５…電力系統、５１…送電線、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３…発電機、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５５…負荷、５６…事故検出保護リレー、
１００、１００Ａ、１００Ｂ…発電機特性演算装置、１２１…積分器、１２２…比例回路、１２３…定数切換回路、１３１…比例回路、１３２、１３３…１次遅れ回路、１３４…定数切換回路、１７１、１７２…１次遅れ回路、１７３…定数切換回路、
Ｋ…ゲイン（増幅率）、Ｔ…時定数、Ｍ…慣性定数、Ｄ…ダンピング係数、Ｘｄ…同期リアクタンス、Ｘｄ’…過渡リアクタンス、Ｘｄ”…次過渡リアクタンス、Ｔｄ’…過渡時定数、Ｔｄ”…次過渡時定数。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源の直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する電力変換部と、
電力系統と前記電力変換部との接続点電圧を検出する電圧検出部と、
前記電力変換部の出力電流を検出する電流検出部と、
電圧検出部と電流検出部の出力から有効電力を得る有効電力検出部と、
前記電力系統内での電力供給状態あるいは前記電力系統に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部と、
有効電力設定値を出力する有効電力設定部と、
前記有効電力検出部の出力と前記有効電力設定値と前記系統状態検出部の出力とに基づいて前記電力変換部の出力電圧の角周波数を演算する質点系演算部と、
前記角周波数と電流検出部で検出された電流値と、設定電圧値に基づいて、前記電力変換部の出力電圧目標値を演算する電気特性演算部と、
前記レベル検出信号に基づいて前記有効電力設定値を予め設定された第１値あるいは第２値に切り換える手段、および、前記各周波数の演算に用いられる定数と前記出力電圧目標値の演算に用いられる定数との少なくとも一方を前記レベル検出信号に基づいて切り換える定数切換手段の少なくとも一方と、を備え、
前記出力電圧目標値に基づいて前記電力変換部の出力電圧が制御される給電システム。
【請求項２】
前記系統状態検出部は、前記電力系統内の送電線に流れる電流あるいは電力潮流を検出する送電線潮流検出部と、前記電力系統の送電線の電流あるいは電力潮流が一定範囲を逸脱したか否かを検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力するレベル検出器と、を備える請求項１記載の給電システム。
【請求項３】
前記系統状態検出部は、前記電力系統の中央制御装置から与えられるＬＦＣの出力信号余力が一定範囲を逸脱したか否か、および、前記電力系統に含まれる送電線と変圧器との運転状況から電力系統分離が発生しているか否か、の少なくとも１つを検出する請求項１記載の給電システム。
【請求項４】
前記系統状態検出部は、前記電圧検出部で検出された電圧の周波数を検出する周波数検出部と、前記周波数検出部で検出された周波数が一定範囲を逸脱したか否か検出し、前記一定範囲を逸脱した場合に所定のレベル検出信号を出力するレベル検出器と、を備える請求項１記載の給電システム。
【請求項５】
前記直流電源は蓄電池である請求項１記載の給電システム。
【請求項６】
直流電源の直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する電力変換部と、
電力系統と前記電力変換部の接続点電圧を検出する電圧検出部と、
前記電力変換部の出力電流を検出する電流検出部と、
電圧検出部と電流検出部の出力から有効電力を得る有効電力検出部と、
前記電力系統内で送電線が短絡あるいは地絡したことを検出し、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部と、
予め設定された有効電力設定値を出力する有効電力設定部と、
前記有効電力検出部の出力と有効電力設定部の出力と系統状態検出部の出力に基づいて前記電力変換部の出力電圧の角周波数を演算する質点系演算部と、
前記電圧検出部で検出された電圧と、前記設定電圧と、前記系統状態検出部の出力信号とに基づいて模擬同期発電機の界磁電圧相当値を演算し出力する界磁電圧演算部と、
前記角周波数と、電流検出部で検出された電流値と、前記系統状態検出部から出力されたレベル検出信号と、前記界磁電圧相当値とに基づいて、前記電力変換部の出力電圧目標値を演算する電気特性演算部と、を備え、
前記界磁電圧演算部は、前記レベル検出信号に基づいて演算に用いる定数を切り換える切換回路を備え、
前記出力電圧目標値に基づいて前記電力変換部の出力電圧が制御される給電システム。
【請求項７】
前記系統状態検出部は、前記電圧検出部の出力が所定値以下であるか否か、または、前記電力系統内の送電線系統事故を検出する保護リレーが動作したか否かを検出する請求項６記載の給電システム。
【請求項８】
前記有効電力設定部の出力と前記質点系演算部の出力と前記系統状態検出部の出力とに基づいて、模擬同期発電機の機械出力相当値を計算する機械出力演算部をさらに備え、
前記質点系演算部は、前記機械出力相当値と、前記有効電力検出部で検出した有効電力値と、前記系統状態検出部の出力とに基づいて、前記電力変換部の出力電圧の角周波数を演算するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の給電システム。
【請求項９】
前記質点系演算部は、前記系統状態検出部の出力に基づいて演算に用いる定数を切り換える定数切換回路を備えている請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の給電システム。
【請求項１０】
前記機械出力演算部は、前記系統状況検出部の出力に基づいて演算に用いる定数を切り換える定数切換回路を備えている請求項８記載の給電システム。
【請求項１１】
前記電気特性演算部は、前記系統状況検出部の出力に基づいて演算に用いる定数を切り換える定数切換回路を備えている請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の給電システム。
【請求項１２】
前記直流電源は蓄電池である請求項６記載の給電システム。
【請求項１】
直流電源の直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する電力変換部と、
電力系統と前記電力変換部との接続点電圧を検出する電圧検出部と、
前記電力変換部の出力電流を検出する電流検出部と、
電圧検出部と電流検出部の出力から有効電力を得る有効電力検出部と、
前記電力系統内での電力供給状態あるいは前記電力系統に含まれる機器の運転状態を検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部と、
有効電力設定値を出力する有効電力設定部と、
前記有効電力検出部の出力と前記有効電力設定値と前記系統状態検出部の出力とに基づいて前記電力変換部の出力電圧の角周波数を演算する質点系演算部と、
前記角周波数と電流検出部で検出された電流値と、設定電圧値に基づいて、前記電力変換部の出力電圧目標値を演算する電気特性演算部と、
前記レベル検出信号に基づいて前記有効電力設定値を予め設定された第１値あるいは第２値に切り換える手段、および、前記各周波数の演算に用いられる定数と前記出力電圧目標値の演算に用いられる定数との少なくとも一方を前記レベル検出信号に基づいて切り換える定数切換手段の少なくとも一方と、を備え、
前記出力電圧目標値に基づいて前記電力変換部の出力電圧が制御される給電システム。
【請求項２】
前記系統状態検出部は、前記電力系統内の送電線に流れる電流あるいは電力潮流を検出する送電線潮流検出部と、前記電力系統の送電線の電流あるいは電力潮流が一定範囲を逸脱したか否かを検出して、検出結果に基づくレベル検出信号を出力するレベル検出器と、を備える請求項１記載の給電システム。
【請求項３】
前記系統状態検出部は、前記電力系統の中央制御装置から与えられるＬＦＣの出力信号余力が一定範囲を逸脱したか否か、および、前記電力系統に含まれる送電線と変圧器との運転状況から電力系統分離が発生しているか否か、の少なくとも１つを検出する請求項１記載の給電システム。
【請求項４】
前記系統状態検出部は、前記電圧検出部で検出された電圧の周波数を検出する周波数検出部と、前記周波数検出部で検出された周波数が一定範囲を逸脱したか否か検出し、前記一定範囲を逸脱した場合に所定のレベル検出信号を出力するレベル検出器と、を備える請求項１記載の給電システム。
【請求項５】
前記直流電源は蓄電池である請求項１記載の給電システム。
【請求項６】
直流電源の直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する電力変換部と、
電力系統と前記電力変換部の接続点電圧を検出する電圧検出部と、
前記電力変換部の出力電流を検出する電流検出部と、
電圧検出部と電流検出部の出力から有効電力を得る有効電力検出部と、
前記電力系統内で送電線が短絡あるいは地絡したことを検出し、検出結果に基づくレベル検出信号を出力する系統状態検出部と、
予め設定された有効電力設定値を出力する有効電力設定部と、
前記有効電力検出部の出力と有効電力設定部の出力と系統状態検出部の出力に基づいて前記電力変換部の出力電圧の角周波数を演算する質点系演算部と、
前記電圧検出部で検出された電圧と、前記設定電圧と、前記系統状態検出部の出力信号とに基づいて模擬同期発電機の界磁電圧相当値を演算し出力する界磁電圧演算部と、
前記角周波数と、電流検出部で検出された電流値と、前記系統状態検出部から出力されたレベル検出信号と、前記界磁電圧相当値とに基づいて、前記電力変換部の出力電圧目標値を演算する電気特性演算部と、を備え、
前記界磁電圧演算部は、前記レベル検出信号に基づいて演算に用いる定数を切り換える切換回路を備え、
前記出力電圧目標値に基づいて前記電力変換部の出力電圧が制御される給電システム。
【請求項７】
前記系統状態検出部は、前記電圧検出部の出力が所定値以下であるか否か、または、前記電力系統内の送電線系統事故を検出する保護リレーが動作したか否かを検出する請求項６記載の給電システム。
【請求項８】
前記有効電力設定部の出力と前記質点系演算部の出力と前記系統状態検出部の出力とに基づいて、模擬同期発電機の機械出力相当値を計算する機械出力演算部をさらに備え、
前記質点系演算部は、前記機械出力相当値と、前記有効電力検出部で検出した有効電力値と、前記系統状態検出部の出力とに基づいて、前記電力変換部の出力電圧の角周波数を演算するよう構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の給電システム。
【請求項９】
前記質点系演算部は、前記系統状態検出部の出力に基づいて演算に用いる定数を切り換える定数切換回路を備えている請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の給電システム。
【請求項１０】
前記機械出力演算部は、前記系統状況検出部の出力に基づいて演算に用いる定数を切り換える定数切換回路を備えている請求項８記載の給電システム。
【請求項１１】
前記電気特性演算部は、前記系統状況検出部の出力に基づいて演算に用いる定数を切り換える定数切換回路を備えている請求項１乃至請求項８のいずれか１項記載の給電システム。
【請求項１２】
前記直流電源は蓄電池である請求項６記載の給電システム。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１７０１９２（Ｐ２０１２−１７０１９２Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７５１４（Ｐ２０１１−２７５１４）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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