TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021005986
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2019120154
出願日20190627
発明の名称再生可能エネルギー発電システムの統合制御装置および統合制御方法
出願人株式会社日立製作所
代理人特許業務法人サンネクスト国際特許事務所
主分類H02J 13/00 20060101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】複数の再生エネルギー発電システムが同一フィーダに連系する形態において、無効電力出力による再生エネルギー電源の想定外運転停止の発生を回避する。
【解決手段】制御点を介して上位系統に接続されている同一のフィーダに各連系点を介して接続され、制御点を介して上位系統へ無効電力を供給する複数の再生可能エネルギー発電システムの再生エネルギー統合制御装置1は、制御点における系統電圧および系統電流と、各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力とに基づいて、各連系点における連系点電圧が所定範囲内となるように、各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
制御点を介して上位系統に接続されている同一のフィーダに各連系点を介して接続され、前記制御点を介して前記上位系統へ無効電力を供給する複数の再生可能エネルギー発電システムの統合制御装置であって、
前記統合制御装置は、
前記制御点における系統電圧および系統電流と、各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力とに基づいて、各連系点における連系点電圧が所定範囲内となるように、各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出する
ことを特徴とする統合制御装置。
続きを表示(約 1,800 文字)【請求項2】
前記統合制御装置は、
前記系統電圧および前記系統電流から算出される無効電力と、前記複数の再生可能エネルギー発電システム全体に対する無効電力指令値との差分がゼロとなるように該無効電力指令値を修正した無効電力指令値を算出する無効電力指令値算出器と、
各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力に基づいて、各再生可能エネルギー発電システムが出力可能な無効電力に比例するように、前記無効電力指令値算出器によって算出された無効電力指令値を各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出する無効電力指令値分配器と
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の統合制御装置。
【請求項3】
前記統合制御装置は、
前記系統電圧および前記系統電流から算出される無効電力と、前記複数の再生可能エネルギー発電システム全体に対する無効電力指令値との差分がゼロとなるように該無効電力指令値を修正した無効電力指令値を算出する無効電力指令値算出器と、
各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力に基づいて、前記制御点に最も近い再生可能エネルギー発電システムが最大の無効電力を出力するように、前記無効電力指令値算出器によって算出された無効電力指令値を各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出する無効電力指令値分配器と
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の統合制御装置。
【請求項4】
前記系統電圧と、前記制御点に最も近い連系点と前記制御点との間のインピーダンスと、各連系点間のインピーダンスと、前記無効電力指令値分配器によって算出された各無効電力指令値とに基づいて、前記連系点電圧が前記所定範囲を逸脱する逸脱量を算出する連系点電圧算出器と、
前記逸脱量がゼロでないかつ連系点が前記制御点に最も近い再生可能エネルギー発電システムの前記逸脱量をゼロにすると共に、連系点が該再生可能エネルギー発電システムよりも前記制御点から離れている再生可能エネルギー発電システムが出力する無効電力をゼロにするように各再生可能エネルギー発電システムへ再分配した各無効電力指令値を算出する無効電力指令値再分配器と
を備えたことを特徴とする請求項2または3に記載の統合制御装置。
【請求項5】
前記複数の再生可能エネルギー発電システム全体に対する無効電力指令値と、前記系統電圧と、前記系統電流と、各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力と、前記制御点に最も近い連系点と前記制御点との間のインピーダンスと、各連系点間のインピーダンスとを入力するインターフェース
を備えたことを特徴とする請求項4に記載の統合制御装置。
【請求項6】
前記インターフェースによって入力された前記インピーダンスを記憶する記憶部
を備えたことを特徴とする請求項5に記載の統合制御装置。
【請求項7】
各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を保存する保存部
を備えたことを特徴とする請求項6に記載の統合制御装置。
【請求項8】
各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を表示する表示部
を備えたことを特徴とする請求項7に記載の統合制御装置。
【請求項9】
前記再生可能エネルギー発電システムは、風力発電システムである
ことを特徴とする請求項4に記載の統合制御装置。
【請求項10】
前記再生可能エネルギー発電システムは、太陽光発電システムである
ことを特徴とする請求項4に記載の統合制御装置。
【請求項11】
制御点を介して上位系統に接続されている同一のフィーダに各連系点を介して接続され、前記制御点を介して前記上位系統へ無効電力を供給する複数の再生可能エネルギー発電システムの統合制御装置が行う統合制御方法であって、
前記統合制御装置が、
前記制御点における系統電圧および系統電流と、各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力とに基づいて、各連系点における連系点電圧が所定範囲内となるように、各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出する
ことを特徴とする統合制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、再生可能エネルギー発電システムの統合制御装置および統合制御方法に関する。
続きを表示(約 6,100 文字)【背景技術】
【0002】
近年、電力固定金額買取制度の導入により、太陽光発電システムやウィンドファームのような再生可能エネルギー発電システム(以降、再生エネルギー電源)の導入が進んでいる。これら再生エネルギー電源は、電力系統への連系もしくは発電効率向上の観点からパワーコンディショナシステム(以降PCS)を備えるものが多い。PCSを備える再生エネルギー電源は、太陽光や風のエネルギーにより得られる有効電力のみならず、無効電力を出力することができる。そのため、再生エネルギー電源の多くは、システム全体としても電力系統へ無効電力を出力することが可能である。
【0003】
一方、再生エネルギー電源の導入加速に伴い、従来の火力発電機の採算性が悪化し、系統から解列するものが増えつつある。従来の発電機の解列により、電力系統への無効電力供給源が減ることから、系統安定化などを目的とし、再生エネルギー電源からの無効電力供給が期待される。
【0004】
複数の再生エネルギー電源による無効電力の供給方法として、ウィンドファーム内の風車間で無効電力のやり取りを回避することで効率的に電力系統へ無効電力を供給する手法が特許文献1に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特許第4719760号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
PCSを含む再生エネルギー電源は、半導体スイッチング素子を備えることから、系統電圧が定格電圧を大きく逸脱した場合はその運転を停止し、半導体スイッチング素子の過電圧故障を回避する保護機能を備える。例えば、系統電圧が定格の10%以上の状態が所定時間以上経過した場合は運転を停止する、などの保護機能を備える。さらに、系統電圧を対象とした保護機能には、電圧上昇のみならず電圧低下に対しても保護機能が設けられることが一般的である。
【0007】
一方、再生エネルギー電源の導入加速により複数の再生エネルギー電源が同一フィーダに連系するケースが増えており、この形態で電力系統へ無効電力を供給すると、無効電力出力によるフィーダ内電圧増減が顕著に発生し、無効電力出力による再生エネルギー電源の想定外運転停止が発生するおそれがある。
【0008】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、複数の再生エネルギー電源が同一フィーダに連系する形態において、無効電力出力による再生エネルギー電源の想定外運転停止の発生を回避することを1つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
かかる課題を解決するため本発明においては、1つの目的を解決する一手段として、制御点を介して上位系統に接続されている同一のフィーダに各連系点を介して接続され、前記制御点を介して前記上位系統へ無効電力を供給する複数の再生可能エネルギー発電システムの統合制御装置であって、前記統合制御装置は、前記制御点における系統電圧および系統電流と、各再生可能エネルギー発電システムが出力する有効電力とに基づいて、各連系点における連系点電圧が所定範囲内となるように、各再生可能エネルギー発電システムへ分配する各無効電力指令値を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、例えば、無効電力出力による想定外の再生エネルギー電源停止を回避しつつ、再生エネルギー電源の供給できる範囲で無効電力を系統に出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
実施形態1の再生エネルギー統合制御装置を含む発電全体システムの構成の一例を示すブロック図である。
実施形態1のウィンドファームのPQマップの一例を示す図である。
実施形態1の再生エネルギー統合制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
実施形態1の再生エネルギー統合制御装置が備える無効電力指令値算出器の構成の一例を示すブロック図である。
実施形態1の再生エネルギー統合制御装置が備える無効電力指令値分配器の構成の一例を示すブロック図である。
実施形態1の再生エネルギー統合制御装置が備える無効電力指令値再分配器の構成の一例を示すブロック図である。
系統電圧が1.04puで各ウィンドファームに過励磁の無効電力指令値を与えた場合(再分配機能無効)の解析結果を示す図である。
系統電圧が1.04puで各ウィンドファームに過励磁の無効電力指令値を与えた場合(再分配機能有効)の解析結果を示す図である。
実施形態2の再生エネルギー統合制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
実施形態2の再生エネルギー統合制御装置が備える無効電力指令値分配器の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を詳述する。実施形態の説明において、各図面の同一参照番号は、同一もしくは類似の構成または処理を示す。また、後出の実施形態の説明では既出の実施形態との差分のみを説明し、後出の実施形態の説明を省略する場合がある。また、各実施形態は、本発明の技術思想の範囲内かつ整合する範囲内で一部または全部を組合せることができる。
【0013】
[実施形態1]
(1−1)再生可能エネルギー発電システム1Sの構成
図1は、実施形態1の再生エネルギー統合制御装置1を含む発電全体システム1Sの構成の一例を示すブロック図である。発電全体システム1Sは、再生エネルギー統合制御装置1と、同一フィーダに接続されて樹状に連系する例えば3つの再生エネルギー電源であるウィンドファーム2_1,2_2,2_3とを備える。発電全体システム1Sは、無効電力制御点Pctrlを含む母線を介して図示しない上位系統と連系する。
【0014】
再生エネルギー統合制御装置1は、無効電力を系統へ供給する無効電力制御点Pctrlの近傍に備えられた電圧センサ10および電流センサ11で検出された電圧および電流の検出値が入力される。また、再生エネルギー統合制御装置1は、図示しない上位系統制御装置CNTより、同一フィーダに接続されている全ての再生エネルギー電源から無効電力制御点Pctrlへ供給する無効電力の指令値(無効電力指令値COM)が入力される。
【0015】
再生エネルギー統合制御装置1とウィンドファーム2_1,2_2,2_3との間には、通信線5が備えられる。ウィンドファーム2_iは、再生エネルギー統合制御装置1へ、発電電力P[i](検出値)を送信する。再生エネルギー統合制御装置1は、各ウィンドファーム2_iへ、無効電力指令値Qref_new[i]を出力する。無効電力指令値Qref_new[i]は、各連系点P
PCC
1,P
PCC
2,P
PCC
3における連系点電圧が所定範囲内となるように算出され、各ウィンドファーム2_1,2_2,2_3へ分配される各無効電力指令値である。“i”はウィンドファームを識別するための識別番号であり、本実施形態ではi=1,2,3とする。
【0016】
無効電力制御点Pctrlからウィンドファーム2_1の連系点P
PCC
1までの送電線9_1のインピーダンスはZ10[Ω]、連系点P
PCC
1からウィンドファーム2_2の連系点P
PCC
2までの間の送電線9_2のインピーダンスはZ21[Ω]、連系点P
PCC
2からウィンドファーム2_3の連系点P
PCC
3までの送電線9_3のインピーダンスはZ32[Ω]である。インピーダンスZ10,Z21,Z32の情報は、後述する再生エネルギー統合制御装置1のメモリ内に保存される。
【0017】
本実施形態のウィンドファーム2_iは、各連系点P
PCC
iにおける電圧が例えば0.9〜1.1puの間で運転継続するものである。
【0018】
また、ウィンドファーム2_iは、出力する有効電力に応じて、系統に供給可能な無効電力が変わる。図2は、実施形態1のウィンドファームのPQマップの一例を示す図である。PQマップは、有効電力と供給可能な無効電力との関係を示し、発電電力(有効電力)[MW]を縦軸に、連系点P
PCC
iへ供給可能な無効電力[MVar]を横軸に、ウィンドファーム2_iの運転可能領域をハッチングで示す。図2に例示するように、例えば発電電力P[i][MW]のとき、連系点P
PCC
iへ供給可能な無効電力はQ[i](Qmin[i]≦Q[i]≦Qmax[i])[MVar]である。すなわち、系統へ出力する発電電力に応じて系統へ供給可能な無効電力が変化する。図2に示す特性はウィンドファームの出力特性の一例として示したものであり、図2と異なるPQマップでも同様の効果を得ることができる。
【0019】
なお、本実施形態では、従来発電機の過励磁に相当する、系統電圧を上昇させる方向の無効電力供給を正とする。
【0020】
(1−2)再生エネルギー統合制御装置1の構成
図3は、実施形態1の再生エネルギー統合制御装置1の構成の一例を示すブロック図である。再生エネルギー統合制御装置1は、電圧センサ10および電流センサ11による電圧および電流検出値がインターフェース150を介して入力される。また、再生エネルギー統合制御装置1は、不図示の上位制御装置(CNT)から出力された無効電力指令値COMがインターフェース151を介して入力される。また、再生エネルギー統合制御装置1は、各ウィンドファーム2_iから送信された発電電力P[i](検出値)を、通信線5およびインターフェース152を介して受信する。ここで、図3中の記号Nは、再生エネルギー統合制御装置1により制御される再生エネルギー電源の総数であり、本実施形態ではN=3である。
【0021】
これに加え、再生エネルギー統合制御装置1は、インピーダンスZ10,Z21,Z32を入力するためのインターフェース153を備え、外部から入力されたこれらのインピーダンス値を記憶するインピーダンス記憶部102を備える。
【0022】
以下、ウィンドファーム2_iの過電圧停止を回避する制御ロジックを説明する。再生エネルギー統合制御装置1へ入力された、無効電力制御点Pctrl近傍の系統電圧検出値Vcnt、系統電流検出値Icnt、および上位制御装置(CNT)から送信された無効電力指令値COMは、無効電力指令値算出器100へ出力される。
【0023】
図4は、実施形態1の再生エネルギー統合制御装置1が備える無効電力指令値算出器100の構成の一例を示すブロック図である。無効電力指令値算出器100は、系統電圧検出値Vcntと系統電流検出値Icntを用いて、無効電力制御点Pctrlよりも上位系統へ出力する無効電力を無効電力算出演算器100_1で算出し、その出力を減算器100_2へ出力する。
【0024】
減算器100_2は、無効電力指令値COMと無効電力算出演算器100_1の出力値の差分を算出し、無効電力補償演算器100_3へ出力する。無効電力補償演算器100_3は、PI制御器で構成され、減算器100_2により算出された差をゼロにするよう修正した無効電力指令値Qref_allを算出する。
【0025】
無効電力指令値算出器100は、本構成を備えることにより、送電線へ流れる電流によって消費される無効電力を補償しつつ所望の無効電力を無効電力制御点Pctrlから上位系統へ出力することが可能となる。
【0026】
図3へ説明を戻す。無効電力指令値算出器100が出力する無効電力指令値Qref_allは、無効電力指令値分配器101へ入力される。無効電力指令値分配器101は、各ウィンドファーム2_iの発電電力P[i](検出値)も入力され、それらの入力を元に各ウィンドファーム2_iの無効電力指令値Qref[i]と、各ウィンドファーム2_iが系統に出力可能な最大無効電力Qmax[i]および最小無効電力Qmin[i]を算出する。
【0027】
図5は、実施形態1の再生エネルギー統合制御装置1が備える無効電力指令値分配器101の構成の一例を示すブロック図である。ここで、本実施形態のウィンドファーム2_1,2_2,2_3は、同一定格電力のウィンドファームとする。
【0028】
ウィンドファーム2_1,2_2,2_3の各発電電力P[1]〜P[3]は、PQマップ101_1,101_2,101_3へそれぞれ入力される。PQマップ101_1,101_2,101_3は、図2に示されるPQマップに相当し、現在の発電電力P[i]で系統に出力可能な最大無効電力Qmax[i]および最小無効電力Qmin[i]を算出する。
【0029】
最大無効電力Qmax[i]および最小無効電力Qmin[i]は、加算器101_4,101_5へ出力され、それらの和で各Qmax[i],Qmin[i]を除算器101_6〜101_11にて除算し、無効電力指令値Qref_allの各分配係数を算出する。各分配係数は、乗算器101_12〜101_17で無効電力指令値Qref_allと乗算され、それらの積がリミッタ101_18〜101_23および加算器101_24〜101_26で合成される。リミッタ101_18,101_20,101_22は、入力値を0以上の有限値に制限し、リミッタ101_19,101_21,101_23は、入力値を0以下の有限値に制限する。無効電力指令値分配器101は、本構成を備えることにより、出力可能な無効電力に比例した無効電力指令値Qref[i]を算出できる。
【0030】
無効電力指令値Qref[i]は、ウィンドファーム2_iの電圧異常による想定外停止の回避を実現する、ウィンドファーム連系点電圧算出器103へ出力される。ウィンドファーム連系点電圧算出器103には、無効電力指令値Qref[i]に加え、系統電圧検出値Vcntおよびインピーダンス情報(インピーダンスZ10,Z21,Z32)が入力される。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

株式会社日立製作所
飛翔体
株式会社日立製作所
移動体
株式会社日立製作所
除塵機
株式会社日立製作所
電源装置
株式会社日立製作所
制御装置
株式会社日立製作所
制御装置
株式会社日立製作所
開閉装置
株式会社日立製作所
制御装置
株式会社日立製作所
永久磁石
株式会社日立製作所
演算装置
株式会社日立製作所
制御装置
株式会社日立製作所
鉄道車両
株式会社日立製作所
保安装置
株式会社日立製作所
回転電機
株式会社日立製作所
増幅回路
株式会社日立製作所
二次電池
株式会社日立製作所
鉄道車両
株式会社日立製作所
電気機器
株式会社日立製作所
検査装置
株式会社日立製作所
診断装置
株式会社日立製作所
撮像装置
株式会社日立製作所
ガス遮断器
株式会社日立製作所
ガス遮断器
株式会社日立製作所
ガス遮断器
株式会社日立製作所
ガス遮断器
株式会社日立製作所
光計測装置
株式会社日立製作所
汚泥掻寄機
株式会社日立製作所
半導体装置
株式会社日立製作所
ガス遮断器
株式会社日立製作所
位相調整器
株式会社日立製作所
電池パック
株式会社日立製作所
半導体装置
株式会社日立製作所
直動電動機
株式会社日立製作所
汚泥掻寄機
株式会社日立製作所
X線CT装置
株式会社日立製作所
風力発電装置
続きを見る