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公開番号2024118139
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-30
出願番号2023024401
出願日2023-02-20
発明の名称電力変換装置および電力制御装置
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類H02J 3/32 20060101AFI20240823BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】設備の出力および/または入力を系統の過渡的な周波数変動に応じて変化させ、系統の周波数変動を抑制することを可能にする。
【解決手段】ある実施形態の電力制御装置は、交流の電気回路に接続されるとともに蓄電手段に接続される電力変換器を制御する電力制御装置であって、前記蓄電手段の蓄電量を測定または計算する蓄電量取得手段と、前記電気回路の周波数を測定する周波数測定手段と、前記測定した周波数に応じて前記電力変換器の有効電力指令値を演算する有効電力指令手段と、少なくとも前記蓄電量に応じて、前記有効電力指令手段に記憶される複数の関数の切替えまたは前記関数の係数の変更を行う指令手段とを具備する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
交流の電気回路に接続されるとともに蓄電手段に接続される電力変換器を制御する電力制御装置であって、
前記蓄電手段の蓄電量を測定または計算する蓄電量取得手段と、
前記電気回路の周波数を測定する周波数測定手段と、
前記測定した周波数に応じて前記電力変換器の有効電力指令値を演算する有効電力指令手段と、
少なくとも前記蓄電量に応じて、前記有効電力指令手段に記憶される複数の関数の切替えまたは前記関数の係数の変更を行う指令手段と、
を具備する電力制御装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
交流の電気回路に接続されるとともに蓄電手段に接続される電力変換器を制御する電力制御装置であって、
前記蓄電手段の蓄電量を測定または計算する蓄電量取得手段と、
前記電気回路の電気的諸量の位相を演算する位相演算手段と、
前記測定した位相に応じて前記電力変換器の慣性模擬制御信号を生成する慣性模擬制御信号生成手段と、
少なくとも前記蓄電量に応じて、前記慣性模擬制御信号生成手段に記憶される複数の関数の切替えまたは前記関数の係数の変更を行う指令手段と、
を具備する電力制御装置。
【請求項３】
前記蓄電手段の満充電時の蓄電容量と前記蓄電量とを用いて、前記蓄電手段の充電に必要な所要充電電力および電力調整幅の少なくとも一つを演算する充電電力演算手段を更に具備し、
前記指令手段は、前記所要充電電力および前記電力調整幅の少なくとも一つに応じて、前記複数の関数の切替えまたは前記関数の係数の変更を行う、
請求項１または２に記載の電力制御装置。
【請求項４】
前記蓄電手段の蓄電量目標値を設定する蓄電目標値設定手段と、
前記蓄電量目標値と前記蓄電量と用いて、前記蓄電手段の所要充電電力および電力調整幅の少なくとも一つを演算する充電電力演算手段と
を更に具備し、
前記指令手段は、前記所要充電電力および前記電力調整幅の少なくとも一つに応じて、前記複数の関数の切替えまたは前記関数の係数の変更を行う、
請求項１または２に記載の電力制御装置。
【請求項５】
前記蓄電手段の充電終了時刻を設定する充電終了時刻設定手段と、
前記充電終了時刻と前記蓄電量と用いて、前記蓄電手段の所要充電電力および電力調整幅の少なくとも一つを演算する充電電力演算手段と
を更に具備し、
前記指令手段は、前記所要充電電力および前記電力調整幅の少なくとも一つに応じて、前記複数の関数の切替えまたは前記関数の係数の変更を行う、
請求項１または２に記載の電力制御装置。
【請求項６】
前記蓄電手段の充電時間を設定する充電時間設定手段と、
前記充電時間と前記蓄電量と用いて、前記蓄電手段の所要充電電力および電力調整幅の少なくとも一つを演算する充電電力演算手段と
を更に具備し、
前記指令手段は、前記所要充電電力および前記電力調整幅の少なくとも一つに応じて、前記複数の関数の切替えまたは前記関数の係数の変更を行う、
請求項１または２に記載の電力制御装置。
【請求項７】
前記蓄電手段の充電終了時刻を設定する充電終了時刻設定手段と、
前記蓄電手段の蓄電量目標値を設定する蓄電目標値設定手段と、
前記充電終了時刻と前記蓄電量目標値と前記蓄電量と用いて、前記蓄電手段の所要充電電力および電力調整幅の少なくとも一つを演算する充電電力演算手段と
を更に具備し、
前記指令手段は、前記所要充電電力および前記電力調整幅の少なくとも一つに応じて、前記複数の関数の切替えまたは前記関数の係数の変更を行う、
請求項１または２に記載の電力制御装置。
【請求項８】
前記蓄電手段の充電時間を設定する充電時間設定手段と、
前記蓄電手段の蓄電量目標値を設定する蓄電目標値設定手段と、
前記充電時間と前記蓄電量目標値と前記蓄電量と用いて、前記蓄電手段の所要充電電力および電力調整幅の少なくとも一つを演算する充電電力演算手段と
を更に具備し、
前記指令手段は、前記所要充電電力および前記電力調整幅の少なくとも一つに応じて、前記複数の関数の切替えまたは前記関数の係数の変更を行う、
請求項１または２に記載の電力制御装置。
【請求項９】
前記蓄電手段を備える移動手段の走行予定距離を設定する走行予定距離設定手段を更に具備し、
前記蓄電目標値設定手段は、前記走行予定距離から前記蓄電量目標値を計算する、
請求項４に記載の電力制御装置。
【請求項１０】
前記複数の関数の各々は、前記電気回路の周波数調整および慣性応答模擬の少なくとも一つの効果が異なる、
請求項１または２に記載の電力制御装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置および電力制御装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
現在、電力系統の周波数調整は、主に火力発電所や水力発電所の出力制御により行われている。
【０００３】
火力発電所や水力発電所の出力制御が働く前の過渡的な周波数変動は、同期発電機などの回転機の慣性応答により抑制されている。太陽光発電、風力発電などの再生可能エネルギーを利用した設備は、自然環境の変化に伴い出力が変動する。周波数変動を抑制するため、蓄電池システムの充放電制御による周波数調整が実用化されつつある。
【０００４】
周波数調整用の蓄電池システムに適用される電力変換装置（制御装置を含む）は、電気回路の周波数を測定し、周波数に応じて入出力の指令値を求め、指令値に従って電力変換装置の入出力を制御する。また、電力変換装置は、電気回路の電圧位相を測定し、制御用位相を求め、入出力を指令値どおりに制御する。電気回路の周波数変化等に伴い電圧位相が変化した場合、制御用の基準位相が電気回路の電圧位相に追従し、制御装置は、この追従した制御用位相に従って入出力を制御する。そのため、電力変換装置は、電気回路の周波数や電圧位相が変化しても入出力を指令値どおりに安定に制御することができる。
【０００５】
電気自動車用の充電装置（電気自動車充電装置）などに適用される電力変換装置（制御装置を含む）は、蓄電量などに応じて電力変換装置の入出力を制御する。電気回路の周波数に応じて、電力変換装置の入出力を制御しない。また、電力変換装置は、電気回路の電圧位相を測定し、制御用位相を求め、入出力を指令値どおりに制御する。電気回路の周波数変化等に伴い電圧位相が変化した場合、制御用の基準位相が電気回路の電圧位相に追従して出力を制御する。そのため、電力変換装置は、電気回路の周波数や電圧位相が変化しても入出力を指令値どおりに安定に制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６４２２６８２号公報
特許第６４４０９７４号公報
特許第４６８０１０２号公報
特許第６８３１５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
火力発電や水力発電などの同期発電機を用いた発電設備や蓄電池などの充放電設備は、電力系統の周波数が変化した場合、ガバナフリー機能により原動機の出力を制御し、周波数変動を抑制する。原動機出力が変化する前の過渡的な周波数変動や電圧位相変動に対しては、同期発電機が持つ慣性により同期発電機の出力が変化し、過渡的な周波数変動を抑制する。すなわち、同期発電機を用いた発電設備や蓄電池などの充放電設備には、慣性応答により周波数変動を抑制する機能がある。
【０００８】
一方、風力発電、太陽光発電は、風速、日射量の変動に伴い、出力指令値が変動し、出力が変動するため、電力系統の周波数変動の原因になる。また、風力発電、太陽光発電、燃料電池システム、蓄電池システムなどに適用される電力変換装置は、静止型機器であり、同期発電機が持つような慣性を有していない。また、これらの電力変換装置は、出力および／または入力を指令値どおりに制御するため、過渡的な周波数変動を抑制することはできない。
【０００９】
風力発電、太陽光発電などの電力変換装置経由で電力系統に接続される充放電設備が増加し、火力発電や水力発電などの同期発電機を用いた発電設備や蓄電池などの充放電設備（慣性を有する充放電設備）の割合が減少すると、電力系統全体の慣性が減少し、電力系統の周波数変動が大きくなることが懸念される。そのため、同期発電機を用いた発電設備や蓄電池などの充放電設備と同等の過渡的な周波数変動を抑制する効果を奏する電力変換装置が求められている。
【００１０】
このような電力変換装置を実現する方法として、仮想同期発電機制御が提案されている。この制御は、電力変換装置の制御装置に同期発電機の特性を模擬する演算部を備え、演算結果に基づいて電力変換装置の出力を制御し、同期発電機の出力を模擬するものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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