(57)【要約】【課題】非同期連系システムにより自然エネルギー発電装置と連系される複数の電力系統に対して、各電力系統の周波数変動を抑制する発電電力の分担が可能な発電電力分担装置を提供するものである。【解決手段】実施形態の発電電力分担装置は、非同期連系システムを介して複数の電力系統と連系される自然エネルギー発電装置が発電する発電電力を取得し、発電電力を長周期成分と短周期成分に分離する成分分離部と、長周期成分分担比を算出する長周期成分分担比算出部と、各電力系統に送られる有効電力および各電力系統の周波数を取得し、短周期成分分担比を算出する短周期成分分担比算出部と、発電電力の長周期成分と長周期成分分担比とを掛け合わせた長周期成分分担値と、発電電力の短周期成分と短周期成分分担比とを掛け合わせた短周期成分分担値とを足し合わせた制御電力値を算出し、制御電力値を非同期連系システムに出力する演算部とを有する。【選択図】図１
2014192967.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非同期連系システムを介して複数の電力系統と連系される自然エネルギー発電装置が発電する発電電力を取得し、発電電力を長周期成分と短周期成分に分離する成分分離部と、
前記発電電力の長周期成分の前記各電力系統への分担比である長周期成分分担比を算出する長周期成分分担比算出部と、
前記複数の電力系統に送られる有効電力および前記各電力系統の周波数を取得し、前記有効電力および前記周波数に基づき、前記発電電力の短周期成分の前記各電力系統への分担比である短周期成分分担比を算出する短周期成分分担比算出部と、
前記発電電力の長周期成分と前記長周期成分分担比とに基づいて算出された長周期成分分担値と、前記発電電力の短周期成分と前記短周期成分分担比とに基づいて算出された短周期成分分担値とを足し合わせた制御電力値を算出する演算部と
を有する発電電力分担装置。
【請求項２】
前記短周期成分分担比算出部は、
前記各電力系統に送られる有効電力を取得し、前記有効電力の短周期成分を算出する短周期成分分離部と、
前記各電力系統の周波数を取得し、前記周波数の微分値を算出するフィルタと、
前記有効電力の短周期成分と前記周波数の前記微分値との相互相間を算出し、前記相互相間に基づき、前記短周期成分分担比を算出する相互相間算出部と
を有する請求項１に記載の発電電力分担装置。
【請求項３】
前記短周期成分分担比算出部は、
前記各電力系統に送られる有効電力Ｐｉを取得し、前記有効電力の短周期成分ΔＰｉを算出する短周期成分分離部と、
前記各電力系統の周波数Ｆｉを取得し、前記周波数の微分値ΔＦｉ’を算出するフィルタと、
前記有効電力の短周期成分ΔＰｉと前記周波数の前記微分値ΔＦｉ’との相互相間Ｂｉ’を下記数式（６）より算出し、前記相互相間に基づき、前記短周期成分分担比を算出する相互相間算出部と
を有する請求項１に記載の発電電力分担装置。
【数１】
2014192967.tif 000007
ただし、
ｉ＝１，２，・・・ｎ
ｎは、前記電力系統の数、
Ｔは、積分定数である。
【請求項４】
前記相互相間算出部は、
前記相互相間Ｂｉ’を算出し、下記数式（７）より前記短周期成分分担比Ｂｉを算出する請求項２または請求項３に記載の発電電力分担装置。
【数２】
2014192967.tif 000008
ただし、
ｉ＝１，２，・・・ｎ
ｎは、前記電力系統の数である。
【請求項５】
前記長周期成分分担比算出部は、
前記各電力系統で必要とされる電力に応じて前記長周期成分分担比を算出する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発電電力分担装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発電電力分担装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、多端子の非同期連系システムにより連系されている複数の電力系統は、それぞれ自系統内の有効電力を任意に調整可能な発電機を有しているため、自系統の発電量を制御した上で、多端子の非同期連系システムにより複数の電力系統間で電力の送受を行っている。
【０００３】
そのため、電力系統に周波数変動をもたらすような発電量の出力変動はなく、多端子の非同期連系システムにより送受される電力にも送受先の電力系統の周波数変動を生じさせるような変動成分は含まれていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−８２３６１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、天候によって発電量が変動する大規模風力発電などの自然エネルギー発電装置が多端子の非同期連系システムにより大量に電力系統と連系された場合、自然エネルギー発電装置の発電電力は制御することができない。そのため、自然エネルギー発電装置による発電電力の変動成分が、連系されている複数の電力系統に周波数変動を生じさせる可能性がある。
【０００６】
そこで、本発明の実施形態はこれらの課題を解決するために、非同期連系システムにより自然エネルギー発電装置と連系される複数の電力系統に対して、各電力系統の周波数変動を抑制する発電電力の分担が可能な発電電力分担装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、実施形態の発電電力分担装置は、非同期連系システムを介して複数の電力系統と連系される自然エネルギー発電装置が発電する発電電力を取得し、発電電力を長周期成分と短周期成分に分離する成分分離部と、前記発電電力の長周期成分の前記各電力系統への分担比である長周期成分分担比を算出する長周期成分分担比算出部と、前記複数の電力系統の各電力系統に送られる有効電力および前記各電力系統の周波数を取得し、前記有効電力および前記周波数に基づき、前記発電電力の短周期成分の前記各電力系統への分担比である短周期成分分担比を算出する短周期成分分担比算出部と、前記発電電力の長周期成分と前記長周期成分分担比とを掛け合わせた長周期成分分担値と、前記発電電力の短周期成分と前記短周期成分分担比とを掛け合わせた短周期成分分担値とを足し合わせた制御電力値を算出し、前記制御電力値を前記非同期連系システムに出力する演算部とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係る発電電力分担装置と周辺装置の構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態に係る発電電力分担装置の成分分離部の構成を示すブロック図。
【図３】本実施形態に係る発電電力分担装置の成分分離部により発電電力が長周期成分と短周期成分に分離された一例。
【図４】第１の実施形態に係る発電電力分担装置の動作を示すフローチャート
【図５】第１の実施形態に係る発電電力分担装置の短周期成分分担比算出部の動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。
【００１０】
（実施形態）
図１は本実施形態に係る発電電力分担装置と周辺装置の構成を示すブロック図、図２は本実施形態に係る発電電力分担装置の成分分離部の構成を示すブロック図である。
【００１１】
第１の電力系統１、第２の電力系統２および第３の電力系統３は、自然エネルギー発電装置４と多端子の非同期連系システム５を介して連系される。
【００１２】
本実施形態では、連系される電力系統が３つの場合を例にとるが、連系される電力系統の数は限定されるものではなく、任意の数を対象とすることができる。
【００１３】
自然エネルギー発電装置４は、太陽光や風力などの自然エネルギーを利用した発電装置である。
【００１４】
非同期連系システム５は、第１のＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）−ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）変換器５１、第２のＤＣ−ＡＣ変換器５２、第３のＤＣ−ＡＣ変換器５３、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）−ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）変換器５４を有する。
【００１５】
ＡＣ−ＤＣ変換器５４は、自然エネルギー発電装置４に接続され、自然エネルギー発電装置４により発電された交流電力を直流電力に変換する変換器である。
【００１６】
第１のＤＣ−ＡＣ変換器５１は、第１の電力系統１に接続され、ＡＣ−ＤＣ変換器５４により変換された直流電力を交流電力に変換し、第１の電力系統１に出力する変換器である。
【００１７】
第２のＤＣ−ＡＣ変換器５２は、第２の電力系統２に接続され、ＡＣ−ＤＣ変換器５４により変換された直流電力を交流電力に変換し、第２の電力系統２に出力する変換器である。
【００１８】
第３のＤＣ−ＡＣ変換器５３は、第３の電力系統３に接続され、ＡＣ−ＤＣ変換器５４により変換された直流電力を交流電力に変換し、第３の電力系統３に出力する変換器である。
【００１９】
第１の有効電力検出部６１は、第１の電力系統１と第１のＤＣ−ＡＣ変換器５１との間に設けられ、第１のＤＣ−ＡＣ変換器５１により出力され第１の電力系統１へ送られる有効電力を検出する検出部である。
【００２０】
第２の有効電力検出部６２は、第２の電力系統２と第２のＤＣ−ＡＣ変換器５２との間に設けられ、第２のＤＣ−ＡＣ変換器５２により出力され第２の電力系統２へ送られる有効電力を検出する検出部である。
【００２１】
第３の有効電力検出部６３は、第３の電力系統３と第３のＤＣ−ＡＣ変換器５３との間に設けられ、第３のＤＣ−ＡＣ変換器５３により出力され第３の電力系統３へ送られる有効電力を検出する検出部である。
【００２２】
第４の有効電力検出部６４は、自然エネルギー発電装置４とＡＣ−ＤＣ変換器５４との間に設けられ、自然エネルギー発電装置４の発電電力を検出する検出部である。
【００２３】
第１の周波数検出部７１は、第１の電力系統１と第１のＤＣ−ＡＣ変換器５１との間かつ第１の電力系統１近傍に設けられ、第１の電力系統１の周波数を検出する検出部である。
【００２４】
第２の周波数検出部７２は、第２の電力系統２と第２のＤＣ−ＡＣ変換器５２との間かつ第２の電力系統２近傍に設けられ、第２の電力系統２の周波数を検出する検出部である。
【００２５】
第３の周波数検出部７３は、第３の電力系統３と第３のＤＣ−ＡＣ変換器５３との間かつ第３の電力系統３近傍に設けられ、第３の電力系統３の周波数を検出する検出部である。
【００２６】
発電電力分担装置１００は、成分分離部１１０、長周期成分分担比算出部１２０、短周期成分分担比算出部１３０、演算部１４０を有する。
【００２７】
成分分離部１１０は、第４の有効電力検出部６４により検出された自然エネルギー発電装置４の発電電力Ｐｗを取得し、長周期成分Ｐ０と短周期成分ΔＰ０に分離する手段であり、長周期成分分離部１１１を有する。
【００２８】
具体的には図２に示すように長周期成分分離部１１１が、発電電力Ｐｗを取得し、数式（１）により長周期成分Ｐ０を分離する。そして数式（２）に示すように発電電力Ｐｗと長周期成分Ｐ０の差により短周期成分ΔＰ０が求められる。
【００２９】
Ｐ０＝Ｐｗ｛１／（１＋Ｔｓ）｝          （１）
ここで、Ｔｓは定数であり、Ｔｓにより長周期成分と短周期成分の切り分けを変更することができる。
【００３０】
ΔＰ０＝Ｐｗ−Ｐ０           （２）
成分分離部１１０により、発電電力Ｐｗが長周期成分Ｐ０と短周期成分ΔＰ０に分離された一例を図３に示す。
【００３１】
長周期成分分担比算出部１２０は、発電電力Ｐｗの長周期成分Ｐ０の各電力系統１，２，３への分担比である長周期成分分担比を算出する手段である。
【００３２】
短周期成分分担比算出部１３０は、発電電力Ｐｗの短周期成分ΔＰ０の各電力系統１，２，３への分担比である短周期成分分担比Ｂｉを算出する手段であり、短周期成分分離部１３１、フィルタ１３２、相互相間算出部１３３を有する。
【００３３】
短周期成分分離部１３１は、各電力系統１，２，３に送られる有効電力を有効電力検出部６１，６２，６３から取得し、各有効電力の短周期成分を算出する手段である。
【００３４】
フィルタ１３２は、周波数検出部７１，７２，７３から各電力系統１，２，３の周波数を取得し、各周波数の微分値を算出する手段である。
【００３５】
相互相間算出部１３３は、短周期成分分離部１３１により算出された有効電力の短周期成分と、フィルタ１３２により算出された周波数の微分値とからこれらの相互相間を算出し、相互相間に基づき短周期成分分担比を算出する手段である。
【００３６】
演算部１４０は、発電電力Ｐｗの長周期成分Ｐ０と長周期成分分担比算出部１２０により算出された長周期成分分担比とを掛け合わせた長周期成分分担値と、発電電力Ｐｗの短周期成分ΔＰ０と短周期成分分担比算出部１３０により算出された短周期成分分担比とを掛け合わせた短周期成分分担値とを足し合わせた制御電力値を算出し、制御電力値を非同期連系システム５に出力する手段である。
【００３７】
次に、発電電力分担装置１００の各構成要素の作用について図４を用いて説明する。
【００３８】
図４は第１の実施形態に係る発電電力分担装置の動作を示すフローチャートである。
【００３９】
成分分離部１１０は、第４の有効電力検出部６４により検出された自然エネルギー発電装置４の発電電力Ｐｗを取得し、長周期成分Ｐ０と短周期成分ΔＰ０に分離する（ステップＳ２０１）。
【００４０】
長周期成分分担比算出部１２０は、第１の電力系統１、第２の電力系統２、第３の電力系統３のそれぞれで必要とされる電力に応じて長周期成分分担比Ａｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）を算出する（ステップＳ２０２）。
【００４１】
ここで、ｎは非同期連系システム５を介して自然エネルギー発電装置４と連系される電力系統の数であり、以下同様とする。本実施形態の場合はｎ＝３である。
【００４２】
また、Ａ１＋Ａ２＋・・・＋Ａｎ＝１であり、必要とされる電力が大きい電力系統ほど長周期成分分担比は大きくなる。
【００４３】
短周期成分分担比算出部１３０は、発電電力Ｐｗの短周期成分ΔＰ０の各電力系統１，２，３への分担比である短周期成分分担比Ｂｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）を算出する（ステップＳ２０３）。
【００４４】
演算部１４０は、各電力系統１，２，３に対して長周期成分分担値と短周期成分分担値とを足し合わせた制御電力値を算出する（ステップＳ２０４）。
【００４５】
また演算部１４０は、算出した制御電力値を非同期連系システム５に出力する（ステップＳ２０５）。
【００４６】
ここで、長周期成分分担値とは、発電電力Ｐｗの長周期成分Ｐ０と長周期成分分担比Ａｉを掛け合わせた値であり、各電力系統１，２，３の長周期成分分担値をＣｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）とすると、下記の数式（３）により算出される。
【００４７】
Ｃｉ＝Ｐ０Ａｉ            （３）
短周期成分分担値とは、発電電力Ｐｗの短周期成分ΔＰ０と短周期成分分担比Ｂｉを掛け合わせた値であり、各電力系統１，２，３の短周期成分分担値をＤｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）とすると、下記の数式（４）により算出される。
【００４８】
Ｄｉ＝ΔＰ０Ｂｉ            （４）
各電力系統１，２，３の制御電力値Ｅｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）は、下記の数式（５）により算出される。
【００４９】
Ｅｉ＝Ｃｉ＋Ｄｉ            （５）
非同期連系システム５は、演算部１４０から制御電力値を取得し、それぞれ第１のＤＣ−ＡＣ変換器５１が第１の電力系統１に出力する電力を制御電力値Ｅ１に、第２のＤＣ−ＡＣ変換器５２が第２の電力系統２に出力する電力を制御電力値Ｅ２に、第２のＤＣ−ＡＣ変換器５２が第２の電力系統２に出力する電力を制御電力値Ｅ２に制御する。
【００５０】
次に、短周期成分分担比算出部１３０が短周期成分分担比Ｂｉを算出する動作について、図５を用いて詳しく説明する。
【００５１】
図５は第１の実施形態に係る発電電力分担装置の短周期成分分担比算出部の動作を示すフローチャートである。
【００５２】
短周期成分分離部１３１は、各電力系統１，２，３に送られる有効電力Ｐｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）を有効電力検出部６１，６２，６３から取得し、有効電力Ｐｉの短周期成分ΔＰｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）を算出する（ステップＳ３０１）。
【００５３】
短周期成分を算出する方法としては、例えば成分分離部１１０と同様である。
【００５４】
フィルタ１３２は、周波数検出部７１，７２，７３から各電力系統１，２，３の周波数Ｆｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）を取得し、周波数Ｆｉの微分値ΔＦｉ’を算出する（ステップＳ３０２）。
【００５５】
相互相間算出部１３３は、短周期成分分離部１３１により算出された有効電力Ｐｉの短周期成分ΔＰｉと、フィルタ１３２により算出された周波数Ｆｉの微分値ΔＦｉ’とからこれらの相互相間Ｂｉ’を算出する（ステップＳ３０３）。
【００５６】
具体的には下記の数式（６）により算出される。
【数１】
2014192967.tif 000003
【００５７】
ここで、ｉ＝１，２，・・・，ｎであり、Ｔは積分定数である。一例としてＴ＝Ｔｓが挙げられる。
【００５８】
相互相間算出部１３３は、算出した相互相間Ｂｉ’に基づき短周期成分分担比Ｂｉを算出する（ステップＳ３０４）。
【００５９】
具体的には下記の数式（７）により算出される。
【数２】
2014192967.tif 000004
【００６０】
ところで、一般に電力系統内における有効電力の総発電量と総負荷量の偏差（アンバランス）をΔＰ’とすると、偏差ΔＰ’と電力系統内の周波数Ｆとの間には数式（８）に示すような関係がある。
【数３】
2014192967.tif 000005
【００６１】
数式（８）を時間により微分すると下記の数式（９）が得られる。
【数４】
2014192967.tif 000006
【００６２】
数式（８）において、Ｆｃは一定値の定格周波数である。数式（８）、数式（９）において、Ｍは電力系統の規模（系統容量）の大きさによって決まる定数であり、大きな電力系統（系統容量が大きな電力系統）であるほどＭの値は大きくなり、小さな電力系統（系統容量が小さな電力系統）ほどＭの値は小さくなる。
【００６３】
すなわち、数式（９）より、大きな電力系統であるほど偏差ΔＰ’に対するΔＦ’の変動が小さくなり、系統の周波数Ｆの変動も小さくなる。一方、小さな電力系統であるほど偏差ΔＰ’に対するΔＦ’の変動が大きくなり、系統の周波数Ｆの変動も大きくなる。
【００６４】
数式（９）は、電力系統内における有効電力の総発電量と総負荷量の偏差ΔＰ’と定数（１／Ｍ）の積が系統内の周波数Ｆの微分値ΔＦ’に近似的に等しいことを示している。
【００６５】
すなわち、非同期連系システム５から各電力系統１，２，３に有効電力Ｐｉが出力されたことにより、各電力系統１，２，３での総発電量と総負荷量の偏差が生じた場合、その偏差は各電力系統１，２，３の周波数Ｆｉの微分値ΔＦｉ’に反映され、有効電力Ｐｉの短周期成分ΔＰｉが主要因となりΔＦｉ’が変動した場合、ΔＰｉとΔＦｉ’は同周期かつ同位相で変動することを意味する。
【００６６】
上述した数式（６）において、有効電力Ｐｉの短周期成分ΔＰｉと周波数Ｆｉの微分値ΔＦｉ’が同周期かつ同位相で変動する場合、相互相間Ｂｉ’は大きな値となる。一方、短周期成分ΔＰｉと周波数Ｆｉの微分値ΔＦｉ’が異なる周期かつ異なる位相で変動する場合、相互相間Ｂｉ’は小さな値となる。
【００６７】
このことにより、相互相間Ｂｉ’は短周期成分ΔＰｉに対するΔＦｉ’の感度を示し、電力系統の規模（系統容量）の大きさを示す指標となる。
【００６８】
具体的には、相互相間Ｂｉ’の値が大きいほど、有効電力Ｐｉの短周期成分ΔＰｉが要因となりΔＦｉ’が変動しやすい、すなわち有効電力Ｐｉの短周期成分ΔＰｉが要因となり周波数Ｆｉが変動しやすく、電力系統の規模（系統容量）は小さいことを意味する。
【００６９】
上述した数式（７）において、相互相間Ｂｉ’の逆数が用いられるため、相互相間Ｂｉ’の値が大きいほど短周期成分分担比Ｂｉは小さくなり、相互相間Ｂｉ’の値が小さいほど短周期成分分担比Ｂｉは大きくなる。
【００７０】
以上説明したように本実施形態に係る発電電力分担装置によれば、各電力系統１，２，３に対して、規模（系統容量）が小さく、有効電力Ｐｉの短周期成分ΔＰｉにより周波数Ｆｉが変動しやすい系統の短周期成分分担比Ｂｉを小さくし、規模（系統容量）が大きく、有効電力Ｐｉの短周期成分ΔＰｉにより周波数Ｆｉが変動しにくい系統の短周期成分分担比Ｂｉを大きくすることができる。
【００７１】
このように有効電力Ｐｉの短周期成分ΔＰｉを分担することにより、各電力系統１，２，３の周波数変動を抑制することができる。
【００７２】
本実施形態は、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。本実施形態は、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。本実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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。
【符号の説明】
【００７３】
１…第１の電力系統
２…第２の電力系統
３…第３の電力系統
４…自然エネルギー発電装置
５…非同期連系システム
５１…第１のＤＣ−ＡＣ変換器
５２…第２のＤＣ−ＡＣ変換器
５３…第３のＤＣ−ＡＣ変換器
５４…ＡＣ−ＤＣ変換器
６１…第１の有効電力検出部
６２…第２の有効電力検出部
６３…第３の有効電力検出部
６４…第４の有効電力検出部
７１…第１の周波数検出部
７２…第２の周波数検出部
７３…第３の周波数検出部
１００…発電電力分担装置
１１０…成分分離部
１１１…長周期成分分離部
１２０…長周期成分分担比算出部
１３０…短周期成分分担比算出部
１３１…短周期成分分離部
１３２…フィルタ
１３３…相互相間算出部
１４０…演算部
【図１】
2014192967.tif 000009
【図２】
2014192967.tif 000010
【図３】
2014192967.tif 000011
【図４】
2014192967.tif 000012
【図５】
2014192967.tif 000013