(57)【要約】【課題】契約電力を超えないようにするとともに、バンクが過負荷にならないようにしながら構内系統の負荷を平準化する負荷平準化装置を提供する。【解決手段】負荷平準化装置は、受電点において商用系統に連系し、複数のバンクを有する構内系統の負荷を平準化し、バンク毎に複数の分散型電源装置を具備する負荷平準化装置において、分散型電源装置に充電するとき、受電点におけるデマンド時限毎の受電点電力量が契約電力以下になるように分散型電源装置の充電電力の上限値を求める受電点電力制御装置と、バンクにおいて通過電力が通過容量以下になるように分散型電源装置の充電電力の補正値を求めるバンク通過電力制御装置と、予め決められている受電計画値を上限値以下になるように修正し、さらに補正値により補正することにより求められる有効電力基準に基づき分散型電源装置を制御するＰＣＳ制御装置と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受電点において商用系統に連系するとともに複数のバンクを有する構内系統の負荷を平準化し、上記バンク毎に複数の分散型電源装置を具備する負荷平準化装置において、
上記分散型電源装置に充電するとき、上記受電点におけるデマンド時限毎の受電点電力量が契約電力以下になるように上記分散型電源装置の充電電力の上限値を求める受電点電力制御装置と、
上記バンクにおいて通過電力が通過容量以下になるように上記分散型電源装置の充電電力の補正値を求めるバンク通過電力制御装置と、
予め決められている電力計画値を上記上限値以下になるように修正された値を上記補正値により補正することにより求められる有効電力基準に基づき上記分散型電源装置を制御するＰＣＳ制御装置と、
を具備することを特徴とする負荷平準化装置。
【請求項２】
上記バンク通過電力制御装置は、制御対象の上記バンクを通過する通過電力から該バンクの通過容量を減算して該バンクのバンク用補正値を求め、該バンク用補正値が該バンクに接続されているすべての上記分散型電源装置の設備容量の総和以下のとき該バンク用補正値を該バンクに接続されているすべての上記分散型電源装置の充電電力の補正値の総和とし、該バンク用補正値が該バンクに接続されているすべての上記分散型電源装置の設備容量の総和を超えているとき該バンクに接続されているすべての上記分散型電源装置の設備容量の総和を該バンクに接続されているすべての上記分散型電源装置の充電電力の補正値の総和とし、該バンクに接続されているすべての上記分散型電源装置の充電電力の上限値の総和を該バンクに接続されているそれぞれの分散型電源装置の充電電力の上記補正値に比例配分することを特徴とする請求項１に記載する負荷平準化装置。
【請求項３】
上記受電点電力制御装置は、すべての上記分散型電源装置の充電電力の総和から受電点電力を減算して負荷電力を求め、該負荷電力から上記契約電力を減算して充電電力枠を求め、該充電電力枠がすべての上記分散型電源装置の設備容量の総和以下のとき該充電電力枠をすべての上記分散型電源装置の充電電力の上限値の総和とし、該充電電力枠がすべての上記分散型電源装置の設備容量の総和を超えているときすべての上記分散型電源装置の設備容量の総和をすべての上記分散型電源装置の充電電力の上限値の総和とし、該すべての上記分散型電源装置の充電電力の上限値の総和をそれぞれの分散型電源装置の充電電力の上記上限値に比例配分することを特徴とする請求項１または２に記載する負荷平準化装置。
【請求項４】
上記分散型電源は、ナトリウム−硫黄電池、レドックスフロー電池、超電導コイル電力貯蔵装置またはフライホイール電力貯蔵装置のいずれか１つからなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載する負荷平準化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、負荷を平準化して契約電力を小さくすることにより電気料金の低減を行うための負荷平準化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の負荷平準化装置は、電力系統と電力負荷設備と高温二次電池及び交直変換装置とからなる電力貯蔵システムとが電気的に接続され、通常時は電力系統から電力負荷設備に電力を供給すると共に、ピークカット及び負荷平準化運転を電力貯蔵システムが行っている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２７０８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、夜間に複数の分散型電源を予め設定されたパターンに基づいて充電しているときに、負荷が変動して商用系統からの受電点における受電電力が増加する方向に変化すると、その受電電力が契約電力を超えるデマンド時限が記録され、違約金を支払うことになる。そこで、契約電力を超過するような場合、その受電点電力に応じて予め設定された電力パターンに優先して、受電点電力制御から得られる電力値を指令値として充電するようにしている。
しかし、複数のバンクに連なった複数の分散型電源装置に受電点電力制御から得られる電力値で充電すると、設備容量の小さなバンクが過負荷になることが起こるという問題がある。
【０００５】
この発明の目的は、契約電力を超えないようにするとともに、バンクが過負荷にならないようにしながら構内系統の負荷を平準化する負荷平準化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる負荷平準化装置は、受電点において商用系統に連系するとともに複数のバンクを有する構内系統の負荷を平準化し、上記バンク毎に複数の分散型電源装置を具備する負荷平準化装置において、上記分散型電源装置に充電するとき、上記受電点におけるデマンド時限毎の受電点電力量が契約電力以下になるように上記分散型電源装置の充電電力の上限値を求める受電点電力制御装置と、上記バンクにおいて通過電力が通過容量以下になるように上記分散型電源装置の充電電力の補正値を求めるバンク通過電力制御装置と、予め決められている電力計画値を上記上限値以下になるように修正された値を上記補正値により補正することにより求められる有効電力基準に基づき上記分散型電源装置を制御するＰＣＳ制御装置と、を具備する。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係わる負荷平準化装置の効果は、バンクの通過電力が通過容量を超えないように当該バンクに接続されている分散型電源装置の充電電力が減少されるので、バンクが過負荷になることが防げる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、この発明の実施の形態に係わる負荷平準化装置が配備されている構内系統のブロック図である。図２は、実施の形態に係わる受電点電力制御装置の機能ブロック図である。図３は、実施の形態に係わるバンク通過電力制御装置の機能ブロック図である。図４は、実施の形態に係わるＰＣＳ制御装置の機能ブロック図である。
この構内系統１には、図１に示すように、２つのバンク２、３があり、それぞれのバンク２、３に分散型電源装置４ａ〜４ｄが２台ずつ接続されている。また、それぞれのバンク２、３は、変圧器５により所望の電圧に変換されている。また、それぞれのバンク２、３には、負荷６が接続されている。そして、各バンク２、３の通過容量は変圧器５の設備容量により決められる。
なお、この実施の形態の説明において、構内系統１のバンク２、３を２系統、各バンク２、３に接続されている分散型電源装置４を２台として説明するが、この系統の数や台数はこれに限るものではないことは言うまでもない。
【０００９】
そして、構内系統１が商用系統７と連系される受電点８における受電点電力に基づく契約電力が需要家と電力会社との間で決められている。この契約電力は、通常３０分からなるデマンド時限の間の受電点電力量の平均値に対して決められており、この受電点電力量の平均値が契約電力を超えたとき違約金を支払うことを前提とした価格が設定されている。そこで、需要家は、構内系統１に接続されている負荷６の負荷電力が少ない夜間に分散型電源装置４に貯え、負荷６の負荷電力が増える昼間に分散型電源装置４から放電することにより、一日に亘る受電点電力を平準化するために分散型電源装置４を設置している。
【００１０】
分散型電源装置４ａ〜４ｄは、直流電力が充放電される分散型電源としてのナトリウム−硫黄電池９、直流電力と交流電力とを双方向に変換する交直変換装置１０を具備している。
なお、分散型電源は、ナトリウム−硫黄電池９以外にもレドックスフロー電池、超電導コイル電力貯蔵装置、フライホイール電力貯蔵装置、電気二重層コンデンサ、リチウムイオン二次電池など商用系統７から電力を受電して貯蔵し、逆に電力を放電して負荷６に供給できるものであれば、この発明をナトリウム−硫黄電池９と同様に適用することができる。
【００１１】
この実施の形態に係わる負荷平準化装置１１は、各バンク２、３に接続されている第１号から第４号の分散型電源装置４ａ〜４ｄ、各分散型電源装置４ａ〜４ｄの交直変換装置１０を制御するＰＣＳ制御装置１２ａ〜１２ｄ、デマンド時限の受電点電力量が契約電力を超えないように制御する受電点電力制御装置１３、各バンク２、３の通過電力が通過容量を超えないように制御するバンク通過電力制御装置１４ａ、１４ｂを具備している。
【００１２】
また、受電点８に受電点電力を計測するための受電点電力計１５、各バンク２、３に通過電力を計測するためのバンク通過電力計１６ａ、１６ｂ、分散型電源装置４ａ〜４ｄの入出力端に充放電時のＮＡＳ電力を計測するためのＮＡＳ電力計１７ａ〜１７ｄが備えられている。
バンク通過電力計１６ａ、１６ｂからは、各バンク２、３を通過する皮相電力が通過電力として出力される。
ＮＡＳ電力計１７ａ〜１７ｄからは、ＮＡＳ電力検出値、ＰＣＳ電流検出値、電源側電圧検出値が出力されている。ＮＡＳ電力検出値は、ＮＡＳ有効電力検出値とＮＡＳ無効電力検出値からなる。また、ＰＣＳ電流検出値は、３相のＲ相、Ｓ相、Ｔ相ＰＣＳ電流検出値からなる。また、電源側電圧検出値は、３相のＲ相、Ｓ相、Ｔ相電源側電圧検出値からなる。
そして、受電点電力は、商用系統７から構内系統１に流れる方向をプラスとし、通過電力は、バンク２、３を商用系統７から流れる方向をプラスとし、ＮＡＳ電力検出値は、放電時に流れる方向をプラスとする。
【００１３】
受電点電力制御装置１３は、図２に示すように、すべてのＮＡＳ有効電力検出値ＰＮＡＳ１〜ＰＮＡＳ４を加算して全ＮＡＳ電力を求めるＮＡＳ電力加算器２１、全ＮＡＳ電力と受電点電力Ｐｉｎを加算して負荷電力ＰＬＯＲＤを求める負荷電力演算部２２、負荷電力ＰＬＯＲＤに予め決められているマージン電力ＰＭＡＲＧＩＮを加算し、契約電力を減算することにより充電電力枠を求める充電電力枠演算部２３、充電電力枠を全ＮＡＳ設備容量以内に入るように調整してすべての分散型電源装置４ａ〜４ｄの充電電力の上限値の総和を求める上限値調整器２４、充電電力の上限値の総和を各分散型電源装置４ａ〜４ｄのＮＡＳ用上限値に比例配分する上限値配分器２５から構成されている。全ＮＡＳ設備容量は、すべての分散型電源装置４ａ〜４ｄの設備容量の総和である。
上限値配分器２５においてＮＡＳ用上限値を比例配分するときの比例定数として、全ＮＡＳ設備容量に対する各分散型電源装置４ａ〜４ｄの設備容量の比率を用いている。なお、比例定数を求めるとき、稼動期間の長短を配慮して可変してもよい。
【００１４】
バンク通過電力制御装置１４ａは、図３に示すように、バンク２の通過電力ＶＡＢＡＮＫ１からバンク２の通過容量を減算してバンク２のバンク用補正値を求める補正値演算部２６、バンク２のバンク用補正値をバンク２のバンクＮＡＳ設備容量以内に入るように調整してバンク２のすべての分散型電源装置４ａ、４ｂの充電電力の補正値の総和を求める補正値調整器２７、バンク２のすべての分散型電源装置４ａ、４ｂの充電電力の補正値の総和を各分散型電源装置４ａ、４ｂのＮＡＳ用補正値ΔＰ１、ΔＰ２に比例配分する補正値配分器２８から構成されている。
なお、バンク２のバンクＮＡＳ設備容量は、バンク２に接続されている分散型電源装置４ａ、４ｂの設備容量の総和である。また、補正値配分器２８で行う比例配分では、比例定数として０．５を用いている。この値は、各分散型電源装置４ａ、４ｂの設備容量が等しいときの、バンクＮＡＳ設備容量に対する各分散型電源装置４ａ、４ｂの設備容量の比を用いている。
【００１５】
バンク通過電力制御装置１４ｂは、バンク通過電力制御装置１４ａのバンク２の替わりとしてバンク３に係わる処理が行われることが異なっており、処理は同様であるので、説明は省略する。
【００１６】
ＰＣＳ制御装置１２ａ〜１２ｄは、同様であるのでＰＣＳ制御装置１２ａについて説明する。ＰＣＳ制御装置１２ａは、分散型電源装置４ａを制御する。
ＰＣＳ制御装置１２ａは、予め決められている電力計画値ＰＲＥＦ１がＮＡＳ用上限値ＰＵＰＬ１を超えているときＮＡＳ用上限値ＰＵＰＬ１を有効電力基準とし、電力計画値ＰＲＥＦ１がＮＡＳ用上限値ＰＵＰＬ１以下のときその電力計画値ＰＲＥＦ１をそのまま有効電力基準として選択する最大値選択部３０、有効電力基準にＮＡＳ用補正値ΔＰ１を加算し、ＮＡＳ有効電力検出値ＰＮＡＳ１を減算して有効電力指令値を求める有効電力指令値演算部３１、有効電力指令値を比例積分制御して有効電流基準を求める有効電力調整器３２、有効電流基準に分散型電源装置４ａのｄ軸電流検出値Ｉｄを減算して有効電流指令値を求める有効電流指令値演算部３３、有効電流指令値を比例積分演算制御して有効電圧基準を求める有効電流調整器３４、有効電圧基準に分散型電源装置４のｄ軸電圧検出値Ｖｄを加算して有効電圧指令値Ｖ（ハット）ｄを求める有効電圧指令値演算部３５を有している。
【００１７】
さらに、ＰＣＳ制御装置１２ａは、予め設定されている無効電力基準ＱＲＥＦ１にＮＡＳ無効電力検出値ＱＮＡＳ１を減算して無効電力指令値を求める無効電力指令値演算部３６、無効電力指令値を比例積分制御して無効電流基準を求める無効電力調整器３７、無効電流基準に分散型電源装置４のｑ軸電流検出値Ｉｑを減算して無効電流指令値を求める無効電流指令値演算部３８、無効電流指令値を比例積分演算制御して無効電圧基準を求める無効電流調整器３９、無効電圧基準に分散型電源装置４のｑ軸電圧検出値Ｖｑを加算して無効電圧指令値Ｖ（ハット）ｑを求める無効電圧指令値演算部４０を有している。
【００１８】
さらに、ＰＣＳ制御装置１２ａは、有効電圧指令値Ｖ（ハット）ｄと無効電圧指令値Ｖ（ハット）ｑとを３相の電圧指令値Ｖ（ハット）Ｒ、Ｖ（ハット）Ｓ、Ｖ（ハット）Ｔに変換するｄｑ／３相変換部４１、３相の電圧指令値Ｖ（ハット）Ｒ、Ｖ（ハット）Ｓ、Ｖ（ハット）Ｔに基づき交直変換装置１０をＰＷＭ制御するゲートパルスを出力するＰＷＭ制御部４２、交直変換装置１０の交流側のＰＣＳ電流をｄ軸電流検出値Ｉｄとｑ軸電流検出値Ｉｑとに変換する３相／ｄｑ電流変換部４３、分散型電源装置４の電源側電圧をｄ軸電圧検出値Ｖｄとｑ軸電圧検出値Ｖｑとに変換する３相／ｄｑ電圧変換部４４を有している。
【００１９】
次に、具体的な値を設定して実施の形態に係わる負荷平準化装置１１の動作について説明する。
図５に示しように、契約電力を１７０００ｋＷ、第１のバンク２の通過容量を決める第１の変圧器５の設備容量を８０００ｋＶＡ、第２のバンク３の通過容量を決める第２の変圧器５の設備容量を１００００ｋＶＡ、分散型電源装置４ａ〜４ｄの設備容量をすべて同じく２０００ｋＷ、第１のバンク２に接続されている第１の負荷６の夜間の負荷電力を４０００ｋＷ、第２のバンク３に接続されている第２の負荷６の夜間の負荷電力を４０００ｋＷと設定する。
そして、夜間において分散型電源装置４ａ〜４ｄに電力計画値−２０００ｋＷで充電する場合を検討する。この場合、すべての分散型電源装置４ａ〜４ｄに充電されているＮＡＳ電力は−８０００ｋＷであり、計測される受電点電力は＋１６０００ｋＷとなり、それから演算して求められる負荷電力は＋８０００ｋＷとなる。そして、負荷電力＋８０００ｋＷにマージン電力＋１０００ｋＷを加算し、契約電力＋１７０００ｋＷを減算することにより充電電力枠−８０００ｋＷが求められる。今全ＮＡＳ設備容量は−８０００ｋＷであるので、上限値調整値はそのまま−８０００ｋＷとなる。比例定数として０．２５を採用すれば、４つの分散型電源装置４ａ〜４ｄのＮＡＳ用上限値は、−２０００ｋＷとなる。
また、第１のバンク２の通過電力は＋８０００ｋＶＡであり、第１の通過容量も＋８０００ｋＶＡであるので、補正値調整値は０となる。
その結果、電力計画値−２０００ｋＷがそのまま有効電力指令値になるので、分散型電源装置４ａ〜４ｂは−２０００ｋＷで充電される。
【００２０】
このように充電電力−２０００ｋＷで充電されているときに第１の負荷６の負荷電力が＋４０００ｋＷから＋６０００ｋＷに増加した場合を図６を参照して検討する。
このとき計測される受電点電力は負荷電力の増加分が反映されるので＋１８０００ｋＷとなり、負荷電力として＋１００００ｋＷが求められる。そして、負荷電力＋１００００ｋＷにマージン電力＋１０００ｋＷを加算し、契約電力＋１７０００ｋＷを減算することにより充電電力枠−６０００ｋＷが求める。今全ＮＡＳ設備容量は−８０００ｋＷであるので、上限値調整値はそのまま−６０００ｋＷとなる。比例定数０．２５を採用すれば、４つの分散型電源装置４ａ〜４ｄのＮＡＳ用上限値として、−１５００ｋＷが求まる。
また、第１のバンク２の通過電力は増加して＋１００００ｋＶＡとなるので、第１のバンク２の全バンクＮＡＳ充電補正量は＋２０００ｋＷとなり、比例定数として０．５を採用すれば、各補正値は＋１０００ｋＷとなる。
その結果、電力計画値が−２０００ｋＷであっても、最大値選択部３０で−１５００ｋＷが選択され、＋１０００ｋＷで補正されるので、−５００ｋＷで充電される。
このように分散型電源装置４ａ、４ｂの充電電力が絞られるので、第１のバンク２を通過する通過電力が７０００ｋＶＡに減少され、バンク２が過負荷にならない。
【００２１】
このような負荷平準化装置１１は、バンクの通過電力が通過容量を超えないように当該バンクに接続されている分散型電源装置の充電電力が減少されるので、バンクが過負荷になることが防げる。
また、充電電力枠を比例配分することにより上限値が求まるので、受電点電力が契約電力を超える時間が比例積分制御により充電電力を制御する場合に比べて短くて済む。そのため、マージン電力を大きくしなくても３０分デマンド時限の受電点電力が契約電力を超えることを防ぐことができる。
また、上限値を求めるときマージン電力を考慮に入れているので、負荷電力が大きく変動しても契約電力を超えることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の実施の形態に係わる負荷平準化装置が具備されている構内系統図である。
【図２】実施の形態に係わる受電点電力制御装置の機能ブロック図である。
【図３】実施の形態に係わるバンク通過電力制御装置の機能ブロック図である。
【図４】実施の形態に係わるＰＣＳ制御装置の機能ブロック図である。
【図５】構内系統内の電力の様子を説明するための図である。
【図６】構内系統において負荷電力が増加したときの様子を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  構内系統、２、３  バンク、４ａ〜４ｄ  分散型電源装置、５  変圧器、６  負荷、７  商用系統、８  受電点、９  ナトリウム−硫黄電池、１０  交直変換装置、１１  負荷平準化装置、１２ａ〜１２ｄ  ＰＣＳ制御装置、１３  受電点電力制御装置、１４ａ、１４ｂ  バンク通過電力制御装置、１５  受電点電力計、１６ａ、１６ｂ  バンク通過電力計、１７ａ〜１７ｄ  ＮＡＳ電力計、２１  ＮＡＳ電力加算器、２２  負荷電力演算部、２３  充電電力枠演算部、２４  上限値調整器、２５  上限値配分器、２６  補正値演算部、２７  補正値調整器、２８  補正値配分器、３０  最大値選択部、３１  有効電力指令値演算部、３２  有効電力調整器、３３  有効電流指令値演算部、３４  有効電流調整器、３５  有効電圧指令値演算部、３６  無効電力指令値演算部、３７  無効電力調整器、３８  無効電流指令値演算部、３９  無効電流調整器、４０  無効電圧指令値演算部、４１  ｄｑ／３相変換部、４２  ＰＷＭ制御部、４３  ３相／ｄｑ電流変換部、４４  ３相／ｄｑ電圧変換部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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