(57)【要約】 【課題】自然エネルギー利用の小容量発電装置が多数接続された電力系統の周波数を制御すること。【解決手段】電力系統１に接続される需要家負荷機器６側で個別に前記電力系統１の周波数を周波数検出器１０で検出する。周波数制御装置１２は検出された周波数の定格周波数からの周波数変動分が所定の帯域内にある場合に限り、当該検出された周波数変動分に基づいて需要家負荷機器６の消費電力を調整して電力系統１の周波数が定格周波数になるように制御する。多数の風力発電装置４や太陽光発電装置５を電力系統１に接続した場合、電気事業者の有する既存の系統周波数制御装置８では制御できない変動周波数帯では上記した系統周波数制御を行うことによって小容量発電装置が多数接続された電力系統１の周波数を制御することができる。【選択図】図１
2006042458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変動要因が接続された商用電力系統の周波数を制御する周波数制御装置であって、
前記電力系統に接続される需要家負荷機器側に設けられ、前記電力系統の周波数を検出する周波数検出手段と、
前記需要家負荷機器側に設けられ、前記検出された周波数に基づいて前記需要家負荷機器の消費電力を調整することにより前記電力系統の周波数が所定範囲に入るように制御する周波数制御手段と、
を具備することを特徴とする周波数制御装置。
【請求項２】
前記周波数制御手段は、既存の前記商用電力系統の周波数制御手段に対して独立に前記電力系統の周波数制御を行うことを特徴とする請求項１記載の周波数制御装置。
【請求項３】
周波数変動要因が接続された商用電力系統の周波数を制御する周波数制御装置であって、
前記電力系統に接続される需要家負荷機器側に設けられ、前記電力系統の周波数を検出する周波数検出手段と、
前記検出された周波数の定格周波数からのずれである周波数変動分を検出する周波数変動検出手段と、
前記検出された周波数変動分の変動周波数が所定帯域内にある場合のみ前記検出された周波数変動分を抽出する帯域制限手段と、
前記需要家負荷機器側に設けられ、前記抽出された周波数変動分に応じて前記需要家負荷機器の消費電力を調整することにより前記電力系統の周波数が所定範囲に入るように制御する周波数制御手段と、
を具備することを特徴とする周波数制御装置。
【請求項４】
前記周波数制御手段は、既存の前記商用電力系統の周波数制御手段に対して独立に前記電力系統の周波数制御を行うことを特徴とする請求項３記載の周波数制御装置。
【請求項５】
前記周波数制御手段は、定格周波数を基準とした場合の電力系統の周波数の定格周波数からのずれである周波数変動成分を検出する周波数変動検出手段と、前記検出された周波数変動成分の中から特定の周波数帯域内の周波数変動成分を抽出する帯域抽出手段と、前記抽出された特定の周波数帯域内の周波数変動成分の大きさに応じて制御対象である前記需要家負荷機器の特性に合わせて当該機器の消費電力を制御する制御信号を生成する制御信号生成手段とを具備することを特徴とする請求項３記載の周波数制御装置。
【請求項６】
前記周波数制御手段は、前記抽出された特定の周波数帯域内の周波数変動成分の大きさが所定範囲以上である場合に限り、当該周波数変動成分を前記制御信号生成手段に入力する不感帯付加手段を具備することを特徴とする請求項５記載の周波数制御装置。
【請求項７】
前記不感帯付加手段により付加される不感帯の広さは、電気事業者が所有する既存の電力系統の周波数制御手段に設定されている周波数制御時の不感帯よりも広いことを特徴とする請求項６記載の周波数制御装置。
【請求項８】
前記周波数制御手段は、マイクロコンピュータ上にソフトウェアで構築されることを特徴とする請求項３乃至７いずれかに記載の周波数制御装置。
【請求項９】
前記需要家負荷機器は、空調機器であり、その場合に制御信号生成手段により生成される制御信号は空調機器の設定温度を変更する補正量であることを特徴とする請求項３記載の周波数制御装置。
【請求項１０】
前記周波数変動要因は、風力発電装置又は太陽光発電装置であることを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の周波数制御装置。
【請求項１１】
周波数変動要因が接続された商用電力系統の周波数を制御する系統周波数制御方法であって、
前記電力系統に接続される需要家負荷機器側で個別に前記電力系統の周波数を検出するステップと、
前記検出された周波数の定格周波数からのずれである前記周波数変動成分が所定の帯域内にあるかどうかを判定するステップと、
前記周波数変動成分が所定の帯域内にある場合に限り、当該検出された周波数変動分に基づいて前記需要家負荷機器の消費電力を調整することにより前記電力系統の周波数が定格周波数になるように制御するステップと、
を具備することを特徴とする系統周波数制御方法。
【請求項１２】
周波数変動要因が接続された商用電力系統の周波数を制御する周波数制御装置であって、
前記電力系統の周波数を検出する周波数検出手段と、
前記検出された周波数の定格周波数からのずれである周波数変動分を抽出する変動周波数成分抽出手段と、
前記抽出された周波数変動分を送信する送信手段とを商用電力系統側に具備し、
前記周波数変動分を受信する受信手段と、
前記受信された周波数変動分に基づいて前記需要家負荷機器の消費電力を調整することにより前記商用電力系統の周波数が所定範囲に入るように制御する周波数制御手段とを需要家負荷機器側に具備する、
ことを特徴とする周波数制御装置。
【請求項１３】
前記抽出された周波数変動分の変動周波数が所定帯域内にある場合のみ前記抽出された周波数変動分を抽出する帯域制限手段を設け、
前記送信手段は前記帯域制限された周波数変動分を送信することを特徴とする請求項１２記載の周波数制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に接続されている需要家の個々の負荷機器による電力系統の周波数制御方法及びこの系統周波数制御方法を実現する周波数制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石エネルギー資源の有効利用とＣＯ２排出抑制の両方の観点から、自然エネルギーの導入の動きが活発化している。自然エネルギーの中で有望視されているものに、太陽光エネルギーと風力エネルギーがある。これらのエネルギーは、電気に変換し電力系統に注入して利用するのが最も一般的且つ効率的な利用方法である。
【０００３】
このような趨勢のもとで、太陽光を太陽電池で電気エネルギーに変えて発電する太陽光発電装置や自然の風でプロペラを回し、その回転力で発電機を回して発電する風力発電装置が開発され、発電した電力を住宅内の負荷に供給して消費するばかりでなく、電力系統に接続して商用電源側に売電する事が行われ出している。
【０００４】
このため、電力系統には電気事業者の原子力、火力、水力などの大容量発電機以外に、上記の太陽光や風を利用して発電する比較的小容量の発電装置が接続されることになった。これらの小容量発電装置の出力は僅かであるが、数が増えてくると電力系統に対してそれなりの影響力が出てくることが想定され、将来的にはこれらの発電装置の利用は加速度的に増えていくと考えられる。
【０００５】
ところで、上記した自然エネルギーを利用した小容量の発電装置では、天候などによりその出力が大きく変動してしまう。例えば、風力発電では、風の速さや向きなどによって風の強さが時々刻々変化するため、発電出力も時間の経過に伴い時々刻々変化して一定にならず品質の悪い電力と言える。また、太陽光発電も風力発電ほどではないが、太陽の日照の状況と太陽の位置などによりその出力が変動する。
【０００６】
したがって、このような出力が大きく変動する小容量発電装置を多数電力系統に接続すると、これら小容量発電装置から供給される発電量が変動することにより、電力系統の周波数や電圧が電力需要と無関係に大きく変動してしまい、電力供給の安定化が損なわれる恐れがある。電力系統の電圧の制御には、発電端（既存の大容量発電機や導入を想定する自然エネルギー発電機の接続端子）での制御に加え、系統各部での種々の電圧制御装置による制御の手段が存在する。しかし、周波数については、発電電力を消費電力に追随させない限り、一定値に落ち着かせることはできないため、より解決が困難な課題として「周波数制御」が残る可能性が高い。
【０００７】
ここで、電気事業者による電力系統（商用電力系統）の既存の周波数制御技術について概説する。電気事業者の電力系統には、原子力発電所、火力発電所、水力発電所（揚水発電所を含む）等の各発電機から電力が供給されている。これらの電源の内原子力発電所以外の発電機は、系統に接続された負荷の消費電力の変動即ち、需要変動に応じて、中央給電指令所からの供給制御信号に基づいて出力調整を行って系統の周波数を一定に制御している。この周波数は電力系統全体で共通の値であり、全ての発電機の回転数はその共通の周波数と整数比となっている。このような意味で全ての発電機の回転は「同期」している。すなわち系統の周波数を適切な範囲に維持するためには、発電機の回転数の適切な制御が必要で、且つそれで十分である（特許文献１参照）。
【０００８】
発電機の回転数は機械的入力と電気的出力とがバランスしていれば変化しない。電気的出力は需要家の意志により変化するので、電気事業者は電気的出力の変化に合わせて発電機への機械的入力を操作することで周波数を調整することになる。なお顧客への供給上許される周波数変動幅は、例えば０．２Ｈｚといったオーダの数値である。現状電力系統の周波数は図９に示した表に記載してある３つの手段即ち、ＥＤＣ（Economic load Dispatching Control)、ＬＦＣ（Load Freuency Control)、ガバナ制御の組み合わせにより保たれている。
【０００９】
ＥＤＣ制御は大きいがゆっくりした（十数分周期以上[1] ）需要変動に追随するためのフィードフォワード制御である。ＬＦＣ制御は数分から十数分周期以上の需要変動に追随するためのフィードバック制御である。これらは実務上「需給制御」と呼ばれている。これらの制御のための操作量は原則として電気事業者の中央給電指令所の計算機が算出する。
【００１０】
ガバナ制御は定常値に関してＬＦＣ制御と異なった性質を持つ。ＬＦＣ制御が定常偏差をなくすことを目標としたいわゆる「積分型」の動作を含むのに対し、ガバナ制御は定常偏差を抑制する「比例型」の動作をする。このため少なくとも定常的な状態において、周波数計測誤差に起因してガバナ制御がＬＦＣと逆向きの動きをするといった心配は少ない。このようにして集中制御（ＬＦＣ）と分散制御（ガバナ）の協調がとられている。またガバナ制御はＬＦＣよりも高い周波数領域（20秒程度）まで対応している。他に発電機の回転子の持つ慣性、負荷の持つ周波数依存性（周波数が上がると消費電力が増える）も、周波数の維持に寄与している。
【特許文献１】特開２００１−８６６４９号公報  （第５−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記した電力系統の周波数変動の原因の代表格である需要変動は、需要家の自由な意志に基づく様々な機器の出力変化・入れ切れに起因するため、その周波数成分はかなりの広がりを持つ。これに対し風力発電や太陽光発電などの自然エネルギーの出力変化は風・日照の変化だけに起因するので、変動周波数帯は限定される。このためその抑制対策も、特定の周波数帯に限定して良いことになる。但し、以下に述べるような系統側の周波数調整能力との相対的な関係も考慮する必要がある。
【００１２】
図１０は自然エネルギー出力変動成分の特性と系統側の周波数調整能力との関係を示した特性図である。この図から明らかなように、自然エネルギーの出力変動特性と系統側の既存の周波数調整能力との相対的な関係で決まる特定の周波数帯１００があり、この周波数帯では自然エネルギーの出力変動が電気事業者が所有する系統側の既存の周波数調整能力を超えてしまう。そのため、電力系統には自然エネルギー利用の小容量発電装置が多数接続されると、上記周波数帯では電力系統の周波数を定格周波数に制御することができなくなる。従って、これを回避するには自然エネルギー利用の小容量発電装置の接続量に関して上限を設ければよいが、それでは、自然エネルギーを利用した発電に水をさすことになるため、多数の自然エネルギー利用の小容量発電装置を接続しても電力系統の周波数を所定範囲に制御する系統周波数制御方法が必要とされている。
【００１３】
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、自然エネルギー利用の小容量発電装置が多数接続された電力系統の周波数を制御することができる系統周波数制御方法及びこの系統周波数制御方法を実現するために需要家の負荷機器の消費電力を増減して電力系統の周波数制御を行う周波数制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は上記目的を達成するため、周波数変動要因が接続された商用電力系統の周波数を制御する周波数制御装置であって、前記電力系統に接続される需要家負荷機器側に設けられ、前記電力系統の周波数を検出する周波数検出手段と、前記需要家負荷機器側に設けられ、前記検出された周波数に基づいて前記需要家負荷機器の消費電力を調整することにより前記電力系統の周波数が所定範囲に入るように制御する周波数制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、周波数変動要因が接続された商用電力系統の周波数を制御する周波数制御装置であって、前記電力系統に接続される需要家負荷機器側に設けられ、前記電力系統の周波数を検出する周波数検出手段と、前記検出された周波数の定格周波数からの周波数変動分を検出する周波数変動検出手段と、前記検出された周波数変動分の変動周波数が所定帯域内にある場合のみ前記検出された周波数変動分を抽出する帯域制限手段と、前記需要家負荷機器側に設けられ、前記抽出された周波数変動分に応じて前記需要家負荷機器の消費電力を調整することにより前記電力系統の周波数が所定範囲に入るように制御する周波数制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、周波数変動要因が接続された商用電力系統の周波数を制御する系統周波数制御方法であって、前記電力系統に接続される需要家負荷機器側で個別に前記電力系統の周波数を検出するステップと、前記検出された周波数の定格周波数からのずれである前記周波数変動成分が所定の帯域内にあるかどうかを判定するステップと、前記変動周波数が所定の帯域内にある場合に限り、当該検出された周波数変動分に基づいて前記需要家負荷機器の消費電力を調整することにより前記電力系統の周波数が定格周波数になるように制御するステップとを具備することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、周波数変動分を抽出し、これを不特定の需要家へ発信する手段を商用電力系統側に具備し、需要家側に発信された周波数変動分を受信し、これに基づいて負荷機器の消費電力を調整する手段を具備することを特徴とする。
【００１８】
このように本発明では、例えば多数の風力発電や太陽光発電などの自然エネルギー利用の発電装置を商用電力系統に接続した場合、これらは周波数変動要因となり、既存の電力系統の周波数制御手段では制御できない変動周波数（これは電力の周波数でなく、自然エネルギーによる発電機であれば、天候による出力の変動が発生する頻度に関わる周波数のことである）帯が出現するが、この変動周波数帯では、電力系統に接続される需要家負荷機器側で個別に電力系統の周波数を検出し、この検出された周波数の定格周波数に対するずれ量である周波数変動分を求め、この周波数変動分が所定範囲内になるように需要家負荷機器例えば、空調機器の消費電力を調整することにより、電力系統の周波数が常に定格周波数となるような周波数制御を行う。これにより、自然エネルギー利用の発電装置が多数接続された電力系統の周波数を定格周波数に制御することができ、自然エネルギー利用の発電装置の接続上限を拡大して自然エネルギー利用の小容量発電装置の普及を促すこととができる。なお、上記した周波数変動要因としては、自然エネルギーを利用した小容量発電設備のように天候などによりその出力が大きく変動するものが代表的であるが、これに限らず、特定の周波数帯域（変動周波数帯域）において、出力が変動する傾向を持つ発電設備や、上記変動周波数帯域において、消費電力が変動する負荷設備も含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、電気事業者の有する既存の電力系統の周波数制御手段では制御しきれない変動周波数帯では、電力系統に接続される需要家負荷機器側で個別に、または、商用電力系統において一括して電力系統の周波数を検出し、この検出された周波数の定格周波数に対するずれ量である周波数変動分が所定範囲内になるように需要家負荷機器の消費電力を調整することによって、自然エネルギー利用の小容量発電装置が多数接続された電力系統の周波数を制御することができ、小容量発電装置の接続上限を拡大して自然エネルギー利用の小容量発電装置の普及を促すことができるため、化石エネルギー資源の有効利用とＣＯ２排出抑制を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
自然エネルギー利用の小容量発電装置が多数接続された電力系統の周波数を制御する目的を、電気事業者の有する既存の電力系統の周波数制御手段では制御しきれない変動周波数帯では、電力系統に接続される需要家負荷機器側で個別に、または、商用電力系統において一括して電力系統の周波数を検出し、この検出された周波数の定格周波数に対するずれ量である周波数変動分が所定範囲内になるように需要家負荷機器の消費電力を個別に調整することによって実現した。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る周波数制御装置を含む電力系統の構成を示した図である。電力系統は、電力系統１に接続された火力、水力などの既存の大容量発電機２、３、風力発電装置４、太陽光発電装置５、需要家負荷機器６、７、電気事業者側の既存の系統周波数制御装置８、系統周波数制御装置８用の周波数検出装置９、需要家負荷機器６、７側用の周波数検出器１０、１１、需要家負荷機器６、７の消費電力を制御して電力系統１の周波数を制御する需要家側の周波数制御装置１２、１３を有して構成される。但し、繁雑さを避けるために火力発電機２、水力発電機３、風力発電装置４、太陽光発電装置５は各１台ずつ、需要家負荷機器６、７は２台図示したが、実際には複数あるものとし、風力発電装置４、太陽光発電装置５、需要家負荷機器６は多数あるものとする。
【００２２】
次に本実施の形態の動作について説明する。図１０に示した需要家側変動周波数調整の対象となる変動周波数帯域１００以外の電力系統１の周波数変動に対しては、電気事業者側の既存の系統周波数制御装置８が需要予測に基づいて火力発電機２、水力発電機３に対してＬＦＣ制御とＥＤＣ制御を行うことによって対応し、系統の周波数を定格周波数内に収まるように制御している。
【００２３】
需要家側周波数調整の対象となる変動周波数帯域１００の周波数変動に対しては、周波数制御装置１２、１３が需要家負荷機器６、７の消費電力を制御することにより、電力系統１の周波数を定格周波数内に収まるように制御している。
【００２４】
図２は図１に示した周波数制御装置１２の構成（本発明の周波数制御装置の第１の実施の形態の構成に相当）を示したブロック図である。周波数検出器１０により検出された電力系統１の周波数と定格周波数５０との差分を求める加算器１０１、検出された変動周波数の高域成分をカットするローパスフィルタ１０２、検出された変動周波数の低域成分をカットするハイパスフィルタ１０３、不感帯付加部１０４、乗算部１０５を有して構成される。なお、周波数検出器１０も周波数制御装置１２に含まれる場合もあり、また、周波数制御装置１３の構成は周波数制御装置１２の構成と同一である。
【００２５】
次に本実施の形態の動作について説明する。周波数検出器１０は電力系統１の周波数を検出して減算器１０１に出力する。減算器１０１は電力系統１の周波数から定格周波数を減算して周波数変動成分を求める。この周波数変動成分はローパスフィルタ１０２とハイパスフィルタ１０３を通ることにより、図３に示した需要家側周波数調整の対象となる変動周波数に該当する成分のみとなって不感帯付加部１０４に入力される。不感帯付加部１０４は図３に示すように周波数変動の中で周波数偏差の大きさが僅少の帯域（不感帯）３０に対しては周波数変動成分が入力されていてもその出力をゼロとし、周波数偏差が不感帯３０を超えると、周波数変動成分を乗算部１０５に出力する。乗算部１０５はこの周波数検出器１０の制御対象である需要家負荷機器６の消費電力を制御する制御系、例えば空調機器であれば設定温度制御系に対応した補正信号を生成し、これを需要家負荷機器６の設定温度制御系に出力する。
【００２６】
ここで、周波数検出器１０の観測値から機器出力補正信号に至る信号経路に不感帯要素（不感帯付加部１０４）を設けているが、この不感帯は当初の目的に対し次のように有効に機能する。即ち、系統側の電源による周波数制御の制御残がこの不感帯幅を超えない限り、当該装置からの制御出力はゼロであるため、実際に必要な場合にだけ制御が行われる。具体的には例えば電気事業者側の系統周波数制御装置８におけるＥＤＣとＬＦＣの制御が追いつかなかった場合に周波数変動が不感帯を超え、当該装置１２（又は１３）の制御出力が生じるに至る。なお、電気事業者側の系統周波数制御装置８においても図３に示したのと同様の特性を有する不感帯が設けられているが、不感帯付加部１０４による不感帯幅は系統周波数制御装置８が持っている不感帯幅より広くなるように設定されている。
【００２７】
図４は需要家負荷機器６が空調機器（以下空調機器６と称する）であった場合の、この装置に周波数制御装置１２を実装した場合の室温制御系の概念図である。周波数制御装置１２から出力される周波数制御の補正信号２００がゼロの場合、室温などの設定値２１０が加算器２１をスルーして比較器２２に入力される。比較器２２はこの設定値と実際の室温を比較し、その差分を空調機器の制御装置２３に出力する。空調機器の制御装置２３は前記差分がゼロになるように、空調機器（機器の伝達関数）６の出力を制御する。空調機器６からは冷気または暖気が吹き出し、空調対象（建物の伝達関数」２５に従って室温等が変わってくる。一般的に、空調機器２５による室温等の制御は、このような閉ループ系により実現されている。
【００２８】
周波数制御装置１２は対象の需要家側の空調機器６のもともとの設計に応じて様々な実装が可能であるが、図４の例では、ユーザが設定する室温目標値２１０への補正という形で実装している。空調機器６が冷房運転をしていて系統の周波数が低下した場合を考える。このときには空調機器６の需要を減らすことで、周波数の低下を抑制し基準値へと近づけることができる。この場合、周波数制御装置１２からは補正信号２００が「負の」補正量として加算器２１に入力される。この「補正」により、機器の制御装置２３からみた設定温度は増加する。よって冷房のための出力すなわち空調機器６の消費電力を減らすことができる。
【００２９】
なお、上記は周波数制御装置１２と需要家負荷機器６について説明したが、周波数制御装置１３と需要家負荷機器７についても同様である。このような需要家負荷機器６又は７は一台当たりの消費電力調整量は僅かでも非常に数が多いため、全体では電力系統１の周波数を制御し得るほどの消費電力の調整量となり、電力系統１の周波数の適正化に資することができる。
【００３０】
上記のように需要家の空調機器６の消費電力を増減して電力系統１の周波数制御を行った場合の需要家への影響を考察する。一般に空調機器６は設定値の変更に対し素早く出力を変更できるように設計されているから、上記の動作も素早く実現される。一方で空調対象（建物、室温）の伝達関数２５は比較的長い時定数を持つため、体感的には風量変化は感じられるものの、最終的な快適感への影響は少ないと期待できる。また電力系統１側の周波数調整は平均的にはゼロになるように制御されるため、空調出力の変動も平均的にはゼロとなり、概ね設定温度が達成されることが期待でき、需要家の快適性への悪影響は少ないと考察される。
【００３１】
本実施の形態によれば、自然エネルギーを利用した風力発電装置４、太陽光発電装置５の出力変動が電気事業者側の系統周波数制御装置８の周波数調整能力を超えてしまう電力系統１の変動周波数帯１００では、需要家側の周波数制御装置１２、１３により負荷機器６、７の消費電力を調整することにより電力系統１の周波数を定格周波数範囲に制御することができるため、電力系統１に自然エネルギーを利用した風力発電装置４、太陽光発電装置５などを多数接続することができ、風力発電装置４、太陽光発電装置５などの自然エネルギーを利用した発電機器の電力系統１への接続数を制限する必要を無くすことができ
る。それ故、自然エネルギーの有効活用を促進して、ＣＯ２排出抑制及び化石エネルギー資源の温存を図ることに貢献することができる。
【００３２】
また、制御対象となる需要家負荷機器６、７が空調装置などであれば、上記した考察により需要家に不快感を与えずに電力系統１の周波数制御を行うことができる。なお、制御対象となる需要家負荷機器６、７としては冷蔵庫などもあり、需要家側の周波数制御装置１２又は１３により庫内設定温度を増減してその消費電力を制御することにより、電力系統１の周波数制御を行うことができる。この場合は需要家に気付かれることさえもなく、周波数制御を行うことができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では、周波数変動要因として自然エネルギーを利用した風力発電装置４、太陽光発電装置５を挙げたが、これに限ることはなく、特定の周波数帯域において、出力が変動する傾向を持つ発電設備や、上記変動周波数帯域において消費電力が変動する負荷設備も含み、要するに、特定の周波数帯域における周波数変動に対して本実施の形態は上記効果を有する。
【実施例２】
【００３４】
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る周波数制御装置の構成を示したブロック図である。但し、図１に示した第１の実施の形態と同様の部分には同一符号を用いて説明する。本実施の形態の周波数制御装置は、周波数検出器１０（又は１１）により検出された電力系統１の周波数と定格周波数５０との差分を求める加算器１０１、検出された周波数の高域成分をカットするローパスフィルタ１０２、不感帯付加部１０４、乗算部１０５を有して構成され、ハイパスフィルタが省略されているところが第１の実施の形態と異なるところである。
【実施例３】
【００３５】
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る周波数制御装置の構成を示したブロック図である。但し、図１に示した第１の実施の形態と同様の部分には同一符号を用いて説明する。本実施の形態の周波数制御装置は、周波数検出器１０（又は１１）により検出された電力系統１の周波数と定格周波数５０との差分を求める加算器１０１、検出された周波数の高域成分をカットするローパスフィルタ１０２、検出された周波数の低域成分をカットするハイパスフィルタ１０３、乗算部１０５を有して構成され、不感帯付加部が省略されているところが第１の実施の形態と異なるところである。
【００３６】
本実施の形態は、不感帯付加部がないため、ローパスフィルタ１０２とハイパスフィルタ１０３で選択された電力系統１の変動周波数帯域では僅かな周波数偏差があっても、対象とする需要家負荷機器の消費電力を調整してしまうが、その本質は図２に示した第１の実施の形態の周波数制御装置と変わらず、自然エネルギーを利用した風力発電装置や太陽光発電装置の出力変動に対する電力系統１の周波数の安定化を図ることができる。
【実施例４】
【００３７】
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る周波数制御装置の構成を示したブロック図である。本実施の形態の周波数制御装置３５は、入力インターフェース３０１、ＣＰＵ３０２、メモリ３０３、出力インターフェース３０４をバス３０５に接続して構成されるマイクロコンピータ上にソフトウェアで構築されている。この場合は、メモリ３０３に格納するプログラムにより上記した第１〜第３の実施の形態の周波数制御装置の各構成を実現することができる。ここで、図２に示した第１の実施の形態の周波数制御装置の構成をソフトウェアで構築した場合の動作について以下に説明する。
【００３８】
次に本実施の形態の動作について説明する。周波数検出器１０は電力系統１の周波数を検出して周波数制御装置３５に出力する。周波数制御装置３５は検出された周波数を入力インターフェース３０１でデジタル値に変換して装置内に取り込む。ＣＰＵ３０２は入力された検出周波数をメモリ３０３に設定されている定格周波数と比較してその差分を演算して周波数変動分を求める。次にＣＰＵ３０２は求めた周波数変動分の中で図３に示した特定の周波数帯の周波数変動分のみを求め、この周波数変動分の偏差が所定以上の場合であった時のみ、前記求めた周波数変動分に応じて制御対象の負荷機器の特性に合った制御ゲインに変換し、これを出力インターフェース３０４から図示されない負荷機器に出力する。
【００３９】
本実施の形態によれば、図２に示した第１の実施の形態の周波数制御装置と同様の動作を行うことができ、自然エネルギーを利用した風力発電装置や太陽光発電装置の出力変動に対する電力系統１の周波数の安定化を図ることができる。特に、メモリ３０３に格納するプログラムや各種設定値により、制御対象の負荷機器の特性に応じた様々な形態の周波数制御機能を構築することができ、高い汎用性を持たせることができる。
【００４０】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。例えば、上記実施の形態では周波数検出器１０（又は１１）と周波数制御装置１２（又は１３）を需要家負荷機器６（又は７）に対して独立した装置として説明したが、これら装置の全部又は一部が需要家負荷機器６（又は７）の内部に含まれる構成でも同様の効果を有する。
【実施例５】
【００４１】
図８は本発明の第５の実施の形態に係る周波数制御装置の構成を示した図である。但し、図１に示した第１の実施の形態と同様の部分には同一符号を付して説明する。本実施の形態の周波数制御装置は、電力系統１に商用電力系統の周波数を検出する周波数検出装置１４が接続され、需要家負荷機器６、７には通信機能付周波数制御装置１５、１６が接続されているところが第１の実施の形態と異なるだけで、他の構成は同様である。通信機能付周波数制御装置１５（又は１６）は、受信手段１２１（又は１３１）と負荷機器消費電力調整手段（周波数制御手段に同じ）１２２（又は１３２）を有している。周波数検出装置１４は周波数検出手段９１、変動周波数成分抽出手段（周波数変動検出手段に同じ）９２、発信手段（送信手段に同じ）９３を有している。
【００４２】
次に本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態の電力系統１に設置された周波数検出装置１４は、その周波数検出手段９１により電力系統１の周波数を検出し、検出結果を電気事業者側の系統周波数制御装置８に出力する。また、その時、変動周波数成分抽出手段（周波数変動検出手段に同じ）９２は系統周波数制御装置８で制御し切れない変動周波数成分（需要家側周波数調整の対象となる変動周波数成分）を抽出し、これを発信手段９３により送信する。通信機能付周波数制御装置１５（又は１６）の受信手段１２１（又は１３１）は周波数検出装置１４から送信されて来た変動周波数成分を受信して、負荷機器消費電力調整手段１２２（又は１３２）に出力する。負荷機器消費電力調整手段１２２（又は１３２）は、第１の実施の形態の周波数制御装置１２、１３に相当する機能を持っており、これにより、需要家負荷機器６、７の消費電力が調整されて電力系統1の周波数が制御される。
【００４３】
なお、発信手段９３の発信形態は、例えば電波時計のように、受信者を特定せずに行う放送に近いものである。但し、発信形態は本例のように電波等の無線として発信しているものに限定されるものでなく、インターネット回線等による発信も可能である。また、前記抽出された周波数変動分の変動周波数が所定帯域内にある場合のみ前記抽出された周波数変動分を抽出する帯域制限手段を周波数検出装置１４内に設けても良い。
【００４４】
本実施の形態によれば、電力系統１の周波数検出を電気事業者の中央給電指令所などに所属する周波数検出装置１４により検出された需要家側周波数調整の対象となる変動周波数成分を、無線などで各需要家負荷機器６、７に接続されている通信機能付周波数制御装置１５、１６に送信することにより、各需要家負荷機器６、７の消費電力を調整することによる電力系統１の周波数制御を中央給電指令所などにより一元的に管理実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る周波数制御装置を含む電力系統の構成を示した図である。
【図２】図１に示した周波数制御装置の構成（本発明の周波数制御装置の第１の実施の形態に相当）を示したブロック図である。
【図３】図２に示した不感帯付加部の不感帯の特性を示した波形図である。
【図４】図２で示した周波数制御装置を需要家負荷機器である空調機器に実装した場合の室温制御系の概念図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る周波数制御装置の構成を示したブロック図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る周波数制御装置の構成を示したブロック図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係る周波数制御装置の構成を示したブロック図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に係る周波数制御装置を含む電力系統の構成を示した図である。
【図９】電気事業者による既存の電力系統の周波数制御方法を一覧とした図である。
【図１０】自然エネルギー出力変動成分の特性と系統側の周波数調整能力との関係を示した特性図である。
【符号の説明】
【００４６】
１……電力系統、２……火力発電機、３……水力発電機、４……風力発電装置、５……太陽光発電装置、６、７……需要家負荷機器、８……系統周波数制御装置、９、１４……周波数検出装置、１０、１１……周波数検出器、１２、１３、３５……周波数制御装置、１５、１６……通信機能付周波数制御装置、２１、１０１……加算器、２２……比較器、２３……機器の制御装置、１０２……ローパスフィルタ、１０３……ハイパスフィルタ、１０４……不感帯付加部、１０５……乗算部、３０１……入力インターフェース、３０２……ＣＰＵ、３０３……メモリ、３０４……出力インターフェース、３０５……バス。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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