(57)【要約】【課題】分散型電源の周波数制御を安定かつ効率的に行い得る制御手法の開発が不可欠であり、本発明はそれを可能とする有効適切な制御方法を提供することを目的としている。【解決手段】本発明は、電力需要変動に対する追従性能のある分散型電源を協調して制御することによって電力変動補償を行うに当たり、補償するべき負荷変動と周波数変動の時系列データを統計的に分析することにより、負荷変動を制御可能な成分と予測不可能な周波数領域の負荷変動を分離することによって、各分散型電源のいずれかに分担させて補償する量を極力減らす分散型電源の制御方法であって、それぞれの分散型電源が分担して補償するべき負荷変動の大きさを設定しておき、分散型電源の出力を制御することで当該周波数帯域の予測不可能なランダム負荷変動を補償する。【選択図】図１
2011114956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、
前記特定エリアの全発電量、全電力需要変動及び周波数変動の時系列データに基づいて必要周波数制御能力を規定し、ＣＯ２排出量、出力変動、周波数制御能力を評価基準として分散型電源の構成を決定する事を特徴とするマイクログリッド安定運転制御装置。
【請求項２】
複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、
前記特定エリアの全電力変動及び周波数変動の時系列データをオンラインで計測して、その系統周波数制御能力を推定し、分散型電源の必要周波数制御能力を決定する事を特徴とするマイクログリッド安定運転制御装置。
【請求項３】
複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、
発電機脱落、負荷脱落及び負荷急速変動が発生した場合には前記特定エリアの全発電量、全電力需要変動量のデータに基づき、発電機出力指令値を急速に変更する事を特徴とするマイクログリッド安定運転制御装置。
【請求項４】
複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、
前記複数種類の分散型電源を複数の評価指標にて評価する第１の手段と、該評価指標の総合点数に応じて時間単位での分散型電源の起動停止順序を決定する第２の手段とを含み、前記複数の評価指標の中には、出力変動の度合いを標準偏差で表現した出力変動標準偏差と、短周期での電力変動に貢献する能力を表すガバナフリー容量とを含むことを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
【請求項５】
第４項記載のマイクログリッドの安定運転制御装置において、
前記第１の手段の評価指標には、自然エネルギーを使用する分散型電源の出力変動標準偏差並びにガバナフリー容量の評価指標を含み、これらの指標は自然エネルギーを使用しない分散型電源の評価指標よりも低い値とされることを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
【請求項６】
第４項または第５項記載のマイクログリッドの安定運転制御装置において、
前記第１の手段の評価指標には、炭酸ガス排出量の指標を含み、自然エネルギーを使用する分散型電源の炭酸ガス排出量の評価指標は自然エネルギーを使用しない分散型電源の評価指標よりも高い値とされることを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
【請求項７】
複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、
マイクログリッド内の総電力量を入力してその中長期変動分を求め、稼働中の分散型電源に発電出力指令を与える第３の手段と、マイクログリッド内の周波数変動に応じて必要なガバナフリー容量を設定し、稼働中の分散型電源にガバナフリー指令を与える第４の手段とを備えることを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
【請求項８】
複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、
前記複数種類の分散型電源を複数の評価指標にて評価する第１の手段と、該評価指標の総合点数に応じて時間単位での分散型電源の起動停止順序を決定する第２の手段と、マイクログリッド内の総電力量を入力してその中長期変動分を求め、稼働中の分散型電源に発電出力指令を与える第３の手段と、マイクログリッド内の周波数変動に応じて必要なガバナフリー容量を設定し、稼働中の分散型電源にガバナフリー指令を与える第４の手段とを備えることを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
【請求項９】
第８項記載のマイクログリッドの安定運転制御装置において、
前記第１の手段の複数の評価指標の中には、出力変動の度合いを標準偏差で表現した出力変動標準偏差と、短周期での電力変動に貢献する能力を表すガバナフリー容量とを含むことを特徴とするマイクログリッドの安定運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディーゼル発電機、ガスタービン発電機や自然エネルギーを利用する分散型電源などから構成されるマイクログリッドに係り、負荷変動や事故時に分散電源を統合的かつ自律的に制御することによって、安定運転を実現するマイクログリッドの安定運転制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクログリッドとは非特許文献１によれば分散型電源と負荷を持つ小規模系統で、複数の電源及び熱源がＩＴ関連技術を使って一括制御管理されて、既存の電力会社の商用系統から独立して運転可能なオンサイト型の電力供給システムである。
【０００３】
わが国を除く諸外国においては、電力ネットワークの品質は必ずしも高いとは言えない状況にある。たとえば、アジア地域の一部では停電は日常茶飯事であるし、欧米においても、電力自由化との関係に議論はあるもののニューヨークやヨーロッパでの停電は記憶に新しい。このような状況下では必然的に、商用の電力ネットワークだけに依存することなく電気エネルギー供給の信頼性（停電しない）と、品質安定性（周波数や電圧が適正）を確保したいという要請が発生する。これに対する最も簡単かつ迅速な答えの一つは、分散型電源を需要家に近接して設置し、ミニネットワーク（マイクログリッド）とすることである。
【０００４】
一方、わが国においては、離島の場合は例外ではあるが、必ずしも上記の要請は必然と言えない。むしろ、地球温暖化防止に関連した再生エネルギーの利用拡大、産業分野における国際競争力強化ならびに民活を背景として電力を含むエネルギーコスト低減や省エネの要請の方が大きい。これを背景とすれば、必然的に、再生可能エネルギー、特に太陽光発電や風力発電等の自然エネルギーは、まさに天まかせ風まかせで不安定なため、直接電力ネットワークに接続するよりは、ローカルにある程度まとめて制御することにより独立性を高めて（マイクログリッド化して）、商用の電力ネットワークとの親和性を向上させたいという要請が発生する。
【０００５】
そのような分散型電源を建物における自家発電設備として採用することにより、地球温暖化ガスの排出量削減が期待でき、商用系統（電力会社からの買電）の契約電力量の削減や配電設備の簡略化によるコスト削減を図ることができ、震災や火災時の自立安定性も確保し易いといった様々な利点があることから今後広く普及する気運にある。たとえば特許文献１には分散型電源を複数の需要家間で融通しあうといった運用方法についての提案がある。また特許文献２では負荷変動に対する追従性能の異なる複数種類の分散型電源を統合的に制御することによって負荷変動補償を行うための制御方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２３８１６８号公報
【特許文献２】特開２００６−２４６５８４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】合田忠弘他著  マイクログリッド  （社）日本電気協会新聞部  ２００４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
多数の分散型電源から構成される自家発電設備を連系してマイクログリッドを構成する場合、ランダムな負荷変動に対する周波数制御能力をいかに確保するかが課題となる。商用系統との連系も対策として考えられるが、一般には分散型電源にベースロードを負担させ、ベースロードを越える負荷は商用系統により対応することが基本となっている。すなわち、分散型電源を定負荷にて連続運転することでベースロードに見合う発電量を確保して、ベースロードを越える負荷はその変動に応じて商用系統からの受電量を調整することにより、その全体でマイクログリッド全体の需要を満たすようにしている。
【０００９】
そのように、分散型電源によりベースロードを確保して商用系統の受電量を負荷変動に追従させることにより、分散型電源を効率的かつ経済性に運転できるのであるが、その反面、商用系統には負荷変動に伴う電圧や周波数の変動を補償するための調整機能が高度に要求されることになり、今後、分散型電源が広く普及すると商用系統の負担が大きくなることが懸念されている。
【００１０】
そのため、今後は負荷変動に対する補償を商用系統に頼らず、分散型電源自体により電圧・周波数の安定化を行うことも必要と考えられ、またそのような分散型電源の独立運転を行うことは商用系統に対する分散型電源の自立性を高めるためにも重要であると考えられる。
【００１１】
然しながら、それぞれが小規模な個々の分散型電源を負荷変動に高度に追従させるようなことは必ずしも容易ではない。特に、マイクログリッド系統における負荷変動は、１日単位で緩慢に変動するようなパターンを基本として、工場の誘導電動機のような機器がランダムにオン／オフされることに伴う急速な負荷変動が重畳されており、また負荷の変動幅も数ｋＷから数百ｋＷと幅広いものであり、電気炉のように負荷によっては秒単位どころかミリ秒単位で大きな負荷変動が生じる場合もあり、個々の分散型電源をそのような多様な負荷変動パターンの全てに追従させるようなことは非常に困難である。
【００１２】
さらに、今後太陽光発電や風力発電といった自然エネルギーを利用する分散型電源を採用する機運があり、その種の分散型電源は発電量自体が天候や時間帯等によって左右されることが不可避であることからその発電量の変動を他の分散型電源によって補償する必要も生じ、その場合にも周波数制御運転と同様の制御を行うことが必要とされる。
【００１３】
以上の事情から、分散型電源の周波数制御を安定かつ効率的に行い得る制御手法の開発が不可欠であるとされ、本発明はそれを可能とする有効適切な制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、特定エリアの全発電量、全電力需要変動及び周波数変動の時系列データに基づいて必要周波数制御能力を規定し、ＣＯ２排出量、出力変動、周波数制御能力を評価基準として分散型電源の構成を決定する。
【００１５】
本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、特定エリアの全電力変動及び周波数変動の時系列データをオンラインで計測して、その系統周波数制御能力を推定し、分散型電源の必要周波数制御能力を決定する。
【００１６】
本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドシステムにおいて、発電機脱落、負荷脱落及び負荷急速変動が発生した場合には前記特定エリアの全発電量、全電力需要変動量のデータに基づき、発電機出力指令値を急速に変更する。
【００１７】
本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、複数種類の分散型電源を複数の評価指標にて評価する第１の手段と、評価指標の総合点数に応じて時間単位での分散型電源の起動停止順序を決定する第２の手段とを含み、複数の評価指標の中には、出力変動の度合いを標準偏差で表現した出力変動標準偏差と、短周期での電力変動に貢献する能力を表すガバナフリー容量とを含む。
【００１８】
また、第１の手段の評価指標には、自然エネルギーを使用する分散型電源の出力変動標準偏差並びにガバナフリー容量の評価指標を含み、これらの指標は自然エネルギーを使用しない分散型電源の評価指標よりも低い値とされるのがよい。
【００１９】
また、第１の手段の評価指標には、炭酸ガス排出量の指標を含み、自然エネルギーを使用する分散型電源の炭酸ガス排出量の評価指標は自然エネルギーを使用しない分散型電源の評価指標よりも高い値とされるのがよい。
【００２０】
本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、マイクログリッド内の総電力量を入力してその中長期変動分を求め、稼働中の分散型電源に発電出力指令を与える第３の手段と、マイクログリッド内の周波数変動に応じて必要なガバナフリー容量を設定し、稼働中の分散型電源にガバナフリー指令を与える第４の手段とを備える。
【００２１】
本発明においては、複数種類の分散型電源を統合的に制御して運用するネットワークを構築して特定エリアに電力を供給するマイクログリッドの安定運転制御装置において、複数種類の分散型電源を複数の評価指標にて評価する第１の手段と、評価指標の総合点数に応じて時間単位での分散型電源の起動停止順序を決定する第２の手段と、マイクログリッド内の総電力量を入力してその中長期変動分を求め、稼働中の分散型電源に発電出力指令を与える第３の手段と、マイクログリッド内の周波数変動に応じて必要なガバナフリー容量を設定し、稼働中の分散型電源にガバナフリー指令を与える第４の手段とを備える。
【００２２】
また、第１の手段の複数の評価指標の中には、出力変動の度合いを標準偏差で表現した出力変動標準偏差と、短周期での電力変動に貢献する能力を表すガバナフリー容量とを含むのがよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、変動周期の短い帯域の予測不可能な負荷変動のみを複数の分散型電源が特定周波数帯域に分担して有効かつ安定に補償できるものであるので、必要以上の分散型電源の周波数制御能力や電力貯蔵機能を要求しなくて済む。また通常のように商用系統に高度のアンシラリー機能を要求することがなく、したがって商用系統に大きな負担を強いることなく分散型電源との連系が可能となり、また太陽光や風力といった自然エネルギーを利用する分散型電源の発電量の変動も同様に補償でき、分散型電源の自立性や信頼性を十分に高めることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１〜３実施の形態に適用するマイクログリッド安定運転制御装置の概念図である。
【図２】本発明の第１〜２実施の形態に適用する周波数安定化の基本原理を説明するための簡略電気等価回路図である。
【図３】本発明の第１〜２実施の形態に適用する周波数安定化の基本原理を説明するための等価伝達関数である。
【図４】本発明の第１実施の形態に適用するマイクログリッド安定運転制御装置のブロック図である。
【図５】本発明の第１実施の形態に適用する必要ガバナフリー容量算出処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１実施の形態に適用する一日の発電機運転スケジュール設定処理を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第１実施の形態に適用する最適運転発電機選択のアルゴリズムを表す図である。
【図８】本発明の第１実施の形態に適用する運転パターンを表す図である。
【図９】本発明の第１〜２実施の形態に適用する総電力需要、総電力需要移動平均値と抽出した短周期負荷変動を表す図である。
【図１０】本発明の第２実施の形態に適用するマイクログリッド安定運転制御装置のブロック図である。
【図１１】本発明の第２実施の形態に適用する発電機出力指令値の設定処理を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施の形態に適用するガバナフリー発電機の設定処理を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第３実施の形態に適用するマイクログリッド安定運転制御装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００２６】
図１は本発明の係わるマイクログリッド安定運転制御装置１の全体構成を示している。
【００２７】
安定運転制御装置１は、マイクログリッド系統２Ｂ内の発電機の起動・停止指令や出力変更指令値を与えるものとする。マイクログリッド系統２Ｂ内のそれぞれ複数の発電機８は遮断器７、発電機母線１５と発電機用変圧器６を介してマイクログリッド母線５に接続されている。マイクログリッド母線５としてはループ構成、メッシュ構成または放射状構成などが考えられるが図１ではループ構成となっている。マイクログリッド母線５は、連系用変圧器４、遮断器７、連系用送電線３を介して電力系統２Ａに接続されても良い。負荷９は遮断器７、電力線１９を介して、発電機母線１５に接続されている。
【００２８】
一般に、マイクログリッド系統２Ｂはこのような複数の電源８、発電機用変圧器６、負荷９等によって構成されている。さらに電力貯蔵装置１０、交流・直流変換装置１３、風力発電設備１１や太陽光発電設備１２等が設置される場合もある。なお、各発電機８や負荷９における供給電力や負荷についての状態は、常時検出端末高速伝送装置１４を介してマイクログリッド安定運転制御装置１に与えられている。通常の大規模電力系統では、総発電電力や総負荷として、これらをマクロに取り込み、電力系統の制御に反映することはできるが、マイクログリッド安定運転制御装置１では、規模が小さいこともあり、各発電機８や各負荷９における供給電力や負荷についての状態を取り込む点に特徴がある。
【００２９】
図２は、本発明を実施するための最良の形態に適用するマイクログリッド安定運転制御装置の動作原理を説明する簡略系統を示す図である。図２で発電機８の出力と負荷９の大きさが等しければ、電力の需要と供給がバランスし、周波数は定格値に保たれる。しかし負荷９が変動し発電機出力とアンバランスになると、周波数が変動する。
【００３０】
周波数は発電機８の出力が負荷の大きさに比べて過剰になると上昇する。発電機出力が負荷の大きさに比べて不足すると、周波数は下降する。この時発電機の周波数により需給アンバランスを検出して、燃料タンク１７からのガス、蒸気流量及び燃料流量などを制御して、原動機１６に与えるのが調速機１８の働きである。
【００３１】
図２の電力の需要と供給がもたらす電力系統の運動方程式は（１）式で表せる。なお、周波数変動現象を対象とするときは系統発電機の位相角動揺に関する項は無視でき発電機慣性を考慮すればよい。
【００３２】
【数１】
2011114956.tif 000003
【００３３】
ここで、Ｍ：発電機慣性定数      Ｄ（f）：負荷の周波数特性関数
Δf：周波数偏差            μ（f）：調速機の周波数特性関数
ΔＰ：発電量と負荷量の偏差
式をラプラス変換すると、（２）式となる。但しｓはラプラス演算子である。
【００３４】
【数２】
2011114956.tif 000004
【００３５】
ここで、Ｄ（ｓ），μ（ｓ）は、それぞれ（３)(４)式で表される。
【００３６】
【数３】
2011114956.tif 000005
【００３７】
【数４】
2011114956.tif 000006
【００３８】
ここで、ＫＬ：負荷周波数特性定数        ＴＬ：負荷周波数特性時定数
ＫＧ：発電機周波数特性定数      ＴＧ：発電機周波数特性時定数
図２の電気回路モデルを等価的な周波数制御における伝達関数モデルとして表現したのが図３である。図３において、７０は（３）式で表される負荷９の周波数特性モデル、７１は発電機８の慣性モデル、７２は（４）式で表される発電機８の周波数特性モデルである。
【００３９】
このモデルは、ごく簡単には、発電機８に与えられた原動機１６の機械トルク初期値Ｔｍｏと、負荷トルク初期値ＴＬｏの状態において、電気出力の差分ΔPが発電機８の慣性Ｍの元に積分されて発電機角速度Δωとなって現れ、この結果が一次遅れ回路で表現された発電機８の周波数特性モデル７２と、負荷９の周波数特性モデル７０に与えられ、それぞれ最終的に原動機１６の機械トルク初期値Ｔｍｏと、負荷トルク初期値ＴＬｏに対する電気出力として、帰還されることを意味している。従ってこの回路では、機械入力Ｔｍｏと電気出力が一致すれば周波数も一定に安定することになる。
【００４０】
ところで、負荷は周波数が上がると消費電力が増加し、下がると消費電力も減少するという特性を持っており、この特性を負荷の周波数特性という。消費電力の変わり方は負荷によって相当異なり、例えば同期電動機負荷は周波数変化の影響をまともに受けるが、誘導電動機負荷にはすべりというクッションがあり周波数変化の影響が少ない。また電灯・電熱負荷は周波数変化の影響をほとんど受けない。さらに、太陽光発電と組合わせて設置する交流・直流変換装置や風力発電については負荷として扱うことができる。従って負荷がどのような割合で存在するかによって、総合特性が決定される。
【００４１】
また周波数の変化に対する発電力の変化としては、発電機の慣性、発電機相互間の位相差により生ずる同期化力、調速機動作による出力変化などがある。これらのうち、定常状態で考慮すべきなのは、調速機動作による出力変化のみである。
【００４２】
ところで、ランダムに発生する負荷変動を数式で表現し、定常状態における統計的な周波数変動Δfi(s)は近似的に以下のようになる。ランダムな負荷変動ΔPi(s)を負荷の多数回のステップ的変動の総和と考えると、i番目の負荷ΔPiのステップ変化に対応する周波数変動のラプラス変換は（５）式で表現される。
【００４３】
【数５】
2011114956.tif 000007
【００４４】
定常状態における周波数Δf iは最終値定理により、（６）式で表すことができる。
【００４５】
【数６】
2011114956.tif 000008
【００４６】
ここで、十分大きなＮ個の周波数観測データに基づいて周波数変動の標準偏差をσΔfとすると、（７）式が得られる。
【００４７】
【数７】
2011114956.tif 000009
【００４８】
さらに、負荷変動の標準偏差をσΔPとすると、（６）式より（８）が得られる。
【００４９】
【数８】
2011114956.tif 000010
【００５０】
従って周波数変動の標準偏差σΔfと負荷変動の標準偏差σΔPとの間には（９）式の関係が成り立つ。
【００５１】
【数９】
2011114956.tif 000011
【００５２】
図４は本発明の第１の実施形態に係るマイクログリッド安定運転制御装置１の機能を示すブロック図である。図４において、マイクログリッド安定運転制御装置１は、例えば、ディジタル計算機により構成されるもので、機能的にガバナフリー容量算出部１Ａ、発電機運転スケジュール設定部１Ｂとから構成されている。
【００５３】
このうち、ガバナフリー容量算出部１Ａでは、事前に過去経験に元づく一日単位の総電力需要２０変動の時系列データを入力して統計的な分析を行う。すなわち移動平均処理部２６Ａの出力を基にして、短周期変動分抽出部２７にて予測不可能な負荷変動成分を抽出する。この負荷変動成分を入力として標準偏差算出部２８にて負荷変動成分を１分間分ずつ取り出し標準偏差を算出する。ガバナフリー容量算出部２９で季節、曜日、昼夜時間帯を考慮して負荷特性定数を想定し、負荷変動標準偏差を基にして必要ガバナフリー容量を発電機ごとに算出する。
【００５４】
発電機運転スケジュール設定部１Ｂでは、先に述べた過去経験に元づく一日単位の総電力需要量２０を入力として、種々の評価指標に基づいて発電機運転スケジュールを演算により決定する。移動平均部２６Ｂの出力を入力とした長周期変動抽出部３０の出力に基づいて、例えば１時間単位で発電機の総出力を発電機総出力決定部３１で決定する。
【００５５】
運転発電機演算部３２Ａでは、マイクログリッドを構成する各発電機に対してそれぞれ発電機定格出力２１、燃料単価２２、ＣＯ２排出量２３、出力変動標準偏差２４、ガバナフリー容量２５を評価指標として算出し、これらの評価指標を基にして最適な運転発電機の組み合わせを演算により決定する。運転スケジュール作成部３２Ｂでは、発電機の起動・停止時刻を設定し、各発電機へ指令を出力する。
【００５６】
次に図４回路のうち、必要ガバナフリー容量算出部１Ａの詳細について、図５のフローチャート図と、図９の電力需要変動をあらわす図とを参照して説明する。まず、図５のステップＳ１０１でディジタル計算機上に一年間のマイクログリッドの総電力需要データベースを構築しておく。このデータベースのデータは例えば１秒周期での値である。図９は、一年間のマイクログリッドの総電力需要データベースのうち、ある日の数分間のみを示しているが、ここで２０が総電力需要であり、かなり短い時間間隔で変動していることがわかる。
【００５７】
ステップＳ１０２では、１秒毎の電力需要データをサンプル数６０程度で移動平均を求め、ランダムな変動成分を取り除く。このようにして求められたのが、図９の総電力需要移動平均値２１０である。総電力需要移動平均値２１０は、ゆったりと変動していることがわかる。
【００５８】
続いてステップＳ１０３では、１秒毎の需要変動データ２０から１分単位の移動平均データ２１０を差し引く。これにより需要変動のうち予測困難な短周期変動成分２２０のみが抽出されるが、元の需要変動データ２０の変動振幅にくらべ大幅に小さな振幅となっていることがわかる。
【００５９】
図９に総電力需要の時間的変化例を示す。総電力需要電力２０から１分間の移動平均値２１０を差し引くことにより、短周期の負荷変動成分２２０のみが抽出され、その変動振幅が元のデータに比べ絶対値で１／４程度になっていることがわかる。
【００６０】
この次にステップＳ１０４で、電力需要データの短周期成分２２０を用いて、１分間の負荷変動標準偏差を計算する。
【００６１】
ステップＳ１０５では前述したように季節、曜日、昼夜時間帯を考慮して負荷特性定数ＫＬを想定し、ステップＳ１０４の負荷変動標準偏差を基にして、（９）式を用いて必要ガバナフリー容量ＫＧ・σΔf0を算出する。ここでＫＧは発電機周波数特性定数、σΔf0は目標とする許容周波数変動の標準偏差である。
【００６２】
次に図４回路のうち、発電機運転スケジュール設定部１Ｂの詳細について、図６のフローチャート図と、図７の最適運転発電機選択のアルゴリズムを表す図と、図８の運転パターンを表す図とを参照して説明する。
【００６３】
発電機運転スケジュール設定部１Ｂでは、図６のフローチャート図に示すように、まずステップＳ２０１で一年間の電力需要データベースを基にして当日の電力需要を想定する。このときに使用する一年間の電力需要データベースは、必要ガバナフリー容量算出部１Ａで用いたと同じデータベースである。
【００６４】
次にステップＳ２０２にて、１秒間の電力需要データをサンプル数３６００で１時間程度の移動平均データとする。さらにステップＳ２０３で移動平均された電力需要データを例えば１時間単位の階段状の総発電量データに変換する。ここで、図８は１時間単位で１日の電力需要を表した図であり、横軸に時間、縦軸に総需要を表している。この図で、２３０はステップＳ２０２で求めた「１秒間の電力需要データを、サンプル数３６００で求めた１時間程度の移動平均データ」であり、時間オーダーでは滑らかな変動をしていることがわかる。更にこの図で、ステップＳ２０３で求めた、例えば１時間単位の階段状の総発電量データが、２４０として示されている。
【００６５】
ステップＳ２０４では評価指標（発電機定格出力、燃料単価、ＣＯ２排出量、出力変動標準偏差、ガバナフリー容量）に基づき運転発電機の組み合わせを決定する。図７は運転発電機を評価指標を用いて選定する具体的方法を示している。
【００６６】
この図７において、横軸にはマイクログリッド内に存在する運転発電機Ｇ１からＧ７が表記され、縦軸には評価指標として発電機定格出力、燃料単価、ＣＯ２排出量、出力変動標準偏差、ガバナフリー容量がそれぞれ表記されている。この評価指標のうち、発電機定格出力、燃料単価、ＣＯ２排出量については良く知られたことなので、説明を省略し、出力変動標準偏差、ガバナフリー容量について説明する。
【００６７】
まず、風力、太陽光発電などのように自然を相手にして発電を行なうものの場合には、発電出力をきめ細かく制御することが本来苦手である。このため、出力変動標準偏差という概念を導入し、制御困難な電源出力の変動を、周波数を安定化するものでなく、負荷変動のように振舞うため変動の度合いを標準偏差で表現したものである。制御困難な変動であるため、評価点は負の点数で表現している。
【００６８】
ガバナフリー容量は、短周期での電力変動に貢献するものであり、その制御幅が大きいほどマイクログリッドの周波数を安定化するのに寄与するため、評価点は正の点数で表現している。
【００６９】
因みに、図７の運転発電機のうち、化石燃料を使用する発電プラントＧ１，Ｇ５，Ｇ６，Ｇ７は、燃料単価が高く（従って、指標は負の値）、ＣＯ２排出量も多い（従って、指標は負の値）が、電源出力の変動の制御困難性はなく（出力変動標準偏差がゼロ）、ガバナフリー容量も大きい。また、風力、太陽光発電などの自然を相手にした発電プラントＧ３，Ｇ４は、燃料単価が低く（従って、指標はゼロ）、ＣＯ２排出量も少ない（従って、指標はゼロ）が、電源出力の変動制御困難であり（出力変動標準偏差が負）、ガバナフリー容量も小さい。
【００７０】
これら各項目の評価指標を用いて各発電機の周波数制御への効果と悪影響の度合いを数値化した評価結果に基づき、最終的には、総合評価の点数を計算している。ただしガバナフリー容量は負荷変動標準偏差と発電機出力変動標準偏差の和以上である制約がある。この点数により発電機運転の優先順位をつける。因みに図７の例では、総合評価点数が高いほど、長期間の運転に適しており、点数の低いものはなるべく使用を避けたほうが良いという結果になる。
【００７１】
最後にステップＳ２０５にて、たとえば１時間単位の発電機起動停止スケジュールを作成する。例えば図８は横軸の時間軸の２４時間における発電機Ｇ１から発電機Ｇ７までの運転スケジュールを示している。図８によれば、電力需要の増加に応じて必要な発電量を確保すべく順次発電機をマイクログリッドに投入していくが、その投入順序は総合評価点数の高い順序とされるのが、経済的にもまた周波数変動を抑制する意味でも有効である。
【００７２】
図８の運転結果からは、電力総需要の小さい夜間には出力変動標準偏差が大きく（電源出力の変動の制御困難性はない）、ガバナフリー容量もある発電機Ｇ１，Ｇ２を主体に電源構成し、総需要の大きい昼間には自然エネルギーの発電機Ｇ３，Ｇ４が追加起動される形で一日の電源運用が実施される。
【００７３】
以上、図４乃至図９を用いた第１の実施形態においては、過去経験に元づく一日単位の総電力需要２０変動の時系列データを入力して、最終的には時間単位での発電機の起動、停止を指令する信号５３を各発電機に与える。いわば、電力系統制御における中央給電指令所のＥＬＤ（経済負荷配分機能）のマイクログリッド版ともいえる制御機能である。但し、電力系統制御における中央給電指令所のＥＬＤ（経済負荷配分機能）と本質的に相違するのは、出力変動標準偏差、ガバナフリー容量という概念を導入して、マイクログリッド内の発電機を軌道、停止せしめる点にある。
【００７４】
図１０は本発明の第２の実施形態に係るマイクログリッド安定運転制御装置１の機能を示すブロック図である。図１０において、マイクログリッド安定運転制御装置１は、例えば、ディジタル計算機により構成されるもので、機能的に発電機出力指令設定部１Ｃ、ガバナフリー発電機設定部１Ｄとから構成されている。
【００７５】
発電機出力指令設定部１Ｃでは、総電力需要変動の現時点の時系列データを入力して統計的な分析を行う。すなわち総電力需要実測データ９０を移動平均処理部２６Ａに入力し、移動平均処理部２６Ａの出力を基にして、中周期変動分抽出部３５にて予測可能な負荷変動成分を抽出する。この中周期変動分抽出部３５にて抽出された負荷変動成分を、発電機出力指令値決定部３６にて発電機出力指令５８の修正分とする。
【００７６】
ガバナフリー発電機設定部１Ｄでは電力総需要量９０実測データを基に、移動平均処理２６Ａを行い、短周期変動分抽出部２７にて元データと移動平均データの差を取ることにより予測困難な負荷変動分を抽出する。
【００７７】
この出力を標準偏差算出部３７にて処理する。また周波数変動の実測値３３を標準偏差算出部３９にて処理する。標準偏差算出部３７と３９の出力を系統周波数特性定数推定部３８に入力し、（９）式に基づき系統周波数特性定数（ＫＬ＋ＫＧ）を算出する。周波数変動３３の標準偏差と目標周波数変動３４の標準偏差を周波数確認部３９で確認し、周波数変動３３の標準偏差が大きい場合には、必要発電機周波数特性定数算出部４０にて（９）式に基づき系統周波数特性定数（ＫＬ＋ＫＧＯ）を算出する。
【００７８】
必要ガバナフリー容量算出部４１Ａにて変更後発電機周波数特性定数ＫＧ０から必要ガバナフリー容量ＫＧ０・σΔf0を算出し、次いで発電機ガバナフリー量判定部４１Ｂにおいて、ガバナフリー指令５４を与える。ここでσΔf0は目標周波数変動の標準偏差、ＫＬは負荷周波数特性定数、ＫＧは変更前発電機周波数特性定数、ＫＧ０は変更後発電機周波数特性定数である。
【００７９】
図１１に示す処理フローのように、まずステップＳ３０１でディジタル計算機上にマイクログリッドの総電力需要データをオンラインで蓄積する。ステップＳ３０２によって１秒毎の電力需要データをサンプル数６０程度で移動平均を行い、ランダムな変動成分を取り除く。続いてステップＳ３０３では、１秒毎の需要変動データから１分単位の移動平均データを差し引く。これにより電力需要変動のうち予測可能な中周期変動成分のみが抽出される。この次にステップＳ３０４で発電機出力指令値修正分を算出する。ステップＳ３０３で抽出した中長周期の変動成分から現在の発電機出力指令値の総和を差し引くことにより発電機出力指令の修正分を演算する。最後にステップＳ３０５にて発電機出力指令値修正分を各運転発電機に配分する。
【００８０】
ガバナフリー発電機設定部１Ｄでは、図１２に示すように、まずステップＳ４０１でマイクログリッド内の周波数変動や総電力需要のオンラインデータを収集する。次にステップＳ４０２にて１秒間隔の周波数と電力需要データをサンプル数６０程度で１分程度の移動平均データとする。さらにステップＳ４０３で１秒間隔の周波数と電力需要データから移動平均された電力需要データを差し引くことにより短周期変動成分を抽出する。
【００８１】
ステップＳ４０４では周波数変動、負荷の短周期変動成分の標準偏差を算出し、系統周波数特性定数（ＫＬ＋ＫＧ）を推定する。ステップＳ４０５では観測された周波数変動の標準偏差が目標標準偏差σΔf0以内か確認する。周波数が目標値を超過している場合にはステップＳ４０６で目標周波数に抑えるための必要系統周波数特性定数（ＫＬ＋ＫＧＯ）を算出する。次にステップＳ４０７にて必要系統周波数特性定数を基にして必要ガバナフリー容量
σΔf0・ＫＧ０を算出する。最後にステップＳ４０８にて発電機ガバナフリー運転指令の変更指令を対象発電機に送信する。
以上、図１０乃至図１２を用いた第２の実施形態においては、リアルタイムの時系列データを入力して、最終的にはガバナフリー容量を算出する。この機能は、いわば、電力系統制御における中央給電指令所のＡＦＣ（自動周波数制御機能）、更にはガバナフリー機能のマイクログリッド版ともいえる制御機能である。但し、電力系統制御における中央給電指令所のＡＦＣと本質的に相違するのは、ガバナフリー容量という概念を導入して、マイクログリッド内の発電機を制御せしめる点にある。
【００８２】
図１３は本発明の第３の実施形態に係るマイクログリッド安定運転制御装置１の機能を示す構成図である。図１３において、マイクログリッド安定運転制御装置１は、例えば、ディジタル計算機により構成されるもので、機能的に必要制御量演算部４５、制御対象選定部４９とから構成されている。
【００８３】
必要制御量演算部４５では、検出端末高速伝送装置１４を経由してオンラインで発電機出力、総電力需要を入力して、まずそのアンバランス量が許容値以内かどうかをアンバランス判定部４３にて判定する。アンバランス値が許容値を超過している場合には必要制御量算出部４４にて制御量を算出する。
【００８４】
制御対象選定部５０ではまず制御量判定部４６にて制御量の大小により制御方法を切り替える。発電量が過剰ではあるが制御量が小さい場合には発電機出力変更対象選定部４７にて制御対象発電機を選定し発電機出力変更指令５５を与える。制御量が大きい場合には発電機緊急起動・停止対象選定部４８にて制御対象発電機を選定し、発電機起動・停止指令５６を発する。負荷が過剰な場合には負荷制限選定部４９にて制御対象負荷を選定し、付加制限指令５７を与える。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
マイクログリッドは、これから増加することが予想されるがその場合にグリッド全体を電力、周波数の観点から管理制御する機能が必須となる。
【符号の説明】
【００８６】
１  マイクログリッド運転制御装置
１Ａ  必要ガバナフリー容量算出部
１Ｂ  発電機運転スケジュール設定部
１Ｃ  発電機出力指令設定部
１Ｄ  ガバナフリー発電機設定部
２Ａ  電力系統
２Ｂ  マイクログリッド
３  連系用送電線
４  連系用変圧器
５  マイクログリッド母線
６  発電機用変圧器
７  遮断器
８  発電機
９  負荷
１０  電力貯蔵装置
１１  風力発電設備
１２  太陽光発電設備
１３  交流・直流変換装置
１４  検出端末高速伝送装置
１５  発電機母線
１６  原動機
１７  燃料タンク
１８  調速機
１９  電力線
２０  総電力需要
２１  発電機定格出力
２２  燃料単価
２３  ＣＯ２排出量
２４  出力変動標準偏差
２５  ガバナフリー容量
２６Ａ  移動平均（１分）処理部
２６Ｂ  移動平均（６０分）処理部
２７  短周期変動分抽出部
２８  負荷変動標準偏差算出部
２９  必要ガバナフリー容量算出部
３０  長周期変動分算出部
３１  発電機総出力決定部
３２Ａ  運転発電機選択演算部
３２Ｂ  発電機運転スケジュール設定演算部
３３  周波数変動
３４  目標周波数変動
３５  中長周期変動分抽出部
３６  発電機出力指令値決定部
３７  標準偏差算出
３８  系統周波数特性定数推定部
３９  周波数変動確認部
４０  必要系統周波数特性定数部
４１Ａ  必要ガバナフリー容量算出部
４１Ｂ  発電機ガバナフリー量配分部
４３  需給アンバランス判定部
４４  必要制御量算出部
４５  必要制御量演算部
４６  必要制御量判定部
４７  発電機出力指令配分部
４８  発電機緊急起動・停止指令配分部
４９  発電機出力指令配分部
５４  ガバナフリー指令
５５  発電機出力変更指令
５６  発電機起動・停止指令
５７  負荷制限指令
５８  発電機出力指令
７０  負荷の周波数特性モデル
７１  発電機の慣性モデル
７２  発電機の周波数特性モデル
９０  総電力需要実測データ
２１０  １分間の移動平均
２２０  短周期変動成分
２３０  １時間の移動平均
２４０  階段状の総発電量
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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