(57)【要約】      （修正有）【課題】自立移行時の周波数変動を正確に把握することのできるマイクログリッド運転装置およびマイクログリッド運転方法を実現すること。【解決手段】マイクログリッド運用装置は、蓄電池５０３０、自家用発電機５０２０及びセンサ５０１０からの情報を格納するデータベース部と、前記情報を基に各時間帯における電力需要を探索する試験計画立案部２０００と、試験計画立案部における情報を基に試験の可否が入力可能な表示装置１１と、過去のガバナの特性データから試験方法を作成する指令作成部３０００と、ガバナの特性を把握する特性把握部４０００と、を備える。表示装置で入力された試験可否情報をもとに、蓄電池及び自家発電機へ送信され、前記蓄電池及び前記自家発電機での試験結果は前記データベース部に送信され、前記特性把握部は前記データベース部の情報をもとにガバナの特性を把握する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池、自家用発電機及びセンサからの情報を格納するデータベース部と、
前記情報を基に各時間帯における電力需要を探索する試験計画立案部と、
前記試験計画立案部における情報を基に試験の可否が入力可能な表示装置と、
過去のガバナの特性データから試験方法を作成する指令作成部と、
ガバナの特性を把握する特性把握部と、を備えるマイクログリッド運用装置であって、
前記試験方法は前記表示装置で入力された試験可否情報をもとに、前記蓄電池及び前記自家発電機へ送信され、前記蓄電池及び前記自家発電機での試験結果は前記データベース部に送信され、前記特性把握部は前記データベース部の情報をもとにガバナの特性を把握するマイクログリッド運用装置。
【請求項２】
請求項１に記載のマイクログリッド運用装置であって、
前記試験計画立案部は、マイクログリッド内の消費電力または発電電力の情報を基に電力需要量の平均及び分散を算出し、前記平均及び分散を基に試験計画時間帯を指定することを特徴とするマイクログリッド運用装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のマイクログリッド運用装置であって、
前記指令作成部は、前記蓄電池が選択した充放電量で運転したときのマイクログリッド内の電圧周波数変動値を算出し、前記電圧周波数変動値が予め設定したマイクログリッドの許容できる周波数変動値に収まり、前記ガバナの特性を把握できる場合には前記充放電量を前記試験の計画値とすることを特徴とするマイクログリッド運用装置。
【請求項４】
蓄電池、自家用発電機及びセンサからの情報を格納し、
前記情報を基に各時間帯における電力需要を探索する試験計画立案し、
前記試験計画立案の情報を基に試験の可否を入力し、
過去のガバナの特性データから試験方法を作成し、
前記試験方法は前記試験の可否の情報をもとに、前記蓄電池及び前記自家発電機へ送信され、前記蓄電池及び前記自家発電機での試験結果は送信されガバナの特性を把握するマイクログリッド運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクログリッド制御装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力系統の停電リスクが増大したことに伴い、マイクログリッド（MG）を自立運用することにより、当該地域で電力供給を継続するニーズが高まっている。マイクログリッドの自立運用とは、マイクログリッドと電力系統との連系点の遮断器を開放し、マイクログリッド内の発電機を電力供給源としてマイクログリッド地域内への電力供給を継続することである。一般的に、マイクログリッドは電力系統が健全状態である間は連系点の遮断器を閉じている。そして、この間、マイクログリッドで消費される電力は、外部系統からの供給電力とマイクログリッド内の発電機からの供給電力でまかなわれる。ここで、電力系統が突然停電した場合を考える。このとき、マイクログリッドは、電力系統との連系点の遮断器を開き、マイクログリッド地域と商用系統を遮断することにより自立運用へ移行する。しかし、自立運用移行直後には、外部系統から供給されていた電力が喪失されること、および需要機器の使用電力が変動することにより、マイクログリッド内の周波数と電圧が大きく変動する。この周波数と電圧の変動が原因で、マイクログリッド内の需要機器が停止し、電圧と周波数の変動を増幅させ、自家発が停止するという課題がある。
【０００３】
マイクログリッドの自立運用移行直後の周波数と電圧の変動を小さくするための従来技術のひとつとして、特許文献１に記す技術がある。本文献には、 「マイクログリッドが商用系統との連系運転から自立運転に無停電で移行するための装置であって、計測データから現在の系統状態を予測する現在系統状態予測部と、自立時の構内系統状態を機器の脱落判定をしながら計算する自立時構内系統状態計算部と、自立時の電圧と周波数の変動を用いて使用可能な電力が大きくなるように抑制する需要機器を選定する制御方式策定部と、マイクログリッドが自立運転に移行するまえに選定した需要機器を抑制することを特徴とするマイクログリッド運用装置」とある。
【０００４】
一方、自立時の周波数の変動は、自家発のガバナの特性が大きく影響する。ガバナとは、自家発の燃料投入量を制御する制御弁である。ＭＧの自立運転時に周波数が変動すると、ガバナが燃料投入量を調整し、ＭＧの周波数を基準の周波数に維持する働きをする。
【０００５】
しかし、ガバナの特性は運転中の周囲の環境や劣化により変化する。そのため、ガバナの特性を把握して自立運転の移行を判定することが重要である。
【０００６】
ガバナ特性を把握する技術の一つとして、特許文献２がある。本文献には、電力負荷変動に対する発電機の出力調整能力を評価する発電機評価方法であって、前記発電機に基準指令を与えて、その基準指令に対する出力電力を計測する計測ステップと、前記計測ステップにおける出力電力の計測値を用いて、発電機制御モデルのパラメータを推定する推定ステップと、前記推定ステップにおけるパラメータの推定値を用いて、前記発電機制御モデルのパラメータと前記発電機の出力調整能力との関係を規定する評価式に基づいて、発電機の出力調整能力を評価する評価ステップとを含む、発電機評価方法」とある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特願２０１６−１７８３２２号公報
【特許文献２】特開２００６−２５４６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２で対象とする発電機と、ＭＧ内の自家用発電機では制御方式が違う。そのため、特許文献２の手法では自立運転時の自家用発電機の特性を把握が配慮されていない。よってＭＧの自立運転時における自家用発電機のガバナの特性を推定できない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の代表的なものの一つを示せば、蓄電池、自家用発電機及びセンサからの情報を格納するデータベース部と、前記情報を基に各時間帯における電力需要を探索する試験計画立案部と、前記試験計画立案部における情報を基に試験の可否が入力可能な表示装置と、過去のガバナの特性データから試験方法を作成する指令作成部と、ガバナの特性を把握する特性把握部と、を備えるマイクログリッド運用装置であって、前記試験方法は前記表示情報で入力された試験可否情報をもとに、前記蓄電池及び前記自家発電機へ送信され、前記蓄電池及び前記自家発電機での試験結果は前記データベース部に送信され、前記特性把握部は前記データベース部の情報をもとにガバナの特性を把握するマイクログリッド運用装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、自立移行時の周波数変動を正確に把握することのできるマイクログリッド運転装置およびマイクログリッド運転方法を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例に係るガバナ制御方式を示す図
【図２】本発明の実施例に係るマイクログリッド地域を示す図
【図３】本発明の実施例に係る連系運転と自立運転の違いを示す図
【図４】本発明の実施例に係るマイクログリッド運用装置の構成例を示す図
【図５】本発明の実施例に係るシステム構成を示す図
【図６】本発明の実施例に係る計画立案部フローを示す図
【図７】本発明の実施例に係る試験予定日承認画面を示す図
【図８】本発明の実施例に係る蓄電池充放電計画作成フローを示す図
【図９】本発明の実施例に係る蓄電池充放電計画を示す図
【図１０】本発明の実施例に係る同定前後での周波数変動結果の違いを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【００１３】
まず、自家用発電機のガバナの制御方法について、図１を用いて説明する。
【００１４】
図１はガバナ制御での周波数に対する自家用発電機の有効電力出力目標値を示したグラフである。ガバナはマイクログリッドが系統と連系する時には実線の特性となる制御を、自立時には破線の特性となる制御をする。連系時の制御とは商用系統の周波数変動時に自家発が過負荷および軽負荷を避けて商用系統と同期運転する制御方式である。自立時の制御は、需要変化による自家発の出力変化時に、自家発の周波数を一定に保つ制御である。自立時の制御はマイクログリッド内の需給ギャップを埋めるよう制御する。このことから、自立運転時に自家用発電機のガバナが動作するのは、ＭＧ内の需給バランスが崩れた時である。
【００１５】
続いて、自立運転時の自家用発電機のガバナ特性把握方法を、図２〜図３を用いて説明する。
【００１６】
図２はマイクログリッド地域系統の一例を示した図である。本マイクログリッド地域系統は需要機器群Ｌ００１、自家発１１０、蓄電池１５０、商用系統１３０、マイクログリッド地域と商用系統をつなぐ連系線１２０と遮断器１４０を含んでいる。Ｎはノードであることをさす。
【００１７】
図３はマイクログリッドの連系運転と自立運転の状態を表している。マイクログリッドの連系運転と自立運転は、遮断器１４０によって決まる。遮断器１４０が閉じているとき、マイクログリッドは商用系統と連系して運転する連系運転の状態にある。連系運転時の電力の供給源は連系線１２０を介した商用系統１３０からの買電と、自家発１１０による発電と蓄電池１５０の発電の３つである。一方、遮断器１４０が開いているとき、マイクログリッドは商用系統から自立して運転する自立運転の状態にある。自立運転時は、連系線１２０を介した商用系統１３０からの買電が不可能なため、電力の供給源は自家発１１０による発電と蓄電池１５０による発電の２つとなる。
【００１８】
ここで、自立運転時にガバナが動作するのは、ＭＧ内の需給バランスが崩れた時であるため、ガバナ特性の把握には需給バランスを模擬的に崩す必要がある。そこで、需要が小さく事業活動に影響を与えない時間帯にＭＧを自立移行し、停電しない程度に需給バランスを崩してガバナ特性を把握する。
【００１９】
需給バランスを崩す方法はいくつか考えられるが、本実施例では蓄電池を用いた手法を記載する。なお、本手法に関して同等の効果を得られるものであれば、必ずしも蓄電池の制御に限ったものではない。
【００２０】
図４は、本発明の一実施例によるマイクログリッド運用装置１０の構成例を示す図である。マイクログリッド運用装置１０は計算機システムで構成されており、表示装置１１、キーボードやマウス等の入力手段１２、コンピュータＣＰＵ、通信手段１４、ランダムアクセスメモリＲＡＭ、および各種データベースがバス線３０に接続されている。また計算機システムのデータベースＤＢとして、需要実績データベースＤＢ１、自家発運用実績データベースＤＢ２、蓄電池運用実績データベースＤＢ３、およびプログラムデータベースＤＢ５を備える。
【００２１】
ここでコンピュータＣＰＵは、計算プログラムを実行して表示すべき画像データの指示や、各種データベース内のデータの検索等を行う。ランダムアクセスメモリＲＡＭは、需要機器特性データ、需要機器脱落条件データや機器抑制条件データ、域内系統解析モデルデータや制御方式の決定結果、自立移行後の電圧、周波数波形の演算結果を表すデータ、を一旦格納するメモリである。これらのデータに基づき、コンピュータＣＰＵによって必要な画像データを生成して、表示装置１１（例えば表示ディスプレイ画面）に表示する。
【００２２】
需要実績データベースＤＢ１は、ＭＧで計測した需要量の実績値を格納したデータベースである。このデータを用いることで、電力利用が活発でない、事業活動へのインパクトが小さい時間を探索し、ガバナ特性の把握試験をする日程を決めることができる。
【００２３】
自家発運用実績データベースＤＢ２は、自家用発電機の計測情報である自家用発電機連系点の電圧および自家用発電機の回転周波数を時間ごとに格納する。
【００２４】
蓄電池運用実績データベースＤＢ３は、蓄電池の充放電情報を格納する。
【００２５】
ＤＢ２とＤＢ３のデータを用いることで、自家用発電機のガバナ特性試験方法の策定および特性把握ができる。
【００２６】
プログラムデータベースＤＢ６には、試験日程作成プログラムＰＲ１、ガバナ特性把握プログラムＰＲ２、試験方法作成プログラムＰＲ３を格納する。これらのプログラムは必要に応じてコンピュータＣＰＵに読みだされ、計算が実行される。
【００２７】
図５を用いて、本発明のマイクログリッド運用装置１０の処理機能構成について説明する。本発明のマイクログリッド運用装置は試験計画立案部２０００と、指令作成部３０００と、特性把握部４０００と、図４に示した各データベース１〜５で構成されている。マイクログリッド運用装置１０の起動時には、蓄電池５０３０、自家用発電機５０２０、需要５０４０に接続されたセンサ５０１０から受け取った情報をＤＢ１〜３に格納する。計画立案部２０００は、需要実績ＤＢ１を使い、需要の小さい時間帯を探索する。計画立案部２０００は、需要の小さい時間帯を探索した後、ガバナ特性試験をする日時を表示装置１１に出力する。オペレータは表示装置１１に表示されるガバナ特性試験の日時から、当日試験の可否を判定し、試験可否情報６０００を入力する。指令作成部３０００は、過去に格納したガバナ特性データベースＤＢ５を用い、今回の試験方法を作成する。作成された試験方法は試験可否情報６０００を受け、試験日程に合わせて蓄電池５０３０および自家用発電機５０２０に送信される。試験結果はセンサ５０１０を通して自家発運用実績データベースＤＢ２および蓄電池実績データベースＤＢ３に送信される。特性把握部４０００はＤＢ２およびＤＢ３に格納した実績データをもとに、ガバナの特性を把握する。
【００２８】
次に、図６〜図１０を使って、計画立案部２０００、指令作成部３０００、特性把握部４０００のフローを説明する。
【００２９】
図６を用いて計画立案部２０００を説明する。計画立案部のフローは入力データである需要実績データＳ２０１と、各曜日と時間における需要量の平均と分散を算出するＳ２０２と、平均と分散が小さい曜日と時間を試験日に指定するＳ２０３で構成される。
【００３０】
需要実績データＳ２０１は需要実績データベースＤＢ５の格納データである。
【００３１】
各曜日と時間における需要量の平均と分散を算出するＳ２０２は、Ｓ２０１のデータをもとに各曜日と時間における需要量の平均と分散を算出する。
【００３２】
平均と分散が小さい曜日と時間を試験日に指定するＳ２０３は、Ｓ２０２で計算した平均と分散が小さい曜日と時間帯を試験予定日に指定する。指定日は計画立案部２０００が作動した日時より予め決められた期間先の曜日と時間帯を指定する。
【００３３】
なお、本フローでは試験予定日の作成に需要実績データしか利用しなかったが、運用にあたっては、例えば機器の稼働スケジュールや対象ＭＧ内のイベントスケジュールも合わせて利用してもよい。
【００３４】
図７を用いて表示部１１に表示される試験予定日での試験可否判定を求める画面１１０１の一例を示す。
【００３５】
試験可否判定画面１１０１は、計画立案部２０００で作成した試験予定日を表示し、オペレータに試験の可否を判定してもらう画面である。本例では試験可能な場合はＹＥＳを、試験不可の場合はＮＯをクリックしてもらう。ＹＥＳを選択した場合、ガバナ特性把握のための試験を試験予定日に実施する。
【００３６】
次に、指令作成部３０００の説明をする。
【００３７】
図９を用いて指令作成部３０００で作られる蓄電池充放電計画の一例を示す。本例では、蓄電池の充放電計画として４種類のステップ応答の計画を作成する。図９は横軸が時間、縦軸が蓄電池の充放電量である。縦軸が負の値は充電を、正の値は放電を表す。計画４１０１と４１０４はガバナによる自家発出力変化速度の制約をみるために立てられた計画である。また、計画４１０２と４１０３は変化速度制約にかからない出力の応答性を見るために立てられた計画である。これら４つの蓄電池充放電計画に対する応答を見ることで、ガバナの特性を把握できる。
【００３８】
図８を用いて指令作成部３０００の指令作成方法を説明する。指令作成部３０００は、入力にガバナ特性データベースに格納された過去に推定したガバナ特性Ｓ４０１と、蓄電池充放電量選択部Ｓ４０２と、試験時の電圧周波数変動計算部Ｓ４０３と、電圧／周波数変動は規定値以内かを判定するＳ４０４と、ガバナ特性を把握できる変動かを判定するＳ４０５と、蓄電池充放電量決定部Ｓ４０６からなる。以降では各部を説明する。
【００３９】
Ｓ４０１はガバナ特性データベースに格納された過去に推定したガバナ特性である。過去に推定したデータがない場合、カタログ値を使ってもよい。
【００４０】
Ｓ４０２は蓄電池充放電量を選択する。蓄電池充放電量は繰り返し計算に入った最初の一回目では蓄電池の最大充放電量を選択する。
【００４１】
Ｓ４０３は選択した蓄電池充放電量で運転した時のＭＧ内の電圧周波数変動を計算する。
【００４２】
Ｓ４０４はＳ４０３で計算した周波数変動が規定値以内かを判定する。規定値はＭＧ内の機器の運転可能範囲から決定してもよいし、運用者が事前に決定してもよい。
【００４３】
Ｓ４０５はＳ４０３で計算した周波数変動でガバナの特性を把握できるかを判定する。判定の基準は特性同定に用いる手法により決められる必要な変化量である。
【００４４】
Ｓ４０６はＳ４０４とＳ４０５の判定を満たした時、その値を蓄電池充放電量として決定する部分である。計画に採用されたら計画値ＤＢであるＳ４０８に格納する。格納する際、すでに同じことを目的とした計画が格納されていたら、その値は格納しない。例えば、第n回目の計算で計画４０１相当の計画を作成し、第n+1回目で同じく計画４０１相当の計画を作成した場合、第n回目の計画を優先する。
【００４５】
Ｓ４０９は計画ＤＢに計画が４つ格納されたかを判定するものである。
【００４６】
Ｓ４０７はＳ４０４とＳ４０５とＳ４０９のどれかを満たさなかった時、充放電量を更新する。更新値は、例えば前回の蓄電池充放電量から仕様で決定した値ΔＰを差し引いた値とする。Ｓ４０７で値を更新したら、その値を使って再びＳ４０３からＳ４０５を実施する。これにより、計画を４つ作るまでフローを続けることとなる。
【００４７】
指令作成部３０００で作成した計画は、オペレータにより承認された試験日程で実行される。試験では蓄電池５０３０に指令を送り、蓄電池が計画通りに運転することで、自家用発電機の応答を取得する。
【００４８】
次に、特性把握部４０００の方法を説明する。特性把握部４０００は、試験による自家発の応答からガバナの特性を把握する。把握の方法は例えばZiegler-Nichols のステップ応答法などがある。
【００４９】
次に図１０によって、本方法によってガバナ特性を把握する効果を示す。図１０は特性把握前での自立移行時の周波数計算で算出した周波数変動最大値と、同定した特性を用いた周波数計算で算出した周波数変動最大値を比較したものである。本方法により同定した結果によって、周波数演算結果に違いがでている。
【符号の説明】
【００５０】
Ｎ：ノード
Ｌ：需要機器
１１０：自家発
１２０：連系線
１３０：商用系統
１４０：遮断器
１５０：蓄電池
１０：マイクログリッド運用装置
１１：表示装置
１２：キーボードやマウス等の入力手段
ＣＰＵ：コンピュータ
１４：通信手段
ＲＡＭ：ランダムアクセスメモリ
ＤＢ１：需要実績データベース
ＤＢ２：自家発運用実績データベース
ＤＢ３：蓄電池運用実績データベース
ＤＢ４：プログラムデータベース
ＤＢ５：ガバナ特性データベース
１０００：電力線
２０００：計画立案部
３０００：指令作成部
４０００：特性把握部 
５０１０：センサ
５０２０：自家用発電機 
５０３０：蓄電池
５０４０：需要量
６０００：試験可否情報
Ｓ２０１：需要実績データ
Ｓ２０２：各曜日と時間における需要量の平均と分散を算出 
Ｓ２０３：平均と分散が小さい曜日と時間を試験日に指定 
１１０１：試験予定日承認画面 
Ｓ４０１：過去に同定したガバナ特性
Ｓ４０２：蓄電池充放電量選択
Ｓ４０３：試験時の周波数変動計算 
Ｓ４０４：電圧／周波数は規定値以内か
Ｓ４０５：ガバナ特性を把握できる変動か
Ｓ４０６：蓄電池充放電量決定
Ｓ４０７：充放電量更新
Ｓ４０８：計画値ＤＢ
Ｓ４０９：計画４つ作成
４１０１：蓄電池充放電計画
４１０２：蓄電池充放電計画
４１０３：蓄電池充放電計画
４１０４：蓄電池充放電計画
【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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