(57)【要約】【課題】  蓄電装置を用いることなく無停電で自立運転へ移行するための技術を提供する。【解決手段】  上記課題を解決するために、本発明に係る電力系統連系制御装置は、基幹系統から独立して自立運転可能な電力系統を制御する電力系統連系制御装置において、前記基幹系統の運用情報に基づいて、前記基幹系統の停電リスクを推定する系統停電リスク演算部と、前記電力系統の負荷稼働状況の情報に基づいて、停電時の自立運転におけるコストを演算する自立運転時コスト演算部と、前記停電リスクと前記自立運転におけるコストの演算結果に基づいて、自立運転に移行するか否かを決定する自立連系モード決定部とを備えることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基幹系統から独立して自立運転可能な電力系統を制御する電力系統連系制御装置において、
前記基幹系統の運用情報に基づいて、前記基幹系統の停電リスクを推定する系統停電リスク演算部と、
前記電力系統の負荷稼働状況の情報に基づいて、停電時の自立運転におけるコストを演算する自立運転時コスト演算部と、
前記停電リスクと前記自立運転におけるコストの演算結果に基づいて、自立運転に移行するか否かを決定する自立連系モード決定部と
を備えることを特徴とする電力系統連系制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力系統連系制御装置において、
前記自立連系モード決定部は、前記停電リスクから得られる停電による損失コストの期待値と、前記自立運転を行うことによる運転コストの増加分とを比較することで、自立運転が連系運転かを決定することを特徴とする電力系統連系制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の電力系統連系制御装置において、
前記自立連系モード決定部は、系統状態の情報を取得し、前記停電リスクと前記自立運転におけるコストの演算結果を用いて、停電時の自立運転から基幹系統へ再連系運転するか否かを決定することを特徴とする電力系統連系制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の電力系統連系制御装置は、
基幹系統からの自立運転時に遮断する電力負荷を決定する遮断負荷決定部を更に備え、
自立運転時コスト演算部は、前記で決定した負荷遮断による損失コストを用いて自立運転時のコストを演算することを特徴とする電力系統連系制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の電力系統連系制御装置は、
前記電力系統における電源及び前記電力系統の電圧の位相に関する情報を入力とし、前記電力系統の位相に合わせるように前記電源の位相を調整する位相調整部を更に備えることを特徴とする電力系統連系制御装置。
【請求項６】
基幹系統から独立して自立運転可能な電力系統を制御する電力系統連系制御方法において、
前記基幹系統の運用情報に基づいて、前記基幹系統の停電リスクを推定し、前記電力系統の負荷稼働状況の情報に基づいて、停電時の自立運転におけるコストを演算し、前記停電リスクと前記自立運転におけるコストの演算結果に基づいて、自立運転に移行するか否かを決定することを特徴とする電力系統連系制御方法。
【請求項７】
請求項６記載の電力系統連系制御方法において、
前記停電リスクから得られる停電による損失コストの期待値と、前記自立運転を行うことによる運転コストの増加分とを比較することで、自立運転が連系運転かを決定することを特徴とする電力系統連系制御方法。
【請求項８】
請求項６記載の電力系統連系制御方法において、
系統状態の情報を取得し、前記停電リスクと前記自立運転におけるコストの演算結果を用いて、停電時の自立運転から基幹系統へ再連系運転するか否かを決定することを特徴とする電力系統連系制御方法。
【請求項９】
請求項６記載の電力系統連系制御方法において、
基幹系統からの自立運転時に遮断する電力負荷を決定し、前記決定した負荷遮断による損失コストを用いて自立運転時のコストを演算することを特徴とする電力系統連系制御方法。
【請求項１０】
請求項６記載の電力系統連系制御方法において、
前記電力系統における電源及び前記電力系統の電圧の位相に関する情報を入力とし、前記電力系統の位相に合わせるように前記電源の位相を調整することを特徴とする電力系統連系制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電力系統からの自立運転への移行、および電力系統への復帰を制御するための電力系統連系制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統からの自立運転への移行に関する内容として、特開２００９-２１９２０４号広報(特許文献１)に記載の技術がある。この公報には、「遮断器状態信号が入力された場合に、電力供給を開始することにより、前記遮断器によって商用系統の電力が遮断されてから前記回転機系発電機が自立運転制御の運転に移行するまでの間の負荷変動を補償する蓄電装置とを備えたことを特徴とする」という記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９-２１９２０４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基幹系統老朽化、グローバル化、気象災害増大を背景に災害被害額が増大しており、地域系統でのレジリエンシー強化のニーズが増大している。その一環として、基幹系統事故時でもマイクログリッド内の重要負荷を低コストに無停電で維持することが求められている。特許文献１では、自立運転に移行するために、負荷変動を保証する蓄電装置を備えることを必要とする。しかし、蓄電装置である蓄電池やUPSは設備コストが大きい。そのため、本発明では、蓄電装置を用いることなく無停電で自立運転へ移行するための技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る電力系統連系制御装置は、基幹系統から独立して自立運転可能な電力系統を制御する電力系統連系制御装置において、前記基幹系統の運用情報に基づいて、前記基幹系統の停電リスクを推定する系統停電リスク演算部と、前記電力系統の負荷稼働状況の情報に基づいて、停電時の自立運転におけるコストを演算する自立運転時コスト演算部と、前記停電リスクと前記自立運転におけるコストの演算結果に基づいて、自立運転に移行するか否かを決定する自立連系モード決定部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、蓄電装置を用いることなく無停電で自立運転へ移行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１における電力系統連系制御装置１０１の構成図を示す。
【図２】本発明の実施例１における電力系統連系制御装置１０１の処理を表すフローチャートを示す。
【図３】停電時コストに対する確率密度を表わす停電リスクの例を示す。
【図４】自立運転時のコストを求めるための電力需要と発電量の例を示す。
【図５】停電時コスト５０２と自立運転時発電量の例を示す。
【図６】本発明の実施例２における電力系統連系制御装置１０１の構成図を示す。
【図７】本発明の実施例２における電力系統連系制御装置１０１の処理を表すフローチャートを示す。
【図８】本発明の実施例３における電力系統連系制御装置１０１の構成図を示す。
【図９】複数の電力負荷による電力需要と、電源の発電容量との関係を表わす図の例を示す。
【図１０】本発明の実施例４における電力系統連系制御装置１０１の構成図を示す。
【図１１】電力系統に対する電源の電圧位相調整の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の電力系統連系制御装置１０１の構成図である。本電力系統連系制御装置１０１は、系統需給逼迫度の情報１０２と気象予報１０３を用いて自立運転時のコストとその確率分布の組である停電リスクを演算する系統停電リスク演算部１０４と、電力負荷１０６と電源１０７の運転状況および設備情報１０５を用いて自立運転時のコストを演算する自立運転時コスト演算部１０８と、自立モードと連系モードのどちらで運転するかを決める条件を定めるモード決定方法指定手段１０９と、停電リスクと停電時コストとモード決定方法の情報を元に自立モードまたは連系モードのどちらで運転するかを決定する自立/連系モード決定部１１０と、動かすモードの情報を受取り、電力系統１１１との接続を遮断する遮断器１１２と電源１０７への制御指令を出力する自立移行/再連系制御部１１３からなる。
【００１０】
続いて、図２は本発明の電力系統連系制御装置１０１の処理を表わすフローチャートを示す。まず系統需給逼迫度の情報と気象予報を用いて停電時のコストとその確率分布の組である停電リスクを求める(２０１)。続いて、電力負荷と電源の運転状況および設備情報を用いて自立運転時のコストを演算する(２０２)。続いて、停電リスクと停電時コストとモード決定方法の情報を元に自立モードまたは連系モードのどちらで運転するかを決定する(２０３)。続いて、連系運転を続ける場合は再び処理２０１に戻り、自立運転に移行する場合には処理２０５に進む(２０４)。指定されたモードへと移行するように電力系統との接続を遮断する遮断器と電源への制御指令を出力する(２０５)。
【００１１】
次に、構成図に示した各要素について詳述する。
【００１２】
系統停電リスク演算部１０４に関連する、系統需給逼迫度１０２は系統の需給がどれだけ逼迫しているかを表す情報である。具体的には、電力需要に対する供給力の余力に関する情報(供給予備率)であり、その値を直接取得するか、あるいは供給予備率が指定値以下になると発出される電力需給ひっ迫警報等の情報である。気象予報１０３は、停電につながる恐れのある気象情報で、たとえばハリケーンや落雷などの情報である。
【００１３】
本実施例における系統停電リスク演算部１０４が導出する系統停電リスクの例を図３に示す。横軸に停電時のコストを、縦軸に各停電コストに対する確率をとったもので、例えば、雷で停電する場合はその停電時間が短いため、停電コストが高い位置の確率が小さくなる(３０１)。一方で、需給逼迫度が上昇して数時間に及ぶ計画停電が行われる確率が大きい場合は、停電コストが低い位置の確率が小さく、停電コストが高い位置の確率が大きくなる (３０２)。(削除)
【００１４】
系統停電リスク演算部１０４の処理の例を示す。まず入力情報のリスク要因から横軸に停電時間、縦軸にその確率を表わす確率分布を求める。その分布は過去の実績データを前もって分析して事前に作成したものをデータベースから読み込んだり、あるいは実績データを元に系統停電リスク演算部１０４により求める。次に、各停電時間に対する停電コストを求める。生産ラインを持つ工場を例にとると、停電時間が長ければその分生産が止まるため、停電コストは停電時間に比例する。あるいは温度管理が必要な製品で数分程度の停止でロット全体の品質が損なわれて廃棄する必要がある場合は、停電時間に比例せず数分の経過で大きな停電コストが生じる。停電時間と停電コストの関係、および停電時間とその確率の関係が与えられるため、これらを用いて、停電コストとその確率の関係である停電リスクが求められる。
【００１５】
次に自立運転時コスト演算部１０８の処理の例を示す。本演算部では停電時に追加で発電しなければならない電力を求める。概念図を図４に示す。４０１は電力使用量を、４０２は電源１０７による発電量を表わす。４０３は電力使用量や発電量を取得した時刻とする。ここで４０１に関しては、時刻４０３における４０１の傾きを取り、直線近似４０４等により、次時刻以降の使用量を予測できる。一方、発電量については計画値であり、その差分をとったものが停電時に発電すべき電力量である。その分を発電機で補った場合のコストは、発電機の発電単価、もしくは詳細に値を出したいのであればガス消費特性(発電量に対するコストの特性となる)を用いて求められる。停電しない場合のコストは、発電機で発電しない分を買電で賄うとすれば求められる。以上により、停電した場合のコストと停電しない場合のコストを求められるため、その差分を取ることで停電による運転コストの増分が求められる。なお、本実施例では需要量の予測値を直線近似として表わしたが、予め何か異なる手段(記憶ベース推論や重回帰等)で得られた需要予測の値を用いてもいいし、あるいは需要予測で得られたデータを電力負荷１０６によって得られた電力消費量によって補正したものであってもよい。
【００１６】
次に、自立/連系モード決定部１１０の処理の例を示す。自立/連系モード決定部１１０は、系統停電リスク演算部１０４による停電リスクと、自立運転時コスト演算部１０８によるコスト増分を元に、自立運転に移行するか、連系運転を続けるかを決定する。そのための評価基準は複数考えられるため、その基準はモード決定方法指定手段１０９によってユーザが与える。本実施例では、自立運転に移行せずに停電した場合のコスト増分期待値と、停電前に自立運転に移行することで増えるコストの増分を比較し、単に前者が大きい場合に自立運転に移行するとした。自立運転移行によるコストの増分は、その運転時間に依存するため、本実施例では図５に示す方法で比較する。まず、停電時コストとその確率の関係を表わす停電リスク５０１を用いてその平均停電時コスト５０２を求める。求めた平均停電時コスト５０２に対して、系統停電リスク演算部１０４の処理の説明で示したのと逆の方式で停電時間を求める。時刻に対する電力の関係について、現在時刻５０３(電力使用量や発電量を取得した時刻)に対して、求めた停電時間を足し合わせた時刻５０４が得られる。自立運転移行による発電量は５０３〜５０６で挟まれた面積部分となる。そのため、自立運転移行による電源による発電量の増加分を求めることができる。自立/連系モード決定部１１０は、平均停電時コスト５０２と、自立運転移行による発電量の増加分とを比較し、前者の方が大きい場合には停電させ、後者の方が大きい場合は連系運転を続けると判定する。自立移行/再連系制御部１１３はその判定結果を元に、電源の運転および遮断器１１２の開閉を制御する。
【００１７】
以上のようにして、蓄電装置を用いることなく無停電で自立運転へ移行することが可能となる。
【実施例２】
【００１８】
以下、実施例２における本発明について説明する。本実施例は、実施例１における自立運転への移行に加え、自立運転から再連系への移行にも本発明を適用する場合の例を示す。
【００１９】
実施例２における本発明の構成を図６に示す。実施例１の構成と異なるのは、系統状態６０１を取得する点である。系統状態６０１は、電力系統が接続可能な状態かどうかを表わす情報である。具体的には、電源系統の電圧や周波数である。この情報は、自立/連系モード決定部で利用し、連系モードで運転中の場合に自立運転に移行可能かどうかの判別に使用する。
【００２０】
実施例２における処理について、そのフローチャートを図７に示す。まず、連系モードからスタートして、自立運転への移行までの処理は図２のステップ２０１〜２０５と同様である(７０１)。続いて、図２と同様の処理で自立運転に移行した後は、随時系統の停電状態を取得する(７０２)。続いて、系統が再連系可能な状態であるかを判断し、系統が停電中で再連系が不可能な場合には再びステップ７０２に戻り、可能な場合はステップ７０４に進む(７０３)。続いて、系統需給逼迫度の情報と気象予報を用いて停電時のコストとその確率分布の組である停電リスクを求める。この処理はステップ２０１と同様である(７０４)。続いて、電力負荷、電源の運転計画、設備情報を用いて自立運転時のコストを演算する。このコストの演算方法は図４と同様である(７０５)。続いて、停電リスクと停電時コストとモード決定方法の情報を元に自立モードまたは連系モードのどちらで運転するかを決定する。この処理は、図２のステップ２０４と同様である(７０６)。続いて、連系モードに移行しない場合には、ステップ７０４に戻り、移行する場合には再びステップ７０１に戻る。
以上のようにして、本発明により蓄電装置を用いることなく無停電で自立運転へ移行するだけでなく、停電状態が終了する適切なタイミングで再連系することが可能となる。
【実施例３】
【００２１】
以下、実施例３における本発明について説明する。本実施例は、電力負荷を一部選択遮断してから自立運転に移行する例である。
【００２２】
実施例３における本発明の構成を図８に示す。実施例１の構成と異なるのは、遮断負荷決定部８０１を持つ点である。遮断負荷決定部８０１は、電力負荷１０６と設備情報１０５を参照して遮断する負荷を決定する機能を持つ。
【００２３】
その一例について図９に説明する。図９において、４０１は電力負荷の使用電力量を測定した時点である。そして、電力負荷１０６として電力負荷A,B,Cの３つがあるとし、４０２は電力負荷Aの電力消費量を、４０３は電力負荷AとBの電力消費量の和を、４０４は電力負荷A,B,Cの電力消費量の和を表わす。そして、４０５は電力負荷AとBの電力消費量の和の予測値を、４０６は電力負荷A,B,Cの電力消費量の和の予測値を表わす。そして直線４０７は設備情報１０５によって与えられる電源１０７の全電源容量を表わすとする。自立運転に移行した場合に電力負荷A,B,Cの全てが動き続けると、電力負荷AとBの電力消費量の和の予測値４０６が電源容量４０７を超過する。電源容量を超過してしまうと電力不足のため、停電時の自立運転が不可能となるため、遮断負荷決定部８０１は電力負荷A,B,Cから負荷を選択し遮断する。例えば電力負荷Cを遮断すると、電力負荷の予測値は４０５となるため電源容量４０７を超過しなくなる。
【００２４】
遮断負荷決定部８０１が遮断する負荷を決める方式としては、複数の方式が考えられる。例えば、重要な負荷に対して優先順位をつけておき重要度が低い負荷から順に負荷を遮断していく方式がある。あるいは工場である場合は、複数の製品のうち、その製造量も考慮して製造を中止した時のコストを演算し、最も損失利益が小さい製品に関する設備を止める等の方式も考えられる。しかし、この方式に限らず様々な手段で遮断する負荷を決定する。
【００２５】
遮断する負荷を決定した後、自立運転時コスト演算部１０８はその情報を元に自立運転時のコストを演算する。その方式としては以下の２つが考えられる。
【００２６】
１つ目は、実施例１と同様の方式で演算する場合である。この場合は、演算に用いる電力の消費量が予め一部負荷が遮断されたものとなる点以外はすべて同一となる。
【００２７】
２つ目は、負荷遮断することを考慮し、損失利益をコストとして自立運転時コストに加算する方法である。この場合、電源によるコスト増加分の他に、遮断される負荷によって発生する損失コストを求める。損失コストは、例えばその負荷が生産ラインである場合、生産を続けていた場合に本来得られていた利益の額となる。
【００２８】
以上のようにして、本発明により電力負荷を一部選択遮断してから自立運転に移行することが可能となる。
【実施例４】
【００２９】
以下、実施例４における本発明について説明する。本実施例は、実施例２における自立運転への移行と再連系へのタイミング調整に加え、再連系のために位相同期を行って安定的な再連系をするための例である。
【００３０】
実施例４における本発明の構成を図１０に示す。実施例１の構成と異なるのは、実施例２の構成に加えて、位相調整部８０１を持つ点である。位相調整部８０１は、系統状態６０１の情報として位相の情報を取得する。また、現在稼働中である電源１０７の位相の情報も併せて取得する。そして、両者の位相を合わせるように、電源１０７の運転を調整する。位相が合った後に、遮断器１１２により電力系統１１１との再連系を行う。その例を、図１１に示す。系統から切り離された後の電源１０７の電圧波形を１１０１に、電力系統１１１の電圧波形を１１０２に示す。時刻が０の時点では、２つの波形に位相差があるが、電源１０７の位相を途中でわずかにずらしているため時刻１１０３の時点では２つの位相が合っている。位相調整部８０１は、この電源１０７の位相調整のための処理を行う。具体的には、例えばコジェネ等の内燃機関による回転発電機の場合には電力負荷に対する以下の動揺方程式を利用した制御を行う。
【００３１】
【数１】
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【００３２】
この式において、Mは発電機の慣性定数、fは交流の周波数、Pmは発電機の回転力、Peは発電機の電気出力を表わす。Peは電力負荷１０６によって変動するため、周波数を変化させるには発電機の回転力Pmを変化させる。発電機の回転力は、コジェネのようにガスを消費するものであればガス燃焼量を変化させることで変えることができるため、適切な制御パラメータを設定することで電源１０７の周波数を制御できる。この際、電力負荷１０６を運転しながら周波数を変化させるため、負荷１０６の挙動に影響が出ない範囲で周波数を制御する。
【００３３】
以上のようにして、本発明により、再連系のために位相同期を行って安定的な再連系を行うことが可能となる。
【００３４】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。 
【符号の説明】
【００３５】
１０１  本発明の電力系統連系制御装置、
１０２  系統需給逼迫度の情報
１０３  気象予報
１０４  系統停電確率演算部
１０５  設備情報
１０６  電力負荷
１０７  電源
１０８  自立運転時コスト演算部
１０９  モード決定方法指定手段
１１０  自立/連系モード決定部
１１１  コスト期待値評価部
１１２  遮断器
１１３  自立移行/再連系制御部
【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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【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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