(57)【要約】【課題】複数台のＦＷ装置を個別で充放電制御を行うことができ、運用効率が良い電力平準化装置を提供する。【解決手段】複数台のＦＷ装置ａ１〜ａｎに対応してそれぞれ設けられた複数台の可変電圧可変周波数電源ＶＶＶＦｃ１〜ｃｎと、Ｐ指令と複数台のＦＷ装置ａ１〜ａｎのＦＷ回転数とに基づいて充放電を行う１台もしくは複数台のＦＷ装置ａ１〜ａｎを選択し、選択したＦＷ装置ａｉに対するそれぞれの個別電力指令ＰＦＷａｉを演算するＦＷ群制御部５０と、個別電力指令ＰＦＷａｉに基づいて個別トルク指令ＴＦＷａｉを演算するトルク指令演算ブロック４０とを備え、可変電圧可変周波数電源ＶＶＶＦｃ１〜ｃｎは、トルク指令演算ブロック４０によって演算された個別トルク指令ＴＦＷａｉを用いて、ＦＷ群制御部５０によって選択されたＦＷ装置ａｉの誘導電動機をベクトル制御する。【選択図】図１
2015226344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライホイールと、当該フライホイールに結合された誘導電動機とを備えた複数台のフライホイール装置を用いて系統連系点における電力変動を補償する電力平準化装置であって、
直流側が前記系統連系点に接続された連系インバータとの直流リンク部に接続され、複数台の前記フライホイール装置に対応してそれぞれ設けられた複数台の可変電圧可変周波数電源と、
前記連系インバータへの充放電指令と複数台の前記フライホイール装置の回転数とに基づいて充放電を行う１台もしくは複数台の前記フライホイール装置を選択し、選択した前記フライホイール装置に対するそれぞれの個別電力指令を演算するＦＷ群制御部と、
該ＦＷ群制御部によって演算された前記個別電力指令に基づいて個別トルク指令を演算するトルク指令演算部とを具備し、
前記可変電圧可変周波数電源は、前記トルク指令演算部によって演算された前記個別トルク指令を用いて、前記ＦＷ群制御部によって選択された前記フライホイール装置の前記誘導電動機をベクトル制御することを特徴とする電力平準化装置。
【請求項２】
前記ＦＷ群制御部は、前記連系インバータへの前記充放電指令に基づいて充放電を行う前記フライホイール装置の台数を算出し、前記充放電指令が充電指令の場合には、複数台の前記フライホイール装置の中から回転数が低い順番に充電を行う前記フライホイール装置を選択し、前記充放電指令が放電指令の場合には、複数台の前記フライホイール装置の中から回転数が高い順番に放電を行う前記フライホイール装置を選択することを特徴とする請求項１記載の電力平準化装置。
【請求項３】
前記ＦＷ群制御部は、前記連系インバータへの前記充放電指令を、前記フライホイール装置に充放電を行う際に最大効率となる前記個別電力指令で除算することで、充放電を行う前記フライホイール装置の台数を算出することを特徴とする請求項１又は２記載の電力平準化装置。
【請求項４】
前記ＦＷ群制御部は、充電指令の場合には、選択した前記フライホイール装置の中で回転数が低い順番に最大効率となる前記個別電力指令を割り振り、残りを選択した前記フライホイール装置の中で回転数が最も高いものに割り振り、放電指令の場合には、選択した前記フライホイール装置の中で回転数が高い順番に最大効率となる個別電力指令を割り振り、残りを選択した前記フライホイール装置の中で回転数が最も低いものに割り振ることを特徴とすることを特徴とする請求項３記載の電力平準化装置。
【請求項５】
前記連系インバータとの直流リンク部の直流電圧は、前記連系インバータによって一定に制御されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電力平準化装置。
【請求項６】
前記トルク指令演算部は、前記充放電指令をＰｍ、前記発電電動機の回転速度である回転角速度をωｍとそれぞれすると、
Ｔｍ＝Ｐｍ／ωｍ
によって前記個別トルク指令Ｔｍを演算することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電力平準化装置。
【請求項７】
前記充放電指令は、前記系統連系点の電圧と、前記連系インバータの電流と、負荷電流と、前記連系インバータと前記可変電圧可変周波数電源との直流リンク部の直流電圧とに基づいて演算されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電力平準化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大容量蓄電デバイスとしてフライホイール装置を用いて系統連系点における電力変動を補償する電力平準化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電や風力発電に代表される再生可能エネルギーを電力系統に連系する事例が増えている。しかし、再生可能エネルギーは、その発電量が日射量や風況等の自然要因によって変動するため、再生可能エネルギーの電力系統への連系量が増えると、電力の安定供給に支障を与え、系統電圧や周波数が変動し、最悪の場合、大規模停電が発生する恐れがある。そのため、再生可能エネルギーの電力変動補償を行うため、大容量蓄電デバイスによる電力平準化装置を設置して、電力平準化が図られている。大容量蓄電デバイスとしてし、鉛バッテリやＬｉ−ｉｏｎ電池といった化学的な蓄電デバイスを用いるケースが多いが、離島等のメンテナンスを容易に行うことができない地域では、ケミカルレスな蓄電デバイスであるフライホイール装置（以下、ＦＷ装置と略す）を用いるケースが増えつつある。
【０００３】
図５を参照すると、ＦＷ装置ａ1を用いた従来の電力平準化装置２は、商用系統電源３に接続された系統連系点の有効電力（Ｐ）及び無効電力（Ｑ）を制御する連系インバータ４に接続されている。連系インバータ４は、充放電指令演算ブロック５からの有効電力指令（Ｐ指令）に基づいて系統連系点の有効電力（Ｐ）を制御すると共に、充放電指令演算ブロック５からの無効電力指令（Ｑ指令）に基づいて系統連系点の無効電力（Ｑ）を制御する。充放電指令演算ブロック５は、連系点電圧検出器６によって検出した系統連系点の電圧Ｖと、連系インバータ電流検出器７によって検出した連系インバータ４の電流Ｉｉｎｖと、負荷電流検出器８によって検出した負荷９の負荷電流ＩＬと、直流電圧検出器１０によって検出した連系インバータ４と電力平準化装置２とを接続する直流リンク部の電圧ＶｄｃとからＰ指令とＱ指令とを演算する。電力平準化装置２は、連系インバータ４と接続された可変電圧可変周波数電源（ＶＶＶＦ）ｂ１と、直流電圧一定制御ブロック３０とで構成されている。直流電圧一定制御ブロック３０は、直流電圧検出器１０によって検出した連系インバータ４と電力平準化装置２とを接続する直流リンク部の電圧Ｖｄｃから周波数指令ｆＦＷを演算し、ＶＶＶＦｂ１は、直流電圧一定制御ブロック３０で演算された周波数指令ｆＦＷに基づいて、ＦＷ装置ａ1（フライホイールを駆動する誘導電動機）をＶ／ｆ制御し、連系インバータ４とＶＶＶＦｂ１とを接続する直流リンク部の電圧Ｖｄｃが一定になるように制御していた（例えば、特許文献１参照）。そして、１台のＦＷ装置ａ1で電力補償できない場合は、図６に示すように、複数台のＶＶＶＦｂ１〜ＶＶＶＦｂｎとＦＷ装置ａ1〜ＦＷ装置ａｎとを並列接続して補償容量を増加させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１１４９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術では、連系インバータ４と複数台のＶＶＶＦｂ１〜ＶＶＶＦｂｎとを接続する直流リンク部の電圧Ｖｄｃを一定に保つため、複数台のＦＷ装置ａ1〜ＦＷ装置ａｎを全て同じ周波数指令ｆＦＷで制御しなければならず、充放電電力が少ない場合でも、ＦＷ装置ａ1〜ＦＷ装置ａｎを個別で充放電制御を行うことができず、運用効率が良くないという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、複数台のＦＷ装置を個別で充放電制御を行うことができ、運用効率が良い電力平準化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電力平準化装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
本発明の電力平準化装置は、フライホイールと、当該フライホイールに結合された誘導電動機とを備えた複数台のフライホイール装置を用いて系統連系点における電力変動を補償する電力平準化装置であって、直流側が前記系統連系点に接続された連系インバータとの直流リンク部に接続され、複数台の前記フライホイール装置に対応してそれぞれ設けられた複数台の可変電圧可変周波数電源と、前記連系インバータへの充放電指令と複数台の前記フライホイール装置の回転数とに基づいて充放電を行う１台もしくは複数台の前記フライホイール装置を選択し、選択した前記フライホイール装置に対するそれぞれの個別電力指令を演算するＦＷ群制御部と、該ＦＷ群制御部によって演算された前記個別電力指令に基づいて個別トルク指令を演算するトルク指令演算部とを具備し、前記可変電圧可変周波数電源は、前記トルク指令演算部によって演算された前記個別トルク指令を用いて、前記ＦＷ群制御部によって選択された前記フライホイール装置の前記誘導電動機をベクトル制御することを特徴とする。
さらに、本発明に係る電力平準化装置において、前記ＦＷ群制御部は、前記連系インバータへの前記充放電指令に基づいて充放電を行う前記フライホイール装置の台数を算出し、前記充放電指令が充電指令の場合には、複数台の前記フライホイール装置の中から回転数が低い順番に充電を行う前記フライホイール装置を選択し、前記充放電指令が放電指令の場合には、複数台の前記フライホイール装置の中から回転数が高い順番に放電を行う前記フライホイール装置を選択しても良い。
さらに、本発明に係る電力平準化装置において、前記ＦＷ群制御部は、前記連系インバータへの前記充放電指令を、前記フライホイール装置に充放電を行う際に最大効率となる前記個別電力指令で除算することで、充放電を行う前記フライホイール装置の台数を算出しても良い。
さらに、本発明に係る電力平準化装置において、  前記ＦＷ群制御部は、充電指令の場合には、選択した前記フライホイール装置の中で回転数が低い順番に最大効率となる前記個別電力指令を割り振り、残りを選択した前記フライホイール装置の中で回転数が最も高いものに割り振り、放電指令の場合には、選択した前記フライホイール装置の中で回転数が高い順番に最大効率となる個別電力指令を割り振り、残りを選択した前記フライホイール装置の中で回転数が最も低いものに割り振っても良い。
さらに、本発明に係る電力平準化装置において、前記連系インバータとの直流リンク部の直流電圧は、前記連系インバータによって一定に制御されていても良い。
さらに、本発明に係る電力平準化装置において、前記トルク指令演算部は、前記充放電指令をＰｍ、前記発電電動機の回転速度である回転角速度をωｍとそれぞれすると、Ｔｍ＝Ｐｍ／ωｍによって前記個別トルク指令Ｔｍを演算しても良い。
さらに、本発明に係る電力平準化装置において、前記充放電指令は、前記系統連系点の電圧と、前記連系インバータの電流と、負荷電流と、前記連系インバータと前記可変電圧可変周波数電源との直流リンク部の直流電圧とに基づいて演算しても良い。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、直流リンク部の直流電圧の一定制御を連系インバータ側で行い、システム全体の充放電指令から、複数台接続された各ＦＷ装置のトルク指令を個別に作成するように構成されているため、複数台のＦＷ装置を個別で充放電制御を行うことができ、運用効率を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る電力平準化装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すＦＷ群制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示すトルク指令演算ブロックの構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示すＦＷ損失データ記憶部に記憶されるＦＷ損失データ例を示す図である。
【図５】ＦＷ装置を備えた従来の電力平準化装置の構成を示すブロック図である。
【図６】複数台のＦＷ装置を備えた従来の電力平準化装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。なお、各図において、同一の構成には、同一の符号を付して一部説明を省略している。
【００１１】
本実施の形態の電力平準化装置２ａは、蓄電デバイスであるｎ台のＦＷ装置ａ１〜ａｎに電力を充放電することで電力を平準化する装置であり、図１に示すように、ＦＷ装置ａ１〜ａｎ毎に設けられた可変電圧可変周波数電源（ＶＶＶＦ）ｃ１〜ｃｎと、トルク指令演算ブロック４０とで構成されている。なお、ＦＷ装置ａ１〜ａｎは、フライホイールと、フライホイールに結合された誘導電動機とを備え、充電時には誘導電動機によってフライホイールを回転させて回転エネルギーを蓄え、放電時には誘導電動機を発電機として動作させてフライホイールの回転エネルギーを電気エネルギーに変換して出力する。
【００１２】
ＶＶＶＦｃ１〜ｃｎは、交流側がＦＷ装置ａ１〜ａｎの誘導電動機にそれぞれ接続されていると共に、直流側が連系インバータ４ａとの直流リンク部に接続されている。そして、ＶＶＶＦｃ１〜ｃｎは、ＦＷ装置ａ１〜ａｎの誘導電動機にそれぞれ可変電圧可変周波数の交流を供給してフライホイールの回転数を制御することにより、連系インバータ４ａとの直流リンク部とＦＷ装置ａ１〜ａｎとの間で電気エネルギーの授受を行う。
【００１３】
連系インバータ４ａは、交流側が商用系統電源３に接続された系統連系点に接続されていると共に、直流側がＶＶＶＦｃ１〜ｃｎとの直流リンク部に接続されている。連系インバータ４ａは、充放電指令演算ブロック５ａからの無効電力指令（Ｑ指令）に基づいて系統連系点での無効電力（Ｑ）を制御するための無効電流を制御すると共に、充放電指令演算ブロック５ａからの直流電圧指令（Ｖｄｃ指令）に基づいて連系インバータ４ａと電力平準化装置２ａとを接続する直流リンク部の電圧Ｖｄｃを一定にするための有効電流を制御する。
【００１４】
充放電指令演算ブロック５ａは、連系点電圧検出器６によって検出した系統連系点の電圧Ｖと、連系インバータ電流検出器７によって検出した連系インバータ４の電流Ｉｉｎｖと、負荷電流検出器８によって検出した負荷９の負荷電流ＩＬと、直流電圧検出器１０によって検出した連系インバータ４と電力平準化装置２ａとを接続する直流リンク部の電圧Ｖｄｃとから有効電力指令（Ｐ指令）と無効電力指令（Ｑ指令）と直流電圧指令（Ｖｄｃ指令）とを演算する。そして、充放電指令演算ブロック５ａは、演算したＱ指令及びＶｄｃ指令を連系インバータ４ａに出力すると共に、充放電指令である演算したＰ指令を電力平準化装置２ａのトルク指令演算ブロック４０に出力する。なお、Ｐ指令、Ｑ指令及びＶｄｃ指令の出力は、例えば数秒単位等の所定の間隔で行われる。
【００１５】
トルク指令演算ブロック４０内には、ＦＷ群制御部５０が設けられている。
ＦＷ群制御部５０は、充電モードと、放電モードと、待機モードとの３つの制御モードがある。各動作モードの切り替え判定はＰ指令の符号を用いるので、充電指令の場合は＋、放電指令の場合は―とそれぞれ定義する。充電モードは、余剰電力が発生してＰ指令の符号が＋で充電指令である場合に行われる動作モードであり、ＦＷ群制御部５０は、ＦＷ装置ａ１〜ａｎの中から充電を行う１台もしくは複数台のＦＷ装置ａｉ（ｉは１〜ｎの整数であり、以下、ｉ＝１〜ｎの整数として説明する）を選択し、選択したＦＷ装置ａｉに対する個別の充電指令である個別電力指令ＰＦＷａｉを演算する。放電モードは、不足電力が発生してＰ指令の符号が―で放電指令である場合に行われる動作モードであり、ＦＷ群制御部５０は、ＦＷ装置ａ１〜ａｎの中から放電を行う１台もしくは複数台のＦＷ装置ａｉ（ｉは１〜ｎの整数であり、以下、ｉ＝１〜ｎの整数として説明する）を選択し、選択したＦＷ装置ａｉに対する個別の放電指令である個別電力指令ＰＦＷａｉを演算する。待機モードは、余剰電力も不足電力もなくＰ指令が０である場合に行われる動作モードであり、ＦＷ群制御部５０は、充放電指令である個別電力指令ＰＦＷａｉを演算することなく待機する。なお、待機モードを判別するとき、Ｐ指令が０のみだと待機モードへの遷移が行われない場合があるので、Ｐ指令が０を中心とする所定範囲で待機モードを判別するようにしても良い。また、待機モードや、充電モード及び放電モードで選択されなかったＦＷ装置ａｉにおいては、誘導電動機の励磁もオフして完全にフリーランさせる方が損失は少なくなるが、再起動に時間を要し、高速の電力補償が行えない場合があるので、励磁は必要最低限レベルで継続させると良い。
【００１６】
ＦＷ群制御部５０は、図２を参照すると、ＳＯＣリミッタ５１と、個別電力指令演算部５２と、ＦＷ損失データ記憶部５２とを備えている。なお、ＦＷ回転数の代わりにＦＷ装置ａ１〜ａｎの出力周波数を入力するようにしても良い。
【００１７】
ＳＯＣリミッタ５１は、ＦＷ装置ａ１〜ａｎ全体の充電状態に応じて充放電指令演算ブロック５ａによって演算されたＰ指令を絞るＳＯＣリミッタ処理を行う。ＳＯＣリミッタ５１は、ＦＷ装置ａ１〜ａｎが満充電や放電終止状態になって、電力の充放電が不可とならないように、ＦＷ装置ａ１〜ａｎ全体の蓄積エネルギーを所定の基準範囲（例えば、５０〜６０％）に保つためにＳＯＣリミッタ処理を行う。ＳＯＣリミッタ５１は、ＦＷ装置ａ１〜ａｎのＦＷ回転数に基づいて全体の蓄積エネルギーを把握し、全体の蓄積エネルギーが予め設定された上限値（例えば、蓄積エネルギーの基準範囲の上限６０％よりも若干低い５８％）を超える場合にはＰ指令（充電指令）を絞り、全体の蓄積エネルギーが予め設定された下限値（例えば、蓄積エネルギーの基準範囲の下限５０％よりも若干高い５２％）を下回る場合にはＰ指令（放電指令）を絞る。なお、ＳＯＣリミッタ５１によるリミッタ処理後の有効電力指令をＰ’指令とする。
【００１８】
ＦＷ損失データ記憶部５２は、ＲＯＭやフラッシュメモリ等の記憶手段であり、ＦＷ装置ａ１〜ａｎに充放電を行う際の電力の損失量を示すＦＷ損失データが記憶されている。ＦＷ損失データとしては、例えば、図４（ａ）に示すように、ＦＷ装置ａ１〜ａｎの回転速度に応じた損失特性を示す機械損失特性データを用いることができる。図４（ａ）に示す機械損失特性データによると回転速度が速くなるほど損失の増減率が高くなることがわかる。また、基本的に複数台あるＦＷ装置ａ１〜ａｎは同じ仕様で作られているので、ＦＷ損失データは１種類のみで良いが、異なる特性のFW で複数台使用する場合は、それぞれのＦＷ損失データを記憶させておくことも可能である。さらに、ＦＷ損失データはテーブルとして備えても良いし、近似式に変換して記憶しておいて逐一計算する方法であっても良い。
【００１９】
個別電力指令演算部５３は、ＳＯＣリミッタ５１から出力されたＰ’指令と、ＦＷ装置ａ１〜ａｎのＦＷ回転数とに基づいて、充放電を行う１台もしくは複数台のＦＷ装置ａｉを選択し、選択したＦＷ装置ａｉに対する個別電力指令ＰＦＷａｉをそれぞれ演算する。
【００２０】
まず、個別電力指令演算部５３によるＦＷ装置ａ１〜ａｎの選択動作について説明する。
個別電力指令演算部５３は、次式に示すように、ＳＯＣリミッタ５１から出力されたＰ’指令の絶対値を、１台のＦＷ装置ａｉが充放電可能な最大電力ＰＦＷで除算することで、選択する台数Ｎｃを算出する。但し、台数Ｎｃは整数であるため、小数点以下の値が生じた場合は１繰り上がった値になる。
【００２１】
【数１】
2015226344.tif 000003
【００２２】
次に、個別電力指令演算部５３は、ＦＷ損失データ記憶部５２にＦＷ損失データとして機械損失特性データが記憶されている場合には、機械損失特性データに基づいて機械損失が少なくなるように、ＦＷ装置ａ１〜ａｎの中から〔数１〕で算出した台数ＮｃのＦＷ装置ａｉを選択する。ＦＷ損失データ記憶部５２に図４（ａ）に示す機械損失特性データが記憶されている場合、充電モードでは、ＦＷ装置ａ１〜ａｎの中からＦＷ回転数が低い順番に〔数１〕で算出した台数ＮｃのＦＷ装置ａｉを選択し、放電モードでは、ＦＷ装置ａ１〜ａｎの中からＦＷ回転数が高い順番に〔数１〕で算出した台数Ｎｃを選択する。これにより、ＦＷ装置ａ１〜ａｎの機械損失を少なくすることができる。
【００２３】
次に、個別電力指令演算部５３は、次式に示すように、ＳＯＣリミッタ５１から出力されたＰ’指令を、〔数１〕で算出した台数Ｎｃで除算することで、選択したＦＷ装置ａｉのそれぞれに対する個別電力指令ＰＦＷａｉを算出する。
【００２４】
【数２】
2015226344.tif 000004
【００２５】
なお、本実施の形態では、選択したＦＷ装置ａｉに対して個別電力指令ＰＦＷａｉを均等に割り振るように構成したが、充電指令の場合には、選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が低い順番に最大電力ＰＦＷを個別電力指令ＰＦＷａｉとして割り振り、残りを選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が最も高いものに割り振るようにしても良い。また、放電指令の場合には、選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が高い順番に最大電力ＰＦＷを個別電力指令ＰＦＷａｉとして割り振り、残りを選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が最も低いものに割り振るようにしても良い。
【００２６】
そして、トルク指令演算ブロック４０は、個別電力指令演算部５３によって演算された個別電力指令ＰＦＷａｉから個別トルク指令ＴＦＷａｉを演算し、ＶＶＶＦｃ１〜ｃｎは、トルク指令演算ブロック４０で演算された個別トルク指令ＴＦＷａｉに基づいて、ＦＷ装置ａ１〜ａｎ（フライホイールを駆動する誘導電動機）をベクトル制御する。
【００２７】
次に、トルク指令演算ブロック４０における個別トルク指令の演算方法について詳細に説明する。
前提として、制御を行うのはＦＷ装置ａｉの機械出力（単位はＷ）であり、ＦＷ装置ａｉ加減速時のすべりは考慮せず、同期周波数で計算された回転数をＦＷ装置ａｉの回転数とし、粘性摩擦、外乱トルクはないものとする。この条件下で、加減速時のトルクをＴｍ、機械出力をＰｍ、回転角速度をωｍとすると、機械系の方程式から以下の関係式が導かれる。
【００２８】
【数３】
2015226344.tif 000005
【００２９】
［数３］によると、個別電力指令ＰＦＷａｉを機械出力Ｐｍとし、ＦＷ装置ａｉの回転角速度ωｍをＦＷ回転数を用いて演算することで、トルク指令Ｔｍを個別トルク指令ＴＦＷａｉとして演算することが可能である。従って、充放電指令演算ブロック５ａによって演算されたＰ指令をトルク指令演算ブロック４０に入力すると共に、ＦＷ装置ａｉの回転角速度ωｍをＦＷ回転数を用いて演算することで、トルク指令演算ブロック４０では、［数３］を用いて個別トルク指令ＴＦＷａｉを逐一演算する。
【００３０】
そして、ＶＶＶＦｃｉは、トルク指令演算ブロック４０で演算された個別トルク指令ＴＦＷａｉに従ってＦＷ装置ａｉの誘導電動機をベクトル制御する。なお、個別トルク指令ＴＦＷａｉに従った誘導電動機のベクトル制御は、本出願人が先に出願した特願２０１０−７３２４８号によって提案している。具体的には、トルク指令Ｔｍにトルク係数の逆数を乗算することでｑ軸電流指令を求めることができる。そして、磁束指令は、トルク指令ＴｍをＬＰＦ処理し、定格トルクと定格電流を用いた演算を行った後，相互インダクタンスと回転座標換算のための係数を乗じて求めることができる。これにより、加減速時のＦＷ装置１の充放電電力を指令値通りに高性能且つ低損失に制御することができる。
【００３１】
トルク指令演算ブロック４０は、図３を参照すると、除算器４１と、トルク制限ブロック４２とを備え、基本的に［数３］の演算を行う。除算器４１の演算結果が［数３］の演算結果となる。しかし、ＦＷ装置ａｉの回転数が低い場合、指令通りの電力を充放電すると、ＦＷ装置ａｉを駆動する誘導電動機に過大なトルクが発生し、誘導電動機が焼き切れる可能性が有る。従って、トルク制限ブロック４２を設け、誘導電動機の個別トルク指令ＴＦＷａｉを制限している。
【００３２】
この構成により、ＦＷ装置ａｉの充電時は、トルク指令演算ブロック４０に入力するＰ指令の符号を＋で与えることで、演算される個別トルク指令ＴＦＷａｉの符号も＋となり、ＦＷ装置ａｉは加速し、回転エネルギーを蓄えられる。一方、ＦＷ装置ａｉの放電時は、トルク指令演算ブロック４０に入力するＰ指令の符号を―で与えることで、個別トルク指令ＴＦＷａｉの符号も―となり、ＦＷ装置ａｉは減速し、回転エネルギーが電気エネルギーに変換されて出力される。但し、ＦＷ装置ａｉの回転方向が正転の時の関係であり、ＦＷ装置ａｉが逆転で回転している場合、Ｐ指令の符号と個別トルク指令ＴＦＷａｉの符号は反転の関係となる。
【００３３】
また、ＦＷ装置ａｉの負荷率（充放電電力／ＦＷ装置ａｉの定格容量）に応じた効率を示すモータ効率特性データ（図４（ｂ）参照）をＦＷ損失データとしてＦＷ損失データ記憶部５２に記憶させておくようにしても良い。図４（ｂ）に示すモータ効率特性データによると、負荷率が略８０％で最大効率となり、最大効率となる個別電力指令ＰＦＷａｉを導くことができる。従って、ＳＯＣリミッタ５１から出力されたＰ’指令の絶対値を、最大効率となる個別電力指令ＰＦＷａｉで除算することで、選択する台数Ｎｃを算出するようにしても良い。そして、充電指令の場合には、選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が低い順番に最大効率となる個別電力指令ＰＦＷａｉを割り振り、残りを選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が最も高いものに割り振るようにしても良い。また、放電指令の場合には、選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が高い順番に最大効率となる個別電力指令ＰＦＷａｉを割り振り、残りを選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が最も低いものに割り振るようにしても良い。
【００３４】
また、ＶＶＶＦｃｉの負荷率（充放電電力／ＶＶＶＦｃｉの定格容量）に応じた効率を示すインバータ効率特性データ（図４（ｃ）参照）をＦＷ損失データとしてＦＷ損失データ記憶部５２に記憶させておくようにしても良い。図４（ｃ）に示すインバータ効率特性データによると、負荷率が略８０％で最大効率となり、最大効率となる個別電力指令ＰＦＷａｉを導くことができる。従って、ＳＯＣリミッタ５１から出力されたＰ’指令の絶対値を、最大効率となる個別電力指令ＰＦＷａｉで除算することで、選択する台数Ｎｃを算出するようにしても良い。そして、充電指令の場合には、選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が低い順番に最大効率となる個別電力指令ＰＦＷａｉを割り振り、残りを選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が最も高いものに割り振るようにしても良い。また、放電指令の場合には、選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が高い順番に最大効率となる個別電力指令ＰＦＷａｉを割り振り、残りを選択したＦＷ装置ａｉの中でＦＷ回転数が最も低いものに割り振るようにしても良い。
【００３５】
さらに、図４（ａ）に示す機械損失特性データと、図４（ｂ）に示すモータ効率特性データと、図４（ｃ）に示すインバータ効率特性データとの中から複数個をＦＷ損失データ記憶部５２にＦＷ損失データとして記憶させておいても良い。この場合には、ＦＷ群制御部５０は、ＦＷ損失データ記憶部５２に記憶された機、械損失特性データ、モータ効率特性データと、インバータ効率特性データに基づいて、充放電時の損失が最少となるＦＷ装置ａｉの選択と、選択したＦＷ装置ａｉに割り振る個別電力指令ＰＦＷａｉの演算とを行うことができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態は、フライホイールと、当該フライホイールに結合された誘導電動機とを備えた複数台のＦＷ装置ａ１〜ａｎを用いて系統連系点における電力変動を補償する電力平準化装置２ａであって、直流側が系統連系点に接続された連系インバータ４ａとの直流リンク部に接続され、複数台のＦＷ装置ａ１〜ａｎに対応してそれぞれ設けられた複数台の可変電圧可変周波数電源ＶＶＶＦｃ１〜ｃｎと、連系インバータ４ａへの充放電指令（Ｐ指令）と複数台のＦＷ装置ａ１〜ａｎのＦＷ回転数とに基づいて充放電を行う１台もしくは複数台のＦＷ装置ａ１〜ａｎを選択し、選択したＦＷ装置ａｉに対するそれぞれの個別電力指令ＰＦＷａｉを演算するＦＷ群制御部５０と、ＦＷ群制御部５０によって演算された個別電力指令ＰＦＷａｉに基づいて個別トルク指令ＴＦＷａｉを演算するトルク指令演算ブロック４０とを備え、可変電圧可変周波数電源ＶＶＶＦｃ１〜ｃｎは、トルク指令演算ブロック４０によって演算された個別トルク指令ＴＦＷａｉを用いて、ＦＷ群制御部５０によって選択されたＦＷ装置ａｉの誘導電動機をベクトル制御する。
この構成により、直流リンク部の直流電圧の一定制御を連系インバータ４ａ側で行い、システム全体の充放電指令から、複数台接続された各ＦＷ装置ａ１〜ａｎのトルク指令を個別に作成するように構成されているため、複数台のＦＷ装置ａ１〜ａｎを個別で充放電制御を行うことができ、運用効率を向上させることができる。
【００３７】
さらに、本実施の形態において、ＦＷ群制御部５０は、Ｐ指令に基づいて充放電を行うＦＷ装置ａ１〜ａｎの台数を算出し、Ｐ指令が充電指令の場合には、複数台のＦＷ装置ａ１〜ａｎの中から回転数が低い順番に充電を行うＦＷ装置ａｉを選択し、Ｐ指令が放電指令の場合には、複数台のＦＷ装置ａ１〜ａｎの中から回転数が高い順番に放電を行うＦＷ装置ａｉを選択する。
この構成により、ＦＷ装置ａ１〜ａｎの機械損失を低減させることができる。
【００３８】
さらに、本実施の形態において、ＦＷ群制御部５０は、Ｐ指令を、ＦＷ装置ａ１〜ａｎに充放電を行う際に最大効率となる個別電力指令ＰＦＷａｉで除算することで、充放電を行うＦＷ装置ａｉの台数を算出する。また、ＦＷ群制御部５０は、充電指令の場合には、選択したＦＷ装置ａｉの中で回転数が低い順番に最大効率となる個別電力指令ＰＦＷａｉを割り振り、残りを選択したＦＷ装置ａｉの中で回転数が最も高いものに割り振り、放電指令の場合には、選択したＦＷ装置ａｉの中で回転数が高い順番に最大効率となる個別電力指令ＰＦＷａｉを割り振り、残りを選択したＦＷ装置ａｉの中で回転数が最も低いものに割り振る。
この構成により、ＦＷ装置ａｉに対して効率良く充放電を行うことができ、損失を低減することができる。
【００３９】
さらに、本実施の形態において、連系インバータ４ａとの直流リンク部の直流電圧Ｖｄｃは、連系インバータ４ａによって一定に制御されている。
この構成により、連系インバータ４ａと可変電圧可変周波数電源２０との直流リンク部
直流電圧Ｖｄｃは、連系インバータ４ａ側で一定に制御されるので、回生失効にならず、ＦＷ装置ａ１を効率よく充放電することが可能となる。
【００４０】
さらに、本実施の形態において、トルク指令演算ブロック４０は、充放電指令をＰｍ、誘導電動機の回転速度である回転角速度をωｍとそれぞれすると、Ｔｍ＝Ｐｍ／ωｍによって個別トルク指令ＴＦＷａｉを演算する。
この構成により、簡単な演算によって、連系インバータ４ａへの充放電指令である有効電力指令（Ｐ指令）からＦＷ装置ａ１〜ａｎ毎の個別トルク指令ＴＦＷａｉを演算することができる。
【００４１】
さらに、本実施の形態において、充放電指令は、系統連系点の電圧Ｖと、連系インバータ４ａの電流Ｉｉｎｖと、負荷電流ＩＬと、連系インバータ４ａと可変電圧可変周波数電源ｃ１〜ｃｎとの直流リンク部の直流電圧Ｖｄｃとに基づいて演算される。
【００４２】
以上の実施の形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
【符号の説明】
【００４３】
ａ１〜ａｎ  フライホイール（ＦＷ）装置
ｂ１〜ｂｎ、ｃ１〜ｃｎ  可変電圧可変周波数電源（ＶＶＶＦ）
２  電力平準化装置
２ａ  電力平準化装置（本実施の形態）
３  商用系統電源
４、４ａ  連系インバータ
５、５ａ  充放電指令演算ブロック
６  連系点電圧検出器
７  連系インバータ電流検出器
８  負荷電流検出器
９  負荷
１０  直流電圧検出器
３０  直流電圧一定制御ブロック
４０  トルク指令演算ブロック（トルク指令演算部）
４１  除算器
４２  トルク制限ブロック
５０  ＦＷ群制御部
５１  ＳＯＣリミッタ
５２  ＦＷ損失データ記憶部
５３  個別電力指令演算部
【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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