(57)【要約】【課題】  小容量系統内で電力需給バランスが変動した場合においても大容量系統側へ与える影響を最小限とし、それによって大容量系統側の電力品質を維持すると共に、小容量系統側の電力品質を必要程度維持しながらコストを低減する。【解決手段】  大容量系統１１０と小容量系統１２０との連系点１３０に電力融通量を調整する連系装置１５０を直列接続して、この連系装置１５０を通過する電力融通量を電力検出器１４０で検出する。加算器１６０は、電力検出器１４０により検出される電力融通量検出値と、別に与えられる一定の電力融通量指令値を入力してその差分を抽出し、得られた差分を出力する。制御装置１７０は、加算器１６０からの電力融通量検出値と電力融通量指令値との差分を入力してこの差分を零にするための制御出力信号を生成し、連系装置１５０を制御する。【選択図】  図１
2005223986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大容量電力系統に対してそれより容量の小さい小容量電力系統を接続する電力系統の連系システムにおいて、
前記大容量と小容量の電力系統を接続する連系点に直列接続されて電力融通量を調整する連系手段と、
前記連系手段を通過する電力融通量を検出する電力検出手段と、
前記電力検出手段で検出された電力融通量検出値を、別に与えられる電力融通量指令値と等しくするための制御出力信号を生成して前記連系手段を制御する制御手段、
を備えたことを特徴とする電力系統の連系システム。
【請求項２】
前記小容量電力系統の周波数を検出する周波数検出手段と、
前記周波数検出手段で検出された周波数検出値に応じた前記電力融通量指令値を選択して切換出力する電力融通量切換手段、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電力系統の連系システム。
【請求項３】
前記電力融通量切換手段は、
前記周波数検出値の変動が予め設定された基準値以上である場合に周波数変動検出信号を出力する周波数変動検出手段と、
前記周波数変動検出信号が予め設定された基準時間以上継続している場合に、変動継続検出信号を出力する変動継続検出手段と、
前記変動継続検出信号に応じた前記電力融通量指令値を選択する選択手段を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力系統の連系システム。
【請求項４】
前記周波数変動検出手段は、前記基準値として高レベル基準値と低レベル基準値を使用し、前記周波数検出値が高レベル基準値以上である場合に前記周波数変動検出信号として高レベル検出信号を出力し、前記周波数検出値が低レベル基準値以下である場合に前記周波数変動検出信号として低レベル検出信号を出力するように構成され、
前記変動継続検出手段は、前記高レベル検出信号が前記基準時間以上継続している場合に前記変動継続検出信号として高レベル継続検出信号を出力し、前記低レベル検出信号が前記基準時間以上継続している場合に前記変動継続検出信号として低レベル継続検出信号を出力するように構成され、
前記選択手段は、前記電力融通量指令値として、前記高レベル継続検出信号に応じた第１の値、前記低レベル継続検出信号に応じた第２の値、その他の場合における第３の値、を含む複数の値の中からいずれか一つの値を選択するように構成された、
ことを特徴とする請求項３に記載の電力系統の連系システム。
【請求項５】
前記連系手段は回転型位相調整機である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電力系統の連系システム。
【請求項６】
前記連系手段は直流連系装置である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電力系統の連系システム。
【請求項７】
大容量電力系統に対してそれより容量の小さい小容量電力系統を接続する連系点を流れる電力を制御するための電力系統の電力制御方法において、
前記連系点に直列接続されて電力融通量を調整する連系手段を使用して、
前記連系手段を通過する電力融通量を検出する電力検出ステップと、
前記電力検出ステップで検出された電力融通量検出値を、別に与えられる電力融通量指令値と等しくするための制御出力信号を生成して前記連系手段を制御する制御ステップを行う、
ことを特徴とする電力系統の電力制御方法。
【請求項８】
前記小容量電力系統において、当該系統内の負荷が変動して当該系統内の電力需給バランスが崩れ、小容量系統の周波数が一旦変動した場合に、当該系統内の発電機が備えている調速機による回転速度制御動作を行わせ、それによって発電出力を漸次的に増加または減少させることにより、当該系統の電力需給バランスを回復すると共に、当該系統の周波数を回復させる、
ことを特徴とする請求項７に記載の電力系統の電力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にマイクログリッド等と称される小容量の電力系統を電力会社等の大容量の電力系統に接続する場合の、系統の連系手法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然エネルギー発電やマイクロガスタービンなどの小容量発電システムの普及や、電力自由化といった背景により、特定地域の電力をその地域内での発電により賄い、過不足分のみを電力会社等の大容量電力系統から融通するといった、いわゆるマイクログリッド等の連系システムが検討されるようになっている。このような電力系統の連系システムにおいては、周波数制御などの電力品質の維持に関する運用サービスは、アンシラリーサービスとして、電力量の取引とは別に取引されている（例えば、特許文献１参照）。また、このような電力系統の連系システムにおいては、一箇所または複数箇所の電力会社系統との連系点を流れる電力の変動がなるべく小さくなるように、地域内の発電量や負荷量を調整して運転が行なわれている。
【０００３】
連系点を流れる電力の変動を小さくするための従来手法としては、図９に示すように、電力会社系統などの大容量系統１１０と、それより容量の小さい小容量系統１２０との連系点１３０における電力融通量を電力検出器１４０により検出し、その検出値を監視装置９００により監視して、検出された電力融通量の増減に応じて小容量系統１２０内の発電機１２１，１２２の発電出力を増減させる方法が一般的に採用されている。この方法においては、大容量系統１１０から融通される電力融通量が増加した場合には小容量系統１２０内の発電機１２１，１２２の発電出力を増加させ、逆に電力融通量が減少した場合には発電機１２１，１２２の発電出力を低下させている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、発電機の発電出力を微調整するための従来手法としては、一般に、発電機の回転速度を制御して発電出力を微調整し、安定させるための調速機が使用されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２８４２４４公報
【特許文献２】特開平７−１７７６６４号公報
【特許文献３】特開２０００−２１７２６０公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のような従来の電力系統の連系システムにおいて、小容量系統側の周波数は、電力会社等の大容量系統側の周波数と同じになるので、基本的には電力品質を維持することができる。しかし、連系点の電力は必ずしも一定にはならず常に変動しているため、その変動分を大容量系統側の発電機制御などで調整する必要があり、大容量系統側からみると品質の悪い負荷である。また、小容量系統側からみても、アンシラリーサービスとして余分の費用を大容量系統側すなわち電力会社等に支払う必要があるため、連系システムのランニングコストが高価になるといった問題がある。
【０００７】
一方、小容量系統を単独で運用せず、電力会社等の大容量系統と接続するのは、小容量系統内で電力の需給バランスが崩れた場合に周波数が大きく変動するのを防止するためであるが、近年の負荷は、インバータなどにより交流を直流に変換して使用するものが増加しており、こうした負荷は周波数の変動による影響が小さいため、ある程度の周波数変動は許容できる。それにも関らず、従来の電力系統の連系システムでは、小容量系統において必要以上に周波数変動が小さく抑えられた過剰品質となっており、その分だけコスト高になっているといえる。
【０００８】
本発明の目的は、小容量系統内で電力需給バランスが変動した場合においても大容量系統側へ与える影響を最小限とし、それによって大容量系統側の電力品質を維持すると共に、小容量系統側の電力品質を必要程度維持しながらコストを低減することの可能な、電力系統の連系システムと電力制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記のような目的を達成するために、連系点に直列接続した連系手段を通過する電力融通量を検出し、検出値と別に与えられる指令値とを等しくするように連系手段を制御することにより、小容量系統内で電力需給バランスが変動した場合において、ある程度の周波数変動を生じても、発電機の調速機による回転速度制御によって需給バランスと周波数を迅速に回復させ、必要程度の電力品質を維持できるようにしたものである。
【００１０】
請求項１の発明は、大容量電力系統に対してそれより容量の小さい小容量電力系統を接続する電力系統の連系システムにおいて、連系手段、電力検出手段、制御手段、を備えたことを特徴としている。ここで、連系手段は、大容量と小容量の電力系統を接続する連系点に直列接続されて電力融通量を調整する手段である。電力検出手段は、連系手段を通過する電力融通量を検出する手段である。また、制御手段は、電力検出手段で検出された電力融通量検出値を、別に与えられる電力融通量指令値と等しくするための制御出力信号を生成して連系手段を制御する手段である。
【００１１】
以上のような発明によれば、小容量系統内の負荷が変動してこの小容量系統内の電力需給バランスが崩れた場合、連系点の連系手段を通って大容量系統から供給される電力融通量が一定の指令値に制御されているため、小容量系統の周波数は一旦変動するが、小容量系統内の発電機の調速機による回転速度制御によって発電出力を漸次的に調整（増加または減少）させ、小容量系統の電力需給バランスを短時間で回復させると共に、小容量系統の周波数を短時間で回復させることができる。
【００１２】
したがって、大容量系統側からみると、小容量系統内における負荷変動などの外乱の影響を何ら受けることなく、安定した運転が行える。一方、小容量系統側からみると、ある程度の周波数変動を生じるものの、系統内の発電機の調速機による回転速度制御が行われるため、周波数が大きく逸脱することはなく、一般的に必要とされる程度の電力品質を維持できると共に、大容量系統側に対して過剰品質を維持するためのアンシラリーサービスに係る余分な費用を支払う必要がなくなるため、電力コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、連系点に直列接続した連系手段を通過する電力融通量を検出し、検出値と別に与えられる指令値とを等しくするように連系手段を制御することにより、小容量系統内で電力需給バランスが変動した場合においても大容量系統側へ与える影響を最小限とし、それによって大容量系統側の電力品質を維持すると共に、小容量系統側の電力品質を必要程度維持しながらコストを低減することの可能な、電力系統の連系システムと電力制御方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下には、上記のような本発明を実施するための複数の実施形態について図面を参照しながら順次説明する。なお、各図において、図９に示した従来技術と同一部分には同一符号を付している。
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は、本発明を適用した第１の実施形態に係る電力系統の連系システムの構成を示すブロック図である。この図１に示すように、大容量系統１１０と小容量系統１２０との連系点１３０における電力融通量を電力検出器１４０で検出する点は、従来と同様である。本実施形態においては、この構成に加えて、連系点１３０に電力融通量を調整する連系装置（連系手段）１５０を直列接続して、この連系装置１５０を通過する電力融通量を電力検出器１４０で検出するように構成すると共に、この連系装置１５０を制御するための制御手段として、加算器１６０と制御装置１７０を設けている。そして、これらの電力検出器１４０、連系装置１５０、加算器１６０、制御装置１７０により、狭義の連系システムＳを構成している。
【００１６】
ここで、加算器１６０は、電力検出器１４０により検出される電力融通量検出値と、別に与えられる一定の電力融通量指令値を入力してその差分を抽出し、得られた差分を出力するように構成されている。また、制御装置１７０は、加算器１６０からの電力融通量検出値と電力融通量指令値との差分を入力してこの差分を零にするための制御出力信号を生成し、連系装置１５０を制御するように構成されている。
【００１７】
すなわち、本実施形態は、連系点１３０に直列接続された連系装置１５０を通過する電力融通量により連系装置１５０を制御するものであり、従来技術のように、連系点１３０を通過する電力融通量により小容量系統１２０内の発電機１２１，１２２の出力制御を行うものではない。なお、本実施形態において、小容量系統１２０内の発電機１２１，１２２は、発電機の回転速度を制御して発電出力を微調整し、安定させるための、何らかの調速機を用いた一般的な発電機である。
【００１８】
また、図１中では、説明の簡略化の観点から、小容量系統１２０内の発電機として、２台の発電機１２１，１２２のみを示しているが、実際には、３台以上の多数の発電機を含む場合が大半である。同様に、小容量系統１２０内の負荷として、３つの負荷Ｌ１〜Ｌ３のみを示しているが、実際には、それ以上の多数の負荷を含む場合が大半である。
【００１９】
図２は、以上のような図１の連系システムＳにより実現される電力制御動作と、その動作により連系点１３０を通過する電力融通量が一定に制御される結果として、小容量系統１２０の発電機１２１，１２２により行われる動作を概略的に示すフローチャートである。
【００２０】
この図２に示すように、電力検出器１４０により電力融通量検出値が検出される（Ｓ２０１：電力検出処理）と、得られた電力融通量検出値は、加算器１６０により、一定の電力融通量指令値と突き合わされ、その差分が抽出され、出力される（Ｓ２０２：差分抽出処理）。次に、制御装置１７０により、電力融通量検出値と電力融通量指令値との差分を零にするための制御出力信号が生成され、出力される（Ｓ２０３：制御信号生成処理）
）。連系装置１５０は、この制御出力信号により制御され、電力融通量検出値と電力融通量指令値との差分を零にするように、すなわち、連系装置１５０を通過する電力融通量が一定の電力融通量指令値となるように動作することにより、電力融通量を調整する（Ｓ２０４：電力調整処理）。
【００２１】
なお、このような検出処理から電力調整処理に至る一連の処理（Ｓ２０１〜Ｓ２０４）は、連系システムＳを運転している間中（Ｓ２０５のＮＯ）において、３０秒毎、１分毎等の所定の時間間隔毎に、連続的に繰り返され、連系点１３０の連系装置１５０を通過する電力融通量を常に一定の指令値に制御するようになっている。
【００２２】
このように連系点１３０を通過する電力融通量を連続的に監視制御している状態において、小容量系統１２０内の負荷が変動してこの小容量系統１２０内の電力需給バランスが崩れた場合には、連系点１３０を通過する電力融通量が一定の指令値に制御されているため、小容量系統の周波数は一旦変動する（Ｓ２１１のＹＥＳ）。この場合に、本実施形態においては、小容量系統１２０内の発電機１２１，１２２の調速機による回転速度制御動作を行い、それによって発電出力が漸次的に調整される（増加または減少）ため、小容量系統の電力需給バランスが短時間で回復すると共に、小容量系統の周波数が短時間で回復する（Ｓ２１２）。このような一連の動作（Ｓ２１１、Ｓ２１２）は、当該発電機が運転している間中（Ｓ２１３のＮＯ）、繰り返し行われる。
【００２３】
例えば、小容量系統１２０内の負荷が増加した場合、連系点１３０を通って大容量系統１１０から供給される電力融通量が一定の指令値に制御されているため、小容量系統１２０の周波数は低下する。この場合に、小容量系統１２０内の発電機１２１，１２２は調速機による回転速度制御動作によって徐々に発電出力を増加させるので、数秒〜数十秒後には小容量系統１２０の電力需給バランスがとれて周波数も回復する。小容量系統１２０内の周波数低下幅や低下している期間は従来例に比べてある程度大きくなるが、その一方で、大容量系統１１０側はその影響を全く受けない。
【００２４】
以上のような本実施形態によれば、大容量系統１１０側と小容量系統１２０側において、それぞれ次のような効果が得られる。まず、大容量系統１１０側からみると、小容量系統１２０内における負荷変動などの外乱の影響を何ら受けることなく、安定した運転が行える。
【００２５】
一方、小容量系統１２０側からみると、ある程度の周波数変動を生じるものの、系統内の発電機１２１，１２２の調速機による回転速度制御動作が行われるため、周波数が大きく逸脱することはなく、一般的に必要とされる程度の電力品質を維持できるので、系統内の負荷が周波数変動の影響を受けやすい種類のものでなければ問題なく運転できる。また、従来のように連系点を通過する電力融通量により小容量系統内の発電機の発電出力を制御する手法ではないことから、大容量系統側に対して過剰品質を維持するためのアンシラリーサービスに係る余分な費用を支払う必要がなくなるため、電力コストを低減することができる。したがって、小容量系統１２０側においては、必要程度の電力品質を維持しながらコストを低減し、従来に比べて安価な電力を得ることができる。
【００２６】
［第２の実施形態］
図３は、本発明を適用した第２の実施形態に係る電力系統の連系システムの構成を示すブロック図である。この図３に示すように、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、大容量系統１１０と小容量系統１２０が複数の連系点１３０ａ，１３０ｂで接続されている場合に、各連系点１３０ａ，１３０ｂに、第１の実施形態と同様の個別の連系システムＳａ，Ｓｂをそれぞれ設けたものである。
【００２７】
各連系点１３０ａ，１３０ｂの連系システムＳａ，Ｓｂは、各連系点１３０ａ，１３０ｂを通過する個々の電力融通量が、それぞれに与えられた一定の電力融通量指令値と等しくなるように電力融通量を制御する。なお、図３では、説明の簡略化の観点から、連系点が２箇所の場合を示しているが、連系点が３箇所以上の多数存在する場合でも同様に構成可能である。
【００２８】
以上のような構成を有する本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、各連系点１３０ａ，１３０ｂを通って大容量系統１１０から供給される個々の電力融通量を一定の指令値に制御することができる。そのため、小容量系統１２０内の電力需給バランスが崩れ、周波数が変動した場合でも、小容量系統１２０内の発電機１２１，１２２は、第１の実施形態と同様に調速機による回転速度制御動作を行い、電力需給バランスと周波数を回復させる。したがって、本実施形態によれば、大容量系統１１０と小容量系統１２０が複数の連系点で連系されている場合でも、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２９】
［第３の実施形態］
図４は、本発明を適用した第３の実施形態に係る電力系統の連系システムの構成を示すブロック図である。この図４に示すように、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態における連系システムＳの構成に加えて、小容量系統１２０側の周波数に応じた電力融通量指令値を出力するための構成として、電圧検出器４１０、周波数検出器４２０、電力融通量切換回路４３０を設けたものである。
【００３０】
ここで、電圧検出器４１０は、小容量系統１２０側の電圧を検出して周波数検出器４２０に与える手段である。また、周波数検出器４２０は、検出された電圧から、小容量系統１２０の電圧周波数を検出し、得られた周波数検出値ｆを電力融通量切換回路４３０に与える手段であり、本発明の周波数検出手段に相当する。さらに、電力融通量切換回路４３０は、周波数に応じた電力融通量を指令値として選択し、加算器１６０に与える手段であり、本発明の電力融通量切換手段に相当する。
【００３１】
図５は、図４に示す電力融通量切換回路４３０の内部構成を示すブロック図である。この図５に示すように、電力融通量切換回路４３０は、高レベル検出器５１１、低レベル検出器５１２、高レベル継続時間検出回路５２１、低レベル継続時間検出回路５２２、スイッチ選択回路５３０、スイッチ回路５４０、等を備えている。この電力融通量切換回路４３０の各部の詳細は次の通りである。
【００３２】
まず、高レベル検出器５１１と低レベル検出器５１２は、周波数検出値ｆをそれぞれ入力して、予め設定された基準値と比較し、基準値に関する所定の条件を満たす場合に、「ＯＮ」（周波数変動検出信号）出力を行う手段であり、本発明の周波数変動検出手段に相当する。すなわち、高レベル検出器５１１は、周波数検出値ｆが、予め設定された一定の高レベル基準値ｆH以上（ｆ＞ｆH）になった場合、「ＯＮ」（高レベル検出信号）出力となる。また、低レベル検出器５１２は、周波数検出値ｆが予め設定された一定の低レベル基準値ｆL以下（ｆ＜ｆL）になった場合、「ＯＮ」（低レベル検出信号）出力となる。
【００３３】
ここで、各レベル規準値ｆH、ｆLとしては、例えば定格周波数の１１０％、９０％といった、電力系統の周波数変動としては大きい値を設定する。そして、高レベル検出器５１１と低レベル検出器５１２からの各「ＯＮ」出力は、高レベル継続時間検出回路５２１と低レベル継続時間検出回路５２２にそれぞれ与えられる。
【００３４】
高レベル継続時間検出回路５２１と低レベル継続時間検出回路５２２は、各レベル検出器５１１，５１２からの出力が予め設定された基準時間Ｔ以上継続している場合に、「ＯＮ」（変動継続検出信号）出力を行う手段であり、本発明の変動継続検出手段に相当する。すなわち、高レベル継続時間検出回路５２１は、高レベル検出器５１１からの「ＯＮ」出力が、基準時間Ｔ以上継続している場合に、「ＯＮ」（高レベル継続検出信号）出力となり、また、低レベル継続時間検出回路５２２は、低レベル検出器５１２からの「ＯＮ」出力が、基準時間Ｔ以上継続している場合に、「ＯＮ」（低レベル継続検出信号）出力となる。そして、高レベル継続時間検出回路５２１と低レベル継続時間検出回路５２２からの各「ＯＮ」出力は、スイッチ選択回路５３０に与えられる。
【００３５】
スイッチ選択回路５３０は、高レベル継続時間検出回路５２１と低レベル継続時間検出回路５２２からの各「ＯＮ」出力に応じてスイッチ回路５４０に切換信号を与えて端子ａ〜ｃの切換を行わせる手段であり、スイッチ回路５４０は、端子ａ〜ｃの切換により、電力融通量指令値を切換出力する手段である。これらの回路５３０，５４０は、本発明の選択手段に相当する。
【００３６】
この場合、図５に示すように、例えば、スイッチ回路５４０の端子ａには、連系装置１５０の定格電力「Ｐｏ」が設定されており、端子ｂには「Ｐｏ×０．５（倍）」、端子ｃには「Ｐｏ×１．５（倍）」、といった値がそれぞれ設定されている。そして、スイッチ選択回路５３０は、高レベル継続時間検出回路５２１の出力が「ＯＮ」の場合は、端子ｂを選択する切換信号を、低レベル継続時間検出回路５２２の出力が「ＯＮ」の場合は、端子ｃを選択する切換信号を、その他の場合は、端子ａを選択する切換信号を、スイッチ回路５４０に対して与える。
【００３７】
図６は、以上のような図５の電力融通量切換回路４３０を含む図４の連系システムＳにより実現される電力制御動作を、電力融通量指令値の切換動作をメインとして概略的に示すフローチャートである。この図６に示すように、定常時（Ｓ６０１のＹＥＳ）においては、電力融通量切換回路４３０で電力融通量指令値が「Ｐｏ」に保持される（Ｓ６０２）。そして、図２のＳ２０１〜Ｓ２０４に示す一連の処理により、大容量系統１１０から小容量系統１２０へ融通される電力融通量が「Ｐｏ」に制御される（Ｓ６０３）。
【００３８】
また、このような定常時から小容量系統１２０内の負荷量が変動して電力需給バランスが崩れた場合には、連系点１３０を通って大容量系統１１０から供給される電力融通量が一定の指令値「Ｐｏ」に制御されているため、小容量系統１２０の周波数が変動する。その変動幅が、高レベル基準値と低レベル基準値の間（ｆL＜ｆ＜ｆH）の範囲内（Ｓ６０４のＮＯ、Ｓ６０５のＮＯ）であれば、電力融通量切換回路４３０では、電力融通量指令値が切換えられることなく「Ｐｏ」に保持される（Ｓ６０６）。そのため、前記第１の実施形態と同様に、大容量系統１１０から小容量系統１２０へ融通される電力融通量が定常時と同じ「Ｐｏ」に制御される（図２のＳ２０１〜Ｓ２０４）と共に、小容量系統１２０内の発電機１２１，１２２の調速機による回転速度制御動作（図２のＳ２１１，Ｓ２１２）が行われる（Ｓ６０７）。
【００３９】
これに対して、小容量系統１２０内の負荷が大幅に増加した場合や、発電機１２１，１２２が停止した場合などには、周波数が大きく低下して、周波数検出値ｆが低レベル基準値以下（ｆ＜ｆL）となる（Ｓ６０４のＹＥＳ）。その場合には、低レベル検出器５１２、低レベル継続時間検出回路５２２が「ＯＮ」になることにより、電力融通量指令値が「Ｐｏ×１．５」に切換えられる（Ｓ６０８）。その後は、大容量系統１１０から小容量系統１２０へ供給される電力融通量が通常時の１．５倍となることにより、周波数が上昇すると共に、小容量系統１２０内の発電機１２１，１２２が調速機による回転速度制御動作によって発電出力を微調整するため、数秒〜数十秒後には小容量系統１２０内の電力需給バランスがとれて周波数も回復する（Ｓ６０９）。
【００４０】
逆に、小容量系統１２０内の負荷が大幅に減少した場合などには、周波数が大きく上昇して、周波数検出値ｆが高レベル基準値以上（ｆ＞ｆH）となる（Ｓ６０５のＹＥＳ）。その場合には、高レベル検出器５１１、高レベル継続時間検出回路５２１が「ＯＮ」になることにより、電力融通量指令値が「Ｐｏ×０．５」に切換えられる（Ｓ６１０）。その後は、大容量系統１１０から小容量系統１２０へ供給される電力融通量が通常時の０．５倍となることにより、周波数が低下すると共に、小容量系統１２０内の発電機１２１，１２２が調速機による回転速度制御動作によって発電出力を微調整するため、数秒〜数十秒後には小容量系統１２０の電力需給バランスがとれて周波数も回復する（Ｓ６１１）。
【００４１】
なお、このような一連の動作（Ｓ６０１〜Ｓ６１１）は、連系システムＳを運転している間中（Ｓ６１２のＮＯ）において、繰り返し行われる。
【００４２】
以上のような本実施形態によれば、大容量系統１１０側と小容量系統１２０側において、それぞれ次のような効果が得られる。まず、大容量系統１１０側からみると、小容量系統１２０内における通常の範囲内の負荷変動などでは、その外乱の影響を何ら受けることなく、安定した運転が行える。また、小容量系統１２０内における発電機停止などの大きな外乱が発生した場合には電力融通量が変化するが、一旦変化した後は、その融通電力量が一定に保たれるため、従来技術に比べればその影響は十分に小さくなる。
【００４３】
一方、小容量系統１２０側からみると、系統内における通常の範囲内の負荷変動などでは、周波数変動は従来よりも大きくなるが、系統内の発電機の調速機による回転速度制御動作が行われるため、周波数が大きく逸脱することはなく、一般的に必要とされる程度の電力品質を維持できるので、系統内の負荷が周波数変動の影響を受けやすい種類のものでなければ問題なく運転できる。また、小容量系統１２０内における発電機停止などの、小容量系統１２０内の発電機出力変化や負荷遮断などで対処できる範囲を越えた大きな外乱時には、大容量系統１１０側からの融通電力量を一時的に変更して周波数変動幅を抑制することができる。
【００４４】
そして、連系点を通過する電力融通量により小容量系統内の発電機の発電出力を制御する手法ではないことから、前記第１の実施形態と同様に、大容量系統側に対して過剰品質を維持するためのアンシラリーサービスに係る余分な費用を支払う必要がなくなるため、電力コストを低減することができる。したがって、小容量系統１２０側においては、必要程度の電力品質を維持しながらコストを低減し、従来に比べて安価な電力を得ることができる。
【００４５】
［第３の実施形態の変形例］
なお、第３の実施形態の変形例としては、各種の形態が可能であるが、例えば、前記第１の実施形態に対する第２の実施形態と同様に、大容量系統１１０と小容量系統１２０の連系点が複数箇所であっても、同等の効果を得ることができる。あるいは、複数の連系点のうち、１箇所の連系点に、電力融通量切換回路４３０を有する第３の実施形態の連系システムＳを適用し、その他の連系点に、電力融通量切換回路４３０を持たない第１の実施形態の連系システムＳを適用することなども可能である。
【００４６】
また、系統の特性によっては、図５に示す電力融通量切換回路４３０において、レベル検出器５１１，５１２とレベル継続時間検出回路５２１，５２２の組合せのうち一組を省略することが可能である。例えば、負荷急減により周波数が大幅に上昇される可能性はほとんどなく、発電機停止時の周波数低下のみを考慮すればよい系統であれば、高レベル検出器５１１と高レベル継続時間検出回路５２１を省略することができる。
【００４７】
［第４の実施形態］
図７は、本発明を適用した第４の実施形態に係る電力系統の連系システムの構成を示すブロック図である。この図７に示すように、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態における連系装置１５０として、回転型位相調整機（ＲＰＳ）７１０を用いたものである。
【００４８】
ここで、回転型位相調整機７１０の電機子（ステータ）は大容量系統１１０側に、また、回転子（ロータ）は小容量系統１２０側に接続されている。さらに、回転型位相調整機７１０には、その回転子を可変速ドライブするトルク制御装置７２０が同軸に取り付けられており、制御装置１７０は、制御出力信号によりこのトルク制御装置７２０を制御することで、回転型位相調整機７１０を間接的に制御するようになっている。他の部分の構成は、前記第１の実施形態と同様である。
【００４９】
以上のような構成を有する本実施形態によれば、回転型位相調整機７１０は、同軸に取り付けられているトルク制御装置７２０により回転子を可変速ドライブすることによって、接続端の電圧の大きさ、位相、周波数を制御することができるため、図７に示すように、２つの系統１１０，１２０の連系点１３０に直列接続していることにより、連系点１３０を通過する電力融通量を制御することができる。また、電機子側と回転子側の周波数や位相は独立に運転することができる。
【００５０】
したがって、本実施形態においても、前記第１の実施形態と同様の効果が得られる。さらに、回転型位相調整機７１０は、構造的に過負荷運転に強いので、一定時間にわたって定格以上の電力を融通することが容易であり、その間に小容量系統１２０側で電力需給バランスを回復する系統操作を行うことができる。
【００５１】
［第４の実施形態の変形例］
上記のような利点を有する第４の実施形態の回転型位相調整機は、特に、前記第３の実施形態などのように、小容量系統１２０の発電機停止など大きな外乱が発生した場合にのみ定常時より大きな電力を融通する連系システムＳの連系装置として好適であり、優れた効果が得られるものである。また、第４の実施形態の変形例としては、他にも各種の形態が可能であるが、例えば、前記第１の実施形態に対する第２の実施形態と同様に、大容量系統１１０と小容量系統１２０の連系点が複数箇所であっても、同等の効果を得ることができる。
【００５２】
［第５の実施形態］
図８は、本発明を適用した第５の実施形態に係る電力系統の連系システムの構成を示すブロック図である。この図８に示すように、本実施形態は、第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態における連系装置１５０として、直流連系装置８１０を用いたものである。
【００５３】
ここで、直流連系装置８１０は、交直変換器８１１，８１２とそれを接続する直流回路８１３から構成されており、一方の交直変換器８１１は大容量系統１１０側に、他方の交直変換器８１２は小容量系統１２０側に、それぞれ接続されている。さらに、交直変換器８１１，８１２の半導体素子にオン／オフのパルスを与えるパルス制御装置８２０が設けられており、制御装置１７０は、制御出力信号によりこのパルス制御装置８２０を制御することで、直流連系装置８１０を間接的に制御するようになっている。他の部分の構成は、前記第１の実施形態と同様である。
【００５４】
以上のような構成を有する本実施形態によれば、直流連系装置８１０は、一方の交直変換器８１１により交流電力を一旦直流電力に変換し、その直流電力を他方の交直変換器８１２により交流電力に変換することによって電力を融通する。両変換器８１１，８１２の交流側は独立であるため、その周波数や位相は独立である。したがって、本実施形態においても、前記第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００５５】
［第５の実施形態の変形例］
なお、第５の実施形態の変形例としては、各種の形態が可能であるが、例えば、前記第１の実施形態に対する第２の実施形態と同様に、大容量系統１１０と小容量系統１２０の連系点が複数箇所であっても、同等の効果を得ることができる。また、前記第３の実施形態などのように、小容量系統１２０の発電機停止など大きな外乱が発生した場合にのみ定常時より大きな電力を融通する連系システムＳの連系装置として直流連系装置８１０を適用しても、同等の効果を得ることができる。
【００５６】
［他の実施形態］
なお、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。すなわち、前記実施形態で示したシステム構成や処理手順などは、一例にすぎず、具体的なシステム構成や処理手順などは、自由に選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を適用した第１の実施形態に係る電力系統の連系システムの構成を示すブロック図。
【図２】図１の連系システムにより実現される電力制御動作と、この電力制御の結果として小容量系統の発電機により行われる動作を概略的に示すフローチャート。
【図３】本発明を適用した第２の実施形態に係る電力系統の連系システムの構成を示すブロック図。
【図４】本発明を適用した第３の実施形態に係る電力系統の連系システムの構成を示すブロック図。
【図５】図４に示す電力融通量切換回路の内部構成を示すブロック図。
【図６】図４に示す連系システムにより実現される電力制御動作を、電力融通量指令値の切換動作をメインとして概略的に示すフローチャート。
【図７】本発明を適用した第４の実施形態に係る電力系統の連系システムの構成を示すブロック図。
【図８】本発明を適用した第５の実施形態に係る電力系統の連系システムの構成を示すブロック図。
【図９】従来の電力系統の連系システムの構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
【００５８】
Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ…連系システム
１１０…大容量系統
１２０…小容量系統
１２１，１２２…発電機
１３０，１３０ａ，１３０ｂ…連系点
１４０…電力検出器
１５０…連系装置
１６０…制御装置
１７０…加算器
４１０…電圧検出器
４２０…周波数検出器
４３０…電力融通量切換回路
５１１…高レベル検出器
５１２…低レベル検出器
５２１…高レベル継続時間検出回路
５２２…低レベル継続時間検出回路
５３０…スイッチ選択回路
５４０…スイッチ回路
７１０…回転型位相調整機
７２０…トルク制御装置
８１０…直流連系装置
８１１，８１２…交直変換器
８１３…直流回路
８２０…パルス制御装置
【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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