(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、
電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、
該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、
前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成り、
前記制御装置は、
前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、
前記有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、
前記有効電力変動成分を入力し、該有効電力変動成分の絶対値の大きさに基づいて前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、
該フィルタ時定数設定手段は、前記有効電力変動成分の絶対値が小さいときには前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにし、前記有効電力変動成分の絶対値が大きくなったときには前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が広くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が狭くなるようにすることを特徴とする電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム。
【請求項２】
交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成る電力安定化システムにおける該制御装置において、
前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、
前記有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、
前記有効電力変動成分を入力し、該有効電力変動成分の絶対値の大きさに基づいて前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、
該フィルタ時定数設定手段は、前記有効電力変動成分の絶対値が小さいときには前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにし、前記有効電力変動成分の絶対値が大きくなったときには前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が広くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が狭くなるようにすることを特徴とする電力安定化システムにおける制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統においては発電電力と消費電力とのバランスが崩れると周波数変動が生じる。そのため、電力会社では、負荷の変動周期に応じた各種周波数制御によって、時々刻々変化する消費電力と発電電力を常にバランスさせるように発電機の出力増減の調整を実施している。数分以下の微小変動に対しては、発電機の回転数をガバナフリー制御することにより瞬時に対応する。数分〜数十分の短周期変動に対しては、給電システムのLFC（負荷周波数制御）で発電機出力を制御することで対応するが、ガバナフリー制御と比較すると応答速度はやや遅い。数十分以上の長周期の変動に対してはEDC（経済負荷配分制御）で発電機の経済性を考慮した負荷配分を行っており、対応できる変動幅は大きいが、応答速度は遅いという特徴がある。
【０００３】
一方、近年、風力や太陽光など自然エネルギーを利用した分散型電源の電力系統への連系が増加している。しかし、自然エネルギーを利用した分散型電源は、風速などの自然条件に応じて時々刻々と出力が変動するため、特に僻地や離島などの弱い電力系統では系統の周波数や電圧の変動が生じ、問題となる場合がある。
【０００４】
例えば、風力発電設備においては、風速がカットオフ風速を超えた場合、風車保護のため回転を止め、これによって風力発電機の出力が最大出力からゼロ出力に大きく変化する場合がある。このような過大かつ急激な電力変動が発生した場合、EDCでは制御が追いつかないので（EDCは対応できる変動幅は大きいが応答速度は遅いため、ゆっくりとした変動にしか対応できない）、EDCで対応できない電力変動はLFC及び、ガバナフリーで対応することになる。しかし、LFC及び、ガバナフリーは周波数調整容量が少ないため、周波数を系統運用目標値内に保つことが困難となる可能性が懸念される。
【０００５】
そこで従来より、フライホイールや二次電池などの電力貯蔵装置を用いて、電力の吸収または放出を行うことにより、出力変動、負荷変動、潮流変動等の電力変動分を補償するシステムが開発されている。例えば、風力発電機の出力変動補償を行う場合、風力発電機の発電出力が増加した場合には、電力貯蔵装置の電力放出を減少または電力吸収を増大させ、風力発電機の発電出力が減少した場合には、電力貯蔵装置の電力吸収を減少または電力放出を増大させることにより、風力発電機と電力貯蔵装置の連系点の電力変動を補償することができる。
【０００６】
ただし、電力貯蔵装置の容量は有限であり、なおかつ運転許容範囲が存在する。このため、運転許容範囲を逸脱すると、例えば二次電池では過充電・過放電による電池寿命の低下、フライホイールでは回転数オーバーによる装置の停止や回転数不足による運転の不安定化につながる。また、電力貯蔵量が上限、或いは下限に達するとそれ以上の電力補償ができなくなる。そこで、装置の保護・長寿命化を図るため、電力貯蔵装置の電力貯蔵量管理・制御に関する各種方式が提案されている。
【０００７】
電力貯蔵装置として二次電池を用いる例として特許文献１、フライホイールを用いる例として特許文献２等が挙げられる。
上記特許文献１では、二次電池の制御装置において、二次電池の端子電圧（電力貯蔵量に相当）を検出し、その端子電圧に応じて補償指令値のリミッタを可変制御する。端子電圧が高くなる（電力貯蔵量が大きくなる）につれて、放電方向のリミッタは大きく、充電方向のリミッタは小さくする。端子電圧が低くなる（電力貯蔵量が小さくなる）につれてその逆にリミッタを設定する。これにより二次電池の過充電・過放電の防止を実現している。
【０００８】
上記特許文献２では、フライホイールの制御装置において、有効電力制御ループと速度制御ループを有し、各制御ループのゲインを可変制御する。フライホイールの回転速度（電力貯蔵量に相当）が所定の安定範囲にある時には、有効電力制御ループのゲインを高めることで有効電力を目標値に一致させ、フライホイールの回転速度が所定の安定範囲の上限或いは下限を超える時には、速度制御ループのゲインを高めることでフライホイールのオーバースピード或いは失速を防止し安定運転を実現している。
【特許文献１】特開２００１−２９８８７２号公報
【特許文献２】特開２００４−２６０９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、過大かつ急激な電力変動が発生した場合、二次電池の端子電圧が上昇（或いは下降）し、ついには可変リミッタにより補償量は制限される。これにより、運転許容範囲の逸脱は防止できるが、可変リミッタにより補償量が制限されている間、電力変動に対しては補償ができないという問題があった。別の見方をすれば、過大かつ急激な電力変動まで補償しようとすると、大容量の電力貯蔵装置が必要になり、設置コスト、メンテナンスコストが増大するという問題があった。
【００１０】
特許文献２では、過大かつ急激な電力変動が発生した場合、フライホイールの回転速度が所定の安定範囲の上限或いは下限を超える。この時、有効電力制御ループのゲインが低くなることにより、運転許容範囲の逸脱は防止できるが、速度制御ループのゲインを高めることにより、電力変動に必要な電力変動補償量が得られないだけでなく、かえって電力変動を増大させる可能性があった。また、有効電力制御ループのゲインがゼロになった時には電力補償動作を全く行わなくなるという問題があった。また上記と同様、過大かつ急激な電力変動まで補償しようとすると、大容量の電力貯蔵装置が必要になり、設置コスト、メンテナンスコストが増大するという問題があった。
【００１１】
この様に、従来技術では電力貯蔵装置の運転許容範囲逸脱は防止できても、運転許容範囲の中で、効率的・効果的な電力変動補償を実現しているとは言い難く、過大かつ急激な電力変動まで補償する場合、大容量の電力貯蔵装置が必要であった。
【００１２】
補償点電力変動量に対し、電力貯蔵装置の容量が十分ではなく、運転許容範囲の逸脱が問題になる場合であって、特に過大かつ急激な電力変動を効果的に抑制するための理想的な電力補償動作は以下の通りである。
【００１３】
・電力貯蔵装置の運転許容範囲で安定運転を継続する。
・短周期の電力変動（特に周波数調整容量が少ないガバナフリー領域、LFC領域における変動）に対しては、必要な補償量を確保する。
【００１４】
・過大かつ急激な電力変動に対しては、系統の周波数制御で対応可能な程度にまで変動を抑制する。つまり、系統側の周波数制御で対応可能な電力変動（特に周波数調整容量が大きいEDC領域におけるゆっくりとした変動）は許容する。
【００１５】
本発明の課題は、上記のような電力補償動作を実現し、少ない容量の電力貯蔵装置で、過大かつ急激な電力変動まで、効率的・効果的に抑制可能な、電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム、その制御装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムは、交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムであって、電力を貯蔵し、前記交流電力系統の電力の吸収または前記交流電力系統に対する電力の放出を行う電力貯蔵装置と、該電力貯蔵装置の貯蔵電力の吸収・放出に伴う電力の入出力を、前記交流電力系統と前記電力貯蔵装置の間で相互に変換する双方向電力変換器と、前記交流電力系統の有効電力変動に応じて該双方向電力変換器の変換動作を制御することにより、前記交流電力系統の有効電力変動を抑制する制御装置とから成り、前記制御装置は、前記交流電力系統の有効電力から、設定されるフィルタ時定数に応じた所定の周波数領域における有効電力変動成分を抽出する有効電力変動成分抽出フィルタと、前記有効電力変動成分の大きさに応じた電力変動補償量によって前記双方向電力変換器の変換動作を制御する電力変動補償量調整手段と、前記有効電力変動成分を入力し、該有効電力変動成分の絶対値の大きさに基づいて前記有効電力変動成分抽出フィルタの前記フィルタ時定数を設定するフィルタ時定数設定手段とを有し、該フィルタ時定数設定手段は、前記有効電力変動成分の絶対値が小さいときには前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が狭くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が広くなるようにし、前記有効電力変動成分の絶対値が大きくなったときには前記有効電力変動成分抽出フィルタにおける前記周波数領域が広くなるように前記フィルタ時定数を設定することで該フィルタにおいてカットする低周波数領域が狭くなるようにする。
【００１７】
上記構成の電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムによれば、有効電力変動成分の絶対値が小さいうちは、補償周波数領域を必要最小限（短周期の電力変動に対してのみ）にとどめることで、過大かつ急激な電力変動（特にEDC制御が追従できず周波数調整容量に影響するような過大かつ急激な変動）に備えて十分な補償余力を確保することができる。そして、有効電力変動成分の絶対値が大きくなった場合、つまり過大かつ急激な電力変動に対しては、補償周波数領域を短周期の電力変動から長周期の電力変動にまで広げることにより、確保した補償余力を用いて最大限の補償を行うことができる。
【００１８】
この様にして、少ない容量の電力貯蔵装置で、過大かつ急激な電力変動まで抑制するのに最適な、電力貯蔵装置の効率的・効果的運用が可能となる。
尚、設定するフィルタ時定数には下限値が設けられている。この下限値は、上記周波数領域を、少なくとも短周期の電力変動は抽出できるようにする値となっている。これによって、短周期の電力変動（特に周波数調整容量が少ないガバナフリー領域、LFC領域における変動）に対しては、常に補償周波数領域内であるため、必要な補償量を確保できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電力貯蔵装置を用いた電力安定化システム、その制御装置等によれば、少ない容量の電力貯蔵装置で、過大かつ急激な電力変動まで、効率的・効果的に電力変動補償を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
尚、本発明は、交流電力系統の有効電力変動を抑制する電力安定化システムに関するものであり、以下の説明では、上記自然エネルギーを利用した分散型電源が接続された交流電力系統を例にするが、この例に限らない。本発明の電力安定化システムは、負荷変動やマイクログリッド連系運転時の連系点潮流変動等、交流電力系統の有効電力変動を抑制する目的であれば適用できる。また、以下の説明では、上記自然エネルギーを利用した分散型電源の一例として、風力発電機を例にして説明するが、この例に限らず、例えば太陽光発電等であってもよい。
【００２１】
図１は本実施の形態による、電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの構成図である。
図示の電力安定化システムは、電力貯蔵装置１、双方向電力変換器２、制御装置１０からなり、変圧器３を介して電力系統６に接続する。
【００２２】
電力貯蔵装置１は、例えばフライホイール、二次電池、キャパシタ等である。
双方向電力変換器２は、制御装置１０からの電力変動補償信号PO（ここでは、電力貯蔵装置１から電力を放出する方向を、“正”とする）に基づいて、電力系統６と電力貯蔵装置１との間で電力の授受を行う。電力貯蔵装置１がフライホイールである場合は、フライホイール側の交流電力と電力系統６側の交流電力を双方向に変換し、電力貯蔵装置１が二次電池・キャパシタ等である場合には、二次電池・キャパシタ側の直流電力と電力系統６側の交流電力を双方向に変換する。
【００２３】
またここでは自然エネルギーを利用した分散型電源の出力変動補償を行う場合を想定し、風力発電機４が変圧器５を介して電力系統６に接続されているとする。（上記の通り、図１においてマイクログリッド連系点の有効電力を検出することにより、連系点潮流変動の抑制等にも応用できる。）
制御装置１０は、動作温度検出器１１、電力貯蔵量検出器１２、電力変動補償量調整部１３、有効電力検出器１４、有効電力変動成分抽出フィルタ１５、フィルタ時定数設定部１６、及び位相調整部１７等を有する。
【００２４】
制御装置１０は、特に図示しないが、ＣＰＵ等と、メモリや各種記憶媒体（ハードディスク等）等の記憶装置等を備えており、上記電力変動補償量調整部１３、有効電力変動成分抽出フィルタ１５、フィルタ時定数設定部１６、位相調整部１７による処理（後述する）は、ハードウェアによって実現してもよいし、ＣＰＵが記憶装置に記憶されている所定のアプリケーションプログラムを読出し・実行することにより実現してもよい。また、ハードウェアによって実現する場合、デジタルの制御装置（プログラマブルコントローラ）を用いて制御してもよいし、オペアンプ等によるアナログ制御回路で実現してもよい。
【００２５】
有効電力検出器１４は、風力発電機４の出力端の電圧・電流値に基づいて風力発電機有効電力PGを検出する。
有効電力変動成分抽出フィルタ１５は、ハイパスフィルタ等の変動分を抽出するフィルタにより、風力発電機有効電力PGから補償周波数領域における有効電力変動成分信号ΔPGを抽出する（換言すれば、補償周波数領域以外の周波数領域の変動成分は除去（カット）する）。補償周波数領域は、当該ハイパスフィルタ等のフィルタ時定数によって決まり、通常は、短周期の電力変動のみ抽出するようにフィルタ時定数が設定されるが、後述する過大で急激な電力変動があるときには、長周期変動をも抽出するようにフィルタ時定数が設定される。このフィルタ時定数の設定は、フィルタ時定数設定部１６によって随時行われる。
【００２６】
なお、有効電力変動成分抽出フィルタ１５は、有効電力変動成分を抽出する機能を有していれば、何次のハイパスフィルタを用いても良く、あるいは、ハイパスフィルタを何段か直列させる構成でも良い。あるいは、ローパスフィルタ等の変動分を除去するフィルタ（有効電力変動成分を除去する機能を有していれば、何次のローパスフィルタを用いても良く、あるいは、ローパスフィルタを何段か直列させる構成でも良い。）や、移動平均等の平滑化処理等により風力発電機有効電力PGから有効電力変動成分を除去して補償目標値PAを演算し、さらに有効電力計測値PGから補償目標値PAを減算することにより補償電力ΔPGを演算する構成としても良い。
【００２７】
フィルタ時定数設定部１６は、予め定められたフィルタ時定数の上限値・下限値と、有効電力変動成分信号ΔPGとに応じて、フィルタ時定数指令値TOを決定し、このフィルタ時定数指令値TOを用いて有効電力変動成分抽出フィルタ１５のフィルタ時定数を設定する。
【００２８】
フィルタ時定数設定部１６の構成・原理の詳細は後述する。
位相調整部１７は、進み遅れフィルタ、ゲイン等で構成し、制御系等の遅れを考慮して位相調整を行うと共に、ゲインを-1.0とする（放電する方向をプラスとするため）ことにより位相を反転して電力変動補償信号POの元となる制御信号を生成する。
【００２９】
電力貯蔵量検出器１２は、電力貯蔵装置１の電力貯蔵量ESを、直接あるいは間接的に検出／算出する。例えば電力貯蔵装置１がフライホイールである場合は、フライホイール回転数を検出し、二次電池・キャパシタ等である場合は端子電圧を検出して、該検出結果に基づいて電力貯蔵量ESを算出する。
【００３０】
動作温度検出器１１は、電力貯蔵装置１の動作温度TSを、直接あるいは間接的に検出／算出する。
尚、電力貯蔵量又は動作温度に関して単に「検出する」と記したときは、上記「直接あるいは間接的に検出／算出する」（直接検出するか、あるいは算出処理を行うことで間接的に検出する）ことを意味するものとする。
【００３１】
電力変動補償量調整部１３は、ゲイン、可変リミッタ等で構成され、基本的には有効電力変動成分の大きさに応じて双方向変換器への指令値である電力変動補償量POを生成するが、電力貯蔵装置が運転許容範囲（貯蔵電力量ESや動作温度等TSの上下限値）を逸脱しそうな場合には、電力貯蔵量ES或いは動作温度TS等の検出信号に応じて電力貯蔵量ES或いは動作温度TS等が運転許容範囲を超えない様に上記電力変動補償量POの大きさを調整・制限する。
【００３２】
例えば、電力貯蔵量ESが上限値（電力貯蔵量最大）に達した時は可変リミッタの下限値をゼロとすることで、電力貯蔵装置１への電力吸収を防止する。一方、電力貯蔵量ESが下限値（電力貯蔵量最小）に達した時は可変リミッタの上限値をゼロとすることで、電力貯蔵装置１からの電力放出を防止する。また、電力貯蔵量ESの上下限値間における可変リミッタの制御に関しては、電力貯蔵量ESが多い時には可変リミッタの下限値を小さく、上限値を大きくすることにより、電力吸収方向の補償信号は大きく抑制し、電力放出方向の補償信号の抑制は小さくすることができる。逆に、電力貯蔵量ESが少ない時には可変リミッタの下限値を大きく、上限値を小さくすることにより、電力放出方向の補償信号は大きく抑制し、電力吸収方向の補償信号の抑制は小さくすることができる。なお、電力変動補償量調整部１３の制御特性は、電力貯蔵装置１の種類とその特性、フィルタ時定数設定部１６の制御特性等を考慮しながら調整する。
【００３３】
上記構成の制御装置１０の特徴は、フィルタ時定数設定部１６にある。図１において、フィルタ時定数設定部１６以外の構成は、上記従来技術と略同様である。すなわち、例えば特許文献２を例にすると、有効電力変動成分抽出フィルタ１５は「有効電力目標値演算（32a）」と「減算器（32b）」とをまとめたものに相当する。同様に、位相調整部１７は「位相補償回路（32d）」に相当する。また、電力変動補償量調整部１３は「ゲイン（32c）」、「有効電力リミッタ（32f）」、及び補正信号を生成する「速度制御ループ（34）」とその「減算器（32e）」をまとめた部分に相当し、有効電力変動成分の大きさに応じて双方向変換器への指令値である電力変動補償量を生成すると共に、電力貯蔵量が運転許容範囲を超えない様に電力変動補償信号の大きさを制御する部分と言える。
【００３４】
よって、フィルタ時定数設定部１６以外の構成については、基本的には、上記説明のみとし、それ以上詳細に説明しない。
以下、フィルタ時定数設定部１６の構成・動作について詳細に説明する。
【００３５】
有効電力変動成分抽出フィルタ１５、フィルタ時定数設定部１６の構成例を図２に示す。この例では、有効電力変動成分抽出フィルタ１５（ハイパスフィルタ）が図示の構成（ｓＴ０／（１＋ｓＴ０））であった場合に対応するフィルタ時定数設定部１６の構成例を示す。尚、これは一例であり、他の構成であってよい。すなわち、以下の条件を満たすようにする構成であれば何でもよい。
・入力信号の絶対値|X|が大  ⇒  フィルタ時定数指令値TOが大  
⇒補償周波数領域が広くなる（カットする低周波領域が狭くなる）。
・入力信号の絶対値|X|が小  ⇒  フィルタ時定数指令値TOが小  
⇒補償周波数領域が狭くなる（カットする低周波領域が広くなる）。
【００３６】
＜各ブロックの意味・動作・整定方法＞
入力信号である有効電力変動成分信号ΔPGは、絶対値演算部２１に入り、有効電力変動成分信号ΔPGの絶対値|ΔPG|が計算される。有効電力変動成分信号絶対値|ΔPG|は、制御ゲイン部２２に入り、制御ゲインK（K>0）によって大きさが調整され、フィルタ制御信号となる。そして、フィルタ時定数下限リミッタ２４によってフィルタ制御信号の下限値Tminを制限することで、フィルタ時定数指令値TOが生成・出力される。フィルタ時定数設定部１６の出力であるフィルタ時定数指令値TOに基づき、有効電力変動成分抽出フィルタ１５のフィルタ時定数TOが設定される。これは、基本的には、指令値TOを新たなフィルタ時定数TOとして設定するものである。
【００３７】
なお、図２では、有効電力変動成分抽出フィルタ１５内に示す分母のTOのみを設定するように見えるかもしれないが、当然、分子、分母の両方のTOを設定する。
これにより、有効電力変動成分信号ΔPGの絶対値|ΔPG|が小さい場合には、フィルタ時定数指令値TOはフィルタ時定数下限リミッタ２４における下限値Tminとなり、この状態では短周期の変動成分のみが補償周波数領域内となる。
【００３８】
なお、フィルタ時定数下限リミッタ２４における下限値Tminは補償周波数領域が必要最小限となるように決定する。これは系統連系協議や、電力安定化システムの仕様により決定し、短周期（例えば20分以下（0.0008Hz以上））の変動周期については必ず補償するとした場合、フィルタ時定数下限リミッタ２４における下限値Tminは約191秒となる。
【００３９】
そして、有効電力変動成分信号ΔPGの絶対値|ΔPG|が大きくなり、制御ゲイン部２２からの出力であるフィルタ制御信号がフィルタ時定数下限リミッタ２４における下限値Tminより大きくなると、フィルタ時定数指令値TOは大きくなり、有効電力変動成分抽出フィルタ１５のハイパスフィルタ時定数（ハイパスフィルタの時定数TO）が大きくなる。これより、有効電力変動成分抽出フィルタ１５においてカットする低周波数領域が狭くなり（すなわちより低い周波数成分まで抽出されるようになる）、短周期の変動成分から長周期の変動成分までが補償周波数領域内となる。
【００４０】
なお、制御ゲイン部２２における制御ゲインK（K>0）は、有効電力変動成分信号絶対値|ΔPG|に対するフィルタ時定数設定部１６の制御感度を決定する調整項である。制御ゲインKを大きくすると、有効電力変動成分信号絶対値|ΔPG|の増加に対し、補償周波数領域が広がり易くなるため、補償量は増加する。一方、制御ゲインKを小さくすると、有効電力変動成分信号絶対値|ΔPG|の増加に対し、補償周波数領域が広がりにくくなるため、補償量は抑えぎみとなる。実際の装置では、各現場毎に、短周期の電力変動に対しては、必要な補償量を確保しつつ、過大かつ急激な電力変動に備えて十分な補償余力を確保するように適宜調整する。
【００４１】
上記図２の構成により、有効電力変動成分信号絶対値|ΔPG|が小さいほど、有効電力変動成分抽出フィルタ１５におけるハイパスフィルタ時定数は小さくなり、有効電力変動成分抽出フィルタ１５においてカットする低周波数領域が広くなる（すなわち、より高い周波数成分のみが抽出される）。
【００４２】
逆に、有効電力変動成分信号絶対値|ΔPG|が大きいほど、有効電力変動成分抽出フィルタ１５におけるハイパスフィルタ時定数は大きくなり、有効電力変動成分抽出フィルタ１５においてカットする低周波数領域が狭くなる（すなわち、より低い周波数成分まで抽出される）。
【００４３】
＜効果＞
上記のように、有効電力変動成分信号絶対値|ΔPG|が大きくなるにつれて低い周波数まで補償周波数領域が広がるように、有効電力変動成分抽出フィルタのフィルタ時定数をフィードバック制御することにより、有効電力変動成分信号絶対値|ΔPG|が小さい内は、補償周波数領域を必要最小限（短周期の電力変動に対してのみ）にとどめることで、過大かつ急激な電力変動（特にEDC制御が追従できず周波数調整容量に影響するような過大かつ急激な変動）に備えて十分な補償余力を確保することができる（理由は、後述する＜検証結果＞で述べる）。そして、有効電力変動成分信号絶対値|ΔPG|が大きくなった場合、つまり過大かつ急激な電力変動に対しては、補償周波数領域を短周期の電力変動から長周期の電力変動にまで広げることにより、確保した補償余力を用いて最大限の補償を行うことができる。
【００４４】
尚、下限値Tminにより、短周期の電力変動（特に周波数調整容量が少ないガバナフリー領域、LFC領域における変動）に対しては、常に補償周波数領域内であるため、必要な補償量を確保できる。
【００４５】
なお、EDCは応答速度が遅いため、過大かつ急激な負荷変動には制御が追いつかない可能性があるが、ゆっくりした変動に対しては対応できる変動幅が大きい。従って、上記本手法において過大かつ急激な電力変動のみ抑制すれば、ゆっくりした長周期変動成分を補償領域から外しても、EDCにより対応可能であり問題を生ずることはない。
【００４６】
また、電力変動に対し電力貯蔵量の容量を抑制する方法として、ゲインを可変制御する方法も考えられる。しかし、ゲインを制御すると変動周期によらず一律に大きさが制限されてしまい、短周期変動に対して必要な補償量が得られなくなるため、適切ではない。
【００４７】
ここで、上記有効電力変動成分抽出フィルタ１５の構成は、図２に示す例に限らず、例えば図３に示す様な構成であってもよい。図３に示す例では、ローパスフィルタを利用した構成により全体としてハイパスフィルタと同等の特性を実現しており、ローパスフィルタにより低周波数領域の成分を抽出し、それを元信号から減算することで、高周波数領域の成分、即ち変動成分を抽出することができる。フィルタ時定数指令値TOが大きくなると、上記ローパスフィルタの時定数が大きくなるので、ローパスフィルタにおける通過領域、すなわちカットする低周波数領域が狭くなり、より低い周波数成分まで抽出される。
【００４８】
＜検証結果＞
以上説明した電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの上記効果について、以下、本発明者による検証結果について示す。
【００４９】
ここでは、フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合の安定化後出力（風力発電機出力と電力安定化システム出力の合計値）の実測波形を図４、フィルタ時定数設定部１６の制御を無効とした場合の安定化後出力のシミュレーション結果を図５に示す。なお比較のため、図４、図５それぞれに風力発電機出力の実測波形（補償前の波形）を併せて示す。
【００５０】
実機においてフィルタ時定数設定部１６の制御を無効にすることは難しく、仮にフィルタ時定数制御を無効にしたとしても、補償対象である風力発電の出力は風任せで再現できないため、ここでは、フィルタ時定数制御を無効とした電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムをモデル化し、実機（制御有効）において計測した風力発電出力データを入力することで（つまり、同じデータを入力する）、上記シミュレーション結果を得ている。
【００５１】
また、フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合のフィルタ時定数は20分〜250分の間で可変とする。また、フィルタ時定数設定部１６の制御を無効とした場合のフィルタ時定数は120分で固定とする。
【００５２】
図４、図５より12:30から13:00近くにかけて風力発電機出力が1500ｋWから0ｋWそして1500kWと急激に変化していることが分かる。これに対し、電力安定化システムはフィルタ時定数設定部１６の制御の有効、無効によらず良好に電力変動を抑制していることが分かる。この時の電力変動縮小率（20分間の最大電力変動が補償前後でどれだけ縮小したかを示す）はフィルタ時定数設定部１６の制御の有効、無効によらず88%程度である。なお、フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合、この間のフィルタ時定数は250分程度である。
【００５３】
ところで、図４より、フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合、1:00から8:00近くにかけて、若干電力変動は残るが、風力発電機出力に遅れ無く追従しながら電力変動を良好に抑制していることが分かる。風力発電機出力に遅れ無く追従しているのは、この間の有効電力変動成分信号絶対値|ΔPG|が小さく、フィルタ時定数設定部によりフィルタ時定数が小さく設定されたことによるものである。
【００５４】
一方、図５より、フィルタ時定数設定部１６の制御を無効とした場合、1:00から8:00近くにかけて、電力変動を良好に抑制しているが、風力発電機出力に若干遅れて追従していることが分かる。風力発電機出力に対して遅れて追従しているのは、過大かつ急激な電力変動も補償できるようにするために、時定数を120分と大きく設定したことによるものである。
【００５５】
ここで、風力発電機出力と安定化後出力の差は電力安定化システムが補償する電力量となるため、風力発電機出力に対する追従特性が悪くなるほど、電力安定化システムが必要とする電力量は増大する。図４、図５において電力貯蔵装置に必要な容量を計算した結果、フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合、電力貯蔵装置に必要な容量は26000kWhであるのに対し、フィルタ時定数設定部１６の制御を無効とした場合、電力貯蔵装置に必要な容量は39000kWhとなった。
【００５６】
つまり、過大かつ急激な電力変動に対し同等な抑制効果を得るために、フィルタ時定数設定部１６の制御を無効とした場合のほうが、より大きな容量の電力貯蔵装置を必要とする。逆に、フィルタ時定数設定部１６の制御を有効とした場合、有効電力変動成分の絶対値が小さいうちは、補償周波数領域を必要最小限にとどめることで、過大かつ急激な電力変動に備えて十分な補償余力を確保し、有効電力変動成分の絶対値が大きくなった場合、つまり過大かつ急激な電力変動に対しては、補償周波数領域を短周期の電力変動から長周期の電力変動にまで広げ、確保した補償余力を用いて最大限の補償を行うことで、より小さな容量の電力貯蔵装置で、過大かつ急激な電力変動に対し同等な抑制効果を得ることができる。
【００５７】
上記の結果、少ない容量の電力貯蔵装置で、過大かつ急激な電力変動まで、効率的・効果的に電力変動補償を行うことが可能な、電力貯蔵装置を用いた電力変動補償システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】電力貯蔵装置を用いた電力安定化システムの構成図である。
【図２】有効電力変動成分抽出フィルタの構成例（その１）、及びフィルタ時定数設定部の構成例（その１）である。
【図３】有効電力変動成分抽出フィルタの構成例（その２）である。
【図４】検証結果を示す図（その１）である。
【図５】検証結果を示す図（その２）である。
【符号の説明】
【００５９】
１  電力貯蔵装置
２  双方向電力変換器
３  変圧器
４  風力発電機
５  変圧器
６  電力系統
１０  制御装置
１１  動作温度検出器
１２  電力貯蔵量検出器
１３  電力変動補償量調整部
１４  有効電力検出器
１５  有効電力変動成分抽出フィルタ
１６  フィルタ時定数設定部
１７  位相調整部
２１  絶対値演算部
２２  制御ゲイン部
２４  フィルタ時定数下限リミッタ
【図１】
0004432938.tif 000002
【図２】
0004432938.tif 000003
【図３】
0004432938.tif 000004
【図４】
0004432938.tif 000005
【図５】
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