(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力貯蔵部の充放電による入出力と、環境に応じて出力が変動する変動電源の変動電源出力との合成出力において、前記変動電源の出力変動に起因する変動を緩和して、平滑化された合成出力目標値を演算する目標値演算部と、
前記合成出力が前記合成出力目標値に応じて電力系統に出力されるように、前記電力貯蔵部の充放電を制御する第１制御部と、
前記変動電源出力を所定の計測情報により演算する変動電源出力演算部と、
前記電力系統における系統周波数が予め定められた範囲外となった場合には、前記系統周波数に応じて調整値を算出する第１算出部と、を備えており、
前記第１制御部は、前記合成出力目標値と、前記第１算出部によって算出された前記調整値とに基づいて、前記電力貯蔵部の充放電出力を制御する、電力安定化装置であって、
前記電力安定化装置は、前記目標値演算部と、前記第１制御部と、前記第１算出部とを含んでおり前記電力貯蔵部の充放電出力制御を実行するための制御系統である第１部分と、前記変動電源の出力制御を実行する制御系統である第２部分とを備えており、
前記変動電源出力演算部による前記変動電源出力の演算結果は、前記第１部分と、前記第２部分との双方に入力される、電力安定化装置。
【請求項２】
前記第２部分は、
前記系統周波数が予め定められた範囲外となった場合に、前記変動電源出力の制御目標値の上限である目標上限値を算出する第２算出部と、
前記変動電源出力が前記目標上限値を超える場合には、前記変動電源出力が前記目標上限値以下となるように変動電源を制御する第２制御部と、を備えている、
請求項１に記載の電力安定化装置。
【請求項３】
電力貯蔵部の充放電による入出力と、環境に応じて出力が変動する変動電源の変動電源出力との合成出力において、前記変動電源の出力変動に起因する変動を緩和して、平滑化された合成出力目標値を演算する目標値演算部と、
前記合成出力が前記合成出力目標値に応じて電力系統に出力されるように、前記電力貯蔵部の充放電を制御する第１制御部と、
前記変動電源出力を所定の計測情報により演算する変動電源出力演算部と、
前記電力系統における系統周波数が予め定められた範囲外となった場合には、前記系統周波数に応じて調整値を算出する第１算出部と、を備えており、
前記第１制御部は、前記合成出力目標値と、前記第１算出部によって算出された前記調整値とに基づいて、前記電力貯蔵部の充放電出力を制御する、電力安定化装置であって、
前記電力貯蔵部への充放電指令値は、前記合成出力目標値から前記変動電源出力と前記調整値を差し引いた値に基づく、電力安定化装置。
【請求項４】
前記第２算出部は、前記電力貯蔵部への充放電指令値が、前記電力貯蔵部のＰＣＳの上限電力以下になるように、前記変動電源出力の前記目標上限値を算出する、請求項２に記載の電力安定化装置。
【請求項５】
前記第２算出部は、さらに前記電力貯蔵部の充電可能量に応じて前記変動電源出力の前記目標上限値を算出する、請求項２または４に記載の電力安定化装置。
【請求項６】
前記系統周波数が、予め定められた第１閾値以上である場合には、前記第１制御部は、前記合成出力目標値を調整し、前記第１制御部は、調整後の前記合成出力目標値と前記変動電源出力との差分に対応する電力が前記電力貯蔵部に充放電されるように前記電力貯蔵部の充放電出力を制御し、
前記系統周波数が、前記第１閾値より大きい値に定められた第２閾値以上になった場合には、前記第２制御部は、前記変動電源出力が前記目標上限値を超える場合において前記変動電源出力を前記目標上限値以下まで低くし、前記第１制御部は、前記合成出力目標値を調整し、前記第１制御部は、調整後の前記合成出力目標値と低くした前記変動電源出力との差分に対応する電力が前記電力貯蔵部に充放電されるように前記電力貯蔵部の充放電出力を制御する、請求項２または４または５の何れか一項に記載の電力安定化装置。
【請求項７】
前記系統周波数が前記第２閾値以上になった場合に、調整後の前記合成出力目標値と低くした前記変動電源の出力との差分が、前記電力貯蔵部のＰＣＳの上限電力以下になるように、前記第２算出部は、前記変動電源の出力の前記目標上限値を算出する、請求項６に記載の電力安定化装置。
【請求項８】
電力貯蔵部の充放電による入出力と、環境に応じて出力が変動する変動電源の変動電源出力との合成出力が目標値に応じて電力系統に出力されるように、前記電力貯蔵部の充放電を制御する第１制御部と、
前記変動電源出力を所定の計測情報により演算する変動電源出力演算部と、
前記電力系統における系統周波数が予め定められた範囲外となった場合には、前記系統周波数に応じて調整値を算出する第１算出部と、
前記系統周波数が予め定められた範囲外となった場合に、前記変動電源出力の制御目標値の上限である目標上限値を算出する第２算出部と、
前記変動電源出力が前記目標上限値を超える場合には、前記変動電源出力が前記目標上限値以下となるように変動電源を制御する第２制御部と、を備えており、
前記第１制御部は、前記合成出力の前記目標値と、前記第１算出部によって算出された前記調整値とに基づいて、前記電力貯蔵部の充放電出力を制御し、
前記系統周波数が、予め定められた第１閾値以上である場合には、前記第１制御部は、前記合成出力の前記目標値を調整し、前記第１制御部は、調整後の前記目標値と前記変動電源出力との差分に対応する電力が前記電力貯蔵部に充放電されるように前記電力貯蔵部の充放電出力を制御し、
前記系統周波数が、前記第１閾値より大きい値に定められた第２閾値以上になった場合には、前記第２制御部は、前記変動電源出力が前記目標上限値を超える場合において前記変動電源出力を前記目標上限値以下まで低くし、前記第１制御部は、前記合成出力の前記目標値を調整し、前記第１制御部は、調整後の前記目標値と低くした前記変動電源出力との差分に対応する電力が前記電力貯蔵部に充放電されるように前記電力貯蔵部の充放電出力を制御し、
前記系統周波数が前記第２閾値以上になった場合に、調整後の前記目標値と低くした前記変動電源の出力との差分が、前記電力貯蔵部のＰＣＳの上限電力以下になるように、前記第１閾値と前記第２閾値との差分が設定されている、電力安定化装置。
【請求項９】
電力貯蔵部の充放電による入出力と、環境に応じて出力が変動する変動電源の変動電源出力との合成出力が目標値に応じて電力系統に出力されるように、前記電力貯蔵部の充放電を制御する第１制御部と、
前記変動電源出力を所定の計測情報により演算する変動電源出力演算部と、
前記電力系統における系統周波数が予め定められた範囲外となった場合には、前記系統周波数に応じて調整値を算出する第１算出部と、
前記系統周波数が予め定められた範囲外となった場合に、前記変動電源出力の制御目標値の上限である目標上限値を算出する第２算出部と、
前記変動電源出力が前記目標上限値を超える場合には、前記変動電源出力が前記目標上限値以下となるように変動電源を制御する第２制御部と、を備えており、
前記第１制御部は、前記合成出力の前記目標値と、前記第１算出部によって算出された前記調整値とに基づいて、前記電力貯蔵部の充放電出力を制御し、
前記系統周波数が、予め定められた第１閾値以上である場合には、前記第１制御部は、前記合成出力の前記目標値を調整し、前記第１制御部は、調整後の前記目標値と前記変動電源出力との差分に対応する電力が前記電力貯蔵部に充放電されるように前記電力貯蔵部の充放電出力を制御し、
前記系統周波数が、前記第１閾値より大きい値に定められた第２閾値以上になった場合には、前記第２制御部は、前記変動電源出力が前記目標上限値を超える場合において前記変動電源出力を前記目標上限値以下まで低くし、前記第１制御部は、前記合成出力の前記目標値を調整し、前記第１制御部は、調整後の前記目標値と低くした前記変動電源出力との差分に対応する電力が前記電力貯蔵部に充放電されるように前記電力貯蔵部の充放電出力を制御し、
前記第２算出部は、前記電力貯蔵部の充電可能量に応じて前記第１閾値と前記第２閾値との差分を調整する、電力安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力安定化装置に関する。
【０００２】
風力発電機等の変動電源において出力の変動を緩和する技術が知られている（例えば、特許文献１、２、および３参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］  特開２０１８−１６１０４１号公報
［特許文献２］  特開２０１９−１１５１３１号公報
［特許文献３］  特開２０１８−３８１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
風力発電機等の変動電源において出力の変動を緩和する電力安定化装置においても、電力系統の周波数を適切な値に制御することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、電力安定化装置を提供する。電力安定化装置は、第１制御部および第１算出部を備えてよい。第１制御部は、電力貯蔵部の充放電による入出力と、環境に応じて出力が変動する変動電源の変動電源出力との合成出力が目標値に応じて電力系統に出力されるように、電力貯蔵部の充放電を制御してよい。第１算出部は、電力系統における系統周波数が予め定められた範囲外となった場合には、系統周波数に応じて調整値を算出してよい。第１制御部は、合成出力の目標値と、第１算出部によって算出された調整値とに基づいて、電力貯蔵部の充放電出力を制御してよい。
【０００５】
電力安定化装置は、第２算出部および第２制御部を備えてよい。第２算出部は、系統周波数が予め定められた範囲外となった場合に、変動電源出力の制御目標値の上限である目標上限値を算出してよい。第２制御部は、変動電源の出力が目標上限値を超える場合には、変動電源の出力が目標上限値以下となるように変動電源の出力を制御してよい。
【０００６】
電力貯蔵部への充放電指令値は、合成出力の目標値から変動電源出力と調整値を差し引いた値に基づいてよい。
【０００７】
第２算出部は、電力貯蔵部への充放電指令値が、電力貯蔵部のＰＣＳの上限電力以下になるように、変動電源出力の目標上限値を算出してよい。
【０００８】
第２算出部は、さらに電力貯蔵部の充電可能量に応じて変動電源出力の目標上限値を算出してよい。
【０００９】
系統周波数が予め定められた第１閾値以上である場合には、第１制御部は、合成出力の目標値を調整してよく、第１制御部は、調整後の目標値と変動電源出力との差分に対応する電力が電力貯蔵部に充放電されるように電力貯蔵部の充放電出力を制御してよい。系統周波数が、第１閾値より大きい値に定められた第２閾値以上になった場合には、第２制御部は、変動電源の出力が目標上限値を超える場合において変動電源の出力を目標上限値以下まで低くし、第１制御部は、合成出力の目標値を調整してよく、第１制御部は、調整後の目標値と低くした変動電源の出力との差分に対応する電力が電力貯蔵部に充放電されるように電力貯蔵部の充放電出力を制御してよい。
【００１０】
系統周波数が、第２閾値以上になった場合に、調整後の目標値と低くした変動電源の出力との差分が、電力貯蔵部のＰＣＳの上限電力以下になるように、第２算出部は、変動電源の出力の目標上限値を算出してよい。
【００１１】
系統周波数が第２閾値以上になった場合に、調整後の目標値と低くした変動電源の出力との差分が、電力貯蔵部のＰＣＳの上限電力以下になるように、第１閾値と第２閾値との差分が設定されていてよい。
【００１２】
第２算出部は、電力貯蔵部の充電可能量に応じて第１閾値と第２閾値との差分を調整してよい。
【００１３】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態である発電システムの構成例を示す概念図である。
【図２】電力変動緩和制御の一例を示す図である。
【図３】変動電源１１において周波数調定率制御をする場合の一例を示す図である。
【図４】変動電源１１の出力に周波数調定率制御を適用した場合を示す図である。
【図５】変動電源１１における周波数調定率制御を実行する一方、電力貯蔵部１２における電力変動緩和制御は実行しない場合の一例を示す概念図である。
【図６】変動電源１１における周波数調定率制御および電力貯蔵部１２における電力変動緩和制御を共に実行する場合の一例を示す概念図である。
【図７】第１実施形態における電力安定化装置による処理内容を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態である発電システムの他の構成例を示す概念図である。
【図９】電力貯蔵部１２において周波数調定率制御を実行し、変動電源１１において周波数調定率制御を実行しない場合を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態である発電システムの構成例を示す概念図である。
【図１１】第２実施形態における電力安定化装置による処理内容の一例を示す図である。
【図１２】第２実施形態における電力安定化装置による処理内容の他例を示す図である。
【図１３】周波数調定率制御の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１６】
図１は、第１の実施の形態である発電システム１０の構成例を示す概念図である。発電システム１０は、変動電源１１、電力貯蔵部１２、ＰＣＳ１３（パワーコンディショニングシステム）、及び電力安定化装置２０を備える。変動電源１１は、環境に応じて出力が変動する電源である。変動電源１１は、風力発電機および太陽光発電機等の再生可能エネルギーであってよい。但し、変動電源１１は、再生可能エネルギーに限定されない。変動電源１１は、変圧器４を介して電力系統２に電気的に接続されてよい。変動電源１１は、変動電源１１から供給されるエネルギーを消費する負荷設備を含んでもよい。本実施形態においては、変動電源１１は、風力発電機である。
【００１７】
電力貯蔵部１２は、変圧器４を介して電力系統２に電気的に接続されてよい。本例では、電力貯蔵部１２は、ＰＣＳ１３に接続されており、ＰＣＳ１３が、変圧器４を介して電力系統２に電気的に接続されている。ＰＣＳ１３は、電力貯蔵部１２の充放電による電力の入出力を電力系統２と電力貯蔵部１２の間で相互に変換する電力変換部である。
【００１８】
電力貯蔵部１２は、例えばフライホイール、二次電池、またはキャパシタ等の電力貯蔵装置である。ＰＣＳ１３は、電力安定化装置２０からの充放電指令値（ここでは、電力貯蔵部１２から電力を放電する方向を、"正"とする）に基づいて、電力系統２と電力貯蔵部１２との間で入出力（電力）Ｐ１を授受する。電力貯蔵部１２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２側の交流電力を双方向に変換する。電力貯蔵部１２が二次電池又はキャパシタである場合には、二次電池又はキャパシタ側の直流電力と電力系統２側の交流電力を双方向に変換する。
【００１９】
図１に示される発電システム１０は、電力貯蔵部１２のＰＣＳ１３からの入出力（充電電力または放電電力）Ｐ１と、変動電源１１の変動電源出力Ｐ２とを合成した合成出力Ｐ３（＝Ｐ１＋Ｐ２）を電力系統２に出力する。変動電源出力Ｐ２は、変動電源１１からの出力（電力）である。合成出力Ｐ３が、変動電源１１および電力貯蔵部１２からなる発電所全体の出力となる。
【００２０】
電力安定化装置２０は、電力変動緩和制御および周波数調定率制御という２種類の制御を実行する。電力安定化装置２０は、これらの制御のために判断部２１、算出部２２（第１算出部）、制御部２３（第１制御部）、および変動電源出力演算部２４を備えてよい。また、電力安定化装置２０は、目標値演算部２５を備えてもよい。電力安定化装置２０は、電力貯蔵部１２およびＰＣＳ１３を装置の構成として備えてよい。但し、図１に示されるとおり、電力安定化装置２０は、電力貯蔵部１２およびＰＣＳ１３とは別個に構成されてもよい。
【００２１】
本例では、周波数検出部１６および計測部１７が設けられている。周波数検出部１６および計測部１７は、変動電源１１に設けられてよい。電力安定化装置２０が周波数検出部１６および計測部１７を含んでいてもよい。周波数検出部１６は、電力系統２における周波数を検出する。計測部１７は、変動電源１１の出力端の電圧及び電流を計測する。
【００２２】
判断部２１は、電力系統２における周波数である系統周波数ｆが予め定められた範囲内にあるか否かを判断する。判断部２１は、系統周波数ｆを周波数検出部１６から取得してよい。算出部２２（第１算出部）は、電力系統における系統周波数が予め定められた範囲外となった場合には、系統周波数ｆに応じて調整値ΔＰを算出する。調整値ΔＰは、正または負の値をとり得る。変動電源出力演算部２４は、変動電源出力Ｐ２を所定の計測情報により演算する。一例において、変動電源出力演算部２４は、計測部１７から、計測情報として変動電源１１の出力端の電圧及び電流の計測結果を取得する。変動電源出力演算部２４は、変動電源出力Ｐ２（有効電力）の実測値を変動電源１１の出力端の電圧および電流により演算してよい。但し、計測情報は、変動電源１１の出力端の電圧および電流の計測結果に限られず、風速等の情報を含んでよい。変動電源出力演算部２４は、変動電源出力Ｐ２として、変動電源出力Ｐ２（有効電力）の実測値に代えて、推定値または上限値等を演算してもよい。
【００２３】
制御部２３は、電力貯蔵部１２の充放電による入出力Ｐ１と、環境に応じて出力が変動する変動電源１１の変動電源出力Ｐ２との合成出力Ｐ３が目標値Ｐ３ａに応じて電力系統２に出力されるように、電力貯蔵部１２の充放電を制御する。制御部２３は、合成出力Ｐ３（＝Ｐ１＋Ｐ２）の目標値Ｐ３ａと、算出部２２によって算出された調整値ΔＰとに基づいて、ＰＣＳ１３を通じて電力貯蔵部１２の充放電出力を制御する。後述するように、目標値演算部２５が、変動電源出力Ｐ２に基づいて当該出力Ｐ２の変動を緩和する合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａを演算してよい。
【００２４】
図１に示される例においては、制御部２３は、目標値調整部２６および指令値算出部２７を含む。目標値調整部２６は、系統周波数ｆが予め定められた範囲外となった場合に、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａから調整値ΔＰを差し引くことによって合成出力の目標値を調整する。目標値調整部２６は、合成出力Ｐ３の調整後の目標値Ｐ３ｂ（＝Ｐ３ａ−ΔＰ）を算出する。指令値算出部２７は、調整後の目標値Ｐ３ｂから変動電源出力Ｐ２を差し引いて電力貯蔵部１２（ＰＣＳ１３）への充放電指令値（Ｐ３ｂ−Ｐ２）を算出し、充放電指令値を電力貯蔵部１２（ＰＣＳ１３）に送信する。
【００２５】
図２は、電力変動緩和制御の一例を示す図である。図２の縦軸は有効電力である出力を示し、横軸は時刻を示している。風力発電機および太陽光発電機等の変動電源１１の変動電源出力Ｐ２は、時々刻々と変化する。したがって、変動電源１１のみによって電力系統２に電力を供給する場合、すなわち、Ｐ２＝Ｐ３の場合には、供給される電力が変動する。本例の電力変動緩和制御においては、図１に示される変動電源出力演算部２４が、変動電源１１の出力端の電圧及び電流値に基づいて、変動電源１１の出力の有効電力Ｐ２を演算する。目標値演算部２５が、変動電源出力演算部２４から変動電源１１の出力Ｐ２の検出結果を取得する。目標値演算部２５は、変動電源出力Ｐ２に基づいて、変動電源出力Ｐ２の変動を緩和した合成出力の目標値Ｐ３ａを演算する。目標値演算部２５は、変動電源１１の変動電源出力Ｐ２の実測値から高周波成分を除去して平滑化するフィルタリングを実行することによって、目標値Ｐ３ａを演算してもよい。但し、この場合に限られず、目標値演算部２５は、変動電源１１の変動電源出力Ｐ２の移動平均を演算することによって、目標値Ｐ３ａを算出してもよい。また、目標値３ａの演算に用いる変動電源出力Ｐ２としては、実測値、推定値、または上限値等であってもよい。
【００２６】
図２は、周波数調定率制御が実行されず、電力変動緩和制御のみが実行される場合を示している。後述するとおり、電力系統２における系統周波数ｆが予め定められた範囲内の場合には、周波数調定率制御が実行されない。この場合、算出部２２は、調整値ΔＰを算出しない。したがって、目標値調整部２６は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａを調整しない。制御部２３は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａに応じて電力系統に出力されるように、電力貯蔵部１２（ＰＣＳ１３）の入出力を制御する。具体的には、制御部２３は、目標値演算部２５によって演算されたＰ３ａと、変動電源１１の出力Ｐ２との差分（Ｐ３ａ−Ｐ２）を算出し、入出力Ｐ１が、差分（Ｐ３ａ−Ｐ２）となるように、電力貯蔵部１２（ＰＣＳ１３）に放電または充電させてよい。なお、Ｐ１が正の場合が放電であり、Ｐ１が負の場合が充電である。このような電力貯蔵部１２（ＰＣＳ１３）の入出力によって、変動電源１１からの出力Ｐ１の変動が緩和された合成出力Ｐ３が電力系統２に供給される。
【００２７】
図３は、変動電源１１において周波数調定率制御する場合の一例を示す図である。図３の縦軸は、変動電源１１の変動電源出力Ｐ２を示している。図３の横軸は系統周波数ｆ（Ｈｚ）を示している。一般的には、図３に示すように変動電源１１が周波数調定率制御を実行する。まず、一般的に、変動電源１１が周波数調定率制御を実行する技術を説明する。周波数調定率制御は、系統周波数ｆが上昇してしまったときに、発電出力を自動で低下させ、電力需要と電力供給とを適正化する制御である。適正化とは、系統周波数ｆを定格周波数に近づけることを意味する。周波数調定率制御は、周波数ドループ制御、または、周波数−ワット制御とも呼ばれる。図３に示されるように、系統周波数ｆが高くなればなるほど有効電力が低くなるように制御する。
【００２８】
具体的には、本例では、「定格周波数＋不感帯（０．３Ｈｚ）」以下が、予め定められた範囲に相当する。系統周波数ｆが、定められた範囲外となった場合、変動電源１１は、系統周波数ｆに応じて変動電源出力Ｐ２を調整する。具体的には、系統周波数ｆが上昇するとき、変動電源出力を下げる。これにより系統周波数ｆが予め定められた範囲内になるように制御することができる。調定率は、Δｆ／定格周波数ｆ０をΔＰ／定格出力Ｐ０で割った値、（Δｆ／ｆ０）／（ΔＰ／Ｐ０）である。調定率はドループまたは垂下特性とも呼ばれる。不感帯は、たとえば、０．１Ｈｚ以上０．３Ｈｚ以下であってよく、調定率は２％以上５％以下であってよい。
【００２９】
図２に示される電力変動緩和制御と図３に示される変動電源１１による周波数調定率制御とを共に実行する場合に、互いの制御が干渉するという問題がある。以下に説明する。
【００３０】
図４は、変動電源１１の出力に周波数調定率制御を適用した場合を示す図である。系統周波数ｆが閾値を超える場合に、周波数調定率制御においては、出力を調整値ΔＰだけ低くする。図４に示される場合には、変動電源出力Ｐ２を発電可能出力（発電可能電力）Ｐ２ａからΔＰだけ低くする。発電可能出力とは、変動電源１１のエネルギー源を使って発電できる電力で、風力発電の場合、風速などの変動によって発電可能出力も変動する。一方、電力変動緩和制御においては、制御機構は、周波数調定率制御に起因する変動電源出力Ｐ２の低下について、電力変動が生じたと判断し、この電力変動を緩和しようと電力貯蔵部１２から電力Ｐ１を出力（放電）するように制御する。したがって、合成電力Ｐ３を下げようとする周波数調定率制御と、合成電力Ｐ３の低下を緩和するように合成電力Ｐ３を高くしようとする電力変動緩和制御とが干渉する。この干渉について、図５および図６を参照して説明する。
【００３１】
図５は、変動電源１１における周波数調定率制御を実行する一方、電力貯蔵部１２における電力変動緩和制御は実行しない場合の一例を示す概念図である。図６は、変動電源１１における周波数調定率制御および電力貯蔵部１２における電力変動緩和制御を共に実行する場合の一例を示す概念図である。図５および図６のそれぞれにおいて、縦軸は有効電力および周波数を示し、横軸は時刻を示す。
【００３２】
図５に示されるように、変動電源１１における周波数調定率制御を実行する一方、電力貯蔵部１２における電力変動緩和制御は実行しない場合であれば、周波数調定率制御が開始されると、合成出力（発電所出力）Ｐ３が低下するので、系統周波数ｆの上昇を抑えて適正化することができる。換言すれば、系統周波数ｆを定格周波数に近づけることができる。
【００３３】
図６に示されるように、変動電源１１における周波数調定率制御および電力貯蔵部１２における電力変動緩和制御を共に実行する場合には、系統周波数ｆが上昇することを検出すると、変動電源１１における周波数調定率制御が動作するとともに、電力貯蔵部１２からの放電も実行されるので、発電所出力（合成出力Ｐ３）が低下しない。これは、１％／分程度の出力変動に収まるように発電所出力（合成出力Ｐ３）が平滑化されるためである。この結果、発電システム１０が系統周波数ｆを適正化できない可能性がある。
【００３４】
図７は、第１実施形態における電力安定化装置２０による処理内容を示す図である。図１と図７とを参照しつつ、電力安定化装置２０による制御内容を説明する。図１および図７に示される第１実施形態の電力安定化装置２０は、電力貯蔵部１２において周波数調定率制御を実行し、変動電源１１において周波数調定率制御を実行しない場合を示す一例である。図１において算出部２２（第１算出部）は、電力系統２における系統周波数ｆが予め定められた範囲外となった場合には、調整値ΔＰを算出する。目標値演算部２５が、変動電源１１の変動電源出力に基づいて当該出力の変動を緩和した合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａを演算する。
【００３５】
周波数検出部１６は、系統周波数ｆを検出する。電力系統２における周波数と、変動電源１１の出力側の配線における周波数とは共通するので、周波数検出部１６は、変動電源１１の出力側において、系統周波数ｆを検出してよい。判断部２１は、周波数検出部１６が検出した系統周波数ｆを予め定められた閾値と比較する。制御部２３は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａと、算出部２２によって算出された調整値ΔＰとに基づいて、電力貯蔵部１２の充放電入出力を制御する。具体的には、目標値調整部２６は、系統周波数ｆが予め定められた範囲外となった場合には、目標値演算部２５によって演算された目標値Ｐ３ａを系統周波数ｆに応じて増減する。具体的には、目標値調整部２６は、系統周波数ｆが予め定められた閾値を超えた場合には、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａを低くする。換言すれば、目標値調整部２６は、系統周波数ｆが予め定められた閾値を超えた場合には、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａからΔＰを差し引いて、調整後の目標値Ｐ３ｂ（＝Ｐ３ａ−ΔＰ）を演算する。なお、調整値ΔＰは、系統周波数ｆによって変化する。
【００３６】
指令値算出部２７は、系統周波数ｆが予め定められた閾値を超えた場合には、図１および図７に示されるとおり、調整後の目標値Ｐ３ｂと変動電源１１の出力Ｐ２との差分に対応する電力が電力貯蔵部１２に充放電されるように、電力貯蔵部１２（ＰＣＳ１３）の充放電出力を制御する。Ｐ３ｂ−Ｐ２が正の場合には、電力貯蔵部１２は放電し、Ｐ３ｂ−Ｐ２が負の場合には、電力貯蔵部１２が充電する。制御部２３は、Ｐ３ｂ−Ｐ２に対応する電力が電力貯蔵部１２に充電されるように指令値をＰＣＳ１３に送信する。但し、本実施形態の電力安定化装置２０は、図１に示される構成に限られない。
【００３７】
図８は、本発明の第１実施形態である発電システムの他の構成例を示す概念図である。図８に示される発電システム１０は、制御部２３の構成が図１に示される発電システム１０と異なり、他の構成については同様である。したがって、同様の構成について繰り返しの説明を省略する。
【００３８】
図８においても、判断部２１は、電力系統２における周波数である系統周波数ｆが予め定められた範囲内にあるか否かを判断する。算出部２２（第１算出部）は、電力系統における系統周波数が予め定められた範囲外となった場合には、系統周波数ｆに応じて調整値ΔＰを算出する。調整値ΔＰは、正または負の値をとる。
【００３９】
図８に示される例においては、制御部２３は、指令値算出部３１および指令値調整部３２を含む。指令値算出部３１は、合成出力の目標値Ｐ３ａから変動電源１１の変動電源出力Ｐ２を差し引いて、電力貯蔵部１２の充放電指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２）を算出する。指令値調整部３２は、系統周波数ｆが予め定められた範囲外となった場合に、充放電指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２）から調整値ΔＰを差し引くことによって、充放電指令値を調整する。調整後の充放電指令値は、Ｐ３ａ−Ｐ２−ΔＰとなり、図１における指令値（Ｐ３ｂ−Ｐ２）と一致する。指令値調整部３２は、調整後の充放電指令値を電力貯蔵部１２（ＰＣＳ１３）に送信する。換言すれば、電力貯蔵部１２への充放電指令値は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａから変動電源出力Ｐ２と調整値ΔＰを差し引いた値に基づく。図８に示される構成によっても、最終的な演算結果である、送信される充放電指令値は図１に示される構成の場合と同様になる。
【００４０】
以上のとおり、図１および図８に示される電力安定化装置によれば、図４に示されるように、風力発電機等の変動電源１１の発電可能出力に対してΔＰを低下させる場合と異なり、制御部２３が、周波数上昇前における合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａと、周波数に応じて算出された調整値ΔＰと基づいて電力貯蔵部の入出力を制御する。これにより、電力変動緩和制御による平滑化に起因して、合成出力Ｐ３の低下が妨げられる状況を防止することができる。この結果、電力系統２に供給する電力を下げることができ、系統周波数ｆを適正化できる。さらに、合成出力Ｐ３において、変動電源１１の出力変動に起因する変動を緩和することができる。
【００４１】
さらに、算出部２２および制御部２３は、風力発電機等の変動電源１１の発電可能出力を変動電源１１または変動電源１１の制御装置から取得する必要がない。合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａに基づいて、周波数調定率制御および電力変動緩和制御を共に実行することができる。したがって、発電可能出力を変動電源１１または変動電源１１の制御装置から取得するのに伴う遅延の問題がない。なお、合成出力Ｐ３をΔＰ低下させるために、図７ではＰＣＳ１３が常に充電する例で説明したが、これはあくまでＰ２がＰ３ｂを上回っている場合の例であり、風速の低下などでＰ２がＰ３ｂを下回るときにＰＣＳ１３が放電してもよい。
【００４２】
図１および図７に示された電力安定化装置２０は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａをΔＰ低下させるために、電力貯蔵部１２への充電処理を採用する。図８に示された電力安定化装置２０は、電力貯蔵部１２の入出力の指令値をΔＰ低下させるために、電力貯蔵部１２への充電処理を採用する。図１および図８に示された電力安定化装置２０は電力貯蔵部１２において周波数調定率制御を実行している。換言すれば、Ｐ３ｂ−Ｐ２に対応する電力が電力貯蔵部１２に充放電される。しかしながら、本発明は、この場合に限られない。変動電源１１自体における周波数調定率制御を部分的に活用してもよい。
【００４３】
図９は、電力貯蔵部１２において周波数調定率制御を実行し、変動電源１１において周波数調定率制御を実行しない場合を示す図である。合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａをΔＰ低下させるために、ΔＰに対応する電力を電力貯蔵部１２に入出力しようとすると、入出力する電力が電力貯蔵部１２のＰＣＳ１３の定格出力Ｐｍａｘ、すなわち、電力上限（電力の入出力の上限）を超えてしまう場合がある。この場合、電力貯蔵部１２のＰＣＳ１３の定格出力Ｐｍａｘ以上のΔＰを低下させて周波数調定率制御することが困難である。この点について、本発明の第２実施形態である発電システムは、電力貯蔵部１２のＰＣＳ１３の定格出力Ｐｍａｘ以上のΔＰを低下させて周波数調定率制御することができる。なお、「上限電力」、ＰＣＳ１３の「定格出力」は、出力（電力）の大きさ、すなわち絶対値を意味する。調整値ΔＰは、正負の値をとる。
【００４４】
図１０は、本発明の第２実施形態である発電システムの構成例を示す概念図である。発電システム１０は、変動電源１１、電力貯蔵部１２、ＰＣＳ１３、及び電力安定化装置３０を備える。変動電源１１は、環境に応じて出力が変動する電源である。発電システム１０は、電力安定化装置３０および風速計１８等を除いて、図１に示される発電システムと同様である。したがって、繰り返しの説明を省略する。
【００４５】
電力安定化装置３０は、第１部分４０と第２部分５０とを備えてよい。第１部分４０と第２部分５０とは別体として構成されてもよい。この場合、電力安定化装置３０は、第１部分４０、第２部分５０、および電力貯蔵部１２を含む電力安定化システムであってよい。第１部分４０は、電力貯蔵部１２の充放電出力制御を実行してよく、第２部分は、変動電源１１の出力制御を実行してよい。第２部分５０は、第１部分４０とは異なるコントローラで構成されてよい。第２部分５０は、第１部分４０と離れて変動電源１１のコントローラとして構成されてよい。なお、電力安定化装置３０は、変動電源出力演算部５４を備える。本例では、第１部分４０および第２部分５０が共通の変動電源出力演算部５４を用いる。ただし、第１部分４０および第２部分５０が、それぞれ別個の変動電源出力演算部を有していてもよい。
【００４６】
第１部分４０に含まれる判断部４１（第１判断部）、算出部４２（第１算出部）、制御部４３（第１制御部）、目標値演算部４５（第１目標値演算部）の構成は、図１における判断部２１（第１判断部）、算出部２２（第１算出部）、制御部２３（第１制御部）、目標値演算部２５（第１目標値演算部）と同様である。したがって、繰り返しの説明を省略する。図１０に示される例において、制御部４３は、目標値調整部４６および指令値算出部４７を含む。目標値調整部４６および指令値算出部４７は、図１に示される目標値調整部２６および指令値算出部２７と同様である。但し、制御部４３は、図１０に示される構成に代えて、図８に示された指令値算出部３１および指令値調整部３２を備えてもよい。
【００４７】
第２部分５０は、第２判断部５１、第２算出部５２、および第２制御部５３を備える。本例では、第２判断部５１は、周波数検出部１６が検出した系統周波数ｆを予め定められた閾値と比較する。第２判断部５１は、系統周波数ｆが予め定められた範囲内か否かを判断する。第２判断部５１と第１判断部４１とは、共通の周波数検出部１６を用いてもよいし、別個に設けられた異なる周波数検出部１６を用いてもよい。第２算出部５２は、系統周波数ｆが予め定められた範囲外となった場合には、変動電源１１の出力Ｐ２の制御目標値の上限である目標上限値Ｐ２ｂを算出する。第２制御部５３は、変動電源１１の変動電源出力Ｐ２が目標上限値Ｐ２ｂを超える場合には、変動電源１１の出力Ｐ２が目標上限値Ｐ２ｂ以下となるように変動電源１１の出力Ｐ２を制御する。第２算出部５２および第２制御部５３は、算出部４２（第１算出部）および制御部４３（第１制御部）とは別個に、変動電源１１に設けられてよい。
【００４８】
変動電源出力演算部５４は、変動電源出力Ｐ２を所定の計測情報により演算する。一例において、変動電源出力演算部２４は、計測部１７から、変動電源１１の出力端の電圧及び電流の計測結果を計測情報の一部として取得する。変動電源出力演算部２４は、風速計１８から、変動電源１１の出力端の電圧及び電流の計測結果を計測情報の一部として取得する。
【００４９】
変動電源出力演算部５４は、変動電源出力Ｐ２（有効電力）の実測値、推定値、または上限値等を計測情報より演算してよい。一例において、変動電源出力演算部５４は、変動電源出力Ｐ２（有効電力）の実測値を演算して、目標値演算部４５に供給してよい。変動電源出力演算部５４は、変動電源１１の発電可能出力Ｐ２ａ等を演算して、第２算出部５２に供給してもよい。変動電源出力Ｐ２（有効電力）の実測値等を演算する構成と、変動電源１１の発電可能出力Ｐ２ａ等を演算する発電可能出力推定部とを別個に有していてもよい。具体的には、発電可能出力Ｐ２ａは、変動電源１１が出力を低下させる制御を受けていない状態において変動電源１１が発電可能な有効電力を意味してよい。
【００５０】
図１１は、第２実施形態における電力安定化装置３０による処理内容の一例を示す図である。図１０および図１１を参照しつつ、電力安定化装置３０の処理内容を説明する。図１１に示されるとおり、系統周波数ｆが予め定められた閾値を超えた場合には、第２制御部５３は、変動電源１１の変動電源出力Ｐ２を低くする。より具体的には、系統周波数ｆが予め定められた閾値を超えた場合には、第２制御部５３は、変動電源の出力Ｐ２が目標上限値Ｐ２ｂを超える場合において変動電源の出力Ｐ２を目標上限値Ｐ２ｂ以下まで低くする。好ましくは、第２制御部５３は、変動電源の出力Ｐ２が目標上限値Ｐ２ｂを超える場合において変動電源の出力Ｐ２を目標上限値Ｐ２ｂとする。第２算出部５２は、変動電源１１による発電可能出力Ｐ２ａからΔＰ２だけ低くして目標上限値Ｐ２ｂを演算してよい。目標上限値Ｐ２ｂは、変動電源１１から出力される電力Ｐ２の制御目標となる上限値を意味してよい。ΔＰ２は、系統周波数ｆに応じて変更してよい。
【００５１】
本例では、変動電源出力演算部５４が、変動電源１１による現在の発電可能出力Ｐ２ａを推定する。第２算出部５２が、目標上限値Ｐ２ｂを演算する。第２制御部５３は、変動電源１１の出力Ｐ２が目標上限値Ｐ２ｂ以上となる場合において変動電源１１の出力Ｐ２が目標上限値Ｐ２ｂとなるように変動電源１１を制御するために指令値を変動電源１１に送信してよい。
【００５２】
発電可能出力Ｐ２ａは、変動電源１１の運転状態に応じて推定される変動電源出力Ｐ２の推定値であって良い。一例において、変動電源１１が風力発電機である場合、変動電源１１に設置される風速計１８が風速を計測する。変動電源出力演算部５４は、風速計１８から風速の計測結果を取得する。変動電源出力演算部５４は、風速の計測結果に基づいて、変動電源１１の現在の発電可能出力Ｐ２ａを推定してよい。具体的には、変動電源出力演算部５４は、風速と発電可能出力Ｐ２ａとの関係を示す特性情報であるパワーカーブを用いて、風速の計測結果に対応する現在の発電可能出力Ｐ２ａを推定してよい。例えば、変動電源出力演算部５４は、風速の計測結果にパワーカーブを乗じて現在の発電可能出力Ｐ２ａを推定する。
【００５３】
ただし、変動電源出力演算部５４は、この場合に限られない。変動電源出力演算部５４は、計測部１７から得られた変動電源１１の出力端の電圧及び電流の計測結果に基づいて演算された、変動電源出力Ｐ２の過去の実測値を現在の発電可能出力Ｐ２ａとして推定してもよい。一例において、変動電源出力演算部５４は、系統周波数ｆが予め定められた範囲外となる前のタイミング、すなわち、変動電源１１において周波数調定率制御が適用される前の変動電源１１の出力（有効電力）Ｐ２が現在も継続していると仮定する。この場合、変動電源出力演算部５４は、変動電源１１において周波数調定率制御が適用される時点から予め定められた時間（例えば、制御サイクル時間）前の変動電源１１の出力（有効電力）Ｐ２の過去測定値を現在の発電可能出力Ｐ２ａとして用いてよい。第２制御部５３と第１制御部４３とは、共通の変動電源出力演算部５４を用いてもよいし、別個に設けられた異なる変動電源出力演算部５４を用いてもよい。
【００５４】
第２算出部５２は、変動電源出力演算部５４から現在の発電可能出力Ｐ２ａの推定値を取得してよい。第２算出部５２は、現在の発電可能出力Ｐ２ａの推定値からΔＰ２だけ低くした変動電源出力Ｐ２の調整後における目標上限値（Ｐ２ｂ＝Ｐ２ａ−ΔＰ２）を演算してよい。但し、本発明は、第２算出部５２が変動電源出力演算部５４から発電可能出力Ｐ２ａの推定値を取得して目標上限値Ｐ２ｂを演算する場合に限定されない。第２算出部５２は、計測部１７の計測結果に基づいて演算された変動電源１１の変動電源出力Ｐ２を用いて、この変動電源出力Ｐ２からΔＰ２だけ低くした値（Ｐ２−ΔＰ２）を変動電源１１の出力Ｐ２の目標上限値Ｐ２ｂとして演算してもよい。
【００５５】
換言すれば、第２制御部５３による制御の目標上限値Ｐ２ｂの演算のために第２算出部５２が用いる変動電源出力は、計測部１７の計測結果による有効電力の実測値であっても良いし、変動電源１１の運転状態に応じて推定される有効電力の推定値であっても良いし、現在値であっても良いし、過去の値、例えば系統周波数ｆが範囲外となったタイミングの値であってもよい。また、変動電源出力演算部５４は、変動電源出力Ｐ２の実測値に代えて、風速に基づく変動電源出力Ｐ２の推定値、または過去の実測値に基づく変動電源出力Ｐ２の推定値等を目標値演算部４５および制御部４３（第１制御部）に供給してよもよい。
【００５６】
第２制御部５３は、系統周波数が予め定められた範囲外となった場合に、変動電源出力Ｐ２を低くするように変動電源１１に指令値を送信して制御する。具体的には、第２制御部５３は、系統周波数が予め定められた範囲外となった場合には、変動電源出力Ｐ２が目標上限値Ｐ２ｂ以上となる場合において変動電源１１の出力Ｐ２が、調整後における目標上限値Ｐ２ｂとなるように変動電源１１を制御する。また、系統周波数ｆが上記の閾値を超えた場合には、目標値調整部４６は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａをΔＰだけ低くして調整後の目標値Ｐ３ｂとする。
【００５７】
電力安定化装置３０は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａをΔＰ低下させるために、変動電源１１において出力Ｐ２を減らし、電力貯蔵部１２において充放電せねばならない電力の大きさを小さくする。第１実施形態においては、調整後の目標値Ｐ３ｂと変動電源１１の出力Ｐ２との差分（出力ギャップ）に対応する電力が、電力貯蔵部１２に充放電（特に、充電）されたが、本実施形態では、この差分は、電力貯蔵部１２における充放電によるΔＰ１と、変動電源１１における出力Ｐ２の抑制とにより実現される。
【００５８】
換言すれば、第１制御部４３における指令値算出部４７は、調整後の目標値Ｐ３ｂと、低くした変動電源１１の出力Ｐ２との差分に対応する電力が電力貯蔵部１２に充放電されるように、電力貯蔵部１２の入出力を制御する。指令値算出部４７は、調整後の目標値Ｐ３ｂと、第２算出部５２および第２制御部５３によって低くした変動電源１１の出力Ｐ２との差分に対応する電力が電力貯蔵部１２に充放電されるように電力貯蔵部１２（ＰＣＳ１３）の入出力を制御する。したがって、第２算出部５２は、差分（出力ギャップ）に対応する電力が、電力貯蔵部１２のＰＣＳ１３の定格出力、すなわち最大電力Ｐｍａｘ以下になるように、変動電源１１の出力Ｐ２の目標上限値Ｐ２ｂを調整してよい。具体的には、後述するように出力ギャップを算出し、第２算出部５２の調整率Ｄ２等のパラメータを定めてよい。なお、第２算出部５２は、さらに電力貯蔵部１２の充電可能量（ＳＯＣ：充電率）に応じて変動電源１１の出力Ｐ２の目標上限値Ｐ２ｂを微調整してもよい。具体的には、第２算出部５２は、ＳＯＣが満充電に近づくと変動電源１１の出力Ｐ２の目標上限値Ｐ２ｂをより低下させる（ΔＰ２を大きくする）ように制御してよい。なお、ここで、出力ギャップは、出力の大きさ、すなわち、出力の絶対値を意味し、ＰＣＳ１３の定格出力および最大電力Ｐｍａｘは、ＰＣＳ１３の入出力の絶対値を意味する。
【００５９】
なお、制御部４３が、目標値調整部４６および指令値算出部４７に代えて、図８に示される指令値算出部３１および指令値調整部３２を含んでいてもよい。この場合、系統周波数ｆが予め定められた閾値を超えた場合において、第２制御部５３は、変動電源１１の出力Ｐ２が目標上限値Ｐ２ｂを超える場合における変動電源１１の出力Ｐ２を目標上限値Ｐ２ｂ以下まで低くする。系統周波数ｆが予め定められた閾値を超えた場合において、指令値算出部３１は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａから、低くした変動電源１１の出力Ｐ２を差し引いて指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２）を算出する。系統周波数ｆが予め定められた閾値を超えた場合において、指令値調整部３２は、指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２）から調整値ΔＰを差し引くことによって指令値を調整する。指令値調整部３２は、調整後の指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２−ΔＰ＝Ｐ３ｂ−Ｐ２）に対応する電力が電力貯蔵部１２に充放電されるように、電力貯蔵部１２（ＰＣＳ１３）の入出力を制御する。
【００６０】
本実施形態によれば、電力貯蔵部１２のＰＣＳの電力上限Ｐｍａｘ以上に、合成電力Ｐ３の出力低下ΔＰを実現することができる。また、本実施形態のように第２算出部５２および第２制御部５３を変動電源１１側に別個に設ける場合には、算出部４２および制御部４３から、変動電源１１側の装置に出力抑制指示を送信しないでよい。したがって、通信の遅延がなく応答速度を高めることができる。緊急性を伴う周波数調定率制御に適している。
【００６１】
図１２は、第２実施形態における電力安定化装置３０による処理内容の他例を示す図である。図１０および図１１に示したように、電力安定化装置３０は、変動電源１１の出力抑制による周波数調定率制御と、電力貯蔵部１２の充電による周波数調定率制御とを併用してよい。その場合に、変動電源１１の出力抑制による周波数調定率制御の不感帯を、電力貯蔵部１２の充電による周波数調定率制御の不感帯に比べて大きくしてよい。換言すれば、変動電源１１の出力抑制による周波数調定率制御の不感帯を、合成電力Ｐ３の低下による周波数調定率制御の不感帯に比べて大きくしてよい。
【００６２】
系統周波数ｆが予め定められた第１閾値ｆｓｔａｒｔ１以上であって第２閾値ｆｓｔａｒｔ２未満である場合には、目標値調整部４６は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａを調整して調整後の目標値Ｐ３ｂを得る。但し、第２閾値ｆｓｔａｒｔ２は第１閾値ｆｓｔａｒｔ１より大きい。指令値算出部４７は、調整後の目標値Ｐ３ｂと変動電源１１の出力Ｐ２との差分に対応する電力が電力貯蔵部１２に充放電されるように電力貯蔵部１２の充放電出力を制御する。
【００６３】
系統周波数ｆが、第２閾値ｆｓｔａｒｔ2以上になった場合には、第２制御部５３は、変動電源１１の出力Ｐ２が目標上限値Ｐ２ｂを超える場合において変動電源１１の出力Ｐ２を目標上限値Ｐ２ｂ以下まで低くする。さらに、第１制御部４３における目標値調整部４６は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａを調整して調整後の目標値Ｐ３ｂを得る。第１制御部４３における指令値算出部４７は、調整後の目標値Ｐ３ｂと低くした変動電源１１の出力Ｐ２との差分に対応する電力が電力貯蔵部１２に充放電されるように電力貯蔵部１２の充放電出力を制御する。
【００６４】
一般に、風力発電機等の変動電源１１による周波数調定率制御は、機械的にブレードの角度等を調整して実行する。図１２に示される処理によれば、系統周波数ｆが予め定められた第１閾値ｆｓｔａｒｔ１以上であって第２閾値ｆｓｔａｒｔ２未満である場合、すなわち、系統周波数の上昇が予め定められた値以下の範囲においては、最初に電力貯蔵部１２による調定率制御のみを実行する。これにより、風力発電機等の変動電源１１による調定率制御の機会をなるべく少なくして、機械疲労を低減することができる。また、図１２に示された処理によれば、複数台数の変動電源１１を用いる場合に、台数制御を回避することができる。また、複数の地点において系統周波数ｆを検出する場合に、周波数検出電力安定化装置３０における系統周波数ｆの周波数検出結果と、変動電源１１における系統周波数ｆの周波数検出結果とが一致しない場合があり得る。この場合も、風力発電機等の変動電源１１における周波数調定率制御の不感帯を十分に大きくすることによって、変動電源１１による周波数調定率制御より先行して電力貯蔵部１２の充電による周波数調定率制御が開始されることが保証される。これによって、全体の周波数制御の協調が図られる。
【００６５】
また、変動電源１１において周波数調定率制御を実行しない場合には、目標上限値Ｐ２ｂは発電可能出力Ｐ２ａとなり、最大となる。目標上限値Ｐ２ｂについての出力抑制による周波数調定率制御における調定率Ｄ２を、合成電力Ｐ３の低下による周波数調定率制御における調定率Ｄ３に比べて大きくしてよい。図１２において、調定率は、グラフの傾きで示されている。
【００６６】
系統周波数ｆが、第２閾値ｆｓｔａｒｔ2以上になった場合に、第２算出部５２は、調整後の前目標値Ｐ３ｂと低くした変動電源１１の出力Ｐ２（すなわち、Ｐ２が目標上限値Ｐｂを超える場合には、目標上限値Ｐ２ｂ）との差分（出力ギャップ）の最大値が、電力貯蔵部１２のＰＣＳ１３の定格出力（上限電力）以下になるように、変動電源１１の目標上限値を算出してよい。
【００６７】
系統周波数ｆが、第２閾値ｆｓｔａｒｔ2以上になった場合に、低くした目標値Ｐ３ｂと低くした変動電源１１の出力Ｐ２との差分（出力ギャップ）の最大値が、電力貯蔵部のＰＣＳの上限電力以下になるように、第１閾値ｆｓｔａｒｔ１と第２閾値ｆｓｔａｒｔ2との差分が設定されてよい。
【００６８】
なお、短周期における充電制約としては、ＰＣＳ１３の定格出力（上限電力）が問題となり、電力貯蔵部１２の充電可能量（ＳＯＣ：充電量）は、あまり問題とならない。しかし、第２算出部５２は、電力貯蔵部１２の充電可能量（ＳＯＣ：充電量）に応じて第１閾値ｆｓｔａｒｔ１と第２閾値ｆｓｔａｒｔ2との差分を調整してよい。具体的には、第２算出部５２は、ＳＯＣが満充電に近づくと第１閾値ｆｓｔａｒｔ１と第２閾値ｆｓｔａｒｔ2との差分を小さくする、あるいは調定率Ｄ２を小さくするように制御してよい。
【００６９】
なお、図１０に示される例において、制御部４３が図１０に示される構成に代えて、図８に示された指令値算出部３１および指令値調整部３２を備える場合には、制御部４３の代わりに、制御部２３と同様の構成でも実現できる。具体的には、電力安定化装置３０は、以下のように処理を実行する。
【００７０】
系統周波数ｆが予め定められた第１閾値ｆｓｔａｒｔ１以上であって第２閾値ｆｓｔａｒｔ２未満である場合には、指令値算出部３１は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａから変動電源１１の出力Ｐ２を差し引いて指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２）を算出する。指令値調整部３２は、指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２）から調整値ΔＰを差し引くことによって指令値を調整して調整後の指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２−ΔＰ）を得る。指令値調整部３２は、調整後の指令値に対応する電力が電力貯蔵部１２に充放電されるように、電力貯蔵部１２の入出力を制御する。
【００７１】
系統周波数ｆが、第２閾値ｆｓｔａｒｔ２以上になった場合には、第２制御部５３は、変動電源１１の出力Ｐ２が目標上限値Ｐ２ｂを超えた場合に変動電源１１の出力Ｐ２を目標上限値Ｐ２ｂ以下まで低くする。さらに、指令値算出部３１は、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａから、低くした変動電源１１の出力（Ｐ２、すなわち、出力Ｐ２が目標上限値Ｐ２ｂを超えた場合にはＰ２ｂ）を差し引いて指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２）を算出する。指令値調整部３２は、指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２）から調整値ΔＰを差し引くことによって指令値を調整して、調整後の指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２−ΔＰ）を得る。指令値調整部３２は、調整後の指令値に対応する電力が電力貯蔵部１２に充放電されるように、電力貯蔵部１２の入出力を制御する。
【００７２】
系統周波数ｆが第２閾値ｆｓｔａｒｔ２以上になった場合に、調整後の指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２−ΔＰ）に対応する電力が電力貯蔵部１２のＰＣＳ１３の上限電力以下になるように、第２算出部５２は、変動電源１１の出力の目標上限値Ｐ２ｂを算出してよい。また、系統周波数ｆが第２閾値ｆｓｔａｒｔ２以上になった場合に、調整後の指令値（Ｐ３ａ−Ｐ２−ΔＰ）に対応する電力が、電力貯蔵部１２のＰＣＳ１３の上限電力以下になるように、第１閾値ｆｓｔａｒｔ１と第２閾値ｆｓｔａｒｔ２との差分が設定されてよい。さらに、第２算出部５２は、電力貯蔵部１２の充電可能量（ＳＯＣ：充電量）に応じて第１閾値ｆｓｔａｒｔ１と第２閾値ｆｓｔａｒｔ２との差分を調整してもよい。この場合も、具体的には、第２算出部５２は、ＳＯＣが満充電に近づくと第１閾値ｆｓｔａｒｔ１と第２閾値ｆｓｔａｒｔ2との差分を小さくする、あるいは調定率Ｄ２を小さくするように制御してよい。
【００７３】
出力ギャップ（差分）の最大値ｍａｘ（ΔＰ３−ΔＰ２）は、以下のように算出できる。但し、ｆｍａｘは、系統連系要件の連続運転可能周波数または運転限界周波数の上限値であってよい。
【数１】
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このｍａｘ（ΔＰ３−ΔＰ２）がＰＣＳ１３の定格出力（上限電力）以下となるように、第１閾値ｆｓｔａｒｔ１、第２閾値ｆｓｔａｒｔ2、調定率Ｄ３、および、調定率Ｄ２等のパラメータを定めてよい。あるいは、ｍａｘ（ΔＰ３−ΔＰ２）が最大となるように、ＰＣＳ１３の定格出力を決めてもよい。
【００７４】
以上の説明では、系統周波数ｆが予め定められた閾値を超えた場合には、算出部２２が合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａを低くする場合を説明した。換言すれば、周波数調定率制御においては、系統周波数ｆが高くなりすぎたときに、電力系統２に供給される有効電力を低下させることによって、系統周波数ｆを適正な値まで低くなる場合を説明した。但し、本発明は、この場合に限定されない。
【００７５】
図１３は、周波数調定率制御の他の例を示す図である。図３の場合異なり、算出部２２は、系統周波数ｆが予め定められた上限閾値（図１３では、５０＋０．３Ｈｚ）を超えた場合に合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａを低くする一方、系統周波数ｆが予め定められた下限閾値（図１３では、５０−０．３Ｈｚ）より低くなった場合には、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａを高くする。このように、本発明の電力安定化装置は、系統周波数ｆが予め定められた範囲外となった場合に、合成出力Ｐ３の目標値Ｐ３ａを調整してもよい。
【００７６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００７７】
２・・・電力系統、４・・・変圧器、１０・・・発電システム、１１・・・変動電源、１２・・・電力貯蔵部、１３・・・ＰＣＳ、１６・・・周波数検出部、１７・・・計測部、１８・・・風速計、２０・・・電力安定化装置、２１・・・判断部、２２・・・算出部、２３・・・制御部、２４・・・変動電源出力演算部、２５・・・目標値演算部、２６・・・目標値調整部、２７・・・指令値算出部、３０・・・電力安定化装置、３１・・・指令値算出部、３２・・・指令値調整部、４０・・・第１部分、４１・・・判断部、４２・・・算出部、４３・・・制御部、４５・・・目標値演算部、４６・・・目標値調整部、４７・・・指令値算出部、５０・・・第２部分、５１・・・第２判断部、５２・・・第２算出部、５３・・・第２制御部、５４・・・変動電源出力演算部
【要約】
【課題】変動電源において出力の変動を緩和する電力安定化装置においても、電力系統の周波数を適切な値に制御する。
【解決手段】電力貯蔵部の充放電による入出力と、環境に応じて出力が変動する変動電源の変動電源出力との合成出力が目標値に応じて電力系統に出力されるように、電力貯蔵部の充放電を制御する第１制御部と、変動電源出力を所定の計測情報により演算する変動電源出力演算部と、電力系統における系統周波数が予め定められた範囲外となった場合には、系統周波数に応じて調整値を算出する第１算出部と、を備えており、第１制御部は、合成出力の目標値と、第１算出部によって算出された調整値とに基づいて、電力貯蔵部の充放電出力を制御する、電力安定化装置。
【選択図】図７【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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【図１２】
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【図１３】
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