(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力貯蔵システムの交直変換装置の制御方式において、電池システム連系点電圧から離散フーリエ変換（ＤＦＴ）による正相電圧を連続的に算出し、その正相電圧の値とその値の１次遅れ値の差を連続的に検出するハイパスフィルターの透過信号に、ゲインを乗じてＰＱベクトル制御部の自動無効電力調整器（ＡＱＲ）が出力する横軸分電流指令値に補正量として加えることにより、フリッカを抑制することを特徴とする電力貯蔵システム。
【請求項２】
前記補正量を加えた横軸分電流制御の指令値を限定するベクトルリミッタを設けることにより、有効電力出力に対して、交直変換装置の容量オーバーとならない範囲の無効電力を出力することができることを特徴とする請求項１の電力貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷平準化などのような電力貯蔵システムに好適なフリッカ抑制機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池電力貯蔵システムなどの電力貯蔵システムは、電力系統の負荷平準化を目的として開発されてきたが、自励式変換装置と組み合わせた運転性能の向上に伴い、電力品質の維持向上への貢献も期待されている。電力貯蔵システムは、通常、負荷平準化を目的として使用するが、その運用に影響しない範囲で、連系する系統のフリッカを低減する機能を付加した電力貯蔵システムとしての利用が期待されている。
【０００３】
電池による直流電圧源を用いた従来の電力貯蔵システムにおいては、複数個の単電池を直並列に接続して組電池のユニットを構成し、これを単独またはさらに直並列に接続して、交直変換装置を介して電力貯蔵システムとして力率１の有効電力の入出力を制御することにより、電力系統の負荷平準化を目的として使用することが考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電力貯蔵システムは力率１による有効電力の出力指令により電力系統の負荷平準化を目的として運転されており、無負荷時および部分負荷時には、交直変換装置は低い設備利用率で運転していた。
【０００５】
ところで、配電用変電所等の６.６ｋＶ母線等において、電力用コンデンサー等により無効電力を±２ＭＶａｒ程度変動させると同母線の電圧は±２％程度変動するため、交直変換装置が部分負荷出力のとき、無効電力を出力することにより、交直変換装置の利用率を高めるとともに、系統の電圧安定化に貢献できる可能性がある。よって、電力貯蔵システムの有効電力および無効電力を効果的に制御し、負荷平準化の運転目的に影響することなく系統電圧安定化に貢献できるようシステムの制御方式を最適化することは電力貯蔵システムの効果的な運用のために必要な技術である。しかし、従来の電力貯蔵システムはこれらの問題を十分考慮されたものではなかった。
【０００６】
また、例えば、急激な電圧変動などにおける電力貯蔵システムの運転継続の場合、システムの信頼性を特に高める必要があるが、従来の電力貯蔵システムにおいては、系統の電圧が急に変動した際に、連系点の電圧を適正に検出することができない場合があり、過電流を発生することなく、運転継続するのは困難であった。
【０００７】
本発明の目的は、上記従来技術の具備しない機能を付加することにより、負荷平準化などのような電力貯蔵システムに用いるに好適な、フリッカ抑制機能を有した高信頼性の電力貯蔵システムを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、分散型電源の交直変換装置において、フリッカ抑制機能を有した高信頼性の分散型電源の交直変換装置の制御方式を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電力貯蔵システムの交直変換装置の制御方式において、電池システム連系点電圧から離散フーリエ変換（ＤＦＴ）による正相電圧を連続的に算出し、その正相電圧の値とその値の１次遅れ値の差を連続的に検出するハイパスフィルターの透過信号に、ゲインを乗じてＰＱベクトル制御部の自動無効電力調整器（ＡＱＲ）が出力する横軸分電流指令値に補正量として加えることにより、フリッカを抑制することを可能とすることを特徴とし、これにより、信頼性が高い電力貯蔵システムを提供するものである。
【００１０】
連系点電圧は、３相交流電圧であるが、特開平１０―２３４１３５号公報などに基づくＤＦＴ（離散的フーリエ変換）により、正相電圧を連続的に演算できる。
電力系統にフリッカが発生しているときに、連系点電圧の正相電圧の値はフリッカ成分を含んでおり、その正相電圧値の１次遅れ値はフリッカ成分をほとんど含んでいないと考えることができるため、その差を連続的に検出するハイパスフィルターの透過信号は、フリッカ成分のみを連続的に検出していると考えることができる。
よって、ハイパスフィルターの透過信号に、ゲインを乗じてＰＱベクトル制御の横軸分電流指令値に補正量として加えることにより、フリッカによる電圧変動成分をうち消す電圧変動を発生する無効電力を出力することにより、フリッカを抑制できると考えられる。
このとき、ハイパスフィルタの時定数およびハイパスフィルター透過信号に乗じるゲインは、系統規模、ＮＡＳ電池システムの容量、系統に発生するフリッカの程度などをもとにあらかじめ最適な値に調整しておくことができる。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記補正量を加えた横軸分電流制御の指令値を限定するベクトルリミッタを設けることにより、有効電力出力に対して、交直変換装置の容量オーバーとならない範囲の無効電力を出力することができるようにしたことを特徴とし、通常、負荷平準化を目的として使用する電力貯蔵システムに、その運用に影響しない範囲で、連系する系統のフリッカを低減する機能を付加したものである。
【００１２】
ＰＱベクトル制御の直軸分電流と横軸分電流は、位相差が９０°でベクトル的に直交するため、単位法により演算する場合、三平方の定理を用いることにより、有効電力出力に対して、交直変換装置の容量オーバーとならない範囲の無効電力を演算できる。その値を、リミッタの上限値、下限値として用いることによりベクトルリミッタを構成できる。
【００１３】
また、前記ベクトルリミッタの上下限の絶対値を１.１５［ｐ.ｕ.］として整定することにより、系統電圧が過渡的に０.９［ｐ.ｕ.］に低下しても皮相電力１.０［ｐ.ｕ.］を出力可能であることを特徴とし、これにより、信頼性の高い電力貯蔵システムを提供するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の電力貯蔵システムの交直変換装置の出力を制御する方式としては、有効電力と無効電力を精度良く独立して制御可能で、制御信号の追加が容易であり、かつ信頼性が高いという理由から、連系点正相電圧を基準としたＰＱベクトル制御方式が望ましい。
【００１５】
このＰＱベクトル制御方式を用いた交直変換装置は、有効電力指令値、無効電力指令値を指定し、有効電力出力と無効電力出力のフィードバック値が指令値と一致するように、出力電力および出力電流を直軸成分と横軸成分に分解して計測制御し、直軸成分を調整することにより有効電力を制御することができ、横軸成分を調整することにより無効電力を制御することができる。
【００１６】
よって、電力系統にフリッカが発生しているときは、電力系統に連系された電力貯蔵システムの交直変換装置の制御方式において、連系点電圧からＤＦＴ（離散的フーリエ変換）による正相電圧（例えば過去２０ｍｓの基本波の実効値）を連続的に算出し、その正相電圧の値とその値の１次遅れ値の差を連続的に検出するハイパスフィルターの透過信号に、ゲインを乗じてＰＱベクトル制御の自動無効電力調整器（ＡＱＲ）が出力する横軸分電流指令値に補正量として加えて、系統の電圧のフリッカ成分を打ち消す電圧変動を発生する無効電力を出力することにより、フリッカを抑制し、かつ、信頼性の高い負荷平準化目的のフリッカ抑制機能を付加した電力貯蔵システムを実現することができる。
【００１７】
前記補正量を加えた横軸分電流制御の指令値を限定するベクトルリミッタを用いることにより、有効電力出力に対して、交直変換装置の容量オーバーとならない範囲の無効電力を自動調節で出力することができる。
また、ベクトルリミッタの上下限値の絶対値を１.１５［ｐ.ｕ.］として整定することにより、系統電圧が過渡的に０.９［ｐ.ｕ.］に低下しても皮相電力１.０［ｐ.ｕ.］を自動調整で出力できる。
【００１８】
このように連系点電圧からＤＦＴ（離散的フーリエ変換）による正相電圧（例えば過去２０ｍｓの基本波の実効値）を連続的に算出し、連系点正相電圧を基準としてＰＱベクトル制御を行い、その正相電圧の値とその値の１次遅れ値の差を連続的に検出するハイパスフィルターの透過信号を連続的に算出しながら、ゲインを乗じてＰＱベクトル制御の自動無効電力調整器（ＡＱＲ）が出力する横軸分電流指令値に補正量として加え、この補正した横軸分電流制御の指令値を限定するベクトルリミッタを用いて交直変換装置の容量オーバーとならない範囲の横軸分電流を連続的に算出し、系統の電圧のフリッカ成分を打ち消す電圧変動を発生する無効電力を出力することにより、負荷平準化目的の運用に影響することなくフリッカ抑制機能を付加した信頼性の高い電力貯蔵システムが得られる。
【００１９】
図１は、本発明の一実施例である電力貯蔵システムの構成を示す図で、通常、電力系統１は３相であるが、ここでは説明を簡略化するため１相のみを示した。
新型電力貯蔵用電池等１１の直流電圧をＰＱベクトル制御による交直変換装置１０を用いて三相交流電圧に変換し、変換器用変圧器８を介して配電用変圧器３の６.６ｋＶ母線４に連系する。図１に示すＮＡＳ電池等の電力貯蔵用電池システム連系点６の３相線間電圧検出用計器用変圧器５による３相の線間電圧をもとに、ＤＦＴ正相電圧検出部１５により正相電圧を演算し、正相電圧の位相をＰＱベクトル制御の基準軸としてＰＱベクトル制御部１３を制御し、ゲート信号１２を発生して交直変換装置１０の出力を制御している。
【００２０】
図２は、本発明の一実施例である電力貯蔵システムの交直変換装置２７のＰＱベクトル制御の構成を示す。このＰＱベクトル制御方式を用いた交直変換装置２７は、有効電力指令値２１、無効電力指令値２８を指定し、有効電力フィードバック値２２が有効電力指令値２１と一致するようにＡＰＲ（自動有効電力調整器）２３にて直軸分電流指令値２４を算出し、無効電力フィードバック値２９が無効電力指令値２８と一致するようにＡＱＲ（自動無効電力調整器）にて横軸分電流指令値３０を算出し、交直変換装置の出力電流を計器用変流器９で検出し、変換演算により直軸成分と横軸成分に分解して直軸分電流フィードバック値２５と横軸分電流フィードバック値３４をもとめ、直軸分電流指令値２４と直軸分電流フィードバック値２５の偏差が０になるようにＡＣＲ（自動電流調整器）２６により直軸成分を調整することにより有効電力を制御することができ、横軸分電流指令値３１と横軸分電流フィードバック値３４の偏差が０になるようにＡＣＲ（自動電流調整器）３５により横軸成分を調整することにより無効電力を制御することができる。
【００２１】
一方、電力系統にフリッカが発生しているときは、電力貯蔵システムの連系点電圧よりＤＦＴによる正相電圧フィードバック値３６の値とその値の一次遅れ伝達関数３７の透過信号の差を演算し、それにゲイン３８を乗じてフリッカ補償信号３９として、ＰＱベクトル制御の横軸電流成分に加算器３２を用いて付加することにより、系統の電圧のフリッカ成分を打ち消す電圧変動を発生する無効電力を出力することにより、フリッカを抑制し、かつ、信頼性の高い負荷平準化目的のフリッカ抑制機能を付加した電力貯蔵システムを実現することができる。
【００２２】
また、ベクトルリミッタ３３を用いることにより、有効電力出力に対して、交直変換装置２７の容量オーバーとならない範囲の無効電力を自動調節で出力することができる。
さらに、ベクトルリミッタの上下限値の絶対値を１.１５［ｐ.ｕ.］として整定することにより、系統電圧が過渡的に０.９［ｐ.ｕ.］に低下しても皮相電力１.０［ｐ.ｕ.］を自動調整で出力できる。
【００２３】
なお、ベクトルリミッタの上限値の最大値を１.１５［ｐ.ｕ.］とするときのベクトルリミッタの上限値は、直軸分電流指令値２４（Ｉｄ＊）を単位法換算値で表して、（数１）で表すことができる。
上限値＝＋（１.１５＾２−（Ｉｄ＊）＾２）＾０.５      …（数１）
【００２４】
同様に、ベクトルリミッタの下限値の絶対値の最大値を１.１５［ｐ.ｕ.］とするときのベクトルリミッタの下限値は、直軸分電流指令値２４（Ｉｄ＊）を単位法換算値で表して、（数２）で表すことができる。
下限値＝−（１.１５＾２−（Ｉｄ＊）＾２）＾０.５      …（数２）
【００２５】
この電力貯蔵システムは、連系点正相電圧を基準としたＰＱベクトル制御方式により電圧、電流、出力を調整し電力系統と連系しているため、系統電圧の急変時においても適切な電圧、電流、電力を出力することが可能であり信頼性が高い。
【００２６】
さらに、万一、電力系統故障が発生しても、ＡＰＲ（自動有効電力調整器）２３、ＡＱＲ（自動無効電力調整器）３０、ＡＣＲ（自動電流調整器）２６およびＡＣＲ（自動電流調整器）３５の過電流抑制リミッターにより電流を１.１５［ｐ.ｕ.］以下に抑制して、継続運転できるケースを増加することが可能なため、システム全体の信頼性を高くすることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷平準化を目的とした運用のなかで、電力貯蔵システムの交直変換装置容量を１００％活用して効果的にフリッカ抑制機能を付加することができ、信頼性の高い電力貯蔵システム、また、系統電圧の急変時においても適切な電圧、電流、電力を出力することが可能であり、系統故障時においてもフリッカ抑制制御から安定して系統故障時の運転継続制御に移行し、系統故障除去後はまた安定してフリッカ抑制制御に戻ることができる信頼性が高い電力貯蔵システムが実現できる。
【００２８】
また、本発明の電力貯蔵システムの交直変換装置の制御方式は、分散型電源の交直変換装置の制御方式にも好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の電力貯蔵システムの構成の一例を示す模式構成図である。
【図２】  本発明の電力貯蔵システムの制御回路の構成の一例を示す模式構成図である。
【符号の説明】
１…大電源または無限大母線、２…６６ｋＶ母線、３…配電用変圧器、４…６.６ｋＶ母線、５…３相線間電圧検出用計器用変圧器、６…電池システム連系点、７…計器用変流器、８…変換器用変圧器、９…計器用変流器、１０…交直変換装置、１１…新型電力貯蔵用電池等、１２…ゲート信号、１３…ＰＱベクトル制御部、１４…正相電圧、１５…正相電圧検出部、１６…有効電力指令値と無効電力指令値、２１…有効電力指令値、２２…有効電力フィードバック値、２３…ＡＰＲ（自動有効電力調整器）、２４…直軸分電流指令値、２５…直軸分電流フィードバック値、２６…ＡＣＲ（自動電流調整器）、２７…交直変換装置、２８…無効電力指令値、２９…無効電力フィードバック値、３０…ＡＱＲ（自動無効電力調整器）、３１…横軸分電流指令値、３２…加算器、３３…ベクトルリミッタ、３４…横軸分電流フィードバック値、３５…ＡＣＲ（自動電流調整器）、３６…正相電圧フィードバック値、３７…一次遅れ伝達関数、３８…ゲイン、３９…フリッカ補償信号。
【図１】
0003744831.tif 000002
【図２】
0003744831.tif 000003