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技術 電力供給システム及び電力の需給調整方法

出願人 新日鐵住金株式会社
発明者 山上哲志佐藤啓二
出願日 2013年4月1日 (7年8ヶ月経過) 出願番号 2013-076137
公開日 2014年10月27日 (6年2ヶ月経過) 公開番号 2014-204465
状態 特許登録済
技術分野 電池等の充放電回路 交流の給配電
主要キーワード 停電直後 回り量 合計負荷 系統分離 自家発電機 電力供給網 選択遮断 最大電力量
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図面 (5)

課題

ガスエンジン発電機及び系統安定化装置を備え、大容量の電力貯蔵手段を用いることなく電力需給調整を行う電力供給システム及び電力の需給調整方法を提供する。

解決手段

商用系統11と共に複数の設備12、12a、12bに電力を供給するガスエンジン発電機13、13a、13bと、商用系統11の停電により設備12、12a、12bの選択遮断を行う系統安定化装置14とを備えた電力供給システム10であって、ガスエンジン発電機13、13a、13bは複数あって、最大出力が最も大きいガスエンジン発電機13の最大出力に対し0.5倍以上1.0倍以下の最大出力を有する電力貯蔵手段21と、商用系統11の停電により生じた電力需給アンバランスを、ガスエンジン発電機13、13a、13bの選択遮断及び電力貯蔵手段21の充放電によって調整する制御手段とを備える。

概要

背景

電力供給を要する設備に対し、商用系統と共に電力を供給する自家発電機を備えたシステムの具体例が特許文献1、2に記載されている。
この種のシステムは、商用系統の通電時に、商用系統からの電力供給の負担を軽減でき、更に、商用系統の停電時に、自家発電機からの電力供給により設備を作動可能である。

自家発電機が設けられた電力系統(以下、「プライベートな電力系統」ともいう)は、商用系統から電力が供給されている際に、電力会社の大規模発電系統に連結されているため、プライベートな電力系統内の電力の需給バランスは、その大規模な発電機系統の調整能力によって平衡が保たれている。
一方、商用系統が停電した際には、プライベートな電力系統が商用系統から切り離され、閉鎖的なエリア内で自家発電機を作動する単独運転が行われ、単独運転中は、自家発電機の出力調整によって電力の需給バランスがとられる。

そのため、単独運転時に、電力需給が、発電機の許容範囲を超えたレベルアンバランスになると、保護回路が作動して発電機が遮断されるトリップが生じ、場合によっては、プライベートな電力系統内が全停電に至ることもある。
商用系統の停電直後は、プライベートな電力系統内の電力の需給差が大きくなるため、商用系統が停電した後、電力の需給差が大きい状態をいかにして解消するかは、単独運転への移行を安定的に完了する上で重要である。この電力の需給差が大きい状態を解消するには、プライベートな電力系統に、例えば、特許文献3に記載されているような系統安定化装置や、充放電が可能な電力貯蔵手段を設けることが考えられる。系統安定化装置は、商用系統の停電によって、予め定められた設備を遮断するので、電力の供給に対し電力の需要が大幅に上回っている状態の解消に有効である。

特許文献1、2に記載のシステムは、電力貯蔵手段を備えているので、単独運転への移行の際には、この電力貯蔵手段を用いて電力の需給調整を行うことができ、特許文献1には、その具体的な方法が記されている。特許文献1に記載の方法は、プライベートな電力系統において、電力の需要が供給を上回ると、電力貯蔵手段が放電を行い、その後、電力貯蔵手段の放電量が0になるまで、その放電を自家発電機の許容範囲内の変化量で徐々に低減するものである。

概要

ガスエンジン発電機及び系統安定化装置を備え、大容量の電力貯蔵手段を用いることなく電力の需給調整を行う電力供給システム及び電力の需給調整方法を提供する。商用系統11と共に複数の設備12、12a、12bに電力を供給するガスエンジン発電機13、13a、13bと、商用系統11の停電により設備12、12a、12bの選択遮断を行う系統安定化装置14とを備えた電力供給システム10であって、ガスエンジン発電機13、13a、13bは複数あって、最大出力が最も大きいガスエンジン発電機13の最大出力に対し0.5倍以上1.0倍以下の最大出力を有する電力貯蔵手段21と、商用系統11の停電により生じた電力需給のアンバランスを、ガスエンジン発電機13、13a、13bの選択遮断及び電力貯蔵手段21の充放電によって調整する制御手段とを備える。

目的

本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、ガスエンジン発電機及び系統安定化装置を備え、大容量の電力貯蔵手段を用いることなく電力の需給調整を行う電力供給システム及び電力の需給調整方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

商用系統と共に複数の設備電力を供給するガスエンジン発電機と、前記商用系統の停電により前記設備の選択遮断を行う系統安定化装置とを備えた電力供給システムであって、前記ガスエンジン発電機は複数あって、最大出力が最も大きい前記ガスエンジン発電機の最大出力に対し0.5倍以上1.0倍以下の最大出力を有する電力貯蔵手段と、前記商用系統の停電により生じた電力需給アンバランスを、前記ガスエンジン発電機の選択遮断及び前記電力貯蔵手段の充放電によって調整する制御手段とを備えることを特徴とする電力供給システム。

請求項2

請求項1記載の電力供給システムにおいて、前記電力貯蔵手段は、リチウムイオン電池を有することを特徴とする電力供給システム。

請求項3

商用系統と共に複数の設備に電力供給を行う複数のガスエンジン発電機と、前記商用系統の停電により前記設備の選択遮断を行う系統安定化装置と、最大出力が最も大きい前記ガスエンジン発電機の最大出力に対し0.5倍以上1.0倍以下の最大出力を有する電力貯蔵手段とを設け、前記商用系統の停電により生じた電力需給のアンバランスを、前記ガスエンジン発電機の選択遮断及び前記電力貯蔵手段の充放電によって調整することを特徴とする電力の需給調整方法

請求項4

請求項3記載の電力の需給調整方法において、前記電力貯蔵手段は、リチウムイオン電池を有することを特徴とする電力の需給調整方法。

技術分野

0001

本発明は、商用系統に接続され、自家発電機を備えて商用系統と共に給電を行う電力供給システム、及び、電力需給アンバランスを調整する電力需給調整方法に関する。

背景技術

0002

電力供給を要する設備に対し、商用系統と共に電力を供給する自家発電機を備えたシステムの具体例が特許文献1、2に記載されている。
この種のシステムは、商用系統の通電時に、商用系統からの電力供給の負担を軽減でき、更に、商用系統の停電時に、自家発電機からの電力供給により設備を作動可能である。

0003

自家発電機が設けられた電力系統(以下、「プライベートな電力系統」ともいう)は、商用系統から電力が供給されている際に、電力会社の大規模発電系統に連結されているため、プライベートな電力系統内の電力の需給バランスは、その大規模な発電機系統の調整能力によって平衡が保たれている。
一方、商用系統が停電した際には、プライベートな電力系統が商用系統から切り離され、閉鎖的なエリア内で自家発電機を作動する単独運転が行われ、単独運転中は、自家発電機の出力調整によって電力の需給バランスがとられる。

0004

そのため、単独運転時に、電力需給が、発電機の許容範囲を超えたレベルでアンバランスになると、保護回路が作動して発電機が遮断されるトリップが生じ、場合によっては、プライベートな電力系統内が全停電に至ることもある。
商用系統の停電直後は、プライベートな電力系統内の電力の需給差が大きくなるため、商用系統が停電した後、電力の需給差が大きい状態をいかにして解消するかは、単独運転への移行を安定的に完了する上で重要である。この電力の需給差が大きい状態を解消するには、プライベートな電力系統に、例えば、特許文献3に記載されているような系統安定化装置や、充放電が可能な電力貯蔵手段を設けることが考えられる。系統安定化装置は、商用系統の停電によって、予め定められた設備を遮断するので、電力の供給に対し電力の需要が大幅に上回っている状態の解消に有効である。

0005

特許文献1、2に記載のシステムは、電力貯蔵手段を備えているので、単独運転への移行の際には、この電力貯蔵手段を用いて電力の需給調整を行うことができ、特許文献1には、その具体的な方法が記されている。特許文献1に記載の方法は、プライベートな電力系統において、電力の需要が供給を上回ると、電力貯蔵手段が放電を行い、その後、電力貯蔵手段の放電量が0になるまで、その放電を自家発電機の許容範囲内の変化量で徐々に低減するものである。

先行技術

0006

特開2007−6595号公報
特開2003−70165号公報
特開平8−322148号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、特許文献1に記載の方法では、系統安定化装置を用いず、主として電力貯蔵手段のみによって電力の需給調整を行うため、大容量の電力貯蔵手段が必要となって経済的ではなかった。
そして、電力貯蔵手段を設ける主な目的は、あくまで単独運転に移行する際の電力の受給調整であり、電力貯蔵手段は、商用系統から電力が供給されている通常運転の際に、商用系統からの電力供給の負担を低減するものではない。従って、大容量の電力貯蔵手段を設けることは、商用系統の負担軽減の観点において、有効とはいえない。

0008

また、特許文献1には、商用系統の停電により電力の需給バランスが大きく供給過多ふれることを想定したものではない。
商用系統の停電が生じると、プライベートな電力系統内では、電圧の急激な変動等によって、設備が停止し、電力供給過多となることがある。系統安定化装置が設けられている場合、商用系統の停電により、系統安定化装置によって複数の設備の計画的な遮断が行われるのに加え、遮断を予定していない設備の停止も起こり、プライベートな電力系統内で電力供給過多が顕著になる状態が生じ得る。
この電力供給過多が顕著になった状態を電力貯蔵手段のみで解消しようとすると、膨大な容量を備えた電力貯蔵手段を採用する必要があり、現実的ではない。

0009

ここで、発電機には、緊急時に急激な出力の低下(100%/分以上)が可能なBTG(Boiler Turbine Generation)方式があるため、BTG方式の発電機の採用により、電力供給過多が顕著になった状態を解消することが考えられる。
しかしながら、BTG方式の発電機は出力の増加速度が遅い(例えば3%/分)ため、単独運転を行える状態になった後に、主として電力供給の増減を用いた電力需給調整によって単独運転を安定的に継続することを考慮すると、BTG方式の発電機よりも出力の増加速度が速い(例えば15%/分)ガスエンジン発電機の採用が望ましい。また、出力の増減双方においてBTG方式に比べ調整の自由度があるガスエンジン発電機の採用により、通常運転時においては、電力会社からの電力供給量の抑制につなげることができる。なお、ガスエンジン発電機は、出力の低下速度がBTG方式の発電機より遅く、例えば15%/分である。

0010

また、系統安定化装置は、商用系統の停電時に、電力を供給すべき設備を選択できるため、プライベートな電力系統に系統安定化装置を設けるのは、稼働優先すべき設備への電力の供給を確保する点において好ましい。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、ガスエンジン発電機及び系統安定化装置を備え、大容量の電力貯蔵手段を用いることなく電力の需給調整を行う電力供給システム及び電力の需給調整方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0011

前記目的に沿う第1の発明に係る電力供給システムは、商用系統と共に複数の設備に電力を供給するガスエンジン発電機と、前記商用系統の停電により前記設備の選択遮断を行う系統安定化装置とを備えた電力供給システムであって、前記ガスエンジン発電機は複数あって、最大出力が最も大きい前記ガスエンジン発電機の最大出力に対し0.5倍以上1.0倍以下の最大出力を有する電力貯蔵手段と、前記商用系統の停電により生じた電力需給のアンバランスを、前記ガスエンジン発電機の選択遮断及び前記電力貯蔵手段の充放電によって調整する制御手段とを備える。

0012

第1の発明に係る電力供給システムにおいて、前記電力貯蔵手段は、リチウムイオン電池を有するのが好ましい。

0013

前記目的に沿う第2の発明に係る電力の需給調整方法は、商用系統と共に複数の設備に電力供給を行う複数のガスエンジン発電機と、前記商用系統の停電により前記設備の選択遮断を行う系統安定化装置と、最大出力が最も大きい前記ガスエンジン発電機の最大出力に対し0.5倍以上1.0倍以下の最大出力を有する電力貯蔵手段とを設け、前記商用系統の停電により生じた電力需給のアンバランスを、前記ガスエンジン発電機の選択遮断及び前記電力貯蔵手段の充放電によって調整する。

0014

第2の発明に係る電力の需給調整方法において、前記電力貯蔵手段は、リチウムイオン電池を有するのが好ましい。

発明の効果

0015

第1の発明に係る電力供給システム、及び、第2の発明に係る電力の需給調整方法は、最大出力が最も大きいガスエンジン発電機の最大出力に対し0.5倍以上1.0倍以下の最大出力を有する電力貯蔵手段を設け、商用系統の停電により生じた電力需給のアンバランスを、系統安定化装置で大まかな調整を施した後に、ガスエンジン発電機の選択遮断及び電力貯蔵手段の充放電によって最終調整する。
ここで、電力貯蔵手段は、最大出力が増加すると、所定の充放電時間を確保するために、容量を大きくする必要があり、最大出力を抑制することにより容量も抑制可能である。
従って、第1の発明に係る電力供給システム、及び、第2の発明に係る電力の需給調整方法は、大容量の電力貯蔵手段を用いることなく電力の需給調整を行って、単独運転への移行を安定的に行うことができる。

図面の簡単な説明

0016

(A)、(B)はそれぞれ、第1の発明の一実施の形態に係る電力供給システムが商用系統に接続された状態及び系統分離された状態を示す説明図である。
通常運転から単独運転へ移行する際の電力の状態を示すグラフである。
第2の発明の一実施の形態に係る電力の需給調整方法を示すフロー図である。
同需給調整方法を示すフロー図である。

実施例

0017

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図1(A)、(B)に示すように、第1の発明の一実施の形態に係る電力供給システム10は、商用系統11と共に複数の設備12、12a、12bに電力を供給するガスエンジン発電機(GE)13、13a、13bと、商用系統11の停電により設備12、12a、12bの選択遮断を行う系統安定化装置(SSC)14とを備えて、複数の設備12、12a、12bに対して給電する。以下、これらについて詳細に説明する。

0018

商用系統11に接続された電力供給システム10は、図1(A)に示すように、商用系統11に接続されている遮断器15及び遮断器15に接続された電力供給網16を備えている。商用系統11が通電中、電力供給網16には遮断器15を介して商用系統11から送電がなされ、商用系統11が停電になると、電力供給網16は、図1(B)に示すように、遮断器15によって商用系統11から切り離される。
以下、電力供給網16が商用系統11から切り離されることを系統分離ともいう。

0019

商用系統11が通電中、図1(A)に示すように、複数のガスエンジン発電機13、13a、13bがそれぞれ遮断器17、17a、17bを介して電力供給網16に電気的に連結され、電力の供給を受けて作動する複数の設備12、12a、12bがそれぞれ遮断器18、18a、18bを介して電力供給網16に電気的に連結されている。従って、設備12、12a、12bに対しては、複数のガスエンジン発電機13、13a、13bからの電力と商用系統11からの電力が供給可能である。
なお、電力供給網16には、図1(A)、(B)に示すように、ガスエンジン発電機13、13a、13b以外のガスエンジン発電機と設備12、12a、12b以外の設備が接続されていてもよい。以下、説明を簡略化するため、ガスエンジン発電機13、13a、13b及び設備12、12a、12bのみが電力供給網16に接続されているものとして説明する。

0020

遮断器17は、ガスエンジン発電機13が電力供給網16に送電可能な連結状態と、ガスエンジン発電機13が電力供給網16に送電できない非連結状態を必要に応じて切り替える。また、遮断器17は、電力供給網16に電気的に連結されているガスエンジン発電機13が出力する単位時間当たりの電力量(W)を検出可能である。
遮断器17aのガスエンジン発電機13aに対する関係、及び遮断器17bのガスエンジン発電機13bに対する関係についても、遮断器17のガスエンジン発電機13に対する関係と同じである。

0021

ガスエンジン発電機13、13a、13bには、ガスエンジン発電機13、13a、13bの出力を調整する制御部19、19a、19bがそれぞれ連結されている。
制御部19は、主として各種プログラムを搭載したコンピュータからなり、ガスエンジン発電機13から出力されている電力の周波数を検出し、その検出値を基にガスエンジン発電機13の出力を調整する。具体的には、ガスエンジン発電機13の周波数がガスエンジン発電機13の定格周波数より高い際にガスエンジン発電機13の出力を下げ、ガスエンジン発電機13の周波数がガスエンジン発電機13の定格周波数より低い際にガスエンジン発電機13の出力を上げる。

0022

この制御部19とガスエンジン発電機13の関係は、制御部19aとガスエンジン発電機13aの関係、及び制御部19bとガスエンジン発電機13bの関係においても同じである。
本実施の形態では、ガスエンジン発電機13、13a、13bは、それぞれ出力の増減が最大15%/分であり、定格周波数が60Hzである。

0023

また、ガスエンジン発電機13(ガスエンジン発電機13a、13bについても同じ)は、出力中の電力の周波数が、定格周波数の95%以下、又は、定格周波数の115%以上になると、保護回路が作動して停止する。従って、ガスエンジン発電機13による発電を継続するには、ガスエンジン発電機13から出力される電力の周波数を、定格周波数の95%を超え115%未満の範囲で維持する必要がある。

0024

そして、ガスエンジン発電機13、13a、13bは、最大出力(単位時間当たりに出力可能最大電力量)が異なり、本実施の形態では、それぞれの最大出力が、6MW、5MW、4MWである。因って、ガスエンジン発電機13、13a、13bの最大出力は、ガスエンジン発電機13>ガスエンジン発電機13a>ガスエンジン発電機13bの関係にある。

0025

遮断器18は、設備12が電力供給網16を介して電力供給を受け得る連結状態と、設備12が電力供給網16を介して電力供給を受けられない非連結状態を切り替えることができる。更に、遮断器18は、設備12により消費されている単位時間当たりの電力(以下、「負荷」ともいう)を検出可能である。遮断器18aと設備12aの関係、及び遮断器18bと設備12bの関係についても、遮断器18と設備12の関係と同じである。
そして、遮断器18、18a、18bには、商用系統11の停電で系統分離が生じた際に、設定に従って設備12、12a、12bを選択遮断する系統安定化装置14が接続されている。

0026

系統安定化装置14は、遮断器15及び遮断器17、17a、17bにも接続され、遮断器15の状態から系統分離がなされたか否かを検出可能で、遮断器17、17a、17bそれぞれの検出値及び遮断器18、18a、18bそれぞれの検出値を取得可能である。
系統分離がなされると、電力供給システム10においては、設備12、12a、12bへの電力供給を、商用系統11及びガスエンジン発電機13、13a、13bによってなしていた通常運転から、ガスエンジン発電機13、13a、13bのみによってなす単独運転への移行が行われる。

0027

系統安定化装置14は、商用系統11の停電により系統分離がなされたのを遮断器15の状態から検出すると、遮断器17、17a、17bそれぞれの検出値と遮断器18、18a、18bそれぞれの検出値を基に、ガスエンジン発電機13、13a、13bの合計出力合計電力)と、設備12、12a、12bの合計負荷の差分を算出する。
そして、系統安定化装置14は、合計負荷が合計出力より大きいのを検知すると、予め定められていた設備の遮断を行う。

0028

例えば、設備12bを設備12、12aより優先して遮断するとの設定が系統安定化装置14になされていたとすると、系統安定化装置14は、遮断器18bに指令信号を送って遮断器18bを非連結状態にし、設備12bへの電力供給を遮断する。
通常運転中は、設備12、12a、12bの合計負荷である電力需要に対して、商用系統11の出力にガスエンジン発電機13、13a、13bの合計出力を足し合わせた電力供給で電力の需給バランスをとっている。この状態から、商用系統11の停電が発生すると、単純には、商用系統11の出力分の電力供給が不足し、電力需要が電力供給を大きく上回ることになる。
そこで、電力需要が電力供給を大きく上回っている電力需給のアンバランスを、系統安定化装置14による設備12、12a、12bの選択遮断によって解消する。

0029

また、電力供給網16には、図1(A)に示すように、電力の需給バランスを充放電によって調整する電力貯蔵手段21が、遮断器22を介して接続されている。そして、蓄電池を有する電力貯蔵手段21には、電力貯蔵手段21の充放電を制御する制御部23が接続されている。
遮断器22は、電力貯蔵手段21の単位時間当たりの充電量(W)及び電力貯蔵手段21の単位時間当たりの放電量(W)の検出が可能であり、電力貯蔵手段21が電力供給網16に電気的に連結された状態と電力貯蔵手段21が電力供給網16に電気的に非連結な状態を切り替えることができる。

0030

制御部23は、プログラムを搭載したコンピュータを備え、商用系統11が通電時、商用系統11及びガスエンジン発電機13、13a、13bから電力貯蔵手段21に供給される電力の周波数を検出でき、商用系統11が停電時、ガスエンジン発電機13、13a、13bから電力貯蔵手段21に供給される電力の周波数を検出可能である。
制御部23は、通常運転から単独運転に移行する際、検出する電力の周波数に応じて制御部23の充放電を制御し、電力の需給バランスを調整する。具体的には、制御部23は、ガスエンジン発電機13、13a、13bから出力される電力の周波数が、ガスエンジン発電機13、13a、13bの定格周波数より大きい際に電力貯蔵手段21を充電させ、ガスエンジン発電機13、13a、13bの定格周波数より小さい際に電力貯蔵手段21を放電させる。

0031

ここで、ガスエンジン発電機13、13a、13bから出力される電力の周波数がガスエンジン発電機13、13a、13bの定格周波数より大きいとは、ガスエンジン発電機13、13a、13bの合計出力が設備12、12a、12bの合計負荷を上回っていることを意味する。一方、ガスエンジン発電機13、13a、13bから出力される電力の周波数がガスエンジン発電機13、13a、13bの定格周波数より小さいとは、ガスエンジン発電機13、13a、13bの合計出力が設備12、12a、12bの合計負荷より小さいことを意味する。

0032

電力の需給がアンバランスになっている際、ガスエンジン発電機13、13a、13bの出力調整も行われるので、通常運転から単独運転への移行時には、ガスエンジン発電機13、13a、13bそれぞれの出力調整と電力貯蔵手段21の充放電が行われることになる。
ガスエンジン発電機13、13a、13bの出力調整は、通常運転から単独運転の移行時に限らず、単独運転時にも行われることはいうまでもない。

0033

本実施の形態において、電力貯蔵手段21は、最大出力が5.5MWであり、充電から放電に転じるには、徐々に充電量を減少させ充電量をゼロにしてから放電を行う必要があり、これは、放電から充電に転じる際にも同様である。
ここで、電力貯蔵手段21の充電、あるいは、放電の単位時間当たりの最大増減量は、ガスエンジン発電機の単位時間当たりの出力の最大増減量に比べて大きく、例えば、70〜100倍の大きさである。
なお、最大出力が5.5MWとは、単位時間当たりの放電量の上限、及び、単位時間当たりの充電量の上限が共に、5.5MWであることを意味する。また、本実施の形態では、電力貯蔵手段21の充電及び放電を総称して、電力貯蔵手段21の出力ともいう。

0034

電力貯蔵手段21の最大出力である5.5MWは、ガスエンジン発電機13、13a、13bの中で最大出力が最も大きいガスエンジン発電機13の最大出力6MWに対して0.5倍以上1.0倍以下の範囲である。
ここで、最大出力が最も大きいガスエンジン発電機の最大出力に対し、0.5倍以上1.0倍以下の最大出力を備える電力貯蔵手段であれば、最大出力が5.5MWである必要はない。

0035

以下、ガスエンジン発電機13、13a、13bの中で最大出力が最も大きいガスエンジン発電機13の最大出力に対して、0.5倍以上1.0倍以下の最大出力を備えた電力貯蔵手段21を採用した理由について説明する。
電力供給システム10内は、商用系統11の停電により、電力の供給状態が大きく変わるため、系統安定化装置14によって遮断する設備12b以外の設備12、12aが停止し得る。

0036

そして、設備12、12aの一方、あるいは、両方が停止すると、ガスエンジン発電機13、13a、13bの合計出力が作動中の設備の合計負荷(以下、単に「合計出力」ともいう)を大きく上回った状態になる。この上回り量が、ガスエンジン発電機13、13a、13bの出力の減少と、電力貯蔵手段21の充電により解消できないレベルであると、ガスエンジン発電機13、13a、13bの1つ、あるいは、2つが意図的に遮断される。これは、ガスエンジン発電機13、13a、13bが保護回路の作動により意図に反して停止するのを回避するためである。

0037

ここで、仮に、電力貯蔵手段21の代わりに、電力貯蔵手段21より最大出力が大きい電力貯蔵手段を採用すれば、ガスエンジン発電機13、13a、13bの合計出力が合計負荷を大きく上回った状態を、電力貯蔵手段21の出力調整によって解消でき、保護回路の作動によりガスエンジン発電機13、13a、13bが停止するのを回避できると考えられる。
しかしながら、最大出力が大きい電力貯蔵手段を採用すると、当然ながら電力貯蔵手段の導入コストが大きくなるため、必要以上に最大出力が大きい電力貯蔵手段を採用するのは、コスト面で好ましくない。従って、本実施の形態では、最大出力が最も大きいガスエンジン発電機13の最大出力の1.0倍を電力貯蔵手段21の最大出力の上限としている。

0038

また、本実施の形態では、制御部19、19a、19bが、それぞれに対応するガスエンジン発電機13、13a、13bから出力される電力の周波数の上昇速度や周波数の値を基に、必要に応じて、それぞれに対応するガスエンジン発電機を意図的に遮断する。
この制御部19、19a、19bによるそれぞれに対応するガスエンジン発電機13、13a、13bの1又は2の選択的な遮断により、電力貯蔵手段21及びガスエンジン発電機13、13a、13bの出力調整だけでは、保護回路の作動によるガスエンジン発電機の停止を回避できないレベルの電力の需給ギャップを調整する。
本実施の形態では、商用系統11の停電により生じた電力需給のアンバランスを、ガスエンジン発電機13、13a、13bの選択遮断及び電力貯蔵手段21の充放電によって調整する制御手段が、制御部19、19a、19b及び制御部23によって構成されている。

0039

ここで、最大出力が、ガスエンジン発電機13の最大出力に対し、0.5倍未満の電力貯蔵手段を採用すると、ガスエンジン発電機13、13a、13bの選択遮断によっても、通常運転から単独運転への移行を安定的に行えないことが、種々の検証により明らかになっている。
ガスエンジン発電機13、13a、13bの選択遮断後、最も大きい電力の需給ギャップは、ガスエンジン発電機13の最大出力の0.5倍である。これは、1)電力の供給から需要を差し引いた値が、ガスエンジン発電機13の最大出力の0.5倍を超え1.5倍以下である場合は、ガスエンジン発電機13の意図的な遮断により、電力の需給ギャップが、ガスエンジン発電機13の最大出力の0.5倍以下に収められること、及び、2)電力の供給から需要を差し引いた値が、ガスエンジン発電機13の最大出力の0.5倍以下であれば、ガスエンジン発電機13、13a、13bの選択遮断を行わないことで、電力の需給ギャップがガスエンジン発電機13の最大出力の0.5倍以下の状態を維持できることから分かる。

0040

従って、仮に、最大出力が、ガスエンジン発電機13の最大出力の0.5倍未満である電力貯蔵手段を採用した場合、電力貯蔵手段を最大出力で充放電させたとしても、電力の需給ギャップが、ガスエンジン発電機13の最大出力の0.5倍分となった状態を解消できないことになる。
ガスエンジン発電機の出力の最大増減量が、電力貯蔵手段の充放電の最大増減量に比べて大幅に小さいことを考慮すると、系統安定化装置14が作動した直後の合計出力が合計負荷を上回っている状態を、ガスエンジン発電機の選択的な遮断と電力貯蔵手段の充放電のみによって解消することが、通常運転から単独運転への移行を安定的に完了する上で重要である。

0041

そして、シミュレーションによっても、最大出力が最も大きいガスエンジン発電機の最大出力に対して0.5倍以上の最大出力を備えた電力貯蔵手段が必要であることを確認した。そのシミュレーションの結果を図2に記す。
図2上段のグラフには、系統分離後、ガスエンジン発電機から出力される電力の周波数の推移が示されている。そして、最大出力が最も大きいガスエンジン発電機の最大出力に対して、0.5倍の最大出力を有する電力貯蔵手段(以下、「GE0.5台分の電力貯蔵手段」ともいう)を用いた場合と、0.1倍の最大出力を有する電力貯蔵手段(以下、「GE0.1台分の電力貯蔵手段」ともいう)を用いた場合とがそれぞれ記されている。縦軸は、定格周波数を100%として、ガスエンジン発電機の周波数を%で示し、横軸は時間の経過を示している。
なお、ガスエンジン発電機は、定格周波数に対し95%の周波数より高く115%の周波数より低い範囲を外れた際に保護回路の作動により停止するものとする。

0042

図2下段のグラフには、系統分離後の複数のガスエンジン発電機の合計出力の推移と電力貯蔵手段の出力の推移とが記され、GEで示すグラフ上の線は、複数のガスエンジン発電機の合計出力を示している。電力貯蔵手段の出力は、系統分離時に充放電なしとして、系統分離時より下側が充電を意味し、その系統分離時より上側が放電を意味する。

0043

本シミュレーションでは、横軸で(a)と記した3秒の時点で商用系統内で事故が発生したという想定であり、その結果、3.5秒までに事故点の切り離しによる系統分離及び系統安定化装置の作動により設備の選択遮断が行われ、ガスエンジン発電機の電力供給と設備等の電力需要が概ねバランスするが、一般的には、電力需給に対して電力供給が過多となる場合が多く、本シミュレーションにおいても、周波数は増加傾向となっている。その後、(b)と記した5秒過ぎの時点でガスエンジン発電機が選択遮断されている(図2の例では、ガスエンジン発電機1台を選択遮断)。
図2の上段のグラフより、GE0.5台分の電力貯蔵手段を用いた場合、系統分離がなされた直後に上昇したガスエンジン発電機から出力される電力の周波数は、系統安定化装置の作動後にも上昇し、ガスエンジン発電機の選択遮断を境として、その周波数の上昇率は減少する。そして、電力貯蔵手段の充電(出力)が最大となる9秒付近で、ガスエンジン発電機から出力される電力の周波数は減少を開始し、28秒付近で定格周波数になった以降は、緩やかに増減し収束するのが分かる。

0044

そして、GE0.5台分の電力貯蔵手段を用いた場合、その周波数は、95%より高く115%より低い範囲で収まっているので、ガスエンジン発電機が保護回路の作動により停止しないのが確認できた。
これに対し、GE0.1台分の電力貯蔵手段を用いた場合、ガスエンジン発電機から出力される電力の周波数は、115%を超えても、なお上昇しているので、115%に達した時点で、ガスエンジン発電機は、保護回路の作動により停止することが確認された。

0045

図2の下段のグラフより、ガスエンジン発電機の合計出力は、ガスエンジン発電機の選択遮断により急激に降下した後、28秒付近にかけて徐々に降下しているのが分かる。これは、定格周波数を超えているガスエンジン発電機から出力される電力の周波数を低下させるべく、ガスエンジン発電機が出力調整により出力を減少させているためである。
また、電力貯蔵手段は、系統分離後から、ガスエンジン発電機から出力される電力の周波数を低下させるべく、充電を開始し10秒前に最大で充電している状態(最大出力の状態)になっている。

0046

ガスエンジン発電機の出力、及び、電力貯蔵手段の出力は、ガスエンジン発電機から出力される電力の周波数が定額周波数を上回っている際に減少し、同周波数が定格周波数を下回っている際に増加する。
そして、ガスエンジン発電機の出力調整のみで電力の需給バランスがとられるようになった時点で、電力貯蔵手段の出力調整が終わり、単独運転の移行が完了する。

0047

なお、本シミュレーションにおいては、GE0.1台分の電力貯蔵手段を用いる場合にガスエンジン発電機から出力される電力の周波数が115%に達する前まで、ガスエンジン発電機の出力調整及び電力貯蔵手段の出力調整は、GE0.1台分の電力貯蔵手段を用いる場合とGE0.5台分の電力貯蔵手段を用いる場合で等しく、図2の下段のグラフに記した通りとなる。
そして、GE0.1台分の電力貯蔵手段を用いる場合にガスエンジン発電機から出力される電力の周波数が115%に達した後は、GE0.1台分の電力貯蔵手段を用いる場合、ガスエンジン発電機の合計出力が0になるが、これについては、図2の下段のグラフでの記載を省略し、GE0.5台分の電力貯蔵手段を用いた場合の出力の推移のみを記している。

0048

次に、第2の発明の一実施の形態に係る電力の需給調整方法について説明する。
まず、複数のガスエンジン発電機13、13a、13b、系統安定化装置14、電力貯蔵手段21、及び制御部19、19a、19b、23等を設けて、電力供給システム10を構築する。
そして、その後、図3図4に示すフローに従って、商用系統11の停電により生じた電力需給のアンバランスを、複数のガスエンジン発電機13、13a、13bの選択遮断及び電力貯蔵手段21の充放電によって調整する。

0049

具体的には、図3に示すように、通常運転(S1)を行っている際に、商用系統11が停電すると(S2)、系統安定化装置14は、ガスエンジン発電機13、13a、13bの合計出力が設備12、12a、12bの合計負荷より大きいか否かを判定し(S3)、その合計出力がその合計負荷より大きくない場合は、合計出力が合計負荷より小さいか否かを判定する(S4)。

0050

通常、商用系統11の停電直後は、合計出力が合計負荷未満であり、その場合、系統安定化装置14は、設定された優先順位に従って複数の設備12、12a、12bの選択遮断を行う(S5)。そして、S3に戻って、系統安定化装置14は、再度、合計出力が合計負荷より大きいか否かを判定する。S3〜S5を、合計出力が合計負荷を超えるまで行い、合計出力が合計負荷より大きくなると、制御部19は、ガスエンジン発電機13から出力される電力の周波数を基にして、合計出力から合計負荷を差し引いた値が、ガスエンジン発電機13の最大出力の0.5倍を超えているか否かを判定する(S6)。

0051

S6において、合計出力から合計負荷を差し引いた値が、ガスエンジン発電機13の最大出力の0.5倍分を超えていると判定された場合、ガスエンジン発電機13が制御部19によって遮断され、残りのガスエンジン発電機13a、13bの出力と電力貯蔵手段21の出力が低減される(S7)。なお、電力貯蔵手段21の出力の低減とは、放電中の場合、その放電量を減少することを意味し、充電中の場合、その充電量を増加することを意味する。

0052

次に、合計出力から合計負荷を差し引いた値が、ガスエンジン発電機13aの最大出力の0.5倍分以下になっているか否かの判定を、制御部19aが行い(S8)、ガスエンジン発電機13aの最大出力の0.5倍分以下でない場合は、S7に戻って、ガスエンジン発電機13aの停止と、ガスエンジン発電機13bの出力及び電力貯蔵手段21の出力の低減が行われる(S7)。

0053

S7、S8を、発電中のガスエンジン発電機が1台になるまで繰り返し、S8で、合計出力から合計負荷を差し引いた値が、ガスエンジン発電機の最大出力の0.5倍分以下になると、合計出力が合計負荷より大きいか否かが、作動中のガスエンジン発電機に連結された制御部と、制御部23とによってそれぞれ判定される(S9)。この判定は、作動中のガスエンジン発電機から出力中の電力の周波数により行われる。

0054

そして、合計出力が合計負荷より大きい場合は、図4に示すように、ガスエンジン発電機から出力されている電力の周波数が定格周波数になるまで、作動中のガスエンジン発電機の出力と電力貯蔵手段21の出力の低減を行う(S10、S11)。
一方、S9で合計出力が合計負荷より大きくない場合、図3に示すように、合計出力が合計負荷より小さいかが判定され(S12)、合計出力が合計負荷より小さいと、ガスエンジン発電機から出力されている電力の周波数が定格周波数になるまで、図4に示すように、作動中のガスエンジン発電機の出力と電力貯蔵手段21の出力を増加させる(S13、S14)。なお、電力貯蔵手段21の出力の増加とは、電力貯蔵手段21が、充電中であれば充電量を減少することを意味し、放電中であれば放電量を増加することを意味する。

0055

S11又はS14で、ガスエンジン発電機から出力されている電力の周波数が定格周波数になったと判定されると、電力貯蔵手段21の出力=0(電力貯蔵手段21が充放電していない状態)になるように、電力貯蔵手段21の出力変動を収束させる(S15、S16)。この収束の際には、電力貯蔵手段21の出力が、ガスエンジン発電機の出力増減の許容範囲内で増減される。
ここで、S4、S12で、図3に示すように、合計出力が合計負荷より小さくない、即ち、合計出力と合計負荷が等しいと判定された場合も、S15、S16により電力貯蔵手段21の出力変動の収束が行われる。
そして、図4に示すように電力貯蔵手段21の出力=0となり、作動中のガスエンジン発電機の出力調整のみによって電力の需給バランスがとられるようになると、単独運転への移行が完了する(S17)。

0056

また、蓄電池は、充放電時間(h)、容量(Wh)、及び、最大出力(W)が、充放電時間(h)=容量(Wh)/最大出力(W)の関係にある。
種々の検討の結果、商用系統の停電から単独運転への移行完了まで3〜5分であることが確認されており、電力供給システムで一般的に用いられる蓄電池の充放電時間は、0.5〜7(h)である。因って、使用が想定される一般的な蓄電池であれば、充放電時間については、電力貯蔵手段21の蓄電池としての条件を満たす。

0057

そして、電力貯蔵手段21は、ガスエンジン発電機13の最大出力に対し、少なくとも0.5倍の最大出力を有することが求められ、更に、蓄電池は、一般的に、容量によって価格が左右される。
これらを考慮すると、単位容量に対して最大出力が大きい蓄電池を採用することで、必要な最大出力を確保するために必要な蓄電池の容量の小容量化と共に、蓄電池の導入コストの抑制化を図ることができる。

0058

電力貯蔵手段21が有する蓄電池には、少なくとも、鉛蓄電池ナトリウム硫黄電池ニッケル水素電池、リチウムイオン電池の採用が可能であるが、単位容量に対して最大出力が大きいリチウムイオン電池を採用することで、蓄電池の容量の小容量化が可能で、蓄電池の導入コストも抑制できる。
なお、鉛蓄電池、ナトリウム硫黄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池は、それぞれ充放電時間率が、鉛蓄電池=1(h)、ナトリウム硫黄電池=6〜7(h)、ニッケル水素電池=1(h)、リチウムイオン電池=0.5(h)である。

0059

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、単独運転移行時に制御手段が最初に遮断するのは、複数のガスエンジン発電機の中で最大出力が最も大きいガスエンジン発電機である必要はない。

0060

10:電力供給システム、11:商用系統、12、12a、12b:設備、13、13a、13b:ガスエンジン発電機、14:系統安定化装置、15:遮断器、16:電力供給網、17、17a、17b:遮断器、18、18a、18b:遮断器、19、19a、19b:制御部、21:電力貯蔵手段、22:遮断器、23:制御部

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