図面 (/)

技術 負荷周波数制御装置

出願人 東京瓦斯株式会社国立大学法人横浜国立大学
発明者 八木貴大塚田龍也大山力辻隆男澤俊季
出願日 2018年3月1日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-036742
公開日 2019年9月12日 (7ヶ月経過) 公開番号 2019-154118
状態 未査定
技術分野 発電機の制御 交流の給配電 給配電網の遠方監視・制御
主要キーワード 再配分処理 リセットワインドアップ 系統容量 火力発電機 出力変化速度 配分結果 水力発電機 配分量
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年9月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

効率的に周波数変動を抑制する。

解決手段

負荷周波数制御装置100は、電力系統200における周波数偏差を減少させるために要するLFC容量を導出する容量導出部130と、容量導出部130によって導出されたLFC容量を、所定の制限値に制限して出力する容量リミッタ160と、容量リミッタ160によって制限されたLFC容量を、電力系統200における複数の発電機210に配分する容量配分部170と、容量導出部130によって導出されたLFC容量から、容量リミッタ160によって制限されたLFC容量を減算した値を、電力系統200における複数の発電機210とは異なる分散発電装置220に配分する容量残配分部180と、を備える。

概要

背景

電力系統では、発電機の発電電力需要家負荷との需給バランス崩れると、周波数基準値(例えば、50Hz)から変動する。このため、電力系統では、発電電力の総量を制御することで需給バランスを保ち、周波数を所定範囲内に維持する制御が行われる。負荷変動によって変動する周波数の変動周期のうち、数分から十数分程度の変動周期の周波数変動は、負荷周波数制御によって抑制される。以下、負荷周波数制御をLFC(Load Frequency Control)と呼ぶことがある。

負荷周波数制御では、周波数の基準値に対する偏差である周波数偏差に基づいて、周波数偏差を減少させるために要する負荷周波数制御容量(LFC容量)が導出される。次に、負荷周波数制御では、導出されたLFC容量に、比例要素積分要素および微分要素を作用させるPID制御が行われる。次に、負荷周波数制御では、PID制御が為されたLFC容量が、電力系統における各発電機に配分される。そして、負荷周波数制御では、配分されたLFC容量に基づいて各発電機の発電電力(発電電力の大きさ)を変化させる。負荷周波数制御に関しては、例えば、特許文献1の技術が開示されている。

概要

効率的に周波数変動を抑制する。負荷周波数制御装置100は、電力系統200における周波数偏差を減少させるために要するLFC容量を導出する容量導出部130と、容量導出部130によって導出されたLFC容量を、所定の制限値に制限して出力する容量リミッタ160と、容量リミッタ160によって制限されたLFC容量を、電力系統200における複数の発電機210に配分する容量配分部170と、容量導出部130によって導出されたLFC容量から、容量リミッタ160によって制限されたLFC容量を減算した値を、電力系統200における複数の発電機210とは異なる分散発電装置220に配分する容量残配分部180と、を備える。

目的

本発明は、このような課題に鑑み、効率的に周波数変動を抑制することが可能な負荷周波数制御装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

電力系統における周波数偏差を減少させるために要するLFC容量を導出する容量導出部と、前記容量導出部によって導出されたLFC容量を、所定の制限値に制限して出力する容量リミッタと、前記容量リミッタによって制限されたLFC容量を、前記電力系統における複数の発電機に配分する容量配分部と、前記容量導出部によって導出されたLFC容量から、前記容量リミッタによって制限されたLFC容量を減算した値を、前記電力系統における前記複数の発電機とは異なる分散発電装置に配分する容量残配分部と、を備える負荷周波数制御装置

請求項2

前記容量配分部は、前記複数の発電機に配分されたいずれかのLFC容量が、前記複数の発電機における配分可能なLFC容量の上限値を超えている場合、超えた分のLFC容量を、LFC容量が前記上限値を超えていない前記複数の発電機に再配分する請求項1に記載の負荷周波数制御装置。

技術分野

0001

本発明は、負荷周波数制御装置に関する。

背景技術

0002

電力系統では、発電機の発電電力需要家負荷との需給バランス崩れると、周波数基準値(例えば、50Hz)から変動する。このため、電力系統では、発電電力の総量を制御することで需給バランスを保ち、周波数を所定範囲内に維持する制御が行われる。負荷変動によって変動する周波数の変動周期のうち、数分から十数分程度の変動周期の周波数変動は、負荷周波数制御によって抑制される。以下、負荷周波数制御をLFC(Load Frequency Control)と呼ぶことがある。

0003

負荷周波数制御では、周波数の基準値に対する偏差である周波数偏差に基づいて、周波数偏差を減少させるために要する負荷周波数制御容量(LFC容量)が導出される。次に、負荷周波数制御では、導出されたLFC容量に、比例要素積分要素および微分要素を作用させるPID制御が行われる。次に、負荷周波数制御では、PID制御が為されたLFC容量が、電力系統における各発電機に配分される。そして、負荷周波数制御では、配分されたLFC容量に基づいて各発電機の発電電力(発電電力の大きさ)を変化させる。負荷周波数制御に関しては、例えば、特許文献1の技術が開示されている。

先行技術

0004

特許第4155674号公報

発明が解決しようとする課題

0005

近年、ヒートポンプコージェネレーションシステムなどの分散発電装置が電力系統に連系されることが多くなってきている。したがって、周波数変動をより抑制するために、電力系統の発電機のみならず、分散発電装置にもLFC容量を分担させることが検討されている。

0006

しかし、分散発電装置は、電力系統の発電機に比べ、発電電力に対する燃料コストが高い。したがって、電力系統の発電機と同様にして分散発電装置にLFC容量を配分すると、分散発電装置が負担するLFC容量が多くなり、経済性欠けるという課題がある。

0007

本発明は、このような課題に鑑み、効率的に周波数変動を抑制することが可能な負荷周波数制御装置を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0008

上記課題を解決するために、本発明の負荷周波数制御装置は、電力系統における周波数偏差を減少させるために要するLFC容量を導出する容量導出部と、容量導出部によって導出されたLFC容量を、所定の制限値に制限して出力する容量リミッタと、容量リミッタによって制限されたLFC容量を、電力系統における複数の発電機に配分する容量配分部と、容量導出部によって導出されたLFC容量から、容量リミッタによって制限されたLFC容量を減算した値を、電力系統における複数の発電機とは異なる分散発電装置に配分する容量残配分部と、を備える。

0009

また、容量配分部は、複数の発電機に配分されたいずれかのLFC容量が、複数の発電機における配分可能なLFC容量の上限値を超えている場合、超えた分のLFC容量を、LFC容量が上限値を超えていない複数の発電機に再配分してもよい。

発明の効果

0010

本発明によれば、効率的に周波数変動を抑制することが可能となる。

図面の簡単な説明

0011

第1実施形態による負荷周波数制御システムの構成を示すブロック図である。
LFC容量の配分について説明する説明図である。
容量配分部の一連の動作を示すフローチャートである。
容量残配分部の一連の動作を示すフローチャートである。
第2実施形態による負荷周波数制御システムの構成を示すブロック図である。
第2実施形態についての比較例である負荷周波数制御システムの構成を示すブロック図である。
図6の比較例におけるLFC容量の配分について説明する説明図である。
図5の負荷周波数制御装置におけるLFC容量の配分について説明する説明図である。

実施例

0012

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

0013

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態による負荷周波数制御システム1の構成を示すブロック図である。負荷周波数制御システム1は、負荷周波数制御装置100および電力系統200を含んで構成される。

0014

負荷周波数制御装置100は、周波数検出部110、系統容量検出部120、容量導出部130、平滑化部140、PID制御部150、容量リミッタ160、容量配分部170、容量残配分部180、減算部190を含んで構成される。負荷周波数制御装置100は、例えば、中央給電指令所に設けられる。

0015

電力系統200は、発電機210A、210B、210Cを含んで構成される。発電機210A、210B、210Cは、例えば、発電所に設置される火力発電機水力発電機である。発電機210A、210B、210Cによる発電電力は、電力系統200に接続される需要家が有する負荷に供給される。以後、発電機210A、210B、210Cを区別しないときは発電機210と表記する。なお、ここでは、説明の便宜上、3個の発電機210A、210B、210Cを例示しているが、電力系統200を構成する発電機210の数は、複数であればよく、3個に限らない。

0016

電力系統200には、分散発電装置220が連系される。分散発電装置220は、発電電力を制御可能な発電装置であり、発電所以外に設置される。分散発電装置220は、例えば、蓄電池太陽電池燃料電池エンジン発電機、ヒートポンプ、コージェネレーションシステムなどで構成される。分散発電装置220は、生成した発電電力を電力系統200に接続される負荷に供給する。

0017

負荷周波数制御装置100は、電力系統200(発電機210および分散発電装置220)における周波数の基準値(例えば、50Hz)に対する偏差である周波数偏差を減少させるように、発電機210および分散発電装置220の発電電力(発電電力の大きさ)を制御する。これにより、電力系統200における発電電力と負荷との需給バランスが保たれ、電力系統200の周波数が所定範囲内に維持される。

0018

周波数検出部110は、電力系統200における周波数を検出する。周波数検出部110は、周波数の基準値から周波数の検出値を減算し、周波数偏差Δfを導出する。

0019

系統容量検出部120は、電力系統200(発電機210および分散発電装置220)に接続される負荷の総量である系統容量Cを検出する。

0020

容量導出部130は、周波数検出部110によって導出された周波数偏差Δfと、系統容量検出部120によって検出された系統容量Cとに基づいて、周波数偏差Δfを減少させるために要する負荷周波数制御容量(LFC容量)を導出する。LFC容量は、負荷周波数制御における周波数を調整する容量のことである。LFC容量は、発電電力の制御量に相当する。

0021

平滑化部140は、容量導出部130によって導出されたLFC容量の時間変化分を、発電機210が追従可能な変化量以下になるように平滑化する。この平滑化により、周波数偏差Δfの変動周波数における数分程度までのごく短周期分(サイクリック分)が除去される。

0022

PID制御部150は、比例要素、積分要素および微分要素を含んで構成される。PID制御部150は、平滑化部140の出力値に、比例要素、積分要素および微分要素を作用させるPID制御を行う。

0023

容量リミッタ160には、容量導出部130によって導出された後に平滑化およびPID制御が行われたLFC容量が入力される。容量リミッタ160は、入力されたLFC容量が所定値(制限値)以下の場合、入力されたLFC容量をそのまま出力する。一方、容量リミッタ160は、入力されたLFC容量が所定値(制限値)を超える場合、LFC容量を所定値(制限値)に制限して出力する。なお、図1では、容量リミッタ160が上下リミッタのように示されているが、実際の容量リミッタ160では、LFC容量の絶対値が上限値(所定値)と比較されればよく、下限値が省略されてもよい。

0024

容量リミッタ160における所定値(制限値)は、例えば、発電機210Aに配分可能なLFC容量の上限値、発電機210Bに配分可能なLFC容量の上限値、および、発電機210Cに配分可能なLFC容量の上限値を合計した上限合計値に設定される。発電機210A、210B、210Cにおける配分可能なLFC容量の上限値は、例えば、発電機210A、210B、210Cの発電電力を現在値から変動させることが可能な発電電力の範囲の上限に相当する。この上限は、発電機210の種別や発電電力の現在値などによって異なる。

0025

容量配分部170は、容量リミッタ160の出力値を発電機210A、210B、210Cに配分する。すなわち、発電機210A、210B、210Cに配分されるLFC容量の合計値は、容量リミッタ160によって所定値以下に制限されており、容量配分部170は、容量リミッタ160によって制限されたLFC容量を発電機210A、210B、210Cに配分する。

0026

図2は、LFC容量の配分について説明する説明図である。容量配分部170は、例えば、容量リミッタ160の出力値を各発電機210の出力変化速度の比に基づいて配分する。出力変化速度は、単位時間に発電機210の出力を増減できる速度のことであり、各発電機210に固有指標である。出力変化速度は、各発電機210によって異なるが、例えば、数MW/分程度である。図2では、例えば、発電機210A、210B、210Cの出力変化速度の比が、2:1:1であるとする。

0027

また、各発電機210には、上述のように、配分可能なLFC容量の上限値がある。この配分可能なLFC容量の上限値は、出力変化速度とは異なるパラメータであり、発電機210毎に異なる。図2では、例えば、発電機210Aにおける配分可能なLFC容量の上限値が「20kW」、発電機210Bにおける配分可能なLFC容量の上限値が「40kW」、発電機210Cにおける配分可能なLFC容量の上限値が「40kW」であるとする。なお、図2では、単位のkWを省略している。

0028

また、図2では、PID制御部150の入力値(要するLFC容量)が「120kW」であり、PID制御部150の出力値が「120kW」であるとする。また、図2では、容量リミッタ160の所定値が「100kW」であり、容量リミッタ160の出力値(容量配分部170の入力値)が「100kW」であるとする。

0029

容量配分部170は、容量リミッタ160の出力値「100kW」を、各発電機210の出力変化速度の比に基づいて、発電機210A、210B、210Cに2:1:1の比で配分する。この場合、図2の「配分1回目」に示すように、発電機210AにはLFC容量「50kW」、発電機210BにはLFC容量「25kW」、発電機210CにはLFC容量「25kW」が配分されることとなる。

0030

配分1回目の配分結果では、発電機210Aに配分されるLFC容量「50kW」が、発電機210Aに配分可能なLFC容量の上限値「20kW」を超えている。つまり、配分1回目では、発電機210Aについて、配分可能なLFC容量の上限値を無視したLFC容量が配分されている。なお、発電機210B、210Cについては、配分されるLFC容量が配分可能なLFC容量の上限値を超えていない。

0031

このように、LFC容量の配分時に、発電機210の少なくともいずれかにおいて、発電機210に配分されるLFC容量が配分可能なLFC容量の上限値を超えることがある。このような場合、容量配分部170は、配分可能なLFC容量の上限値を超える発電機210において、配分されるLFC容量をその上限値に制限する。例えば、図2の「配分の上限値制限」に示すように、容量配分部170は、発電機210Aに配分するLFC容量を、配分可能なLFC容量の上限値である「20kW」に変更する。

0032

個々の発電機210において配分の上限値制限が行われると、各発電機210に配分されるLFC容量の合計値「70kW(20kW+25kW+25kW)」が、容量配分部170の入力値「100kW」よりも少なくなり、各発電機210に配分すべきLFC容量が不足する。

0033

そこで、容量配分部170は、各発電機210に配分されたいずれかのLFC容量が、各発電機210における配分可能なLFC容量の上限値を超えている場合、超えた分のLFC容量を、LFC容量が上限値を超えていない各発電機210に再配分する。換言すると、容量配分部170は、上限値を超える発電機210において配分されるLFC容量を上限値に制限し、LFC容量が上限値を超えていない各発電機210に、上限値に制限されたLFC容量以外のLFC容量を再配分する。容量配分部170は、このような再配分を行う処理(再配分処理)を実行する機能を含んで構成される。

0034

例えば、図2の「配分2回目」に示すように、容量配分部170は、容量配分部170の入力値「100kW」から、上限値に制限された発電機210AのLFC容量「20kW」を減算して、配分対象のLFC容量「80kW」を決定する。また、容量配分部170は、上限値に制限された発電機210A以外の発電機210B、210Cを、配分対象の発電機210に決定する。そして、容量配分部170は、配分対象のLFC容量「80kW」を、配分対象の発電機210B、210Cの出力変化速度の比(1:1)に基づいて配分し直す。この場合、図2の「配分2回目」に示すように、発電機210BにはLFC容量「40kW」、発電機210CにはLFC容量「40kW」が配分される。

0035

また、例えば、容量配分部170は、上限値に制限される前の発電機210AのLFC容量「50kW」から、上限値に制限された後の発電機210AのLFC容量「20kW」を減算して、配分対象のLFC容量「30kW」を決定してもよい。この態様では、容量配分部170は、配分対象のLFC容量「30kW」を、配分対象の発電機210B、210Cの出力変化速度の比に基づいて配分する。この場合、発電機210Bには「15kW」、発電機210Cには「15kW」が配分される。そして、この態様では、容量配分部170は、発電機210Bについて前回のLFC容量「25kW」と今回のLFC容量「15kW」とを加算して、発電機210Bの再配分後のLFC容量「40kW」を導出する。また、容量配分部170は、発電機210Cについて前回のLFC容量「25kW」と今回のLFC容量「15kW」とを加算して、発電機210Cの再配分後のLFC容量「40kW」を導出する。

0036

このようにしてLFC容量の再配分が行われると、個々の発電機210において配分の上限値制限が行われたとしても、各発電機210に配分されるLFC容量の合計値「100kW(20kW+40kW+40kW)」が、容量配分部170の入力値「100kW」に等しくなる。つまり、容量配分部170がLFC容量の再配分を行うことで、各発電機210に配分すべきLFC容量の総量である容量配分部170の入力値のすべてを、各発電機210に配分することができる。

0037

容量配分部170は、配分可能なLFC容量の上限値を超えてLFC容量が配分される発電機210がなくなるまで、再配分を繰り返す。つまり、容量配分部170は、各発電機210に配分すべきLFC容量の総量のすべてを各発電機210に配分するまで、再配分を繰り返す。

0038

そして、容量配分部170は、配分可能なLFC容量の上限値を超えてLFC容量が配分される発電機210がなくなると、各発電機210へのLFC容量の配分量確定する。図2では、「配分2回目」に示すように、発電機210AのLFC容量が「20kW」、発電機210BのLFC容量が「40kW」、発電機210CのLFC容量が「40kW」で確定される。

0039

なお、周波数偏差Δfが相対的に大きい場合などには、上述のような再配分が行われることがある。しかし、例えば、周波数偏差Δfが相対的に小さい場合などには、配分1回目において、いずれの発電機210においても、発電機210に配分されるLFC容量が配分可能なLFC容量の上限値を超えることなく配分されることがある。その場合には、再配分が省略されてもよい。

0040

図1に戻って、容量配分部170は、各発電機210へのLFC容量の配分量が確定した後、配分結果を示すLFC信号を各発電機210に送信し、各発電機210に発電電力を変更する動作を開始させる。各発電機210では、LFC信号の受信に応じて、発電電力がそのLFC信号に基づいた発電電力となるように、燃料の増減などが行われる。

0041

また、容量配分部170は、各発電機210へのLFC容量の配分が確定した後、配分結果を示すLFC信号を容量残配分部180にも送信する。

0042

容量残配分部180は、加算部181および減算部182を含んで構成される。加算部181は、各発電機210へのLFC容量の配分量が確定した後に送信されるLFC信号の受信に応じて、各発電機210に配分されるLFC容量を加算して、各発電機210に配分されるLFC容量の合計値を導出する。加算部181によって導出されるLFC容量の合計値は、容量リミッタ160によって制限されたLFC容量に相当する。

0043

減算部182は、PID制御部150の出力値から、加算部181によって導出されたLFC容量の合計値を減算する。減算部182の減算結果は、周波数偏差Δfを減少させるために要するLFC容量から、各発電機210に配分されるLFC容量の総量を除いた、残りのLFC容量に相当する。容量残配分部180は、減算部182の減算結果(残りのLFC容量)を分散発電装置220に配分する。

0044

容量残配分部180は、減算部182の減算結果を示すLFC信号を分散発電装置220に送信し、分散発電装置220に発電電力を変更する動作を開始させる。分散発電装置220では、LFC信号の受信に応じて、発電電力がそのLFC信号に基づいた発電電力となるように、燃料の増減などが行われる。

0045

図2の例において、「容量残配分」に示すように、加算部181は、発電機210Aに配分されるLFC容量「20kW」、発電機210Bに配分されるLFC容量「40kW」、および、発電機210Cに配分されるLFC容量「40kW」の合計値「100kW」を導出する。次に、減算部182は、PID制御部150の出力値「120kW」から、加算部181によって導出されたLFC容量の合計値「100kW」を減算して、残りのLFC容量(分散発電装置220に配分するLFC容量)「20kW」を導出する。

0046

そして、図2の例では、最終的に、周波数偏差Δfを減少させるために要するLFC容量「120kW」のうち、発電機210AにはLFC容量「20kW」、発電機210BにはLFC容量「40kW」、発電機210CにはLFC容量「40kW」、分散発電装置220にはLFC容量「20kW」が配分されることとなる。

0047

図1に戻って、負荷周波数制御装置100では、容量リミッタ160によってPID制御部150の出力値(PID制御の操作量)に制限をかけている。このため、PID制御の操作量がPID制御の目標値(PID制御部150の入力値)に収束するまでに時間がかかることがある。このような場合、PID制御における積分項が多く溜まっていくリセットワインドアップが生じる。

0048

そこで、負荷周波数制御装置100では、このようなリセットワインドアップに対処するアンチリセットワインドアップの機能が含まれている。アンチリセットワインドアップでは、容量リミッタ160による制限が行われたときに、積分項を減少させるような制御が行われる。

0049

具体的には、負荷周波数制御装置100は、減算部190を含んで構成される。減算部190は、PID制御部150の出力値(例えば「120kW」)から、容量リミッタ160の出力値(例えば「100kW」)を減算し、減算結果(例えば「20kW」)をPID制御部150に出力する。PID制御部150では、積分項において、減算結果(例えば「20kW」)に比例した値がPID制御部150の入力値から差し引かれる。

0050

これにより、PID制御部150の出力値と、容量リミッタ160の出力値(例えば「100kW」)との偏差が小さくなる。その結果、負荷周波数制御装置100では、容量リミッタ160を設けたことに起因してPID制御部150の出力値が過大になること、および、制御遅れが大きくなることが抑制される。

0051

図3は、容量配分部170の一連の動作を示すフローチャートである。容量配分部170には、容量リミッタ160の出力値、すなわち、所定値に制限されたLFC容量が入力される。

0052

まず、容量配分部170は、容量リミッタ160の出力値であるLFC容量を各発電機210の出力変化速度の比に基づいて配分する(S100)。例えば、発電機210A、210B、210Cの出力変化速度の比が2:1:1であるとき、容量配分部170は、容量リミッタ160の出力値「100kW」を、発電機210AにLFC容量「50kW」、発電機210BにLFC容量「25kW」、発電機210CにLFC容量「25kW」のように配分する。

0053

次に、容量配分部170は、個々の発電機210において配分されるLFC容量が、配分可能なLFC容量の上限値を超えている発電機210があるか否かを判定する(S110)。例えば、発電機210Aの配分可能なLFC容量の上限値が「20kW」であるとき、容量配分部170は、発電機210Aに配分されるLFC容量「50kW」が、配分可能なLFC容量の上限値「20kW」を超えている発電機210Aがあると判定する(ステップS110におけるYES)。

0054

ステップS110の判定結果がYESの場合、容量配分部170は、上限値を超えている発電機210に配分されるLFC容量を、配分可能なLFC容量の上限値に制限する(S120)。例えば、容量配分部170は、発電機210AのLFC容量を配分可能なLFC容量の上限値である「20kW」に変更する。

0055

次に、容量配分部170は、配分対象のLFC容量および配分対象の発電機210を決定する(S130)。例えば、容量配分部170は、配分対象のLFC容量「80kW(100kW−20kW)」を決定し、配分対象の発電機210B、210Cを決定する。また、容量配分部170は、前回のステップS100で配分された発電機210BのLFC容量「25kW」および発電機210CのLFC容量「25kW」をクリアする。

0056

配分対象の決定(ステップS130)後、容量配分部170は、決定された配分対象について再びステップS100からの処理を繰り返す。

0057

例えば、容量配分部170は、配分対象のLFC容量「80kW」を、発電機210B、210Cの出力変化速度の比(1:1)に基づいて、発電機210Bに「40kW」、発電機210Cに「40kW」のように配分する(S100)。次に、容量配分部170は、発電機210B、210Cについて、配分されるLFC容量が、配分可能なLFC容量の上限値を超えている発電機210があるか否かを判定する(S110)。ここでは、発電機210BのLFC容量「40kW」が上限値「40kW」を超えておらず、発電機210CのLFC容量「40kW」が上限値「40kW」を超えていないため、ステップS110の判定はNOとなる。

0058

配分されるLFC容量が配分可能なLFC容量の上限値を超えている発電機210が無い場合(ステップS110におけるNO)、容量配分部170は、各発電機210へのLFC容量の配分量を確定する(S140)。ここでは、発電機210Aに配分されるLFC容量が「20kW」、発電機210Bに配分されるLFC容量が「40kW」、発電機210Cに配分されるLFC容量が「40kW」に確定される。

0059

そして、容量配分部170は、確定した配分結果を示すLFC信号を各発電機210および容量残配分部180に送信して(S150)、一連の処理を終了する。

0060

なお、上述では、2回目の配分(S100)の後において、配分されるLFC容量が配分可能なLFC容量の上限値を超えている発電機210が無い例を示した。しかし、2回目以降の配分後において、配分されるLFC容量が配分可能なLFC容量の上限値を超えている発電機210がある場合には、さらに配分を繰り返してもよい。

0061

図4は、容量残配分部180の一連の動作を示すフローチャートである。容量残配分部180は、容量配分部170がLFC容量の配分の確定後に送信するLFC信号の受信に応じて処理を開始する。

0062

まず、容量残配分部180の加算部181は、各発電機210に配分されたLFC容量の合計値を導出する(S200)。例えば、発電機210AのLFC容量「20kW」と、発電機210BのLFC容量「40kW」と、発電機210CのLFC容量「40kW」との合計値「100kW」が導出される。

0063

次に、容量残配分部180の減算部182は、PID制御部150の出力値から、加算部181によって導出されたLFC容量の合計値を減算して、残りのLFC容量を導出する(S210)。例えば、PID制御部150の出力値「120kW」から、合計値「100kW」が減算されて、残りのLFC容量「20kW」が導出される。つまり、分散発電装置220には、LFC容量「20kW」が配分される。

0064

そして、容量残配分部180は、導出された残りのLFC容量(例えば「20kW」)を示すLFC信号を分散発電装置220に送信して(S220)、一連の処理を終了する。

0065

一方、PID制御部150の出力値が、容量リミッタ160の所定値以下の場合、容量残配分部180の減算部182の減算結果は「0kW」となる。すなわち、容量残配分部180は、周波数偏差Δfを減少するために要するLFC容量が容量リミッタ160の所定値を超えるまでは、分散発電装置220にLFC容量を配分しない。

0066

以上のように、第1実施形態による負荷周波数制御装置100では、周波数偏差Δfを減少するために要するLFC容量が容量リミッタ160の所定値を超えた場合に、発電機210A、210B、210Cに加え、分散発電装置220にもLFC容量が配分される。つまり、第1実施形態による負荷周波数制御装置100では、周波数偏差Δfを減少するために要するLFC容量のうちの、発電機210A、210B、210Cの負担限度を超えた残りのLFC容量を、分散発電装置220が負担することとなる。

0067

したがって、第1実施形態による負荷周波数制御装置100によれば、効率的に周波数変動を抑制することが可能となる。

0068

また、第1実施形態による負荷周波数制御装置100では、周波数偏差Δfを減少するために要するLFC容量が容量リミッタ160の所定値以内の場合、そのLFC容量が発電機210A、210B、210Cに配分され、分散発電装置220には配分されない。また、分散発電装置220は、発電機210A、210B、210Cに比べ、発電電力に対する燃料コストが高い。つまり、第1実施形態による負荷周波数制御装置100では、周波数偏差Δfを減少するために要するLFC容量が発電機210A、210B、210Cの負担限度を超えるまでは、燃料コストが高い分散発電装置220にLFC容量を負担させない。

0069

したがって、第1実施形態による負荷周波数制御装置100では、経済性が低下することを抑制することが可能となる。

0070

例えば、各発電機210だけでなく、分散発電装置220にも常にLFC容量が配分される比較例が挙げられる。例えば、発電機210A、210B、210C、分散発電装置220の出力変化速度の比が、2:1:1:1であり、周波数偏差Δfを減少するために要するLFC容量が「50kW」であるとする。この例では、発電機210Aに「20kW」、発電機210Bに「10kW」、発電機210Cに「10kW」、分散発電装置220に「10kW」が配分される。このとき、発電機210Bには、残り「30kW」の余裕があり、発電機210Cには、残り「30kW」の余裕があるにもかかわらず、分散発電装置220に「10kW」が配分されている。つまり、この比較例では、発電機210B、210Cよりも発電電力に対する燃料コストが高い分散発電装置220が、LFC容量「10kW」を負担するため、燃料コストがかかることとなる。

0071

これに対し、第1実施形態による負荷周波数制御装置100では、要するLFC容量が発電機210A、210B、210Cの負担限度を超えた場合にのみ、分散発電装置220がLFC容量を負担する。このため、第1実施形態による負荷周波数制御装置100では、この比較例に比べ、燃料コストの増加を抑制することができる。

0072

また、第1実施形態による負荷周波数制御装置100では、配分されるLFC容量が配分可能なLFC容量の上限値を超えている発電機210があることに応じて、LFC容量の再配分が行われる。このため、第1実施形態による負荷周波数制御装置100では、配分可能なLFC容量に対して配分されるLFC容量に余裕があるうちに、分散発電装置220にLFC容量が配分されることを防止することが可能となる。つまり、第1実施形態による負荷周波数制御装置100では、LFC容量を各発電機210に無駄なく配分することができる。

0073

なお、第1実施形態の容量配分部170は、配分されるLFC容量が配分可能なLFC容量の上限値を超えている発電機があることに応じて再配分を行っていた。しかし、第1実施形態において、この再配分は省略されてもよい。

0074

また、第1実施形態では、LFC容量の配分対象となる分散発電装置220は1個であった。しかし、LFC容量の配分対象となる分散発電装置220は、1個に限らず、複数あってもよい。この場合、容量残配分部180は、減算部182の減算結果を、複数の分散発電装置220の各々に配分してもよい。

0075

(第2実施形態)
図5は、第2実施形態による負荷周波数制御システム3の構成を示すブロック図である。負荷周波数制御システム3は、分散発電装置220が設けられておらず、負荷周波数制御装置100に代えて負荷周波数制御装置300を有する点において第1実施形態の負荷周波数制御システム1と異なる。負荷周波数制御装置300は、容量リミッタ160、容量残配分部180および減算部190が設けられていない点において第1実施形態の負荷周波数制御装置100と異なる。また、負荷周波数制御装置300の容量配分部170は、第1実施形態と同様に、LFC容量の再配分処理を行う。なお、負荷周波数制御装置300では、分散発電装置220にはLFC容量が配分されず、各発電機210にのみLFC容量が配分される。

0076

図6は、第2実施形態についての比較例である負荷周波数制御システム4の構成を示すブロック図である。比較例である負荷周波数制御システム4は、容量配分部170を有する負荷周波数制御装置300に代えて、容量配分部470を有する負荷周波数制御装置400を有する点において、図5の負荷周波数制御装置300と異なる。容量配分部470は、LFCの再配分処理が行われない点において、図5の容量配分部170と異なる。なお、負荷周波数制御装置400では、負荷周波数制御装置300と同様に、容量配分部470の出力値がPID制御部150にフィードバックされる。

0077

つまり、第2実施形態による負荷周波数制御装置300は、図6に示す比較例に対して、図5に示すように、容量配分部170がLFC容量の再配分を行う点に特徴がある。第2実施形態の容量配分部170は、第1実施形態の図3に示す一連の処理と同様の処理を行う。

0078

図7は、図6の比較例におけるLFC容量の配分について説明する説明図である。図7では、PID制御部150の入力値(要するLFC容量)が「100kW」であり、PID制御部150の出力値(容量配分部470の入力値)が「100kW」であるとする。なお、図7では、単位のkWを省略している。

0079

まず、容量配分部470は、PID制御部150の出力値「100kW」を、出力変化速度の比に基づいて、発電機210A、210B、210Cに2:1:1の比で配分する。この場合、図7の「配分(初期)」に示すように、発電機210AにはLFC容量「50kW」、発電機210BにはLFC容量「25kW」、発電機210CにはLFC容量「25kW」が配分されることとなる。

0080

しかし、図7の「配分(初期)」では、発電機210Aに配分されるLFC容量「50kW」が、発電機210Aに配分可能なLFC容量の上限値「20kW」を超えている。このため、図7の「配分の上限値制限」に示すように、容量配分部470は、発電機210Aに配分するLFC容量を、配分可能なLFC容量の上限値である「20kW」に変更する。これにより、各発電機210に配分されるLFC容量の合計値は「70kW」となる。

0081

PID制御部150には、各発電機210に配分されるLFC容量がフィードバックされる。これにより、PID制御部150において、各発電機210に配分されるLFC容量の合計値「70kW」と、PID制御部150の入力値「100kW」との偏差「30kW」が生じる。このため、PID制御部150では、偏差「30kW」に応じて積分項が増加する。

0082

PID制御部150において、積分項が増加していくと、図7の「配分(継続)」に示すように、PID制御部150の出力値が増加していく。このとき、容量配分部470では、偏差がゼロに収束するまで出力変化速度の比(2:1:1)に基づくLFC容量の配分が継続される。例えば、PID制御部150の出力値が「160kW」になると、容量配分部470は、発電機210AのLFC容量を上限値の「20kW」に維持させつつ、発電機210BのLFC容量をPID制御部150の出力値「160kW」の1/4である「40kW」とし、発電機210CのLFC容量をPID制御部150の出力値「160kW」の1/4である「40kW」とする。これにより、各発電機210に配分されるLFC容量の合計値「100kW」と、PID制御部150の入力値「100kW」との偏差が「0kW」となる。

0083

このように、比較例の負荷周波数制御装置400では、PID制御部150の出力値(操作量)がPID制御部150の入力値(目標値)に対して大きく増加することがある。この状態では、PID制御部150において積分項が多く溜まっている。この状態からPID制御部150の入力値が大きく変化すると、PID制御部150の出力値は、溜まった積分項を消費してから目標値に近づくこととなる。

0084

このため、比較例の負荷周波数制御装置400では、周波数偏差Δfを減少するために要するLFC容量が導出されてから各発電機210にLFC容量が配分されるまでに時間がかかり、制御応答性がよくない。

0085

図8は、図5の負荷周波数制御装置300におけるLFC容量の配分について説明する説明図である。図8では、PID制御部150の入力値(要するLFC容量)が「100kW」であり、PID制御部150の出力値(容量配分部170の入力値)が「100kW」であるとする。なお、図8では、単位のkWを省略している。

0086

まず、容量配分部170は、図8の「配分1回目」に示すように、PID制御部150の出力値「100kW」を、出力変化速度の比に基づいて、発電機210Aに「50kW」、発電機210Bに「25kW」、発電機210Cに「25kW」となるように配分する。次に、容量配分部170は、図8の「配分の上限値制限」に示すように、発電機210Aに配分されるLFC容量「50kW」が配分可能なLFC容量の上限値「20kW」を超えているため、発電機210Aに配分するLFC容量を「20kW」に変更する。

0087

次に、容量配分部170は、図8の「配分2回目」に示すように、配分対象のLFC容量「80kW(100kW−20kW)」および配分対象の発電機210B、210Cを決定する。そして、容量配分部170は、図8の「配分2回目」に示すように、配分対象の発電機210B、210Cの出力変化速度の比(1:1)に基づいて、配分対象のLFC容量「80kW」を発電機210Bに「40kW」、発電機210Cに「40kW」となるように再配分する。

0088

再配分されると、各発電機210に配分されるLFC容量の合計値「100kW」と、PID制御部150の出力値「100kW」とを等しくすることができる。また、PID制御部150の出力値「100kW」と、PID制御部150の入力値「100kW」とを等しくすることができる。そして、各発電機210に配分されるLFC容量の合計値「100kW」と、PID制御部150の入力値「100kW」との偏差をゼロにすることができる。

0089

このように、第2実施形態の負荷周波数制御装置300では、PID制御部150の出力値(操作量)がPID制御部150の入力値(目標値)に対して大きく増加する事態を防止することができる。このため、第2実施形態の負荷周波数制御装置300では、PID制御部150における積分項が多く溜まることを防止することができる。

0090

したがって、第2実施形態の負荷周波数制御装置300によれば、比較例の負荷周波数制御装置400に比べ、周波数偏差Δfを減少するために要するLFC容量が導出されてから各発電機210にLFC容量が配分されるまでの時間を短くすることができ、制御応答性をよくすることが可能となる。

0091

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

0092

本発明は、負荷周波数制御装置に利用することができる。

0093

100、300負荷周波数制御装置
130 容量導出部
150PID制御部
160 容量リミッタ
170 容量配分部
180 容量残配分部
200電力系統
210、210A、210B、210C発電機
220 分散発電装置

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

関連する公募課題

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

  • 東京瓦斯株式会社の「 発電システム」が 公開されました。( 2020/02/13)

    【課題】発電の状況を報知する場合に、利用者の立場に立った有用な報知を行う。【解決手段】エネルギー消費機器である電力消費機器24(家電及び照明等)の動作回数(オン・オフ動作回数)のカウント値nが、予め定... 詳細

  • スズキ株式会社の「 発電制御装置」が 公開されました。( 2020/02/13)

    【課題】スイッチの破損を確実に防止し、かつ蓄電池の充電の応答性を向上させる発電制御装置を提供する。【解決手段】モータージェネレーター3と第一蓄電池10との間の電路を開閉する第一スイッチ41と、モーター... 詳細

  • 株式会社NTTファシリティーズの「 周波数制御システム」が 公開されました。( 2020/02/13)

    【課題】電力系統の周波数維持に用いられる需給調整の供給を容易にする周波数制御システムを提供する。【解決手段】電力系統における周波数を検出する周波数検出部と、蓄電部の周波数−出力電力特性に関する情報を格... 詳細

この 技術と関連性が強い技術

関連性が強い 技術一覧

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

関連する挑戦したい社会課題一覧

この 技術と関連する公募課題

関連する公募課題一覧

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ