專利名稱：智能網格的監視控制方法以及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及在由柴油發電機、燃氣渦輪發電機、和利用自然能源的分散型電源等構成的智能網格(smart grid)中，在負載變動和事故時通過綜合并自治地控制分散電源， 從而實現穩定運轉的智能網格的監視控制方法以及裝置。
背景技術：
所謂智能網格是指，通過有效利用最新的數字信息通信技術，來對各種集中型電源(水力/火力/原子力發電等)、輸送電網及分散型電源(太陽光/風力發電/柴油發電機等)和用戶(辦公室、工場、一般家庭)的信息進行綜合，實現高效地進行相互連接管理 /運用的電力供應網。在智能網格的網絡中，能夠與監視/管理電力的流動同時地，在發電設備和用戶之間雙向流動電力和信息。由此，認為，今后需要不使針對負載變動的補償依賴于商用系統，而通過智能網格本身來進行電壓/頻率的穩定化的獨立運轉，并且認為，為了提高分散型電源相對于商用系統的獨立性而進行這樣的分散型電源的獨立運轉是重要的。與這些需求地相鄰來分散配置的智能網格作為具有補充已有的大規模電源的作用的裝置而被關注，為了充分發揮其作用，必需使其與已有的商用電力系統相互連接。但是，與商用電力系統連接的智能網格在由于輸電線、配電線事故等而包括其他的一般用戶負載進行單獨運轉的情況下，從電力供應可靠度和維護方面的觀點出發，需要盡快從配電系統中分出(parallel off)其他一般用戶負載。這里，所謂單獨運轉指的是， 即使來自大規模電源的電力供應停止也僅由智能網格持續供應電力的狀態。由此，作為檢測智能網格的單獨運轉的裝置，開發了各種單獨運轉檢測裝置，并進行了實用化。將這些單獨運轉檢測裝置大致區分，分類為無源方式和有源方式。無源方式的單獨運轉檢測裝置始終監視分散電源的相互連接點的電壓、頻率的變動、高頻失真的變動、相位變動等能夠進行測定的狀態量，并利用在成為單獨運轉狀態時這些值比通常的系統相互連接時有更大的變動這一情況來檢測單獨運轉。例如，在專利文獻 1記載的技術中，根據單獨運轉發生時發電機的輸出頻率會發生變動這一情況，在此時頻率變化率成為閾值以上時，檢測單獨運轉。此外，有源方式的單獨運轉檢測裝置，從智能網格側始終對系統帶來干擾，在單獨系統發生時觀測電壓和頻率等系統現象，早期檢測單獨運轉。在專利文獻2記載的技術中， 通過在不存在于商用電力系統的次數間注入高次諧波，檢測異常時的系統阻抗，來檢測單獨運轉狀態。但是，該方式在系統中始終連接電容器，由于在閃爍負載等這樣的系統噪聲較大的情況下，成為不需要工作的原因，因此需要事前測量等調查。專利文獻IJP特開2002-281673號公報專利文獻2JP專利第3367371號
發明內容
在對由大量分散型電源構成的自家發電設備進行相互連接從而構成智能網格的情況下，為了高效且經濟地運轉分散型電源，需要使已有的商用電力系統相互連接起來。該聯動運轉(linkage operation)基本是，使分散型電源負擔基本負載(base load)，超出基本負載的負載通過商用電力系統來對應。即，通過由恒定負載來連續運轉分散型電源，從而確保與基本負載相當的發電量，超出基本負載的負載按照其變動來調整來自商用系統的受電量，從而在其整體上滿足智能網格整體的需要。如果從商用系統側來看，則該運用意味著，高度需求用于補償伴隨負載變動的電壓和頻率的變動的調整功能，今后，如果分散型電源廣泛普及，則擔心商用系統的負擔進一步變大。由此認為，今后需要不使針對負載變動的補償依賴于商用系統，而通過分散型電源本身來進行電壓/頻率的穩定化，并且認為，為了提高分散型電源相對于商用系統的獨立性而進行這樣的分散型電源的獨立運轉是重要的。已經在歐洲公開了對分散電源需求頻率控制功能的系統相互連接基準。根據以上事項，能與商用電力系統協調來穩定高效地進行智能網格內的分散型電源的頻率控制的監視控制方法的開發是絕對必要的，本發明目的在于，提供一種能夠實現上述作用的有效適當的智能網格的監視控制方法以及裝置。在本發明中，在具備多個發電機和負載并與商用電力系統相互連接進行運用的智能網格的監視控制方法中，計算商用電力系統的頻率控制能力，根據其大小來判別相互連接或單獨運轉。此外，在判別為商用電力系統和智能網格的相互連接時，按照商用電力系統的頻率控制能力來調整智能網格內發電機的無調速(governor-free)容量。此外，對商用電力系統和智能網格的頻率控制能力進行比較，調整智能網格內發電機的無調速容量，使智能網格的頻率控制能力與商用電力系統的頻率控制能力一致。此外，在判別為智能網格的單獨運轉時，按照智能網格的目標頻率變動，來決定無調速容量。此外，在根據商用電力系統的頻率控制能力的變化來判別為智能網格的單獨運轉時，對商用電力系統和智能網格的相互連接用的斷路器給予開放指令。此外，在根據商用電力系統的頻率控制能力的變化來判別為智能網格的單獨運轉，并且與有源型單獨運轉判定單元的判別結果相一致后，對商用電力系統和智能網格的相互連接用的斷路器給予開放指令。此外，作為系統負載的短周期變動成分的時間序列的標準偏差、和系統頻率的短周期變動成分的時間序列的標準偏差之比，來計算頻率控制能力。此外，用于根據大小來判別相互連接或單獨運轉的頻率控制能力設定為將商用電力系統和智能網格聯合后得到的系統的頻率控制能力。在本發明中，在具備多個發電機和負載并經由相互連接用斷路器來與商用電力系統相互連接進行運用的智能網格的監視控制裝置中，具備頻率控制能力計算部，其使用總電力需求和母線頻率來計算聯合后得到的系統的頻率控制能力；以及單獨/相互連接運轉檢測部，其根據頻率控制能力計算部的系統的頻率控制能力來計算商用電力系統的頻率控制能力，并根據其大小來判別相互連接或單獨運轉。
此外，還具備協調運轉控制部，該協調運轉控制部在單獨/相互連接運轉檢測部判別為相互連接時，按照商用電力系統的頻率控制能力來調整智能網格內發電機的無調速容量。此外，單獨/相互連接運轉檢測部計算商用電力系統和智能網格的頻率控制能力，協調運轉控制部對智能網格內發電機的無調速容量進行調整，使智能網格的頻率控制能力與商用電力系統的頻率控制能力一致。此外，還具備單獨運轉控制部，該單獨運轉控制部在單獨/相互連接運轉檢測部判別為單獨時，按照智能網格的目標頻率變動，來決定無調速容量。此外，還具備相互連接用斷路器控制部，該相互連接用斷路器控制部在單獨/相互連接運轉檢測部判別為單獨時，對商用電力系統和智能網格之間的上述相互連接用斷路器給予開放指令。此外，相互連接用斷路器控制部，在單獨/相互連接運轉檢測部判別為單獨，并且與有源型單獨運轉判定單元的判別結果相一致后，對商用電力系統和智能網格之間的相互連接用斷路器給予開放指令。此外，頻率控制能力計算部，作為系統負載的短周期變動成分的時間序列的標準偏差、和系統頻率的短周期變動成分的時間序列的標準偏差之比，來計算頻率控制能力。根據本發明，在與商用系統相互連接的情況下，由于能夠期待與系統容量相當的頻率控制能力，所以不要求需要以上的分散型電源的頻率控制能力和電力儲藏功能。此外， 不對商用系統要求高度的輔助(ancillary)功能，因此能夠不對商用系統強加大的負擔就能夠進行與分散型電源的相互連接，此外，利用太陽光和風力這樣的自然能量的分散型電源的發電量的變動也同樣能夠補償，能夠充分提高分散型電源的獨立性和可靠性。
圖1是表示智能網格和其監視控制裝置的整體構成的圖。圖2是示意性表示智能網格內產生電力和負載之間的關系的圖。圖3是由等效的頻率控制的傳遞函數(transfer function)模型來表示圖2的圖。圖4是表示將商用電力系統和智能網格相互連接后得到的系統的圖。圖5是表示智能網格監視控制裝置的1A、1B、1C的圖。圖6是表示頻率控制能力計算處理IA的流程圖。圖7是表示單獨/相互連接運轉檢測處理IB的流程圖。圖8是表示協調運轉控制處理IC的流程圖。圖9是表示智能網格監視控制裝置的1A、1B、1D的圖。圖10是表示智能網格監視控制裝置的1A、1B、1E的圖。
具體實施例方式以下，參照
用于實施本發明的方式。圖1表示構成智能網格的電力系統和其監視控制裝置1的整體構成。首先，說明構成智能網格2B的電力系統。在智能網格2B中設置智能網格母線5， 智能網格母線5能夠經由相互連接用變壓器4、相互連接用斷路器77、相互連接用輸電線3來與商用電力系統2A連接。作為智能網格母線5，考慮環形(loop)構成、網眼(mesh)構成、或放射狀構成等，圖1中示出環形構成的例子。在智能網格母線5上連接多個電源、負載。作為電源，例如設置多個發電機8，經由斷路器7、發電機母線15、發電機用變壓器6與智能網格母線5連接。此外，負載9經由斷路器7、電力線19與發電機母線15連接。—般，智能網格系統2B由這樣的多個電源8、發電機用變壓器6、負載9等構成，但是也有時進一步設置電力儲藏裝置10、交流/直流轉換裝置13、風力發電設備11、和太陽光發電設備12等作為電源。構成智能網格的電力系統是以上概括的這樣的裝置，其監視控制裝置1經由檢測終端高速輸送裝置14始終取入構成電力系統的電源(發電機8、電力儲藏裝置10、交流/ 直流轉換裝置13、風力發電設備11、和太陽光發電設備12等)、負載9中的供應電力、和針對負載的狀態。此外，監視控制裝置1對智能網格系統2B內的多個發電機8，發出其起動/ 停止的指令，并給予輸出變更指令值、控制模式指令值。另外，在通常的大規模電力系統中，特征在于以下點即，作為總發電電力和總負載，能夠將它們大量取入，并反映在電力系統的控制中，但是在智能網格監視控制裝置1 中，規模有時變小，取入各發電機8、各負載9中的供應電力、和針對負載的狀態。智能網格監視控制裝置1由頻率控制能力計算部1A、單獨·相互連接運轉檢測部 1B、協調運轉控制部1C、單獨運轉控制部1D、相互連接用斷路器控制部IE等構成，使用其他圖來詳細說明該詳細情況。圖2是作為一點模型來示意性表示智能網格內的產生電力Pm和負載1\之間的關系的圖。其中，通過由調速裝置18對給予與發電機8機械耦合的原動機16(prime mover) 的來自燃料罐17的燃料量進行控制，從而決定產生電力PTO。負載9經由輸電線19、母線15 與發電機電連接，負載的大小&由負載側的事項決定。調速裝置18按照發電機8的轉速將電力系統的頻率控制為固定，如果發電機8的輸出Pto和負載9的大小&相等，則電力的需求和供應平衡，頻率保持在額定值。但是，如果負載9變動，與發電機輸出不平衡，則頻率變動。如果發電機8的輸出與負載的大小相比過剩，則頻率上升。反之，如果發電機輸出與負載的大小相比不足，則頻率下降。此時調速機18通過發電機的頻率來檢測供需不平衡，控制來自燃料罐17的燃料等，并給予原動機16。在頻率上升的情況下，減少來自燃料罐17的燃料，將原動機16設為減速方向，在頻率下降的情況下，增加來自燃料罐17的燃料，將原動機16設為加速方向。圖2中說明的上述關系，不僅是智能網格，即使是一般的商用電力系統也成立，但是在由于電力供需的不平衡而產生頻率的變動時，恢復為穩定狀態，為了保持該穩定，需要頻率控制能力較高。由此，需要將頻率控制能力數值化來進行把握，并需要始終進行評價。以下，使用數學式來說明將頻率控制能力數值化來把握的情況。頻率控制能力的數值化最終能夠根據(9)式或(10)式的關系來求取。該結論從圖2的電力需求和供應給出的電力系統的運動方程式(1)式來導出。另外，在將頻率變動現象作為對象時，能夠無視與系統發電機的相位角不穩定相關的事項，考慮發電機慣性即可
權利要求
1.一種智能網格的監視控制方法，是具備多個發電機和負載并與商用電力系統相互連接進行運用的智能網格的監視控制方法，計算上述商用電力系統的頻率控制能力， 根據該頻率控制能力的大小來判別相互連接或單獨運轉。
2.根據權利要求1所述的智能網格的監視控制方法，其中，在判別為上述商用電力系統和上述智能網格的相互連接時，按照上述商用電力系統的頻率控制能力來調整上述智能網格內發電機的無調速容量。
3.根據權利要求2所述的智能網格的監視控制方法，其中，對上述商用電力系統和上述智能網格的頻率控制能力進行比較，調整上述智能網格內發電機的無調速容量，使上述智能網格的頻率控制能力與上述商用電力系統的頻率控制能力一致。
4.根據權利要求1所述的智能網格的監視控制方法，其中，在判別為上述智能網格的單獨運轉時，按照上述智能網格的目標頻率變動，來決定無調速容量。
5.根據權利要求1所述的智能網格的監視控制方法，其中，在根據上述商用電力系統的頻率控制能力的變化判別為上述智能網格的單獨運轉時， 對上述商用電力系統和上述智能網格的相互連接用的斷路器給予開放指令。
6.根據權利要求5所述的智能網格的監視控制方法，其中，在根據上述商用電力系統的頻率控制能力的變化判別為上述智能網格的單獨運轉，并且與有源型單獨運轉判定單元的判別結果相一致后，對上述商用電力系統和上述智能網格的相互連接用的斷路器給予開放指令。
7.根據權利要求1所述的智能網格的監視控制方法，其中，作為系統負載的短周期變動成分的時間序列的標準偏差、和系統頻率的短周期變動成分的時間序列的標準偏差之比，來計算上述頻率控制能力。
8.根據權利要求1所述的智能網格的監視控制方法，其中，用于根據大小來判別相互連接或單獨運轉的頻率控制能力設定為將上述商用電力系統和上述智能網格聯合后得到的系統的頻率控制能力。
9.一種智能網格的監視控制裝置，是具備多個發電機和負載并經由相互連接用斷路器來與商用電力系統相互連接進行運用的智能網格的監視控制裝置，該智能網格的監視控制裝置具備頻率控制能力計算部，其使用總電力需求和母線頻率來計算聯合后得到的系統的頻率控制能力；以及單獨/相互連接運轉檢測部，其根據該頻率控制能力計算部的系統的頻率控制能力來計算上述商用電力系統的頻率控制能力，并根據其大小來判別相互連接或單獨運轉。
10.根據權利要求9所述的智能網格的監視控制裝置，其中，該智能網格的監視控制裝置還具備協調運轉控制部，該協調運轉控制部在上述單獨/ 相互連接運轉檢測部判別為相互連接時，按照上述商用電力系統的頻率控制能力來調整上述智能網格內發電機的無調速容量。
11.根據權利要求10所述的智能網格的監視控制裝置，其中，上述單獨/相互連接運轉檢測部計算上述商用電力系統和上述智能網格的頻率控制能力，上述協調運轉控制部調整上述智能網格內發電機的無調速容量，使上述智能網格的頻率控制能力與上述商用電力系統的頻率控制能力一致。
12.根據權利要求9所述的智能網格的監視控制裝置，其中，該智能網格的監視控制裝置還具備單獨運轉控制部，該單獨運轉控制部在上述單獨/ 相互連接運轉檢測部判別為單獨時，按照上述智能網格的目標頻率變動，來決定無調速容量。
13.根據權利要求9所述的智能網格的監視控制裝置，其中，該智能網格的監視控制裝置還具備相互連接用斷路器控制部，該相互連接用斷路器控制部在上述單獨/相互連接運轉檢測部判別為單獨時，對上述商用電力系統和上述智能網格之間的上述相互連接用斷路器給予開放指令。
14.根據權利要求13所述的智能網格的監視控制裝置，其中，上述相互連接用斷路器控制部，在上述單獨/相互連接運轉檢測部判別為單獨，并且與有源型單獨運轉判定單元的判別結果相一致后，對上述商用電力系統和上述智能網格之間的上述相互連接用斷路器給予開放指令。
15.根據權利要求9所述的智能網格的監視控制裝置，其中，上述頻率控制能力計算部，作為系統負載的短周期變動成分的時間序列的標準偏差、 和系統頻率的短周期變動成分的時間序列的標準偏差之比，來計算上述頻率控制能力。
全文摘要
本發明提供一種智能網格的監視控制方法以及裝置。該智能網格的監視控制裝置是具備多個發電機和負載并經由相互連接用斷路器與商用電力系統相互連接進行運用的智能網格的監視控制方法，該智能網格的監視控制裝置具備頻率控制能力計算部，其使用總電力需求和母線頻率來計算聯合后得到的系統的頻率控制能力；以及單獨/相互連接運轉檢測部，其根據頻率控制能力計算部的系統的頻率控制能力來計算商用電力系統的頻率控制能力，并根據其大小來判別相互連接或單獨運轉。
文檔編號H02J3/38GK102347637SQ20111021483
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者世古口雅宏, 山田哲夫, 福井千尋 申請人:株式會社日立制作所