专利名称：智能网格的监视控制方法以及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在由柴油发电机、燃气涡轮发电机、和利用自然能源的分散型电源等构成的智能网格(smart grid)中，在负载变动和事故时通过综合并自治地控制分散电源， 从而实现稳定运转的智能网格的监视控制方法以及装置。
背景技术：
所谓智能网格是指，通过有效利用最新的数字信息通信技术，来对各种集中型电源(水力/火力/原子力发电等)、输送电网及分散型电源(太阳光/风力发电/柴油发电机等)和用户(办公室、工场、一般家庭)的信息进行综合，实现高效地进行相互连接管理 /运用的电力供应网。在智能网格的网络中，能够与监视/管理电力的流动同时地，在发电设备和用户之间双向流动电力和信息。由此，认为，今后需要不使针对负载变动的补偿依赖于商用系统，而通过智能网格本身来进行电压/频率的稳定化的独立运转，并且认为，为了提高分散型电源相对于商用系统的独立性而进行这样的分散型电源的独立运转是重要的。与这些需求地相邻来分散配置的智能网格作为具有补充已有的大规模电源的作用的装置而被关注，为了充分发挥其作用，必需使其与已有的商用电力系统相互连接。但是，与商用电力系统连接的智能网格在由于输电线、配电线事故等而包括其他的一般用户负载进行单独运转的情况下，从电力供应可靠度和维护方面的观点出发，需要尽快从配电系统中分出(parallel off)其他一般用户负载。这里，所谓单独运转指的是， 即使来自大规模电源的电力供应停止也仅由智能网格持续供应电力的状态。由此，作为检测智能网格的单独运转的装置，开发了各种单独运转检测装置，并进行了实用化。将这些单独运转检测装置大致区分，分类为无源方式和有源方式。无源方式的单独运转检测装置始终监视分散电源的相互连接点的电压、频率的变动、高频失真的变动、相位变动等能够进行测定的状态量，并利用在成为单独运转状态时这些值比通常的系统相互连接时有更大的变动这一情况来检测单独运转。例如，在专利文献 1记载的技术中，根据单独运转发生时发电机的输出频率会发生变动这一情况，在此时频率变化率成为阈值以上时，检测单独运转。此外，有源方式的单独运转检测装置，从智能网格侧始终对系统带来干扰，在单独系统发生时观测电压和频率等系统现象，早期检测单独运转。在专利文献2记载的技术中， 通过在不存在于商用电力系统的次数间注入高次谐波，检测异常时的系统阻抗，来检测单独运转状态。但是，该方式在系统中始终连接电容器，由于在闪烁负载等这样的系统噪声较大的情况下，成为不需要工作的原因，因此需要事前测量等调查。专利文献IJP特开2002-281673号公报专利文献2JP专利第3367371号
发明内容
在对由大量分散型电源构成的自家发电设备进行相互连接从而构成智能网格的情况下，为了高效且经济地运转分散型电源，需要使已有的商用电力系统相互连接起来。该联动运转(linkage operation)基本是，使分散型电源负担基本负载(base load)，超出基本负载的负载通过商用电力系统来对应。即，通过由恒定负载来连续运转分散型电源，从而确保与基本负载相当的发电量，超出基本负载的负载按照其变动来调整来自商用系统的受电量，从而在其整体上满足智能网格整体的需要。如果从商用系统侧来看，则该运用意味着，高度需求用于补偿伴随负载变动的电压和频率的变动的调整功能，今后，如果分散型电源广泛普及，则担心商用系统的负担进一步变大。由此认为，今后需要不使针对负载变动的补偿依赖于商用系统，而通过分散型电源本身来进行电压/频率的稳定化，并且认为，为了提高分散型电源相对于商用系统的独立性而进行这样的分散型电源的独立运转是重要的。已经在欧洲公开了对分散电源需求频率控制功能的系统相互连接基准。根据以上事项，能与商用电力系统协调来稳定高效地进行智能网格内的分散型电源的频率控制的监视控制方法的开发是绝对必要的，本发明目的在于，提供一种能够实现上述作用的有效适当的智能网格的监视控制方法以及装置。在本发明中，在具备多个发电机和负载并与商用电力系统相互连接进行运用的智能网格的监视控制方法中，计算商用电力系统的频率控制能力，根据其大小来判别相互连接或单独运转。此外，在判别为商用电力系统和智能网格的相互连接时，按照商用电力系统的频率控制能力来调整智能网格内发电机的无调速(governor-free)容量。此外，对商用电力系统和智能网格的频率控制能力进行比较，调整智能网格内发电机的无调速容量，使智能网格的频率控制能力与商用电力系统的频率控制能力一致。此外，在判别为智能网格的单独运转时，按照智能网格的目标频率变动，来决定无调速容量。此外，在根据商用电力系统的频率控制能力的变化来判别为智能网格的单独运转时，对商用电力系统和智能网格的相互连接用的断路器给予开放指令。此外，在根据商用电力系统的频率控制能力的变化来判别为智能网格的单独运转，并且与有源型单独运转判定单元的判别结果相一致后，对商用电力系统和智能网格的相互连接用的断路器给予开放指令。此外，作为系统负载的短周期变动成分的时间序列的标准偏差、和系统频率的短周期变动成分的时间序列的标准偏差之比，来计算频率控制能力。此外，用于根据大小来判别相互连接或单独运转的频率控制能力设定为将商用电力系统和智能网格联合后得到的系统的频率控制能力。在本发明中，在具备多个发电机和负载并经由相互连接用断路器来与商用电力系统相互连接进行运用的智能网格的监视控制装置中，具备频率控制能力计算部，其使用总电力需求和母线频率来计算联合后得到的系统的频率控制能力；以及单独/相互连接运转检测部，其根据频率控制能力计算部的系统的频率控制能力来计算商用电力系统的频率控制能力，并根据其大小来判别相互连接或单独运转。
此外，还具备协调运转控制部，该协调运转控制部在单独/相互连接运转检测部判别为相互连接时，按照商用电力系统的频率控制能力来调整智能网格内发电机的无调速容量。此外，单独/相互连接运转检测部计算商用电力系统和智能网格的频率控制能力，协调运转控制部对智能网格内发电机的无调速容量进行调整，使智能网格的频率控制能力与商用电力系统的频率控制能力一致。此外，还具备单独运转控制部，该单独运转控制部在单独/相互连接运转检测部判别为单独时，按照智能网格的目标频率变动，来决定无调速容量。此外，还具备相互连接用断路器控制部，该相互连接用断路器控制部在单独/相互连接运转检测部判别为单独时，对商用电力系统和智能网格之间的上述相互连接用断路器给予开放指令。此外，相互连接用断路器控制部，在单独/相互连接运转检测部判别为单独，并且与有源型单独运转判定单元的判别结果相一致后，对商用电力系统和智能网格之间的相互连接用断路器给予开放指令。此外，频率控制能力计算部，作为系统负载的短周期变动成分的时间序列的标准偏差、和系统频率的短周期变动成分的时间序列的标准偏差之比，来计算频率控制能力。根据本发明，在与商用系统相互连接的情况下，由于能够期待与系统容量相当的频率控制能力，所以不要求需要以上的分散型电源的频率控制能力和电力储藏功能。此外， 不对商用系统要求高度的辅助(ancillary)功能，因此能够不对商用系统强加大的负担就能够进行与分散型电源的相互连接，此外，利用太阳光和风力这样的自然能量的分散型电源的发电量的变动也同样能够补偿，能够充分提高分散型电源的独立性和可靠性。
图1是表示智能网格和其监视控制装置的整体构成的图。图2是示意性表示智能网格内产生电力和负载之间的关系的图。图3是由等效的频率控制的传递函数(transfer function)模型来表示图2的图。图4是表示将商用电力系统和智能网格相互连接后得到的系统的图。图5是表示智能网格监视控制装置的1A、1B、1C的图。图6是表示频率控制能力计算处理IA的流程图。图7是表示单独/相互连接运转检测处理IB的流程图。图8是表示协调运转控制处理IC的流程图。图9是表示智能网格监视控制装置的1A、1B、1D的图。图10是表示智能网格监视控制装置的1A、1B、1E的图。
具体实施例方式以下，参照
用于实施本发明的方式。图1表示构成智能网格的电力系统和其监视控制装置1的整体构成。首先，说明构成智能网格2B的电力系统。在智能网格2B中设置智能网格母线5， 智能网格母线5能够经由相互连接用变压器4、相互连接用断路器77、相互连接用输电线3来与商用电力系统2A连接。作为智能网格母线5，考虑环形(loop)构成、网眼(mesh)构成、或放射状构成等，图1中示出环形构成的例子。在智能网格母线5上连接多个电源、负载。作为电源，例如设置多个发电机8，经由断路器7、发电机母线15、发电机用变压器6与智能网格母线5连接。此外，负载9经由断路器7、电力线19与发电机母线15连接。—般，智能网格系统2B由这样的多个电源8、发电机用变压器6、负载9等构成，但是也有时进一步设置电力储藏装置10、交流/直流转换装置13、风力发电设备11、和太阳光发电设备12等作为电源。构成智能网格的电力系统是以上概括的这样的装置，其监视控制装置1经由检测终端高速输送装置14始终取入构成电力系统的电源(发电机8、电力储藏装置10、交流/ 直流转换装置13、风力发电设备11、和太阳光发电设备12等)、负载9中的供应电力、和针对负载的状态。此外，监视控制装置1对智能网格系统2B内的多个发电机8，发出其起动/ 停止的指令，并给予输出变更指令值、控制模式指令值。另外，在通常的大规模电力系统中，特征在于以下点即，作为总发电电力和总负载，能够将它们大量取入，并反映在电力系统的控制中，但是在智能网格监视控制装置1 中，规模有时变小，取入各发电机8、各负载9中的供应电力、和针对负载的状态。智能网格监视控制装置1由频率控制能力计算部1A、单独·相互连接运转检测部 1B、协调运转控制部1C、单独运转控制部1D、相互连接用断路器控制部IE等构成，使用其他图来详细说明该详细情况。图2是作为一点模型来示意性表示智能网格内的产生电力Pm和负载1\之间的关系的图。其中，通过由调速装置18对给予与发电机8机械耦合的原动机16(prime mover) 的来自燃料罐17的燃料量进行控制，从而决定产生电力PTO。负载9经由输电线19、母线15 与发电机电连接，负载的大小&由负载侧的事项决定。调速装置18按照发电机8的转速将电力系统的频率控制为固定，如果发电机8的输出Pto和负载9的大小&相等，则电力的需求和供应平衡，频率保持在额定值。但是，如果负载9变动，与发电机输出不平衡，则频率变动。如果发电机8的输出与负载的大小相比过剩，则频率上升。反之，如果发电机输出与负载的大小相比不足，则频率下降。此时调速机18通过发电机的频率来检测供需不平衡，控制来自燃料罐17的燃料等，并给予原动机16。在频率上升的情况下，减少来自燃料罐17的燃料，将原动机16设为减速方向，在频率下降的情况下，增加来自燃料罐17的燃料，将原动机16设为加速方向。图2中说明的上述关系，不仅是智能网格，即使是一般的商用电力系统也成立，但是在由于电力供需的不平衡而产生频率的变动时，恢复为稳定状态，为了保持该稳定，需要频率控制能力较高。由此，需要将频率控制能力数值化来进行把握，并需要始终进行评价。以下，使用数学式来说明将频率控制能力数值化来把握的情况。频率控制能力的数值化最终能够根据(9)式或(10)式的关系来求取。该结论从图2的电力需求和供应给出的电力系统的运动方程式(1)式来导出。另外，在将频率变动现象作为对象时，能够无视与系统发电机的相位角不稳定相关的事项，考虑发电机惯性即可
权利要求
1.一种智能网格的监视控制方法，是具备多个发电机和负载并与商用电力系统相互连接进行运用的智能网格的监视控制方法，计算上述商用电力系统的频率控制能力， 根据该频率控制能力的大小来判别相互连接或单独运转。
2.根据权利要求1所述的智能网格的监视控制方法，其中，在判别为上述商用电力系统和上述智能网格的相互连接时，按照上述商用电力系统的频率控制能力来调整上述智能网格内发电机的无调速容量。
3.根据权利要求2所述的智能网格的监视控制方法，其中，对上述商用电力系统和上述智能网格的频率控制能力进行比较，调整上述智能网格内发电机的无调速容量，使上述智能网格的频率控制能力与上述商用电力系统的频率控制能力一致。
4.根据权利要求1所述的智能网格的监视控制方法，其中，在判别为上述智能网格的单独运转时，按照上述智能网格的目标频率变动，来决定无调速容量。
5.根据权利要求1所述的智能网格的监视控制方法，其中，在根据上述商用电力系统的频率控制能力的变化判别为上述智能网格的单独运转时， 对上述商用电力系统和上述智能网格的相互连接用的断路器给予开放指令。
6.根据权利要求5所述的智能网格的监视控制方法，其中，在根据上述商用电力系统的频率控制能力的变化判别为上述智能网格的单独运转，并且与有源型单独运转判定单元的判别结果相一致后，对上述商用电力系统和上述智能网格的相互连接用的断路器给予开放指令。
7.根据权利要求1所述的智能网格的监视控制方法，其中，作为系统负载的短周期变动成分的时间序列的标准偏差、和系统频率的短周期变动成分的时间序列的标准偏差之比，来计算上述频率控制能力。
8.根据权利要求1所述的智能网格的监视控制方法，其中，用于根据大小来判别相互连接或单独运转的频率控制能力设定为将上述商用电力系统和上述智能网格联合后得到的系统的频率控制能力。
9.一种智能网格的监视控制装置，是具备多个发电机和负载并经由相互连接用断路器来与商用电力系统相互连接进行运用的智能网格的监视控制装置，该智能网格的监视控制装置具备频率控制能力计算部，其使用总电力需求和母线频率来计算联合后得到的系统的频率控制能力；以及单独/相互连接运转检测部，其根据该频率控制能力计算部的系统的频率控制能力来计算上述商用电力系统的频率控制能力，并根据其大小来判别相互连接或单独运转。
10.根据权利要求9所述的智能网格的监视控制装置，其中，该智能网格的监视控制装置还具备协调运转控制部，该协调运转控制部在上述单独/ 相互连接运转检测部判别为相互连接时，按照上述商用电力系统的频率控制能力来调整上述智能网格内发电机的无调速容量。
11.根据权利要求10所述的智能网格的监视控制装置，其中，上述单独/相互连接运转检测部计算上述商用电力系统和上述智能网格的频率控制能力，上述协调运转控制部调整上述智能网格内发电机的无调速容量，使上述智能网格的频率控制能力与上述商用电力系统的频率控制能力一致。
12.根据权利要求9所述的智能网格的监视控制装置，其中，该智能网格的监视控制装置还具备单独运转控制部，该单独运转控制部在上述单独/ 相互连接运转检测部判别为单独时，按照上述智能网格的目标频率变动，来决定无调速容量。
13.根据权利要求9所述的智能网格的监视控制装置，其中，该智能网格的监视控制装置还具备相互连接用断路器控制部，该相互连接用断路器控制部在上述单独/相互连接运转检测部判别为单独时，对上述商用电力系统和上述智能网格之间的上述相互连接用断路器给予开放指令。
14.根据权利要求13所述的智能网格的监视控制装置，其中，上述相互连接用断路器控制部，在上述单独/相互连接运转检测部判别为单独，并且与有源型单独运转判定单元的判别结果相一致后，对上述商用电力系统和上述智能网格之间的上述相互连接用断路器给予开放指令。
15.根据权利要求9所述的智能网格的监视控制装置，其中，上述频率控制能力计算部，作为系统负载的短周期变动成分的时间序列的标准偏差、 和系统频率的短周期变动成分的时间序列的标准偏差之比，来计算上述频率控制能力。
全文摘要
本发明提供一种智能网格的监视控制方法以及装置。该智能网格的监视控制装置是具备多个发电机和负载并经由相互连接用断路器与商用电力系统相互连接进行运用的智能网格的监视控制方法，该智能网格的监视控制装置具备频率控制能力计算部，其使用总电力需求和母线频率来计算联合后得到的系统的频率控制能力；以及单独/相互连接运转检测部，其根据频率控制能力计算部的系统的频率控制能力来计算商用电力系统的频率控制能力，并根据其大小来判别相互连接或单独运转。
文档编号H02J3/38GK102347637SQ20111021483
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者世古口雅宏, 山田哲夫, 福井千寻 申请人:株式会社日立制作所