电压上升抑制装置及分布式电源互联系统的制作方法
【专利摘要】本发明减少由分布式电源保有设备连接于配电系统的位置所造成的不均衡，且不会对配电系统造成扰乱而正确地算出控制参数，并从分布式电源输出适当的相位超前无功功率。电压上升抑制装置(50)包括：基波电压判断部(54)，判断互联点(18)上的基波电压；运行功率因数判断部(56)，判断分布式电源(30)的运行功率因数；无功功率运算部(58)，算出相应于基波电压与电压上限值的差的第一相位超前无功功率；以及有功功率控制部(60)，使从分布式电源(30)输出的有功功率减少。电压上升抑制装置(50)还包括：电流注入部(72)，注入非整数倍次数(m)的注入电流(Im)；比率运算部(62)，使用注入次数(m)的电压及电流而运算出配电系统的基波成分的电阻、电抗及前者相对于后者的比率(α1)；无功功率运算部(64)，将来自分布式电源(30)的有功功率、比率(α1)及修正系数(β)彼此相乘而算出第二相位超前无功功率；合计无功功率运算部(66)，将第一相位超前无功功率与第二相位超前无功功率彼此相加而算出合计相位超前无功功率；极限无功功率运算部(68)，使用来自分布式电源(30)的有功功率及功率因数下限值而在该有功功率时运算出用于实现功率因数下限值的极限相位超前无功功率；以及无功功率控制部(70)，抑制合计相位超前无功功率并作为相位超前无功功率指令值而供给到分布式电源(30)。
【专利说明】电压上升抑制装置及分布式电源互联系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对连接于配电系统的分布式电源保有设备的分布式电源进行控制，从而抑制该配电系统的电压上升的电压上升抑制装置。此外，本发明涉及一种分别具有该电压上升抑制装置的多个分布式电源保有设备连接于配电系统而成的分布式电源互联系统。
【背景技术】
[0002]例如，以前所进行的是将分布式电源保有设备以多个(例如数个)连接于配电系统，从而构成分布式电源互联系统，所述分布式电源保有设备包括太阳光发电系统(简称PV)等的分布式电源，即具有逆向功率流(reverse power flow)(也就是具有从分布式电源朝向系统侧的有功功率的流动)的分布式电源。
[0003]图1表示所述一例。该分布式电源互联系统成为如下构成:在上位系统I上连接着具有高压配电线10、变压器14及低压配电线16的配电系统2，且进而在该低压配电线16上连接着具有分布式电源(例如参照图3、图4的分布式电源202)的多个分布式电源保有设备200。将各分布式电源保有设备200连接于配电系统2 (该例中连接于低压配电线16)的部位称作互联点18。
[0004]所述分布式电源互联系统的主要课题之一中有下述课题:因逆向功率流而互联点18的电压上升,从而该电压有可能超过由电力事业法(Electricity Business Act)等规定的规定上限值(例如107V)的担忧。
[0005]对此，为了抑制所述电压上升，而在非专利文献I中提出了:将例如具有图2所示的功能的电压上升抑制装置设置于分布式电源保有设备200 (例如参照99页)。
[0006]该电压上升抑制装置对互联点18的电压(具体来说对基波电压)进行测定(步骤301)，并判定该电压是否高于规定的上限值(例如107V)(步骤302)。如果高于该上限值，则进一步判定运行功率因数是否为规定的下限值(例如0.85)以上(步骤303)，在运行功率因数为下限值以上的情况下，对自身设备(self equipment)的分布式电源进行控制，并根据所述电压与所述上限值的差、而使从所述自身设备的分布式电源输出的相位超前无功功率Q增加(步骤304)。如果运行功率因数小于下限值，则对自身设备的分布式电源进行控制，并根据所述电压与所述上限值的差、而使从所述自身设备的分布式电源输出的有功功率P减少(步骤305)。由此，可将互联点18的电压抑制为上限值以下。
[0007]如果对所述原理的要点进行说明，则为如下所示。另外，本申请中，将从分布式电源保有设备200(或后述的20，以下相同)向配电系统2流动的有功功率设为P，将相位超前无功功率设为Q。
[0008]如果将配电系统2的阻抗(impedance)设为r+jx(r为电阻，x为电抗(reactance),参照图3等)，则由所述有功功率P及相位超前无功功率Q流动而引起的电压上升值AV是由下式表示。另外，因上位系统I的阻抗与配电系统2的阻抗相比非常小，所以为了简化说明，本申请中忽略该上位系统I的阻抗。[0009][数式I]
[0010]Λ V = P.r-Q.x
[0011]如果由电流来表现该数式，则将从分布式电源保有设备200流向配电系统2的有功电流设为Ip，将相位超前无功功率设为I,，则电压上升值AV由下式表示。
[0012][数式2]
[0013]AV= Ip.r-1q.x
[0014]根据所述数式I可知，通过进行相位超前无功功率Q的增加(步骤304)或有功功率P的减少(步骤305)，而可减小电压上升值M,因而可抑制互联点18的电压上升。
[0015]另外，图2的步骤306?步骤309的处理是在电压为上限值以下的情况下进行，因而此处省略其详细说明。
[0016]作为抑制互联点18的电压上升的其他技术，在专利文献I及非专利文献2中记载有:通过测定由输出电流的变化而引起的互联点18的基波(例如60Hz，以下相同)电压的变化量，来求出配电系统2的由数式3表示的控制参数α (也就是，配电系统2的电阻r相对于电抗X的比率)，并使用该控制参数α，以使从分布式电源保有设备200输出的相位超前无功功率Q成为数式4的方式加以控制(以后再详细进行说明)。简单来说，该数式4等同于设所述数式I的AV = O。
[0017][数式3]
[0018]a = r/x
[0019][数式4]
[0020]Q = (r/x) P = α.P
[0021]专利文献2及非专利文献3，将于以后进行参照。
[0022]现有技术文献
[0023]专利文献
[0024]专利文献1:日本专利特开2006-158179号公报(段落0008-段落0009、段落0016)
[0025]专利文献2:日本专利特开2001-128366号公报
[0026]非专利文献
[0027]非专利文献1:《系统互联规则》，JEAC9701-2006，社団法人日本电力协会系统互联专门会议，2006年8月30日第4版第2次印刷发行，99页等
[0028]非专利文献2:内山伦行等其他三人，《通过大规模太阳光发电系统的无功功率控制而进行的电压变动控制》，电学论B，130卷3号，2010年，297页-304页
[0029]非专利文献3:山本文雄等其他三人，《分布式电源的单独运行检测装置的开发-次数间高次谐波(higher harmonic wave)注入方式_》，电力设备学会志,社団法人电力设备学会，2004年12月10日，第24卷，第12号，943 (57)页-952 (66)页
【发明内容】
[0030]发明所要解决的课题
[0031]在多个分布式电源保有设备200分别包括有着所述非专利文献I中所记载的功能的电压上升抑制装置的情况下，而有下述课题:根据该分布式电源保有设备200连接于配电系统的位置(也就是上游侧或下游侧)，而关于从自身设备的分布式电源输出的功率，在为了抑制电压上升所需的相位超前无功功率Q的增加量或有功功率P的减少量中产生差而变得不均衡。本申请中，“上游侧”是指靠近上位系统I (换句话说，系统电源、上位的变压器)的一侧，“下游侧”是指其相反侧。
[0032]这是因为，简单来说，就自身设备的互联点18的电压而言，因为是对变压器14的2次电压、加上将比自身设备靠上游侧的电压上升值AV加以总计所得的电压，所以越靠近下游侧端部，互联点18的电压越高。
[0033]因此，正是因为下游侧的分布式电源保有设备200，与上游侧的分布式电源保有设备200相比，其互联点18的电压容易超出上限值，所以为了抑制互联点18的电压上升，而必须从自身设备内的分布式电源输出大量的相位超前无功功率Q，或大幅地使有功功率P减少。顺便说一下，相位超前无功功率Q使分布式电源的损耗增加，因而从电源电容的观点考虑使相位超前无功功率Q增加有限。
[0034]这样，根据分布式电源保有设备200连接于配电系统2的位置，所产生的如所述那样的差不均衡。例如，在分布式电源保有设备200进行电力销售(将有功功率P销售给电力公司)的情况下，因电力销售而产生收入差。有时也会在比自身设备靠上游侧处电压已大致上升至上限值为止，该情况下，无论自身设备怎么努力，也无法将互联点18的电压抑制为上限值以下。因此，也可能引起几乎无法进行电力销售的情况。
[0035]例如，在分布式电源为太阳光发电系统的情况下，同一地域有大致相同的日射量，虽可进行大致相同量的发电，但越下游侧的分布式电源，可活用的功率越少，从而可能引起利用率的降低。
[0036]专利文献I及非专利文献2中所记载的`技术中，各分布式电源保有设备200分别与自身设备输出的有功功率P成比例地输出相位超前无功功率Q，因而大体上来说，虽可解决如非专利文献I中所记载的技术那样的不均衡的产生的课题，但关于求出控制参数a则仍存在下述各个课题。
[0037]专利文献I中所记载的技术中，人为地使从自身设备输出的有功功率(具体来说基波有功电流)及无功功率(具体来说基波无功电流)改变，而求出所述控制参数a。参照图3说明该原理的概要。
[0038]在由基波有功电流Ip的变化A Ip所引起的互联点18的基波电压的变化量8 Vp,由基波无功电流Iq的变化△ Iq所引起的互联点18的基波电压的变化量8 Vq中，存在下式的关系。r、X分别为所述配电系统2的电阻、电抗。
[0039][数式5]
[0040]8 Vp = A Ip ? r
[0041]8 Vp = A Iq ? X
[0042]使用该两者进行下式的运算，而求出控制参数a m。
[0043][数式6]
[0044]a m = ( 6 Vp/ A Ip) / ( 6 Vq/ A Iq) = r/x
[0045]如所述那样算出的控制参数a m = r/x与数式3所示的真正的控制参数a = r/X相同，因而，可利用所述方法正确地算出控制参数a。
[0046]然而，该专利文献I中所记载的技术中存在下述课题:会对配电系统的基波电力造成人为的扰乱。
[0047]非专利文献2中所记载的技术虽根据与所述大致相同的原理而求出所述控制参数α，但因为是利用从自身设备输出的有功功率(具体来说基波有功电流)及无功功率(具体来说基波无功电流)的自然的变动而求出控制参数α，所以不会对配电系统造成人为的扰乱。然而，存在无法正确地算出控制参数α的情况。以下对该情况进行说明。
[0048]如图4所示的例子那样，如果着眼于采用非专利文献2中所记载的技术的分布式电源保有设备200a (将其称作自身设备200a)，则采用如下的情况:在该分布式电源保有设备200a附近连接通常的(也就是，像所述非专利文献I的29页中也记载的那样，进行功率因数100%运行)分布式电源保有设备200b。此处为了简单说明，两设备200a、200b的电容设为同一电容。在两设备200a、200b的分布式电源202为太阳光发电系统的情况下，两方的太阳光发电系统同样地受到日射，有功电流Ipl与Ip2彼此以同样地方式变化。也就是两者的变化量Δ Ipl = Δ Ιρ2。将自身设备200a的无功电流的变化设为Δ Iqlo
[0049]并不限于太阳光发电系统，接近的风力发电设备彼此之间，即便利用其他可再生的能源进行发电，一般来说也可能引起所述事态的发生。而且，如果要实现今后预想的太阳光等可再生能源电源对电力系统的大量互联，则发生该事态的可能性更高。
[0050]该情况下，由基波有功电流的变化而引起的自身设备200a的互联点电压的变化量SVplS下式。这正是因为如所述那样为ΔΙρ2= Δ Iplo
[0051][数式7]
【权利要求】
1.一种电压上升抑制装置，对连接于配电系统的分布式电源保有设备的分布式电源进行控制，而抑制所述配电系统的电压上升，所述电压上升抑制装置的特征在于包括: 基波电压判断单元，判断所述配电系统与所述分布式电源保有设备的互联点上的基波电压是否高于规定的电压上限值； 运行功率因数判断单元，在所述基波电压判断单元的判断结果为肯定的情况下，判断所述分布式电源的运行功率因数是否为规定的功率因数下限值以上； 第一无功功率运算单元，在所述运行功率因数判断单元的判断结果为肯定的情况下，运算出相应于所述基波电压与所述电压上限值的差的第一相位超前无功功率并予以输出； 有功功率控制单元，在所述运行功率因数判断单元的判 断结果为否定的情况下，使对所述分布式电源进行控制而从该分布式电源输出的有功功率，相应于所述基波电压与所述电压上限值的差来减少； 电流注入单元，将所述配电系统的基波的非整数倍次数的注入电流注入到所述配电系统中； 比率运算单元，使用所述互联点上的所述注入次数的电压及电流，运算出从所述互联点看到的所述配电系统的基波成分的电阻(A)、电抗(X1)及前者相对于后者的比率(α1=r1A1)； 第二无功功率运算单元，将从所述分布式电源输出的有功功率、所述比率及修正系数β彼此相乘，从而运算出第二相位超前无功功率并予以输出，其中O < β < I ; 合计无功功率运算单元，将所述第一相位超前无功功率及第二相位超前无功功率彼此相加，从而运算出合计相位超前无功功率并予以输出； 极限无功功率运算单元，使用从所述分布式电源输出的有功功率及所述功率因数下限值，在所述有功功率时运算出实现所述功率因数下限值的极限相位超前无功功率；以及无功功率控制单元，将所述合计相位超前无功功率的上限抑制为所述极限相位超前无功功率的值，并作为相位超前无功功率指令值而供给到所述分布式电源，并将从所述分布式电源输出的相位超前无功功率控制为所述相位超前无功功率指令值。
2.根据权利要求1所述的电压上升抑制装置，其特征在于: 所述修正系数β被设定在0.5?0.8的范围内。
3.一种分布式电源互联系统，分别具有根据权利要求1或2所述的电压上升抑制装置的多个分布式电源保有设备连接于同一变压器的二次侧的配电线，所述分布式电源互联系统的特征在于: 所述各电压上升抑制装置是:注入所述次数为所述非整数倍次数且彼此不同的注入电流，且测定所述注入次数的电压及电流。
4.一种分布式电源互联系统，分别具有根据权利要求1或2所述的电压上升抑制装置的多个分布式电源保有设备连接于同一变压器的二次侧的配电线，所述分布式电源互联系统的特征在于: 所述各电压上升抑制装置是:注入所述次数为所述非整数倍次数且彼此相同的注入电流，且测定所述注入次数的电压及电流， 所述各电压上升抑制装置还包括:防止重复单元，所述防止重复单元防止所述注入电流的注入、以及所述注入次数的电压及电流的测定的时间点在各电压上升抑制装置·间彼此重复。
【文档编号】G05F1/70GK103444040SQ201280013572
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年3月14日 优先权日:2011年3月23日
【发明者】大类正洋, 河崎吉则, 西村荘治, 羽田仪宏 申请人:日新电机株式会社