专利名称：电源设备、电源系统、电源设备系统及电力系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源设备、电源系统、电源设备系统及电力系统，尤其是具有伴随有输出变动的发电设备的电源设备、电源系统、电源设备系统及电力系统。
(2)背景技术在利用太阳光、风力等自然能量进行发电时，自然能量会因气象状况等而输出发生变动。因此，由于变动的电力带来了系统连接点的电力变动超过系统连接条件的问题。另外，在自然能量电源的规模变大，变动电力变大时，也会引起整个系统的频率变动的问题。因此，希望变动的电力平滑化。
在利用这种自然能量的现有发电设备中，设置有带有可高反复充放电的储能轮的可变速发动机，进行输送到系统或负载的电力的平滑化(例如参照专利文献1)。
日本专利特开2002-285949号公报(尤其是权利要求3)为防止全球变暖、减少二氧化碳CO2，而希望导入利用风力、太阳光等自然能量的发电设备。但是，这些发电设备存在因气象状况而输出会产生变化的问题。因此，增加这种发电设备的话，其电力变动会致使整个电力系统的电力质量下降，故伴随这些输出变动的发电设备的设置受到限制。因此，在专利文献1记载的现有风力发电设备中，通过采用上述构成，作为风力发电设备单体实现了输出的平滑化。但是，采用这些构成，虽然作为风力发电设备单体能实现高效率运转及短时间电力变动的平滑化，但是存在不能供给及维持与其他多个发电设备、负载机器组合的自家用发电电源系统、孤岛等的独立电源系统所要求的对应负载的电力、或者不能实现整个电力系统的电力均衡化的问题。
另外，在采用带有储能轮的可变速发电机时，驱动电力常常成为损失，存在经济性差的问题。
另外，在采用具有多个发电设备的系统时，有时在电源间补足变动以缓和整体的变动(一般来说在风力发电设备台数为n台时，电力变动为 但也有在各个发电设备上设置平滑装置会导致设备过量的问题。
除专利文献1记载的方式外，也可使用利用蓄电池、电容器等电力储存机器的方式，但这些方式都存在设备价格高、且寿命短、性能维护的保养费用高、很难确保设置空间等问题。
(3)发明内容为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可维持电源系统内的供需状态平衡、且针对自然能量的变动和急剧的负载变动也能抑制电源系统内的变动幅度、维持平衡状态的廉价的电源设备、电源系统、电源设备系统及电力系统。
本发明的电源设备，向电力系统供给电力，包括伴随有输出变动的第1发电设备；相对所述第1发电设备并列设置、作为电力供给的基础电源动作的第2发电设备，其特征在于，由具有可变频率的励磁电源的双重供电同步机构成所述第2发电设备的一部分或全部，从而根据所述第1发电设备的输出变动进行电力的吸收及补充，进行向所述电力系统供给的电力的均衡化。
因为本发明的电源设备是向电力系统供给电力的电源设备，包括伴随有输出变动的第1发电设备；相对所述第1发电设备并列设置、作为电力供给的基础电源动作的第2发电设备，其特征在于，由具有可变频率的励磁电源的双重供电同步机构成所述第2发电设备的一部分或全部，从而根据所述第1发电设备的输出变动进行电力的吸收及补充，进行向所述电力系统供给的电力的均衡化，故能得到可维持电源系统内的供需状态平衡、且针对自然能量的变动和急剧的负载变动也能抑制电源系统内的变动幅度、维持平衡状态的廉价的电源设备。
(4)
图1是表示本发明实施形态1的电源设备的构成的结构图。
图2是表示本发明实施形态1的电源设备的动作的说明图。
图3是表示本发明实施形态2的独立电源系统的构成的结构图。
图4是表示本发明实施形态3的电源系统的构成的结构图。
图5是表示本发明实施形态4的电力系统的构成的结构图。
图6是表示本发明实施形态5的电力系统的构成的结构图。
(符号说明)1、2、10发电设备 3原动机4发电机 5可变频率变换器6母线 7连接用断路器8电源设备 9电力系统11负载机器12独立电源系统13电源系统14、18通信设备15发电设备16发电设备群17中央供电指令处(5)具体实施方式
实施形态1下面参照图1说明本发明实施形态1的电源设备8的结构。如图1所示，设置有2个发电设备1及2。发电设备1是利用例如风力、太阳光等自然能量的发电设备，故如上所述，具有减少二氧化碳的优点，但具有因气象状况而伴随有输出变动的性质。发电设备2作为电力供给的基础电源动作，由双重供电同步机发电设备(交流励磁型发电设备)构成。如图1所示，发电设备2具有由柴油机、燃气发动机、水轮机等构成并供给基础电力的原动机3；由原动机3驱动的发电机4；用于励磁发电机4的可变频率变换器(或可变频率电源)5。发电设备1、2的输出连接到母线6上，同时通过连接用断路器7连接到电力系统9上。
电源设备8是具有用如上说明的符号1～7表示的各机器构成的复合发电设备的电源设备。另外，在实际的电源设备8上设置有将发电设备1、2分别连接到母线6上的断路器、用于调节电压水平的变压器等，但在此对于与本发明没有直接关系的机器省略图示及说明。
下面对动作进行说明。作为电力供给的基础电源使用的由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2以往主要适用于扬水发电系统，例如日本专利特公平6-34630号公报所述，因在连接到电力系统9上的状态下也能以额定以外的转速运行，故不会使原动机3的输出变化，利用原动机3和发电机4所具有的惯性能量通过励磁控制可控制成高速地使电力变化。从电力系统9的运用上出发要求电源设备8供给规定的电力。针对该要求，若第1发电设备1的输出为一定的话，则如图2的(1)部分所示，通过与发电设备2分担，从而可从电源设备8向电力系统9供给规定的电力。
但是，在发电设备1是使用风力、太阳光等自然能量的发电设备时，不限制其输出地加以利用是作为电源设备8的最经济的运用，且存在燃料使用化石燃料的发电设备时，可有效减少CO2，保护环境。为此，必须根据气象状况利用该时刻的最高输出，但是其输出总是变动的。在本发明中，因为与发电设备1并列设置有由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2，故针对短周期的变动可通过利用原动机3和发电机4所具有的惯性能量的励磁控制(图2的(2)部分)，针对比较慢的变动可通过原动机控制(图2的(3)部分)，根据变动部分可由发电设备2的原动机3吸收或补充电力，故可抑制从连接用断路器7向电力系统9供给的电力的变动，同时可维持预先设定的规定值。当然，在来自电力系统9的需求电力变化时，可通过发电设备2的原动机控制调整为规定输出。另外，在实际运用中，短周期的变动和比较慢的变动总是以重叠的形式产生，但是在图2中为明确动作而分开图示。
如上所述，通过将含有因利用了自然能量而输出变动的发电设备1的电源设备的发电设备的一部分或全部应用双重供电同步机发电设备，从而根据发电设备1的输出变动进行电力的吸收及补充，可降低发电设备1的电力变动对电力系统的影响，故可向电力系统9供给变动小、且符合要求的电力。通过如此构成的电源设备，即使含有伴随有变动的发电设备，其变动也不会影响电力系统，故没有来自电力系统9的制约，可促进发电设备1的设置。另外，利用作为基础电源所需的发电设备2本身进行均衡化，不需要设置储能轮设备、二次电池设备等，故经济性、保养性、省空间方面较佳。
另外，为便于说明，在图1中，仅为发电设备1和发电设备2的构成，但实际的电源设备是由多个电源设备构成的。此时，没有必要对具有原动机的发电设备全部应用由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2，只要对与输出变动的电源设备1的输出变动对应的容量相当的发电设备部分应用双重供电同步机发电设备即可(在后面叙述的实施形态2～5中也相同)。
实施形态2图3表示本发明实施形态2的独立电源系统12的构成。如图3所示，设置有发电设备10和发电设备2。发电设备10是一般的具有柴油机、燃气发动机、水力等原动机的发电设备，不是发电设备2那样的能使输出电力高速变化的构成。符号1～6因为与上述实施形态1相同，故在此省略其说明。在本实施形态中，在母线6上连接有电灯、电热、空调设备等消耗电力的负载机器11。
在上述实施形态1中，对连接在电力系统9上的情况进行了叙述，但如图3所示，例如存在不与电力系统连接的孤岛等的情况。在这种不与电力系统连接的具有负载机器11的独立电源系统12中，通过附加由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2，从而针对短周期的负载机器11的负载变动及发电设备1的输出变动，通过发电设备2的励磁控制，可进行电力的吸收或补充，而针对比较慢的负载机器11的负载变动及发电设备1的输出变动，通过发电设备2的原动机3的控制，可进行电力的吸收或补充，故可抑制独立电源系统12内的频率变动，提高独立电源系统12的电力质量。
负载机器11产生负载变动时的发电设备2的输出变化，与将图2的电源设备输出作为从发电设备1和发电设备10的输出的合计值中减去负载变动部分所得到的值，将图2的发电设备1的输出情况作为发电设备1加上负载机器11的变动所得到的值时的发电设备2的输出情况相同。另外，以上为将情况单纯化，仅对负载变动的抑制进行了叙述，但在发电设备10含有输出变动的自然能量电源，该变动与负载变动重叠的情况下也可有同样的效果。
如上所述，在本实施形态中，没有附加以往所必需的其他的储能轮设备、二次电池设备等设备，通过将作为基础的发电设备的一部分或全部应用双重供电同步机发电设备即第2发电设备2，从而抑制电源系统内的频率变动，可提高独立电源系统12的电力质量，经济性、保养性、省空间方面较佳，且即使在容易受到输出变动影响的独立电源系统中，也可促进利用输出变动的自然能量的发电设备的设置。
实施形态3图4表示本发明实施形态3的电源设备系统13的构成。如图4所示，本实施形态的电源设备系统13表示具有多个电源设备(发电设备1、发电设备10、发电设备2)和负载机器11、通过连接用断路器7连接到电力系统9的自家用发电设备等那样的电源设备系统。其他构成因为与上述实施形态1或实施形态2相同，故在此使用同一符号表示，省略其说明。
在上述实施形态2中，对具有发电设备1、2、10和负载机器11的未与电力系统9连接的独立电源系统12的情况进行了叙述，但在本实施形态中，如图4所示，在通过连接用断路器7与电力系统9连接的电源设备系统13中，通过附加由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2，从而针对短周期的负载机器11的负载变动及发电设备1的输出变动，通过发电设备2的励磁控制，可进行电力的吸收或补充，而针对比较慢的负载机器11的负载变动及发电设备1的输出变动，通过发电设备2的原动机3的控制，可进行电力的吸收或补充，故可将通过断路器7与电力系统9交接的电力维持为一定，同时在由于电力系统9侧产生故障等，连接用断路器7开放，母线6以下成为独立电源系统时，也可维持电源设备系统13内的电力质量。各状态下的发电设备2的输出变化与实施形态1及实施形态2的情况相同。即，由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2根据发电设备1的输出变动及负载机器11的负载变动进行电力的吸收或补充，故在与电力系统9连接时，可将发电设备1的输出变动及负载机器11的负载变动引起的连接点潮流(日文潮流)的变动维持在许可范围内，在从电力系统9断开进行单独系统运转时，可降低发电设备1的输出变动及负载机器11的负载变动引起的电源系统内的频率变动。
如上所述，在本实施形态中，没有附加以往所必需的其他的储能轮发电设备、二次电池设备等设备，通过将作为基础的发电设备的一部分或全部应用双重供电同步机发电设备即第2发电设备2，从而可使与电力系统9交接的电力平滑化及可维持交接电力的规定值，且在转入独立电源系统时也可维持独立电源系统内的电力质量。
实施形态4上述实施形态1～3对将多个发电设备和负载机器集中在一起的电源设备、独立电源系统及在电源系统内附加由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2的结构进行了叙述，但在本实施形态中，如图5所示，对在电力系统9中多个部位(在图5中作了简化只图示了一个部位)设置了输出变动的发电设备1的情况进行说明。下面说明在这种情况下为了将这些发电设备1的输出变动均衡化而附加由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2的情况。
如图5所示，在本实施形态中，在电力系统9连接有负载机器11、利用自然能量的发电设备1、具有一般的柴油机等原动机的发电设备10、由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2。图5中的虚线表示通信设备14。通信设备14是由将表示发电设备1的输出值的信号向发电设备2的可变频率变换器5发送用的电力线通信(PLC)等构成的通信设备。
作为动作，根据通过通信设备14给予的表示发电设备1的输出变动的信号，使由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2的输出变化，从而将发电设备1的输出和发电设备2的输出的总和维持在许可范围或规定值，与图2的情况相同。
一般地，利用自然能量的发电设备1从布局条件看偏僻地方较多，有时存在分散设置或无法实现实施形态1～3的构成的情况。此时，由于只要将对应这些发电设备1的电力变动的容量的发电设备2设置在可设置的场所，且一般将多台加以集中比分别进行吸收、补充控制容量要小等，故具有经济性、降低设置台数等优点。另外，该由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2既可以集中配置在一处，也可以分散配置在多处，均可得到同样的效果。
如上所述，采用本实施形态的话，则根据通过通信设备14给予的表示发电设备1的输出变动的信号，由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2进行电力的吸收及补充，从而可将发电设备1的输出和发电设备2的输出的总和维持在许可范围内或规定值。
实施形态5一般通过从中央供电指令处对各发电站或发电机给予输出指令值，从而进行电力系统的供需控制，以前电力公司或容量比较大的自家用发电设备是主要的电力供给源，在该运用中没有问题。但是，随着利用自然能量的发电设备、热电联供等分散电源设备的增加，则不能无视这些发电设备产生的电力，必须纳入供需控制中。此时，这些各个分散电源的容量小，且数量庞大，很难从中央供电指令处向全部发电设备给予直接指令值进行控制，也很难进行考虑了输出变动的发电设备的输出变动的运用。本实施形态5是用于解决该问题的技术。
在本实施形态中，如图6所示，设置有多个发电设备15。该发电设备15是上述实施形态1～4中所示的发电设备1、2或10。集中这些发电设备15形成发电设备群16。发电设备群16具有集中这些发电设备15的上述图5所示的构成。各发电设备群16通过通信设备18与设置在远处的中央供电指令处17连接。通信设备18将来自中央供电指令处17的指令值发送给各发电设备群16。
发电设备15是含有输出变动的发电设备1的利用各种能量的发电设备，其中，设置有与该变动容量相对应的容量的由双重供电同步机发电设备构成的发电设备2，从中央供电指令处17通过通信设备18向该发电设备2给予指令。发电设备2根据该指令值控制原动机3以使发电设备群16的产生电力遵从指令值，同时将输出变动的发电设备1的变动量通过励磁控制及原动机控制吸收或补充电力，从而实现电力的平滑化。
如上所述，在本实施形态中，分割电力系统或集中多个发电设备，构建成为控制单位的发电设备群16，每一发电设备群都设有由具有与发电设备1的输出变动对应的可变频率的励磁电源的双重供电同步机发电设备构成的发电设备2，能以发电设备群为单位实现电力的平滑化，同时通过将发电设备群所要求的电力维持在规定值，从而实现整个电力系统的电力的均衡化，可确保整个电力系统的电力质量。
另外，该发电设备群16既可以仅集中分散电源，也可以含有大容量发电设备。另外，发电设备群16可设定为地理上、系统构成上或容量总和等运用容易的单位。另外，对根据来自中央供电指令处17的指令来控制发电设备2的原动机3的情况进行了说明，但也可控制发电设备10的原动机，在发电设备群16中设置用于指令区域内的各发电设备的输出的指令设备，根据该指令值来调整各发电设备的原动机。
在上述实施形态1～5中，对没有其他电力储存设备的情况进行了说明，但在有这些设备时也可发挥同样的效果，也有可降低这些设备容量的优点。另外，在此，作为抑制变动的电源装置记载了双重供电同步机发电设备，但是在采用不具有原动机的设备时，为实现长时间供给而需要庞大的设备，但若是储存蓄电池等的电力可高速进行控制的设备，则也有同样的效果。
另外，在上述实施形态1～5中，作为伴随有输出变动的发电设备以利用自然能量进行发电的设备为例进行了说明，但不限于此，本发明可适用伴随有输出变动的所有发电设备。
权利要求
1.一种电源设备，向电力系统供给电力，包括伴随有输出变动的第1发电设备；以及相对所述第1发电设备并列设置、作为电力供给的基础电源动作的第2发电设备，其特征在于，由具有可变频率的励磁电源的双重供电同步机构成所述第2发电设备的一部分或全部，从而根据所述第1发电设备的输出变动进行电力的吸收及补充，进行向所述电力系统供给的电力的均衡化。
2.一种电源系统，包括电源设备，具有伴随有输出变动的第1发电设备以及相对所述第1发电设备并列设置、作为电力供给的基础电源动作的第2发电设备；消耗电力的负载机器；以及与所述负载机器和所述第1及第2发电设备连接、向所述负载机器供给电源的配电设备，其特征在于，由具有可变频率的励磁电源的双重供电同步机构成所述第2发电设备的一部分或全部，从而根据所述第1发电设备的输出变动及负载机器的负载变动进行电力的吸收及补充，抑制所述电力系统内的频率变动。
3.一种电源设备系统，与电力系统连接，包括电源设备，具有伴随有输出变动的第1发电设备以及相对所述第1发电设备并列设置、作为电力供给的基础电源动作的第2发电设备；消耗电力的负载机器；以及与所述负载机器和所述第1及第2发电设备连接、向所述负载机器供给电源的配电设备，其特征在于，由具有可变频率的励磁电源的双重供电同步机构成所述第2发电设备的一部分或全部，从而根据所述第1发电设备的输出变动及负载机器的负载变动进行电力的吸收及补充，以将系统连接时的连接点潮流变动均衡化，且抑制从电力系统断开而进行单独系统运转时的电力系统内的频率变动。
4.一种电力系统，包括电源设备，具有伴随有输出变动的第1发电设备以及相对所述第1发电设备并列设置、作为电力供给的基础电源动作的第2发电设备；以及将表示所述第1发电设备的输出值的信号发送给所述第2发电设备的通信设备，其特征在于，由具有可变频率的励磁电源的双重供电同步机构成所述第2发电设备的一部分或全部，且所述第2发电设备根据通过所述通信设备接收的所述信号，将所述第1发电设备和所述第2发电设备的输出总和维持在许可范围内或一定值，进行电力的均衡化。
5.一种电力系统，其特征在于，将整个电力系统分割为由权利要求4所述的发电设备构成的发电设备群，通过在所述每一发电设备群进行所述电力的均衡化，从而实现整个电力系统的电力均衡化。
全文摘要
可维持电源系统内的供需状态平衡，且针对自然能量的变动和急剧的负载变动也能抑制电源系统内的变动幅度，维持平衡状态。一种电源设备(8)，向电力系统(9)供给电力，包括利用风力、太阳光等自然能量进行发电的伴随有输出变动的发电设备(1)；以及相对发电设备(1)并列设置、作为柴油机、燃气发动机、水力等的电力供给的基础电源动作的发电设备(2)，发电设备(2)由具有可变频率的励磁电源即可变频率变换器(5)的双重供电同步机构成。由此，针对短周期的变动可通过利用了原动机(3)和发电机(4)所具有的惯性能量的励磁控制，另一方面针对比较慢的变动可通过原动机控制，根据变动量由发电设备(2)吸收或补充电力，进行供给至电力系统(9)的电力的均衡化。
文档编号H02J3/00GK1862905SQ200510127118
公开日2006年11月15日 申请日期2005年11月21日 优先权日2005年5月11日
发明者下村胜 申请人:三菱电机株式会社