2 蓄 電 用 PCS 2.1 特 長 第 1 表 PCS 装 置 仕 様 PCSは, 国 内 及 び 海 外 の 規 格 を 準 拠 している 項 目 主 要 定 格 装 置 容 量 緒 元 定 格 の 種 別 インバータ 制 御 方 式 絶 縁 方 式 変 換 効 率 環 境 冷 却 方 式 寸

蓄 電 システム 村 井 貴 博 Takahiro urai 分 散 型 電 源 キーワード 蓄 電 システム, 再 生 可 能 エネルギー, 系 統 安 定 化,BCP 概 要 低 炭 素 社 会 の 実 現 に 向 けて, 太 陽 光 / 風 力 発 電 に 代 表 される 再 生 可 能 エネルギーの 普 及 が 進 み, 世 界 的 にその 潮 流 は 拡 大 の 一 途 をたどっている 我 が 国 では 再 生 可 能 エネルギーの 大 量 導 入 に 起 因 する 電 力 需 給 バランスの 乱 れ, 電 力 系 統 の 出 力 変 動 や 周 波 数 変 動 などの 影 響 が 懸 念 されるため, 地 域 によっては 再 生 可 能 エネルギーの 電 力 系 統 への 接 続 を 制 限 せざるを 得 ない 状 況 に 至 っている また,2016 年 4 月 から 予 定 されている 電 力 小 売 りの 自 由 化 やその 後 の 発 送 電 分 離 によって,これまでのエネ ルギーの 需 要 と 供 給 の 関 係 は 大 きく 変 化 すると 考 えられる 再 生 可 能 エネルギーの 拡 大 は 我 が 国 のエネルギー 政 策 上, 重 要 な 位 置 付 けであり, 電 力 系 統 の 安 定 化 は 喫 緊 の 技 術 課 題 である 蓄 電 用 交 直 変 換 装 置 この 課 題 を 解 決 する 有 力 な 手 段 の 一 つのとして, 蓄 電 システム がより 一 層 注 目 されている 1 まえがき 本 稿 では, 蓄 電 システムのキーコンポーネン トである 蓄 電 用 交 直 変 換 装 置 (PCS:Power Conversion System)と 系 統 安 定 化 用 途 とし て 海 外 へ 展 開 した 蓄 電 システムの 適 用 事 例 を 紹 介 する 57

2 蓄 電 用 PCS 2.1 特 長 第 1 表 PCS 装 置 仕 様 PCSは, 国 内 及 び 海 外 の 規 格 を 準 拠 している 項 目 主 要 定 格 装 置 容 量 緒 元 定 格 の 種 別 インバータ 制 御 方 式 絶 縁 方 式 変 換 効 率 環 境 冷 却 方 式 寸 法 質 量 準 拠 規 格 定 格 性 能 250kVA~2VA A0:100% 連 続 自 冷 式 電 圧 形 電 流 制 御 PWイン バータ 商 用 周 波 絶 縁 変 圧 器 方 式 95% 以 上 強 制 風 冷 周 囲 温 度 0~40 相 対 湿 度 15~85% 耐 震 水 平 1.0G, 垂 直 0.5G 連 系 交 流 相 数 運 転 定 格 電 圧 仕 様 電 圧 変 動 許 容 範 囲 定 格 周 波 数 W1600 H1950 D700mm 2000kg JEC2440,JEC2433 EN50178,EN61000-6-2,-4 EN50160,IEC60146-1-1 三 相 3 線 400V 級 定 格 電 圧 -12~10% 50 又 は60Hz 周 波 数 変 動 許 容 範 囲 定 格 周 波 数 ± 6% 有 効 電 力 制 御 範 囲 無 効 電 力 制 御 範 囲 -100%( 充 電 )~0~+100% ( 放 電 ) -100%( 遅 れ)~0~+100% ( 進 み) 電 力 制 御 精 度 ±1% 電 流 高 調 波 含 有 率 直 流 電 圧 範 囲 自 立 交 流 相 数 運 転 定 格 電 圧 仕 様 定 格 周 波 数 定 格 負 荷 力 率 電 圧 制 御 精 度 周 波 数 制 御 精 度 電 圧 高 調 波 含 有 率 直 流 電 圧 範 囲 総 合 5% 以 下, 各 次 3% 以 下 240~600V 三 相 3 線 400V 級 50 又 は60Hz 遅 れ0.9~1.0 ±3% 以 内 ±0.1% 以 内 3% 以 下 240~600V 2.2 装 置 仕 様 及 び 回 路 構 成 第 1 表 第 1 図 3P3W,AC400V 級 50Hz 又 は60Hz CHP CT INV 第 1 図 DCL HCT 交 流 連 系 開 閉 器 F 2 VT 連 系 変 圧 器 250kVA ACL HCT IGBTユニット PCS 個 別 制 御 回 路 直 流 開 閉 器 PCS 制 御 用 光 ケーブル DC240 ~ 600V PCS( 主 制 御 装 置 含 む)の 回 路 構 成 受 電 点 電 圧 PCS 統 括 制 御 回 路 ( 系 統 保 護 機 能 有 り) 操 作 PLC パネル (シーケンサ) PLC:Programmable Logic Controller 1 つの 主 制 御 装 置 につき,PCSは 最 大 8 台 並 列 まで 構 成 できる 主 制 御 装 置 58

2.3 主 な 機 能 第 2 表 2.3.1 連 系 充 放 電 運 転 第 2 表 制 御 機 能 及 び 機 能 概 要 PCSは, 系 統 保 護 機 能 系 統 安 定 化 機 能 制 御 機 能 など 多 彩 な 機 能 を 有 している 制 御 機 能 機 能 概 要 系 統 連 系 保 護 機 能 系 統 異 常 時 にインバータをゲートブロック, 交 流 連 系 開 閉 器 を 開 放 し, 系 統 から 解 列 する 機 能 である 保 護 要 素 は 交 流 過 電 圧 交 流 不 足 電 圧 周 波 数 上 昇 周 波 数 低 下 単 独 運 転 検 出 ( 受 動 能 動 )を 有 する 外 部 のリレー 接 点 の 取 り 込 みにも 対 応 する FRT(Fault Ride 系 統 電 圧 異 常 時 にPCSの 一 斉 不 要 解 列 を 防 止 Through) 機 能 するため, 指 定 される 電 圧 低 下 率 時 間 の 範 囲 内 で 運 転 を 継 続 する 機 能 である 系 統 連 系 時 突 入 電 系 統 連 系 時, 連 系 変 圧 器 の 突 入 電 流 による 機 器 流 防 止 機 能 の 劣 化 や 系 統 の 擾 乱 を 防 止 するため,あらかじ めPCSの 出 力 電 圧 を 系 統 と 同 期 させた 後, 系 統 連 系 する 機 能 である 再 生 可 能 エネルギー 太 陽 光 発 電 や 風 力 発 電 など 再 生 可 能 エネル 潮 流 変 動 緩 和 機 能 ギーで 発 電 した 電 力 を 平 滑 化 する 機 能 である 再 生 可 能 エネルギーから 出 力 される 電 流 を 検 出 し, の 充 放 電 制 御 を 行 い, 潮 流 変 動 を 平 滑 化 する 負 荷 変 動 緩 和 機 能 負 荷 側 の 電 流 を 検 出 し, の 充 放 電 制 御 を 行 い, 負 荷 側 の 潮 流 変 動 を 平 滑 化 する リフレッ のSOC(State Of Charge)を 適 正 化 シュ 運 転 するために,CV( 定 電 圧 ) 充 電 を 伴 う 運 転 モー ドである のリフレッシュ 運 転 やリ セット 充 放 電 とも 表 現 される SOCによる 電 力 並 列 システムで のSOCの 差 分 を 軽 減 す 分 配 制 御 るため, 充 放 電 指 令 値 を 各 PCSへ 最 適 分 散 す る 制 御 である 2.3.2 自 立 運 転 3 蓄 電 システムの 利 用 方 法 及 び 活 用 シナリオ 4 蓄 電 システムの 適 用 事 例 59

3P3W, AC20kV,50Hz *C 3P4W,AC400V,50Hz *C 特 高 受 変 電 設 備 (コンテナ 収 納 ) 低 圧 受 変 電 設 備 (コンテナ 収 納 ) 3PDS VCB 電 力 品 質 計 測 器 I> I0> 67N V0> V> V< F> F< DG DI 特 高 受 電 盤 受 電 点 計 測 情 報 ACB 主 制 御 装 置 *A 3P3W,AC400V,50Hz IEC61850 通 信 端 末 (Gateway) PCS 統 括 計 測 回 路 PCS 統 括 制 御 回 路 操 作 パネル シーケンサ ユ ニット 制 御 盤 内 制 御 *B 用 通 信 端 末 受 電 補 機 盤 電 力 品 質 計 測 器 用 サーバ Web クライアント 監 視 制 御 サーバ 特 高 受 電 変 圧 器 2000kVA 制 御 補 機 3P4W,AC400V,50Hz 84BT *B 84T インターロック 電 力 品 質 計 測 器 特 高 変 圧 器 盤 3P3W,AC400V,50Hz Wh マルチ メータ 制 御 補 機 制 御 制 御 空 調 制 御 照 明 冷 却 ファン C 制 御 INV CHP 交 流 連 系 開 閉 器 連 系 変 圧 器 250kVA ACL IGBTユニット *A PCS 個 別 計 測 回 路 PCS 個 別 計 測 回 路 1~8へ 上 位 システムへ SCADA DCL UPS UPS 盤 内 PCS 補 機 引 込 盤 1 直 流 開 閉 器 PCS1 盤 内 PCS 制 御 制 御 受 電 補 機 盤 容 量 250kWh 1 システム1(コンテナ 収 納 ) システム2 ~ 8(コンテナ 収 納 ) 第 2 図 システム 構 成 例 システムは, 特 高 受 変 電 設 備,PCS, 受 電 補 機 分 岐 盤, 監 視 制 御 装 置 などで 構 成 され, 上 位 の SCADA から 運 転 制 御 指 令 を 受 ける 4.1 システム 構 成 第 2 図 4.2 系 統 安 定 化 機 能 第 3 表 4.3 遠 隔 監 視 制 御 機 能 第 3 図 60

第 3 表 系 統 安 定 化 機 能 システムは 多 様 な 系 統 安 定 化 機 能 を 有 し, 運 用 者 が 系 統 の 状 況 に 応 じて 機 能 のON/OFFを 任 意 に 設 定 する 機 能 用 途 電 圧 不 平 衡 補 償 機 能 受 電 点 の 電 圧 不 平 衡 を 軽 減 するように 電 圧 検 出 値 から 逆 相 電 圧 を 抽 出 し, 逆 相 電 流 を 決 定 する 本 機 能 が 有 効 化 された 場 合 は,シス テム 側 で 自 律 的 に 制 御 する 電 圧 瞬 低 補 償 機 能 FRT 領 域 における 電 圧 低 下 が 起 きた 時 に, システムは 出 力 可 能 な 上 限 値 で 有 効 電 力 を 放 電 する 本 機 能 が 有 効 化 された 場 合 は,シ ステム 側 で 自 律 的 に 制 御 する 高 調 波 補 償 機 能 受 電 点 の 電 圧 高 調 波 を 軽 減 するように 電 圧 検 出 値 から 高 調 波 成 分 を 抽 出 し,5 7 次 の 高 調 波 電 流 を 決 定 する 本 機 能 が 有 効 化 され た 場 合 は,システム 側 で 自 律 的 に 制 御 する 電 圧 調 整 機 能 受 電 点 の 電 圧 検 出 値 が 不 感 帯 から 逸 脱 した 場 合, 電 圧 が 範 囲 内 に 収 束 するよう 無 効 電 力 出 力 を 自 律 的 に 行 う 調 整 機 能 はあらかじめ システムに 設 定 した 算 出 式 に 従 う 周 波 数 調 整 機 能 受 電 点 の 周 波 数 検 出 値 が 不 感 帯 から 逸 脱 し た 場 合, 周 波 数 が 範 囲 内 に 収 束 するよう 有 効 電 力 出 力 を 自 律 的 に 行 う 調 整 機 能 はあらか じめシステムに 設 定 した 算 出 式 に 従 う 負 荷 平 準 化 機 能 これらの 機 能 は,SCADAからのP,Q 制 御 需 給 調 整 機 能 指 令 で 制 御 される システムが 指 令 に 従 い 充 力 率 補 正 機 能 放 電 することで, 結 果 的 に 系 統 安 定 化 を 実 現 する 機 能 である 各 機 能 の 優 先 度 制 御 上 記 2 種 類 以 上 の 機 能 が 有 効 化 された 場 合 は, 機 能 の 干 渉 や 不 適 切 な 動 作 を 避 けるため に, 機 能 の 優 先 度 を 決 定 する 制 御 ロジックが システムに 組 み 込 まれている 5 むすび 本 論 文 に 記 載 されている 会 社 名 製 品 名 などは,それぞれの 会 社 の 商 標 又 は 登 録 商 標 である 執 筆 者 紹 介 村 井 貴 博 Takahiro urai エネルギーシステム 部 電 力 変 換 装 置 のエンジニアリング 業 務 に 従 事 第 3 図 Webクライアント 画 面 一 例 Webクライアントは,システムのリアルタイム 計 測 表 示,SCADA 同 等 の 監 視 制 御 を 行 う 機 能 を 兼 ね 備 えている 61