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公開番号2025137245
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-19
出願番号2024036333
出願日2024-03-08
発明の名称計画装置および計画方法
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類H02J 3/24 20060101AFI20250911BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力系統に接続されたインバータの動作モードの計画策定を可能とする。
【解決手段】計画装置100は、電力系統とインバータ電源とが接続されるバスでの、未来の時間区間における総発電電力および総需要電力の和の予測値に対する前記インバータ電源の発電電力および需要電力の和が占める比率であるインバータ電源比を算出するインバータ電源比算出部112と、インバータ電源比が第1所定値超ならば、時間区間におけるバスに接続されるインバータ電源の動作モードをグリッド構築型とし、インバータ電源比が第1所定値以下ならば、時間区間におけるバスに接続されるインバータ電源の動作モードをグリッド追従型とする計画部113と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
電力系統とインバータ電源とが接続されるバスでの、未来の時間区間における総発電電力および総需要電力の和の予測値に対する前記インバータ電源の発電電力および需要電力の和が占める比率であるインバータ電源比を算出するインバータ電源比算出部と、
前記インバータ電源比が第１所定値超ならば、前記時間区間における前記バスに接続されるインバータ電源の動作モードをグリッド構築型とし、
前記インバータ電源比が前記第１所定値以下ならば、前記時間区間における前記バスに接続されるインバータ電源の動作モードをグリッド追従型とする計画部と、を備える
計画装置。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
前記バス、および、前記時間区間における、インバータ電源の発電電力に対する短絡容量の比率である短絡比を算出する短絡比算出部をさらに備え、
前記計画部は、
前記バスにおいて、全ての時間区間における前記短絡比が第２所定値以上の場合には、前記バスに接続されるインバータ電源の動作モードをグリッド追従型とする
請求項１に記載の計画装置。
【請求項３】
前記未来の時間区間における、前記インバータ電源の発電電力および需要電力を算出する予測部を備え、
前記予測部は、
電圧、電流、周波数、有効電力、無効電力のうち少なくとも１つの時間領域のシミュレーションを行うのに用いられる前記インバータ電源の数理モデルである電源モデルを用いて、前記バスでの、前記未来の時間区間における発電電力および需要電力を予測して算出する
請求項１に記載の計画装置。
【請求項４】
前記インバータ電源は、
パワーエレクトロニクス技術を用いた電源である
請求項１に記載の計画装置。
【請求項５】
前記インバータ電源は、
再生可能エネルギー電源、ＢＥＳＳ、ＦＡＣＴＳ、ＳＴＡＴＣＯＭ、直列コンデンサ、ＨＶＤＣの何れかである
請求項１に記載の計画装置。
【請求項６】
計画装置が、
電力系統とインバータ電源とが接続されるバスでの、未来の時間区間における総発電電力および総需要電力の和の予測値に対する前記インバータ電源の発電電力および需要電力の和が占める比率であるインバータ電源比を算出するステップと、
前記インバータ電源比が第１所定値超ならば、前記時間区間における前記バスに接続されるインバータ電源の動作モードをグリッド構築型とし、
前記インバータ電源比が前記第１所定値以下ならば、前記時間区間における前記バスに接続されるインバータ電源の動作モードをグリッド追従型とするステップと、を実行する
計画方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に接続されたインバータ装置の運用に係る計画装置および計画方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギー電源の利用は温暖化対策として必須であるが、電力系統の安定性に影響を与える。再生可能エネルギー電源は、インバータを含むパワーエレクトロニクス技術を用いて電力系統に接続される。グリッド（電力系統）の安定性は、再生可能エネルギー電源および電力系統の接続点（母線）におけるインピーダンスないしはアドミッタンスに依存する。火力発電などの主力電源（同期型発電）や送電線で故障／停止が発生すると、再生可能エネルギー電源の間、ないしは再生可能エネルギー電源と電力系統の間の相互作用により、電圧や有効電力、無効電力、周波数、電流の不安定動揺が生じてしまう場合がある。
【０００３】
電力系統の運用と保守のため、インバータを含むパワーエレクトロニクス技術を用いて、風力発電やＢＥＳＳ（Battery Energy Storage System；バッテリエネルギー貯蔵システム）、ＦＡＣＴＳ（Flexible Alternating Current Transmission System；フレキシブル交流送電システム）、ＳＴＡＴＣＯＭ（Static Synchronous Compensators；自励式静止型無効電力補償装置）、直列コンデンサ、ＨＶＤＣ（High Voltage Direct Current；高圧直流送電）などが接続される。これらの技術は、電力系統の安定や送電容量に対して経済的な解決策になり、導入が進むと考えられる。
【０００４】
しかしながら、風力発電を含むパワーエレクトロニクス技術を用いたシステムの導入が進むと各システム間または電力系統との干渉が起こり、電圧や電流が振動する。特に風力発電のインバータが電力系統やパワーエレクトロニクス技術を用いたシステムと共振すると、風力発電のタービンの故障を引き起こす。また適切な対処がなければ、停電になってしまう。また電気的な共振による電流振動への対応は、電力系統内の振動の減衰能力にも影響を与える。このような現象は、インバータ相互作用と呼ばれる。このインバータ相互作用は、電流や電圧の振動を増幅し、電力系統を不安定化させ、最終的には風力発電を電力系統から解列させる恐れがある。
【０００５】
以下では電力系統に接続される再生可能エネルギー電源やＦＡＣＴＳを含めパワーエレクトロニクス技術を用いたシステムをインバータ電源（インバータ連系電源、Inverter-Based Resource）と記す。インバータ電源は、直流ないしは交流を電力系統の周波数をもつ交流に変換するパワーエレクトロニクス技術を用いる電源である。インバータ電源は、風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギー電源、ＢＥＳＳなどを含む。
【０００６】
インバータ電源には、温室効果ガスの削減、電力品質の向上、電力システム（電力系統）の柔軟性向上などの利点がある。しかしながら、インバータ電源には、保護協調、事故時運転継続能力（fault ride-through capability）、電圧および周波数の安定、慣性力など、電力システムの計画および運用上の問題がある。再生可能エネルギー電源および電力系統の振動を低減するシステムおよび方法として特許文献１に記載の技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
米国特許第１０８５５０７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載の技術によれば、電流、電圧、トルク、有効電力、または無効電力の振動を検知すると、振動を低減するためにインバータの設定を変更する。しかしながら、この技術では振動を予防する技術についての記載は見当たらない。また、シミュレーションを用いた大規模系統における振動の検出には、多大な時間と計算能力が必要である。このため実時間での振動の監視や制御は困難である。
【０００９】
上記したインバータ電源の問題は、再生可能エネルギー電源として導入が進む系統追従型（ＧＦＬ、grid-following）インバータの問題である。以下では、電力系統の電圧および位相を基準として、これらに追従するように動作するインバータの動作モードを「系統追従型」と定義する。
【００１０】
系統追従型の問題に対する解決策として、系統構築型（ＧＦＭ、grid-forming）インバータがある。以下では、電力系統の電圧および位相を自律的に確立して、系統と同期するように動作するインバータの動作モードを「系統構築型」と定義する。系統構築型インバータは、電力系統の電圧および位相を自律的に確立して制御するので、電力系統の電圧および周波数の安定した基準点となる。電力系統のレジリエンスおよび安定性の向上や、再生可能エネルギー電源の連系拡大には、系統構築型インバータが必要となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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