マイクログリッドにおける電力貯蔵装置の運用制御電気電子情報工学専攻まつばらまさよし（修士課程）松原正芳 105102-8 電力機器工学研究指導教員渋谷義一 utility grid １．はじめに近年，電力の自由化により電力会社以外でも電気事業を行うことが可能となり，様々な企業がこれに取り組んでいる。また，環境保護の観点から地球温暖化の原因と control center gas-turbine なる CO２や NOX などの削減が求められており，京都議定書においても各国の削減目標が決定された。その対策として，日本では自然エネルギーや廃棄物などを利用した電源の普及目標が掲げられている。しかし，これらの load battery units wind generators 図1 本稿で想定するマイクログリッド導入目標は電力会社の設備投資のみで達成できるものではなく，需要地側にも多く導入されなければならない。自然エネルギーを用いた電源は当然出力が天候に左右３．検討され不安定であり，その発電状況により商用系統に多大な負担をかけることが予想され，これらを需要地側に普＜3.1＞蓄電池導入形態に関する比較検討及するためにはその変動を吸収する出力制御可能な設蓄電池の導入形態に関して，ガスタービンと同様に連系線潮流フィードバックにより出力を決定する場合備と組み合わせる必要がある。その組み合わせ形態の一つとしてマイクログリッド（Micro Grid）がある。マイ（case2），風力発電機と並列に接続して風力出力変動をクログリッドは複数の分散型電源を組み合わせて構築吸収した場合（case3），フィルタリングを行い，潮流の周波数成分によりガスタービン，蓄電池の出力分担を行された小規模電力系統であり，その発電電力を用いて契約している需要家や事業に電力供給を行うシステムでう場合（case4）の 3 パターンを想定し，蓄電池非導入ある。その実用試験例としては，愛知万博で行われた新の場合（case1）も含め比較評価を行う。検討負荷としては，最大負荷が 4000 秒間持続した場合を想定する。エネルギー等地域集中実証研究，八戸市「水の流れを電気で返すプロジェクト」，京都エコエネルギープロジェ検討時間が１時間程度の比較的短い時間であるため，評クト（KEEP）などがある。マイクログリッドには他の価指標として標準偏差，4000 秒間での蓄電池の積算容量最大値を計算して用いる。ここで求める蓄電池容量は系統との連系時に影響を及ぼさないネットワークの構築が求められる。また，単独運転の達成も目標として掲初期充電量からの充放電量最大変動値である。げられており，中国ウイグル自治区において離島等を想＜3.2＞一般日負荷曲線を用いた 1 日間での運用評価商用系統と連系したマイクログリッドでは発電量が定した自律制御の研究も行われている。本稿では，マイクログリッド簡易モデルを行列計算ツ超過した場合に商用系統へ流れる逆潮流が発生するこール MATLAB/Simulink を用いて構築し，3 パターンとがある。これを軽減するため，蓄電池が導入されることが多いが，現段階で蓄電池は高価なものであるため，の蓄電池導入形態を提案し，マイクログリッドにおける運用改善効果について比較検討を行う。導入容量が制限される。そこで，マイクログリッドに蓄２．検討モデル[1] なければならない。本検討では，＜3.1＞で示したそれ図 1 が本稿で想定するマイクログリッドの概念図である。分散型電源としてガスタービン，風力発電機を用い契約負荷に対して電力供給を行い，さらなる需給安定化を図るために蓄電池を導入するものを想定している。マイクログリッド内負荷の最大値を 100kW，ガスタービンの定格出力を 100kW としている。また，商用系統電池を導入する場合には，逆潮流を抑制し，かつ導入容量もできるだけ抑えられるように制御形態等を選定しぞれの運用形態に関して 1 日間での運用を想定し，それぞれにおいて適切運用状態において，比較評価を行う。評価指標として 30 分間毎平均値の最大値，蓄電池の必要容量計算して用いる。ここで，この場合の蓄電池容量も＜3.1＞と同様に求められる。との連系点において連系線潮流を測定し，その値により４．検討結果ガスタービン，蓄電池への出力指令値を決定している。コントロールセンターでの潮流計測から指令までにか＜4.1＞蓄電池導入形態に関する比較検討かる時間は 4 秒間としている。図 2 は風力増加に伴う潮流変化，図 3 は風力増加に伴う蓄電池の容量変化である。蓄電池を導入した場合，い電力が小さくなるため，case2 より case4 の方が安定度は低くなっているが，ガスタービンの出力が平滑化されるため，ガスタービンへの負担が小さくなる。また， case4 では高周波成分が非常に小さく，容量も小さくな power flow [kW] ずれの case においても改善効果があることがわかる。フィルタリングによりガスタービン，蓄電池の分担発電るため，さらなる改善効果を得るために充放電に出力補正をかけることができる。 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 case1 case2 case3 case4 0 10 20 30 WG capacity [kW] case3 では風力出力変動を蓄電池で大部分を吸収しているため，潮流が風力導入量に関わらず抑えられているが，他の case に比べ容量が大きくなっている。図 4 は風力増加に伴う逆潮流最大値の変化，図 5 は風力増加に伴う蓄電池の必要容量変化である。いずれの case においても，風力増加に伴い逆潮流は減少している。これは風況により風力出力が基準出力より大きく減少する場合が多く，大容量化により出力減少量も大きくな BT capacity [kWh] ＜4.2＞一般日負荷曲線を用いた 1 日間での運用評価図2 り，結果的に逆潮流が打ち消されるためである。case2 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 10 20 30 WG capacity [kW] 図3 い方がいいため，case3 の方が有効であると考えられる。図 6 は，フィルタリング時の逆潮流を 3kＷ，2.8kＷ， 2.5kＷに抑制するように出力補正をかけたときに必要 reverse power flow [kW] 小さいが，風力導入量が 10kＷ以上で逆潮流は 3％以内荷効率特性を考慮すると，風力導入量はあまり大きくな case1 際自然エネルギーを導入したマイクログリッド運用では出力補正は制御プログラムや潮流予測を用いて決定 2 てほしいと思う。参考文献 [1] 進士誉夫，関根剛史，秋澤淳，柏木孝夫，藤田吾郎，松原正芳，「分散型電源によるマイクログリッド内の電力変動抑制に関する考察」，電気学会論文誌電力･エネルギー部門誌，vol.126，No.1，pp.14-20 (2006) 10 15 20 WG capacity [kW] 25 逆潮流抑制効果比較 case2 case3 0 5 図5 10 15 20 WG capacity [kW] 25 蓄電池必要容量比較 40 BT capacity [kWh] 究活動においてより実用化レベルに向けた研究を行っ 5 30 25 20 15 10 5 0 果より需給安定化，蓄電池容量低減に関してよい結果が望めると思われる。ル構築が可能となったが，実用レベルに向けた検討には制御プログラム，事故時解析など課題が多い。今後の研 case3 2.5 図4 する場合も多く，最適制御を行うことにより，本稿の結本研究により，簡易モデルを用いて評価を行えるモデ case2 3 0 BT capacity [kWh] 回は蓄電池への出力補正は一定値を入力しているが，実蓄電池容量比較 3.5 容量は case3 とほぼ同等量であることがわかる。本稿では，蓄電池導入形態を提案し，マイクログリッドにおける運用改善効果について比較検討を行った。今 40 4 な蓄電池容量である。風力導入量 10kW 時で比べると，逆潮流の許容範囲 3％以内に抑えるために必要な蓄電池５．まとめ潮流変化比較 case2 case3 case4 が一番安定しているが，蓄電池容量は 20kＷｈ以上必要である。一方，case3 では case2 より逆潮流抑制効果がに抑制され，蓄電池の必要容量も風力導入量が多すぎなければ case2 より小さくて済む。ガスタービンの部分負 40 3 kW 35 2.8 kW 2.5 kW 30 25 20 15 10 0 図6 5 10 15 WG capacity [kW] 20 case4 における蓄電池の必要容量 25