JP2004088824A

JP2004088824A - 電力設備の協調コントローラ

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Publication number: JP2004088824A
Application number: JP2002242815A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Sato; 佐藤　康生; Masahiro Watanabe; 渡辺　雅浩; Kenji Ogawa; 小川　謙治
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: JP3925350B2; CN1477749A; CN1477749B; US20040207264A1; US7197378B2

Abstract

【課題】電力系統に対し連系を許可した分散型電源全てが自由に運転すると、電力系統の電圧値等の電力品質が低下する場合がある。
【解決手段】分散型電源１０３に、電力設備外部との通信手段１１２と、現在の時刻を把握する時刻把握手段１１６と、外部の時刻と同期をとる時刻同期手段１１５と、電力消費装置又は電力発生装置の制御スケジュールを受信する通信手段１１２とを備え、時刻把握手段１１６で得られた時刻に従って制御スケジュールを実行する協調コントローラ１０１を設ける。
【効果】分散電源の運転による電力系統の電圧低下等の電力品質の低下を回避することができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力設備の電力使用を調整するコントローラに関わり、特に、近接需要設備との間で運転スケジュールの協調を行い、配電網における電力品質の維持を実現する手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
需要家設備内に設置された分散型電源は、個々の需要家の要求に合わせて、運転されるのが通常である。高効率を求めたベース運転，契約電力を下げるピーク運転，バックアップ運転など、多くの場合、需要家が運転方式を決定して運用している。これら分散型電源が、電力系統に連系される場合には、電力系統側に悪影響を及ぼさないように、一定の約束事を取り交わす。国によって、もしくは、電力系統を運営する事業者によって、そのガイドラインは異なるが、いずれにしても、個別の電力設備について、それを所有する需要家単位に、審査が行われる。分散型電源の運転状態の全ての可能性について、電力系統の品質を乱さないための要件が求められるため、場合によっては、調相設備の設置を要求されたり、連系自体を認可されないことがある。
【０００３】
電力系統を運用する事業者も、それぞれの分散型電源がどのような運転を行っても、定められた電力品質を維持できるように、電力系統の調相設備を設置しなくてはならない。分散型電源は自由に運転されるという前提のもとでは、電力品質の観点で、分散型電源は悪影響を及ぼす方向で評価して、設備配置を考えなくてはならない状況にある。
【０００４】
一方で、電力供給源の観点で、分散型電源が供給する有効電力を、電力系統全体で有効に活用しようという考え方は、従来より検討されていることである。例えば、特開２００１−８６６４５号のように、分散型電源の運転方法を協調させることで、電力系統の一部分、もしくは、特定の地域内において、発電計画を最適にすることが可能である。有効電力の観点で考えるため、その協調運転の効果を、経済価値に置き換えやすいといえる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
連系を許可した分散型電源全てが自由に運転することを想定した場合、電力系統としては、もっとも厳しい条件で、電力品質の悪化を評価する必要がある。たとえば、容量成分を多く持つ風力発電機等の誘導発電機を備えた分散型電源は、電力系統への並列時に短時間の電圧低下を引き起こすことが懸念される。このような分散型電源の複数が、電力系統に近接して連系して設置される場合には、電力系統の運用を管理する事業者は、それらが同時に並列されても電圧低下が一定以内に抑制できるように、調相設備の計画か、もしくは連系申請に際する条件をつける必要がある。
【０００６】
しかしながら、これらの分散型電源が、極めて近い時刻に、電力系統に並列することは、稀なことである。このように、連系を許可した分散型電源全てが自由に運転することを想定することは、電力系統全体として、それを想定した電力品質の管理というのは、過剰な設備の投資につながる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
分散型電源を含めた電力発生装置、および電力消費装置によって構成される電力設備の複数について、それらの協調運転を調整するコントローラを設置する。協調コントローラは、全体の協調をスケジューリングする運転指令システムから、自身の電力設備に関する運転スケジュールを受信する機能を有している。また、時刻同期手段を備えていて、配信されたスケジュールに従い、系統への解列並列のタイミング、および、力率調整，出力量の調整および運転方式のモード切替えなどを実施できる手段を備える。
【０００８】
運転指令システムの内部で実施された解析計算手段および計画作成手段において、電力系統での品質を一定以内に維持できることを制約条件として、個々の電力設備について運転指令が組まれた協調スケジュールが生成される。系統への解列並列による短時間の電圧低下の回避や、電力設備複数の力率による電圧分布の調整，電圧不平衡の抑制などについて、電力系統全体について評価している。上記の協調スケジュールは、日単位もしくは週単位などで、制御する内容およびその実施時刻について指令組み合わせを記述したものになる。
【０００９】
個々の電力設備において、協調コントローラが協調スケジュールに従って電力設備の運転を調整することによって、上記課題に示したように、連系を許可した分散型電源全てが自由に運転することを想定する必要がなくなる。たとえば、容量成分を多く持つ誘導発電機を備えた分散型電源の複数が、電力系統へ近接して連系している場合、それら分散型電源は若干秒ずらして並列されることが保証される。したがって、電力系統を運用する立場から見ると、調相設備の計画においては設備投資の抑制が期待できる。また、分散型電源を運用する立場から見ると、連系申請の審議において必要要件が緩和されて、経済的な効果を得ることができる。
【００１０】
分散型電源が電力系統の電力品質に与える悪影響と好影響の両面を有効に活用することにより、電力系統運用者および電力設備運用者の全体として、電力品質維持に使用する設備コストを最小限に行えるため、これら複数事業者において経済的効果を共有することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明を用いた協調コントローラを備えた電力設備の機能構成を示す。協調コントローラ１０１は、電力設備１０２内に設置されている。また、電力設備１０２は電力系統１０３に連系していて、連系設備１０４により系統への並列および解列が実現される構成になっている。
【００１２】
まず、協調コントローラが配置される電力設備の概要を説明する。電力設備
１０２内部には電力機器が配置されている。本実施例では電力系統１０３には、連係設備１０４，構内変圧器１０５を介して、複数の電力消費装置１０６が接続している。また、電力発生装置として分散型電源（ＤＰＲ）１０７が設置されていて、電力変換装置１０８を介して、構内配線および電力系統１０３に連系している。分散型電源の系統連系に際しては、制御盤１１０が設置されていて、連系設備１０４の並列解列制御および系統連系に必要な保護機能や単独運転検出機能などを実現している。そのために、電力設備内で系統電圧を観測する装置１１１からの入力を取り込む構成となっている。
【００１３】
次に、協調コントローラの内部構成と、外部インターフェースを説明する。協調コントローラは、通信手段１１２を備えていて、外部の通信回線１１３を介して、データ送受が行える機能を備えている。この通信手段には、大きく２つの役割がある。
【００１４】
通信手段の役割の一つは、電力設備に対する制御スケジュールを受け取ることにある。このため、外部より受信したスケジュールを記憶するスケジュール保持手段１１４に格納する機能を備えている。
【００１５】
通信手段の役割のもう一つは、外部との時刻同期を行うことである。このために、時刻同期手段１１５を備えていて、通信によって、遠方の時刻サーバと時刻同期を行うことができる。この時刻同期を時刻把握手段１１６に対して働きかけることで、協調コントローラ内部タイマは、外部の時刻サーバと同期させることが可能となっている。
【００１６】
このほかの協調コントローラの機能としては、外部との通信以外に関係の無いものもある。スケジュール通りに制御を実施するか否かの判断には、電力設備の電気的状況を条件とする必要がある。このために、前記の電圧観測装置１１１などから値を取り込む観測値入力手段１１７を備えている。
【００１７】
以上により、スケジュール保持手段，時刻把握手段，観測値入力手段が実現される。これらを入力として、スケジュールの実施を判断する機能が、スケジュール実行判定手段１１８および運転指令出力手段１１９である。スケジュール実行判定手段１１８においては、常にスケジュール実行について、その要否が検討されている（処理フローは後述）。スケジュールに記載された指令実行条件がそろった時に、運転指令出力手段１１９によって、電力設備に対する運転指令出力を実施する。図１の場合には、３つの出力系が実装されている。連系設備１０４を管理する制御盤１１０に対して並列指令および解列指令が出力される。電力変換設備１０８に対して力率調整指令が出力される。また、分散型電源１０７に対しては運転モードの切替えや出力調整に関する指令が出力される。
【００１８】
なお、これらの制御指令は、スケジュール全体として、外部の電力設備との協調を図られたものである。したがって、電力設備は、電力系統の品質維持に貢献できる運転を行うことが実現される。スケジュールの作成については後述する。
【００１９】
図２により、協調コントローラを備えた電力設備の機能構成について、図１とは別形態を示す。まず、協調コントローラが配置される電力設備の概要を説明する。協調コントローラ２０１、および、電力設備２０２，電力系統２０３の関係は、図１の場合のそれらと凡そ同等である。ただし、電力設備２０２と電力系統２０３の間の連系点２０４には、連系設備を備えておらず、系統への並列および解列を制御できる電力設備とはなっていない。
【００２０】
図１の場合と同様に、電力設備２０２内部には、構内変圧器を介して、複数の電力消費装置２０５が接続している。図１と異なる点としては、力率を補償する装置として、コンデンサ２０６やリアクトル２０７が構内配線および電力系統２０３に連系している。これら装置２０５〜２０７の投入遮断をについては、制御盤２０８によって制御されている。制御盤２０８は、電力設備内で系統電圧を観測する装置２０９からの入力を取り込む構成となっている。
【００２１】
次に、協調コントローラの内部構成と、外部インターフェースを説明する。協調コントローラ内部において、スケジュール保持手段，時刻把握手段，観測値入力手段およびスケジュール実行判定手段の機能構成については、図１と同様である。異なる点は、運転指令出力手段２１０の外部インターフェースである。図２の場合には、運転指令出力手段２１０によって、制御盤２０８に対して、装置２０５〜２０７の投入遮断に関する指令が出力される。
【００２２】
図１の場合と同様に、これらの制御指令は、スケジュール全体として、外部の電力設備との協調を図られたものである。したがって、図２の電力設備についても、電力系統の品質維持に貢献できるように、調相を調整した運転を行うことが実現される。スケジュールの作成については後述する。
【００２３】
次に、図３を用いて、スケジュール実行判定手段内部の処理フローを説明する。基本的に、協調コントローラは常時連続運転のため、処理フローは、起動時のみ初期処理を行った後、反復処理を継続する。
【００２４】
初期処理としては、起動３０１を受けた後、まず、スケジュール保持内容確認３０２の処理を実施する。図１のスケジュール保持手段１１４から、スケジュールデータを引き出す。判定処理３０３によって、引き出されたスケジュールの有無、および、有効なものかを確認する。もし、有効なスケジュールデータが確認できなかった場合には、スケジュール配信待処理３０４において、新規にスケジュールが配信されるまで待機する。したがって、スケジュールに基づく制御は実施されない。有効なスケジュールが確認された場合には、反復処理に移行する。
【００２５】
反復処理の最初として、次回指令内容・時刻獲得処理３０５によって、次回に予定されている指令内容およびその時刻について、スケジュールデータから取り出す（スケジュールデータの表記方法については後述）。ここで得られた次回の指令時刻について、時刻把握処理３０６で把握した時刻と比較する処理を、指令時刻到達判定３０７で行う。なお、時刻把握処理にて時刻把握手段１１６より得られる時刻情報は、この処理フローとは別途動作している時刻同期手段１１５によって時刻サーバと同期していることが保証されている。
【００２６】
指令時刻到達判定３０７の結果、指令時刻に達していた場合には、指令内容実行処理３０８において、上記の処理３０５で獲得した指令内容を運転指令出力手段１１９に引き渡す。指令時刻に達していない場合には、制御指令は出力させずに時刻待ちとなるが、新しいスケジュールの配信がなかったか確認しておく。スケジュール配信確認処理３０９で、スケジュール保持手段１１４に有効な更新があったかどうかを示すフラグ情報を獲得し、判定処理３１０にて判断する。スケジュールの更新があった場合には、次回指令内容・時刻獲得処理３０５をやりなおす。
【００２７】
上記スケジュールデータの表記方法の一例について、図４を用いて説明する。これは外部より受信する制御スケジュールの伝送内容と等価な内容である。本実施例では、スケジュールデータは、図４のリストのように、ＸＭＬ記述で表現されている。Ｓｃｈｅｄｕｌｅタグ４０１をルートとして、一連のデータが記述されている。
【００２８】
まず、冒頭部４０２には、スケジュールデータ自体の属性を示すヘッダ情報が示されている。図４にあるように、スケジュールデータの認識ＩＤ，スケジュール作成した配信元，スケジュールを実行する配信先、および、スケジュールの作成日時や有効時限などが記載されている。図３に示したスケジュール実行判定手段においては、スケジュール保持内容確認３０２や次回指令内容・時刻獲得処理３０５などで、この冒頭部４０２の内容を確認して、スケジュールの有効性を確認している。
【００２９】
図４のリストの後半部４０３には、電力設備内部の装置に対する指令内容を表記するＣｏｍｍａｎｄ　タグの複数がリストアップされている。この例では、タグ４０４〜タグ４０６までが記載されている。タグ４０４では、制御対象“ＳｈＲ００１”を午前８時０１分に並列することが示されている。同様に、タグ４０５では、制御対象“ＳｈＲ０１”を午後８時０１分に解列することが示されている。このようにして、分散型電源や補償装置などの系統への並列解列操作をスケジュールとして記載している。同じ文法に従って、タグ４０６では、制御対象“ＤＰＲ０１”について、運転力率を変更することが記載されている。このようなタグをリスト構造で格納することによって、力率のパターン運転をスケジュールとして記載できる。
【００３０】
さて、上述したように、協調コントローラに伝送される制御指令は、スケジュール全体として、複数の電力設備との協調を図られたものにすることが可能となっている。このような電力設備の協調運転装置に指令を与えるスケジュールの作成を行うシステムとして、本実施例では“運転指令システム”を説明する。つまり、図４のリストは、運転指令システムによって作成されている。運転指令システムには、協調スケジュールの対象とする電力系統および電力設備の諸データが管理されていて、制御対象装置名称（たとえば“ＳｈＲ０１”）は、運転指令システムに事前に登録された内容を参照していることになる。
【００３１】
まず、図５に、運転指令システムの機能構成を示す。基本的には、運転指令システムは、計算機システムである。サーバとなる計算機５０１を中心に、この運転指令システムが管轄する複数の電力設備に関するデータベース５０２およびそれらが連系する電力系統に関する情報を格納したデータベース５０３を配している。また、通信装置５０４により、通信回線５０５を介して、電力設備内にある協調コントローラとのデータ送受が可能な機能を備えている。上述したように、このデータ送受機能によるスケジュールの配信によって、協調コントローラは、電力設備内の電力消費装置・電力発生装置に対する制御指令を出力する。
【００３２】
なお、運転指令システムの運用には、人間系の監視・管理が及ぶこともあるので、ＣＲＴ５０６やキーボード５０７などの入出力ＧＵＩを備えている。また、協調コントローラの個々が正しく標準時間に同期できるように、運転指令システム内部には、時刻同期サーバが設置されている。
【００３３】
さて、協調コントローラに送付されるスケジュールは、図５の計算機５０１にて作成される。電力設備全体として協調されたスケジュールを作成する目的は、一定期間において、それらが連係する電力系統網における電力品質を維持することである。電力系統での品質を一定基準以内に維持できることを制約条件として、個々の電力設備について運転指令が組まれた協調スケジュールが生成される。上述の例のように、協調スケジュールは、日単位もしくは週単位などで、制御する内容およびその実施時刻について指令組み合わせを記述したものになる。この図５の計算機５０１における処理フローの一例を、図６に示す。運転指令システムも常時連続運転のため、処理フローは、起動時のみ初期処理を行った後、反復処理を継続する構成となる。
【００３４】
システム起動６０１の後、まず初期処理として、電力設備データ読取処理６０２において、データベース５０２に保持されている各電力設備内の電力消費装置・電力発生装置の構成および電気的特性を参照する。たとえば、電力消費装置の消費電力量（登録値）や、制御可能な手段（負荷遮断機能とその容量，力率調整機能とその調整幅）のデータが読み取られる。このデータベース５０２の登録情報は、運用指令システムに参画する電力設備所有者よりデータ提供をうけているもので、適時に内容更新されている。
【００３５】
同様に、電力系統データ読取処理６０３において、データベース５０３に保持されている電力品質を管理したい電力系統の構成情報，電気的特性および運用計画を参照する。たとえば、線路や変圧器などの機器の接続形態、および、それら機器のインピーダンスデータが読み取られる。データベース５０３については、電力系統網を所有する事業者からデータ提供をうけている。
【００３６】
運転指令システムは、以上の初期処理で必要最小限のデータを収集した後、反復処理に移行する。スケジュール作成周期は、日単位もしくは週単位となっている。定刻起動待処理６０４にて、適切な起動タイミングを判定する。たとえば、日単位のスケジュール作成の場合、前日の夕刻にスケジュール作成処理を開始して、夜間にスケジュール配信ができることを考慮した起動タイミングが設定されている。
【００３７】
起動タイミングを満たした場合は、まず、協調計画初期化処理６０５によって、協調計画データ６０６をゼロクリアする。その上で、必要な電力設備の制御を追加していく処理を継続する。
【００３８】
運用データ読取処理６０７では、電力系統における運用状態を把握する。たとえば、季節時間に依存した特定地域の需要予測や、電力系統内の調相設備の入切に関するデータである。これらを入手した後、解析計算手段６０８にて、電力系統における電力品質を評価する。ここの計算手法は目的とする電力品質に依存するが、たとえば、潮流計算によって、各相電圧を評価する。
【００３９】
この結果を、判定６０９にて、目的品質満足であるかを判定する。もし、目的品質を満足していない場合には、協調計画追加修正処理６１０によって、電力設備における制御を追加修正する。協調計画追加修正の処理内容も、計算手法は目的とする電力品質に依存する。たとえば、電力設備内の遮断機能付き調相設備について、投入遮断をＤｙｎａｍｉｃ　Ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇなどで割り当てる。協調計画追加修正処理では、基本的には、制御スケジュールを逐次追加して、満足解を求める。制約条件が厳しい場合は、非劣解を求める手法を用いる。
【００４０】
協調計画追加修正処理６１０をゼロ回以上繰り返して得られた協調計画（空の場合も含む）によって、判定６０９が満足された場合には、スケジュールデータ配信処理６１１が実施される。図５における通信機能５０４によって、得られた協調計画を協調コントローラの各々に配信する。ここでの配信は、時間的に余裕度を持って行われる。たとえば、翌日の計画を実行１時間前から配信を開始する。処理６１１は、配信パス切換機能や再送機能を有していて、通信網の一時的な不具合などによる伝送失敗を回避できる。
【００４１】
さて、上述したように、目的とする電力品質は種々考えられる。たとえば、系統への解列並列による短時間の電圧低下の回避や、電力設備複数の力率による電圧分布の調整，電圧不平衡の抑制などである。その目的によって、解析計算手段６０８や、協調計画追加修正手段６１０の詳細は異なる。また、実際のシステムでは、適時、運用者が着目した目的品質について設定する。したがって、ここのアルゴリズムは目的に応じて柔軟に変えることが望ましい。以降では、この協調計画追加修正処理内容、およびそこで参照するデータの内容について、図を用いて、幾つかの例を説明する。
【００４２】
図７に、分散型電源の投入における一時的な電圧低下（以下、電圧ディップ）を一定以内に抑制する協調計画追加修正手段の一例を示す。開始７０１の時点では、各種データの読み取り、および協調計画前の想定状況における解析計算は終了している。ここでの協調スケジュールは、翌日一日分を対象範囲としていて、解析計算も、翌日一日内の全時間断面について、各機器の挙動を踏まえた潮流計算が行われている。
【００４３】
まず、分散型電源投入一覧作成処理７０２により、操作対象の分散型電源の一覧を作成する。読み込み済みの電力設備データから、計画作成対象の時間帯において電力系統に投入されて、かつ、一定以上の誘導容量を持つ分散型電源を選択する。また、投入時刻から一定の時間幅を、その分散型電源の影響範囲と規定する。
【００４４】
次に、電圧ディップ時刻一覧作成処理７０３により、検討対象の電圧ディップを抽出する。解析結果から、上記分散型電源の投入時刻近傍で発生して、かつ、許容幅以上の電圧ディップを発生させている時刻を探索し、その時刻と発生している発生場所について一覧を作成する。なお、系統的に連続した場所で発生している電圧ディップは一つのものと判断し、最も電圧が下がっている地点を発生場所とする。以降の処理では、この一覧に含まれる電圧ディップ時刻の一つずつについて、それを解消するために、分散型電源の投入時間の協調を図る。
【００４５】
まず、解決地点時刻選択処理７０４において、上記電圧ディップ時刻リストから、一つの時刻について着目する。ここで判定７０５により、選択する時刻がないとなれば、全ての問題が解消されたことになる。選択対象があれば、これを解消するスケジュールを作成する手順に移行する。
【００４６】
該当分散型電源選択処理７０６において、分散型電源投入一覧の中から、着目している時刻帯を影響範囲に含み、かつ、同一配電線路に接続し、かつ、発生場所から所定の系統距離に連系する分散型電源を選択する。ここで、複数の分散型電源が選択された場合には、投入タイミングの調整によって、問題の電圧ディップを解消できる可能性がある。
【００４７】
投入時刻調整処理７０７において、上記処理７０６で選択した分散型電源全てについて、個々の分散型電源の影響範囲が重複しないように、投入タイミングを前後にシフトするスケジューリングを作成する。この結果を協調計画として追加して、次の解決時刻選択処理７０４に移行する。
【００４８】
図７のような協調計画追加修正手段６１０を繰り返すことによって、全体として電圧ディップを回避するスケジューリングが実施される。たとえば、図８のように、誘導発電機（ＩＧ）を持つ電力設備Ａ（８０１）とＢ（８０２）が、近接して電力系統８０３に連系する場合を考える。協調を一切とらなかった場合、電力設備は個々の事情により朝に連系するので、図９のように、非常に近い時間帯（図９では８：３０）に投入されると、９０１と９０２の電圧ディップが問題化する。このような状態に対して、上記の手段により、図８では、それぞれの電力設備の要求を若干修正して、電力設備Ａ連系設備８０４が８：３１に投入、電力設備Ｂ連系設備８０５が８：３０投入されるスケジューリングが組まれる。図１０のように、１００１と１００２の電圧ディップは許容範囲内となる。
【００４９】
このように、本発明を用いて、電圧ディップを回避することを運転指令システムが保証することができる。従来では、補償装置なくして系統連系認可が受けられない容量の風力発電機についても、設備投資を最小限にして、系統連系が実現される。
【００５０】
別の協調計画追加修正処理を説明する。図１１は、配電網における定常電圧値の上下限制約を満足させることを目的とした協調計画追加修正手段の一例を示す。主に分散型電源が多く連系された場合、この上下限違反が懸念される。図７と同様に、開始１１０１の時点では、各種データの読み取り・解析計算は終了している。解析計算は、翌日一日内の全時間断面について、各機器の挙動を踏まえた潮流計算が行われている。
【００５１】
まず、分散型電源出力力率一覧作成処理１１０２により、操作対象の分散型電源の一覧を作成する。読み込み済みの電力設備データから、計画作成対象の時間帯において電力系統に連系されて、かつ、一定以上の出力計画を持つ分散型電源を選択する。また、調相遮断一覧作成処理１１０３により、計画作成対象の時間帯において電力系統に投入もしくは遮断可能な調相設備の一覧を作成しておく。
【００５２】
次に、電圧上下限違反一覧作成処理１１０４により、検討対象とする電圧上下限違反を検索する。解析結果から、定常状態と判断できる一定時間以上の許容幅以上の電圧変化について、発生場所と時刻の一覧を作成する。発生場所は、配電変電所以下の配電フィーダ単位で管理する。つまり同一のフィーダで発生する電圧違反は同一問題として取り扱う。発生時刻は、着目したフィーダにおいて制約違反が最も激しい（二乗誤差最大などの）時点を採用する。
【００５３】
まず、解決地点時刻選択処理１１０５において、上記電圧上下限違反一覧から、一つの問題について着目する。図７の場合と同様に、ここで判定１１０６により、選択する問題があるならば、これを解消するスケジュールを作成する手順に移行する。
【００５４】
該当分散型電源・負荷選択処理１１０７より、着目している配電フィーダについて、連系する分散型電源および調相設備の全てを抽出する。これらを制御変数として、問題時刻の電圧分布を最適化する制御について組み合わせ問題を求める。力率調整・調相遮断決定１１０８において、力率調整可能な分散型電源については調整可能な範囲での力率を連続変数として、調相設備の入り切りについては離散変数として、整数混合問題の準最適解を求める最適化計算を行う。ここで求めた結果を、協調計画として追加して、次の解決時刻選択処理１１０５に移行する。
【００５５】
図１１のような協調計画追加修正手段６１０を繰り返すことによって、全体として電圧上下限制約を回避するスケジューリングが実施される。たとえば、図１２のように、投入遮断可能な調相設備を有する電力設備Ａ（１２０１）と、電力変換器を介して接続する分散型電源を有するＢ（１２０２）が、近接して電力系統１２０３に連系する場合を考える。協調を一切とらなかった場合、夜間の時間帯に、図１３のように、投入状態の１２０４に起因する電圧上昇１３０１と、電力設備Ｂの分散型電源出力に起因する電圧上昇１３０２によって、平常時に過電圧となる問題が発生する。これに対し、上記の手段により、図１２では、電力設備Ａ連系設備１２０４が夜間に遮断した後、また、電力設備Ｂの電力変換機の力率を調整するスケジュールが採用される。図１４の１４０１と１４０２のように、電圧上下限制約を満足する。
【００５６】
分散型電源の種別によっては、力率調整以外の手段として、一時的な出力調整が可能なことがある。たとえば、一時的な過負荷運転が可能なエンジン発電機や、圧縮着火エンジンに代表される低効率大出力の運転モードを備えるような分散型電源を備える電力設備の場合には、協調コントローラからこれらの運転モードを切り換えることを、上記の最適化問題の制御変数として、取り扱うことが可能である。
【００５７】
このように、本発明を用いて、電圧の上下限制約について運転指令システムが保証することができる。特に、電力系統の電圧低下を招きやすい風力発電等の誘導発電機を含む分散電源を系統に並列させる場合でも、電圧低下を回避することができる。従来では、電圧違反を起こすたびに、遮断しなくてはならなかった分散型電源についても、最大限の期間で運転させることが可能となる。太陽光発電のように、電圧変動が激しい場合でも有効である。また、分散型電源自体が持つ力率調整などの調相能力を活用し、調相設備の投資抑制も期待できる。
【００５８】
図１１と同様の考え方で、配電網における三相電圧の不平衡（具体的には相電圧不平衡率等）の調整を協調目的とすることも可能である。電力設備データとして各電力設備の接続相を取り扱うことによって、調相設備や分散型電源の調整によって、不平衡調整を達成できる。接続相のバランス調整工事を必要最小限に抑制できるため、投資抑制につながる。
【００５９】
以上のように、本発明の協調コントローラを用いることにより、電力設備を日々などの簡単なスケジュールにおいて協調を図ることで、電力系統の品質を維持することに活用できる。つまり、電力系統運用者および電力設備運用者の全体として、電力品質維持に使用する調相設備コストを最小限に行えるため、これら複数事業者において経済的効果が得られる。
【００６０】
電圧品質維持のための活用と同時に、分散型電源の協調をとることは発電設備の効率化の意味も大きい。個々の分散型電源が無為に発電効率最大を求めると、連系拒否，強制遮断などに終わることがあるが、本発明の協調コントローラを用いることにより、協調をとることで、全体としての発電量最大化の協調が実現される。
【００６１】
このような経済的効果のため、協調コントローラの通信能力の上に、上記の経済効果を共有するビジネスモデルを実現する手順を実装することが可能である。以下に、この本発明に関わるビジネス形態について説明する。
【００６２】
図１５は、運転指令システムを運用する事業者を中心として、各事業者のビジネス関係の概略を示したものである。１５０１は運転指令システムを運用する事業者（以下、運転指令システム運用者）、１５０２は配電網を運用している事業者（以下、配電網運用者）、１５０３は協調コントローラを設置した電力設備を運用する事業者（以下、電力設備運用者。つまり需要家）の複数である。
【００６３】
電力設備運用者１５０３は、分散型電源および逆潮流設備を有して売電力が可能な電力設備の場合には、配電網運用者１５０２との間に、売電力１５０４およびその報酬１５０５のやり取りが行われている。
【００６４】
これとは別途、運転指令システム運用者１５０１との金銭的やり取りが行われる。まず、運転指令システム運用者１５０１は、上記実施例に説明したように、制御スケジュール１５０６を各々の電力設備運用者１５０３に実行させる。制御結果は、運転指令システム運用者１５０１から、制御結果報告１５０７として、配電網運用者１５０２に通達される。この通達を持って、配電網運用者１５０２は、所定の調相報酬１５０８を、運転指令システム運用者１５０１に支払う。運転指令システム運用者１５０１は、この報酬を各々の電力設備運用者１５０３に分配する。ただし、上記制御スケジュールによっては、全体の電力品質のために、売電電力量を抑制された電力設備運用者が存在する。報酬の分配ではこれを補正するための売電報酬補正を算出し、先の調相成果報酬を加えて調相報酬分配／売電報酬補正１５１１を引き渡す関係にある。
【００６５】
図１６を用いて、本発明に関わるビジネスの時系列的な流れについて、もう少し細かく説明する。図１５と同様に、１６０１は運転指令システムを運用する事業者、１６０２は配電網を運用している事業者、１６０３は協調コントローラを設置した電力設備所有者である。
【００６６】
まず、１６０４のやり取りに有るように、運転指令システムのスケジュール作成目的が事前に協議される。運転指令システム運用者１６０１と配電網運用者１６０２の協議によって、目標とする電力品質の管理と、その報酬が事前に取り決められる。
【００６７】
その後に、運転指令システム運用者１６０１は、電力設備運用者１６０３を募集するやりとり１６０５を行う。電力設備運用者１６０３がコンソーシアム参加を申請してきた際には、運転指令システム運用者１６０１による審査を行う。必要な設備データを電力設備運用者１６０３から得た後、本実施例で説明してきた計算手段により、配電網の電力品質に致命的な問題を起こさないことをチェックする。これを確認した後、電力設備運用者１６０３に対して協調コントローラ設置を行う。
【００６８】
別途、運転指令システム運用者１６０１は、配電網運用者１６０２に対して電力設備運用者１６０３の連系申請諸手続きについて代行する手続き１６０６を行う。これにより、電力設備運用者１６０３は電力系統への連系が可能となる。
【００６９】
電力設備運用者１６０３が分散型電源および逆潮流設備を有して売電力が可能な電力設備の場合には、配電網運用者１６０２との間に、売電力およびその報酬のやりとり１６０７が行われる。ここでの手続きは、従来の電力量の売買に関する諸制度に従って遂行されるもので、運転指令システム運用者１６０１は介さない。
【００７０】
協調制御に関するやりとり１６０８は、別途行われる。まず、運転指令システム運用者１６０１は、上記実施例に説明したように、配電網の電力品質を維持するための所定目的を満足させるために、制御スケジュールを各々の電力設備運用者に実行させる。この目的は、１６０４で取り決められたものである。これに対する制御結果が、運転指令システム運用者１６０１から配電網運用者１６０２に通達されて、配電網運用者１６０２は所定の調相報酬を運転指令システム運用者１６０１に支払う。
【００７１】
運転指令システム運用者１６０１は、この報酬を各々の電力設備運用者１６０３に分配する。ただし、上記制御スケジュールによっては、全体の電力品質のために、売電電力量を抑制された電力設備運用者が存在する。報酬の分配ではこれを補正するため、売電報酬補正を算出する。全電力設備所有者と通した売電報酬補正の合計値はゼロである。この売電報酬補正値と、先の調相成果報酬を加えたものが、調相報酬分配／売電報酬補正である。
【００７２】
やりとり１６０７および１６０８は、スケジュールの更新周期（上記の実施例は日単位）ごとに実施されて、適時，決済処理される。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の協調コントローラを用いることにより、連系を許可した分散型電源全てが自由に運転することを想定する必要がなくなる。電力系統を運用する立場から見ると、分散電源が自由に運転を行って電力系統の電圧低下等の品質低下を回避することができる。さらに、調相設備の計画においては設備投資の抑制が期待できる。また、分散型電源を運用する立場から見ると、連系申請の審議において必要要件が緩和されて、経済的な効果を得ることができる。
【００７４】
分散型電源が電力系統の電力品質に与える悪影響と好影響の両面を有効に活用することにより、電力系統運用者および電力設備運用者の全体として、電力品質維持に使用する設備コストを最小限に行えるため、これら複数事業者において経済的効果を共有することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いた協調コントローラを備えた電力設備の一例。
【図２】本発明を用いた協調コントローラを備えた電力設備の別構成。
【図３】協調コントローラの処理フロー。
【図４】制御スケジュールの伝送内容の一例。
【図５】運転指令システムの機能構成。
【図６】運転指令システムの処理フロー。
【図７】協調計画作成手順の一例（その１）。
【図８】電力系統における協調運転の一例（その１）。
【図９】電力系統における協調運転の一例（協調前）（その１）。
【図１０】電力系統における協調運転の一例（協調後）（その１）。
【図１１】協調計画作成手順の一例（その２）。
【図１２】電力系統における協調運転の一例（その２）。
【図１３】電力系統における協調運転の一例（協調前）（その２）。
【図１４】電力系統における協調運転の一例（協調後）（その２）。
【図１５】本発明に関わるビジネス形態。
【図１６】本発明に関わるビジネスフロー。
【符号の説明】
１０１，２０１…協調コントローラ、１０２，２０２，８０１，８０２，１２０１…電力設備、１０３，２０３，８０３，１２０３…電力系統、１０４…連係設備、１０５…構内変圧器、１０６，２０５…電力消費設備、１０７，１２０２…分散型電源、１０８…電力変換装置、１１０，２０８…制御盤、１１１，２０９…系統電圧観測装置、１１２…通信手段、１１３，５０５…通信回線、１１４…スケジュール保持手段、１１５…時刻同期手段、１１６…時刻把握手段、１１７…観測値入力手段、１１８…スケジュール実行判定手段、１１９，２１０…運転指令出力手段、２０４…連係点、２０６…コンデンサ、２０７…リアクトル、３０１…起動、３０２…スケジュール保持内容確認、３０３，３１０…判定処理、３０４…スケジュール配信待処理、３０５…次回指令内容・時刻獲得処理、３０６…時刻把握処理、３０７…指令時刻判定処理、３０８…指令内容実行処理、３０９…スケジュール配信確認処理、４０１…Ｓｃｈｅｄｕｌｅタグ、４０２…リスト冒頭部、４０３…リスト後半部、４０４〜４０６…タグ、５０１…計算機、５０２，５０３…データベース、５０６…ＣＲＴ、５０７…キーボード、６０１…システム起動、６０２…電力設備データ読取処理、６０３…電力系統データ読取処理、６０４…定刻起動待処理、６０５…協調計画初期化処理、６０６…協調計画データ、６０７…運用データ読取処理、６０８…解析計算手段、６０９，７０５，１１０６…判定、６１０…協調計画追加修正処理、７０１，１１０１…開始、
７０２…分散型電源投入一覧作成処理、７０３…電圧ディップ時刻一覧作成処理、７０４…解決地点時刻選択処理、７０６…該当分散型電源選択処理、７０７…投入時刻調整処理、９０１，９０２，１００１，１００２…電圧ディップ、１１０２…分散型電源出力力率一覧作成処理、１１０３…調相遮断一覧作成処理、１１０４…電圧上下違反一覧作成処理、１１０５…解決地点時刻選択処理、１１０７…負荷選択処理、１２０４…投入状態、１３０１，１３０２…電圧上昇、１４０１，
１４０２…電圧上下制約、１５０１，１６０１…運転指令システム運用者、１５０２，１６０２…配電網運用者、１５０３，１６０３…電力設備運用者、１５０４…売電力、１５０５…報酬、１５０６…制御スケジュール、１５０７…制御結果報告、１５０８…調相報酬、１５１１…売電報酬分配／調相報酬補正、１６０６…連係申請代行手続、１６０７…売電力およびその報酬のやりとり、１６０８…協調制御に関するやりとり。

Claims

電力系統に連系される電力設備を構成する少なくとも一つの電力消費装置又は電力発生装置を制御するコントローラであって、
前記電力設備外部との通信手段と、
現在の時刻を把握する時刻把握手段と、
前記外部の時刻と同期をとる時刻同期手段と、
前記電力消費装置又は電力発生装置の制御スケジュールを受信する通信手段とを備え、
前記時刻把握手段で得られた時刻に従って前記制御スケジュールを実行することを特徴とする電力設備の協調コントローラ。
電力系統と連係可能な電力設備内の電力機器を制御するコントローラであって、
前記電力設備の外部から送信された前記電力機器に対する制御内容及び当該制御内容の実施時刻に関する制御スケジュールを受信する通信手段と、
現在時刻を把握する時刻把握手段と、
前記時刻把握手段により把握された時刻に従い前記通信手段により受信した制御スケジュールに基づく制御指令を前記電力機器に出力する運転指令出力手段とを備えることを特徴とする電力設備の協調コントローラ。
請求項２において、
前記電力機器は分散型電源，リアクトル又はコンデンサであり、
前記制御スケジュールが前記分散型電源，リアクトル又はコンデンサを前記電力系統に並列させる時刻又は前記電力系統から解列させる時刻に関するものであることを特徴とする電力設備の協調コントローラ。
請求項２において、
前記電力機器は力率調整可能な電力変換装置であり、
前記制御スケジュールが前記電力変換装置の力率設定及び当該力率設定を設定する時刻に関するものであることを特徴とする電力設備の協調コントローラ。
電力系統に連係可能な複数の電力設備内の電力機器に関する情報及び前記電力系統に関する情報を保持する情報保持手段と、
前記電力設備内の電力機器に関する情報及び前記電力系統に関する情報を用いて前記電力設備内の電力機器に対する制御内容及び当該制御内容の実施時刻に関する制御スケジュールを作成する制御スケジュール作成手段と、
前記作成された制御スケジュールを前記電力設備に送信する送信手段とを備えたことを特徴とする電力設備の協調コントローラ。
請求項５において、
前記制御スケジュール作成手段は、前記電力系統の電力品質を所定の基準値以内に抑えることを制約条件として前記制御スケジュールを作成することを特徴とする電力設備の協調コントローラ。
請求項６において、
前記電力品質が前記電力系統の瞬時電圧値，定常状態の電圧値又は相電圧の不平衡率であることを特徴とする電力設備の協調コントローラ。
請求項５において、
前記電力設備内の電力機器に関する制御内容及び当該制御内容の実施時刻に関する制御スケジュールを作成する制御スケジュール作成手段と、
前記作成された制御スケジュールにおける前記電力系統における電力品質を解析する解析手段と、
前記解析された電力系統の電力品質が所定の品質を満足していない場合、前記制御スケジュールを修正する制御スケジュール修正手段と、
前記制御スケジュール作成手段により作成された制御スケジュール又は制御スケジュール修正手段により修正された制御スケジュールを前記電力設備に送信する送信手段とを備えたことを特徴とする電力設備の協調コントローラ。
請求項５において、
前記電力品質が前記電力系統の瞬時電圧値，定常状態の電圧値又は相電圧の不平衡率であることを特徴とする電力設備の協調コントローラ。
請求項５において、
前記制御スケジュールに基づく所定の報酬を得る権利が発生したことを示す信号を前記電力設備に送信する権利発生信号送信手段を備えることを特徴とする電力設備の協調コントローラ。
請求項１０において、
前記所定の報酬が前記制御スケジュールによる前記電力設備の売電費用抑制値に応じたものであることを特徴とする電力設備の協調コントローラ。