JP2006158179A - 分散型電源、配電設備及び電力供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 分散型電源と既存の配電系統とが連系して負荷に電力を供給する場合において、分散型電源から出力される有効電力に起因する連系点電圧の変動を抑制する。
【解決手段】 既存の配電系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、有効電力に起因する連系点電圧の変動を抑制する無効電力の最適値を求め、有効電力に応じて最適値を出力するように電力発生手段を制御する制御手段とを具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、分散型電源、配電設備及び電力供給方法に関する。

近年、風力発電装置や太陽電池等の分散型電源が既存の配電系統と連系して需要者に電力を供給することが行われている。そして、このような分散型電源を電力系統に連系する場合の技術要件のうち、電圧、周波数等の電力品質を確保していくために必要な事項が、経済産業省から「電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン」として、策定されている。

一方、電気事業者には、供給する電気の電圧が電気事業法及び経済産業省令によって維持すべき値として規定されており、上記ガイドラインでは、低圧需要家の電圧を適正値に維持するための対策として、分散型電源からの逆潮流により低圧需要家の電圧が適正値を逸脱して上昇するおそれがあるときは、分散型電源の進相無効電力制御機能または出力制御機能により自動的に電圧を調整する対策を行うことが記載されている。
電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン（資源エネルギー庁）

ところで、既存の電力系統では、周知のように系統電圧を適正値に維持するために無効電力補償装置が用いられている。無効電力補償装置は、系統電流と系統電圧との位相差を調節することにより系統電力中の無効電力を調節して系統電圧を制御するものである。しかし、このような無効電力補償装置は比較的高価なものであり、上記ガイドラインでは、低コストが要求される分散型電源に無効電力補償装置を具備するのではなく、分散型電源の進相無効電力制御または出力制御機能による簡単な（低コストな）方法で連系点電圧を制御する手段を採用している。

進相無効電力制御機能によれば、分散型電源自身の無効電力を利用して電圧を適正値に維持する制御を行うことが可能であるが、分散型電源の容量は一般的に小さいため、１つの分散電源のみでは容量の限界に達してしまい効果的に系統電圧の変動を抑制することができない。すなわち、負荷変動や系統運用状態の変化に起因する電圧変動を補償しようとして、分散型電源の出力限界に達してしまい、制御不能になる。
また、多数の分散型電源で分担して無効電力制御を行うためには、無効電力出力を最適に分担させるために、分散型電源間の通信及び多数の分散型電源を制御するための中央制御装置が必要となり、通信設備や中央制御装置の設置のためにコストがかかる。
一方、出力制御機能によれば、分散型電源の出力を抑制することになるため、負荷に対して電力を供給するという分散型電源の本来の機能を果たすことができず、分散型電源の設置に要した資金を回収することができなくなり、分散型電源の経済性を損なうことになる。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
（１）分散型電源と既存の電力系統とが連系して負荷に電力を供給する場合において、分散型電源から出力される有効電力に起因する連系点電圧の変動を抑制する。
（２）分散型電源に連系点電圧を規定電圧範囲内に維持させるための低コストな機能を提供する。

上記目的を達成するために、本発明では、分散型電源に係わる第1の解決手段として、既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源において、有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、前記有効電力に起因する連系点電圧の変動を抑制する無効電力の最適値を求め、有効電力に応じて前記最適値を出力するように前記電力発生手段を制御する制御手段とを具備する、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、制御手段は、既存の電力系統の系統インピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸを推定し、この推定値及び連系点電圧の変動を最小化するための有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電圧Ｑ_Ｇに関する下記関係式に基づいて無効電力の最適値を求める、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第３の解決手段として、上記第２の解決手段において、制御手段は、有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電圧Ｑ_Ｇ、負荷が消費する負荷電力Ｐ＋ｊＱ、系統インピーダンスＲ＋ｊＸ及び連系点電圧の変動ΔＶからなる前記関係式を複数時刻について連立させた方程式を解くことにより系統インピーダンスＲ＋ｊＸを求める、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第４の解決手段として、上記第３の解決手段において、複数の分散型電源が各々の連系点で系統インピーダンスＲ＋ｊＸを推定する場合に対応し、制御手段は、他の分散型電源とは異なる複数時刻についての関係式を連立させた方程式を解くことにより系統インピーダンスＲ＋ｊＸを推定する、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第５の解決手段として、上記第３または４の解決手段において、連系点について計測された電圧をノイズ除去フィルタに通すことにより連系点電圧Ｖとする、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第６の解決手段として、上記第３または４の解決手段におい
て、制御手段は、時系列的に複数個取得した系統インピーダンスＲ＋ｊＸの推定値をノイズ除去処理することにより得られた値を最終的な推定値とする、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第７の解決手段として、上記第２の解決手段において、制御手段は、無効電力を所定の周期で変動させた場合の連系点電圧の周波数成分のうち、前記周期に対応する周波数成分に基づいて系統インピーダンスの虚部を求め、また有効電力の周波数成分から系統周波数の２倍の周波数成分を取り除くとともに、取り除いた後の周波数成分のいずれかに対応する１つの周波数を選択し、当該選択した周波数に該当する連系点電圧の周波数成分に基づいて系統インピーダンスの実部を求める、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第８の解決手段として、上記第２の解決手段において、制御手段は、無効電力を所定の周期で変動させた場合の連系点電圧の周波数成分のうち、前記周期に対応する周波数成分に基づいて系統インピーダンスの虚部を求め、また有効電力を所定の周期で変動させた場合の連系点電圧の周波数成分のうち、前記周期に対応する周波数成分に基づいて系統インピーダンスの実部を求める、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第９の解決手段として、上記第７または８の解決手段において、複数の分散型電源が各々の連系点で系統インピーダンスＲ＋ｊＸを推定する場合に対応し、他の分散型電源とは異なる周期で無効電力及び／または有効電力を変動させる、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第１０の解決手段として、上記第２の解決手段において、負荷変動による無効電流変化ΔＩ_Ｑが既知の場合には、制御手段は、前記無効電流ΔＩ_Ｑと前記連系点電圧Ｖの変動ΔＶとの関係式Ｘ＝ΔＶ／ΔＩ_Ｑによって系統インピーダンスＲ＋ｊＸの虚部Ｘを推定する、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第１１の解決手段として、上記第１の解決手段において、制御手段は、無効電力を変動させた場合の連系点電圧を検出することにより最適値を探索する、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第１２の解決手段として、上記第１１の解決手段において、制御手段は、有効電力の値毎に予め探索した有効電力と最適値との関係を記憶部に記憶し、電力発生手段に指示する有効電力に対応する最適値を記憶部から検索して電力発生手段に指示する、という手段を採用する。

また、分散型電源に係わる第１３の解決手段として、上記第１１または第１２の解決手段において、制御手段は、有効電力が降下状態にあるときに最適値を再探索する、という手段を採用する。

一方、本発明では、配電設備に係わる第１の解決手段として、負荷に電力を供給する既存の電力系統と、分散型電源に係わる上記第１〜第１３のいずれかの解決手段を有する分散型電源とを具備する、という手段を採用する。

さらに、本発明では、電力供給方法に係わる第１の解決手段として、既存の電力系統と分散型電源とが連系して負荷に電力を供給する方法において、分散型電源は、有効電力に起因する連系点電圧の変動を抑制する無効電力を最適値として求め、前記有効電力及び当該有効電力に応じた前記最適値を負荷に出力する、という手段を採用する。

本発明によれば、既存の電力系統と連系して負荷に電力を供給する分散型電源が有効電力に起因する連系点電圧の変動を抑制する無効電力を最適値として求め、前記有効電力及び当該有効電力に応じた前記最適値を負荷に出力するので、有効電力に起因する連系点電圧の変動をより確実に抑制することができる。

また、本発明によれば、分散型電源の力率制御によって有効電力に対する最適値（無効電力）の設定が可能なので、従来の無効電力補償装置を必要とすることなく、低コストで連系点電圧の変動を抑制することができる。すなわち、連系点電圧の変動を抑制するための機能を実現するためのコストが低いので、低コストが要求される分散型電源に容易に導入することができる。

また、本発明によれば、分散型電源自身の有効電力に起因する連系点の電圧変動のみを補償するので、小容量の分散型電源の能力を効果的に活用することができる。また、多数の分散型電源間での通信が不要なため、通信設備のためのコストが不要である。さらに、分散型電源の有効電力出力を抑制することがないので、分散型電源の経済性を損なうことがない。

さらに、本発明によれば、既存の電力系統と連系する分散型電源が自ら出力した有効電力に起因する連系点電圧の変動を抑制するので、既存の電力系統側で無効電力補償装置を用いて連系点電圧の補償する場合よりも、連系点電圧を規定電圧範囲内に効果的に維持することができる。例えば、複数の分散型電源が既存の電力系統と連系する場合には、既存の電力系統側で全ての連系点の連系点電圧を補償することは困難である。しかしながら、本発明では、各分散型電源が自立的に連系点電圧を補償するので、複数の連系点の連系点電圧をより確実に規定電圧範囲内に維持することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図1は、本発明の第１実施形態に係わる配電設備の系統図である。本第１実施形態は、自らが出力する有効電力P_Ｇを実質的に制御し得ないタイプの分散型電源ＰＷ1を具備する配電設備に関する。

この図１において、符号Ｓは配電用変電所、Ｃ1は高圧配電線、Ｔ1，Ｔ2は配電用変圧器（柱上変圧器）、Ｃ2は低圧配電線、ＰＷ1は分散型電源、Ｌは負荷である。配電用変電所Ｓは高圧配電線Ｃ1を介して配電用変圧器Ｔ1，Ｔ2の一次側に接続されている。高圧配電線Ｃ1は、上記配電用変電所Ｓから出力された高圧電力（例えば６６００Ｖ）を配電用変圧器Ｔ1，Ｔ2まで伝送する。配電用変圧器Ｔ1，Ｔ2は、高圧配電線Ｃ1を介して供給された高圧電力を例えば２００Ｖの低圧電力に電圧変換し低圧配電線Ｃ2に供給する。低圧配電線Ｃ2は、配電用変圧器Ｔ1，Ｔ2と負荷Ｌとの間に設けられており、低圧電力を負荷Ｌに供給する。

ここで、上記配電用変電所Ｓ、高圧配電線Ｃ1、配電用変圧器Ｔ1，Ｔ2及び低圧配電線Ｃ2は、市中にネットワーク状に敷設された既存の配電系統を構成している。これに対して、分散型電源ＰＷ1は、連系点において低圧配電線Ｃ2と接続されており、上記既存の配電系統と連系して負荷Ｌに低圧電力を供給するものである。また、負荷Ｌは、既存の配電系統に接続された全ての負荷である。

このような分散型電源ＰＷ1は、図示するように、主な機能構成要素として電圧計１、電流計２、検出電力演算部３、最適出力演算部４、記憶部５、出力電流設定部６、出力電流制御部７、インバータ８、直流電源９及び連系リアクトル１０を備えている。電圧計１は、低圧配電線Ｃ2の連系点における電圧（連系点電圧Ｖ）を検出して検出電力演算部３に出力する。電流計２は、本分散型電源ＰＷ1の出力電流を検出して検出電力演算部３に出力する。

検出電力演算部３は、上記電圧計１から入力された連系点の電圧瞬時値及び上記電流計２から入力された出力電流瞬時値に基づいて分散型電源ＰＷ1から連系点に出力される出力電力（つまり有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇ）を演算し、検出電力として最適出力演算部４に出力すると共に、電圧計１から入力された連系点の電圧瞬時値に基づいて当該連系点の電圧の実効値演算を行い、連系点電圧の実効値（連系点電圧Ｖ）として最適出力演算部４に出力する。

最適出力演算部４は、検出電力演算部３から入力される検出電力（有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇ）と連系点電圧Ｖとを記憶部５に出力して記憶させる一方、当該記憶部５に記憶された連系点電圧Ｖと有効電力Ｐ_Ｇあるいは無効電力Ｑ_Ｇとに基づいてインバータ８の出力電力を電力指令値として出力電流設定部６に出力する。この電力指令値は、インバータ８の出力電力、つまり有効電力Ｐ_Ｇと無効電力Ｑ_Ｇとを個別に指示するものである。

詳細は後述するが、最適出力演算部４は、無効電力Ｑ_Ｇを出力電流設定部６に指示する無効電力指令値を生成する際に、上記既存の配電系統の系統インピーダンスＺを推定し、この推定値を前提として、有効電力Ｐ_Ｇを連系点に出力することに起因する連系点電圧Ｖの変動を抑制する無効電力Ｑ_Ｇを最適値として求め、該最適値の出力を指示する無効電力指令値を出力電流設定部６に出力する。記憶部５は、無効電力が最適に調整されたときの検出電力（有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇ）と連系点電圧Ｖとを1つのレコードとして有効電力Ｐ_Ｇの大きさの順に順序をつけて記憶すると共に、必要時に当該レコードを読み出して最適出力演算部４に出力する。

出力電流設定部６は、上記電力指令値に準じた有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇをインバータ８から出力させるように力率を設定し、その設定値（力率設定値）を出力電流制御部７に出力する。出力電流制御部７は、上記力率設定値に基づいてインバータ８を制御するための制御信号、例えばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成してインバータ８に出力する。インバータ８は、直流電源９から供給された直流電圧を上記制御信号に基づいてスイッチングすることにより交流電圧に変換する。

直流電源９は、例えば太陽電池であり、所定の直流電圧をインバータ８に出力する。ここで、直流電源９は発電電力が太陽から照射される光の光量に依存するので、インバータ８は、一定の値に制御された有効電力Ｐ_Ｇを連系点に出力することができない。すなわち、本配電設備における分散型電源ＰＷ1は、有効電力Ｐ_Ｇを一定の値に制御できず、ランダムに変動する有効電力P_Ｇを出力するものである。なお、連系リアクトル１０は、インダクタンスを付与するためにインバータ８の出力端に設けられている。

ここで、分散型電源ＰＷ1は、上述したように主な機能構成要素として、電圧計１、電流計２、検出電力演算部３、最適出力演算部４、記憶部５、出力電流設定部６、出力電流制御部７、インバータ８、直流電源９及び連系リアクトル１０を備えているが、これら機能構成要素のうち、インバータ８、直流電源９及び連系リアクトル１０は、有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇを発生して連系点に出力する電力発生手段を構成している。

また、電圧計１、電流計２、検出電力演算部３、最適出力演算部４、記憶部５、出力電流設定部６及び出力電流制御部７は、有効電力Ｐ_Ｇに起因する連系点電圧Ｖの変動を抑制するような無効電力Ｑ_Ｇを系統インピーダンスＺに基づいて求め、当該無効電力Ｑ_Ｇを発生するように上記電力発生手段を制御する制御手段を構成している。このような分散型電源ＰＷ1は、本配電設備の特徴的な構成要素である。

次に、このように構成された配電設備の動作について詳しく説明する。
本配電設備では、既存の配電系統と分散型電源ＰＷ1とが電力を連係して負荷Ｌに供給する。ここで、連系点電圧Ｖは、一般的には分散型電源ＰＷ1から出力される有効電力Ｐ_Ｇに依存して変動することになるが、本配電設備の分散型電源ＰＷ1は、自らが連系点に出力する有効電力Ｐ_Ｇに起因する連系点電圧Ｖの変動を抑制するように無効電力Ｑ_Ｇを最適化して連系点に出力する。

図２は、このような無効電力Ｑ_Ｇによる連系点電圧Ｖの変動抑制原理を説明するための模式図である。この模式図では、系統インピーダンスＺを「Ｒ＋ｊＸ」、配電用変電所Ｓの出力電圧を「Ｅ」、分散型電源ＰＷ1から出力される電力を「Ｐ_Ｇ＋ｊＱ_Ｇ」、また連系点から負荷Ｌが消費する負荷電力を「Ｐ＋ｊＱ」としている。負荷電力Ｐ＋ｊＱのうち、「Ｐ」は負荷実効電力を、また「Ｑ」は負荷無効電力をそれぞれ示している。

本配電設備には、このような各値を変数あるいは定数とする以下の近似式（１）が成立する。

この近似式（１）は、連系点における電圧変動ΔＶが負荷Ｌの変動に起因する電圧変動ΔＶ1（＝Ｒ・Ｐ＋Ｘ・Ｑ）と分散型電源ＰＷ1から出力される有効電力Ｐ_Ｇに起因する電圧変動ΔＶ2（＝Ｒ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ）とからなることを示している。

すなわち、分散型電源ＰＷ1の有効電力Ｐ_Ｇに起因する電圧変動ΔＶ2は、分散型電源ＰＷ1の無効電力Ｑ_Ｇを最適化することにより、つまり条件式：Ｒ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ＝０を満足するように無効電力Ｑ_Ｇを設定することにより、最小化することが可能である。この電圧変動ΔＶ2は、分散型電源ＰＷ1の有効電力Ｐ_Ｇが既存の配電系統に流入すること及び当該有効電力Ｐ_Ｇが変動することによって生じるものである。そして、このような電圧変動ΔＶ2を最小化するための無効電力Ｑ_Ｇ（つまり無効電力Ｑ_Ｇの最適値）を求めるためには、系統インピーダンスＺを求める必要がある。

さて、連系点電圧Ｖの変動抑制原理は以上の通りであるが、このような変動抑制原理に基づいて無効電力Ｑ_Ｇを最適値に設定するためには、系統インピーダンスＺを知る必要がある。既存の配電系統の構成に変更がなく系統インピーダンスＺが固定である場合は、計測によって得られた系統インピーダンスＺを用いて無効電力Ｑ_Ｇを最適設定することが考えられるが、実際の配電系統は種々に事情で構成が変更されることが多く、よって実際には固定値と考えることができない。

このような事情から、最適出力演算部４は、電力Ｐ_Ｇ＋ｊＱ_Ｇのうち無効電力Ｑ_Ｇを意図的に変動させた場合の連系点の連系点電圧Ｖと求めることによって系統インピーダンスＺを推定する。なお、本配電設備における分散型電源ＰＷ1の場合、上述したように有効電力Ｐ_Ｇについて実効的な制御ができないので、無効電力Ｑ_Ｇのみを意図的に変動させる。

すなわち、最適出力演算部４は、負荷電力Ｐ＋ｊＱが変動しないような比較的短期間内の３時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3について無効電力Ｑ_Ｇを指定値Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３に設定させる無効電力指令値を出力電流設定部６に出力し、このときの連系点電圧Ｖ_１〜Ｖ_３、有効電力Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３及び無効電力Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３を検出電力演算部３から取得する。そして、最適出力演算部４は、これら連系点電圧Ｖ_１〜Ｖ_３、有効電力Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３及び無効電力Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３を上式（１）に代入して得られる連立方程式（２）〜（４）を解くことにより系統インピーダンスＺの実部Ｒ及び虚部Ｘを求める。

式（３）から式（２）を引くことにより下式（５）が得られ、また式（４）から式（２）を引くことにより下式（６）が得られる。

ここで、ΔＰ_２＝Ｐ_G１−Ｐ_G２、ΔＰ_３＝Ｐ_G１−Ｐ_G３、ΔＱ_２＝Ｑ_G１−Ｑ_G２、ΔＱ_３＝Ｑ_G１−Ｑ_G３、またΔＶ_２＝Ｖ_１−Ｖ_２、ΔＶ_３＝Ｖ_１−Ｖ_３と置くと、上式（５）、（６）は以下の行列式（７）として表される。

そして、この行列式（７）から系統インピーダンスＺの実部Ｒ及び虚部Ｘは下式（８）によって求められる。上記最適出力演算部４には、この式（８）に検出電力演算部３から取得される連系点電圧Ｖ_１〜Ｖ_３、有効電力Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３及び無効電力Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３を代入することにより系統インピーダンス実部Ｒ及び虚部Ｘを求める。

ここで、上述したように分散型電源ＰＷ1は有効電力Ｐ_Ｇを実質的に制御することはできない。したがって、３つの時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3について得られる連系点電圧Ｖ_１〜Ｖ_３、有効電力Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３及び無効電力Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３を上式（８）に代入することによって系統インピーダンスＺを求めることになる。しかしながら、有効電力Ｐ_Ｇ１と有効電力Ｐ_Ｇ２とが等しい場合には、系統インピーダンスＺの虚部Ｘを上式（８）よりも簡単な式（９）によって求めることができる。

また、上記３つの時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3は、負荷電力Ｐ＋ｊＱが変動しない比較的短期間のうち、つまり負荷Ｌの運転点が変動することなく一定と見なせる期間内に設定されているので、無効電力Ｑ_Ｇの最適値は、上述した電圧変動ΔＶ2を０とした条件式：Ｒ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ＝０を変形して得られる下式（１０）によって表される。

すなわち、最適出力演算部４は、式（８）に基づいて求めた系統インピーダンスＺ及び有効電力Ｐ_Ｇを式（１０）に代入することによって無効電力Ｑ_Ｇの最適値、つまり連系点への有効電力Ｐ_Ｇをの出力に起因する連系点電圧Ｖの電圧変動ΔＶを抑制する無効電力Ｑ_Ｇ（つまり最適値）の出力を電流設定部６に指示する。この結果、連系点電圧Ｖの電圧変動ΔＶは最小限に抑制される。なお、最適出力演算部４は、このような系統インピーダンスＺの推定処理を一定時間間隔で行うことにより、既存の配電系統の構成変更による系統インピーダンスＺの変動に対して常に適切な最適値を推定する。

なお、上記のように連立方程式（２）〜（４）に基づいて系統インピーダンスＺを推定する場合、負荷Ｌの運転点が変動することなく一定と見なせる期間について連系点電圧Ｖを検出する必要があるが、実際の配電系統に接続される負荷Ｌには、常時ある周期で変動しているものや、または瞬間的に変動するものが存在する。このような負荷Ｌが接続されている場合、連系点電圧Ｖの電圧変動ΔＶには、意図的に無効電力Ｑ_Ｇを変動させた場合の電圧変動に加え、上記のような負荷Ｌの変動に起因する電圧変動が重畳することになり、結果として系統インピーダンスＺの推定値に誤差が生じることになる。また、連系点電圧Ｖを検出する際の計測ノイズも系統インピーダンスＺの推定値に誤差を生じる原因になる。

このような負荷Ｌの変動に起因する連系点電圧Ｖの電圧変動及び連系点電圧Ｖの計測ノイズの影響を除去するために、無効電力Ｑ_Ｇを変動させた時に検出する連系点電圧Ｖをローパスフィルタに通した値に基づいて系統インピーダンスＺを推定する。これにより、高周波の負荷変動に起因する連系点電圧Ｖの電圧変動のみならず連系点電圧Ｖの計測ノイズの影響を除去し、系統インピーダンスＺの推定値の誤差を軽減できる。

また、他の方法として、系統インピーダンスＺの推定値を時系列データとして記憶部５に記憶しておき、それら時系列データの平均値を求め、その値を最終的な系統インピーダンスＺの推定値として用いることによっても高周波の負荷変動に起因する連系点電圧Ｖの電圧変動のみならず連系点電圧Ｖの計測ノイズの影響を除去し、系統インピーダンスＺの推定値の誤差を軽減できる。なお、系統インピーダンスＺの推定値の時系列データにデジタルローパスフィルタをかけることで平均化処理を行っても良い。

一方、負荷Ｌの負荷変動が予めわかっている場合には、以下の方法により系統インピーダンスＺの虚部Ｘの推定精度を上げることができる。

図１において、負荷Ｌ（ここでは誘導機とする）の起動時に生じる突入電流をΔＩ_Ｑとする。ここで、負荷Ｌの起動時の突入電流ΔＩ_Ｑは無効成分がほとんどであると考えると、上記突入電流ΔＩ_Ｑによって生じる連系点電圧Ｖの電圧変動ΔＶを検出することで系統インピーダンスＺの虚部ＸをＸ＝ΔＶ／ΔＩ_Ｑによって求めることができる。

従って、負荷Ｌの起動時の突入電流ΔＩ_Ｑの値が予めわかっていれば、分散型電源ＰＷ１の記憶部５に突入電流ΔＩ_Ｑを記憶しておき、常時連系点電圧Ｖを検出して、突入電流ΔＩ_Ｑに起因する電圧変動ΔＶが検出された時に最適出力演算部４は記憶部５から突入電流値ΔＩ_Ｑを読み出し、系統インピーダンスＺの虚部Ｘ＝ΔＶ／ΔＩ_Ｑを算出する。ここで突入電流ΔＩ_Ｑに起因する電圧変動ΔＶは、スパイク状の大きな電圧変動であるので、予め最適出力演算部４に閾値を設定しておき、最適出力演算部４はその閾値を超えた電圧変動ΔＶを検出した場合に突入電流ΔＩ_Ｑに起因する電圧変動ΔＶと判断し、系統インピーダンスＺの虚部Ｘを算出する。

突入電流ΔＩ_Ｑの値は負荷Ｌの定格容量の数倍に達し、突入電流ΔＩ_Ｑによる連系点の電圧変動ΔＶは無効電力Ｑ_Ｇの出力による連系点電圧Ｖの電圧変動幅よりはるかに大きいため、計測ノイズ等の外乱の影響を受けず、系統インピーダンスＺの虚部Ｘの推定精度を上げることができる。よって、連立方程式（２）〜（４）に基づいて系統インピーダンスＺを推定する場合、上記の方法で求めた虚部Ｘを用いることにより虚部Ｘについて推定精度を上げることができる。

なお、このように突入電流ΔＩ_Ｑによって生じるスパイク状の電圧変動ΔＶによって系統インピーダンスＺの虚部Ｘを推定する場合、上記で説明したローパスフィルタを用いることはできない。従って、系統インピーダンスＺの実部Ｒを求める際には、連立方程式（２）〜（４）に基づいて推定した実部Ｒを時系列データとして記憶しておき、その時系列データの平均値を実部Ｒの最終値とする。これにより、実部Ｒについても精度の良い推定値とすることができる。

ところで、上述したように連立方程式（２）〜（４）を解くことにより系統インピーダンスＺを求め、そして当該系統インピーダンスＺと式（１０）を用いて無効電力Ｑ_Ｇの最適値を求める方法に代えて、系統インピーダンスＺを以下に説明する周期変動法を用いて求めること、また系統インピーダンスＺを求めることなく無効電力Ｑ_Ｇの最適値を求める方法として以下に説明する最適値探索法を採用しても良い。

周期変動法によれば、処理が複雑になるものの上述したようなローパスフィルタや平均化処理を行う必要がなく、外乱（負荷変動及び計測ノイズ）による連系点電圧Ｖの変動の影響を除去することが可能であり、精度良く系統インピーダンスＺを求めることができる。
また、最適値探索法によれば、同様に処理が複雑になるものの系統インピーダンスＺを推定することなく、また近似式である式（１０）を用いることなく無効電力Ｑ_Ｇの最適値を直接求めるので、無効電力Ｑ_Ｇの最適値を上記周期変動法を用いる場合よりもさらに正確に求めることができる。

図３は、上記周期変動法の処理手順を示すフローチャートである。
この図に示すように、最適出力演算部４は、規定時刻になると（ステップＳ1）、直流電源９の出力変動に応じてランダムに変動する有効電力Ｐ_Ｇと連系点電圧Ｖとを検出電力演算部３から時系列的に順次取得する（ステップＳ2）。

ここで、有効電力Ｐ_Ｇは、三相平衡の状況では一定値（実効値）となるため、有効電力の時間変化は有効電力Ｐ_Ｇの実効値の変化となり、連系点電圧Ｖも同様の時間変化を示す。しかしながら、三相不平衡であったり、単相電力の場合には、実効値が変化しなくても、有効電力Ｐ_Ｇは系統周波数の２倍の周波数で振動する。すなわち、一定値（実効値）、つまり直流成分である有効電力Ｐ_Ｇに系統周波数の倍周波の振動が重畳してしまうことになる。従って、このような実効値の変化とは無関係の振動の影響を排除するために、ステップＳ２で取得した有効電力Ｐ_Ｇの時系列データにフィルタをかけることで系統周波数の倍周波成分を除去する。

これにより有効電力Ｐ_Ｇの実効値の変動分のみが抽出できるので、次に最適出力演算部４は、このようなフィルタリング後の有効電力Ｐ_Ｇの時系列データをＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理し、該時系列データの周波数成分の中から１つだけ特定の周波数成分Ｐ_Ｇ（ω_０）を選択する（ステップＳ3）。

また、最適出力演算部４は、連系点電圧Ｖの時系列データを有効電力Ｐ_Ｇの周波数成分Ｐ_Ｇ（ω_０）に関してＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）処理することにより、上記有効電力Ｐ_Ｇの周波数成分Ｐ_Ｇ（ω_０）と同一の周波数成分Ｖ（ω_０）を抽出する（ステップＳ4）。ここで、連系点電圧Ｖに対する負荷Ｐ，Ｑの同一周波数成分による影響を無視できるとし、無効電力Ｑ_Ｇを当該期間中一定に保持しておけば、連系点電圧Ｖの時系列データについて抽出された上記同一周波数成分Ｖ（ω_０）は、有効電力Ｐ_Ｇの影響によるものだけとなるため、Ｖ（ω_０）≒Ｒ・Ｐ_Ｇ（ω_０）となる。最適出力演算部４は、このようにして抽出された有効電力Ｐ_Ｇの周波数成分Ｐ_Ｇ（ω_０）と、これに一致する連系点電圧Ｖの周波数成分Ｖ（ω_０）とに基づいて、系統インピーダンスＺの実部Ｒを算出する（ステップＳ5）。

続いて、最適出力演算部４は、無効電力Ｑ_Ｇを所定周期で変動させる無効電力指令値を出力電流設定部７に出力してインバータ８から連系点に出力される無効電力Ｑ_Ｇを所定周期で変動させ（ステップＳ6）、このときの連系点電圧Ｖを検出電力演算部３から時系列的に順次取得する（ステップＳ7）。そして、最適出力演算部４は、この連系点電圧Ｖの時系列データをＤＦＴ処理することにより、無効電力Ｑ_Ｇの変動周波数と同一周波数の成分を抽出し（ステップＳ8）、このように抽出した連系点電圧Ｖの周波数成分に基づいて系統インピーダンスＺの虚部Ｘを算出する（ステップＳ9）。

そして、最適出力演算部４は、上記スッテプＳ1〜Ｓ9の一連の処理が完了すると、処理をステップＳ1に戻し、次の規定時刻になると（スッテプＳ1）、スッテプＳ2以降の処理を繰り返すことにより所定時間間隔で系統インピーダンスＺを推定する。このような周期変動法によれば、有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇの変動周波数に合致する周波数の連系点電圧Ｖを用いて系統インピーダンスＺを推定するので、外乱を排除して系統インピーダンスＺをより正確に推定することができる。推定された系統インピーダンスＺに基づき式（１０）より最適な無効電力Ｑ_Ｇを求めて出力する。なお、ＦＦＴ処理やＤＦＴ処理に代えてフィルタ（例えばバンドパスフィルタ）を用いても良い。

次に、図４は、上記最適値探索法の処理手順を示すフローチャートである。
最適出力演算部４は、最初に処理における制御変数ｉを「０」に初期化し（ステップＳa1）、さらに有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇを一瞬だけ「０」に設定させる有効・無効電力指令値を出力電流設定部７に出力してインバータ８から連系点に出力される電力を強制的に「０」に設定させる（ステップＳa2）。そして、最適出力演算部４は、このときの連系点電圧Ｖを検出電力演算部３から取得し（ステップＳa3）、当該連系点電圧Ｖを上記有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇの値（つまり「０」）と共に1つのレコードとして有効電力Ｐ_Ｇの大きさの順に記憶部５内に設定した対応表テーブルに登録させる（ステップＳa4）。

これ以降、最適出力演算部４は、上記制御変数ｉをインクリメントを繰り返して（ステップＳa5）、分散型電源ＰＷ1の通常運転状態における有効電力Ｐ_Ｇ、無効電力Ｑ_Ｇ及び連系点電圧Ｖを時系列的に順次取得し（ステップＳa6）、有効電力Ｐ_Ｇの変化状態を判断し（ステップＳa7）、この変化状態に応じて無効電力Ｑ_Ｇの最適値を求める最適値探索処理（ステップＳa8）、上記対応表テーブルの書換処理（１）（ステップＳa8）、あるいは対応表テーブルの書換処理（２）（ステップＳa10）を実行する。なお、ステップＳa7における有効電力Ｐ_Ｇの変化状態の判定処理は、有効電力Ｐ_Ｇの今回値（有効電力今回値Ｐ_pre）と前回値（有効電力前回値Ｐ_last）の大小関係を比較することによって行われる。

すなわち、有効電力今回値Ｐ_preが有効電力前回値Ｐ_lastよりも大きい場合つまり有効電力Ｐ_Ｇが上昇状態にある場合に最適値探索処理（ステップＳa8）が実行される。また、有効電力今回値Ｐ_preが有効電力前回値Ｐ_lastと等しい場合つまり有効電力Ｐ_Ｇが一定状態にある場合には対応表テーブルの書換処理（１）（ステップＳa8）が実行され、さらに有効電力今回値Ｐ_preが有効電力前回値Ｐ_lastよりも小さい場合つまり有効電力Ｐ_Ｇが下降状態にある場合には対応表テーブルの書換処理（２）（ステップＳa10）が実行されることになる。

図５は、上記最適値探索処理（ステップＳa8）、対応表テーブルの書換処理（１）（ステップＳa9）及び対応表テーブルの書換処理（２）（ステップＳa10）の詳細を示すフローチャートである。この図５において、（ａ）は最適値探索処理を、（ｂ）は対応表テーブの書換処理（１）を、また（ｃ）は対応表テーブルの書換処理（２）をそれぞれ示している。

図５（ａ）に示すように、最適値探索処理（ステップＳa8）では、最初に連系点電圧Ｖの今回値（連系点電圧今回値Ｖ_pre）と前回値（連系点電圧前回値Ｖ_last）とが等しくなる無効電力Ｑ_Ｇを探索する（ステップＳa81）。すなわち、最適出力演算部４は、無効電力Ｑ_Ｇを順次変化させる無効電力指令値を出力電流設定部７に出力してインバータ８から連系点に出力する無効電力Ｑ_Ｇを順次変化させ、この際の連系点電圧Ｖを検出電力演算部３から順次取得することによって連系点電圧今回値Ｖ_preと連系点電圧前回値Ｖ_lastとが等しくなる無効電力Ｑ_Ｇを探索する。

そして、最適出力演算部４は、このようにして得られた無効電力Ｑ_Ｇの探索値の出力を指示する無効電力指令値を出力電流設定部７に再度出力してインバータ８から連系点に上記探索された最適値を出力させ（ステップＳa82）、このときに検出電力演算部３から得られた有効電力今回値Ｐ_pre、無効電力Ｑ_Ｇの探索値及び連系点電圧今回値Ｖ_preを対応表テーブルに新規登録する（ステップＳa83）。

このような有効電力Ｐ_Ｇが上昇状態に実行される最適値探索処理（ステップＳa8）によって、対応表テーブルには分散型電源1の出力容量範囲に亘ってステップＳa6でサンプリングされた複数の有効電力Ｐ_Ｇに関する無効電力Ｑ_Ｇの最適値とそのときの連系点電圧Ｖとが上記有効電力Ｐ_Ｇに対応する多数のレコードとして蓄積される。

このように対応表テーブルが記憶部３に構築された以降において、最適出力演算部４は、検出電力演算部３から取得した有効電力Ｐ_Ｇに基づいて対応表テーブルを検索することにより当該有効電力Ｐ_Ｇに対応する無効電力Ｑ_Ｇの最適値を取得し、この最適値の出力させる無効電力指令値を出力電流設定部７に出力することにより連系点電圧Ｖの変動を抑制する無効電力Ｑ_Ｇをインバータ８から連系点に出力させる。

一方、有効電力Ｐ_Ｇが一定（変化しない）状態及び下降状態には、対応表テーブルの書換（つまりメンテナンス）が行われる。このメンテナンスは、上述したように既存の配電系統の構成変更を考慮して行われるものである。例えば有効電力Ｐ_Ｇが一定状態の場合には、図５（ｂ）に示す書換処理（１）（ステップＳa9）が実行される。この書換処理において、最適出力演算部４は、無効電力Ｑ_Ｇの前回値（無効電力前回値Ｑ_last）を出力させる無効電力指令値を出力電流設定部７に出力してインバータ８から連系点に出力する無効電力Ｑ_Ｇを無効電力前回値Ｑ_lastに設定させ（ステップＳa91）、この際の連系点電圧Ｖを検出電力演算部３から取得する（ステップＳa92）。

そして、最適出力演算部４は、このように取得した連系点電圧Ｖが連系点電圧今回値Ｖ_preと等しくない場合には、既存の配電系統に接続関係の変更等の何らかの変化が生じことが原因と考えられるので、対応表テーブルの該当するレコードを上記連系点電圧今回値Ｖ_preに書き換える（ステップＳa93）。

さらに、有効電力Ｐ_Ｇが下降状態のときには、図５（ｃ）に示すように、対応表テーブルの書換処理（２）（ステップＳa10）において、最適出力演算部４は、対応表テーブルから有効電力今回値Ｐ_preに対応する無効電力Ｑ_Ｇを検索し（ステップＳa101）、当該検索結果として得られた検索値を出力させる無効電力指令値を出力電流設定部７に出力してインバータ８から連系点に出力する無効電力Ｑ_Ｇを検索値に設定させる（ステップＳa102）。

そして、最適出力演算部４は、このときの連系点電圧Ｖを検出電力演算部３から新たに取得し（ステップＳa103）、当該連系点電圧Ｖが対応表テーブルにおいて上記検索値に対応する連系点電圧Ｖと異なっている場合には、対応表テーブルの該当レコードの連系点電圧Ｖを検出電力演算部３から取得した新たな連系点電圧Ｖに書き換える（ステップＳa104）。このような連系点電圧Ｖの不一致は、上述したように既存の配電系統に接続関係の変更等、何らかの変更が生じた場合である。

また、最適出力演算部４は、上記最適値探索処理（ステップＳa8）で取得した対応表テーブルのうち有効電力今回値Ｐ_preよりも大きい有効電力Ｐ_Ｇに対応するレコードを消去する（ステップＳa105）。このように対応表テーブルのうち有効電力今回値Ｐ_preよりも大きい有効電力Ｐ_Ｇに対応するレコードが消去されると、対応表テーブルの消去された部分は、次に有効電力Ｐ_Ｇが上昇状態に実行される時に実行される最適値探索処理（ステップＳa8）によって再構築される。

ステップＳa10の実行に至るための有効電力Ｐ_Ｇの下降は、例えば太陽光発電の場合は、日の陰りに相当する。また、有効電力Ｐ_Ｇの下降は必ず発生するとは限らず、しかも有効電力Ｐ_Ｇ＝０まで下降するとは限らないので、一定の時間間隔で強制的に有効電力Ｐ_Ｇ＝０、無効電力Ｑ_Ｇ＝０とし、上記の過程を繰り返すことにより、負荷変動や系統運用状態の変化に起因する電圧変動の要因を取り除き、より正確な最適値を探索することが可能となる。

以上が本第１実施形態の分散型電源ＰＷ１の構成及び動作説明であるが、上記では説明の簡略化のため、既存の配電系統に１つの分散型電源ＰＷ１が接続されている場合について説明した。しかし、実際には図６に示すように複数の分散型電源が既存の配電系統に連系される場合もあり得る。

図６において、図１と同一の構成要素については同一符号を付し、説明を省略する。分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３は、それぞれ連系点１、２及び３において低圧配電線Ｃ２と接続されており、既存の配電系統と連系して負荷Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３に低圧電力を供給している。これらの分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３は、各連系点からみた既存の配電系統の系統インピーダンスＺを上述した方法により推定し、最適な無効電力Ｑ_Ｇを求めて出力する。なお、図６では省略したが、高圧配電線Ｃ１には、配電用変圧器Ｔ１、低圧配電線Ｃ１、負荷Ｌ１、Ｌ２及びＬ３等で構成されるような低圧電力系統が複数接続されている。

このような構成の配電系統において、複数の分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３が同時に系統インピーダンス推定処理を行った場合には以下のような問題がある。

まず、分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３が連立方程式（２）〜（４）を解くことにより系統インピーダンスＺを推定する場合、各分散型電源は負荷Ｌ１、Ｌ２及びＬ３が変動することなく一定とみなせる短期間の３つの時刻について無効電力Ｑ_Ｇを意図的に変動させ、連系点１、２及び３での電圧変動ΔＶを検出することになる。このような動作が同時に行われると、各連系点電圧Ｖの電圧変動ΔＶの値は、各分散型電源が出力する無効電力Ｑ_Ｇに起因する電圧変動が重畳することになり、各連系点からみた系統インピーダンスＺの推定値に大きな誤差が生じることになる。

そこで、上記のような場合では、無効電力Ｑ_Ｇを変動させる時刻を各分散型電源で異なるように設定する。例えば、各分散型電源をオンラインで接続し、他の分散型電源の無効電力Ｑ_Ｇを変動させる時刻を検出して、その時刻が自己の分散型電源と同じ時刻であれば、自立的に自己の無効電力Ｑ_Ｇを変動させる時刻を変更するようにする。

このようにすれば、他の分散型電源が無効電力Ｑ_Ｇを変動させる時刻と同期することがなくなり、系統インピーダンス推定処理を行った分散型電源自身の無効電力Ｑ_Ｇの変動に起因する連系点電圧Ｖの電圧変動ΔＶのみを抽出することができる。その結果、系統インピーダンスＺの推定値の誤差を軽減することができる。

一方、分散型電源ＰＷ１１、ＰＷ１２及びＰＷ１３が周期変動法により系統インピーダンス推定処理を行った場合にも、各分散型電源が無効電力Ｑ_Ｇを周期的に変動させるため、変動周期が他の分散型電源と一致した場合に系統インピーダンスＺの推定値に大きな誤差が生じることになる。

そこで、このように各分散型電源が周期変動法により系統インピーダンス推定処理を行った場合、無効電力Ｑ_Ｇを変動させる周期を各分散型電源で異なるように設定する。例えば、上記と同様に、各分散型電源をオンラインで接続し、他の分散型電源の無効電力Ｑ_Ｇの変動周期を検出し、他の分散型電源と変動周期が一致すれば自立的に自己の変動周期を変更するようにする。

このようにすれば他の分散型電源による無効電力Ｑ_Ｇの変動周期と一致することなく、系統インピーダンス推定処理を行った分散型電源自身の無効電力Ｑ_Ｇの変動周期に起因する連系点電圧Ｖのみを抽出することができるので、その結果、系統インピーダンスＺの推定値の誤差を軽減することができる。

以上のように、図６のような複数の分散型電源が連系されている配電系統においても、上述したような系統インピーダンスＺの推定を行うことにより無効電力Ｑ_Ｇの最適値を求め、各連系点の電圧変動を抑制することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態ついて説明する。
上記第１実施形態は分散型電源ＰＷ１が自らが出力する有効電力Ｐ_Ｇを実質的に制御し得ないタイプのものである場合に関するものであったが、本第２実施形態は、自らが出力する有効電力Ｐ_Ｇを実質的に制御し得るタイプの分散型電源ＰＷ２を備える配電設備に関するものである。

図７は、第２実施形態に係わる配電設備の系統図である。なお、図７では、上記第１実施形態と同一の構成要素については同一符号が付してある。以下の説明では、第１実施形態と共通する部分の説明を省略し、本第２実施形態の特徴的部分のみについて説明する。

図示するように、本第２実施形態における分散型電源ＰＷ２は、電圧計１、電流計２、検出電力演算部３、最適出力演算部４Ａ、記憶部５、出力設定部１１、ガバナ１２、励磁電流制御部１３、原動機１４、発電機１５及び連系リアクトル１０を備えている。電圧計１は、低圧配電線Ｃ２の連系点における電圧（連系点電圧Ｖ）を検出して検出電力演算部３に出力する。電流計２は、本分散型電源ＰＷ２の出力電流を検出して検出電力演算部３に出力する。

なお、発電機１５は回転機でなくてもよく、例えば燃料電池のような出力を制御可能な直流電源とインバータとの組み合わせでも良い。この場合、ガバナ１２は燃料電池への燃料の供給制御装置、原動機１４は燃料電池、発電機１５はインバータ、励磁電流制御部１３はインバータの出力電流制御装置に相当する。

最適出力演算部４Ａは、第１実施形態における最適出力演算部４と同様の演算機能を有するが、演算処理の内容が最適出力演算部４とは多少異なる。この最適出力演算部４Ａの演算処理については後で詳しく説明する。出力設定部１１は、最適出力演算部４Ａから入力される出力指示に基づいて有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇの値をそれぞれ設定し、このうち有効電力Ｐ_Ｇの設定値についてはガバナ１２に、一方無効電力Ｑ_Ｇの設定値については励磁電流制御部１３にそれぞれ出力する。

ガバナ１２は、上記有効電力Ｐ_Ｇの設定値に基づいて原動機１４への燃料供給量を制御する。一方、励磁電流制御部１３は、無効電力Ｑ_Ｇの設定値に基づいて発電機１５に供給する励磁電流を制御する。原動機１４は、ガバナ１２から供給された燃料によって動力を発生させて発電機１５を回転駆動する。発電機１５は、上記励磁電流制御部１３による励磁電流に応じた力率の電力つまり有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇを発生し連系リアクトル１０を介して連系点に出力する。

ここで、これら分散型電源ＰＷ２の機能構成要素のうち、原動機１４、発電機１５及び連系リアクトル１０は、有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇを発生して連系点に出力する電力発生手段を構成しており、また電圧計１、電流計２、検出電力演算部３、最適出力演算部４Ａ、記憶部５、出力設定部１１、ガバナ１２及び励磁電流制御部１３は制御手段を構成している。

このように構成された分散型電源ＰＷ２では、自らが連系点に出力する有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇを実質的に制御することができるので、最適出力演算部４Ａにおける演算処理の内容が以下のようになる。

（１）連立方程式による系統インピーダンスＺの推定処理
上記連立方程式（２）〜（４）に基づいて系統インピーダンスＺを推定する場合に、無効電力Ｑ_Ｇだけではなく有効電力Ｐ_Ｇも規定することができるので、最適出力演算部４Ａは、有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇを意図的に変動させた場合の連系点の連系点電圧Ｖと求めることによって系統インピーダンスＺを推定する。

すなわち、最適出力演算部４Ａは、負荷電力Ｐ＋ｊＱが変動しない短期間内の３つの時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3について無効電力Ｑ_Gを指定値Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３に設定させると共に有効電力Ｐ_Ｇを指定値Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３に設定させる電力指令値を出力設定部１１に出力し、このときの連系点電圧Ｖ_１〜Ｖ_３、有効電力Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３及び無効電力Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３を検出電力演算部３から取得する。そして、最適出力演算部４Ａは、これら連系点電圧Ｖ_１〜Ｖ_３、有効電力Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３及び無効電力Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３を上式（１）に代入して得られる連立方程式（２）〜（４）を解くことにより、系統インピーダンスＺの実部Ｒ及び虚部Ｘを求める。

本第２実施形態では、このように無効電力Ｑ_Ｇだけではなく有効電力Ｐ_Ｇも意図的に設定することができるので、式（８）の構成からも分かるように各時刻ｔ1，ｔ2，ｔ3における有効電力Ｐ_Ｇ１〜Ｐ_Ｇ３及び無効電力Ｑ_Ｇ１〜Ｑ_Ｇ３をどのような値に設定するかによって簡単に系統インピーダンスＺの実部Ｒ及び虚部Ｘを求めることができる。
また、有効電力Ｐ_Ｇを一定にして無効電力Ｑ_Ｇのみを変化させるモードと、無効電力Ｑ_Ｇを一定にして有効電力Ｐ_Ｇのみを変化させるモードとを交互に実施することにより系統インピーダンスＺの実部Ｒ及び虚部Ｘを別々に、交互に求めることが可能である。

また、高周波の負荷変動に起因する連系点電圧Ｖの電圧変動及び連系点電圧Ｖの計測ノイズの影響を除去する方法は、第１実施形態と同様である。さらに、負荷Ｌの突入電流ΔＩ_Ｑが既知の場合の、系統インピーダンスＺの虚部Ｘの推定精度を向上する方法についても第１実施形態と同様である。

（２）周期変動法による系統インピーダンスＺの推定処理
無効電力Ｑ_Ｇだけではなく有効電力Ｐ_Ｇも意図的に設定することができるので、最適出力演算部４Ａは、系統インピーダンスＺの実部Ｒの推定を有効電力Ｐ_Ｇを所定周期で変動させて得られる連系点電圧Ｖに基づいて推定する。

（３）最適値探索法による無効電力Ｑ_Ｇの最適値の推定処理
基本的には第１実施形態における分散型電源ＰＷ１の場合と同様であるが、分散型電源ＰＷ２の運転中における有効電力Ｐ_Ｇの変動が分散型電源ＰＷ１よりも小さいので、探索処理は分散型電源ＰＷ２の起動時や有効電力Ｐ_Ｇが変化した場合にのみ行うことになる。また、既存の配電系統の変化あるいは負荷電力Ｐ＋ｊＱの変動を考慮して所定の時間間隔で探索処理を行うようにしても良い。

また、既存の配電系統に複数の分散型電源ＰＷ２が連系されている場合、第１実施形態と同様の系統インピーダンスＺの推定を行うことによって、精度の良い系統インピーダンスＺを求めることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。

（１）上記各実施形態では、既存の配電系統の低圧側に分散電源を連系させる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、配電系統の高圧側や送電系統等、既存の電力系統や商用電力系統に分散電源を連系させる場合についても適用可能である。

（２）上記各実施形態では、分散型電源ＰＷ１，分散型電源ＰＷ２について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明における分散型電源は、電力系統に連係される発電設備のうち、系統電圧を単独では決定できる程の影響力を電力系統に対して持たない比較的小容量の電源一般であり、具体的には太陽光発電、風力発電、小水力発電、燃料電池、熱電併給設備あるいはごみ焼却発電等である。

（３）上記各実施形態では、条件式：Ｒ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ＝０を満足する無効電力Ｑ_Ｇ、つまり電圧変動ΔＶ2（＝Ｒ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ）を最小化する無効電力Ｑ_Ｇを最適値としたが、最適値の定義はこれに限定されるものではない。例えば、電圧変動ΔＶ2が所定のしきい値Ｖrefとなるように、つまりＲ・Ｐ_Ｇ＋Ｘ・Ｑ_Ｇ＝Ｖrefなる条件式を満足する無効電力Ｑ_Ｇを最適値とすることによっても、分散型電源が連系点に出力する有効電力P_Ｇに起因する系統電圧の電圧変動を抑制することができる。

（４）複数の分散型電源が同時に連立方程式（２）〜（４）に基づいて系統インピーダンスＺを推定する場合において、各分散型電源で無効電力Ｑ_Ｇ（分散型電源ＰＷ２ならば有効電力Ｐ_Ｇも含む）を変動させる時刻を異なるように設定する方法に変えて、その時刻を各分散型電源毎に一定の周期でランダムに変更するようにしても良い。なお、この方法に加えて、系統インピーダンスＺの推定値を２回連続して求め、その２つの推定値がある一定の誤差内で同じ値になることを確認する。このようにすれば、無効電力Ｑ_Ｇ及び／または有効電力Ｐ_Ｇを変動させる時刻が他の分散型電源と一時的に一致した場合であっても、２回連続して一致する可能性は低いので、系統インピーダンスＺが２回連続してある一定の誤差内で同じ値になれば、それは系統インピーダンス推定処理を行った分散型電源自身が求めた系統インピーダンスＺであると判断できる。

（５）また、複数の分散型電源が同時に周期変動法により系統インピーダンスＺを推定する場合において、各分散型電源で無効電力Ｑ_Ｇ（分散型電源ＰＷ２ならば有効電力Ｐ_Ｇも含む）を変動させる周期を異なるように設定する方法に変えて、その無効電力Ｑ_Ｇ及び変動させる周期をある一定の期間毎に各分散型電源でランダムに変更するようにしても良い。なお、この方法に加えて、さらに周期を変更して系統インピーダンスＺを２回連続して求めるようにする。このようにすれば、無効電力Ｑ_Ｇ及び／または有効電力Ｐ_Ｇを変動させる周期が他の分散型電源と一時的に一致した場合であっても、２回連続して一致する可能性は低いので、系統インピーダンスＺの推定値が２回連続して同じ値になれば、それは系統インピーダンス推定処理を行った分散型電源自身によって求められた系統インピーダンスＺであると判断できる。また、配電系統電圧の周波数スペクトルを観測し、系統内に存在しない周波数成分で無効電力Ｑ_Ｇ及び／または有効電力Ｐ_Ｇを変動させて系統インピーダンスＺを推定しても良い。

本発明の第１実施形態に係わる配電設備の系統図である。 本発明の各実施形態における無効電力Ｑ_Ｇによる連系点電圧Ｖの変動抑制原理を説明するための模式図である。 本発明の第１実施形態における周期変動法の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における最適値探索法の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における最適値探索法の詳細処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態における分散型電源ＰＷ１を複数連系した配電系統の構成図である。 本発明の第２実施形態に係わる配電設備の系統図である。

符号の説明

Ｓ…配電用変電所、Ｃ１…高圧配電線、Ｔ１，Ｔ２…配電用変圧器、Ｃ２…低圧配電線、ＰＷ１、ＰＷ２、ＰＷ１１、ＰＷ１２、ＰＷ１３…分散型電源、Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…負荷、１…電圧計、２…電流計、３…検出電力演算部、４，４Ａ…最適出力演算部、５…記憶部、６…出力電流設定部、７…出力電流制御部、８…インバータ、９…直流電源、１０…連系リアクトル、１１…出力設定部、１２…ガバナ、１３…励磁電流制御部、１４…原動機、１５…発電機

Claims (15)

1. 既存の電力系統と連系して電力を負荷に供給する分散型電源であって、
   有効電力及び無効電力を発生して連系点に出力する電力発生手段と、
   前記有効電力に起因する連系点電圧の変動を抑制する無効電力の最適値を求め、有効電力に応じて前記最適値を出力するように前記電力発生手段を制御する制御手段と
   を具備することを特徴とする分散型電源。
2. 制御手段は、既存の電力系統の系統インピーダンスＲ＋ｊＸを推定し、この推定値及び連系点電圧の変動を最小化するための有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇに関する下記関係式に基づいて無効電力Ｑ_Ｇの最適値を求めることを特徴とする請求項１記載の分散型電源。
   

   
3. 制御手段は、有効電力Ｐ_Ｇ及び無効電力Ｑ_Ｇ、負荷が消費する負荷電力Ｐ＋ｊＱ、系統インピーダンスＲ＋ｊＸ及び連系点電圧Ｖの変動ΔＶからなる下記関係式を複数時刻について連立させた方程式を解くことにより系統インピーダンスＲ＋ｊＸを推定することを特徴とする請求項２記載の分散型電源。
   

   
4. 複数の分散型電源が各々の連系点で系統インピーダンスＲ＋ｊＸを推定する場合に対応し、
   制御手段は、他の分散型電源とは異なる複数時刻についての関係式を連立させた方程式を解くことにより系統インピーダンスＲ＋ｊＸを推定することを特徴とする請求項３記載の分散型電源。
5. 連系点について計測された電圧をノイズ除去フィルタに通すことにより連系点電圧Ｖとすることを特徴とする請求項３または４記載の分散型電源。
6. 制御手段は、時系列的に複数個取得した系統インピーダンスＲ＋ｊＸの推定値をノイズ
   除去処理することにより得られた値を最終的な推定値とすることを特徴とする請求項３または４記載の分散型電源。
7. 制御手段は、無効電力を所定の周期で変動させた場合の連系点電圧の周波数成分のうち、前記周期に対応する周波数成分に基づいて系統インピーダンスの虚部を求め、また有効電力の周波数成分から系統周波数の２倍の周波数成分を取り除くとともに、取り除いた後の周波数成分のいずれかに対応する１つの周波数を選択し、当該選択した周波数に該当する連系点電圧の周波数成分に基づいて系統インピーダンスの実部を求めることを特徴とする請求項２記載の分散型電源。
8. 制御手段は、無効電力を所定の周期で変動させた場合の連系点電圧の周波数成分のうち、前記周期に対応する周波数成分に基づいて系統インピーダンスの虚部を求め、また有効電力を所定の周期で変動させた場合の連系点電圧の周波数成分のうち、前記周期に対応する周波数成分に基づいて系統インピーダンスの実部を求めることを特徴とする請求項２記載の分散型電源。
9. 複数の分散型電源が各々の連系点で系統インピーダンスＲ＋ｊＸを推定する場合に対応し、他の分散型電源とは異なる周期で無効電力及び／または有効電力を変動させることを特徴とする請求項７または８記載の分散型電源。
10. 負荷変動による無効電流変化ΔＩ_Ｑが既知の場合には、
    制御手段は、前記無効電流ΔＩ_Ｑと前記連系点電圧Ｖの変動ΔＶとの関係式Ｘ＝ΔＶ／ΔＩ_Ｑによって系統インピーダンスＲ＋ｊＸの虚部Ｘを推定することを特徴とする請求項２記載の分散型電源。
11. 制御手段は、無効電力を変動させた場合の連系点電圧を検出することにより最適値を探索することを特徴とする請求項１記載の分散型電源。
12. 制御手段は、有効電力の値毎に予め探索した有効電力と最適値との関係を記憶部に記憶し、電力発生手段に指示する有効電力に対応する最適値を記憶部から検索して電力発生手段に指示することを特徴とする請求項１１記載の分散型電源。
13. 制御手段は、有効電力が降下状態にあるときに最適値を再探索することを特徴とする請求項１１または１２記載の分散型電源。
14. 負荷に電力を供給する既存の電力系統と、
    該既存の電力系統と連系して負荷に電力を供給する請求項１〜１３いずれかに記載の分散型電源と
    を具備することを特徴とする配電設備。
15. 既存の電力系統と分散型電源とが連系して負荷に電力を供給する方法であって、
    前記分散型電源は、有効電力に起因する連系点電圧の変動を抑制する無効電力を最適値として求め、前記有効電力及び当該有効電力に応じた前記最適値を負荷に出力する
    ことを特徴とする電力供給方法。
    

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