JP2008008766A - 試験装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 分散型電源を連系した配電系統の運用を所定期間にわたり実験的に試験することができる試験装置を提供する。
【解決手段】 送り出し電圧調整部2は模擬的な配電系統へ送り出し電圧を供給する。複数の配電線路31、32・・・36等は、配電線として用いられる架空線を模擬的に等価な回路で表している。複数の開閉器41、42・・・45等は、送り出し電圧調整部2と複数の配電線路との間、及び複数の配電線路間に接続される。また、計測部7は、複数の負荷回路51、52、53等と、分散型電源部6と、送り出し電圧調整部2、配電線路3、開閉器4、負荷回路5及び分散型電源出力部6によりなる配電系統における電圧及び電流に関する値を計測する。制御部8は、計測部7からの電圧及び電流に関する計算値に基づいた試験をするために配電系統を制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】 送り出し電圧調整部2は模擬的な配電系統へ送り出し電圧を供給する。複数の配電線路31、32・・・36等は、配電線として用いられる架空線を模擬的に等価な回路で表している。複数の開閉器41、42・・・45等は、送り出し電圧調整部2と複数の配電線路との間、及び複数の配電線路間に接続される。また、計測部7は、複数の負荷回路51、52、53等と、分散型電源部6と、送り出し電圧調整部2、配電線路3、開閉器4、負荷回路5及び分散型電源出力部6によりなる配電系統における電圧及び電流に関する値を計測する。制御部8は、計測部7からの電圧及び電流に関する計算値に基づいた試験をするために配電系統を制御する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、自然エネルギーを利用した分散型電源を連系した配電系統の運用を例えば24時間という所定期間で試験する試験装置に関する。
下記特許文献1には、多種多様な配電系統を模擬して配電機器の総合動作試験を行うことができる試験装置が開示されている。任意の配電系統に設置された配電機器の総合動作試験を行うもので、電源を模擬する電源ユニットと変電所を模擬する変電所ユニットと、配電線を模擬する配電線ユニットと、負荷を模擬する負荷ユニットとから構成され、電源ユニット、変電所ユニット、配電線ユニット及び負荷ユニットを適宜組み合わせて相互間を適宜配線で接続することにより任意の配電系統を模擬する配電系統模擬回路を形成し、これに配電機器として例えば区分開閉器とこの区分開閉器を制御する開閉器子局とを接続して、区分開閉器および開閉器子局の総合動作試験を行う。
ところで、近年、太陽光発電設備や風力発電設備等の発電設備を設置して、該発電設備を配電線に連系させる需要家が増加する傾向にあり、配電線に多くの発電設備が分散型電源として連系するようになっている。
配電線と分散型電源を構成する発電設備との保護協調を図る上での基本的な考え方を示すものとして、下記非特許文献1が制定されている。この非特許文献1には、連系された系統に事故が発生したときには発電設備を系統から解列する等の考え方が示されている。
また、下記特許文献2には、配電系統に接続して使用される実機器として太陽光発電システムを試験対象とした配電系統模擬回路が記載されている。特に、配電系統に接続して使用される実機器を試験する試験装置において、上記配電系統を電子回路で模擬した配電系統模擬回路と、上記実機器と上記配電系統模擬回路との間に接続されるアクティブパワーインタフェース装置とを備える試験装置が開示されている。
上述したように、上記特許文献1は分散型電源装置を試験対象とした試験装置について開示したものではなく、分散型電源の連系による配電系統への影響や効果の検証という点での記載はない。また、上記特許文献2は太陽光発電システムの単独運転防止機能、電力系統保護機能等に関する試験装置について開示しているが、分散型電源を連系した配電系統の運用を例えば24時間という所定期間で試験する装置については開示していない。つまり、上記特許文献1、特許文献2及び非特許文献1のいずれにも、実験的に分散型電源を連系した配電系統の運用を例えば24時間という所定期間で試験する装置についての記載はない。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、分散型電源を連系した配電系統の運用を所定期間にわたり実験的に試験することができる試験装置の提供を目的とする。
本発明に係る試験装置は、上記課題を解決するために、送り出し電圧を自在に調整できる送り出し電圧調整手段と、固定のインピーダンスが内蔵される複数の配電線路手段と、上記送り出し電圧調整手段と上記配電線路手段との間に接続される開閉手段と、抵抗、インダクタンス及びコンデンサを接続した等価回路からなる少なくとも1台の負荷手段と、発電機能とインバータ機能を有してなり上記配電線路手段に接続されて分散型電源出力を模擬的に発生する少なくとも1台の分散型電源出力手段と、上記送り出し電圧調整手段、上記配電線路手段、上記開閉手段、上記負荷手段及び上記分散型電源出力手段によりなる配電系統における電圧及び電流に関する値を計測する計測手段とを備え、上記配電系統の所定期間の運用を上記計測手段の計測値に基づいて試験する。
このため、本発明の試験装置は、計測手段により計測した配電系統における電圧及び電流に関する値に基づいて、分散型電源出力手段を含む配電系統の所定期間での運用を試験することができる。
本発明に係る試験装置によれば、瞬時ではなく所定期間における分散型電源の連系による配電系統への影響や効果の検証や評価を実験的に行うことができるので、実際の配電系統に対する影響評価の精度を上げることができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。この実施の形態は、発電機能とインバータ機能を有している太陽光発電装置や風力発電装置等の分散型電源を連系した配電系統における所定期間、例えば24時間の運用を模擬的に試験する分散型電源連系配電系統の模擬試験装置である。分散型電源の連系による配電系統への影響や効果の検証や評価に用いられる。
図1は分散型電源連系配電系統の模擬試験装置の構成図である。この模擬試験装置は、模擬的な配電系統へ送り出し電圧を供給する送り出し電圧調整部2と、配電線として用いられる架空線を模擬的に等価な回路で表した複数の配電線路部31、32・・・36等と、送り出し電圧調整部2と複数の配電線路部31、32・・・36等との間、及び複数の配電線路部間に接続される複数の開閉器41、42・・・45等とを備える。また、複数の負荷回路51、52、53等と、分散型電源出力部6と、上記各構成部よりなる模擬的な配電系統における電圧及び電流に関する値を計測する計測部7と、計測部7からの電圧及び電流に関する計算値に基づいた試験をするために上記配電系統を制御する制御部8とを備える。
送り出し電圧調整部2は、定格電圧6600Vの実際の配電系統を定格電圧200V前後、定格電流16A前後に縮小した送り出し電圧・電流を模擬配電系統に送り出す。
送り出し電圧調整部2の前段には自動電圧調整器(Automatic Voltage Regulator:AVR)1が設けられている。AVR1は電圧変動範囲200V±10%、精度180V〜220V±3V以下、定格容量15KVA、応答時間1sの電圧を摺動電圧調整方式により発生する。
送り出し電圧調整部2は、制御部8の制御に基づいてAVR1が発生した180Vより220Vを21タップの2V刻み(6.6kV系統の21タップの30V刻みに対応)で調整し、配電系統に送り出す。送り出し電圧調整部2のタップすなわち送り出し電圧は24時間断面での設定、自動切り替えが可能である。例えば、オンロードタップチェンジャー付き変圧器を適用することができ、この変圧器は、タップの切り替えをマグネットスイッチで切り替える。
複数の配電線路部31、32・・・36は、それぞれ抵抗RとリアクタンスLからなる固定のインピーダンスが内蔵される。例えば、アルミ線240mm2(ALOC240)やアルミ線120mm2(ALOE120)の架空線を模擬している。線路インピーダンスは、実系統の0km〜1.5km相当まで0.1km刻みで変更可能である。線路部内の開閉器の開閉状態は、制御部8からの制御信号により制御される。線路容量は例えば30Aである。線路部の両端には計測部7が接続できるように接続部40、41が設けられている。図2は配電線路部3の16刻みの距離の模擬について説明するための図である。各線路装置のR,L素子の値を表に示したr、2r、4r、8rを”0”、”1”にて表現することにより、0、L、2L〜15Lの16刻みで線路距離を模擬することができる。
開閉器41、42・・・45等は、送り出し電圧調整部2と複数の配電線路との間、及び複数の配電線路間に接続され、送り出し電圧調整部2と複数の配電線路部31、32・・・36間の接続や、複数の配電線路部31、32・・・36間の接続を制御部8の制御により開閉する。
負荷回路51、52、53等は、単相負荷を想定しており容量2A(6.6kV系統の50Aに対応)の定インピーダンス負荷である。RLC素子の組み合わせからなる。動的に離散制御可能である。繁華街(商業地)、工業地域、住宅地域、郊外地域の重負荷、軽負荷の日変化を再現できる。
分散型電源出力部6は発電機能とインバータ機能を備えてなり配電線路部に接続されて分散型電源出力を模擬的に発生するとともに、制御部8からの制御によりインバータ負荷にもなる。三角波比較PWM(pulse width modulation)制御が可能であり、スイッチング周波数はチョッパが18kHz、インバータが9kHzである。出力電流歪率は総合が5%以下、各次が3%以下である。出力力率は自在に設定可能である。制御部8からの制御信号で定格電力出力又は定電流出力制御が可能である。+の制御信号で分散型電源として動作し、−の指令値で定電力負荷として動作する。定格出力容量は9.2kWである。
計測器7は、送り出し電圧調整部2、配電線路部31、32・・・36、開閉器41、42・・・45等、負荷回路51、52、53及び分散型電源出力部6によりなる模擬的な配電系統における電圧及び電流に関する値を計測する。具体的には、送り出し電圧調整部2のトランス1次側、2次側線間電圧(実効値)、トランス2次側各相電圧(瞬時値)、各相線路電流(瞬時値)、配電線路部の各相電圧(瞬時値)、各相電流(瞬時値)を計測する。デジタル計測器であれば、CSV形式でデータを保管し、サンプリングタイムは10μs〜10sで設定することができる。計測器7の計測値は、制御部8に送られる。
制御部8は、予め設定されたタイムチャートとともに、計測部7からの電圧及び電流に関する計算値に基づいて上記模擬的配電系統を制御し、上記模擬的配電系統の所定期間における運用を試験する。図3に示すように、制御部8は、送り出し電圧調整部2の送り出し電圧調整を制御する送り出し電圧制御処理部9、複数の負荷回路51、52、53等の組み合わせを変えて例えば繁華街(商業地)における重負荷及び軽負荷、工業地における重負荷及び軽負荷、住宅地域における重負荷及び軽負荷、郊外地域における重負荷及び軽負荷の日変化を再現する負荷制御処理部10、発電機能とインバータ機能を制御して分散型電源出力を分散型電源出力部6に模擬的に発生させたり、力率を自在に設定可能な定電力負荷(インバータ負荷)となる分散型電源出力処理部11及び開閉器41、42・・・45等を制御し、送り出し電圧調整部2からの送り出し電圧を配電線路部31、32・・・36に供給するか否かを切り換える開閉器制御処理部12を有する。もちろん、制御部8は、配電線路部3の組み合わせを図2に示した2値化データの組み合わせにより16刻みで設定することができる。さらに、制御部8は計測部7からの計測値を演算する演算処理部13を備え、計測値演算部13により演算した結果に基づいて、送り出し電圧制御処理部9を動作させ、制御信号を送り出し電圧調整部2へ供給する。
次に、分散型電源連系配電系統の模擬試験装置の動作について説明する。先ず、送り出し電圧調整部2は制御部8の制御により、例えば、図4に示すように、24時間断面で送り出し電圧が設定される。図4には重負荷時の送り出し電圧と軽負荷時の送り出し電圧V0を示す。制御部8からタップ位置の時系列データ(タイムチャート)に基づいた送り出し電圧の制御信号が供給されることにより、送り出し電圧調整部2は190V≦V0≦210Vで送り出し電圧V0を図5に示すように調整する。実規模系統では、6300V≦V0≦6900Vに相当する。図5(A)には重負荷時と軽負荷時の電圧許容範囲を示す。実線は重負荷時の送り出し電圧変化である。破線は軽負荷時の送り出し電圧変化である。図5(B)は送り出し電圧制御信号に応じたタップ制御による送り出し電圧V0と送り出し電流I0を示す。また、送り出し電圧V0と送り出し電流I0が配電系統に供給されたときの、定インピーダンス負荷制御信号、開閉器制御信号、線路長制御信号、分散型電源制御信号(定電力負荷制御信号を含む)についても示している。黒く塗りつぶした四角形は、閉じている開閉器を示し、白い四角形は開放状態の開閉器を示す。上又は下に向いた矢印は、R,L,Cからなる負荷回路を示している。送り出し電流I0として16Aが供給され、第1負荷回路51にはI1≦2A、第2負荷回路52にはI2≦2A、第3負荷回路53にはI3≦2A(分散型電源出力部6を−の指令値で定電力負荷として動作させた場合)、第4負荷回路54にはI4≦2A(分散型電源出力部6を+の制御信号で分散型電源として動作させた場合)が流れる。第5負荷回路55にはI5≦2A、第6負荷回路56にはI6≦2Aが流れる。これらの値は、実規模系統における送り出し電流I0=400A、I1≦50A、I2≦50A、I3≦50A、I4≦50A、I5≦50A、I6≦50Aに相当する。このように、分散型電源連系配電系統の模擬試験装置では、実規模系統に対して電圧Vを1/30倍、電流Iを1/25倍にして、例えば所望の配電線路部の接続部における各相電圧、各相電流を見ることができる。
送り出し電圧の制御信号は、制御部8の送り出し制御処理部9によりタップ位置の時系列データに基づいて生成され、送り出し電圧調整部2に供給される。なお、送り出し電圧の制御信号は、計測部7から入力される計測値に基づいて生成することも可能である。例えば、送り出し電圧調整部2のトランス2次側の各相線路電流に所定の係数を掛けた値を送り出し電圧とするようタップ位置を調整する制御信号をしたり、配電線路部の各相電流が所定値以上(各相電圧が所定値以下)であれば送り出し電圧を上げ方向にタップ位置を調整する制御信号を、また、各相電流が所定値以下(各相電圧が所定値以上)であれば送り出し電圧を下げ方向にタップ位置を調整する制御信号を生成することができる。
また、定インピーダンス負荷の制御信号は、制御部8の負荷制御処理部10により負荷インピーダンス(RLC)の時系列スイッチングデータに基づいて生成され、負荷部5に供給される。開閉器の制御信号は、制御部8の開閉器制御処理部12により開閉器の時系列スイッチングデータに基づいて生成され、開閉器4に供給される。線路長の制御信号は、制御部8により線路長の時系列スイッチングデータに基づいて生成され、線路回路3に供給される。分散型電源の制御信号は、制御部8の分散型電源出力制御処理部11により分散型電源の時系列スイッチングデータに基づいて生成され、分散型電源部6(この試験装置ではインバータ)に供給される。分散型電源部6は分散型電源出力制御処理部11からの制御信号により有効電力(P)および無効電力(Q)をそれぞれ−9.2V〜+9.2[kW]、−9.2〜+9.2[kVar]の範囲で設定される。なお、+の制御信号で分散型電源として動作し、−の指令値で定電力負荷として動作する。
この分散型電源連系配電系統の模擬試験装置によれば、所定期間内に上記送り出し電圧調整部2から模擬的な配電系統に送り出す電圧を調整することにより配電系統の所定期間、例えば24時間での運用を試験することができる。基本的には、配電系統の定常状態における運用を試験する。つまり、定常状態における配電系統の所定期間における電圧分布、潮流分布を試験することができる。送り出し電圧調整部2における電圧調整は、タップ制御により行われる。特に、この模擬試験装置は、配電系統の所定期間の運用を計測部7の計測値に基づいた制御部8の制御により行うことで、分散型電源の連系による配電系統への影響や効果の検証や評価を実験的に行うことができる。もちろん、実際の配電系統に対する検証や評価の精度を上げることができる。
特に、この分散型電源連系配電系統の模擬試験装置によれば、図1に示したような構成の負荷モデルで、4つの負荷特性が再現可能である。これは図3に示した制御部8の負荷制御処理部10に基づいている。商業地(繁華街)の負荷の時系列スイッチングデータに基づいて商業地負荷を再現することができる。また、工業地域負荷の時系列スイッチングデータに基づいて工業地域負荷を再現することができる。また、住宅地域負荷の時系列スイッチングデータに基づいて住宅地域負荷を再現できる。また、郊外地域負荷の時系列スイッチングデータに基づいて郊外地域負荷を再現できる。さらに、各地域負荷にあっては、重負荷と軽負荷とを再現できる。各地域負荷の重負荷及び軽負荷は、所定期間例えば24時間の日変化を1時間ごとに設定可能である。
分散型電源連系配電系統の模擬試験装置は、これらの負荷特性を再現しながら、各地域における分散型電源が連系された配電系統の所定期間における運用、例えば電圧分布、潮流分布を試験することができる。
また、本発明は、図6に構成を示すような分散型電源連系配電ネットワークの模擬試験装置にも適用できる。この分散型電源連系配電ネットワークの模擬試験装置は、制御部8にパーソナルコンピュータやワークステーションのようなコンピュータ14を接続し、このコンピュータ14により制御部8への設定の入力や計測部7による計測値の出力、および計測値の演算、模擬試験装置の制御を行う。
また、コンピュータ14は、イントラネット15に接続され、このイントラネット15はゲートウェイ16を介してインターネット17に接続している。インターネット17には、この分散型電源連系配電ネットワークの模擬試験装置に前述したような各データを入力可能な遠隔地の設備A、B、C及びDが接続されている。もちろん、設備A、B、C及びDは、分散型電源連系配電ネットワークの模擬試験装置を用いて遠隔地から所望の分散型電源連系配電ネットワークの模擬試験を行うことができる。
図7〜図12には分散型電源連系配電ネットワークの模擬試験装置の操作をコンピュータ15を用いて行う際の設定画面の具体例を示す。図7に示したメニュー画面20には、主操作画面選択タッチスイッチ21、送り出し電圧設定画面選択タッチスイッチ22、機能設定画面選択タッチスイッチ23、線路間開閉器設定画面選択タッチスイッチ24、分散型電源出力設定画面選択タッチスイッチ25及び負荷設定画面選択タッチスイッチ26が設けられている。
メニュー画面20にて主操作画面選択タッチスイッチ21がオペレータにより選択されると、例えば、試験を開始するか停止するかや、24時間断面の送り出し電圧が1時間毎に表示される主操作画面が表示される。また、送り出し電圧設定画面22がオペレータにより選択されると、図8に示す送り出し電圧設定画面27が表示される。24時間断面で送り出し電圧調整部2として用いる上記変圧器のタップを設定するために、時間設定表示部28とタップ設定表示部29が設けられている。この送り出し電圧設定画面27にて設定されたタップにより制御部8は送り出し制御処理部9として動作し各時間ごとの送り出し電圧を設定し、送り出し電圧調整部2による送り出し電圧の調整を制御する。
メニュー画面20にて機能設定画面選択タッチスイッチ23がオペレータにより選択されると、図9に示す機能設定画面30が表示される。設定された送り出し電圧、負荷パターンに対し、実際に試験装置を動作させるときの各時間断面に費やす時間と何日分の操作を繰り返すかの設定が行われる。図9には、時間断面に費やす時間表示31が2secと表示され、繰り返し回数表示32は3回と表示されている。また、時間断面回数表示部33には時間が表示され、その時間を選択/解除することにより当該時間断面での試験を実施するか/省略するかを選択できる。
メニュー画面20にて線路開閉器設定画面選択タッチスイッチ24が選択されると、図10に示す線路開閉器設定画面34が表示される。MCスイッチ35、36により系統構成を自由に設定することが可能となる。この線路開閉器設定画面34にて設定された線路開閉器の開閉により制御部8は開閉器制御処理部12として動作し各時間ごとの開閉を設定し、開閉器41、42・・・45等による開閉を制御する。
メニュー画面20にて負荷設定画面選択タッチスイッチ26が選択されると、図11に示す負荷設定画面(1号R負荷に関する)37が表示される。負荷ごとにロードカーブ(24時間断面の線路電流、力率)の設定が可能となる。図11では、時間表示38の時間毎に線路電流が表示されている。また、この負荷設定画面37には、商業地における重負荷の日変化を設定できるタッチスイッチ39、商業地における軽負荷の日変化を設定できるタッチスイッチ40、工業地における重負荷の日変化を設定できるタッチスイッチ41、工業地における軽負荷の日変化を設定できるタッチスイッチ42、住宅地における重負荷の日変化を設定できるタッチスイッチ43、住宅地における軽負荷の日変化を設定できるタッチスイッチ44、郊外における重負荷の日変化を設定できるタッチスイッチ45、郊外における軽負荷の日変化を設定できるタッチスイッチ46が配列されており、その選択に応じて、繁華街(商業地)、工業地域、住宅地域、郊外地域の重負荷、軽負荷の日変化の負荷設定を可能とする。例えば、タッチスイッチ39がオペレータにより選択されれば、商業地における重負荷の日変化を設定できる。
例えば、メニュー画面20にて負荷設定画面選択スイッチ26が選択されて図11に示す負荷設定画面37が表示された場合、図3に示した制御部8における負荷制御処理部10による負荷モードの設定を受け入れる。上述したように、商業地の重負荷タッチスイッチ39がオペレータによって選択されれば、時間表示38ごとに商業地の重負荷モードに相当するR負荷設定、L負荷設定、C負荷設定が表示される。上述した商業地の負荷の時系列スイッチングデータに応じたデータ入力に基づいている。分散型電源連系配電ネットワークの模擬試験装置は、これらの負荷特性を再現しながら、各地域における分散型電源が連系された配電系統の所定期間における運用、例えば電圧分布、潮流分布を試験することができる。
メニュー画面20にて分散型電源出力設定画面選択タッチスイッチ25が選択されると、図12に示す分散型電源出力設定画面47が表示される。24時間断面で分散型電源部6の出力を設定するために、時間設定表示部48と有効電力(P)設定表示部49および無効電力(Q)設定表示部49が設けられている。この分散型電源出力設定画面47にて設定されたPおよびQにより、制御部8は分散型電源出力制御処理部11として動作し各時間ごとの分散型電源出力を設定し、分散型電源部6による分散型電源出力の調整を制御する。なお、PおよびQの値が、+であれば分散型電源として動作し、−であれば定電力負荷として動作する。
図7から図12に示した画面表示はコンピュータ14のモニタに表示されるが、図1に構成を示した模擬試験装置の制御部8にモニタを接続し、これら画面を表示するようにしてもよい。
2 送り出し電圧調整部、31,32・・・36 配電線路部、41、42・・・45 開閉器、51、52、53 負荷回路、6 分散型電源部、7 計測部、8 制御部
Claims (5)
- 送り出し電圧を自在に調整できる送り出し電圧調整手段と、
固定のインピーダンスが内蔵される複数の配電線路手段と、
上記送り出し電圧調整手段と上記配電線路手段との間に接続される開閉手段と、
抵抗、インダクタンス及びコンデンサを接続した等価回路からなる少なくとも1台の負荷手段と、
発電機能とインバータ機能を有してなり上記配電線路手段に接続されて分散型電源出力を模擬的に発生する少なくとも1台の分散型電源出力手段と、
上記送り出し電圧調整手段、上記配電線路手段、上記開閉手段、上記負荷手段及び上記分散型電源出力手段によりなる配電系統における電圧及び電流に関する値を計測する計測手段とを備え、
上記配電系統の所定期間の運用を上記計測手段の計測値に基づいて試験することを特徴とする試験装置。 - 上記送り出し電圧調整手段から上記配電系統に送り出す電圧を上記計測手段の計測値に基づいて調整して上記配電系統の所定期間での運用を試験することを特徴とする請求項1記載の試験装置。
- 定常状態における上記配電系統の所定期間における電圧分布、潮流分布を試験することを特徴とする請求項1または請求項2記載の試験装置。
- 上記送り出し電圧調整手段は、タップ制御により送り出し電圧を調整することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の試験装置。
- ネットワークを介して上記配電系統の所定期間の運用を試験することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の試験装置。
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