JP2009153333A

JP2009153333A - 分散型電源システム及びその制御方法

Info

Publication number: JP2009153333A
Application number: JP2007330760A
Authority: JP
Inventors: Takao Ogata; 隆雄緒方; Shinsuke Tsujita; 伸介辻田; Kaoru Koyanagi; 薫小柳; Masachika Ishimaru; 将愛石丸
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-07-09

Abstract

【課題】配電系統の電圧調整時において、計算処理量を軽減でき、運用が容易な分散型電源システム及びその制御方法を提供する。
【解決手段】本発明にかかる分散型電源システム及びその制御方法は、配電系統に複数の分散型電源が接続され、配電系統に設けられた複数の電圧調整点のそれぞれの無効電力感度係数に基づいて決定された制御優先順位に応じて、分散型電源の無効電力を制御する。
【選択図】図８

Description

本発明は、分散型電源システム及びその制御方法に関する。

一般に、電力会社は、発電所から電力系統に特別高圧で電力を供給し、配電用変電所において６．６ｋＶの高圧におとして該配電用変電所の下流側の配電系統に供給し、変圧器を介して１００Ｖ又は２００Ｖの電圧におとして各需要家に供給している。また、大規模需要家においては、特別高圧ないし高圧の電圧階級で直接供給される場合もある。

現在、各需要家の受電点の電圧は、電気事業法施工規則により１００Ｖ系統では１０１Ｖを基準として±６Ｖ、２００Ｖ系統では２０２Ｖを基準として±２０Ｖの範囲に維持するよう定められており、また、高圧以上の系統では法的定めはないものの、電力会社が適正電圧を維持する役割を担っている。

近年、配電系統に、太陽光発電（ＰＶ）やガスエンジンなどの分散型電源の導入が進んでいる。従来、分散型電源が電力系統に連系する形態としては，個々の分散型電源が配電系統に分散あるいは集中してそれぞれ独立に連系されていたが、エネルギーの有効利用や災害時のエネルギーセキュリティの確保等の観点から，複数の分散型電源と需要家を束ねて小規模系統（マイクログリッド）を構成し統合的に運用することが提案されており、国内でも市場導入のための実証試験が行われている。マイクログリッドでは、電力系統側に電圧変動による影響を与える問題を発生させないように、分散型電源や電力貯蔵装置などを制御し、マイクログリッド内で電力変動を吸収することで需給バランスを維持する技術が重要となる。また、配電系統側において負荷の平準化を図ることにより、需要家の利点にも配慮した運用が必要である。このため、現在では、配電系統に分散型電源が接続された分散型電源システムを適正に運用するための研究が進められている。

例えば、下記非特許文献１では、分散型電源が設けられた配電系統において、電圧変動に起因して、配電系統の電圧管理範囲が逸脱した場合に、分散型電源の力率を調整し、配電系統における電圧を適正範囲に制御する方法が検討されている。下記非特許文献１では、配電系統において電圧が管理範囲を逸脱した場合に、配電系統の線路に対して始端、中間、末端の各グループに分けられて集中連係されている分散型電源の力率をグループごとに一律に調整することで、電圧を調整する方法である。

また、下記特許文献２は、監視対象とする電力系統網の発電機出力、電圧などの状態量を読み込み、電圧が管理範囲を逸脱した場合に、無効電力の供給による電圧調整が可能なＶＱ調整機器を特定し、線形計画法を利用して運用条件を最適化して電圧を管理範囲内に保つように制御を行っている。

「分散型電源の統合制御システム」に関する検討報告書（IAE-C0242,平成15年6月，新システム技術評価分科会，分散型電源の統合制御ＷＧ,財団法人エネルギー総合工学研究所）特開平１１−１３６８６３号公報

しかし、上記非特許文献１のように、各グループの力率を一律に調整する場合には、制御を必要としていない地点の力率を変化させてしまうことになるため、不要な無効電力供給によって線路損失が増大してしまう点や、電圧調整効果の低い地点も制御対象とすることでコストが増大してしまう点で改善の余地がある。

また、上記特許文献２の制御装置では、電圧管理範囲の逸脱が発生するたびに数理的な計算が必要となり、例えば、電圧変動が激しい場合に、短時間に多数の計算処理を実行し、各ＶＱ機器に制御信号を送信する必要がある。このため、短時間に電圧が変動する場合に、計算処理の遅れに起因して電圧を管理範囲内に収束させる制御が適正に行えないことや、多数の機器に同時に制御信号を送信することにより、機器同士の間での時間の遅れが発生し、実行すべき制御動作に時間差が生じてしまうことが、問題点として想定される。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、配電系統の電圧調整時において、計算処理量を軽減でき、運用が容易な分散型電源システム及びその制御方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）配電系統に接続された分散型電源システムであって、
前記配電系統に接続された複数の分散型電源と、
前記配電系統に設けられた複数の電圧調整点と、
前記複数の電圧調整点のそれぞれの無効電力感度係数に基づいて決定された制御優先順位に応じて、前記分散型電源の無効電力を制御する制御手段を備えていることを特徴とする分散型電源システム。
（２）前記制御手段が、前記分散型電源の無効電力の力率をインバータ制御により調整可能であることを特徴とする上記（１）に記載の分散型電源システム。
（３）前記制御手段が、前記分散型電源の無効電力の力率を同期型発電機の励磁制御により調整可能であることを特徴とする上記（１）に記載の分散型電源システム。
（４）前記制御手段が、無効電力の制御時に、目標とする電圧値が、前記制御優先順位が上位である前記分散型電源の電圧管理範囲を超えた場合に、前記制御優先順位に従って次の前記分散型電源の無効電力を制御することを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の分散型電源システム。
（５）前記電圧調整点がそれぞれ、前記配電系統と前記分散型電源との接続点であることを特徴とする上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の分散型電源システム。
（６）前記配電系統が６．６ｋＶの高圧配電系統であることを特徴とする上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の分散型電源システム。
（７）配電系統に接続された分散型電源システムの制御方法であって、
前記配電系統に複数の分散型電源が接続され、前記配電系統に設けられた複数の電圧調整点のそれぞれの無効電力感度係数に基づいて決定された制御優先順位に応じて、前記分散型電源の無効電力を制御することを特徴とする分散型電源システムの制御方法。
（８）前記分散型電源の力率をインバータ制御により調整することを特徴とする上記（７）に記載の分散型電源システムの制御方法。
（９）前記分散型電源の力率を発電機の励磁制御により調整することを特徴とする上記（７）に記載の分散型電源システムの制御方法。
（１０）無効電力の制御時に、目標とする電圧値が、前記制御優先順位が上位である前記分散型電源の電圧管理範囲を超えた場合に、前記制御優先順位に従って次の前記分散型電源の無効電力を制御することを特徴とする上記（７）から（９）のいずれかに記載の分散型電源システムの制御方法。
（１１）前記電圧調整点がそれぞれ、前記配電系統と前記分散型電源との接続点であることを特徴とする上記（７）から（１０）のいずれか１つに記載の分散型電源システムの制御方法。
（１２）前記配電系統が６．６ｋＶの高圧配電系統であることを特徴とする上記（７）から（１１）のいずれか１つに記載の分散型電源システムの制御方法。

本発明の分散型電源システム及びその制御方法は、配電系統の電圧調整点の無効電力感度係数に基づいて予め制御の優先順位を決定し、電圧変動が発生した際に、この優先順位に基づいて上位の分散型電源のみを制御の対象として運用することができる。このため、電圧変動時に、制御対象となる分散型電源を限定することができ、計算処理量やコストを軽減することができる。
また、制御対象となる分散型電源を優先順位が上位のもののみに限定できるため、従来のように多数の機器に同時に制御信号を送信する必要がなく、機器同士の間での時間の遅れが生じることを防止できる。

本発明によれば、配電系統の電圧調整時において、計算処理量を軽減でき、運用が容易な分散型電源システム及びその制御方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる配電系統の概略的な構成を示す図である。配電系統１０は、電力供給側と接続する特別高圧系統などの無限大母線に変電所変圧器を介して接続されている。ここで、変電所変圧器は、一例として、２０ＭＶＡ、パーセントインピーダンス（％Ｚ）が１５％の容量のトランスを有するものとした。本実施形態の配電系統１０は、一例として変電所変圧器によって電圧を６．６ｋＶにおとされた高圧配電系統とすることができる。

配電系統１０において、変電所変圧器の下流側には、電力の送電方向（図１においては、左側から右側の方向）に対して順に、電力が供給される電力需要家を意味する負荷Ｌ１〜１０がそれぞれ接続されている。配電系統１０において、負荷Ｌ１〜１０とのそれぞれの接続する地点に対応して母線Ａ１〜１０が設けられている。

母線Ａ５とＡ６との間には、ＳＶＲ（Step Voltage Regulator：線路用電圧調整器）が接続されている。ＳＶＲは、配電系統において電圧を調整するために用いられ、特に配電系統の線路亘長が長くなる場合に、下流側での電圧変動が大きくなることを抑制するために機能するものである。本実施形態の配電系統１０においては、ＳＶＲを設けずに構成してもよい。

また、配電系統１０には複数（本実施形態では５台とした。）の分散型電源ＤＧ１〜５が設けられ、該配電系統にそれぞれ接続されている。ここで、分散型電源ＤＧ１が母線Ａ１に接続され、分散型電源ＤＧ２が母線Ａ３に接続され、分散型電源ＤＧ３が母線Ａ４に接続され、分散型電源ＤＧ４が母線Ａ７に接続され、分散型電源ＤＧ５が母線Ａ１０に接続されている。本実施形態では、分散型電源ＤＧ１〜５と母線Ａ１，Ａ３，Ａ４，Ａ７，Ａ１０とが接続する位置が電圧調整点として機能する。分散型電源ＤＧ１〜５は、それぞれの地点に負荷（例えば住宅やオフィスなどの電力需要）が接続され、その需要に対し十分供給できる容量とし、系統側（例えば電力会社）から電力を購入しなくとも分散型電源で供給できているものと想定している。さらに、系統側に対して有効電力、もしくは無効電力を逆潮流する余力があるものと考え、例えば最大±１．０ＭＶａｒの無効電力を調整する能力があるものと想定している。。

本実施形態の分散型電源としては、一例として、太陽光発電（ＰＶ）、バイオガス発電などの自然エネルギーを利用したものや、ガスエンジン、燃料電池などのコージェネレーションシステムを含むものである。また、分散型電源としては、無効電力を適宜調整可能なものであれば、他のものを用いることができる。

本発明にかかる分散型電源システムは、配電系統に接続された複数の分散型電源と、配電系統に設けられた複数の電圧調整点と、複数の電圧調整点のそれぞれの無効電力感度係数に基づいて決定された制御優先順位に応じて、分散型電源の無効電力を制御する制御手段を備えたものである。

次に、電圧及び無効電力感度係数（以下、単に感度係数ともいう。）を導出する計算の手順について説明する。以下、系統モデルとしては、図１に示す配電系統を用いて説明する。
図１に示す配電系統において、分散型電源ＤＧ１〜５より無効電力Ｑ＝０．５Ｍｖａｒを注入した際の電圧変化をシミュレーションにより計算した。なお、電圧及び無効電力感度係数は市販プログラムの潮流計算機能を使用し、算出することができる。

分散型電源ＤＧ１〜５のうち、図１に示すように、分散型電源ＤＧ１〜３がＳＶＲの上流側に、また、分散型電源ＤＧ４及び５がＳＶＲの下流側に接続されるものとした。なお、潮流計算では、図１に示さない他の配電系統は、配電変電所出口母線の箇所で開放するものとした。変電所変圧器、ＳＶＲのタップについては、各分散型電源ＤＧ１〜５からの無効電力の注入なしの場合を基本ケースとし、その場合の整定タップで固定して潮流計算にて感度係数を算出した。

図２は、最大需要時の、分散型電源による無効電力制御ないの場合の潮流計算結果による、母線ごとの電圧の関係を示すグラフである。なお、図２中の「ＤＧ」とは分散型電源を示し、他の図においても同様とする。図２に示すように、変電所出口付近の大容量分散型電源（３．２ＭＷ）の逆潮流なしでは、電圧管理範囲に収まっているが、大容量分散型電源の逆潮流があると変電所変圧器の二次側電圧が下がるためにＳＶＲの一次側付近にて電圧管理範囲の下限を逸脱する箇所が存在することがわかる。

図３は、最大需要時の、分散型電源による無効電力制御ありの場合において母線ごとの感度係数を示すグラフである。なお、電圧感度の単位は％／Ｍｖａｒである。図３に示すように、分散型電源４，５の感度係数が大きくなった。

図４は、最小需要時の、分散型電源による無効電力制御ないの場合の潮流計算結果による、母線ごとの電圧の関係を示すグラフである。図４に示すように、フィーダ末端の分散型電源(０．３５ＭＷ)の逆潮流なしでは電圧管理範囲に収まっているが，分散型電源の逆潮流があると末端にて電圧管理範囲の上限を逸脱する。

図５は、最小需要時の、分散型電源による無効電力制御ありの場合において母線ごとの感度係数を示すグラフである。なお、電圧感度の単位は％／Ｍｖａｒである。図４に示すように、分散型電源４，５の感度係数が大きくなる。

図３及び図５の電圧・無効電力感度係数の計算結果から次の点があげられる。
（１）無効電力の系統への注入方向を正の極性とすれば，感度係数は全て正の値である。即ち，無効電力を注入すれば電圧は必ず上昇する。また逆に無効電力を吸収すれば電圧は下がる。
（２）感度係数は配電系統１０の末端に無効電力を注入した場合が最大であり，上流側へ移行するほど感度は低くなる。即ち，電圧制御効果で見れば系統の末端に連系された分散型電源ほど貢献度が大きい（同じ無効電力量での比較）。ＳＶＲを挟んだ上流側と下流側ではＳＶＲを境にして顕著な傾向が見られる。
（３）分散型電源ＤＧ１〜５の連系点の下流側は連系点とほぼ同じ電圧変化を呈する。即ち，系統の途中に設置した分散型電源ＤＧ１〜５の電圧制御効果はその下流部分に対してもほぼ同じ制御効果がある。
（４）分散型電源ＤＧ１〜５の連系点の上流側の電圧変化は分散型電源ＤＧ１〜５の連系点によらずほぼ等しい。

図６は、電圧・無効電力感度係数の概略的な特性を示す図である。
上述のような具体的な潮流計算に基づいて、電力側電圧制御機器である変電所ＬＴＣ付き変圧器やＳＶＲで区切られる同一区域内の感度係数について考えた場場合には、図６の様な特性があると見なすことができる。

次に、分散型電源による無効電力制御の手段を説明する。図７は、本発明の分散型電源システムによる制御手段を説明する図である。
分散型電源システム１は、電圧変動の制御の対象となる配電系統に接続され、無効電力をそれぞれ制御可能な複数の分散型電源DG(i),(j)と、制御対象の配電系統から電圧値などの検出データを読み込み可能で、かつ、複数の分散型電源DG(i),(j)と制御情報を送受信可能な無効電力制御装置とを備えている。無効電力制御装置は、配電系統に直接又は間接的に接続された設備として設けてもよく、分散型電源DG(i),(j)のそれぞれに設けられていてもよい。無効電力制御装置は、複数の電圧調整点のそれぞれの無効電力感度係数に基づいて決定された制御優先順位に応じて、分散型電源DG(i),(j)の無効電力を制御する制御手段として機能する。また、無効電力制御装置は、分散型電源DG(i),(j)のそれぞれの無効電力の力率をインバータ制御により調整可能である構成とする。

また、分散型電源システム１は、配電系統の電圧調整点の無効電力感度係数を含む感度係数情報を読み込み、該感度係数情報を記憶可能で、かつ、無効電力制御装置との間で感度係数情報を送受信可能な情報記憶部を備えている。情報記憶部としては、例えば無効電力制御装置に接続されたデータサーバを用いることができる。情報記憶部は、無効電力制御装置や分散型電源DG(i),(j)とユニット化されて設けられていてもよい。

次に、図１に示す配電系統を用いて、電圧・無効電力感度係数（ΔVj/ΔQi）にもとづいて、分散電源の無効電力出力変化を算出する手順を説明する。
各分散型電源の無効電力出力変化ΔQiと電圧変化ΔVjとの関係は電圧・無効電力感度係数行列を用いて下記数１式のように計算される。ただし，数値は最大需要時の計算結果である。対象フィーダ母線がＡ１〜Ａ１０の１０箇所に対して，分散型電源の連系箇所がＡ１，Ａ３，Ａ４，Ａ７，Ａ１０の５箇所であるから，電圧・無効電力感度係数行列は10行×5列の合計50個の要素からなる。なお、単位は、%電圧／Mvar無効電力とする。

次に、電圧許容範囲の逸脱量を基に感度係数を用いて各分散型電源の無効電力出力量は次のように計算する。対象母線をkとして，その改善電圧量をΔVkとし，分散型電源ｉの無効電力増加分をΔQiとすると下記数２式が成立する。

分散型電源は上流から番号付けされているものとすると，上記数２式において無効電力増加分をΔQiとして以下のように設定する。

ここで、ΔQ_Ｎを除いて他はΔQi=0 (i=1〜N-1)として，上記数２式を満足させるのに必要なΔQ_Ｎを求める。

もしΔQ_Ｎが制約に達したらΔQ_Ｎ＝ΔQ_Ｎ ^maxと置き換えて、ΔQ_Ｎ-1について次のように計算する。

さらに，もしΔQ_Ｎ-1が制約に達したらΔQ_Ｎ-1＝ΔQ_Ｎ-1 ^maxと置き換えて，ΔQ_Ｎ-2について次のように計算する。

以下，同様にして上記数５式を繰り返して適用する。このように各分散型電源の分担する無効電力量を設定すると，制御効果の大きい電源から優先的に選択するために分散型電源の負担する無効電力量の合計値は最小となる。

本実施形態の分散型電源システムは、複数の電圧調整点のそれぞれの無効電力感度係数に基づいて決定された制御優先順位に応じて、分散型電源の無効電力を制御する制御手段を備え、電圧変動時には、制御手段によって優先順位が上位の分散型電源を制御することを特徴とするものである。

図８は、分散型電源システムの制御の手順を示すフローチャートである。
分散型電源システムは、電圧の監視対象となる配電系統の電圧データを逐次取得している。取得した電圧データが電圧管理範囲内である場合には、以下の電圧制御が必要でないため、実行せず、監視を続行する。

取得した電圧データが電圧管理範囲外となった時点で、電圧変動が発生したと判断し、分散型電源の制御を開始する。

先ず、既に電圧制御を実行している分散型電源の有無を判別する。ここで、既に電圧制御を実行している分散型電源が存在しない場合には、優先度を示すｎの値を「１」に設定し、優先度ｎの分散型電源の無効電力制御を増加させる手順を実行する。ここで、無効電力制御容量を増加する手順を実行する場合には、無効電力感度係数の高いものが上位となる。こうすれば、無効電力感度係数の高い分散型電源を制御対象とすることで、配電系統の電圧変動を効率良く調整することができ、他の無効電力感度係数の低い分散型電源を制御する必要がなくなるためである。

無効電力制御を開始した後、電圧が配電系統の電圧管理範囲内に収まったか否かを判定し、電圧が電圧管理範囲内である場合には、通常の電圧変動の監視状態に戻る。

無効電力制御を開始した後、電圧が配電系統の電圧管理範囲外である場合には、電圧制御を実行している分散型電源の出力限界に到達しているかどうかを判定する。分散型電源の出力限界に到達していない場合には、同じ分散型電源の無効電力制御を更に増加させる。一方で、分散型電源の出力限界に到達した場合には、優先度ｎをｎ+１に置き換え、つまり、優先順位がｎ＝１の次に上位であるｎ＝２となる分散型電源を電圧制御の対象とする。そして、この新たに制御対象とした分散型電源において上記と同様に無効電力制御を実行する。

なお、本実施形態において、分散型電源ＤＧ３，５を優先度ｎ＝１とし、分散型電源ＤＧ２，４を優先度ｎ＝２とした。

分散型電源システムの制御では、上記手順に示すように、無効電力制御容量を増大させる手順とは反対に、無効電力感度係数に基づいた優先順位に応じて、無効電力制御容量を減少させる手順を実行することもできる。

上記手順のように、既に電圧制御を実行している分散型電源の有無を判別し、既に電圧制御を実行している分散型電源が存在する場合には、その運用台数ｎを検出する。その後、無効電力制御容量を減少する手順を選択する。

ここで、無効電力制御容量を減少する手順を実行する場合には、無効電力感度係数の低いものが上位となる。こうすれば、無効電力感度係数の低い分散型電源を制御対象とすることで、配電系統の電圧変動に影響を最小限に抑制しつつ、無効電力制御容量を減少させることができるためである。

無効電力制御容量を減少する手順においては、先ず、優先度を示すｎの値を「１」に設定し、優先度ｎの分散型電源の無効電力制御を減少させる手順を実行する。

無効電力制御を開始した後、電圧が配電系統の電圧管理範囲外である場合には、電圧制御を実行している分散型電源の出力がゼロになっているかどうかを判定する。分散型電源の出力ゼロになっていない場合には、同じ分散型電源の無効電力制御を更に減少させる。一方で、分散型電源の出力ゼロとなった場合には、優先度ｎの分散型電源を停止し、優先度ｎをｎ-１に置き換える。つまり、優先順位がｎ＝１よりも上位である分散型電源を次の電圧制御の対象とする。そして、この新たに制御対象とした分散型電源において上記と同様に無効電力制御を実行する。

（実施例）
次に、本発明にかかる分散型電源システムの制御方法の実施例を説明する。なお、本実施例では、図１に示す配電系統を用いて説明するものとし、すでに説明した装置やその機能、及び制御の手順について、上記実施形態と同様とし手説明を省略又は簡略する。

本実施例では、配電系統の２４時間需要変化パターンとして、住宅地域の中間期（春秋）の実績データをベースとした。なお、実績データは、上記非特許文献１を参照し、任意に作成した。実績データにおいて、日間の最大需要を3.2MW，最小需要を0.4MWと想定し、変化パターンを実測データを基に変換した負荷データである。図９は、実績データに基づく各母線単位の負荷変化を示すグラフである。動的シミュレーションでは総需要を各母線負荷８箇所に均等に配分して，毎時の負荷量を指定する折れ線曲線で模擬した。

動的シミュレーションでは、下記表１に示す比較例１，２及び実施例１，２について、４つの分散型電源ＤＧ２〜４のそれぞれの有効電力及び無効電力の制御量を算出した。

上記表１に示すように、比較例１及び２では、両方とも分散型電源ＤＧ２〜５による無効電力制御を実行しない。比較例１以外の比較例２及び実施例１，２では、ＤＧ５による１．０ＭＷの逆潮流を考慮している。実施例１では、配電系統の中間のＳＶＲの上流及び下流の２つの区間のそれぞれにおいて、その下流側に接続される分散型電源ＤＧ３，５のみで無効電力制御が行えるように無効電力出力可能量を大きくした設定とした。また、実施例２では、各区間の下流側に接続される分散型電源ＤＧ３，５の無効電力出力可能量を単独での要求量より少なくし、その不足分を各区間の上流側に位置する。分散型電源ＤＧ２，４が補完するように設定した。無効電力感度係数に基づく制御優先順位が、分散型電源ＤＧ２，４より分散型電源ＤＧ３，５が上位であるとし、分散型電源ＤＧ１より、分散型電源ＤＧ２，４が上位であるとした。なお、電圧及び無効電力感度係数の算出は上記実施形態と同様の手法を用いた。このような条件に基づいて、各母線の電圧変化と変圧器タップの変化を算出した。ここで、変圧器は、ＳＶＲ又は配電変圧器を用いた。上記実施例の測定結果を図１０から図１７に示す。

図１０は、比較例１の各母線の電圧変化を示すグラフである。図１１は、比較例１の変圧器タップの変化を示すグラフである。図１２は、比較例２の各母線の電圧変化を示すグラフである。図１３は、比較例２の変圧器タップの変化を示すグラフである。図１４は、実施例１の各母線の電圧変化を示すグラフである。図１５は、実施例１の変圧器タップの変化を示すグラフである。図１６は、実施例２の各母線の電圧変化を示すグラフである。図１７は、実施例２の変圧器タップの変化を示すグラフである。図１８は、実施例１の各分散型電源の無効電力出力を示すグラフである。図１９は、実施例２の各分散型電源の無効電力出力を示すグラフである。

上記結果によれば、母線A1, A5, A6, A10の母線電圧変動で見ると，比較例２の分散型電源による無効電力制御が無い場合では定格6.6kVを中心として最大7.0kV(1.061p.u.)，最低6.3kV(0.955p.u.)で推移し、電圧変動抑制効果がほとんど認められなかった。一方、実施例１及び２の無効電力制御が有る場合では最大6.9kV(1.0455p.u.)，最低6.4kV(0.970p.u.)で推移し，電圧変動抑制効果が認められた。

下記表２に配電用変圧器とＳＶＲのタップ切替動作の変化を示している。表２に示すように、配電用変圧器とＳＶＲのタップ切替動作の変化で見ると、比較例２の無効電力制御無しの場合に比較して、実施例１及び２ではＳＶＲのタップ変化幅が少なくなり、またタップ切替回数も配電用変圧器とＳＶＲ両方ともに大幅に低減（約１／２）された。

分散型電源の無効電力制御分担について、実施例１においては各区間の下流側に連系される分散型電源ＤＧ３，５のみで無効電力制御が行えるように出力可能量を大きくした。また、実施例２では、下流側に連系される分散型電源ＤＧ３，５の出力可能量を要求量より少なくし、その分を各区間の上流側電源が補完するようにした。実施例１及び２について、電圧プロフィール改善や変圧器タップ動作回数低減への効果は、ほぼ同じ結果であった。しかし、必要無効電力量の総計の観点では実施例２の方が、実施例１よりも多くなることが検証された。

なお、分散型電源による逆潮流の影響としては、比較例１と比較例２は両方とも無効電力制御の無い場合で、逆潮流の有無に応じた電圧変動の差異を見たものである。比較例２の逆潮流がある場合では、比較例２の無い場合よりも母線電圧変動幅がやや広がっている。しかし、配電用変圧器やＳＶＲのタップ切替動作回数は殆ど変わりはない。

本発明にかかる分散型電源システムにおいて、制御手段が、無効電力の制御時に、制御優先順位が上位である分散型電源の電圧管理範囲を目標とする電圧値が超えた場合、制御優先順位に従って次の分散型電源の無効電力を制御することが好ましい。こうすれば、配電系統における電圧変動の大きさと、分散型電源の制御許容限界範囲とに応じて、必要最低限のもののみを制御対象として無効電力制御を実行することができ、従来のように多数の分散型電源を制御する必要がない。

本発明にかかる配電系統の概略的な構成を示す図である。最大需要時の、分散型電源による無効電力制御ないの場合の潮流計算結果による、母線ごとの電圧の関係を示すグラフである。最大需要時の、分散型電源による無効電力制御ありの場合において母線ごとの感度係数を示すグラフである。最小需要時の、分散型電源による無効電力制御ないの場合の潮流計算結果による、母線ごとの電圧の関係を示すグラフである。最小需要時の、分散型電源による無効電力制御ありの場合において母線ごとの感度係数を示すグラフである。電圧・無効電力感度係数の概略的な特性を示す図である。本発明の分散型電源システムによる制御手段を説明する図である。分散型電源システムの制御の手順を示すフローチャートである。実績データに基づく各母線単位の負荷変化を示すグラフである。比較例１の各母線の電圧変化を示すグラフである。比較例１の変圧器タップの変化を示すグラフである。比較例２の各母線の電圧変化を示すグラフである。比較例２の変圧器タップの変化を示すグラフである。実施例１の各母線の電圧変化を示すグラフである。実施例１の変圧器タップの変化を示すグラフである。実施例２の各母線の電圧変化を示すグラフである。実施例２の変圧器タップの変化を示すグラフである。実施例１の各分散型電源の無効電力出力を示すグラフである。実施例２の各分散型電源の無効電力出力を示すグラフである。

符号の説明

１分散型電源システム
１０配電系統

Claims

配電系統に接続された分散型電源システムであって、
前記配電系統に接続された複数の分散型電源と、
前記配電系統に設けられた複数の電圧調整点と、
前記複数の電圧調整点のそれぞれの無効電力感度係数に基づいて決定された制御優先順位に応じて、前記分散型電源の無効電力を制御する制御手段を備えていることを特徴とする分散型電源システム。
前記制御手段が、前記分散型電源の力率をインバータ制御により調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の分散型電源システム。
前記制御手段が、前記分散型電源の力率を同期発電機の励磁制御により調整可能であることを特徴とする請求項１に記載の分散型電源システム。
前記制御手段が、無効電力の制御時に、目標とする電圧値が、前記制御優先順位が上位である前記分散型電源の電圧管理範囲を超えた場合に、前記制御優先順位に従って次の前記分散型電源の無効電力を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の分散型電源システム。
前記電圧調整点がそれぞれ、前記配電系統と前記分散型電源との接続点であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の分散型電源システム。
前記配電系統が６．６ｋＶの高圧配電系統であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の分散型電源システム。
配電系統に接続された分散型電源システムの制御方法であって、
前記配電系統に複数の分散型電源が接続され、前記配電系統に設けられた複数の電圧調整点のそれぞれの無効電力感度係数に基づいて決定された制御優先順位に応じて、前記分散型電源の無効電力を制御することを特徴とする分散型電源システムの制御方法。
前記分散型電源の力率をインバータ制御により調整することを特徴とする請求項７に記載の分散型電源システムの制御方法。
前記分散型電源の力率を発電機の励磁制御により調整することを特徴とする請求項７に記載の分散型電源システムの制御方法。
無効電力の制御時に、目標とする電圧値が、前記制御優先順位が上位である前記分散型電源の電圧管理範囲を超えた場合に、前記制御優先順位に従って次の前記分散型電源の無効電力を制御することを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の分散型電源システムの制御方法。
前記電圧調整点がそれぞれ、前記配電系統と前記分散型電源との接続点であることを特徴とする請求項７から１０のいずれか１つに記載の分散型電源システムの制御方法。
前記配電系統が６．６ｋＶの高圧配電系統であることを特徴とする請求項７から１１のいずれか１つに記載の分散型電源システムの制御方法。