JP2010041803A - 配電系統の負荷推定装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分散型電源が配電線に連系された場合であっても、事故復旧作業時や系統切替操作時に、過負荷や過度の電圧低下等が発生しないような区間負荷値が得られる配電線の区間負荷推定装置および方法の提供。
【解決手段】分散型電源を含む電源からの電力を需要家へ送る配電系統の状態を監視・制御する配電系統監視制御装置において、前記配電系統における各配電線の電気量を計測・記録する配電線電気量計測手段１と、前記配電系統の状態を監視し、系統状態を把握する配電系統状態把握手段２と、前記配電線電気量計測手段１から得られた情報と前記配電系統状態把握手段２から得られた状態とから区間負荷を算出する区間負荷算定手段４と、前記区間負荷算定手段４により算定された区間負荷を保存する区間負荷履歴保存手段５と、前記分散型電源の脱落時における前記配電線の区間負荷量を、過去に保持された区間負荷履歴から推定する区間負荷推定手段６とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、配電系統の負荷推定装置および推定方法に係わり、とくに分散型電源を含む配電系統における負荷の推定装置および方法に関する。

従来の配電系統自動運用方法において、配電系統の事故発生時や系統変更・切替作業時には、開閉器で囲まれた各配電区間の負荷を算出し、求めた区間負荷を用いて融通計算を実行することで、事故復旧操作や系統切替操作の後に、過負荷や管理電圧範囲からの電圧逸脱等が発生しないように操作手順を作成するのが一般的である。

一方、近年、需要家の持つ発電設備や家庭用の太陽光発電などに代表される分散型電源が増加しつつあり、分散型電源が配電系統に連系される場合には、その影響を考慮した区間負荷を算出する必要がある。

配電線の一般的な区間負荷算出方法は、配電線送出端で計測された電流値を、配電区間の実績値から算出された基準負荷（以下、想定負荷と称す）の割合で按分する方式が挙げられる。

また、配電線に配置された計測器付き区分開閉器で計測された電気量（電圧・電流・力率）と、配電区間の想定負荷からシミュレーション計算を用いて区間負荷を算出する方式もある（非特許文献１）。

図１３の配電系統を用いて、非特許文献１に示す方式の説明をする。配電線送出端遮断器FCB1は、計測器付き区分開閉器SL1〜SL3、区分開閉器S1〜S2、分散型電源用開閉器S6を有する配電系統の入り口に配されている。そして、計測器付き区分開閉器SL1〜SL3および区分開閉器S1〜S2で区切られた部分K0〜K5を区間と呼ぶ。

非特許文献１では、計測器付き区分開閉器SL1〜SL3で区切られた区間を大区間とみなし、大区間ごとの負荷を計測器付き区分開閉器SL1〜SL3で計測された電気量（電圧・電流・力率）から、シミュレーション計算を用いて大区間の負荷を算出し、算出された大区間の負荷を各区間K0〜K5の想定負荷W0〜W5で按分することで区間負荷を算出している。

分散型電源の出力分を考慮した配電区間負荷算出方法としては、すべての分散型電源に計測装置を設置し、事故前の分散型電源出力を記録しておいたうえで、分散型電源の出力を考慮した配電区間負荷を算出する方式がある（特許文献１参照）。

図１４の配電系統を用いて、特許文献１に示す方式の説明をする。配電線送出端遮断器FCB1は、配電系統の送出端電流Ifを計測する機能を持つ。配電系統は、区分開閉器S1〜S5、分散型電源用開閉器S6を有する。分散型電源用開閉器S6は、分散型電源から各区間への逆潮流量Igを計測できるものとする。

また、区分開閉器S1〜S5で区切られた部分K0〜K5を区間と呼ぶ。そして、各区間の想定負荷をW0〜W5とすると、区間ごとの負荷は、送出端電流Ifおよび分散型電源からの逆潮流量Igを加算したものを、各区間の想定負荷W0〜W5で按分したものが、分散型電源の出力を考慮した配電区間負荷となる。
特開2003-61247号公報 電気学会論文誌Ｂ、125巻10号、計測情報を利用した配電系統の電圧・潮流分布状態計算手法

上述した分散型電源を考慮しない区間負荷算出方式の場合、分散型電源が系統に設置されている場合には、配電線送出端で計測された電流値を配電区間の想定負荷の割合で按分すると、分散型電源の出力分が負担する負荷分が考慮されない負荷になる。

配電線事故時には、事故を除去するため、区分開閉器が開放となり、配電線全体が停電状態となる。停電時、分散型電源連系部分は、分散型電源の単独運転を防止するため、分散型電源用開閉器S6が開放され、分散型電源が脱落する。

事故復旧後には、分散型電源が脱落した状態であるため、上記した分散型電源の出力分が負担する負荷分を考慮していない区間負荷では、事前の融通計算時に融通可能と判断されても、実際の配電系統では融通不可である場合がある。

また、特許文献１に示す方式のように、配電系統に設置される分散型電源の逆潮流量を計測して区間負荷を算出する方式の場合、事故直前の精度の高い負荷を算出することが可能である。

しかし、すべての分散型電源に計測装置を設置し、出力履歴として保存しておく必要があり、今後、分散型電源が増加することを考えると、経済的に実現が困難であると考えられる。

また、分散型電源の影響および精度の高い区間負荷を得るためには、各区間開閉器に計測手段を持たせる方式も考えられるが、この方式は多数の区分開閉器に計測手段を持たせることになるため、現実的ではない。

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、分散型電源が配電線に連系された場合であっても、事故復旧作業時や系統切替操作時または系統変更の計画時に、過負荷や過度の電圧低下等が発生しないような区間負荷値が得られる配電線の区間負荷推定装置および方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願では、下記の装置および方法を提供する。

装置の発明は、
分散型電源を含む電源からの電力を、配電線を介して需要家へ送る配電系統の状態を監視・制御する配電系統監視制御装置において、
前記配電線それぞれの電気量を計測・記録する配電線電気量計測手段と、
前記配電系統の配電線遮断器、区分開閉器、連系開閉器の状態を監視し、系統状態を把握する系統状態把握手段と、
前記配電線電気量計測手段から得られた情報と前記系統状態把握手段から得られた配電系統の状態とから区間負荷を算出する区間負荷算定手段と、
前記区間負荷算定手段により算定された区間負荷を保存する区間負荷履歴保存手段と、
前記分散型電源の脱落時における前記配電線の区間負荷量を、過去に保持された区間負荷履歴から推定する区間負荷推定手段と
を備えたことを特徴とする配電系統負荷推定装置、
である。また、方法の発明は、
分散型電源を含む電源からの電力を、配電線を介して需要家へ送る配電系統の状態を監視・制御する配電系統監視制御方法において、
前記配電線それぞれの電気量を計測・記録する配電線電気量計測処理と、
前記配電系統の配電線に設けられた遮断器、区分開閉器、連系開閉器の状態を監視し、系統状態を把握する系統状態把握処理と、
前記配電線電気量計測処理から得られた情報と前記系統状態把握処理から得られた配電系統の状態から区間負荷を算出する区間負荷算定処理と、
算定された区間負荷を保存する区間負荷履歴保存処理と、
前記分散型電源の脱落時における前記配電線の区間負荷量を、過去に保持された区間負荷履歴から推定する区間負荷推定処理と
を行うことを特徴とする配電系統負荷推定方法、
である。

本発明は上述のように、事故前と事故後の負荷変化が、脱落した分散型電源の負担していた負荷および事故により脱落した負荷を考慮した値であるため、分散型電源の出力に加え、負荷の脱落分も考慮した配電線区間負荷が推定できる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施例１の構成を示したものである。この実施例１は、配電線電気量を計測する配電線電気量計測手段１、配電系統の系統構成等を把握する配電系統状態把握手段２、配電系統電気量履歴保存手段３、区間負荷算定手段４、区間負荷履歴保存手段５、および区間負荷推定手段６により構成されている。

このように構成された実施例１において、図１３および図１４のような配電系統の場合、電気量計測機能を持つ配電線送出端遮断器FCB1や、計測器付き区分開閉器SL1〜SL3から、配電線電気量計測手段１により計測された電気量と、配電系統の系統構成等を把握する配電系統状態把握手段２からの情報から、区間負荷算定手段４が区間K0〜K4の区間負荷を、背景技術で述べた電流の按分計算手法やシミュレーション計算を用いた手法で算出し、区間負荷履歴保存手段５に保存する。この動作は、ある時間間隔ごとに行われるとする。この状態で、たとえば区間K0で事故が起こった場合、他配電線から電力融通が行われる。

配電線事故時には、配電線送出端遮断機FCB1および区分開閉器S1〜S5が開放状態となり、配電線が停電状態となる。停電時、分散型電源連系部分は、分散型電源の単独運転を防止するため、分散型電源用開閉器S6が開放され、分散型電源が脱落する。

電力融通開始時の分散型電源が系統に接続されていない状態で、配電線電気量計測手段１および配電系統状態把握手段２の手段の情報から区間負荷算定手段４が区間K1〜K4の区間負荷を、背景技術で述べた電流の按分計算手法やシミュレーション計算を用いた手法で算出し、区間負荷履歴保存手段５に保存する。この状態で、区間負荷履歴保存手段５には、事故前および事故後の区間負荷が保存されていることとなる。

図２に示す区間負荷推定手段６が、この推定を行う。区間負荷履歴保存手段５に保存されている過去の事故直前の区間負荷をLai，過去の事故直後の区間負荷をLbiとすると、次回同時期に事故が起こった場合の事故前と事故後の負荷変化が過去のものと同等と考え、次回事故前区間負荷をLiとすれば、事故後の推定区間負荷Lxiは、Lxi=Li×(Lbi/Lai)から求められる。

この実施例１によれば、事故前と事故後の負荷変化が、脱落した分散型電源の負担していた負荷および事故により脱落した負荷を考慮した値であるため、分散型電源の出力に加え、負荷の脱落分も考慮した配電線区間負荷が推定できる。

図３は、本発明の実施例２を示している。この実施例２は、図３に示す通り、実施例１における、区間負荷推定手段６に分散型電源情報保存手段７が追加された構成となる。実施例１と同一の部分については、同一の符号を付けた。

このように構成された実施例２において、区間負荷推定手段６では、背景技術で述べた電流の按分計算手法やシミュレーション計算を用いた手法による負荷の推定を行う。

事前の負荷の推定には、図１３、図１４のような配電系統の場合、電気量計測機能を持つ配電線送出端遮断器FCB1や、計測器付き区分開閉器SL1〜SL3から、配電線電気量計測手段１により計測された電気量と、配電系統の系統構成等を把握する配電系統状態把握手段２からの情報から、区間負荷算定手段４が区間K0〜K4の区間負荷を算出するが、その時に脱落する分散型電源の出力が必要となる。

まず、分散型電源保存手段７には、分散型電源の配電系統内の設置位置情報、定格出力情報Goi、種別Gnを登録しておく。分散型電源の脱落分は、分散型電源の種別Gnに対応した出力特性Fig(Goi)により算出する。

図４に示す区間負荷量推定手段６がこの算出を行う。すなわち、分散型電源が接続される配電系統全体の負荷をLiaとすると、事故時の配電系統全体の負荷LxiaはLxia=Lia+Fig(Goi)となる。この負荷を、区間の想定負荷W0〜W5で按分した値が事故後の推定区間負荷になる。

この実施例２によれば、脱落した分散型電源の出力に応じた負荷を、計測を伴わずに推定でき、分散型電源の出力を考慮した配電線区間負荷が推定できる。

図５は、本発明の実施例３を示したものである。この実施例３は、図５に示す通り、実施例１における、区間負荷推定手段６に需要家契約電力保存手段８が追加された構成となる。実施例１の形態と同一の部分については、同一の番号を付けた。

このように構成された実施例３において、区間負荷推定手段６では、事前に、背景技術で述べた電流の按分計算手法やシミュレーション計算を用いた手法による負荷の推定を行う。事前の推定には、脱落する分散型電源の出力が必要となる。

需要家契約電力保存手段８には、配電系統内の需要家の契約電力Lciと緊急時契約電力Leiを登録しておく。分散型電源は需要家に接続されると考えると、分散型電源の脱落分は、需要家の契約電力Lciと緊急時契約電力Leiとの差となる。

図６の区間負荷推定手段６が、この負荷Lxiaの推定を行う。すなわち、分散型電源が接続される配電系統全体の負荷をLiaとすると、事故時の配電系統全体の負荷は、Lxia=Lia+(Lei-Lci)となる。この負荷量を区間の想定負荷W0〜W5で按分した値が、事故後の推定区間負荷になる。

この実施例３によれば、需要家の契約電力から事故前と事故後の負荷変化が推定できるため、分散型電源の出力および需要家の負荷の変動分を考慮した配電線区間負荷が推定できる。

図７は、本発明の実施例４を示したものである。この実施例４は、配電線電気量を計測する配電線電気量計測処理９、配電系統の系統構成等を把握する配電系統状態把握処理１０、配電系統電気量履歴保存手段１１、区間負荷算定処理１２、区間負荷履歴保存手段１３、区間負荷推定処理１４により構成されている。

このように構成された実施例４において、図１３、図１４のような配電系統の場合、電気量計測機能を持つ配電線送出端遮断器FCB1や、計測器付き区分開閉器SL1〜SL3から、配電線電気量計測処理９により計測された電気量と、配電系統の系統構成等を把握する配電系統状態把握処理１１からの情報から、区間負荷算定処理１２が区間K0〜K4の区間負荷を、背景技術で述べた電流の按分計算手法やシミュレーション計算を用いた手法で算出し、区間負荷履歴保存手段１３に保存する。これらの処理は、ある時間間隔ごとに行われるとする。

この状態で、たとえば区間K0で事故が起こった場合、他配電線から電力融通が行われる。

電力融通開始時の分散型電源が系統に接続されていない状態で、配電線電気量計測処理９および配電系統状態把握処理１０の処理から区間負荷算定処理１２が区間K1〜K4の区間負荷を、背景技術で述べた電流の按分計算手法やシミュレーション計算を用いた手法で算出し、区間負荷履歴保存手段１１に保存する。この状態で、区間負荷履歴保存手段１１には、事故前と事故後の区間負荷が保存されていることとなる。

図８の区間負荷推定手段１４が、この処理を行う。すなわち、区間負荷履歴保存手段１１に保存されている過去の事故直前の区間負荷をLai，過去の事故直後の区間負荷をLbiとすると、区間負荷推定手段１４は、次回同時期に事故が起こった場合の事故前と事故後の負荷変化が過去のものと同等と考え、次回事故前区間負荷をLiとすれば、事故後の推定区間負荷Lxiは、Lxi=Li×(Lbi/Lai)から求められる（図８）。

この実施例４によれば、事故前と事故後の負荷変化が、脱落した分散型電源の負担していた負荷と事故により脱落した負荷を考慮した値であるため、分散型電源の出力に加え、負荷の脱落分も考慮した配電線区間負荷が推定できる。

本発明の実施例５は、図９に示す通り、実施例４の構成に、区間負荷推定処理１４に分散型電源情報保存手段１５が追加された構成となる。この実施例５における実施例４の構成と同一の部分については、同一の番号を付けた。

このように構成された実施例５において、区間負荷推定処理１４では、背景技術で述べた電流の按分計算手法やシミュレーション計算を用いた手法による負荷の推定を行う。

事前の負荷の推定には、図１３、図１４のような配電系統の場合、電気量計測機能を持つ配電線送出端遮断器FCB1や、計測器付き区分開閉器SL1〜SL3から、配電線電気量計測手段９により計測された電気量と、配電系統の系統構成等を把握する配電系統状態把握手段１０からの情報から、区間負荷算定手段１２が区間K0〜K4の区間負荷を算出するが、その時に脱落する分散型電源の出力が必要となる。

まず、分散型電源保存手段１５には、分散型電源の配電系統内の設置位置情報、定格出力情報Goi、種別Gnを登録しておく。分散型電源の脱落分は、分散型電源の種別Gnに対応した出力特性Fig(Goi)により算出する。

図１０の区間負荷量推定手段１４は、この推定を行う、すなわち、分散型電源が接続される配電系統全体の負荷をLiaとすると、区間負荷量推定手段１４は、事故時の配電系統全体の負荷LxiaはLxia=Lia+Fig(Goi)となる。この負荷を、区間の想定負荷W0〜W5で按分した値が事故後の推定区間負荷になる（図１０）。

この実施例５によれば、脱落した分散型電源の出力に応じた負荷を、計測を伴わずに推定でき、分散型電源の出力を考慮した配電線区間負荷が推定できる。

図１１は、本発明の実施例６の構成を示したものである。この実施例６は、図１１に示す通り、実施例４の形態に、区間負荷推定処理１４に需要家契約電力保存手段１６が追加された構成となる。実施例４の形態と同一の部分については同一の番号を付けた。

このように構成された実施例６において、区間負荷推定処理１４では、事前に、背景技術で述べた電流の按分計算手法やシミュレーション計算を用いた手法による負荷の推定を行う。事前の推定には、脱落する分散型電源の出力が必要となる。

需要家契約電力保存手段１６には、配電系統内の需要家の契約電力Lciと緊急時契約電力Leiを登録しておく。分散型電源は需要家に接続されると考えると、分散型電源の脱落分は、需要家の契約電力Lciと緊急時契約電力Leiとの差となる。

図１２の区間負荷量推定手段１４がこの算出を行う。すなわち、分散型電源が接続される配電系統全体の負荷をLiaとすると、事故時の配電系統全体の負荷LxiaはLxia=Lia+(Lei-Lci)となる。この負荷量を、区間の想定負荷W0〜W5で按分した値が事故後の区間負荷量推定を行う（図１２）。区間負荷量推定手段１４は、Lxia=Lia+(Lei-Lci)に基づき区間負荷量推定を行う。

この実施例６によれば、需要家の契約電力から事故前と事故後の負荷変化が推定できるため、分散型電源の出力および需要家の負荷の変動分を考慮した配電線区間負荷が推定できる。

その他の実施の形態として、実施例１に示した方式と実施例２に示した方式とを組み合わせた方式が挙げられる。この場合、実施例１の区間負荷履歴保存手段５の中に事故後の配電系統負荷が保存されていなかった場合には、実施例２の分散型電源情報保存手段７の情報を使用することにより、実施例１の負荷推定方式と実施例２の負荷推定方式の中間の効果の負荷推定方式となる。

また、実施例１に示した方式と実施例３に示した方式を組み合わせた方式が挙げられる。この場合、実施例１の区間負荷履歴保存手段５の中に事故後の配電系統負荷が保存されていなかった場合には、実施例３の需要家契約電力保存手段８の情報を使用することにより、実施例１の負荷推定方式と実施例３の負荷推定方式の中間の効果の負荷推定方式となる。

また、実施例４に示した方式と実施例５に示した方式とを組み合わせた方式が挙げられる。この場合、実施例４の区間負荷履歴保存手段５の中に事故後の配電系統負荷が保存されていなかった場合には、実施例５の分散型電源情報保存手段１５の情報を使用することにより、実施例４の負荷推定方式と実施例５の負荷推定方式の中間の効果の負荷推定方式となる。

また、実施例４に示した方式と実施例６に示した方式とを組み合わせた方式が挙げられる。この場合、実施例４の区間負荷履歴保存手段５の中に事故後の配電系統負荷が保存されていなかった場合には、実施例６の需要家契約電力保存手段１６の情報を使用することにより、実施例４の負荷推定方式と実施例６の負荷推定方式との中間の効果の負荷推定方式となる。

本発明の実施例１の構成を示す機能ブロック図。 本発明の実施例１の配電線系統事故回復時の負荷推定方式を示す機能ブロック図。 本発明の実施例２の構成を示す機能ブロック図。 本発明の実施例２の配電線系統事故回復時の負荷推定方式を示す機能ブロック図。 本発明の実施例３の構成を示す機能ブロック図。 本発明の実施例３の配電線系統事故回復時の負荷推定方式を示す機能ブロック図。 本発明の実施例４の実施の形態を示す処理の流れ図。 本発明の実施例４の配電線系統事故回復時の負荷推定方式を示す処理の流れ図。 本発明の実施例５の構成を示す処理の流れ図。 本発明の実施例５の配電線系統事故回復時の負荷推定方式を示す処理の流れ図。 本発明の実施例６の構成を示す処理の流れ図。 本発明の実施例６の配電線系統事故回復時の負荷推定方式を示す処理の流れ図。 配電系統の構成例を示す図。 配電系統の構成例を示す図。

符号の説明

１…配電線電気量計測手段
２…配電系統状態把握手段
３…電力量履歴保存手段
４…区間負荷算定手段
５…区間負荷履歴保存手段
６…区間負荷推定手段
７…分散型電源情報保存手段
８…需要家契約電力保存手段
９…配電線電気量計測処理
１０…配電系統状態把握処理
１１…電気量履歴保存手段
１２…区間負荷算定処理
１３…区間負荷履歴保存手段
１４…区間負荷推定処理
１５…分散型電源情報保存手段
１６…需要家契約電力保存手段
FCB1…配電線送出端遮断機
SL1〜SL3…計測器付き区分開閉器
S1〜S5…区分開閉器
S6…分散型電源用開閉器
K0〜K5…区間
W0〜W5…区間の想定負荷
If…送出端電流
Ig…分散型電源逆潮流量

Claims (6)

1. 分散型電源を含む電源からの電力を、配電線を介して需要家へ送る配電系統の状態を監視・制御する配電系統監視制御装置において、
   前記配電線それぞれの電気量を計測・記録する配電線電気量計測手段と、
   前記配電系統の配電線遮断器、区分開閉器、連系開閉器の状態を監視し、系統状態を把握する系統状態把握手段と、
   前記配電線電気量計測手段から得られた情報と前記系統状態把握手段から得られた配電系統の状態とから区間負荷を算出する区間負荷算定手段と、
   前記区間負荷算定手段により算定された区間負荷を保存する区間負荷履歴保存手段と、
   前記分散型電源の脱落時における前記配電線の区間負荷量を、過去に保持された区間負荷履歴から推定する区間負荷推定手段と
   を備えたことを特徴とする配電系統負荷推定装置。
2. 請求項１に記載の配電系統負荷推定装置において、
   前記分散型電源の情報を保存する分散型電源情報保存手段と、
   過去に保持された区間負荷履歴の代わりに前記分散型電源情報保存手段から得た前記分散型電源の情報を用いて、前記分散型電源の定格出力および出力特性から、前記分散型電源の脱落時における前記配電線の区間負荷量を推定する区間負荷推定手段と
   を備えたことを特徴とする配電系統負荷推定装置。
3. 請求項１に記載の配電系統負荷推定装置において、
   需要家契約電力を保存する需要家契約電力保存手段と、
   過去に保持された区間負荷履歴の代わりに前記需要家契約電力保存手段からの需要家契約電力を用いて、需要家の契約電力と緊急時契約電力との差から、前記分散型電源の脱落時における前記配電線の区間負荷量を推定する区間負荷推定手段と
   を備えたことを特徴とする配電系統負荷推定装置。
4. 分散型電源を含む電源からの電力を、配電線を介して需要家へ送る配電系統の状態を監視・制御する配電系統監視制御方法において、
   前記配電線それぞれの電気量を計測・記録する配電線電気量計測処理と、
   前記配電系統の配電線に設けられた遮断器、区分開閉器、連系開閉器の状態を監視し、系統状態を把握する系統状態把握処理と、
   前記配電線電気量計測処理から得られた情報と前記系統状態把握処理から得られた配電系統の状態から区間負荷を算出する区間負荷算定処理と、
   算定された区間負荷を保存する区間負荷履歴保存処理と、
   前記分散型電源の脱落時における前記配電線の区間負荷量を、過去に保持された区間負荷履歴から推定する区間負荷推定処理と
   を行うことを特徴とする配電系統負荷推定方法。
5. 請求項４記載の配電系統負荷推定方法において、
   分散型電源情報を保存しておき、過去に保持された区間負荷履歴の代わりに、分散型電源の定格出力および出力特性を用いて、前記分散型電源の脱落時における前記配電線の区間負荷量を推定する区間負荷推定処理を行うことを特徴とする配電系統負荷推定方法。
6. 請求項４記載の配電系統負荷推定方法において、
   需要家契約電力を保存しておき、過去に保持された区間負荷履歴の代わりに、需要家の契約電力と緊急時契約電力との差を用いて、前記分散型電源の脱落時における前記配電線の区間負荷量を推定する区間負荷推定処理を行うことを特徴とする配電系統負荷推定方法。

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