JP2011199928A - 配電系統制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な方法で配電系統のループ形成が可能な機会を増大させることができる配電系統制御方法を得る
【解決手段】第一の系統電源から電力が供給され、区間を分割する複数の常時閉の常閉開閉器が直列に接続された第一の配電線と、第二の系統電源から電力が供給され、区間を分割する複数の常時閉の常閉開閉器が直列に接続された第二の配電線と、第一の配電線と第二の配電線の間に、第一の系統電源側と第二の系統電源側とから順番に接続された常時開放の複数の連係開閉器とを備えた配電系統を制御する配電系統制御方法において、複数の連係開閉器のうち、一つの連係開閉器を投入する前に当該一つの連係開閉器よりも系統電源の側に接続された連係開閉器を投入する制御を行うようにした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、２つの配電線間に連係開閉器が接続された配電系統の連係を制御する配電系統制御方法に関する。

近年、配電系統の複数回線の各配電線に負荷と共に施設される分散型電源の種類、数が増え、配電系統への分散型電源の連系容量が増大する傾向にある。分散型電源は、一般家庭に多い太陽電池や、工場などの燃料電池、コージェネレーション発電機などで、配電系統の配電・給電システムを複雑化している。分散型電源の連系容量増大の状況に対し、現在の配電系統は一般に樹枝状の配電系統が採用されていることから、配電系統の電圧管理や効率的運用が困難になりつつある。そこで、樹枝状配電系統では、分散型電源の連系容量増大に伴う問題から、隣接する配電線をループ状に結合してループ化することが考えられている。

従来のループ形成操作は、樹枝状の配電系統における２つの配電線に接続された常開の連係開閉器の両側の電圧差および電圧位相差から系統ループ時の横流を計算し、横流と配電線送り出し電流の合計が配電線の許容値以下であれば、ループ操作、すなわち連係開閉器の投入を実施している。横流と配電線送り出し電流の合計が配電線の許容値を超過した場合、ループ操作を中断し、配電線の負荷が低下する時間帯に操作をやり直す等の運用を行っている。

設備投資の抑制等のため、配電線の稼働率を上げて運用され、配電線負荷が高い状態が継続している場合、上記の方法では、配電系統のループ形成ができないことが多くなる。また、ループを形成する箇所に潮流制御用のループコントローラを設置し、ループ横流を制御することにより配電線を何時でもループ可能な状態にする方法も提案されている。

例えば、特許文献１では、ループ点においてループとなる２配電線の電圧位相差、電圧差からループ横流を算出し、ループ横流が所定の値より小さい場合にループ操作可とし、所定の値より大きい場合は、ループ不可とし、ループ操作ができないよう警告を出すようにしている。この方法は、ループ対象の配電線がループ可能かどうかを判定することが主眼であり、ループ対象の２配電線の負荷状態等により、ループ操作ができない場合がある。

また、特許文献２では、ループ点両側に電圧型電力変換装置を設置し、ループ点両側配電線の交流電力を直流に変換した上でループ回路を形成することにより、ループ横流を発生させることなく、配電線のループ化を可能としたものである。この特許文献２で開示される技術によれば、ループ対象の配電線がどのような負荷状態であってもループ操作を実施可能となり、配電系統の運用制約がなくなるが、ループ点に設置する電圧型電力変換装置が大型、高価である。

また、樹枝状の配電系統では、配電線に事故が発生した場合、事故電流（零相電流、短絡電流）などにより事故が発生した配電線を特定する。そして、事故が発生した配電線に設置された遮断器又は区分開閉器により事故が発生した区間を切り離すことにより、その他の健全な区間に電力供給を継続する。この場合、できるだけ他の区間の停電がないように開閉器制御を行う必要がある。

特開平７−１９４００４号公報 特許３７２３０３２号公報

従来の配電系統制御方法では、ループ横流を評価してループ操作可能かどうかを判定しているだけであり、系統の状態によっては、ループ操作ができない場合があるという問題点があった。また、ループコントローラを使った場合、装置が大型、高価という問題があった。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、簡易な方法で配電系統のループ形成や配電系統の切替が可能な機会を増大させることができる配電系統制御方法を得ることを目的とするものである。

この発明に係る配電系統制御方法は、第一の系統電源から電力が供給され、区間を分割する複数の常時閉の常閉開閉器が直列に接続された第一の配電線と、第二の系統電源から電力が供給され、区間を分割する複数の常時閉の常閉開閉器が直列に接続された第二の配電線と、第一の配電線と第二の配電線の間に、第一の系統電源側と第二の系統電源側とから順番に接続された常時開放の複数の連係開閉器とを備えた配電系統を制御する配電系統制御方法において、複数の連係開閉器のうち、一つの連係開閉器を投入する前に当該一つの連係開閉器よりも系統電源の側に接続された連係開閉器を投入する制御を行うようにしたものである。

この発明の配電系統制御方法によれば、電源側から順次ループ系統を作成し、ループ横流を抑制しつつ目的のループ系統を形成するため、目的のループ点の連係開閉器単独の操作ではループ系統が形成できないような系統状態であっても、目的のループ系統を形成できるという効果がある。また、連系開閉器のみでループ系統を形成することができるため、ループコントローラのような高価な装置を使わずにループ系統を形成する機会を増加させることができるという効果がある。

本発明が適用される配電系統を示す概略図である。 本発明の実施の形態１による配電系統制御方法の手順を示すチャート図である。 本発明の実施の形態１による配電系統制御方法のステップＳＴ１後の配電系統の状態を示す配電系統概略図である。 本発明の実施の形態１による配電系統制御方法のステップＳＴ３後の配電系統の状態を示す配電系統概略図である。 本発明の実施の形態１による配電系統制御方法のステップＳＴ５後の配電系統の状態を示す配電系統概略図である。 本発明の実施の形態１による配電系統制御方法の別の手順を示すチャート図である。 本発明の実施の形態２による配電系統制御方法の手順を示すチャート図である。 本発明の実施の形態２による配電系統制御方法における制御後の配電系統の状態を示す配電系統概略図である。 本発明の実施の形態３による配電系統制御方法の手順を示すチャート図である。 本発明の実施の形態３による配電系統制御方法における制御後の配電系統の状態を示す配電系統概略図である。 本発明の実施の形態４による配電系統制御方法の手順を示すチャート図である。 本発明の実施の形態４による配電系統制御方法における制御後の配電系統の状態を示す配電系統概略図である。

実施の形態１．
図１は、本発明が適用される配電系統を示す概略図で、配電系統Ａでは第一の系統電源１０の変圧器５ａから遮断器１ａを通じて第一の配電線Ａ１に電力が供給され、配電系統Ｂでは第二の系統電源２０の変圧器５ｂから遮断器１ｂを通じて配電線Ｂ１に電力が供給さる。各配電線には配電線を区間に分割する常時は閉となっている（投入されている）常閉開閉器２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇが設置されている。配電系統Ａの配電線Ａ１と配電系統Ｂの配電線Ｂ１の間には、系統電源側から順に複数の連系開閉器３ａ、３ｂ、３ｃが接続されている。４ａ〜４ｉは開閉器２ａ〜２ｇなどで分割された区間を表している。なお、図１において、閉（投入）の状態の開閉器は黒で塗りつぶした記号で、開（開放）の状態の開閉器は白で塗りつぶした記号で示している。以下の各図においても、開閉器の状態は、図１と同様の記号で示す。

第一の系統電源１０と第二の系統電源２０は、典型的には同一の配電変電所の別々の変圧器５ａ、５ｂを源とする系統電源である。すなわち、第一の配電線Ａ１および第二の配電線Ｂ１は樹枝状の配電系統の配電線のうちの２つの配電線を示している。ただし、第一の系統電源１０と第二の系統電源２０は必ずしも同一の変電所の変圧器を源とする電源でなくてもよく、別の変電所の変圧器を源とするものであってもよい。この場合、複数の連係開閉器３ａ、３ｂ、３ｃに対して、第一の系統電源１０と第二の系統電源２０は同じ側でなければならない。

図１には、例として区間４ｃおよび区間４ｉに下位の配電系統を示している。これら下位の配電系統は通常各区間に存在する。下位の配電系統は、変圧器６ａや６ｂを通じて需要家７ａや７ｂに配電するための配電系統であり、近年では８ａや８ｂで示す太陽光発電装置のような分散電源が接続されることも多い。連係開閉器３ａ、３ｂ、３ｃは常時開の開閉器であり、連係開閉器３ａ、３ｂ、３ｃのいずれかを投入することにより配電線Ａ１と配電線Ｂ１でループ系統を形成することができる。

次に、本発明の実施の形態１による配電系統制御方法について説明する。図２が、本発明の実施の形態１による配電系統の制御方法を示すチャート図である。本実施の形態１は、最終的に連係開閉器３ｃによってループ系統を形成する実施の形態である。ループが形成される前は図１に示すように、連係開閉器３ａ、３ｂ、３ｃは開の状態であり、配電線Ａ１、Ｂ１はそれぞれの変圧器５ａ、５ｂから電力が供給されている。負荷が大きくなったなどの原因で、一方の配電線、例えばＡ１の配電線の負荷が過大になり区間４ｅで電圧が低下したような場合、連係開閉器３ｃでループ系統を形成して配電線Ｂ１からも電力が供給されるようにする。逆に、Ａの配電系統に接続されている分散電源の出力が大きくなり電圧が上昇したような場合も、例えば連係開閉器３ｃによりループ系統を形成して配電線Ａ１とＢ１を連係させる。このようにすることにより、負荷が大きくなった配電線の過負荷を防止できるとともに、電力損失を低減することができる。

このとき、本発明では、図２のチャート図で示すように、いきなり連係開閉器３ｃを投入するのではなく、最初に、連係開閉器３ｃより系統電源側に設置されている連係開閉器
３ａを投入する（ステップＳＴ１）。連係開閉器３ａを投入した配電系統の状態を図３に示す。図３で判るように、この状態では、配電線Ａ１の連係点３１と配電線Ｂ１の連係点３２が連係開閉器３ａにより接続されたため、連係点３１と連係点３２では電圧と電圧位相がほぼ等しくなる。この状態で、連係開閉器３ａの次に系統電源側から近い連係開閉器３ｂを投入する（ステップＳＴ２）。次に、連係開閉器３ａを開放する（ステップＳＴ３）。ステップＳＴ３が実行された後の配電系統の状態を図４に示す。図４で判るように、この状態では、配電線Ａ１の連係点３３と配電線Ｂ１の連係点３４は連係開閉器３ｂにより接続されたため、連係点３３と連係点３４では、電圧と電圧位相がほぼ等しくなる。この状態で、連係開閉器３ｂの次に電源から遠い側に設置されている連係開閉器３ｃを投入する（ステップＳＴ４）。最後に、連係開閉器３ｂを開放する（ステップＳＴ５）。ステップＳＴ５が実行された後の配電系統の状態を図５に示す。図５で示す配電系統の状態が目的とするループ系統が形成された状態である。また、図５で判るように、この状態では、配電線Ａ１の連係点３５および配電線Ｂ１の連係点３６は連係開閉器３ｃにより接続されたため、連係点３５と連係点３６では、電圧と電圧位相がほぼ等しくなる。

配電線間に接続された連係開閉器がすべて開放されている場合、すなわちループ系統が形成される前においては、各配電線で負荷や分散電源などの状態が異なる。このため、投入する連係開閉器がそれぞれの配電線に接続されている点、すなわち連係点の間で電圧および電圧位相が異なっている。例えば、分散電源が動作していない状態では、配電線Ａ１および配電線Ｂ１において、電圧は系統電源から遠くなるほど低下しているが、低下の程度はそれぞれの配電線で異なる。電源から遠くなるほどこの相違は大きくなる。すなわち、連係開閉器３ａによる連係点３１と３２の間よりも連係開閉器３ｃによる連係点３５と３６の間の方が電圧、電圧位相の相違が大きい。連係開閉器を投入したときに連係開閉器にはこの相違に応じて電流が流れる。この電流をループ横流と呼ぶ。いきなり連係開閉器３ｃを投入した場合に連係開閉器３ｃに流れるループ横流よりも、上記で説明した本発明のステップＳＴ１における連係開閉器３ａを投入した場合に連係開閉器３ａに流れるループ横流の方が少ない。

ステップＳＴ１の後では、上記の説明のように、連係点３１と３２においてほぼ等しい電圧と電圧位相になっている。この状態で、ステップＳＴ２において連係開閉器３ａの隣に設置されている連係開閉器３ｂを投入するため、投入時に連係開閉器３ｂに流れるループ横流は、連係開閉器３ａを投入せずに連係開閉器３ｂを投入する場合に連係開閉器３ｂに流れるループ横流に比較して少なくなる。さらに、ステップＳＴ４で連係開閉器３ｃを投入する前の配電系統は図４のような状態になっており、連係点３３と３４とでほぼ等しい電圧、電圧位相になっている。この状態で、ステップＳＴ４で連係開閉器３ｂの隣に設置された連係開閉器３ｃを投入する。この場合も、いきなり連係開閉器３ｃを投入した場合に比較して連係開閉器３ｃに流れるループ横流は小さくなる。次に連係開閉器３ｂを開放する。以上の操作により、目的とするループ系統を形成することができる。

以上ように、実施の形態１による配電系統制御方法においては、目的のループを形成する場合に、ループ対象となる２配電線の、まず電源側に接続されている連係開閉器を投入してループを形成する。その後、当該連係開閉器を投入したまま、当該連係開閉器よりも電源から遠い側に接続されている連係開閉器を投入してループを形成し、電源側のループを開放するという操作を順次繰り返すことにより、目的とするループを形成するようにしたものである。したがって、小さなループを順次形成していくため、各ループ形成において、ループ点の連係開閉器の電圧差と電圧位相差を小さくすることができるため、ループ横流を小さくすることができ、ループ形成を容易にするがことができるという効果がある。連係開閉器３ｃでループ形成しようとしてループ横流を評価した結果、連係開閉器３ｃが投入できないと判断される場合、従来はループ形成を行わないこととしていた。これに対して、本実施の形態１によれば、このような場合でも連係開閉器３ｃによるループ形成が可能となる。すなわちループ形成の機会が増加するという効果がある。

また、図１の配電系統において、上記と同様、最終的に連係開閉器３ｃでループを形成する方法において、図６のチャートに示すような方法でも良い。まず連係開閉器３ａを投入し（ステップＳＴ１１）、連係開閉器３ａが投入された状態で連係開閉器３ｂではなく連係開閉器３ｃを投入し（ステップＳＴ１２）、次に連係開閉器３ａを開放する（ステップＳＴ１３）ことにより連係開閉器３ｃによりループを形成する。例えば、連係点３１と３５、および連係点３２と３６の間で負荷による電圧の低下や電圧位相の変化が少ない場合は、連係開閉器３ａを投入した後連係開閉器３ｂを投入せずに直接連係開閉器３ｃを投入しても、連係開閉器３ｃに流れるループ横流は少ない。この場合でも、連係開閉器３ｃに流れるループ横流は、連係開閉器３ａを投入せずにいきなり連係開閉器３ｃを投入する場合に比較して少なくなるという本発明の効果を奏するのは言うまでもない。このように、隣り合う連係開閉器を電源側から順次投入せず、投入しない連係開閉器があっても良い。

以上では、例として連係開閉器が３個で説明したが、本発明が適用できるのは、連係開閉器が３個設置された配電系統に限らないのは言うまでもない。本発明は、以下の実施の形態２〜４を含めて、２つの配電線間に、連係開閉器が複数（２以上）設置されている配電系統において、一つの連係開閉器を投入する前に、当該一つの連係開閉器よりも系統電源側に接続されている別の連係開閉器を投入し、この別の連係開閉器が投入された状態で、上記一つの連係開閉器を投入する制御を行うものである。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２による配電系統制御方法を示すチャート図である。まず、連係開閉器３ａを投入する（ステップＳＴ２１）。次に連係開閉器３ｂを投入する（ステップＳＴ２２）。ここまでは図２で示した実施の形態１と同様である。その次に連係開閉器３ｃを投入する（ステップＳＴ２３）。このステップＳＴ２３の後、すなわち目的のループが形成された配電系統の状態を図８に示す。図８のように、複数の連係開閉器が投入された状態でループが形成される。複数の連係開閉器が投入されたままでも連係された配電系統として働く。この場合でも、より電源側の連係開閉器から投入するため、いきなり電源から遠い連係開閉器を投入してループを形成する場合よりもループ横流が小さくなる。

また、実施の形態１の後半で説明したのと同じように、連係開閉器３ａを投入した後、連係開閉器３ｂを投入せずに、すなわち図７のステップＳＴ２２を省いて、連係開閉器３ｃを投入するようにしても良い。この場合も、前述のように連係開閉器３ａと３ｃの２つの連係開閉器が投入された状態でループが形成される。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３による配電系統制御方法を示すチャート図である。ステップＳＴ３１〜ステップＳＴ３５までは、実施の形態１の図２で示したステップと同じである。本実施の形態３では、その後配電線Ａ１の区間を分割する常閉開閉器２ｄを開放する（ステップＳＴ３６）。すなわち、実施の形態１で説明したループを形成した後、配電線Ａ１において、連係開閉器３ｃよりも系統電源側に設置された常閉開閉器２ｄを開放するものである。

ステップＳＴ３６が実行された後の配電系統の状態を図１０に示す。図１０に示すように、本実施の形態３による配電系統制御方法を実行した後は、区間４ａ〜４ｄはＡ配電系統の変圧器５ａから電力が供給され、区間４ｆ〜４ｉおよび区間４ｅはＢ配電系統の変圧器５ｂから電力が供給されるようになる。すなわち、区間４ｅはステップＳＴ３１〜ステ
ップＳＴ３６が実行される前はＡ配電系統であったものが、ステップ３１〜ステップ３６が実行された後はＢ配電系統になった。すなわちループ横流を抑えながら系統の切替を無停電で行うことができる。

実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４による配電系統制御方法を示すチャート図である。ステップＳＴ４１〜ステップＳＴ４５までは、実施の形態１の図２で示したステップと同じである。本実施の形態４では、その後配電線Ａ１の区間を分割する常閉開閉器２ｃおよび２ｄを開放する（ステップＳＴ４６）。すなわち、実施の形態１で説明した、連係開閉器３ｃによりループを形成した後、連係開閉器３ｃよりも系統電源側に設置された２つの常閉開閉器２ｃと２ｄを開放するものである。

ステップＳＴ４６が実行された後の配電系統の状態を図１２に示す。図１２に示すように、本実施の形態４による配電系統制御方法を実行した後は、区間４ａ〜４ｃはＡ配電系統の変圧器５ａから電力が供給され、区間４ｆ〜４ｉおよび区間４ｅはＢ配電系統の変圧器５ｂから電力が供給されるようになる。また区間４ｄにはＡ、Ｂどちらの配電系統からも電力が供給されず停電状態になる。区間４ｄにおいて、例えば工事などにより停電状態にする必要がある場合、ループ横流を抑えながら他の区間を無停電で、区間４ｄのみを停電状態にできる。

２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ：常閉開閉器
３ａ、３ｂ、３ｃ：連係開閉器
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ：区間
１０：第一の系統電源 ２０：第二の系統電源
Ａ１：第一の配電線 Ｂ１：第二の配電線

Claims (5)

1. 第一の系統電源から電力が供給され、区間を分割する複数の常時閉の常閉開閉器が直列に接続された第一の配電線と、
   第二の系統電源から電力が供給され、区間を分割する複数の常時閉の常閉開閉器が直列に接続された第二の配電線と、
   上記第一の配電線と上記第二の配電線の間に、上記二つの系統電源側から順番に接続された常時開放の複数の連係開閉器と
   を備えた配電系統を制御する配電系統制御方法において、
   上記複数の連係開閉器のうち、一つの連係開閉器を投入する前に当該一つの連係開閉器よりも上記二つの系統電源の側に接続された別の連係開閉器を投入し、この別の連係開閉器が投入された状態で、上記一つの連係開閉器を投入する制御を行うことを特徴とする配電系統制御方法。
2. 複数の連係開閉器を、二つの系統電源側から順次投入するよう制御することを特徴とする請求項１に記載の配電系統制御方法。
3. 一つの連係開閉器を投入した後、当該一つの連係開閉器を投入する前に投入した別の連係開閉器を開放する制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の配電系統制御方法。
4. 一つの連係開閉器を投入する前に投入した別の連係開閉器を開放した後、上記一つの連係開閉器よりも系統電源側に接続されたいずれか一つの常閉開閉器を開放する制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の配電系統制御方法。
5. 一つの連係開閉器を投入する前に投入した別の連係開閉器を開放した後、上記一つの連係開閉器よりも系統電源側であって、同一の配電線上に接続された２つの常閉開閉器を開放する制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の配電系統制御方法。

Images