JP2012039774A

JP2012039774A - 蓄電装置の制御方法

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Publication number: JP2012039774A
Application number: JP2010178296A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tanomura; 顕一田能村; Atsuyuki Ishii; 淳之石井
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Priority date: 2010-08-09
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2030-08-09
Also published as: JP5535000B2

Abstract

【課題】配電系統の柱上変圧器の低圧側に蓄電装置を設置し、低圧配電線から高圧配電線の逆潮流を防止しつつ高圧配電線の電圧上昇を低減する蓄電装置の制御方法を提供することである。
【解決手段】低圧配電線の電力検出値が負荷方向であれば放電し、低圧配電線の電力検出値が高圧配電線方向かつ高圧配電線の電力検出値が電源側方向ならば充電し、低圧配電線の電力検出値が零となるよう蓄電装置の出力を制御し、低圧配電線の電力検出値が高圧配電線方向かつ高圧配電線の電力検出値が負荷側方向ならば蓄電装置の出力が放電であった場合にはその出力を保持し、蓄電装置の出力が充電であった場合には低圧配電線の電力検出値が零となるよう蓄電装置の出力を制御し、高圧配電線の電源側への逆潮流を防止するよう制御する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、配電系統の柱上変圧器以降にある需要家端に接続される蓄電装置の制御方法に関する。

近年、配電系統の柱上変圧器以降にある需要家端に太陽光発電のような分散型電源が多数接続されることが予測される。太陽光発電のような分散型電源は、気象条件により発電出力が変動し、その影響で柱上変圧器高圧側への逆潮流や電圧の上昇が発生する。分散型電源の導入以前においては、需要家端に蓄電装置を設置し、配電系統の潮流状態や電圧に応じて制御することで、配電系統の電力ロスや電圧低下を防止するようにしている。

このような系統制御システムとしては、系統の電力潮流を監視し、系統の電力潮流の大きさによって需要家端に設置された蓄電装置の出力を遠隔制御し、負荷平滑化を行うものがある。（例えば特許文献１、２参照）。また、高圧配電線の潮流と低圧負荷の潮流を検出し、蓄電装置の制御を行い電圧上昇を防ぐようにしたものもある。

さらに、気象条件など変化による分散型電源の発電出力変動の平滑化をについては、分散型電源の近傍に蓄電装置を設置し、分散型電源の出力に応じて充放電を行うシステムがある。分散型電源の出力に応じて充放電を行う場合、蓄電装置の蓄電容量によっては、蓄電量が長期的に上限値、下限値となり、充放電を行うことができない状態となるので、それに対処するものとして、蓄電量が上限値、下限値に近づいた場合に充放電量を変更するようにしたものがある（例えば特許文献３参照）。

特開２００８−６７４６９号公報特開２００８−４８５００号公報特開２００７−３０６６７０号公報

しかし、配電系統の柱上変圧器より低圧側の配電線に接続された分散型電源が多くなると、分散型電源の運転状況によっては高圧側の配電線に逆潮流が発生する。高圧側への逆潮流は、高圧側の電圧上昇を発生させる。需要家端の電圧管理目標値は所定範囲に定められているが、柱上変圧器高圧側の電圧上昇が大きくなると、需要家端電圧が電圧管理目標値から外れる場合がある。蓄電装置を用いる負荷平準化は、需要家の負荷が少ない夜間に蓄電装置を充電し、負荷が大きくなる昼間に放電を行うことで、最大の受電電力を減らし、あわせて送電損失を抑えるものである。

そのような蓄電装置の制御方式においては、分散型電源の導入を考慮していないため、分散型電源による逆潮流を押さえる効果が無いことが課題であった。また、蓄電装置の設置場所は特定の需要家端を想定しており、配電系統全体の電圧や低圧配電線全体の負荷に対しては効果が少ない。

本発明の目的は、上述した課題を解決するためになされたものであり、配電系統の高圧配電線から低圧配電線への接続を行う柱上変圧器の低圧側に蓄電装置を設置し、柱上変圧器低圧側の潮流変動に対して充放電を行うことで、低圧配電線から高圧配電線の逆潮流を防止し、高圧配電線の電圧上昇を低減する蓄電装置の制御方法を提供することである。

本発明の実施の形態によれば、高圧配電線と低圧配電線の間に設置される柱上変圧器の高圧配電線の電源側の電力を検出する高圧側電力検出器と、前記柱上変圧器の低圧配電線側の電力を検出する低圧側電力検出器と、前記低圧配電線側に設置された蓄電装置の出力を検出する蓄電装置電力検出器と、前記高圧側電力検出器、前記低圧側電力検出器及び前記蓄電装置電力検出器の電力検出値から蓄電装置の出力を決定する蓄電装置出力制御装置とを有し、前記蓄電装置出力制御装置により、前記低圧配電線の電力検出値が負荷方向であれば放電し、前記低圧配電線の電力検出値が高圧配電線方向かつ高圧配電線の電力検出値が電源側方向ならば充電し、前記低圧配電線の電力検出値が零となるよう蓄電装置の出力を制御し、前記低圧配電線の電力検出値が高圧配電線方向かつ高圧配電線の電力検出値が負荷側方向ならば蓄電装置の出力が放電であった場合にはその出力を保持し、前記蓄電装置の出力が充電であった場合には低圧配電線の電力検出値が零となるよう蓄電装置の出力を制御し、高圧配電線の電源側への逆潮流を防止するよう制御することを特徴とする。

本発明の実施の形態の対象となる配電系統の構成図。本発明の実施形態の実施例１の蓄電装置の制御方法を実現するための装置構成の一例を示す構成図。本発明の実施形態の実施例１にかかる蓄電装置と低圧配電線の電力の流れ（ａ−１）の説明図。本発明の実施形態の実施例１にかかる蓄電装置と低圧配電線の電力の流れ（ａ−２）の説明図。本発明の実施形態の実施例１にかかる蓄電装置と低圧配電線の電力の流れ（ａ−３）の説明図。本発明の実施形態の実施例１にかかる蓄電装置と低圧配電線の電力の流れ（ａ−４）の説明図。本発明の実施形態の実施例１の蓄電装置の制御方法を実現するための装置構成の他の一例を示す構成図。本発明の実施形態の実施例２の蓄電装置の制御方法を実現するための装置構成図。本発明の実施形態の実施例３の蓄電装置の制御方法での低圧配電線電力、蓄電装置の出力及び蓄電量の一例を示すグラフ。本発明の実施形態の実施例３の蓄電装置の制御方法での低圧配電線電力、蓄電装置の出力及び蓄電量の他の一例を示すグラフ。本発明の実施形態の実施例４の蓄電装置の制御方法での低圧配電線電力、蓄電装置の出力及び蓄電量の一例を示すグラフ。本発明の実施形態の実施例４の蓄電装置と低圧配電線の電力の流れ（ｄ−１）の説明図。本発明の実施形態の実施例４の蓄電装置と低圧配電線の電力の流れ（ｄ−２）の説明図。

以下、本発明の実施の形態に係る蓄電装置の制御方法の実施例について、図面を参照して説明する。

まず、本発明の実施の形態の対象となる配電系統について図１を用いて説明する。配電系統は、配電用変電所１に設置される配電用変圧器１ａから、遮断器２ａ〜２ｄを介して接続された高圧配電線３に送電を行う構成となる。高圧配電線には、区分開閉器４が複数配置され、区分開閉器４に囲まれた高圧配電線３の区間内に、柱上変圧器５が複数接続される。柱上変圧器５により、高圧から低圧に電圧の降圧が行われ、低圧配電線６が接続される。低圧配電線６には、複数の低圧需要家７が接続される。

高圧配電線３のうち配電用変電所１が電源側となり、配電用変電所１の逆側（複数の低圧需要家７が接続される側）が負荷側となる。低圧需要家７には、太陽光発電のような分散型電源が設置される。

（実施例１）
図２は本発明の実施形態の実施例１の蓄電装置の制御方法を実現するための装置構成の一例を示す構成図である。図２では、図１の配電系統において、高圧配電線３と低圧配電線６との間に設置される柱上変圧器５の周辺を対象としている。

この実施例１は、柱上変圧器５が接続される高圧配電線３の電源側の電力を検出する高圧側電力検出器９と、柱上変圧器５の低圧配電線６側の電力を検出する低圧側電力検出器１０と、蓄電装置１２の出力を検出する蓄電装置電力検出器１１と、これら電力検出器９、１０、１１の電力検出値から蓄電装置１２の出力を決定する蓄電装置出力制御装置８とから構成されている。

蓄電装置出力制御装置８は、高圧側電力検出器９で検出された高圧側電力と、低圧側電力検出器１０から検出された低圧側電力と、蓄電装置電力検出器１１で検出された蓄電装置出力電力とから、後述する制御モードに沿って蓄電装置１２の出力量の決定を行う。

高圧側電力検出器９で検出された高圧側電力をＰｆ、低圧側電力検出器１０から検出された低圧側電力をＰｔ２とすると、制御モードは以下となる。

（１）制御モード（ａ−１）
図３に示すように、電源側から負荷側に流れる状態（Ｐｆ＞０）で、低圧配電線６の低圧負荷１３の合計が分散型電源１４の発電量合計より大きい（Ｐｔ２＞０）ときは、蓄電装置１２の蓄電残量があれば放電し、蓄電装置出力電力Ｐｂを低圧配電線６に出力する。つまり、低圧側電力Ｐｔ２が零になるように出力を制御する。

（２）制御モード（ａ−２）
図４に示すように、高圧配電線３の電源側方向に逆潮流が発生する状態（Ｐｆ＜０）で、低圧配電線６の分散型電源１４の発電量合計が低圧負荷１３の合計より大きい（Ｐｔ２＜０）ときは、蓄電装置１２が蓄電可能なら充電し、低圧側電力Ｐｔ２が零になるように出力を制御する。

（３）制御モード（ａ−３）
図５に示すように、電源側から負荷側に流れる状態（Ｐｆ＞０）で、低圧配電線６の分散型電源１４の発電量合計が低圧負荷１３の合計より大きい（Ｐｔ２＜０）とき、これまで蓄電装置１２が放電状態であった場合には、低圧配電線６の発電量を高圧配電線３の負荷側に送るように、蓄電装置１２の出力値を保持する。

（４）制御モード（ａ−４）
図６に示すように、電源側から負荷側に流れる状態（Ｐｆ＞０）で、低圧配電線６の分散型電源１４の発電量合計が低圧負荷１３の合計より大きい（Ｐｔ２＜０）とき、これまで蓄電装置１２が充電状態であった場合には、高圧配電線３から蓄電装置１２への充電を防止し、低圧側電力Ｐｔ２が零になるように出力を制御する。

実施例１によれば、高圧配電線３の電力Ｐｆの逆潮流を防止するとともに、柱上変圧器５の高圧側の電圧上昇を抑えることができる。また、高圧配電線３からみた低圧配電線６の負荷変動を緩和することができる。

また、低圧側電力検出器１０は、図２に示すように、蓄電装置１２の出力と低圧配電線６の低圧負荷１３の出力合計と分散型電源１４の出力合計とを合計した電力を検出しているが、図７のように、蓄電装置１２の出力を含まない低圧配電線６の電力を検出し、蓄電装置電力検出器１１から得られる蓄電装置１２の電力を加算して低圧側電力Ｐｔ２を算出し、制御するようにしても良い。

また、実施例１では、制御モード（ａ−３）、（ａ−４）のように、蓄電装置１２のそれまでの充放電状態の出力により充放電量を決定しているので、蓄電装置１２の急激な出力変化を防止し、電圧の変動を抑制することができる。

（実施例２）
次に、図８は、本発明の実施形態の実施例２の蓄電装置の制御方法を実現するための装置構成図である。この実施例２は、図２に示した実施例１に対し、低圧配電線６と需要家との間に検電のための需要家電気量検出器１５ａ〜１５ｃを設置したものである。図２と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図８に示すように、低圧配電線６と需要家との間に、検電のための需要家電気量検出器１５ａ〜１５ｃが設置されている場合、需要家電気量検出器１５ａ〜１５ｃから検出される電気量（電圧、電流、力率）から、電力合計検出装置１６により低圧配電線６の電力を算出し、蓄電装置電力検出器１１から得られる蓄電装置の電力を加算してＰｔ２を算出する。そして、実施例１と同一の制御方式により、蓄電装置１２の出力量の決定を行ってもよい。

（実施例３）
実施例１、２で説明した蓄電装置の制御方法は、低圧配電線の電力Ｐｔ２の変化に対して、蓄電装置１２の蓄電容量が十分大きく定格出力にも余裕がある場合に最大の効果が発揮できる。逆に、蓄電装置１２の蓄電容量が低圧配電線６の電力に対して十分な値を確保できない場合には、蓄電装置１２の蓄電量が上限値あるいは下限値に達し、蓄電装置出力制御装置８の制御効果を十分に発揮できない場合がある。そこで、蓄電装置出力制御装置８が制御する蓄電装置１２の出力値を以下のように変更する。

図９に、低圧配線線６の電力、蓄電装置１２の出力、蓄電量Ｃｂの時間変化を示す。蓄電装置１２の最大蓄電量をｍ[ｋＷｈ]、蓄電量マージンをａ[%]とし、出力特性変更点をｂ［％］、出力係数をｃ［％］とした場合、以下の方式で蓄電量と蓄電装置出力の決定を行う。

（１）制御モード（ｂ−１）
蓄電装置１２の蓄電量が最大蓄電量×(1００−ａ)を超えており、蓄電装置出力制御装置８からの出力が充電方向の場合、蓄電装置１２の出力指令値を０．０とする。

（２）制御モード（ｂ−２）
蓄電装置１２の蓄電量が最大蓄電量×(1００−ｂ)を超えており、蓄電装置出力制御装置８からの出力が充電方向の場合、本来の充電出力に係数ｃを掛けた値を蓄電装置１２の出力指令値とする。

（３）制御モード（ｂ−３）
蓄電装置１２の蓄電量が最大蓄電量×ｂを下回り、蓄電装置出力制御装置８からの出力が放電方向の場合、本来の放電出力に係数ｃを掛けた値を蓄電装置１２の出力指令値とする。

（４）制御モード（ｂ−４）
蓄電装置１２の蓄電量が最大蓄電量×ａを下回り、蓄電装置出力制御装置８からの出力が放電方向の場合、蓄電装置１２の出力指令値を０．０とする。

この制御モード（ｂ−１）〜（ｂ−４）の制御だけでは、蓄電装置１２の蓄電量が上限値あるいは下限値に近づくまでの時間は長くできるが、完全には課題の解決にはならず、出力を行うことができない出力不能時間が発生する。

蓄電装置１２の出力不能時間を減少させるため、蓄電装置出力制御装置８に制御モード（ｂ−１）〜（ｂ−４）の制御に加え、蓄電装置１２の蓄電量が上限値あるいは下限値に至ったところで強制的に充放電を行う強制充放電モードを持たせる。

図１０に、低圧配線線６の電力、蓄電装置１２の出力、蓄電装置１２の蓄電量Ｃｂの時間変化を示す。蓄電装置１２の最大蓄電量をｍ[ｋＷｈ]、現在の蓄電量をＣｂ[ｋＷｈ]、目標蓄電量をＣｒｅｆ[ｋＷｈ]、強制充電を開始する蓄電量をＣｍｉｎ[ｋＷｈ]、強制放電を開始する蓄電量をＣｍａｘとし、強制充放電時の出力係数をαとした場合、以下の考え方で蓄電装置１２の強制充放電を行う。

（１）強制充電モード（ｃ−１）
蓄電量Ｃｂ＜Ｃｍｉｎとなった場合、蓄電装置１２は強制充電モードとし、蓄電装置出力制御装置８は定格出力×αの充電方向の出力指令値を蓄電装置１２に与える。ただし、低圧配電線６の分散型電源１４の出力が低圧負荷１３よりも大きく、蓄電装置１２が定格出力×αの充電を行っても柱上変圧器５に逆潮流が発生する場合には、Ｐｔ２=０.０になるように出力を行う。その後、蓄電装置１２の蓄電量Ｃｂ＞Ｃｒｅｆとなった時点で、通常の制御モードに戻る。

（２）強制放電モード（ｃ−２）
蓄電量Ｃｂ＞Ｃｍａｘとなった場合、蓄電装置１２は強制放電モードとし、蓄電装置出力制御装置８は定格出力×αの放電方向の出力指令値を蓄電装置１２に与える。ただし、低圧配電線６の低圧負荷１３が分散型電源１４の出力がよりも大きく、低圧潮流が定格出力×αよりも大きくなった場合は、Ｐｔ２=０.０になるように出力を行う。その後、蓄電装置１２の蓄電量Ｃｂ＞Ｃｒｅｆとなった時点で、通常の制御モードに戻る。

実施例３によれば、蓄電装置１２の蓄電容量が低圧配電線６の電力に対して十分な値を確保できない場合でも、蓄電装置１２の蓄電量が上限値あるいは下限値に達し、蓄電装置出力制御装置８の制御効果を十分に発揮できない時間を短縮することができ、高圧配電線３の電力Ｐｆの逆潮流を防止するとともに、柱上変圧器５の高圧側の電圧上昇を抑えることができる。また、高圧配電線３からみた低圧配電線６の負荷変動を緩和することができる。

（実施例４）
実施例３で説明した、蓄電装置の制御方法では、蓄電装置１２の蓄電容量が低圧配電線６の電力に対して十分な値を確保できない場合でも、蓄電装置１２の蓄電量が上限値あるいは下限値に達し、蓄電装置出力制御装置８の制御効果を十分に発揮できない時間を短縮することができるが、低圧配電線６の負荷が大きい時間帯に強制充電を行ったり、あるいは低圧配電線６に逆潮流の発生する時間帯に強制放電を行ったりすると、柱上変圧器高圧側の電圧変動を大きくする場合がある。そこで、蓄電装置１２の強制充放電モードの動作に、低圧配電線６の電力による強制充放電モードに制限を持たせる。

図１１に、低圧配線線６の電力、蓄電装置１２の出力、蓄電装置１２の蓄電量Ｃｂの時間変化を示す。（ｄ−１）は強制充電を中止する条件であり、（ｄ−２）は強制放電を中止する条件である。

（１）強制充電中止条件（ｄ−１）
図１２（ａ）に示すように、蓄電装置１２が強制充電モード中、低圧配電線６の電力が定格出力×β（負荷リミット）よりも大きな負荷になった場合、図１２（ｂ）に示すように、強制充電を中止し蓄電装置１２の出力を０．０とする。そして、低圧配電線６の電力が定格出力×βよりも小さくなった場合には、蓄電装置１２は強制充電を再開する。

（２）強制放電中止条件（ｄ−２）
図１３（ａ）に示すように、蓄電装置１２が強制放電モード中、低圧配電線６の逆潮流分が定格出力×β’（発電リミット）よりも大きくなった場合、図１３（ｂ）に示すように、強制放電を中止し蓄電装置１２の出力を０．０とする。そして、低圧配電線６の逆潮流分が定格出力×β’よりも小さくなった場合には、蓄電装置１２は強制放電を再開する。

以上の制御を行うことで、蓄電装置１２の蓄電量が上限値・下限値に至ることによる出力不能時間を少なくすることができ、柱上変圧器高圧側の電圧変動を抑えることができる。

実施例４によれば、低圧配電線６の負荷の大きさと蓄電装置１２の強制充放電制御による柱上変圧器高圧側の電圧変動の発生を防止することができ、高圧配電線３の電力Ｐｆの逆潮流を防止するとともに、柱上変圧器５の高圧側の電圧上昇を抑えることができる。また、高圧配電線３からみた低圧配電線６の負荷変動を緩和することができる。

１…配電用変電所、１ａ…配電用変圧器、２ａ〜２ｄ…遮断器、３…高圧配電線、４…区分開閉器、５…柱上変圧器、６…低圧配電線、７…低圧需要家、８…蓄電装置出力制御装置、９…高圧側電力検出器、１０…低圧側電力検出器、１１…蓄電装置電力検出器、１２…蓄電装置、１３、１３ａ〜１３ｃ…低圧負荷、１４、１４ａ〜１４ｃ…分散型電源、１５ａ〜１５ｃ…需要家電気量検出器、１６…需要家電力合計算出装置

Claims

高圧配電線と低圧配電線の間に設置される柱上変圧器の高圧配電線の電源側の電力を検出する高圧側電力検出器と、前記柱上変圧器の低圧配電線側の電力を検出する低圧側電力検出器と、前記低圧配電線側に設置された蓄電装置の出力を検出する蓄電装置電力検出器と、前記高圧側電力検出器、前記低圧側電力検出器及び前記蓄電装置電力検出器の電力検出値から蓄電装置の出力を決定する蓄電装置出力制御装置とを有し、前記蓄電装置出力制御装置により、前記低圧配電線の電力検出値が負荷方向であれば放電し、前記低圧配電線の電力検出値が高圧配電線方向かつ高圧配電線の電力検出値が電源側方向ならば充電し、前記低圧配電線の電力検出値が零となるよう蓄電装置の出力を制御し、前記低圧配電線の電力検出値が高圧配電線方向かつ高圧配電線の電力検出値が負荷側方向ならば蓄電装置の出力が放電であった場合にはその出力を保持し、前記蓄電装置の出力が充電であった場合には低圧配電線の電力検出値が零となるよう蓄電装置の出力を制御し、高圧配電線の電源側への逆潮流を防止するよう制御することを特徴とする蓄電装置の制御方法。
請求項１に係る配電系統に設置される蓄電装置の制御方法おいて、蓄電装置の蓄電量が上限値あるいは下限値に至ったところで蓄電装置を強制的に充放電を行う強制充放電モードを持たせ、強制充放電モードの強制充放電により蓄電装置の蓄電量が設定値となった場合には、通常の制御モードとすることを特徴とする蓄電装置の制御方法。
請求項２に係る配電系統に設置される蓄電装置の制御方法において、前記強制充電モードの場合に、低圧配電線の電力検出値が負荷方向で設定値を上回る場合には、強制充電を中止して蓄電装置の出力を零とし、強制放電モードの場合に、低圧配電線の電力検出値が発電方向で設定値を上回る場合には、構成放電を中止して蓄電装置の出力を零とすることを特徴とする蓄電装置の制御方法。