JP2012249500A - 電力系統管理システム及び電力系統の管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の分散型電源が連系された電力系統において、電圧逸脱の発生をできるだけ回避しつつ、電圧逸脱が発生した場合でも分散型電源による発電量抑制を低減できる電力系統管理システム及び電力系統の管理方法を提供する。
【解決手段】電圧計により各配電フィーダ線の需要家の受電電圧をそれぞれ測定する。制御装置は、測定された電圧測定値を収集し、最も高い電圧値である第１電圧と最も低い電圧値である第２電圧の差が予め設定されたしきい値よりも小さい場合、第１電圧が予め設定された上限値を超えない範囲で最も高くなるように配電用変圧器に送り出し電圧を変更させ、第１電圧と第２電圧の差がしきい値よりも大きい場合、第２電圧が予め設定された下限値よりも低くならない範囲で最も低くなるように配電用変圧器に送り出し電圧を変更させる。
【選択図】図１

Description

本発明は多数の分散型電源が連系された電力系統を管理するための電力系統管理システム及び電力系統の管理方法に関する。

配電用変電所に設置された配電用変圧器からの出力電圧（送り出し電圧）は、需要家の受電電圧が適正範囲内（日本の場合、標準電圧１００Ｖに対しては１０１±６Ｖ以内、標準電圧２００Ｖに対しては２０２±２０Ｖ以内）に収まるようにしつつ、配電線損失を低減するために高めの電圧に設定する必要がある。

従来、各需要家へ電力を供給するための配電フィーダ線には負荷のみが接続されており、配電フィーダ線毎の電力消費量を比較的精度よく予測することが可能である。そのため、これまでは事前に作成された計画にしたがって配電用変電所に設置された配電用変圧器（送電用変電所と配電用変電所の間の送電線電圧２２〜１５４ｋＶを、配電用変電所から配電フィーダ線へ送り出す電圧、例えば６、６ｋＶに変換する変圧器）からの送り出し電圧を決定する方法が採用されてきた。この方法では、事前に予測された、所定の単位時間（例えば３０分間）毎の電力消費量から配電フィーダ線毎の電圧分布を推定し、各需要家の受電電圧が適正範囲内にあり、かつ比較的高めの送り出し電圧が決定される。送り出し電圧を比較的高めにする理由は、配電フィーダ線の電圧を上げる事で配電線損失を低減するためである。

しかしながら、再生可能電源に代表される分散型電源が普及し、該分散型電源から電力系統に電力が供給されるようになると、上記方法では電圧逸脱を回避できなくなる。分散型電源が大量に連系された配電フィーダ線では、負荷のみ連系された、もしくは少量の分散形電源のみしか連系していない、従来の配電フィーダ線と比べて配電電圧が高電圧側に移動する。配電用変圧器の同一のタップに対して、分散型電源が大量に連系された配電フィーダ線と、従来の配電フィーダ線とが混在して接続されると、同一の配電用変圧器に連系した全配電フィーダ線の中での最高電圧と最低電圧の差が大きくなり、上述した送り出し電圧の調整方法では全ての需要家の受電電圧を適正範囲内に収めることができなくなる。

この電圧逸脱の発生を考慮して、分散型電源の動作を制御するＰＣＳ（Power Conditioning System）には、電圧上昇を抑制するための「電圧上昇抑制機能」を搭載することが義務付けられている（非特許文献１参照）。

電圧上昇抑制機能とは、ＰＣＳにより配電電圧を監視し、配電電圧が高電圧側へ逸脱しそうなとき、無効電力制御または発電量抑制により電圧上昇を抑制する機能である。無効電力制御とは、出力電力の力率を調整することで電圧上昇を緩和する技術であり、発電量抑制は分散型電源による発電（有効電力）量自体を低減する技術である。

図６は、背景技術の電力系統の構成例を示すブロック図である。

図６は、配電用変電所の配電用変圧器１００から分岐された複数の配電フィーダ線のうち、配電フィーダ線Ａに、負荷（Ｌ）１２０のみ備えた需要家が柱上変圧器１１０を介して連系され、配電フィーダ線Ｂに、負荷１２０及び分散型電源（例えば多数の太陽光発電（ＰＶ：Photovoltaic）システム）１３０を備えた需要家が柱上変圧器１１０を介して連系された電力系統の構成例を示している。なお、図６では、各柱上変圧器１１０に低圧配電線を介して一戸の需要家のみ接続された構成例を示しているが、現実の柱上変圧器１１０には複数の需要家が連系される。

柱上変圧器１１０は、配電用変圧器１００から出力された電圧（例えば、６．６ｋＶ）を標準電圧１００Ｖまたは標準電圧２００Ｖに降圧し、低圧配電線を介して各需要家に供給する。

負荷１２０は、需要家が備える、電力を消費する各種電気機器である。

ＰＶシステム１３０は、ＰＶパネル及び該ＰＶパネルで発電された直流電力を電力系統へ供給するための交流電力に変換するＰＣＳを備えている。

図７は、図６に示した配電フィーダ線Ａ及び配電フィーダ線Ｂに関し、ＰＣＳにより電圧上昇抑制を実施した場合と電圧上昇抑制を実施しない場合の各需要家の受電電圧（標準電圧１００Ｖ）の分布例を示している。図７に示すグラフの縦軸は、配電フィーダ線における配電電圧を、需要家の受電点における配電電圧に換算した値（低圧換算）で示している。

図６に示した配電フィーダ線Ａでは、負荷１２０のみ備える需要家が接続されているため、図７に示すように線路インピーダンスによって末端に近づく（配電用変圧器から離れる）ほど、配電電圧が低下する。

一方、図６に示した配電フィーダ線Ｂでは、ＰＶシステム１３０を備える需要家が接続されているため、末端に近づく（配電用変圧器から離れる）ほど、配電電圧が上昇する。図７の点線で示す配電フィーダ線Ｂの電圧分布は、電圧上昇抑制を実施しない場合の様子を示し、図７の実線で示す配電フィーダ線Ｂの電圧分布は、各ＰＣＳで電圧上昇抑制を実施した場合の様子を示している。

図７に示すように、背景技術の電力系統管理システムでは、配電フィーダ線Ａで示したような分散型電源が無い配電フィーダ線を想定しているため、配電線損失が小さくなるよう、高めの配電電圧に設定される。その結果、再生可能電源が多数連系された配電フィーダ線Ｂでは、連系された各ＰＶシステム１３０が電圧上昇抑制を実施しない場合、配電電圧が適正範囲の上限値である１０７Ｖを超えてしまう。このような配電電圧が適正値から逸脱するのを防止するため、実際にはＰＶシステム１３０が備えるＰＣＳの電圧上昇抑制機能が作動して、図７の実線で示す配電フィーダ線Ｂの電圧分布のように配電電圧が１０７Ｖを超えることはない。しかしながら、ＰＣＳによる無効電力制御だけでは電圧逸脱を回避できないケースが多いため、各ＰＣＳで発電量抑制が作動してしまう。

社団法人日本電気協会、系統連系専門部会編、「系統連系規程 ＪＥＡＣ９７０１−２００６」、２００６年

一般に、太陽光発電（ＰＶ）等の再生可能電源の多くは発電量を自由に制御できる構成ではなく、例えばＰＶパネルは、光エネルギーを電力へ変換する変換効率を意図的に低下させることで発電量を抑制（発電量抑制）する。発電量の抑制は、再生可能電源を、その発電能力以下で動作させることであり、再生可能電源における発電量抑制はせっかく発電した電力を廃棄することに等しく、持続可能な社会を実現するために導入するＰＶシステム等の再生可能電源の利用方法として効率的ではない。

無効電力制御や発電量抑制等に代わって分散型電源で発電された電力を蓄電池等に蓄積することで電圧上昇を抑制する方法も考えられるが、その場合でもインバータの変換効率や蓄電池の内部放電等により、少なく見積もっても５％程度の充放電損失が生じる。

したがって、分散型電源が普及すると、配電電圧が適正範囲から逸脱する電圧逸脱問題が発生し、それを回避しようとすると有効活用できない電力が増えるという課題が生じる。よって、多数の分散型電源が連系される電力系統では、電圧逸脱の発生をできるだけ回避しつつ、電圧逸脱が発生した場合でも分散型電源による発電量抑制を低減できることが望ましい。

本発明は上述したような背景技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、多数の分散型電源が連系された電力系統において、電圧逸脱の発生をできるだけ回避しつつ、電圧逸脱が発生した場合でも分散型電源による発電量抑制を低減できる電力系統管理システム及び電力系統の管理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発明の電力系統管理システムは、送り出し電圧が外部からの指示にしたがって変更可能な配電用変圧器と、
前記配電用変圧器から需要家に電力を供給する配電フィーダ線に連系される分散型電源と、
前記配電フィーダ線の任意の位置の電圧を測定する複数の電圧計と、
前記電圧計で測定された電圧測定値を収集し、収集された電圧測定値のうち、最も高い電圧値を第１電圧とし、最も低い電圧値を第２電圧としたとき、前記第１電圧と前記第２電圧の差が予め設定されたしきい値よりも小さい場合、前記第１電圧が予め設定された上限値を超えない範囲で最も高くなるように前記配電用変圧器に前記送り出し電圧を変更させ、前記第１電圧と前記第２電圧の差が前記しきい値よりも大きい場合、前記第２電圧が予め設定された下限値よりも低くならない範囲で最も低くなるように前記配電用変圧器に前記送り出し電圧を変更させる制御装置と、
を有する。

一方、本発明の電力系統の管理方法は、送り出し電圧が外部からの指示にしたがって変更可能な配電用変圧器と、
前記配電用変圧器から需要家に電力を供給する配電フィーダ線に連系される分散型電源と、
を有する電力系統の電力系統の管理方法であって、
前記配電フィーダ線の任意の位置に取り付けられた電圧計で、前記配電フィーダ線の電圧を測定し、
コンピュータが、
前記電圧計で測定された電圧測定値を収集し、
収集された電圧測定値のうち、最も高い電圧値を第１電圧とし、最も低い電圧値を第２電圧としたとき、前記第１電圧と前記第２電圧の差が予め設定されたしきい値よりも小さい場合、前記第１電圧が予め設定された上限値を超えない範囲で最も高くなるように前記配電用変圧器に前記送り出し電圧を変更させ、
前記第１電圧と前記第２電圧の差が前記しきい値よりも大きい場合、前記第２電圧が予め設定された下限値よりも低くならない範囲で最も低くなるように前記配電用変圧器に前記送り出し電圧を変更させる方法である。

本発明によれば、多数の分散型電源が連系された電力系統において、電圧逸脱の発生をできるだけ回避しつつ、電圧逸脱が発生した場合でも分散型電源による発電量抑制を低減できる。

本発明の電力系統管理システムの一構成例を示すブロック図である。 図１に示した制御装置の一構成例を示すブロック図である。 図１に示した電力系統において、配線フィーダ線の最も高い電圧と最も低い電圧との差が適正範囲内にある場合の電圧分布の一例を示すグラフである。 図１に示した電力系統において、配線フィーダ線の最も高い電圧と最も低い電圧との差が適正範囲を超える場合の電圧分布の一例を示すグラフである。 本発明の電力系統の管理方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の電力系統の管理方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の電力系統の管理方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 背景技術の電力系統の構成例を示すブロック図である。 図６に示した電力系統において、電圧上昇抑制を実施した場合と電圧上昇抑制を実施しない場合の配線フィーダ線毎の電圧分布を示すグラフである。

次に本発明について図面を用いて説明する。

本実施形態の電力系統管理システムでは、配電用変圧器の同一のタップに接続された各配電フィーダ線の配電電圧を監視し、
（１）収集された電圧測定値のうち、最も高い電圧値を第１電圧とし、最も低い電圧値を第２電圧としたとき、第１電圧と第２電圧の差が予め設定されたしきい値よりも小さい場合、第１電圧が予め設定された上限値を超えない範囲で最も高くなるように配電用変圧器の送り出し電圧を設定する。
（２）第１電圧と第２電圧の差が上記しきい値よりも大きい場合、第２電圧が予め設定された下限値よりも低くならない範囲で最も低くなるように配電用変圧器の送り出し電圧を設定する。

このように配電用変圧器の送り出し電圧を制御することで、電圧逸脱の発生をできるだけ回避しつつ、電圧逸脱が発生した場合でも分散型電源による発電量抑制を低減して、経済的に無駄の少ない高効率な電力系統管理システムを実現する。

図１は、本発明の電力系統管理システムの一構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の電力系統管理システムは、図６に示した電力系統に、各需要家の受電電圧を測定する電圧計（Ｖ）１４０をそれぞれ追加し、さらにＰＶシステムを備えた需要家に蓄電システム（Ｂ）１５０を追加した構成である。また、本発明の電力系統管理システムは、電圧計１４０、ＰＶシステム１３０、負荷（Ｌ）１２０のうちの一部及び蓄電システム１５０の動作を制御すると共に、配電用変圧器１００による送り出し電圧を制御する制御装置２００を有する構成である。制御装置２００と、電圧計１４０、ＰＶシステム１３０、負荷１２０、蓄電システム１５０及び配電用変圧器１００とは、周知の通信手段を介して情報の送受信が可能に接続される。その他の構成は、図６に示した電力系統と同様である。

なお、図１に示す電力系統は、本発明の特徴を説明するために例示した構成であり、各配電フィーダ線には、ＰＶシステム１３０や蓄電システム１５０を備えた需要家、負荷１２０及び電圧計１４０のみ備える需要家が混在して連系されていてもよい。また、ＰＶシステム１３０を備える需要家は、必ずしも蓄電システム１５０を備えていなくてもよい。図１では、各柱上変圧器１１０に一戸の需要家のみ接続された構成例を示しているが、現実の柱上変圧器１１０には複数の需要家が連系される。

電圧計１４０は、需要家の受電電圧を測定する機器であり、需要家の受電電圧を計測する計測手段、並びに計測した電圧を制御装置２００へ通知するための通信手段をそれぞれ備えている。電圧計１４０は、図１に示すように各需要家の受電点の近傍に取り付けるだけでなく、例えば柱上変圧器１１０の近傍や配電フィーダ線の任意の位置に取り付けてもよい。また、電圧計１４０は、ＰＶシステム１３０等が有するＰＣＳに内蔵されていてもよい。電圧計１４０を配電フィーダ線の任意の位置に取り付ける場合、該電圧計１４０には計測した電圧（例えば６．６ｋＶ）を需要家の受電電圧に換算（低圧換算）する機能を備えていてもよい。電圧計１４０は、配電フィーダ線における柱上変圧器１１０の近傍、配電フィーダ線におけるＳＶＲ（Step Voltage Regulator）の近傍、配電フィーダ線の末端、分散型電源の連系点等のように、電圧逸脱が発生しやすい箇所に接続することが特に好ましい。

ＰＶシステム１３０は、ＰＶパネル、該ＰＶパネルで発電された直流電力を電力系統に適した交流電力に変換するＰＣＳ及び外部と情報を送受信するための通信手段を備えている。ＰＣＳは、上記無効電力制御または発電量抑制により電圧上昇を抑制する電圧上昇抑制機能を有し、制御装置２００の指示にしたがって該電圧上昇抑制機能を動作させる。

図１では、全てのＰＶシステム１３０が通信手段を有する構成例を示しているが、ＰＶシステム１３０には通信手段を持たない構成もある。本実施形態では、通信手段を持たないＰＶシステム１３０は制御対象から除外する。また、図１では、分散型電源として需要家が備えるＰＶシステム１３０を例示しているが、分散型電源は、風力発電等の他の発電設備でもよい。また、分散型電源は、需要家が備える装置に限定されるものではなく、事業者等により配電フィーダ線や低圧配電線に直接連系されていてもよい。上記無効電力制御は、ＰＶシステム１３０が備えるＰＣＳに限らず、例えば通信手段を有する燃料電池、電気自動車、蓄電システム１５０等が備えるＰＣＳでも実施可能である。

負荷１２０は、需要家が備える、電力を消費する各種電気機器である。負荷１２０には、制御装置２００からの指示にしたがって電力消費量が制御可能な可制御負荷が含まれる。可制御負荷は、需要家が備える各種負荷１２０のうち、需要家が許可した負荷であり、該可制御負荷は通信手段を介して制御装置２００により稼働／停止を制御できる。可制御負荷は、ある一定の時間内に一定時間稼働すればよく、また需要家の意思と関係なく稼働／停止されても需要家の利便性が損なわれない機器が望ましい。そのような可制御負荷としては、例えばエア・コンディショナー、ヒートポンプ給湯器、冷蔵庫等の温度差によってエネルギーを蓄積する機器、ノート型のパーソナルコンピュータ、電気自動車、無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）等の蓄電池を内蔵している電気機器、あるいは洗濯機や食器洗い機等がある。

蓄電システム１５０は、不図示の蓄電池、ＰＣＳ及び通信手段を備え、制御装置２００の指示にしたがって電力系統と電力のやりとりが可能な構成である。図１では、蓄電システム１５０が需要家に設置された構成例を示しているが、蓄電システム１５０は、電力系統の運用者等により配電フィーダ線や低圧配電線に直接接続されていてもよい。蓄電システム１５０は、上記電圧計１４０と同様に、配電フィーダ線の末端、柱上変圧器１１０のタップ近傍、ＳＶＲ近傍等の電圧逸脱が発生しやすい箇所に設置することが望ましい。蓄電池には、リチウムイオン蓄電池、ナトリウム硫黄蓄電池、ニッケル水素電池等が用いられる。蓄電システム１５０のＰＣＳがＰＶシステム１３０と同様に無効電力制御が可能な構成の場合、該ＰＣＳは制御装置２００の指示にしたがって無効電力を出力してもよい。なお、蓄電システム１５０は、上記可制御負荷と同様に制御装置２００からの指示にしたがって電力消費量の制御が可能であるため、負荷１２０の一部と見なすこともできる。

制御装置２００は、処理装置及び通信手段を備え、通信手段を介して電圧計１４０で測定された電圧測定値、並びに各ＰＣＳによるＰＶパネルや蓄電池、ヒートポンプ給湯器等の制御状態に関する情報（例えば、ＰＶパネルの発電量や無効電力量、蓄電池の充電量、ヒートポンプ給湯器の貯湯量など、各機器を用いて電圧上昇抑制制御を行う余地を知る上で必要な情報）を収集し、ＰＣＳ及び配電用変圧器１００へ制御指示を送信する。制御装置２００は、各電圧計１４０から収集した電圧測定値に基づいて、電力系統における電圧計１４０が取り付けられていない位置の電圧を推測してもよい。

制御装置２００は、例えば図２に示すようなコンピュータによって実現できる。図２に示すコンピュータは、プログラムにしたがって所定の処理を実行する処理装置１０と、処理装置１０に対してコマンドや情報等を入力するための入力装置２０と、処理装置１０の処理結果を出力するための出力装置３０とを有する構成である。

処理装置１０は、ＣＰＵ１１と、ＣＰＵ１１の処理で必要な情報を一時的に保持する主記憶装置１２と、ＣＰＵ１１に本発明の電力系統の管理方法を実行させるためのプログラムが記録された記録媒体１３と、電力系統に関する情報、電圧計１４０から通知される電圧測定値、上記低圧換算に必要な係数等が格納されるデータ蓄積装置１４と、主記憶装置１２、記録媒体１３およびデータ蓄積装置１４とのデータ転送を制御するメモリ制御インタフェース部１５と、入力装置２０および出力装置３０とのインタフェース装置であるＩ／Ｏインタフェース部１６と、電圧計１４０、ＰＶシステム１３０、負荷１２０、蓄電システム１５０及び配電用変圧器１００と情報を送受信するための通信制御装置１７とを備え、それらがバス１８を介して接続された構成である。

処理装置１０は、記録媒体１３に記録されたプログラムにしたがって、後述する制御装置２００としての処理を実行する。記録媒体１３は、磁気ディスク、半導体メモリ、光ディスクあるいはその他の記録媒体であってもよい。データ蓄積装置１４は、処理装置１０内に備える必要はなく、独立した装置であってもよい。制御装置２００が備える通信制御装置１７と、電圧計１４０、ＰＶシステム１３０、負荷１２０、蓄電システム１５０及び配電用変圧器１００との通信を可能にする通信手段としては、光ファイバー、電力線、インターネット等を利用した周知の有線通信手段、あるいはＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉ−Ｆｉ等の周知の無線通信手段等がある。

次に本発明の電力系統の管理方法について図面を用いて説明する。

図３は、図１に示した電力系統において、配線フィーダ線の最も高い電圧と最も低い電圧との差が適正範囲内にある場合の電圧分布の一例を示すグラフであり、図４は、図１に示した電力系統において、配線フィーダ線の最も高い電圧と最も低い電圧との差が適正範囲を超える場合の電圧分布の一例を示すグラフである。

本実施形態の制御装置２００は、各電圧計１４０から通知される電圧測定値に基づいて、例えば、配電用変圧器１００の同一のタップに接続された複数の配電フィーダ線のうち、最も低い電圧の受電点を有する配電フィーダ線を配電フィーダ線Ａに設定し、最も高い電圧の受電点を有する配電フィーダ線を配電フィーダ線Ｂに設定する。

そして、上記最も高い電圧（第１電圧）をＶ_MAXとし、最も低い電圧（第２電圧）をＶ_MINとしたとき、Ｖ_MAX−Ｖ_MINをしきい値ΔＶと比較し、Ｖ_MAX−Ｖ_MIN＜ΔＶであるか、Ｖ_MAX−Ｖ_MIN≧ΔＶであるかに応じて、以下に記載する制御を実施する。なお、しきい値ΔＶは、予め設定された目標電圧範囲の上限値Ｖ_ULと下限値Ｖ_LLの差（Ｖ_UL−Ｖ_LL）である。目標電圧範囲は、例えば法規上の配電電圧の適正範囲（日本の場合、標準電圧１００Ｖに対しては１０１±６Ｖ以内、標準電圧２００Ｖに対しては２０２±２０Ｖ以内）、あるいはそれよりも狭い範囲である。すなわち、上限値Ｖ_ULは、上記法規上の適正範囲の上限電圧またはそれよりも低い電圧であり、下限値Ｖ_LLは、上記法規上の適正範囲の下限電圧またはそれよりも高い電圧である。

Ｖ_MAX−Ｖ_MIN＜ΔＶの場合、図３に示すように、制御装置２００は、上記Ｖ_MAXが、目標電圧範囲内であり、かつ予め設定された目標電圧範囲の上限値Ｖ_ULに近い値となるように、配電用変圧器１００に対して配電フィーダ線Ａ、Ｂが接続されるタップを変更するよう指示する（変更後の配電用変圧器１００を状態Ａとする）。このとき、図３に示すように、配電電圧の急激な変動に備えて、上限値Ｖ_ULは法規上の配電電圧の適正範囲の上限電圧よりもわずかに低い電圧に設定してもよい。例えば、法規上の配電電圧の適正範囲が１０１Ｖ±６Ｖの場合、１Ｖの余裕を持たせて上限値Ｖ_ULを１０６Ｖに設定する、または０．５Ｖの余裕を持たせて１０６．５Ｖに設定する、などが考えられる。

一方、Ｖ_MAX−Ｖ_MIN≧ΔＶの場合、図４に示すように、制御装置２００は、上記Ｖ_MINが、目標電圧範囲内であり、かつ予め設定された目標電圧範囲の下限値Ｖ_LLに近い値となるように、配電用変圧器１００に対して配電フィーダ線Ａ、Ｂが接続されるタップを変更するよう指示する（変更後の配電用変圧器１００を状態Ｂとする）。このとき、図４に示すように、配電電圧の急激な変動に備えて、下限値Ｖ_LLは法規上の配電電圧の適正範囲の下限電圧よりもわずかに高い電圧に設定してもよい。例えば、法規上の配電電圧の適正範囲が１０１Ｖ±６Ｖの場合、１Ｖの余裕を持たせて下限値Ｖ_LLを９６Ｖに設定する、または０．５Ｖの余裕をもたせて９５．５Ｖに設定する、などが考えられる。

状態Ｂにおいて、配電用変圧器１００のタップを変更した後も電圧逸脱が解消しない場合、制御装置２００は、配電電圧を監視して電圧逸脱が解消するまで、配電フィーダ線Ｂに連系された需要家の負荷１２０内の可制御負荷、蓄電システム１５０、ＰＶシステム１３０等の各種電力コンポーネントに対して電圧上昇抑制を指示する。

電力コンポーネントによる電圧上昇抑制には、以下のａ〜ｃの手法がある。

ａ．配電フィーダ線に連系された各ＰＣＳに対して進相無効電力制御を行う。

ｂ．需要家の持つ可制御負荷を動作させて電力消費量を増大させる。

ｃ．分散型電源による発電量を抑制する。

電圧上昇を抑制するための制御ａ〜ｃのうち、電圧上昇抑制の効果に対する、電力の無駄が少ない順に、電圧上昇抑制を行うことで、電力の無駄を最小化することができる。制御ａ〜ｃにより生じる電力の無駄は、一般に制御ａまたは制御ｂが比較的少なく、制御ｃが多い。よって、制御ａまたはｂを先に実施し、それでも配電電圧が上記上限値を超える場合は制御ｃを実施する。この方法により制御ａ、ｂを実施する余地がある状態で制御ｃを先に実施する場合と比較して無駄を低減できる。

さらに、制御ａ、ｂについても無駄の量が多い方を先に実施することで、より無駄を低減することが可能である。上記制御ａにおいて生じる無駄は配電線損失である。上記制御ｂによって生じる無駄は、本来必ずしも現在動かす必要がない装置を稼働させることで生じると考えられる無駄であるが、これは装置に種類による。一般の家庭電化製品（電灯、テレビジョン受像機等）を稼働させた場合、元々稼働していない以上は、稼働させても誰も利用せず無駄になる可能性が高い。一方で、ある一定の時間内に一定時間稼働すればよく、また稼働／停止が需要家の意思と関係なく行われても需要家の利便性が損なわれない機器（電気自動車、ヒートポンプ給湯器等）の場合、無駄は少ない。例えば、本来の充電予定よりも早く電気自動車に充電を行ったとしても、僅かに自然放電により生じる無駄がある程度である。上記制御ｃにおいて生じる無駄は、発電可能であった電力を発電しない、つまり電気を捨てる無駄である。多くの場合、制御ａ、ｂ、ｃの順に生じる電力の無駄は大きくなるため、以下ではそのような前提に基づいて本発明について説明する。

電圧逸脱が発生した場合、まず配電フィーダ線Ｂに連系されたＰＶシステム１３０や蓄電システム１５０が備えるＰＣＳにより、無効電力量を増大させて電圧上昇を抑制する。無効電力制御は、ＰＣＳの空き容量を使用し、かつ力率が制限値（例えば、非特許文献１によると力率が０．８５）以上である範囲内で実施する。力率が０．８５以下になる、またはＰＣＳの有効電力の絶対量（ＰＶシステムのＰＣＳなら発電量、蓄電システムのＰＣＳなら充放電量）を低下させないと無効電力量を増加させることができなくなったら、無効電力量が上限に到達したとして、次の電圧上昇抑制の手法を行う。

無効電力量が上限に到達しても電圧逸脱が解消されない場合、配電フィーダ線Ｂに連系された負荷１２０のうち、需要家が制御装置２００による稼働／停止制御を許可した可制御負荷を稼働させる、または蓄電システム１５０に充電させることで電力消費量を増大させて電圧上昇を抑制する。

可制御負荷、または蓄電システム１５０による電力消費量の増大でも電圧逸脱が解消されない場合、ＰＶシステム１３０等の分散型電源の発電量を抑制させる。

なお、電圧上昇抑制は、上記制御ａ（無効電力制御）、ｂ（負荷による電力消費量の増加）、ｃ（分散型電源の発電量抑制）の順に行う必要はなく、制御ｂ、ａ、ｃの順に行ってもよく、制御ａ、ｃの順に行ってもよく、制御ｂ、ｃの順に行ってもよい。すなわち、少なくとも制御ａまたはｂのいずれか一方を行った後、それでも電圧逸脱が解消されない場合に制御ｃを行えばよい。

図５−１、５−２及び５−３は、本発明の電力系統の管理方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。

図５−１は、電圧逸脱が発生した場合に上記制御ａ，ｂ，ｃを順次実施することで、電圧上昇を抑制する例を示している。図５−２は電圧逸脱が発生した場合に電圧上昇を抑制するために上記制御ａのみを実施する例を示し、図５−３は電圧逸脱が発生した場合に電圧上昇を抑制するために上記制御ｂのみを実施する例を示している。なお、図５−１、５−２及び５−３では、同一の処理については、同一のステップ番号を付与している。

図５−１に示す処理において、制御装置２００は、まず配電用変圧器１００の同一のタップに接続された配電フィーダ線が備える各電圧計１４０から電圧測定値を収集し、配電フィーダ線毎の電圧分布を取得する（ステップＡ１）。このとき、電圧計１４０からの電圧測定値の取得に失敗した場合、または電圧計１４０が設置されていない部位については、センサ付き開閉器等から電力の潮流量を取得する、各分散型電源からそれぞれの発電量を取得する、各需要家の電力量計から需要家毎の消費電力を取得する等の手法を利用して、電圧値を推定してもよい。

なお、電圧計１４０による電圧測定値は、電圧逸脱が生じる時間をできだけ短縮したい場合には瞬時値を使用し、予め設定した所定時間（例えば３０分間）における平均電圧が逸脱しなければよいと考える場合には該所定時間毎の平均値を使用してもよい。

次に、制御装置２００は、配電フィーダ線毎の電圧分布に基づき、全配電フィーダ線上で測定、または推定された電圧値の中での電圧から最も高い電圧Ｖ_MAXと最も低い電圧Ｖ_MINとを抽出し、その差（Ｖ_MAX−Ｖ_MIN）がしきい値ΔＶよりも大きいか否かを判定する（ステップＡ２）。なお、しきい値ΔＶは、予め設定された目標電圧範囲の上限値Ｖ_ULと下限値Ｖ_LLの差（Ｖ_UL−Ｖ_LL）である。

上限値Ｖ_UL及び下限値Ｖ_LLは、上述したように、法規上の電圧範囲に基づいて設定してもよく（標準電圧１００Ｖの場合、Ｖ_UL＝１０７Ｖ、Ｖ_LL＝９５Ｖ）、それらの値にそれぞれマージンを持たせた値に設定してもよい。

Ｖ_MAX−Ｖ_MINがＶ_UL−Ｖ_LLよりも小さい場合、制御装置２００は、Ｖ_MAXがＶ_ULを超えない範囲で、低圧換算した配電電圧が最も高くなるよう、配電フィーダ線が接続するタップを配電用変圧器１００に変更させて、送り出し電圧を上昇させる（ステップＡ８）。配電フィーダ線の電圧を高めに設定する理由は、負荷の消費電力を一定とすると、配電フィーダ線の電圧が高い程流れる電流量が低下するため、配電線損失が低減され、電力の無駄を減少させることができるからである。その後、制御装置２００は、ステップＡ１の処理に戻って、ステップＡ１からの処理を繰り返す。配電フィーダ線に対する配電用変圧器１００のタップの接続を変更しなくてもよい場合、すなわち、Ｖ_MAXがＶ_ULを超えない範囲で低圧換算した配電電圧が最も高くなるように、配電フィーダ線が配電用変圧器１００に既に接続されている場合、制御装置２００は、何も処理することなく、ステップＡ１の処理に戻って、ステップＡ１からの処理を繰り返す。

一方、Ｖ_MAX−Ｖ_MINがＶ_UL−Ｖ_LLよりも大きい場合、制御装置２００は、Ｖ_MINがＶ_LLよりも低くならない範囲で、低圧換算した配電電圧が最も低くなるよう、配電フィーダ線が配電用変圧器１００に接続されているか否かを判定する（ステップＡ３）。

Ｖ_MINがＶ_LLよりも低くならない範囲で、配電電圧が最も低くなるよう、配電フィーダ線が配電用変圧器１００に接続されている場合、制御装置２００は、ステップＡ５の処理へ移行する。Ｖ_MINがＶ_LLよりも低くならない範囲で、配電電圧が最も低くなるよう、配電フィーダ線が配電用変圧器１００に接続されていない場合、制御装置２００は、ステップＡ９の処理へ移行する。

ステップＡ９において、制御装置２００は、Ｖ_MINがＶ_LLよりも低くならない範囲で、低圧換算した配電電圧が最も低くなるよう、配電フィーダ線が接続するタップを配電用変圧器１００に変更させて、送り出し電圧を低下させる。その後、制御装置２００は、ステップＡ１の処理に戻って、ステップＡ１からの処理を繰り返す。

ステップＡ５において、制御装置２００は、Ｖ_MAXがＶ_ULを超える電圧逸脱を解消するために、電圧逸脱が発生している配電フィーダ線（配電フィーダ線Ｂ）に連系するＰＶシステム１３０や蓄電池システム１５０が備えるＰＣＳで無効電力制御による無効電力量の増大が可能か否かを判定する。無効電力制御による無効電力量の増大が可能な場合、制御装置２００は、該制御可能なＰＣＳに無効電力制御による無効電力量を増大させ、電圧上昇を抑制する（ステップＡ１１）。

無効電力制御による無効電力量の増大が可能か否かは、例えば通信手段を介して各ＰＣＳに問い合わせればよい。なお、無効電力制御による無効電力量が増大すると、配電線損失が大きくなることが知られている。また、電圧上昇の抑制制御は電圧逸脱が発生している箇所で実施するのが最も効果が大きいことが知られている。したがって、無効電力制御による無効電力量の増大が可能な全てのＰＣＳに無効電力制御による無効電力量を増大させてもよいが、電圧逸脱の発生した場所に対する電圧感度が高い位置に接続されたＰＣＳ、例えば電圧逸脱の発生位置近傍や電圧逸脱の発生位置よりも末端側（配電フィーダ線上において、配電用変圧器に対して電圧逸脱の発生位置よりも遠い位置）に接続されたＰＣＳに無効電力制御による無効電力量の増大を優先的に指示すれば、無効電力量を低減でき、配電線損失の増大を抑制できる。

各ＰＣＳで無効電力制御が実施できない場合、制御装置２００は、電圧逸脱が発生している配電フィーダ線（配電フィーダ線Ｂ）に連系する、需要家が外部からの制御を許可した負荷１２０（可制御負荷を含む）が稼働しているか否かを判定する（ステップＡ６）。稼働していない制御可能な負荷１２０が有る場合は、それらの負荷１２０を稼働させる（ステップＡ１２）。稼働できるか否かは、例えば通信手段を介して各負荷１２０に問い合わせればよい。なお、上述したように、電圧上昇抑制は、電圧逸脱が発生している箇所で実施するのが最も効果が大きいため、制御可能な負荷１２０を全て稼働させてもよいが、電圧逸脱の発生近傍に接続された負荷１２０を優先的に稼働させてもよい。

制御可能な負荷１２０が無い、または制御可能な負荷１２０が既に全て動作している場合、制御装置２００は、電圧逸脱が発生している配電フィーダ線（配電フィーダ線Ｂ）に連系する複数の蓄電システム１５０のうち、充電速度を増加させる、または放電速度を低下させることが可能な蓄電システム１５の有無を判定する（ステップＡ７）。充電速度を増加させる、または放電速度を低下させることが可能な蓄電システム１５０が有る場合、制御装置２００は、それらの蓄電システム１５０が備える蓄電池の充電速度を増加させる、または放電速度を低下させる（ステップＡ１３）。充電速度を増加させる、または放電速度を低下させることが可能であるか否かは、例えば通信手段を介して各蓄電システム１５０に問い合わせればよい。なお、上述したように、電圧上昇抑制は、電圧逸脱が発生している箇所で実施するのが最も効果が大きいため、充電速度を増加させる、または放電速度を低下させることが可能な蓄電システム１５０を全て動作させてもよいが、電圧逸脱の発生近傍に接続された蓄電システム１５０を優先的に動作させてもよい。

充電速度を増加させる、または放電速度を低下させることが可能な蓄電システム１５０が無い場合、制御装置２００は、電圧逸脱が発生している地点の近傍に接続されたＰＣＳに発電量を抑制させる（ステップＡ１４）。

図５−２に示す処理において、ステップＡ１〜Ａ３、Ａ５、並びにステップＡ８〜Ａ９、Ａ１１の処理は、上述した図５−１で示した処理と同様である。図５−２に示す処理では、ステップＡ５において、制御装置２００は、各ＰＣＳで無効電力制御が実施できない場合、ステップＡ１の処理へ戻って、ステップＡ１〜Ａ３、Ａ５、並びにステップＡ８〜Ａ９、Ａ１１の処理を繰り返す。

図５−３に示す処理において、ステップＡ１〜Ａ３、並びにステップＡ８〜Ａ９の処理は、上述した図５−１で示した処理と同様である。図５−３に示す処理では、ステップＡ３において、Ｖ_MINがＶ_LLよりも低くならない範囲で、配電電圧が最も低くなるよう、配電フィーダ線が配電用変圧器１００に接続されている場合、制御装置２００は、ステップＡ６の処理へ移行する。そして、図５−１で示した処理と同様に、ステップＡ６にて、需要家が外部からの制御を許可した負荷１２０（可制御負荷を含む）が稼働しているか否かを判定し、稼働していない制御可能な負荷１２０が有る場合は、それらの負荷１２０を稼働させる（ステップＡ１２）。制御可能な負荷１２０が無い、または制御可能な負荷１２０が既に全て動作している場合、制御装置２００は、電圧逸脱が発生している配電フィーダ線（配電フィーダ線Ｂ）に連系する複数の蓄電システム１５０のうち、充電速度を増加させる、または放電速度を低下させることが可能な蓄電システム１５の有無を判定する（ステップＡ７）。充電速度を増加させる、または放電速度を低下させることが可能な蓄電システム１５０が有る場合、制御装置２００は、それらの蓄電システム１５０が備える蓄電池の充電速度を増加させる、または放電速度を低下させる（ステップＡ１３）。

充電速度を増加させる、または放電速度を低下させることが可能な蓄電システム１５０が無い場合、制御装置２００は、ステップＡ１の処理へ戻って、ステップＡ１〜Ａ３、Ａ６〜Ａ７、並びにステップＡ８〜Ａ９、Ａ１２〜Ａ１３の処理を繰り返す。

本実施形態の電力系統管理システムによれば、配電用変圧器１００の同一のタップに接続された各配電フィーダ線における最も高い第１電圧と最も低い第２電圧の差がしきい値（配電電圧の適正範囲の幅、またはその幅よりも狭い値）よりも小さい場合、第１電圧が上限値Ｖ_ULを超えない範囲で最も高くなるように配電用変圧器１００の送り出し電圧を設定することで、配電用変圧器１００による送り出し電圧の制御だけで電圧逸脱を回避できる。そのため、分散型電源による発電量抑制が不要になる。一方、第１電圧と第２電圧の差がしきい値よりも大きい場合、第２電圧が下限値Ｖ_LLよりも低くならない範囲で最も低くなるように配電用変圧器１００の送り出し電圧を設定すれば、配電フィーダ線における第１電圧（最も高い電圧）が法規上の配電電圧の適正範囲の上限電圧を超えるまでのマージンを最大限に確保できる。そのため、電圧逸脱の発生を抑制できる。また、電圧逸脱が発生した場合でも、無効電力制御及び負荷の増加により電圧上昇を抑制し、それでも電圧逸脱が回避できないときに分散型電源に発電量を抑制させるため、電圧逸脱が発生した場合でも分散型電源による発電量抑制を低減できる。

よって、多数の分散型電源が連系された電力系統において、電圧逸脱の発生をできるだけ回避しつつ、電圧逸脱が発生した場合でも分散型電源による発電量抑制を低減できる。

１０ 処理装置
１１ ＣＰＵ
１２ 主記憶装置
１３ 記録媒体
１４ データ蓄積装置
１５ メモリ制御インタフェース部
１６ Ｉ／Ｏインタフェース部
１７ 通信制御装置
１８ バス
１００ 配電用変圧器
１１０ 柱上変圧器
１２０ 負荷
１３０ ＰＶシステム
１４０ 電圧計
１５０ 蓄電システム
２００ 制御装置

Claims (12)

1. 送り出し電圧が外部からの指示にしたがって変更可能な配電用変圧器と、
   前記配電用変圧器から需要家に電力を供給する配電フィーダ線に連系される分散型電源と、
   前記配電フィーダ線の任意の位置の電圧を測定する複数の電圧計と、
   前記電圧計で測定された電圧測定値を収集し、収集された電圧測定値のうち、最も高い電圧値を第１電圧とし、最も低い電圧値を第２電圧としたとき、前記第１電圧と前記第２電圧の差が予め設定されたしきい値よりも小さい場合、前記第１電圧が予め設定された上限値を超えない範囲で最も高くなるように前記配電用変圧器に前記送り出し電圧を変更させ、前記第１電圧と前記第２電圧の差が前記しきい値よりも大きい場合、前記第２電圧が予め設定された下限値よりも低くならない範囲で最も低くなるように前記配電用変圧器に前記送り出し電圧を変更させる制御装置と、
   を有する電力系統管理システム。
2. 前記制御装置は、
   前記需要家に供給される受電電圧が前記上限値よりも高くなる電圧逸脱を検出したとき、
   （ａ）前記配電フィーダ線に連系された前記分散型電源に無効電力を出力させる、または、
   （ｂ）配電フィーダ線に連系される、外部から稼働／停止の制御が可能な電気機器である負荷による電力消費を増大させる、
   の少なくともいずれか一方の制御を実施する請求項１記載の電力系統管理システム。
3. 前記制御装置は、
   前記需要家に供給される受電電圧が前記上限値よりも高くなる電圧逸脱を検出したとき、
   （ａ）前記配電フィーダ線に連系された前記分散型電源に無効電力を出力させる、
   （ｂ）配電フィーダ線に連系される、外部から稼働／停止の制御が可能な電気機器である負荷による電力消費を増大させる、
   （ｃ）前記分散型電源に発電量を抑制させる、
   制御を順次実施する請求項１記載の電力系統管理システム。
4. 前記しきい値は、法規上の配電電圧の適正範囲の幅よりも狭い値であり、
   前記上限値は、前記適正範囲の上限電圧よりも低い電圧であり、
   前記下限値は、前記適正範囲の下限電圧よりも高い電圧である請求項１から３のいずれか１項記載の電力系統管理システム。
5. 送り出し電圧が外部からの指示にしたがって変更可能な配電用変圧器と、
   前記配電用変圧器から需要家に電力を供給する配電フィーダ線に連系される分散型電源と、
   を有する電力系統の電力系統の管理方法であって、
   前記配電フィーダ線の任意の位置に取り付けられた電圧計で、前記配電フィーダ線の電圧を測定し、
   コンピュータが、
   前記電圧計で測定された電圧測定値を収集し、
   収集された電圧測定値のうち、最も高い電圧値を第１電圧とし、最も低い電圧値を第２電圧としたとき、前記第１電圧と前記第２電圧の差が予め設定されたしきい値よりも小さい場合、前記第１電圧が予め設定された上限値を超えない範囲で最も高くなるように前記配電用変圧器に前記送り出し電圧を変更させ、
   前記第１電圧と前記第２電圧の差が前記しきい値よりも大きい場合、前記第２電圧が予め設定された下限値よりも低くならない範囲で最も低くなるように前記配電用変圧器に前記送り出し電圧を変更させる電力系統の管理方法。
6. 前記コンピュータが、
   前記需要家に供給される受電電圧が前記上限値よりも高くなる電圧逸脱を検出したとき、
   （ａ）前記配電フィーダ線に連系された前記分散型電源に無効電力を出力させる、または、
   （ｂ）配電フィーダ線に連系される、外部から稼働／停止の制御が可能な電気機器である負荷による電力消費を増大させる、
   の少なくともいずれか一方の制御を実施する請求項５記載の電力系統の管理方法。
7. 前記コンピュータが、
   前記需要家に供給される受電電圧が前記上限値よりも高くなる電圧逸脱を検出したとき、
   （ａ）前記配電フィーダ線に連系された前記分散型電源に無効電力を出力させる、
   （ｂ）配電フィーダ線に連系される、外部から稼働／停止の制御が可能な電気機器である負荷による電力消費を増大させる、
   （ｃ）前記分散型電源に発電量を抑制させる、
   制御を順次実施する請求項５記載の電力系統の管理方法。
8. 前記しきい値は、法規上の配電電圧の適正範囲の幅よりも狭い値であり、
   前記上限値は、前記適正範囲の上限電圧よりも低い電圧であり、
   前記下限値は、前記適正範囲の下限電圧よりも高い電圧である請求項５から７のいずれか１項記載の電力系統の管理方法。
9. 送り出し電圧が外部からの指示にしたがって変更可能な配電用変圧器と、
   前記配電用変圧器から需要家に電力を供給する配電フィーダ線に連系される分散型電源と、
   を有する電力系統を管理する制御装置であって、
   前記配電フィーダ線の任意の位置に取り付けられた電圧計で測定された、前記配電フィーダ線の電圧である電圧測定値を収集し、収集された電圧測定値のうち、最も高い電圧値を第１電圧とし、最も低い電圧値を第２電圧としたとき、前記第１電圧と前記第２電圧の差が予め設定されたしきい値よりも小さい場合、前記第１電圧が予め設定された上限値を超えない範囲で最も高くなるように前記配電用変圧器に前記送り出し電圧を変更させ、前記第１電圧と前記第２電圧の差が前記しきい値よりも大きい場合、前記第２電圧が予め設定された下限値よりも低くならない範囲で最も低くなるように前記配電用変圧器に前記送り出し電圧を変更させる処理装置と、
   前記配電用変圧器、前記分散型電源、前記電圧計と情報の送受信が可能に接続する通信手段と、
   を有する制御装置。
10. 前記通信手段は、
    前記配電フィーダ線に連系される、外部から稼働／停止の制御が可能な電気機器である負荷と情報の送受信が可能に接続され、
    前記処理装置は、
    前記需要家に供給される受電電圧が前記上限値よりも高くなる電圧逸脱を検出したとき、
    （ａ）前記配電フィーダ線に連系された前記分散型電源に無効電力を出力させる、または、
    （ｂ）配電フィーダ線に連系される、外部から稼働／停止の制御が可能な電気機器である負荷による電力消費を増大させる、
    の少なくともいずれか一方の制御を実施する請求項９記載の制御装置。
11. 前記通信手段は、
    前記配電フィーダ線に連系される、外部から稼働／停止の制御が可能な電気機器である負荷と情報の送受信が可能に接続され、
    前記処理装置は、
    前記需要家に供給される受電電圧が前記上限値よりも高くなる電圧逸脱を検出したとき、
    （ａ）前記配電フィーダ線に連系された前記分散型電源に無効電力を出力させる、
    （ｂ）配電フィーダ線に連系される、外部から稼働／停止の制御が可能な電気機器である負荷による電力消費を増大させる、
    （ｃ）前記分散型電源に発電量を抑制させる、
    制御を順次実施する請求項９記載の制御装置。
12. 前記しきい値は、法規上の配電電圧の適正範囲の幅よりも狭い値であり、
    前記上限値は、前記適正範囲の上限電圧よりも低い電圧であり、
    前記下限値は、前記適正範囲の下限電圧よりも高い電圧である請求項９から１１のいずれか１項記載の制御装置。

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