JP2014023332A - 電力制御システムおよび電力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの増大を抑えつつ、配電系統の電圧を適正に制御する電力制御技術を提供する。
【解決手段】電力制御システムは、配電系統の電圧を制御する電力制御システムであって、複数段階の変圧比が選択可能であり、前記配電系統の配電線に接続された変圧器を含み、前記配電線の電圧値に応じて前記変圧比を切り替える第１の制御装置と、前記配電線に接続され、前記第１の制御装置よりも応答が速く、第１の動作モードでは、前記配電線の電圧値の単位時間当たりの変動量に応じて無効電力補償を行い、第２の動作モードでは、前記配電線の電圧値に応じた無効電力補償を行う第２の制御装置と、前記第１の制御装置の動作状態に応じて、前記第２の制御装置の動作モードを選択する判定装置と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、配電系統の電圧変動を補償する電力制御システムおよび方法に関する。

配電系統においては、負荷の変動による影響があっても配電線の電圧を安定させておくことが重要である。このため、配電変電所にあるＬＲＴ（Ｌｏａｄ Ｒａｔｉｏ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）タップによる送出電圧の調整や、配電線の途中に接続された自動電圧調整器ＳＶＲ（Ｓｔｅｐ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）などの電圧調整器により、配電線の電圧の安定化を図っている。

これらＬＲＴやＳＶＲのような電圧調整器は、負荷の変動が緩やかなときには、特に問題なく配電系統の電圧を安定化させることができる。しかし、変圧器の変圧比をタップ式で選択する電圧調整器では頻繁な切り替えはタップの消耗を早める等の理由から、負荷の急激な変動に追従するのには不向きである。

そのため、近年では、無効電力補償装置ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）の適用が提案されている。ＳＶＣはインバータ制御のため、負荷の変動に容易に追従することができる。そのため、負荷の緩やかな変動をＳＶＲで補償し、負荷の急激な変動をＳＶＣで補償するという手法が採られる場合が多い。

また、近年顕在化してきた配電系統の電圧安定化を困難にする要因として、需要家が力率改善用に設置する進相コンデンサや、需要家が設置する太陽光発電などの分散型電源システムがある。需要家の設置した進相コンデンサは軽負荷時に系統の電圧を上昇させることがあり、また、太陽光発電システムでは太陽光が強まると出力が上昇するなど、分散型電源システムも逆潮流によって配電系統の電圧を上昇させることがある。通常は電力の流れは発電所から需要家への方向、つまりＳＶＲの変圧器の一次側から二次側への方向であるが、分散型電源の発電量が増大し、電力の方向がその逆になることがある。それが逆潮流である。

これらのような要因により配電系統の電圧が従来には無かったような振る舞いをすることがあり、電圧安定化を困難にすることが考えられる。

それに対して、特許文献１には、配電系統のモデルと系統内の各地点で計測される電圧値とから配電系統の潮流を計算し、計算結果に基づいてＳＶＣへの電圧指令を補正する技術が開示されている。特許文献１の技術によれば、複雑な潮流の振る舞いを見せるような配電系統全体の電圧が一定範囲内となるように電圧を制御することが可能になる。

特開２０１２−５２７７号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、個々の配電系統にモデルを設定したり、配電系統に適切な電圧計測地点を設定したりするなど煩雑な作業を必要とする。また、実際に配電系統の各地点にて電圧を計測し、制御システムに逐次通知するための設備が必要となる。また、モデルと各地点での計測値とに基づく潮流計算を継続的に行う必要があり、制御システムに大きな処理能力が必要とされる。このように特許文献１の技術は工数、設備コスト、運用コストなど様々なコストを増大させるものであった。

本発明の目的は、コストの増大を抑えつつ、配電系統の電圧を適正に制御する電力制御技術を提供することである。

本発明の一態様による電力制御システムは、配電系統の電圧を制御する電力制御システムであって、複数段階の変圧比が選択可能であり、前記配電系統の配電線に接続された変圧器を含み、前記配電線の電圧値に応じて前記変圧比を切り替える第１の制御装置と、前記配電線に接続され、前記第１の制御装置よりも応答が速く、第１の動作モードでは、前記配電線の電圧値の単位時間当たりの変動量に応じて無効電力補償を行い、第２の動作モードでは、前記配電線の電圧値に応じた無効電力補償を行う第２の制御装置と、前記第１の制御装置の動作状態に応じて、前記第２の制御装置の動作モードを選択する判定装置と、を有している。

本発明によれば、コストの増大を抑えつつ、配電系統の電圧を適正に制御する電力制御技術を提供することができる。

本発明の実施形態による配電系統の構成を示すブロック図である。 有効電力および無効電力の潮流の１日における変化の様子を示すグラフである。 夏季と冬季における日射量の１日における変化の様子を示すグラフである。 有効電力と無効電力の潮流の変化と日射量の変化とから分類した時間帯I〜VIを示すグラフである。 実施例によるＳＶＣ８の概略構成を示すブロック図である。 実施例における判定回路９の動作を示すフローチャートである。 ＳＶＣ８の動作例について説明するための図である。 ＳＶＣ８の動作例について説明するための図である。 ＳＶＣ８の動作例について説明するための図である。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態による配電系統の構成を示すブロック図である。

電源１からの電力が変電所ＬＲＴ ２を介して複数の配電線６、７に供給されている。配電線６には需要家３の負荷および分散型電源５が連系されている。分散型電源５は例えば太陽光発電である。需要家３の負荷には力率改善用コンデンサが設置されたものがある。

負荷による電力消費、力率改善用コンデンサの影響、および分散型電源５の発電により、配電線６の電圧が変動する。

また、配電線６には、電圧安定化のために、ＳＶＲ（自動電圧調整器）４およびＳＶＣ（無効電力補償装置）８が接続されている。更に本システムにはＳＶＲ４の動作状態を監視し、ＳＶＣ８を制御する判定回路がある。

ＳＶＲ４は、複数段階の変圧比が選択可能であり、配電系統の配電線６に接続された変圧器を含んでおり、配電線６の電圧値に応じてタップ切替により変圧比を切り替える。ＳＶＣ８は、配電線６に接続されたインバータ制御の無効電力補償装置であり、ＳＶＲ４よりも応答が速い。ＳＶＣ８は、２つの動作モードがあり、第１の動作モードでは、配電線６の電圧値の単位時間当たりの変動量に応じて無効電力補償を行い、第２の動作モードでは、配電線の電圧値に応じた無効電力補償を行う。つまり、第１の動作モードにおける電圧の制御量は、配電線６の電圧値の単位時間当たりの変動量に応じた値となる。第２の動作モードでは、配電線６の電圧値に応じた値となる。

判定回路９は、ＳＶＲ４の動作状態に応じて、ＳＶＣ８の動作モードを選択する。例えば、判定回路９は、ＳＶＲ４が変圧器の変圧比を変化せることができる状態であるとき、ＳＶＣ８を第１の動作モードで動作させ、ＳＶＲ４が変圧器の変圧比を変化させることができない制御限界の状態であるとき、ＳＶＣ８を第２の動作モードで動作させる。

本実施形態によれば、ＳＶＣ８に２つの動作モードで動作可能にし、判定回路９によりＳＶＲ４の動作状態に応じてＳＶＣ８の動作モードを選択することで、配電系統の電圧の制御性を向上させることができるので、大幅な機能追加をすることなく、ＳＶＣ８を活用して電圧をより安定させることができる。

一例として、変圧器の二次側の電圧を上昇および下降させることが可能であるとすると（双方向電圧調整方式）、ＳＶＲ４は、変圧器が上限または下限の変圧比を選択していたら、それ以上変圧比を変化させることができないので、制御限界の状態と言える。したがって、判定回路９は、ＳＶＲ４における変圧器が上限または下限の変圧比を選択しているとき、ＳＶＲ４が制御限界の状態であると判定する。具体的な動作としては、判定回路９は、ＳＶＲ４における変圧器が上限または下限の変圧比を選択した状態が所定時間以上継続したら、ＳＶＲ４が制御限界の状態になったと判定し、ＳＶＣ８を第２の動作モードに切り替える。上限あるいは下限の変圧比となったようなＳＶＲ４の制御の限界においても配電線６の電圧を制御できるようにしているので、コストの増大を抑えつつ、配電系統の電圧を適正に制御することが可能である。また、上限あるいは下限の変圧比となった状態が一定時間継続したら制御限界と判定するので、ＳＶＲ４が制御限界となって、変圧比を変化させることができない状態を良好な確度で検出することができる。

また一例として、ＳＶＲ４は、配電系統に逆潮流が生じると変圧器を所定の固定対象変圧比に固定するものであるとすると（逆送タップ固定方式）、判定回路９は、ＳＶＲ４が固定対象変圧比に固定されているとき、ＳＶＲ４が制御限界の状態であると判定すればよい。具体的な動作として、判定回路９は、ＳＶＲ４における変圧器が固定対象変圧比を選択した状態が所定時間以上継続したら、ＳＶＲ４が制御限界の状態になったと判定し、ＳＶＣ８を第２の動作モードに切り替えることにすればよい。逆潮流のようなＳＶＲ４の制御の限界においても配電線６の電圧を制御できるようにしているので、コストの増大を抑えつつ、配電系統の電圧を適正に制御することが可能である。また、固定対象変圧比となった状態が一定時間継続したら制御限界と判定するので、ＳＶＲ４が制御限界となって、変圧比を変化させることができない状態を良好な確度で検出することができる。

以下、本実施形態のより具体的な実施例について説明する。

本実施例の配電系統は図１と同じ構成である。

まず、本実施例において、配電系統の配電線６に太陽光発電のような分散型電源５が多数導入され、配電線６に逆潮流が生じた場合のＳＶＲ４の動作について説明する。

通常、ＳＶＲ４は二次側の配電線６の電圧を調整するため、タップ切替により二次側電圧を設定電圧に近づけようとする制御を行う。これは電源１から需要家３の負荷に向かう順方向の潮流を前提とした動作である。一方、逆潮流が起こった場合、ＳＶＲ４には、それとは異なる制御動作が必要となる。逆潮流の場合の制御動作として、ＳＶＲ４は上述の逆送タップ固定方式と双方向電圧調整方式という２種類の制御方式の採用が可能である。

逆送タップ固定方式は、逆潮流を検出したときにタップを所定の変圧比に固定する方式である。一般的には素通しタップか一次側昇圧タップの位置にタップが固定される。

一方、双方向電圧調整方式は、逆潮流でもタップ切り換えによる電圧の調整を行う方式である。逆潮流時には、一次側の配電線６の電圧を調整することなるので、タップを上げたり下げたりする操作は順潮流時とは逆になる。

逆送タップ固定方式の場合、逆潮流時は素通しタップまたは一次側昇圧タップの何れかに変圧比が固定され、ＳＶＲ４のタップ切替動作は行われない。つまり、ＳＶＲ４の電圧調整動作は期待できない状態となり、ＳＶＲ４の変圧器の二次側電圧が意図した電圧値にならない場合がある。

図５Ａは、ＳＶＣ８の動作例について説明するための図である。図５Ａには、逆送タップ固定方式において逆潮流が生じているときの配電線６の各位置における系統電圧が示されている。分散型電源５の発電量が上昇しても、逆送タップ固定方式において逆潮流が生じていれば、ＳＶＲ４のタップは素通しタップまたは昇圧固定タップに固定され、ＳＶＲ４による電圧の調整は行われない。

また、双方向電圧調整方式の場合、ＳＶＲ４の変圧器の一次側電圧を一定に調整しようとする制御が行われる。しかし、多くの場合、ＳＶＲ４の一次側には変電所（ＬＲＴ）２が接続されているため、一次側電圧はほとんど変化せず、二次側電圧が変化する。そのため、逆潮流のとき、ほとんど変化しない一次側電圧を目標値に調整しようとしてＳＶＲ４のタップが極限まで移行し、結果的に二次側電圧が異常に上昇または低下するという状態が起こり得る。

図５Ｂは、ＳＶＣ８の動作例について説明するための図である。図５Ｂには、双方向電圧調整方式において、ＳＶＲ４のタップが上限のタップ位置に達し、それ以上にタップを切り替えることができない状態の配電線６の各位置における系統電圧が示されている。逆潮流が生じている状態でＳＶＲ４が一次側電圧を基準電圧に保つようにタップの切り替えを繰り返した結果、ＳＶＲ４のタップは上限に達し、それ以上にタップの切り替えができない状態となっている。そして、分散型電源５の連系位置においては、系統電圧が適正電圧の上限を超えてしまっている。

これらのように何れの制御方式であっても、逆潮流となった場合にはＳＶＲ４のタップが固定され、切り替えが行われない状態となってしまう。

次に、分散型電源５の大量導入による逆潮流や、軽負荷時の力率改善用コンデンサによる電圧上昇の問題について、それらの１日における発生時間帯に着目して説明する。

図２Ａは、有効電力および無効電力の潮流の１日における変化の様子を示すグラフである。図２Ｂは、夏季と冬季における日射量の１日における変化の様子を示すグラフである。図２Ｃは、有効電力と無効電力の潮流の変化と日射量の変化とから分類した時間帯I〜VIを示すグラフである。

一般的な負荷変動として、夜間帯と昼間帯とで有効電力の大きさや力率が異なるものである。商業地域や工業地域のように力率改善用コンデンサを設置した大口需要家３が連系される配電線６の負荷変動は、図２Ａのように夜間は有効電力が小さく、無効電力は進相分が大きくなる傾向である。逆に昼間帯は有効電力が大きく、無効電力はやや遅相分が出る傾向にある。

一方、太陽光発電による発電量は、ほぼ日射量と比例する。図２Ｂに示すように、晴天時の場合には、陽の出から陽入りまでの間、正午をピークとして日射量は推移する。太陽光発電による発電量も、この日射量カーブとほぼ同一と見なせる。陽の出や陽入りの時刻は季節により異なり、また曇天時は晴天時に比べ日射量も小さくなることから、天候や季節によって太陽光発電量は変動する。

１日を単位とした時間帯による負荷の変動と太陽光発電の発電量の推移とを重ね合わせると、図２Ｃに示すように、有効電力の大きさ、無効電力の進相分、太陽光発電の発電量の３つの観点から、１日を、時間帯I、時間帯II、時間帯III、時間帯VIの４つの時間帯に分けて考えることができる。

時間帯Iは、深夜から陽の出までの時間帯である。時間帯Iは、有効電力は小さく、進相無効電力が大きい傾向がある。また、配電系統の配電線６の電圧が上昇しやすい時間帯であるが、太陽光発電による逆潮流は無いため、ＳＶＲ４による電圧調整が期待できる。

時間帯IIは、陽の出から負荷が立ち上がるまでの時間帯である。時間帯IIは、有効電力は小さく、進相無効電力が大きい傾向がある。更に負荷が小さいことに加え太陽光発電による発電量が増加してくるため逆潮流が懸念される。この時間帯IIにおいては、逆潮流となりやすくＳＶＲ４による電圧調整が期待できない可能性が高い。

時間帯IIIは、午前の負荷が立ち上がってから夕方の陽の入りまでの時間帯である。時間帯IIIは有効電力が大きく、進相無効電力が小さい傾向がある。更に太陽光発電による発電量が大きい時間帯である。この場合、有効電力負荷と太陽光発電量の大きさの関係によって、逆潮流の発生する場合としない場合がある。逆潮流が発生した場合は、ＳＶＲ４による電圧調整が期待できないが、順潮流の場合はＳＶＲ４による電圧調整が期待できる。逆潮流の有無は雲の移動など天候によって急激な変化を伴うので、この急激な電圧の変動に対してはＳＶＣ８による電圧調整を最も期待したい時間帯である。

時間帯VIは、夕方から深夜にかけての時間帯である。時間帯VIは有効電力は大きく、進相無効電力は小さい傾向がある。また、太陽光発電による逆潮流は無いため、ＳＶＲ４による電圧調整は期待できる。

以上のように、力率改善用コンデンサによる軽負荷時の電圧上昇や太陽光発電による逆潮流などは時間帯によって様相が異なる。例えば時間帯IIでは、逆潮流が生じればＳＶＲ４による電圧調整は期待できなくなり、またＳＶＣ８に瞬時変動を補償する制御アルゴリズムが採用されていれば、ＳＶＣ８による補償も期待できない。そのため、ＳＶＲ４およびＳＶＣ８のどちらの電圧調整も期待できない状態になる可能性がある。

以上ような状況に対し、本実施例では以下のような構成および動作によって対処している。

配電線６の負荷変動に対してＳＶＲ４のタップ切替およびＳＶＣ８の無効電力補償によって系統電圧が所定の範囲内になるように制御される。ＳＶＲ４のタップ切替よりもＳＶＣ８の無効電力補償の方が応答が速い。そして、ＳＶＣ８は２つの動作モードを切り替えて動作する。

通常時、ＳＶＣ８は配電線６の電圧の単位時間当たりの変動量に応じた電力量の無効電力補償を行う。負荷の変動が瞬時変動のように急激な場合には、ＳＶＲ４のタップ切替がそれに追従できないため、ＳＶＣ８による配電線６の電圧値の単位時間当たりの変動量に応じた無効電力補償で対応することとなる。一方、負荷の変動が緩やかな場合には、配電線６の電圧値の単位時間当たりの変動量は小さいのでＳＶＣ８は応答せず、ＳＶＲ４のみで電圧調整を行うこととなる。このように、それぞれの応答速度の特徴を生かして、ＳＶＲ４とＳＶＣ８が協調動作する。

このＳＶＣ８のＳＶＲ４との協調動作はＳＶＣ８の制御アルゴリズムによるものである。緩やかな変動に対しては応答せず、急激な変動に対してのみ応答するようにＳＶＣの制御アルゴリズムとして、一例として、瞬時変動補償形が使用される。瞬時変動補償形の制御アルゴリズムは、配電線６の電圧値の単位時間当たりの変動量に応じた無効電力補償を実現するものである。

一方、ＳＶＲ４のタップ切替制御においてはタップを切り替えて変圧器の変圧比を変化させることができない状態となることがある。例えば、双方向電圧調整方式のシステムにおいて、タップが上限あるいは下限となってそれ以上切り換えができない状態が起こりえる。また、逆送タップ固定方式のシステムにおいて配電線６に逆潮流が発生すると、変圧器の変圧比が固定対象変圧比に固定され、タップが切り替わらない状態となる。

このような場合、ＳＶＣ８がＳＶＲ４と協調する必要は無く、ＳＶＣ８による電圧補償量を電圧の安定化に最大限に活用することが好ましい。そのような場合に一例として電圧一定補償形の制御アルゴリズムが使用される。電圧一定補償形の制御アルゴリズムは、配電線６の電圧に応じた無効電力補償を実現するものである。

なお、電圧一定補償形の制御によって無効電力補償の最大の補償能力を発揮しても配電系統の配電線６の電圧が目標値に至らない状態となると、最大の電力補償が継続して出力され、ＳＶＣ８が得意としている急激な電圧の変動に対する電力補償ができない状態となってしまうので、常時、電圧一定補償形の制御アルゴリズムでＳＶＣ８を動作させるのは好ましいことではない。そのため、本実施例では瞬時変動補償形の制御アルゴリズムと電圧一定補償形の制御アルゴリズムとを切り替えてＳＶＣ８を動作させている。

ＳＶＣ８は、配電線６の電圧変動に基づいて、配電線６に注入する無効電力を制御することにより、配電線６の電圧の安定化を図る。その際、緩やかに変動する電圧をＳＶＲ４によって安定化できるときには、ＳＶＣ８は急激な電圧の変動の解消のために機能し、ＳＶＲ４のタップ切替ができず緩やかな電圧の変動をＳＶＲ４によって解消できないときには、ＳＶＣ８は、緩やかな電圧の変動の解消のために機能する。

そのために、ＳＶＣ８は瞬時変動補償形と電圧一定補償形の２つの制御アルゴリズム（動作モード）を実装し、ＳＶＲ４の動作状態に応じて動作モードを切り替えて使用する。

図３は、本実施例によるＳＶＣ８の概略構成を示すブロック図である。図３を参照すると、ＳＶＣ８は、瞬時変動補償回路８１、電圧一定補償回路８２、無効電力補償回路８３、および切替器８４を有している。ＳＶＣ８には判定回路９から制御切替信号９３が入力する。判定回路９が制御切替信号９３を生成する動作の詳細については後述する。

瞬時変動補償回路８１は瞬時変動補償形の制御アルゴリズムによる補償動作を、切替器８４を介して無効電力補償回路８３に指示する。電圧一定補償回路８２は電圧一定補償形の制御アルゴリズムによる補償動作を、切替器８４を介して無効電力補償回路８３に指示する。切替器８４は、制御切替信号９３に基づいて、瞬時変動補償回路８１または電圧一定補償回路８２のいずれか一方を無効電力補償回路８３に接続する。無効電力補償回路８３は、瞬時変動補償回路８１と電圧一定補償回路８２のうち切替器８４を介して自身に接続された方の指示により配電線６に対して無効電力補償を行う。

判定回路９は、ＳＶＲ４から得られるＳＶＲのタップ位置を示すＳＶＲタップ情報９１と、ＳＶＲ４を通過して配電線６を流れる有効電力および無効電力を示すＳＶＲ通過電気量９２とを基に、制御切替信号９３を生成し、ＳＶＣ８に入力する。電気量とは電圧や電流の値である。例えば、通過電気量９２から、ＳＶＲ４が逆潮流によって制御限界であると判定すれば、電圧一定補償形の動作を指示する制御切替信号９３をＳＶＣ８に対して出力する。これにより、配電線６の電圧を所定の範囲内に入るよう電圧調整が行われる。

図４は、本実施例における判定回路９の動作を示すフローチャートである。

図４を参照すると、判定回路９は、はじめに現在のＳＶＣ８が電圧一定補償形で動作中か否か判定する（ステップ１０１）。

ＳＶＣ８が電圧一定補償形で動作していれば（ステップ１０１のＮｏ）、判定回路９は、次に配電線６の電圧が所定範囲から逸脱しているか否か判定する（ステップ１０２）。配電線６の電圧が所定範囲から逸脱していれば（ステップ１０２のＹｅｓ）、判定回路９は、次に、ＳＶＲ４が制御限界の状態であるか否か判定する（ステップ１０３）。

なお、ここでＳＶＲ４が制御限界の状態か否か判定するときの判定方法は、ＳＶＲ４の制御方式が逆送タップ固定方式であるか双方向電圧調整方式であるかによって異なってくる。

ＳＶＲ４の制御方式が逆送タップ固定方式であれば、逆潮流時にはタップが（素通しタップ位置または一次側昇圧タップ位置に）固定される。判定回路９は、固定対象であるタップ位置を予め認識しており、その固定対象のタップ位置にタップが一定時間以上継続して留まっていたら、ＳＶＲ４が制御限界の状態であると判断すればよい。

一方、ＳＶＲ４の制御方式が双方向電圧調整方式であれば、逆潮流時には上限または下限の変圧比で制御限界の状態となるので、判定回路９は、タップが最低タップ位置（下限）または最高タップ位置（上限）に一定時間以上継続して留まっていたら、ＳＶＲが制御限界の状態であると判断すればよい。

ステップ１０３においてＳＶＲ４が制御限界の状態であると判定したら、判定回路９は、現在の配電線６の電圧変動の振る舞いが時間帯IIにおける振る舞いを表わす条件に該当するか否か判定する（ステップ１０４）。

時間帯IIにおける振る舞いを表わす条件とは、以下の２つの条件が同時に満たされるという条件である。第１の条件は、ＳＶＲ４を通過する有効電力が逆潮流であるという条件である。第２の条件は、ＳＶＲ４を通過する無効電力が所定値以上の進相分であるという条件である。本実施例では、配電線６の電圧変動が時間帯IIIのような振る舞いをする状態のときには、ＳＶＣ８を、急激な電圧変動の安定化のために機能させることにし、配電線６が時間帯IIのような振る舞いをする状態を対象として、ＳＶＣ８を緩やかな電圧変動の安定化のために機能させることにしている。

本実施例における、ＳＶＣ８を電圧一定補償形の制御アルゴリズムで動作させる時間帯は有効電力と無効電力の関係から判定することが可能である。

なお、図２Ａ〜Ｃによれば、ＳＶＲ４が制御限界となる可能性が高いため、ＳＶＲ４の代わりにＳＶＣ８を電圧一定補償形としてその電圧調整を期待する時間帯が時間帯IIに相当している。したがって、ＳＶＣ８を電圧一定補償形の制御アルゴリズムを使用する時間帯を時刻だけから簡易的に判定することも可能である。しかし、実際には季節によって太陽光日射量の変動カーブに差があり、また天候によっても太陽光発電量それ自体にも差が生じるので、ＳＶＣ８を電圧一定補償形として電圧調整を行うのが適している時間帯、つまり図２Ａ〜Ｃに示した時間帯IIに相当する状態を時刻だけで判断するよりも本実施例のように配電線６の電圧変動の振る舞いによって判断する方が好ましい。

上記時間帯IIの判定条件が全て成立した場合、判定回路９はＳＶＣ８に対して電圧一定補償形の制御アルゴリズムの動作へ切り替えることを指示する制御切替信号９３を送る。図３のように、制御切替信号９３を入力したＳＶＣ８では、切替器８４によって、通常使用している瞬時変動補償回路８１からの制御に代えて、電圧一定補償回路８２からの制御へ制御方式を切り替える（ステップ１０５）。これにより、ＳＶＣ８は、無効電力補償回路８３から無効電力を継続的に出力して電圧調整を行うようになる。

次に、一旦ＳＶＲ４が制御限界となってＳＶＣ８が電圧一定補償形の制御を行っている状態から、ＳＶＲ４が電圧調整を行う通常の状態に戻るときの動作について説明する。

図４のステップ１０１において、ＳＶＣ８が電圧一定補償形の制御を行っていれば、判定回路９は、次に、ＳＶＲ４が未だ制御限界の状態であるか、あるいは制御限界の状態が解消されたかを判定する（ステップ１０６）。この判定は、ＳＶＲ４が制御限界であるか否かの判定（ステップ１０３）と同様に、ＳＶＲ４の制御方式が逆送タップ固定方式か双方向電圧調整方式かにより異なる。

ここで、ＳＶＲ４の制御限界の状態が解消されていれば、判定回路９は、ＳＶＣ８に対して、瞬時変動補償形の制御アルゴリズムによる動作への切り替えを指示する制御切替信号９３を送る（ステップ１０８）。

一方、ステップ１０６においてＳＶＲ４の制御限界の状態が解消されていなければ、判定回路９は、次に、時間帯IIの判定条件が解消されたか否か判定する（ステップ１０７）。時間帯IIの判定条件が解消されていれば、判定回路９は、ＳＶＣ８に対して、瞬時変動補償形の制御アルゴリズムによる動作への切り替えを指示する制御切替信号９３を送る（ステップ１０８）。ステップ１０７においては、上述した、時間帯IIの判定条件が満たされるか否か判定したときと同様に（ステップ１０４）、有効電力と無効電力の関係から判定することができる。

このステップ１０７の判定によって、ＳＶＲ４が逆潮流であるか否かを確認することができる。タップ固定タップまたは極限タップに位置していても、ＳＶＲ４が電圧を調整できる状態であれば、ＳＶＣ８を瞬時変動補償形の制御アルゴリズムで動作するように切り替え、通常のＳＶＲ４とＳＶＣ８が協調して制御する状態に移行させることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、逆潮流によりＳＶＲ４が制御限界の状態となる可能性が高い時間帯（時間帯II）自動判断し、緩やかな電圧変動に対してもＳＶＣ８による電圧調整を活用することができる。

図５Ｃは、ＳＶＣ８の動作例について説明するための図である。ここには、ＳＶＣ８が瞬時変動補償形から電圧一定補償形に制御アルゴリズムを切り替えることにより電圧変動の抑制の様子が示されている。ここでは逆送タップ固定方式が採用されおり、逆潮流が生じたときにはＳＶＲ４のタップは素通しタップの位置に固定される例が示されている。

配電線６に連系された太陽光発電（分散型電源５）の発電量が陽の出によって増加してくると、分散型電源５が連系されている連系点を中心として系統電圧が山型に上昇する。更に軽負荷時においては、需要家３に設置された力率改善用コンデンサによる電圧上昇も同時に発生する。そのため、系統電圧が末端（図中の右側）にかけて異常に上昇することとなる。このとき、通常であれば、ＳＶＲ４のタップ切替による二次電圧調整で電圧が低減されることとなるが、逆潮流が生じていればＳＶＲ４が素通しタップに固定されるので、図５Ｃに示すように分散型電源５の連系点から末端にかけて、所定の電圧範囲（適正電圧上限以下）から逸脱する可能性がある。

一方で、ＳＶＣ８は通常であればＳＶＲ４と協調して動作するよう瞬時変動補償形の制御アルゴリズムを用いて電圧の調整を行うので、急激な電圧の変動には応答するが緩やかな電圧の上昇には応答しない。そのため、電圧が逸脱すれば、その状態が継続されることとなる。

しかしながら、本実施例では、ＳＶＣ８の制御アルゴリズムを瞬時変動補償形から電圧一定補償形に切り替えて、ＳＶＣ８は電圧が所定の電圧範囲となるように、継続して無効電力を出力する。そのため、分散型電源５の連系点から末端にかけての電圧上昇が、配電線６に遅相無効電力が継続して注入されることにより、電圧が低下する方向に調整され、系統電圧を所定の電圧範囲内に調整することが可能となる。

図５Ｃには、逆送タップ固定方式の例が示されているが、ＳＶＲ４の制御方式が双方向電圧調整方式であっても、これと同様に電圧を安定化させる効果が発揮される。

上述した本発明の実施形態および実施例は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態または実施例のみに限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。

１…電源、３…需要家、４…ＳＶＲ、５…分散型電源、６、７…配電線、８…ＳＶＣ、８１…瞬時変動補償回路、８２…電圧一定補償回路、８３…無効電力補償回路、８４…切替器、９…判定回路、９１…ＳＶＲタップ情報、９２…ＳＶＲ通過電気量、９２…通過電気量、９３…制御切替信号

Claims (8)

1. 配電系統の電圧を制御する電力制御システムであって、
   複数段階の変圧比が選択可能であり、前記配電系統の配電線に接続された変圧器を含み、前記配電線の電圧値に応じて前記変圧比を切り替える第１の制御装置と、
   前記配電線に接続され、前記第１の制御装置よりも応答が速く、第１の動作モードでは、前記配電線の電圧値の単位時間当たりの変動量に応じて無効電力補償を行い、第２の動作モードでは、前記配電線の電圧値に応じた無効電力補償を行う第２の制御装置と、
   前記第１の制御装置の動作状態に応じて、前記第２の制御装置の動作モードを選択する判定装置と、を有する電力制御システム。
2. 前記判定装置は、前記第１の制御装置が前記変圧比を変化せることができる状態であるとき、前記第２の制御装置を前記第１の動作モードで動作させ、前記第１の制御装置が前記変圧比を変化させることができない制御限界の状態であるとき、前記第２の制御装置を前記第２の動作モードで動作させる、請求項１に記載の電力制御システム。
3. 前記判定装置は、前記第１の制御装置における前記変圧器が上限または下限の変圧比を選択しているとき、前記第１の制御装置が制御限界の状態であると判定する、請求項２に記載の電力制御システム。
4. 前記判定装置は、前記第１の制御装置における前記変圧器が上限または下限の変圧比を選択した状態が所定時間以上継続したら、前記第１の制御装置が制御限界の状態になったと判定し、前記第２の制御装置を前記第２の動作モードに切り替える、請求項３に記載の電力制御システム。
5. 前記第１の制御装置は、前記配電系統に逆潮流が生じると前記変圧器を所定の固定対象変圧比に固定し、
   前記判定装置は、前記第１の制御装置が前記固定対象変圧比に固定されているとき、前記第１の制御装置が制御限界の状態であると判定する、
   請求項２に記載の電力制御システム。
6. 前記判定装置は、前記第１の制御装置における前記変圧器が前記固定対象変圧比を選択した状態が所定時間以上継続したら、前記第１の制御装置が制御限界の状態になったと判定し、前記第２の制御装置を前記第２の動作モードに切り替える、請求項５に記載の電力制御システム。
7. 前記判定回路は、前記第１の制御装置を通過する有効電力が逆潮流であり、かつ、前記第１の制御装置を通過する無効電力が所定値以上の進相分であるという条件が満たされているとき、前記第１の制御装置の動作状態に応じて、前記第２の制御装置の動作モードとして前記第２の動作モードを選択し、前記条件が満たされていないとき、前記第２の制御装置の動作モードを前記第１の動作モードに固定する、請求項１に記載の電力制御システム。
8. 複数段階の変圧比が選択可能であり、配電系統の配電線に接続された変圧器を含み、前記変圧比を切り替えることにより、前記配電線の電圧を制御する第１の制御装置と、前記配電線に接続され、第１の動作モードでは、前記配電線の電圧値の単位時間当たりの変動量に応じて無効電力補償を行い、第２の動作モードでは、前記配電線の電圧値に応じた無効電力補償を行う第２の制御装置と、を有する電力制御システムにおける電力制御方法であって、
   前記第１の制御装置の動作状態を計測するステップと、
   計測された前記第１の制御装置の動作状態に応じて、前記第２の制御装置の動作モードを選択するステップと、を有する電力制御方法。
   
   

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