JP2014050168A - 系統安定化システム - Google Patents

Abstract

【課題】情報量の多さによりシステム動作に影響を与えず、複数の制御対象を有効に制御可能な系統安定化システムを提供する。
【解決手段】需要家、電源の負荷量、発電量を検出して送信する第１の情報収集制御装置と、配電用変電所に設けられ、第１の情報収集制御装置から得た負荷量、発電量の合計量を送信する第２の情報収集制御装置と、送電用変電所に設けられ、第２の情報収集制御装置から得た合計負荷量、合計発電量の合計量を送信する第３の情報収集制御装置と、第３の情報収集制御装置からの合計負荷量、合計発電量を用いて、ルート断事故時の、抑制制御量を演算する中央演算部を備え、中央演算部は、抑制制御量を第３の情報収集制御装置に与え、第３の情報収集制御装置は第２の情報収集制御装置に送り、第２の情報収集制御装置は第１の情報収集制御装置に送り、各需要家、電源は、制御指令に応じてその負荷量、発電量を抑制制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統にルート断などの事故が発生した場合に電力系統のバランスを保つように電力系統に接続された電源または負荷を抑制制御する系統安定化システムに関する。

近年の電力系統は、従来の大規模集中電源から負荷系統へ電力を供給する一方向の形態から、再生可能エネルギー等の分散電源が多数接続され、負荷系統からも電力供給するような双方向の形態に変化してきている。この新しい電力系統の電力供給形態は、将来において低炭素社会を目指した再生可能エネルギーによる分散電源、例えば一般需要家のルーフトップ太陽光発電が更に大量導入されることにより、その変化はさらに加速されることが想定される。

このような将来の電力系統の形態を考えると、電力系統を管理、保護制御する各種システムにおいても形態変更に応じた対応が生じてくるものと考えられる。例えば、事故時に電力系統の需給バランスを保つように安定化制御する系統安定化システムの場合には、従来大規模電源、大規模負荷を対象に行っていた抑制制御を、一般需要家に設置された分散電源、負荷まで拡大して制御対象として動作させる必要性が出てくるものと考えられる。

特許文献１には、電力系統に接続された複数の負荷の消費電力を、通信回線を介して制御し、電力系統の周波数安定化を図る電力系統安定化システムが提案されている。

特許第４６３５２０７号

しかしながら、特許文献１では、対象とする複数の負荷が将来的には膨大な数になり、制御に必要な各負荷の情報や制御指令が相当の情報量になることについて考慮されておらず、将来電力系統に適用した際に情報量の多さにより通信回線が予想以上の遅延時間を発生させ系統安定化制御が正常に作用しない懸念がある。

以上のことから本発明においては、将来予想される膨大な数の一般需要家レベルの分散電源、負荷を制御対象とする電力系統安定化システムにおいて、情報量の多さによりシステム動作に影響を与えず、複数の制御対象を有効に制御可能な系統安定化システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、配電線に接続された需要家および電源と、配電線に接続された配電用変電所と、配電用変電所よりも上位電圧階級の送電用変電所で構成された電力系統に、ルート断事故などの外乱が発生した際に、電力系統の需給バランスを保つように需要家の負荷量および又は電源の発電量を抑制する制御を行う系統安定化システムにおいて、
需要家および電源に備えられ、その負荷量および発電量を検出して送信する第１の情報収集制御装置と、
配電用変電所に設けられ、複数の第１の情報収集制御装置から得た負荷量および発電量の合計量を求めて送信する第２の情報収集制御装置と、
送電用変電所に設けられ、複数の第２の情報収集制御装置から得た合計負荷量および合計発電量の合計量を求めて送信する第３の情報収集制御装置と、
第３の情報収集制御装置からの合計負荷量および合計発電量を用いて、電力系統にルート断等の事故が発生した際に需給バランスを保つための抑制制御量を演算する中央演算部を備え、
中央演算部は、抑制制御量を第３の情報収集制御装置に制御指令として与え、第３の情報収集制御装置は第２の情報収集制御装置に制御指令を送り、第２の情報収集制御装置は第１の情報収集制御装置に制御指令を送り、
各需要家および電源においては、得られた制御指令に応じてその負荷量および発電量を抑制制御することを特徴とする。

このような構成の電力系統安定化システムによれば、制御対象となる分散電源、負荷が膨大な量となっても、情報集約、分散化によりシステム動作の遅延を招くことなく複数の制御対象を有効に制御できる。

電力系統安定化システムの階層構成の説明図である。

以下、本発明の詳細について図面を用いながら説明する。

図１は本発明の一実施例を示すシステム構成図である。以下、系統安定化システムの階層構成について説明する。

本発明の系統安定化システムは、中央演算部１０、主要電気所クラスに配置される情報収集制御装置２０、配電系電気所クラスに配置される情報収集制御装置３０、負荷および分散電源に配置される情報収集制御装置４０，４１で構成されている。

このうち配電系電気所クラスは配電用変電所を想起すればよく、配電用変電所の各フィーダ（高圧配電線）に接続された需要家（大口需要家）、あるいはフィーダ（高圧配電線）上の柱上変圧器で降圧された低圧配電線に接続された需要家（一般需要家）が消費する負荷を情報収集制御装置４０Ａ，４０Ｂで計測し、需要家の各計測値を情報５０として配電用変電所の情報収集制御装置３０Ａに送信する。また高圧、低圧配電線に接続された分散電源４１が発電する電力量を情報収集制御装置４１で計測し、分散電源４１の各計測値を情報５５として配電用変電所の情報収集制御装置３０Ａに送信する。

同様の情報収集構成は他の配電用変電所にも構成されており、例えば他の配電用変電所に設置された情報収集制御装置３０Ｂには、この変電所に高圧、低圧配電線を介して接続された需要家、分散電源から負荷、発電電力量の情報が収集されている。

配電系電気所クラスに配置される情報収集制御装置３０は、需要家、分散電源ごとに、その負荷、発電電力量を記憶するとともに、その合計量５１を上位の主要電気所クラスに配置される情報収集制御装置２０に送信する。つまり、配電用変電所ごとに総負荷量、総発電電力量の２つの量に集約して合計量５１として上位の主要電気所クラスに配置される情報収集制御装置２０に送信する。

上位の主要電気所クラスとは、例えば１５０ｋｖ、２７０ｋｖといった電圧階級の送電用変電所（高圧変電所）である。その情報収集制御装置２０には、この高圧変電所に接続される配電用変電所に設置された情報収集制御装置３０の与える情報５１が送信されてくる。

この上位の主要電気所クラスに配置される情報収集制御装置２０は、配電用変電所ごとに、総負荷量、総発電電力量を記憶するとともに、その合計量５２をさらに上位の中央演算部１０に送信する。つまり、送電用変電所（高圧変電所）ごとに総負荷量、総発電電力量の２つの量に集約して合計量５２として上位の中央演算部１０に送信する。なお、この上位の主要電気所クラスは、必要に応じて適宜多層に構成してもよい。例えば、１５０ｋｖクラスで１段目を構成し、２７０ｋｖクラスで２段目を構成し、５５０ｋｖクラスで３段目を構成してここから上位の中央演算部１０に接続するようにしてもよい。

最上位の中央演算部１０は、電力事業者に１台が設けられ、管轄する電力系統全体の情報を、総負荷量、総発電電力量の２つの量に集約して収集する。中央演算部１０は収集した情報を元に、当該電力系統全体としての需給バランスを計算し、電力系統の監視制御を行う。具体的には、収集情報に基づき電力系統にルート断等の事故が発生した際に需給バランスを保つための抑制制御量を演算する。

ここで求められた抑制制御量は、直下の主要電気所クラスに配置される情報収集制御装置２０に対して、総量を配分して配布される。例えば抑制制御量を１０とすべき時に、情報収集制御装置２０Ａに対して２を、２０Ｂに対して３を配分し、全体として１０にする。図１において６０が、主要電気所に配分された抑制制御量を表している。なお抑制制御量は、総量または変化分のいずれで与えられてもよいが、負荷量と発電電力量の２つの量として与えられる。

抑制制御量として２を配分送付された主要電気所クラスの情報収集制御装置２０Ａは、これを下位の配電用変電所の情報収集制御装置３０に対して、総量を配分して配布する。例えば抑制制御量である２を、情報収集制御装置３０Ａに対して０．５を、３０Ｂに対して０．６を配分し、全体として２にする。図１において６１が、配電用変電所に配分された抑制制御量を表している。

さらに抑制制御量として０．５を配分送付された配電用変電所の情報収集制御装置３０Ａは、これを個別の需要家あるいは分散電源に配分し、合計として０．５を達成するように負荷量、発電量を抑制制御する。図１において６２が、個別の需要家あるいは分散電源に配分された抑制制御量を表している。

なお、上記の各段階における配分の考え方には種々のものが考えられる。比例的な配分、優先順序による配分、あるいは事故点との関係で定める考え方がある。

以上の説明では、抑制制御量についての具体数値を順次配分して下位で分担する方式について説明したが、これは全量遮断の信号として配分することでもよい。例えば、下位の１０変電所に対して、このうちの５変電所に対しては全量遮断を指示し、他の５変電所に対しては現状維持とする方式である。本発明はいずれであってもよく、このために下位側に伝送される信号６０，６１，６２を制御指令ということにする。

以上説明したように本発明では、中央演算部１０を上位系装置、情報収集制御装置４０，４１を下位系装置として位置づけする。各装置間は、双方向の通信回線により接続する。この双方向通信回線には、特段の制約はなく、専用の通信回線またはインターネットのような公衆回線で構成される。

中央演算部１０は、１階層下の情報収集装置２０との間でのみ情報連携され、情報収集制御装置２０から各制御対象の発電、消費電力などの系統安定化制御演算に必要な情報を収集する。情報収集制御装置２０は、１階層下の情報収集制御装置３０との間でのみ情報連携され、情報収集制御装置３０から各制御対象の発電、消費電力などの系統安定化制御演算に必要な情報を収集し、上位の中央演算部１０からの制御指令を情報収集制御装置３０に出力する。同様にして情報収集制御装置３０と情報収集制御装置４０，４１も連携される。

上位装置と下位装置間の情報連携は、下位から上位に向かう情報、即ち、当該情報収集制御装置が分担するエリア内の複数の分散電源、負荷の発電、消費電力をそれぞれ合計して集約した情報として連携され、上位から下位に向かう情報、即ち、当該情報収集制御装置が分担するエリアに対する制御指令も集約された情報として連携され、当該情報収集制御装置において更に下位系の情報収集装置が分担するエリアに対する制御指令として分散化され連携される。

本発明における上記構成を採用することの意味合いについて説明する。図１において、配電用変電所の情報収集制御装置３０に連携される情報収集制御装置４０、４１の総数を仮に１０００台とし、配電用変電所の情報収集制御装置３０の数を１００台、高圧変電所の情報収集制御装置２０の数を１０台と仮定する。

本仮定は、一例であるが、電力系統の構成上おおよそ前述のような数的関係にある。この例において、本発明のように階層的構成をとらない場合は、制御演算を行う中央演算部１０は、１０００×１００×１０＝１００００００台の情報を直接連携することになり、非常に大きな情報を送受信しながら動作しなければならない。

これに対し、先に説明した階層的な構成の場合の下位から上位向けの情報の流れによれば、情報収集制御装置４０と情報収集制御装置３０間の情報５５は、１０００台分である。情報収集制御装置３０と情報収集制御装置２０間の情報５１は、情報収集制御装置３０において１０００台の情報を集約するため、１００個である。情報収集制御装置２０と中央演算部１０間の情報５２は、情報収集制御装置２０において１００個の情報を集約して１情報とするため、１０個の情報となる。

上位から下位向けの情報の流れは、前述とは逆に制御指令を受信した情報収集制御装置にて分散化されるため、情報６０は１０個、情報６１は１００個、情報６２は１０００個の連携となる。

従って、情報収集制御装置は、本例では最大１０００台分の情報のみ直接連携することになり、階層的構成をとらない構成に比べ１／１０００の情報を送受信しながら動作すればよい事になる。

また、各情報収集制御装置についてみると、これは簡単な記憶処理と、合計演算と、配分処理と、転送処理を実行できるものであればよく、情報量が少ないこともあり各情報収集制御装置を簡便に構成することができる。

以上、説明したように本実施例によれば、直接連携する情報量を大幅に減らすことが可能であると同時に、膨大な数の一般需要家レベルの分散電源、負荷を系統安定化制御の対象として、情報量肥大によるシステム動作遅延の懸念がなく、有効に制御することができる。

複数の分散電源と負荷から成る電力系統の系統安定化システムに適用できる。

１０：中央演算部
２０：主要電気所クラス情報収集制御装置
３０：配電系電気所クラス情報収集制御装置
４０：需要家クラス負荷の情報収集制御装置
４１：需要家クラス分散電源の情報収集制御装置
５０：上り情報
５１：上り情報
５２：上り情報
６０：下り情報
６１：下り情報
６２：下り情報

Claims (2)

1. 配電線に接続された需要家および電源と、前記配電線に接続された配電用変電所と、該配電用変電所よりも上位電圧階級の送電用変電所で構成された電力系統に、ルート断事故などの外乱が発生した際に、前記電力系統の需給バランスを保つように前記需要家の負荷量および又は前記電源の発電量を抑制する制御を行う系統安定化システムにおいて、
   前記需要家および電源に備えられ、その負荷量および発電量を検出して送信する第１の情報収集制御装置と、
   前記配電用変電所に設けられ、複数の前記第１の情報収集制御装置から得た負荷量および発電量の合計量を求めて送信する第２の情報収集制御装置と、
   前記送電用変電所に設けられ、複数の前記第２の情報収集制御装置から得た合計負荷量および合計発電量の合計量を求めて送信する第３の情報収集制御装置と、
   該第３の情報収集制御装置からの合計負荷量および合計発電量を用いて、電力系統にルート断等の事故が発生した際に需給バランスを保つための抑制制御量を演算する中央演算部を備え、
   該中央演算部は、前記の抑制制御量を前記第３の情報収集制御装置に制御指令として与え、前記第３の情報収集制御装置は前記第２の情報収集制御装置に制御指令を送り、前記第２の情報収集制御装置は前記第１の情報収集制御装置に制御指令を送り、
   前記の各需要家および電源においては、得られた制御指令に応じてその負荷量および発電量を抑制制御することを特徴とする系統安定化システム。
2. 請求項１に記載の系統安定化システムにおいて、
   前記中央演算部は前記の抑制制御量を複数の前記第３の情報収集制御装置に配分して制御指令として与え、前記第３の情報収集制御装置は得られた制御指令を複数の前記第２の情報収集制御装置に配分して送り、前記第２の情報収集制御装置は得られた制御指令を複数の前記第１の情報収集制御装置に配分して制御指令を送ることを特徴とする系統安定化システム。

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