JP3722908B2 - 配電系統制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配電系統の各部の電圧及び無効電力が最適になる目標値を算出し、目標値に基づき、配電系統の各部の電圧の変動幅を設定範囲に収め、かつ配電系統の各部の無効電力を制御する配電系統制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に配電系統は、変電所に設置された配電用変圧器につながる母線と、該母線に接続された複数のフィーダとを備えており、各フィーダには電圧降下を補償するための電圧調整器がローカル機器として接続されている。
【０００３】
従来の配電系統では、系統の各部に設定した検出点で検出した電圧情報及び電流情報を全て監視装置に集めて、系統の各部の情報の表示を行い、各部の状態に基づいて人為的に電圧の調整を行うか否か、また調整値の値の決定を行い、その結果を用いて、配電用変圧器のタップを選択していた。また各フィーダに接続された電圧調整器には、配電系統の構成に基づいて予め定められた整定値を手動設定しておき、各電圧調整器の設置箇所で検出したフィーダの電圧を整定値に保つように電圧調整器を制御していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、従来の配電系統では、系統の運用の最適化を図るための情報処理を全て中央装置で行なっていたため、中央装置に高性能の演算処理装置を必要とし、該中央装置のシステム構成が複雑になって設備に要するコストが高くなるという問題があった。
【０００５】
また従来の配電系統では、中央装置と、各フィーダに接続されたローカル機器（電圧調整器）とが、分離、独立して運用されていたため、配電系統の各部の状態を系統の運用に迅速に反映させることが困難であった。
【０００６】
更に従来の配電系統では、系統の各部に設置された電圧調整器の整定値を各調整器に手動で設定していたため、配電系統の変化に迅速に対応することが困難であった。
【０００７】
更に、省エネルギを図るためには、配電系統での電力損失をできるだけ少くするように系統を運用することが望ましく、また負荷の急激な増大等に起因して系統各部の電圧が逸脱する（運用規定範囲から外れる）のを防ぐために、電力の供給能力に充分な余裕を持たせて電力の需給が逼迫する状態が生じるのを回避するような運用がなされることが望ましいが、従来は、系統の電力損失の最小化を図るための運用や、電力の需給逼迫を回避するための系統運用はなされていなかった。
【０００８】
本発明の目的は、配電系統の運用の最適化を図るための情報処理を中央装置と各フィーダに設けたローカル装置とに分散させることにより中央装置の負担を軽減して、中央装置のシステム構成の簡素化を図ることができるようにした配電系統制御装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、配電系統の各部の状態を系統の運用に迅速に反映させることができるようにした配電系統制御装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、系統の各部の調整機器の制御目標値を逐次更新し得るようにして、配電系統の状況の変化に迅速に対応することができるようにした配電系統制御装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の更に他の目的は、系統で生じる電力損失の最小化を図るための運用や需給逼迫を回避するための運用を図ることができるようにした配電系統制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、配電用変圧器につながる母線と該母線につながる複数のフィーダとを有する配電系統の各フィーダの電圧の変動幅を設定範囲に収めるように制御する配電系統制御装置を対象としたものである。
【００１３】
本発明においては、配電系統を統括する中央装置と、各フィーダの電圧及び無効電力を調整するために各フィーダに対して少なくとも１つ設置されたローカル装置と、各フィーダのローカル装置の設置箇所から離れた少なくとも１つの箇所で該フィーダの電圧及び電流をそれぞれ検出する外部電圧センサ及び外部電流センサと、各外部電圧センサ及び外部電流センサが検出した電圧情報及び電流情報を中央装置に送信する通信子局と、各通信子局及びローカル装置から中央装置に送信されてくるデータの受信と各ローカル装置へのデータの送信とを行なうデータ送受信装置とを設ける。
【００１４】
各ローカル装置は、対応するフィーダの電圧及び無効電力をそれぞれ調整する電圧調整器及び無効電力調整器と、該電圧調整器及び無効電力調整器の設置箇所で対応するフィーダの電圧及び電流をそれぞれ検出する内部電圧センサ及び内部電流センサと、該内部電圧センサ及び内部電流センサがそれぞれ検出した電圧情報及び電流情報と該ローカル装置の状態を示す状態情報とを中央装置に送信する送信手段及び中央装置から送信されてくる信号を受信する受信手段を有する通信装置と、対応するフィーダの電圧及び無効電力のそれぞれの制御目標値である電圧制御目標値及び無効電力制御目標値を設定する制御目標設定装置と、対応するフィーダの各部の電圧及び無効電力をそれぞれ制御目標設定装置が設定した電圧制御目標値及び無効電力制御目標値に保つように電圧調整器及び無効電力調整器を制御する機器制御装置とを備えている。
【００１５】
また中央装置は、前記データ送受信装置が受信した信号に含まれる配電系統各部の電圧情報及び電流情報から各電圧情報及び電流情報の検出点における有効電力及び無効電力を演算する有効・無効電力演算手段と、演算された有効電力及び無効電力と短期予測負荷変動と各ローカル装置から送信された信号に含まれる状態情報とから各フィーダの各部での電圧の変動幅を設定値以下に保つために必要な各ローカル装置内の電圧調整器の制御目標値及び各ローカル装置の設置個所での無効電力を設定値以下に保つために必要な無効電力調整器の制御目標値をそれぞれ電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値として決定するマクロ目標値決定手段と、電圧マクロ目標値と無効電力マクロ目標値とを含むマクロ指令をローカル装置に送信するマクロ指令発生手段とを備えている。
【００１６】
またローカル装置に設ける制御目標設定装置は、中央装置から送信されたマクロ指令に含まれる電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値をそれぞれ電圧制御目標値及び無効電力制御目標値とするか、またはマクロ目標値と異なる他の目標値を電圧制御目標値及び無効電力制御目標値とするかを決定する制御目標値決定手段を備えている。
【００１７】
各ローカル機器の状態情報には、中央装置から与えられた電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値の採否の確認と、各ローカル機器の電圧調整器及び無効電力調整器の調整量の裕度に関する情報と、中央装置から与えられた電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値を採用できない理由とを含ませておくのが望ましい。
【００１８】
上記のように、中央装置では各ローカル装置に設けられた電圧調整器及び無効電力調整器の制御目標値を与えるマクロ目標値を決定し、そのマクロ目標値を制御目標値として採用するか、不採用として他の目標値を制御目標値として採用するかの決定をローカル装置に行なわせるようにすると、中央装置で系統運用のための全ての情報処理を行なう必要がなくなるため、中央装置と各ローカル装置とに機能を分散させることができる。従って、中央装置の負担を軽減してそのシステム構成の簡素化を図ることができ、中央装置の設備のコストの低減を図ることができる。
【００１９】
また各ローカル装置での電圧調整及び無効電力調整を独立に行なわせるのではなく、上記のように、配電系統全体を統括する中央装置が決定したマクロ目標値を各ローカル装置に与えて、該マクロ目標値を採用できない場合にのみ他の制御目標値を採用させるようにすると、配電系統全体の協調を損なうことなく、系統の各部の状態の変化に迅速に対応させて、効率のよい系統運用を行なわせることができる。
【００２０】
更に、上記のように、系統各部の電圧、電流情報やローカル装置の状態情報を中央装置に与えてマクロ目標値を演算させるようにすると、系統の各部の状態変化を迅速に運用に反映させることができる。
【００２１】
更に、上記のように、中央装置から各ローカル装置に与えられるマクロ目標値により制御目標値を求めるようにすると、各ローカル装置の制御目標値を逐次自動更新することができるため、配電系統の負荷構成等の変化に容易に対応することができる。
【００２２】
本明細書において、「短期予測負荷変動」は、短期間（分単位）の内に系統で生じることが予測される負荷変動を意味する。この短期予測負荷変動は、過去のデータや、その日の天候、季節、曜日の如何などを勘案し、経験則を交えて決定する。従来、短期予測負荷変動は、発電機の発電量を決定するためには用いられていたが、配電系統に設けられた電圧調整器の制御目標値を決定するためには用いられていない。
【００２３】
このように短期予測負荷変動を勘案して各ローカル装置の電圧調整器の制御目標値を決めるようにすると、配電系統の負荷状態の変化に迅速に対応することができ、電圧の逸脱（電圧が許容される変動範囲を超えて変動すること）等の異常事態が生じるのを避けることができる。
【００２４】
従来の配電系統制御装置では、フィーダの電圧調整器の設置箇所に無効電力調整器を設置して、各部の無効電力を制御することは行っていない。本発明のように、各ローカル装置に電圧調整器とともに無効電力調整器を設けて、無効電力をできるだけ小さくする制御を行わせると、電源電圧に対する負荷電流の力率を改善することができるため、配電線で消費される電力を少くして、配電用変圧器から供給する皮相電力の低減を図ることができ、配電系統で生じる電力損失のミニマム化を図ることができる。
【００２５】
上記マクロ目標値決定手段は、配電系統に設置されたローカル装置のそれぞれの電圧調整器を調整した後にそれぞれのローカル装置内の電圧センサにより検出される電圧とそれぞれのローカル装置の設置点における理想電圧との差ｘn の総和を与える電圧目的関数Ｖ（ｘn ）と重み係数ａとの積ａＶ（ｘn ）、及びローカル装置の設置点での無効電力の調整値ｙn の総和を与える無効電力目的関数Ｑ（ｙn ）と重み係数ｂとの積ｂＱ（ｙn ）の和を総合目的関数ｆ（ｘn ，ｙn ）＝ａＶ（ｘn ）＋ｂＱ（ｙn ）として求めるために、母線電圧、各ローカル装置における電圧調整器の調整幅、各検出点での電圧の上下限、無効電力調整器の調整幅及び各ローカル装置から送信された信号に含まれる状態情報とを含む各種の条件を制約条件として重み係数ａ，ｂを決定する重み係数決定手段と、総合目的関数ｆ（ｘn ，ｙn ）をできるだけ小さくするために必要なｘn 及びｙn をそれぞれ演算して、各ローカル装置の設置箇所に対して演算されたｘn 及びｙn の値からそれぞれ各ローカル装置に対する電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値を求めるマクロ目標値演算手段とを設けることにより構成できる。
【００２６】
上記マクロ目標値決定手段には、上記マクロ目標値演算手段に加えて更に、該マクロ目標値演算手段が演算した電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値と配電系統の各検出点の電圧情報及び電流情報に基づいて作成した配電系統モデルとを用いて各ローカル装置で電圧調整及び無効電力の調整を行なった後の配電系統の状態を調べるシミュレーションを行うシミュレーション手段と、該シミュレーションの結果からマクロ目標値演算手段により演算された各マクロ目標値の適否を判定して、演算されたマクロ目標値が適当でないと判定されたときにマクロ目標値演算手段に電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値の修正演算を行なわせ、演算されたマクロ目標値が適当であると判定されたときに演算された電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値をそれぞれ正規の電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値として決定するマクロ目標値確認修正手段とを設けるのが望ましい。
【００２７】
上記ローカル装置の設置箇所における理想電圧は、そのローカル装置の設置箇所で許容される電圧変動範囲（運用規定範囲）の下限に近い値に設定するのが好ましい。
【００２８】
上記のように中央装置のマクロ目標値決定手段にシミュレーション手段を設けて、演算された各マクロ目標値が適当であるか否かの確認と各マクロ目標値の修正とを行わせるようにすると、マクロ目標値の妥当性を高めることができるため、配電系統の運用をより適確に行わせることができる。
【００２９】
更に、上記のようにローカル装置の設置箇所における理想電圧を、そのローカル装置の設置箇所で許容される電圧変動範囲の下限に近い値に設定すると、各ローカル装置における電圧調整器の制御目標値を、配電系統の各部で許容される電圧変動範囲の下限値に近い値に設定することができる。このように、配電系統の各部の電圧を各部で許容される電圧変動範囲の下限値に近い値に保つように制御すると、配電系統に接続されている各負荷が消費する電力量の低減を図ることができるため、皮相電力の低減を図ることができることと相俟って、同じ変電設備における電力供給の裕度を増大させることができ、電力の需給逼迫の状態が生じるのを回避することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係わる制御装置が制御の対象とする配電系統の要部の構成例を概略的に示したものである。同図において、ＳＳは配電用変電所に設置された配電用変圧器、Ｂは変圧器ＳＳの二次側に接続された母線、Ｆ1 ，Ｆ2 ，…は母線Ｂに接続されたフィーダ（高圧配電線）である。図示してないが、フィーダＦ1 ，Ｆ2 ，…にはそれぞれ変圧器を介して図示しない低圧配電線が接続されている。
【００３１】
１は配電系統を統括する中央装置で、この中央装置１は配電用変電所に設けられている。本発明においては、フィーダＦ1 ，Ｆ2 ，…のそれぞれの電圧調整と無効電力の調整とを行うためにローカル装置２が各フィーダに対して少くとも１つ設けられている。各フィーダにはまた、ローカル装置２から離れた少くとも１つの箇所に設定された検出点でフィーダの３相の電圧及び電流を検出する電圧・電流検出装置３が設けられている。
【００３２】
また中央装置１と各ローカル装置２及び電圧・電流検出装置３との間で通信を行わせるために通信線４が設けられている。中央装置１側には、各ローカル装置２及び電圧・電流検出装置３から中央装置１に送信されてくるデータの受信と中央装置１から各ローカル装置２へのデータの送信とを行なうデータ送受信装置５が設けられている。
【００３３】
各ローカル装置２は、電圧調整器及び無効電力調整器を含むローカル機器２Ａと、ローカル機器（電圧調整器及び無効電力調整器）２Ａの設置箇所の近傍に設定された検出点で対応するフィーダの電圧及び電流をそれぞれ検出する内部電圧センサ２Ｂ及び内部電流センサ２Ｃと、ローカル機器２Ａを構成する電圧調整器及び無効電力調整器を制御する機器制御装置２Ｄと、電圧調整器及び無効電力調整器の制御目標値の設定と中央装置１との間の通信とを行う通信・制御目標設定装置２Ｅとを備えている。内部電圧センサ２Ｂは例えば計器用変圧器からなり、内部電流センサ２Ｃは変流器からなっている。
【００３４】
ローカル機器２Ａの電圧調整器としては周知の負荷時電圧調整器（ＬＲＴ）を用いることができる。また無効電力調整器としては、分路リアクトルや電力用コンデンサをスイッチを介して線路に選択的に接続するようにしたものや、同期調相機などを用いることができる。
【００３５】
通信・制御目標設定装置２Ｅは、内部電圧センサ２Ｂ及び内部電流センサ２Ｃがそれぞれ検出した電圧情報及び電流情報とローカル装置の状態を示す状態情報とを通信線４に送出して中央装置１に送信する送信手段と、中央装置１から送信されてくる信号を受信する受信手段とを備えた通信装置と、対応するフィーダの電圧及び無効電力のそれぞれの制御目標値である電圧制御目標値及び無効電力制御目標値を設定する制御目標設定装置とにより構成される。
【００３６】
機器制御装置２Ｄは、対応するフィーダの各部の電圧及び無効電力をそれぞれ制御目標設定装置が設定した電圧制御目標値及び無効電力制御目標値に保つように電圧調整器及び無効電力調整器を制御する。
【００３７】
電圧・電流検出装置３は、その設置箇所におけるフィーダの電圧及び電流をそれぞれ検出する電圧センサ３Ａ及び電流センサ３Ｂと、これらのセンサ３Ａ及び３Ｂがそれぞれ検出した電圧情報及び電流情報を通信線４に送出する通信子局３Ｃとからなっている。電圧センサ３Ａは例えば計器用変圧器からなり、３Ｃは変流器からなっている。
【００３８】
中央装置１には、データ送受信装置５が受信した信号に含まれる配電系統各部の電圧情報及び電流情報から各電圧情報及び電流情報の検出点（各ローカル装置２の設置箇所及び電圧・電流検出装置３の設置箇所）における有効電力及び無効電力を演算する有効・無効電力演算手段と、演算された有効電力及び無効電力と短期予測負荷変動と各ローカル装置から送信された信号に含まれる状態情報とから各フィーダの各部での電圧の変動幅を設定値以下に保つために必要な各ローカル装置内の電圧調整器の制御目標値及び各ローカル装置の設置個所での無効電力を設定値以下に保つために必要な無効電力調整器の制御目標値をそれぞれ電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値として決定するマクロ目標値決定手段と、電圧マクロ目標値と無効電力マクロ目標値とを含むマクロ指令をデータ送受信装置５と通信線４とを通して各ローカル装置２に送信するマクロ指令発生手段とを設けておく。これらの手段は、コンピュータを用いて所定のプログラムを実行させることにより実現される。
【００３９】
本発明においては、各ローカル装置２において、フィーダ電圧を運用規定範囲の下限値に近付けるように電圧調整器を制御するのが好ましい。また、各ローカル装置において、無効電力の最小化を図るように無効電力調整器を制御する。
【００４０】
上記のように、無効電力をできるだけ小さくする制御を行わせると、電源電圧に対する負荷電流の力率を改善することができるため、配電線で消費される電力を少くして、配電用変圧器から供給する皮相電力の低減を図ることができ、配電系統で生じる電力損失のミニマム化を図ることができる。
【００４１】
また上記のように、配電系統の各部の電圧を各部で許容される電圧変動範囲の下限値に近い値に保つように制御すると、配電系統に接続されている各負荷が消費する電力量の低減を図ることができるため、皮相電力の低減を図ることができることと相俟って、同じ変電設備における電力供給の余裕量を増大させることができ、電力の需給逼迫の状態が生じるのを回避することができる。
【００４２】
中央装置１でコンピュータにより実行されるプログラムのアルゴリズムの一例を示すフローチャートを図２及び図３に示した。
【００４３】
図２及び図３に示したアルゴリズムによる場合には、先ずステップ１において、各ローカル装置２及び電圧・電流検出装置３の通信子局から送信されてきた信号に含まれる配電系統各部の電圧情報及び電流情報と、各ローカル装置の状態情報とを取り込み、取り込んだ電圧情報と電流情報とから、系統の各検出点（ローカル装置の設置点及び電圧・電流検出装置の設置点）における有効電力と無効電力とを演算する。
【００４４】
次いで、開閉器の入り切り等の情報と系統の各部の電圧の運用規定値の情報とを含む系統の運用情報を取り込み、ステップ２において、系統に設置されている各ローカル装置の調整可能量に対する残調整裕度が無くなっているローカル装置がないか否かを判定をする。その結果、調整裕度が無くなるローカル装置がないと判定された場合には、ステップ３に進み、電圧情報及び電流情報の各検出点における電圧値が運用規定範囲内かどうかを判定する。その結果、各部の電圧が運用規定範囲内であると判定された場合には、ステップ４に進み、短期負荷需要負荷予測に基づいて、短期間のうちに各部の電圧が運用規定範囲から外れる可能性があるか否かを判定する。その結果、短期間のうちに各部の電圧が規定範囲から外れる可能性がないと判定された場合には、ステップ５に進み、各検出点で無効電力が増加しているか、または、各検出点の電圧が目標下限値でない場合には、ステップ６に進んで、ローカル装置の選定を行う。
【００４５】
ステップ２において、各ローカル装置の中で調整裕度が無くなっているローカル装置が少なくとも１台あると判定された場合には、ステップ６に進んで、ローカル装置の選定を行う。
【００４６】
ステップ３において、各部の電圧が運用規定範囲から外れていると判定された場合にも、ステップ６に進んで、ローカル装置の選定を行う。
【００４７】
ステップ４において、各部の電圧が短期間内に運用規定範囲から外れる可能性があると判定された場合にも、ステップ６に進んで、ローカル装置の選定を行う。
【００４８】
ステップ５において、各検出点で無効電力が増加せず、かつ各検出点の電圧が目標下限値である場合には、ステップ１に進む（スタートに戻る）。
【００４９】
系統の電圧逸脱の是正を改善の対象とする場合には、ステップ６において電圧逸脱点より上位にある電圧調整器を対象ローカル装置として選定する。系統の電圧逸脱の是正以外を改善の対象とする場合には、ステップ６においてすべてのローカル装置を対象として選定する。また、系統の電圧逸脱の是正を改善の対象とした場合で、かつステップ６において選定したローカル装置のみでは改善できないと判定された場合には、選定を行った電圧調整器のさらに上位の電圧調整器を対象ローカル装置として追加選定する。
【００５０】
次いで、ステップ７に進み、目的関数の係数ａ，ｂを決定し、ステップ８において、各種の制約条件の基に、目的関数を最小にする最適解（電圧調整器の調整量及び無効電力調整器の調整値）を求める。各ローカル装置の電圧調整器の調整量及び無効電力調整器の調整値が求められた後、求められた調整量及び調整値が得られるように各ローカル装置２の電圧調整器及び無効電力調整器の制御目標値を電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値として決定する。次いで、決定したマクロ目標値を用いて、潮流シミュレーション（ステップ９）を行う。
【００５１】
次にステップ１０においてシミュレーションの結果から、決定した各ローカル装置の電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値が適当な値であるか否かを確認する。この確認は、シミュレーションの結果、系統の各部の電圧が運用規定範囲を外れていないかどうか、及び各部の無効電力に規定範囲を超える変動が生じていないかどうかを見ることにより行う。確認の結果、電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値が適当な値でないと判定された場合には、ステップ７において目的関数のパラメータを改訂し、ステップ７からステップ１０までを繰り返す。その結果、ステップ１０において各ローカル装置の電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値が適当な値であると判定された場合には、ステップ１１において、制御対象となる該ローカル装置，制御目標電圧値及び制御目標無効電力値，算出した制御目標値に基づいてローカル装置を動作させる動作時間を含むマクロ指令を決定する。次いで、ステップ１２に進んで各ローカル装置の電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値をデータ送受信装置５を通して通信線４に送出する。
【００５２】
また、ステップ１３では既設の自動化親局から開閉器の入り切り情報、開閉器間のインピーダンス情報、系統運用計画より系統に設置されているローカル装置の種類・位置，アドレス情報、センサからの電圧，電流情報を基に対象となる当該配電系統の系統図を作成し、この系統図をステップ７，ステップ８，ステップ９で用いる。
【００５３】
さらに、ステップ１４では、潮流計算の結果から、目標値とする無効電力を系統の様相の変化に合わせて自動更新を行う。
【００５４】
ステップ７においては、目的関数ｆ（ｘn ，ｙn ）＝ａＶ（ｘn ）＋ｂＱ（ｙn ）の係数ａ，ｂを決定する。目的関数ｆ（ｘn ，ｙn ）において、ｘn は、系統に設置されたｎ番目のローカル装置の電圧調整器を調整した後に該ｎ番目のローカル装置の内部に設けられた電圧センサ２Ｂにより検出される電圧とそのローカル装置の設置点における理想電圧との差（電圧調整量）であり、ｙn はｎ番目のローカル装置の設置点における無効電力の調整値である。
【００５５】
目的関数の右辺の第１項のａＶ（ｘn ）において、Ｖ（ｘn ）は電圧目的関数である。この電圧目的関数は、配電系統に設置された全てのローカル装置２，２，…のそれぞれの電圧調整器を調整した後にそれぞれのローカル装置内の電圧センサにより検出される電圧ＶAnと、それぞれのローカル装置の設置点における理想電圧ＶBnとの差ｘn （＝ＶAn−ＶBn）の幾何平均である。またａは電圧目的関数の重み係数である。
【００５６】
目的関数の右辺の第２項のｂＱ（ｙn ）において、Ｑ（ｙn ）は、全てのローカル装置の設置点での無効電力の調整値ｙn の総和を与える無効電力目的関数であり、ｂは無効電力目的関数の重み係数である。
【００５７】
また、ステップ７では、電圧の逸脱が生じている、無効電力が増加している等の情報を入力として、変動している状態に対応する目的関数を効果的に働かせるように、重み係数ａ，ｂの値を決定する。例えば電圧と無効電力の状態の組合せが次の（イ）ないし（ヘ）の通りであるとする。
【００５８】
（イ）電圧が逸脱している。無効電力も増加している。
（ロ）電圧が逸脱している。無効電力は増加していない。
（ハ）電圧が規定範囲内にあるが下限値ではない。無効電力が増加している。
（ニ）電圧が規定範囲内にあるが下限値ではない。無効電力は増加していない。
（ホ）電圧が規定範囲内の下限値にある。無効電力が増加している。
（ヘ）電圧が規定範囲内の下限値にある。無効電力は増加していない。
【００５９】
上記（イ）及び（ロ）のケースでは、直ちに電圧を運用規定範囲に戻すことが急務であるため、電圧逸脱の是正を最優先に行わせるために、電圧目的関数の重み係数ａ＝１．０とし、無効電力目的関数の重み係数ｂ＝０とする。
【００６０】
上記（ハ）のケースでは、電圧が許容範囲にあるので、無効電力の最小化と、電圧を許容範囲の下限に近づけることとの両項目を改善対象項目とするために、ａ＝０．５及びｂ＝０．５とする。
【００６１】
上記（ニ）のケースでは、電圧を下限値に近づける調整を行うことが必要になるだけであるため、無効電力の調整は行わないものとし、ａ＝１．０，ｂ＝０とする。
【００６２】
上記（ホ）のケースでは、無効電力を減少させるための調整を行うことのみが必要であるが、無効電力を調整することにより電圧も影響を受けるので、無効電力の最小化と、電圧を許容下限値に近づけることとの２項目を改善対象項目とするために、ａ＝ｂ＝０．５とする。
【００６３】
上記（ヘ）のケースでは、電圧も無効電力も調整する必要がないため、ａ＝ｂ＝０として現状を維持する。
【００６４】
ステップ８においては、各種の制約条件の下に、目的関数を最小にする電圧調整値及び無効電力調整値の値を求め、これら調整値から各ローカル装置に対する電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値を求める。
【００６５】
ステップ８において、系統の電圧逸脱の是正を改善の対象とした場合で、選定したローカル装置のみでは改善できないと判定された場合には、ステップ６に進み、ローカル装置の再選定を行う。
【００６６】
ステップ８で電圧及び無効電力のマクロ目標値を演算する際に課される制約条件は、母線電圧（母線Ｂに設けられた図示しない電圧センサが計測した電圧）、電圧調整器の調整幅（ローカル装置の電圧調整器が調整し得る電圧の幅）、系統各部の電圧の上下限（系統の各部で許容される電圧変動範囲の上限及び下限）、無効電力調整器の調整幅、無効電力の上下限（系統の各部で許容される無効電力の上限及び下限）及び電力供給量（負荷に供給することが可能な電力量）等である。
【００６７】
ステップ９の潮流シミュレーションでは、ステップ１３で作成された配電系統図を用い、各ローカル装置２の電圧調整器２Ｂ及び無効電力調整器２Ｃの制御目標値をそれぞれステップ８で演算された電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値に等しくして、各ローカル装置に調整動作を行わせた場合の、各検出点（ローカル装置２の設置点及び電圧・電流検出装置３の設置点）の電圧と無効電力とを演算する。
【００６８】
ステップ１０では、上記のシミュレーションにおいて演算された各検出点の電圧及び無効電力が各検出点での規定範囲内に収まっているか否かを見ることにより、演算された電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値が適当であるかどうかを判定する。
【００６９】
図示の例では、図２のステップ１により、データ送受信装置５が受信した信号に含まれる配電系統各部の電圧情報及び電流情報から各電圧情報及び電流情報の検出点における有効電力及び無効電力を演算する有効・無効電力演算手段が実現される。また図２のステップ３，４，５ないし図３のステップ８により、演算された有効電力及び無効電力と短期予測負荷変動と各ローカル装置から送信された信号に含まれる状態情報とから各フィーダの各部での電圧の変動幅を設定値以下に保つために必要な各ローカル装置内の電圧調整器の制御目標値及び各ローカル装置の設置箇所での無効電力を設定値以下に保つために必要な無効電力調整器の制御目標値をそれぞれ電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値として決定するマクロ目標値決定手段が実現される。更に図３のステップ１１及び１２により、電圧マクロ目標値と無効電力マクロ目標値とを含むマクロ指令をデータ送受信装置５を通してローカル装置に送信するマクロ指令発生手段が実現される。またステップ８とステップ９とにより、シミュレーションの結果からマクロ目標値演算手段により演算された各マクロ目標値の適否を判定して、演算されたマクロ目標値が適当でないと判定されたときにマクロ目標値演算手段に電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値の修正演算を行なわせ、演算されたマクロ目標値が適当であると判定されたときに演算された電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値をそれぞれ正規の電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値として決定するマクロ目標値確認修正手段が実現される。
【００７０】
各ローカル装置２に設ける通信・制御目標設定装置２Ｅは、マイクロコンピュータを備えていて、該マイクロコンピュータにより制御目標値決定手段を実現する。各ローカル装置のマイクロコンピュータにより実行されるプログラムのアルゴリズムを示すフローチャートの一例を図４に示した。
【００７１】
各ローカル装置においては、先ず図４のステップ１において、中央装置１から送信されたマクロ指令を受信したか否かを判定する。その結果、マクロ指令を受信したと判定された場合には、次いでステップ２において受信したマクロ指令に含まれる電圧制御目標値及び無効電力制御目標値に対するローカル装置の調整量を算出し、ステップ３に進む。ステップ３において、算出したローカル装置の調整量と現状のローカル装置の残調整量を比較し、マクロ指令による制御目標値に対して対応できるか否かを判定する。その結果、ローカル装置の残調整量で対応できると判定した場合には、ステップ５に進み、動作時間（現時点から実際に動作を行なわせるまでの時間）の設定があるか否かを判定する。これは、マクロ指令の予測に基づいて算出した制御目標値の場合は動作時間（現時点より未来の時間）が含まれているからである。動作時間の設定がない場合には、ステップ６において、マクロ指令に含まれる制御目標値を採用し、ステップ７に進む。
【００７２】
図４のステップ１において、マクロ指令を受信していないと判定されたときには、ステップ１１に進み、ステップ５，１３にて動作時間までのタイマを動作させている場合に、タイマによる規定時間に達したか否かを判定する。その結果規定時間に達していないと判定された場合には、ステップ１２に進み、既目標値を継続して目標値として用い、ステップ７に進む。また、タイマによる規定時間に達したと判定した場合には、ステップ６に進み、取得しておいたマクロ指令に含まれる制御目標値を採用してステップ７に進む。
【００７３】
ステップ１１において、タイマが設定されていない場合は、ステップ１２に進み、既目標値を継続して目標値として用い、ステップ７へ進む。
【００７４】
またステップ３においてマクロ指令による制御目標値に対して、ローカル装置の残調整量で対応できないと判定された場合には、ステップ４においてマクロ目標値を採用できないことの理由をローカル装置の状態情報の１つとして中央装置に送信し、ステップ５へ進む。
【００７５】
ステップ５において、マクロ指令に制御目標値として動作させる動作時間の設定があると判定された場合には、ステップ１３に進み、マクロ指令に含まれる動作時間になるまでタイマを動作させる。次いでステップ１２に進んで既目標値を継続し、さらにステップ７へ進む。
【００７６】
ステップ７においては、ステップ６及び１２で設定した制御目標値に対して、機器制御装置２Ｄに電圧制御目標値及び無効電力制御目標値を与える。機器制御装置２Ｄは、フィーダの電圧を電圧制御目標値に保ち、無効電力を無効電力制御目標値に保つように、電圧調整器及び無効電力調整器を制御する。次いで、ステップ８において、制御後の電圧制御目標値及び無効電力目標値に対する現調整量を取得し、ステップ９に進む。ステップ９において、選定したマクロ指令に含まれる電圧制御目標値及び無効電力制御目標値に対する、ローカル装置の現調整量と、制御後のローカル装置の残調整量とを比較し、ローカル装置が持つ全調整量に対して残調整量に裕度があるか否かを判定する。その結果、ローカル装置の残調整量に裕度があると判定された場合には、ステップ１に戻る。また、残調整量に裕度がないと判定された場合には、ステップ１０に進み、ステップ１０において、中央装置に残調整量に裕度がないことを状態情報の１つとして送信し、ステップ１に進む。
【００７７】
なお各ローカル装置において、通信・制御目標設定装置２Ｅが故障した場合には、電圧制御目標値及び無効電力調整器のそれぞれの制御目標値を予め設定した初期値とするようになっている。即ち、ローカル機器２Ａを制御する機器制御装置２Ｄは、通信・制御目標設定装置２Ｅから制御目標値が与えられなくなったときに、電圧制御目標値及び無効電力調整器の制御目標値を予め設定した初期値に固定して電圧調整器及び無効電力調整器を制御するようになっている。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、中央装置では各ローカル装置に設けられた電圧調整器及び無効電力調整器の制御目標値を与えるマクロ目標値を決定し、そのマクロ目標値を制御目標値として採用するか、不採用として他の目標値を制御目標値として採用するかの決定をローカル装置に行なわせるようにしたので、中央装置と各ローカル装置とに機能を分散させることができる。そのため、中央装置の負担を軽減してそのシステム構成の簡素化を図ることができ、中央装置の設備のコストの低減を図ることができる。
【００７９】
また本発明によれば、各ローカル装置での電圧調整及び無効電力調整を独立に行なわせるのではなく、配電系統全体を統括する中央装置が決定したマクロ目標値を各ローカル装置に与えて、該マクロ目標値を採用できない場合にのみ他の制御目標値を採用させるので、配電系統全体の協調を損なうことなく、系統の各部の状態の変化に迅速に対応させて、効率のよい系統運用を行なわせることができる。
【００８０】
更に本発明によれば、系統各部の電圧、電流情報やローカル装置の状態情報を中央装置に与えてマクロ目標値を演算させるようにしたので、系統の各部の状態変化を迅速に運用に反映させることができる。
【００８１】
更に本発明によれば、中央装置から各ローカル装置に与えられるマクロ目標値により制御目標値を求めるようにして、各ローカル装置の制御目標値を逐次自動更新するようにしたので、配電系統の負荷構成等の変化に容易に対応することができる。
【００８２】
更に本発明によれば、各ローカル装置に電圧調整器とともに無効電力調整器を設けて、無効電力をできるだけ小さくする制御を行わせることにより、電源電圧に対する負荷電流の力率を改善して、配電線で消費される電力を少くするようにしたので、配電用変圧器から供給する皮相電力の低減を図ることができ、配電系統で生じる電力損失のミニマム化を図ることができる。
【００８３】
また本発明において、中央装置のマクロ目標値決定手段にシミュレーション手段を設けて、演算された各マクロ目標値が適当であるか否かの確認と各マクロ目標値の修正とを行わせるようにした場合には、マクロ目標値の妥当性を高めることができるため、配電系統の運用をより適確に行わせることができる。
【００８４】
更に本発明において、ローカル装置の設置箇所における理想電圧を、そのローカル装置の設置箇所で許容される電圧変動範囲の下限に近い値に設定した場合には、各ローカル装置における電圧調整器の制御目標値を、配電系統の各部で許容される電圧変動範囲の下限値に近い値に設定することができる。このように、配電系統の各部の電圧を各部で許容される電圧変動範囲の下限値に近い値に保つように制御すると、配電系統に接続されている各負荷が消費する電力量の低減を図ることができるため、皮相電力の低減を図ることができることと相俟って、同じ変電設備における電力供給の余裕量を増大させることができ、電力の需給逼迫を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる制御装置の構成例を配電系統の構成例とともに示した構成図である。
【図２】図１に示した中央装置においてコンピュータにより実行されるプログラムのアルゴリズムの一部を示すフローチャートである。
【図３】同プログラムのアルゴリズムの他の部分を示すフローチャートである。
【図４】図１に示したローカル装置でマイクロコンピュータにより実行されるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【符号の説明】
１ 中央装置
２ ローカル装置
２Ａ ローカル機器（電圧調整器及び無効電力調整器）
２Ｂ 電圧センサ
２Ｃ 電流センサ
２Ｄ 機器制御装置
２Ｅ 通信・制御目標設定装置
３ 電圧・電流検出装置（電圧・電流検出装置）
３Ａ 電圧センサ
３Ｂ 電流センサ
３Ｃ 通信子局
４ 通信線
５ データ送受信装置
ＳＳ 配電用変圧器
Ｂ 母線
Ｆ1 〜Ｆ2 フィーダ

Claims (5)

1. 配電用変圧器につながる母線と該母線につながる複数のフィーダとを有する配電系統の各フィーダの電圧の変動幅を設定範囲に収めるように制御する配電系統制御装置であって、
   前記配電系統を統括する中央装置と、
   各フィーダの電圧及び無効電力を調整するために各フィーダに対して少なくとも１つ設置されたローカル装置と、
   各フィーダのローカル装置の設置箇所から離れた少なくとも１つの箇所で該フィーダの電圧及び電流をそれぞれ検出する外部電圧センサ及び外部電流センサと、
   各外部電圧センサ及び外部電流センサが検出した電圧情報及び電流情報を前記中央装置に送信する通信子局と、
   各通信子局及びローカル装置から中央装置に送信されてくるデータの受信と中央装置から各ローカル装置へのデータの送信とを行なうデータ送受信装置とを具備し、
   各ローカル装置は、対応するフィーダの電圧及び無効電力をそれぞれ調整する電圧調整器及び無効電力調整器と、該電圧調整器及び無効電力調整器の設置箇所で対応するフィーダの電圧及び電流をそれぞれ検出する内部電圧センサ及び内部電流センサと、該内部電圧センサ及び内部電流センサがそれぞれ検出した電圧情報及び電流情報と該ローカル装置の状態を示す状態情報とを前記中央装置に送信する送信手段及び前記中央装置から送信されてくる信号を受信する受信手段を有する通信装置と、対応するフィーダの電圧及び無効電力のそれぞれの制御目標値である電圧制御目標値及び無効電力制御目標値を設定する制御目標設定装置と、対応するフィーダの各部の電圧及び無効電力をそれぞれ前記制御目標設定装置が設定した電圧制御目標値及び無効電力制御目標値に保つように前記電圧調整器及び無効電力調整器を制御する機器制御装置とを備え、
   前記中央装置は、前記データ送受信装置が受信した信号に含まれる配電系統各部の電圧情報及び電流情報から各電圧情報及び電流情報の検出点における有効電力及び無効電力を演算する有効・無効電力演算手段と、演算された有効電力及び無効電力と短期予測負荷変動と各ローカル装置から送信された信号に含まれる状態情報とから各フィーダの各部での電圧の変動幅を設定値以下に保つために必要な各ローカル装置内の電圧調整器の制御目標値及び各ローカル装置の設置個所での無効電力を設定値以下に保つために必要な無効電力調整器の制御目標値をそれぞれ電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値として決定するマクロ目標値決定手段と、前記電圧マクロ目標値と無効電力マクロ目標値とを含むマクロ指令を前記データ送受信装置を通してローカル装置に送信するマクロ指令発生手段とを備え、
   前記ローカル装置に設けられた制御目標設定装置は、前記中央装置から送信されたマクロ指令に含まれる電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値をそれぞれ前記電圧制御目標値及び無効電力制御目標値とするか、または前記マクロ目標値と異なる他の目標値を電圧制御目標値及び無効電力制御目標値とするかを決定する制御目標値決定手段を備えていることを特徴とする配電系統制御装置。
2. 前記各ローカル機器の状態情報は、中央装置から与えられた電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値の採否の確認と、各ローカル機器の電圧調整器及び無効電力調整器の調整量の裕度に関する情報と、中央装置から与えられた電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値を採用できない理由とを含む情報であることを特徴とする請求項１に記載の配電系統制御装置。
3. 前記マクロ目標値決定手段は、配電系統に設置されたローカル装置のそれぞれの電圧調整器を調整した後にそれぞれのローカル装置内の電圧センサにより検出される電圧とそれぞれのローカル装置の設置点における理想電圧との差ｘn の総和を与える電圧目的関数Ｖ（ｘn ）と重み係数ａとの積ａＶ（ｘn ）と、ローカル装置の設置点での無効電力の調整値ｙn の総和を与える無効電力目的関数Ｑ（ｙn ）と重み係数ｂとの積ｂＱ（ｙn ）との和を総合目的関数ｆ（ｘn ，ｙn ）＝ａＶ（ｘn ）＋ｂＱ（ｙn ）として求めるために、母線電圧、各ローカル装置における電圧調整器の調整幅、各検出点での電圧の上下限、無効電力調整器の調整幅及び各ローカル装置から送信された信号に含まれる状態情報とを含む各種の条件を制約条件として重み係数ａ，ｂを決定する重み係数決定手段と、前記総合目的関数ｆ（ｘn ，ｙn ）をできるだけ小さくするために必要なｘn 及びｙn をそれぞれ演算して、各ローカル装置の設置箇所に対して演算されたｘn 及びｙn の値からそれぞれ各ローカル装置に対する電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値を求めるマクロ目標値演算手段とを備えている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装置。
4. 前記マクロ目標値決定手段は、配電系統に設置されたローカル装置のそれぞれの電圧調整器を調整した後にそれぞれのローカル装置内の電圧センサにより検出される電圧とそれぞれのローカル装置の設置点における理想電圧との差ｘn の総和を与える電圧目的関数Ｖ（ｘn ）と重み係数ａとの積ａＶ（ｘn ）と、ローカル装置の設置点での無効電力の調整値ｙn の総和を与える無効電力目的関数Ｑ（ｙn ）と重み係数ｂとの積ｂＱ（ｙn ）との和を総合目的関数ｆ（ｘn ，ｙn ）＝ａＶ（ｘn ）＋ｂＱ（ｙn ）として求めるために、母線電圧、各ローカル装置における電圧調整器の調整幅、各検出点での電圧の上下限、無効電力調整器の調整幅、及び各ローカル装置から送信された信号に含まれる状態情報を含む各種の条件を制約条件として重み係数ａ，ｂを決定する重み係数決定手段と、前記総合目的関数ｆ（ｘn ，ｙn ）をできるだけ小さくするために必要なｘn 及びｙn をそれぞれ演算して、各ローカル装置の設置箇所に対して演算されたｘn 及びｙn の値からそれぞれ各ローカル装置に対する電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値を求めるマクロ目標値演算手段と、該マクロ目標値演算手段が演算した電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値と配電系統の各検出点の電圧情報及び電流情報に基づいて作成した配電系統モデルとを用いて各ローカル装置で電圧調整及び無効電力の調整を行なった後の配電系統の状態を調べるシミュレーションを行うシミュレーション手段と、該シミュレーションの結果から前記マクロ目標値演算手段により演算された各マクロ目標値の適否を判定して、演算されたマクロ目標値が適当でないと判定されたときに前記マクロ目標値演算手段に電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値の修正演算を行なわせ、演算されたマクロ目標値が適当であると判定されたときに演算された電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値をそれぞれ正規の電圧マクロ目標値及び無効電力マクロ目標値として決定するマクロ目標値確認修正手段とを備えている請求項１または２に記載の配電系統制御装置。
5. 各ローカル装置の設置箇所における理想電圧は、該ローカル装置の設置箇所で許容される電圧変動範囲の下限に近い値に設定されることを特徴とする請求項１，２，３または４のいずれかに記載の配電系統制御装置。

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