JP3970130B2

JP3970130B2 - 配電系統における分散型電源の連系状態推定方法

Info

Publication number: JP3970130B2
Application number: JP2002249350A
Authority: JP
Inventors: 靖之小和田; 広二坂口; 重夫山崎; 正志吉見
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP2004088963A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、配電系統における分散型電源の連系状態を推定する連系状態推定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、従来の配電系統における分散型電源の連系状態推定システムの構成を示す概略線図である。この図に示すように配電系統は、上位系統に相当する電源２００と、連系する配電用変圧器（図示せず）の２次側に接続された母線２２０に遮断器２３１や２５１を介して接続された配電線２３０や２５０等から構成される。ここで、状態推定は、配電線に沿った負荷の分布に着目するので、配電線を適当な負荷区間に分割し、例えば配電線２５０については、負荷ノードを２５２、２５３、２５４、２５５としたモデルを使用する。負荷ノードは、計算の便宜上、当該区間に分布する負荷を集中して扱うためのものであり、例えば負荷ノード２５２の場合、区間＃１に分布の複数の家庭の総負荷を注入電力とする。なお、各負荷ノードは区分開閉器の設置点とすることが多い。
【０００３】
配電線の電圧や電流および力率（または、有効、無効電力）は、通常、送り出し個所（配電線２３０では２４１、配電線２５０では２６１）でしか計測されず、各区間またはノードの電力はオンラインでは計測されない。しかし、特高需要家等の一部の（特に大容量の）負荷２５９や分散電源発電機２５７の出力、ならびに一部家庭の使用電力については、将来的には自動検針の普及等により計測される可能性が高い（２６７、２６５、２６３はその計測点を例示している）。
また、２５８は調相設備を表わす。これらの計測値は、通信用子局（２６２、２６４、２６６、２６８）や通信線２６０および通信用親局２７０を介してデータベース２８０に取り込まれる。なお、親局２７０やデータベース２８０および後述の状態推定装置２９０等は、通常、営業所の配電自動化計算機システムの構成要素となっている。
【０００４】
図１０は、このような系統において、状態推定の処理を概念的に示す図である。この図において、実線矢印は計測値（オンライン情報）、破線矢印は仮定値を示す。上述のように配電線では送り出しの個所以外ではほとんどオンラインの情報はなく、各区間の負荷を仮定して推定計算を行なうが、この推定結果には、実測値（送り出し電力）との整合性が要求される。仮に、ミスマッチが大きければ、上述の各ノードの負荷の値が不適切と考えられるので、補正の必要がある。
補正の方法としては、ミスマッチの電力を各ノード一律に負荷量の大きさに比例して配分している。しかし、一律に負荷量の大きさに比例して行なう補正では、以下のような不具合が生じる。例えば、区間＃２の場合、負荷量Ｐ２から分散電源の出力ＰＧを差引いた値を新たに区間＃２の負荷量Ｐ２とする。
ここで、ＰＧは発電機の定格に近い値のことが多いのに対し、元のＰ２（ＰＧ差引前）は契約電力値を上限として電力消費に応じて大きく変動する。すなわち、電力値のバラツキが大きく異なるので、精度を無視して加減するのは実情に合わない。仮に、契約電力値で代用の元のＰ２の値の大きさがＰＧの定格値とたまたま略等しいとすると、区間＃２の負荷量は０に近い値となり、区間＃２には、その後の処理として行なうミスマッチに対する補正がほとんど行なわれないことになる。また、例えば区間＃ｌや＃４のように、一部の負荷の計測情報が得られているのに活用されず、全く計測されていない区間＃３などと同様に処理されることも問題である。
【０００５】
このように、各区間に出入りする注入電力が適切に推定計算に用いられないと、配電線各区間の電圧等の推定の精度を著しく損なうことになる。
このため、従来の配電系統の状態推定装置２９０は図１１のように構成されていた。この図において、１００は、状態推定統括処理手段、１１０はノード電力のバラツキ算定手段、１２０は各区間の電圧および送り出し電力計算手段、１３０はミスマッチ計算手段、１４０はミスマッチ評価手段、１５０は区間電力補正手段、１６０は計算結果出力手段、２８０はデータベース、２９１は表示装置である。すなわち、各区間の電力値のサンプル情報または特高需要家の計測情報にもとづいて各区間の注入電力のバラツキ（分布）を算定する区間電力のバラツキ算定手段１１０の算定結果を各区間の電圧および送り出し電力計算手段１２０に与え、ここでバラツキにもとづいて各区間の注入電力の初期値を求め、各区間の電圧および送り出し電力を推定する。なお、送り出し電力については計測情報があり、推定結果を評価可能なため、ミスマッチ計算手段１３０で計測値と推定値との差を求め、この差についてミスマッチ評価手段１４０でミスマッチの大小評価を行なう。また、送り出しのミスマッチが大きい場合には、各区間に対して想定の電力値が不適切であったと判断し、補正比率にもとづいて区間電力補正手段１５０が各区間の補正量を算定し、次の時間断面での処理を開始する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の連系状態推定方法は以上のように構成されており、負荷特性判定のために負荷特性のサンプルが必要であるが、サンプルの採り方によっては配電線各区間の電圧推定の精度を著しく損なう可能性があるという問題点があった。
また、従来の推定方法で用いられてきた電圧値は、配電線の区間であまり大きく変動しないため、電圧値を用いた高精度の状態推定には配電線に設置される測定器にかなりの精度が求められるという問題点もあった。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電圧に代えて他の計測電気量を用いることにより、配電系統の連系状態を精度よく推定することができる分散型電源の連系状態推定方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る配電系統における分散型電源の連系状態推定方法は、配電系統への分散型電源の連系状態を推定する方法において、上記配電系統に複数個の計測点を設定すると共に、隣接する計測点間に配設された負荷ノードからの流出電流の有無及び大きさにより上記隣接する計測点における電流の方向または電流値が変化することを利用して上記負荷ノードへの分散型電源の連系状態を推定するようにしたものである。
【０００９】
この発明に係る配電系統における分散型電源の連系状態推定方法は、また、配電系統に複数個の計測点を設定すると共に、上記各計測点における電圧及び電流を計測し、これらの電圧及び電流にもとづいて有効電力潮流量と無効電力潮流量を算出すると共に、これらにもとづいて各計測点の流入電力量及び無効電力量並びに力率を算出し、各計測点の力率が所定値以上か以下かを判定することにより分散型電源の連系状態を推定するようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る配電系統における分散型電源の連系状態推定方法は、また、配電系統に複数個の計測点を設定すると共に、上記各計測点における力率を異なる時間断面で計測し、時間経過による力率の変化を検出すると共に、変化した力率のデータのうち、有効電力が変化しているが無効電力がほとんど変化していないデータが検出された時、その計測点に分散型電源が連系されたと判断するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成と状態推定の根拠となる現象を説明するための概略図である。
この図において、３３０は配電線、３３１は負荷ノード、Ｌは需要家負荷、３３２〜３３５は配電線上に複数個設定された計測点で、系統の分岐点や発電機の付近あるいは系統の末端等を中心に設定されている。実施の形態１は、上記各計測点における電流値あるいは電流の方向を計測するもので、計測時点において計測点付近に分散型電源が連系されている場合には、隣接する計測点間で通常は起こり得ない電流方向の反転や電流値の増加現象が発生するため、これらの現象を捉えることによって分散型電源の連系状態を推定しようとするものである。
なお、I_１は計測点３３３で計測された電流値、その上の矢印はI_１の方向を示す。
また、I_２は計測点３３４で計測された電流値、その上の矢印はI_２の方向を示す。
更に、I_Ｌは負荷ノード３３１に流入する電流値、その左側の矢印はI_Ｌの方向を示す。
【００１３】
図１は、負荷ノード３３１に分散型電源が連系されていない通常の状態を示すもので、この場合には隣接する計測点３３３と３３４及び両計測点の間に位置する負荷ノード３３１の各電流I_１、I_２、I_Ｌの関係は、I_２＝I_１−I_Ｌとなっており、各電流の方向はそれぞれの矢印で示すようになっている。
図２は、図１に示す配電系統の負荷ノード３３１に大容量の分散型電源Ｇが連系されている場合を示す。図中、I_ＤＧは負荷ノード３３１から流出する電流を示している。この場合には、計測点３３３の流入電流I_１の方向と、隣接する計測点３３４の流出電流I_２の方向が図示のように、共に外部方向となって両電流の向きが互いに反対となり、I_１、I_２、I_ＤＧの関係は、I_ＤＧ＝I_１＋I_２となる。
図３は、図１に示す配電系統の負荷ノード３３１に中容量の分散型電源Ｇが連系されている場合を示す。この場合には、隣接する計測点３３３と３３４の電流I_１、I_２の方向は反転しないが、配電変電所より計測点３３３に流入する電流I_１より、需要家側で流出する電流I_２の方が大きくなり、I_１、I_２、I_ＤＧの関係は、I_２＝I_１＋I_ＤＧとなる。
【００１４】
図４は、上述した隣接計測点の電流の関係から分散型電源の連系状態を推定するフローチャートである。
先ず、ステップＳＴ１で各計測点における電圧及び電流を計測する。次に、ステップＳＴ２で隣接する各計測点における電流の方向判定を行なう。隣接する計測点の電流の向きが図２に示すように、互いに反対である場合には、両計測点の間に大容量の分散型電源Ｇが連系されていると判断（推定）し、ステップＳＴ３で次の計測点の処理を開始する。
ステップＳＴ２で両計測点の電流の向きが反対でない場合には、ステップＳＴ４で隣接する計測点の電流値の大小判定を行なう。図３に示すように、流入電流I_１より、流出電流I_２の方が大きい場合には、両計測点の間に中容量の分散型電源Ｇが連系されていると判断（推定）する。
実施の形態１は以上のように構成されているため、計測器が設置されていない分散型電源の連系状態を計測点の電流の方向判定及び大小判定によって精度よく推定することができる。
【００１５】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。この実施の形態においても、図１に示すように、配電線３３０上に複数個の計測点３３２〜３３５を設ける構成を基本とする。また、各計測点において電圧及び電流を計測するが、この実施の形態では電圧及び電流にもとづいて有効電力潮流量と無効電力潮流量を算出すると共に、これらにもとづいて各計測点の流入電力量及び無効電力量並びに力率を算出し、最終的に力率のしきい値判断、すなわち力率が所定値以上か以下かを判定することによって分散型電源の連系状態を推定しようとするものである。
【００１６】
図５は、各計測点における力率をプロットした測定データで、横軸は有効電力、縦軸は無効電力を示し、図中のドットは各計測点での有効電力及び無効電力にもとづいて算出された力率を示している。同じ計測点についても異なる時間断面で複数回、計測した結果を表示しているため計測点の数倍のドットが表示されている。また、図中の左下から右上にかけての実線Ｒは、しきい値の一例としての力率0.75の点を結んだ線である。従って、図中の実線Ｒより上方のドットは力率が0.75以下であることを示し、実線Ｒより下方のドットは力率が0.75以上であることを示している。また、図中のドットＡ、Ｂ、Ｃは例えば図１の計測点３３４における力率であり、それぞれ異なる時間に計測したものであるため力率の値は異なっているが、いずれも、しきい値である力率0.75以下になっている。
このように所定のしきい値以下に力率が低下する現象は、負荷ノード３３１に分散型電源Ｇが連系されている場合に生ずるものであることが図５を一例とする計測結果によって確認された。ただし、力率のしきい値Ｒには多少の幅があり、図示した0.75は一例である。
【００１７】
図６は、上述した力率のしきい値判定によって分散型電源の連系状態を推定するフローチャートである。
先ず、ステップＳＴ１１で実施の形態１と同様に、各計測点、例えば計測点３３４における電圧及び電流を計測する。次に、ステップＳＴ１２で電圧、電流から各計測点の有効潮流量及び無効潮流量を算出する。その後、ステップＳＴ１３で有効潮流量及び無効潮流量から各計測点の流入電力量及び無効電力量並びに力率を算出する。次に、ステップＳＴ１４で力率のしきい値判定を行ない、力率が例えば0.75以下かどうかをチェックする。力率が0.75以下である場合には、ステップＳＴ１５で負荷ノード３３１に分散型電源Ｇが連系されていると判断（推定）する。ステップＳＴ１４で力率が0.75以下でない場合には、分散型電源の連系なしと判断（推定）し、次のステップＳＴ１６で全ての計測点での推定処理が終了したかどうかをチェックし、終了しておれば処理を完了し、まだ終了していない場合には、ステップＳＴ１７で次の計測点の処理を開始し、同じ処理を全計測点について繰り返す。
【００１８】
実施の形態２は以上のように構成され、各計測点の力率のしきい値判定を行なうことにより、連系状態を推定するようにしているため、誘導負荷により遅れ力率もしくは力率改善コンデンサによって進み力率になっている配電系統に小容量分散型電源が連系され、配電系統に需要家側から系統に向かって潮流が発生しない場合でも、分散型電源の連系状態を推定することができる。
【００１９】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。この実施の形態においても、図１に示すように、配電線３３０上に複数個の計測点３３２〜３３５を設ける構成を基本とする。また、各計測点において計測された電圧及び電流にもとづいて実施の形態２と同様に力率を算出して状態推定に利用するが、この実施の形態では、力率改善コンデンサなどにより力率１に保たれた配電系統での力率を用いて分散型電源の連系状態を推定しようとするものである。
【００２０】
図７（ａ）は、全ての負荷ノードに分散型電源が連系されていない状態で、各計測点について実施の形態２と同様にして算出した力率をプロットした測定データで、横軸は有効電力、縦軸は無効電力を示す。また、図７（ｂ）は、特定の負荷ノード、例えば図１の負荷ノード３３１に分散型電源が連系されている場合の各計測点について算出した力率をプロットしたもので、図７（ａ）の計測とは時間断面が異なるため、同じ計測点についても力率が変化しているものが見られる。特に、図７（ｂ）にＤ、Ｅ、Ｆで示した力率は、無効電力はほとんど変化せずに有効電力のみが変化するという形で力率が変化している。
このように無効電力がほとんど変化せずに有効電力のみが変化するという形で力率が変化する現象は、例えば負荷ノード３３１に分散型電源Ｇが連系されている場合に生ずるものであることが図７（ａ）（ｂ）を一例とする計測結果によって確認されている。
【００２１】
図８は、上述した力率の時間経過に対する変化によって分散型電源の連系状態を推定するフローチャートである。
力率算出までのステップＳＴ２１〜ＳＴ２３は、図６のフローチャートにおけるステップＳＴ１１〜ＳＴ１３と同内容であるため説明を省略する。
次に、ステップＳＴ２４で各計測点において求めた力率を、その時点での力率として前時間断面外部記憶装置（図示せず）に記憶させる。続いて、ステップＳＴ２５で所定時間経過後に、次の時間断面での力率を各計測点についてステップＳＴ２１〜ＳＴ２４と同様に計測し記憶させて力率の変化を検出する。
次に、ステップＳＴ２６で力率の変化したデータのうち、有効電力が変化しているが無効電力があまり変化していないデータを検出する。該当データが検出された場合には、その計測点につながる負荷ノードに分散型電源が連系されていると判断（推定）し、該当データが検出されない場合には、分散型電源の連系ではなく負荷変動によるものと判断（推定）して処理を終了する。
【００２２】
実施の形態３は以上のように構成され、時間断面の違いによる力率の変化によって連系状態を推定するようにしているため、力率改善コンデンサ等により力率が１となっている配電系統に小容量分散型電源が連系され、配電系統に需要家側から系統に向かって潮流が発生しない場合でも、分散型電源の連系状態を推定することができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明に係る配電系統における分散型電源の連系状態推定方法は、配電系統に複数個の計測点を設定すると共に、上記各計測点における電流の方向あるいは電流値を計測し、隣接する計測点の電流方向あるいは電流値を比較することにより分散型電源の連系状態を推定するようにしたため、計測器が設置されていない分散型電源の連系状態を精度よく推定することができる。
【００２４】
この発明に係る配電系統における分散型電源の連系状態推定方法は、また、配電系統に複数個の計測点を設定すると共に、上記各計測点における力率を計測し、各計測点の力率が所定値以上か以下かを判定することにより分散型電源の連系状態を推定するようにしたため、誘導負荷により遅れ力率もしくは力率改善コンデンサによって進み力率になっている配電系統に小容量分散型電源が連系され、配電系統に需要家側から系統に向かって潮流が発生しない場合でも、分散型電源の連系状態を推定することができる。
【００２５】
この発明に係る配電系統における分散型電源の連系状態推定方法は、また、上記配電系統に複数個の計測点を設定すると共に、上記各計測点における力率を異なる時間断面で計測し、時間経過による力率の変化を検出することにより分散型電源の連系状態を推定するようにしたため、力率改善コンデンサ等により力率が１となっている配電系統に小容量分散型電源が連系され、配電系統に需要家側から系統に向かって潮流が発生しない場合でも、分散型電源の連系状態を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の配電系統の構成と状態推定の根拠となる現象を説明するための説明図である。
【図２】図１の配電系統に大容量の分散型電源が連系されている状態を示す説明図である。
【図３】図１の配電系統に中容量の分散型電源が連系されている状態を示す説明図である。
【図４】実施の形態１の状態推定手順を説明するフローチャートである。
【図５】この発明の実施の形態２のベースとなる測定データである。
【図６】実施の形態２の状態推定手順を説明するフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態３のベースとなる測定データである。
【図８】実施の形態３の状態推定手順を説明するフローチャートである。
【図９】従来の配電系統における状態推定システムの構成を示す概略線図である。
【図１０】従来の配電系統における状態推定の処理を概念的に示す図である。
【図１１】従来の配電系統における状態推定装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
３３０配電線、３３１負荷ノード、Ｌ需要家負荷、
３３２〜３３５計測点、 I_１、I_２計測点の電流、
I_Ｌ負荷ノードの流入電流、Ｇ分散型電源、
I_ＤＧ負荷ノードからの流出電流。

Claims

配電系統への分散型電源の連系状態を推定する方法において、上記配電系統に複数個の計測点を設定すると共に、隣接する計測点間に配設された負荷ノードからの流出電流の有無及び大きさにより上記隣接する計測点における電流の方向または電流値が変化することを利用して上記負荷ノードへの分散型電源の連系状態を推定するようにしたことを特徴とする配電系統における分散型電源の連系状態推定方法。
配電系統への分散型電源の連系状態を推定する方法において、上記配電系統に複数個の計測点を設定すると共に、上記各計測点における電圧及び電流を計測し、これらの電圧及び電流にもとづいて有効電力潮流量と無効電力潮流量を算出すると共に、これらにもとづいて各計測点の流入電力量及び無効電力量並びに力率を算出し、各計測点の力率が所定値以上か以下かを判定することにより分散型電源の連系状態を推定するようにしたことを特徴とする配電系統における分散型電源の連系状態推定方法。
配電系統への分散型電源の連系状態を推定する方法において、上記配電系統に複数個の計測点を設定すると共に、上記各計測点における力率を異なる時間断面で計測し、時間経過による力率の変化を検出すると共に、変化した力率のデータのうち、有効電力が変化しているが無効電力がほとんど変化していないデータが検出された時、その計測点に分散型電源が連系されたと判断することを特徴とする配電系統における分散型電源の連系状態推定方法。