JP5000952B2 - 負荷融通判定方法及び電圧融通判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、配電線の引出し口の電流及び電源の発電電流から配電線の負荷電流を計算する負荷電流計算方法及び負荷電流計算装置に関する。

従来、配電線の負荷電流（以下、配電線負荷電流という）を求める場合に、配電線の引出し口の電流（以下、引出し口電流という）と、分散型電源の発電電流（以下、分散型電源電流という）との合計値を計算し、当該合計値を各区間に按分していた。特許文献１には、当該計算を行う配電線の区間負荷算出装置が開示されている。
特開２００３−６１２４７号公報

しかしながら、昨今、マイクロガスタービンなどの分散型電源の普及に伴って、配電線に接続される分散型電源の台数が増加する傾向にある。そして、引出し口電流の力率と、分散型電源電流の力率とが大きく異なる場合もあるため、計算した配電線負荷電流に誤差が生じるという問題がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、配電線負荷電流を計算する上で、引出し口電流の力率と、電源電流の力率との相違による誤差をなくすことを主たる目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、第１の配電線における停電時に、第２の配電線から負荷を融通することが可能か否かを判定する負荷融通判定方法であって、前記停電時に前記第１の配電線の区間に融通すべき有効電流及び無効電流を取得する第１のステップと、前記第２の配電線の引出し口の有効電流及び無効電流を取得する第２のステップと、前記第２の配電線に接続された１以上の電源の有効電流及び無効電流を取得する第３のステップと、前記第１のステップで取得した前記区間に融通すべき有効電流及び無効電流と、前記第２のステップで取得した前記引出し口の有効電流及び無効電流と、前記第３のステップで取得した前記電源の有効電流及び無効電流とから、ベクトル演算により融通後の引出し口の有効電流及び無効電流を計算する第４のステップと、前記第４のステップで計算した前記融通後の引出し口の有効電流及び無効電流を成分とするベクトルの大きさにより、融通後の引出し口の電流値を計算する第５のステップと、前記第５のステップで計算した前記融通後の引出し口の電流値と、前記引出し口の電流値の上限値とを比較して、前記第２の配電線から前記区間への負荷融通が可能か否かを判定する第６のステップと、を含むことを特徴とする。

また、本発明の上記負荷融通判定方法において、前記第１のステップでは、前記第１の配電線の引出し口の有効電流及び無効電流を取得し、当該有効電流及び無効電流を前記第１の配電線の区間負荷比率で案分することにより、前記区間に融通すべき有効電流及び無効電流を計算することとしてもよい。

また、本発明は、第１の配電線における停電時に、第２の配電線から電圧を融通することが可能か否かを判定する電圧融通判定方法であって、前記第２の配電線の引出し口及び開閉器と、前記停電時に融通すべき前記第１の配電線の区間及び前記第２の配電線の区間を接続する開閉器とに流れる有効電流及び無効電流を取得する第１のステップと、前記第１のステップで取得した有効電流及び無効電流から各区間の有効電流及び無効電流を計算し、当該各区間の有効電流及び無効電流を成分とするベクトルの大きさにより、各区間の電流値を計算する第２のステップと、前記第２のステップで計算した各区間の電流値と、各区間のインピーダンス及び負荷力率とから、各区間の電圧降下を計算する第３のステップと、前記第３のステップで計算した各区間の電圧降下を合計して、前記第２の配電線の引出し口から前記第１の配電線の区間までの全体の電圧降下を計算する第４のステップと、前記第４のステップで計算した全体の電圧降下に基づいて、前記第２の配電線から前記第１の配電線の区間への電圧融通が可能か否かを判定する第５のステップと、を含むことを特徴とする。

その他、本願が開示する課題およびその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、配電線負荷電流を計算する上で、引出し口電流の力率と、分散型電源電流の力率との相違による誤差をなくすことができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。本発明の実施の形態に係る負荷電流計算装置は、配電線の各区間において電圧の位相のずれがないとみなすことにより、配電線の引出し口の電流と、分散型電源の発電電流とから、ベクトル演算により配電線の負荷電流を計算し、出力する装置である。

≪装置の構成と動作≫
図１は、負荷電流計算装置の構成例を示す図である。負荷電流計算装置１は、引出し口電流取得手段２、電源電流取得手段３、負荷電流計算手段４及び負荷電流出力手段５を含んで構成される。

引出し口電流取得手段２は、配電線において、変圧器に接続されたフィーダから電力の供給を受ける部分である引出し口を流れる電流（有効電流及び無効電流）の値を取得する。具体的には、引出し口又はその近傍に設置された電流計から直接取得してもよいし、当該電流計を見た電力会社の担当者が入力操作したデータを取得してもよい。電源電流取得手段３は、配電線に接続された分散型電源（発電機などの電源）が供給する電流（有効電流及び無効電流）の値を取得する。具体的には、分散型電源又はその近傍に設置された電流計から直接取得してもよいし、当該電流計を見た電力会社の担当者が入力操作したデータを取得してもよい。引出し口電流取得手段２及び電源電流取得手段３は、電流計から電流値を取得するインタフェース又は負荷電流計算装置１が備えるキーボードやマウスなどの入力機器によって実現される。

負荷電流計算手段４は、引出し口電流取得手段２が取得した引出し口電流の値と、電源電流取得手段３が取得した分散型電源電流の値とから、ベクトル演算により配電線負荷電流の値を計算する。各電流は、有効電流及び無効電流からなり、それぞれを加算することによってベクトル演算ができる。詳細は後記する。負荷電流計算手段４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によるプログラムの実行又はハードウェアとしての演算回路の動作によって実現される。負荷電流出力手段５は、負荷電流演算手段４が計算した配電線負荷電流を出力する。具体的には、負荷電流計算装置１が備えるディスプレイに表示してもよいし、ネットワークやその他のインタフェースを介して別の装置に出力してもよい。

図２は、負荷電流計算手段４が行うベクトル演算を説明する図である。図２（ａ）は、配電線の構成例を示す。配電線Ｌは、引出し口Ｆ、開閉器Ａ１及びＡ２により、区間Ｓ１、Ｓ２及びＳ３に区切られている。配電線Ｌの区間Ｓ２には、発電機（電源）Ｇが接続されている。引出し口Ｆを流れる電流は、ベクトルＩＦＣＢで示され、発電機Ｇから供給される電流は、ベクトルＩＧで示される。そして、配電線Ｌの区間Ｓ３を流れる負荷電流は、ベクトルＩＬで示される。なお、図２（ａ）では発電機Ｇが１つ示されているが、これに限定されることなく、２以上の電源が配電線Ｌに接続されていてもよい。

図２（ｂ）は、電流ベクトルの演算を示す。従来、配電線負荷電流ＩＬの大きさを、次の式１のように計算していた。
｜ＩＬ｜＝｜ＩＦＣＢ｜＋｜ＩＧ｜ ・・・式１

式１は、スカラー和を求めるものであり、引出し口電流ＩＦＣＢの力率と、分散型電源電流ＩＧの力率とが同じである、すなわち、図２（ｂ）におけるベクトルＩＦＣＢの傾きと、ベクトルＩＧの傾きとが同じである場合には、問題なく利用できる。ところが、電流の力率、すなわち、ベクトルの傾きが異なる場合には、式１によって求めた配電線負荷電流ＩＬの大きさは、誤差を含んだ値になる。

そこで、本発明の実施の形態では、配電線負荷電流ＩＬの大きさを、次の式２のように計算する。
｜ＩＬ｜＝｜ＩＦＣＢ＋ＩＧ｜ ・・・式２

式２は、ベクトル和を求めた後、その大きさを計算するものである。各ベクトルの有効電流の大きさを添え字ｒにより示し、無効電流の大きさを添え字ｉにより示し、虚数単位をｊとすれば、配電線負荷電流ＩＬの大きさは、式３のように求められる。
ＩＦＣＢ＝ＩＦＣＢｒ＋ｊ・ＩＦＣＢｉ
ＩＧ ＝ＩＧｒ ＋ｊ・ＩＧｉ
｜ＩＬ｜＝｜ＩＦＣＢｒ＋ＩＧｒ＋ｊ・（ＩＦＣＢｉ＋ＩＧｉ）｜
＝√｛（ＩＦＣＢｒ＋ＩＧｒ）^２＋（ＩＦＣＢｉ＋ＩＧｉ）^２｝ ・・・式３

なお、負荷電流出力手段５は、ベクトルＩＬ（有効電流及び無効電流）を出力してもよいし、ベクトルＩＬの大きさ｜ＩＬ｜を出力してもよい。負荷電流出力手段５がベクトルＩＬを出力するか、その大きさ｜ＩＬ｜を出力するかは、負荷電流出力手段５から出力を受ける側の当該出力データの使い方によって適宜変更可能である。

≪計算方法の効果≫
負荷電流計算装置１の負荷電流計算手段４が、従来スカラー演算していた配電線負荷電流を、ベクトル演算することにより、引出し口の電流の力率と、電源の電流の力率との相違が考慮されるので、精度よく計算することができる。これによれば、停電時の負荷融通において、従来は融通不可と判断されたとしても、融通可能と判断できる場合がある。そして、配電線の負荷を精度よく計算することによって、電圧計算を精度よく行うことができる。以下、そのような効果について、具体例を用いて説明する。

＜停電時の負荷融通の例＞
図３は、停電時の負荷融通の例を示す図である。配電線Ｌ１は、引出し口Ｆ１、開閉器Ａ１及びＡ２により、区間Ｓ１、Ｓ２及びＳ３に区切られている。配電線Ｌ１の区間Ｓ３には、発電機（電源）Ｇ１が接続されている。一方、配電線Ｌ２は、引出し口Ｆ２、開閉器Ａ３及びＡ４により、区間Ｓ４、Ｓ５及びＳ６に区切られている。配電線Ｌ２の区間Ｓ６には、発電機（電源）Ｇ２が接続されている。また、配電線Ｌ１の区間Ｓ３と、配電線Ｌ２の区間Ｓ６とは、開閉器Ａ５によって接続されている。

ここで、図３に示す配電系統において、配電線Ｌ１の区間Ｓ２で停電作業するために、区間Ｓ３の電力を配電線Ｌ２から融通する場合を考える。停電前の配電線Ｌ１、Ｌ２の引出し口電流を１００＋ｊ２０［Ａ］とし、発電機Ｇ１、Ｇ２の発電電流を３０−ｊ１０［Ａ］とする。この場合、配電線負荷電流は、配電線Ｌ１、Ｌ２ともに１３０＋ｊ１０［Ａ］となる。従来の計算方法では、引出し口電流が１０２．０（＝√（１００^２＋２０^２））［Ａ］、発電機電流が３１．６（＝√（３０^２＋１０^２））［Ａ］となり、スカラー和により配電線負荷電流は１３３．６［Ａ］となる。

配電線Ｌ１、Ｌ２の区間負荷比率を、区間Ｓ１：区間Ｓ２：区間Ｓ３＝区間Ｓ４：区間Ｓ５：区間Ｓ６＝０：１：１とする。この場合、配電線Ｌ２から融通すべき電流値は（１３０＋ｊ１０）÷２＝６５＋ｊ５［Ａ］であり、融通後の配電線Ｌ２の引出し口電流は、｜１３０＋ｊ１０＋６５＋ｊ５｜＝√（１９５^２＋１５^２）＝１９５．６［Ａ］となる。従来の計算方法では、配電線Ｌ２から融通すべき電流値は１３３．６÷２＝６６．８［Ａ］であり、融通後の配電線Ｌ２の引出し口電流は、１３３．６＋６６．８＝２００．４［Ａ］となる。

配電線Ｌ２の引出し口電流の上限値が２００［Ａ］であった場合、従来の計算方法では２００．４＞２００となって融通不可であると判断されたが、本発明の実施の形態では１９５．６＜２００となって融通可能であると判断され、より効率よく配電系統を運用することが可能になる。なお、配電線Ｌ２から配電線Ｌ１の区間Ｓ３に電力の融通を受ける場合には、区間Ｓ３に接続された発電機Ｇ１及び区間Ｓ６に接続された発電機Ｇ２は解列（停止）するので、融通後の引出し口電流は、発電機Ｇ１及び発電機Ｇ２が解列された状態で計算している。

＜電圧判定の例その１＞
図４は、電圧降下を計算して、電圧が融通できるか否かを判定する（電圧判定の例）を示す図である。配電線Ｌ１、Ｌ２の構成は、図３と同様である。ただし、発電機Ｇ１、Ｇ２は、解列状態であるとされ、図示されていない。この場合、電圧降下は、次の式４により表される。
ΔＶ≒Ｉ（Ｒｃｏｓθ＋Ｘｓｉｎθ）×√３ ・・・式４
（Ｒ：インピーダンスの抵抗成分、
Ｘ：インピーダンスのリアクタンス成分、
ｃｏｓθ：負荷力率）

本例では、配電線の各区間のインピーダンスをＲ＋ｊＸ＝０．５＋ｊ１．５［Ω］として融通時（発電機解列状態）の電圧降下を計算する。また、負荷力率は配電線ごとに定義されており、０．９９として計算する。

従来の計算方法では、次のようになる。区間Ｓ４の電圧降下は、２００．４×（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）×√３＝２４４．７［Ｖ］になる。区間Ｓ５の電圧降下は、（２００．４＋１３３．６）／２×（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）×√３＝２０３．９［Ｖ］になる。区間Ｓ６の電圧降下は、（１３３．６＋６６．８）／２×（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）×√３＝１２２．４［Ｖ］になる。区間Ｓ３の電圧降下は、６６．８／２×（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）×√３＝４０．８［Ｖ］になる。全体での電圧降下は、２４４．７＋２０３．９＋１２２．４＋４０．８＝６１１．８［Ｖ］になる。送電端電圧を６７００［Ｖ］とすると、末端の電圧は、６７００−６１１．８＝６０８８．２［Ｖ］となる。

本発明の実施の形態に係る計算方法では、次のようになる。区間Ｓ４の平均区間電流は｜１９５＋ｊ１５｜＝１９５．６［Ａ］になり、電圧降下は１９５．６×（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）×√３＝２３８．８［Ｖ］になる。区間Ｓ５の平均区間電流は｜（１９５＋ｊ１５＋１３０＋ｊ１０）／２｜＝１６３．０［Ａ］になり、電圧降下は１６３．０×（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）×√３＝１９９．０［Ｖ］になる。区間Ｓ６の平均区間電流は｜（１３０＋ｊ１０＋６５＋ｊ５）／２｜＝９７．８［Ａ］になり、電圧降下は９７．８×（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）×√３＝１１９．４［Ｖ］になる。区間Ｓ３の平均区間電流は｜（６５＋ｊ５）／２｜＝３２．６になり、電圧降下は３２．６×（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）×√３＝３９．８［Ｖ］になる。全体での電圧降下は、２３８．８＋１９９．０＋１１９．４＋３９．８＝５９７．０［Ｖ］となる。送電端電圧を６７００［Ｖ］とすると、末端の電圧は、６７００−５９７．０＝６１０３．０［Ｖ］となる。

これによれば、６１０３．０＞６０８８．２であり、本発明の実施の形態に係る計算方法の結果は従来の計算方法の結果に比べて電圧降下が小さく、末端の電圧が高くなるので、従来の計算方法では電圧降下が大きく、末端の電圧が低くて融通不可であったとしても、本発明の実施の形態に係る計算方法では融通可能であると判断できる場合がある。

＜電圧判定の例その２＞
前記電圧判定の例その１では、電圧降下をスカラー演算していたが、これをベクトル演算することによって、さらに精度を上げることができる。この場合、電圧降下は、次の式５により表される。

本発明の実施の形態に係る計算方法では、次のようになる。区間Ｓ４の電圧降下は、１９５．６×｛（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）＋ｊ（１．５×０．９９−０．５×０．１４）｝×√３＝２３８．８＋ｊ４７９．４［Ｖ］となる。区間５の電圧降下は、１６３．０×｛（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）＋ｊ（１．５×０．９９−０．５×０．１４）｝×√３＝１９９．０＋ｊ３９９．５［Ｖ］となる。区間６の電圧降下は、９７．８×｛（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）＋ｊ（１．５×０．９９−０．５×０．１４）｝×√３＝１１９．４＋ｊ２３９．７［Ｖ］となる。区間３の電圧降下は、３２．６×｛（０．５×０．９９＋１．５×０．１４）＋ｊ（１．５×０．９９−０．５×０．１４）｝×√３＝３９．８＋ｊ７９．９［Ｖ］となる。

全体での電圧降下は、以上のベクトル和であり、５９７．０＋ｊ１１９８．５となる。送電端電圧を６７００［Ｖ］とすると、末端の電圧は、｜６７００−５９７．０−ｊ１１９８．５｜＝６２１９．６［Ｖ］となる。

以上説明した計算方法の効果によれば、短期的には停電を減少させることができ、長期的には停電の対策費用を抑制することができる。

以上説明した本発明の実施の形態によれば、負荷電流計算装置１の負荷電流計算手段４が、引出し口電流と、分散型電源電流とから配電線負荷電流を計算するにあたって、引出し口電流の力率及び電源電流の力率を考慮して、電流の合計値をベクトル演算で求めることによって、引出し口電流の力率と、分散型電源電流の力率とが大きく異なる場合であっても、配電線負荷電流を正しく求めることができる。配電線負荷電流が正しく分かれば電圧降下も正しく分かるので、当該電圧降下の値に基づいて電力供給の可否を判断する場合にも、ベクトル演算を有効に適用することができる。すなわち、従来スカラー演算により配電線負荷電流を求めていた場合には、配電線負荷電流を過大評価した結果、必要な電力供給ができないと判断していたところ、本発明の実施の形態ではベクトル演算により配電線負荷電流を正確に評価することによって電力供給ができるという判断が可能になる。

また、本発明の実施の形態を、電圧の位相のずれを考慮した厳密な計算方法（ＡＣ法潮流計算など）と比較すると、配電線の各区間において電圧の位相のずれがないとみなすことにより簡単な計算で配電線負荷電流を求めるので、プログラミングや演算回路の設計が容易にでき、メモリなどの資源が少なくて済む。従って、これを実現する装置（負荷電流計算装置１）を簡単な構成にすることができ、計算処理を高速に行うことができる。これによれば、停電作業などのために電力を融通する場合に、迅速に対応することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

本発明の実施の形態に係る負荷電流計算装置の構成例を示す図である。 負荷電流計算装置の負荷電流計算手段が行うベクトル演算を説明する図であり、（ａ）は配電線の構成例を示し、（ｂ）は電流ベクトルの演算を示す。 停電時の負荷融通の例を示す図である。 電圧判定の例を示す図である。

符号の説明

１ 負荷電流計算装置
２ 引出し口電流取得手段
３ 電源電流取得手段
４ 負荷電流計算手段
５ 負荷電流出力手段
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２ 配電線
Ｇ、Ｇ１、Ｇ２ 発電機（電源）

Claims (3)

1. 第１の配電線における停電時に、第２の配電線から負荷を融通することが可能か否かを判定する負荷融通判定方法であって、
   前記停電時に前記第１の配電線の区間に融通すべき有効電流及び無効電流を取得する第１のステップと、
   前記第２の配電線の引出し口の有効電流及び無効電流を取得する第２のステップと、
   前記第２の配電線に接続された１以上の電源の有効電流及び無効電流を取得する第３のステップと、
   前記第１のステップで取得した前記区間に融通すべき有効電流及び無効電流と、前記第２のステップで取得した前記引出し口の有効電流及び無効電流と、前記第３のステップで取得した前記電源の有効電流及び無効電流とから、ベクトル演算により融通後の引出し口の有効電流及び無効電流を計算する第４のステップと、
   前記第４のステップで計算した前記融通後の引出し口の有効電流及び無効電流を成分とするベクトルの大きさにより、融通後の引出し口の電流値を計算する第５のステップと、
   前記第５のステップで計算した前記融通後の引出し口の電流値と、前記引出し口の電流値の上限値とを比較して、前記第２の配電線から前記区間への負荷融通が可能か否かを判定する第６のステップと、
   を含むことを特徴とする負荷融通判定方法。
2. 請求項１に記載の負荷融通判定方法であって、
   前記第１のステップでは、
   前記第１の配電線の引出し口の有効電流及び無効電流を取得し、当該有効電流及び無効電流を前記第１の配電線の区間負荷比率で案分することにより、前記区間に融通すべき有効電流及び無効電流を計算する
   ことを特徴とする負荷融通判定方法。
3. 第１の配電線における停電時に、第２の配電線から電圧を融通することが可能か否かを判定する電圧融通判定方法であって、
   前記第２の配電線の引出し口及び開閉器と、前記停電時に融通すべき前記第１の配電線の区間及び前記第２の配電線の区間を接続する開閉器とに流れる有効電流及び無効電流を取得する第１のステップと、
   前記第１のステップで取得した有効電流及び無効電流から各区間の有効電流及び無効電流を計算し、当該各区間の有効電流及び無効電流を成分とするベクトルの大きさにより、各区間の電流値を計算する第２のステップと、
   前記第２のステップで計算した各区間の電流値と、各区間のインピーダンス及び負荷力率とから、各区間の電圧降下を計算する第３のステップと、
   前記第３のステップで計算した各区間の電圧降下を合計して、前記第２の配電線の引出し口から前記第１の配電線の区間までの全体の電圧降下を計算する第４のステップと、
   前記第４のステップで計算した全体の電圧降下に基づいて、前記第２の配電線から前記第１の配電線の区間への電圧融通が可能か否かを判定する第５のステップと、
   を含むことを特徴とする電圧融通判定方法。

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