JP5065879B2 - 配電系統運用システムとその方法 - Google Patents

Description

本発明は、大口需要家を含む配電系統に電力を供給するための配電系統の構成および運用に関するものである。

配電系統の構成としては、樹枝状方式、ループ方式、スポットネットワーク方式など（例えば、非特許文献１参照）がある。このうち、樹枝状方式は、特定地域を除く多くの地域で採用されている。

また、ループ方式は、配電線を開閉器（ループ点開閉器）で連系して環状の形態とする方式であり、連系する両配電線の負荷特性が異なる場合には、常時閉路ループとすることによって電流分布が改善され、電圧降下、電力損失が少なく融通性も高くなるという利点がある。

このループ方式には、ループ点開閉器を常時開路しておき、故障発生時または作業停電時にこれを自動投入して逆送する常時開路ループ方式と、ループ点開閉器を常時閉路しておく常時閉路ループ方式とがあるが、さらに、ループ線路を複数個組み合わせた多重ループ方式も考えられている。但し、非特許文献1にも記載されているように、わが国の現状では、ループ方式とする場合、概して、高感度選択接地保護方式を採用可能な常時開路ループ方式で運転されており、常時閉路ループとすることによる前記の利点を活かしきれていないことが多い。

一方、配電系統における電圧調整は、大別すると、変電所送出電圧の調整、線路電圧の調整、需要家受電端の電圧調整に分類できる。現在、変電所送出電圧の調整には、母線電圧一括調整方式が主として用いられ、その具体的な方式としては、負荷変動に応じて送出電圧を調整する線路電圧降下補償器（ＬＤＣ）方式などがあり、電圧調整装置としては、負荷時タップ切換変圧器（ＬＲＴ）や負荷時電圧調整器（ＬＲＡ）などが採用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

線路電圧の調整については、亘長が長く電圧降下が大きい配電線では、ステップ式自動電圧調整器（ＳＶＲ）などの線路電圧調整器が用いられるが、他にも、電力用コンデンサ（ＳＣ）や静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）などを用いて、配電線に流れる無効電力を調整することにより電圧調整を行う場合もある（例えば、特許文献４参照）。需要家受電端の電圧は、柱上変圧器タップ等により調整される（例えば、特許文献５参照）。

なお、配電系統の構成が樹枝状方式の場合、需要変動パターンが大きく異なる配電線がある配電系統では、配電線間で電圧降下に差があり、前記の母線電圧一括調整方式では全ての配電線の電圧を同じ適正値に維持するのは難しい。また、分散型電源が連系する線路がある配電系統においても、分散型電源が連系する線路と分散型電源がない線路とで電圧降下に差が生じ、同じ適正値に維持することが難しい場合がある。

ところで、配電系統内の需要家として、近年、郊外の大型ショッピングモールに代表されるような大口需要家が増える傾向にあるが、そのような大口需要家からの新規申込みがあった場合、供給電圧の決定は、通常、契約容量によって判断されることが多い。また、大口需要家からの新規申込みに対して、配電線路の新設が必要となる場合は、一般的には、供給電圧が高く、配電線亘長が長いほど建設コストが掛かり、建設期間も長くなる傾向がある。このため、安価に、かつ、短期間に配電線路を新設する一つの方法として、なるべく下位の供給電圧の配電線路により電力供給する方法が考えられる。

特開２００３−９２８２８ 特開平９−２８０３７ 特開平７−１６３０５１ 特開２００４−２６６９１５ 特開２００５−３４１６６８ 電気工学ハンドブック第６版、電気学会編、オーム社、２００１年２月、ISBN:4886860125

しかしながら、上記のような従来技術には、次のような問題点があった。まず、大口需要家を含む配電系統に電力供給を行う場合、従来の樹枝状方式で供給可能な送電容量は、配電線として用いられる架空ケーブルや電線の仕様により限られ、その容量以上の需要家に対しては電力供給できない。これに対し、ループ方式として環状の形態をとれば、樹枝状方式に比べて送電容量は確保できるが、ループ化する両配電線の需要変動パターンや線路インピーダンスが相違する場合には、負荷電流が一方の配電線に偏って許容値を超過する問題が生じる。

特に、従来の想定以上の大口需要家に対して電力供給することになると、大口需要家を含む配電線と他の配電線との需要変動パターンが異なる場合、電圧降下の差が従来以上となり、従来のＬＤＣ方式などの母線電圧一括調整方式では、全ての配電線の電圧を同じ適正値に維持するのは従来以上に困難になることが予想される。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、従来の想定以上の大口需要家を含む配電系統に対して電力供給が可能で、かつ、配電線全体の電圧を適正値に維持して安定的な配電系統運用を可能とする配電系統運用システムとその方法を提供することである。

本発明は、複数の配電線を多重ループ化するという着想に基づき提案されたものであり、以下のような技術的特徴を有するものである。

請求項１に記載の配電系統運用システムは、大口需要家を含む配電系統に電力を供給する配電系統運用システムにおいて、配電系統の複数の配電線を、各配電線に設けた配電線連係用の遮断器を介して連係させることにより構成された多重ループと、配電系統の電圧を制御する電圧監視制御装置を備えたことを特徴とするものであり、特に、多重ループの構成とそれに応じた電圧監視制御装置の機能に特徴を有するものである。ここで、電圧監視制御装置は、前記配電系統の複数のノードの電圧および電流の計測情報と、予め保有している配電線の線路インピーダンスおよび負荷情報に基づき、当該配電系統の配電線全体の電圧が適正範囲内であるか否かを評価し、適正範囲内でない場合に当該配電系統に設置された電圧調整機器を制御することにより配電系統の電圧を制御する装置である。また、多重ループは、分岐負荷がない配電線と分岐負荷がある配電線を含む。そして、電圧監視制御装置は、前記多重ループを構成する複数の配電線のうち、前記分岐負荷がある配電線に対して前記分岐負荷がない配電線の電圧の適正範囲を拡大して前記配電系統の電圧を制御するように構成される。

請求項８に記載の配電系統運用方法は、請求項１に記載の配電系統運用システムを、方法の観点から把握したものである。

以上のような特徴を有する本発明によれば、まず、配電線を多重ループ化することにより、従来の想定以上の大口需要家を含む配電系統に対して十分な送電容量を確保することが可能となる。また、配電系統の複数のノードの電圧および電流の計測情報に基づき、配電線全体の電圧を評価し、評価結果に応じて配電系統の電圧調整機器を制御することにより、配電線全体の電圧制御が容易となるため、各配電線の需要変動パターンが大きく異なる場合でも、ＬＤＣ方式などの母線電圧一括調整方式による電圧制御に比べて、全ての配電線の電圧を適正範囲内に維持可能となり、安定的な配電系統運用を行うことができる。

また、新規の大口需要家に対して配電系統設備を新設するような場合、大口需要家との契約容量や、配電用変電所から大口需要家までの配電線路の亘長によっては、従来の供給電圧より低い電圧階級の配電線を多重ループ化して電力供給した方が、建設コストが安くなり、また、建設期間も短くなる、という利点も得られる。

さらに、請求項１、８に記載の発明によれば、分岐負荷がない配電線と分岐負荷がある配電線を含む多重ループを構成して、この多重ループのうち、分岐負荷がない配電線の電圧の適正範囲を拡大して配電系統の電圧を制御することにより、配電系統全体の電圧制御における制約条件が緩和されるため、分岐負荷がある配電線のみを多重ループ化した場合に比べて配電系統全体の電圧調整が容易になる。

また、請求項１、８に記載の発明において、分岐負荷がない配電線は、新設の配電線であってもよいため、大口需要家からの新規申込みに対応するための配電線設備の工事を他の需要家に影響を与えることなく実施可能であり、新規申込みに素早く対応できる。

本発明によれば、配電線を多重ループ化するとともに、配電系統の複数のノードの電圧および電流の計測情報に基づき、配電線全体の電圧を評価し、評価結果に応じて配電系統の電圧調整機器を制御することにより、従来の想定以上の大口需要家を含む配電系統に対して電力供給が可能で、かつ、配電線全体の電圧を適正値に維持して安定的な配電系統運用を可能とする配電系統運用システムとその方法を提供することができる。

［第１の実施形態］
［構成］
図１は、本発明を適用した第１の実施形態に係る配電系統運用システムを示す構成図である。この図１に示す配電系統運用システムにおいては、一例として、分岐負荷がある配電線と分岐負荷がない配電線を含む３回線の配電線を多重ループ化してループ系統を構成した場合を示している。なお、本実施形態におけるループ系統の構成の特徴は、分岐負荷がある配電線と分岐負荷がない配電線を含む配電線を多重ループ化する点であるが、ループ系統を構成する回線数や分岐負荷の有無に係る配電線の組み合わせは自由に選択可能である。

図１に示す配電系統運用システムにおいて、配電系統は、配電用変電所の電圧調整機能を備えた配電用変圧器１に、配電用変電所母線２を介して、複数の配電線３ａ〜３ｄを接続して構成されており、このうち、３回線の配電線３ａ〜３ｃは、ループ系統の母線４により多重ループ化され、ループ系統を構成している。

なお、上記および以降の説明において、添え字のアルファベット文字の「ａ」、「ｂ」、「ｃ」は、ループ系統を構成する配電線またはそこに設けられた要素を回線ごとに区別して示し、「ｄ」はループ系統以外の配電線またはそこに設けられた要素であることを示している。また、これらの添え字のアルファベット文字は、個々の配電線の区別が不要な場合には適宜省略する。

ループ系統を構成する３回線の配電線３ａ〜３ｃのうち、２回線の配電線３ｂ，３ｃは、配電用変電所母線２からループ点となるループ系統の母線４までの間に分岐負荷がない配電線であり、残りの配電線３ａには、配電用変電所母線２からループ点となるループ系統の母線４までの間に分岐負荷となる負荷線５が設けられている。具体的には、負荷線５がない配電線３ｂ，３ｃは、例えば、新設の配電線とすることができ、これらの新設の配電線３ｂ，３ｃと、負荷線５がある既存の配電線３ａとでループ系統を構成することができる。

図中６はループ系統を構成する配電線３のインピーダンス、７は、複数の配電線３を配電用変電所母線２に接続する配電用変電所の遮断器である。また、８は、ループ系統を構成する配電線３ａ〜３ｃをループ系統の母線４に接続する遮断器であり、このループ系統の遮断器８は、配電線３の電圧、電流等の物理量を計測する計測機能を備えている。

図中９は、各配電線３の電圧を制御する電圧制御機器であり、各配電線３の電圧、電流等の物理量を計測する計測機能を備えている。また、図中１０は、線路の電圧、電流等を計測する計測機能を備えた開閉器または遮断器である。具体的な電圧制御機器９としては、例えば、ステップ式自動電圧調整器（ＳＶＲ）、電力用コンデンサ（ＳＣ）、あるいは、静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）などが使用される。

図１においては、電圧制御機器９の配置接続構成の一例として、各１つの電圧制御機器９ａ〜９ｃが、ループ系統を構成する各配電線３ａ〜３ｃの中間付近にそれぞれ接続されると共に、１回線の配電線３ａのループ外部の一端には、もう１つの電圧制御機器９ａが接続されてなる構成が示されている。なお、図１に示すこのような電圧制御機器９の配置接続構成は、単なる一例にすぎず、各配電線に対する電圧制御機器の接続箇所は、他にも、例えば、配電用変電所の遮断器付近やループ点付近等、配電線における任意の地点に自由に接続可能である。

図中１１は大口需要家の受電設備である。なお、説明の簡略化の観点から、以降の説明中では、大口需要家１１と適宜略称する。１２は大口需要家１１をループ系統の母線４に接続する開閉装置、１３は大口需要家１１の力率を改善するための調相設備である。

図中１４は配電用変電所の電流変成器（ＣＴ）、１５は配電用変電所の電圧変成器（ＶＴ）、１６は電圧監視制御装置、１７は配電線３に設けられたインピーダンス調整装置である。なお、図１において、各インピーダンス調整装置１７ａ〜１７ｃは、配電用変電所の遮断器７ａ付近に接続されているが、これは単なる一例にすぎず、各配電線に対するインピーダンス調整装置の接続箇所は、他にも、例えば、配電線の中間付近やループ点付近等、配電線における任意の地点に自由に接続可能である。また、図中２００は通信ネットワーク、３００は配電用変電所の上位の電力系統を示す。

なお、電圧監視制御装置１６と、配電用変圧器１、遮断器８、電圧制御機器９、開閉器または遮断器１０、電流変成器１４、電圧変成器１５は通信ネットワーク２００で繋がっており、計測値や制御指令を送受信できる。

ここで、電圧監視制御装置１６は、配電系統の複数のノードの電圧および電流の計測情報と、予め保有している配電線の線路インピーダンスおよび負荷情報に基づき、当該配電系統の配電線全体の電圧が適正範囲内であるか否かを評価し、適正範囲内でない場合に当該配電系統に設置された電圧調整機器（配電用変圧器１、電圧制御機器９等）を制御することにより配電系統の電圧を制御する制御機能を有する。

ここで、「ノード」とは、配電の分野で一般的に使用されている用語であり、配電系統上の開閉器設置地点、電圧調整機器設置地点、配電線の末端地点等の、構成上の変移点を示している。

この電圧監視制御装置１６は、具体的には、各種メモリ等の記憶装置、ＣＰＵ等の演算処理用ハードウェア、キーボードやマウス、ディスプレイやプリンタ等の入出力装置、通信制御装置、等を基本的に有するコンピュータにより構成される。そして、電圧監視制御装置１６の上記の制御機能は、コンピュータが基本的に有するＣＰＵなどの演算処理用ハードウェアと、電圧監視制御用に特化された制御プログラムの組み合わせ等により実現される。

［動作］
以上のような第１の実施形態に係る配電系統運用システムの平常時の動作の概略は次の通りである。

まず、計測機能を備えた各機器（遮断器８、電圧制御機器９、開閉器または遮断器１０）および配電用変電所の電流変成器１４、電圧変成器１５などの配電系統の複数のノードにおいて、配電系統の電圧、電流を時々刻々と計測し、その計測値を通信ネットワーク２００を介して電圧監視制御装置１６に送信する。

電圧監視制御装置１６では、配電系統全体から収集した電圧と電流の計測値を用いて、配電系統内の電圧が適正値となっているか評価する。適正値となっている場合には、配電系統の電圧監視をそのまま継続する。これに対し、配電系統内の適正値になっていない場合には、電圧監視制御装置１６は、電圧が適正値となるように、配電系統の電圧調整機器、すなわち、図１中では、電圧調整機能を備えた配電用変圧器１と各配電線の電圧制御機器９の制御量を算出し、算出した制御量を含む制御指令をそれらの機器１，９へ送信する。制御指令を受信した配電用変圧器１および電圧制御機器９では、その制御指令に応じて、配電系統の電圧が適正値となるように電圧制御を実施する。

なお、ループ系統を構成する配電線のうち、配電線３ｂ，３ｃには負荷線５がないため、これらの配電線３ｂ，３ｃ内の線路電圧は大口需要家受電端において適正値になっていれば問題はない。したがって、これらの分岐負荷がない配電線３ｂ，３ｃ内の線路電圧の制御は、分岐負荷がある配電線３ａに対して拡大可能である。例えば、電圧監視制御装置１６は、これらの配電線３ｂ，３ｃ内の線路電圧の制御における電圧の適正範囲を、電気設備に関する技術基準を定める省令で規定する高圧電圧の範囲内（６００Ｖ＜Ｖ≦７，０００Ｖ）として電圧の制御を行う。

また、ループ系統を構成する各配電線３ａ〜３ｃに設けた各インピーダンス調整装置１７ａ〜１７ｃにより、これらの配電線３ａ〜３ｃの負荷電流を均等化するように、各配電線３ａ〜３ｃのインピーダンスが調整される。インピーダンス調整装置１７ａ〜１７ｃは、抵抗分やインダクタンス分を変更することによりインピーダンスを調整する装置であり、周知の技術である。

図２は、以上のような本実施形態に係る配電系統運用システムにおける電圧監視制御装置１６の処理フローの一例を示すフローチャートである。この図２に示すように、電圧監視制御装置１６はまず、計測機能を備えた各機器（遮断器８、電圧制御機器９、開閉器または遮断器１０）および配電用変電所の電流変成器１４、電圧変成器１５などの配電系統の複数のノードにおいて、時々刻々と計測した電圧、電流の計測値を、通信ネットワーク２００を介して収集する（Ｓ０１）。

電圧監視制御装置１６は、受信した配電系統の複数のノードの電圧、電流と、あらかじめ保有している配電線の線路インピーダンス、負荷情報から、配電線全体の電圧分布を推定して（Ｓ０２）、配電線全体の電圧が適正範囲内であるか否かを評価する（Ｓ０３）。この評価結果において、電圧が適正範囲を逸脱する配電線がある場合（Ｓ０３のＮＯ）に、電圧監視制御装置１６は、その配電線内の電圧制御機器９の制御量を算出し、算出した制御量を含む制御指令を、通信ネットワーク２００を介してその電圧制御機器９に送信する（Ｓ０４）。その結果、制御指令を受信した電圧制御機器９は、その制御指令に応じて、配電系統の電圧が適正値となるように電圧制御を実施する。

電圧監視制御装置１６は、制御指令の送信により、電圧制御機器９による電圧制御が実施された後の当該配電線の電圧が適正範囲内であるか否かを評価し（Ｓ０５）、当該配電線の電圧が適正範囲とならない場合（Ｓ０５のＮＯ）は、電圧制御機器９が制御限界に達するまで（Ｓ０６のＮＯ）、制御指令の送信（Ｓ０４）と配電線電圧の評価（Ｓ０５）を繰り返す。

なお、電圧制御機器９が制御限界に達しても電圧が適正範囲とならない場合（Ｓ０６のＹＥＳ）、電圧監視制御装置１６は、配電用変圧器１の制御量であるタップ調整量を算出し、このタップ調整量を含むタップ調整指令を、通信ネットワーク２００を介して配電用変圧器１に送信する（Ｓ０７）。その結果、タップ調整指令を受信した配電用変圧器１は、そのタップ調整指令に応じて、配電系統の電圧が適正値となるようにタップ調整による電圧制御を実施する。

電圧監視制御装置１６は、以上のような一連の処理（Ｓ０１〜Ｓ０７）を、配電系統全体の電圧が適正範囲となるまで繰り返し、配電系統全体の電圧が適正範囲となった時点（Ｓ０２のＹＥＳ、または、Ｓ０５のＹＥＳ）で、一連の処理（Ｓ０１〜Ｓ０７）を終了する。

［効果］
以上のような第１の実施形態に係る配電系統運用システムによれば、次のような効果が得られる。

まず、配電線を多重ループ化することにより、従来の想定以上（例えば、４５００ｋＶＡ以上）の大口需要家を含む配電系統に対して十分な送電容量を確保することが可能となる。また、配電系統の複数のノードの電圧および電流の計測情報に基づき、配電線全体の電圧を評価し、評価結果に応じて配電系統の電圧調整機器を制御することにより、配電線全体の電圧制御が容易となるため、各配電線の需要変動パターンが大きく異なる場合でも、ＬＤＣ方式などの母線電圧一括調整方式による電圧制御に比べて、全ての配電線の電圧を適正範囲内に維持可能となり、安定的な配電系統運用を行うことができる。

また、新規の大口需要家に対して配電系統設備を新設するような場合、大口需要家との契約容量や、配電用変電所から大口需要家までの配電線路の亘長によっては、従来の供給電圧より低い電圧階級の配電線を多重ループ化して電力供給した方が、建設コストが安くなり、また、建設期間も短くなる、という利点も得られる。

特に、本実施形態によれば、分岐負荷がない配電線と分岐負荷がある配電線を含む多重ループを構成して、この多重ループのうち、分岐負荷がない配電線の電圧の適正範囲を拡大して配電系統の電圧を制御することにより、配電系統全体の電圧制御における制約条件が緩和されるため、分岐負荷がある配電線のみを多重ループ化した場合に比べて配電系統全体の電圧調整が容易になる。

また、分岐負荷がない配電線は、新設の配電線であってもよいため、大口需要家からの新規申込みに対応するための配電線設備の工事を他の需要家に影響を与えることなく実施可能であり、新規申込みに素早く対応できる。

さらに、ループ系統を構成する各配電線にインピーダンス調整装置を設けているため、各インピーダンス調整装置により各配電線のインピーダンスを調整して配電線の負荷電流の均等化を図ることができる。

［配電線負荷電流均等化の変形例］
上述した第１の実施形態においては、ループ系統を構成する各配電線３ａ〜３ｃに設けた各インピーダンス調整装置１７ａ〜１７ｃにより、これらの配電線３ａ〜３ｃの負荷電流を均等化するように、各配電線３ａ〜３ｃのインピーダンス６ａ〜６ｃを調整する手法を適用した場合について説明した。しかし、ループ系統を構成する配電線の負荷電流を均等化するためのインピーダンス調整機能は、インピーダンス調整装置を使用する手法に限らず、他の手法によっても実現可能である。

インピーダンス調整機能を実現する一つの手法として、ループ系統を構成する配電線に、電気的仕様（電線の抵抗分、インダクタンス分、対地静電容量等）が互いに異なる複数種類の電線を用いることによりインピーダンス調整機能を実現してもよい。すなわち、図１において、ループを構成する各配電線３ａ〜３ｃの各インピーダンス６ａ〜６ｃを、互いに電気的仕様が異なる複数種類の電線を用いることにより調整してもよい。例えば、インピーダンス６ａを実現する電線にはアルミ電線を用い、インピーダンス６ｂと６ｃを実現する電線には架空ケーブルを用いるなどの構成が考えられる。

インピーダンス調整機能を実現する別の手法として、ループ系統を構成する同一の配電線内で電気的仕様が互いに異なる電線を用いることにより、インピーダンス調整機能を実現してもよい。図３は、第１の実施形態の変形例として、ループ系統を構成する同一の配電線内で電気的仕様が異なる複数種類の電線を用いた場合の配電系統運用システムの一例を示す構成図であり、この図３において、１８，１９は互いに電気的仕様が異なる電線を示す。例えば、配電用変電所の遮断器７からループ点までの中間点で電線を変えて、配電用変電所側の電線１８ａ〜１８ｃには架空ケーブルを用い、ループ点側の電線１９ａ〜１９ｃにはアルミ電線を用いるなどの構成が考えられる。

なお、電線に架空ケーブルを用いると、アルミ電線などに比べて対地静電容量が大きくなるので、電圧維持効果の向上が期待できる。また、架空ケーブルは、アルミ電線などに比べて絶縁性が高いので、複数回線を同一電柱に敷設しやすいなどの利点も得られる。

一方、ループ系統を構成する配電線の負荷電流を均等化するための手法は、インピーダンス調整機能を持たせる手法に限らず、配電線の位相を調整する位相調整機能を持たせる手法を採用してもよい。図４は、第１の実施形態の変形例として、ループ系統を構成する各配電線に、位相調整装置を接続した場合の配電系統運用システムの一例を示す構成図である。この図４において、ループ系統を構成する各配電線３ａ〜３ｃの各位相調整装置２０ａ〜２０ｃは、一例として、配電用変電所の遮断器７近傍に接続されているが、これは単なる一例にすぎず、各配電線に対する位相調整装置の接続箇所は、他にも、例えば、配電線の中間付近やループ点付近等、配電線における任意の地点に自由に接続可能である。また、位相調整装置の具体的な構成は自由に選択可能であり、例えば、移相調整変圧器などの既存システムを用いてもよい。

［電圧制御機器配置の変形例］
上述した第１の実施形態においては、ループ系統を構成する各配電線３ａ〜３ｃに電圧制御機器９ａ〜９ｃをそれぞれ設けて配電線毎に線路電圧を制御できるように構成したが、本発明はこれに限らず、図５に示すような構成も可能である。ここで、図５は、第１の実施形態の変形例として、ループ系統を構成する一部の配電線にのみ電圧制御機器を設けた場合の配電系統運用システムの一例を示す構成図である。すなわち、図５において、ループ系統を構成する配電線に設けられた電圧制御機器は、１回線の配電線３ａのループ外部の一端に接続された１つの電圧制御機器９ａのみとなっている。

この図５に示すようなループ系統の構成は、例えば、配電用変電所母線からループ点までの線路亘長が比較的短く、電圧維持がしやすい系統などにおいて適用可能であり、ループ系統内の電圧制御機器をなくして、構成機器の簡素化を図ることも可能である。

［第２の実施形態］
［構成］
図６は、本発明を適用した第２の実施形態に係る配電系統運用システムを示す構成図である。この図６に示す配電系統運用システムにおいては、一例として、分岐負荷がある配電線のみからなる３回線の配電線を多重ループ化してループ系統を構成した場合を示している。

図６に示す配電系統運用システムの基本的な構成は、図１に示した第１の実施形態のシステムと同様であるため、以下には、第１の実施形態のシステムと異なる点のみ説明する。すなわち、本実施形態の配電系統運用システムにおいて、第１の実施形態と異なる点は、ループ系統を構成する配電線３ａ〜３ｃをループ系統の母線４に接続する遮断器として、第１の実施形態の遮断器８ａ〜８ｃに代えて、計測機能だけでなく事故判定機能および選択遮断機能を備えた遮断装置２１ａ〜２１ｃが使用されている点である。

また、ループ系統を構成する３回線の配電線３ａ〜３ｃにいずれも負荷線５が接続されている点と、ループ系統を構成する配電線に設けられた電圧制御機器が、１回線の配電線３ａのループ外部の一端に接続された１つの電圧制御機器９ａのみとなっている点も、第１の実施形態と異なる点である。

これらの遮断装置２１ａ〜２１ｃにおいて、事故判定機能は、計測機能により得られた電圧や電流の計測値に基づき、配電線事故の有無を判定する機能であり、また、選択遮断機能は、配電線事故を発生した配電線を選択遮断する機能である。このような事故判定機能および選択遮断機能を備えた遮断装置２１は、具体的には、記憶装置、演算処理用ハードウェア、入出力装置、通信制御装置、等を基本的に有するコンピュータと遮断器メカニズムの組み合わせにより構成される。そして、事故判定機能や選択遮断機能は、演算処理用ハードウェアと遮断装置用に特化された制御プログラムの組み合わせ等により実現される。

なお、本実施形態におけるループ系統の構成の特徴は、計測機能だけでなく事故判定機能および選択遮断機能を備えた遮断装置を用いてループ系統を構成する点であるが、ループ系統を構成する回線数は一定の条件の下で自由に選択可能である。ここで、ループ系統を構成する回線数に関する一定の条件とは、ループ系統内のいずれかの配電線において事故が発生してその事故配電線が遮断された場合に、ループ系統内の残りの配電線のループ運用により電力供給を継続可能であるという条件である。すなわち、この条件が成立する限りにおいて、ループ系統を構成する回線数は自由に選択可能である。

［動作］
以上のような第２の実施形態に係る配電系統運用システムの平常時の動作は、前述した第１の実施形態のシステムと同様であるが、本実施形態に係る配電系統運用システムにおいては、ループ系統内における配電線事故発生時に、計測機能と選択遮断機能を備えた遮断装置２１により事故配電線の検出と選択遮断を含む特徴的な動作が行われる。図７は、本実施形態の配電系統運用システムにおける遮断装置２１の処理フローの一例を示すフローチャートである。

この図７に示すように、ループ系統内における配電線事故時においては、計測機能と選択遮断機能を備えた遮断装置２１により、計測した電圧・電流に基づく事故判定の結果、配電線事故が検出され（Ｓ１１、Ｓ１２のＹＥＳ）、事故を発生した配電線のみが選択遮断されて一部のループ構成が解消される（Ｓ１３）。この場合、ループ系統内の残りの配電線によるループ運用により電力供給は継続される。

このような選択遮断後、事故配電線が回復した時点（Ｓ１４のＹＥＳ）で、事故配電線の遮断装置２１は、遮断状態から再閉路して、ループ系統を元のループ構成に戻す（Ｓ１５）。なお、電圧監視制御装置１６およびそれと通信ネットワーク２００で接続される各機器は、事故発生後も平常時と同様に動作する。

［効果］
以上のような第２の実施形態に係る配電系統運用システムによれば、次のような効果が得られる。

まず、配電線を多重ループ化することにより、従来の想定以上の大口需要家を含む配電系統に対して十分な送電容量を確保可能となる点や、配電線全体の電圧に基づいて配電系統の電圧調整機器を制御することにより、各配電線の需要変動パターンが大きく異なる場合でも、全ての配電線の電圧を適正範囲内に維持可能となり、安定的な配電系統運用を行うことができる点は、第１の実施形態と同様である。

また、新規の大口需要家に対して配電系統設備を新設する場合に、契約容量や配電線路の亘長によっては、従来の供給電圧より低い電圧階級の配電線を多重ループ化して電力供給した方が、建設コストが安くなり、また、建設期間も短くなる、という利点が得られることも、第１の実施形態と同様である。さらに、ループ系統を構成する各配電線に設けた各インピーダンス調整装置により、各配電線のインピーダンスを調整して配電線の負荷電流の均等化を図ることができる点も、第１の実施形態と同様である。

以上のような効果に加えて、特に、本実施形態によれば、配電線事故が発生した場合に、この配電線事故を発生した配電線のみを、配電線連係用の遮断装置により自動的に選択遮断できるため、残りの配電線によるループ運用により安定的に電力供給を継続でき、高い供給信頼度が得られるという効果が得られる。また、多重ループが、分岐負荷がある既存の配電線を含む場合には、既存設備の有効活用とともに既存配電線の供給信頼度を向上できる。

［配電線負荷電流均等化の変形例］
上述した第２の実施形態においては、ループ系統を構成する配電線の負荷電流を均等化するためのインピーダンス調整機能を実現する手法として、第１の実施形態と同様に、ループ系統を構成する各配電線３ａ〜３ｃにインピーダンス調整装置１７ａ〜１７ｃを設ける手法を適用した場合を示したが、インピーダンス調整機能を実現する手法として、図８、図９に示すような他の手法を適用してもよい。

ここで、図８は、第２の実施形態の変形例として、ループ系統を構成する同一の配電線内で、電気的仕様が異なる複数種類の電線１８，１９（図３と同様の電線）を用いた場合の配電系統運用システムの一例を示す構成図である。この図８に示す変形例においては、ループ系統を構成する３回線の配電線３ａ〜３ｃのうち、２回線の配電線３ｂ，３ｃのみに複数種類の電線１８，１９が用いられている。このような構成は、例えば、配電線３ａが、１種類の電線で構成された既存の配電線であり、この既存の配電線３ａと、複数種類の電線を用いた新設の配電線３ｂ，３ｃとを連係して多重ループ化する場合などに採用される。

また、図９は、第２の実施形態の別の変形例として、ループ系統を構成する各配電線に、位相調整装置２０ａ〜２０ｃ（図４と同様の位相調整装置）を接続した場合の配電系統運用システムの一例を示す構成図である。

［その他の変形例］
さらに、その他の変形例として、第１の実施形態（図１）あるいはその変形例（図３、図４、図５）の構成のうち、遮断器８のみを、第２の実施形態に係る計測機能と選択遮断機能を備えた遮断装置２１に置き換える構成も可能である。このような変形例によれば、第１の実施形態の効果と第２の実施形態の効果との相乗的な効果が得られる。

［他の実施形態］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。例えば、図面に示したシステム構成や処理フローは一例にすぎず、具体的な配電系統の構成やループ系統の構成、電圧監視制御装置や遮断装置の具体的な処理フロー等は適宜変更可能である。

本発明を適用した第１の実施形態に係る配電系統運用システムを示す構成図。 第１の実施形態に係る配電系統運用システムにおける電圧監視制御装置の処理フローの一例を示すフローチャート。 第１の実施形態の変形例として、ループ系統を構成する同一の配電線内で電気的仕様が異なる複数種類の電線を用いた場合の配電系統運用システムの一例を示す構成図。 第１の実施形態の変形例として、ループ系統を構成する各配電線に、位相調整装置を接続した場合の配電系統運用システムの一例を示す構成図。 第１の実施形態の変形例として、ループ系統を構成する一部の配電線にのみ電圧制御機器を設けた場合の配電系統運用システムの一例を示す構成図。 本発明を適用した第２の実施形態に係る配電系統運用システムを示す構成図。 第２の実施形態の配電系統運用システムにおける遮断装置の処理フローの一例を示すフローチャート。 第２の実施形態の変形例として、ループ系統を構成する同一の配電線内で、電気的仕様が異なる複数種類の電線を用いた場合の配電系統運用システムの一例を示す構成図。 第２の実施形態の別の変形例として、ループ系統を構成する各配電線に、位相調整装置を接続した場合の配電系統運用システムの一例を示す構成図。

符号の説明

１…電圧調整機能を備えた配電用変圧器
２…配電用変電所母線
３…配電線
４…ループ系統の母線
５…負荷線
６…インピーダンス
７…配電用変電所の遮断器
８…計測機能を備えたループ系統の遮断器
９…計測機能を備えた電圧制御機器
１０…計測機能を備えた開閉器または遮断器
１１…大口需要家（の受電設備）
１２…開閉装置
１３…調相設備
１４…配電用変電所の電流変成器（ＣＴ）
１５…配電用変電所の電圧変成器（ＶＴ）
１６…電圧監視制御装置
１７…インピーダンス調整装置
１８，１９…電気的仕様が異なる電線
２０…位相調整装置
２１…計測機能、事故判定機能、選択遮断機能を備えたループ系統の遮断装置

Claims (8)

1. 大口需要家を含む配電系統に電力を供給する配電系統運用システムにおいて、
   前記配電系統の複数の配電線を、各配電線に設けた配電線連係用の各遮断器を介して連係させることにより構成された多重ループと、
   前記配電系統の複数のノードの電圧および電流の計測情報と、予め保有している配電線の線路インピーダンスおよび負荷情報に基づき、当該配電系統の配電線全体の電圧が適正範囲内であるか否かを評価し、適正範囲内でない場合に当該配電系統に設置された電圧調整機器を制御することにより配電系統の電圧を制御する電圧監視制御装置
   を備え、
   前記多重ループは、分岐負荷がない配電線と分岐負荷がある配電線を含み、
   前記電圧監視制御装置は、前記多重ループを構成する複数の配電線のうち、前記分岐負荷がある配電線に対して前記分岐負荷がない配電線の電圧の適正範囲を拡大して前記配電系統の電圧を制御するように構成される
   ことを特徴とする配電系統運用システム。
2. 前記多重ループを構成する複数の配電線は、これらの配電線の負荷電流を均等化するように、配電線のインピーダンスを調整するインピーダンス調整機能または配電線の位相を調整する位相調整機能を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の配電系統運用システム。
3. 前記インピーダンス調整機能は、前記多重ループを構成する各配電線にそれぞれ接続されたインピーダンス調整装置により実現される
   ことを特徴とする請求項２に記載の配電系統運用システム。
4. 前記インピーダンス調整機能は、前記多重ループを構成する複数の配電線に、電気的仕様の異なる複数種類の電線を用いることにより実現される
   ことを特徴とする請求項２に記載の配電系統運用システム。
5. 前記インピーダンス調整機能は、前記多重ループを構成する各配電線である同一の配電線内で、電気的仕様の異なる複数種類の電線を用いることにより実現される
   ことを特徴とする請求項２に記載の配電系統運用システム。
6. 前記位相調整機能は、前記多重ループを構成する各配電線にそれぞれ接続された位相調整装置により実現される
   ことを特徴とする請求項２に記載の配電系統運用システム。
7. 前記多重ループを構成する複数の配電線の一部または全部は、架空ケーブルにより構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の配電系統運用システム。
8. 大口需要家を含む配電系統に電力を供給する配電系統運用方法において、
   前記配電系統の複数の配電線を、各配電線に設けた配電線連係用の各遮断器を介して連係させることにより、分岐負荷がない配電線と分岐負荷がある配電線を含む多重ループを構成し、
   電圧監視制御装置を用いて、前記配電系統の複数のノードの電圧および電流の計測情報と、予め保有している配電線の線路インピーダンスおよび負荷情報に基づき、当該配電系統の配電線全体の電圧が適正範囲内であるか否かを評価し、適正範囲内でない場合に当該配電系統に設置された電圧調整機器を制御することにより配電系統の電圧を制御し、
   前記電圧監視制御装置により前記配電系統の電圧を制御する際に、前記多重ループを構成する複数の配電線のうち、前記分岐負荷がある配電線に対して前記分岐負荷がない配電線の電圧の適正範囲を拡大して当該配電系統の電圧を制御する
   ことを特徴とする配電系統運用方法。

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