JP5415044B2

JP5415044B2 - 直流送配電システムの制御装置、直流送配電システムの制御方法、プログラム

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Publication number: JP5415044B2
Application number: JP2008232514A
Authority: JP
Inventors: 勝哉梶山
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2008-09-10
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2028-09-10
Also published as: JP2010068625A

Description

本発明は、直流送配電システムの制御装置、直流送配電システムの制御方法、プログラムに関する。

近年、地球温暖化対策の一つとして太陽光発電装置、燃料電池発電装置、風力発電装置等の分散電源が注目されており、直流電力を発電するものが多いという分散電源の特徴を活かすため、直流電圧を送配電する直流送配電システムに関する研究が行われている。直流送配電システムは、交流系統との連系点を除くと高調波歪みがなく、無効電力による力率損失もないという特徴があるため、分散電源装置と親和性が高いと言われている。

例えば、以下に示す特許文献１には、電源脱落や負荷急変等の急激な電力変動が生じても直流系統の電圧を規定範囲内に収束し、負荷に安定した直流電力を供給できる直流配電システムの制御装置が開示されている。具体的には、直流系統の小さな電圧変動範囲を検出してこれを抑制するように、小容量の分散電源装置群を構成する分散電源毎や電力貯蔵装置群を構成する電力貯蔵装置毎に、夫々個別制御装置を設けている。また、比較的大きな電圧変動となったときには、交流系統連系装置によって交流系統との間の潮流電力制御を活かして直流系統の電圧を制御するようにしている。つまり、小さな電圧変動に対する制御を大きな電圧変動に対する制御（潮流電力制御）よりも優先して行っている。
特開２００６−１２９５８５号公報

ところで、特許文献１に開示された手法では、上記の分散電源装置群のように、複数の分散電源や複数の負荷等が夫々群単位で一体的に直流系統に連系する直流配電システムの構成を前提としており、直流系統に対して複数の分散電源や複数の負荷等が群単位ではなく個々に連系する構成等を想定していない。このため、直流系統（直流配電線）の恒長が長い場合や、分散電源と負荷とが遠く離れて直流系統に連系する場合、特許文献１に開示された手法では、直流系統における静的で大きな電圧降下によって適切な運用が行えない虞がある。

例えば、図１０に示す例のように、直流母線から近い箇所に分散電源２０ａ、２０ｂが連系しており、また、直流母線から遠く離れた箇所に負荷３０が連系するような場合、分散電源２０ａ、２０ｂと負荷３０との間の距離の長さに応じた直流系統の電圧降下の影響によって、たとえ分散電源２０ａ、２０ｂの連系点近傍の電圧を個別に制御したとしても、直流系統の電圧が所定電圧範囲を逸脱する虞がある。

また、図１１に示す例のように、直流母線から近い箇所に分散電源２０ａ、負荷３０が連系しており、また、直流母線から遠く離れた箇所に分散電源２０ｂが連系するような場合、分散電源２０ｂと負荷３０との間の距離の長さに応じた電圧降下に対し、直流系統の電圧を規定範囲に収束させる制御を優先した結果、分散電源２０ｂが定格出力（定格３００Ａ）よりも低出力（２００Ａ）に抑制される虞がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、直流系統の電圧降下を考慮に入れて直流送配電システムの適正な運用を図る直流送配電システムの制御装置並びに制御方法、プログラムを提供することである。

上記課題を解決するための主たる本発明は、直流系統と、交流系統からの交流電力を直流電力に変換して前記直流系統に供給する交流系統連系装置と、前記直流系統に直流電力を供給する分散電源装置と、前記直流系統からの直流電力を消費する負荷装置と、前記直流系統の電圧を調整する電圧調整装置と、を有した直流送配電システムにおいて、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置と通信可能に接続されて各装置を統括制御する制御装置であって、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置夫々における直流電力、直流電圧、直流電流と、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置夫々の前記直流系統における接続位置と、に基づいて、前記直流系統における位置と直流電圧との関係を表す電圧分布データを生成し、当該電圧分布データにより前記直流系統の電圧が所定電圧範囲を逸脱するか否かを検出する電圧管理部と、前記電圧管理部により前記所定電圧範囲を逸脱していることが検出されたとき、前記所定電圧範囲からの逸脱度合いに基づいて前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令する直流電圧の適正値を演算する演算部と、前記演算部により演算された前記直流電圧の適正値を前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令する指令部と、を有することを特徴とする。

また、上記の制御装置であって、前記演算部は、前記電圧管理部により前記所定電圧範囲を逸脱することが検出されたとき、前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置の優先順位で夫々に指令された直流電圧を調整する、こととしてもよい。

また、上記の制御装置であって、前記交流系統連系装置及び前記分散電源装置より前記直流系統に供給される供給電力と前記負荷装置が消費する消費電力とが均衡しているか否かを検出する電力管理部を備え、前記演算部は、前記電力管理部により前記供給電力と前記消費電力との不均衡が検出されたとき、当該不均衡の度合いに基づいて前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置夫々に指令する直流電力の適正値を演算し、前記指令部は、前記演算部により演算された前記直流電力の適正値を前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置夫々に指令する、こととしてもよい。

また、上記の制御装置であって、前記演算部は、前記直流電力の適正値の演算を、前記直流電圧の適正値の演算よりも優先する、こととしてもよい。

また、上記の制御装置であって、前記演算部は、前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置の優先順位で夫々に指令された直流電圧を調整した後、前記電圧管理部より前記所定電圧範囲を逸脱することが検出される場合、前記分散電源装置、前記交流系統連系装置夫々に指令された直流電力を調整する、こととしてもよい。

また、上記の制御装置であって、前記演算部は、前記供給電力が前記消費電力よりも不足する場合、前記分散電源装置、前記交流系統連系装置の優先順位で夫々に指令する直流電力を増加させ、前記供給電力が前記消費電力を超過する場合、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置の優先順位で夫々に指令する直流電力を減少させる、こととしてもよい。

また、前記課題を解決するためのその他の主たる本発明は、直流系統と、交流系統からの交流電力を直流電力に変換して前記直流系統に供給する交流系統連系装置と、前記直流系統に直流電力を供給する分散電源装置と、前記直流系統からの直流電力を消費する負荷装置と、前記直流系統の電圧を調整する電圧調整装置と、を有した直流送配電システムの制御方法であって、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置と通信可能に接続される制御装置が、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置夫々における直流電力、直流電圧、直流電流と、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置夫々の前記直流系統における接続位置と、に基づいて、前記直流系統における位置と電圧との関係を表す電圧分布データを生成し、当該電圧分布データにより前記直流系統の電圧が所定電圧範囲を逸脱するか否かを検出するステップと、前記所定電圧範囲を逸脱することが検出されたとき、前記所定電圧範囲からの逸脱度合いに基づいて前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令する直流電圧の適正値を演算するステップと、演算された前記直流電圧の適正値を前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令するステップと、を有することを特徴とする。

また、前記課題を解決するためのさらにその他の主たる本発明は、直流系統と、交流系統からの交流電力を直流電力に変換して前記直流系統に供給する交流系統連系装置と、前記直流系統に直流電力を供給する分散電源装置と、前記直流系統からの直流電力を消費する負荷装置と、前記直流系統の電圧を調整する電圧調整装置と、を有した直流送配電システムにおいて、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置と通信可能に接続される制御装置により実行させるプログラムであって、前記制御装置に、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置夫々における直流電力、直流電圧、直流電流と、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置夫々の前記直流系統における接続位置と、に基づいて、前記直流系統における位置と電圧との関係を表す電圧分布データを生成し、当該電圧分布データにより前記直流系統の電圧が所定電圧範囲を逸脱するか否かを検出する機能と、前記所定電圧範囲を逸脱することが検出されたとき、前記所定電圧範囲からの逸脱度合いに基づいて前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令する直流電圧の適正値を演算する機能と、演算された前記直流電圧の適正値を前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令する機能と、を実現させるためのプログラムである。

その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、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。

本発明に示されるとおり、直流系統の電圧降下を考慮に入れて直流送配電システムの適正な運用を図る直流送配電システムの制御装置並びに制御方法を提供することができる。

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。

＝＝＝直流送配電システムの全体構成＝＝＝
図１は、本発明の実施の形態に係る直流送配電システムの全体構成を示した図である。
同図に示す直流送配電システムは、交流系統連系装置１００、直流母線Ｂより延設される直流系統Ｌ２、負荷装置２００、分散電源装置３００、電圧調整装置４００、統括制御装置５００を有する。

交流系統連系装置１００は、交流電源１０により生じた交流電力を送配電する交流系統Ｌ１をＡＣ／ＤＣコンバータ１０１を介して直流系統Ｌ２の直流母線Ｂに連系する装置である。尚、交流系統Ｌ１を直流系統Ｌ２に連系する際に、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１によって、交流系統Ｌ１の交流電力を直流電力に変換して直流系統Ｌ２に供給することになる。

交流系統連系装置１００は、上記のＡＣ／ＤＣコンバータ１０１の他に、統括制御装置５００からの制御指令に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ１０１の出力を制御する制御装置１０２、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１より出力される直流電圧Ｖ１を検出する電圧検出器ＰＴ１、ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１より出力される直流電流Ｉ１を検出する電流検出器ＣＴ１、直流電圧Ｖ１を管理する電圧管理部１０３、直流電流Ｉ１を管理する電流管理部１０４、直流電圧Ｖ１と直流電流Ｉ１とを乗算して直流電力Ｐ１を出力する乗算部１０５、直流電力Ｐ１を管理する電力管理部１０６を有する。

尚、制御装置１０２は、統括制御装置５００からの制御指令に基づきＡＣ／ＤＣコンバータ１０１のトランス比等を調整することにより、直流電圧Ｖ１、直流電流Ｉ１、直流電力Ｐ１夫々のレベルを調整することができる。また、電圧管理部１０３、電流管理部１０４、電力管理部１０５は、夫々アナログデジタル変換器を備えており、直流電圧Ｖ１、直流電流Ｉ１、直流電力Ｐ１をアナログデジタル変換して統括制御装置５００に送信する。

負荷装置２００は、直流系統Ｌ２にＤＣ／ＤＣコンバータ２０１を介して負荷２０２を連系する装置である。負荷２０は、例えば、一般家庭で用いられる家庭電化製品や工場内で用いられる電動機等の産業機器である。これらの電気機器は、交流電力を直流電力に変換する整流回路を一般的に内蔵しているため、交流系統Ｌ１のみならず直流系統Ｌ２にも対応可能となっている。

負荷装置２００は、上記のＤＣ／ＤＣコンバータ２０１の他に、直流系統Ｌ２の連系点における直流電圧Ｖ２を検出する電圧検出器ＰＴ２、直流系統Ｌ２の連系点における直流電流Ｉ２を検出する電流検出器ＣＴ２、直流電圧Ｖ２を管理する電圧管理部２０３、直流電流Ｉ２を管理する電流管理部２０４、直流電圧Ｖ２と直流電流Ｉ２とを乗算して直流電力Ｐ２を出力する乗算部２０５、直流電力Ｐ２を管理する電力管理部２０６を有する。尚、電圧管理部２０３、電流管理部２０４、電力管理部２０６は、夫々アナログデジタル変換器を備えており、直流電圧Ｖ２、直流電流Ｉ２、直流電力Ｐ２をアナログデジタル変換して統括制御装置５００に送信する。

分散電源装置３００は、太陽光発電装置、燃料電池発電装置、風力発電装置等の分散電源３０２をＤＣ／ＤＣコンバータ３０１を介して直流系統Ｌ２に連系する装置である。

分散電源装置３００は、上記のＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の他に、統括制御装置５００からの制御指令に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ３０１を制御する制御装置３０３、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１より出力される直流電圧Ｖ３を検出する電圧検出器ＰＴ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１より出力される直流電流Ｉ３を検出する電流検出器ＣＴ３、直流電圧Ｖ３を管理する電圧管理部３０４、直流電流Ｉ３を管理する電流管理部３０５、直流電圧Ｖ３と直流電流Ｉ３とを乗算して直流電力Ｐ３を出力する乗算部３０６、直流電力Ｐ３を管理する電力管理部３０７を有する。

尚、制御装置３０３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０１の変換比等を調整することで直流電圧Ｖ３、直流電流Ｉ３、直流電力Ｐ３を調整することができる。電圧管理部３０４、電流管理部３０５、電力管理部３０７は、夫々アナログデジタル変換器を備えており、直流電圧Ｖ３、直流電流Ｉ３、直流電力Ｐ３をアナログデジタル変換して統括制御装置５００に送信する。

電圧調整装置４００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０１によって直流系統Ｌ２に介在させており直流系統Ｌ２の直流電圧を調整する装置である。

電圧調整装置４００は、上記のＤＣ／ＤＣコンバータ４０１の他に、統括制御装置５００からの制御指令に基づいてＤＣ／ＤＣコンバータ４０１を制御する制御装置４０２、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０１の一次側電圧（直流母線Ｂ側の電圧）Ｖ４を検出する電圧検出器ＰＴ４、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０１の二次側電圧（直流母線Ｂの反対側の電圧）Ｖ５を検出する電圧検出器ＰＴ５、一次側電圧Ｖ４を管理する電圧管理部４０３、二次側電圧Ｖ５を管理する電圧管理部４０４を有する。

尚、制御装置４０２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４０１の変換比等を調整することで直流電圧Ｖ４、Ｖ５を調整することができる。電圧管理部４０３、４０４は、夫々アナログデジタル変換器を備えており、直流電圧Ｖ４、Ｖ５をアナログデジタル変換して統括制御装置５００に送信する。

統括制御装置５００は、交流系統連系装置１００、負荷装置２００、分散電源装置３００、電圧調整装置４００と通信線を介して通信可能に接続されて、各装置１００、２００、３００、４００を統括制御する情報処理装置（コンピュータ、サーバ等）である。

統括制御装置５００は、電圧管理部５０１、電力管理部５０２、演算部５０３、制御指令部５０４を有する。各部５０１〜５０４は、集積回路又はソフトウェア（プログラム）として実施される。

電圧管理部５０１は、各装置１００乃至４００より受信した直流電圧Ｖ１乃至Ｖ５、直流電流Ｉ１乃至Ｉ３、直流電力Ｐ１乃至Ｐ３と、直流系統Ｌ２における各装置１００乃至４００夫々の位置情報と、直流系統Ｌ２の抵抗、インダクタンス、静電容量等の情報と、を記憶するメモリ５０５を備える。

電圧管理部５０１は、メモリ５０５に記憶された情報に基づいて、直流系統Ｌ２における位置（交流系統連系装置１００からの距離）と直流系統Ｌ２の電圧との関係を表した直流系統Ｌ２の電圧分布データを生成してメモリ５０５に記憶する。さらに、電圧管理部５０１は、メモリ５０５に記憶した電圧分布データにより所定電圧範囲を逸脱する箇所の有無を検出する。そして、電圧管理部５０１は、所定電圧範囲を逸脱する箇所が有る旨を検出したとき、所定電圧範囲を逸脱する箇所を解消するための直流電圧適正値の演算開始指令を演算部５０３に送信する。

電力管理部５０２は、各装置１００乃至３００より受信した直流電力Ｐ１乃至Ｐ３を記憶するメモリ５０６を備える。電力管理部５０２は、メモリ５０６に記憶された直流電力Ｐ１乃至Ｐ３に基づき、直流系統Ｌ２の電力需給（消費電力と供給電力）が均衡しているか否かを検出する。

具体的には、電力管理部５０２は、交流系統連系装置１００から直流系統Ｌ２に供給される直流電力Ｐ１と、分散電源３００から直流系統Ｌ２に供給される直流電力Ｐ３との合計が、負荷装置２００によって消費される直流電力Ｐ２と均衡しているか否かを検出する。尚、直流電力Ｐ１、Ｐ３の合計が直流電力Ｐ２よりも下回る場合には直流系統Ｌ２は電力不足の状態となっており、直流電力Ｐ１、Ｐ３の合計が直流電力Ｐ２よりも上回る場合には直流電力Ｌ２は電力超過の状態となっている。そして、電力管理部５０２は、電力需給の不均衡が検出されたとき、電力需給の不均衡を解消するための直流電力適正値の演算開始指令を演算部５０３に送信する。

演算部５０３は、電圧管理部５０１より直流電圧適正値の演算開始指令又は電力管理部５０２より直流電力適正値の演算開始指令を受信すると、後述の直流電圧・直流電力適正値演算フローに従ってシミュレーション演算を開始する。尚、このシミュレーション演算の際に、電圧管理部５０１のメモリ５０５又は電力管理部５０２のメモリ５０５の情報を参照する。そして、演算部５０３は、シミュレーション演算結果に応じた指令（直流電圧・直流電力適正値）を制御指令部５０４に出力する。

制御指令部５０４は、演算部５０３より受信した指令を各装置１００乃至４００に送信する。この結果、各装置１００乃至４００が制御指令部５０４からの指令に基づいてシステム的に動作することになり、直流系統Ｌ２の電力需給の均衡を図りつつ、直流系統Ｌ２の電圧を所定電圧範囲内に収束させる運用が可能となる。

以上のように、統括制御装置５００は、直流系統Ｌ２の電力需給を均衡させる電力調整機能と、直流系統Ｌ２の電圧を所定電圧範囲内に収束させる電圧調整機能と、を備えており、これらの機能を、直流系統Ｌ２に連系する交流系統連系装置１００、分散電源装置３００、負荷装置２００、電圧調整装置４００を統括制御により実行する。尚、電力調整機能は、電力需給の不均衡度合いに基づいて交流系統連系装置１００、分散電源装置３００、負荷装置２００夫々における直流電力の適正値を演算して、それらの適正値を各装置１００乃至３００に指定することで実現される。また、電圧調整機能は、所定電圧範囲からの逸脱度合いに基づいて交流系統連系装置１００、電圧調整装置４００夫々における直流電圧の適正値を演算して、それらの適正値を各装置１００、４００に指定することで実現される。

＝＝＝直流系統に連系する各装置の直流電圧・直流電力適正値演算フロー＝＝＝
図２に示すフローチャートを用いて、統合制御装置５００より実行される直流系統Ｌ２に連系する各装置１００〜４００の直流電圧・直流電力適正値演算フローを説明する。

演算部５０３は、電力管理部５０２からの演算開始指令の有無によって、直流系統Ｌ２の電力需給が均衡しているか否かを検出する（Ｓ２００）。

電力需給が不均衡であり（Ｓ２００：ＮＯ）、直流系統Ｌ２の電力不足（Ｐ１＋Ｐ３＜Ｐ２）を検出したとき（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、演算部５０３は、分散電源装置３００に向けた出力増加指令を生成する（Ｓ２０３）。この結果、直流系統Ｌ２の電力不足が解消するのであれば（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、Ｓ２０１に進み、分散電源装置３００の出力を増加したにも関わらず、直流系統Ｌ２の電力不足が解消できなければ（Ｓ２０４：ＮＯ）、直流系統Ｌ２の電力不足が解消するまで（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、交流系統連系装置１００に向けた出力増加指令を生成する（Ｓ２０５）。直流系統Ｌ２の電力不足が解消したとき（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、Ｓ２０１に進む。つまり、直流系統Ｌ２が電力不足の場合、分散電源装置３００、交流系統連系装置１００の優先順位で夫々に設定される直流電力の適正値を増加させるようにしている。換言すると、分散電源装置３００の出力増加のみで対応できない場合に、交流系統連系装置１００の出力増加を行い、できる限り直流系統Ｌ２内で電力需給を均衡するための調整を完結するようにしている。

また、演算部５０３は、電力需給が不均衡であり（Ｓ２００：ＮＯ）、直流系統Ｌ２の電力が超過していることを検出したとき（Ｓ２０２：ＮＯ）、直流系統Ｌ２の電力超過が解消するまで（Ｓ２０８：ＹＥＳ）、交流系統連系装置１００に向けた出力減少指令を生成する（Ｓ２０７）。つまり、直流系統Ｌ２が電力超過の場合、交流系統連系装置１００、分散電源装置３００の優先順位で夫々に設定される直流電力の適正値を減少させるようにしている。

以上により、直流系統Ｌ２の電力需給の均衡が得られ（Ｓ２００、Ｓ２０４、Ｓ２０６、Ｓ２０８：ＹＥＳ）、直流系統Ｌ２の電力需給の均衡が得られる各装置１００、３００の出力（直流電力適正値）が一時的に決定する。

つぎに、演算部５０３は、電圧管理部５０１からの演算開始指令の有無によって、直流系統Ｌ２において所定電圧範囲を逸脱する箇所の有無を検出する（Ｓ２０１）。所定電圧範囲を逸脱する箇所が検出されなかった場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、本フローを終了する。そして、このとき、直流系統Ｌ２の電力需給の均衡が得られる交流系統連系装置１００、分散電源装置３００の出力（直流電力適正値）が確定するとともに、直流系統Ｌ２の電圧を全ての箇所で所定電圧範囲内に収束可能な交流系統連系装置１００、電圧調整装置４００の電圧（直流電圧適正値）が確定する。

一方、所定電圧範囲を逸脱する箇所を検出した場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、演算部５０３は、交流系統連系装置１００に向けた出力電圧の調整指令を生成する。この結果、直流系統Ｌ２の電圧が所定電圧範囲に収まれば（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、本フローを終了する。そして、直流系統Ｌ２の電力需給の均衡が得られる交流系統連系装置１００、分散電源装置３００の出力（直流電力適正値）が確定するとともに、本時点での交流系統連系装置１００、電圧調整装置４００の電圧が直流系統Ｌ２の電圧を全ての箇所で所定電圧範囲内に収束可能な直流電圧適正値として確定する。

交流系統連系装置１００の出力電圧を調整したにも関わらず、直流系統Ｌ２の所定電圧範囲内になお収束しなければ（Ｓ２１０：ＮＯ）、さらに電圧調整装置４００に向けた一次側電圧Ｖ４又は二次側電圧Ｖ５の調整指令を生成する（Ｓ２１１）。つまり、所定電圧範囲を逸脱する箇所が有る場合、交流系統連系装置１００、電圧調整装置４００の優先順位で夫々に設定される直流電圧を調整する。換言すると、交流系統連系装置１００による電圧調整のみで対応できない場合に、そのバックアップとして電圧調整装置４００による電圧調整を行う。

この結果、直流系統Ｌ２の電圧が所定電圧範囲内に収束すれば（Ｓ２１２：ＹＥＳ）、本フローを終了する。そして、直流系統Ｌ２の電力需給の均衡が得られる交流系統連系装置１００、分散電源装置３００の出力（直流電力適正値）が確定するとともに、本時点での交流系統連系装置１００、電圧調整装置４００の電圧が直流系統Ｌ２の電圧を全ての箇所で所定電圧範囲内に収束可能な直流電圧適正値として確定する。

直流系統Ｌ２の電圧が所定電圧範囲内になお収束しなければ（Ｓ２１２：ＮＯ）、分散電源装置３００に向けた出力増加指令を生成するとともに交流系統連系装置１００に向けた出力減少指令を生成し（Ｓ２１３）、さらにつぎの対策として、分散電源装置３００に向けた出力減少指令を生成するとともに交流系統連系装置１００に向けた出力増加指令を生成する（Ｓ２１５）。

つまり、交流系統連系装置１００、電圧調整装置４００夫々に設定される直流電圧を調整した後、直流系統Ｌ２の所定電圧範囲を逸脱する箇所が解消されない場合、分散電源装置３００、交流系統連系装置１００夫々に設定される直流電力の調整を行う。換言すると、各装置１００、４００の電圧調整のみで対応できない場合に、分散電源装置３００並びに交流系統連系装置１００の出力調整を行うようにする。尚、当該出力調整の内容としては、分散電源装置３００の出力増加並びに交流系統連系装置１００の出力減少を、分散電源装置３００の出力減少並びに交流系統連系装置１００の出力増加よりも優先して行い、できる限り分散電源装置３００の出力を抑制しないようにしている。

この結果、直流系統Ｌ２の電圧が所定電圧範囲内に収束することになれば（Ｓ２１４：ＹＥＳ、Ｓ２１６：ＹＥＳ）、本フローを終了する。そして、本時点での直流系統Ｌ２の電力需給の均衡が得られる交流系統連系装置１００、分散電源装置３００の出力が直流電力適正値として確定するとともに、本時点での交流系統連系装置１００、電圧調整装置４００の電圧が直流系統Ｌ２の電圧を全ての箇所で所定電圧範囲内に収束可能な直流電圧適正値として確定する。一方、所定電圧範囲に収まらなければ（Ｓ２１４：ＮＯ、Ｓ２１６：ＮＯ）、Ｓ２０１に戻る。

＝＝＝直流電圧・直流電力の適正値演算フローの具体例＝＝＝
図３乃至図９を用いて、図２に示した統括制御装置５００による直流電圧・直流電力適正値演算フローの具体例を説明する。尚、図３乃至図９は、（ａ）は直流系統Ｌ２の潮流状況を示した図であり、（ｂ）は（ａ）に対応しており、交流系統連係装置１００の位置を始点とした距離に対する直流系統Ｌ２の電圧分布データを示した図である。また、図３乃至図９において、直流系統Ｌ２の構成は同一である。具体的には、電圧調整装置４００の一次側の直流系統Ｌ２には分散電源装置３００ａ、負荷装置２００ａが連系され、電圧調整装置４００の二次側の直流系統Ｌ２には分散電源装置３００ｂ、負荷装置２００ｂが連系される場合とする。また、図３乃至図９において、分散電源装置３００ａ、３００ｂの定格出力は夫々１００Ａ、４００Ａ、負荷装置２００ａ、２００ｂの消費電流は夫々２００Ａ、１００Ａ、電圧調整装置４００の電圧調整限度は基準電圧に対する％表示で±２．５％とする。

まず、図３（ａ）に示される直流系統Ｌ２の潮流の初期状態として、交流系統連系装置１００から直流母線Ｂに直流電流が供給されず、電圧調整装置４００による基準電圧に対する電圧調整も行われない場合とする。また、図３（ａ）に示される初期状態では、図３（ｂ）の電圧分布データに示されるとおり、直流系統Ｌ２の電圧が所定電圧範囲内に収束している場合とする。尚、所定電圧範囲は、基準電圧（１００％）に対する％表示で±５％（９５％〜１０５％）とする。

つぎに、図４（ａ）に示されるとおり、負荷装置２００ａの消費電流が２００Ａから５００Ａに増加した場合とする。この場合、負荷装置２００ａに供給される電流は、分散電源装置３００ａからの１００Ａと、分散電源装置３００ｂから分流された１００Ａと、による合計２００Ａである。従って、電力管理部５０２は、直流系統Ｌ２の電力不足を検出し（図２中のＳ２００：ＮＯからＳ２０２：ＹＥＳに至る状態）、その電力不足量（電力不足の度合い）とともに直流電力適正値の演算開始指令を演算部５０３に送信する。尚、本時点では、図４（ｂ）の電圧分布データに示されるとおり、直流系統Ｌ２の電圧が全ての箇所で所定電圧範囲内に収束している。

つぎに、図５（ａ）に示されるとおり、演算部５０３は、電力管理部５０３からの演算開始指令に従って演算を開始し、分散電源装置３００ｂに向けた出力増加指令を生成する（図２中のＳ２０３の状態）。具体的には、交流系統連系装置１００の出力増加よりも優先して分散電源装置３００ｂの出力を２００Ａから定格出力４００Ａまで増加させる指令を生成する。この結果、負荷装置２００ａに供給される電流は、分散電源装置３００ａからの１００Ａと、分散電源装置３００ｂから分流された３００Ａと、による合計４００Ａとなる。しかし、負荷装置２００ａの消費電流は５００Ａであるため、残り１００Ａの電流がなお不足した状態にある（図２中のＳ２０４：ＮＯの状態）。

そこで、演算部５０３は、交流系統連系装置１００の出力を１００Ａまで増加させる指令を生成する（図２中のＳ２０５の状態）。この結果、負荷装置２００ａに供給される電流は、分散電源装置３００ａからの１００Ａと、分散電源装置３００ｂから分流された３００Ａと、交流系統連系装置１００からの１００Ａと、による合成５００Ａとなる。従って、負荷装置２００ａに供給される電流と負荷装置２００ａの消費電流とが均衡するので、直流系統Ｌ２の電力不足が解消される（図２中のＳ２０６：ＹＥＳの状態）。但し、図５（ｂ）の電圧分布データに示されるとおり、直流系統Ｌ２の電力不足を解消するように各装置３００ｂ、１００の出力調整を行った結果、直流系統Ｌ２の電圧で所定電圧範囲を逸脱する箇所（距離７５ｍ〜２００ｍの範囲、並びに距離３３０ｍ〜４００ｍの範囲）が出現する（図２中のＳ２０６：ＹＥＳからＳ２０１：ＮＯに至る状態）。電圧管理部５０１は、この所定電圧範囲を逸脱する箇所を検出して、その逸脱量（逸脱の度合い）とともに直流電圧適正値の演算開始指令を演算部５０３に送信する。

つぎに、図６（ｂ）の電圧分布データに示されるとおり、演算部５０３は、交流系統連系装置１００と電圧調整装置４００との間の直流系統Ｌ２において所定電圧範囲（９５％）を下回る箇所（距離７５ｍ〜２００ｍの範囲）があったため、まず交流系統連系装置１００の出力電圧を上昇させる指令を生成する（図２中のＳ２０９の状態）。この結果、交流系統連系装置１００と電圧調整装置４００との間の直流系統Ｌ２の電圧は所定電圧範囲内に収束している。ただし、電圧調整装置４００と負荷装置２００ｂとの間の直流系統Ｌ２において所定電圧範囲（１０５％）を上回る箇所（距離２８０ｍ〜４５０ｍ）が改善されずにいる（図２中のＳ２１０：ＮＯの状態）。尚、図６（ａ）に示す潮流状態は、図５（ａ）に示す潮流状態と同じであり、電力不足は解消されている。

つぎに、図７（ｂ）の電圧分布データに示されるとおり、演算部５０３は、電圧調整装置４００に向けて二次側電圧Ｖ５を電圧調整限度の２．５％まで降下させる指令を生成する（図２中のＳ２１１の状態）。この結果、電圧調整装置４００と負荷装置２００ｂとの間の直流系統Ｌ２において所定電圧範囲（１０５％）を上回る箇所の範囲が狭くはなっているが、なお所定電圧範囲を上回る箇所（距離３２０ｍ〜４４５ｍ）が残存している（Ｓ２１２：ＮＯの状態）。つまり、交流系統連系装置１００及び電圧調整装置４００の電圧調整では、直流系統Ｌ２の電圧を所定電圧範囲内に完全に収束できていない。

つぎに、図８（ｂ）の電圧分布データに示されるとおり、演算部５０３は、電力需給の均衡を収束しつつ、分散電源装置３００ｂの出力減少指令及び交流系統連系装置１００の出力増加指令を生成する（図２中のＳ２１３、Ｓ２１４：ＮＯ、Ｓ２１５に至る状態）。具体的には、分散電源装置３００ｂの出力を４００Ａから３５０Ａに減少させ、交流系統連系装置１００の出力を１００Ａから１５０Ａに増加させる。この結果、電圧調整装置４００と負荷装置２００ｂとの間の直流系統Ｌ２において所定電圧範囲（１０５％）を上回る箇所を解消することができた。しかし、交流系統連系装置１００の出力が増加したため、交流系統連系装置１００と電圧調整装置４００との間において、再び所定電圧範囲（９５％）を下回る箇所（距離１２５ｍ〜１７５ｍ）が出現することになった（図２中のＳ２１６：ＮＯからＳ２０１：ＮＯに至る状態）。

つぎに、図９（ｂ）の電圧分布データに示されるとおり、演算部５０３は、電力需給の均衡を収束しつつ、交流系統連系装置１００の出力電圧を上昇させる指令を生成する（図２中のＳ２０９の状態）。この結果、直流系統Ｌ２の全ての箇所が所定電圧範囲内に収束することになり、直流系統Ｌ２の直流電圧・直流電力適正値を求めるシミュレーション演算が終了する。そして、交流系統連系装置１００並びに電圧調整装置４００のシミュレーション演算終了時の電圧が、夫々に設定される直流電圧の適正値として確定するとともに、交流系統連系装置１００並びに分散電源装置３００ａ、３００ｂのシミュレーション終了時の出力が夫々に設定される直流電力の適正値として確定する。演算部５０３は、確定した直流電圧適正値並びに直流電力適正値を制御指令部５０４に送信する。

以上の統括制御装置５００の制御方法によれば、直流系統Ｌ２の恒長が長い場合や、分散電源３０２と負荷２０２とが遠く離れて直流系統Ｌ２に連系する場合等、直流系統Ｌ２の状態に則した電圧分布データに基づいた交流系統連系装置１００、電圧調整装置４００における電圧調整によって、直流系統Ｌ２の電圧降下の影響を抑えることができる。尚、交流系統連系装置１００による一時的な電圧調整（直流電圧適正値の演算）に加えて、直流系統Ｌ２に介在させた電圧調整装置４００による二次的な電圧調整（直流電圧適正値の演算）によって、直流系統Ｌ２の電圧降下の影響をより適切に抑えることができる。

また、直流系統Ｌ２の電圧降下に応じた電圧調整（直流電圧適正値の演算）と併せて、交流系統連系装置１００及び分散電源装置３００のシステム的な電力調整（直流電力適正値の演算）によって直流系統Ｌ２の電力需給の均衡をも実現することができる。つまり、直流系統Ｌ２の電力需給の均衡を図りつつ、直流系統Ｌ２の電圧を所定電圧範囲内に収束させることが可能となる。

また、直流系統Ｌ２の電圧調整機能よりも優先して実行するのではなく、直流系統Ｌ２の電力調整機能を優先して実行することにより、直流系統Ｌ２の電圧降下を抑えるために分散電源３０２の定格出力よりも低い出力に抑制するようなことがなくなり、分散電源３０２の出力を有効に活用することができる。

また、交流系統連系装置１００による一次的な電圧調整、電圧調整装置４００による二次的な電圧調整を実行してもなお、所定電圧範囲から逸脱する箇所が解消されなかった場合には、分散電源装置３００、交流系統連系装置１００の出力調整により対応することができる。

また、直流系統Ｌ２が電力不足の場合、分散電源３０２の出力増加を交流系統連係装置１００の出力増加よりも優先し、また、直流系統Ｌ２が電力超過の場合、交流系統連系装置１００の出力減少を分散電源３０２の出力減少よりも優先することで、分散電源３０２の出力をより有効に活用できる。

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直流送配電システムの全体構成を示した図である。本発明の実施の形態に係る直流系統に連系する各装置の直流電圧・直流電力適正値演算処理の流れを示すフローチャートである。（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態に係る直流系統に連系する各装置の直流電圧・直流電力適正値演算処理を説明する図である。本発明の実施の形態に係る（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態に係る直流系統に連系する各装置の直流電圧・直流電力適正値演算処理を説明する図である。本発明の実施の形態に係る（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態に係る直流系統に連系する各装置の直流電圧・直流電力適正値演算処理を説明する図である。本発明の実施の形態に係る（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態に係る直流系統に連系する各装置の直流電圧・直流電力適正値演算処理を説明する図である。本発明の実施の形態に係る（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態に係る直流系統に連系する各装置の直流電圧・直流電力適正値演算処理を説明する図である。本発明の実施の形態に係る（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態に係る直流系統に連系する各装置の直流電圧・直流電力適正値演算処理を説明する図である。本発明の実施の形態に係る（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態に係る直流系統に連系する各装置の直流電圧・直流電力適正値演算処理を説明する図である。従来の直流配電システムの制御の課題を説明する図である。従来の直流配電システムの制御の課題を説明する図である。

符号の説明

１００交流系統連系装置
２００負荷装置
３００分散電源装置
４００電圧調整装置
５００統合制御装置
５０１電圧管理部
５０２電力管理部
５０３演算部
５０４制御指令部

Claims

直流系統と、
交流系統からの交流電力を直流電力に変換して前記直流系統に供給する交流系統連系装置と、
前記直流系統に直流電力を供給する分散電源装置と、
前記直流系統からの直流電力を消費する負荷装置と、
前記直流系統の電圧を調整する電圧調整装置と、
を有した直流送配電システムにおいて、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置と通信可能に接続されて各装置を統括制御する制御装置であって、
前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置夫々における直流電力、直流電圧、直流電流と、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置夫々の前記直流系統における接続位置と、に基づいて、前記直流系統における位置と直流電圧との関係を表す電圧分布データを生成し、当該電圧分布データにより前記直流系統の電圧が所定電圧範囲を逸脱するか否かを検出する電圧管理部と、
前記電圧管理部により前記所定電圧範囲を逸脱していることが検出されたとき、前記所定電圧範囲からの逸脱度合いに基づいて前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令する直流電圧の適正値を演算する演算部と、
前記演算部により演算された前記直流電圧の適正値を前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令する指令部と、
を有することを特徴とする直流送配電システムの制御装置。
請求項１に記載の直流送配電システムの制御装置であって、
前記演算部は、前記電圧管理部により前記所定電圧範囲を逸脱することが検出されたとき、前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置の優先順位で夫々に指令された直流電圧を調整する、
ことを特徴とする直流送配電システムの制御装置。
請求項１又は２に記載の直流送配電システムの制御装置であって、
前記交流系統連系装置及び前記分散電源装置より前記直流系統に供給される供給電力と前記負荷装置が消費する消費電力とが均衡しているか否かを検出する電力管理部を備え、
前記演算部は、前記電力管理部により前記供給電力と前記消費電力との不均衡が検出されたとき、当該不均衡の度合いに基づいて前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置夫々に指令する直流電力の適正値を演算し、
前記指令部は、前記演算部により演算された前記直流電力の適正値を前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置夫々に指令する、
ことを特徴とする直流送配電システムの制御装置。
請求項３に記載の直流送配電システムの制御装置であって、
前記演算部は、前記直流電力の適正値の演算を、前記直流電圧の適正値の演算よりも優先する、ことを特徴とする直流送配電システムの制御装置。
請求項４に記載の直流送配電システムの制御装置であって、
前記演算部は、前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置の優先順位で夫々に指令された直流電圧を調整した後、前記電圧管理部より前記所定電圧範囲を逸脱することが検出される場合、前記分散電源装置、前記交流系統連系装置夫々に指令された直流電力を調整する、
ことを特徴とする直流送配電システムの制御装置。
請求項５に記載の直流送配電システムの制御装置であって、
前記演算部は、
前記供給電力が前記消費電力よりも不足する場合、前記分散電源装置、前記交流系統連系装置の優先順位で夫々に指令する直流電力を増加させ、
前記供給電力が前記消費電力を超過する場合、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置の優先順位で夫々に指令する直流電力を減少させる、
ことを特徴とする直流送配電システムの制御装置。
直流系統と、
交流系統からの交流電力を直流電力に変換して前記直流系統に供給する交流系統連系装置と、
前記直流系統に直流電力を供給する分散電源装置と、
前記直流系統からの直流電力を消費する負荷装置と、
前記直流系統の電圧を調整する電圧調整装置と、
を有した直流送配電システムの制御方法であって、
前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置と通信可能に接続される制御装置が、
前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置夫々における直流電力、直流電圧、直流電流と、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置夫々の前記直流系統における接続位置と、に基づいて、前記直流系統における位置と電圧との関係を表す電圧分布データを生成し、当該電圧分布データにより前記直流系統の電圧が所定電圧範囲を逸脱するか否かを検出するステップと、
前記所定電圧範囲を逸脱することが検出されたとき、前記所定電圧範囲からの逸脱度合いに基づいて前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令する直流電圧の適正値を演算するステップと、
演算された前記直流電圧の適正値を前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令するステップと、
を有することを特徴とする直流送配電システムの制御方法。
直流系統と、
交流系統からの交流電力を直流電力に変換して前記直流系統に供給する交流系統連系装置と、
前記直流系統に直流電力を供給する分散電源装置と、
前記直流系統からの直流電力を消費する負荷装置と、
前記直流系統の電圧を調整する電圧調整装置と、
を有した直流送配電システムにおいて、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置と通信可能に接続される制御装置により実行させるプログラムであって、
前記制御装置に、
前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置夫々における直流電力、直流電圧、直流電流と、前記交流系統連系装置、前記分散電源装置、前記負荷装置、前記電圧調整装置夫々の前記直流系統における接続位置と、に基づいて、前記直流系統における位置と電圧との関係を表す電圧分布データを生成し、当該電圧分布データにより前記直流系統の電圧が所定電圧範囲を逸脱するか否かを検出する機能と、
前記所定電圧範囲を逸脱することが検出されたとき、前記所定電圧範囲からの逸脱度合いに基づいて前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令する直流電圧の適正値を演算する機能と、
演算された前記直流電圧の適正値を前記交流系統連系装置、前記電圧調整装置夫々に指令する機能と、
を実現させるためのプログラム。