JP5537300B2 - 配電系統の電圧制御装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、配電系統における複数の制御目標地点の電圧もしくは無効電力を制御する複数の機器を制御することにより当該配電系統全体の電圧制御を行う電圧制御装置およびプログラムに関する。

従来、配電系統の場合、柱上変圧器以降需要家側の電圧を一定の範囲内（例えば、101±6[V]）に保つため、配電系統に、電圧・無効電力制御機器を導入し、電圧を調整している。これらの機器は、あらかじめ設定した目標地点の電圧が一定の範囲内となるよう制御することで、系統全体の電圧が管理目標の範囲内に収まるよう制御している。この電圧・無効電力制御機器は、通常自律的に動作する。

このような自律型の電圧・無効電力制御機器の例としては、電圧自動調整器（ＳＶＲ），自動投入／開放型調相装置（ＡＰＣ）が挙げられる。

ＳＶＲは、自律制御方式として、機器が設置された場所の電圧と機器の電流および設定した目標地点までのインピーダンスを用いて制御電圧を計算し、制御電圧が目標電圧範囲内となるようタップを調整する方式（ＬＤＣ方式）を採用する機器である。ＡＰＣは、例えば電力用コンデンサ（ＳＣ）や分流リアクトル（ＳｈＲ）などを使用し、ＡＰＣ接続端の電圧と設定した投入電圧・開放電圧とを比較し、比較結果に応じて機器の投入・開放を自律的に判断する機器である。

これらの機器は、あらかじめ設定した目標地点の電圧が一定の範囲内となるよう制御を行う。

また、無効電力制御機器を遠隔操作して、監視対象とする母線電圧を管理範囲内に制御する技術としては、監視点の無効電力と電圧の偏差量積分を行い、無効電力調整装置の制御目標値を遠隔制御するものがある。（例えば、特許文献１）。

特開２００３−２５９５５５号公報

前述した電圧・無効電力制御機器は、配電系統の電圧制御目標値である電圧管理目標値に沿って電圧目標値が設定される。電圧管理目標値は重負荷時と軽負荷時の電圧降下の最大と最小から定めているため、軽負荷の場合には上限に余裕が少なく下限に余裕がある状態となり、重負荷の場合はその逆となる。また、負荷電流により電圧が降下することを前提に範囲を算定しているため、分散型電源の接続等で需要家端電圧が上昇する場合や、負荷が小さく電圧降下がほとんど無い場合には需要家端電圧が一定の範囲から外れる場合が発生する。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、需要家端電圧を一定の範囲内に保つことのできる配電系統の電圧制御装置およびプログラムを提供することを目的とする。

本発明の一態様による配電系統の電圧制御装置は、配電系統における複数の制御目標地点の電圧もしくは無効電力を制御する複数の機器を制御することにより当該配電系統全体の電圧制御を行う電圧制御装置であって、前記配電系統の各所の計測情報を一定の時間間隔で取得する計測情報検出手段と、前記配電系統の系統構成に基づき前記配電系統を複数のグループに分け、この分けた複数のグループのうち電源に近いグループに属する機器から優先的に制御が行われるように、前記複数の機器の制御順位を決定する制御順決定手段と、前記制御順決定手段により決定された制御順位に従い、前記複数の機器の制御量を、前記計測情報検出手段により取得された各所の計測情報に基づいて個別に決定する制御量決定手段と、前記制御順決定手段により決定された制御順位に従い、前記複数の機器へ、前記制御量決定手段により決定された制御量を個別に伝達する制御量伝達手段とを具備し、前記制御量決定手段は、前記計測情報から得られる電力量に応じて、配電区間毎に管理目標電圧を変化させ、当該変化する管理目標電圧を用いて前記複数の機器の制御量を個々に決定することを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る配電系統の電圧制御装置を含む配電系統システムの構成の一例を示す構成図。 計測情報加工部から需要状態推定部へ供給される情報の一例を示す図。 系統構成把握部からＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定部へ供給される情報の一例を示す図。 ＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定部からＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部へ供給される情報一例を示す図。 配電系統を構成する複数のノードグループを説明するための概念図。 ＡＰＣの電源からの電気的距離を説明するための概念図。 需要状態推定部からＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部へ供給される情報の一例を示す図。 ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部からＡＰＣ制御量伝達部やＳＶＲ制御量伝達部へ供給される情報の一例を示す図。 個々のＡＰＣ，ＳＶＲの制御順決定から制御量決定までの動作の一例を示すフローチャート。 図９中のＳＶＲタップ決定処理の詳細な動作の一例を示すフローチャート。 図９中のＡＰＣオンオフ決定処理の詳細な動作の一例を示すフローチャート。 同実施形態に係る電圧制御装置の全体の動作の一例を示すフローチャート。 管理目標電圧に対する第１の可変制御の例を説明するためのグラフ。 管理目標電圧に対する第２の可変制御の例を説明するためのグラフ。 管理目標電圧に対する第３の可変制御の例を説明するためのグラフ。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る配電系統の電圧制御装置を含む配電系統システムの構成の一例を示す図である。

図１には、配電用変電所、分散型電源（ＤＧ）、および需要家設備（負荷）を、周知の遮断器、計測器を備えていない区分開閉器、計測器を備えた区分開閉器などを介して配電線で接続された配電系統が示されている。当該配電系統には、複数の制御目標地点の電圧もしくは無効電力を制御する自律型の電圧・無効電力制御機器（以下では、単に「機器」と称す。）の具体例として、複数の自動投入／開放型調相装置（ＡＰＣ）および複数の電圧自動調整器（ＳＶＲ）（以下では、単に「ＡＰＣ，ＳＶＲ」と称す。）が設けられている。

ＳＶＲは、自律制御方式として、機器が設置された場所の電圧と機器の電流および設定した目標地点までのインピーダンスを用いて制御電圧を計算し、制御電圧が目標電圧範囲内となるようタップを調整する方式（ＬＤＣ方式）を採用する機器である。ＡＰＣは、例えば電力用コンデンサ（ＳＣ）や分流リアクトル（ＳｈＲ）などを使用し、ＡＰＣ接続端の電圧と設定した投入電圧・開放電圧とを比較し、比較結果に応じて機器の投入・開放を自律的に判断する機器である。これらの機器は、あらかじめ設定した制御目標地点の電圧が一定の範囲内となるよう制御を行う。

なお、本実施形態では、電圧制御装置１０１が制御を行う対象機器をＡＰＣ，ＳＶＲとしているが、例えばＳＣやＳｈＲなどの機器を対象として制御することも可能である。

配電系統の電圧制御装置１０１は、例えば計測器を備えた区分開閉器を通じて、配電系統の各所の計測情報を一定の時間間隔で取得し、前記複数の機器を遠隔制御することにより、当該配電系統全体の電圧制御を行うものである。なお、本実施形態では、配電系統を構成する複数の機器もしくは複数のノードの状態（電力需要、電圧などの状態）の時間に応じた変化を捉えるにあたり、時間軸上のある時点を“時間断面”もしくは単に“断面”と呼ぶ場合がある。

上記電圧制御装置１０１は、プログラムを実行するプロセッサを備えたコンピュータとして実現することが可能であり、主な機能として、計測情報検出部１、制御順決定部２、制御量決定部３、および制御量伝達部４を有する。

計測情報検出部１は、計測器を備えた区分開閉器を通じて配電系統の各所の計測情報を一定の時間間隔で取得する機能である。

制御順決定部２は、配電系統の系統構成に基づき、前記複数の機器の制御順位を決定する機能である。

制御量決定部３は、制御順決定部２により決定された制御順位に従い、前記複数の機器の制御量を、計測情報検出部１により取得された各所の計測情報に基づいて個別に決定する機能である。

制御量伝達部４は、制御順決定部２により決定された制御順位に従い、前記複数の機器へ、制御量決定部３により決定された制御量を個別に伝達する機能である。

これらの機能の詳細について以下に説明する。

計測情報検出部１は、線間電圧の計測値を検出する線間電圧検出部５と、相電流の計測値を検出する相電流検出部６と、力率の計測値を検出する力率検出部７と、計測情報加工部８とを有する。

制御順決定部２は、配電系統の系統構成を把握する系統構成把握部９と、個々のＡＰＣ，ＳＶＲの制御順を決定するＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定手段１０とを有する。

制御量決定部３は、電力の需要状態を推定する需要状態推定部１１と、個々のＡＰＣ，ＳＶＲの制御量を決定するＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２とを有する。

制御量伝達部４は、個々のＡＰＣへ制御量を伝達するＡＰＣ制御量伝達部１３と、個々のＳＶＲへ制御量を伝達するＳＶＲ制御量伝達部１４とを有する。

このような構成において、計測情報検出部１は、線間電圧検出部５、相電流検出部６、および力率検出部７により、配電系統の各所に設置されている計測器付き開閉器の計測情報に含まれる線間電圧実効値、相電流実効値、および力率をそれぞれ検出し、計測情報加工部８により、三相の平均値に加工し、加工した情報を制御量決定部３の需要状態推定部１１へ供給する。計測情報加工部８から需要状態推定部１１へ供給される情報は、図２に示されるように、線間電圧三相平均値（Ｖ）、相電流三相平均値（Ａ）、および力率三相平均値（％）を含んでいる。なお、本実施形態では、計測情報検出部１で電圧・電流・力率を検出しているが、代わりに、電圧・有効電力・無効電力を検出するようにしても良い。また、本実施形態では、計測情報加工部８で三相の平均値への加工を行っているが、配電系統の計測器付き開閉器から直接、三相の平均値を得られる場合は、この計測情報加工部８は不要となる。

制御順決定部２は、系統構成把握部９により、配電系統の系統構成を把握し、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定部１０により、把握した配電系統の系統構成と当該系統構成における個々の機器の系統上の位置とに基づいて個々のＡＰＣ，ＳＶＲを制御する順位を決定し、決定した順位の情報を制御量決定部３のＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２へ供給する。系統構成把握部９からＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定部１０へ供給される情報は、図３に示されるように、配電線接続情報（配電線内の電線と電柱のつながりを示す情報）、開閉器接続情報（開閉器の投入／開放状態と位置を示す情報）、配電線線種情報（配電線内で使用される電線の線種）、機器位置（配電線内の機器の設置位置を示す情報）、および区間接続情報（開閉器で囲まれた配線区間のつながりを示す情報）を含んでいる。また、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定部１０からＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２へ供給される情報は、図４に示されるように、各機器の動作優先順位を整数で表した情報を含んでいる。

ここで、図５および図６を参照して、制御順決定部２のＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定部１０による制御順決定方法について説明する。

ＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定部１０は、配電系統を複数のノードグループに分け、その分けた複数のノードグループのうち電源側に近いノードグループに属する機器から優先的に制御が行われ、且つ、同じノードグループに属する機器では先にＡＰＣの制御が行われ、その後にＳＶＲの制御が行われるように、配電系統内の各機器の制御順位を決定する。

ＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定部１０の動作を以下に説明する。まず、配電系統の各所に設置される個々のＳＶＲを境目にして、当該配電系統を複数のノードグループに分ける。例えば図５に示される配電系統の場合、個々のＳＶＲの位置で分けられた複数のノードグループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４を設ける。電源に近いものから順に制御が行われるよう各ノードグループの順位を決める。

次に、ノードグループの順位に従って、電源に最も近い機器から、電源から最も遠い機器（配電系統の末端に位置する機器）まで、電源に近いものから順に制御が行われるよう、各機器の制御順位を決める。ノードグループ内では、１又は複数のＡＰＣが存在する場合には当該ＡＰＣから先に制御し、最後に、当該ノードグループの終端に位置する１又は複数のＳＶＲを制御するように順位を決める。図５の例では、機器の制御順位は、ＡＰＣ１，ＳＶＲ１，ＳＶＲ２，ＳＶＲ３，ＡＰＣ２の順となる。

また、ノードグループ内には、複数のＡＰＣが存在する場合がある。電源と当該ノードグループの終端のＳＶＲとの間、あるいは当該ノードグループの始端のＳＶＲと終端のＳＶＲとの間の配電線を本線とし、この本線から分岐する配電線を支線とすると、ＡＰＣは本線に接続されたものほか、支線に接続されたものも存在し得る。そのような場合、支線に接続された個々のＡＰＣのうち、電源（あるいはノードグループの始端のＳＶＲ）からの電気的距離が最長のＡＰＣは、電圧に与える影響が最も大きいので、先に制御が行われるようにする。例えば図６のように、本線に接続されたＡＰＣ２のほかに、支線に接続されたＡＰＣ１，ＡＰＣ３が存在し、ＡＰＣ１よりもＡＰＣ３の方が電源からの電気的距離が長い場合、ＡＰＣの制御順位は、ＡＰＣ２，ＡＰＣ３，ＡＰＣ１の順となる。

なお、ノードグループ内の本線に複数のＡＰＣが接続されている場合は、電源（あるいはノードグループの始端のＳＶＲ）からの電気的距離が長いＡＰＣから順に制御が行われるようにする。

また、終端にＳＶＲが無いノードグループ内に複数のＡＰＣが存在する場合も、電源（あるいはノードグループの始端のＳＶＲ）からの電気的距離が長いＡＰＣから順に制御が行われるようにする。

制御量決定部３は、需要状態推定部１１により、計測情報加工部８で加工された計測情報に基づいて配電系統の需要状態を推定し、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２により、推定した需要状態に対する個々のＡＰＣ，ＳＶＲの制御量を、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定部１０により決定された制御順に従って決定し、決定した個々のＡＰＣ，ＳＶＲの制御量を示す情報をＡＰＣ制御量伝達部１３やＳＶＲ制御量伝達部１４へ供給する。需要状態推定部１１からＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２へ供給される情報は、図７に示されるように、配電系統内ノード電圧（Ｖ）、配電系統内ノード通過電流（Ａ）、配電系統内ノード通過有効電力（Ｗ）、および配電系統内ノード通過無効電力（Ｖａｒ）の情報を含んでいる。また、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２からＡＰＣ制御量伝達部１３やＳＶＲ制御量伝達部１４へ供給される情報は、図８に示されるように、ＳＶＲに対してタップ位置を指示する情報や、ＡＰＣに対して投入／開放状態を指示する情報を含んでいる。

制御量伝達部４は、ＡＰＣ制御量伝達部１３により、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２から供給されるＡＰＣの制御量を該当するＡＰＣへ伝達し、ＳＶＲ制御量伝達部１４により、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２から供給されるＳＶＲの制御量を該当するＳＶＲへ伝達する。

前述のＳＶＲの制御量の決定には、後述する評価関数を用いる。まず、推定した需要状態に対し、制御順決定部２により求められた順位でＡＰＣやＳＶＲを操作し、操作後の電圧や潮流状態を推定する。その推定した状態から評価関数で与えられる評価値を求め、評価値が最良となるまでＡＰＣやＳＶＲを操作する。最終的に評価値が最良となった機器の制御量を決定値とし、求められた制御量は、ＡＰＣ制御量伝達部１３およびＳＶＲ制御量伝達部１４により配電系統のＳＶＲおよびＡＰＣに制御指令と共に伝達される。

なお、本実施形態では、ＡＰＣの制御量としてＡＰＣの投入・開放状態、ＳＶＲの制御量としてＳＶＲのタップ位置を採用しているが、代わりに、ＡＰＣの制御量としてＡＰＣの投入電圧，開放電圧、ＳＶＲの制御量としてＬＤＣ制御の目標電圧やＳＶＲタップ位置の変化量（現在のタップと最良値との差）を採用しても良い。

ここで、評価関数の例について説明する。

評価関数としては、（Ａ）配電区間毎に設定された管理目標電圧と操作後に推定される個々の電圧との差の合計を演算する評価関数と、（Ｂ）配電線の配電ロスの合計を演算する評価関数とがある。また、制約関数としては、（ａ）配電区間毎に設定された所定の電圧管理範囲から逸脱する個々の電圧の逸脱量の合計を演算する制約関数と、（ｂ）前回演算した個々の電圧を基準に設定された所定の電圧管理範囲から逸脱する個々の電圧の逸脱量の合計を演算する制約関数とがある。

これら４つの関数の演算結果を合計したものを最終的な評価値とする。この評価値は、当該評価値が最小となる機器の制御量を求めるために使用される。

上記（Ａ）の評価関数は、次の（１）式で表される。

すなわち、管理目標電圧（電圧管理目標値）をＶrefiとし、推定したノードｉごとの電圧Ｖiのずれ量の合計を評価する。

上記（Ｂ）の評価関数は、次の（２）式で表される。

すなわち、区間の１配電線（１ブランチ）のロスをＰlossiとし、各配電線を合わせた配電線全体のロスの大きさを評価する。

ここで、上記（１）式，（２）式の２つの評価関数をｆa1，ｆa2とし、それぞれに重みｗ1，ｗ2を乗じ、双方を加算したものを評価関数Ｆaとする。この評価関数Ｆaは、次の（３）式で表わされる。

Ｆa＝ｗ1・ｆa1＋ｗ2・ｆa2 …（３）
この（３）式において、ｗ1をｗ2よりも大きくすることで、ノード電圧が電圧管理目標値に近づく傾向を強くでき、一方、ｗ2をｗ1よりも大きくすることで、配電線ロスが小さくなる傾向を強くできる。このように重みｗ1，ｗ2を調整することにより、制御対象の制御の傾向を設定することができる。

一方で、上記（ａ）の制約関数は、次の（４）式で表される。

すなわち、推定したノードｉごとの電圧Ｖｉが、区間に設定された電圧管理範囲Ｖlimを逸脱した場合の逸脱量の合計を評価する。なお、電圧管理範囲Ｖlimを逸脱しない場合、そのノードにおける電圧の逸脱量「Ｖlimi−Ｖi」は０とする。

また、上記（ｂ）の制約関数は、次の（５）式で表される。

すなわち、推定したノードｉごとのノード電圧Ｖｉが、前回推定を行った断面のノード電圧Ｖioから一定の電圧範囲を持たせた電圧管理範囲Ｖdlimを逸脱した場合の逸脱量を評価する。なお、前回推定を行った断面からの電圧変化が電圧管理範囲Ｖdlimを逸脱しない場合、
そのノードにおける電圧の逸脱量「Ｖdlimi−Ｖi」は０とする。

ここで、上記（４）式，（５）式の２つの制約関数をｆp1，ｆp2とし、それぞれに重みｗp1，ｗp2を乗じ、双方を加算したものを制約関数Ｆpとする。この制約関数Ｆpは、最終的なペナルティ値を示すものであり、次の（６）式で表わされる。

Ｆp＝ｗp1・ｆp1＋ｗp2・ｆp2 …（６）
この（６）式において、ｗp1をｗp2よりも大きくすることで、ノード電圧が電圧管理範囲Ｖlimに収まる傾向を強くでき、一方、ｗp2をｗp1よりも大きくすることで、ノード電圧が電圧管理範囲Ｖdlimに収まる傾向を強くできる。このように重みｗp1，ｗp2を調整することにより、制御対象の制御の傾向を設定することができる。

ここで、上記（３）式の評価関数Ｆaと上記（６）式の制約関数Ｆpの双方を加算したものを、評価関数Ｆとする。評価関数Ｆは、最終的な評価値を示すものであり、次の（７）式で表される。

Ｆ＝Ｆa＋Ｆp …（７）
次に、図９を参照して、個々のＡＰＣ，ＳＶＲの制御順決定から制御量決定までの動作の一例について説明する。

この図９に示される動作においては、個々のＡＰＣ，ＳＶＲの制御量を決定するために、系統に設置されるＳＶＲ，ＡＰＣ毎に制御量に応じた系統の電圧分布や潮流状態を推定し、前述の評価関数を用いた評価値が最良となる制御量を求める。

最初に、制御順決定部２は、配電系統の各所に設置される個々のＳＶＲを境目にして、当該配電系統を複数のノードグループに分ける。具体的には、電源から当該電源に最も近いＳＶＲまでの系統、および、互いに隣接するＳＶＲとＳＶＲとで囲まれた系統のそれぞれを、別々のノードグループとすることにより、配電系統全体をノードグループ化する（ステップＳ１１）。

次に、制御順決定部２は、個々のＡＰＣ，ＳＶＲの系統上の位置に応じて、個々のＡＰＣ，ＳＶＲの制御順をノードグループ毎に決定する（ステップＳ１２）。

次に、制御量決定部３は、個々のＡＰＣ，ＳＶＲの制御量をノードグループ毎に決定するため、次のような一連の処理を行う。

制御量決定部３は、電源から当該電源に最も近いＳＶＲまでのノードグループにＡＰＣが存在するか否かを判定する（ステップＳ１３）。存在しなければ特に何もしないが、存在する場合は、そのＡＰＣをオンにするかオフにするかの決定処理（後述する図１１のＡＰＣオンオフ処理）を行う（ステップＳ１４）。

次に、制御量決定部３は、最も電源に近いＳＶＲを対象とし（ステップＳ１５）、当該ＳＶＲのタップ位置についての決定処理（後述する図１０のＳＶＲタップ決定処理）を行う（ステップＳ１６）。

制御量決定部３は、当該ＳＶＲを基点としたノードグループにＡＰＣが存在するか否かを判定する（ステップＳ１７）。存在しなければ特に何もしないが、存在する場合は、そのＡＰＣをオンにするかオフにするかの決定処理（後述する図１１のＡＰＣオンオフ処理）を行う（ステップＳ１８）。

この後、制御量決定部３は、全てのＳＶＲを評価し終えたか否かを判定する（ステップＳ１９）。全てのＳＶＲを評価し終えていなければ、対象のＳＶＲを次のＳＶＲに変更し（ステップＳ２０）、ステップＳ１６〜Ｓ１８の処理を繰り返す。一方、全てのＳＶＲを評価し終えたならば、当該制御量決定処理を終了する。

次に、図１０を参照して、図９中のＳＶＲタップ決定処理の詳細な動作の一例について説明する。

制御量決定部３は、最初に、所定の記憶領域に設けたカウンタの値を１に設定する（ステップＳ２１）。次に、制御量決定部３は、対象のＳＶＲのタップを電圧下げ方向へ１タップ操作し、評価関数を用いて評価値を算出する（ステップＳ２２）。評価値が改善されたならば、その評価値を所定の記憶領域に格納し（ステップＳ２４）、カウンタの値を１加算し（ステップＳ２５）、ステップＳ２２の処理を繰り返す。一方、評価値が改善されなければ、カウンタの値が２以上であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。

制御量決定部３は、カウンタの値が２以上であれば、ＳＶＲのタップの位置を確定し、最終的な評価値のデータを所定の記憶領域に格納する（ステップＳ２７）。一方、カウンタの値が２以上でなければ、カウンタの値を１に再設定する（ステップＳ２８）。次に、制御量決定部３は、対象のＳＶＲのタップを電圧上げ方向へ１タップ操作し、評価値を算出する（ステップＳ２９）。評価値が改善されたならば、その評価値を所定の記憶領域に格納し（ステップＳ３１）、カウンタの値を１加算し（ステップＳ３２）、ステップＳ２９の処理を繰り返す。一方、評価値が改善されなければ、ＳＶＲのタップ位置を確定し、最終的な評価値のデータを所定の記憶領域に格納する（ステップＳ２７）。

次に、図１１を参照して、図９中のＡＰＣオンオフ決定処理の詳細な動作の一例について説明する。

制御量決定部３は、対象のＡＰＣが遮断されていれば投入操作を行い、投入されていれば遮断操作を行い、評価関数を用いて評価値を算出する（ステップＳ３１）。評価値が改善されなければ何もしないが、評価値が改善された場合は、その評価値を所定の記憶領域に格納する。

この後、制御量決定部３は、対象のノードグループに含まれる全てのＡＰＣを評価し終えたか否かを判定する（ステップＳ３４）。評価し終えていなければ、対象のＡＰＣを次のＡＰＣに変更し（ステップＳ３５）、ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理を繰り返す。一方、評価し終えたならば、対象のノードグループに含まれる全てのＡＰＣの状態を確定し、最終的な評価値のデータを所定の記憶領域に格納する（ステップＳ３６）。

次に、図１２を参照して、本実施形態に係る電圧制御装置１０１の全体の動作の一例について説明する。

本実施形態に係る電圧制御装置１０１の動作は、計測情報検出処理Ｓ１０１、制御順決定処理Ｓ１０２、制御量決定処理Ｓ１０３、および制御量伝達処理Ｓ１０４から構成される。

計測情報検出処理Ｓ１０１においては、計測情報検出部１の線間電圧検出部５、相電流検出部６、および力率検出部７が、配電線に配置された計測器付き開閉器から計測情報（線間電圧実効値、相電流実効値、力率）を検出する計測情報検出処理を行い（ステップＳ５１）、計測情報検出部１の計測情報加工部８が、検出した計測情報を三相の平均値に加工する三相計測情報加工処理を行う（ステップＳ５２）。なお、本実施形態では、ステップＳ５２で三相の平均値に加工しているが、配電系統の計測器付き開閉器から直接三相の平均値を得られる場合には、この処理は不要である。

制御順決定処理Ｓ１０２においては、制御順決定部２の系統構成把握部９が、配電線の系統構成を把握する系統構成把握処理を行い（ステップＳ５３）、制御順決定部２のＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定部１０が、把握した系統構成と個々のＡＰＣ，ＳＶＲの位置とに基づき、ＡＰＣ，ＳＶＲの制御順位を決定するＡＰＣ，ＳＶＲ制御順位決定処理を行う（ステップＳ５４）。

制御量決定処理Ｓ１０３においては、制御量決定部３の需要状態推定部１１が、計測情報加工処理により加工された計測情報から、配電系統の需要状態を推定する需要状態推定処理を行い（ステップＳ５５）、制御量決定部３のＡＰＣ，ＳＶＲの制御量決定部１２が、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御順位決定処理により決定された制御順で、推定した需要状態に対する個々のＡＰＣ，ＳＶＲの制御量を決定するＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定処理を行う（ステップＳ５６）。

制御量伝達処理Ｓ１０４においては、制御量伝達部４のＡＰＣ制御量伝達部１３およびＳＶＲ制御量伝達部１４が、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定処理により決定された個々のＡＰＣ，ＳＶＲの制御量を該当するＳＶＲ，ＡＰＣへ制御指令を伝達するＡＰＣ，ＳＶＲ制御量伝達処理を行う（ステップＳ５７）。

なお、本実施形態では、需要状態推定処理Ｓ５５は、制御量決定処理Ｓ１０３の内部処理としているが、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定処理Ｓ５６よりも前で且つ計測情報加工処理Ｓ５２よりも後であれば、制御量決定処理Ｓ１０３の外側に存在していても構わない。

また、本実施形態では、系統条件把握処理Ｓ５３は、制御順決定処理Ｓ１０２の内部処理としているが、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定処理よりも先であれば、制御順決定処理Ｓ１０２の外側に存在していていも構わない。

＜管理目標電圧Ｖrefiの可変制御について＞
以下では、需要家端電圧を一定の範囲内に保つために管理目標電圧（電圧管理目標値）Ｖrefiを可変制御する手法について説明する。

図１中に示される制御量決定部３内のＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２は、計測情報検出部１が取得した計測情報から得られる電力量（例えば、電源側の送出端の電力量）に応じて、配電区間毎（区分開閉器で囲まれた区間毎）に管理目標電圧Ｖrefiを変化させ、当該変化する管理目標電圧Ｖrefiを用いて複数の機器の制御量を個々に決定する機能を有する。管理目標電圧Ｖrefiは、前述したように評価関数を用いて評価値を算出する処理（ステップＳ２２，Ｓ２９，Ｓ３１等）において使用されるものである。

以下、図１３〜図１５を参照して、Ｖrefiを可変制御する手法について３つの具体例を挙げて説明する。

（第１の可変制御の例）
最初に、図１３を参照して、第１の可変制御の例について説明する。
ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２は、計測情報から得られる電力量に応じて、制御モードを切り替えて管理目標電圧Ｖrefiを決定する機能を有する。具体的には、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２は、電力量が所定値よりも低いときに管理目標電圧Ｖrefiを第１の値とする第１の制御モードと、電力量が所定値よりも高いときに管理目標電圧Ｖrefiを前記第１の値よりも高い第２の値とする第２の制御モードとの間の切り替えを行う機能を有する。この場合、切り替える制御モードは２つに限らず、３つ以上とすることができる。

例えば、図１３に示すように、制御モードとして重負荷時のモードと軽負荷時のモードとを用意し、計測される送出端電力の大きさが閾値Ｘ以上であれば重負荷モードにし、Ｘ未満であれば軽負荷モードにする。

軽負荷時は需要家端までの電圧降下が小さいため、軽負荷モードにおいては管理目標電圧Ｖrefiが比較的低めに設定される。一方、重負荷時は需要家端までの電圧降下が大きくなるため、重負荷モードにおいては管理目標電圧Ｖrefiが比較的高めに設定される。

この結果、前述の（１）式の評価関数の値やこれを用いた評価値は、重負荷時と軽負荷時とでそれぞれ異なる結果を示し、ＳＶＲやＡＰＣの制御電圧は、軽負荷時には比較的低めに設定され、重負荷時には比較的高めに設定され、結果的に、需要家端の電圧が適正範囲内（例えば、101±6[V]）に維持される。

なお、図１３では、閾値が１つで制御モードが２つの場合について例示したが、閾値を２つ以上、制御モードを３つ以上とし、計測される送出端電力の大きさに応じて管理目標電圧Ｖrefiを多段階に変化させるようにしても良い。

また、図１に示したように、配電系統に複数の計測器付き区分開閉器があり、計測値を使用することができる構成においては、当該計測器付き区分開閉器の計測値を利用して、負荷側のノードの管理目標電圧をそれぞれ変更するようにしても良い。

この第１の可変制御の例によれば、計測情報から得られる電力量に応じて、制御モードを切り替えて管理目標電圧Ｖrefiを決定することにより、需要家端の電圧を適正範囲内に保つことができる。

（第２の可変制御の例）
次に、図１４を参照して、第２の可変制御の例について説明する。
ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２は、前述の第１の可変制御の場合と同様、計測情報から得られる電力量に応じて、制御モードを切り替えて管理目標電圧Ｖrefiを決定することができる。但し、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２は、管理目標電圧Ｖrefiを、計測情報から得られる電力量に比例させる制御モードを少なくとも１つ有する。

例えば、図１４に示すように、制御モードとして重負荷時のモードと軽負荷時のモードとを用意し、計測される送出端電力の大きさが閾値Ｙ以上であれば重負荷モードにし、Ｙ未満であれば軽負荷モードにする。ここで、軽負荷モードにおいては、比例定数がαの比例関数を用いることにより、計測される送出端電力に比例する管理目標電圧Ｖrefiが決定される。一方、重負荷モードにおいては、例えば、軽負荷モードにおける管理目標電圧Ｖrefiの最大値（即ち、閾値Ｙのときの管理目標電圧）が固定値として決定される。なお、重負荷モードにおいては、管理目標電圧Ｖrefiを固定値とせずに、比例定数がαとは異なるα´の比例関数を用いることにより、計測される送出端電力に比例する管理目標電圧Ｖrefiが決定されるようにしてもよい。すなわち、軽負荷モードのときに限らず、ほかのモードのときにおいても比例関数を用いて管理目標電圧Ｖrefiが決定されるようにしてもよい。

本例においても、軽負荷モードにおいては管理目標電圧Ｖrefiが比較的低めに設定され、重負荷モードにおいては管理目標電圧Ｖrefiが比較的高めに設定される。

この結果、前述の（１）式の評価関数の値やこれを用いた評価値は、重負荷時と軽負荷時とでそれぞれ異なる結果を示し、ＳＶＲやＡＰＣの制御電圧は、軽負荷時には比較的低めに設定され、重負荷時には比較的高めに設定され、結果的に、需要家端の電圧が適正範囲内（例えば、101±6[V]）に維持される。

なお、図１４では、閾値が１つで制御モードが２つの場合について例示したが、閾値を２つ以上、制御モードを３つ以上とし、計測される送出端電力の大きさに応じて管理目標電圧Ｖrefiを連続的に変化させるようにしても良い。

また、図１に示したように、配電系統に複数の計測器付き区分開閉器があり、計測値を使用することができる構成においては、当該計測器付き区分開閉器の計測値を利用して、負荷側のノードの管理目標電圧をそれぞれ変更するようにしても良い。

この第２の可変制御の例によれば、計測情報から得られる電力量に応じて、制御モードを切り替えて管理目標電圧Ｖrefiを決定すると共に、管理目標電圧Ｖrefiを計測情報から得られる電力量に比例させる制御モードを少なくとも１つ備えることにより、一層精度良く、需要家端の電圧を適正範囲内に保つことができる。また、送出端電力の大きさが閾値付近にある場合に、管理目標電圧Ｖrefiの急激な変動や頻繁な切替が起こることを防ぐことができる。

（第３の可変制御の例）
次に、図１５を参照して、第３の可変制御の例について説明する。
ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２は、前述の第１の可変制御や第２の可変制御の場合とは異なり、複数の制御モード間の切り替えは行わない。ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２は、単一の関数を用いて、計測情報から得られる電力量に応じた管理目標電圧Ｖrefiを決定する。具体的には、ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部１２は、計測情報から得られる電力量が大きくなるにつれて管理目標電圧Ｖrefiを高くする所定の曲線を有する関数を用いて当該管理目標電圧Ｖrefiを決定する。

例えば、図１５に示すように、関数ｆは、計測される送出端電力に対する管理目標電圧Ｖrefiを決定するための関数であり、需要家端までの電圧降下の微妙な変化に対応させたＶrefi曲線を描いている。

本例においても、軽負荷モードにおいては管理目標電圧Ｖrefiが比較的低めに設定され、重負荷モードにおいては管理目標電圧Ｖrefiが比較的高めに設定される。

この結果、前述の（１）式の評価関数の値やこれを用いた評価値は、重負荷時と軽負荷時とでそれぞれ異なる結果を示し、ＳＶＲやＡＰＣの制御電圧は、軽負荷時には比較的低めに設定され、重負荷時には比較的高めに設定され、結果的に、需要家端の電圧が適正範囲内（例えば、101±6[V]）に維持される。

なお、図１に示したように、配電系統に複数の計測器付き区分開閉器があり、計測値を使用することができる構成においては、当該計測器付き区分開閉器の計測値を利用して、負荷側のノードの管理目標電圧をそれぞれ変更するようにしても良い。

この第３の可変制御の例によれば、計測情報から得られる電力量に応じて、所定の曲線を有する関数により管理目標電圧Ｖrefiを決定することにより、より一層精度良く、需要家端の電圧を適正範囲内に保つことができる。また、複数の制御モード間の切り替えは行わないので、管理目標電圧Ｖrefiの急激な変動が起こることを防ぐことができる。また、切替に必要な閾値や管理目標電圧Ｖrefiの一定にするための固定値などを使う必要がないので、設定などに使用するパラメータ類を低減させることができる。

上述した各実施形態で述べた各種の機能や処理手順は、コンピュータプログラムとして、コンピュータにより読み取り可能な記憶媒体（例えば磁気ディスク，光ディスク，半導体メモリ）に記憶させておき、必要に応じてそれをプロセッサにより読み出して実行するようにしてもよい。また、このようなコンピュータプログラムは、通信媒体を介してあるコンピュータから他のコンピュータに伝送することにより配布することも可能である。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…計測情報検出部、２…制御順決定部、３…制御量決定部、４…制御量伝達部、５…線間電圧検出部、６…相電流検出部、７…力率検出部、８…計測情報加工部、９…系統構成把握部、１０…ＡＰＣ，ＳＶＲ制御順決定部、１１…需要状態推定部、１２…ＡＰＣ，ＳＶＲ制御量決定部、１３…ＡＰＣ制御量伝達部、１４…ＳＶＲ制御量伝達部、１５…系統条件推定部、１６…情報保存部、１７…系統情報保存部、１８…機器制御量保存部。

Claims (5)

1. 配電系統における複数の制御目標地点の電圧もしくは無効電力を制御する複数の機器を制御することにより当該配電系統全体の電圧制御を行う電圧制御装置であって、
   前記配電系統の各所の計測情報を一定の時間間隔で取得する計測情報検出手段と、
   前記配電系統の系統構成に基づき前記配電系統を複数のグループに分け、この分けた複数のグループのうち電源に近いグループに属する機器から優先的に制御が行われるように、前記複数の機器の制御順位を決定する制御順決定手段と、
   前記制御順決定手段により決定された制御順位に従い、前記複数の機器の制御量を、前記計測情報検出手段により取得された各所の計測情報に基づいて個別に決定する制御量決定手段と、
   前記制御順決定手段により決定された制御順位に従い、前記複数の機器へ、前記制御量決定手段により決定された制御量を個別に伝達する制御量伝達手段と
   を具備し、
   前記制御量決定手段は、前記計測情報から得られる電力量に応じて、配電区間毎に管理目標電圧を変化させ、当該変化する管理目標電圧を用いて前記複数の機器の制御量を個々に決定することを特徴とする配電系統の電圧制御装置。
2. 前記制御量決定手段は、前記電力量が所定値よりも低いときに前記管理目標電圧を第１の値とする第１の制御モードと、前記電力量が所定値よりも高いときに前記管理目標電圧を前記第１の値よりも高い第２の値とする第２の制御モードとの間の切り替えを行うことを特徴とする請求項１に記載の配電系統の電圧制御装置。
3. 前記制御量決定手段は、前記管理目標電圧を前記電力量に比例させる制御モードを有することを特徴とする請求項１に記載の配電系統の電圧制御装置。
4. 前記制御量決定手段は、前記電力量が大きくなるにつれて前記管理目標電圧を高くする所定の関数を用いて当該管理目標電圧を決定することを特徴とする請求項１に記載の配電系統の電圧制御装置。
5. 配電系統における複数の制御目標地点の電圧もしくは無効電力を制御する複数の機器を制御することにより当該配電系統全体の電圧制御を行うコンピュータに、
   前記配電系統の各所の計測情報を一定の時間間隔で取得する計測情報検出機能と、
   前記配電系統の系統構成に基づき、前記配電系統を複数のグループに分け、この分けた複数のグループのうち電源に近いグループに属する機器から優先的に制御が行われるように、前記複数の機器の制御順位を決定する制御順決定機能と、
   前記制御順決定機能により決定された制御順位に従い、前記複数の機器の制御量を、前記計測情報検出機能により取得された各所の計測情報に基づいて個別に決定する制御量決定機能と、
   前記制御順決定機能により決定された制御順位に従い、前記複数の機器へ、前記制御量決定機能により決定された制御量を個別に伝達する制御量伝達機能と、
   前記制御量決定機能に備えられ、前記計測情報から得られる電力量に応じて、配電区間毎に管理目標電圧を変化させ、当該変化する管理目標電圧を用いて前記複数の機器の制御量を個々に決定する機能と
   を実現させるためのプログラム。

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