JP5538288B2 - 配電系統電圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、配電系統の電圧を制御する配電系統電圧制御装置に関する。

従来、配電系統は、高圧系統（３３００Ｖ〜６６００Ｖ）と低圧系統（１００Ｖ〜２００Ｖ）から構成され、一般需要家は低圧系統に接続されている。電力事業者は、一般需要家受電端での電圧維持（１００Ｖ受電の場合、９５Ｖ〜１０７Ｖ）が義務付けられている。例えば、下記特許文献１では、柱上変圧器単位で電圧調整を行うことにより、低圧系統における一般需要家受電端の電圧を上下限の範囲内に制御する技術が開示されている。

特開２００５−３４１６６８号公報

従来の技術によれば、柱上変圧器毎に電圧調整装置が必要となりコストが増加する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、柱上変圧器毎に機器を設置することなく、低コストで低圧系統の電圧を適正範囲に制御することが可能な配電系統電圧制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、配電系統電圧制御装置において、自動検針データから求められた所定の期間における各需要家の使用電力量情報、当該使用電力量情報取得時の気象情報および当該需要家の種別・契約情報・配電系統の設備構成の情報を含む外部情報、を取得する使用電力量外部情報取得部と、使用電力量情報および前記契約情報を用いて、平均使用電力率を算出する需要家使用電力率算出部と、前記平均使用電力率および前記契約情報を用いて、使用電力を推定する低圧系統負荷推定部と、配電系統の設備構成の情報および前記使用電力を用いて各需要家の電圧分布を算出し、最も低い電圧を示す需要家について、高圧系統と低圧系統とを接続する基点からの最大降下電圧を推定する低圧系統降下電圧推定部と、配電系統の設備構成の情報および前記使用電力を用いて各需要家の電圧分布を算出し、最も高い電圧を示す需要家について、高圧系統と低圧系統とを接続する基点からの最大上昇電圧を推定する低圧系統上昇電圧推定部と、前記最大降下電圧および前記最大上昇電圧を用いて、高圧系統における電圧変動の電圧上下限を決定する高圧系統電圧上下限決定部と、前記電圧上下限の範囲内で高圧系統の電圧を制御する電圧集中制御部とを備えたものである。

この発明によれば、柱上変圧器毎に機器を設置することなく、低コストで低圧系統の電圧を適正範囲に制御することができる、という効果を奏する。

図１は、配電系統システムの構成例を示す図である。 図２は、電圧制御サーバーの構成例を示す図である。 図３は、使用電力量外部情報記憶部に記憶されている需要家の情報を示す図である。 図４は、需要家の使用電力率プロットと平均使用電力率の一例を示す図である。 図５は、低圧系統の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかる配電系統電圧制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態
図１は、本実施の形態の配電系統電圧制御装置を備えた配電系統システムの構成例を示す図である。配電系統システムは、配電変圧器１と、母線２と、三相電流電圧計測器３と、配電線高圧系統４と、柱上変圧器５と、配電線低圧系統６と、需要家７と、太陽光発電設備８と、自動検針ネットワーク９と、電圧制御ネットワーク１０と、自動検針サーバー１１と、外部情報サーバー１２と、電圧制御サーバー１３と、を備える。ここでは、自動検針サーバー１１、外部情報サーバー１２、および電圧制御サーバー１３で、配電系統電圧制御装置１４を構成する。また、説明の便宜上、母線２に１つの配電線高圧系統４が接続されているが、一例であり、実際には複数の配電線高圧系統４が接続されている。

配電変圧器１は、タップ変更による電圧調整機能を備えた変圧器である。母線２は、配電変圧器１から電流を受けて配電線高圧系統４へ電流を供給する幹線である。三相電流電圧計測器３は、設置された個所における配電線高圧系統４の電流および電圧を計測する。配電線高圧系統４は、高圧系統（３３００Ｖ〜６６００Ｖ）で柱上変圧器５まで配電する。柱上変圧器５は、高圧系統を低圧系統（１００Ｖ〜２００Ｖ）に変圧する変圧器である。配電線低圧系統６は、低圧系統で需要家７まで配電する。需要家７は、電力を消費する単位である。ここでは、１００Ｖを使用する一般の住宅とする。太陽光発電設備８は、需要家７に設置された太陽光発電を行う設備である。

自動検針ネットワーク９は、例えば、各需要家７から３０分毎に検針された自動検針データを収集するネットワークである。なお、３０分の時間間隔（期間）は、一例であり、検針間隔として他の期間、例えば１時間や２時間とすることも可能である。
３０分は、電力消費量の変化傾向を確認するのに適切な時間間隔であり、また通信量が過大となって通信トラフィックが混雑するのを防ぐための通信頻度としても適切な時間間隔である。なお、ネットワークの回線容量が十分に大きければ、３０分よりも間隔を短くしてもよい。
電圧制御ネットワーク１０は、三相電流電圧計測器３で計測された電流および電圧の値を取得するネットワークである。また、電圧制御サーバー１３からの制御に基づいて配電変圧器１から出力される電圧を制御する。

自動検針サーバー１１は、自動検針ネットワーク９に収集された各需要家７からの自動検針データを取り込むサーバーである。また、連続した期間における自動検針データを用いて、その期間における使用電力量を求めることができる。ここでは、３０分間隔で使用電力量を求めることができる。外部情報サーバー１２は、電圧制御サーバー１３において、自動検針サーバー１１から取得した使用電力量に対応付けて記憶すべき情報（外部情報）を収集するサーバーである。収集する情報としては、顧客（需要家７）の需要家種別、契約情報（契約容量、太陽光発電設備８の有無等）や気温等の気象情報、および配電系統の設備構成の情報があり、それぞれ既存のデータベースやインターネットを経由して気象庁等から情報を収集可能である。なお、ここでは、外部情報サーバー１２を１台のサーバーで構成しているが、これに限定するものではなく、収集する情報に応じて複数のサーバーで構成してもよい。電圧制御サーバー１３は、自動検針サーバー１１および外部情報サーバー１２から取得した情報に基づいて、配電変圧器１から出力される電圧を制御し、配電変圧器１が担当する区域の低圧系統の電圧を制御する。

つぎに、電圧制御サーバー１３の構成について説明する。図２は、電圧制御サーバー１３の構成例を示す図である。電圧制御サーバー１３は、使用電力量外部情報取得部２１と、使用電力量外部情報記憶部２２と、需要家使用電力率算出部２３と、低圧系統負荷推定部２４と、低圧系統降下電圧推定部２５と、低圧系統上昇電圧推定部２６と、高圧系統電圧上下限決定部２７と、電圧集中制御部２８と、を備える。

使用電力量外部情報取得部２１は、自動検針サーバー１１から使用電力量情報を、また外部情報サーバー１２から外部情報を取得し、使用電力量外部情報記憶部２２に記憶する。使用電力量外部情報記憶部２２は、使用電力量情報および外部情報を記憶するための記憶部である。需要家使用電力率算出部２３は、需要家７の平均使用電力率および使用電力率標準偏差を算出する。低圧系統負荷推定部２４は、太陽光発電が最大の場合／無しの場合の２通りについて需要家７の３０分毎の使用電力を推定する。低圧系統降下電圧推定部２５は、低圧系統の３０分毎の最大降下電圧を推定する。低圧系統上昇電圧推定部２６は、低圧系統の３０分毎の最大上昇電圧を推定する。高圧系統電圧上下限決定部２７は、各低圧系統の高圧系統連系点における３０分毎の電圧上下限値を算出する。電圧集中制御部２８は、各低圧系統の高圧系統連系点における電圧を電圧上下限値内に収める制御を行う。

つづいて、配電系統電圧制御装置１４における配電系統の制御処理について説明する。まず、使用電力量外部情報取得部２１は、需要家７の３０分使用電力量情報、および当該需要家を識別する情報（例えば、ＩＤ等の需要家識別番号）を自動検針サーバー１１から取得する。自動検針サーバー１１から取得するデータは、電圧制御対象とする配電系統に接続する需要家７に限らず、数万件程度の需要家７の３０分使用電力量情報を過去数年間分程度取得する。
３０分毎の自動検針データから求められた３０分使用電力量情報を取得することで、管理時間として扱いやすい１時間につき２つの使用電力量情報を有することができ、使用電力量情報の欠落を補ったり、平均化することができる。

なお、取得する３０分使用電力量情報に電圧制御対象とする配電系統に接続する需要家７の３０分使用電力量情報が含まれていなくてもよい。取得するタイミングは１年に１度程度とするが、一例であり、これに限定するものではない。例えば、１年に１度、前回取得時からの差分（１年分）だけを取得してもよいし、リアルタイムに、または数日毎、数ヶ月毎に取得してもよい。少なくとも１年に１度は取得することとする。

また、使用電力量外部情報取得部２１は、太陽光発電設備８と連系する需要家７において、発電量が使用量を上回っている時間帯については、３０分使用電力量はマイナスとして扱う。使用電力量外部情報取得部２１は、自動検針サーバー１１から取得した需要家識別番号に対応する外部情報を外部情報サーバー１２から取得し、需要家７の３０分使用電力量のデータと関連付けて使用電力量外部情報記憶部２２に記憶する。

ここで、使用電力量外部情報記憶部２２に記憶される情報について説明する。図３は、使用電力量外部情報記憶部２２に記憶されている各需要家７に関する情報を示す図である。使用電力量外部情報記憶部２２では、各需要家７について、取得時刻毎に、３０分使用電力量の情報を記憶するに際して、曜日、平日／休日、気温、天気、季節の情報を併せて記憶する。また、各需要家７について、需要家識別番号、需要家種別、契約容量、地域、太陽光発電設備８の有無、太陽光発電設備８を設置している場合には太陽光パネル容量、緯度等の情報を記憶する。また、図示していないが制御対象の地域における、日の出および日の入りの時刻、明日以降の予想気温、天候等の気象予報の情報をその地域単位で記憶する。また、図３では、３０分使用電力量の取得時刻毎に気温、天気、季節等も含めているが、これに限定するものではなく、明日以降の予想気温、天候等の気象予報と同様に、制御対象の地域単位で記憶してもよい。また、緯度の情報についても、制御対象の地域単位で記憶してもよい。
これらに加えて、配電系統の設備構成の情報も外部情報として受け取って保有する。

使用電力量外部情報記憶部２２では、これらの情報を需要家分（数万件）記憶する。なお、図３に示す情報および記憶形式は一例であり、以降で説明する計算式に用いる情報に応じて適宜変更可能とする。

なお、使用電力量外部情報取得部２１が取得して使用電力量外部情報記憶部２２に記憶する情報には、個人情報に相当するものも含まれていることから、以降で説明する制御処理を行う都度、使用電力量外部情報取得部２１が情報を取得し、制御処理終了後は、使用電力量外部情報記憶部２２の情報を削除してもよい。

つぎに、需要家使用電力率算出部２３は、使用電力量外部情報記憶部２２に記憶されている各需要家７の３０分使用電力量（数万需要家、数年分）の情報を用いて、使用電力量外部情報取得部２１と同様、１年に１度程度のタイミングで、平均使用電力率および使用電力率標準偏差を算出する。

まず、需要家使用電力率算出部２３は、使用電力量外部情報記憶部２２に記憶されている各需要家７の３０分使用電力量（数万需要家、数年分）から、太陽光発電分を除外する。具体的には、太陽光発電設備８が連系する需要家７については、太陽光発電設備８が連系する期間の日の出から日の入りまでの時間帯について、快晴時間帯の３０分使用電力量のみを使用し、快晴以外の時間帯の３０分使用電力量は以降の計算から除外する。このようにして求めた電力量は、太陽光発電ありの使用電力量となる。
快晴時間帯については、日時、需要家の緯度、需要家の太陽光パネル容量、気温、および、標準的な太陽光パネル設置角度、標準的な太陽光発電効率から、発電量を算出できるため、これを３０分使用電力量に加算することにより、３０分使用電力量から太陽光発電分を除外する。このようにして求めた電力量は、太陽光発電なしの使用電力量となる。

なお、需要家使用電力率算出部２３は、太陽光発電設備８が連系しない需要家７や、太陽光発電設備８が連系する需要家７であっても発電の無い夜間については３０分使用電力量をそのまま使用する。このようにして求めた電力量は太陽光発電設備８が連系しない需要家７の使用電力量もしくは日照時間外の使用電力量となる。これにより、各需要家７の各時間帯の３０分使用電力量から、太陽光発電量分を除外することができる。ここで、需要家７別・３０分時間帯別に、３０分使用電力量の２倍を契約容量で除した使用電力率をつぎの式（１）のように定義する。

使用電力率＝３０分使用電力量×２／契約容量 …（１）

使用電力率は、ある需要家７がある時間帯に、契約容量（使用可能な最大電力）に対してどの程度の割合の電力を使用しているかを示し、同じ時間帯であれば、住宅や商業や工業など、需要家７の種別によって似た傾向を示す。また、使用電力率は、平日／休日の別や曜日、地域・季節・気温による影響を大きく受ける。そこで、使用電力率を需要家７の種類に分類し、需要家種別、地域・季節別、曜日別（土日祝日／その他）、３０分時間帯別に、つぎの式（２）で定義される平均使用電力率を気温の関数として重回帰分析により作成する。

平均使用電力率＝Ｆ_i,j,k,l（気温） …（２）

式（２）において、添え字ｉは需要家種類別、添え字ｊは地域・季節別、添え字ｋは曜日別、添え字ｌは３０分時間帯別とする。一例として、上記の様に区別したが、これに限定するものではない。例えば、地域と季節を別のパラメータとしてもよい。また、一部のパラメータだけを用いることとしてもよい。
平日と週末とでは、人々の行動パターンや組織の生産活動、販売活動などのパターンが変化するので、平日の予測には平日の使用電力量情報、週末の予測には週末の使用電力量情報を用いて行うことが予測精度向上に寄与することとなるからである。
また、週日であっても曜日ごとの需要変化に再現性が有る場合があり、これに着目したり、同じ季節の中の使用電力量情報を利用することで、予測精度が上がることも期待できる。

また、使用電力量外部情報取得部２１が取得した３０分使用電力量情報には、必ずしも電圧制御対象区域の需要家７の使用電力量情報が含まれるとは限らないが、電圧制御対象区域若しくは当該区域が含まれる地域の需要家７の使用電力量情報が含まれる場合には、その使用電力量情報のみを使用する事としても良い。そのようにすれば、地理的条件や社会的条件が一致した需要家の使用電力量情報を用いることになりそれらの使用電力量情報を用いた予測値の信頼性の向上が期待できるからである。
しかし、自動検針システムの導入の過渡期においては、当該区域に十分な数の自動検針装置が設置されていない場合もあり、そのような場合に、当該区域の自動検針データから求められた使用電力量情報は重く、当該区域から離れるに従って使用電力量情報を軽く重み付けして使用するという手法も有効である。自動検針に基づく使用電力量情報の数を近隣区域において確保し、なおかつ近い場所の使用電力量情報を重視することで、予測値の信頼性向上も期待できるからである。
そして、自動検針システム導入当初においては、地域に拘らず、使用電力量情報を利用し、使用電力量情報の数の確保による信頼性向上を図ることも出来る。また、距離的に離れていても、日本海側、太平洋側、山間地、平野部といった地理的条件の近似している地域の使用電力量情報のみを利用することも有意である。気候変化やこれに伴う電力需要の類似が期待できるからである。
ここでは、配電変圧器１が担当する区域を、各需要家が属する場所を表す地域よりも狭い場合を規定したが、区域を地域と同じ区割りとしたり、区域を地域より広い単位としてもよい。

また、需要家種別が同一の使用電力量情報のみを用いることにより、地域が離れていても同傾向の需要動態が期待でき、予測精度の向上を見込むことが出来る。ある区域において住宅地域に工業地域が混在している場合には、需要家種別の中でも、住宅地域、工業地域等にそれぞれ重み付けをしてその使用電力量情報を使用することも有意である。
また需要家種別を細かく規定することで、制御対象の区域全体に対して付与した需要家種別に対して、これと同一の需要家種別を最も重く重み付けし、近似度合いが小さくなるに従って、重み付けを軽くしてゆくことで、多数の使用電力量情報を使用しながら需要家種別の差異による需要動向の違いにも留意しながら予測精度の向上を図ることが出来る。
また、需要家の動向も年月とともに変化することが予測されるため、使用電力量情報の取得時期に応じて、判断時に近い使用電力量情報をより重く重み付けし、過去の使用電力量情報ほど重み付けを軽くしてゆくことで、最近の需要傾向を留意しながら予測精度の向上を図ることが出来る。

使用電力量情報の選別については、需要家使用電力率算出部２３が、使用電力量外部情報記憶部２２に記憶されている電圧制御対象地域の使用電力量情報を重視して使用するだけでなく、自動検針サーバー１１が、電圧制御サーバー１３に対して、その電圧制御サーバー１３が対象とする電圧制御対象地域に関する３０分使用電力量の情報を積極的に振り分けてもよい。

つぎに、需要家使用電力率算出部２３は、需要家７ごとの使用電力のばらつきを把握するため、使用電力率標準偏差をつぎの式（３）より求める。

使用電力率標準偏差＝Ｓ_i,j,k,l
＝（（Σ^m _n=1（ｆ_n−Ｆ_i,j,k,l（気温））²／（ｎ−１））^1/2 …（３）

式（３）において、ｆ_nは使用電力率、ｍは３０分使用電力量情報数、ｎは１〜ｍのカウンターとする。

図４は、需要家７の使用電力率プロットと平均使用電力率の一例を示す図である。横軸は気温、縦軸は使用電力率を示す。契約容量に対する使用電力の比率をプロットした場合、気温によって傾向は異なるが、図に示す点線で囲まれた範囲にプロットされる。さらに、上記の式（２）、式（３）で求めた平均使用電力率、および使用電力率標準偏差を用いることにより、使用電力率プロットの範囲を表すことができる。

なお、需要家使用電力率算出部２３は、使用電力量外部情報取得部２１と同様、１年に１度程度のタイミングで、平均使用電力率および使用電力率標準偏差を算出するとしたが、これに限定するものではない。使用電力量外部情報取得部２１が数日毎、数ヵ月毎に情報を取得する場合には、そのタイミングに合わせて、平均使用電力率および使用電力率標準偏差を算出してもよい。

つぎに、低圧系統負荷推定部２４は、電圧制御対象とする配電系統に接続する各需要家７について、毎日１回、翌日３０分時間帯毎の使用電力を推定する。太陽光発電設備８を連系しない需要家７については、式（４）により使用電力を推定する。
太陽光発電設備８を連系する需要家７については、推定に当たって、太陽光発電が全く無いと想定した場合と、快晴で太陽光発電が有りと想定した場合の２通りの推定を行う。太陽光発電が全く無いと想定した場合の推定は、需要家使用電力率算出部２３で求めた平均使用電力率を使用して行う。
使用電力の推定は具体的には、翌日の地域・季節別、曜日別（土日祝日／その他）、需要家種別、契約容量、および翌日の３０分時間帯毎の予想気温から、式（４）により、翌日の各需要家の３０分時間帯毎の使用電力を推定する。

使用電力＝Ｆ_i,j,k,l（予想気温）×契約容量 …（４）

快晴で太陽光発電が有りと想定した場合の推定は、太陽光発電設備８が連系する需要家７の、太陽光発電設備８が連系する期間の日の出から日の入りまでの時間帯について、日時、需要家７の緯度、需要家７の太陽光パネル容量、予想気温、および、標準的な太陽光パネル設置角度、標準的な太陽光発電効率から、快晴を想定した発電量を算出し、式（５）に示すように使用電力から差し引くことにより算出する。
これにより、太陽光発電設備８を備えた需要家７の発電による、使用電力量の急減による低圧系統の電圧上昇を予測し、これに備えることができる。

快晴を想定した使用電力＝使用電力−快晴を想定した発電量 …（５）

なお、低圧系統負荷推定部２４は、翌日分だけでなく、数日分の３０分時間帯毎の使用電力を推定することも可能である。ただし、予想気温の情報を用いることから、翌日分を前日に推定した方がより高い精度で推定することができる。

つぎに、低圧系統降下電圧推定部２５は、まず、低圧系統負荷推定部２４で推定した、電圧制御対象とする配電系統に接続する各需要家７の、太陽光発電が全く無いと想定した場合の使用電力を使用して、毎日１回、翌日の３０分時間帯毎、かつ、電圧制御対象とする配電系統の低圧系統毎に、各需要家７の電圧分布計算を行う。配電系統の設備構成の情報から、電圧分布計算は、柱上変圧器５の高圧側を基点として、低圧系統の接続構成と柱上変圧器５、低圧本線、引込み線のインピーダンスデータと柱上変圧器５のタップ比データ、各需要家７の使用電力を使用する。電圧分布計算の手法については、特開２００５−３４１６６８の段落［００３２］、［００３３］にも記載されており周知の手法であるので、説明は省略する。図５は、低圧系統の構成例を示す図である。図１では、柱上変圧器５から需要家７までを配電線低圧系統６としていたが、詳細には、低圧本線６１と、引込み線６２に分離することができる。

つぎに、低圧系統降下電圧推定部２５は、使用電力の需要家７間でのばらつきによる降下電圧への影響を推定するために、電圧分布計算で算出された電圧の最も低い需要家７についてのみ、式（６）により使用電力を置き換え、再度電圧分布計算を行う。

使用電力＝（Ｆ_i,j,k,l（予想気温）＋Ｓ_i,j,k,l×２）×契約容量 …（６）

これによって算出された電圧の最も低い需要家７の電圧の、基点（柱上変圧器５の高圧側）の電圧からの差分を式（７）から求め、当該３０分時間帯・当該低圧系統の最大降下電圧とする。

最大降下電圧＝低圧換算の基点の電圧−電圧の最も低い需要家の電圧 …（７）

つぎに、低圧系統上昇電圧推定部２６は、太陽光発電設備８と連系した需要家７については、低圧系統負荷推定部２４で推定した、電圧制御対象とする配電系統に接続する各需要家７の、快晴で太陽光発電が有りと想定した場合の３０分使用電力量を使用し、太陽光発電設備８と連系しない需要家７の場合は通常の低圧系統負荷推定部２４で推定した３０分使用電力量を使用し、毎日１回、翌日の３０分時間帯毎、かつ、電圧制御対象とする配電系統の低圧系統毎に、各需要家７の電圧分布計算を行う。電圧分布計算は、柱上変圧器５の高圧側を基点として、低圧系統の接続構成と柱上変圧器５、低圧本線６１、引込み線６２のインピーダンスデータと柱上変圧器５のタップ比データ、各需要家７の推定使用電力を使用する。そして、低圧系統降下電圧推定部２５と同様、使用電力の需要家７間でのばらつきによる上昇電圧への影響を推定するために、電圧分布計算で算出された電圧の最も高い需要家７についてのみ、式（８）により使用電力を置き換え、再度電圧分布計算を行う。

使用電力＝（Ｆ_i,j,k,l（予想気温）−Ｓ_i,j,k,l×２）×契約容量 …（８）

これによって算出された電圧の最も高い需要家７の電圧の、基点（柱上変圧器５の高圧側）の電圧からの差分を下式（９）から求め、当該３０分時間帯・当該低圧系統の最大上昇電圧とする。なお、最大上昇電圧がマイナスの場合は、降下電圧を表す。

最大上昇電圧＝電圧の最も高い需要家の電圧−低圧換算の基点の電圧 …（９）

なお、低圧系統降下電圧推定部２５および低圧系統上昇電圧推定部２６は、低圧系統負荷推定部２４が数日分の使用電力を推定した場合には、その推定した日数分、それぞれ各低圧系統の最大降下電圧と最大上昇電圧を推定することができる。ただし、低圧系統負荷推定部２４と同様、翌日分を前日に推定した方がより高い精度で推定することができる。

つぎに、高圧系統電圧上下限決定部２７は、低圧系統降下電圧推定部２５および低圧系統上昇電圧推定部２６で推定した、翌日３０分時間帯毎の各低圧系統の最大降下電圧と最大上昇電圧を使用して、毎日１回、翌日３０分時間帯毎の各柱上変圧器５高圧側（各低圧系統の高圧系統連系点）の電圧上下限値を決定する。例えば、最大降下電圧が５Ｖ、最大上昇電圧が２Ｖであった場合、需要家７受電端での電圧を９５Ｖ〜１０７Ｖで維持するためには、柱上変圧器５高圧側の電圧下限値は低圧換算で１００Ｖ（＝９５Ｖ＋５Ｖ）、電圧上限値は低圧換算で１０５Ｖ（＝１０７Ｖ−２Ｖ）となる。

そして、電圧集中制御部２８は、三相電流電圧計測装置３から電圧制御ネットワーク１０経由で取得した高圧系統の三相電流電圧情報と、高圧系統配電線インピーダンスデータを使用して、各柱上変圧器５高圧側（各低圧系統の高圧系統連系点）の電圧を電圧分布計算で１分周期に算出する。つぎに、高圧系統電圧上下限決定部２７で前日に定めた、３０分時間帯毎の各柱上変圧器５高圧側の電圧上下限値と比較して、電圧違反有無を確認する。そして、電圧違反が有る場合には、配電変圧器１のタップ値変更等、配電系統上の電圧制御機器へ制御指令を送り、電圧違反を解消する。

なお、低圧系統降下電圧推定部２５および低圧系統上昇電圧推定部２６を、低圧系統負荷推定部２４と高圧系統電圧上下限決定部２７の間で直列に接続しているが、これに限定するものではなく、並列に接続してもよい。低圧系統降下電圧推定部２５および低圧系統上昇電圧推定部２６が同時に処理を行うことにより、処理時間を短縮することができる。

また、使用電力量外部情報取得部２１が、外部情報サーバー１２を通じて顧客（需要家７）の情報や気温等の情報を取得しているが、これに限定するものではない。使用電力量外部情報取得部２１が、直接、顧客情報を管理する既存のデータベースやインターネット等から情報を収集してもよい。

また、自動検針として想定されている３０分毎を単位として使用電力量の情報を取得しているが、これに限定するものではなく、１時間毎、２時間毎等に取得することも可能である。また、電圧制御サーバー１３で制御を行う場合においても、３０分単位で推定した使用電力等に基づいているが、同様に、１時間単位等にすることも可能である。なお、電圧制御サーバー１３で制御を行う時間間隔は、自動検針の時間間隔以上とする。

以上説明したように、本実施の形態では、配電系統電圧制御装置が、自動検針データから求められた使用電力量情報を用いて、低圧系統の降下電圧および上昇電圧を、全時間・全低圧系統一律ではなく、時間帯・低圧系統毎に推定し、高圧系統の電圧制御に対して電圧上下限値を算出して配電系統の制御を行うこととした。これにより、今後普及が見込まれる設備を用いることで、制御用の機器等を新たに設置することなく、低コストで配電系統の制御を行うことができる。

このとき、需要家種別毎に、需要家の電力使用量の予測ができ、予測精度の向上が期待でき正確な電圧制御ができる効果がある。

また、太陽光発電設備を有する需要家の使用電力量について、快晴時の使用電力量を太陽光ありの使用電力量と規定し、ここから標準的な太陽光発電効率から求めた太陽光発電量を加算することで太陽光なしの使用電力量を求めることができ、これと日照時間外の使用電力量を切り分けて利用することで、低圧系統の最大降下電圧と最大上昇電圧を正確に予測し対応することが出来る効果がある。

加えて、需要家種別が同一の使用電力量情報のみを用いることで、需要変化傾向が一致した使用電力量情報から需要予測ができ、予測精度の向上が期待でき正確な電圧制御ができる効果がある。

需要家種別が異なっていても、需要家種別の類似の需要家の使用電力量情報の重みを増し、類似度減少に従って重みを軽減することで、同一種別の需要家の使用電力量情報が少ない時であっても電力使用量の予測精度を向上させ正確な電圧制御ができる効果がある。

制御対象の区域と同一の区域又は当該区域を含む地方の使用電力量情報のみを用いることでも、地理的条件や社会的環境が一致する需要家の使用電力量情報を利用することとなって、予測の精度向上が期待できる。

制御対象の区域に対して地域が近いほど重み付けを増す使用電力量情報の利用によっても、地域が一致する使用電力量情報が少ない場合に、使用電力量情報の数を確保することによって予測値の信頼性を向上する効果が期待できる。

季節・月・週・曜日・時間帯のいずれか、又は複数の項目が一致する使用電力量情報のみを用いることで、需要動向の再現性が期待でき、電力使用量の予測精度が向上する効果がある。

年月とともに変化してゆく需要動向を考慮すると、判断時に近い使用電力量情報をより重く扱い遠い過去の使用電力量情報ほど軽く扱うことで、最近の傾向を加味した需要予測ができ、精度向上が期待できる。

また、３０分毎の自動検針データから求められた使用電力量情報を取得することで、電力消費量の変化の傾向を適切に検出することができ、また通信量が過大となって通信トラフィックが混雑することを避けることができる。

１ 配電変圧器
２ 母線
３ 三相電流電圧計測器
４ 配電線高圧系統
５ 柱上変圧器
６ 配電線低圧系統
７ 需要家
８ 太陽光発電設備
９ 自動検針ネットワーク
１０ 電圧制御ネットワーク
１１ 自動検針サーバー
１２ 外部情報サーバー
１３ 電圧制御サーバー
１４ 配電系統電圧制御装置
２１ 使用電力量外部情報取得部
２２ 使用電力量外部情報記憶部
２３ 需要家使用電力率算出部
２４ 低圧系統負荷推定部
２５ 低圧系統降下電圧推定部
２６ 低圧系統上昇電圧推定部
２７ 高圧系統電圧上下限決定部
２８ 電圧集中制御部
６１ 低圧本線
６２ 引込み線

Claims (9)

1. 所定期間毎に需要家毎に計測された自動検針データから求められた使用電力量情報、ならびに、前記使用電力量情報を取得した時の気象情報、前記需要家毎の需要家種別・契約情報、および配電系統の設備構成の情報を含む外部情報、を取得する使用電力量外部情報取得部と、
   前記使用電力量情報および前記契約情報を用いて、需要家種別毎に平均使用電力率を算出する需要家使用電力率算出部と、
   前記平均使用電力率および前記契約情報を用いて、制御する区域単位で、需要家種別毎に、現推定時以降の任意の期間の使用電力を推定する低圧系統負荷推定部と、
   配電系統の設備構成の情報および前記使用電力を用いて各需要家の電圧分布を算出し、最も低い電圧を示す需要家について、高圧系統と低圧系統とを接続する基点から低圧系統側の最大降下電圧を推定する低圧系統降下電圧推定部と、
   配電系統の設備構成の情報および前記使用電力を用いて各需要家の電圧分布を算出し、最も高い電圧を示す需要家について、高圧系統と低圧系統とを接続する基点から低圧系統側の最大上昇電圧を推定する低圧系統上昇電圧推定部と、
   前記最大降下電圧および前記最大上昇電圧を用いて、高圧系統における前記任意の期間の電圧変動の電圧上下限を決定する高圧系統電圧上下限決定部と、
   前記電圧上下限の範囲内で高圧系統の電圧を制御する電圧集中制御部を備える配電系統電圧制御装置。
2. 使用電力量外部情報取得部は、加えて太陽光発電設備有無の情報を含む契約情報を取得し、
   需要家使用電力率算出部は、太陽光発電設備を有する需要家に関しては加えて日照時間内は快晴時の使用電力量を太陽光発電ありの使用電力量情報とし、前記太陽光ありの使用電力量に標準的な太陽光発電効率から求めた太陽光発電量を加算した値を太陽光発電なしの使用電力量情報とし、日照時間外は計測された電力量を日照時間外使用電力量情報とし、太陽光発電なしの使用電力量情報と日照時間外使用電力情報を用いて、契約情報に基づいて需要家種別毎に平均使用電力率を算出し、
   低圧系統負荷推定部は、太陽光発電設備を有する需要家に関しては加えて推定した前記任意の期間の使用電力から標準的な太陽光発電効率から求めた太陽光発電量を減算して太陽光発電ありの使用電力を推定し、
   低圧系統上昇電圧推定部は、太陽光発電設備を有する需要家に関しては加えて推定した前記太陽光発電ありの使用電力を用いて最大上昇電圧を推定する事を特徴とした、請求項１に記載の配電系統電圧制御装置。
3. 同一の需要家種別の需要家の使用電力量情報のみを用いて、高圧系統の電圧を制御することを特徴とした、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の配電系統電圧制御装置。
4. 同一の需要家種別の需要家の使用電力量情報の重みを増やし、種別が類似から遠ざかるに従ってその種別の使用電力量情報の重みを減少させて、高圧系統における以後の電圧変動の電圧上下限を決定することを特徴とした、請求項１又は請求項２のいずれかに記載の配電系統電圧制御装置。
5. 制御する区域が属する地域の使用電力量情報のみを用いて、高圧系統の電圧を制御することを特徴とした、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の配電系統電圧制御装置。
6. 制御する区域が属する地域の使用電力量情報の重みを増やし、地域が遠ざかるに従ってその地域の使用電力量情報の重みを減少させて、高圧系統の電圧を制御することを特徴とした、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の配電系統電圧制御装置。
7. 季節、月、週、曜日、時間帯のいずれか又は複数の項目が同一の使用電力量情報のみを用いることを特徴とした、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の配電系統電圧制御装置。
8. 近い期間の使用電力量情報の重みを増やし、期間が遠ざかるに従ってその期間の使用電力量情報の重みを減少させて、高圧系統における以後の電圧変動の電圧上下限を決定することを特徴とした、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の配電系統電圧制御装置。
9. 所定期間を３０分とすることを特徴とした、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の配電系統電圧制御装置。

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