JP5893544B2 - 電圧制御装置、電圧制御方法、電力調整装置、及び電圧制御プログラム - Google Patents

電圧制御装置、電圧制御方法、電力調整装置、及び電圧制御プログラム Download PDF

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Description

本発明は、電圧制御装置、電圧制御方法、電力調整装置、及び電圧制御プログラムに関する。特に、複数の分散型電源が連系された配電系統の電圧を制御するための制御量を算出する電圧制御装置等に関する。
近年、太陽光発電システム、燃料電池発電システムといった分散型電源が家庭やオフィスビル等に導入されている。こうした分散型電源による発電電力のうち、家庭内やビル内の負荷で消費されて余った余剰電力が配電系統へ逆潮流され、電力会社に売られている。したがって、今後、大量の分散型電源が配電系統に連系された場合、分散型電源の逆潮流や一斉解列等により、受電点における電圧が系統連系規程で定められた低圧需要家の電圧適正範囲（１０１±６Ｖ、２０２±２０Ｖ）を逸脱する可能性が指摘されている。
電圧適正範囲からの電圧の逸脱を制御する方式の１つとして、分散型電源に出力させる無効電力を調整することにより受電点の電圧を制御する方式が知られている。これは、無効電力の調整が可能な機器である分散型電源が備えるパワーコンディショナ、或いは、ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ；無効電力調整装置）等を用いて、連系点の電圧を制御する方式である。
具体的には、分散型電源又はＳＶＣは、自身の連系点における電圧が電圧適正範囲を逸脱した場合に無効電力を入出力し、配電線の線路インピーダンス（主にリアクタンス成分）との作用により、連系点の電圧を制御する。
しかし、分散型電源やＳＶＣ等が電圧制御のために入出力する無効電力の増加によって、配電線を流れる電流が増加すると、それに伴い配電線における電力損失（以後、配電損失という）が増加することが課題となっている。
このような課題への対処法として、例えば特許文献１に示される技術や、特許文献２に示される技術が開示されている。
特許第４０１９１５０号公報 特開２００３−１８７４８号公報
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、配電系統の電圧制御時に発生する配電損失をより低減させる電圧制御装置等を提供することを目的とする。
本発明に係る電圧制御装置の一態様は、配電系統の電圧を調整するために正又は負の無効電力を前記配電系統に出力する１以上の電力調整装置を制御する電圧制御装置であって、前記配電系統上に設けられた１以上の電圧検出点における電圧値を取得する取得部と、前記配電系統における変電所から前記１以上の電力調整装置までの系統インピーダンス値を検出する検出部と、前記１以上の電圧検出点の中に、電圧値が所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合には、少なくとも前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点における電圧値が前記所定の電圧範囲内で設定された電圧目標値を逸脱しないように、前記１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値に対応する値を制御量として算出する制御量算出部と、前記制御量算出部が算出した制御量を前記１以上の電力調整装置に通知する通知部とを備え、前記制御量算出部は、前記１以上の電圧検出点における電圧値、及び前記系統インピーダンス値を用いて演算することにより、前記電圧目標値を逸脱した電圧検出点のうちの特定の電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値に略一致するように前記制御量を算出し、且つ、前記電圧目標値を逸脱した全ての電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値から同一方向に逸脱している場合には、前記１以上の電力調整装置に出力させる無効電力の符号が全て同じとなるように前記制御量を算出する。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの記録媒体記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
さらに、本発明は、このような電圧制御装置の機能の一部又は全てを実現する半導体集積回路（ＬＳＩ）として実現したり、このような電圧制御装置を含む電圧制御システムとして実現したりできる。
本発明によると、配電系統の電圧制御時に発生する配電損失をより低減させる電圧制御装置等を提供できる。
図１Ａは、従来技術に係る電圧制御装置が行う電圧制御の結果の一例を示す図である。 図１Ｂは、本発明に係る電圧制御装置が行う電圧制御の結果の一例を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る電圧制御装置を含む配電系統の概念図である。 図３は、実施の形態１に係る電圧制御装置の機能ブロックを示す図である。 図４は、実施の形態１において電圧制御装置が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図５は、実施の形態１の変形例１に係る電圧制御装置の機能ブロックを示す図である。 図６は、実施の形態１の変形例２に係る電圧制御装置の機能ブロックを示す図である。 図７は、実施の形態１において電圧制御装置が行う処理の流れの他の一例を示すフローチャートである。 図８は、実施の形態１及び２における、電力調整装置が行う処理の流れを示すフローチャートである。 図９は、シミュレーションに用いた配電系統の概要を示す図である。 図１０Ａは、図９に示される条件のもとでシミュレーションを行った場合の電圧の制御結果を示す図である。 図１０Ｂは、シミュレーションにおいて、電力調整装置の内部で生じる電力損失を考慮しない場合において、電圧制御装置が各分散型電源に出力させた無効電力を示す図である。 図１０Ｃは、シミュレーションにおいて、電力調整装置の内部で生じる電力損失を考慮した場合において、電圧制御装置が各分散型電源に出力させた無効電力を示す図である。 図１１は、実施の形態２に係る電圧制御装置を含む、配電系統の概念図である。 図１２は、実施の形態２に係る電圧制御装置の機能ブロックを示す図である。 図１３は、実施の形態３に係る電圧制御装置を含む、配電系統の概念図である。 図１４は、実施の形態４に係る電圧制御装置を含む、配電系統の概念図である。 図１５は、実施の形態１及びその変形例、実施の形態２、実施の形態３、並びに実施の形態４に係る電圧制御装置を実現するコンピュータシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。
（本発明の基礎となった知見）
背景技術において説明したように、分散型電源やＳＶＣ等において、電圧制御のために入出力する無効電力の増加によって、配電線を流れる電流が増加すると、それに伴い配電線における電力損失（以後、配電損失という）が増加することが課題となっている。
このような課題への対処法として、例えば特許文献１に示される技術では、変圧器二次側の各電圧監視点における電圧の規定範囲の中心値からの誤差の二乗和を最小にするように、複数の分散型電源や無効電力調整器の無効電力を算出する。さらに、算出した無効電力の二乗和が最小となるように変圧器のタップ位置を決定する。これにより、各分散型電源や無効電力調整器が出力する無効電力の二乗和を最小にすることができるとしている。
ここで、一般に、分散型電源が無効電力を出力したとき、及び分散型電源に無効電力が入力されたときのいずれの場合であっても、配電損失は生じる。したがって、配電損失を最小とするには、分散型電源が出力する無効電力、及び分散型電源へ入力される無効電力の合計値を最小とする必要がある。
しかし、特許文献１では、電圧目標値との偏差の二乗和が最小となるように、各分散型電源等に入力又は出力させるべき無効電力の値を決定している。このとき、３つのタップ位置候補の中から無効電力の二乗和が最も小さくなるタップ位置を選択するようにしているが、各分散型電源等が入出力する無効電力自体を削減する技術は開示されていない。
一方、特許文献２に示される技術では、変圧器のタップ余裕、調相機器における無効電力の余裕、発電装置における無効電力の余裕を考慮して電圧目標値を決定する。さらに、（１）決定した電圧目標値と電圧現在値との偏差二乗和と、（２）無効電力潮流の目標値と無効電力潮流の現在値との偏差二乗和、との和を最小にする技術を開示している。これにより、無効電力潮流の監視点における無効電力潮流を目標値に近づけることができるとしている。
この場合も、電圧に関する項と無効電力に関する項とがトレードオフとなり、必ずしも入出力する無効電力が最小になるとは限らない。
上記の課題を解決するために、本発明に係る電圧制御装置の一態様は、配電系統の電圧を調整するために正又は負の無効電力を前記配電系統に出力する１以上の電力調整装置を制御する電圧制御装置であって、前記配電系統上に設けられた１以上の電圧検出点における電圧値を取得する取得部と、前記配電系統における変電所から前記１以上の電力調整装置までの系統インピーダンス値を検出する検出部と、前記１以上の電圧検出点の中に、電圧値が所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合には、少なくとも前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点における電圧値が前記所定の電圧範囲内で設定された電圧目標値を逸脱しないように、前記１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値に対応する値を制御量として算出する制御量算出部と、前記制御量算出部が算出した制御量を前記１以上の電力調整装置に通知する通知部とを備え、前記制御量算出部は、前記１以上の電圧検出点における電圧値、及び前記系統インピーダンス値を用いて演算することにより、前記電圧目標値を逸脱した電圧検出点のうちの特定の電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値に略一致するように前記制御量を算出し、且つ、前記電圧目標値を逸脱した全ての電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値から同一方向に逸脱している場合には、前記１以上の電力調整装置に出力させる無効電力の符号が全て同じとなるように前記制御量を算出する。
この構成によると、電圧制御装置は、電力調整装置から出力される正負の無効電力の総和を、従来よりも低減させることができる。したがって、電圧制御装置は、配電系統の電圧制御時に発生する配電損失をより低減させることができる。
また、複数の前記電力調整装置が前記配電系統に接続されており、前記制御量算出部は、前記１以上の電圧検出点の中に、電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合に、前記系統インピーダンス値のうち線路抵抗値に応じて前記複数の電力調整装置のそれぞれに出力させるべき無効電力値が分配されるように、複数の前記電力調整装置ごとの制御量を算出するとしてもよい。
これによると、電圧制御装置は、系統インピーダンスに応じて複数の電力調整装置のそれぞれに出力させるべき無効電力値を分配する。したがって、電圧制御装置は、配電損失をより低減させることができる。
また、複数の前記電力調整装置が前記配電系統に接続されており、前記制御量算出部は、前記１以上の電圧検出点の中に、電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合には、複数の前記電力調整装置のそれぞれが無効電力を出力する際に当該電力調整装置内部にて発生する電力損失に応じて前記複数の電力調整装置のそれぞれに入出力させるべき無効電力値が分配されるように、複数の前記電力調整装置ごとの制御量を算出するとしてもよい。
この構成によると、配電線だけでなく、電力調整装置内部で発生する電力損失をも低減することができる。
また、前記取得部は、さらに、前記１以上の電力調整装置が出力している無効電力値を取得し、前記制御量算出部は、現在時刻ｔにおいて前記１以上の電圧検出点の中に電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合に、現在時刻ｔにおいて前記取得部が取得した無効電力値と時刻ｔ−１において前記１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値として算出した第１無効電力値との差の絶対値と、所定値とを比較し、前記差の絶対値の方が大きい場合には、現在時刻ｔで算出した無効電力値と前記取得部が取得した無効電力値とを加算した値を前記制御量として算出し、前記所定値の方が大きい場合には、現在時刻ｔで算出した無効電力値と前記第１無効電力値とを加算した値を前記制御量として算出するとしてもよい。
一般に、電力調整装置が電圧制御装置から指令を受けた後に、指令値通りに無効電力を出力するまでには立ち上がり時間による遅延が生じる。この場合、制御周期が電力調整装置の立ち上がり時間より短い場合には正しくない制御量が算出され制御が破綻してしまう。本構成に係る電圧制御装置は、これを回避することができる。
また、前記取得部は、さらに、前記１以上の電力調整装置が出力している無効電力値を取得し、前記制御量算出部は、現在時刻ｔにおいて前記１以上の電圧検出点の中に電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合に、現在時刻ｔにおいて前記取得部が取得した無効電力値と時刻ｔ−１において前記１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値として算出した第１無効電力値との差の絶対値と、所定値とを比較し、前記差の絶対値の方が大きい場合には、前記第１無効電力値を前記制御量として算出し、前記所定値の方が大きい場合には、現在時刻ｔで算出した無効電力値と前記第１無効電力値とを加算した値を前記制御量として算出するとしてもよい。
これによると、制御量算出部における制御量の算出に、電力調整装置が出力している無効電力値の測定値を使わないことで、電圧値の測定誤差によって正しくない制御量が算出されることを回避することができる。
また、前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が複数存在し、且つ、前記所定の電圧範囲を逸脱した全ての電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値から同一方向に逸脱している場合において、前記制御量算出部は、前記所定の電圧範囲を逸脱した複数の前記電圧検出点のうち電圧の逸脱量が最も大きい電圧検出点を前記特定の電圧検出点として特定し、前記特定の電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値に略一致するように前記制御量を算出するとしてもよい。
これによると、所定の範囲から電圧が上下いずれか一方へ逸脱している場合において、制御量算出部は、入力又は出力する無効電力をより低減させることが可能な特定の電圧検出点を具体的に決定することができる。
また、前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が複数存在し、前記所定の電圧範囲内には、第１電圧目標値と、前記第１電圧目標値以下である第２電圧目標値とが設定され、且つ、複数の前記電圧検出点における電圧値が、前記第１電圧目標値より上、及び前記第２電圧目標値より下のいずれの方向にも逸脱している場合において、前記制御量算出部は、前記第１電圧目標値より上に電圧値が逸脱した電圧検出点のうち電圧の逸脱量が最も大きい電圧検出点を第１特定点として特定し、前記第２電圧目標値より下に電圧値が逸脱した電圧検出点のうち電圧の逸脱量が最も大きい電圧検出点を第２特定点として特定し、前記第１特定点における電圧値が前記第１電圧目標値と略一致し、前記第２特定点における電圧値が前記第２電圧目標値と略一致するように、前記制御量を算出するとしてもよい。
これによると、所定の範囲から電圧が上下いずれの方向へも逸脱している場合において、制御量算出部は、入出力する無効電力をより低減させることが可能な特定の電圧検出点を具体的に決定することができる。
また、前記取得部は、前記電力調整装置に分散型電源が含まれる場合に、前記分散型電源が出力する無効電力値と有効電力値とをさらに取得するとしてもよい。
さらにまた、前記制御量算出部は、前記取得部によって取得された、前記分散型電源が出力する無効電力値と有効電力値とから、前記複数の分散型電源それぞれにおける力率を計算し、前記力率が所定の値よりも小さい場合には、当該力率が当該所定の値に近づくように有効電力の抑制値を示す有効電力抑制値と、無効電力の低減値を示す無効電力低減値とを前記制御量として算出するとしてもよい。
これによると、電圧制御装置は、出力する有効電力及び無効電力の値を、力率が適正範囲に含まれるように調整することができる。
また、前記制御量算出部は、前記通知部を介して前記電力調整装置に定期的に制御量を通知する場合において、前記１以上の電圧検出点における電圧変動の大きさがより大きいほど、より短い周期で、前記制御量を算出し、算出した制御量を前記電力調整装置に通知するとしてもよい。
これによると、変動が小さいほど、制御周期が長くなる。したがって、電圧制御装置による無駄な制御を削減することができる。
また、前記制御量算出部は、現在時刻ｔから時刻ｔ−ｍまでの所定の時間幅において算出した全ての制御量の平均値、あるいは、前記所定の時間幅において算出した制御量のうち最大の制御量と最小の制御量との平均値を、現在時刻ｔにおける制御量として算出する電圧制御装置としてもよい。
これによると、制御量算出部は、急激に電圧変動に追従するのではなく、少しずつ無効電力を入出力するようにすることで、制御が発散することを防止することができる。
また、前記取得部は、前記１以上の電力調整装置が出力する無効電力値を取得し、前記制御量算出部は、前記１以上の電圧検出点において測定された全ての電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱しておらず、且つ、前記１以上の電力調整装置のうち少なくとも１つが無効電力を出力している場合に、前記１以上の電力調整装置が出力している無効電力値に入出力低減係数を乗算することにより、次に前記１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値を算出するとしてもよい。
これによると、電圧が安定している場合には、無効電力入出力を低減することで、無駄な無効電力入出力を回避することができる。
また、前記制御量算出部は、前記１以上の電圧検出点における電圧変動の大きさが大きいほど前記入出力低減係数の値を１に近い値に設定し、且つ、前記１以上の電圧検出点における電圧変動の大きさが小さいほど入出力低減係数の値を０に近い値に設定するとしてもよい。
一般に、電力調整装置が瞬時に入出力できる無効電力には制約があるため、無効電力の入出力を絞りすぎてしまうと、急激な電圧変動に対応できない。しかし、本構成によると、入出力低減係数の値を電圧変動の大きさに応じて決定することで、例えば無効電力出力を抑制中に急激な電圧変動が発生した場合であっても、迅速に無効電力の入出力を増加させることができる。
また、前記配電系統には、変圧器二次側の電圧を調整するステップ式自動電圧調整器が接続されており、前記取得部はさらに、前記ステップ式自動電圧調整器による変圧の範囲を示すタップ範囲と、前記ステップ式自動電圧調整器による現在の変圧状態を示すタップ位置及びタップ間電圧とを取得し、前記制御量算出部はさらに、前記ステップ式自動電圧調整器におけるタップ位置を前記制御量として算出するとしてもよい。
この構成によると、ステップ式自動電圧調整器であるタップを制御することで、無効電力の出力を低減することにより、配電損失を低減できる。
本発明に係る電力調整装置の一態様は、配電系統の電圧を調整するために正又は負の無効電力を前記配電系統に出力する電力調整装置であって、前記電力調整装置が出力する無効電力値と受電点における電圧値とを取得する自端情報取得部と、前記自端情報取得部が取得した、前記無効電力値と前記受電点における電圧値とを、電圧制御装置へ送信し、当該電力調整装置が出力すべき無効電力値に対応する値である制御量を前記電圧制御装置から受信する通信部と、前記電力調整装置が出力する無効電力値を制御する出力制御部とを備え、前記出力制御部は、前記自端情報取得部が取得した前記受電点における電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱している場合に、前記受電点における電圧値が前記所定の電圧範囲内に収まるように無効電力を出力し、前記通信部は、前記受電点における電圧値が前記所定の電圧範囲内に収まった後、前記自端情報取得部が取得した前記無効電力値と、前記受電点における電圧値とを前記電圧制御装置へ送信し、前記出力制御部は、前記通信部が前記電圧制御装置から前記制御量を受信した後、受信した制御量に従って前記無効電力値を制御する。
この構成によると、電力調整装置が自律的に初期の電力制御を行うため、制御遅れがなくなる。したがって、電圧逸脱後から安定するまでにかかる時間を短縮できる。
以下、本実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
まず、図１Ａ及び図１Ｂを参照して、本発明が解決しようとする課題、及び本発明の効果をより具体的に説明する。
図１Ａは、従来技術に係る電圧制御装置が行う電圧制御の結果の一例を示す。
図１Ａにおいて、従来技術に係る電圧制御装置は、変電所からの距離が異なる複数の電圧検出点において、ある時刻ｔに計測した電圧Ｖ１〜Ｖ４を、上限値以下に制御するものとする。図１Ａに示されるように、ここでは、Ｖ３及びＶ４が上限値を超えている。
電圧制御装置は、無効電力を入力又は出力することができる電力調整装置を制御することにより、電圧検出点における電圧を制御する。電力調整装置は、例えば、分散型電源、及びＳＶＣ等である。また、無効電力は、進相無効電力又は遅相無効電力のいずれであってもよい。説明のため、以後、無効電力とは進相無効電力を意味するものとする。さらに、進相無効電力を出力する向きを正として説明する。すなわち、電力調整装置が「負の無効電力を出力する」とは、電力調整装置に無効電力が入力されることを示す。
この場合、電圧制御装置は、電力調整装置に正の無効電力を出力させることにより、電力調整装置が接続された配電網上の電圧検出点における電圧を下げることができる。また、電力調整装置に負の無効電力を出力させることにより、電圧検出点における電圧を上げることができる。
より詳細には、従来技術に係る電圧制御装置は、上限値以下の所定の値として設定された目標値とＶ１〜Ｖ４との偏差の二乗和が最小となるように、電力調整装置に出力させる無効電力の値を決定する。すなわち、いわゆる最小二乗法により無効電力の値を決定する。
その結果、目標値よりも電圧の小さなＶ１及びＶ２に対しては、より大きな電圧Ｖ１’及びＶ２’となるように無効電力の値が決定される。また、目標値よりも電圧の大きなＶ３及びＶ４に対しては、より小さな電圧Ｖ３’及びＶ４’となるように無効電力の値が決定される。
このように、従来技術において、出力させるべき無効電力の値を決定するために最小二乗法を使用する理由は、代数的な解法では、無効電力の値を一般には決定できないためである。
例えば、電力調整装置の台数をｎ個とし、電圧検出点の数をｍ個とした場合、ｍ＝ｎでなければ、電力調整装置が出力する無効電力の値を未知数とした連立方程式の解を一般には求めることができない。
よって、従来技術においては、例えば電圧Ｖ１〜Ｖ４の中心値（平均値、中央値など）を目標値として設定し、複数の電圧検出点における電圧が全体としてこの目標値に近づくようにし、目標値との偏差が上下限値を逸脱しないように出力させるべき無効電力の値を決定している。
一方、図１Ｂは、本発明に係る電圧制御装置が行う電圧制御の結果の一例を示す。
本発明に係る電圧制御装置は、後述するように、配電損失が最小となるように目的関数を定める。この目的関数を、電圧目標値を導入した制約条件のもとに、非線形計画法で解く。その結果、上限値及び下限値から逸脱する電圧検出点の電圧のみを制御することができる。具体的には、図１Ｂにおいては、時刻ｔに上限値を逸脱していた電圧Ｖ３及びＶ４のみを、上限値以下であるＶ３’及びＶ４’へそれぞれ下げるように制御している。なお、Ｖ１及びＶ２は意図的には制御しないが、Ｖ３及びＶ４を制御する影響により、それぞれＶ１’及びＶ２’へと、多少電圧が降下する。
したがって、図１Ａと図１Ｂを比較すると、どちらも、電圧制御後の電圧Ｖ１’〜Ｖ４’は上限値以下に抑えられている。しかし、図１Ａでは、Ｖ１’及びＶ２’は、Ｖ１及びＶ２から電圧を上げられており、Ｖ３’及びＶ４’は、Ｖ３及びＶ４から電圧が下げられている。これは、Ｖ３及びＶ４を制御するのに正の無効電力が出力されており、Ｖ１及びＶ２を制御するのに負の無効電力が出力されていることを意味する。
一方、図１Ｂでは、Ｖ３’及びＶ４’において電圧を下げられている。これは、Ｖ３及びＶ４を制御するのに正の無効電力のみが出力されたことを意味する。
一般に、無効電力を出力すると、無効電力の正負に関わらず配電系統に配電損失が生じる。したがって、配電損失を最小にするためには、電圧制御のために出力する無効電力の絶対値、あるいは無効電力の二乗の合計値を最小化する必要がある。ここで、図１Ａ及び図１Ｂの状況においては、上限値を超えているＶ３及びＶ４の電圧を下げるのみの制御の方が、Ｖ１及びＶ２の電圧を上げ、かつＶ３及びＶ４の電圧を下げる制御よりも、無効電力の絶対値あるいは無効電力の二乗の合計値をより小さくできることは明白である。
本発明によると、配電系統における配電損失を最小化するため、図１Ａに示される無駄を含む制御ではなく、図１Ｂに示される必要最小限の無効電力による電圧制御を行う電圧制御装置を実現できる。
以下、より具体的に説明する。
（実施の形態１）
図２は、実施の形態１に係る電圧制御装置２０１を含む配電系統１００の概念図である。
図２に示される様に、配電系統１００は、配電用変電所１０１と、高圧配電線１０２と、高圧引下線１０３と、柱上変圧器１０４と、低圧配電線１０５と、引込み線１０６と、受電点１０７Ａ〜１０７Ｄと、計測点１０８と、負荷１０９と、分散型電源１１０と、ＳＶＣ１１１と、通信線１１２と、電圧制御装置２０１とを含む。なお、図２においては、図中で左から右へいくほど、配電用変電所１０１から遠いことを意味する。
高圧配電線１０２には、複数の高圧引下線１０３が配線されている。高圧引下線１０３により引き込まれた電力は、柱上変圧器１０４で降圧されたのち、低圧配電線１０５及び引込み線１０６を介して、各需要家１１３へ配られる。
図２においては、１つの需要家１１３は１つの負荷１０９と、１つの分散型電源１１０とを有している。
受電点は、ＳＶＣ１１１及び各需要家１１３が配電系統と連系する連系点である。より詳細には、受電点１０７Ａは、ＳＶＣ１１１が配電系統と接続している点である。また、受電点１０７Ｂ〜受電点１０７Ｄは、各需要家１１３が配電系統と接続している点である。
また、計測点１０８は、配電系統における受電点１０７Ａ〜１０７Ｄ以外の電圧を計測する点である。
受電点１０７Ａ〜１０７Ｄ、及び、配電系統１００における受電点１０７Ａ〜１０７Ｄ以外の点である計測点１０８は、いずれも電圧検出点の一例である。
負荷１０９は、各需要家１１３における負荷である。
分散型電源１１０は、例えば、各需要家１１３に設置された太陽光発電システム、又は燃料電池システム等の分散型発電システム、あるいは二次電池蓄電システム等の分散型電気エネルギー貯蔵システムである。分散型電源１１０は、例えば、太陽電池、又は燃料電池のような発電装置、あるいは二次電池等の貯蔵装置と、発電装置または貯蔵装置により発電された直流電力に対してＤＣ／ＡＣ変換等を施すパワーコンディショナとを有する。
分散型電源１１０は、正又は負の無効電力を配電系統へ出力することにより、電圧検出点における電圧の大きさを制御する。尚、現在系統連系規程では、分散型電源が負の無効電力を出力することは禁止されているが、本発明では負の無効電力も対象としている。
また、ＳＶＣ１１１も、正又は負の無効電力を配電系統へ出力することにより、電圧検出点における電圧の大きさを制御する。
分散型電源１１０及びＳＶＣ１１１はいずれも、電力調整装置の一例である。すなわち、電力調整装置は、配電系統の電圧を調整するために正又は負の無効電力を配電系統に出力する。
電圧制御装置２０１は、１以上の電力調整装置を制御することにより、電圧検出点における電圧を適正範囲内に収めるための制御装置である。
次に、図３及び図４を参照して、電圧制御装置２０１についてより詳細に説明する。
図３は、本実施の形態に係る電圧制御装置２０１の機能ブロックを示す。
図３に示されるように、電圧制御装置２０１は、通信部２０２と、取得部２０３と、検出部２０４と、制御量算出部２０５と、通知部２０６とを備える。
通信部２０２は、図２に示される通信線１１２を介して、電圧検出点、及びＳＶＣ１１１と通信を行う通信インタフェースである。通信部２０２には、任意の通信インタフェースを使用できる。例えば、ＰＬＣ（Ｐｏｗｅｒ Ｌｉｎｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、９５０ＭＨｚ帯無線等の使用が考えられる。
通信部２０２は、１以上の電圧検出点のそれぞれにおいて計測された電圧値を取得し、取得部２０３へ出力する。
取得部２０３は、通信部２０２から、配電系統上に設けられた１以上の電圧検出点における電圧値を取得する。
検出部２０４は、配電系統における配電用変電所１０１から電力調整装置までの系統インピーダンス値を検出する。電力調整装置が複数ある場合、検出部２０４は、配電用変電所１０１からそれぞれの電力調整装置までの系統インピーダンス値を検出する。
制御量算出部２０５は、取得部２０３から、各電圧検出点における電圧値を取得する。また、検出部２０４から、系統インピーダンス値を取得する。次に、制御量算出部２０５は、１以上の電圧検出点の中に、電圧値が所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合には、少なくとも電圧値が所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点における電圧値が所定の電圧範囲内で設定された電圧目標値を逸脱しないように、１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値に対応する値を制御量として算出する。
ここで、所定の電圧範囲とは、例えば、日本国内においては、系統連系規程で定められた低圧需要家の電圧適正範囲（１０１±６Ｖ、２０２±２０Ｖ）等である。
また、電圧目標値としては、例えば所定の電圧範囲の中心値、上限値、下限値、全ての電圧検出点における電圧値の平均値、又は、所定の電圧範囲内にある電圧検出点における電圧値の平均値等を使用することが考えられる。
より具体的には、制御量算出部２０５は、１以上の電圧検出点における電圧値、及び系統インピーダンス値を用いて演算することにより、電圧目標値を逸脱した電圧検出点のうちの特定の電圧検出点における電圧値が電圧目標値に略一致するように制御量を算出する。さらに、制御量算出部２０５は、電圧目標値を逸脱した全ての電圧検出点における電圧値が電圧目標値から同一方向に逸脱している場合には、１以上の電力調整装置に出力させる無効電力の符号が全て同じとなるように制御量を算出する。
また、複数の電力調整装置が配電系統１００に接続されている場合、制御量算出部２０５は、１以上の電圧検出点の中に、電圧値が所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合に、系統インピーダンス値のうち線路抵抗値に応じて複数の電力調整装置のそれぞれに出力させるべき無効電力値が分配されるように、複数の電力調整装置ごとの制御量を算出してもよい。配電損失を考える場合、電流Ｉの二乗と、配電線における抵抗Ｒの積（Ｉ＾２×Ｒ)で配電損失は表される。特に、無効電力Ｑに着目すると、無効電力をＱ、電圧をＶ、配電線における抵抗をＲとした場合、（Ｑ／Ｖ）＾２×Ｒとして配電損失は表される。
したがって、配電損失を小さくするには、配電線を流れる電流Ｉ（無効電力Ｑ）を小さくするとともに、電流Ｉ（無効電力Ｑ）が流れる配電線の抵抗Ｒを考慮する必要がある。上記構成によれば、配電線の抵抗である系統インピーダンス値に応じて、電力調整装置を制御するため、配電損失をより小さくすることができる。
なお、制御量は、具体的には電圧目標値を導入した制約条件のもとに、目的関数についての最適化問題を制御量算出部２０５が非線形計画法で解くことにより算出される。
例えば、再度図１Ｂを参照して、最も逸脱量の大きなＶ４’が計測された電圧検出点を特定の電圧検出点とし、上限値を電圧目標値とする。このとき、電圧目標値を逸脱している電圧値は、Ｖ３及びＶ４のみである。そして、Ｖ３及びＶ４はいずれも、電圧目標値よりも上に逸脱している。この場合、電圧制御装置２０１は、電力調整装置に出力させる無効電力の符号が全て同じとなり、かつ、Ｖ４’が電圧目標値と略一致するように制御量を算出する。言いかえると、電圧制御装置２０１は、Ｖ１〜Ｖ４のうち、制御対象とする電圧の制御方向が全て同じとなり、かつ、Ｖ４’が電圧目標値と略一致するように制御量を算出する。
その結果、電圧制御装置２０１は、Ｖ３及びＶ４が、Ｖ３’及びＶ４’へと電圧降下するように制御量を算出する。なお、具体的な計算内容については後述する。
したがって、関連技術である図１Ａに示されるように、電圧目標値を逸脱した全ての電圧検出点における電圧値が電圧目標値から同一方向に逸脱しているにも関わらず、電力調整装置のうち、少なくとも１つは他と正負が異なる無効電力を出力することを、電圧制御装置２０１は回避できる。
前述のように、電圧目標値を逸脱した全ての電圧検出点における電圧値が電圧目標値から同一方向に逸脱している場合、電力調整装置のうちの少なくとも１つが他と正負が異なる無効電力を出力する制御では、配電系統における配電損失が増加する。一方、制御量算出部２０５は、出力する無効電力の正負が一致するような制御量を算出する。したがって、制御量算出部２０５は、配電系統の電圧制御時に発生する配電損失をより低減させることができる。
通知部２０６は、制御量算出部２０５が算出した制御量を１以上の電力調整装置に通知する。なお、通知部２０６が通知する制御量とは、具体的には、ＳＶＣ１１１に出力させるべき無効電力の変化量ΔＱである。
図４は、電圧制御装置２０１が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。
まず、取得部２０３は、通信部２０２から電圧逸脱情報を受信すると（Ｓ３０１）、通信部２０２を介して、他の全ての電力調整装置に対して、電圧検出点における現在の電圧値を送信するように指令する（Ｓ３０２）。
ここで、電圧逸脱情報とは、各電力調整装置が計測した電圧検出点における電圧値が、所定の電圧範囲外であることを示す情報であり、例えば電圧値、逸脱値（電圧値と所定の電圧範囲との差）等である。なお、取得部２０３自身が、取得した電圧値が所定の電圧範囲外であるか否かを判定して電圧逸脱情報を生成してもよい。
次に、取得部２０３は、電力調整装置から電圧値が送信されるのを待ち受ける。取得部２０３は、電力調整装置から電圧値を受信すると（Ｓ３０３）、配電系統１００に接続されている全ての電力調整装置から電圧値を受信したか否かを判定する（Ｓ３０４）。ここで、取得部２０３は、まだ電圧値を受信していない電力調整装置が存在する場合（Ｓ３０４でＮｏ）、ステップＳ３０２において電圧値を送信するように指令した時刻から一定時間が経過していなければ（Ｓ３０５でＮｏ）、引き続き、電圧値が送信されるのを待ち受ける。
一方、取得部２０３が、全ての電力調整装置から電圧値を受信した場合（Ｓ３０４でＹｅｓ）、又は、ステップＳ３０２から一定時間が経過した場合（Ｓ３０５でＹｅｓ）、検出部２０４は、系統インピーダンスを取得する（Ｓ３０６）。なお、系統インピーダンスは、配電系統１００の構成が変化しないときは、電圧制御装置２０１が運転中はさほど変化しないと考えられる。したがって、例えば、ステップＳ３０１の直前に一度だけ取得してもよい。また、電圧制御装置２０１が備えるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に、事前に定められた系統インピーダンスを記憶してき、検出部２０４がその値を読み出してもよい。
次に、制御量算出部２０５は後述する方法により制約条件を決定する（Ｓ３０７）。さらに、目的関数を決定する（Ｓ３０８）。
その後、制御量算出部２０５は、算出した制約条件のもとに、目的関数についての最適化問題を非線形計画法で解くことにより、電力調整装置ごとに制御量を算出する（Ｓ３０９）。
その後、通知部２０６は、算出された制御量を各電力調整装置へ通知する（Ｓ３１０）。
次に、ステップＳ３０７及びステップＳ３０８において、制御量算出部２０５が制約条件及び目的関数を決定するためのアルゴリズムについて説明する。
制御量算出部２０５は、電圧目標値以下になるように電圧を低下させる、又は、電圧目標値以上となるように電圧を上昇させる、という制約条件のもとで、配電損失を最小にする最適化問題を非線形計画法により解く。
ここで、目的関数は次の式（１）として決定される。
Figure 0005893544
また、制約条件は、次の式（２）として決定される。尚、電力調整装置として、分散型電源及びＳＶＣが接続されているものとする。
Figure 0005893544
なお、ＤＧｉは、識別子ｉの分散型電源を示す。また、ＳＶＣｉは、識別子ｉのＳＶＣを示す。また、ｎは分散型電源とＳＶＣとの総数を示す。また、ΔＱｉは、ＤＧｉ又はＳＶＣｉが出力すべき無効電力の変化値を示す。また、Ｑｉは、ＤＧｉ又はＳＶＣｉが出力している無効電力を示す。電圧制御装置２０１がＤＧｉ又はＳＶＣｉが出力している無効電力の値を受信しない場合は、Ｑｉ、且つＱｊは０となる。また、Ｖｉは、識別子ｉに対応するＤＧｉ又はＳＶＣｉが計測した電圧検出点における電圧を示す。また、Ｒｉは、識別子ｉに対応するＤＧｉ又はＳＶＣｉから配電用変電所１０１までの抵抗値を示す。また、Ｒｈは、電圧を制御する対象である電圧検出点から配電用変電所１０１までの抵抗値を示す。また、Ｘｉは、識別子ｉに対応する電圧検出点までの系統リアクタンスを示す。また、Ｘｈは、電圧を制御する対象である電圧検出点までの系統リアクタンスを示す。また、ΔＶｈは、電圧検出点における電圧制御量を示す。なお、ｈは制御する対象である（電圧逸脱が発生している）電圧検出点を表す識別子であり、とりうる範囲は１≦ｈ≦電圧検出点の数ｍとなる。したがって、電圧逸脱が発生している電圧検出点の数だけ式（２）の１番目の制約条件式が存在する。なお、本実施の形態では、ｈは制御する対象である（電圧逸脱が発生している）電圧検出点を表す識別子としているが、全ての電圧検出点を表す識別子としてもよい。この場合、一度の制御量算出で、電圧逸脱が発生している電圧検出点だけでなく全ての電圧検出点の電圧を所定の電圧範囲に抑えることが可能となる。また、Ｐｉは、識別子ｉに対応する電力調整装置が出力する有効電力を示す。なお、本実施の形態のように、電力調整装置が有効電力を出力しない場合、Ｐｉ＝０である。
なお、目的関数を表す式は、配電損失の大きさに対応する式であれば、式（１）以外であってもよい。目的関数として、例えば、ΔＱｉの絶対値をｉ＝１からｎまでの範囲で合計する式を使用してもよい。また、ΔＱｉの２乗をｉ＝１からｎまでの範囲で合計する式を使用してもよい。すなわち、全ての電力調整装置から出力されるΔＱの絶対値の合計に対応する値を表す式であれば、目的関数として使用することができる。
なお、本実施の形態では、制御量算出に配電用変電所１０１の送出電圧値を用いていないが、配電用変電所１０１の送出電圧値を用いても制御量を算出することが可能である。この場合、取得部２０３が通信部２０２を介して、配電用変電所１０１の送出電圧値を取得し、制御量算出部２０５に送信する。制御量算出部２０５は、式（２）の１番目の制約条件式において、左辺の分母のＶｈ ２を、２×Ｖｈ ２−Ｖｏ ２とすることで制御量を算出することが可能である。
以上述べたように、電圧制御装置２０１によれば、電力調整装置から出力される正負の無効電力の総和を低減できる。したがって、配電損失を低減できる。さらに、系統インピーダンスに応じて複数の電力調整装置のそれぞれに入出力させる無効電力値を決定するので、配電損失をさらに低減できる。
なお、本実施の形態では、制御量算出を最適化問題として定義しているが、本発明がその解法に限定されるものではない。例えば、電圧逸脱が発生している電圧検出点の中から特定の電圧検出点を適切に決定することができれば、別法でも制御量を算出することができる。具体的には、まず、式（２）の１番目の（電圧に関する）制約条件式にスラック変数を導入して不等式を等式に変換する。ここで、電力調整装置の定格電力を考慮しなければ不等式制約条件は等式制約条件となる。特定の電圧検出点（ここでは、電圧の逸脱量が最も大きい電圧検出点とする）に関する制約条件式のスラック変数を０とする。次に、最小二乗法により求める無効電力値の数ｎと制約条件の数ｍを一致させ、ラグランジュの未定乗数法を用いることにより制御量を算出することができる。これにより、電圧目標値を逸脱した電圧検出点ｍ個のうちの特定の電圧検出点における電圧値が電圧目標値に略一致するように制御量ΔＱｉを算出することができる。
（変形例１）
一般に、電力調整装置が、制御値を通知されてから実際に無効電力を配電系統へ出力するまでには、制御遅延が生じる。ここで、電圧制御装置２０１による制御指令周期が、電力調整装置の制御遅延よりも短い場合には、電圧制御装置２０１による制御が破綻するおそれがある。そこで、これを回避可能な、実施の形態１の変形例に係る電圧制御装置２０１Ａについて、以下に説明する。
図５は、実施の形態１の変形例１に係る電圧制御装置２０１Ａの機能ブロックを示す。
本変形例において、取得部２０３Ａは、さらに、１以上の電力調整装置が出力している無効電力値を取得する。
また、制御量算出部２０５Ａは、現在時刻ｔにおいて１以上の電圧検出点の中に電圧値が所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合に、現在時刻ｔにおいて取得部２０３Ａが取得した無効電力値Ｑｍｉｔと時刻ｔ−１において１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値として算出した第１無効電力値Ｑｉｔ−１との差の絶対値と、所定値とを比較する。比較の結果、差の絶対値の方が大きい場合には、制御量算出部２０５Ａは、現在時刻ｔで算出した無効電力値ΔＱｉtと取得部２０３Ａが取得した無効電力値Ｑｍｉｔとを加算した値を制御量Ｑｉｔとして算出する。一方、比較の結果、所定値の方が大きい場合には、現在時刻ｔで算出した無効電力値ΔＱｉtと第１無効電力値Ｑｉｔ−１とを加算した値を制御量Ｑｉｔとして算出する。
なお、図５において、ΔＱは、現在時刻ｔで算出した無効電力値ΔＱｉtを示す。また、Ｑは、取得部２０３Ａが時刻ｔにおいて取得した無効電力値Ｑｍｉｔ、又は第１無効電力値Ｑｉｔ−１を示す。
以上の構成によると、電力調整装置が、制御値を通知されてから実際に無効電力を出力するまでの遅延の大きさに関わらず、電圧制御装置２０１は適切な制御を行うことができる。
なお、制御量算出部２０５Ａは、現在時刻ｔにおいて取得部２０３Ａが取得した無効電力値Ｑｍｉｔと第１無効電力値Ｑｉｔ−１との差の絶対値と、所定値とを比較した結果、差の絶対値の方が大きい場合には、第１無効電力値Ｑｉｔ−１を制御量として算出し、所定値の方が大きい場合には、現在時刻ｔで算出した無効電力値ΔＱｉtと第１無効電力値Ｑｉｔ−１とを加算した値を制御量Ｑｉｔとして算出してもよい。
これによると、制御量算出部２０５Ａは、制御量の算出の際に、電力調整装置が出力している無効電力値の測定値を使わない。したがって、電圧値の測定誤差によって制御が破綻することを回避することができる。
（変形例２）
以上の説明において、電力調整装置は、正又は負の無効電力を出力することを前提としていた。次に、電力調整装置が無効電力に加えて有効電力を出力する場合における電圧制御装置について、図６を参照して説明する。
図６は、実施の形態１の変形例２に係る電圧制御装置２０１Ｂの機能ブロックを示す。
図６において、ＳＶＣ１１１Ｂと、分散型電源１１０とが、電力調整装置である。ここで、分散型電源１１０は、無効電力及び有効電力を出力することができる。
電圧制御装置２０１Ｂが備える取得部２０３Ｂは、通信部２０２Ｂを介して、分散型電源１１０が出力する無効電力値と有効電力値とをさらに取得する。
また、制御量算出部２０５Ｂは、取得部２０３Ｂによって取得された、分散型電源が出力する無効電力値と有効電力値とから、複数の分散型電源それぞれにおける力率を計算する。その後、計算された力率が所定の値よりも小さい場合には、力率が所定の値に近づくように有効電力の抑制量を示す有効電力抑制値ΔＰと、無効電力の低減量を示す無効電力低減値ΔＱとを制御量として算出する。
これによると、電圧制御装置２０１Ｂは、出力する有効電力及び無効電力の値を、力率（＝Ｐ／√（Ｐ＾２＋Ｑ＾２））が適正範囲に含まれるように調整することができる。
なお、図４に示したフローチャートにおいて、電圧制御装置２０１は、電圧逸脱情報の受信（Ｓ３０１）をきっかけとして、制御量の算出処理を開始する。しかし、電圧制御装置２０１が制御量の算出を開始するきっかけは、これに限られない。
例えば、図７は、電圧制御装置２０１が行う処理の流れの他の例を示すフローチャートである。なお、図４と同様の処理については同じ符号をつけ、詳細な説明を省略する。
取得部２０３は、電圧逸脱情報の有無にかかわらず、定期的に電圧検出点における電圧値を受信する（Ｓ３０３）。ここで、全ての電力調整装置から電圧値を受信するか（Ｓ３０４でＹｅｓ）、又は、一定期間が経過すると（Ｓ３０５でＹｅｓ）、制御量算出部２０５は、受信した電圧値の中に、所定の範囲を逸脱している電圧値があるか否かを判定する（Ｓ６０１）。
ここで、制御量算出部２０５が、所定の範囲を逸脱している電圧値があると判定した場合には（Ｓ６０１でＹｅｓ）、検出部２０４は、系統インピーダンスを取得する（Ｓ３０６）。
一方、制御量算出部２０５が、所定の範囲を逸脱している電圧値がないと判定した場合には（Ｓ６０１でＮｏ）、続いて制御量算出部２０５は、電力調整装置による無効電力の入出力の有無を判定する（Ｓ６０２）。
ここで、いずれの電圧検出点における電圧値も所定の範囲を逸脱していないにも関わらず、無効電力の入出力があると判定した場合（Ｓ６０２でＹｅｓ）、制御量算出部２０５は、電力調整装置が出力している無効電力値Ｑｍｉｔに、１より小さい係数である入出力低減係数を乗算することにより、次に電力調整装置に出力させるべき無効電力値を制御量Ｑｉｔとして算出する（Ｓ６０３）。その後、通知部２０６は、算出した制御量Ｑｉｔを対応する電力調整装置に通知し（Ｓ６０４）、次の制御周期まで待機する（Ｓ６０５）。一方、無効電力の入出力がないと判定した場合（Ｓ６０２でＮｏ）も同様に次の制御周期まで待機し（Ｓ６０５）、再度、電圧逸脱情報の受信を行う（Ｓ３０３）。
すなわち、取得部２０３は、１以上の電力調整装置が出力する無効電力値を取得し、制御量算出部２０５は、１以上の電圧検出点において検出された全ての電圧値が所定の電圧範囲を逸脱しておらず、且つ、１以上の電力調整装置のうち少なくとも１つが無効電力を出力している場合に、１以上の電力調整装置が出力している無効電力値に入出力低減係数を乗算する。この乗算して得られた値を、制御量算出部２０５は、次に１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値としてもよい。
電圧が所定範囲内で安定している場合には、電力調整装置に無効電力を入出力させ続けることは、無駄と考えられる。また、電力調整装置に無駄な無効電力を出力させることで、配電損失が生じる。よって、入出力低減係数を乗算して、次の制御量を算出することにより、配電系統１００における配電損失をさらに低減させることができる。
なお、入出力低減係数の決定方法としては、例えば次の方法が考えられる。
すなわち、制御量算出部２０５は、１以上の電圧検出点における電圧変動の大きさが大きいほど入出力低減係数の値を１に近い値に設定し、且つ、１以上の電圧検出点における電圧変動の大きさ、例えばｄＶ／ｄｔが小さいほど入出力低減係数の値を０に近い値に設定してもよい。
一般に、電力調整装置が瞬時に出力できる無効電力には限界がある。したがって、たとえ電圧検出点における電圧値が所定の範囲内にある場合にも、無効電力出力を絞りすぎてしまうと、急激な電圧変動を抑制するために必要な無効電力を入出力できない。しかし、入出力低減係数の値を電圧変動の大きさに応じて決定することで、無効電力出力低減中に急激な電圧変動が発生した場合でも、電力調整装置は、急激な変動を抑制するために必要な無効電力を入出力することができる。
また、図７のステップＳ６０５における待機時間は、電圧検出点における電圧変動の大きさに応じて決定してもよい。例えば、制御量算出部２０５は、通知部２０６を介して電力調整装置から定期的に電圧値を受信し、また、定期的に制御量を通知する場合において、１以上の電圧検出点における電圧変動の大きさがより大きいほど、より短い周期で、制御量を算出し、算出した制御量を電力調整装置に通知してもよい。
具体的には、例えば、電圧変動を｜ｄＶ／ｄｔ｜とし、電圧制御装置２０１の制御周期をＴとした場合、修正後の制御周期をＴ＝α×｜ｄｔ／ｄＶ｜として決定してもよい。ただし、事前に定められたＴｍｉｎ及びＴｍａｘについて、Ｔｍｉｎ≦Ｔ≦Ｔｍａｘ、かつ、α＞０とする。
これによると、変動が小さいほど、制御周期が長くなる。したがって、電圧制御装置２０１による無駄な制御を削減することができる。
次に、配電系統の電圧を調整するために正又は負の無効電力を配電系統１００に出力する電力調整装置が行う処理の一例について説明する。以下に説明する電力調整装置は、電圧値の適正範囲からの逸脱を検出した場合には、電圧制御装置２０１からの指令を取得する前に、自ら電圧値の逸脱を抑制するよう処理を行う。これにより、より応答性のよい電力調整装置を実現できる。
すなわち、電力調整装置は、自身が出力する無効電力値と、受電点における電圧値とを取得する自端情報取得部と、自端情報取得部が取得した無効電力値と受電点における電圧値とを電圧制御装置２０１へ送信し、当該電力調整装置が出力すべき無効電力値に対応する値である制御量を電圧制御装置２０１から受信する通信部と、通信部が受信した制御量、あるいは自端情報取得部が取得した無効電力値、電圧値をもとに、電力調整装置が出力する無効電力値を制御する出力制御部とを備える。
出力制御部は、自端情報取得部が取得した受電点における電圧値が所定の電圧範囲を逸脱している場合に、受電点における電圧値が所定の電圧範囲内に収まるように無効電力を出力する。
通信部は、受電点における電圧値が所定の電圧範囲内に収まった後、自端情報取得部が取得した無効電力値と、受電点における電圧値とを電圧制御装置２０１へ送信する。
出力制御部は、通信部が電圧制御装置２０１から制御量を受信した後、受信した制御量に従って無効電力値を制御する。
図８は、電力調整装置が行う処理の流れを示すフローチャートである。
まず、自端情報取得部は、電力調整装置が出力する無効電力値と、受電点における電圧値とを含む自端情報を取得する（Ｓ７０１）。
次に、出力制御部は、受電点電圧が所定の電圧範囲における上限値を超えていないか判定する（Ｓ７０２）。
ここで、受電点電圧が上限値を超えていた場合（Ｓ７０２でＹｅｓ）、出力制御部は進相無効電力を出力する（Ｓ７０３）。さらに、通知部は、受電点電圧が上限値を超えたことを電圧制御装置２０１へ通知する（Ｓ７０４）。次に、通知部は、電圧制御装置２０１から指令値として制御量を受信する（Ｓ７０５）。その後、出力制御部は、電圧制御装置２０１から受信した指令値にもとづいて、無効電力の出力を調整する（Ｓ７０６）。
一方、受電点電圧が上限値を超えていない場合（Ｓ７０２でＮｏ）、次に、出力制御部は、受電点電圧が所定の範囲の下限値よりも小さいか判定する（Ｓ７０７）。
ここで、受電点電圧が下限値よりも小さい場合には（Ｓ７０７でＹｅｓ）、出力制御部は遅相無効電力を出力する（Ｓ７０９）。さらに、通知部は、受電点電圧が下限値を下まわったことを電圧制御装置２０１へ通知する（Ｓ７１０）。次に、通知部は、電圧制御装置２０１から指令値として制御量を受信する（Ｓ７１１）。その後、出力制御部は、電圧制御装置２０１から受信した指令値にもとづいて、無効電力の出力を調整する（Ｓ７１２）。
なお、受電点電圧が下限値以上である場合には（Ｓ７０７でＮｏ）、出力制御部は、その旨を電圧制御装置２０１に通知してもよい（Ｓ７０８）。
なお、図８において、電力調整装置は、無効電力の制御のみを行った。しかし、電力調整装置として、例えば分散型電源を使用する場合には、電力調整装置は有効電力を制御してもよい。
次に、電圧制御装置により配電系統の電圧制御を行ったシミュレーション結果について、図９、及び図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して説明する。
図９は、シミュレーションに用いた配電系統の概要を示す。
なお、再度図２を参照して、シミュレーション用に、１台の柱上変圧器１０４以下の負荷１０９を、それぞれ高圧負荷９０１〜９０９としてまとめた。同様に、１台の柱上変圧器１０４以下の分散型電源１１０を、それぞれ高圧分散型電源９１１〜９１９としてまとめた。また、高圧分散型電源９１１〜９１９それぞれの出力を０．０７［ｐ．ｕ．］とし、高圧負荷９０１〜９０９それぞれの消費電力を０［ｐ．ｕ．］とした。
さらに、図９において、同一の高圧配電線１０２に接続されている１つの高圧負荷と１つの高圧分散型電源で１つの高圧需要家を構成している。各高圧需要家間の距離は、０．３ｋｍと設定した。例えば、高圧負荷９０１を有する高圧需要家と、高圧負荷９０２を有する高圧需要家との距離が、０．３ｋｍである。したがって、配電用変電所１０１と、高圧負荷９０９を有する高圧需要家との距離は、０．３ｋｍ×９で、全長２．７ｋｍとなる。
図１０Ａは、以上述べた条件のもとでシミュレーションを行った場合の電圧の制御結果を示す。
縦軸は、各高圧需要家が高圧配電線１０２に接続している点における電圧値を示す。また、横軸は、分散型電源のＩＤ（識別子）を示す。具体的には、再度図９を参照して、高圧分散型電源９１１は、ＩＤが１の分散型電源に対応する。以後、配電用変電所１０１からの距離が遠くなるに従い、より大きなＩＤが付与される。したがって、高圧分散型電源９１９は、ＩＤが９の分散型電源に対応する。なお、ＩＤ０を配電用変電所１０１とする。
図１０Ａにおいて、グラフ５１０は、電圧制御装置２０１が特に制御を行わない場合における、各受電点の電圧を繋いだ折れ線グラフである。すなわち、ＩＤ４〜ＩＤ９の分散型電源の受電点電圧が上限値を逸脱している。また、グラフ５１４は、電圧制御装置２０１により配電損失が最小になるように電圧の制御を行った場合における、各受電点の電圧を繋いだ折れ線グラフである。また、グラフ５１２は、電圧制御装置２０１において、電力調整装置の内部で生じる電力損失を考慮して電圧制御を行った場合おける、各受電点の電圧を繋いだ折れ線グラフである。
なお、本シミュレーションでは、電圧検出点のうちの特定の電圧検出点には、電圧の逸脱量が最も大きいＩＤ９の分散型電源における受電点を使用した。すなわち、制御量算出部２０５は、所定の電圧範囲を逸脱した複数の電圧検出点のうち電圧の逸脱量が最も大きい電圧検出点を特定の電圧検出点として特定した。
なお、グラフ５１２について、電力調整装置の内部で生じる電力損失を考慮して電圧制御を行う電圧制御装置２０１とは、具体的には、以下の構成を有する電圧制御装置である。すなわち、１以上の電圧検出点の中に、電圧値が所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合には、複数の電力調整装置のそれぞれが無効電力を出力する際に当該電力調整装置内部にて発生する電力損失に応じて複数の電力調整装置のそれぞれに入出力させるべき無効電力値が分配されるように、複数の電力調整装置ごとの制御量を算出するような制御量算出部２０５を備える電圧制御装置である。
この構成によると、配電線だけでなく、電力調整装置内部で発生する電力損失をも低減することができるという利点がある。
図１０Ａに示されるグラフ５１２及びグラフ５１４から、本実施の形態に係る電圧制御装置２０１によると、ＩＤ９の分散型電源に対応する受電点電圧が、上限値に略一致するように電圧を制御できていることがわかる。
次に、図１０Ｂに、シミュレーションにおいて、配電損失が最小となるように、電圧制御装置２０１が各分散型電源に出力させた無効電力を示す。また、図１０Ｃに、シミュレーションにおいて、電力調整装置の内部で生じる電力損失を考慮した場合において、電圧制御装置２０１が各分散型電源に出力させた無効電力を示す。図１０Ｂ及び図１０Ｃに示されるいずれのグラフも、縦軸は各分散型電源が出力した無効電力の大きさ［Ｖａｒ］を示す。また、横軸は分散型電源のＩＤを示す。
図１０Ｂと図１０Ｃとを比較することにより、電圧制御装置２０１が、電力調整装置である分散型電源における電力の内部損失を考慮することで、各分散型電源に通知する制御量が大きく変化することがわかる。
（実施の形態２）
次に、配電系統にステップ式自動電圧調整器が含まれる場合における電圧制御装置について説明する。
図１１は、実施の形態２に係る電圧制御装置２０１Ｃを含む、配電系統１００Ｃの概念図である。なお、図２と同様の構成要素については同一の符号をつけ、詳細な説明は省略する。
図１１に示される様に、配電系統１００Ｃには、ステップ式自動電圧調整器１１０１が接続されている。
ステップ式自動電圧調整器１１０１は、変圧器二次側から送出される電圧を変圧する。具体的には、ステップ式自動電圧調整器１１０１は、異なる巻数を選びうる接続ポイントであるタップを複数有している。すなわち、タップを切り替えることで、変圧器における巻数比が変わる。したがって、ステップ式自動電圧調整器１１０１は適切なタップの位置を選択することにより、ＳＶＣ１１１Ｃに接続されている配電線における電圧を調整することができる。なお、ステップ式自動電圧調整器１１０１を、ＳＶＲともいう。
図１２は、本実施の形態に係る電圧制御装置２０１Ｃの機能ブロックを示す。なお、電圧制御装置２０１と同様の構成については同一の符号をつけ、詳細な説明を省略する。
取得部２０３Ｃは、通信部２０２Ｃを介して、電圧検出点における電圧値、及び電力調整装置が出力した無効電力値を取得する。さらに、ステップ式自動電圧調整器１１０１からタップ情報を取得する。
ここで、タップ情報とは、ステップ式自動電圧調整器１１０１による変圧の範囲を示すタップ範囲と、ステップ式自動電圧調整器１１０１による現在の変圧状態を示すタップ位置及びタップ間電圧とを含む情報である。
また、制御量算出部２０５Ｃは、さらに、ステップ式自動電圧調整器１１０１におけるタップ位置を制御量として算出する。ここで、制御量算出部２０５Ｃは、制約条件を次の式（３）として決定する。
Figure 0005893544
なお、ｔｋは、識別子ｋで表されるＳＶＲのタップ位置である。Δｔｋは、識別子ｋで表されるＳＶＲにおいて、タップ位置ｔｋから変更されたタップ数である。ΔＶｔｋは、識別子ｋで表されるＳＶＲにおけるタップ間電圧を表す。その他の変数に関しては、式（２）と同じである。
通知部２０６Ｃは、算出されたΔＱを、通信部２０２Ｃを介して電力調整装置に通知する。また、算出されたタップ位置を、通信部２０２Ｃを介してステップ式自動電圧調整器１１０１に通知する。
このように、ステップ式自動電圧調整器１１０１のタップ位置を制御することにより、電力調整装置による無効電力の入出力をさらに低減できる。したがって、配電系統１００Ｃにおける配電損失をより低減できる。
なお、上記電圧制御装置２０１〜電圧制御装置２０１Ｃの構成は、本発明を具体的に説明するために例示するためのものであり、本発明に係る電圧制御装置は、上記構成の全てを必ずしも備える必要はない。言いかえると、本発明に係る電圧制御装置は、本発明の効果を実現できる最小限の構成のみを備えればよい。
例えば、電圧制御装置２０１は、通信部２０２を備えなくても同様の発明の効果を奏する。例えば、取得部２０３が電圧検出点における電圧値等を取得し、また、通知部２０６が、ＳＶＣ１１１へ制御量ΔＱを通知すればよい。
なお、図３には、電力調整装置としてＳＶＣ１１１のみが示されているが、各需要家が有する分散型電源に無効電力の出力を分担させてもよい。
なお、電圧検出点である受電点１０７Ａ〜１０７Ｄの電圧値の計測には、分散型電源内の計器用変圧器によって計測する等が考えられる。また、計測点１０８においては、例えばセンサ付き開閉器によって電圧値を計測する等が考えられる。
なお、所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が複数存在し、所定の電圧範囲内には、第１電圧目標値と、第１電圧目標値以下である第２電圧目標値とが設定され、且つ、複数の電圧検出点における電圧値が、第１電圧目標値より上、及び第２電圧目標値より下のいずれの方向にも逸脱している場合において、電圧制御装置は、以下のように構成されてもよい。すなわち、電圧制御装置は、第１電圧目標値より上に電圧値が逸脱した電圧検出点のうち電圧の逸脱量が最も大きい電圧検出点を第１特定点として特定し、第２電圧目標値より下に電圧値が逸脱した電圧検出点のうち電圧の逸脱量が最も大きい電圧検出点を第２特定点として特定し、第１特定点における電圧値が第１電圧目標値と略一致し、第２特定点における電圧値が第２電圧目標値と略一致するように、制御量を算出してもよい。
また、実施の形態１及びその変形例、並びに実施の形態２に係る制御量算出部は、現在時刻ｔから時刻ｔ−ｍまでの所定の時間幅において算出した全ての制御量の平均値、あるいは、所定の時間幅において算出した制御量のうち最大の制御量と最小の制御量との平均値を、現在時刻ｔにおける制御量として算出してもよい。
（実施の形態３）
次に、家庭内に設置される場合の電圧制御装置について説明する。
図１３は、実施の形態３に係る電圧制御装置２０１Ｄを含む、家庭内配線の概念図である。なお、図１１と同様の構成要素については同一の符号をつけ、詳細な説明は省略する。
家庭内配線には、例えば、メータ１３０１、分電盤１３０２、分散型電源１３０３、パワーコンディショナ１３０４、接続箱１３０５、太陽光パネル１３０６、電線１３０７、電圧検出点１３０８、電圧制御装置２０１Ｄ、及び通信線１１２が含まれる。なお、説明を簡単にするため、各負荷は省略する。また、太陽光発電装置を設置していない家庭の配線には、パワーコンディショナ１３０４、接続箱１３０５、及び太陽光パネル１３０６は、含まれない。
メータ１３０１は、売電あるいは買電の量を測定する装置である。
分電盤１３０２は、漏電遮断器、配線用遮断器等を１つにまとめた箱である。
分散型電源１３０３は、図１１における分散型電源１１０よりも小型の発電システム、あるいは小型の電気エネルギー貯蔵システムである。分散型電源１３０３は、例えば、負荷が装備する小型の蓄電池等であり、電力調整装置として動作する。分散型電源１３０３は、正又は負の無効電力を配電系統へ出力することにより、電圧検出点１３０８における電圧の大きさを制御する。
パワーコンディショナ１３０４、接続箱１３０５、及び太陽光パネル１３０６は、太陽光発電に必要な機器である。前述の通り、太陽光発電装置を設置していない家庭の配線には、パワーコンディショナ１３０４、接続箱１３０５、及び太陽光パネル１３０６は、含まれない。
電線１３０７は、分電盤１３０２とコンセントを結び、配電するための電線である。
電圧検出点１３０８は、分散型電源１３０３が電圧を測定する点であり、図１における受電点１０７Ａ、受電点１０７Ｂ、受電点１０７Ｃ、受電点１０７Ｄ、あるいは計測点１０８に相当する。
電圧制御装置２０１Ｄは、１以上の電力調整装置を制御することにより、電圧検出点における電圧を適正範囲内に収めるための制御装置である。なお、電圧制御装置２０１Ｄの制御は、実施の形態１及びその変形例と同じである。
（実施の形態４）
次に、集合住宅内に設置される場合の電圧制御装置について説明する。
図１４は、実施の形態４に係る電圧制御装置２０１Ｅを含む、集合住宅内配線の概念図である。なお、図１１と同様の構成要素については同一の符号をつけ、詳細な説明は省略する。
集合住宅内配線には、例えば、キュービクル１４０１、電線１４０２、電圧検出点１４０３、及び分散型電源１４０４が含まれる。なお、説明を簡単にするため、各負荷は省略する。
キュービクル１４０１は、高圧受変電設備である。
電線１４０２は、配電するための電線である。
電圧検出点１４０３は、分散型電源１４０４が、電圧を測定する点であり、図１１における受電点１０７Ａ、受電点１０７Ｂ、受電点１０７Ｃ、受電点１０７Ｄ、あるいは計測点１０８に相当する。
分散型電源１４０４は、図１１における分散型電源１１０よりも小型の発電システム、あるいは小型の電気エネルギー貯蔵システムである。分散型電源１４０４は、例えば、集合住宅の各階に設置された小型の蓄電池等であり、電力調整装置として動作する。分散型電源１４０４は、正又は負の無効電力を配電系統へ出力することにより、電圧検出点１４０３における電圧の大きさを制御する。
電圧制御装置２０１Ｅは、１以上の電力調整装置を制御することにより、電圧検出点における電圧を適正範囲内に収めるための制御装置である。なお、電圧制御装置２０１Ｅの制御は、実施の形態１及びその変形例と同じである。
なお、実施の形態１及びその変形例、実施の形態２、実施の形態３、並びに実施の形態４で説明した電圧制御装置は、コンピュータにより実現することも可能である。
図１５は、電圧制御装置２０１、電圧制御装置２０１Ａ、電圧制御装置２０１Ｂ、及び電圧制御装置２０１Ｃを実現するコンピュータシステムのハードウェア構成を示すブロック図である。なお、以後、電圧制御装置２０１、電圧制御装置２０１Ａ、電圧制御装置２０１Ｂ、及び電圧制御装置２０１Ｃを、電圧制御装置２０１等という。
電圧制御装置２０１等は、コンピュータ３４と、コンピュータ３４に指示を与えるためのキーボード３６及びマウス３８と、コンピュータ３４の演算結果等の情報を提示するためのディスプレイ３２と、コンピュータ３４で実行されるプログラムを読み取るためのＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ−Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）装置４０及び通信モデム（図示せず）とを含む。
電圧制御装置２０１等が行う処理であるプログラムは、コンピュータで読取可能な媒体であるＣＤ−ＲＯＭ４２に記憶され、ＣＤ−ＲＯＭ装置４０で読み取られる。又は、コンピュータネットワークを通じて通信モデム５２で読み取られる。
コンピュータ３４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）４４と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）４６と、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）４８と、ハードディスク５０と、通信モデム５２と、バス５４とを含む。
ＣＰＵ４４は、ＣＤ−ＲＯＭ装置４０又は通信モデム５２を介して読み取られたプログラムを実行する。ＲＯＭ４６は、コンピュータ３４の動作に必要なプログラムやデータを記憶する。ＲＡＭ４８は、プログラム実行時のパラメタなどのデータを記憶する。ハードディスク５０は、プログラムやデータなどを記憶する。通信モデム５２は、コンピュータネットワークを介して他のコンピュータとの通信を行う。バス５４は、ＣＰＵ４４、ＲＯＭ４６、ＲＡＭ４８、ハードディスク５０、通信モデム５２、ディスプレイ３２、キーボード３６、マウス３８及びＣＤ−ＲＯＭ装置４０を相互に接続する。
さらに、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、１個のシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：大規模集積回路）から構成されているとしてもよい。システムＬＳＩは、複数の構成部を１個のチップ上に集積して製造された超多機能ＬＳＩであり、具体的には、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されるコンピュータシステムである。ＲＡＭには、コンピュータプログラムが記憶されている。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、システムＬＳＩは、その機能を達成する。
さらにまた、上記の各装置を構成する構成要素の一部又は全部は、各装置に脱着可能なＩＣカード又は単体のモジュールから構成されているとしてもよい。ＩＣカード又はモジュールは、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成されるコンピュータシステムである。ＩＣカード又はモジュールは、上記の超多機能ＬＳＩを含むとしてもよい。マイクロプロセッサが、コンピュータプログラムに従って動作することにより、ＩＣカード又はモジュールは、その機能を達成する。このＩＣカード又はこのモジュールは、耐タンパ性を有するとしてもよい。
また、本発明は、上記に示す方法であるとしてもよい。また、これらの方法をコンピュータにより実現するコンピュータプログラムであるとしてもよい。また、コンピュータプログラムからなるデジタル信号であるとしてもよい。
さらに、本発明は、上記コンピュータプログラム又は上記デジタル信号をコンピュータ読み取り可能な記録媒体、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＢＤ（Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（登録商標））、ＵＳＢメモリ、ＳＤカードなどのメモリカード、半導体メモリなどに記録したものとしてもよい。また、これらの記録媒体に記録されている上記デジタル信号であるとしてもよい。
また、本発明は、上記コンピュータプログラム又は上記デジタル信号を、電気通信回線、無線又は有線通信回線、インターネットを代表とするネットワーク、データ放送等を経由して伝送するものとしてもよい。
また、本発明は、マイクロプロセッサとメモリを備えたコンピュータシステムであって、上記メモリは、上記コンピュータプログラムを記憶しており、上記マイクロプロセッサは、上記コンピュータプログラムに従って動作するとしてもよい。
また、上記プログラム又は上記デジタル信号を上記記録媒体に記録して移送することにより、又は上記プログラム又は上記デジタル信号を、上記ネットワーク等を経由して移送することにより、独立した他のコンピュータシステムにより実施するとしてもよい。
さらに、上記実施の形態及び上記変形例をそれぞれ組み合わせるとしてもよい。
今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
本発明は、複数の分散型電源が連系された配電系統の電圧を制御するための制御量を算出する電圧制御装置等に適用できる。
３２ ディスプレイ
３４ コンピュータ
３６ キーボード
３８ マウス
４０ ＣＤ−ＲＯＭ装置
４２ ＣＤ−ＲＯＭ
４４ ＣＰＵ
４６ ＲＯＭ
４８ ＲＡＭ
５０ ハードディスク
５２ 通信モデム
５４ バス
１００、１００Ｃ 配電系統
１０１ 配電用変電所
１０２ 高圧配電線
１０３ 高圧引下線
１０４ 柱上変圧器
１０５ 低圧配電線
１０６ 引込み線
１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃ、１０７Ｄ 受電点
１０８ 計測点
１０９ 負荷
１１０ 分散型電源
１１１、１１１Ａ、１１１Ｂ、１１１Ｃ ＳＶＣ
１１２ 通信線
１１３ 需要家
２０１、２０１Ａ、２０１Ｂ、２０１Ｃ、２０１Ｄ、２０１Ｅ 電圧制御装置
２０２、２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ 通信部
２０３、２０３Ａ、２０３Ｂ、２０３Ｃ 取得部
２０４ 検出部
２０５、２０５Ａ、２０５Ｂ、２０５Ｃ 制御量算出部
２０６、２０６Ａ、２０６Ｂ、２０６Ｃ 通知部
５１０、５１２、５１４ グラフ
９０１〜９０９ 高圧負荷
９１１〜９１９ 高圧分散型電源
１１０１ ステップ式自動電圧調整器（ＳＶＲ）
１３０１ メータ
１３０２ 分電盤
１３０３ 分散型電源
１３０４ パワーコンディショナ
１３０５ 接続箱
１３０６ 太陽光パネル
１３０７ 電線
１３０８ 電圧検出点
１４０１ キュービクル
１４０２ 電線
１４０３ 電圧検出点
１４０４ 分散型電源

Claims (17)

  1. 配電系統の電圧を調整するために正又は負の無効電力を前記配電系統に出力する１以上の電力調整装置を制御する電圧制御装置であって、
    前記配電系統上に設けられた１以上の電圧検出点における電圧値を取得する取得部と、
    前記配電系統における変電所から前記１以上の電力調整装置までの系統インピーダンス値を検出する検出部と、
    前記１以上の電圧検出点の中に、電圧値が所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合には、少なくとも前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点における電圧値が前記所定の電圧範囲内で設定された電圧目標値を逸脱しないように、前記１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値に対応する値を制御量として算出する制御量算出部と、
    前記制御量算出部が算出した制御量を前記１以上の電力調整装置に通知する通知部とを備え、
    前記制御量算出部は、前記１以上の電圧検出点における電圧値、及び前記系統インピーダンス値を用いて演算することにより、前記電圧目標値を逸脱した電圧検出点のうちの特定の電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値に略一致するように前記制御量を算出し、且つ、前記電圧目標値を逸脱した全ての電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値から同一方向に逸脱している場合には、前記１以上の電力調整装置に出力させる無効電力の符号が全て同じとなるように前記制御量を算出する
    電圧制御装置。
  2. 複数の前記電力調整装置が前記配電系統に接続されており、
    前記制御量算出部は、前記１以上の電圧検出点の中に、電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合に、前記系統インピーダンス値のうち線路抵抗値に応じて前記複数の電力調整装置のそれぞれに出力させるべき無効電力値が分配されるように、複数の前記電力調整装置ごとの制御量を算出する
    請求項１に記載の電圧制御装置。
  3. 複数の前記電力調整装置が前記配電系統に接続されており、
    前記制御量算出部は、前記１以上の電圧検出点の中に、電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合には、複数の前記電力調整装置のそれぞれが無効電力を出力する際に当該電力調整装置内部にて発生する電力損失に応じて前記複数の電力調整装置のそれぞれに入出力させるべき無効電力値が分配されるように、複数の前記電力調整装置ごとの制御量を算出する
    請求項１又は２に記載の電圧制御装置。
  4. 前記取得部は、さらに、前記１以上の電力調整装置が出力している無効電力値を取得し、
    前記制御量算出部は、現在時刻ｔにおいて前記１以上の電圧検出点の中に電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合に、
    現在時刻ｔにおいて前記取得部が取得した無効電力値と時刻ｔ−１において前記１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値として算出した第１無効電力値との差の絶対値と、所定値とを比較し、
    前記差の絶対値の方が大きい場合には、現在時刻ｔで算出した無効電力値と前記取得部が取得した無効電力値とを加算した値を前記制御量として算出し、
    前記所定値の方が大きい場合には、現在時刻ｔで算出した無効電力値と前記第１無効電力値とを加算した値を前記制御量として算出する
    請求項１に記載の電圧制御装置。
  5. 前記取得部は、さらに、前記１以上の電力調整装置が出力している無効電力値を取得し、
    前記制御量算出部は、現在時刻ｔにおいて前記１以上の電圧検出点の中に電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合に、
    現在時刻ｔにおいて前記取得部が取得した無効電力値と時刻ｔ−１において前記１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値として算出した第１無効電力値との差の絶対値と、所定値とを比較し、
    前記差の絶対値の方が大きい場合には、前記第１無効電力値を前記制御量として算出し、
    前記所定値の方が大きい場合には、現在時刻ｔで算出した無効電力値と前記第１無効電力値とを加算した値を前記制御量として算出する
    請求項１に記載の電圧制御装置。
  6. 前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が複数存在し、且つ、前記所定の電圧範囲を逸脱した全ての電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値から同一方向に逸脱している場合において、
    前記制御量算出部は、前記所定の電圧範囲を逸脱した複数の前記電圧検出点のうち電圧の逸脱量が最も大きい電圧検出点を前記特定の電圧検出点として特定し、前記特定の電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値に略一致するように前記制御量を算出する
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の電圧制御装置。
  7. 前記所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が複数存在し、前記所定の電圧範囲内には、第１電圧目標値と、前記第１電圧目標値以下である第２電圧目標値とが設定され、且つ、複数の前記電圧検出点における電圧値が、前記第１電圧目標値より上、及び前記第２電圧目標値より下のいずれの方向にも逸脱している場合において、
    前記制御量算出部は、前記第１電圧目標値より上に電圧値が逸脱した電圧検出点のうち電圧の逸脱量が最も大きい電圧検出点を第１特定点として特定し、前記第２電圧目標値より下に電圧値が逸脱した電圧検出点のうち電圧の逸脱量が最も大きい電圧検出点を第２特定点として特定し、前記第１特定点における電圧値が前記第１電圧目標値と略一致し、前記第２特定点における電圧値が前記第２電圧目標値と略一致するように、前記制御量を算出する
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の電圧制御装置。
  8. 前記取得部は、前記電力調整装置に分散型電源が含まれる場合に、前記分散型電源が出力する無効電力値と有効電力値とをさらに取得する
    請求項１に記載の電圧制御装置。
  9. 前記制御量算出部は、前記取得部によって取得された、前記分散型電源が出力する無効電力値と有効電力値とから、前記複数の分散型電源それぞれにおける力率を計算し、前記力率が所定の値よりも小さい場合には、当該力率が当該所定の値に近づくように有効電力の抑制値を示す有効電力抑制値と、無効電力の低減値を示す無効電力低減値とを前記制御量として算出する
    請求項８に記載の電圧制御装置。
  10. 前記制御量算出部は、前記通知部を介して前記電力調整装置に定期的に制御量を通知する場合において、前記１以上の電圧検出点における電圧変動の大きさがより大きいほど、より短い周期で、前記制御量を算出し、算出した制御量を前記電力調整装置に通知する
    請求項１に記載の電圧制御装置。
  11. 前記制御量算出部は、現在時刻ｔから時刻ｔ−ｍまでの所定の時間幅において算出した全ての制御量の平均値、あるいは、前記所定の時間幅において算出した制御量のうち最大の制御量と最小の制御量との平均値を、現在時刻ｔにおける制御量として算出する
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の電圧制御装置。
  12. 前記取得部は、前記１以上の電力調整装置が出力する無効電力値を取得し、
    前記制御量算出部は、前記１以上の電圧検出点において測定された全ての電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱しておらず、且つ、前記１以上の電力調整装置のうち少なくとも１つが無効電力を出力している場合に、前記１以上の電力調整装置が出力している無効電力値に入出力低減係数を乗算することにより、次に前記１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値を算出する
    請求項１に記載の電圧制御装置。
  13. 前記制御量算出部は、前記１以上の電圧検出点における電圧変動の大きさが大きいほど前記入出力低減係数の値を１に近い値に設定し、且つ、前記１以上の電圧検出点における電圧変動の大きさが小さいほど入出力低減係数の値を０に近い値に設定する
    請求項１２に記載の電圧制御装置。
  14. 前記配電系統には、変圧器二次側の電圧を調整するステップ式自動電圧調整器が接続されており、
    前記取得部はさらに、前記ステップ式自動電圧調整器による変圧の範囲を示すタップ範囲と、前記ステップ式自動電圧調整器による現在の変圧状態を示すタップ位置及びタップ間電圧とを取得し、
    前記制御量算出部はさらに、前記ステップ式自動電圧調整器におけるタップ位置を前記制御量として算出する
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電圧制御装置。
  15. 配電系統の電圧を調整するために正又は負の無効電力を前記配電系統に出力する電力調整装置であって、
    前記電力調整装置が出力する無効電力値と受電点における電圧値とを取得する自端情報取得部と、
    前記自端情報取得部が取得した、前記無効電力値と前記受電点における電圧値とを、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電圧制御装置へ送信し、当該電力調整装置が出力すべき無効電力値に対応する値である制御量を前記電圧制御装置から受信する通信部と、
    前記電力調整装置が出力する無効電力値を制御する出力制御部とを備え、
    前記出力制御部は、前記自端情報取得部が取得した前記受電点における電圧値が前記所定の電圧範囲を逸脱している場合に、前記受電点における電圧値が前記所定の電圧範囲内に収まるように無効電力を出力し、
    前記通信部は、前記受電点における電圧値が前記所定の電圧範囲内に収まった後、前記自端情報取得部が取得した前記無効電力値と、前記受電点における電圧値とを前記電圧制御装置へ送信し、
    前記出力制御部は、前記通信部が前記電圧制御装置から前記制御量を受信した後、受信した制御量に従って前記無効電力値を制御する
    電力調整装置。
  16. 配電系統の電圧を調整するために正又は負の無効電力を前記配電系統に出力する１以上の電力調整装置を制御するための電圧制御方法であって、
    前記配電系統上に設けられた１以上の電圧検出点における電圧値を取得する取得ステップと、
    前記配電系統における変電所から前記１以上の電力調整装置までの系統インピーダンス値を検出する検出ステップと、
    前記１以上の電圧検出点の中に、電圧値が所定の電圧範囲を逸脱している電圧検出点が存在している場合には、全ての電圧検出点における電圧値が前記所定の電圧範囲内で設定された電圧目標値を逸脱しないように、前記１以上の電力調整装置に出力させるべき無効電力値に対応する値を制御量として算出する制御量算出ステップと、
    前記制御量算出ステップにおいて算出した制御量を前記１以上の電力調整装置に通知する通知ステップとを含み、
    前記制御量算出ステップにおいては、前記１以上の電圧検出点における電圧値、及び前記系統インピーダンス値を用いて演算することにより、前記電圧目標値を逸脱した電圧検出点のうちの特定の電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値に略一致するように前記制御量を算出し、且つ、前記電圧目標値を逸脱した全ての電圧検出点における電圧値が前記電圧目標値から同一方向に逸脱している場合には、前記１以上の電力調整装置に出力させる無効電力の符号が全て同じとなるように前記制御量を算出する
    電圧制御方法。
  17. 請求項１６に記載の電圧制御方法をコンピュータに実行させるための
    プログラム。
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