JP5939894B2 - 配電系統の電圧調整装置、電圧調整方法および電力制御システム - Google Patents

Description

本発明は、配電系統の電圧調整装置、電圧調整方法および電力制御システムに係り、特に太陽光発電の急峻な出力変動に伴う電圧変動に対応し、電圧調整装置を自端情報で適切に動作させ、電圧維持や運用効率化を可能とする配電系統の電圧調整装置、電圧調整方法および電力制御システムに関する。

配電系統の電圧は、配電用変電所に設置された変圧器（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴ：Ｌｏａｄ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）のタップ切替や、配電線上に設置された自動電圧調整器（ＳＶＲ：Ｓｔｅｐ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）などのタップ切替によって制御される。

これらの電圧調整装置（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや自動電圧調整器ＳＶＲ）は、タップの切替までに一般的に数十秒の応答時定数で動作するように設定されている。また複数の電圧調整装置が配電線路に直列に設置される場合、配電線路（フィーダ）の末端側に設置される電圧調整装置は、変電所側（送出し側）に設置される電圧調整装置よりも応答時定数を遅く設定するのが一般的である。これにより、末端側の電圧調整装置の不要な動作を少なくしている。

ところで、近年の配電系統では太陽光発電装置を備えた需要化が増大している。この場合に、太陽光発電装置の発電出力は天候変動に左右され配電系統の急激な電圧変動を生じさせる原因となっている。

然るに、電圧調整装置の応答時定数は、負荷や太陽光発電出力など、早く変化する電力に起因する電圧変動の現象に比べて遅い。したがって可能であれば、予想される太陽光発電の出力変化を考慮して、現在の制御量や制御目標値を決定することが望ましい。そのためには、太陽光発電量に応じて、タップ制御を適切に行う必要がある。

電圧調整装置（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや自動電圧調整器ＳＶＲ）の制御方法として、次のような手法が示されている。例えば、非特許文献１には、自動電圧調整器ＳＶＲにおいて、自端の二次側電圧と通過電流と力率からタップ値を決定する方法が示されている。また、特許文献１には、電圧調整変圧器の送出電圧から最高電圧点の電圧までの電圧上昇幅と、変圧器の送出電圧から最低電圧点の電圧までの電圧下降幅とを加算した電圧変動範囲の中心値が、規定値となるように、電圧調整装置の送出電圧を選定する制御手法が示されている。

特開２００９−２４００３８公報

「線路電圧調整器の進歩と適用」現代の配電技術、電気書院 １２８−１３４頁（１９７２年）

前述の非特許文献１に記載の方法では、太陽光発電による電圧変動を考慮した制御が想定されていない。そのため、自動電圧調整器ＳＶＲは急激な電圧変動に対する動作追従遅れが生じ、電圧逸脱時間の増大につながる問題がある。

また、特許文献１に記載の方法では、太陽光発電の急激な出力変動に対する電圧変動を補償する対策がなされていない。

以上のことから本発明は、配電系統に設置された電圧調整装置（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや自動電圧調整器ＳＶＲ）を、系統内の太陽光発電量に応じて動作させることで、電圧維持および運用効率化を可能とする配電系統の電圧調整装置、電圧調整方法および電力制御システムを提供するものである。

以上のことから本発明においては、太陽光発電装置を備えた配電系統に設置され、タップ付変圧器のタップ位置を調整してタップ付変圧器の二次側電圧を所定の制限値内に調整する配電系統の電圧調整装置において、
タップ付変圧器の二次側電圧を推定する第１の手段、推定した二次側電圧を太陽光発電装置の発電出力から求めた補正分により補正した補正電圧を得る第２の手段、補正電圧と所定の制限値を比較し、補正電圧が所定の制限値を逸脱するときにタップ付変圧器のタップ操作を実行する第３の手段を備えることを特徴とする。

また第２の手段は、推定した二次側電圧に太陽光発電装置の発電出力から求めた第１の補正分を加算した第１の補正電圧と、推定した二次側電圧から太陽光発電装置の発電出力から求めた第２の補正分を減算した第２の補正電圧を求め、
第３の手段は、第１の補正電圧が所定の上限値以上の期間が所定時間以上継続することをもってタップ付変圧器のタップ下げ操作を実行し、第２の補正電圧が所定の下限値以下の期間が所定時間以上継続することをもってタップ付変圧器のタップ上げ操作を実行することを特徴とする。

また第１の補正電圧と第２の補正電圧の差が、所定の上限値と下限値の差よりも小さいときに、第３の手段によるタップ操作を可能とする条件を判定する第４の手段を備えたことを特徴とする。

また第１の補正分を太陽光発電装置の最大出力の合計値と現時点での太陽光発電装置の出力の差に応じて算出し、第２の補正分を現時点での太陽光発電装置の出力に応じて算出することを特徴とする。

また太陽光発電装置の発電出力を日射量の計測装置から得ることを特徴とする。

以上のことから本発明においては、タップ付変圧器と太陽光発電装置を備え、タップ位置を調整してタップ付変圧器の二次側電圧を所定の制限値内に調整する配電系統の電圧調整方法において、
タップ付変圧器の二次側電圧を推定し、推定した二次側電圧を太陽光発電装置の発電出力から求めた補正分により補正して補正電圧を得、補正電圧と所定の制限値を比較し、補正電圧が所定の制限値を逸脱するときにタップ付変圧器のタップ操作を実行することを特徴とする。

以上のことから本発明においては、タップ位置を調整して二次側電圧を所定の制限値内に調整する電圧調整装置を含むタップ付変圧器と、太陽光発電装置をそれぞれ複数備えた配電系統の電力制御システムにおいて、
電圧調整装置は、タップ付変圧器の二次側電圧を推定する第１の手段、推定した二次側電圧を太陽光発電装置の発電出力から求めた補正分により補正した補正電圧を得る第２の手段、補正電圧と所定の制限値を比較し、補正電圧が所定の制限値を逸脱するときにタップ付変圧器のタップ操作を実行する第３の手段、その設置箇所の日射量を計測する計測器を備え、計測器出力から太陽光発電装置の発電出力を得ることを特徴とする。

本発明の配電系統の電圧調整装置、電圧調整方法および電力制御システムにより、太陽光発電などが大量に導入された系統でも、配電系統の電圧逸脱の可能性を小さくでき、また早い周期の電圧変動を抑制するために必要となる無効電力補償装置（ＳＶＣ：Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）などの高速応答可能な電圧制御機器の必要容量を削減できる効果がある。

また、本発明のそれ以外の効果については、明細書中で説明する

本発明にかかる自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御装置の構成を示す図。 一般的な配電系統と電圧調整装置の構成例を示す説明図。 タップによって電圧を下げる場合の電圧経過を示す図。 タップ制御動作に太陽光発電出力の要素を反映させるときの考え方を示す図。 タップ制御動作に太陽光発電出力の要素を反映させるときの考え方を示す図。 （３）（４）式の電圧変化量のイメージを示す図。 本発明の自動電圧調整器ＳＶＲのタップ切換え処理フロー図。 従来手法による自動電圧調整器ＳＶＲの制御動作例を示す図。 本発明による自動電圧調整器ＳＶＲの制御動作例を示す図。 従来手法による自動電圧調整器ＳＶＲの制御動作波形例を示す図。 本発明による自動電圧調整器ＳＶＲの制御動作波形例を示す図。 タップ動作判定基準値Ｖｓと天候と電圧変動量の関係を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図２は、電圧調整装置３００（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや自動電圧調整器ＳＶＲ）が設置された配電系統１００（フィーダ）の一例を示した図である。但しここでは、電圧調整装置３００として自動電圧調整器ＳＶＲを配置した例を示しているが、これは負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴとしてもよい。

この図で示される典型的な配電系統１００は、ノード（母線）１２０およびそれらを接続する配電線路１４０、ノード１２０に接続される負荷１５０や太陽光発電装置１３０、配電線路に設置されるセンサ１７０、配電用変電所１１０などで構成される。

ここで、配電用変電所１１０のある図示左側をフィーダの送出し側、右側をフィーダの末端側と呼ぶこととする。自動電圧調整器３００は、線路１４０に直列に設置され、線路電圧を調整する電圧調整装置である。

自動電圧調整器ＳＶＲは、配電用変電所における負荷時タップ切替変圧器（ＬＲＴ：Ｌｏａｄ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）であってもよいが、例えば自動電圧調整器３００に例示されるように、単巻変圧器とタップチェンジャで構成される変圧器３０５と、制御部分を備える。

図２の自動電圧調整器ＳＶＲの制御部分は、配電線路の電気量を測定するセンサ１７０、変圧器のタップを制御するタップ制御装置３１０で構成される。本発明に係る変圧器３０５と、制御部分の具体的な回路構成例を図１に示す。

本発明では、従来からのタップ制御装置３１０に太陽光発電出力把握装置３４０を追加し、太陽光発電出力の情報を元に、線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０によってタップ値を制御する。ここで、線路電圧降下補償装置ＬＤＣ（Ｌｉｎｅ Ｄｒｏｐ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）は、系統の電圧低下を補償するように負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや、自動電圧調整器ＳＶＲ二次側電圧を決定する制御装置である。線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０は、タップ制御装置３１０と太陽光発電出力把握装置３４０の情報を元に作動する。

図１を用いてまず従来のタップ制御の考え方を説明し、その後に本発明により追加された太陽光発電出力把握装置３４０との関わりについて説明する。図１には、自動電圧調整器３００の主回路である単巻変圧器３０３、タップチェンジャ３０２と、制御装置であるタップ制御装置３１０が記載されている。

タップ制御装置３１０は、計測部３２０、線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０、太陽光発電出力把握部３４０、データベース３５０を備え、単巻変圧器３０３の二次側電圧を所定値に制御すべくタップチェンジャ３０２を操作している。

タップ制御装置３１０の計測部３２０には、配電線路の二次側電流Ｉｓｖｒ１を測定するセンサＣＴ、および二次側電圧Ｖｓｖｒ１を測定するセンサＰＴが接続される。

線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０では、計測部３２０で測定された二次側電圧Ｖｓｖｒ１などから、仮想点（例えば線路末端）の電圧Ｖｓｖｒを算出し、これが所定の制限値を逸脱していることを検出し、この状態が所定の計測時間以上継続していることをもって、切替制御を実行する。なお、図１の線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０において、仮想点の電圧ＶｓｖｒはＳＶＲ二次電圧推定部において求められる。この仮想点電圧を以下単に二次側電圧と呼称することにする。

さらに本発明の線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０では、太陽光発電出力把握部３４０からの出力をもとに電圧上昇変化量ΔＶｐｖｕ、電圧下降変化量ΔＶｐｖｌを電圧補正部において算出するが、この部分の機能については（３）（４）式を用いて後述する。

また線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０は、タップ操作制御部を備え、ＳＶＲ二次電圧推定部からの出力Ｖｓｖｒと、電圧補正部からの出力（電圧上昇変化量ΔＶｐｖｕ、電圧下降変化量ΔＶｐｖｌ）によりタップ操作を実行ずる。

タップ制御装置３１０における上記の切替制御については、従来から種々の方式が提案されている。本発明ではこの方式に限定されるものではないが、例えば以下のように行うことができる。

タップ切替の典型的な一例では、線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０は、計測部３２０で測定された二次側電流Ｉｓｖｒ１、二次側電圧Ｖｓｖｒ１から、有効電力Ｐｓｖｒ、無効電力Ｑｓｖｒ、力率ｃｏｓθを計算する。

また線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０は、データベース３５０からパラメータ（Ｒ、Ｘ、Ｖｒｅｆ）を読み込み、（１）式の実行に使用する。タップ制御装置３１０における（１）式の実行により、タップ動作判定基準値Ｖｓが計算される。
［数１］
Ｖｓ＝Ｖｒｅｆ＋Ｒ・Ｉｒ＋Ｘ・Ｉｉ （１）
ここで、Ｒ、Ｘ、Ｖｒｅｆは、予め設定されたパラメータであり、ＩｒとＩｉは、計測した通過電流Ｉｓｖｒ１と力率ｃｏｓθから求めた通過電流の実部と、通過電流の虚部である。そして、Ｒは自動電圧調整器ＳＶＲの通過電流の実部Ｉｒに対する係数、Ｘは自動電圧調整器ＳＶＲの通過電流の虚部Ｉｉに対する係数、Ｖｒｅｆは基準電圧である。

自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧は、有効電力Ｐｓｖｒあるいは無効電力Ｑｓｖｒによって変動するが、（１）式はその変動の大きさを基準値Ｖｓとして計算したものである。基準値Ｖｓは、自動電圧調整器ＳＶＲの二次側の配電線路各所における電圧（二次側電圧）のうち、当該配電線路の負荷重心点の電圧を算出したものということができる。

またこの値は負荷状況（有効無効電力変動、あるいは有効無効電流変動）を反映した可変の値である。二次側電圧は、単巻変圧器３０３のタップチェンジャ３０２のタップ位置が同じであっても、有効電力Ｐｓｖｒあるいは無効電力Ｑｓｖｒによって変動する。（１）式で定まる範囲を逸脱するときには、タップ位置を修正する必要がある。

このため、（１）式で求めた基準値Ｖｓに対して自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧Ｖｓｖｒが、所定の制限値εを超えるという条件を満たす時間をタップ制御装置内に設けられたタイマで積算し、その値がＴｓｖｒを超えた場合にタップへ切換え指令が出される。

例えば、自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧Ｖｓｖｒが、この基準値Ｖｓより一定値ε以上小さい状態で一定時間（例えば、Ｔｓｖｒ秒）経過すると、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ３０２を上げ方向に変更し、二次側電圧を上昇させる。逆に、自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧Ｖｓｖｒがこの基準値Ｖｓより一定値ε以上大きい状態で一定時間経過すると、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ３０２を下げ方向に変更し、二次側電圧を下降させる。

図３に、タップによって電圧を下げる場合の電圧経過グラフを示す。図３は横軸に時間ｔ、縦軸に二次側電圧Ｖｓｖｒを示しており、二次側電圧Ｖｓｖｒが時間の経過と共に増加していったとする。そして、時刻ｔ１で自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧Ｖｓｖｒが基準値プラス一定値（Ｖｓ＋ε）を超えたとする。

この場合に、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御装置３１０は、所定の設定時間Ｔｓｖｒ秒経過しても二次側電圧Ｖｓｖｒが基準値プラス一定値（Ｖｓ＋ε）を超えた状態が継続していることを確認する。タップ制御装置３１０は、所定の設定時間Ｔｓｖｒ秒経過し他時刻ｔ２においてタップ動作させる。

これにより、（ｂ）の点線波形のように自動電圧調整器ＳＶＲ二次側電圧Ｖｓｖｒは、基準値プラス一定値（Ｖｓ＋ε）以下まで下降する。ここで、一定値εは不感帯を設けるための定数であり、（ａ）は、タップ動作させない場合を示している。

このように、線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０は、自動電圧調整器ＳＶＲの通過電流情報と線路電圧降下補償回路ＬＤＣに設定されたパラメータを元に、二次側電圧Ｖｓｖｒの制御を行う。なお、自動電圧調整器ＳＶＲの詳細な構成は、非特許文献１にも詳しく記載されている。

本発明では、通常の自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御装置のタップ動作判定基準値Ｖｓと、自動電圧調整器ＳＶＲより末端側に設置された太陽光発電装置１３０の発電設備容量合計値と、発電量現在値の合計値に応じて、タップ制御動作の判定を行う。

図１に示すように、タップ制御装置３１０は、線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０、計測部３２０、太陽光発電出力把握装置３４０、データベース３５０で構成される。

データベース３５０には、各種パラメータ（ＬＤＣパラメータ）として、（１）式で用いるＶｒｅｆ、Ｒ、Ｘ以外に、不感帯ε、タイマ時定数Ｔｓｖｒ、太陽光発電感度係数Ｒｓ、太陽光発電出力最大値Ｉｐｖｍａｘが記憶されている。

太陽光発電出力把握装置３４０は、自動電圧調整器ＳＶＲより末端側に設置された太陽光発電装置１３０による発電出力の合計値である太陽光発電出力電流Ｉｐｖを求めている。

線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０は、データベース３５０内の各種パラメータと、太陽光発電出力把握装置３４０の太陽光発電出力電流Ｉｐｖに応じて、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御動作判定を行う。

以下本発明装置の動作説明に入る前に、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御動作に太陽光発電出力の要素を反映させるときの考え方について、図４と図５により説明しておく。まず図４は横軸に時間、縦軸に自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧と、太陽光発電出力電流Ｉｐｖ（日射量）を表示している。二次側電圧は、基準電圧Ｖｒｅｆに一定値εを増減した範囲（Ｖｒｅｆ＋εないしＶｒｅｆ−ε）内に入るように自動電圧調整器ＳＶＲのタップ位置が定められる。

例えば、図４に示すように、天候快晴により太陽光発電量Ｉｐｖが大きいときに、自動電圧調整器ＳＶＲが不感帯幅（Ｖｒｅｆ±ε）の中で低めに電圧を調整していたとする。この場合従来手法であれば、天候曇天となり太陽光発電Ｉｐｖが減少したとすると、このタップ位置の場合には、二次側電圧が不感帯下限（Ｖｒｅｆ−ε）を逸脱することになる。

この不感帯下限逸脱状態では、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ値の変更が必要な状態であり、二次側電圧が適正に維持できないこととなる。また、タップ変更回数の増加につながることになる。

これに対し本発明では、天候曇天となることを考慮したタップ位置としておく。具体的には図５に示すように、現時点では天候快晴により太陽光発電出力Ｉｐｖが大きい状態であるが、以後は現在以上の晴天となることはなく、むしろ天候曇天となると考えられる。このことは、二次電圧が低下する傾向であることから、仮に低下しても二次側電圧が不感帯下限（Ｖｒｅｆ−ε）を逸脱しないタップ位置とするのがよい。つまり、自動電圧調整器ＳＶＲのタップを不感帯幅（Ｖｒｅｆ±ε）の中で高め電圧となるように変更しておけばよい。

これにより、太陽光発電出力の変化にかかわらず、自動電圧調整器ＳＶＲはタップ変更が必要でない状態を保つことができる。また、電圧の適正維持が可能となるとともに、タップ動作回数の増加も回避することができる。

図５の説明から明らかなように、本発明の基本概念においては以下のように操作することを提案する。

例えば、現時点では天候が曇りであれば今後は快晴に転じることを想定し、快晴となったときの電圧変化幅（上昇方向）を推定する。そこで自動電圧調整器ＳＶＲとしては、この電圧変化幅の電圧上昇が生じたとしても系統の電圧規定範囲の上限を超えないように現時点の自動電圧調整器ＳＶＲのタップを低めに調整しておく。

逆に現時点では天候が快晴であれば今後は曇りに転じることを想定し、曇りになったときの電圧変化幅（低下方向）を推定する。そこで自動電圧調整器ＳＶＲとしては、この電圧変化幅の電圧低下が生じたとしても系統の電圧規定範囲の下限を超えないように現時点の自動電圧調整器ＳＶＲのタップを高めに調整しておく。

以上述べたタップ制御を実現するためのタップ制御動作判定の概要は次のとおりである。まず、自動電圧調整器ＳＶＲの制御対象エリア内の太陽光発電出力は、日射計の測定値などで推定できるものと仮定する。この条件で、太陽光発電出力が最大限変化した場合に自動電圧調整器ＳＶＲの制御対象エリア内に発生する電圧変化を考える。本発明では、その変化によって生じる電圧変動幅が、系統の電圧規定範囲内に入るように、現時点の自動電圧調整器ＳＶＲのタップを調整しておく。

ところで、太陽光発電出力の出力電力の変化は、大半は有効電力の変化である。またそれによってもたらされる電圧変化は、フィーダの抵抗成分に大きく依存すると考えられる。そこで、太陽光発電の出力電流変化によって発生する系統内の電圧変化量ΔＶｐｖを、太陽光発電の出力電流変化量ΔＩｐｖと、感度係数Ｒｓによって（２）式のように近似的に求めることができる。
［数２］
ΔＶｐｖ ＝ Ｒｓ × ΔＩｐｖ （２）
ここで、太陽光発電の出力電流Ｉｐｖが、日射計の出力からの推定等によって把握できるとすると、現状から太陽光発電の出力が最大および最小となった場合のフィーダの電圧上昇変化量ΔＶｐｖｕ、電圧下降変化量ΔＶｐｖｌは、（３）（４）式のように近似的に計算できる。
［数３］
ΔＶｐｖｕ ＝ Ｒｓ×（Ｉｐｖｍａｘ−Ｉｐｖ） （３）
［数４］
ΔＶｐｖｌ ＝ Ｒｓ×Ｉｐｖ （４）
ここで、Ｉｐｖｍａｘは自動電圧調整器ＳＶＲの末端側に設置される太陽光発電装置の最大出力電流の合計値を表す。これらの電圧変化量のイメージを図６に示す。図６の横軸には配電線路の距離、縦軸には電圧を示している。電圧は一般には変電所から遠ざかるほど低下する。Ｐ１は自動電圧調整器ＳＶＲの設置点であり、タップ調整により電圧回復する。図６で実線Ｌ１が現在の天候と、タップ位置を反映した二次側電圧の現在の状態である。

Ｐ２は例えば（１）式の仮想点の二次側電圧であり、この電圧について現状から太陽光発電の出力が最大（Ｐｐｖｍａｘ）および最小（Ｐｐｖ＝０）となった場合のフィーダの電圧上昇変化量ΔＶｐｖｕ（（３）式）、電圧下降変化量ΔＶｐｖｌ（（４）式）が点線Ｌ２、Ｌ３で示されている。

図６において、太陽光発電出力が最大および最小となった場合を想定した２つの値Ｌ２、Ｌ３（バンド幅）が不感帯の上下限値内に存在するかどうかで、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御判定を行う方式を考える。

現状の系統状態に対し、太陽光発電出力が仮に最大、最小に急変した場合の電圧変化量を（３）（４）式で算出し、それを用いて自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御判定を行う。ここで、（３）（４）式の感度係数Ｒｓは整定パラメータとするか、または潮流計算等で算出すればよい。整定パラメータとした場合は、フィーダ幹線のインピーダンスの値に等しく決定すればよい。

以上の考えに基づく自動電圧調整器ＳＶＲのタップ切換え処理フローを、図７に示し、以下、ステップＳ１〜ステップＳ９までの各ステップの処理概要を説明する。

最初のステップＳ１では、タップ制御に使用するＳＶＲ二次側電圧Ｖｓｖｒ、通過電流Ｉ、通過電流力率ｃｏｓθ、太陽光発電出力電流Ｉ太陽光発電を読み込み、取得する。

ステップＳ２では、タップ動作判定基準値Ｖｓ、電圧上昇変化量ΔＶｐｖｕ、電圧下降変化量ΔＶｐｖｌを、（１）、（３）、（４）式に従って計算する。なおこれらの式の実行に当たって使用するパラメータなどは適宜データベース３５０を参照する。

次のステップＳ３では、電圧変化量が不感帯の上下限値を逸脱していることを判定する。図７の右側の列では下限値側の逸脱を、左側の列では上限値側の逸脱を判定する。このうち、ステップＳ３ａでは、不感帯の上限逸脱判定を（５）式によって行う。
［数５］
Ｖｓ＋ ΔＶｐｖｕ ＞ Ｖｓｖｒ ＋ε （５）
なお、 式（５）が満たされなければステップＳ１に戻り、次の処理時刻の新たな入力をもとに上記処理を繰り返し実行する。

（５）式が成立（不感帯の上限逸脱）するときには、ステップＳ４ａへ移り、タイマτ１のカウントを増やす。続いてステップＳ５ａでは、タイマτ１のカウント値を逸脱確認時間Ｔｓｖｒの設定値と比較する。カウント値が設定時間を超過しているとき、ステップＳ６ａへ移る。

ステップＳ６ａでは、自動電圧調整器ＳＶＲのタップを、二次側電圧が下がる方向へ変更する。

他方、ステップＳ３ｂでは不感帯の下限逸脱判定を式（６）によって行う
［数６］
Ｖｓ − ΔＶｐｖｌ ＜ Ｖｓｖｒ −ε （６）
なお、式（６）が満たされなければステップＳ１に戻り、次の処理時刻の新たな入力をもとに上記処理を繰り返し実行する。

（６）式が成立（不感帯の下限逸脱）するときには、ステップＳ４ｂへ移り、タイマτ２のカウントを増やす。続いてステップＳ５ｂでは、タイマτ２のカウント値を逸脱確認時間Ｔｓｖｒの設定値と比較する。カウント値が設定時間を超過しているとき、ステップＳ６ｂへ移る。

ステップＳ６ｂでは、自動電圧調整器ＳＶＲのタップを、二次側電圧が上がる方向へ変更する。

ステップＳ７は、タップ変更処理後に行われ、タイマτ１およびτ２の値を０に設定し、リセットして、Ｓ１へ戻る。

次に、図８および図９を用いて、従来手法による自動電圧調整器ＳＶＲの制御動作例と、本発明による制御動作例を示す。

図８は従来手法による自動電圧調整器ＳＶＲの制御動作例を示す。縦軸には電圧、横軸には時間経過を示している。この図では、（１）式で求められたタップ動作判定基準値Ｖｓが、太陽光発電量の変化によって、時点ｔ１で不感帯上限を逸脱し、４５秒後の時点ｔ２にタップ動作によって自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧が低下し、これに伴ってタップ動作判定基準値Ｖｓも低下している様子を示している。また、時点ｔ３で今度は不感帯下限を逸脱し、４５秒後の時刻ｔ４にタップ動作によってタップ動作判定基準値Ｖｓが上昇している様子を示している。

図９は本発明による自動電圧調整器ＳＶＲの制御動作例を示す。図９の場合にも図８と同様に、（１）式で求められたタップ動作判定基準値Ｖｓが太陽光発電量の変化によって増大していく事例を想定している。但し本発明の場合には、タップ動作判定基準値Ｖｓに（３）式で求められたΔＶｐｖｕを加えた合成値を用いて上下限の制限値逸脱を判定する。

図では一点鎖線がタップ動作判定基準値Ｖｓに（３）式で求められたΔＶｐｖｕを加えた合成値の推移を示している。この図で明らかなように、合成電圧（Ｖｓ＋ΔＶｐｖｕ）がタップ動作判定基準値Ｖｓに先だって上限値に近づく。そして、時刻ｔ５で（Ｖｓ＋ΔＶｐｖｕ）が不感帯上限を逸脱する。本発明では、合成電圧（Ｖｓ＋ΔＶｐｖｕ）の逸脱継続を監視しており、４５秒後のｔ６にタップ動作によって自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧が低下する。これに伴ってタップ動作判定基準値Ｖｓも低下している。

また、図では二点鎖線がタップ動作判定基準値Ｖｓから（４）式で求められたΔＶｐｖ１を減算した合成値の推移を示している。この図で明らかなように、合成電圧（Ｖｓ−ΔＶｐｖ１）がタップ動作判定基準値Ｖｓに先だって下限値に近づく。そして、時刻ｔ７で（Ｖｓ−ΔＶｐｖｕ）が不感帯下限を逸脱する。本発明では、合成電圧（Ｖｓ−ΔＶｐｖｕ）の逸脱継続を監視しており、４５秒後のｔ８にタップ動作によって自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧が上昇する。これに伴ってタップ動作判定基準値Ｖｓも上昇している。

この場合、実際の状態の電圧を表すＶｓは、不感帯上下限範囲内に滞在している。これは、従来手法にくらべて、より電圧が適正範囲に維持されていることを示すものである。

次に図１０および図１１を用いて、従来手法による自動電圧調整器ＳＶＲの制御動作例と、本発明による制御動作波形例を示す。

図１０は従来手法による自動電圧調整器ＳＶＲの制御動作波形例を示す。同図上は時間経過に対するフィーダ末端の電圧値を、同図下は時間経過に対する自動電圧調整器ＳＶＲのタップ番号の移動の変遷を示す。時間経過としては１時間単位に９時から１７時までの日中を示している。この図によれば、フィーダ末端の電圧値は日照条件の変動による太陽光発電出力の変動により頻繁に変動していることがわかる
この操作事例では、フィーダ末端の電圧を約６３００ボルトから６９００ボルトの範囲に制御すべく自動電圧調整器ＳＶＲのタップがタップ番号４から８の範囲で変動制御されている。然しながら、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ操作では太陽光発電出力の早い変動に追従することができず、例えば１０時前後、１２時前後に上限値を逸脱している期間があることがわかる。

図１１は、図１０と同じ条件下での本発明による自動電圧調整器ＳＶＲの制御動作波形例を示す。図１１の波形を図１０と比較すると、まずタップはタップ番号３から８の範囲で変動制御されている。かつ、より頻繁に操作されている。特に、１０時前後、１２時前後の上限値を逸脱している期間で比較すると、逸脱の事前のタイミングで早めにタップ位置を下げる操作が実行されていることがわかる。これにより、上限の逸脱が阻止されていることが見て取れる。

図１２は、本発明のタップ操作を決定する要素間の関係を示すであり、この図を用いて本発明の日射量に応じたタップ操作の意義について説明する。図１２は図９の一部を拡大して示したものであり、Ａ点が現在電圧である。ここに示すようにタップ操作を決定する要素は、上下限制限値、タップ動作判定基準値Ｖｓ、日射量で定まる電圧変動（上昇、下降）量ΔＶｐｖである。

このうち上下限制限値は図１０、図１１にも示したように一定値である。タップ動作判定基準値Ｖｓは、（１）式に示すように負荷状況（有効無効電力変動、あるいは有効無効電流変動）を反映した可変の値である。但し、ここではタップ動作判定基準値Ｖｓを固定として検討する。

日射量で定まる電圧変動（上昇、下降）量ΔＶｐｖは、（３）（４）式でそれぞれ求められたものである。図１２は、タップ動作判定基準値ＶｓがＡ点で固定としたときに、晴天（図１２左）と曇天（図１２右）のときの電圧変動上昇量ΔＶｐｖｕと電圧変動下降量ΔＶｐｖ１を示したものである。曇天では電圧変動上昇量ΔＶｐｖｕ側に大きく反映され、晴天では電圧変動下降量ΔＶｐｖ１側に大きく反映される。

しかるに制限値との比較は、タップ動作判定基準値Ｖｓと電圧変動（上昇、下降）量ΔＶｐｖとの合成値に対して実行されている。このことから、タップ動作判定基準値Ｖｓが負荷状況を反映して高電圧側に変動したときには、曇天では上限に達しやすい状況となる。速めにタップ下げ操作が実行されて、二次側電圧を下げておくこととなる。これにより、天候快晴に急変しても二次側電圧の上限逸脱を阻止できる。

逆にタップ動作判定基準値Ｖｓが負荷状況を反映して低電圧側に変動したときには、晴天では下限に達しやすい状況となる。速めにタップ上げ操作が実行されて、二次側電圧を上げておくこととなる。これにより、天候曇天に急変しても二次側電圧の下限逸脱を阻止できる。

本発明による以上のような制御により、電圧逸脱の可能性を小さくでき、また早い周期の電圧変動を抑制するために必要となる他の高速応答可能な電圧制御機器の必要容量を削減できる。

また、本発明では、自動電圧調整器ＳＶＲが日射計を備えるなどすれば、自端の計測情報のみから制御可能な構成も可能であり、自動電圧調整器ＳＶＲのパラメータ変更やタップ制御に、配電系統の他の地点と情報伝達を行うための通信設備を必要としない効果がある。

以上のように、系統の太陽光発電の状態に応じて、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ変更制御を行うことで電圧維持を効率的に行うこと可能となる。

配電系統の電圧を調整する電圧調整装置として活用することができる。また、電圧調整装置であるＳＶＲや配電用変電所ＬＲＴの制御システムとして活用することがきる。また、配電系統において、太陽光発電などの分散電源の増設に対応した、電圧維持対策、配電設備利用率向上対策として活用することが可能となる。

１００：配電系統
１１０：配電用変電所
１２０：ノード
１３０：太陽光発電装置
１４０：配電線路
１５０：負荷
１７０：センサ
３００：ＳＶＲ
３０２：タップチェンジャ
３０３：単巻変圧器
３０５：変圧器
３１０：タップ制御装置
ＣＴ：電流センサ
ＰＴ：電圧センサ
３２０：制御装置の計測部
３３０：ＬＤＣ
３４０：太陽光発電出力把握装置
３５０：データベース

Claims (9)

1. 太陽光発電装置を備えた配電系統に設置され、タップ付変圧器のタップ位置を調整してタップ付変圧器の二次側電圧を所定の制限値内に調整する配電系統の電圧調整装置において、
   タップ付変圧器の二次側電圧を推定する第１の手段、前記推定した二次側電圧に前記太陽光発電装置の発電出力から求めた第１の補正分を加算した第１の補正電圧と、前記推定した二次側電圧から前記太陽光発電装置の発電出力から求めた第２の補正分を減算した第２の補正電圧を求める第２の手段、前記第１の補正電圧が所定の上限値以上の期間が所定時間以上継続することをもって前記タップ付変圧器のタップ下げ操作を実行し、前記第２の補正電圧が所定の下限値以下の期間が所定時間以上継続することをもって前記タップ付変圧器のタップ上げ操作を実行する第３の手段を備えることを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
2. 請求項１に記載の配電系統の電圧調整装置において、
   前記第１の補正電圧と前記第２の補正電圧の差が、前記所定の上限値と下限値の差よりも小さいときに、前記第３の手段によるタップ操作を可能とする条件を判定する第４の手段を備えたことを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の配電系統の電圧調整装置において、
   前記第１の補正分を前記太陽光発電装置の最大出力の合計値と現時点での太陽光発電装置の出力の差に応じて算出し、前記第２の補正分を現時点での太陽光発電装置の出力に応じて算出することを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか1項に記載の配電系統の電圧調整装置において、
   前記太陽光発電装置の発電出力を日射量の計測装置から得ることを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
5. タップ付変圧器と太陽光発電装置を備え、タップ位置を調整してタップ付変圧器の二次側電圧を所定の制限値内に調整する配電系統の電圧調整方法において、
   前記タップ付変圧器の二次側電圧を推定し、前記推定した二次側電圧に前記太陽光発電装置の発電出力から求めた第１の補正分を加算した第１の補正電圧と、前記推定した二次側電圧から前記太陽光発電装置の発電出力から求めた第２の補正分を減算した第２の補正電圧を得、前記第１の補正電圧が所定の上限値以上の期間が所定時間以上継続することをもって前記タップ付変圧器のタップ下げ操作を実行し、前記第２の補正電圧が所定の下限値以下の期間が所定時間以上継続することをもって前記タップ付変圧器のタップ上げ操作を実行することを特徴とする配電系統の電圧調整方法。
6. 請求項５に記載の配電系統の電圧調整方法において、
   前記第１の補正電圧と前記第２の補正電圧のいずれもが、前記所定の上限値と下限値の間にあるときに、前記タップ操作を可能とすることを特徴とする配電系統の電圧調整方法。
7. 請求項５または請求項６に記載の配電系統の電圧調整方法において、
   前記第１の補正分を前記太陽光発電装置の最大出力の合計値と現時点での太陽光発電装置の出力の差に応じて算出し、前記第２の補正分を現時点での太陽光発電装置の出力に応じて算出することを特徴とする配電系統の電圧調整方法。
8. 請求項５から請求項７のいずれか1項に記載の配電系統の電圧調整方法において、
   前記太陽光発電装置の発電出力を日射量の計測装置から得ることを特徴とする配電系統の電圧調整方法。
9. タップ位置を調整して二次側電圧を所定の制限値内に調整する電圧調整装置を含むタップ付変圧器と、太陽光発電装置をそれぞれ複数備えた配電系統の電力制御システムにおいて、
   前記電圧調整装置は、タップ付変圧器の二次側電圧を推定する第１の手段、前記推定した二次側電圧に前記太陽光発電装置の発電出力から求めた第１の補正分を加算した第１の補正電圧と、前記推定した二次側電圧から前記太陽光発電装置の発電出力から求めた第２の補正分を減算した第２の補正電圧を求める第２の手段と、前記第１の補正電圧が所定の上限値以上の期間が所定時間以上継続することをもって前記タップ付変圧器のタップ下げ操作を実行し、前記第２の補正電圧が所定の下限値以下の期間が所定時間以上継続することをもって前記タップ付変圧器のタップ上げ操作を実行する第３の手段、その設置箇所の日射量を計測する計測器を備え、前記計測器出力から前記の太陽光発電装置の発電出力を得ることを特徴とする配電系統の電力制御システム。

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