JP6048546B2 - 電力系統制御システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は多数の分散型電源が連系された電力系統の電圧を制御するための電力系統制御システム及び方法に関する。

近年、化石燃料に対する依存の低減や環境問題の観点から、太陽光発電（ＰＶ：Photo Ｖoltaic）システムに代表される分散型電源（ＤＧ：Distributed Generator）の導入が進められている。

分散型電源の多くは、配電用変電所から出力される電力を、事業者、公共施設、個人住宅、集合住宅等（以下、需要家と総称する）に分配するための配電線に連系される。例えば、ＰＶシステムは太陽光発電パネルで発電された直流電力をＰＣＳ（Power Conditioning System）によって電力系統に適した交流電圧に変換して配電線に供給する。

分散型電源は、比較的小規模な事業者や利用者等が独自に管理するものが多く、そのような分散型電源が電力系統に多数連系すると、電力系統を擾乱する可能性がある。そこで、分散型電源を電力系統に連系するためのガイドラインが資源エネルギー庁より示されている（非特許文献１参照）。

分散型電源が普及した際に生じる擾乱の一つに電圧逸脱問題がある。非特許文献１によると、低圧需要家に供給する配電線電圧は、標準電圧１００Ｖに対しては１０１±６Ｖ以内に維持されなければならず、標準電圧２００Ｖに対しては２０２±２０Ｖ以内に維持されなければならない。

電力系統は、変電所の配電用変圧器から出力される高圧な電力を送電するための高圧配電線と、柱上変圧器で高圧から低圧に変換された電力を送電するための低圧配電線とによって構成され、一般に各需要家は低圧配電線に接続される。これらの配電線は、ループを形成しないように放射状に接続され、負荷のみが接続されていた従来の電力系統では、放射状に接続された低圧配電線の末端ほど電圧が低下すると想定して、低圧配電線の末端でも電圧が適正範囲から逸脱しないように設計されていた。

しかしながら、分散型電源が電力系統に連系されると、電力系統から該分散型電源を備える需要家に供給される電流が低減するため、配電線電圧が上昇して適正範囲から逸脱することがある。また、分散型電源で発電した余剰電力を電力会社へ売電することで、需要家から柱上変圧器の方向に電流が流れる逆潮流と呼ばれる現象が生じると、低圧配電線の末端ほど配電線電圧が上昇して適正範囲から逸脱する可能性が高くなる。配電線電圧の適正範囲からの逸脱のしやすさは場所によって異なり、低圧配電線では末端へいくほど電圧逸脱が発生しやすく、高圧配電線でも末端へいくほど電圧逸脱が発生しやすくなる。また、低圧配電線では、柱上変圧器の巻数比により配電線電圧が元々高めに設定されている場合があり、そのような低圧配電線でも配電線電圧が適正範囲から逸脱しやすくなる。さらに、低圧配電線または高圧配電線の任意の一点に大量の分散型電源が連系されている場合、その連系点の近傍でも配電線電圧が適正範囲から逸脱しやすくなる。

この電圧逸脱問題を回避するため、分散型電源には有効電力制御（Ｐ制御）及び無効電力制御（Ｑ制御）と呼ばれる電圧上昇を自律的に抑制する機能を搭載することが義務付けられている。

非特許文献１によると、連系点における配電線電圧が適正範囲の上限である１０７Ｖを越える場合、分散型電源には、力率が８５％になるまで進相無効電力を出力する（Ｑ制御）ことで配電線電圧を低下させ、それでも配電線電圧が適正範囲内に戻らない場合は発電量を抑制する（Ｐ制御）ことが要求されている。

但し、単独の分散型電源によるＱ制御では電圧上昇の抑制効果が少なく、またＱ制御機能をＰＣＳに付加するとＰＣＳのコストが増大するため、Ｑ制御機能を持たないＰＣＳも多い。その場合、連系点における配電線電圧が適正範囲を越えると、分散型電源は直ちにＰ制御を開始することになる。

上述したように、低圧配電線の末端等、電圧逸脱が生じやすい位置は決まっており、電圧上昇を抑制するための制御（以下、電圧抑制制御と称す）は、そのような場所に分散型電源を連系している一部の需要家に集中する。

電圧抑制制御は、ＰＣＳにＱ制御機能を備えることによるコストの増大、Ｐ制御機能やＱ制御機能を使用することによるＰＣＳの劣化、発電量を抑制することによる売電量の低減等、需要家にとって損失を招くものである。そのような損失が一部の需要家に集中するのは問題であり、この不平等は距離が比較的近い需要家、例えば同一の柱上変圧器に接続された需要家等のように、天候等の発電条件が同一の需要家間で生じるため、大きな問題となる。

そこで、電圧逸脱問題を回避しつつ、一部の需要家に損失が集中する不平等を解消する方法として、電圧逸脱が発生した場合に、該電圧逸脱が発生した低圧配電線が接続される、高圧配電線に連系する全てのＰＣＳに無効電力を出力するよう指示する方法が、例えば非特許文献２で提案されている。

しかしながら、非特許文献２で提案された方法では、Ｑ制御機能を持たないＰＣＳは電圧抑制制御を行わなくて済むため、Ｑ制御機能を持たないＰＣＳを備えた需要家と、Ｑ制御機能を持つＰＣＳを備えた需要家との間で不平等が生じる。また、一般に、任意の需要家による電圧上昇を抑制するための制御量（電圧調整量）は同じであっても、他の需要家の連系点における配電線電圧の変化量は、制御を実施する分散型電源が連系する位置によって異なる。そのため、非特許文献２が提案するように電圧上昇の抑制効果が少ない位置に連系しているＰＣＳにも平等にＱ制御を割り当てるのは、電圧上昇を抑制するための電圧調整量の総量が増大するため、電圧上昇を効率よく抑制できるものではない。上述したように、電圧抑制制御は、需要家にとって損失を招くものであり、電圧上昇を抑制するための電圧調整量はできるだけ少ない方が望ましい。また、Ｑ制御による電圧上昇の抑制は、一般に配電損失の増大を招くため、電力会社にとっても損失が増えることである。そのため、電圧上昇を抑制するための各分散型電源によるＱ制御の総量はできるだけ少ないことが望ましい。

電圧逸脱問題を回避しつつ、一部の需要家に損失が集中する不平等を解消し、さらに電圧上昇を抑制するための電圧調整量の総量も低減する方法としては、電圧上昇の抑制効果が大きい位置に連系しているＰＣＳに大きな電圧調整量を負担させ、代わりに電圧調整量の不平等による損失を金銭等で補う方法が考えられる。例えば非特許文献３では、分散型電源を備えた各需要家に対して、各々の分散型電源からの無効電力出力量に応じたインセンティブを支払うことを提案している。しかしながら、このような方法は、Ｐ制御機能やＱ制御機能を使用することによるＰＣＳの劣化等、考慮すべき項目が多く、不平等を解消できるインセンティブを決定するのは困難である。

上述したように背景技術の電力系統制御システムでは、分散型電源による電圧抑制制御を行う際に、分散型電源の電力系統に対する連系位置や所有するＰＣＳがＱ制御機能を有するか否かによって、電圧抑制制御の負担が一部の需要家に集中する不平等が生じる問題がある。

また、電圧逸脱が発生した低圧配電線が接続される、高圧配電線に連系する全てのＰＣＳに無効電力を出力させる方法も、Ｑ制御機能を持たないＰＣＳでは電圧抑制制御を実施しなくて済むため、需要家間の不平等を解消できるものではない。また、この方法は、各分散型電源による電圧を抑制するための電圧調整量の総量が増大するため、電圧上昇を効率よく抑制できるものではない。

さらに、電圧調整量の不平等による損失を金銭等で補う方法は、不平等を解消できるインセンティブを決定するのが困難である。

資源エネルギー庁、「電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドライン」、平成１６年１０月１日http://www.meti.go.jp/policy/tsutatsutou/tuuti1/aa501.pdf 八太啓行、小林広武、「適正電圧維持制御に起因する分散形電源出力低下の抑制手法−遠隔情報による無効電力分担手法−」、財団法人電力中央研究所、研究報告Ｒ０６０１１、平成１９年６月 辻隆男他、「経済性を考慮した将来型電力系統の自律分散型電圧分布制御方式」、電気学会論文誌Ｂ、１２８巻第１号、ｐｐ．１７４−１８５、２００８年

そこで本発明は、近隣の需要家間における電圧抑制制御の不平等を解消しつつ、電圧逸脱を効率的に回避できる電力系統制御システム及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の電力系統制御システムは、電力系統に接続される分散型電源と、
前記分散型電源毎に設けられた、前記電力系統と接続する連系点の電圧を測定する電圧計測部と、
予め設定した所定のグループ内の前記分散型電源に電圧調整量を所定の重みを付与した値で割り当てる集中制御装置と、
前記集中制御装置から割り当てられた前記電圧調整量にしたがって前記分散型電源に前記連系点における電圧を調整させる分散処理装置と、
を有し、
前記集中制御装置は、
前記グループ内の前記分散型電源による前記電圧調整量の総量が所定の上限値に到達している場合、電圧逸脱が発生した柱上変圧器から下流の柱上変圧器に接続されたグループに電圧抑制制御を依頼する構成である。

一方、本発明の電力系統制御方法は、電力系統に接続される分散型電源と、前記分散型電源毎に設けられた、前記電力系統と接続する連系点の電圧を測定する電圧計測部とを備えた電力系統制御システムの電力制御方法であって、
制御装置が、
予め設定した所定のグループ内の前記分散型電源に電圧調整量を所定の重みを付与した値で割り当て、
前記割り当てられた前記電圧調整量にしたがって前記分散型電源に前記連系点における電圧を調整させ、
前記グループ内の前記分散型電源による前記電圧調整量の総量が所定の上限値に到達している場合、電圧逸脱が発生した柱上変圧器から下流の柱上変圧器に接続されたグループに電圧抑制制御を依頼する方法である。

図１は、本発明の電力系統制御システムの原理を説明するための模式図である。 図２は、本発明の電力系統制御システムの一構成例を示すブロック図である。 図３は、本実施形態の電力系統制御方法を適用したときにグループ内で最も高い配電線電圧がどのように変化するかを示した模式図である。 図４は、図２に示した集中制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 図５は、図２に示した分散処理装置の処理手順を示すフローチャートである。

次に本発明について図面を用いて説明する。

まず、本発明の原理について説明する。

図１は、本発明の電力系統制御システムの原理を説明するための模式図である。

図１（ａ）は、高圧配電線に３つの柱上変圧器が接続され、各柱上変圧器に分散型電源を備えた３軒の需要家がそれぞれ低圧配電線を介して接続された電力系統の構成例を示している。需要家が備えるＤＧ−Ａは、ＰＶ及び無効電力制御（Ｑ制御）機能を有するＰＣＳを含む分散型電源を示し、ＤＧ−Ｂは、ＰＶ及びＱ制御機能を持たないＰＣＳを含む分散型電源を示している。また、各需要家の負荷は、電力を消費する一般的な電気器具を示している。

図１（ａ）に示す電力系統において、各ＤＧの発電量が増大して各需要家（需要家１〜９）の電力系統への連系点における配電線電圧が図１（ｂ）で示すように変化したと仮定する。このとき、各ＤＧが上記非特許文献１のガイドラインに従っている場合、ＤＧは、自機の連系点の配電線電圧を測定し、電圧逸脱を検出したときに上記Ｑ制御やＰ制御により電圧上昇を自律的に抑制する。その場合、上述したように特定の位置に連系した需要家のＤＧに電圧抑制制御が集中する（図１（ｂ）に示す例では需要家９）問題が生じる。

また、非特許文献２で提案されているように、全ての需要家（需要家１〜９）のＤＧに対して無効電力を出力するよう指示すると、Ｑ制御機能を有するＤＧ−Ａのみ電圧抑制制御を行い、Ｑ制御機能を持たない（設備投資の少ない）ＤＧ−Ｂは電圧抑制制御を行わない不平等が生じる。例えば、需要家３の連系点で電圧逸脱が発生した場合、近隣の需要家１，２のＤＧ−Ａは電圧抑制制御を行い、需要家３のＤＧ−Ｂは電圧抑制制御を行わないことになる。

また、上述したように、ＤＧによる電圧上昇を抑制するための電圧調整量が同じであっても、電力系統内の任意の連系点における電圧変化量は、該ＤＧの連系位置によって異なるため、電圧抑制効果が少ない位置に連系している需要家のＰＣＳにも均等にＱ制御を割り当てるのは、電圧調整量の総量が増大するため、効率的ではない。なお、電力系統内の任意の連系点における電圧調整量が他の連系点の電圧変動に与える割合を、以下では電圧感度と称す。

例えば、図１（ｃ）に示すように、電圧逸脱点である需要家９の連系点の電圧に対する需要家１〜６の電圧感度は、需要家７，８，９の電圧感度と比べて非常に小さい。そのため、需要家１〜６のＤＧに電圧抑制制御を実行させるのは効率的ではない。これは、柱上変圧器のインピーダンスが配電線のインピーダンスと比べて大きいため、電力系統に対する各需要家の連系点における電圧変動は主として柱上変圧器で発生していると考えられるからである。

本発明では、近隣の複数の需要家によってグループを形成し、任意のグループで電圧逸脱が発生した場合、Ｑ制御機能を持たないＤＧを含む該グループ内の全てのＤＧに対して電圧上昇を抑制するための電圧調整量を均等に割り当て、各ＤＧに電圧抑制制御を実行させる。このとき、本実施形態では、Ｑ制御機能を有するＤＧには割り当てられた電圧調整量に対応するＱ制御を実行させ、Ｑ制御機能を持たないＤＧには割り当てられた電圧調整量に対応する発電量を抑制するＰ制御を実行させる。あるいは、Ｑ制御機能を持たないＤＧを有する需要家には、割り当てられた電圧調整量に対応して該需要家が備える可制御負荷を稼働させ、電力消費量を増大させることで電圧上昇の抑制に寄与させる。なお、以降、特に言及しない限りは、Ｐ制御による電圧抑制に可制御負荷を稼動させることによる電力消費量の増大も含むものとする。各需要家は、割り当てられた電圧調整量にグループ内で共通の変換係数を乗算することで、Ｐ制御またはＱ制御による制御量を決定する。

このようにグループ内の各ＤＧに電圧上昇を抑制するための電圧調整量を均等に割り当てることで、近隣の各需要家が電圧抑制制御を平等に実行することになる。また、Ｐ制御機能のみ有するＤＧとＱ制御機能を有するＤＧの双方に電圧抑制制御を実行させることができる。

また、本実施形態では、同一の柱上変圧器に接続されている需要家によってグループを形成する。例えば、需要家ＡのＰ制御量をｄＰ_Aとし、需要家ＡのＱ制御量をｄＱ_Aとし、需要家Ｂの連系点における電圧変化量をｄＶ_Bとした場合、需要家ＡとＢが同一の柱上変圧器に接続されているときのｄＶ_B／ｄＰ_A、ｄＶ_B／ｄＱ_Aの値は、需要家ＡとＢが異なる柱上変圧器に接続されているときのｄＶ_B／ｄＰ_A、ｄＶ_B／ｄＱ_Aの値と比べて非常に大きくなる。そのため、同一の柱上変圧器に接続される需要家から成るグループの各ＤＧに電圧上昇を抑制するための電圧調整量を均等に割り当てれば、異なる柱上変圧器に接続された需要家から成るグループの各ＤＧに電圧調整量を均等に割り当てる場合と比べて電圧調整量の総量が少なくて済む。

また、同一の柱上変圧器に接続されている複数の需要家から成るグループでは、上記需要家Ａ及びＢをどのように選んでもｄＶ_B／ｄＰ_A、ｄＶ_B／ｄＱ_Aがほぼ同じ値になる。そのため、ｄＶ_B／ｄＰ_A＝ｄＶ／ｄＰとし、ｄＶ_B／ｄＱ_A＝ｄＶ／ｄＱとすると、Ｑ制御量をＰ制御量の（ｄＶ／ｄＰ）／（ｄＶ／ｄＱ）倍にすれば、Ｐ制御とＱ制御とでほぼ同じ電圧抑制効果が得られるため、Ｐ制御を行う需要家とＱ制御を行う需要家間の平等性を確保できる。

例えば、図１に示した電力系統システムでは、需要家１，２，３によってグループが形成され、需要家４，５，６によってグループが形成され、需要家７，８，９によってグループが形成されている。ここで、需要家９の連系点で電圧逸脱が生じた場合、需要家７，８，９に対して電圧調整量を均等に割り当て、需要家７，８，９が自己の設備に応じて割り当てられた電圧調整量をグループ内で共通の変換係数を用いてＰ制御量またはＱ制御量に変換し、電圧抑制制御を行えばよい。

その場合、Ｑ制御機能を有するＤＧ−ＡはＱ制御を行い、Ｑ制御機能を持たないＤＧ−Ｂを有する需要家は、電気自動車（ＥＶ）やヒートポンプ式給湯器（ＨＰ）等のエネルギー蓄積機能を有する可制御負荷を所有していれば、それらに電力を消費させることで発電量を低減しなくても電圧上昇を抑制できる。

図１（ｃ）で示したように、同一の柱上変圧器に接続されている各需要家は電圧逸脱点に対する電圧感度がほぼ同じであり、電圧感度は、電圧逸脱点と異なる柱上変圧器に接続された各需要家よりも、電圧逸脱点と同一の柱上変圧器に接続された各需要家で大きな値となる。

そのため、電圧逸脱点と同一の柱上変圧器に接続された各需要家に電圧上昇を抑制するための電圧調整量を均等に割り当てれば、近隣の需要家である同一の柱上変圧器に接続された需要家間の不平等を解消しつつ、電圧逸脱を効率よく回避できる。

次に本実施形態の電力系統制御システムの構成について図面を用いて説明する。

図２は、本発明の電力系統制御システムの一構成例を示すブロック図である。

図２に示すように、本実施形態の電力系統制御システムは、複数の柱上変圧器２０３が高圧配電線２０２を介して配電用変圧器２０１に接続され、各柱上変圧器２０３に分散型電源を備えた複数の需要家（図２では需要家２０５〜２１１）が低圧配電線２０４を介してそれぞれ接続された構成である。

需要家２０５〜２１１は、分散型電源であるＰＶシステム２２４または２２５と、通信手段２１２を用いて外部と情報を送受信できる、ＰＶシステム２２４または２２５の動作を制御する分散処理装置２２１と、分散処理装置２２１で制御されない、電力を消費する一般的な電気器具である一般負荷２２２と、ＰＶシステム２２４または２２５で発電され、電力系統へ逆潮流する電力（売電量）を測定する計測器２２０とを備えている。需要家は、電力消費量が制御可能な可制御負荷２２３を備えている場合もある（図２に示す例では、需要家２０５及び２０６）。なお、図２に示す電力系統制御システムでは、ＰＶシステム２２４または２２５を備えていない（一般負荷２２２のみ有する）需要家を省略している。

ＰＶシステム２２４及び２２５は、不図示の電圧計測部、ＰＶパネル及びＰＣＳ等を備えている。電圧計測部は、ＰＶシステム２２４または２２５の連系点における配電線電圧を測定する。電圧計測部で測定された配電線電圧は、分散処理装置２２１を介して集中制御装置２４０に通知される。ＰＶパネルは、太陽光から得られるエネルギーで発電する発電設備である。ＰＣＳはＰＶパネルで発電された電力を電力系統に連系可能な電圧・周波数に変換する。ＰＶシステム２２４及び２２５は、集中制御装置２４０の指示にしたがって無効電力または有効電力を制御する機能を備えている。図２に示すＰＶシステム２２５は無効電力制御（Ｑ制御）機能を有するシステムであり、ＰＶシステム２２４はＱ制御機能を持たないシステムである。

分散処理装置２２１は、通信手段２１２を介して集中制御装置２４０と情報の送受信が可能に接続される。通信手段２１２には、周知のインターネット、ＰＬＣ（Power Line Communications）、無線通信手段等を用いればよい。分散処理装置２２１は、集中制御装置２４０からの指示にしたがってＰＶシステム２２４及び２２５にＱ制御またはＰ制御を実行させると共に、電圧計測部で測定された連系点における配電線電圧や計測器２２０で測定された電力系統へ逆潮流する電力を、通信手段２１２を介して集中制御装置２４０へ通知する。

集中制御装置２４０は、各分散処理装置２２１と通信手段２１２を介して情報を送受信すると共に、分散処理装置２２１を介してＰＶシステム２２４及び２２５、並びに可制御負荷２２３の動作を制御する。分散処理装置２２１及び集中制御装置２４０は、例えばＣＰＵ、記憶装置及び周知の通信用インタフェースを備えた情報処理装置（コンピュータ）によって実現できる。

可制御負荷２２３は、電力消費量を制御することが可能な電気機器であり、可制御負荷２２３の電力消費量は、分散処理装置２２１を介して集中制御装置２４０から指示される。可制御負荷２２３には、電力系統やＰＶシステム２２４から電力を取り込む時間と、取り込んだ電力を実際に利用する時間とを個別に設定できる、ＥＶ、ＨＰ、蓄電池等のエネルギー蓄積装置であることが望ましい。

図２は、電力系統制御システムが、分散処理装置２２１及び集中制御装置２４０をそれぞれ独立して備える構成例を示しているが、集中制御装置２４０の機能は任意の分散処理装置２２１が備えていてもよい。また、図２は、ＰＶシステム２２４及び２２５に電圧計測部を内蔵する構成例を示しているが、電圧計測部はＰＶシステム２２４及び２２５から独立した装置であってもよい。

次に、本実施形態の電力系統制御方法について図面を用いて説明する。

本実施形態の電力系統制御方法では、任意の柱上変圧器２０３に接続された低圧配電線２０４で電圧逸脱が発生した場合、該低圧配電線２０４に連系する需要家から成るグループの各ＰＶシステム２２４及び２２５に対し、集中制御装置２４０から分散処理装置２２１を介して電圧抑制制御を指示する。

図３は、本実施形態の電力系統制御方法を適用したときに、グループ内で最も高い配電線電圧がどのように変化するかを示した模式図である。

図３に示すように、本実施形態の電力系統制御方法では、配電線電圧の適正値の上限値（日本では１０７Ｖ）または該上限値よりもわずかに低い値（例えば０．１Ｖなど）を第１しきい値Ｖ_STとし、該第１しきい値Ｖ_STよりも低い値（例えばＶ_ST−０．３Ｖ等）を第２しきい値Ｖ_EDとする。

そして、グループ内で最も高い配電線電圧をＶ_MAXとしたとき、例えば各分散型電源の発電量が増大することでＶ_MAXが上昇し、Ｖ_MAXが第１しきい値Ｖ_STを越える場合、図３（ａ）に示すように、集中制御装置２４０はグループ内の全分散処理装置２２１に電圧上昇を抑制するための電圧調整量の増加を指示する。その後、電圧上昇を抑制するための電圧調整量の増加によりＶ_MAXが低下し、第１しきい値Ｖ_STに到達した場合、集中制御装置２４０は、グループ内の全分散処理装置２２１に電圧上昇を抑制するための電圧調整量を一定にするよう指示する。

一方、例えば分散型電源の発電量が低減し、Ｖ_MAXが第２しきい値Ｖ_EDに到達した場合、図３（ｂ）に示すように、集中制御装置２４０はグループ内の全分散処理装置２２１に電圧上昇を抑制するための電圧調整量の低減を指示する。その後、電圧調整量が０になるか、またはＶ_MAXが上昇して第２しきい値Ｖ_EDに到達した場合、集中制御装置２４０は、グループ内の全分散処理装置２２１に電圧上昇を抑制するための電圧調整量を一定にするよう指示する。

図４は、図２に示した集中制御装置の処理手順を示すフローチャートである。

図４に示すように、集中制御装置２４０は、まずステップ４０２にて各需要家をグループ分けする。上述したように、本実施形態では同一の柱上変圧器２０３に接続された需要家毎にグループを形成する。

各需要家を柱上変圧器２０３毎にグループ分けする方法としては、電力会社等から取得した電力系統の配電図に基づいてグループを形成する方法、配電線電圧に基づいてグループを形成する方法、電圧感度に基づいてグループを形成する方法がある。

配電線電圧に基づいてグループを形成する場合、集中制御装置２４０は、各ＰＶシステム２２４及び２２５が備える電圧計測部により測定された連系点の配電線電圧を取得し、配電線電圧の値が近い需要家を同一のグループに振り分ければよい。

電圧感度に基づいてグループを形成する場合、集中制御装置２４０は、電圧感度の値が近い需要家を同一のグループに振り分ければよい。電圧感度は、需要家毎の連系点から電力系統へ逆潮流させる電力量と、需要家毎の連系点における配電線電圧の変化量との相関値から求めることができる。需要家から電力系統へ逆潮流させる電力量は、上述したように計測器２２０で測定し、分散処理装置２２１により集中制御装置２４０へ通知させればよい。配電線電圧の変化量は、ＰＶシステム２２４及び２２５が備える電圧計測部によって測定された連系点の配電線電圧を記録し、その時間微分値を求めることで得られる。

次に、集中制御装置２４０は、ステップ４０３にて各分散処理装置２２１に対して指示する電圧上昇を抑制するための電圧調整量に対応するＰ制御量やＱ制御量の算出に用いる変換係数を求め、求めた変換係数を各分散処理装置２２１に通知する。変換係数は、例えばＰ制御量とＱ制御量の比が１／(ｄＶ／ｄＰ)：１／（ｄＶ／ｄＱ）となるように設定する。ここで、Ｖはグループ内の任意の需要家の連系点における配電線電圧、Ｐは有効電力量、Ｑは無効電力量である。

上述したように、同一の柱上変圧器２０３に接続された各ＰＶシステム２２４，２２５のＰ制御及びＱ制御による各需要家の連系点における配電線電圧の変動量はほぼ同じであるため、上記ｄＶ／ｄＰ、ｄＶ／ｄＱにはグループ内で共通の値を用いることができる。ｄＶ／ｄＰ、ｄＶ／ｄＱは、例えば需要家から電力系統へ逆潮流させる電力量と、需要家毎の連系点における配電線電圧の変化量とを取得し、それらの相関値から求めればよい。なお、ｄＶ／ｄＰには柱上変圧器２０３のインピーダンスの実部を該柱上変圧器２０３の二次側電圧の代表値（例えば１００Ｖ）で除算した近似値を用いてもよ
く、ｄＶ／ｄＱには柱上変圧器２０３のインピーダンスの虚部を該柱上変圧器２０３の二次側電圧の代表値（例えば１００Ｖ）で除算した近似値を用い
てもよい。ｄＶ／ｄＰ、ｄＶ／ｄＱにこのような近似値を用いても実用上問題の無い変換係数が得られる。

次に、集中制御装置２４０は、各需要家の分散処理装置２２１から配電線電圧の値を取得し、グループ内で最大の配電線電圧の値を変数Ｖ_MAXに代入する（ステップ４０４）。

続いて、集中制御装置２４０は、ステップ４１２にて変数Ｖ_MAXが第１しきい値Ｖ_STよりも高いか否かを判定する。変数Ｖ_MAXが第１しきい値Ｖ_STよりも高い場合、集中制御装置２４０はステップ４１３〜４１８の処理へ移行する。

変数Ｖ_MAXが第１しきい値Ｖ_STよりも低い場合、集中制御装置２４０は、ステップ４０５にて変数Ｖ_MAXが第２しきい値Ｖ_EDよりも低いか否かを判定する。変数Ｖ_MAXが第２しきい値Ｖ_EDよりも低い場合、集中制御装置２４０はステップ４０６〜４１１の処理へ移行する。

次に、ステップ４１２にて変数Ｖ_MAXが第１しきい置Ｖ_STよりも高いと判定した場合の集中制御装置２４０の処理について説明する。

集中制御装置２４０は、変数Ｖ_MAXが第１しきい置Ｖ_STよりも高い場合、ステップ４１３にて対応するグループ内の全需要家による電圧上昇を抑制するための電圧調整量の総量が所定の上限値に到達しているか否かを判定する。

本実施形態では、集中制御装置２４０で制御可能な電圧上昇を抑制するための電圧調整量の総量に予め上限値を設け、該上限値に到達しても電圧逸脱が解消しない場合、上述した各ＰＶシステム２２４，２２５による自律的な電圧抑制制御に移行する。

集中制御装置２４０で制御可能な全ＰＶシステム２２４，２２５による電圧調整量の上限値としては、例えばグループ内の全ＰＶシステム２２４，２２５による無効電力の出力値に、非特許文献１で規定された下限値、具体的には力率が８５％になる値を設定する方法がある。

グループ内の需要家による電圧上昇を抑制するための電圧調整量の総量が所定の上限値に到達している場合、さらなる集中制御装置２４０による電圧抑制制御は実行せず、ＰＶシステム２２４，２２５が備える自律的な電圧抑制機能（非特許文献１で規定）により電圧上昇を抑制させる。この場合、集中制御装置２４０は、ステップ４０４からの処理を繰り返す。

グループ内の需要家による電圧上昇を抑制するための電圧調整量の総量が所定の上限値に到達していない場合、集中制御装置２４０は、ステップ４１４にてグループ内の全需要家に対して均等に電圧調整量を増加させるよう指示する。このとき各需要家に指示する電圧調整量には、有効電力量、無効電力量及び電圧値と、これら有効電力量、無効電力量及び電圧値の時間微分値とがある。

各需要家に指示する電圧調整量として時間微分値を用いる場合、集中制御装置２４０は、グループ内で最大の配電線電圧Ｖ_MAXの電圧変化を記録し、該記録した値から得られるｄＶ_MAX／ｄＴを相殺するように、有効電力量、無効電力量、または電圧値の時間微分値を各需要家に指示すればよい。

例えば、各需要家に指示する電圧調整量として有効電力量を用いる場合、集中制御装置２４０は、電圧調整量の総量（グループ内の全需要家に割り当てる電圧調整量の総和）が（Ｖ_MAX−Ｖ_ST）／（ｄＶ／ｄＰ）となるように、各需要家に有効電力量を均等に配分すればよい。

また、有効電力量の時間微分値を用いる場合、集中制御装置２４０は、電圧調整量の総量が（ｄＶ_MAX／ｄＴ）×（ｄＶ／ｄＰ）となるように、各需要家に有効電力量の時間微分値を均等に配分すればよい。

どちらの場合もステップ４０３で求める変換係数は（ｄＶ／ｄＰ）／（ｄＶ／ｄＱ）であり、無効電力制御を行う需要家は、指示された有効電力量に（ｄＶ／ｄＰ）／（ｄＶ／ｄＱ）を乗算した値だけ電圧上昇を抑制する方向に無効電力値を変化させればよい。

各需要家に指示する電圧調整量として無効電力量を用いる場合、集中制御装置２４０は、電圧調整量の総量が（Ｖ_MAX−Ｖ_ST）／(ｄＶ／ｄＱ)となるように、各需要家に無効電力量を均等に配分すればよい。

また、無効電力量の時間微分値を用いる場合、集中制御装置２４０は、電圧調整量の総和が（ｄＶ_MAX／ｄＴ）×（ｄＶ／ｄＱ）となるように、各需要家に無効電力量の時間微分値を均等に配分すればよい。

どちらの場合もステップ４０３で求める変換係数は（ｄＶ／ｄＱ）／（ｄＶ／ｄＰ）であり、有効電力制御を行う需要家は、指示された無効電力量に（ｄＶ／ｄＱ）／（ｄＶ／ｄＰ）を乗算した値だけ電圧上昇を抑制する方向に有効電力値を変化させればよい。

各需要家に指示する電圧調整量として電圧値を用いる場合、集中制御装置２４０は、電圧調整量の総和が（Ｖ_MAX−Ｖ_ST）となるように、各需要家に電圧値を均等に配分すればよい。

また、電圧値の時間微分値を用いる場合、集中制御装置２４０は、電圧調整量の総和が（ｄＶ_MAX／ｄＴ）となるように各需要家に電圧値の時間微分値を均等に配分すればよい。

どちらの場合もステップ４０３で求める変換係数は（ｄＶ／ｄＰ）または（ｄＶ／ｄＱ）であり、有効電力制御を行う需要家は、指示された電圧値をｄＶ／ｄＰで除算した値だけ電圧上昇を抑制する方向に有効電力値を変化させればよい。また、無効電力制御を行う需要家は、指示された電圧値をｄＶ／ｄＱで除算した値だけ電圧上昇を抑制する方向に無効電力値を変化させればよい。

ここで、需要家毎に割り当てる電圧調整量は、上述したように電圧調整量の総量を需要家数で除算した均等値を用いてもよく、電圧調整量の総量が変化しない範囲内で該均等値に対して需要家毎に所定の重みを付与した値を用いてもよい。例えば均等値に対して各需要家が備える発電設備の容量に比例した重みを付与してもよく、各需要家の逆潮流量に比例した重みを付与してもよく、過去の一定期間（例えば１カ月）の売電量に比例した重みを付与してもよい。

次に、集中制御装置２４０は、ステップ４１５にて一定時間待機した後、ステップ４１６、４１７にて電圧逸脱が継続しているか否かを判定する。電圧逸脱が継続している場合、集中制御装置２４０はステップ４１３に戻ってステップ４１３〜４１７の処理を繰り返す。電圧逸脱が解消している場合、集中制御装置２４０はステップ４１８にて各需要家のＰＶシステム２２４，２２５に電圧上昇を抑制するための電圧調整量を一定に保つよう指示した後、ステップ４０４からの処理を繰り返す。

次に、ステップ４１２、４０５にて変数Ｖ_MAXが第２しきい値Ｖ_EDよりも低いと判定した場合の集中制御装置２４０の処理について説明する。

例えばＰＶシステム２２４，２２５の発電量が低下することで変数Ｖ_MAXが第２しきい値Ｖ_ED以下となった場合、集中制御装置２４０は、まずステップ４０６にて各需要家のＰＶシステム２２４，２２５が電圧抑制制御を実行中であるか否か、すなわち電圧上昇を抑制するための電圧調整量のさらなる低減が可能であるか否かを判定する。各需要家のＰＶシステム２２４，２２５が電圧抑制制御を実行していない場合、集中制御装置２４０はステップ４０４からの処理を繰り返す。

各需要家のＰＶシステム２２４，２２５が電圧抑制制御を実行している場合、集中制御装置２４０は、ステップ４０７にてグループ内の各需要家のＰＶシステム２２４，２２５に電圧調整量を均等に低減するよう指示する。ステップ４０７では、上述したステップ４１４と逆の処理を実行すればよい。具体的には、電圧調整量の総量の計算に用いる（Ｖ_MAX−Ｖ_ST）を（Ｖ_MAX−Ｖ_ED）に置き換え、電圧上昇を抑制する方向に有効電力値または無効電力値を変化させる処理を、電圧上昇を抑制しない方向に有効電力値または無効電力値を変化させる処理に置き換えればよい。

集中制御装置２４０は、ステップ４０８にて一定時間待機した後、ステップ４０９、４１０にて変数Ｖ_MAXが第２しきい値Ｖ_EDを越えるまでステップ４０６〜４０９の処理を繰り返す。変数Ｖ_MAXが第２しきい値Ｖ_EDを越えた場合、集中制御装置２４０は、ステップ４１１にて各需要家のＰＶシステム２２４，２２５に電圧上昇を抑制するための電圧調整量を一定に保つよう指示した後、ステップ４０４からの処理を繰り返す。

なお、上述したステップ４１３にてグループ内の全需要家による電圧上昇を抑制するための電圧調整量の総量が所定の上限値に到達している場合、集中制御装置２４０は、他の柱上変圧器２０３に接続された需要家のＰＶシステム２２４，２２５に対して電圧抑制制御を依頼してもよい。

その場合、例えば、近隣の需要家間での不平等性を低減するため、電圧逸脱が発生した柱上変圧器２０３と隣接する柱上変圧器２０３に接続されたグループに電圧抑制制御を依頼する方法がある。

あるいは、電圧逸脱が発生した柱上変圧器２０３から見て配電用変電所側を上流、低圧配電線２０４の末端側を下流とした場合、電圧逸脱が発生した柱上変圧器２０３から下流の柱上変圧器２０３に接続されたグループに電圧抑制制御を依頼する方法がある。

任意の需要家が連係する配電線電圧を低下させる場合、上述したように同一の柱上変圧器２０３に接続される各需要家で電圧抑制制御するのが電圧調整量の総量が最も少なくて済み、それよりも下流の柱上変圧器２０３に接続される各需要家で電圧抑制制御を行うと、同一の柱上変圧器２０３に接続される各需要家で電圧抑制制御する場合の次に電圧調整量の総量が少なくて済む。これは柱上変圧器２０３の連系位置に依らず電圧逸脱が発生した柱上変圧器２０３よりも下流であれば必要な電圧調整量は一定である。逆に電圧逸脱が発生した柱上変圧器２０３よりも上流側の柱上変圧器２０３に接続された各需要家で電圧抑制制御を行うと電圧上昇を抑制するための電圧調整量が増大し、上流ほど大きい電圧調整量が必要になる。

したがって、任意のグループで電圧逸脱が発生し、かつ該グループで集中制御装置２４０による電圧抑制制御が不能になった場合、配電用変電所から見て該グループよりも下流の柱上変圧器２０３に接続されたグループに電圧抑制制御を依頼すれば、電圧調整量の増大を抑制しつつ電圧逸脱を回避できる。また、このとき電圧逸脱が発生したグループと隣接するグループに電圧抑制制御を依頼すれば、近隣の需要家間での不平等を低減することが可能である。また、配電用変電所から見て最下流のグループに電圧抑制制御を依頼すれば、該グループは同一の高圧配電線２０２に連系した全てのグループから見て下流にあるため、どのグループで電圧逸脱が発生し、かつ該グループで集中制御装置２４０による電圧抑制制御が不能になった場合でも、電圧調整量の増大を抑制しつつ電圧逸脱を回避できる。

なお、任意のグループで電圧逸脱が発生し、かつ該グループで集中制御装置２４０による電圧抑制制御が不能になった場合、次に電圧逸脱が発生する可能性の高いグループに電圧抑制制御を依頼する方法もある。具体的には、電圧逸脱が発生したグループの次に最大電圧が高い需要家を含むグループ、あるいは配電線電圧Ｖの変化量（ｄＶ／ｄＴ）が最も大きい需要家を含むグループに電圧抑制制御を依頼すればよい。

次に、需要家毎に備える分散処理装置２２１の処理手順について説明する。

分散処理装置２２１は、図４のステップ４０３で集中制御装置２４０が求めた自グループに対応する変換係数を集中制御装置２４０から取得する。

また、分散処理装置２２１は、図４のステップ４１４にて集中制御装置２４０から電圧調整量の増加が指示されると、ＰＶシステム２２４，２２５が備えるＰＣＳによる無効電力制御(Ｑ制御)、可制御負荷２２３による有効電力制御（Ｐ制御）、ＰＶシステム２２４，２２５の発電量による有効電力制御（Ｐ制御）の順に電圧調整量を増加させ、電圧上昇を抑制する。また、分散処理装置２２１は、図４のステップ４０７にて集中制御装置２４０から電圧調整量の低減が指示されると、ＰＶシステム２２４，２２５の発電量による有効電力制御（Ｐ制御）、可制御負荷２２３による有効電力制御（Ｐ制御）、無効電力制御(Ｑ制御)の順に電圧調整量を低減する。

図５は、図２に示した分散処理装置の処理手順を示すフローチャートである。

分散処理装置２２１は、まずステップ５０２にて図４のステップ４０３で求めた変換係数を集中制御装置２４０から取得する。

次に、分散処理装置２２１は、集中制御装置２４０から電圧調整量の変更が指示されるまで待機し（ステップ５０３、５１３）、電圧調整量の増加が指示された場合はステップ５０４の処理へ移行し、電圧調整量の低減が指示された場合はステップ５１３の処理へ移行する。

電圧調整量の増加が指示された場合、分散処理装置２２１は、まずステップ５０４にてＰＶシステム２２４，２２５のＰＣＳによる無効電力制御（Ｑ制御）が可能か否かを判定する。Ｑ制御が可能な場合、分散処理装置２２１は、変換係数を用いて集中制御装置２４０から指示された電圧調整量をＱ制御量に変換し（ステップ５０５）、ＰＶシステム２２４，２２５のＰＣＳに対して変換後のＱ制御量への変更（増加）を指示する（ステップ５０６）。

ＰＣＳがＱ制御機能を備えていない、または無効電力の出力量が予め設定された上限値に到達している場合、分散処理装置２２１は、ステップ５０７に移行して可制御負荷２２３を用いたＰ制御を行う。

分散処理装置２２１は、まず可制御負荷２２３を用いた負荷増による有効電力制御（Ｐ制御）が可能か否かを判定する（ステップ５０７）。可制御負荷２２３を用いたＰ制御が可能な場合、分散処理装置２２１は、変換係数を用いて集中制御装置２４０から指示された電圧調整量をＰ制御量に変換し（ステップ５０８）、可制御負荷２２３に対して変換後のＰ制御量への変更（負荷の増加）を指示する（ステップ５０９）。

可制御負荷２２３を備えていない、または可制御負荷２２３が既に最大負荷で稼働している場合、分散処理装置２２１は、ステップ５１０に移行してＰＶシステム２２４，２２５の発電量によるＰ制御を行う。

分散処理装置２２１は、まずステップ５１０にてＰＶシステム２２４，２２５のＰＣＳによるＰ制御が可能か否かを判定する。ＰＣＳによるＰ制御が可能な場合、分散処理装置２２１は、変換係数を用いて集中制御装置２４０から指示された電圧調整量をＰ制御量に変換し（ステップ５１１）、ＰＣＳに対して変換後のＰ制御量への変更（発電量の低減）を指示する（ステップ５１２）。

ＰＣＳが発電量抑制のために既に停止している場合、電圧上昇を抑制するための電圧調整量をさらに増加させることができない。その場合、分散処理装置２２１はステップ５０３からの処理を繰り返す。

ステップ５１３にて集中制御装置２４０から電圧調整量の低減を指示された場合、分散処理装置２２１は、ステップ５１４〜５２２の処理を実行する。ステップ５１４〜５２２の処理は、ステップ５０４〜５１２で示した集中制御装置２４０から電圧調整量の増加を指示されたときの処理とは逆にＰＣＳによるＰ制御、可制御負荷２２３によるＰ制御、ＰＣＳによるＱ制御の順に電圧調整量を低減すればよい。ＰＣＳによるＰ制御の処理手順は上述したステップ５１０〜５１２と同様であり、可制御負荷２２３によるＰ制御の処理手順は上述したステップ５０７〜５０９と同様であり、ＰＣＳによるＱ制御の処理手順は、上述したステップ５０４〜５０６と同様である。但し、ステップ５１４、５１７及び５２０の処理では、ＰＣＳまたは可制御負荷２２３がＰ制御またはＱ制御を実行中であるか否か、すなわち電圧調整量のさらなる低減が可能か否かを判定する。

なお、上述したように可制御負荷２２３には蓄電池やヒートポンプ式給湯器等のエネルギー蓄積装置を用いることが望ましい。但し、エネルギー蓄積装置は、蓄積可能なエネルギー量の上限である定格容量が決まっている。そのため、需要家は複数の可制御負荷２２３を備えていることが望ましい。その場合、任意の可制御負荷２２３に対するＰ制御により該可制御負荷２２３で蓄積しているエネルギー量が定格容量に到達したら、エネルギーを蓄積する可制御負荷２２３を切り替えればよい。分散処理装置２２１は、切り替え後の可制御負荷２２３に対して、それまで用いていた可制御負荷２２３に対する電圧調整量を割り当て、図５のステップ５０４からの処理を実行すればよい。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細は本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更が可能である。

この出願は、２０１０年１１月 ８日に出願された特願２０１０−２４９７４５号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (10)

1. 電力系統に接続される分散型電源と、
   前記分散型電源毎に設けられた、前記電力系統と接続する連系点の電圧を測定する電圧計測部と、
   予め設定した所定のグループ内の前記分散型電源に電圧調整量を所定の重みを付与した値で割り当てる集中制御装置と、
   前記集中制御装置から割り当てられた前記電圧調整量にしたがって前記分散型電源に前記連系点における電圧を調整させる分散処理装置と、
   を有し、
   前記集中制御装置は、
   前記グループ内の前記分散型電源による前記電圧調整量の総量が所定の上限値に到達している場合、電圧逸脱が発生した柱上変圧器から下流の柱上変圧器に接続されたグループに電圧抑制制御を依頼する電力系統制御システム。
2. 前記集中制御装置は、
   前記分散型電源における発電装置の容量に比例して、前記分散型電源ごとに重みを設定する請求項１記載の電力系統制御システム。
3. 前記集中制御装置は、
   前記分散型電源における逆潮流量に比例して、前記分散型電源ごとに重みを設定する請求項１に記載の電力系統制御システム。
4. 前記集中制御装置は、
   前記分散型電源における過去の一定期間にける売電量に比例して、前記分散型電源ごとに重みを設定する請求項１記載の電力系統制御システム。
5. 前記グループは、
   同一の柱上変圧器に接続された前記分散型電源で形成される請求項１から４のいずれか１項記載の電力系統制御システム。
6. 前記グループは、
   前記分散型電源ごとの前記電圧計測部で測定された配電線電圧に基づいて形成される請求項１から４のいずれか１項記載の電力系統制御システム。
7. 前記グループは、
   前記分散型電源ごとの前記電圧計測部で測定された配電線電圧と、前記分散型電源から前記電力系統への逆潮流量とから設定された電圧感度に基づいて形成される請求項１から４のいずれか１項記載の電力系統制御システム。
8. 分散型電源で測定された、電力系統との連系点における電圧値を集中制御装置に送信する通信手段と、
   前記電圧値に基づいて前記集中制御装置により割り当てられた、所定の重みが付与された電圧調整量を前記通信手段が受信すると、該電圧調整量にしたがって前記分散型電源に前記連系点における電圧を調整させる制御手段と、
   を有し、
   前記集中制御装置は、
   予め設定したグループ内の前記分散型電源による前記電圧調整量の総量が所定の上限値に到達している場合、電圧逸脱が発生した柱上変圧器から下流の柱上変圧器に接続されたグループに電圧抑制制御を依頼し、
   前記制御手段は、
   前記集中制御装置から前記電圧抑制制御が依頼されると、前記分散型電源に前記連系点における電圧を調整させる分散処理装置。
9. 需要家が備える分散処理装置から通知される、該需要家が備える分散型電源で測定された、電力系統との連系点における電圧値を受信する通信手段と、
   前記分散処理装置から通知された前記電圧値に基づき、予め設定した所定のグループ内の前記分散型電源に電圧調整量を所定の重みを付与した値で割り当て、前記通信手段に該電圧調整量を前記分散処理装置に送信させる制御手段と、
   を有し、
   前記制御手段は、
   前記グループ内の前記分散型電源による前記電圧調整量の総量が所定の上限値に到達している場合、電圧逸脱が発生した柱上変圧器から下流の柱上変圧器に接続されたグループに電圧抑制制御を依頼する集中制御装置。
10. 電力系統に接続される分散型電源と、前記分散型電源毎に設けられた、前記電力系統と接続する連系点の電圧を測定する電圧計測部とを備えた電力系統制御システムの電力制御方法であって、
    制御装置が、
    予め設定した所定のグループ内の前記分散型電源に電圧調整量を所定の重みを付与した値で割り当て、
    前記割り当てられた前記電圧調整量にしたがって前記分散型電源に前記連系点における電圧を調整させ、
    前記グループ内の前記分散型電源による前記電圧調整量の総量が所定の上限値に到達している場合、電圧逸脱が発生した柱上変圧器から下流の柱上変圧器に接続されたグループに電圧抑制制御を依頼する電力系統制御方法。

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