JP6070077B2 - 電圧制御装置及び電圧制御方法 - Google Patents
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Description
上記、SVRについて構造と動作とについて説明したが、LRTもタップ切換変圧器であり、基本構造はSVRと同様である。また、タップ切り換えによって電圧を制御できると言う点で相違は無い。
(基本構成)
図1は、本発明の一実施形態に関わる概略構成図である。まず配電系統における各制御機器の設置状態と基本的な役割について説明する。配電線40には、LRT60、SVR70、SVC80、センサ100が接続されており、更に柱上変圧器110の低圧側には需要家120、122、124やPV90、92が接続されている。配電用変電所のLRT60(負荷時タップ切換変圧器)は、不図示の上位系統から送電されてきた電力(66kV)を6.6kV等に変圧し、各需要家の受電端における電圧を規程範囲内に納める。SVR70(ステップ式電圧調整器)による電圧調整やSVC80(静止型無効電力補償装置)による無効電力を調整することによって、柱上変圧器110は電圧を100/200Vに変圧し各需要家120、122、124の受電端に電力を供給する役割を担う。尚、配電線40には蓄電池50が設置される場合もあり、必要に応じて電力を充放電する。また、PV90(太陽光発電)を有する需要家122が存在する場合や、PV90と発電機とを有する需要家124が存在する場合がある。更に配電線40には、需要家ではなく地域レベルの比較的大きな規模で電力を発電するPV92が存在する場合もある。即ち、配電線40は給電側から需要家への一方的な電力の流れだけでなく、需要家から配電線40に電力供給される場合もある。尚、以降の説明でPV90やPV92、或いは発電機等を発電要素と呼ぶ場合もある。
は非常に長いものとなる。この為、従来技術に記載されているような試験・実証実験等の特殊な状況を除いて、配電線上の各需要家との全ての分岐箇所にセンサ100を設置したり、これらのセンサ100や全てのSVR70等に対し通信線30を接続するのは現実的ではない。加えて既設設備の場合、保守面や安全面等の側面により、これらセンサ100や通信線30を設置することができない場合もある。実際、SVR70は機器外部からの指令に基づかず、自律的に制御される機器として機能する場合が一般的である。そこで、以降の説明でもこのようなSVR70を“自律制御型SVR”と呼ぶものとする。一方で、電圧制御装置10からの指令によっても動作可能なSVR70を“集中制御型SVR”と呼ぶものとする。両者の基本構造に相違点は無く、機器外部からの指令を受けることができるかできないかについてのみ差異を有する。
(実施例1)
図4、図5を用いて、本発明の実施例1を具体的に説明する。図4(a)は配電系統の構成の一例であり、配電系統に接続されている各制御機器や負荷等を簡略化して描いた図である。また図4(b)は、発明の主要部分(一点鎖線で囲んだ部分)に関し電圧の振る舞いを表す。
(1)集中制御型SVRへの入力電圧Vin1をセンサS1が検出する。尚、センサS1を集中制御型SVR内に組み込んでも構わない。また、入力電圧の計測手法は他の既知の手法を用いて実現しても構わない。
(2)電圧制御装置10は、判定箇所Aにおける電圧Vaを求める。例えば、タップT0により入力電圧が5%降圧し、タップT8により入力電圧が5%昇圧する場合、判定箇所Aの電圧Vaは1.05Vin1〜0.95Vin1の範囲となる。
(3)電圧制御装置10は、判定箇所Aの電圧Vaが電圧の許容範囲(許容上限値〜許容下限値の間)に納まる集中制御型SVRのタップを全て抽出する(第1の抽出手段)。図4(b)の場合はタップT8、T0が抽出される。
(4)電圧制御装置10は、判定箇所Aにおける電圧Vaが判定箇所Bまでにどのように変化するか推定する。推定に際しては、少なくとも3つの要素を加味する。1つ目は判定箇所Aから判定箇所Bまでの配電線40自体による電圧変化量、2つ目は判定箇所Aから判定箇所Bまでの間に接続される需要家の電力消費に伴う電圧変化量、3つ目は判定箇所Aから判定箇所Bまでの間に接続されるPV等の発電による電圧変化量である。これらの諸量は、予め推定ができる。1つ目は、配電線長や電線の抵抗値等の物理量により予め求めておく。2つ目は、季節や時間帯や温度等により若干の変化があるものの、過去の統計を解析しておくことにより予め推定できる。3つ目は、季節や時間帯や温度等、天気予報等より日照量を推量し予め推定できる。電圧制御装置10は、このようにして求めた電圧変化量を合算し、凡その電圧の変化カーブを推定する。尚、このような推定方法については上記に限定するものでなく、既知の手法に基づいても構わない。例えば、電圧制御装置10は、負荷状態推定や潮流計算を用いて判定箇所Aと判定箇所Bとの間における電圧の変化の様相を推定し、これらが許容範囲に納まっているか否かを判定に用いても構わない。図4の場合、判定箇所Aから判定箇所Bまでの間に需要家への配電分岐が二箇所あるが、センサS2のある分岐点では発電要素の無い需要家が受電しており緩やかに電圧が降下し、判定箇所B近傍の分岐点では比較的大きな規模の発電要素により給電され、電圧が上昇することが設備の状況により計算され推定された一例である。この電圧変化分をVabとする。
(5)電圧制御装置10は、判定箇所Bに入力される電圧Vin2(第2の電圧)を求める。先の電圧Va(1.05Vin1〜0.95Vin1)に電圧変化分Vabが加算され、Vin2=Va+Vab=1.05Vin1+Vab〜0.95Vin1+Vabとなる。
(6)電圧制御装置10は、判定箇所Bの電圧Vbが電圧の許容範囲に納まる(第1の判定手段)自律制御型SVRのタップを全て抽出する(第2の抽出手段)。電圧制御装置10がタップを抽出する場合において、上述の(3)で抽出した上流側の集中制御型SVRのタップに対し、下流側の自律制御型SVRのタップをそれぞれ求める。上流側の集中制御型SVRのタップが異なれば、同じ自律制御型SVRのタップであっても、当然、許容範囲に納まる場合や納まらない場合等の差異が生じる場合もある。以降の説明では混同を避けるため、上流側の集中制御型SVRのタップをT0〜T8、下流側の自律制御型SVRのタップをTT0〜TT8と表記する。また電圧制御装置10が抽出した集中制御型SVRのタップ、自律制御型SVRのタップ組み合わせを、(集中制御型SVRのタップ、自律制御型SVRのタップ)で表記する。例えば、集中制御型SVRでタップT8を、自律制御型SVRでタップTT8を抽出した場合、その組み合わせとして(タップT8、タップTT8)と表記する。
(7)電圧制御装置10は、上述の(4)と同様の手法で、判定箇所Bにおける電圧Vbが、判定箇所C(末端)までにどのように変化するか推定する。ここで言う“末端”とは配電線下流方向の任意の箇所を定めて構わない。更に下流にSVR70がある場合、これを対象としても構わない。いずれにせよ、末端までに設置されている上述の3つの要素により電圧の昇圧/降圧を推定する。図4の場合、判定箇所Bから判定箇所Cまでの間に需要家への配電の分岐する箇所あるが、このセンサS3の設置されている分岐点において発電要素により給電され、緩やかに電圧が上昇し、判定箇所Cより下流においても比較的大きな規模の発電要素により更に給電され、電圧がかなり上昇することが既設の情報と計算とにより推定された一例である。この判定箇所Bから判定箇所Cまでの電圧変化分をVbcとする。
(8)電圧制御装置10は、判定箇所Cに入力される電圧Vin3を求める。先の電圧Vb(1.05Vin2〜0.95Vin2)に電圧変化分Vbcが加算され、Vin3=Vb+Vbc=[(1.05Vin1+Vab〜0.95Vin1+Vab)×1.05+Vbc]〜[(1.05Vin1+Vab〜0.95Vin1+Vab)×0.95+Vbc]となる。電圧制御装置10は、これらVin3の内、判定箇所Cの電圧Vcが許容範囲に納まる電圧(第3の電圧)を全て求める(第2の判定手段)。判定箇所Bにおいて電圧が許容範囲に納まったタップが対象なので、(タップT8、タップTT8)を除いた組み合わせが全て対象となる。これらの組み合わせの判定箇所Bの電圧VbにVbcを加算したものが図4(b)の例となる。例えば、(タップT0、タップTT0)はVc=Vb+Vbc=(0.95Vin1+Vab)×0.95+Vbcであり、この場合のVcは判定箇所Cにおいて許容範囲に納まる。ここでは図を分かり易くする為、判定箇所Cにおいて許容範囲に納まるタップの組み合わせを用いた電圧の振る舞いに関し実線にて表す。また、判定箇所Cにおいて電圧が許容範囲を逸脱した場合は点線で表す。
(9)電圧制御装置10は、上記(1)〜(8)により求まった実線部分を有する集中制御型SVRのタップ値を電圧制御装置10から指令する(指令手段)。尚、このようなタップ値が複数ある場合も想定される。また、上流の集中制御型SVRのタップ値が有効な場合でも、下流の自律制御型SVRのタップの選択次第では最終的に判定箇所Cで逸脱の可能性がある場合は、上流の集中制御型SVRのタップ値を選択する際の重み情報を付与しても構わない。例えば、電圧制御装置10は上流の集中制御型SVRにおいて、下流の自律制御型SVRのタップの有効な個数を計上してタップの指令を判定する。「上流の集中制御型SVRのあるタップにおいて下流の自律制御型SVRで有効なタップが9個」の場合と、「上流の集中制御型SVRの他のタップにおいて下流の自律制御型SVRで有効なタップが3個の場合」とでは、前者の「下流の自律制御型SVRで有効なタップが9個を有する上流の集中制御型SVRのタップ」を優先する。
図9(b)に示す構成で上流から順に「集中制御型SVR−集中制御型SVR−集中制御型SVR−自律制御型SVR」のような四段の場合、図9(c)に示す構成で上流から順に「集中制御型SVR−自律制御型SVR−集中制御型SVR−自律制御型SVR」のような四段の場合、いずれの場合でも適用可能である。但し、最上流のSVR70には電圧制御装置から指令を出すので、電圧制御装置10から指令を与える上流のSVR70は集中制御型SVRとなる。
(実施例2)
図6〜8を用いて、本発明の実施例2を具体的に説明する。図7は配電系統の構成の一例であり、配電系統に接続されている各制御機器や負荷等を簡略化し描いた図である。また、発明の主要部分(一点鎖線で囲んだ部分)に関し電圧の振る舞いを表したのが図7(b)、図8(c)、(d)になる。実施例1との主たる相違点は、上流側が自律制御型SVRである点にある。また、上流側に自律制御型SVRへの入力電圧だけではなく、下流側の集中制御型SVRへの入力電圧を検出しておく必要がある。これらの検出値を用いて自律制御型SVRの振る舞いを推定することにより、電圧制御装置10は下流側の集中制御型SVRに適確な指令を与えることが可能となる。図6は、この一連の制御方法を示したフローチャートであり、電圧制御装置10が主体となり実行する。
(1)電圧制御装置10は、判定箇所Bにおける電圧Vbを求める。例えば、タップT0により入力電圧が5%降圧し、タップT8により入力電圧が5%昇圧する場合、判定箇所Bの電圧Vbは1.05Vin2’〜0.95Vin2’の範囲となる。
(2)電圧制御装置10は、判定箇所Bの電圧Vbが電圧の許容範囲(許容上限値〜許容下限値の間)に納まる集中制御型SVRのタップ(第3のタップ)を全て抽出(タップ抽出手段)する。図8(c)の場合はタップTT8〜TT0の全てが抽出されるが、以降ではタップTT2〜TT0について説明する。
(3)電圧制御装置10は、判定箇所Bにおける電圧Vbが、判定箇所Cまでにどのように変化するか推定する。推定に際しては、上述の実施例1と同様に少なくとも3つの要素を加味する。1つ目は判定箇所Bから判定箇所Cまでの配電線40自体による電圧変化量、2つ目は判定箇所Bから判定箇所Cまでの間に接続される需要家の電力消費に伴う電圧変化量、3つ目は判定箇所Bから判定箇所Cまでの間に接続されるPV等の発電による電圧変化量である。これらの諸量は、予め推定ができる。1つ目は、配電線長や電線の抵抗値等の物理量により予め求めておく。2つ目は、季節や時間帯や温度等により若干の変化があるものの、過去の統計を解析しておくことにより予め推定できる。3つ目は、季節や時間帯や温度等、天気予報等より日照量を推量し予め推定できる。電圧制御装置10は、このようにして求めた電圧変化量を合算し、凡その電圧の変化カーブを推定する。これら推定に関しては実施例1で述べた方法と同様で構わない。図8(c)の場合、判定箇所Bから判定箇所Cまでの間に需要家への配電分岐が一箇所あるが、このセンサS4のある分岐点では比較的大きな規模の発電要素により給電され、電圧が上昇することが設備の状況により計算され推定された一例である。この電圧変化分をVbcとする。
(4)電圧制御装置10は、判定箇所Cにおける電圧Vc(第4の電圧)を求める。判定箇所Bにおいて電圧が許容範囲に納まったタップが対象なので、全てのタップが対象となるが、ここではタップTT2〜TT0について説明する。判定箇所Cの電圧VbにVbcを加算したものが図8(c)の例となる。例えば、タップTT0はVc=Vb+Vbc=Vin2’×0.95+Vbcが図8(c)の判定箇所Cにおける電圧Vcで、判定箇所Cにおいて電圧は許容範囲に納まる。同様に判定箇所CにおいてVc(タップT1、TT2)も電圧は許容範囲に納まる。
11 CPU
12 RAM
13 ROM
14 I/F
15 入力装置
16 出力装置
20 ネットワーク
30 通信線
40 配電線
50 蓄電池
60 LRT(負荷時タップ切換変圧器)
70 SVR(ステップ式電圧調整器)
80 SVC(静止型無効電力補償装置)
90、92 PV(太陽光発電)
100、S1〜S4 センサ(検出器)
110 柱上変圧器
120、122、124 需要家
T0〜T8、TT0〜TT8 タップ
SW1 切り換え開閉器
SW2 タップ切り換え器
Claims (13)
- 変圧用のタップを有する電圧調整器を配電線に複数擁し、該配電線の電圧が許容範囲に納まるように前記電圧調整器を制御する電圧制御装置であって、
前記配電線の上流側に設置された第1の電圧調整器に入力される第1の電圧を検出する第1の検出手段と、
前記第1の電圧を、前記第1の電圧調整器にて変圧後の値が前記許容範囲に納まる前記第1の電圧調整器の第1のタップを全て抽出する第1の抽出手段と、
前記第1のタップにより変圧された電圧と、前記第1の電圧調整器の下流にある第2の電圧調整器までの電圧変化量とに基づき前記第2の電圧調整器に入力される電圧の内、前記許容範囲に納まる第2の電圧を判定する第1の判定手段と、
前記第2の電圧を、前記第2の電圧調整器にて変圧後に前記許容範囲に納まる前記第2の電圧調整器の第2のタップを全て抽出する第2の抽出手段と、
前記第2のタップにより変圧された電圧と、前記配電線の末端に至るまでの電圧変化量とに基づいた該末端における電圧の内、前記許容範囲に納まる第3の電圧を判定する第2の判定手段と、
前記第3の電圧となる前記第1のタップを選択し、該第1のタップに切り換える指令を前記第1の電圧調整器に与える指令手段とを有すること
を特徴とする電圧制御装置。 - 前記第1の判定手段において、
前記第2の電圧調整器までの電圧変化量は、
前記第1の電圧調整器と前記第2の電圧調整器との間の配電線による電圧降下量と、
前記第1の電圧調整器と前記第2の電圧調整器との間に接続される負荷がある場合は電圧降下量と、
前記第1の電圧調整器と前記第2の電圧調整器との間に接続される電源がある場合は電圧上昇量と、
を合算し求めること
を特徴とする請求項1に記載の電圧制御装置。 - 前記第2の判定手段において、
前記末端に至るまでの電圧変化量は、
前記第2の電圧調整器と前記末端との間の配電線による電圧降下量と、
前記第2の電圧調整器と前記末端との間に接続される負荷がある場合は電圧降下量と、
前記第2の電圧調整器と前記末端との間に接続される電源がある場合は電圧上昇量と、
を合算し求めること
を特徴とする請求項1に記載の電圧制御装置。 - 変圧用のタップを有する電圧調整器を配電線に複数擁し、該配電線の電圧が許容範囲に納まるように前記電圧調整器を制御する制御方法であって、
前記配電線の上流側に設置された第1の電圧調整器に入力される第1の電圧を検出する第1の検出ステップと、
前記第1の電圧を前記第1の電圧調整器にて変圧後の値が前記許容範囲に納まる前記第1の電圧調整器の第1のタップを全て抽出する第1の抽出ステップと、
前記第1のタップにより変圧された電圧と、前記第1の電圧調整器の下流にある第2の電圧調整器までの電圧変化量とに基づき前記第2の電圧調整器に入力される電圧の内、前記許容範囲に納まる第2の電圧を判定する第1の判定ステップと、
前記第2の電圧を、前記第2の電圧調整器にて変圧後に前記許容範囲に納まる前記第2の電圧調整器の第2のタップを全て抽出する第2の抽出ステップと、
前記第2のタップにより変圧された電圧と、前記配電線の末端に至るまでの電圧変化量とに基づいた該末端における電圧の内、前記許容範囲に納まる第3の電圧を判定する第2の判定ステップと、
前記第3の電圧となる前記第1のタップを選択し、該第1のタップに切り換る指令を前記第1の電圧調整器に与える指令ステップと
を特徴とする電圧制御方法。 - 前記第1の判定ステップは、前記第1の電圧調整器から前記第2の電圧調整器への前記配電線上において、電圧が許容範囲に納まる場合に前記第2の電圧として判定すること
を特徴とする請求項4に記載の電圧制御方法。 - 前記第2の判定ステップは、前記第2の電圧調整器から前記末端への前記配電線上において、電圧が許容範囲に納まる場合に前記第3の電圧として判定すること
を特徴とする請求項4又は請求項5に記載の電圧制御方法。 - 前記第1の判定ステップは、前記第2の電圧調整器に入力される電圧が前記許容範囲に納まるか複数の電圧を判定する場合は、許容上限値から許容下限値に向って電圧が減る方向あるいは許容下限値から許容上限値に向って電圧が増える方向で前記第2の電圧調整器に入力される電圧を逐次判定し、許容範囲外に至った時点で判定を終了すること
を特徴とする請求項4乃至請求項6のいずれか1項に記載の電圧制御方法。 - 前記第2の判定ステップは、前記末端の電圧が前記許容範囲に納まるか複数の電圧を判定する場合は、許容上限値から許容下限値に向って電圧が減る方向あるいは許容下限値から許容上限値に向って電圧が増える方向で前記末端の電圧を逐次判定し、許容範囲外に至った時点で判定を終了すること
を特徴とする請求項4乃至請求項7のいずれか1項に記載の電圧制御方法。 - 変圧用のタップを有する電圧調整器を配電線に複数擁し、該配電線の電圧が許容範囲に納まるように前記電圧調整器を制御する電圧制御装置であって、
前記配電線の上流側に設置された第1の電圧調整器に入力される第1の電圧を検出する第1の検出手段と、
前記配電線の下流側に設置された第2の電圧調整器に入力される第2の電圧を検出する第2の検出手段と、
前記第1の電圧を前記第1の電圧調整器にて変圧した電圧と、前記第1の電圧調整器の下流にある第2の電圧調整器までの電圧変化量とに基づき前記第2の電圧調整器に入力される電圧の予測値として第3の電圧を算出する算出手段と、
前記第2の電圧の値と前記第3の電圧の値とが最も近い前記第1の電圧調整器の第1のタップを判定するタップ判定手段と、
前記第1の電圧の値の変化に伴い、前記第1の電圧調整器が前記第1のタップから第2のタップに切り換わるか否かを判定するタップ切換判定手段と、
前記切り換わりが発生すると判定した場合、前記第2のタップに切り換わった際の前記第3の電圧を、前記第2の電圧調整器にて変圧後に前記許容範囲に納まる前記第2の電圧調整器の第3のタップを全て抽出するタップ抽出手段と、
前記第3のタップにより変圧された電圧と、前記配電線の末端に至るまでの電圧変化量とに基づいた該末端における電圧の内、前記許容範囲に納まる第4の電圧を判定する電圧判定手段と、
前記第4の電圧となる前記第3のタップを選択し、該第3のタップに切り換える指令を前記第2の電圧調整器に与える指令手段とを有すること
を特徴とする電圧制御装置。 - 前記電圧判定手段 において、
前記末端に至るまでの電圧変化量は、
前記第2の電圧調整器と前記末端との間の配電線による電圧降下量と、
前記第2の電圧調整器と前記末端との間に接続される負荷がある場合は電圧降下量と、
前記第2の電圧調整器と前記末端との間に接続される電源がある場合は電圧上昇量と、
を合算し求めること
を特徴とする請求項9に記載の電圧制御装置。 - 変圧用のタップを有する電圧調整器を配電線に複数擁し、該配電線の電圧が許容範囲に納まるように前記電圧調整器を制御する制御方法であって、
前記配電線の上流側に設置された第1の電圧調整器に入力される第1の電圧を検出する第1の検出ステップと、
前記配電線の下流側に設置された第2の電圧調整器に入力される第2の電圧を検出する第2の検出ステップと、
前記第1の電圧を前記第1の電圧調整器にて変圧した電圧と、前記第1の電圧調整器の下流にある第2の電圧調整器までの電圧変化量とに基づき前記第2の電圧調整器に入力される電圧の予測値として第3の電圧を算出する算出ステップと、
前記第2の電圧の値と前記第3の電圧の値とが最も近い前記第1の電圧調整器の第1のタップを判定するタップ判定ステップと、
前記第1の電圧の値の変化に伴い、前記第1の電圧調整器が前記第1のタップから第2のタップに切り換わるか否かを判定するタップ切換判定ステップと、
前記切り換わりが発生すると判定した場合、前記第2のタップに切り換わった際の前記第3の電圧を、前記第2の電圧調整器にて変圧後に前記許容範囲に納まる第3のタップを全て抽出する抽出ステップと、
前記第3のタップにより変圧された電圧と、前記配電線の末端に至るまでの電圧変化量とに基づいた該末端における電圧の内、前記許容範囲に納まる第4の電圧を判定する電圧判定ステップと、
前記第4の電圧となる前記第3のタップを選択し、該第3のタップに切り換える指令を前記第2の電圧調整器に与える指令ステップとを有すること
を特徴とする電圧制御方法。 - 前記タップ切換判定ステップは、
前記第1の電圧の値の変化が、前記第1の電圧調整器の第1のタップを切り換えた際の電圧変化の半分より大きいか否かにより判定する変化量判定ステップを更に有すること
を特徴とする請求項11に記載の電圧制御方法。 - 前記タップ切換判定ステップは、
前記第1の電圧の値の変化が、動作時限より大きいか判定する変化量判定ステップを更に有すること
を特徴とする請求項11に記載の電圧制御方法。
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