JP6416064B2 - 系統電圧制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、電力系統における電圧変動を抑制するための系統電圧制御装置に関する。

近年、地球環境保護等の観点から環境とエネルギーに対する関心が高まり、太陽光発電、風力発電、燃料電池等の分散型電源の導入が進められている。一方、配電線に連系された分散型電源からの逆潮流により系統電圧が上昇し、電圧が適正範囲から逸脱する可能性が指摘されている。系統電圧が適正範囲に維持されないと負荷機器の動作や寿命への影響、送電損失の増加が懸念される。そこで、系統電圧の変動を抑制するために分散型電源の無効電力を制御することが行われている。

たとえば、特開２００５−１６０２６０号公報（特許文献１）は、電力系統に接続された分散型電源制御システムを開示している。この分散型電源制御システムは、系統設備データベースと、情報収集装置と、運転力率演算指令装置と、電源制御装置と分散型電源とを備える。系統設備データベースは、電力系統の設備情報を格納する。情報収集装置は、電力系統の運用状況や系統設備データベース情報をもとに、電力系統の制御目標地点における分散型電源の電圧感度を出力する。運転力率演算指令装置は、情報収集装置の出力する電圧感度をもとに、分散型電源の運転力率を演算・出力する。電源制御装置は、運転力率演算指令装置の出力した電源運転力率をもとに、分散型電源の出力を制御する。

特開２００５−１６０２６０号公報

しかしながら、特許文献１に係るシステムでは、電力系統内に設定した任意の制御目標地点における分散型電源の電圧感度を用いて、電圧変動を抑制することのできる運転力率を算出している。このことから、複数の分散型電源の各々について電圧感度をその制御目標地点ごとに算出する必要があると考えられる。そのため、制御対象となる分散型電源が増加するにつれて、計算量が膨大となりシステムが複雑化するという課題がある。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、ある局面における目的は、複数の分散型電源が設けられる電力系統において、より簡易な構成で、これらの分散型電源の出力による系統電圧の変動を抑制することが可能な系統電圧制御装置を提供することである。

ある実施の形態に従うと、電力系統における電圧変動を抑制するための系統電圧制御装置が提供される。系統電圧制御装置は、電力系統の電気量の入力を受け付ける入力部と、電気量に基づいて、系統電圧制御装置が監視対象とする母線の通過有効電力を算出する電力算出部と、電力系統に設けられた複数の分散型電源と母線との間の線路リアクタンスと、通過有効電力と、電気量とに少なくとも基づいて、分散型電源の運転力率を算出する力率算出部と、力率算出部により算出された運転力率を出力する出力部とを備える。

本開示によると、複数の分散型電源が設けられる電力系統において、より簡易な構成で、これらの分散型電源の出力による系統電圧の変動を抑制することが可能となる。

本実施の形態に従う系統制御システムの全体構成の一例を示す図である。 本実施の形態に従う運転力率の算出方式を説明するための図である。 本実施の形態に従う系統電圧制御装置のハードウェア構成例を示すブロック図である。 本実施の形態に従う系統電圧制御装置に係る機能構成を示す模式図である。 本実施の形態に従う系統電圧制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態の変形例に従う系統制御システムの全体構成の一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。また、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

＜系統制御システム＞
本実施の形態に従う系統制御システムは、電力系統に設けられた複数の分散型電源（例えば、太陽光発電、燃料電池発電、風力発電等）の出力を制御することにより、当該電力系統における電圧変動を抑制する。

図１は、本実施の形態に従う系統制御システムの全体構成の一例を示す図である。図１を参照して、系統制御システム１０００は、主に、系統電圧制御装置１０と、複数の分散型電源２０Ａ〜２０Ｄと、複数の電源制御装置３０Ａ〜３０Ｄとから構成される。以下では、分散型電源２０Ａ〜２０Ｄの各々に共通の構成や機能を説明する際には、それらを「分散型電源２０」と総称する。また、電源制御装置３０Ａ〜３０Ｄの各々に共通の構成や機能を説明する際には、それらを「電源制御装置３０」と総称する。

系統電圧制御装置１０と電源制御装置３０とは、通信回線（図示しない）を介して接続される。なお、通信回線については、予め定められた通信要求が満たされる回線であれば専用回線である必要はなく、公衆回線などを利用してもよい。

系統電圧制御装置１０は、例えば、１５４ｋｖ〜２７５ｋＶの電圧階級の送電用変電所（高圧変電所）に設けられる。また、この高圧変電所には、母線１１Ａと母線１３Ａとの間に接続される変圧器ＴＲ１が配置される。なお、典型的には、母線１１Ａに接続される送電線２Ａは、この高圧変電所よりも電圧階級の高い送電用変電所に接続される。

変圧器ＴＲ１は、１次側（母線１１Ａ側）の電圧（例えば、１５４ｋＶ）を降圧して（例えば、６６ｋＶまで降圧）、２次側（母線１３Ａ側）に出力する。母線１３Ａには、送電線４Ａ，４Ｂ，４Ｃが接続されている。送電線４Ａは母線１５Ａに接続され、母線１５Ａと母線１７Ａとの間には変圧器ＴＲ２が接続される。変圧器ＴＲ２は、需要家に電力を供給する配電用変電所（例えば、６６ｋＶの電圧階級の変電所）に配置される。典型的には、配電用変電所は、需要地に設置され、送電線から送られてきた高電圧を低電圧に変圧し、変圧後の電圧を、配電線を介して需要家に供給する。

変圧器ＴＲ２は、１次側（母線１５Ａ側）の電圧（例えば、６６ｋＶ）を降圧して（例えば、６．６ｋＶまで降圧）、２次側（母線１７Ａ側）に出力する。母線１７Ａと母線１９Ａとの間には送電線６Ａが接続され、母線１９Ａには柱上変圧器（図示しない）等を介して分散型電源２０Ａが接続される。

送電線４Ｂは母線１５Ｂに接続され、母線１５Ｂと母線１７Ｂとの間には変圧器ＴＲ３が接続される。変圧器ＴＲ３は、変圧器ＴＲ２と同様に配電用変電所に配置される。母線１７Ｂには、送電線６Ｂ，６Ｃが接続されている。送電線６Ｂは母線１９Ｂに接続され、母線１９Ｂには分散型電源２０Ｂが接続される。また、送電線６Ｃには分散型電源２０Ｃが接続される。送電線４Ｃは母線１５Ｄに接続され、母線１５Ｄと母線１７Ｄとの間には変圧器ＴＲ４が接続される。変圧器ＴＲ４は、変圧器ＴＲ２，ＴＲ３と同様に配電用変電所に配置される。母線１７Ｄには送電線６Ｄが接続され、送電線６Ｄには分散型電源２０Ｄが接続される。

変圧器ＴＲ１〜ＴＲ４は、例えば、二次巻線に設けられた複数のタップを切り換え、変圧比操作により電圧を調整するタップ付き変圧器である。なお、タップ付き変圧器としては、負荷時タップ切換変圧器（ＬＲＴ：Load Ratio Control Transformer）、ステップ式自動電圧調整器（ＳＶＲ：Step Voltage Regulator）等が用いられる。

系統電圧制御装置１０は、上記のように、配電用変電所よりも上位の電圧階級の高圧変電所に設けられており、電力系統における電圧変動を抑制するために当該電力系統の電気量（電圧値および電流値）を取り込む。本実施の形態では、系統電圧制御装置１０は、母線１１Ａを監視対象としており、電圧値を取り込むためのセンサである変成器ＶＴ１から母線１１Ａの母線電圧値を収集するとともに、電流値を取り込むためのセンサである変流器ＣＴ１から変圧器ＴＲ１の１次側の線路の電流値を収集する。

詳細は後述するが、系統電圧制御装置１０は、このように収集した電気量を用いて、電力系統における電圧変動を抑制するために有効な分散型電源２０の運転力率を算出し、その運転力率を電源制御装置３０に出力する。なお、系統電圧制御装置１０は、変流器ＣＴ２および変成器ＶＴ２を用いて、それぞれ母線１３Ａの母線電圧値および変圧器ＴＲ１の２次側の線路の電流値を収集してもよい。

電源制御装置３０Ａ〜３０Ｄは、それぞれ対応する分散型電源２０Ａ〜２０Ｄの出力を制御する。具体的には、電源制御装置３０は、系統電圧制御装置１０から出力された運転力率に基づいて分散型電源２０の出力を制御する。

＜運転力率の算出方式＞
次に、本実施の形態に従う分散型電源２０の運転力率の算出方式について説明する。この算出方式は、分散型電源の短周期（例えば、１０秒など）での出力変動に起因する短周期の系統電圧変動に着目したものである。

典型的には、予め想定される比較的長周期（例えば、１日の朝、昼、晩など）の負荷変動による電圧変動は、電力系統に設けられたタップ付き変圧器、電力用コンデンサ（ＳＣ）や分路リアクトル（ＳｈＲ）等の調相設備および静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）などにより抑制されている。これらの装置は、系統電圧の変動周期によって制御分担を行なうことで協調を図っている。

ただし、太陽光発電、風力発電等の分散型電源の出力は、天気の影響を大きく受けるため、短時間で急激に出力が変動する可能性がある。これは、短周期で急激に系統電圧が変動する可能性があることを意味し、電力系統に導入される分散型電源が多いほどこの変動は顕著になる。このような分散型電源による短周期の電圧変動に対しても、比較的長周期の電圧変動の抑制対策として用いられてきたタップ付き変圧器や調相設備を利用する場合、装置（例えば、タップ付き変圧器など）の機械的劣化が促進される。また、装置容量を増大しなければならず、高コスト化を招く可能性もある。

そこで、本実施の形態では、以下のような算出方式に基づいて分散型電源の運転力率を算出し、算出した運転力率に基づいて分散型電源の出力を制御することにより、分散型電源の出力変動に起因する短周期の系統電圧変動を抑制する。

図２は、本実施の形態に従う運転力率の算出方式を説明するための図である。なお、図２では、説明の容易化のため、図１に示した系統制御システムを等価的に示している。また、系統電圧制御装置１０および電源制御装置３０については図示していない。

図２（ａ）を参照して、母線１１Ａの電圧値はＶ_１であり、母線１１Ａの通過有効電力はＰ_１（以下、単に「有効電力Ｐ_１」と称する。）であり、母線１１Ａの通過無効電力はＱ_１（以下、単に「無効電力Ｑ_１」と称する。）であるとする。なお、有効電力Ｐ_１および無効電力Ｑ_１は、収集された電気量（母線１１Ａの母線電圧値、および変圧器ＴＲ１の１次側の線路の電流値）から算出される。また、分散型電源２０は、当該分散型電源２０が接続される負荷母線（例えば、図１の例では、母線１９Ａ，１９Ｂなど）に対して有効電力Ｐ_ｄｇおよび無効電力Ｑ_ｄｇを出力している。また、負荷母線からは、負荷（図示しない）に対して有効電力Ｐ_Ｌおよび無効電力Ｑ_Ｌが供給されている。ここで、矢印ＡＲ１に示すように、分散型電源２０の有効電力Ｐ_ｄｇがΔＰ_ｄｇだけ増加したとする。

次に、図２（ｂ）を参照して、分散型電源２０の有効電力Ｐ_ｄｇの増加に伴い、母線１１Ａの有効電力Ｐ_１，無効電力Ｑ_１は、それぞれΔＰ_１，ΔＱ_１だけ変動（減少）する（矢印ＡＲ２参照）。このように、分散型電源２０の出力変動に伴い、上位系統（ここでは、母線１１Ａ）から流入する電力（有効電力Ｐ_１および無効電力Ｑ_１）も変動することになる。特に、電力系統の系統電圧は無効電力との関係が非常に密接であることから、この無効電力Ｑ_１の変動は、系統電圧の変動に大きな影響を与える。すなわち、無効電力Ｑ_１における短周期の変動ΔＱ_１を小さくすれば、系統電圧の短周期の変動ΔＶも小さくすることができる。

上述したように、ここでは、短周期の出力変動に着目するため、予め想定される負荷変動などによる比較的長周期の出力変動を無視する。この場合、無効電力Ｑ_１の変動分ΔＱ_１は、母線１１Ａよりも下位系統（分散型電源２０側）全体における無効電力損失Ｑ_ｌоｓｓの変動分ΔＱ_ｌоｓｓとみなすことができる（すなわち、ΔＱ_１＝ΔＱ_ｌｏｓｓ）。ここで、無効電力損失Ｑ_ｌоｓｓは、母線１１Ａの電圧値Ｖ_１と、母線１１Ａの有効電力Ｐ_１と、線路リアクタンスｘとを用いて、以下の式（１）のように表わされる。線路リアクタンスｘは、母線１１Ａよりも下位系統の線路リアクタンス（母線１１Ａと複数の分散型電源２０との間の線路リアクタンス）を等価的に示したものである。

そして、無効電力損失の変動分ΔＱ_ｌоｓｓを分散型電源２０が吸収することにより、系統電圧の変動を抑制することができる。具体的には、変動分ΔＱ_ｌоｓｓと、分散型電源２０の無効電力の吸収分ΔＱ_ｄｇとが等しくなる以下の式（２）が成立するときに、短周期の系統電圧変動が最も抑制される。

換言すると、式（２）は、短周期における、母線１１Ａの無効電力の変動分ΔＱ_１と、分散型電源２０により吸収される無効電力の変動分ΔＱ_ｄｇとが等しいとみなすことにより導出される。

続いて、母線１１Ａの有効電力の変動分ΔＰ_１と、分散型電源２０の有効電力の変動分ΔＰ_ｄｇとは、ΔＰ_１＝−ΔＰ_ｄｇの関係が成立するため、以下の式（３）が導出される。

そして、三角関数の公式を用いると、分散型電源２０の運転力率（ｃｏｓθ_ｄｇ）は、式（４）のように表わされる。

上記のように、系統電圧制御装置１０は、分散型電源２０の有効電力の出力変動に起因する短周期電圧変動の抑制に有効な分散型電源２０の運転力率を、監視対象とする母線１１Ａの通過有効電力および電圧を用いて、比較的簡易な計算方法によって算出することができる。したがって、装置構成を簡略化することができるとともに、短周期電圧変動の抑制を対象とするため、長周期電圧変動を対象とした電力系統における電圧制御（例えば、変圧器タップ制御、調相制御）への干渉が生じず、協調を図ることもできる。

＜ハードウェア構成＞
（系統電圧制御装置）
図３は、本実施の形態に従う系統電圧制御装置１０のハードウェア構成例を示すブロック図である。図３には、典型例として、プロセッサがプログラムを実行することで系統電圧制御装置１０を実現する構成を示すが、その全部または一部を専用のハードワイヤード回路やロジック回路を用いて実装してもよい。

系統電圧制御装置１０は、そのコンポーネントとして、プロセッサ１０２と、主記憶装置１０４と、二次記憶装置１０６と、インターフェイス１０８と、入力装置１１０と、出力装置１１２とを含む。これらのコンポーネントは、内部バス１１４を介して互いに通信可能に接続されている。

プロセッサ１０２は、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Multi Processing Unit）といった演算処理部であり、二次記憶装置１０６に格納されているプログラムを読出して、主記憶装置１０４に展開しつつ実行する。

主記憶装置１０４は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性記憶媒体であり、プロセッサ１０２によって実行されるプログラムのコードの他、プログラムの実行に必要な各種のワークデータを保持する。二次記憶装置１０６は、ハードディスクやＳＳＤ（Solid State Drive）などの不揮発性記憶媒体であり、プログラムの他、各種設定値などを保持する。

インターフェイス１０８は、各種センサ（変成器，変流器など）から電気量の計測値を示すデータを受付けるとともに、制御動作に係る指令信号などを出力する。インターフェイス１０８としては、汎用的な通信規約に準拠したコンポーネントを採用することもできるし、専用の通信規約に従うコンポーネントを採用することもできる。

入力装置１１０は、典型的には、キーボードやマウスなどからなり、ユーザからの各種設定や操作を受付ける。出力装置１１２は、典型的には、ディスプレイやプリンタなどからなり、プロセッサ１０２による計算結果などを外部へ出力する。

（電源制御装置）
電源制御装置３０は、系統電圧制御装置１０から出力される運転力率に基づいて分散型電源２０の出力を制御できるものであればよく、そのハードウェア構成については公知のものを採用することができる。電源制御装置３０は、例えば、パワーコンディショナなどが想定される。

＜機能構成＞
図４は、本実施の形態に従う系統電圧制御装置１０に係る機能構成を示す模式図である。図４を参照して、系統電圧制御装置１０は、その機能構成として、入力部１５０と、電力算出部１５２と、力率算出部１５４と、出力部１５６とを含む。典型的には、これらの構成は、プロセッサ１０２が二次記憶装置１０６に格納されたプログラムを実行することによって実現される。

入力部１５０は、電力系統の電気量の入力を受け付ける。具体的には、入力部１５０は、系統電圧制御装置１０が監視対象とする母線１１Ａの電圧値の入力を変成器ＶＴ１から受け付け、変圧器ＴＲ１の１次側の線路の電流値の入力を変流器ＣＴ１から受け付ける。

電力算出部１５２は、入力部１５０により受け付けられた電気量（母線１１Ａの電圧値および変圧器ＴＲ１の１次側の線路の電流値）に基づいて、母線１１Ａの通過有効電力を算出する。

力率算出部１５４は、電力算出部１５２により算出された通過有効電力と、入力部１５０により受け付けられた電気量（電圧値）と、電力系統に設けられた複数の分散型電源２０と母線１１Ａとの間の線路リアクタンスとに基づいて、分散型電源２０の運転力率を算出する。具体的には、力率算出部１５４は、上記の式（３）に線路リアクタンス、母線１１Ａの通過有効電力および電圧値を代入して、式（４）を用いることにより、分散型電源２０の運転力率を算出する。

より詳細には、式（３）および式（４）を用いて算出される運転力率は、系統電圧制御装置１０の指令により、電力系統に設けられた複数の分散型電源２０Ａ〜２０Ｄすべての運転力率を制御できる場合（すなわち、複数の分散型電源２０Ａ〜２０Ｄが系統電圧制御装置１０の制御対象となる場合）における、各分散型電源２０に共通の運転力率である。典型的には、線路リアクタンスは、母線１１Ａから複数の分散型電源２０見た場合の系統モデル（例えば、図１）から、予めシミュレーションなどで算出された上で系統電圧制御装置１０に入力されている。例えば、線路リアクタンスは、二次記憶装置１０６に予め記憶されている。

出力部１５６は、力率算出部１５４により算出された運転力率を出力する。具体的には、出力部１５６は、インターフェイス１０８を介して、複数の分散型電源２０Ａ〜２０Ｄに対応する電源制御装置３０Ａ〜３０Ｄに対して、当該運転力率を送信する。換言すると、出力部１５６は、当該運転力率で分散型電源２０の出力を制御するように、電源制御装置３０に指示を行なう。

なお、このように、出力部１５６は、電源制御装置３０に対して直接運転力率を出力してもよいが、当該構成に限られない。例えば、出力部１５６は、電源制御装置３０と送受信可能な外部装置に対して、当該運転力率を出力してもよい。この場合、電源制御装置３０は、外部装置から受信した運転力率に基づいて、分散型電源２０の出力を制御する。または、外部装置がＷｅｂサーバである場合には、電源制御装置３０のユーザは、Ｗｅｂブラウザなどを用いてこのＷｅｂサーバにアクセスして運転力率を確認する。そして、電源制御装置３０は、ユーザにより確認された運転力率に基づいて分散型電源２０の出力を制御してもよい。

＜処理手順＞
図５は、本実施の形態に従う系統電圧制御装置１０の処理手順を示すフローチャートである。典型的には、図５に示す各ステップは、系統電圧制御装置１０のプロセッサ１０２によって実行される。以下の各ステップは、予め定められた演算周期ごとに実行される。

図５を参照して、系統電圧制御装置１０は、電力系統の電気量（母線１１Ａの電圧値および変圧器ＴＲ１の１次側電流）を取得する（ステップＳ１０）。続いて、系統電圧制御装置１０は、取得した電気量に基づいて、母線１１Ａの通過有効電力を算出する（ステップＳ１２）。

次に、系統電圧制御装置１０は、母線１１Ａから分散型電源２０Ａ〜２０Ｄを見た際の予め整定した線路リアクタンスと、母線１１Ａの電圧値および通過有効電力と、式（３）および式（４）とに基づいて、分散型電源２０Ａ〜２０Ｄの運転力率を算出する（ステップＳ１４）。

次に、系統電圧制御装置１０は、分散型電源２０Ａ〜２０Ｄの現在の運転力率と、ステップＳ１４において算出した運転力率（算出運転力率）との差分が予め定められた範囲内（例えば、±１％以内）か否かを判断する（ステップＳ１６）。上述したように、図５に示す各ステップは、予め定められた演算周期ごとに実行されている。そのため、前回の演算周期において後述するステップＳ１８において出力された運転力率が、現在の運転力率に相当する。

当該差分が予め定められた範囲外である場合には（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、系統電圧制御装置１０（出力部１５６）は、算出運転力率を分散型電源２０Ａ〜２０Ｄに対応する電源制御装置３０Ａ〜３０Ｄに出力して（ステップＳ１８）、処理を終了する。これに対して、当該差分が予め定められた範囲内に収まっている場合には（ステップＳ１６においてＮＯ）、系統電圧制御装置１０は処理を終了する。すなわち、系統電圧制御装置１０は、今回の演算周期においては算出運転力率を出力しない。

上記のステップＳ１６の処理を設けることにより、現在の運転力率と算出運転力率との差分が小さく、電力系統の電圧変動が安定していると考えられる場合には、算出運転力率は出力されない。これにより、系統電圧安定時において分散型電源２０の運転力率が変動することを防止できるため、運転力率の状態をより安定的にすることができる。また、運転力率の出力に伴う各装置の処理負荷（系統電圧制御装置１０、分散型電源２０、電源制御装置３０の処理負荷）を低減することもできる。

＜変形例＞
上述した実施の形態では、系統電圧制御装置１０は、複数の分散型電源２０Ａ〜２０Ｄのすべてを制御対象として、これらに共通の運転力率を算出する構成について説明した。しかしながら、分散型電源２０を所有する需要家に協力してもらえない場合や、分散型電源２０側の設備が制御非対応である場合（例えば、対応する電源制御装置３０が系統電圧制御装置１０から出力される運転力率を取得できる構成でない場合）などにより、系統電圧制御装置１０は、電力系統に設けられた分散型電源２０のすべてを制御対象とできない場合も考えられる。

そこで、本実施の形態の変形例では、系統電圧制御装置１０が、複数の分散型電源２０Ａ〜２０Ｄのうちの一部の分散型電源装置を制御対象として、これらの運転力率を算出する構成について説明する。

（系統制御システム）
本実施の形態の変形例では、系統電圧制御装置１０が複数の分散型電源２０Ａ〜２０Ｄのうちの分散型電源２０Ａ，２０Ｃを制御対象とする例について考える。なお、制御対象とする分散型電源２０の数は、２つでなくてもよく１以上であればよい。

図６は、本実施の形態の変形例に従う系統制御システムの全体構成の一例を示す図である。図６に示す系統制御システムは、系統電圧制御装置１０が分散型電源２０Ａ，２０Ｃを制御対象とする点以外は、図１に示す系統制御システムと同じであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

（運転力率の算出方式）
電力系統に設けられた複数の分散型電源のすべてを制御対象としない場合には、制御対象外である分散型電源の出力変動に起因する系統電圧変動分を考慮して、制御対象である分散型電源に無効電力を吸収させる必要があるため、運転力率の算出方式が上述した算出方式とは若干異なる。以下、具体的に説明する。

まず、制御対象である分散型電源２０の無効電力の吸収分ΔＱ_ｄｇｃは、上記の式（２）を利用して、以下の式（５）ように表わすことができる。

続いて、上述したように、制御対象である分散型電源２０の無効電力の吸収分ΔＱ_ｄｇｃは、制御対象外である分散型電源２０の出力変動に起因する電圧変動分を考慮した値としなければならない。そこで、電力系統に設けられたすべての分散型電源２０の各々の設備容量を合計した値Ｋ_ａｌｌ（ここでは、分散型電源２０Ａ〜２０Ｄの設備容量の合計値）と、制御対象となる分散型電源２０の各々の設備容量を合計した値Ｋ_ｃ（ここでは、分散型電源２０Ａおよび２０Ｃの設備容量の合計値）とを用いると、母線１１Ａの通過有効電力の変動分ΔＰ_１と、制御対象である分散型電源２０の有効電力の変動分ΔＰ_ｄｇｃとは、ΔＰ_１＝−ΔＰ_ｄｇｃ×（Ｋ_ａｌｌ／Ｋ_ｃ）の関係が成立する。そのため、以下の式（６）が導出される。なお、典型的には、分散型電源２０の設備容量とは最大公称電力であり、分散型電源２０の実際の出力電力は、一般的に最大公称電力の７０％〜８０％である。

そして、三角関数の公式を用いると、制御対象である分散型電源２０の運転力率（ｃｏｓθ_ｄｇｃ）は、式（７）のように表わされる。

上記のように、系統電圧制御装置１０は、電力系統に設けられたすべての分散型電源２０を制御対象とすることができない場合であっても、制御対象外の分散型電源２０の電圧変動をも考慮して、制御対象の分散型電源２０の運転力率を算出することができる。そのため、分散型電源２０の出力変動に起因する短周期電圧変動の抑制に対して、より柔軟性のある制御を提供することができる。

分散型電源２０の設備容量は、当該分散型電源２０が電力系統に設けられる際に取得可能な既知の情報である。そのため、系統電圧制御装置１０は、各分散型電源２０の設備容量情報を二次記憶装置１０６に予め記憶しているものとする。系統電圧制御装置１０（力率算出部１５４：図４参照）は、二次記憶装置１０６を参照することにより、電力系統に設けられたすべての分散型電源２０の各々の設備容量の合計値Ｋ_ａｌｌと、制御対象とする分散型電源２０の各々の設備容量の合計値Ｋ_ｃとを把握することができる。そして、系統電圧制御装置１０（力率算出部１５４）は、母線１１Ａの通過有効電力および電気量（電圧値）と、合計値Ｋ_ｃに対する合計値Ｋ_ａｌｌの比率とを、式（６）および式（７）に用いることにより、制御対象とする分散型電源２０の運転力率を算出する。

なお、本実施の形態の変形例に従う系統電圧制御装置１０の処理手順は、図５のフローチャートのステップＳ１４の運転力率算出処理を、上記算出方式を用いた運転力率算出処理に置き換えたものに相当する。

＜利点＞
本実施の形態によると、出力変動の激しい分散型電源に起因する短周期の系統電圧変動を抑制することができる。また、系統電圧制御装置は、当該抑制に有効となる分散型電源の運転力率を、各分散型電源からの情報を用いることなく監視対象とする母線の通過有効電力および電圧を用いて、比較的簡易な計算方法によって算出することができる。そのため、装置構成を簡略化できることから低コスト化が期待される。

本実施の形態によると、短周期電圧変動の抑制を主な対象とするため、長周期電圧変動を対象とした電圧制御（変圧器タップ制御、調相制御）との協調を図ることができる。これにより、タップ付き変圧器などの機械的劣化を軽減することもできる。

［その他の実施の形態］
上述した実施の形態では、系統電圧制御装置１０が監視対象とする母線として、配電用変電所よりも上位の電圧階級の高圧変電所に設けられる母線１１Ａを対象としていたが、当該構成に限られない。例えば、同じ高圧変電所に設けられる母線１３Ａを対象とする場合であってもよい。この場合、系統電圧制御装置１０は、母線１３Ａの電気量（電圧値）と、母線１３Ａの通過有効電力と、母線１３Ａよりも下位系統の線路リアクタンスを用いて分散型電源２０の運転力率を算出する。

また、系統電圧制御装置１０は、配電用変電所に設けられる母線（例えば、母線１５Ａ）を監視対象とする構成であってもよい。系統電圧制御装置１０は、母線１５Ａの電気量（電圧値）と、母線１５Ａの通過有効電力と、母線１５Ａよりも下位系統の線路リアクタンスを用いて分散型電源２０の運転力率を算出する。この場合には、母線１１Ａを監視対象とするよりも制御対象とすることが可能な分散型電源の数が少なくなるものの、監視対象母線と分散型電源との距離が短くなるため、より精度よく運転力率を算出することが期待される。

上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。

また、上述した実施の形態において、その他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべ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、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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２Ａ，４Ａ〜４Ｃ，６Ａ〜６Ｄ 送電線、１０ 系統電圧制御装置、１１Ａ，１３Ａ，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｄ，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｄ，１９Ａ，１９Ｂ 母線、２０ 分散型電源、３０ 電源制御装置、１０２ プロセッサ、１０４ 主記憶装置、１０６ 二次記憶装置、１０８ インターフェイス、１１０ 入力装置、１１２ 出力装置、１１４ 内部バス、１５０ 入力部、１５２ 電力算出部、１５４ 力率算出部、１５６ 出力部、１０００ 系統制御システム、ＣＴ１，ＣＴ２ 変流器、ＴＲ１〜ＴＲ４ 変圧器、ＶＴ１，ＶＴ２ 変成器。

Claims (5)

1. 電力系統における電圧変動を抑制するための系統電圧制御装置であって、
   前記電力系統の電気量の入力を受け付ける入力部と、
   前記電気量に基づいて、前記系統電圧制御装置が監視対象とする母線の通過有効電力を算出する電力算出部と、
   前記電力系統に設けられた複数の分散型電源と前記母線との間の線路リアクタンスと、前記通過有効電力と、前記電気量とに少なくとも基づいて、前記分散型電源の運転力率を算出する力率算出部と、
   前記力率算出部により算出された運転力率を出力する出力部とを備える、系統電圧制御装置。
2. 前記複数の分散型電源の各々の設備容量を合計した第１の値と、前記複数の分散型電源のうち、前記系統電圧制御装置が制御対象とする１以上の分散型電源の各々の設備容量を合計した第２の値とを記憶する記憶部をさらに備え、
   前記力率算出部は、前記線路リアクタンスと、前記通過有効電力と、前記電気量と、前記第２の値に対する前記第１の値の比率とに基づいて、前記１以上の分散型電源の運転力率を算出する、請求項１に記載の系統電圧制御装置。
3. 前記分散型電源の現在の運転力率と、前記力率算出部により算出された運転力率との差分が予め定められた範囲外である場合に、前記出力部は、当該算出された運転力率を出力する、請求項１または請求項２に記載の系統電圧制御装置。
4. 前記出力部は、前記分散型電源の出力を制御するための電源制御装置、または前記電源制御装置と通信可能な外部装置に対して、前記運転力率を出力する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の系統電圧制御装置。
5. 前記母線は、配電用変電所よりも上位電圧階級の変電所の母線を含む、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の系統電圧制御装置。