JP6448032B2 - Ｄｒ制御システムおよびｄｒ制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＤＲ発動装置から需要家に対してＤＲ発動信号を送信することにより系統負荷を制御するＤＲ制御システムおよびＤＲ制御方法に関する。

近年、系統負荷（電力負荷）のピークカットを目的として、デマンドレスポンスシステム（ＤＲ：Demand Response、以下ＤＲ制御と称する。）の普及が進んでいる。ＤＲ制御では、電力需給の逼迫が予想される場合にＤＲ信号（需要家用ＤＲ発動信号）を需要家に送信し、ＤＲ信号を受信した需要家側において電力消費を抑制することにより系統負荷の抑制を図っている（例えば特許文献１）。

特開２０１４−１２８１０６号公報

上述したＤＲ制御を行う際には配電系統の負荷電流が大幅に変動する。ＤＲ制御の開始時には負荷電流が激減し、ＤＲ制御の終了時には負荷電流が急増する。このため、系統電圧においても急変が生じ、ＤＲによる削減量や系統形態により適正電圧からの逸脱が懸念される。ここで一般に、配電系統には系統電圧を調整するためにＳＶＲ（Step Voltage Regulator）やＬＲＴ（Load Ratio control Transformer）等の電圧調整装置が設けられていて、系統電圧を自律制御している。このため、系統電圧に上下動が生じても電圧調整装置によって制御がなされるものの、それらの機器の時定数は一般的におよそ１〜２分程度である。故に、系統電圧の変化に対して電圧調整装置による制御が働くまでに１〜２分程度の時間がかかってしまい、短時間ではあるものの、その間は系統電圧が適正電圧から逸脱してしまうおそれがあることが課題となっていた。

本発明は、このような課題に鑑み、ＤＲ制御を行う際における系統電圧の適正電圧からの逸脱をより確実に回避することが可能なＤＲ制御システムおよびＤＲ制御方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるＤＲ制御システムの代表的な構成は、デマンドレスポンス実行の前に送信されるＤＲ予告信号、系統制御用ＤＲ発動信号および需要家用ＤＲ発動信号を送信するＤＲ発動装置と、配電系統に設置され系統電圧を調整する電圧調整装置と、電圧調整装置を制御する系統制御装置とを備え、系統制御装置は、ＤＲ予告信号もしくは系統制御用ＤＲ発動信号を受信したら、需要家用ＤＲ発動信号より前に電圧調整装置に電圧を落とし始めさせ、ＤＲ制御を解除する前に電圧調整装置に電圧を上げ始めさせることを特徴とする。

ＤＲ制御では、需要家に対して送信される需要家用ＤＲ制御信号が送信されるよりも前にＤＲ予告信号が送信される場合とされない場合がある。そして、ＤＲ予告信号が送信されない場合であっても、系統制御装置に対しては、需要家用ＤＲ発動信号が送信される前に系統制御用ＤＲ発動信号が送信される。

そこで上記構成では、系統制御装置は、このＤＲ予告信号もしくは系統制御用ＤＲ発動信号を事前に受信すると電圧調整装置によって電圧（系統電圧）を低下させる。これにより、系統電圧は、需要家用ＤＲ発動信号の送信によってＤＲ制御が開始される前に、ＤＲ発動前よりも下がった状態となる。したがって、ＤＲ制御による負荷電流の減少によって系統電圧が上昇しても、系統電圧の値は適正電圧の上限を逸脱しない範囲となる。このため、ＤＲ制御を行う際における系統電圧の適正電圧からの逸脱をより確実に回避することが可能となる。併せて、ＤＲ制御を解除する前に電圧調整装置に電圧を上げ始めさせることにより、ＤＲ解除時においても、負荷の急増に伴う電圧逸脱をより確実に回避することが可能となる。

上記系統制御装置は、電圧を変化させる直前の系統の電圧およびＤＲ削減量、またはＤＲ制御が行われなかった場合の負荷の予測値であるベースラインおよびＤＲ削減量に基づいて電圧を変化させるとよい。かかる構成によれば、電圧調整装置によって変化させる電圧の幅（変化量）を正確に把握もしくは推定することで調整することができる。

特に、ＤＲ解除時においては、ＤＲ削減量情報を基に、電圧制御装置のタップを調整する方法と、ベースラインと呼ばれる過去の負荷の状況から現在の負荷の差分を基に電圧調整装置のタップを調整する方法がある。これらのいずれの手法もＤＲ解除時における電圧の急激な変動幅を正確に把握および調整することができる。したがって、上述した効果をより高めることが可能である。

上記課題を解決するために、本発明にかかるＤＲ制御方法の代表的な構成は、ＤＲ発動装置から需要家に対して需要家用ＤＲ発動信号を送信することにより系統負荷を制御するＤＲ制御方法であって、ＤＲ発動装置は、配電系統に設置される系統制御装置に対して需要家用ＤＲ発動信号の送信より前にＤＲ予告信号もしくは系統制御用ＤＲ発動信号を送信し、系統制御装置は、ＤＲ予告信号もしくは系統制御用ＤＲ発動信号を受信したら、需要家用ＤＲ発動信号より前に、配電系統に設置される電圧調整装置に電圧を落とし始めさせ、ＤＲ制御を解除する前に電圧調整装置に電圧を上げ始めさせることを特徴とする。上述したＤＲ制御システムにおける技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該ＤＲ制御方法にも適用可能である。

本発明によれば、ＤＲ制御を行う際における系統電圧の適正電圧からの逸脱をより確実に回避することが可能なＤＲ制御システムおよびＤＲ制御方法を提供することができる。

本実施形態にかかるＤＲ制御システムを説明する図である。 従来のＤＲ制御方法における配電系統の負荷電流および系統電圧の変動を例示する図である。 本実施形態のＤＲ制御方法における配電系統の負荷電流および系統電圧の変動を例示する図である。 電圧調整装置による自律制御と本実施形態のＤＲ制御法を用いた際の配電系統の系統電圧の変動の比較を示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態にかかるＤＲ制御システム１００を説明する図である。なお、以下の説明では、図１に示すＤＲ制御システムを説明しながら、ＤＲ制御システム１００におけるＤＲ制御方法についても併せて説明する。

図１に示すように、本実施形態のＤＲ制御システム１００は、電圧調整装置１１０、ＤＲ発動装置１２０および系統制御装置１３０を含んで構成される。ＤＲ発動装置１２０は電気事業者が操作する装置であり、系統制御装置１３０は制御所に設置される装置である。発電所（不図示）において発電された電力は、配電系統１０２を通じて需要家１０４に供給される。配電系統１０２には電圧調整装置１１０が設置されていて、かかる電圧調整装置１１０により、配電系統１０２の電圧（以下、系統電圧と称する）が調整される。電圧調整装置１１０としては、例えばＳＶＲ、ＬＲＴ等を例示することができる。ただし、これに限定するものではなく、系統電圧を調整可能な他の装置を含んでもよい。

系統制御装置１３０は、配電系統１０２に設置される電圧調整装置１１０を制御する。ＤＲ発動装置１２０は、系統制御装置１３０に対して、デマンドレスポンス実行の前に送信されるＤＲ予告信号や系統制御用ＤＲ発動信号を送信し、需要家１０４に対して需要家用ＤＲ発動信号を送信する。なお、かかる構成に限定するものではなく、ＤＲ発動装置１２０は、系統制御装置１３０および需要家１０４の両方に対してＤＲ予告信号および系統制御用ＤＲ発動信号、需要家用ＤＲ発動信号を送信する構成としてもよい。

図２は、従来のＤＲ制御方法における配電系統１０２の負荷電流および系統電圧の変動を例示する図である。図３は、本実施形態のＤＲ制御方法における配電系統１０２の負荷電流および系統電圧の変動を例示する図である。図２（ａ）および図３（ａ）はＤＲ発動時の配電系統１０２の負荷電流の変動を、図２（ｂ）および図３（ｂ）は配電系統１０２の系統電圧の変動を、図２（ｃ）および図３（ｃ）は系統制御装置１３０による電圧調整装置１１０の制御動作もしくは電圧調整装置１１０の自律制御動作を示している。なお、理解を容易にするために、図２では、電圧調整装置１１０による電圧制御（タップ制御）を行わない場合を例示している。

ＤＲ発動装置１２０から需要家用ＤＲ発動信号が送信されると、需要家用ＤＲ発動信号を受信した需要家１０４は電力消費を抑制する（ＤＲ制御開始）。これにより、図２（ａ）に示すように配電系統１０２の負荷電流が急激に低下し、これに伴い、図２（ｂ）に示すように配電系統１０２の系統電圧は急上昇し、適正電圧の範囲から逸脱してしまう。その後、電圧調整装置１１０による自律制御が行われないと、系統電圧はＤＲ制御が終了するまで適正範囲から逸脱したままとなる。

そこで本実施形態のＤＲ制御システム１００およびそのＤＲ制御方法では、ＤＲ発動装置１２０は、配電系統１０２に設置される系統制御装置１３０に対して、需要家用ＤＲ発動信号の送信より前にＤＲ予告信号または系統制御用ＤＲ発動信号を送信する。そして、系統制御装置１３０は、ＤＲ予告信号もしくは系統制御用ＤＲ発動信号を受信したら電圧調整装置１１０に制御信号を送信し、需要家用ＤＲ発動信号より前に電圧調整装置１１０に電圧が適切範囲内に収まるようタップを調整することで電圧を落とし始めさせる。

図３（ｃ）では、電圧調整装置１１０は、ＤＲ制御が開始される前からタップ制御を行うことにより電圧を段階的に低下させている。これにより、図３（ｂ）に示すように系統電圧は、ＤＲ制御が開始される前に一度下がった状態となる。このため、図３（ａ）に示すようにＤＲ制御が開始されることにより負荷電流が低下しても、図３（ｂ）に示すように系統電圧は適正範囲内の値に維持される。このように、本実施形態のＤＲ制御システム１００およびＤＲ制御システムによれば、ＤＲ制御を開始する際に系統電圧が上昇してもその値は適正電圧の上限を逸脱しない範囲となるため、系統電圧の適正電圧からの逸脱をより確実に回避することが可能となる。

また本実施形態では、図３（ｃ）に示すように、系統制御装置１３０は、ＤＲ制御を解除する前（終了する前）に電圧調整装置にタップ位置（タップポジション）を調整させ、電圧を上げ始めさせる。これにより、ＤＲ制御終了時（ＤＲ制御解除時）においても、負荷の急増に伴う適正電圧範囲の下限の逸脱を確実に回避することができる。

図４は、電圧調整装置１１０による従来のＤＲ制御方法である自律制御および本実施形態のＤＲ制御方法（集中制御）を行った際の配電系統１０２の系統電圧の変動を示す図である。図４では、本実施形態のＤＲ制御方法を適用した際の系統電圧の変動を実線で示していて、従来のＤＲ制御方法を適用した際の系統電圧の変動を破線で示している。

図４の破線で示すように、電圧調整装置１１０の自律制御を行っていれば、ＤＲ制御の開始から終了までの間の大部分の時間帯は系統電圧は適正範囲内に維持されるが、やはりＤＲ制御の開始および終了の前後は系統電圧は適正電圧から逸脱してしまう。すなわち、電圧調整装置１１０の自律制御だけでは、ＤＲ制御の開始時および終了時の系統電圧の急激な変動を回避しきれないことがわかる。これに対し、図４の実線で示すように、本実施形態のＤＲ制御方法によれば、電圧調整装置１１０の自律制御だけでは回避しきれなかったＤＲ制御の開始時および終了時の系統電圧の急激な変動が防がれ、系統電圧が適正範囲に収まっている。

上述したようにＤＲ予告信号もしくは系統制御用ＤＲ発動信号の受信により電圧調整装置１１０の制御を行う際、タップ制御をどの程度行うかが重要である。一例としては、タップ切り替え量を予め定めておくことができる。例えば適正電圧（標準電圧）は１００ボルト回路では１０１±６ボルト以内と定められているとすると、ＤＲ制御前はおおむね１０１ボルトになっているはずである。そこで、５ボルト程度落ちるように決め打ちでタップ切り替え量を定めることができる。

また望ましくは、系統制御装置１３０は、電圧を変化させる直前の系統の電圧およびＤＲ削減量、またはＤＲ制御が行われなかった場合の負荷の予測値であるベースラインおよびＤＲ削減量に基づいて電圧を変化させるとよい。これにより、電圧調整装置１１０によって変化させる電圧の幅（変化量）を正確に把握および調整することができ、電圧調整装置１１０が電圧を変化させた際の適正電圧からの逸脱を確実に防ぐことが可能となる。なお、系統の電圧、電流情報、ＤＲ削減量から系統電圧を予測する方法としては、例えば潮流計算を例示することができる。潮流計算によれば、計測される配電線における電圧および電流およびＤＲによる削減量から、有効電力、無効電力、削減後の負荷電流および系統電圧を求めることが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ＤＲ発動装置から需要家に対してＤＲ発動信号を送信することにより系統負荷を制御するＤＲ制御システムおよびＤＲ制御方法として利用することができる。

１００…ＤＲ制御システム、１０２…配電系統、１０４…需要家、１１０…電圧調整装置、１２０…ＤＲ発動装置、１３０…系統制御装置

Claims (3)

1. デマンドレスポンス実行の前に送信されるＤＲ予告信号、系統制御用ＤＲ発動信号および需要家用ＤＲ発動信号を送信するＤＲ発動装置と、
   配電系統に設置され系統電圧を調整する電圧調整装置と、
   前記電圧調整装置を制御する系統制御装置とを備え、
   前記系統制御装置は、前記ＤＲ予告信号もしくは系統制御用ＤＲ発動信号を受信したら、前記需要家用ＤＲ発動信号より前に前記電圧調整装置に電圧を落とし始めさせ、ＤＲ制御を解除する前に該電圧調整装置に電圧を上げ始めさせることを特徴とするＤＲ制御システム。
2. 前記系統制御装置は、電圧を変化させる直前の系統の電圧およびＤＲ削減量、またはＤＲ制御が行われなかった場合の負荷の予測値であるベースラインおよびＤＲ削減量に基づいて電圧を変化させることを特徴とする請求項１に記載のＤＲ制御システム。
3. ＤＲ発動装置から需要家に対して需要家用ＤＲ発動信号を送信することにより系統負荷を制御するＤＲ制御方法であって、
   前記ＤＲ発動装置は、配電系統に設置される系統制御装置に対して前記需要家用ＤＲ発動信号の送信より前にＤＲ予告信号もしくは系統制御用ＤＲ発動信号を送信し、
   前記系統制御装置は、前記ＤＲ予告信号もしくは系統制御用ＤＲ発動信号を受信したら、前記需要家用ＤＲ発動信号より前に、配電系統に設置される電圧調整装置に電圧を落とし始めさせ、ＤＲ制御を解除する前に該電圧調整装置に電圧を上げ始めさせることを特徴とするＤＲ制御方法。

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