JP6625876B2 - 先行制御判定装置、先行制御装置及び先行制御判定プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力系統の先行制御判定装置、先行制御装置及び先行制御判定プログラムに関する。

現在の電力系統においては、需要規模の拡大、需要地と電源との遠隔化、電源の偏在化、広域運営の拡大などに伴い、大規模な電源からの大電力を、都市部の需要地へ比較的長距離に亘って送電することが一般的となってきている。一方、需要家の有する負荷については、インバータ、誘導電動機などの増加により、その特性が変化して、電圧が不安定となる現象が発生してきている。

このような状況下に対応して、系統電圧を適正に維持するとともに、電圧不安定現象を未然に防止する必要がある。このため、電力系統には、種々の電圧・無効電力制御機器が最適配置されている。電圧・無効電力制御機器としては、例えば、静止型無効電力補償装置、同期調相機、電力用コンデンサ、分路リアクトル等の種々の調相設備、負荷時タップ切換変圧器等の変圧器が含まれる。

そして、系統の実態に応じて、種々の電圧・無効電力制御方式が適用されている。電圧・無効電力制御方式は、中央制御方式と個別制御方式がある。個別制御方式は、ローカル制御方式とも呼ばれる。個別制御方式は、タイムスケジュール運転と個別ＶＱＣ方式に分けられる。

中央制御方式は、系統の主要点に設定された監視点からのオンライン情報に基づき、基準電圧を維持するように、中央給電指令所などから操作指示を行うことにより、電気所の電圧・無効電力制御機器を直接操作する。

この中央制御方式において一般的に用いられている手法には、複数電圧監視点における基準電圧に対する偏差を１つの評価関数にまとめ、これを最小化するための機器の操作量を求め、操作を行う方式がある。評価関数としては、監視点の電圧偏差と監視送電線の送電損失の最小化などが採用されることが多い。効果の評価としては、交流法による感度係数又は直流法による感度係数が使用される。

一方、個別制御方式のうち、タイムスケジュール運転は、時間により調相設備の投入・開放を行い、変圧器の電圧調整リレー９０Ｒｙにより、個々に制御を行う。個別ＶＱＣ方式は、調相設備の操作、変圧器の操作を行うものであり、主な制御方式として以下の２通りの方式がある。

（１）Ｖ−Ｖ制御
Ｖ−Ｖ制御は、一次、二次母線電圧の整定値と実測値との偏差を積分して、値が一定値を超えると、変圧器、調相設備のいずれかに制御信号を送出して、電圧の制御を行う方式である。

（２）Ｖ−Ｑ制御
Ｖ−Ｑ制御は、二次母線電圧、変圧器通過無効電力の整定値と実測値との差分を積分して、値が一定値を超えると、変圧器、調相設備のいずれかに制御信号を送出して、電圧の制御を行う方式である。

現状では、上記の方式を用いて、監視点の電圧を許容範囲内に維持するとともに、送電損失を最小とするように、発電機の無効電力、変圧器タップ、調相設備を制御している。監視点は、制御目標地点である。しかし、例えば、需要家のような監視点以外の地点の到達電圧が、どのような値となっているかは把握できていないという問題点があった。

今後、地球温暖化対策としての太陽光発電、風力発電等の分散型電源の導入拡大が予想される。分散型電源の出力が大きく変動すると、電力系統における線路に流れる潮流も不規則に変動し、電圧もこれに応じて不規則に変動する。そのため、分散型電源が大量に導入された場合を想定すると、需要家の到達電圧がどのように変動しているのかをリアルタイムで把握し、電圧を適正に維持できるように調整する必要がある。

このような処理方法が、特許文献１、特許文献２に記載されている。特許文献１は、送電系統内の計測器の無い需要家の到達電圧を推定する手法である。特許文献２は、需要家の到達電圧の状態を見て、送電系統内の到達電圧が許容範囲内となるように電圧制御を行う手法である。

特開２０１５−５６９３０号公報 特開２０１５−５５９４０号公報

上記の手法は、現在の計測器の情報を取り込んで、需要家の将来の到達電圧を推定し、到達電圧が許容範囲内となるように電圧制御を行う方式である。しかしながら、仮に、電圧制御が１分周期であったとすると、１２時００分に電圧制御量を算出して、１分後の１２時０１分に実際に制御を行うことになる。そのため、１分間の間に需要家の負荷や、分散型電源の出力が大きく変動すると、１分前に算出した電圧調整では、逆方向に電圧を調整してしまう可能性も出てくる。

また、分散型電源の出力が大きく変動すると、電力系統・線路に流れる潮流も不規則に変動し、電圧もこれに応じて不規則に変動する。特に、分散型電源の出力変動が急峻で大きいなどの特殊な条件においては、許容電圧を逸脱する可能性がある。

本発明の実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、予測される電圧の変動範囲を考慮して、所定の範囲からの逸脱状況を判定し、先行的に電圧制御を行うことにより、逆方向制御や許容電圧の逸脱を減少させることにある。

上記の課題を解決するために、実施形態の先行制御判定装置は、電力系統における需要家を含む所定のエリアの電力の変動範囲を予測する予測部と、前記変動範囲の最大値及び最小値における需要家の到達電圧を、推定電圧として求める推定部と、前記推定電圧を所定の範囲内とする調整量を算出する調整量算出部と、前記推定電圧が所定の範囲を逸脱しているか否かの逸脱状況を判定し、前記推定電圧が所定の範囲を逸脱していると判定した場合、前記推定電圧に前記調整量を適用した電圧が所定の範囲を逸脱しているか否かの逸脱状況を判定する逸脱判定部と、前記逸脱状況に応じて、前記調整量の適用の有無も含めて、先行して電圧制御を行うか否かを決定する決定部と、を有する。

なお、上記の先行制御判定装置を有する先行制御装置、上記の各部の処理をコンピュータに実行させる先行制御判定プログラムも、実施形態の一態様である。

実施形態の制御対象となる電力系統の一例を示す系統図 需要家の機器の接続例を示す構成図 先行制御装置の構成を示すブロック図 負荷量の予測範囲の例を示す図 発電量の予測範囲の例を示す図 送り出し量の予測範囲の例を示す図 送り出し量の変動範囲を示す図 実施形態の先行制御判定処理を示すフローチャート 不感帯と電圧維持範囲を示す図 条件１〜３の状態を示す表 条件１の処理を示すフローチャート 条件２の処理を示すフローチャート 条件１〜３の処理の内容を示す表 条件１〜３の到達電圧の逸脱態様を示す図 従来の制御タイミングを示す図 第１の実施形態の制御タイミングを示す図 第２の実施形態の制御タイミングを示す図 補正演算を行う場合の制御タイミングの例を示す図 第３の実施形態の補正演算の制御タイミングを示す図

［第１の実施形態］
［構成］
（電力系統）
本実施形態の電圧制御の対象となる電力系統の例を、図１を参照して説明する。電力系統は、電源１側の上位系から、下位の支店系を介して、需要家２０〜３１へと電力を供給する。上位系は、電源１と連系する基幹系統母線２を有する。支店系は、支店給電所を構成する支店系変圧器３、支店系統母線４を有する。支店系変圧器３は、基幹系統母線２の電圧を支店系統母線４の電圧に変換する機器である。支店系統母線４は、送電線５〜７を介して、複数の支店系エリア８〜１０に接続されている。

各支店系エリア８〜１０は、互いに接続された複数の需要家２０〜３１を有している。各支店系エリア８〜１０の始端は、計測器１１〜１３を介して支店系統母線４に接続されている。各支店系エリア８〜１０の終端は、計測器１４〜１６を介して配電系統母線１７〜１９に接続されている。これにより、支店系統母線４から、複数の支店系エリア８〜１０、配電系統母線１７〜１９まで放射状に広がる系統が構成されている。なお、以下の説明では、各支店系エリア８〜１０を、フィーダと呼ぶ場合がある。

各需要家２０〜３１は、各種の負荷を有する。負荷が必要とする電力を負荷有効電力ＰＬ、負荷無効電力ＱＬとする。また、各需要家２０〜３１は、分散型電源を有する場合がある。分散型電源の発電電力をＰＶで示す。図２は図１と一致してはいないが、負荷、分散型電源等の接続構成の一例である。ＰＶは、一般的に太陽光発電装置を示す符号であるが、本実施形態の分散型電源は、太陽光発電装置に限定するものではない。風力発電装置等、他の電源も適用可能である。

計測器１１〜１６は、電圧、電流、力率を含む各種のデータを計測する装置である。これらのデータを計測データと呼ぶ。また、計測器１１〜１６が計測したデータから演算により求められるデータも、計測データに含まれる。例えば、各フィーダの負荷有効電力ＰＬ、発電電力ＰＶ、これらを合成した送り出し電力Ｐ、負荷無効電力ＱＬ、各種潮流も、計測データに含まれる。演算は、先行制御装置３４における各データの演算部が行ってもよいし、外部の演算装置が行ってもよい。各計測器１１〜１６は、専用の通信線３２又は無線により、通信用集約装置３３を介して、後述する先行制御装置３４に接続されている。

（先行制御装置）
先行制御装置３４は、予測に基づく先行制御を行う装置である。先行制御装置３４は、図３に示すように、入力部３４Ａ、表示部３４Ｂが接続され、送受信部３５、記憶部３６、データ取込部３７、先行制御判定部３８、制御量演算部３９、実行部４０を有する。

入力部３４Ａは、先行制御装置３４に必要な各種の情報、指示を入力する。入力部３４Ａとしては、タッチパネル、キーボード、マウス、スイッチ等を含む。表示部３４Ｂは、先行制御装置３４で処理される各種の情報、計算結果、画面インタフェース等を表示する。

送受信部３５は、外部との情報の送受信を行う。例えば、送受信部３５は、通信用集約装置３３を介して、各計測器１１〜１６から計測データを受信する。また、送受信部３５は、ネットワークＮＷを介して、上位のシステム、系統上の機器に接続され、後述する系統構成データ、配分係数データの受信、制御の実行指令の送信等を行う。例えば、電圧・無効電力制御機器へ制御の実行指令を送信する。

記憶部３６は、先行制御装置３４に必要な情報を記憶する。記憶部３６が記憶する情報としては、計測データの他、系統構成データ、配分係数データ、計算結果データを含む。

系統構成データは、上記のような電力系統の構成に関する情報である。この系統構成データは、例えば、母線、送電線、配電線、変圧器、調相設備、計測器、負荷、分散型電源の接続構成、線路のインピーダンス、変圧器、調相設備、負荷及び分散型電源の種類、定格等の特性に関する情報を含む。

配分係数データは、各フィーダにおける需要家２０〜３１の負荷有効電力ＰＬ、負荷無効電力ＱＬ、発電電力ＰＶの配分を設定する係数である。この配分係数データは、負荷有効電力ＰＬに対応するＰＬ配分係数データ、負荷無効電力ＱＬに対応するＱＬ配分係数データ、発電電力ＰＶに対応するＰＶ配分係数データを含む。なお、系統構成データ、配分係数データは、入力部３４Ａを介して、入力することもできる。また、計測データ、系統構成データ、配分係数データをまとめて、基礎データと呼ぶ。

計算結果データは、先行制御装置３４の各部の計算結果である。例えば、予測された変動範囲、推定電圧、調整量、逸脱の判定結果、制御量等は、計算結果に含まれる。なお、各種の情報の逸脱状況を判定するための所定の範囲も、記憶部３６に記憶されている。所定の範囲は、後述する不感帯、電圧維持範囲を含む。さらに、制御実行のタイミングも、記憶部３６に記憶されている。

データ取込部３７は、送受信部３５が受信したデータ、入力部３４Ａから入力されたデータを取り込んで、記憶部３６に記憶する。

先行制御判定部３８は、計測データ等に基づいて、先行制御を行うか否かを判定する。この先行制御判定部３８の詳細は、後述する。制御量演算部３９は、先行制御判定部３８による判定結果に応じて、電圧・無効電力制御装置の制御量を演算する。制御量の演算は、後述する調整量を制御量とする場合と、所定の範囲からの逸脱を解消する制御量を求める場合とがある。制御量の演算方法は、例えば、特許文献２に記載されている手法を用いることができ、詳細は省略する。

実行部４０は、制御量演算部３９により演算された制御量による制御の実行指令を出力する。出力された実行指令は、送受信部３５により、ネットワークＮＷを介して、電圧・無効電力制御装置に送信される。制御実行のタイミングは、記憶部３６に設定された実行タイミングに従う。

（先行制御判定部）
先行制御判定部３８は、予測部３８Ａ、推定部３８Ｂ、調整量算出部３８Ｃ、逸脱判定部３８Ｄ、決定部３８Ｅを有する。予測部３８Ａは、電力系統における需要家２０〜３１を含む所定のエリアの電力の変動範囲を予測する。つまり、各支店系エリア８〜１０における需要家の負荷有効電力ＰＬと発電電力ＰＶとが合成された送り出し電力Ｐの変動範囲を算出する。

推定部３８Ｂは、変動範囲の最大値及び最小値における各需要家２０〜３１の到達電圧を、推定電圧として求める。推定電圧は、例えば、負荷有効電力ＰＬ、負荷無効電力ＱＬ、測定電圧、系統構成データ等を用いて算出することができる。各フィーダにおける各需要家２０〜３１の負荷有効電力ＰＬ、負荷無効電力ＱＬ、発電電力ＰＶの配分は、配分係数データに従う。この算出方法は、特許文献１に記載されている手法であり、詳細は省略する。

調整量算出部３８Ｃは、推定電圧を所定の範囲とする調整量を算出する。なお、電圧調整量は、例えば、推定された需要家２０〜３１の到達電圧と系統構成データ等を用いて、フィーダの平均電圧が所定の範囲に収まる電圧・無効電力制御装置の制御量として算出することができる。この算出方法は、特許文献２に記載されている手法であり、詳細は省略する。

逸脱判定部３８Ｄは、推定電圧又は推定電圧に調整量を適用した電圧が、所定の範囲を逸脱しているか否かの逸脱状況を判定する。

逸脱判定部３８Ｄは、第１の判定部３８Ｄａ、第２の判定部３８Ｄｂを有する。第１の判定部３８Ｄａは、推定電圧が、所定の電圧調整が不要な範囲から逸脱しているか否かの逸脱状況を判定する。この電圧調整が不要な範囲を、不感帯と呼ぶ（図９参照）。第２の判定部３８Ｄｂは、推定電圧又は推定電圧に前記調整量を適用した電圧が、所定の電圧維持範囲から逸脱しているか否かの逸脱状況を判定する。電圧維持範囲は、需要家２０〜３１が維持できる電圧の範囲である（図９参照）。電圧維持範囲は、不感帯よりも範囲が広い。

決定部３８Ｅは、逸脱状況に応じて、調整量の適用も含めて、先行して電圧制御を行うか否かを決定する。

［作用］
以上のような本実施形態による先行制御の作用を、図１〜図３に加えて、図４〜図１５を参照して説明する。全体の処理の手順を、図８のフローチャート（ステップ１０１〜１１６）で示す。

すなわち、計測器１１〜１６は、各フィーダの負荷有効電力ＰＬ、負荷無効電力ＱＬ及び発電電力ＰＶを計測している。先行制御判定部３８における予測部３８Ａは、負荷有効電力ＰＬ及び発電電力ＰＶが合成された送り出し電力Ｐについて、その変動範囲を予測する（ステップ１０１）。

より具体的には、予測部３８Ａは、図４、図５に示すように、負荷有効電力ＰＬ、発電電力ＰＶを、それぞれ任意の予測範囲（例えば、２σ）に基づいて予測する。ここでは、ＰＬとＰＶには相関は無いとして考える。この場合、ＰＬとＰＶは、互いに独立成分であると仮定すると、共分散は０となる。

このため、ＰＬとＰＶが合成された送り出し電力Ｐの標準偏差は、以下の式（１）によって求めることができる。従って、±２σを送り出し電力Ｐの変動範囲とするならば、図７に示すように、±２σ_ＰＦが変動範囲となる。これにより、変動範囲の最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎが決まる。
［数１］

そして、推定部３８Ｂが、変動範囲の最大値Ｐｍａｘにおける推定電圧を求める（ステップ１０２）。ここでいう推定電圧は、各需要家２０〜３１の到達電圧である。第１の判定部３８Ｄａは、需要家２０〜３１の到達電圧が、所定の範囲から逸脱しているか否かを判定する（ステップ１０３）。この範囲は電圧調整が不要な範囲、つまり不感帯である。例えば、図９に示すように、基準電圧から±１．４％の範囲を不感帯とすることができるが、この数値には限定されない。なお、本実施形態における不感帯を逸脱しているか否かの判定は、各フィーダにおける需要家の到達電圧が１つでも不感帯を逸脱していれば不感帯外である。また、各フィーダにおける全ての需要家の到達電圧が不感帯を逸脱していなければ不感帯内である。

推定部３８Ｂが不感帯内と判定した場合（ステップ１０３のＮＯ）、推定部３８Ｂは、変動範囲の最小値Ｐｍｉｎにおける推定電圧を求める（ステップ１０４）。つまり、各需要家２０〜３１の到達電圧を求める。そして、第１の判定部３８Ｄａは、需要家２０〜３１の到達電圧が、不感帯から逸脱しているか否かを判定する（ステップ１０５）。

最大値Ｐｍａｘにおいて不感帯内であり、最小値Ｐｍｉｎにおいても不感帯内である場合には（ステップ１０５のＮＯ）、決定部３８Ｅは、先行制御は実施しないことを決定し、そのまま終了する。

最大値Ｐｍａｘにおいて不感帯内であるが、最小値Ｐｍｉｎにおいては不感帯外である場合（ステップ１０５のＹＥＳ 電圧逸脱（Ａ））、調整量算出部３８Ｃが、最小値Ｐｍｉｎにおける電圧調整量を算出する（ステップ１０６）。この調整量の算出は、実際に電圧制御を実施するのではなく、到達電圧が不感帯内となるように、調相設備やタップ切替変圧器等の電圧・無効電力制御装置の制御量を仮に決定することを意味する。また、電圧調整の可否は、各フィーダにおける需要家の到達電圧の多数決によって決定する。

推定部３８Ｂは、調整量算出部３８Ｃが算出した調整量を適用した場合の最大値Ｐｍａｘにおける推定電圧を求める（ステップ１０７）。つまり、各需要家の到達電圧を求める。そして、第１の判定部３８Ｄａは、需要家２０〜３１の到達電圧が不感帯から逸脱しているか否かを判定する（ステップ１０８）。ここで、需要家２０〜３１の到達電圧が不感帯内であれば（ステップ１０８のＮＯ）、決定部３８Ｅは先行制御を実施しないことを決定し、そのまま終了する。

需要家２０〜３１の到達電圧が不感帯外であれば（ステップ１０８のＹＥＳ 電圧逸脱（Ｂ））、後述する条件１の処理に移行する（ステップ１０９）。

一方、ステップ１０３において、第１の判定部３８Ｄａが、最大値Ｐｍａｘにおける推定電圧が不感帯外と判定した場合（ステップ１０３のＹＥＳ 電圧逸脱（Ｃ））、推定部３８Ｂは、変動範囲の最小値Ｐｍｉｎにおける推定電圧を求める（ステップ１１０）。つまり、各需要家２０〜３１の到達電圧を求める。そして、第１の判定部３８Ｄａは、需要家２０〜３１の到達電圧が、不感帯から逸脱しているか否かを判定する（ステップ１１１）。

最大値Ｐｍａｘにおいて不感帯外であり、最小値Ｐｍｉｎにおいては不感帯内である場合（ステップ１１１のＮＯ）、調整量算出部３８Ｃが、最大値Ｐｍａｘにおける電圧調整量を、上記と同様に算出する（ステップ１１２）。

推定部３８Ｂは、調整量算出部３８Ｃが算出した調整量を適用した場合の最大値Ｐｍｉｎにおける推定電圧を求める（ステップ１１３）。つまり、各需要家２０〜３１の到達電圧を求める。そして、第１の判定部３８Ｄａは、需要家２０〜３１の到達電圧が不感帯から逸脱しているか否かを判定する（ステップ１１４）。ここで、需要家２０〜３１の到達電圧が不感帯内であれば（ステップ１１４のＮＯ）、決定部３８Ｅは先行制御を実施しないことを決定し、そのまま終了する。

需要家２０〜３１の到達電圧が不感帯外であれば（ステップ１１４のＹＥＳ 電圧逸脱（Ｄ））、後述する条件２の処理に移行する（ステップ１１５）。

最大値Ｐｍａｘにおいて不感帯外であり、最小値Ｐｍｉｎにおいても不感帯外である場合には（ステップ１１１のＹＥＳ 電圧逸脱（Ｅ））、条件３の処理に移行する（ステップ１１６）。以上のような条件１〜３の処理となる状態を整理した表を、図１０に示す。

次に、条件１〜３の処理を、図１１、図１２のフローチャート、図１３の表、図１４の電圧分布図を参照して説明する。

（条件１）
条件１の処理を、図１１のフローチャートを参照して説明する。第２の判定部３８Ｄｂは、最小値Ｐｍｉｎにおける推定電圧が、電圧維持範囲を逸脱しているか否かを判定する（ステップ２０１）。つまり、各需要家２０〜３１の到達電圧が、電圧維持範囲を逸脱しているか否かを判定する。電圧維持範囲は、例えば、図９に示すように、基準電圧から±２．０％の範囲とすることができるが、この数値には限定されない。この第２の判定部３８Ｄｂによる判定も、各フィーダにおける需要家の到達電圧が１つでも電圧維持範囲を逸脱していれば電圧維持範囲外であり、各フィーダにおける全ての需要家の到達電圧が電圧維持範囲を逸脱していなければ電圧維持範囲内である。

最小値Ｐｍｉｎにおける不感帯からの電圧逸脱（Ａ）が、電圧維持範囲内である場合（ステップ２０１のＮＯ）、ステップ１０６（図中、丸数字の２、以下同様）で算出した電圧調整を保留する。つまり、決定部３８Ｅは、不感帯からの電圧逸脱を許容して、制御を実行しないことを決定する（ステップ２０２ （Ｉ））。

最小値Ｐｍｉｎにおける不感帯からの電圧逸脱（Ａ）が、電圧維持範囲外である場合（ステップ２０１のＹＥＳ）、第２の判定部３８Ｄｂは、ステップ１０６で算出した電圧調整を仮に適用した場合に（ステップ２０３ （II））、最大値Ｐｍａｘにおける電圧が電圧維持範囲を逸脱しているか否かを判定する（ステップ２０４）。

電圧維持範囲内にある場合（ステップ２０４のＮＯ）、決定部３８Ｅは、ステップ１０６で算出した電圧調整を適用した電圧制御の実行を決定する（ステップ２０５ （III））。電圧維持範囲内にない場合（ステップ２０４のＹＥＳ）、決定部３８Ｅは、ステップ１０６で算出した電圧調整を保留し、電圧維持範囲からの逸脱を許容して、制御を実行しないことを決定する（ステップ２０６ （IV））。但し、決定部３８Ｅは、最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎによる電圧位置範囲の逸脱方向が同じ場合には、逸脱を解消する電圧調整を行うことを決定する。これは、後述する条件３と同様である。

（条件２）
条件２の処理を、図１２のフローチャートを参照して説明する。第２の判定部３８Ｄｂは、最大値Ｐｍａｘにおける推定電圧が、電圧維持範囲を逸脱しているか否かを判定する（ステップ３０１）。つまり、各需要家２０〜３１の到達電圧が、電圧維持範囲を逸脱しているか否かを判定する。

最大値Ｐｍａｘにおける不感帯からの電圧逸脱（Ｃ）が、電圧維持範囲内である場合（ステップ３０１のＮＯ）、ステップ１１２（図中、丸数字の３、以下同様）で算出した電圧調整を保留する。つまり、決定部３８Ｅは、不感帯からの電圧逸脱を許容して、制御を実行しないことを決定する（ステップ３０２ （Ｖ））。

また、最大値Ｐｍａｘにおける不感帯からの電圧逸脱（Ｄ）が、電圧維持範囲外である場合（ステップ３０１のＹＥＳ）、第２の判定部３８Ｄｂは、ステップ１１２で算出した電圧調整を仮に適用した場合に（ステップ３０３）、最小値Ｐｍｉｎによる電圧が電圧維持範囲を逸脱しているか否かを判定する（ステップ３０４ （VI））。

電圧維持範囲内にある場合（ステップ３０４のＮＯ）、決定部３８Ｅは、ステップ１１２で算出した電圧調整を適用した電圧制御の実行を決定する（ステップ３０５ （VII））。電圧維持範囲内にない場合（ステップ３０４のＹＥＳ）、決定部３８Ｅは、ステップ１１２で算出した電圧調整を保留し、電圧維持範囲からの逸脱を許容して制御を実行しないことを決定する（ステップ３０６ （VIII））。但し、最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎによる電圧維持範囲の逸脱方向が同じ場合には、決定部３８Ｅは、逸脱を解消する電圧調整を行うことを決定する。これは、後述する条件３と同様である。

（条件３）
さらに、条件３の処理を説明する。条件３では、最大値Ｐｍａｘと最小値Ｐｍｉｎによる電圧維持範囲の逸脱方向が同じ場合に、決定部３８Ｅは、逸脱を解消する電圧調整を行うことを決定する。つまり、最大値Ｐｍａｘにおいて電圧維持範囲の上限を逸脱し、最小値Ｐｍｉｎにおいて電圧維持範囲の上限を逸脱している場合、最大値Ｐｍａｘにおける上限逸脱を解消する電圧調整を行う決定をする。最大値Ｐｍａｘにおいて電圧維持範囲の下限を逸脱し、最小値Ｐｍｉｎにおいて電圧維持範囲の下限を逸脱している場合、最小値Ｐｍｉｎでの下限逸脱を解消する電圧調整を行う決定をする。

以上のような条件１〜３における到達電圧の不感帯及び電圧維持範囲からの逸脱態様を、図１４に示す。ここで、時刻ｔは現在の演算時刻、時刻ｔ＋１は予測対象となる時刻である。（Ａ）〜（Ｄ）は、図８の（Ａ）〜（Ｄ）に対応する。（Ｉ）〜（VIII）は、図１１、図１２の（Ｉ）〜（VIII）に対応する。

図１４において、（Ｉ）（Ｖ）は、最大値Ｐｍａｘ、最小値Ｐｍｉｎにおける到達電圧のいずれか一方が不感帯内であり、他方が電圧維持範囲内にある場合を示す。（II）（VI）は、最大値Ｐｍａｘ、最小値Ｐｍｉｎにおける到達電圧のいずれか一方が不感帯内であり、他方が電圧維持範囲外にある場合を示す。

（III）（VII）は、調整量を適用した結果、最大値Ｐｍａｘ、最小値Ｐｍｉｎにおける到達電圧のいずれか一方が不感帯内となり、他方が電圧維持範囲内となった場合を示す。（IV）（VIII）は、調整量を適用した結果、最大値Ｐｍａｘ、最小値Ｐｍｉｎにおける到達電圧のいずれか一方が不感帯内となったが、他方が電圧維持範囲外となった場合を示す。なお、図１４における条件３は、最大値Ｐｍａｘ、最小値Ｐｍｉｎにおける到達電圧の双方が不感帯外であるが、電圧維持範囲内である場合である。

先行制御を実行すべき優先順位は、例えば、Ｖｍｉｎの逸脱解消を優先する場合、条件１では、（IV）＞（III）＞（II）＞（Ｉ）、条件２では（VI）＞（Ｖ）＞（VIII）＞（VII）となる。

以上のように、決定部３８Ｅが電圧調整を行う決定をした場合、制御量演算部３９が制御量を演算し、実行部４０が所定のタイミングで制御の実行指令を出力する。制御量演算部３９は、上記の処理で採用した調整量を制御量とするか、上記の逸脱を解消する調整量を求めて制御量とする。これにより、送受信部３５から実行指令が送信され、電圧・無効電力制御装置が動作して、電圧が制御される。

（制御タイミング）
本実施形態の場合の制御タイミングを、図１５、図１６を参照して説明する。なお、図１５、図１６では、上記の先行制御判定部３８による演算を予測演算Ｓ、制御量演算部３９による演算を制御演算Ｔ、実行部４０による実行を制御実行Ｕとして表示している。まず、通常の制御であれば、図１５に示すように、計測データに基づいて、時刻ｔに時刻ｔの制御演算Ｔを実行し、時刻ｔ＋１に制御実行Ｕを行う。

一方、本実施形態では、実行部４０は、推定電圧が対象とする時刻に制御を実行する。つまり、時刻ｔに、時刻ｔ＋１の時刻の予測演算Ｓを行い、制御演算Ｔを実行し、時刻ｔ＋１に制御実行Ｕを行う。つまり、現在の計測器１１〜１６からの計測データを取り込んで、需要家２０〜３１の到達電圧を推定し、到達電圧が許容範囲内となるように、次の制御タイミングで電圧制御を行う。例えば、制御周期が１分であれば、演算を行った１分後に制御を行う。このため、１分前の情報で制御することになる。いわばフィードバック的な制御となる。

［効果］
以上のような本実施形態は、電力系統における需要家２０〜３１を含む支店系エリア８〜１０の電力の変動範囲を予測する予測部３８Ａと、変動範囲の最大値Ｐｍａｘ及び最小値Ｐｍｉｎにおける需要家２０〜３１の到達電圧を、推定電圧として求める推定部３８Ｂと、推定電圧を所定の範囲内とする調整量を算出する調整量算出部３８Ｃと、推定電圧又は推定電圧に調整量を適用した電圧が、所定の範囲を逸脱しているか否かの逸脱状況を判定する逸脱判定部３８Ｄと、逸脱状況に応じて、調整量の適用の有無も含めて、先行して電圧制御を行うか否かを決定する決定部３８Ｅとを有する。

このため、本実施形態は、予測される電圧の変動範囲を考慮して、所定の範囲からの逸脱状況を判定し、先行的に電圧制御を行うことにより、逆方向制御や許容電圧の逸脱を減少させることができる。

つまり、予測に基づいて、先行的に許容範囲に抑える電圧制御を行うことで、電圧制御の逆方向制御を防ぎ、許容値外れ回数の減少、電圧・無効電力制御装置の動作回数の減少が可能となる。

また、本実施形態は、電圧調整が不要な範囲、つまり不感帯から逸脱しているか否かの逸脱状況を判定する第１の判定部３８Ｄａと、推定電圧又は推定電圧に調整量を適用した電圧が、電圧維持範囲から逸脱しているか否かの逸脱状況を判定する第２の判定部３８Ｄｂとを有する。

このため、制御が不要な場合を複数の基準で判定し、調整により許容範囲となるかどうかも加味して、判定に優先順位をつけて先行制御の可否を決定することができるので、電圧・無効電力制御装置の動作回数を必要な場合に絞り込むことができる。特に、最大値Ｐｍａｘによる電圧、最小値Ｐｍｉｎによる電圧のそれぞれが不感帯内か否か、電圧維持範囲内か否かに応じて、細かく場合分けを行うため、より正確な判断が可能となる。

また、本実施形態は、推定電圧が対象とする時刻に制御を実行する実行部を有する。このため、推定電圧の対象となる時刻と制御実行のタイミングが一致しているので、元となる予測が正しければ、最適な制御が実行できる。

［第２の実施形態］
本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様である。但し、本実施形態は、第１の実施形態と制御実行のタイミングが異なっている。つまり、本実施形態は、実行部４０が、推定電圧が対象とする時刻以前に制御を実行する。つまり、図１７に示すように、予測演算Ｓをして制御量演算Ｔを行うタイミングで、制御実行Ｕを行うように、記憶部３６に制御タイミングが設定されている。

先行制御では、現在時刻ｔに、次の制御タイミングｔ＋１における出力を予測して、先行的に制御を行う。例えば、制御タイミングが１分毎である場合には、１分後の出力を予測する。但し、実際に制御を行うタイミングは、以下の２通りが考えられる。

(1) ｔ＋１のタイミングで制御
(2) ｔのタイミングで制御（現在時刻における電圧制御の可否決定）

(1)は、上記の第１の実施形態の図１６で示したように、時刻ｔにおいて時刻ｔ＋１の出力を予測し、時刻ｔ＋１のタイミングにて制御を行う。これは、例えば、制御演算から１分後の電圧制御の可否を決定していることになる。

(2)は、本実施形態の態様であり、時刻ｔにおいて時刻ｔ＋１の出力を予測し、時刻ｔのタイミングにて制御を行う。これは、例えば、現在時刻における電圧制御の可否を決定していることになる。なお、ここでは、制御演算の周期と、実行の周期を同じとしている。

つまり、(1)は予測された時点と制御のタイミングが合っているが、(2)は予測した時点よりも前に制御を行っており、(2)は(1)よりも更に先行した制御といえる。仮に予測演算が大きく外れるような場合には、(1)(2)とも電圧維持範囲を満足できないことになる。しかし、(1)の場合、予測が合っていれば電圧維持範囲を満足できる。

一方、(2)では、予測が合っていても、予測された時点よりも前に電圧調整をするため、現在時刻における電圧維持範囲を満足できない可能性もある。但し、時刻ｔにおいて先行制御を行った場合の電圧状態に問題が無ければ、時刻ｔ近傍での電圧維持範囲を逸脱する懸念は無くなる。特に、電圧の変化に連続して上昇又は連続して下降する傾向がある場合に、より早期に変化を収束させることができる。

［第３の実施形態］
本実施形態は、基本的には、上記の第１の実施形態と同様である。但し、本実施形態は、先行制御判定部３８、制御量演算部３９が、実行部４０が制御を実行する前に、先行して電圧制御を行うか否かを決定する補正演算を行う。

つまり、上記の(1)の制御では、時刻ｔ＋１のタイミングで制御を行うが、予測計算が大きく外れるような場合は、電圧制御を実施せずに保留とする方が良い可能性もある。そこで、例えば、図１８に示すように、制御演算Ｔの時刻ｔと制御実行Ｕの時刻ｔ＋１の中間のタイミングである時刻ｔ＋０．５で、補正演算Ｖを行うことが考えられる。

本実施形態では、さらに、図１９に示すように、予測演算Ｓ、制御演算Ｔを行う時刻ｔと、制御実行Ｕの時刻ｔ＋１の中間のタイミングである時刻ｔ＋０．５で、補正演算Ｖを行う。この補正演算Ｖにより、時刻ｔ＋１になる前の時点で得られる計測データに基づいて、再度、先行電圧制御の実行可否を判定することができる。

例えば、１分毎が制御タイミングである場合に、制御タイミングの３０秒前に補正演算を行い、その結果が実行すべき場合には、実行部４０が先行電圧制御を実行し、実行すべきでない場合には、実行しない。これにより、制御タイミングの時刻ｔ＋１での電圧逸脱の可能性を減らすことができる。

［他の実施形態］
本実施形態は、上記の態様には限定されない。
（１）逸脱判定部３８Ｄは、所定の範囲からの逸脱を判定できればよい。このため、必ずしも第１の判定部３８Ｄａ、第２の判定部３８Ｄｂを設ける必要はない。つまり、電圧制御を行うか否かの基準として、少なくとも１種類の範囲が設定されていれば、単純な演算で、逆方向の制御や許容電圧の逸脱を減少させる効果が得られる。この範囲としては、電圧調整が不要な範囲であっても、電圧維持範囲であっても、両者の間の範囲であってもよい。電圧調整が不要な範囲に近いほど、電圧の変動を抑える効果は高いが、制御の回数は多くなる。電圧維持範囲に近いほど、電圧の変動を抑える効果は低いが、制御の回数は少なくなる。

（２）先行制御装置３４は、ＣＰＵを含むコンピュータを所定のプログラムで制御することによって実現できる。この場合のプログラムは、コンピュータのハードウェアを物理的に活用することで、上記のような処理を実現するものである。このため、上記の処理を実行する方法、プログラム及びプログラムを記録した記録媒体も、実施形態の一態様である。また、ハードウェアで処理する範囲、プログラムを含むソフトウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない。たとえば、上記の各部のいずれかを、それぞれの処理を実現する回路として構成することも可能である。

さらに、先行制御判定部３８は、先行制御装置３４を構成するコンピュータの一部として構成できる。例えば、先行制御判定部３８をモジュール化して、先行制御装置３４に組み込むことができる。さらに、先行制御判定部３８による先行制御判定処理を実行するコンピュータを、先行制御判定装置として捉えることもできる。

（３）以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 電源
２ 基幹系統母線
３ 支店系変圧器
４ 支店系統母線
５〜７ 送電線
８〜１０ 支店系エリア
１１〜１６ 計測器
１７〜１９ 配電系統母線
２０〜３１ 需要家
３２ 通信線
３３ 通信用集約装置
３４ 先行制御装置
３４Ａ 入力部
３４Ｂ 表示部
３５ 送受信部
３６ 記憶部
３７ データ取込部
３８ 先行制御判定部
３８Ａ 予測部
３８Ｂ 推定部
３８Ｃ 調整量算出部
３８Ｄ 逸脱判定部
３８Ｄａ 第１の判定部
３８Ｄｂ 第２の判定部
３８Ｅ 決定部
３９ 制御量演算部
４０ 実行部
ＮＷ ネットワーク
Ｓ 予測演算
Ｔ 制御演算
Ｕ 制御実行
Ｖ 補正演算

Claims (6)

1. 電力系統における需要家を含む所定のエリアの電力の変動範囲を予測する予測部と、
   前記変動範囲の最大値及び最小値における需要家の到達電圧を、推定電圧として求める推定部と、
   前記推定電圧を所定の範囲内とする調整量を算出する調整量算出部と、
   前記推定電圧が所定の範囲を逸脱しているか否かの逸脱状況を判定し、前記推定電圧が所定の範囲を逸脱していると判定した場合、前記推定電圧に前記調整量を適用した電圧が所定の範囲を逸脱しているか否かの逸脱状況を判定する逸脱判定部と、
   前記逸脱状況に応じて、前記調整量の適用の有無も含めて、先行して電圧制御を行うか否かを決定する決定部と、
   を有することを特徴とする先行制御判定装置。
2. 前記逸脱判定部は、
   前記推定電圧が、所定の電圧調整が不要な範囲から逸脱しているか否かの逸脱状況を判定する第１の判定部と、
   前記推定電圧が所定の電圧維持範囲から逸脱しているか否かの逸脱状況を判定し、前記推定電圧が所定の電圧維持範囲から逸脱していると判定した場合、前記推定電圧に前記調整量を適用した電圧が所定の電圧維持範囲から逸脱しているか否かの逸脱状況を判定する第２の判定部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の先行制御判定装置。
3. 請求項１又は請求項２記載の先行制御判定装置と、
   前記推定電圧が対象とする時刻に制御を実行する実行部と、
   を有することを特徴とする先行制御装置。
4. 前記先行制御判定装置は、前記実行部が制御を実行する前に、先行して電圧制御を行うか否かを決定する補正演算を行うことを特徴とする請求項３記載の先行制御装置。
5. 請求項１又は請求項２記載の先行制御判定装置と、
   前記推定電圧が対象とする時刻以前に制御を実行する実行部と、
   を有することを特徴とする先行制御装置。
6. コンピュータに、
   電力系統における需要家を含む所定のエリアの電力の変動範囲を予測する予測処理と、
   前記変動範囲の最大値及び最小値における需要家の到達電圧を、推定電圧として求める推定処理と、
   前記推定電圧を所定の範囲内とする調整量を算出する調整量算出処理と、
   前記推定電圧が所定の範囲を逸脱しているか否かの逸脱状況を判定し、前記推定電圧が所定の範囲を逸脱していると判定した場合、前記推定電圧に前記調整量を適用した電圧が所定の範囲を逸脱しているか否かの逸脱状況を判定する逸脱判定処理と、
   前記逸脱状況に応じて、前記調整量の適用の有無も含めて、先行して電圧制御を行うか否かを決定する決定処理と、
   を実行させることを特徴とする先行制御判定プログラム。