JP6627560B2 - 自律分散型電圧制御方式および同方式における隣接機器の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、系統電圧を制御する電圧調整機器を配電系統に複数分散配置し、各電圧調整機器は互いに計測値を送受信して自律的に電圧制御を行う自律分散型電圧制御方式および同方式における隣接機器の検出方法に関する。

近年、配電系統への分散電源の大量導入に伴い、より高度な電圧制御が求められるようになった。この電圧制御の高度化の要求に対して、配電系統に複数の電圧調整機器を分散配置し、各電圧調整機器は自らの動作パラメータ(以下、「制御値」という)によって系統電圧の制御を行う自律分散型電圧制御システムが提案されている。（例えば、特許文献１を参照。）

図１１を用いて自律分散型電圧制御方式の概略動作を説明する。図１１の系統では電圧調整機器としてＴＶＲ（Thyristor Voltage Regulator：サイリスタ式自動電圧調整機器）が１台とＳＶＣ（Static Var Compensator：静止形無効電力補償装置）が２台設置されている。また、この系統には、開閉器が２台設置されている。ＴＶＲ２ａ、ＳＶＣ１（２ｂ）、ＳＶＣ２（２ｃ）は互いに通信ネットワーク５で接続されている。なおＴＶＲとＳＶＣはデータを送受信する通信機能や制御値を演算する制御機能を含んだものである。符号４ａ，４ｂは電源系統である。

ＴＶＲ２ａに着目し、開閉器１（３ａ）側を潮流の上流側（電源側）、開閉器２（３ｂ）側を下流側（負荷側）として説明する。ＴＶＲ２ａの電源側には電圧調整機器ＳＶＣ１（２ｂ）、負荷側には開閉器２（３ｂ）を介して電圧調整機器ＳＶＣ２（２ｃ）が設置されている。平常時に開閉器２（３ｂ）は「閉」状態であるとすると、電圧制御の高度化のためにＴＶＲ２ａは自身の計測値のみならず、隣接する電圧調整機器であるＳＶＣ１（２ｂ），ＳＶＣ２（２ｃ）の計測値も考慮して制御値を決定するのが望ましい。

このためＳＶＣ１（２ｂ）とＳＶＣ２（２ｃ）は定周期（例えば１分程度）で夫々の計測値を送信し、ＴＶＲ２ａは、通信ネットワーク５を介してこの計測値を受信すると、受信した計測値と自身の計測値をもとに制御値を算定する。またＴＶＲ２ａも同時に計測値を送信し、その計測値は他の電圧制御機器ＳＶＣ１（２ｂ），ＳＶＣ２（２ｃ）の制御値の算定に使用される。制御値の算定のアルゴリズムについては例えば非特許文献１等に開示されているので詳細は省略する。

特開２０１５−８４６４５号公報

餘利野直人, 藤村勉, 上名克尚, 杉原弘章, 杉山勝範, 中西要祐，「変圧器タップ群の自律分散制御に関する検討」，電気学会論文誌Ｂ（電力・エネルギー部門誌）Vol. 118 (1998) No. 6 P.658-665

しかしながら、系統事故等により開閉器２（３ｂ）が「開」状態になると、ＳＶＣ２（２ｃ）はＴＶＲ２ａの隣接機器ではなくなる。この場合、ＴＶＲ２ａにおいてＳＶＣ２（２ｃ）の計測値を用いて制御値を算定すると、制御値が適切な値にならず自律分散制御が行えなくなる。したがって各電圧調製機器において系統構成が変化したときに如何に隣接機器を検出するかという問題がある。しかしながら、上記の先行技術文献には、この問題への対策は述べられていない。

本発明は上述のかかる事情に鑑みてさられたものであり、開閉器の動作によって系統構成が変化したときに各電圧調整機器が自身に隣接する電圧調整機器を検出でき、適切な制御値の算定を可能にする自律分散型電圧制御方式および同方式における隣接機器の検出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、本発明の自律分散型電圧制御方式は、配電系統に分散配置され、配電系統の電圧を制御する複数の電圧調整機器と、配電系統の構成を切替えるための開閉器と、前記開閉器の開閉状態と潮流方向情報を取得する配電自動化システムとを備え、前記配電自動化システムは、前記開閉器の開閉状態の変化を検知したときに当該開閉状態に基づいて、前記電圧調整機器ごとに隣接する電圧調整機器を判定可能な隣接機器情報を生成し、通信ネットワークを介して当該隣接機器情報を各電圧調整機器へ送信し、
夫々の前記電圧調整機器は、前記配電自動化システムから送られてくる前記隣接機器情報を用いて、隣接する電圧調整機器と互いに計測値を受け渡すことにより協調して電圧を制御することを特徴とする。

ここで電圧調整機器は、ＴＶＲやＳＶＣなど系統電圧を調整する機能を有する機器を意味する。したがって、ＴＶＲやＳＶＣに限らす、例えばＬＲＴ（Load Ratio control Transformer：負荷時タップ切替装置）なども含む趣旨である。

本発明では、配電自動化システムにより、開閉器の開閉状態と潮流方向情報から電圧調整機器ごとに隣接する電圧調整機器を判定し、隣接機器情報を電圧調整機器へ送信する。これにより各電圧調整機器は隣接機器を知ることができ、その隣接機器の計測データを受信することにより系統の変化に追従した高精度の電圧制御が可能になる。

本発明は、系統事故等により系統構成が変化するとき、あるいは新たに電圧調整機器が配電系統に設置されるとき等は開閉器の開閉状態が変化するので、系統全体の開閉器の開閉状態を収集する役割を担う配電自動化システムがこの変化を検出したときに、そのタイミングで隣接機器情報を生成して全電圧調整機器あるいは隣接機器情報が変更になった電圧調整機器へ送信するようにしたものである。

好ましくは、電圧調整機器ごとに、該電圧調整機器に隣接する電圧調整機器のみを前記隣接機器情報として送信するようにするとよい。これにより、各電圧調整機器は系統構成にどのように電圧調整機器が接続されているか等のデータを保有する必要なく、隣接機器の計測値も用いた自律分散電圧制御が可能になる。

勿論、配電自動化システムは、隣接機器情報として配電系統における前記電圧調整機器の設置位置および前記開閉器の開閉状態を送信し、各電圧調整機器側でその隣接機器情報から自身の電圧調整機器に隣接する電圧調整機器を判定することも可能である。しかし、本発明の方式を用いれば電圧調整機器の負担を軽減することができる。

また、本発明に係る自律分散型電圧制御方式の電圧調整機器は、自身の計測値あるいは隣接機器の計測値が予め定められた閾値以上に変動したときは、前記配電自動化システムに対して前記隣接機器情報の送信を要求することを特徴とする。

本発明では、系統構成の変化を電圧調整機器側で検知した場合に配電自動化システムへ通知する。これにより、配電自動化システムは受信確認を不要とするブロードキャスト送信によって全ての電圧調整機器に対して一斉に隣接機器情報の送信が可能となり、またこの送信方法を採用してもシステムの信頼性を維持することができる。

勿論、配電自動化システムは、隣接機器情報の送信時に電圧調整機器との間で送達確認を行うようにすることもできる。この場合は、開閉器の開閉状態の変化により隣接する電圧調整機器が変更になった電圧調整機器に対してのみ隣接機器情報を送信することにより、通信トラフィックを軽減することが可能になる。

また、本発明に係る自律分散型電圧制御方式における隣接機器の検出方法は、配電系統に分散配置され、通信ネットワークを介してデータの送受信を行う複数の電圧調整機器を備え、各電圧調整機器は、動作パラメータを演算するための計測値を入力して、該計測値を隣接する電圧調整機器（以下、「隣接機器」という。）との間で前記通信ネットワークを介して送受信し、入力した計測値と受信した隣接機器の計測値とを用いて動作パラメータを演算し、該動作パラメータに基づいて配電系統の電圧を調整する自律分散型電圧制御方式において、
開閉器の開閉状態と潮流方向情報を取得する配電自動化システムと各電圧調整機器とを通信ネットワークを介して通信接続し、
前記配電自動化システムは、前記開閉器の開閉状態が変化したときに当該開閉状態と潮流方向情報に基づいて前記電圧調整機器ごとに隣接機器を判定可能な隣接機器情報を生成し、当該隣接機器情報を前記電圧調整機器へ送信し、
前記電圧調整機器は、前記配電自動化システムから送られてくる前記隣接機器情報に基づいて、隣接機器と互いに計測値を受け渡すことにより協調して電圧を調整することを特徴とする。

本発明によれば、自律分散型電圧制御方式において開閉器の動作によって系統構成が変化した後でも、各電圧調整機器が自身に隣接する機器を検出でき、適切な制御値を決定することができる。

本発明の実施の形態による自律分散型電圧制御方式の機器構成図である。 図１の配電自動化システム６の機能ブロック図である。 図１の自律分散型電圧制御方式の動作原理の説明図である。 図１の自律分散型電圧制御方式における開閉器の動作前の系統構成の説明図である。 図１の自律分散型電圧制御方式における開閉器の動作後の系統構成の説明図である。 図１の自律分散型電圧制御方式において開閉器が動作した際のシステムの動作説明図である。 図１の自律分散型電圧制御方式において開閉器が動作した際の機器間のデータのやり取りを示すシーケンス図である。 図１の配電自動化システム６の隣接機器決定部６２における隣接機器情報生成の手順を示すフローチャートである。 図１のＴＶＲ２ａへ送られる隣接機器情報の一例を示す図である。 図１のＳＶＣ１の制御値演算処理の説明図であり、図１０（ａ）は開閉器動作前のＳＶＣ１の制御値演算処理の説明図、図１０（ｂ）は開閉器動作後のＳＶＣ１の制御値演算処理の説明図である。 従来の自律分散型電圧制御方式の概略動作の説明図である。

以下、本発明に係る自律分散型電圧制御方式の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（機器構成）
本実施の形態による自律分散型電圧制御方式１の機器構成を図１に示す。この図において、自律分散型電圧制御方式１は、通信機能や制御値演算機能を有し配電系統の電圧を調整する複数の電圧調整機器２（２ａ〜２ｃ）を通信ネットワーク５を介して接続することにより構成される。配電系統には、このほか系統構成の切替えを行う開閉器１（３ａ），開閉器２（３ｂ）、これら開閉器の開閉状態や潮流方向など配電系統を監視する配電自動化システム６が設置されている。本実施の形態の配電自動化システム６は、通信ネットワーク５を経由して全ての電圧調整機器２（２ａ〜２ｃ）と通信可能になっている。

図２に配電自動化システム６の構成を示す。配電自動化システム６は、通信処理を実行する通信部６１と、配電系統構成情報を格納する記憶部６３と、開閉器の開閉状態と潮流方向情報をもとに電圧調整機器ごとに隣接機器を判定する隣接機器決定部６２からなる。隣接機器決定部６２は記憶部６３の配電系統構成情報と開閉器の開閉状態をもとにトポロジ検索を行い、各電圧調整機器の隣接機器を判定する。トポロジ検索の手法については特開平０８−２４１３２９号公報等に記載されているので説明を省略する。

各電圧調整機器間、および電圧調整機器−配電自動化システム間の通信プロトコルにはIEC61850を使用することができるが、このプロトコルに限定されるものではない。

（自律分散制御の動作原理）
次に本実施の形態における自律分散制御の動作原理について図３を用いて説明する。
自律分散型電圧制御方式１を構成する各電圧調整機器２（２ａ〜２ｃ）は通信ネットワーク５を介して自身の計測値を定周期でブロードキャスト送信する。そして、各電圧調整機器２（２ａ〜２ｃ）はそれぞれから見た電源側の電圧調整機器と負荷側の隣接する電圧調整機器からの計測値のみを受信する。詳細は後述するが、隣接する電圧調整機器は、配電自動化システムから６送られている隣接機器情報に基づいて判定する。

たとえば、開閉器１（３ａ）が「閉」状態、開閉器２（３ｂ）が「開」状態の配電系統において電圧調整機器であるＴＶＲ２ａに着目すると、ＴＶＲ２ａの隣接機器情報は電源側電圧調整機器として、ＳＶＣ１（２ｂ）、負荷側電圧調整機器はなし、となっている。このためＴＶＲ２ａは、自機器での計測値を通信ネットワーク５へ送出すると共に、隣接機器としてＳＶＣ１（２ｂ）の計測値を受信する。他の電圧調整機器についても同様に、自機器の計測値をブロードキャスト送信すると共に、隣接機器情報として登録されている電圧調整機器の計測値を受信する。

そして、受信した電源側電圧調整機器、負荷側電圧調整機器の計測値を参照して定周期で自身の制御値を決定する。ここで、計測値の送受信にはIEC61850のSampled Valueを使用することができる。

（開閉器の動作による系統構成の変化）
次に開閉器の動作による系統構成の変化のしかたを図４、図５を用いて説明する。
図４は開閉器の動作前の系統構成を示す。図４において、開閉器１（３ａ）は「閉」状態、開閉器２（３ｂ）は「開」状態なので、ＴＶＲ２ａの電源側の電圧調整機器はＳＶＣ１、負荷側の電圧調整機器はなし、となっている。

ここで配電線の断線などの原因によって開閉器が動作して、系統構成が図５のように変化したとする。図５において、開閉器１（３ａ）は「開」状態、開閉器２（３ｂ）は「閉」状態なので、ＴＶＲ２ａの電源側の電圧調整機器はＳＶＣ２、負荷側の電圧調整機器はＳＶＣ１に変化する。ここで、電源側、負荷側は、自機器および受信した計測値をもとに演算した潮流により判定することができる。

このように、系統構成すなわち開閉器の開閉状態が変化すると、隣接機器も変わる可能性があるので、各電圧調整機器２（２ａ〜２ｃ）は開閉器の動作後に自身の隣接機器の情報を更新する必要がある。

（系統構成変化時のシステムの動作）
次に系統構成変化時のシステムの動作、特に隣接機器情報の生成更新処理を中心に図面を参照しながら説明する。開閉器が動作した際のシステムの動作を図６、メッセージのやり取りのシーケンスを図７に示す。

開閉器動作に伴い、配電自動化システム６によって各開閉器３ａ，３ｂの開閉状態と潮流方向情報が取得される（Ｓ１）。配電自動化システムで６は、取得した開閉器情報と潮流方向情報と予め保持している配電系統構成情報（配電系統を構成する機器の接続情報）をもとにして電圧調整機器ごとの隣接機器情報を生成する（Ｓ２）。

配電自動化システム６の隣接機器決定部６２における隣接機器情報生成の手順を図８に示す。図８において、隣接機器決定部６２は、開閉器から開閉器情報すなわち開閉器が開状態なのか閉状態なのかを示す情報を受信すると、まず取得した開閉器情報と配電系統構成情報をもとにトポロジ検索を実行する（Ｓ１０１）。そして、検索結果と潮流方向情報をもとに各電圧調整機器の隣接機器情報を生成して（Ｓ１０２）、通信部６１へ各電圧調整機器への隣接機器情報の送信を要求する（Ｓ１０３）。なお、この隣接機器情報生成の方法は一例であり、この方法によってこの発明が限定されるものではない。

図９にＴＶＲ２ａへ送られる隣接機器情報の一例を示す。なお、この例では、電源側、負荷側別に電圧調整機器を示しているが、電源側か負荷側かの判定を電圧調整機器で行う場合は、単に隣接機器として電圧調整機器を示すのみでもよい。
以上のようにして、電圧調整機器ごとに隣接機器情報が生成される。

配電自動化システム６は隣接機器情報を生成すると、各電圧調整機器へそれぞれの隣接機器情報を送信する（Ｓ３）。隣接機器情報の送信にはIEC61850のGOOSE通信を使用することができる。なお、図７の例では、配電自動化システム６から電圧調整機器ごとにその隣接機器情報を送信しているが、送信対象になっている全ての電圧調整機器の隣接機器情報を纏めてブロードキャスト送信するようにしても良い。

隣接機器情報を受信した各電圧調整機器は図１０に示す手順で隣接機器情報を更新し、受信する計測値の切替えを行う（Ｓ４）。

図１０において、図１０（ａ）は開閉器動作前のＳＶＣ１（２ｂ）の処理内容を示し、図１０（ｂ）は開閉器動作後のＳＶＣ１（２ｂ）の処理内容を示している。なお、開閉器動作前は、開閉器１（３ａ）は「閉」状態、開閉器２（３ｂ）は「開」状態であり、開閉器動作後は、開閉器１（３ａ）は「開」状態、開閉器２（３ｂ）は「閉」状態である。

図１０（ａ）に示すように、各電圧調整機器は、電源側電圧調整処理および負荷側電圧調整処理を実行するようになっている。これらの処理および自機器での計測値をもとに制御値が算定される。

開閉器動作前にはＳＶＣ１（２ｂ）は、隣接機器情報をもとに負荷側電圧調整機器にＴＶＲ２ａが存在し、電源側には電圧調整機器は存在しないことを検知することができる。これにより、ＳＶＣ１（２ｂ）はＴＶＲ２ａの計測値を受信すると、負荷側電圧調整処理を実行して制御値が求められる。

一方、開閉器動作後にはＳＶＣ１（２ｂ）は、隣接機器情報をもとに電源側電圧調整機器にＴＶＲ２ａが存在し、負荷側には電圧調整機器は存在しないことを検知することができる。これにより、図１０（ｂ）に示すようにＳＶＣ１（２ｂ）はＴＶＲ２ａの計測値を受信すると、電源側電圧調整処理を実行して制御値が求められる。

以上、本実施の形態によれば、開閉器の動作状態と潮流方向情報を把握する配電自動化システムが開閉器の動作の都度、隣接機器情報を更新し、隣接機器情報に変化のあった電圧調整機器へ送信するので、各電圧調整機器は系統構成が変化した後でも、配電自動化システムから送られてくる隣接機器情報によって自身に隣接する機器を検出でき、当該隣接機器からの計測値を用いて適切な制御値を決定することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実現することができる。たとえば、電圧調整機器は、自機器計測値あるいは受信した隣接機器からの計測値が予め定めた閾値以上に変動したときは、配電自動化システムに対して隣接機器情報の送信を要求し、配電自動化システムはこの要求に応じて隣接機器情報を生成して送信するようにしてもよい。

１ 自律分散型電圧制御方式
２（２ａ〜２ｂ） 電圧調整機器
３（３ａ，３ｂ） 開閉器
４（４ａ，４ｂ） 電源系統
５ 通信ネットワーク
６ 配電自動化システム

Claims (5)

1. 配電系統に分散配置され、配電系統の電圧を制御する複数の電圧調整機器と、配電系統の構成を切替えるための開閉器と、前記開閉器の開閉状態を取得する配電自動化システムとを備え、
   前記配電自動化システムは、前記開閉器の開閉状態の変化を検知したときに当該開閉状態と潮流方向情報に基づいて、前記電圧調整機器ごとに隣接する電圧調整機器を判定可能な隣接機器情報を生成し、通信ネットワークを介して当該隣接機器情報を各電圧調整機器へ送信し、
   夫々の前記電圧調整機器は、前記配電自動化システムから送られてくる前記隣接機器情報を用いて、隣接する電圧調整機器と互いに計測値を受け渡すことにより協調して電圧を制御することを特徴とする自律分散型電圧制御方式。
2. 前記配電自動化システムは、電圧調整機器ごとに、該電圧調整機器に隣接する電圧調整機器のみを前記隣接機器情報として送信することを特徴とする請求項１に記載の自律分散型電圧制御方式。
3. 前記配電自動化システムは、開閉器の開閉状態の変化により隣接する電圧調整機器が変更になった電圧調整機器に対してのみ前記隣接機器情報を送信することを特徴とする請求項１または２に記載の自律分散型電圧制御方式。
4. 前記電圧調整機器は、前記計測値が予め定めた閾値以上に変動したときは、前記配電自動化システムに対して前記隣接機器情報の送信を要求することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の自律分散型電圧制御方式。
5. 配電系統に分散配置され、通信ネットワークを介してデータの送受信を行う複数の電圧調整機器を備え、各電圧調整機器は、動作パラメータを演算するための計測値を入力して、該計測値を隣接する電圧調整機器（以下、「隣接機器」という。）との間で前記通信ネットワークを介して送受信し、入力した計測値と受信した隣接機器の計測値とを用いて動作パラメータを演算し、該動作パラメータに基づいて配電系統の電圧を調整する自律分散型電圧制御方式において、
   開閉器の開閉状態と潮流方向情報を取得する配電自動化システムと各電圧調整機器とを通信ネットワークを介して通信接続し、
   前記配電自動化システムは、前記開閉器の開閉状態が変化したときに当該開閉状態に基づいて前記電圧調整機器ごとに隣接機器を判定可能な隣接機器情報を生成し、当該隣接機器情報を前記電圧調整機器へ送信し、
   前記電圧調整機器は、前記配電自動化システムから送られてくる前記隣接機器情報に基づいて、隣接機器と互いに計測値を受け渡すことにより協調して電圧を調整することを特徴とする自律分散型電圧制御方式における隣接機器の検出方法。