JP7019335B2 - 電圧制御装置、電圧制御方法及び電圧制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電圧制御装置、電圧制御方法及び電圧制御プログラムに関する。

太陽光発電（ＰＶ：Photovoltaics）などの再生可能エネルギーに対しては、再生可能エネルギー電源を用いて発電された電気を、国が定める固定価格で一定の期間電気事業者に調達を義務付ける固定価格買取制度が導入された。この固定価格買取制度の導入などにより、太陽光発電の導入が様々な環境において進んできた。このような太陽光発電の普及拡大により、近年太陽光発電が電力系統に与えるＰＶ連系量が急激に増加している。再生可能エネルギー電源が大量に導入された場合、電力系統の保護や保安、電力品質の低下といった、電力系統への影響が懸念されている。特に、配電系統では、再生可能エネルギー電源からの逆潮流による配電線電圧の上昇が大きな問題となっている。

この逆潮流による配電線電圧の上昇への対策として、各需要家の太陽光発電に接続された住宅用ＰＣＳ（Power Conditioning System）の力率一定制御の導入が検討されている。ＰＣＳの力率一定制御とは、ＰＣＳの出力力率を進相無効電力が含む一定値に制御する手法である。ＰＣＳの力率一定制御を行った場合、無効電力の注入により配電線電圧上昇が抑制される。

電力供給の安定性に関する技術として、分散電源が連系されるノードの電圧値が目標値を上回る場合に、変電所の電圧値、ノードの電圧値及びスマートメータによる配電線へ送出される電力量の計測値を基に制御量を計算して無効電力の制御を行う従来技術がある。また、太陽光発電からの有効電力が設定値以下である場合、パワーコンディショナの運転力率を１００％に維持し、それ以外の場合にはパワーコンディショナの運転力率が設定力率になるように無効電力指令を生成する従来技術がある。さらに、複数のパワーコンディショナの出力電圧の最小値が閾値以上の場合に電圧上昇抑制制御を行う従来技術がある。

特開２０１３－１８３６２２号公報 特開２０１５－１３２９８８号公報 特開２０１５－２１１４８０号公報

しかしながら、固定価格買取期間満了の需要家の発生、太陽光発電電力の買取価格の低下、政府のＺＥＨ（Net Zero Energy House）の推進などを踏まえると、太陽光発電電力の住宅内消費への移行が予測される。この状況下で無効電力を含む力率一定制御が導入された場合、系統へ進相無効電力の過大な注入が行われ、配電線電圧が著しく低下するおそれがある。そのため、従来の力率一定制御を用いた場合、逆潮流時の配電線電圧上昇の抑制と太陽光発電電力の自家消費時の電圧低下の抑制とを両立させる配電系統の電圧値の効果的な調整は困難である。

また、Ｓ変電所の電圧値、ノードの電圧値及びスマートメータによる配電線へ送出される電力量の計測値を基に制御量を計算して無効電力の制御を行う従来技術を用いた場合、外部との通信を行わなければならず処理が煩雑となる。そのため、この従来技術を用いても配電系統の電圧値の効果的な調整を行うことは困難である。また、太陽光発電からの有効電力に応じてパワーコンディショナの運転力率を調整する無効電力を決定する従来技術では、運転力率を所定値に収めることはできるが、逆潮流時の配電線電圧上昇の抑制と太陽光発電電力の自家消費時の電圧低下の抑制とを両立させることは困難である。さらに、複数のパワーコンディショナの出力電圧を基に電圧上昇抑制を行う従来技術では、逆潮流時の配電線電圧上昇の抑制と太陽光発電電力の自家消費時の電圧低下の抑制との両立については考慮されておらず、配電系統の電圧値の効果的な調整は困難である。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、逆潮流時の配電線電圧上昇の抑制と太陽光発電電力の自家消費時の電圧低下の抑制とを両立させる配電系統の電圧値の効果的な調整を行う電圧制御装置、電圧制御方法及び電圧制御プログラムを提供することを目的とする。

本願の開示する電圧制御装置、電圧制御方法及び電圧制御プログラムの一つの態様において、電力出力部は、電系統に電力を出力する。検出部は、配電系統と需要家との間の潮流の方向を検出する。無効電力制御部は、前記検出部により前記潮流の方向が前記需要家から前記配電系統に向けた方向と検出された場合、１から運転力率の２乗を減算した値の平方根を運転力率で除算したものに有効電力の出力量を乗算した値を出力量とする無効電力を前記電力出力部に出力させ、前記検出部により前記潮流の方向が前記配電系統から前記需要家に向けた方向と検出された場合、前記電力出力部からの無効電力の出力を停止させる。

１つの側面では、本発明は、逆潮流時の配電線電圧上昇の抑制と太陽光発電電力の自家消費時の電圧低下の抑制とを両立させる配電系統の電圧値の効果的な調整を行うことができる。

図１は、実施例１に係る配電系統の概略構成図である。 図２は、スマートメータから需要家への情報提供ルートを表す図である。 図３は、配電系統及び需要家における各種電力情報を説明するための図である。 図４は、実施例に係るＰＣＳのブロック図である。 図５は、ＰＣＳのハードウェアの一例を表す概略図である。 図６は、実施例に係るＰＣＳによる電力出力処理のフローチャートである。 図７は、系統全体有効電力負荷及びＰＶ出力波形の一例を表す図である。 図８は、力率一定制御による電圧逸脱量の低減量の変化を表す図である。 図９は、各種制御時の電圧変動波形を表す図である。 図１０は、各種制御時の電圧逸脱量の合計の比較を表す図である。

以下に、本願の開示する電圧制御装置、電圧制御方法及び電圧制御プログラムの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例により本願の開示する電圧制御装置、電圧制御方法及び電圧制御プログラムが限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る配電系統の概略構成図である。図１に示すように本実施例に係る配電系統２は、幹線から分岐して需要家１が複数接続される複数の分岐経路を有する。需要家１が複数接続された分岐経路は、ノードと呼ばれる場合がある。例えば、需要家１は、１つのノードに２０軒含まれる。また、例えば、配電系統２は、６．６ｋＶ配電線により形成され、幹線亘長は、４．０４ｋｍである。

配電用変電所３は、配電系統２に接続される。配電用変電所３は、発電所から送出された電力を所定の電圧に調整して配電系統２へ送電する。

需要家１は、ＰＣＳ１０、スマートメータ１１、需要家負荷１２及び太陽光発電装置１３を有する。図１では太陽光発電装置１３を有する需要家１を例に記載したが、配電系統２に接続する需要家１の中には、太陽光発電装置１３を有さない需要家１が存在してもよい。

太陽光発電装置１３は、太陽光を用いて発電を行う。そして、太陽光発電装置１３は、生成した電力をＰＣＳ１０へ供給する。

需要家負荷１２は、配電系統２から供給された電力及びＰＣＳ１０から供給された電力を消費する負荷である。需要家負荷１２は、需要家１が住宅需要家である場合、例えば、冷蔵庫、テレビ及び洗濯機などの家電製品を含む。

スマートメータ１１は、配電系統２とＰＣＳ１０及び需要家負荷１２との間の電力情報を計測する。スマートメータ１１が収集する電力情報には、例えば、電力使用量、逆潮流量が含まれる。また、スマートメータ１１は、料金情報なども取得する。さらに、スマートメータ１１は、電気及びガスなどの検針及び料金徴収に用いる通信機能、遠隔開閉機能を有する。このスマートメータ１１が、「情報収集部」の一例にあたる。

図２は、スマートメータから需要家への情報提供ルートを表す図である。図２では、需要家１へ送られたスマートメータ１１からの情報は、ＰＣＳ１０が受信するように記載したが、この情報は他の機器で使用することもできる。スマートメータ１１が取り扱う情報を需要家１が取得するルートとしては、Ａルート、Ｂルート及びＣルートと呼ばれる３つのルートが存在する。

Ａルートは、需要家１に配電系統２を用いて電力を供給する事業を行う送配電事業者４がスマートメータ１１から取得した情報を需要家１に送信する情報提供ルート２１であり、送配電事業者４の通信ネットワークやＷｅｂを経由するルートである。Ｂルートは、スマートメータ１１が取り扱う情報を需要家１がスマートメータ１１から直接取得する情報提供ルート２２である。Ｃルートは、小売電力事業者５などの第３者を経由する情報提供ルート２３である。

Ａルート及びＣルートは、電力使用量を基に料金精算などに活用される。ＰＣＳ１０は、Ａルート及びＣルートを用いて配電線電圧管理を行うことも可能である。しかし、Ａルート及びＣルートにおいて扱われるデータが、例えば３０分おきの電力量であることや分解能が通常１００Ｗｈであるため、太陽光発電装置１３の出力変動が急峻な場合、ＰＣＳ１０は、適切な電圧制御を行うことが困難になるおそれがある。一方、Ｂルートであれば、計測情報を直ぐに受信することができ、太陽光発電装置１３の出力変動が急峻な場合であっても、ＰＣＳ１０は、適切な電圧制御を行うことができる。また、Ｂルートで取得する情報は、需要家１の個人情報であるが、需要家１による系統貢献としての活用であれば需要家１の個人的な使用に留まるため利用可能である。

ここで、図３を参照して、各電力情報についてまとめて説明する。図３は、配電系統及び需要家における各種電力情報を説明するための図である。

すなわち、ＰＣＳ１０から出力される有効電力が、ＰＣＳ有効電力出力（Ｐ_ＰＣＳ）である。また、ＰＣＳ１０から出力される無効電力が、ＰＣＳ無効電力出力（Ｑ_ＰＣＳ）である。さらに、需要家負荷１２へ流れ込む有効電力が、有効電力負荷（Ｐｌｏａｄ）である。また、需要家負荷１２へ流れ込む無効電力が、無効電力負荷（Ｑｌｏａｄ）である。さらに、受電点１５と配電系統２との間を流れる有効電力が受電点有効電力潮流（Ｐｆｌｏｗ）である。また、受電点１５と配電系統２との間を流れる無効電力が受電点無効電力潮流（Ｑｆｌｏｗ）である。ここで、有効電力負荷（Ｐｌｏａｄ）、無効電力負荷（Ｑｌｏａｄ）、受電点有効電力潮流（Ｐｆｌｏｗ）及び受電点無効電力潮流（Ｑｆｌｏｗ）は、配電系統２から需要家１へ電流が供給される方向を正とする。また、ＰＣＳ有効電力出力（Ｐ_ＰＣＳ）及びＰＣＳ無効電力出力（Ｑ_ＰＣＳ）は、ＰＣＳ１０から配電系統２へ電力が出力される方向を正とする。以下では、各電力情報を上述したそれぞれの電力情報に続く括弧内の記号で表す場合がある。

ここで、ＰＣＳ１０は、ＰＶ発電電力からＰＣＳ有効電力出力を変化させることなく出力する。そのため、ＰＶ発電電力はＰＣＳ有効電力出力と一致し、Ｐ_ＰＶ＝Ｐ_ＰＣＳとなる。そこで、スマートメータ１１は、ＰＶ発電電力をＰＣＳ有効電力出力とする。

スマートメータ１１は、有効電力負荷からＰＣＳ有効電力出力を減算し、受電点有効電力潮流を求める。すなわち、スマートメータ１１は、Ｐｆｌｏｗ＝Ｐｌｏａｄ－Ｐ_ＰＣＳとする。受電点有効電力潮流が正又は０（Ｐｆｌｏｗ≧０）の場合、スマートメータ１１は、需要家１の受電点１５における受電点有効電力潮流が順潮流であることを検出する。逆に、受電点有効電力潮流が負（Ｐｆｌｏｗ＜０）の場合、スマートメータ１１は、需要家１の受電点１５における受電点有効電力潮流が逆潮流であることを検出する。

スマートメータ１１は、受電点有効電力潮流が正又は０（Ｐｆｌｏｗ≧０）の場合、受電点有効電力潮流が順潮流であることを情報取得部１０１へ通知する。また、受電点有効電力潮流が負（Ｐｆｌｏｗ＜０）の場合、スマートメータ１１は、受電点有効電力潮流が逆潮流であることを情報取得部１０１へ通知する。このスマートメータ１１が、「検出部」の一例にあたる。

ＰＣＳ１０は、直流の電力の供給を太陽光発電装置１３から受ける。そして、ＰＣＳ１０は、直流の電力の昇圧及び交流の電力への変換などを実施する。その後、ＰＣＳ１０は、交流の電力を配電系統２へ出力する。以下に、本実施例に係るＰＣＳ１０について詳細に説明する。このＰＣＳ１０及びスマートメータ１１が、「電圧制御装置」の一例にあたる。

図４は、実施例に係るＰＣＳのブロック図である。ＰＣＳ１０は、図４に示すように、情報取得部１０１、無効電力制御部１０２及び電力出力部１０３を有する。図４における太線は送電経路を示し、細線はデータを流す信号経路を示す。

情報取得部１０１は、受電点有効電力潮流の方向を含む電力情報をスマートメータ１１から取得する。ここで、情報取得部１０１は、スマートメータ１１が取り扱う電力情報をＢルートを経由して取得する。このため、情報取得部１０１は、スマートメータ１１により計測された電力情報を計測時点から直ぐに取得することができる。情報取得部１０１は、受電点有効電力潮流の方向を無効電力制御部１０２へ出力する。

無効電力制御部１０２は、力率一定制御を行う場合のＰＣＳ１０の運転力率の設定値を予め記憶している。以下では、力率一定制御を行う場合のＰＣＳ１０の運転力率の設定値を運転力率ｃｏｓφ_ＰＣＳと表す。ここで、有効電力を横軸で表し無効電力を縦軸で表した座標において、原点から動作点Ｘを通過する直線の傾きの角度をφ_ＰＣＳとすることで運転力率がｃｏｓφ_ＰＣＳと表される。例えば、無効電力制御部１０２は、運転力率の設定値を０．９５として記憶する。さらに、無効電力制御部１０２は、次の数式（１）を予め記憶する。

無効電力制御部１０２は、情報取得部１０１から入力された受電点有効電力潮流の方向を取得する。さらに、無効電力制御部１０２は、太陽光発電電力を測定し、太陽光発電電力を取得する。図３における太陽光発電装置１３と電力出力部１０３とを結ぶ送電経路から延びる信号経路が、無効電力制御部１０２が、太陽光発電電力を取得する経路をあらわす。無効電力制御部１０２は、取得した太陽光発電電力をＰＣＳ有効電力出力とする。そして、無効電力制御部１０２は、受電点有効電力潮流の方向に応じて、数式（１）を用いてＰＣＳ無効電力出力を算出する。

具体的には、受電点有効電力潮流が順潮流の場合、無効電力制御部１０２は、Ｑ_ＰＣＳ＝０とする。すなわち、無効電力制御部１０２は、ＰＣＳ無効電力出力の停止を決定する。また、受電点有効電力潮流が逆潮流の場合、無効電力制御部１０２は、１から運転力率ｃｏｓφ_ＰＣＳの２乗を減算した値の平方根を運転力率ｃｏｓφ_ＰＣＳで除算したものにＰＣＳ有効電力出力を乗算した値をＰＣＳ無効電力出力とする。これにより、無効電力制御部１０２は、運転力率が予め決められた設定値となるように調整する。

その後、無効電力制御部１０２は、決定したＰＣＳ無効電力出力の値を電力出力部１０３に通知する。

電力出力部１０３は、ＰＣＳ無効電力出力の値の通知を無効電力制御部１０２から受ける。そして、電力出力部１０３は、太陽光発電装置１３から供給された電力をＰＣＳ有効電力出力として、無効電力制御部１０２から通知された値のＰＣＳ無効電力出力とともに配電系統２へ出力する。

ここで、図５を参照して、ＰＣＳ１０のハードウェア構成について説明する。図５は、ＰＣＳのハードウェアの一例を表す概略図である。

図５に示すように、ＰＣＳ１０は、昇圧チョッパ１１１、インバータ１１２、連系回路１１３及び制御回路１１４を有する。昇圧チョッパ１１１は、太陽光発電装置１３から入力されたＰＶ発電電力の電圧を昇圧した直流の電気をインバータ１１２へ出力する。

連系回路１１３は、保護機能などを有する配電系統２と接続するために必要な回路であり、例えば、連系リアクトルなどを有する。

インバータ１１２は、昇圧チョッパ１１１から出力された直流の電気の入力を受ける。そして、インバータ１１２は、自己が有するスイッチを切り替えて、直流の電気を交流の電気に変換する。具体的には、インバータ１１２は、制御回路１１４からの制御を受けてスイッチの切り替えタイミングを調整することで所望の有効電力及び無効電力を有する交流の電気を生成する。そして、インバータ１１２は、生成した交流の電気を連系回路１１３を介して配電系統２へ出力する。

昇圧チョッパ１１１、インバータ１１２及び連系回路１１３が、図４に例示した電力出力部１０３の機能を実現する。

制御回路１１４は、演算を行う論理回路である。制御回路１１４は、スマートメータ１１から電力情報を取得する。そして、制御回路１１４は、電力情報を基に所望の運転力率となるようにインバータ１１２のスイッチの切り替えの制御を行う。制御回路１１４が、図４に例示した情報取得部１０１及び無効電力制御部１０２の機能を実現する。

次に、図６を参照して、本実施例に係るＰＣＳ１０による電力出力処理の流れについて説明する。図６は、実施例に係るＰＣＳによる電力出力処理のフローチャートである。

スマートメータ１１は、各種電力を計測し電力情報を取得する（ステップＳ１）。

次に、スマートメータ１１は、有効電力負荷からＰＣＳ有効電力出力を減算し、受電点有効電力潮流を求める（ステップＳ２）。

そして、スマートメータ１１は、求めた受電点有効電力潮流から受電点潮流が順潮流であるか逆潮流であるかを検出する。そして、スマートメータ１１は、受電点潮流の方向を無効電力制御部１０２へ通知する。無効電力制御部１０２は、受電点有効電力潮流の方向の通知をスマートメータ１１から受ける。そして、無効電力制御部１０２は、受電点有効電力潮流が逆潮流であるか否か、すなわちＰｆｌｏｗ＜０か否かを判定する（ステップＳ３）。

受電点有効電力潮流が逆潮流である場合、すなわちＰｆｌｏｗ＜０の場合（ステップＳ３：肯定）、無効電力制御部１０２は、数式（１）の下段の式を用いてＰＣＳ無効電力出力を算出する（ステップＳ４）。そして、無効電力制御部１０２は、算出したＰＣＳ無効電力出力の値を電力出力部１０３へ通知する。

電力出力部１０３は、ＰＣＳ無効電力出力の値の通知を無効電力制御部１０２から受ける。そして、電力出力部１０３は、無効電力制御部１０２が算出した無効電力を含む電力を出力する（ステップＳ５）。すなわち、ＰＣＳ１０は、力率一定制御を行い、所望の運転力率となるようにＰＶ発電電力を出力する。

これに対して、受電点有効電力潮流が順潮流である場合、すなわちＰｆｌｏｗ≧０の場合（ステップＳ３：否定）、無効電力制御部１０２は、ＰＣＳ無効電力出力を０にすることを電力出力部１０３へ通知する。電力出力部１０３は、無効電力制御部１０２からの通知を受けて、無効電力を出力せずに電力を送出する（ステップＳ６）。すなわち、ＰＣＳ１０は、力率一定制御を行わずにＰＶ発電電力を出力する。

次に、本実施例に係るＰＳＣを用いた場合の電圧上昇及び電圧低下の抑制の効果についてまとめて説明する。例えば、配電系統２の全体有効電力負荷及び太陽光発電装置１３の出力は図７のように表される。図７は、系統全体有効電力負荷及びＰＶ出力波形の一例を表す図である。図７は、縦軸で配電系統２の合計有効電力負荷及びＰＶ出力を表し、横軸で時刻を表す。グラフ２０１が太陽光発電装置１３によるＰＶ出力の波形を表す。また、グラフ２０２が、配電系統２の全体有効電力負荷を表す。図７は、需要家１の太陽光発電装置１３の導入率が１００％であり、ＰＶ自家消費率が０％の場合である。

まず、力率一定制御を行った場合と行わない場合とを比較する。図７で表される状態を基準として、太陽光発電装置１３の導入率及びＰＶ発電自家消費率を変化させて力率一定制御を行った場合と力率一定制御を行わない場合とを比較すると、図８に示すように電圧逸脱量の低減量が変化する。図８は、力率一定制御による電圧逸脱量の低減量の変化を表す図である。この場合、運転力率の設定値が０．９５である。図８の縦軸が力率１から０．９５一定制御変更による電圧逸脱量の低減量を表し、横軸がＰＶ自家消費率を表す。

図８におけるグラフ２１１は、導入率が４０％の場合を表す。また、グラフ２１２は、導入率が６０％の場合を表す。また、グラフ２１３は、導入率が８０％の場合を表す。また、グラフ２１４は、導入率が１００％の場合を表す。

ＰＶ自家消費率が少ない場合、矢印Ｐ１で表すように太陽光発電装置１３の導入率が大きくなるほどグラフの傾きが上がっていく。すなわち、ＰＶ自家消費率が少なければ力率一定制御による電圧抑制の効果が発生し、さらに太陽光発電装置１３の導入率が大きいほど電圧抑制の効果が大きくなることが分かる。

一方、ＰＶ自家消費率が大きい場合、矢印Ｐ２で表すように太陽光発電装置１３の導入率が大きくなるほどグラフの傾きがマイナス方向に増えていく。すなわち、ＰＶ自家消費率が大きければ力率一定制御による電圧抑制の効果は期待できず、むしろ、電圧の逸脱が大きくなることが分かる。さらに、ＰＶ自家消費率が大きい場合、太陽光発電装置１３の導入率が大きいほど電圧の逸脱が大きくなることが分かる。

このように、電圧一定制御を常に行った場合、ＰＶ自家消費率及び太陽光発電装置１３の導入率により、電圧の逸脱を大きくするおそれがある。

そこで、実施例１に係るＰＣＳ１０を用いて電圧上昇制御を行った場合と、力率一定制御を行わない場合及び力率一定制御を常に行った場合とで比較をしてみる。

各制御を行った場合の配電線電圧は図９のように表される。図９は、各種制御時の電圧変動波形を表す図である。図９は、縦軸で配電線電圧を表し、横軸で時刻を表す。さらに、図９における範囲Ｒは、配電系統２の電圧の適正範囲を表す。

図９のグラフ２２１は、ＰＶ自家消費率が０％で且つ力率一定制御を行わない場合の最高ノード電圧の変化を表す。グラフ２２２は、ＰＶ自家消費率が０％で且つ本実施例に係るＰＣＳ１０を用いて電圧上昇制御を行った場合の最高ノード電圧の変化を表す。

この場合、力率一定制御を行わなければ、グラフ２２１で表されるように配電線電圧は、範囲Ｒの上限を大きく超えてしまう。これに対して、本実施例に係るＰＣＳ１０を用いて電圧上昇制御を行った場合、グラフ２２２で表されるように配電線電圧はほぼ適正範囲内に収まる。すなわち、本実施例に係るＰＣＳ１０を用いることで、ＰＶ自家消費率が少なく力率一定制御を行わない状態では大きな逸脱が発生する電圧上昇を適切に抑えることができる。

また、図９のグラフ２２３は、ＰＶ自家消費率が１００％で且つ力率一定制御を常に行う場合の最高ノード電圧の変化を表す。グラフ２２４は、ＰＶ自家消費率が１００％で且つ本実施例に係るＰＣＳ１０を用いて電圧上昇制御を行った場合の最高ノード電圧の変化を表す。

この場合、力率一定制御を行うと、グラフ２２３で表されるように配電線電圧は、適正範囲Ｒの下限を大きく超えてしまう。これに対して、本実施例に係るＰＣＳ１０を用いて電圧上昇制御を行った場合、グラフ２２４で表されるように配電線電圧はほぼ適正範囲内に収まる。すなわち、本実施例に係るＰＣＳ１０を用いることで、ＰＶ自家消費率が多く力率一定制御を行うと電圧の逸脱が大きくなってしまう場合にも電圧の逸脱を適切に抑えることができる。

さらに、ＰＶ自家消費率が０％の場合と、ＰＶ自家消費率が１００％の場合の力率一定制御を行わない場合、力率一定制御を常に行った場合及び本実施例に係るＰＣＳ１０を用いて電圧制御を行った場合の電圧逸脱の一定期間における総和を比較する。図１０は、各種制御時の電圧逸脱量の合計の比較を表す図である。図１０は、縦軸で電圧逸脱量を表す。

図１０のグラフ２３１は、ＰＶ自家消費率が０％の時の力率一定制御を行わない場合の電圧逸脱量の総和である。グラフ２３２は、ＰＶ自家消費率が０％の時の力率一定制御を常に行った場合の電圧逸脱量の総和である。グラフ２３３は、ＰＶ自家消費率が０％の時の本実施例に係るＰＣＳ１０を用いて電圧制御を行った場合の電圧逸脱量の総和である。

グラフ２３３に示すように、本実施例に係るＰＣＳ１０を用いて電圧制御を行った場合、力率一定制御を行わない場合に比べて力率一定制御を常に行った場合と水準の電圧逸脱量の抑制を実現することができる。

また、図１０のグラフ２４１は、ＰＶ自家消費率が１００％の時の力率一定制御を行わない場合の電圧逸脱量の総和である。グラフ２４２は、ＰＶ自家消費率が１００％の時の力率一定制御を常に行った場合の電圧逸脱量の総和である。グラフ２４３は、ＰＶ自家消費率が１００％の時の本実施例に係るＰＣＳ１０を用いて電圧制御を行った場合の電圧逸脱量の総和である。

グラフ２４３に示すように、本実施例に係るＰＣＳ１０を用いて電圧制御を行った場合、力率一定制御を常に行う場合に発生するグラフ２４２で示されるＰＣＳ無効電力出力過剰による電圧低下を回避することができる。

以上に説明したように、本実施例に係るＰＣＳは、受電点における潮流の方向に応じて力率一定制御の運用を切り替える。これにより、逆潮流時の配電線電圧上昇の抑制と太陽光発電電力の自家消費時の電圧低下の抑制とを両立させて、配電系統の電圧値の効果的な調整を行うことができる。

さらに、本実施例に係るＰＳＣは、Ｂルートを用いてスマートメータから情報を取得する。そのため、ＰＳＣは、スマートメータが計測した情報をリアルタイムで取得することができ、太陽光発電装置の出力変動が急峻な場合にも確実に追従することができ、適切な電圧制御を行うことができる。

次に実施例２について説明する。本実施例に係るＰＳＣは、逆潮流時に需要家の受電点からの逆潮流量に基づいて無効電力を含む力率一定制御をおこなうことが実施例１と異なる。本実施例に係るＰＳＣも、図４のブロック図で表される。以下の説明では、各部における動作のうち実施例１の動作と同じ動作については説明を省略する。

本実施例に係る無効電力制御部１０２は、次の数式（２）を予め記憶する。

無効電力制御部１０２は、受電点有効電力潮流の方向の通知をスマートメータ１１から受ける。そして、無効電力制御部１０２は、受電点有効電力潮流の方向に応じて、数式（２）を用いてＰＣＳ無効電力出力を算出する。

具体的には、受電点有効電力潮流が順潮流の場合、無効電力制御部１０２は、Ｑ_ＰＣＳ＝０とする。すなわち、無効電力制御部１０２は、ＰＣＳ無効電力出力の停止を決定する。また、受電点有効電力潮流が逆潮流の場合、無効電力制御部１０２は、１から運転力率ｃｏｓφ_ＰＣＳの２乗を減算した値の平方根を運転力率ｃｏｓφ_ＰＣＳで除算したものに受電点有効電力潮流を乗算した値をＰＣＳ無効電力出力とする。これにより、無効電力制御部１０２は、運転力率が予め決められた設定値となるように調整する。

その後、無効電力制御部１０２は、決定したＰＣＳ無効電力出力の値を電力出力部１０３に通知する。

ここで、本実施例に係るＰＣＳ１０は、実施例１と同様、ＰＶ自家消費時に受電点有効電力潮流が順潮流であれば無効電力は注入されないため、配電線電圧低下を抑制可能である。ただし、ＰＶ余剰電力の逆潮流が顕著な場合、実施例１に係る電圧制御と比較して注入される無効電力量が少なくなる。そのため、本実施例に係るＰＣＳ１０による電圧上昇の抑制効果は、実施例１と比較して小さくなる。

以上に説明したように、受電点有効電力潮流を用いて無効電力を算出して電圧制御を行うことも可能である。この場合も、逆潮流時の配電線電圧上昇の抑制と太陽光発電電力の自家消費時の電圧低下の抑制とを両立させて、配電系統の電圧値の効果的な調整を行うことができる。

１ 需要家
２ 配電系統
３ 配電用変電所
１０ ＰＣＳ
１１ スマートメータ
１２ 需要家負荷
１３ 太陽光発電装置
１０１ 情報取得部
１０２ 無効電力制御部
１０３ 電力出力部

Claims (9)

1. 配電系統に電力を出力する電力出力部と、
   配電系統と需要家との間の潮流の方向を検出する検出部と、
   前記検出部により前記潮流の方向が前記需要家から前記配電系統に向けた方向と検出された場合、１から運転力率の２乗を減算した値の平方根を運転力率で除算したものに有効電力の出力量を乗算した値を出力量とする無効電力を前記電力出力部に出力させ、前記検出部により前記潮流の方向が前記配電系統から前記需要家に向けた方向と検出された場合、前記電力出力部からの無効電力の出力を停止させる無効電力制御部と
   を備えたことを特徴とする電圧制御装置。
2. 前記無効電力制御部は、前記検出部により前記潮流の方向が前記需要家から前記配電系統に向けた方向と検出された場合の前記電力出力部が出力する有効電力の出力量を求め、求めた前記出力量に対して予め決められた設定力率が維持されるように無効電力を出力することを特徴とする請求項１に記載の電圧制御装置。
3. 配電系統に電力を出力する電力出力部と、
   配電系統と需要家との間の潮流の方向を検出する検出部と、
   前記検出部により前記潮流の方向が前記需要家から前記配電系統に向けた方向と検出された場合、１から運転力率の２乗を減算した値の平方根を運転力率で除算したものに受電点有効電力潮流を乗算した値を出力量とする無効電力を前記電力出力部に出力させ、前記検出部により前記潮流の方向が前記配電系統から前記需要家に向けた方向と検出された場合、前記電力出力部からの無効電力の出力を停止させる無効電力制御部と
   を備えたことを特徴とする電圧制御装置。
4. 前記無効電力制御部は、前記検出部により前記潮流の方向が前記需要家から前記配電系統に向けた方向と検出された場合の前記潮流における有効電力の受電点潮流量を求め、求めた前記受電点潮流量に対して予め決められた設定力率が維持されるように無効電力を出力することを特徴とする請求項３に記載の電圧制御装置。
5. 前記検出部は、前記需要家に配置され前記配電系統と前記需要家との間の電力情報を収集し、収集した情報を基に前記配電系統と前記需要家との間の潮流の方向を検出することを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の電圧制御装置。
6. 配電系統と需要家との間の潮流の方向を検出し、
   前記潮流の方向が前記需要家から前記配電系統に向けた方向の場合、１から運転力率の２乗を減算した値の平方根を運転力率で除算したものに有効電力の出力量を乗算した値を出力量とする無効電力を前記配電系統へ出力し、
   前記潮流の方向が前記配電系統から前記需要家に向けた方向の場合、前記配電系統への無効電力の出力を停止する
   ことを特徴とする電圧制御方法。
7. 配電系統と需要家との間の潮流の方向を検出し、
   前記潮流の方向が前記需要家から前記配電系統に向けた方向の場合、１から運転力率の２乗を減算した値の平方根を運転力率で除算したものに受電点有効電力潮流を乗算した値を出力量とする無効電力を前記配電系統へ出力し、
   前記潮流の方向が前記配電系統から前記需要家に向けた方向の場合、前記配電系統への無効電力の出力を停止する
   ことを特徴とする電圧制御方法。
8. 配電系統と需要家との間の潮流の方向を検出し、
   前記潮流の方向が前記需要家から前記配電系統に向けた方向の場合、１から運転力率の２乗を減算した値の平方根を運転力率で除算したものに有効電力の出力量を乗算した値を出力量とする無効電力を前記配電系統へ出力し、
   前記潮流の方向が前記配電系統から前記需要家に向けた方向の場合、前記配電系統への無効電力の出力を停止する
   処理をコンピュータに実行させることを特徴とする電圧制御プログラム。
9. 配電系統と需要家との間の潮流の方向を検出し、
   前記潮流の方向が前記需要家から前記配電系統に向けた方向の場合、１から運転力率の２乗を減算した値の平方根を運転力率で除算したものに受電点有効電力潮流を乗算した値を出力量とする無効電力を前記配電系統へ出力し、
   前記潮流の方向が前記配電系統から前記需要家に向けた方向の場合、前記配電系統への無効電力の出力を停止する
   処理をコンピュータに実行させることを特徴とする電圧制御プログラム。

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