JP7086820B2 - 無効電力制御装置及び無効電力制御方法 - Google Patents

無効電力制御装置及び無効電力制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、無効電力制御装置及び無効電力制御方法に関する。
近年、環境に対する意識の高まりから、再生可能エネルギー発電設備が、急速に増設されている。そして、発電された電力の全体に占める再生可能エネルギー発電の電力の割合は、年々増加している。一方、再生可能エネルギー発電は、例えば、太陽光発電では夜間や悪天候に左右され、また、風力発電では有効風速に左右され、電力の供給が不安定になる。このため、現状では、再生可能エネルギー発電設備が発電する電力が、火力発電や原子力発電といったベースロードである発電設備が発電する電力に、完全に取って代わることは困難である。
したがって、電力系統に供給される電力は、再生可能エネルギー発電設備により発電された電力と火力発電設備や原子力発電設備により発電された電力とが混在する。
また、再生可能エネルギー発電設備により発電された電力の割合が増加する傾向にあり、更に、再生可能エネルギー発電設備により発電された電力と火力発電設備や原子力発電設備により発電された電力とが一つの電力系統に混在することにより、その電力系統に接続される各負荷端（消費地）においては、電力の電圧や周波数が予測不可能な挙動を示し、各負荷端（消費地）における電力の電圧や周波数を最適に制御することが困難になりつつある。
本技術分野の背景技術として、特開２０１６－２０８６５４号公報（特許文献１）がある。この公報には、電力系統の電圧、無効電力を調整可能な個別装置に対して送信データを与える電力系統電圧無効電力監視制御装置であって、電力系統電圧無効電力監視制御装置は、電力系統の安定性を示す１つ以上の指標を用いて１つ以上の目標値制約を求め、目標値制約から目標値についての情報を得、目標値についての情報を含む送信データを個別装置に与え、個別装置により当該設置個所における電圧、無効電力を調整することを特徴とすることが記載されている（要約参照）。
特開２０１６－２０８６５４号公報
特許文献１には、電力系統の電圧と無効電力とのバランスを維持する電力系統電圧無効電力監視制御装置が記載されている。しかし、特許文献１に記載される電力系統電圧無効電力監視制御装置は、再生可能エネルギー発電設備から供給される電力の不安定さを考慮して、電力系統に接続される同期調相機が調整する無効電力や電力系統に供給される電力の無効電力を制御して、各負荷端（消費地）における電力の無効電力を最適に制御することについては記載されていない。
そこで、本発明は、再生可能エネルギー発電設備から供給される電力の不安定さを考慮して、電力系統に接続される同期調相機が調整する無効電力や電力系統に供給される電力の無効電力を制御して、各負荷端（消費地）における電力の無効電力を最適に安定化制御する無効電力制御装置及び無効電力制御方法を提供する。
本発明に記載する無効電力制御装置は、発電機が発電し、電力系統に供給される電力の電圧を自動調整する自動電圧調整装置が調整する無効電力と、電力系統に接続される同期調相機が調整する無効電力と、再生可能エネルギー発電設備が発電する電力の無効電力と、電力を消費する各負荷端（消費地）にて設定される無効電力との、これら無効電力の情報を入力する入力部と、入力部に入力されたこれら無効電力の情報を使用して、同期調相機及び自動電圧調整装置が調整するための無効電力の設定値を演算する演算部と、演算部にて演算された無効電力の設定値を、それぞれ同期調相機及び自動電圧調整装置に出力する出力部と、を有することを特徴とする。
また、本発明に記載する無効電力制御方法は、発電機が発電し、電力系統に供給される電力の電圧を自動調整する自動電圧調整装置が調整する無効電力と、電力系統に接続される同期調相機が調整する無効電力と、再生可能エネルギー発電設備が発電する電力の無効電力と、電力を消費する各負荷端（消費地）にて設定される無効電力との、これら無効電力の情報を入力する工程と、入力されたこれら無効電力の情報を使用して、同期調相機及び自動電圧調整装置が調整するための無効電力の設定値を演算する工程と、演算された無効電力の設定値を、それぞれ同期調相機及び自動電圧調整装置に出力する工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、再生可能エネルギー発電設備から供給される電力の不安定さを考慮して、電力系統に接続される同期調相機が調整する無効電力や電力系統に供給される電力の無効電力を制御して、各負荷端（消費地）における電力の無効電力を最適に安定化制御する無効電力制御装置及び無効電力制御方法を提供することができる。
なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
本実施例における電力系統に接続する各発電設備を説明する説明図である。 本実施例における無効電力を制御するための機能を説明する説明図である。 本実施例における無効電力を制御するためのフローを説明する説明図である。 本実施例における無効電力の偏差設定値の微調整を説明する説明図である。
以下、図面を使用して、実施例を説明する。なお、同一の構成には、同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。
図１は、本実施例における電力系統に接続する各発電設備を説明する説明図である。
電力系統１には、発電機（ＧＥＮ１、ＧＥＮ２、ＧＥＮ３）が発電する電力が供給される。これら発電機（ＧＥＮ１、ＧＥＮ２、ＧＥＮ３）は、各地域（各地区）に建設される発電設備（所）に設置される。例えば、火力発電設備や原子力発電設備に設置される発電機である。また、これら発電機（ＧＥＮ１、ＧＥＮ２、ＧＥＮ３）は、一地域（一地区）に建設される発電設備（所）に設置される。例えば、一つの発電設備に多数（多軸）に設置される発電機である。
また、電力系統１には、再生可能エネルギー発電設備１０が発電する電力が供給される。再生可能エネルギー発電設備１０は、例えば、太陽光発電設備や風力発電設備である。
このように、本実施例では、電力系統１には各発電設備が接続され、再生可能エネルギー発電設備１０により発電された電力と火力発電設備や原子力発電設備に設置される発電機（ＧＥＮ１、ＧＥＮ２、ＧＥＮ３）により発電された電力とが混在することになる。
さらに、電力系統１には、電力系統から供給される電力を消費する各負荷端（以下、「消費地」として説明する）２が接続される。
したがって、再生可能エネルギー発電設備１０により発電された電力と火力発電設備や原子力発電設備に設置される発電機（ＧＥＮ１、ＧＥＮ２、ＧＥＮ３）により発電された電力とが混在する電力系統１から供給される電力は、特に、再生可能エネルギー発電設備１０により発電された電力の不安定さに起因して、消費地２から要求される要求無効電力値を適正に設定できない可能性がある。
発電機（ＧＥＮ１、ＧＥＮ２、ＧＥＮ３）には、それぞれ自動電圧調整装置（ＡＶＲ：automatic voltage regulator。以下「ＡＶＲ」として説明する）（ＡＶＲ１１、ＡＶＲ１２、ＡＶＲ１３）が設置される。
本実施例に記載するＡＶＲ１１（ここでは代表してＡＶＲ１１について説明するが、ＡＶＲ１２及びＡＶＲ１３も同様である）は、発電機ＧＥＮ１（ここではＡＶＲ１１に対応するＧＥＮ１を使用して説明するが、ＡＶＲ１２に対応するＧＥＮ２及びＡＶＲ１３に対応するＧＥＮ３も同様である）により発電された電力の電圧が、所定の値になるように自動的に調整するものである。つまり、ＡＶＲ１１は、電力系統１に供給される電力の電圧を自動調整するものである。ＡＶＲ１２及びＡＶＲ１３も同様である。なお、本実施例では、発電機が３台およびＡＶＲが３台の場合を記載したが、これに限定されるものではない。
そして、ＡＶＲ１１は、情報通信技術（ＩＣＴ：information and communication technology。以下「ＩＣＴ」として説明する）機能及び自動無効電力調整装置（ＡＱＲ：automatic Q regulator）の機能（以下、この機能を「Ｖａｒ調整機能」として説明する）を有する。ここでＶａｒ調整機能は、発電機ＧＥＮ１により発電された電力の無効電力を、所定の値になるように自動的に調整する機能である。なお、ＡＶＲ１２及びＡＶＲ１３も同様である。
また、電力系統１には、同期調相機３が接続される。ここで同期調相機３は、無負荷の状態にて電力系統１に接続され、本実施例では電力系統１の無効電力を調整するものとして説明する。
本実施例に記載する無効電力制御装置４は、消費地２、同期調相機３、ＡＶＲ１１、ＡＶＲ１２、ＡＶＲ１３、再生可能エネルギー発電設備１０、中央給電指令所（以下「中給」として説明する）５、と接続され、これらと無効電力の情報を送受信（入出力）する。
なお、ここで、中給５は、消費地２における電力の使用量や各発電機（ＧＥＮ１、ＧＥＮ２、ＧＥＮ３）発電する発電量を、各ＡＶＲ（１１、１２、１３）を介して監視し、無効電力制御装置４との間で無効電力の情報を含む、各種情報（有効電力、周波数、電圧等）を共有する。
本実施例に記載する無効電力制御装置４は、自動解析および高速演算が可能なクラウドネットワーク（CLOUD NETWORK）を使用して説明しているが、これに限定されるものではなく、無効電力の情報を集約し、消費地２にて設定される無効電力の変動を自動的に調整できるものであればよい。
無効電力制御装置４は、ＡＶＲ１１から無効電力Ｑ(１)、ＡＶＲ１２から無効電力Ｑ(２)、ＡＶＲ１３から無効電力Ｑ(３)を、それぞれ入力する。これら無効電力Ｑ(１)、無効電力Ｑ(２)、無効電力Ｑ(３)は、それぞれ発電機ＧＥＮ１、発電機ＧＥＮ２、発電機ＧＥＮ３が発電する電力の無効電力である。
また、無効電力制御装置４は、再生可能エネルギー発電設備１０から、再生可能エネルギー発電設備１０が発電する電力の無効電力Ｑ(ｒ)を入力する。
また、無効電力制御装置４は、同期調相機３から、同期調相機３にて調整された無効電力Ｑ(ｓ)を入力する。
また、無効電力制御装置４は、消費地２から、消費地２にて設定される、つまり消費地２が要求する無効電力Ｑ(ｒｅｑ)(要求無効電力値)を入力する。
本実施例に記載する無効電力制御装置４は、例えば、無効電力Ｑ(ｒｅｑ)、無効電力Ｑ(１)、無効電力Ｑ(ｓ)、無効電力Ｑ(ｒ)を使用して、演算して、設定値としての無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(１)をＡＶＲ１１に出力する。同様に、無効電力Ｑ(２)等を使用して、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(２)をＡＶＲ１２に、無効電力Ｑ(３)等を使用して、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(３)をＡＶＲ１３に、出力する。
また、設定値としての無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ)を同期調相機３に出力する。
無効電力制御装置４は、入力されたこれら無効電力の情報を使用して、同期調相機３及びＡＶＲ１１が調整するための無効電力（無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(１)および無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ)）を演算して、演算された無効電力（無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(１)および無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ)）を、それぞれ同期調相機３及びＡＶＲ１１に出力する。そして、同期調相機３及びＡＶＲ１１は、入力された無効電力（無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(１)および無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ)）に基づいて、それぞれ同期調相機３及びＡＶＲ１１が出力する無効電力（無効電力Ｑ(１)および無効電力Ｑ(ｓ)）を制御する。なお、ＡＶＲ１２及びＡＶＲ１３も同様である。
更には、こうした設定値としての無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)を消費地２に報告（Report）する。
このように本実施例に記載する無効電力制御装置４は、再生可能エネルギー発電設備１０により発電された電力と火力発電設備や原子力発電設備に設置される発電機（ＧＥＮ１、ＧＥＮ２、ＧＥＮ３）により発電された電力とが混在する電力系統１であっても、例えば、無効電力Ｑ(１)（無効電力Ｑ(２)や無効電力Ｑ(３)も同様）、無効電力Ｑ(ｓ)、無効電力Ｑ(ｒ)を使用して、逐次的に、また、リアルタイムに、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)を演算することにより、消費地２から要求される無効電力Ｑ(ｒｅｑ)、つまり消費地２にて設定される要求無効電力値を適正に設定するように、無効電力（Ｑ(ｋ)およびＱ(ｓ)）を制御する。なお、ここでＱ(ｋ)は、Ｑ(１)、Ｑ(２)、Ｑ(３)の総称である。
図２は、本実施例における無効電力を制御するための機能を説明する説明図である。
本実施例に記載する無効電力制御装置４は、入力部としての入力部データベース４１、演算部４２、出力部としての出力部データベース４３を有する。なお、以後、データベースを「ＤＢ」と表記して説明する。
入力部ＤＢ４１は、消費地２から入力される無効電力Ｑ(ｒｅｑ)を保存する消費地入力ＤＢ２５と、同期調相機３から入力される無効電力Ｑ(ｓ)を保存する同期調相機入力ＤＢ３５と、ＡＶＲ１１から入力される無効電力Ｑ(１)を保存するＡＶＲ１１入力ＤＢ２１と、ＡＶＲ１２から入力される無効電力Ｑ(２)を保存するＡＶＲ１２入力ＤＢ２２と、ＡＶＲ１３から入力される無効電力Ｑ(３)を保存するＡＶＲ１３入力ＤＢ２３と、再生可能エネルギー発電設備１０から入力される無効電力Ｑ(ｒ)を保存する再生可能エネルギー発電設備入力ＤＢ１５と、を有する。
つまり、入力部ＤＢ４１は、これら無効電力Ｑ(ｒｅｑ)、無効電力Ｑ(ｓ)、無効電力Ｑ(１)、無効電力Ｑ(２)、無効電力Ｑ(３)、無効電力Ｑ(ｒ)を、無効電力の情報として入力する入力部である。
演算部４２は、例えば、保存された無効電力Ｑ(ｒｅｑ)、無効電力Ｑ(１)、無効電力Ｑ(ｓ)、無効電力Ｑ(ｒ)を使用して、設定値としての無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(１)を演算する。同様に、無効電力Ｑ(２)等を使用して、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(２)を、無効電力Ｑ(３)等を使用して、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(３)を演算する。また、同様に、設定値としての無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ)を演算する。
つまり、演算部４２は、入力された無効電力の情報を使用して、同期調相機３が調整する無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ)及びＡＶＲ（１１、１２、１３）が調整するための無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(１、２、３)を演算する。
そして、演算部４２は、消費地２にて設定される無効電力Ｑ(ｒｅｑ)から、例えばＡＶＲ（１１）が調整する無効電力Ｑ(１)（ＡＶＲ（１２）が調整する無効電力Ｑ(２)やＡＶＲ（１３）が調整する無効電力Ｑ(３)も同様）と、同期調相機３が調整する無効電力Ｑ(ｓ)と、再生可能エネルギー発電設備１０が発電する電力の無効電力Ｑ(ｒ)とが加算された無効電力を、減算し、偏差を演算する。
また、演算部４２は、この偏差と、事前に設定された所定の無効電力（後述するＱ(ｇａｐ)）とを、比較演算する。
また、演算部４２は、この偏差が事前に設定された所定の無効電力（後述するＱ(ｇａｐ)）以上の場合には、ループ継続時間が所定時間以上か否かを判定する。
また、演算部４２は、ループ継続時間が所定時間以上の場合には、ループ継続時間を短縮化するため、事前に設定された所定の無効電力（後述するＱ(ｇａｐ)）を微調整する。
出力部ＤＢ４３は、ＡＶＲ１１出力ＤＢ３１、ＡＶＲ１２出力ＤＢ３２、ＡＶＲ１３出力ＤＢ３３、消費地出力ＤＢ２６、同期調相機出力ＤＢ３６を有する。そして、演算された無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(１)をＡＶＲ１１出力ＤＢ３１に、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(２)をＡＶＲ１２出力ＤＢ３２に、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(３)をＡＶＲ１３出力ＤＢ３３に、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)を消費地出力ＤＢ２６に、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ)を同期調相機出力ＤＢ３６に、それぞれ保存すると共に、ＡＶＲ１１、ＡＶＲ１２、ＡＶＲ１３、同期調相機３に、演算結果を出力する。
そして、ＡＶＲ１１、ＡＶＲ１２、ＡＶＲ１３、同期調相機３は、出力された演算結果（無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(１)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(２)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(３)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ)）に基づいて、それぞれ同期調相機３、ＡＶＲ１１、ＡＶＲ１２、ＡＶＲ１３が出力する無効電力（無効電力Ｑ(１)、無効電力Ｑ(２)、無効電力Ｑ(３)、無効電力Ｑ(ｓ)）を制御する。
つまり、出力部ＤＢ４３は、演算部４２にて演算された無効電力（無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(１)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(２)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(３)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ)）を、それぞれＡＶＲ１１、ＡＶＲ１２、ＡＶＲ１３、同期調相機３に出力する出力部である。
また、設定値としての無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)を消費地２に報告（Report）する。
これにより、再生可能エネルギー発電設備１０により発電された電力と、火力発電設備や原子力発電設備に設置される発電機（ＧＥＮ１、ＧＥＮ２、ＧＥＮ３）により発電された電力とが、混在する電力系統１であっても、例えば、無効電力Ｑ(１)（無効電力Ｑ(２)や無効電力Ｑ(３)も同様）、無効電力Ｑ(ｓ)、無効電力Ｑ(ｒ)を使用して、逐次的に、また、リアルタイムに、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)を演算することにより、消費地２から要求される無効電力Ｑ(ｒｅｑ)、つまり消費地２にて設定される要求無効電力値を満たすように、無効電力Ｑ(ｒｅｑ)の安定化制御が実現可能となる。
そして、本実施例に記載する無効電力制御方法は、無効電力Ｑ(１)（無効電力Ｑ(２)、無効電力Ｑ(３)）、無効電力Ｑ(ｓ)、無効電力Ｑ(ｒ)、無効電力Ｑ(ｒｅｑ)を、無効電力の情報として入力する工程と、入力された無効電力の情報を使用して、同期調相機３及びＡＶＲ（１１、１２、１３）が調整するための無効電力（無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(１)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(２)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(３)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ)）を演算する工程と、演算された無効電力（無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(１)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(２)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(３)、無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ)）を、それぞれ同期調相機３及びＡＶＲ（１１、１２、１３）に出力する工程と、有するものである。
また、本実施例に記載する無効電圧制御装置４は、ＩＣＴ機能を有することにより、集中監視や集中制御が可能である。さらに、逐次的に無効電力を抑制するような機能やリアルタイムに無効電力の情報を集約するような機能を有する。そして、電力系統１に、不安定に変動する再生可能エネルギー発電設備１０が混在した場合であっても、消費地２における無効電力の予測不可能な挙動を逐次的に解消し、リアルタイムに無効電力を適正に制御することができる。
また、本実施例に記載するＡＶＲは、ＩＣＴ機能やＶａｒ調整機能を有することにより、データ通信やデータ協調が可能であり、逐次的に、また、リアルタイムに無効電力を調整することができる。特に、消費地２における無効電力が適正になるよう、無効電圧制御装置４にて演算された無効電力を、自動的に、逐次的に、また、リアルタイムに、フィードバック指令として受信（入力）する機能を有する。さらに、Ｖａｒ調整機能をＡＶＲに集約することにより、現場における設置面積の省スペース化が期待できる。
本実施例は、消費地２に影響する発電設備の無効電力を、無効電圧制御装置４により、集中監視や集中制御が可能である。不安定に変動する再生可能エネルギー発電設備１０、ＡＶＲや同期調相機３を、無効電圧制御装置４を介して連動させ、再生可能エネルギー発電設備１０、ＡＶＲや同期調相機３から、リアルタイムに無効電力の情報を受信（収集、入力）する。そして、ＡＶＲや同期調相機３に対して、逐次的に無効電力を制御する。
そして、今後増々、再生可能エネルギー発電設備１０の発電量が大きな割合を占めるようになる電力系統１であっても、消費地２から要求される、つまり、消費地２にて設定される無効電力Ｑ(ｒｅｑ)（要求無効電力値）の安定化制御が実現可能となる。
図３は、本実施例における無効電力を制御するためのフローを説明する説明図である。
無効電力制御装置４は、入力部にて、無効電力Ｑを自動的、連続的（逐次的、また、リアルタイム）に受信（収集、入力）し、演算部４２にて演算し、出力部にて演算結果を送信（出力）する。
そして、無効電力制御方法は、入力部にて、無効電力Ｑを自動的、連続的（逐次的、また、リアルタイム）に入力（収集、受信）する工程、演算部４２にて演算する工程、出力部にて演算結果を出力（送信）する工程を有する。
特に、演算部４２では、以下の処理（演算する工程）が実行される。
まず、演算ループの繰り返し回数（ｉ）、つまりループ回数ｉ＝０として、開始する（１０１）。
次に、各種の無効電力Ｑを入力する（１０２）。
つまり、ＡＶＲ１１から無効電力Ｑ(１)、ＡＶＲ１２から無効電力Ｑ(２)、ＡＶＲ１３から無効電力Ｑ(３)を、それぞれ入力する。なお、ここでは、ループ回数ｉのＡＶＲ(ｋ)からの無効電力Ｑを、無効電力Ｑ(ｋ、ｉ)と表記する。つまり、例えば、ループ回数（１回目）のＡＶＲ１１からの無効電力Ｑは、無効電力Ｑ(１１、１)と表記される。
また、再生可能エネルギー発電設備１０から、無効電力Ｑ(ｒ)を入力する。なお、ここでは、ループ回数ｉの再生可能エネルギー発電設備１０からの無効電力Ｑを、無効電力Ｑ(ｒ、ｉ)と表記する。
また、同期調相機３から、無効電力Ｑ(ｓ)を入力する。なお、ここでは、ループ回数ｉの同期調相機３からの無効電力Ｑを、無効電力Ｑ(ｓ、ｉ)と表記する。
また、消費地２から、無効電力Ｑ(ｒｅｑ)(要求無効電力値)を入力する。
次に、無効電力Ｑの現在値のモニタリングと設定値（運転パターン）の設定とを実行する（１０３）。特に、本実施例では、無効電力Ｑ(ｋ、ｉ)及び無効電力Ｑ(ｓ、ｉ)について実行する。つまり、無効電力Ｑ(ｋ、ｉ)及び無効電力Ｑ(ｓ、ｉ)が、それぞれ無効電力制御装置４にて演算された無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｋ、ｉ)及び無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ、ｉ)と設定される。なお、ループ回数ｉ＝０の場合は、初期値として、無効電力Ｑ(ｋ、０)及び無効電力Ｑ(ｓ、０)が設定される。
なお、現在値である無効電力Ｑ(ｋ、ｉ)は、逐次的に、また、リアルタイムにモニタリングすることができ、設定値である無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｋ、ｉ)や無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ、ｉ)は、変動要素を総合的に検証して設定される。変動要素としては、例えば、発電の形態（太陽光発電や風力発電）や地域性を考慮した再生可能エネルギー発電設備１０における発電量の変動、消費地２における運転パターンの変更、発電機（ＧＥＮ１、ＧＥＮ２、ＧＥＮ３）や同期調相機３の駆動台数や設置台数に応じた電力系統１の安定度等がある。
次に、無効電力Ｑ(ｒｅｑ)(要求無効電力値)と、無効電力Ｑ(ｋ、ｉ)と無効電力Ｑ(ｓ、ｉ)と無効電力Ｑ(ｒ、ｉ)との合計値との偏差が、所定の値（無効電力Ｑ(ｇａｐ)）以内であるか否かを判定する（１０４）。なお、無効電力Ｑ(ｇａｐ)は、無効電力の偏差設定値であり、無効電力Ｑ(ｇａｐ)の初期設定値は、後述する主要条件素案（過去の蓄積データ）に基づき設定される。なお、この無効電力Ｑ(ｇａｐ)（無効電力の偏差設定値）は、昼間と夜間とで変化させることもできる。
つまり、
Ｉｆ{Ｑ(ｒｅｑ)－[Ｑ(ｋ、ｉ)＋Ｑ(ｓ、ｉ)＋Ｑ(ｒ、ｉ)]＜Ｑ(ｇａｐ)}・・・（１）
の関係を判定する。なお、Ｑ(ｋ、ｉ)＋Ｑ(ｓ、ｉ)＋Ｑ(ｒ、ｉ)が複数ある場合は、それらを加算する。
つまり、演算する工程では、Ｑ(ｒｅｑ)から、Ｑ(ｋ、ｉ)とＱ(ｓ、ｉ)とＱ(ｒ、ｉ)とが加算された無効電力を減算し、偏差を演算する。
さらに、演算する工程では、この偏差と、Ｑ(ｇａｐ)（事前に設定された所定の無効電力）とを、比較演算する。
この関係式（１）を満たす場合、つまり、左辺がＱ(ｇａｐ)未満の場合は、これら無効電力Ｑは適切であると判定する（Ａｌａｒｍを不点灯）。
この関係式（１）を満たさない場合、つまり、左辺がＱ(ｇａｐ)以上の場合は、これら無効電力Ｑは不適切であると判定する（Ａｌａｒｍを点灯）。
なお、無効電力Ｑ(ｇａｐ)は、無効電力制御装置４の演算部４２にて、調整することができる。
次に、関係式（１）を満たす場合、つまり、左辺がＱ(ｇａｐ)未満の場合は、無効電力Ｑを維持する（１１０）。
その後、ループ回数ｉを「１」増加し、無効電力Ｑの現在値及び設定値を更新する（１１１）。
一方、関係式（１）を満たさない場合、つまり、左辺がＱ(ｇａｐ)以上の場合は、ループ継続時間が所定時間以上か否かを判定する。本実施例では、例えば、ループ継続時間が０．１秒以上か否かを判定する（１０５）。
つまり、演算する工程では、この偏差がＱ(ｇａｐ)（事前に設定された所定の無効電力）以上の場合には、ループ継続時間が所定時間（本実施例では０．１秒）以上か否かを判定する。
こうした判定は、特に、再生可能エネルギー発電設備１０が電力系統１に接続される場合、再生可能エネルギー発電設備１０により発電される電力は、環境の影響を大きく受け、電力の変動が大きくなる場合があり、不安定になることに起因して、設定される判定である。
ループ継続時間が０．１秒未満の場合は、設定値である無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｋ、ｉ)及び無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ、ｉ)を見直す（１０６）。なお、ここでも、変動要素を総合的に再検証して見直される。
そして、その後、ループ回数ｉを「１」増加し、無効電力Ｑの現在値及び設定値を更新する（１０７）。
一方、ループ継続時間が０．１秒以上の場合は、ループ継続時間を短縮化するため、Ｑ(ｇａｐ)を微調整する（１０８）。
つまり、演算する工程では、ループ継続時間が所定時間（本実施例では０．１秒）以上の場合には、ループ継続時間を短縮化するため、Ｑ(ｇａｐ)（事前に設定された所定の無効電力）を微調整する。
こうした微調整は、特に、再生可能エネルギー発電設備１０が電力系統１に接続される場合、再生可能エネルギー発電設備１０により発電される電力は、環境の影響を大きく受け、電力の変動が大きくなる場合があり、不安定化することに起因して、設定される微調整である。なお、微調整とは、Ｑ(ｇａｐ)の初期設定値を修正することであり、修正値の大小は無関係である。
その後、Ｑ(ｇａｐ)を微調整されたＱ´(ｇａｐ)に置き換え（Ｑ(ｇａｐ)＝Ｑ´(ｇａｐ)）、再度、関係式（１）の判定が実行される（１０９）。
図４は、本実施例における無効電力の偏差設定値の微調整を説明する説明図である。
ここで、無効電力の偏差設定値の微調整について、図４を使用して、説明する。図４は、例えば、時間（ｔ）に対する無効電力（Ｑ）の関係を示したものであり、関係式（１）の左辺の無効電力（ここでは、これを（無効電力Ｑ）として説明する）が、Ｑ(ｉｄｅａｌ)に収束するイメージを示したものである。
初期設定値が、Ｑ(ｇａｐ)である場合には、（無効電力Ｑ）は、Ｑ(ｉｄｅａｌ)を中心とした２Ｑ(ｇａｐ)の範囲には、時間ｔ１の際には収束していない。一方、初期設定値（初期値）を、Ｑ´(ｇａｐ)に微調整した場合には、（無効電力Ｑ）は、Ｑ(ｉｄｅａｌ)を中心とした２Ｑ´(ｇａｐ)の範囲に、時間ｔ１の際には収束する。
このように、初期設定値を、Ｑ(ｇａｐ)からＱ´(ｇａｐ)に微調整することにより、時間ｔ１以降では、（無効電力Ｑ）、いわゆる偏差が、許容範囲内に収束したと判定することができる。
本実施例では、無効電力Ｑを制御する上で、目標値との偏差であるＱ(ｇａｐ)を自動的に調整することは、予測困難な変動により、Ｑ(ｉｄｅａｌ)へ収束せずに、アルゴリズムの判定ループに要する時間を必要以上に浪費することを解消することができる。
特に、Ｑ(ｇａｐ)を自動的に調整することにより、（１）の関係を判定する際に、不安定に変動する再生エネルギー発電設備１０の予測困難な変動により、Ｑ(ｉｄｅａｌ)が収束せず、アルゴリズムの判定ループにおける設定時間(ループ継続時間)以上の時間を不必要に浪費することを解消することができる。
なお、設定時間は、短くするほど判定が厳しく、長くするほど判定が緩くなるように設定することができる。
例えば、代表的な再生可能エネルギー発電設備１０として考えられる太陽光発電や風力発電が、それぞれ系統側へ無効電力Ｑｓ（ｒ,i）(太陽光)、および、無効電力Ｑｗ（ｒ,i）(風力)にて給電しているケースを考えると、無効電力Ｑｓ（ｒ,i）(太陽光)、および、無効電力Ｑｗ（ｒ,i）(風力)、共に、所定の条件にて、発電量も異なるため、それに付随してプリセット(初期設定)するＱ(ｇａｐ)も調整する必要がある。
特に、太陽光発電の場合は、無効電力Ｑｓ（ｒ,i）(∝日光照射量)に影響を与える主要条件素案は、時刻(ｈｈ時ｍｍ分)、日時(ｍｍ月ｄｄ日)、天候(快晴(雲量0～10%)、晴れ(雲量20～80%)、曇り(雲量90～100%)＋雨、雪、霧などによる影響)、場所(緯度や経度による地域差)、太陽光発電の設備仕様(パネル面積、発電効率、定格日光照射量等)等である。
また、例えば、天候による補正を係数で分類し、所定の比率に掛け合わせて調整することもできる。調整係数素案としては、気象庁等のデータベースからリアルタイムで、最新の天候情報を取得する。例えば、（１）雲量による補正としては、ある量×(１００－雲量)％、（２）雨、雪、霧による補正として、ある量×５０（ＨＯＬＤ）％が考えられる。
また、特に、風力発電の場合は、無効電力Ｑｗ（ｒ,i）(発電設備において実際に吹いている風が発電機のプロペラを回す回転数（ＲＰＭ）に左右される)に影響を与える主要条件素案は、場所(緯度や経度による地域差)、日時(ｍｍ月ｄｄ日)(一般的に冬に風速が高く、夏に風速は低い傾向にある)、地上高度(一般的に高度が上がるほど風速は早く、高度が下がるほど風速は遅くなる傾向にある)、風力発電の設備仕様(設置台数、定格風速、発電効率、風車の首振機能や可動翼の有無等)等である。
そして、変動要素による補正を係数で分類し、所定の平均風速に掛け合わせて調整することもできる。例えば、（１）日時(四季)による補正としては、ある量×1.0(春・秋)、ある量×0.8(夏)、ある量×1.2(冬)（ＨＯＬＤ）、（２）風車の首振機能や可動翼の有無による補正として、ある量×cosθ(θ＝風速ベクトルと風車回転軸の成す角度)が考えられる。
なお、上述の実施例では、複数の調整係数を使用する場合を説明したが、単一（一律）の調整係数を使用してもよい。
つまり、本実施例では、事前に設定された所定の無効電力は、過去の日時及び時刻の再生可能エネルギーの発電量に関するＤＢを有し、そのＤＢに保存されている発電量に基づいて設定される。また、事前に設定された所定の無効電力は、リアルタイムの天候情報に基づく調整係数（調整係数素案）を使用して調整される
また、サンプリング時間を長くすることにより、一般的にパラメータの変化を緩和してプロットすることができる。特に、再生エネルギー発電設備１０のような不規則かつ急激に変化するパラメータにおいては、Ｑ(ｇａｐ)の範囲内境界近傍における（１）の関係のようなシビアに判定する際には、このような方法は有効である。
このように、最適な無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｋ、ｉ)及び無効電力Ｑ(ｉｄｅａｌ)(ｓ、ｉ)を演算し、ＡＶＲ１１、ＡＶＲ１２、ＡＶＲ１３、及び同期調相機３に出力し、無効電力Ｑ(１)、無効電力Ｑ(２)、無効電力Ｑ(３)、及び無効電力Ｑ(ｓ)を制御することにより、たとえ、電力系統１に電力の変動が大きい再生可能エネルギー発電設備１０が接続される場合であっても、電力系統１の安定化を実現することができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
１：電力系統
２：消費地
３：同期調相機
４：無効電力制御装置
５：中給
１０：再生可能発電設備
１１、１２、１３：ＡＶＲ
１５：再生可能エネルギー発電設備ＤＢ
２１、２２、２３：ＡＶＲ入力ＤＢ
２５：消費地入力ＤＢ
２６：消費地出力ＤＢ
３１、３２、３３：ＡＶＲ出力ＤＢ
３５：同期調相機入力ＤＢ
３６：同期調相機出力ＤＢ
４１：入力部ＤＢ
４２：演算部
４３：出力部ＤＢ

Claims (14)

  1. 発電機が発電する電力の電圧を自動調整する自動電圧調整装置が調整する無効電力と、同期調相機が調整する無効電力と、再生可能エネルギー発電設備が発電する電力の無効電力と、電力を消費する負荷端にて設定される無効電力との、これら無効電力の情報を入力する入力部と、
    前記入力部に入力された前記無効電力の情報を使用して、前記同期調相機及び前記自動電圧調整装置が調整するための無効電力の設定値を演算する演算部と、
    前記演算部にて演算された無効電力の設定値を、それぞれ前記同期調相機及び前記自動電圧調整装置に出力する出力部と、を有することを特徴とする無効電力制御装置。
  2. 前記演算部は、負荷端にて設定される無効電力から、自動電圧調整装置が調整する無効電力と、同期調相機が調整する無効電力と、再生可能エネルギー発電設備が発電する電力の無効電力とが加算された無効電力を、減算し、偏差を演算することを特徴とする請求項１に記載の無効電力制御装置。
  3. 前記演算部は、前記偏差と、事前に設定された所定の無効電力とを、比較演算することを特徴とする請求項２に記載の無効電力制御装置。
  4. 前記演算部は、前記偏差が事前に設定された所定の無効電力以上の場合、ループ継続時間が所定時間以上か否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の無効電力制御装置。
  5. 前記演算部は、前記ループ継続時間が所定時間以上の場合、事前に設定された所定の無効電力を調整することを特徴とする請求項４に記載の無効電力制御装置。
  6. 事前に設定された所定の無効電力は、過去の日時及び時刻の再生可能エネルギーの発電量に基づいて設定されることを特徴とする請求項３に記載の無効電力制御装置。
  7. 事前に設定された所定の無効電力は、リアルタイムの天候情報に基づく調整係数を使用して調整されることを特徴とする請求項３に記載の無効電力制御装置。
  8. 発電機が発電する電力の電圧を自動調整する自動電圧調整装置が調整する無効電力と、同期調相機が調整する無効電力と、再生可能エネルギー発電設備が発電する電力の無効電力と、電力を消費する負荷端にて設定される無効電力との、これら無効電力の情報を入力する工程と、
    入力された前記無効電力の情報を使用して、前記同期調相機及び前記自動電圧調整装置が調整するための無効電力の設定値を演算する工程と、
    演算された無効電力の設定値を、それぞれ前記同期調相機及び前記自動電圧調整装置に出力する工程と、有することを特徴とする無効電力制御方法。
  9. 前記演算する工程では、負荷端にて設定される無効電力から、自動電圧調整装置が調整する無効電力と、同期調相機が調整する無効電力と、再生可能エネルギー発電設備が発電する電力の無効電力とが加算された無効電力を、減算し、偏差を演算することを特徴とする請求項８に記載の無効電力制御方法。
  10. 前記演算する工程では、前記偏差と、事前に設定された所定の無効電力とを、比較演算することを特徴とする請求項９に記載の無効電力制御方法。
  11. 前記演算する工程では、前記偏差が事前に設定された所定の無効電力以上の場合、ループ継続時間が所定時間以上か否かを判定することを特徴とする請求項１０に記載の無効電力制御方法。
  12. 前記演算する工程では、前記ループ継続時間が所定時間以上の場合、事前に設定された所定の無効電力を調整することを特徴とする請求項１１に記載の無効電力制御方法。
  13. 事前に設定された所定の無効電力は、過去の日時及び時刻の再生可能エネルギーの発電量に基づいて設定されることを特徴とする請求項１０に記載の無効電力制御方法。
  14. 事前に設定された所定の無効電力は、リアルタイムの天候情報に基づく調整係数を使用して調整されることを特徴とする請求項１０に記載の無効電力制御方法。
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