JP7097748B2 - 電力制御装置、電力制御システム、無効電力制御器および電力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の無効電力制御器を制御する電力制御装置、電力制御システム、無効電力制御器および電力制御方法に関する。

近年、太陽光発電設備などの分散型電源が増加し、これらの分散型電源はパワーコンディショナ（ＰＣＳ：Power Conditioning System）により制御されることが多い。パワーコンディショナは、無効電力を出力することにより電圧を調整する機能を有する。従来、電力系統に接続される複数のパワーコンディショナは、各々の自端電圧値によって、無効電力の制御要否を判断している。このため、電力系統内の電圧は一様ではないため、パワーコンディショナが接続される電力系統内の位置である連系箇所により、無効電力の制御量に偏りが生じる。

特許文献１には、パワーコンディショナ間の無効電力の制御量の均等化を図るため、ある時刻のパワーコンディショナ間の自端電圧の差を測定し、測定した差に基づいて各パワーコンディショナの整定値を設定する技術が開示されている。

特開２０１２－７０５９８号公報

電力系統内の電圧分布は、ＳＶＲ（Step Voltage Regulator：ステップ電圧調整器）などの電圧制御機器の動作、負荷の変化などに依存して変化する。しかしながら、上記特許文献１に記載の技術によれば、過去のある時刻におけるパワーコンディショナ間の自端電圧の差に基づいて各パワーコンディショナの整定値を設定しているので、整定値を設定した際の電圧分布と実際の電圧分布とが異なってくることがあり、結果として無効電力制御器であるパワーコンディショナの無効電力の制御量が不均等となることがある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無効電力制御器間の無効電力の制御量の不均等を抑制することができる電力制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電力制御装置は、需要家により設置され電力系統に接続される複数の無効電力制御器の整定値の組み合わせごとに、電力系統の電圧分布を算出する電圧分布算出部と、電圧分布に基づいて無効電力制御器へ設定する整定値を決定する整定値決定部と、を備える。また、電力制御装置は、整定値決定部により決定された整定値を無効電力制御器へ送信する通信部、を備え、少なくとも２つの異なる時間で、整定値を決定して無効電力制御器へ送信し、天候に基づいて、整定値を決定して無効電力制御器へ送信する処理を実施するか否かを判断する。

本発明によれば、無効電力制御器間の無効電力の制御量の不均等を抑制することができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかる電力制御システムの構成例を示す図 実施の形態１の中央サーバの構成例を示す図 実施の形態１の発電設備の構成例を示す図 実施の形態１の中央サーバを実現する計算機システムの構成例を示す図 実施の形態１の中央サーバにおける電力制御処理手順の一例を示すフローチャート 実施の形態１の無効電力制御器の整定値を示す図 実施の形態１のシミュレーション部により算出された電圧分布の概念を示す図 図７の電圧分布の算出に用いた整定値組み合わせを示す概念図 実施の形態１の無効電力制御器が出力する無効電力の一例を示す図 実施の形態１の無効電力制御器における時定数の設定の一例を示す図 実施の形態２にかかる電力制御システムの構成例を示す図 実施の形態２の中央サーバの構成例を示す図 実施の形態２の中央サーバの電力制御手順の一例を示すフローチャート

以下に、本発明の実施の形態にかかる電力制御装置、電力制御システム、無効電力制御器および電力制御方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力制御システムの構成例を示す図である。図１において、上位系統１と、上位系統１に接続される配電線８と、ＬＲＴ（Load Ratio control Transformer：負荷時タップ切替器付変圧器）２と、配電線８の電圧を制御するＳＶＲ３と、配電線８に接続される柱上変圧器４－１，４－２と、は事業者などにより設置される電力系統の設備である。ＬＲＴ２は、変電所に設置され、上位系統１から供給される電力を変圧して配電線８へ出力する。なお、図１では、ＳＶＲ３を１台図示しているが、配電線８に接続されるＳＶＲの台数は何台であってもよい。また、ＳＶＲ３以外に、配電線８における電圧を制御するＳＶＣ（Static Var Compensator：静止型無効電力補償装置）が接続されていてもよい。柱上変圧器４－１，４－２の数も図１の例に限定されない。

ＳＶＲ３は、配電線８における電圧が定められた適正範囲内となるように、配電線８における電圧を制御する電圧制御機器である。柱上変圧器４－１，４－２は、例えば３３００Ｖ～６６００Ｖなどの高圧系統の電圧を、一般需要家に供給する電圧、例えば１００Ｖといった低圧系統の電圧に変換する。一般需要家における受電端の電圧には、一般に適正範囲（以下、低圧系統における適正範囲という）が定められている。低圧系統における適正範囲は、例えば９５Ｖ～１０７Ｖである。配電線８における電圧の適正範囲は、例えば、一般需要家における受電端の電圧が低圧系統における適正範囲となるように換算して定められる。

電力系統の配電線８には、柱上変圧器４－１，４－２を介して需要家設備５－１，５－２がそれぞれ接続される。需要家設備５－１は、負荷６－１と、無効電力を出力することが可能な無効電力制御器としての機能を有する発電設備７－１とを有する。需要家設備５－２も、需要家設備５－１と同様に、負荷６－２と、無効電力を出力することが可能な無効電力制御器としての機能を有する発電設備７－２とを有する。ただし、負荷６－１と負荷６－２とは、構成、消費電力などが異なっていてもよく、発電設備７－１と発電設備７－２とで定格容量などが異なっていてもよい。以下、需要家設備５－１，５－２のそれぞれを個別に区別せずに示すときは需要家設備５と記載し、負荷６－１，６－２のそれぞれを個別に区別せずに示すときは負荷６と記載し、発電設備７－１，７－２のそれぞれを個別に区別せずに示すときは発電設備７と記載する。

本実施の形態の電力制御システムは、電力制御装置である中央サーバ１０と、中央サーバ１０により制御される無効電力制御器とを備える。無効電力制御器は、後述するように、例えば、発電設備７が備えるパワーコンディショナである。以下、無効電力制御器が太陽光発電設備におけるパワーコンディショナである例を説明する。中央サーバ１０と、中央サーバ１０により制御される無効電力制御器とは、通信ネットワークにより接続される。通信ネットワークは、インターネットであってもよいし専用のネットワークであってもよいし、一部が専用のネットワークであり一部がインターネットであってもよく、通信ネットワークの形態に特に制約は無い。

各柱上変圧器４－１，４－２に接続される需要家設備５の数は、図１に示した例に限定されない。また、電力系統の配電線８には、一般に、柱上変圧器４－１，４－２を介して、負荷を有して発電設備を備えない需要家設備が接続されているが、これらの需要家設備の図示は省略している。

図２は、中央サーバ１０の構成例を示す図である。図２に示すように、中央サーバ１０は、予測部１１、シミュレーション部１２、整定値決定部１３、通信部１４および記憶部１５を備える。予測部１１は、電力系統における、負荷により消費される電力量である負荷量および発電量を予測する。具体的には、予測部１１は、配電線８における各点の負荷波形、ＰＶ（PhotoVoltaics）発電波形を予測する。負荷波形は、時間帯ごとの配電線８に接続される負荷により消費される電力量を示し、ＰＶ発電波形は、時間帯ごとの配電線８に接続される太陽光発電設備による発電量を示す。すなわち、負荷波形およびＰＶ発電波形は、それぞれ横軸が時間で縦軸が電力量の波形である。なお、負荷波形およびＰＶ発電波形の縦軸は電力量ではなく電力であってもよい。

シミュレーション部１２は、負荷波形、ＰＶ発電波形に基づいて、無効電力制御器の整定値の組み合わせごとにシミュレーションを行って配電線８に電圧分布を求める。すなわち、シミュレーション部１２は、複数の無効電力制御器の整定値の組み合わせごとに、電力系統の電圧分布を算出する電圧分布算出部である。整定値決定部１３は、シミュレーション部１２により算出された電圧分布に基づいて、各無効電力制御器の整定値を決定する。通信部１４は、整定値決定部１３により決定された整定値を各無効電力制御器へ送信する。本実施の形態の中央サーバ１０は、少なくとも２つの異なる時間で、整定値を決定して無効電力制御器へ送信する。記憶部１５は、予測部１１、シミュレーション部１２および整定値決定部１３の処理に用いる情報を記憶する。中央サーバ１０の動作の詳細については後述する。

図３は、発電設備７の構成例を示す図である。発電設備７は、発電を行い、発電により得られた直流電力を出力する発電装置２０と、発電装置２０から出力される直流電力を交流電力に変換して出力するパワーコンディショナである無効電力制御器２１とを備える。無効電力制御器２１は、需要家により設置され電力系統に接続される無効電力制御器の一例である。無効電力制御器２１は、電力系統に接続されている。具体的には、柱上変圧器に接続される低圧系統の配電線、および柱上変圧器を介して配電線８と接続される。無効電力制御器２１から出力される交流電力は、需要家設備５の負荷６により使用可能である。また、無効電力制御器２１は、交流電力を電力系統に逆潮流させることも可能である。無効電力制御器２１は、交流電力として有効電力および無効電力を出力可能である。

無効電力制御器２１は、電力制御部２２、通信部２３および記憶部２４を備える。電力制御部２２は、発電装置２０から出力される直流電力を交流電力に変換するとともに、出力する無効電力を調整する。電力制御部２２は、一般には、発電装置２０から出力される直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、電力変換器を制御する制御部とを備え、制御部が電力変換器を制御することにより、出力する無効電力を制御する。通信部２３は、中央サーバ１０との間で通信を行う。通信部２３は、中央サーバ１０から受信した整定値を電力制御部２２へ渡す。電力制御部２２は、通信部２３経由で、中央サーバ１０から受信した整定値に従って、出力する無効電力を制御する。

次に、中央サーバ１０のハードウェア構成について説明する。中央サーバ１０は、計算機システムすなわちコンピュータにより実現される。本実施の形態の中央サーバ１０は、計算機上で、中央サーバ１０における処理が記述されたプログラムである電力制御プログラムが実行されることにより、計算機システムが中央サーバ１０として機能する。図４は、本実施の形態の中央サーバ１０を実現する計算機システムの構成例を示す図である。図４に示すように、この計算機システムは、制御部１０１と入力部１０２と記憶部１０３と表示部１０４と通信部１０５と出力部１０６とを備え、これらはシステムバス１０７を介して接続されている。

図４において、制御部１０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等であり、本実施の形態の中央サーバ１０における処理が記述された電力制御プログラムを実行する。入力部１０２は、たとえばキーボード、マウスなどで構成され、計算機システムのユーザが、各種情報の入力を行うために使用する。記憶部１０３は、ＲＡＭ（Random Access Memory），ＲＯＭ（Read Only Memory）などの各種メモリおよびハードディスクなどのストレージデバイスを含み、上記制御部１０１が実行すべきプログラム、処理の過程で得られた必要なデータ、などを記憶する。また、記憶部１０３は、プログラムの一時的な記憶領域としても使用される。表示部１０４は、ＬＣＤ（液晶表示パネル）などで構成され、計算機システムのユーザに対して各種画面を表示する。通信部１０５は、通信処理を実施する受信機および送信機である。出力部１０６は、プリンタなどである。なお、図４は、一例であり、計算機システムの構成は図４の例に限定されない。

ここで、本実施の形態の電力制御プログラムが実行可能な状態になるまでの計算機システムの動作例について説明する。上述した構成をとる計算機システムには、たとえば、図示しないＣＤ（Compact Disc）－ＲＯＭまたはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）－ＲＯＭドライブにセットされたＣＤ－ＲＯＭまたはＤＶＤ－ＲＯＭから、電力制御プログラムが記憶部１０３にインストールされる。そして、電力制御プログラムの実行時に、記憶部１０３から読み出された電力制御プログラムが記憶部１０３の主記憶領域に格納される。この状態で、制御部１０１は、記憶部１０３に格納されたプログラムに従って、本実施の形態の中央サーバ１０としての処理を実行する。

なお、上記の説明においては、ＣＤ－ＲＯＭまたはＤＶＤ－ＲＯＭを記録媒体として、中央サーバ１０における処理を記述したプログラムを提供しているが、これに限らず、計算機システムの構成、提供するプログラムの容量などに応じて、たとえば、通信部１０５を経由してインターネットなどの伝送媒体により提供されたプログラムを用いることとしてもよい。

図２に示した予測部１１、シミュレーション部１２および整定値決定部１３は、図４の制御部１０１により実現される。また、予測部１１、シミュレーション部１２および整定値決定部１３の実現には、記憶部１０３も用いられる。図２に示した記憶部１５は、図４に示した記憶部１０３により実現され、図２に示した通信部１４は、図４に示した通信部１０５により実現される。

なお、無効電力制御器２１のハードウェア構成のうち、電力制御部２２における電力変換器以外は、処理回路により実現される。処理回路は、図４に示した計算機システムと同様であってもよいし、専用の処理回路を含んでいてもよい。無効電力制御器２１のうちソフトウェアにより実現される機能部がある場合、これらの機能部は、上述した中央サーバ１０と同様に、これらの機能部における処理が記述されたプログラムが制御部１０１により実行されることにより実現される。

次に、本実施の形態の中央サーバ１０の動作について説明する。本実施の形態の中央サーバ１０は、電力系統内の各無効電力制御器２１から出力される無効電力を制御するために、各無効電力制御器２１の整定値を決定して、整定値を各無効電力制御器２１へ送信する。すなわち、本実施の形態の中央サーバ１０は、各無効電力制御器２１に整定値を指令する。

図５は、中央サーバ１０における電力制御処理手順の一例を示すフローチャートである。図５に示すように、中央サーバ１０の予測部１１は、負荷波形、ＰＶ発電波形を予測する（ステップＳ１）。具体的には、予測部１１は、例えば、配電線８に接続される各設備の接続位置および容量、配電線８に接続される各需要家設備に対応する契約容量などを示す設備情報に基づいて、配電線８の各点における将来の一定期間の負荷波形およびＰＶ発電波形を予測する。例えば、一定期間を１日とし、負荷波形およびＰＶ発電波形を、それぞれ３０分ごとの負荷量および発電量とすることができる。一定期間は数分でもよく、数時間でもよく、数日でもよく、任意の値を用いることができる。各波形の横軸の刻みである時間帯も３０分に限定されない。

また、予測部１１は、計測された過去の実績負荷量、および過去のＰＶ実績発電量を取得し、これらに基づいて、負荷波形、ＰＶ発電波形を予測してもよい。過去の実績負荷量、および過去のＰＶ実績発電量としては、例えば、自動検針のために設けられる計測装置であるスマートメーターによる計測値を用いることができる。または、無効電力制御器２１が発電量を中央サーバ１０へ通知することとし、これらの発電量を過去のＰＶ実績発電量として用いてもよい。過去の実績負荷量、および過去のＰＶ実績発電量から負荷波形およびＰＶ発電波形を予測する方法としてはどのような方法を用いてもよいが、例えば、時間帯、曜日、天気、気温などの条件に応じて、過去の情報を分類しておき、条件ごとに過去の情報の平均値を算出しておき、対応する平均値を予測値として用いてもよいし、ＡＩ（Artificial Intelligence）技術、データ分析技術などを用いて予測してもよい。また、予測部１１は、ＰＶ発電波形を、気象庁等の外部機関が提供する日射量予測カーブを用いて予測してもよい。さらには、予測部１１は、負荷波形、ＰＶ発電波形を個別に予測してもよいし、これらの合計の波形を予測してもよい。以下、負荷波形およびＰＶ発電波形、これらの合計の波形の予測結果を、それぞれ予測波形とも呼ぶ。なお、予測部１１は、各予測波形を１つ以上算出する。予測部１１は、予測波形を２つ以上算出する場合には、各予測波形に対応する発生確率も算出する。

次に、シミュレーション部１２は、予測部１１により予測された予測波形を用いて整定値組み合わせごとの評価値を計算する（ステップＳ２）。整定値組み合わせとは、各無効電力制御器２１に設定する整定値の組み合わせを示す。図６は、無効電力制御器２１の整定値を示す図である。整定値は、図６に示す傾きｋ_１，ｋ_２、および制御開始電圧Ｖ_{ｒｅｆ，１}，Ｖ_{ｒｅｆ，２}である。図６において横軸は、各無効電力制御器２１における自端電圧であり、縦軸は無効電力出力を示す。図６に示すように、各無効電力制御器２１は、自端電圧がＶ_{ｒｅｆ，２}より高くＶ_{ｒｅｆ，１}より低い間は、無効電力を出力せず、自端電圧がＶ_{ｒｅｆ，２}以下になると、無効電力を傾きｋ_２に従って出力し、自端電圧がＶ_{ｒｅｆ，１}以上となると、無効電力を傾きｋ_１に従って出力する。整定値組み合わせは、これら傾きｋ_１，ｋ_２、および制御開始電圧Ｖ_{ｒｅｆ，１}，Ｖ_{ｒｅｆ，２}の４つで構成される整定値の、無効電力制御器２１ごとの組み合わせである。

シミュレーション部１２は、具体的には、まず、予測波形に基づいて潮流計算、またはより簡易な電圧計算手法に基づいて配電線８における第１の電圧分布である電圧分布を計算する。これにより、各無効電力制御器２１における自端電圧がされる。シミュレーション部１２は、各無効電力制御器２１における自端電圧と設定された整定値とに基づいて各無効電力制御器２１から出力される無効電力を算出し、算出した無効電力を用いて電圧分布を再計算することにより更新後の第２の電圧分布を算出する。また、ＳＶＲ３による制御量であるタップ位置についてもシミュレーションのなかで考慮してもよいし、ＳＶＲ３に関する将来の制御に関する情報すなわち指令される予定のタップ位置を取得可能な場合には、指令される予定のタップ位置を反映させてもよい。

図７は、シミュレーション部１２により算出された電圧分布の概念を示す図である。図７に示した例では予測波形が３つ算出される例を示している。電圧分布２０１，２０２，２０３は、それぞれ異なる予測波形に対応する電圧分布を示している。電圧分布２０１，２０２，２０３は、予測波形に基づいて潮流計算、またはより簡易な電圧計算手法に基づいて計算された結果であり、各無効電力制御器２１から出力される無効電力に基づく再計算の前の電圧分布を示している。図７の横軸は変電所からの距離を示し、縦軸は電圧を示している。Ｖ_１は電圧の適正範囲の下限値を示しＶ_２は電圧の適正範囲の上限値を示している。縦軸の電圧は低圧系統における電圧であってもよし、配電線８における電圧すなわち高圧系統の電圧に換算した電圧であってもよい。図８は、図７の電圧分布の算出に用いた整定値組み合わせを示す概念図である。整定値パターン＃１，＃２，…の各整定値パターンは、整定値組み合わせを示している。１つの整定値パターン＃１は１つの整定値組み合わせに対応する。図８に示すように、電圧分布ごとに、無効電力制御器＃１，＃２，＃３，＃４のそれぞれに設定された整定値組み合わせが示されている。なお、１つの無効電力制御器に設定される整定値は上述した４つの値である。図７および図８では、無効電力制御器＃１，＃２，＃３，＃４の４つの無効電力制御器２１を制御する例を示している。

なお、整定値はシミュレーションを行う期間内で変更されてもよい。この場合、各整定値パターンは、整定値を変更するタイミングと、変更前後の整定値を含む。

また、シミュレーション部１２は、整定値の組み合わせごとの電圧分布に基づいて、無効電力制御器間の制御量の均等化を評価するための評価値を算出する。評価値については、各無効電力制御器２１の制御量の不均等が抑制される場合に、高評価となるような評価値を設定することができる。

例えば、シミュレーション部１２は、算出した電圧分布のうち適正電圧からの逸脱が生じない電圧分布を選択し、選択した電圧分布に対して、以下の（１）から（８）までのいずれかを無効電力制御器２１ごとに算出し、算出した値の無効電力制御器２１間のばらつきを評価値として用いる。ばらつきとしては、全無効電力制御器２１の分散、標準偏差、最大値と最小値の差、などを用いることができる。評価値が小さいほど、高い評価となる。これにより、需要家間の不公平、すなわち無効電力制御器２１の無効電力制御量の不均等を抑制することができる。なお、シミュレーション部１２は、適正電圧からの逸脱が生じない電圧分布を先に選択する代わりに、電圧の適正範囲からの逸脱量に関しても、評価値として考慮してもよい。
（１）：無効電力制御器２１の無効電力の出力量［ｋＶａｒｈ］
図９は、無効電力制御器２１が出力する無効電力の一例を示す図である。無効電力出力量は、図９に示すように、横軸を時間とし縦軸を無効電力出力とした場合の無効電力の１時間の積算値となる。
（２）：無効電力制御器２１の定格比の無効電力出力量
無効電力制御器２１の無効電力出力量を無効電力制御器２１の定格値で除した値である。
（３）：有効電力出力抑制量［ｋＷｈ］
抑制される有効電力の電力量である。各無効電力制御器２１は、容量を超えないように発電量を抑制することがある。このときの抑制量、つまり抑制した発電量が、有効電力出力抑制量である。
（４）：定格比の有効電力出力抑制量
無効電力制御器２１の有効電力出力抑制量を無効電力制御器２１の定格値で除した値である。
（５）：有効電力出力抑制率［％］
有効電力出力抑制量を総有効電力出力抑制量で除して１００倍した値である。総有効電力出力抑制量は、全無効電力制御器２１の有効電力出力抑制量の和である。
（６）：発生確率を考慮した無効電力出力量の期待値
予測波形を複数用意した場合のそれぞれの予測波形の発生確率である。負荷等の波形を予測する際に、予測波形＃１については５０％の確率で、予測波形＃２は３０％の確率で、予測波形＃３は２０％の確率で、といったように予測波形ごとにその波形となる発生確率も予測する予測手法もある。このような予測方法で複数の予測波形が得られる場合、予測波形ごとに、ある整定値組合せの無効電力制御器２１の無効電力出力量を算出する。そして、予測波形ごとの無効電力出力量に発生確率を乗算したものの全予測波形分の和を求めることにより、ある整定値組合せに対応する期待値を算出する。
（７）：上記（１）から（６）までのいずれか２つ以上を組み合わせた、各値の重み和。
（８）：上記（１）から（６）までのいずれか１つの値と対応する量の全無効電力制御器２１の総量との重み和。例えば、（１）であれば、全無効電力制御器２１の無効電力出力量の総量と、無効電力制御器２１の無効電力出力量との重み和。

なお、評価値の算出において有効電力出力抑制量を用いる場合、中央サーバ１０は、各無効電力制御器２１から有効電力出力抑制量を取得する。なお、評価値は上記の例に限定されず、項目として各無効電力制御器２１の定められた期間内における無効電力出力量の差等を考慮してもよい。

無効電力制御器２１であるパワーコンディショナでは、一般に、出力する有効電力と無効電力との間に制約がある。したがって、無効電力の出力が増えると有効電力の出力を抑制する必要が生じ、需要家において発電した電力を有効に使用できないことが生じる。したがって、配電線８に接続する位置により、特定の需要家の無効電力制御器２１が常に無効電力制御量が多くなると需要家間で公平感がなくなる。需要家間でなるべく公平となるように、無効電力制御量が均等になることが望ましい。ただし、単純に無効電力制御量自体を需要家間で同一とすることが公平とは限らない。無効電力制御器２１の定格容量は需要家によって異なることがあり、定格容量が大きい無効電力制御器２１と定格容量が小さい無効電力制御器２１とでは、同じ無効電力制御量を出力する場合の影響度合いが異なる。このため、定格容量で正規化した量を均等化するように整定値を決定することも考えられる。このように、なにが均等であるかに関しては、状況により異なる可能性があるので、その時点で注目する項目を均等にするように、適宜評価値を決定すればよい。

図５の説明に戻り、次に、整定値決定部１３は、シミュレーション結果、すなわち整定値組み合わせおよび予測波形ごとの評価値から、各無効電力制御器２１の整定値を決定する（ステップＳ３）。次に、通信部１４は、整定値決定部１３が決定した整定値を各無効電力制御器２１へ送信する（ステップＳ４）。以上の処理により各無効電力制御器２１へ整定値が指令される。

なお、シミュレーションを行う際の整定値パターンについては、どのように設定してもよいが、例えば、以下の（１）から（８）に示すような設定方法が考えられる。（１）から（７）までのいずれかの方法とすることで、（８）よりも整定値パターンの数を削減することができる。
（１）たとえば電力系統の上流、中流、下流といったグループ、または柱上変圧器単位のグループといったように、無効電力制御器２１をグループ化し、同一グループ内では同じ整定値を使う。
（２）日または時間帯などによって無効電力制御を実施する無効電力制御器２１を変更し、当番制とする。
（３）無効電力制御器２１の無効電力制御実績を収集し、不公平を被っているすなわち無効電力の制御量が多い無効電力制御器２１の整定値だけを変更対象のパラメータとする。
（４）整定値の一部は固定する。たとえば、無効電力制御器２１間の無効電力出力開始電圧の差を、自端電圧値の平均値の差に基づいて決定する。
（５）大規模な組合せ最適化問題を実用的な計算負荷で解くことができるメタヒューリスティック手法等の組合せ最適化手法を用いて考慮する整定値パターンを決定する。
（６）設定する整定値の離散間隔を大きくし候補数を限定する。
（７）過去にどの整定値パターンを使用すればよかったかを、例えば、晴れ、雨といった天候別に導出しておき、天気予報に応じて整定値パターンを決定する。
（８）設定可能な整定値の組み合わせを全数整定値パターンとして設定する。

また、中央サーバ１０は、図５に示した動作すなわち整定値を決定して無効電力制御器へ送信する処理を定期的に行ってもよいし、天気予報、現在の天気を示す気象情報を取得し、気象情報に基づいて天候が変化したとき図５に示した動作を行ってもよい。すなわち、中央サーバ１０は、天候に基づいて、図５に示した動作を実施するか否かを判断してもよい。また、中央サーバ１０は、無効電力制御器２１の少なくとも１つから制御結果を受信して、制御結果に基づいて、図５に示した動作を行うか否かを判断してもよい。図５に示した動作を実施するか否かの判定は図示しない制御部が行ってもよいし、予測部１１が実施してもよい。

以上のように、本実施の形態の中央サーバ１０は、上述した電力制御方法により複数の無効電力制御器２１を制御する。この電力制御方法は、複数の無効電力制御器２１の整定値の組み合わせごとに、電力系統の電圧分布を算出する算出ステップと、電圧分布に基づいて無効電力制御器へ設定する整定値を決定する決定ステップと、決定ステップにより決定された整定値を無効電力制御器へ送信する通信ステップと、を含む。また、少なくとも２つの異なる時間で、算出ステップ、決定ステップおよび通信ステップが実行される。

また、本実施の形態のシミュレーション部１２は、予測部１１により予測された負荷および発電量に基づいて電力系統の第１の電圧分布を算出し、算出した第１の電圧分布を複数の無効電力制御器２１の整定値の組み合わせごとに更新することで第２の電圧分布を算出する。整定値決定部１３は、第２の電圧分布に基づいて、無効電力制御器２１へ設定する整定値を決定する。

次に、無効電力制御器２１における動作について説明する。上述したように、無効電力制御器２１は、中央サーバ１０から受信した整定値に基づいて動作する。また、無効電力制御器２１は、時定数すなわち応答時間を設定可能であってもよい。図１０は、無効電力制御器２１における時定数の設定の一例を示す図である。図１０において、横軸は時間を示し、縦軸は無効電力出力を示す。Ｔｓは、無効電力制御器２１が無効電力の出力を開始する時刻である。制御目標量は、無効電力制御器２１が制御の目標とする無効電力出力を示す。図１０に示すように、無効電力制御器２１は、整定値が設定されると、自端電圧によって制御目標量である無効電力出力が決定するが、Ｔｓから徐々に無効電力を増加させて制御目標量に時間をかけて到達するようにすることができる。例えば無効電力出力変化量の上限を１秒に１００ＶａｒＶまでとする、などのように単位時間当たりに増加させる無効電力出力の上限を定めておく。単位時間当たりに増加させる無効電力出力の上限は、応答時間を示す情報の一例である。このようにして、中央サーバ１０が、制御目標量に到達するように応答時間を決定し、応答時間を示す情報を定めて無効電力制御器２１へ送信し、無効電力制御器２１の電力制御部２２が応答時間を示す情報に基づいて、出力する無効電力を制御することで、ハンチング回避を抑制することができる。また、これにより、少し早めに制御を開始した無効電力制御器２１だけが無効電力出力動作することを回避することができる。中央サーバ１０は、この応答時間についても決定して、各無効電力制御器２１へ送信してもよいし、応答時間は無効電力制御器２１にあらかじめ設定しておいてもよい。

また、無効電力制御器２１は、自端電圧、無効電力制御実績および有効電力出力抑制量のうちの１つ以上を中央サーバ１０へ送信してもよい。中央サーバ１０からリクエストがあったときに、上述した情報を送信してもよいし、定期的に送信してもよいし、上述した量が基準値を超えた場合に、送信してもよい。

各無効電力制御器２１は、整定値、応答時間を示す情報を受信すると、これらを即時に反映させてもよいし、中央サーバ１０が反映させる時間を指定し、各無効電力制御器２１は指定された時間にこれらを反映させてもよい。

以上のように、本実施の形態では、電圧分布を予測し、予測した電圧分布に基づいて各無効電力制御器２１の整定値を決定して、各無効電力制御器２１へ送信するようにした。このため、電圧分布に変化がある場合でも、この変化に対応した整定値が設定される確率が高まり、無効電力制御器間の無効電力の制御量の不均等を抑制することができる。

また、本実施の形態では、電圧分布を予測し、予測した電圧分布に基づいて各無効電力制御器２１の整定値を決定するようにしたが、電圧分布の予測をせずに、単純に当番制で日ごと、または時間帯ごとに無効電力を出力する無効電力制御器２１を変更するようにしてもよい。また、無効電力制御器２１をグループ分けし、グループ単位で、同一グループ内の無効電力制御器２１が同じ日時に動作するような当番制としてもよい。または、同一グループ内の無効電力制御器２１がそれぞれ異なる日時に動作するような当番制としてもよい。

実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２にかかる電力制御システムの構成例を示す図である。図１１に示した例では、電力系統において、配電線８の電圧を計測する計測装置３０－１，３０－２が追加されている。計測装置３０－１，３０－２が追加される以外は、本実施の形態の電力系統は実施の形態１と同様である。計測装置３０－１，３０－２は、例えばセンサ付き開閉器と呼ばれる機器であるが、これに限定されない。また、本実施の形態の電力制御システムは実施の形態の中央サーバ１０の替わりに中央サーバ１０ａを備える。実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については実施の形態１と同一の符号を付して重複する説明省略する。以下、実施の形態１と異なる点を主に説明する。

図１２は、本実施の形態の中央サーバ１０ａの構成例を示す図である。本実施の形態の中央サーバ１０ａは、予測部１１、シミュレーション部１２の替わりに計測情報収集部１６、シミュレーション部１２ａを備える以外は実施の形態１の中央サーバ１０と同様である。本実施の形態では、計測情報収集部１６が、通信部１４を介して計測装置３０－１，３０－２から配電線の電圧の計測結果である計測情報を収集し、収集した計測結果を電圧分布としてシミュレーション部１２ａへ出力する。すなわち、計測情報収集部１６は、電力系統における電圧の計測結果を取得する。シミュレーション部１２ａは、計測情報収集部１６が収集した計測結果に基づく電圧分布を用いて、実施の形態１と同様に、各整定値パターンの電圧分布を再計算し、整定値パターンごとの電圧分布を求める。すなわち、本実施の形態では、電圧分布算出部であるシミュレーション部１２ａは、計測情報収集部１６により取得された計測結果に基づいて電力系統の第１の電圧分布を算出し、複数の無効電力制御器の整定値の組み合わせごとに、第１の電圧分布を更新することで第２の電圧分布を算出する。

中央サーバ１０ａのハードウェア構成は、実施の形態１の中央サーバ１０と同様であり、計測情報収集部１６およびシミュレーション部１２ａは、図４に示した制御部１０１により実現される。

図１３は、本実施の形態の中央サーバ１０ａの電力制御手順の一例を示すフローチャートである。図１３に示すように、計測情報収集部１６が計測装置３０－１，３０－２から配電線８の電圧の計測結果である計測情報を収集する（ステップＳ１１）。シミュレーション部１２ａは、計測情報収集部１６が収集した計測情報を用いて各無効電力制御器２１の整定値を決定する（ステップＳ１２）。具体的には、シミュレーション部１２ａは、計測情報収集部１６が収集した計測結果である電圧分布に基づいて、実施の形態１と同様に、整定値組み合わせごとにシミュレーションを行って評価値を計算する（ステップＳ１２）。ステップＳ３およびステップＳ４は実施の形態１と同様である。

計測装置３０－１，３０－２がセンサ付き開閉器である場合、中央サーバ１０ａは、周期的に最新の各点の電圧を取得できる。本実施の形態では、計測値が更新されるたび、または、一定周期ごとに最新の計測情報を用いてシミュレーションを行って各無効電力制御器２１の整定値を決定することで、電圧が時間変化する場合でも、この変化に対応した整定値が設定される確率が高まり、無効電力制御器間の無効電力の制御量の不均等を抑制することができる。

また、中央サーバ１０ａは、シミュレーションを行って各無効電力制御器２１の整定値を決定する処理を行ってもよいし、計測情報の更新周期とは別の周期でこの処理を行ってもよい。また、計測情報を用いてシミュレーションを行って各無効電力制御器２１の整定値を決定する処理は、実施の形態１と同様に、天候が変化したときに行われてもよいし、各無効電力制御器２１からの制御結果に基づいて、整定値の変更が必要と判断したときに実施されてもよい。計測情報を用いてシミュレーションを行って各無効電力制御器２１の整定値を決定する処理は図示しない制御部が行ってもよいし、計測情報収集部１６が実施してもよい。

なお、中央サーバ１０ａは、計測装置３０－１，３０－２により計測された電圧と、実施の形態１で述べた負荷波形およびＰＶ発電波形との両方を用いて電圧分布を求めてもよい。例えば、計測装置３０－１，３０－２で計測された地点は計測情報を用い、計測装置３０－１と計測装置３０－２の間などの計測されていない点に関しては、計測情報を負荷波形およびＰＶ発電波形に基づいて電圧を求めてもよい。また、中央サーバ１０ａは、スマートメーターによる計測値をさらに用いて電圧分布を求めてもよい。さらには、中央サーバ１０ａは、無効電力制御器２１により計測された自端電圧を取得して、取得した自端電圧をさらに用いて電圧分布を求めてもよい。

以上のように、本実施の形態では、計測した電圧を用いて電圧分布を求め、電圧分布に基づいて各無効電力制御器２１の整定値を決定して、各無効電力制御器２１へ送信するようにした。このため、電圧分布に変化がある場合でも、この変化に対応した整定値が設定される確率が高まり、無効電力制御器間の無効電力の制御量の不均等を抑制することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 上位系統、２ ＬＲＴ、３ ＳＶＲ、４－１，４－２ 柱上変圧器、５－１，５－２ 需要家設備、６－１，６－２ 負荷、７，７－１，７－２ 発電設備、１０，１０ａ 中央サーバ、１１ 予測部、１２，１２ａ シミュレーション部、１３ 整定値決定部、１４，２３ 通信部、１５，２４ 記憶部、２０ 発電装置、２１ 無効電力制御器、２２ 電力制御部、３０－１，３０－２ 計測装置。

Claims (11)

1. 需要家により設置され電力系統に接続される複数の無効電力制御器の整定値の組み合わせごとに、前記電力系統の電圧分布を算出する電圧分布算出部と、
   前記電圧分布に基づいて前記無効電力制御器へ設定する整定値を決定する整定値決定部と、
   前記整定値決定部により決定された前記整定値を前記無効電力制御器へ送信する通信部と、
   を備え、
   少なくとも２つの異なる時間で、前記整定値を決定して前記無効電力制御器へ送信し、
   天候に基づいて、前記整定値を決定して前記無効電力制御器へ送信する処理を実施するか否かを判断することを特徴とする電力制御装置。
2. 前記電力系統における負荷および発電量を予測する予測部、
   を備え、
   前記電圧分布算出部は、前記予測部により予測された前記負荷および前記発電量に基づいて前記電力系統の第１の電圧分布を算出し、算出した前記第１の電圧分布を前記複数の無効電力制御器の整定値の組み合わせごとに更新することで第２の電圧分布を算出し、
   前記整定値決定部は、前記第２の電圧分布に基づいて、前記無効電力制御器へ設定する整定値を決定することを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
3. 前記電力系統における電圧の計測結果を取得する計測情報収集部、
   を備え、
   前記電圧分布算出部は、前記計測情報収集部により取得された計測結果に基づいて前記電力系統の第１の電圧分布を算出し、前記複数の無効電力制御器の整定値の組み合わせごとに、前記第１の電圧分布を更新することで第２の電圧分布を算出し、
   前記整定値決定部は、前記第２の電圧分布に基づいて、前記無効電力制御器へ設定する整定値を決定することを特徴とする請求項１に記載の電力制御装置。
4. 前記電圧分布算出部は、整定値の組み合わせごとの電圧分布に基づいて、前記無効電力制御器間の制御量の均等化を評価するための評価値を算出し、
   前記整定値決定部は、前記評価値に基づいて前記無効電力制御器へ設定する整定値を決定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電力制御装置。
5. 前記評価値は、前記無効電力制御器の無効電力の出力量を含むことを特徴とする請求項４に記載の電力制御装置。
6. 前記評価値は、前記無効電力制御器の無効電力の出力量を前記無効電力制御器の定格値で除した値を含むことを特徴とする請求項４に記載の電力制御装置。
7. 前記評価値は、前記無効電力制御器の有効電力出力抑制量を含むことを特徴とする請求項４に記載の電力制御装置。
8. 前記複数の無効電力制御器をグループ化し、グループ内の前記無効電力制御器が同一の前記整定値を用いるように前記整定値を決定することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の電力制御装置。
9. 前記整定値決定部は、前記複数の無効電力制御器のそれぞれの応答時間を決定し、
   前記通信部は、前記応答時間を示す情報を前記無効電力制御器へ送信することを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の電力制御装置。
10. 需要家により設置され電力系統に接続される複数の無効電力制御器と、
    前記複数の無効電力制御器を制御する電力制御装置と、
    を備え、
    前記電力制御装置は、
    前記複数の無効電力制御器の整定値の組み合わせごとに、前記電力系統の電圧分布を算出する電圧分布算出部と、
    前記電圧分布に基づいて前記無効電力制御器へ設定する整定値を決定する整定値決定部と、
    前記整定値決定部により決定された前記整定値を前記無効電力制御器へ送信する通信部と、
    を備え、
    前記電力制御装置は、少なくとも２つの異なる時間で、前記整定値を決定して前記無効電力制御器へ送信し、天候に基づいて、前記整定値を決定して前記無効電力制御器へ送信する処理を実施するか否かを判断し、
    前記無効電力制御器は、前記電力制御装置から受信した前記整定値に従って、出力する無効電力を制御することを特徴とする電力制御システム。
11. 需要家により設置され電力系統に接続される複数の無効電力制御器を制御する電力制御装置における電力制御方法であって、
    前記複数の無効電力制御器の整定値の組み合わせごとに、前記電力系統の電圧分布を算出する算出ステップと、
    前記電圧分布に基づいて前記無効電力制御器へ設定する整定値を決定する決定ステップと、
    前記決定ステップにより決定された前記整定値を前記無効電力制御器へ送信する通信ステップと、
    含み、
    少なくとも２つの異なる時間で、前記算出ステップ、前記決定ステップおよび前記通信ステップを実行し、天候に基づいて、前記算出ステップ、前記決定ステップおよび前記通信ステップを実施するか否かを判断することを特徴とする電力制御方法。

Images