JP7258630B2 - 制御装置、及び制御システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、制御装置、及び制御システムに関する。

近年、自然エネルギー由来の再生可能エネルギーを用いた発電機によって発電された電力を、電力系統に供給する技術が知られている。ここで、再生可能エネルギーが多すぎるなど場合、発電機によって供給される電力が上昇、又は下降することがあり、電力系統が安定した電力を供給することが困難になる場合があった。この課題を解決する方法として、発電機の近くに二次電池等のエネルギー貯蔵装置を設け、適宜、充放電させることにより、電力系統の電圧変動を抑制する方法や、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Insulated Gate Bipolar Transistor）などの自己消弧型の半導体素子を使用した無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ；STATic synchronous COMpensator）、或いはサイリスタなどの半導体素子を使用した静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ；Static Var Compensator）等の、無効電力調整装置による無効電力制御で電圧変動を抑制する方法がある。

前者の方法は、エネルギー貯蔵装置の容量には限りがあるため、短周期の出力変動にしか対応できないことや、発電機が発電した電力が電力系統に過剰に供給されることにより発生する逆潮流を抑制できないという問題がある。後者の方法は、連続的かつ高速で無効電力を調整でき、かつエネルギー貯蔵装置の容量といった制約もないため、再生可能エネルギーを用いた発電機による電圧変動を抑制することに適した仕組みである。

しかしながら、後者の方法であっても、発電機からの有効電流と、電力系統のインピーダンス成分により発生する無効電力により、無効電力調整装置の遠隔地点において発生する電圧変動を抑制することが困難である場合があった。

特開２００９－１１０５３号公報

本発明が解決しようとする課題は、無効電力調整装置の遠隔地点において発生する電圧変動を抑制することが可能な制御装置、及び制御システムを提供することである。

実施形態の制御装置は、交流系統の外縁部に連系される無効電力調整装置の制御装置であり、指標値算出部と、信号生成部とを持つ。指標値算出部は、前記無効電力調整装置が前記交流系統に連系された位置である第１位置において検出された第１電圧検出値と第１電圧指令値との差分に基づく第１指標値と、前記交流系統の非外縁部である第２位置において検出された第２電圧検出値と第２電圧指令値との差分に基づく第２指標値とを算出する。信号生成部は、前記指標値算出部によって算出された前記第１指標値、及び前記第２指標値と、前記交流系統の電圧指令値とに基づいて前記無効電力調整装置に対する制御信号を生成する。

第１の実施形態の制御装置１００が接続される交流系統の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る制御装置１００－１の構成の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る制御装置１００Ａ－１の構成の一例を示す図である。 第３の実施形態の制御装置１００Ｂが接続される交流系統の構成の一例を示す図である。 第３の実施形態に係る制御装置１００Ｂ－１の構成の一例を示す図である。 第４の実施形態に係る制御装置１００Ｃ－１の構成の一例を示す図である。 第５の実施形態の制御装置１００Ｄが接続される交流系統の構成の一例を示す図である。 第５の実施形態に係る制御装置１００Ｄ－１の構成の一例を示す図である。 変形例に係る母線近傍制御装置３００の構成の一例を示す図である。

以下、実施形態の制御装置、及び制御システムを、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
［全体構成］
図１は、第１の実施形態の制御装置１００が接続される交流系統の構成の一例を示す図である。交流母線２０ａには、例えば、上位の電圧階級から降圧された電力が供給される。交流母線２０ａに供給された電力は、交流母線２０ａに直接、又は間接的に接続（連系）される複数の送電線３０（図示する送電線３０ａ～３０ｄ）や、複数の交流母線２０（図示する交流母線２０ｂ～２０ｄ）を介して、需要家に供給される。図１に示される交流母線２０ａ～２０ｄと、送電線３０ａ～３０ｄによって需要家に供給される電力は、交流母線２０ａに供給される電力と、同一電圧階級の電力である。以下、交流母線２０ａが交流系統の電気的中心である場合について説明する。交流系統の電気的中心である交流母線２０は、交流系統の構成が切り替えられることに伴って変化する場合があるが、交流系統の全体の構成に大規模な改変が加えられない場合、おおよそ一致するものとする。交流系統の電気的中心の位置（この一例では、の交流母線２０ａの位置）は、「第２位置」の一例である。

交流母線２０ｃ～２０ｄには、降圧変圧器４０ａ～４０ｂが接続され、降圧変圧器４０ａ～４０ｂは、交流母線２０ｃ～２０ｄによって供給される電力を降圧する。交流母線２０ａが交流系統の電気的中心であることに対して、交流母線２０ｃ～２０ｄは、交流系統の末端（外縁部）の交流母線２０である。なお、上述した交流系統の構成は一例であって、これに限られない。

降圧変圧器４０ａ～４０ｂは、再生可能エネルギーを用いた発電機等の分散型電源が接続されることを想定した変圧器である。したがって、降圧変圧器４０ａ～４０ｂは、分散型電源によって発電された有効電力を、交流母線２０ｃ～２０ｄや、交流母線２０ｃ～交流母線２０ｄに直接、又は間接的に連系される送電線３０ｂ～３０ｄ、及び交流母線２０ａに供給する。この場合、分散型電源が出力する有効電力と、送電線３０ｂ～３０ｄ、及び降圧変圧器４０ａ～４０ｂ、変圧器５０のインピーダンス成分によっては、無効電力が増加し、交流母線２０ａに電圧変動が発生する場合がある。制御装置１００は、交流母線２０ａの電圧変動を抑制するように無効電力調整装置２００を制御する装置である。

外縁部の交流母線２０ｃ～２０ｄには、電圧検出器ＶＤ－１～ＶＤ－２と、制御装置１００－１～１００－２と、無効電力調整装置２００－１～２００－２とがそれぞれ設けられる。制御装置１００、無効電力調整装置２００、及び電圧検出器ＶＤに係る符号の末尾のハイフン以下数字は、対応する制御装置１００と、無効電力調整装置２００と、電圧検出器ＶＤとを区別するための識別であるものとする。何れの制御装置１００であるかを区別しない場合、単に制御装置１００と称し、いずれの無効電力調整装置２００であるかを区別しない場合、単に無効電力調整装置２００と称し、いずれの電圧検出器ＶＤであるかを区別しない場合、単に電圧検出器ＶＤと称する場合がある。無効電力調整装置２００は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ；Insulated Gate Bipolar Transistor）などの自己消弧型の半導体素子を使用した無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ；STATic synchronous COMpensator）等によって実現される。交流系統の電気的中心である交流母線２０ａには、母線電圧検出器ＶＤＢ１が設けられ、交流母線２０ａが供給する電力の電圧を検出する。交流系統のうち、無効電力調整装置２００が連系される交流母線２０（この一例では、外縁部の交流母線２０ｃ～２０ｄ）の位置が、「第１位置」の一例である。

制御装置１００－１～１００－２は、例えば、母線電圧検出器ＶＤＢ１によって検出された交流母線２０ａの電圧値（以下、交流母線電圧検出値ＲＴＢ１）と、電圧検出器ＶＤ－１～ＶＤ－２によって検出された外縁母線電圧検出値ＲＴ－１～ＲＴ－２のうち、対応する電圧検出器ＶＤの外縁母線電圧検出値ＲＴとに基づいて、対応する無効電力調整装置２００を制御する制御信号（以下、スイッチング信号）を生成する。

［制御装置１００の構成］
制御装置１００－１～１００－２は、対応する電圧検出器ＶＤの検出結果に基づいて、無効電力調整装置２００－１～２００－２を制御し、交流系統の無効電力を調整することによって、交流系統が供給する電力の電圧変動を抑制する。図２は、第１の実施形態に係る制御装置１００－１の構成の一例を示す図である。また、以下では、主に制御装置１００－１を中心として説明するが、他の制御装置１００についても、それぞれの詳細な機能が異なる場合はあるものの、ほぼ同様の動作を行う。

制御装置１００－１は、例えば、第１算出器１０１と、補正部１０２と、第２算出器１０３と、電圧制御部１０４と、スイッチング信号生成部１０５とをその機能部として備える。これらの構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。

第１算出器１０１は、例えば、母線電圧検出器ＶＤＢ１によって検出された交流母線２０ａの交流母線電圧検出値ＲＴＢ１を、交流母線電圧指令値ＣＶ１から差し引いた差分を算出する。交流母線電圧指令値ＣＶ１は、交流母線２０ａが保持すべき所定の電圧値であり、交流系統の構成や交流母線２０ａの電圧階級に応じて、予め定められる値である。したがって、第１算出器１０１が算出した差分は、交流母線電圧指令値ＣＶ１から実際の交流母線２０ａの電圧値がどの程度、上昇、或いは下降しているかを示す値である。

補正部１０２は、例えば、第１算出器１０１によって算出された差分に対して、Ｐ制御（比例制御：Proportional Controller）やＰＩ制御（比例積分制御：Proportional-Integral Controller）、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）等のフィードバック制御による補正を行う。ここで、第１算出器１０１によって算出された差分を無効電力調整装置２００の制御に直接用いると、電圧の変化が急峻となり、交流母線２０ｃ～２０ｄや、交流母線２０ｃ～交流母線２０ｄに直接、又は間接的に連系される送電線３０ｂ～３０ｄ、及び交流母線２０ａの電圧変動に寄与してしまう場合がある。補正部１０２は、第１算出器１０１が算出した差分にフィードバック制御を行うことにより、スムーズに交流母線２０ａの電圧値を目標値（例えば、交流母線電圧指令値ＣＶ１）に近づけるような補正値を導出する。なお、補正部１０２は、補正値に急峻な変化が生じないような補正であれば、上述したフィードバック制御以外の方法によって補正値を導出してもよい。

第２算出器１０３は、例えば、電圧検出器ＶＤ－１によって検出された交流母線２０ｃの外縁母線電圧検出値ＲＴ－１を、母線電圧指令値ＣＶ２から差し引いた差分を算出する。母線電圧指令値ＣＶ２は、交流母線２０ｃが保持すべき所定の電圧値であり、交流系統の構成や交流母線２０ｃの電圧階級に応じて、予め定められる値である。したがって、第２算出器１０３が算出した差分は、母線電圧指令値ＣＶ２から実際の交流母線２０ｃの電圧値がどの程度、上昇、或いは下降しているかを示す値である。そして、第２算出器１０３は、算出した差分に補正部１０２によって算出された補正値を足し合わせる。この足し合わせた値は、交流母線２０ａ、又は交流母線２０ｃに生じている電圧の上昇、或いは下降に基づく値であり、基本的には、交流母線２０ａと交流母線２０ｃとに電圧が上昇している場合には、正の値を示し、交流母線２０ａと交流母線２０ｃとに電圧が下降している場合には、負の値を示し、交流母線２０ａと交流母線２０ｃとのうち、一方の電圧が上昇し、他方の電圧が下降している場合において、上昇幅と下降幅とのうち、上昇幅が大きい場合には、正の値を示し、下降幅が大きい場合には負の値を示す。

電圧検出器ＶＤによって検出された外縁母線電圧検出値ＲＴが「第１電圧検出値」の一例であり、母線電圧検出器ＶＤＢ１によって検出された交流母線電圧検出値ＲＴＢが「第２電圧検出値」の一例であり、母線電圧指令値ＣＶ２が「第１電圧指令値」の一例であり、交流母線電圧指令値ＣＶ１が「第２電圧指令値」の一例であり、第１算出器１０１と、補正部１０２と、電圧制御部１０４とを組み合わせたものが「指標値算出部」の一例であり、第２算出器１０３によって算出された差分が、「第１指標値」の一例であり、補正部１０２によって補正された第１算出器１０１によって算出された差分が、「第２指標値」の一例である。

電圧制御部１０４は、第２算出器１０３によって算出された値に基づいて、制御信号を生成する。電圧制御部１０４は、例えば、第２算出器１０３によって算出された値が小さくなるように（つまり、交流母線２０ａ、又は交流母線２０ｃに生じている電圧の上昇、或いは下降が小さくなるように）、無効電力調整装置２００の出力する無効電力を制御する制御信号を生成する。電圧制御部１０４は、例えば、比較積分器によって実現される。制御信号は、「電圧指令値」の一例である。

スイッチング信号生成部１０５は、電圧制御部１０４によって生成された制御信号に基づいて、無効電力調整装置２００が備えるスイッチング素子のスイッチング制御に用いられるスイッチング信号を生成し、無効電力調整装置２００に出力する。無効電力調整装置２００は、スイッチング信号生成部１０５により出力されたスイッチング信号に基づいて動作することにより、交流母線２０ａ、又は交流母線２０ｃに生じている電圧の上昇、或いは下降が小さくなるように無効電力を出力することができる。電圧制御部１０４と、スイッチング信号生成部１０５とを組み合わせたものが、「信号生成部」の一例である。

［第１の実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の制御装置１００は、第１算出器１０１と、補正部１０２と、第２算出器１０３と、電圧制御部１０４と、スイッチング信号生成部１０５とを持ち、第１算出器１０１、及び補正部１０２によって算出された交流母線２０ａにおける電圧変動を考慮した値と、第２算出器１０３によって算出された交流母線２０ｃにおける電圧変動を考慮した値とに基づいて、無効電力調整装置２００の遠隔地点（この一例では、交流系統の電気的中心）において発生し得る電圧変動を抑制するように、無効電力調整装置２００を制御することができる。

また、本実施形態の一例において、交流系統には、制御装置１００が複数備えられ、制御装置１００のそれぞれは、自装置の制御対象の無効電力調整装置２００の連系点の状態と、交流系統の中心の交流母線２０ａの状態とに基づいて、無効電力調整装置２００の遠隔地点（この一例では、交流系統の電気的中心）において発生し得る電圧変動を抑制するように、無効電力調整装置２００を制御する。したがって、本実施形態の一例において、複数の制御装置１００は、交流系統に生じる電圧変動を抑制することができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態の制御装置１００Ａについて、図面を参照して説明する。なお、第２の実施形態において、上述した実施形態と同様の構成につては、同一の符号を付して説明を省略する。

［制御装置１００Ａの構成］
図３は、第２の実施形態に係る制御装置１００Ａ－１の構成の一例を示す図である。制御装置１００Ａ－１において、補正部１０２の補正値には、上限値ＵＬと下限値ＬＬとが設定される。補正部１０２は、例えば、補正値が上限値ＵＬより大きい値である場合、上限値ＵＬを補正値として導出し、補正値が下限値ＬＬより小さい値である場合、下限値ＬＬを補正値として導出する。上限値ＵＬは、例えば、第１算出器１０１によって所定時間前に算出された値から＋２％程度の値であり、下限値ＬＬは、例えば、第１算出器１０１によって所定時間前に算出された値から－２％程度の値である。なお、上限値ＵＬ、及び下限値ＬＬの値は一例であり、これに限られず、交流系統に予め定められる変化程度（例えば、所定時間における電圧上昇値、又は所定時間における電圧下降値）を超えない値や、無効電力調整装置２００の変化程度の許容範囲を超えない値等に基づいて、上限値ＵＬや下限値ＬＬが定められてもよい。

［第２の実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の制御装置１００Ａにおいて、補正部１０２は、補正値が上限値ＵＬより大きい値である場合、上限値ＵＬを補正値として導出し、補正値が下限値ＬＬより小さい値である場合、下限値ＬＬを補正値として導出することにより、交流母線電圧検出値ＲＴＢと交流母線電圧指令値ＣＶ１との差分が大きい場合において、交流系統や、無効電力調整装置２００が連系される交流系統の末端（外縁部）の交流母線２０に急峻な電圧変動が生じることを抑制することができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態の制御装置１００Ｂについて、図面を参照して説明する。なお、第３の実施形態において、上述した実施形態と同様の構成につては、同一の符号を付して説明を省略する。

［全体構成］
図４は、第３の実施形態の制御装置１００Ｂが接続される交流系統の構成の一例を示す図である。図４に示される交流系統では、図１に示される交流系統に比して、制御装置１００Ｂ－３、無効電力調整装置２００－３、及び電圧検出器ＶＤ－３が更に設けられている。制御装置１００Ｂ－３は、制御装置１００Ｂ－１～１００Ｂ－２と同様の機能を有する。制御装置１００Ｂ－３の制御対象の無効電力調整装置２００－３は、無効電力調整装置２００－１～２００－２とは設置位置が異なる。具体的には、無効電力調整装置２００－１～２００－２は、交流系統の外縁部の交流母線２０に連系されることに対して、無効電力調整装置２００－３は、交流系統の電気的中心である交流母線２０ａ、及び交流系統の末端（外縁部）の交流母線２０ｃ～２０ｄ以外の母線（この一例では、交流母線２０ｂ）に連系される。

［制御装置１００Ｂの構成］
図５は、第３の実施形態に係る制御装置１００Ｂ－１の構成の一例を示す図である。制御装置１００Ｂ－１は、例えば、第１算出器１０１と、補正部１０２と、第２算出器１０３と、電圧制御部１０４と、スイッチング信号生成部１０５と、乗算部１０６とをその機能部として備える。

乗算部１０６は、例えば、第１算出器１０１によって算出された値に、重み付け係数ＷＦを乗算する。重み付け係数ＷＦは、例えば、０＜ＷＦ≦１の範囲の値である。また、重み付け係数ＷＦは、無効電力調整装置２００が無効電力を出力する交流母線２０から、交流系統の電気的中心である交流母線２０ａまでの電気的距離に応じた値であり、交流母線２０ａに近い交流母線２０の制御装置１００Ｂには、交流母線２０ａから遠い制御装置１００Ｂに比して、小さい値の重み付け係数ＷＦが設定される。したがって、制御装置１００Ｂ－３の重み付け係数ＷＦは、制御装置１００－１～１００－２の重み付け係数ＷＦに比して、小さい値である。

重み付け係数ＷＦは、例えば、制御装置１００Ｂが設置される際に、交流母線２０ａと、制御装置１００Ｂの制御対象の無効電力調整装置２００が連系される交流母線２０との電気的距離に基づいて、予め設置者によって設定されるものであってもよい。また、重み付け係数ＷＦは、制御装置１００Ｂが所定の時間間隔毎に、交流母線２０ａと、制御装置１００Ｂの制御対象の無効電力調整装置２００が連系される交流母線２０との電気的距離に係る情報を取得し、取得した情報に基づいて、重み付け係数ＷＦを導出するものであってもよい。なお、制御装置１００Ｂが電気的距離に係る情報に基づいて重み付け係数ＷＦを導出する処理は、交流系統の切り替えや、交流系統設備の増設、又は削減によって交流系統の構成が変更されることに伴って行われてもよい。また、重み付け係数ＷＦは、交流系統に設置される制御装置１００Ｂを統括する統括装置が、交流母線２０ａと、制御装置１００Ｂの制御対象の無効電力調整装置２００が連系される交流母線２０との電気的距離に基づいて導出し、制御装置１００Ｂは、統括装置が供給する重み付け係数ＷＦを無線ＬＡＮ（Local Area Network）又は有線ＬＡＮ等のネットワークを介して取得するものであってもよい。

補正部１０２は、乗算部１０６によって算出された値に基づいて補正値を導出する。以降の処理は上述した実施形態と同様の処理であるため、説明を省略する。

［第３の実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の制御装置１００Ｂは、乗算部１０６を更に持つ。乗算部１０６は、第１位置（交流系統の外縁部の交流母線２０に連系される無効電力調整装置２００の位置）と、第２位置（交流母線２０ａの位置）との電気的距離に基づく重み付け係数ＷＦを、第１算出器１０１によって算出された値に乗算する。補正部１０２は、乗算部１０６によって算出された値について、第１算出器１０１、及び補正部１０２によって算出された交流母線２０ａにおける電圧変動（つまり、第１算出器１０１が算出した値）が小さくなるように補正する。

ここで、交流母線２０ａから電気的距離が近い交流母線２０（例えば、交流母線２０ｂ）に連系される無効電力調整装置２００によって無効電力が出力される場合と、交流母線２０ａから電気的距離が遠い交流母線２０（例えば、交流母線２０ｃ～２０ｄ）に連系される無効電力調整装置２００によって無効電力が出力される場合とでは、前者の方が交流母線２０ａに与える影響が大きい場合がある。したがって、交流母線２０ａから電気的距離が近い無効電力調整装置２００については、交流母線２０ａにおける電圧変動に対して低感度に応答し、交流母線２０ａから電気的距離が遠い無効電力調整装置２００については、交流母線２０ａにおける電圧変動に対して高感度に応答することが好ましい。本実施形態の制御装置１００Ｂによれば、交流母線２０ａからの電気的距離に応じて、より適切に交流系統に生じる電圧変動を抑制することができる。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態の制御装置１００Ｃについて、図面を参照して説明する。なお、第４の実施形態において、上述した実施形態と同様の構成につては、同一の符号を付して説明を省略する。

［制御装置１００Ｃの構成］
図６は、第４の実施形態に係る制御装置１００Ｃ－１の構成の一例を示す図である。制御装置１００Ｃ－１は、例えば、第１算出器１０１と、補正部１０２と、第２算出器１０３と、電圧制御部１０４と、スイッチング信号生成部１０５と、ローパスフィルタ１０７とをその機能部として備える。

制御装置１００Ｃ－１において、第１算出器１０１は、例えば、ローパスフィルタ１０７によって交流母線電圧検出値ＲＴＢ１がフィルタリングされた値から、交流母線電圧検出値ＲＴＢ１を、差しい引いた差分を算出する。

ローパスフィルタ１０７は、交流母線電圧検出値ＲＴＢ１のうち、変化時間が長い（つまり、時定数が長い）電圧変動に係る成分を低減させる。変化時間が長い電圧変動は、例えば、１日のうち電力消費量が時間帯によって異なることや、季節等に起因して生じる電圧変動である。第１算出器１０１は、交流母線電圧検出値ＲＴＢ１をローパスフィルタ１０７によってフィルタリングすることにより得られた値から、交流母線電圧検出値ＲＴＢ１を差し引いて差分を算出する。

補正部１０２は、第１算出器１０１によって算出された値に基づいて補正値を導出する。以降の処理は上述した実施形態と同様の処理であるため、説明を省略する。

［第４の実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の制御装置１００Ｃは、ローパスフィルタ１０７を更に持つ。ローパスフィルタ１０７は、交流母線電圧検出値ＲＴＢ１にフィルタリングを行い、第１算出器１０１は、ローパスフィルタ１０７によってフィルタリングされた交流母線電圧検出値ＲＴＢ１から交流母線電圧検出値ＲＴＢ１を差し引いた差分を算出することにより、１日のうち電力消費量が時間帯によって異なることや季節等に起因して交流母線２０ａに生じる電圧変動を除いた、調整対象の交流母線２０ａの電圧変動を抑制するように、無効電力調整装置２００を制御することができる。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態の制御装置１００Ｄについて、図面を参照して説明する。なお、第５の実施形態において、上述した実施形態と同様の構成につては、同一の符号を付して説明を省略する。

［全体構成］
図７は、第５の実施形態の制御装置１００Ｄが接続される交流系統の構成の一例を示す図である。図７に示される交流系統では、交流母線２０ａに連系される送電線３０ａに代えて、変圧器５０と、電圧調整継電装置６０と、母線電圧検出器ＶＤＢ２とが設けられている。母線電圧検出器ＶＤＢ２は、母線電圧検出器ＶＤＢ１と同様に交流母線２０ａが供給する電力の電圧を検出する。なお、母線電圧検出器ＶＤＢ２は、電圧調整継電装置６０が、母線電圧検出器ＶＤＢ１の外縁母線電圧検出値ＲＴ－１を取得可能であれば、省略されてもよい。変圧器５０は、例えば、タップ付き変圧器によって実現され、電圧調整継電装置６０の制御に基づいて、タップが切り替えられることにより、交流母線２０ａの電圧を調整する。

電圧調整継電装置６０は、交流母線電圧検出値ＲＴＢ２に基づいて、交流母線２０ａの電圧を一定の電圧範囲に調整するよう、変圧器５０にタップ切換を制御し、電圧を調整する。具体的には、電圧調整継電装置６０は、交流母線電圧検出値ＲＴＢ２が不感帯上限閾値ＶＴＵを超過し超過量の時間積分値がタップ動作閾値を超える場合、タップ動作指令（タップ下げ指令）を変圧器５０に出力し、不感帯上限閾値ＶＴＵが不感帯下限閾値ＶＴＬを超過し超過量の時間積分値がタップ動作閾値を超えると、タップ動作指令（タップ上げ指令）を変圧器５０に出力する。なお、タップ上げ指令とは変圧器５０の二次側の電圧（つまり、交流母線２０ａの電圧）が増加（増幅）するようにタップを切り替えることであり、タップ下げ指令とは、変圧器５０の二次側の電圧が減少（減衰）するようにタップを切り替えることである。

［制御装置１００Ｄの構成］
図８は、第５の実施形態に係る制御装置１００Ｄ－１の構成の一例を示す図である。制御装置１００Ｄ－１は、例えば、第１算出器１０１と、補正部１０２と、第２算出器１０３と、電圧制御部１０４と、スイッチング信号生成部１０５と、切替部１０８とをその機能部として備える。

切替部１０８は、例えば、補正部１０２と、第２算出器１０３との間の接続を切り替える。具体的には、切替部１０８は、閉状態において補正部１０２と、第２算出器１０３との間を接続し、補正部１０２によって導出された補正値を第２算出器１０３に供給する。また、切替部１０８は、開状態において補正部１０２と、第２算出器１０３との間を切断し、補正部１０２によって導出された補正値を第２算出器１０３に供給しない。切替部１０８は、無効電力調整装置２００が無効電力を出力する交流母線２０から、交流系統の電気的中心である交流母線２０ａまでの電気的距離に応じて開閉状態が定められ、交流母線２０ａに近い交流母線２０の制御装置１００Ｄの場合、切替部１０８が開状態に設定され、交流母線２０ａから遠い制御装置１００Ｄの場合、切替部１０８が閉状態に設定される。したがって、制御装置１００Ｄ－３の切替部１０８は、開状態に設定され、制御装置１００－１～１００－２の切替部１０８は、閉状態に設定される。

交流母線２０ａから近いか否かの判定には、所定のしきい値が用いられ、所定のしきい値は、例えば、交流母線２０ａの位置から、各無効電力調整装置２００の位置までの電気的距離の統計値（例えば、平均値、中央値、最頻値）に基づいて、算出される。

切替部１０８の開閉状態は、例えば、制御装置１００Ｄが設置される際に、交流母線２０ａと、制御装置１００Ｄの制御対象の無効電力調整装置２００が連系される交流母線２０との電気的距離に基づいて、予め設置者によって設定されるものであってもよい。また、切替部１０８の開閉状態は、制御装置１００Ｄが所定の時間間隔毎に、交流母線２０ａと、制御装置１００Ｄの制御対象の無効電力調整装置２００が連系される交流母線２０との電気的距離に係る情報を取得し、取得した情報に基づいて、切替部１０８の開閉状態を設定（変更）するものであってもよい。なお、制御装置１００Ｄが電気的距離に係る情報に基づいて切替部１０８の開閉状態を設定する処理は、交流系統の切り替えや、交流系統設備の増設、又は削減によって交流系統の構成が変更されることに伴って行われてもよい。また、切替部１０８の開閉状態は、交流系統に設置される制御装置１００Ｄを統括する統括装置が、交流母線２０ａと、制御装置１００Ｄの制御対象の無効電力調整装置２００が連系される交流母線２０との電気的距離に基づいて設定し、制御装置１００Ｄは、統括装置が供給する切替部１０８の開閉状態を示す情報を、無線ＬＡＮ又は有線ＬＡＮ等のネットワークを介して取得するものであってもよい。

第２算出器１０３は、切替部１０８が閉状態の場合、電圧検出器ＶＤ－１によって検出された交流母線２０ｃの外縁母線電圧検出値ＲＴ－１を母線電圧指令値ＣＶ２から差し引いた差分と、補正部１０２によって算出された補正値とを足し合わせた値を、電圧制御部１０４に供給する。また、第２算出器１０３は、切替部１０８が開状態の場合、電圧検出器ＶＤ-１によって検出された交流母線２０ｃの外縁母線電圧検出値ＲＴ－１のみを、電圧制御部１０４に供給する。電圧制御部１０４は、第２算出器１０３によって算出された値に基づいて、制御信号を生成する。以降の処理は上述した実施形態と同様の処理であるため、説明を省略する。

［第５の実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の制御装置１００Ｄの第２算出器１０３は、第１位置（交流系統に連系される無効電力調整装置２００の位置）と、第２位置（交流母線２０ａの位置）との電気的距離に基づいて、電気的距離が所定のしきい値以上である場合には、外縁母線電圧検出値ＲＴ－１と、交流母線電圧検出値ＲＴＢ１と、母線電圧指令値ＣＶ２とに基づく値（差分）を算出し、電気的距離が所定のしきい値未満である場合には、外縁母線電圧検出値ＲＴ－１と、母線電圧指令値ＣＶ２とに基づく値（差分）を算出する。

上述したように、交流母線２０ａから電気的距離が近い交流母線２０（例えば、交流母線２０ｂ）に連系される無効電力調整装置２００－３が出力する無効電力は、交流母線２０ａに与える影響が大きい場合がある。したがって、交流母線２０ａから電気的距離が近い無効電力調整装置２００については、交流母線２０ａにおける電圧変動に対して応答せず、電圧調整継電装置６０に変圧器５０を制御させることによって交流母線２０ａの電圧変動に対して応答させ、交流母線２０ａから電気的距離が遠い無効電力調整装置２００については、交流母線２０ａにおける電圧変動に対して高感度に応答することが好ましい。本実施形態の制御装置１００Ｄによれば、交流母線２０ａからの電気的距離に応じて、より適切に交流系統に生じる電圧変動を抑制することができる。

（変形例）
以下、第５の実施形態の変形例について、図面を参照して説明する。なお、変形例において、上述した実施形態と同様の構成につては、同一の符号を付して説明を省略する。

［母線近傍制御装置３００の構成］
図９は、変形例に係る母線近傍制御装置３００の構成の一例を示す図である。母線近傍制御装置３００は、例えば、交流系統の電気的中心である交流母線２０ａ、及び交流系統の末端（外縁部）の交流母線２０ｃ～２０ｄ以外の母線（この一例では、交流母線２０ｂ）に連系される無効電力調整装置２００（この一例では、無効電力調整装置２００－３）の動作を制御する装置である。母線近傍制御装置３００は、例えば、制御装置１００、１００Ｂ－３～１００Ｄ－３に代えて用いられる。

母線近傍制御装置３００は、例えば、第２算出器１０３と、電圧制御部１０４と、スイッチング信号生成部１０５と、ローパスフィルタ１０９とをその機能部として備える。ローパスフィルタ１０９は、例えば、外縁母線電圧検出値ＲＴ－３のうち、変化時間が長い（つまり、時定数が長い）電圧変動に係る成分を低減させる。変化時間が長い電圧変動は、例えば、１日のうち電力消費量が時間帯によって異なることや、季節等に起因して生じる電圧変動である。第２算出器１０３は、外縁母線電圧検出値ＲＴ－３をローパスフィルタ１０９によってフィルタリングすることにより得られた値から、外縁母線電圧検出値ＲＴ－３を差し引いて差分を算出する。電圧制御部１０４は、第２算出器１０３によって算出された値に基づいて、制御信号を生成する。以降の処理は上述した実施形態と同様の処理であるため、説明を省略する。

［変形例］
以上説明したように、変形例の母線近傍制御装置３００は、交流系統の非外縁部に連系される無効電力調整装置２００（この一例では、無効電力調整装置２００－３）の制御装置であり、無効電力調整装置２００－３が交流系統に連系された位置である第１位置において検出された外縁母線電圧検出値ＲＴ－３と、外縁母線電圧検出値ＲＴ－３にローパスフィルタによるフィルタリングを行った後の値との差分を算出する第２算出器１０３と、第２算出器１０３によって算出された値に基づいて無効電力調整装置２００－３に対する制御信号を生成する電圧制御部１０４と、電圧制御部１０４によって生成された制御信号に基づいて、無効電力調整装置２００が備えるスイッチング素子のスイッチング制御に用いられるスイッチング信号を生成し、無効電力調整装置２００に出力するスイッチング信号生成部１０５とを備える。

上述したように、交流母線２０ａから電気的距離が近い交流母線２０（例えば、交流母線２０ｂ）に連系される無効電力調整装置２００－３が出力する無効電力は、交流母線２０ａに与える影響が大きい場合がある。したがって、交流母線２０ａから電気的距離が近い無効電力調整装置２００－３については、交流母線２０ａにおける電圧変動に対して応答せず、電圧調整継電装置６０に変圧器５０を制御させることによって交流母線２０ａの電圧変動に対して応答させ、交流母線２０ａから電気的距離が遠い無効電力調整装置２００については、交流母線２０ａにおける電圧変動に対して高感度に応答することが好ましい。また、交流母線２０ａから電気的距離が近い交流母線２０ｂには、１日のうち電力消費量が時間帯によって異なることや季節等に起因して電圧変動が生じる場合がある。変形例の形態によれば、交流母線２０ａへの影響が小さい交流母線２０に係る制御装置１００、１００Ａ～１００Ｄは、連携される交流母線２０、及び交流母線２０ａの電圧変動に対して無効電力を調整し、交流母線２０ａへの影響が大きい交流母線２０に係る母線近傍制御装置３００は、連系される交流母線２０のみの電圧変動に基づく無効電力を調整し、且つ１日のうち電力消費量が時間帯によって異なることや季節等に起因して生じる電圧変動を除いた、調整対象の交流母線２０ｂの電圧変動を抑制するように、無効電力調整装置２００－３を制御することができる。

本発明の実施形態やその変形を説明したが、これらの実施形態やその変形は、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。これら実施形態やその変形は、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。

２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ…交流母線、３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ…送電線、４０ａ、４０ｂ…降圧変圧器、５０…変圧器、６０…電圧調整継電装置、１００、１００－１、１００－２、１００Ａ、１００Ａ－１、１００Ｂ、１００Ｂ－１、１００Ｂ－２、１００Ｂ－３、１００Ｃ、１００Ｃ－１、１００Ｄ、１００Ｄ－１、１００Ｄ－３…制御装置、１０１…第１算出器、１０２…補正部、１０３…第２算出器、１０４…電圧制御部、１０５…スイッチング信号生成部、１０６…乗算部、１０７、１０９…ローパスフィルタ、１０８…切替部、２００、２００－１、２００－２、２００－３…無効電力調整装置、３００…母線近傍制御装置、ＣＶ１…交流母線電圧指令値、ＣＶ２…母線電圧指令値、ＵＬ…上限値、ＬＬ…下限値、ＲＴ、ＲＴ－１、ＲＴ－２、ＲＴ－３…外縁母線電圧検出値、ＲＴＢ、ＲＴＢ１、ＲＴＢ２…交流母線電圧検出値、ＶＤ、ＶＤ－１、ＶＤ－２、ＶＤ－３…電圧検出器、ＶＤＢ１、ＶＤＢ２…母線電圧検出器、ＷＦ…重み付け係数

Claims (6)

1. 交流系統の外縁部に連系される無効電力調整装置の制御装置であり、
   前記無効電力調整装置が前記交流系統に連系された位置である第１位置において検出された第１電圧検出値と第１電圧指令値との差分に基づく第１指標値と、前記交流系統の非外縁部である第２位置において検出された第２電圧検出値と第２電圧指令値との差分に基づく第２指標値とを算出する指標値算出部と、
   前記指標値算出部によって算出された前記第１指標値、及び前記第２指標値と、前記交流系統の電圧指令値とに基づいて前記無効電力調整装置に対する制御信号を生成する信号生成部と、
   を備え、
   前記指標値算出部は、前記第２電圧検出値と前記第２電圧指令値との差分が小さくなるように補正した補正値を前記第２指標値として算出し、前記補正値が所定の上限値より大きい値である場合、前記所定の上限値を前記第２指標値として算出し、前記補正値が所定の下限値より小さい値である場合、前記所定の下限値を前記第２指標値として算出する、 制御装置。
2. 前記指標値算出部は、前記第１位置と前記第２位置との電気的距離に基づく重み付け係数を前記第２電圧検出値と前記第２電圧指令値との差分に乗算し、前記第２電圧検出値と前記第２電圧指令値との差分が小さくなるように、乗算した値を補正した補正値を前記第２指標値として算出する、
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記指標値算出部は、前記補正値にローパスフィルタによるフィルタリングを行った後の値を前記第２指標値として算出する、
   請求項１に記載の制御装置。
4. 交流系統の外縁部に連系される無効電力調整装置の制御装置であり、
   前記無効電力調整装置が前記交流系統に連系された位置である第１位置において検出された第１電圧検出値と第１電圧指令値との差分に基づく第１指標値と、前記交流系統の非外縁部である第２位置において検出された第２電圧検出値と第２電圧指令値との差分に基づく第２指標値とを算出する指標値算出部と、
   前記指標値算出部によって算出された前記第１指標値、及び前記第２指標値と、前記交流系統の電圧指令値とに基づいて前記無効電力調整装置に対する制御信号を生成する信号生成部と、
   を備え、
   前記信号生成部は、前記第１位置と前記第２位置との電気的距離に基づいて、前記電気的距離が所定のしきい値以上である場合には、前記第１指標値と、前記第２指標値と、前記交流系統の電圧指令値とに基づいて、前記制御信号を生成し、前記電気的距離が所定のしきい値未満である場合には、前記第１指標値と、前記交流系統の電圧指令値とに基づいて、前記制御信号を生成する、
   制御装置。
5. 請求項１から４のうちいずれか一項に記載の制御装置が制御する無効電力調整装置が連携する交流系統の非外縁部に連系される第２無効電力調整装置の第２制御装置であり、
   前記第２無効電力調整装置が前記交流系統に連系された位置である第３位置において検出された第３電圧検出値と、前記第３電圧検出値にローパスフィルタによるフィルタリングを行った後の値との差分を第３指標値として算出する第２指標値算出部と、
   前記指標値算出部によって算出された前記第３指標値に基づいて前記第２無効電力調整装置に対する制御信号を生成する第２信号生成部、
   を備える第２制御装置。
6. 請求項１から請求項４のうち一部または全部の制御装置、および／または請求項５に記載の第２制御装置を備え、
   前記交流系統の無効電力を調整する、
   制御システム。

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