(57)【要約】【課題】入手が簡易で確実なパラメータを用いて適切に実負荷を推定することのできる、全く新規な配電区間の負荷推定方法及び配電系統制御方法を提供する。【解決手段】太陽光発電システム１３０と配電系統１００からの供給電力によって実負荷をまかなう配電区間１２２の負荷推定方法であって、日時に応じた気温と系統負荷の実測データに基づいて、実負荷を推定したい地域の特定の時刻における気温と実負荷の関係式を算出し、当該地域における気温を取得し、関係式と気温から実負荷を推定することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光発電と系統からの供給電力によって実負荷をまかなう配電区間の負荷推定方法であって、
日時に応じた気温と系統負荷の実測データに基づいて、実負荷を推定したい地域の特定の時刻における気温と実負荷の関係式を算出し、
当該地域における気温を取得し、
前記関係式と前記気温から実負荷を推定することを特徴とする配電区間の負荷推定方法。
【請求項２】
前記特定の時刻は、前記太陽光発電の発電量が高い、正午近傍であることを特徴とする請求項１に記載の配電区間の負荷推定方法。
【請求項３】
前記気温は、前記特定の時刻における気温であり、
前記特定の時刻は、実負荷を推定したい時刻であることを特徴とする請求項１に記載の配電区間の負荷推定方法。
【請求項４】
前記実測データは、前記太陽光発電の影響を低減できる雨天時に採取されたものを抽出して用いることを特徴とする請求項１に記載の配電区間の負荷推定方法。
【請求項５】
前記実測データは、前記太陽光発電の雨天時の想定発電効率に基づいて補正することを特徴とする請求項４に記載の配電区間の負荷推定方法。
【請求項６】
前記実測データは、晴天時に採取されたものを抽出して用いて、前記太陽光発電の晴天時の想定発電効率に基づいて補正することを特徴とする請求項１に記載の配電区間の負荷推定方法。
【請求項７】
前記関係式は、前記実測データから算出された偶数次の近似関数であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の配電区間の負荷推定方法。
【請求項８】
太陽光発電と系統からの供給電力によって実負荷をまかなう配電区間の配電系統制御方法であって、
日時に応じた気温と系統負荷の実測データに基づいて、実負荷を推定したい地域の特定の時刻における気温と実負荷の関係式を算出し、
当該地域における気温を取得し、
前記関係式と前記気温から実負荷を推定し、
前記実負荷に基づいて、前記系統の経路の切替を行うことを特徴とする配電区間の配電系統制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電と系統からの配電によって実負荷をまかなう配電区間の負荷推定方法、配電系統制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、無尽蔵な太陽エネルギーを電気エネルギーに変換して発電を行う太陽光発電システムの導入が促進されている。かかる太陽光発電システムによれば、エネルギー源として石油等の天然資源に依存する割合を低減でき、地球環境の保全につながるとして期待されている。
【０００３】
近年、太陽光発電システムの導入価格の低下、環境保全意識の高まり、及び石油価格の変動による代換エネルギーへの転換需要により、一般家庭等にも太陽光発電システムが普及しつつある。特に、新規に開発された住宅地などでは、地域全体に計画的に太陽光発電システムを導入し、大規模な太陽光発電が行われるケースも散見され始めている。
【０００４】
通例、一般家庭等に取り付けられた太陽光発電システムは、電気事業者の配電線に連系されている。そして、太陽光発電システムの発電量の余剰分を、連系された配電系統に折り返し、所定の電気事業者に売却している。なお、一般には発電した電気量を計測する発電メータ（いわゆる売電メータ）を設置することにより、売却電気量を把握している。
【０００５】
ところで、太陽光発電システムが連系した配電系統に停電が起こると、それに伴い太陽光発電システムの発電も停止するように設定されている。これは、太陽光発電システムによって発電された電力が配電系統に折り返され、停電の復旧作業を行っている作業員が感電してしまうおそれをなくすためである。
【０００６】
そして停止された太陽光発電システムは、停電が復旧してもすぐに発電を再開できるわけではない。そのため停電が復旧した当初は、通常時は太陽光発電によってまかなっている分の電力もあわせて、地域全体の負荷（実負荷）を電気事業者（変電所）から配電系統に送出された電力で賄わなければならない。
【０００７】
このため、停電から復旧した瞬間に過負荷に陥り、二次的な停電事故に連鎖するおそれがある。過負荷を防止するためには、想定される最大の電力を供給できるようにする必要がある。
【０００８】
しかし、電気事業者（変電所）からは、通常、配電系統に送り出す送出電流値しか把握することができない。即ち、実負荷の一部が太陽光発電によってまかなわれているから、実負荷全体を把握することができない。当然、太陽光発電システムを連系した一般家庭等に検針に赴けば発電量を調べることができるが、労力等の点から鑑みるととても現実的ではない。そこで従来、電気事業者は、事前に申請された太陽光発電システムの定格容量と、各戸の契約電力を積算し、最大の電力を算出している。そしてこの最大の電力がまかなえるように配電設備を整備し、また区間負荷管理（系統切替）を行っていた。
【０００９】
ところが、上記の運用とすると、太陽光発電システムが増えるほどに、その発電量を包含しうるほどの大容量の配電設備を備える必要がある。配電設備である電線や変圧器、開閉器、遮断器などは、電気容量が大きくなるほど顕著に大型化し、また設備コストも高騰する。それにもかかわらずこの配電設備の容量が必要となるのは停電から復旧するときくらいであって、通常時は余剰分となってしまうため、設備投資の効率が極めて悪い。さらに、実際に太陽光発電システムが発電するのは定格容量の７割程度であるので、総じて相当の無駄を生じていた。
【００１０】
今後、太陽光発電システムの配電系統への連系がさらに増加した場合、上記の事情はさらに問題になる。そこで、実負荷を的確に把握し、過負荷による停電事故を確実に防止すると同時に、余剰な設備投資を抑える必要がある。
【００１１】
実負荷を把握するために、従来は、日射量などから太陽光発電の発電量を推定し、配電系統で計測された見かけ上の電流値に足して、全体としての実負荷を推定する方法が多く取られていた。
【００１２】
太陽光発電システムの発電量を推定する方法として、従来様々なものが検討されている。例えば、特許文献１には、太陽光発電システムの発電量予測方法が開示されている。特許文献１によれば、設置地点、容量、直並列枚数、太陽電池の方位角・傾斜角、大気透過率、地域別日最低気温、直達日射強度、散乱日射強度等を勘案することにより、太陽光発電システムの発電量を容易に高精度で推定できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平１０−１０８４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記のように日射量を用いて太陽光発電の発電量を推定する方法は、太陽光パネルの設置条件などによる補正が必要ではあるが、日射量と発電量がほぼ比例関係にあることから、配電区間内の太陽発電システムの定格容量の合計がわかっていれば、比較的高い精度で推定することができる。
【００１５】
しかし、確かに晴天時には高精度で算出できるが、曇天時、特に、天候の変動が激しい日には推定が大きく外れるおそれがある。オンラインで設置された日射計により、日射量を実測することも考えられるが、日射計の設置コスト、通信インフラの整備を考えると、とても現実的ではない。しかも、近傍範囲においても、雲の間から漏れる日射などの影響により、日射量が変動する。故に、適切な実負荷を把握することができない。例えば特許文献１では、任意の時間間隔毎に発電量を予測するとしているが、日射量の変動に合わせて予測し直すのは現実的には不可能である。
【００１６】
そこで実負荷を推測するための他の手法として、太陽光発電によらない指標を用いて実負荷を推定する方法も考えられる。例えば、太陽光発電が少ない雨天時の平均負荷（曜日別、時間帯別）を基本とし、天候や気温などによって補正する方式である。しかし、このようなアプローチによる推定方法は、実施可能なほどに確立されたものはない。
【００１７】
そこで本発明は、上記のように状態の取得が困難な日射量に頼ることなく、入手が簡易で確実なパラメータを用いて適切に実負荷を推定することのできる、全く新規な配電区間の負荷推定方法及び配電系統制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するために発明者らが鋭意検討したところ、実負荷は曜日や時間帯、気温によって大きく異なるが、天候による影響は少ないことに着目した。上記のうち曜日や時間帯に対する依存はライフスタイル（生活パターン）によるものであるが、気温によるものは客観的にデータを取得することが可能である。そこでさらに検討し、天候によらず温度と実負荷との間に相応の相関性があることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１９】
すなわち本発明の代表的な構成は、太陽光発電と系統からの供給電力によって実負荷をまかなう配電区間の負荷推定方法であって、日時に応じた気温と系統負荷の実測データに基づいて、実負荷を推定したい地域の特定の時刻における気温と実負荷の関係式を算出し、当該地域における気温を取得し、関係式と気温から実負荷を推定することを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によれば、状態の取得が困難な日射量に頼ることなく、入手が簡易で確実なパラメータを用いて適切に実負荷を推定することができる。
【００２１】
特定の時刻は、太陽光発電の発電量が高い、正午近傍であるとよい。これにより太陽光発電の最大発電量を算出することができ、その最大発電量を基に他の時刻においても好適に適用できる関係式を提供できる。
【００２２】
気温は、特定の時刻における気温であり、特定の時刻は、実負荷を推定したい時刻であるとよい。これにより、太陽光発電の発電量を考慮することなく、その時刻における実負荷を直接把握することができる。
【００２３】
実測データは、太陽光発電の影響を低減できる雨天時に採取されたものを抽出して用いるとよい。これにより、太陽光発電の影響を低減できる。
【００２４】
上記実測データは、太陽光発電の雨天時の想定発電効率に基づいて補正するとよい。これにより、さらに正確に実負荷を把握できる。
【００２５】
実測データは、晴天時に採取されたものを抽出して用いて、太陽光発電の晴天時の想定発電効率に基づいて補正するとよい。一般的には雨天よりも晴天の方が多いので、これにより、実測データのサンプルをより多く取得することができる。
【００２６】
関係式は、実測データから算出された偶数次の近似関数であるとよい。なお、実負荷を推定したい地域の負荷傾向によって奇数次の近似関数となることもあり得る。
【００２７】
本発明の他の代表的な構成は、太陽光発電と系統からの供給電力によって実負荷をまかなう配電区間の配電系統制御方法であって、日時に応じた気温と系統負荷の実測データに基づいて、実負荷を推定したい地域の特定の時刻における気温と実負荷の関係式を算出し、当該地域における気温を取得し、関係式と気温から実負荷を推定し、その実負荷に基づいて、系統の経路の切替を行うことを特徴とする。
【００２８】
上述した配電区間の負荷推定方法における技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該配電区間の配電系統制御方法にも適用可能である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、状態の取得が困難な日射量に頼ることなく、入手が簡易で確実なパラメータを用いて適切に実負荷を推定することのできる、配電区間の負荷推定方法及び配電系統制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】太陽光発電システムが連系した配電系統を説明する図である。
【図２】配電系統制御装置を説明する図である。
【図３】実測データテーブルを説明する図である。
【図４】雨天時の温度と区間負荷のデータ例を示す図である。
【図５】雨天時および晴天時の温度と区間負荷のデータ例を示す図である。
【図６】実施例１にかかる処理を説明するフローチャートである。
【図７】実施例２にかかる処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。係る実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００３２】
図１は、太陽光発電システム１３０が連系した配電系統１００を説明する図である。図１に示すように、配電系統１００は、変電所１１０から送り出された電流を複数の一般家庭１４０等に供給する。また、一般家庭１４０等に備え付けられた太陽光発電システム１３０の余剰分の電力は、配電系統１００に連系される。
【００３３】
配電系統１００は、区間開閉器１２０によって複数の配電区間１２２に分割されている。区間開閉器１２０は、配電区間１２２内に事故が発生した場合に、その配電区間１２２への電力供給を停止する。また一つの配電区間１２２には１つの変電所１１０しか接続されていないわけではなく、複数の変電所１１０から電線が接続されており、区間開閉器１２０を切り替えることによってその配電区間１２２への系統切替を行うことができる。例えば一方の変電所１１０がメンテナンスする際や過負荷となった場合には、区間開閉器１２０を切り替えて、一部または全部の配電区間１２２に他の変電所１１０から電力を供給することができる。
【００３４】
通常、変電所１１０は、送り出し電流の出力を監視している。またこれとは別に、区間開閉器１２０も電流計測回路を備えており、その区間開閉器１２０を流れる電流量を不図示の制御装置から監視することができる。したがって、ある配電区間１２２への送出電流値（配電区間１２２内の負荷）は、その配電区間１２２の直前の区間開閉器１２０を流れる電流から、その配電区間１２２の下流側の区間開閉器１２０を流れる電流を引くことによって求めることができる。
【００３５】
図２は配電系統制御装置２００を説明する図、図３は実測データテーブル２４０を説明する図、図４は雨天時の温度と区間負荷のデータ例を示す図、図５は雨天時および晴天時の温度と区間負荷のデータ例を示す図である。
【００３６】
図２に示すように、配電系統制御装置２００は、装置制御部２１０、入力部２２０、出力部２３０、実測データテーブル２４０、実測データ抽出部２５０、補正部２６０、関係式導出部２７０、実負荷算出部２８０、切替制御部２９０を備えている。
【００３７】
装置制御部２１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）を含んで構成され、装置全体を管理および制御している。
【００３８】
入力部２２０は、キーボードやマウスやタッチパネル、ファイル入出力装置やネットワークを通じたデータ通信等、外部からの情報を取り入れる種々の装置より構成される。入力部２２０は、該当地域の気温、該当地域の太陽光発電システムの総定格容量等を入力するのに用いられる。
【００３９】
出力部２３０は、内部の情報を外部へ出力する役割を担う。具体的には、例えば、ディスプレイやプリンタ等で構成され、使用者に情報を表示したり印刷したりする。また出力内容をデータとして記録媒体に保存したり、ネットワークを通じたデータ通信やウェブ表示なども好適に出力部２３０として用いることができる。
【００４０】
実測データテーブル２４０は、図３に示すように、日時に応じた気温と系統負荷の実測データが記憶されている。日時としては、例えば１時間おきに、１年間のデータを蓄積することができる。なおこの間隔と期間については運用と必要性に応じて適宜設定することができる。天気については、気象庁からデータを取得したり、オペレータが入力したりすることができる。気温については、気象庁などからデータを取得したり、変電所１１０や電柱に温度センサを設置して実測してもよい。区間負荷については、推定の対象となる配電区間１２２の区間開閉器１２０において電流値を測定することにより求めることができる。なお図３では詳細に示していないが、区間ごとにあらかじめ負荷（見かけ上の負荷）を算出して記録しておいてもよいし、各区間開閉器１２０の電流値を記憶しておいて演算する際に負荷を算出してもよい。実測データテーブル２４０は、具体的にはハードディスクやＣＤ−ＲＯＭなどの記憶媒体で構成することができる。
【００４１】
なお実測データテーブル２４０は、配電系統制御装置２００が直接に区間開閉器１２０などからデータを取得してもよいし、あらかじめ他の装置や他の機関で蓄積したデータを実測データテーブル２４０に格納してもよい。
【００４２】
実測データ抽出部２５０は、データベースエンジンであって、実測データテーブル２４０から所定の条件に基づいて該当するデータ（レコード）を抽出することができる。たとえば１年間の正午かつ雨天時のデータを抽出したり、午後３時の雨天時および晴天時のデータを抽出したりすることができる。
【００４３】
補正部２６０は、実測データ抽出部２５０が抽出したデータに対し、天気のデータに応じて区間負荷を補正する。ここで、雨天時の太陽光発電システム１３０の出力は、晴天時発電出力の５％程度であることが知られている。そこで本実施形態において、雨天時のデータについては太陽光発電の発電量を無視して、雨天時の区間負荷をそのまま実負荷とすることができる。また太陽光発電システム１３０の晴天時の発電出力がわかっているのであれば、その５％の発電量を区間負荷に加えて補正することにより、実負荷を擬制することができる。また、晴天時の太陽光発電システム１３０の出力は定格出力の６０〜８０％程度であることが知られているから、これを区間負荷に加算して補正することにより、実負荷を擬制することができる。
【００４４】
関係式導出部２７０は、実測データ抽出部２５０が抽出し、補正部２６０が補正した区間負荷のデータを用いて、気温と区間負荷の関係に近似する関係式（近似関数）を導出する。
【００４５】
図４は、雨天時の温度と補正した区間負荷をプロットしている。さらに図５は、雨天時に加えて晴天時の温度と区間負荷をプロットしている。図５のデータについても、図４と同様に上記のように補正部２６０が補正したものである。図４および図５からわかるように、擬制された実負荷は、天候によらず、気温に応じて変化していることがわかる。すなわちデータ例の地域では気温が常温（２０℃）あたりの区間負荷は低く、気温が低下または上昇するほど区間負荷が高くなっている。この傾向は負荷の特性によるものと考えられ、太陽光発電の発電量とはかかわりないものと考えられる。そこで、上記のように気温と実負荷の関係式を用いることにより、気温から実負荷を求めることが可能となる。
【００４６】
ここで上記のように、気温が低下または上昇するほど区間負荷は高くなる。したがってこれを関数で近似するとすれば、偶数次の関数によって適切に近似できると考えられる。したがって例えば関数式は次の式１のようになり、これを図示すれば図５のようになる。
区間負荷Ｌ＝ａＴ４−ｂＴ３＋ｃＴ２−ｄＴ＋ｅ  …（式１）  ただしＴは気温
【００４７】
実負荷算出部２８０は、入力部２２０から入力された気温の情報と、関係式導出部２７０が導出した関係式とを用いて、実負荷を算出する。算出した実負荷は、出力部２３０から出力すると共に、切替制御部２９０において利用する。
【００４８】
切替制御部２９０は、実負荷算出部２８０において算出された実負荷に基づき、配電系統１００の区間負荷管理（系統切替）を行う。
【実施例１】
【００４９】
実施例１は、特定の時刻として任意の時刻について実負荷を求める例である。図６は実施例１にかかる処理を説明するフローチャートである。
【００５０】
まず使用者が入力部２２０から気温と時刻のデータを入力する（Ｓ１０２）。ここで入力する時刻（特定の時刻）は、区間開閉器１２０を閉じようとする時刻である。すると実測データ抽出部２５０は実測データテーブル２４０を参照し、例えば１年間の中で、その時刻に雨天または晴天であった日のレコードを抽出する（Ｓ１０４）。基本的には１日につき１つのレコードが選択されるが、特定した時刻の周辺の複数のレコードを抽出してもよい。１日に１つのレコードである場合、レコード数は５０〜１００程度となる。
【００５１】
次に補正部２６０が、晴天時について補正を行って、区間負荷を実負荷にする（Ｓ１０６）。このとき、雨天時についても補正してよい。そして関係式導出部２７０が関係式を導出し（Ｓ１０８）、実負荷算出部２８０が気温のデータを適用して実負荷を算出する（Ｓ１１０）。
【００５２】
このようにして、太陽光発電の発電量を考慮することなく、実負荷を直接把握することができる。したがって従来のように太陽光発電システム１３０の定格容量のすべてをまかなえるように準備する場合に比して、適切かつ飛躍的に推定値を低減させることができ、適切な区間負荷管理を行うことができる（Ｓ１１２）。
【００５３】
例えば、配電設備の故障等によって一時的に停電となり、再び区分開閉器１２０を閉じる（接続する）場合を考える。このとき、上記のようにして求めた実負荷を知ることができるため、仮に本来接続しようとした変電所１１０からの供給電力が不足すると分かった場合には、他の変電所１１０から電力を供給するように経路を選択することができる。そして当該配電区間１２２内の太陽光発電システム１３０が稼動を開始した後に、本来接続しようとした変電所１１０に系統切替をおこなうように運用することができる。
【００５４】
またこのように、実負荷を適切に推定することができることから、一時的には区間負荷が不足する場合も、系統切替などの運用で補うことができる。したがって従来のように、契約電力の積算と太陽光発電システム１３０の総定格容量を補うだけの配電設備を準備しておく必要がない。
【００５５】
また特に、上記説明したように、本実施形態によれば、必要とされるデータ（パラメータ）が極めて少ない。したがって、極めて容易に太陽光発電システムの最大発電量を推定することができ、簡便かつ適切に設備形成および区間負荷管理（系統切替）を行うことができる。
【実施例２】
【００５６】
実施例２は、特定の時刻として正午近傍の関係式を用いる例である。図７は実施例２にかかる処理を説明するフローチャートであって、図６と説明の重複する部分については同一のステップ番号を付記する。
【００５７】
正午は太陽が最も高く、天候によらず太陽光発電の影響が最も大きい時刻である。換言すれば、正午の実負荷を知ることができれば、その日の太陽光発電の最大発電量を知ることができる。
【００５８】
まず使用者が入力部２２０から気温と時刻のデータを入力する（Ｓ１０２）。実測データ抽出部２５０は実測データテーブル２４０を参照し、例えば１年間の中で、正午に雨天または晴天であった日のレコードを抽出する（Ｓ２０４）。
【００５９】
次に補正部２６０が、晴天時（および雨天時）について補正を行って、区間負荷を実負荷にする（Ｓ１０６）。そして関係式導出部２７０が関係式を導出し（Ｓ１０８）、実負荷算出部２８０が気温のデータを適用して実負荷を算出する（Ｓ１１０）。
【００６０】
このとき、配電区間１２２の区間負荷は定期的に記録が取られているので、停電する直前の当該配電区間１２２の区間負荷もわかっており、また正午の区間負荷もわかっている。したがって上記のように算出した正午の実負荷から、正午の区間負荷を引くことにより、その日の太陽光発電システム１３０の最大発電量を取得することができる（Ｓ２０６）。そして停電する直前の区間負荷に、最大発電量を加算することにより、現実の実負荷を確実に補うことのできる実負荷を算出することができる（Ｓ２０８）。
【００６１】
このように、太陽光発電の発電量を加味しつつ、かつその時間帯にも応じた実負荷を求めることができる。したがって、適切かつ飛躍的に推定値を低減させることができ、適切な区間負荷管理を行うことができる（Ｓ１１２）。
【００６２】
以上、詳述した構成により、本実施形態によれば、極めて少ないパラメータによって実負荷を推定することができ、適切な設備形成、区間負荷管理（系統切替）を行うことができる。
【００６３】
なお、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、太陽光発電と系統からの供給電力によって実負荷をまかなう配電区間の負荷推定方法及び配電系統制御方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１００  …配電系統
１１０  …変電所
１２０  …区間開閉器
１２２  …配電区間
１３０  …太陽光発電システム
１４０  …一般家庭
２００  …配電系統制御装置
２１０  …装置制御部
２２０  …入力部
２３０  …出力部
２４０  …実測データテーブル
２５０  …実測データ抽出部
２６０  …補正部
２７０  …関係式導出部
２８０  …実負荷算出部
２９０  …切替制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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