(57)【要約】【課題】分散型電源が大量に連系した配電系統の監視制御において、電圧制御の協力費用を電圧改善度に応じて評価するようにしたことで、制御感度の高い分散型電源の所有者に対して高いインセンティブを与えることにより、電圧制御を効率よく実施することができる電圧制御方法を提供する。【解決手段】分散型電源の系統に与える影響を評価し、系統連系料金として徴収するとともに、最適化計算による力率制御で効率よく電圧改善を行なうとともに、電圧改善への貢献度に応じてインセンティブを与えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無効電力の出力を制御可能な分散型電源が連系した配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法であって、分散型電源の運転状態と配電系統状態のデータをオンラインで収集し配電系統電圧の監視・制御を行い、系統電圧が適正範囲を逸脱した場合に前記分散型電源の無効電力の出力制御により系統電圧の適正範囲逸脱を防止する配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法において、
シミュレーションにより前記分散型電源の無効電力出力の制御量を決定する際、各分散型電源の有効電力出力をほぼ同量ずつ順番に増加し、系統電圧のいずれか一箇所が適正範囲の上限に達した時の各分散型電源の出力を基準出力とし、前記基準出力の状態で各分散型電源の無効電力出力を個別に制御して系統電圧のいずれか一箇所が適正範囲の上限に達した時の当該分散型電源の有効電力をＰ‘ｍａｘとし、当該分散型電源の最大有効電力出力Ｐｍａｘとの差分（Ｐｍａｘ−Ｐ‘ｍａｘ）に当該時間帯における売電単価を乗じた金額を当該分散型電源の系統連系料金として計算するとともに、最適化計算により各分散型電源の無効電力総和がミニマムの状態で系統電圧が適正範囲内になるよう各分散型電源の無効電力制御量を決定した場合の各分散型電源の有効電力出力をＰｏｐｔとし、当該分散型電源の最大有効電力出力Ｐｍａｘとの差分（Ｐｍａｘ−Ｐｏｐｔ）に当該時間帯における売電単価を乗じた金額を当該分散型電源の機会損失費用として計算し、さらに系統連系料金総額から機会損失費用総額を引いた残りの金額を各分散型電源の電圧改善への貢献度に応じて電圧制御報奨金として計算するようにし、各分散型電源の無効電力制御量を決定するとともに、前記分散型電源の系統連系料金および機会損失補填料、電圧制御報奨金を計算するようにしたことを特徴とする配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の分散型電源が連系した配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
分散型電源が大量に連系した配電系統では、逆潮流の増加に伴う電圧上昇の発生が懸念されている。従来の配電系では、自動電圧調整器（ＳＶＲ：Step  Voltage  Regulator）や無効電力補償装置（ＳＶＣ：Static  Var  Compensator）等の電圧制御設備を用いて電圧分布が適正化されてきた。
【０００３】
しかし、分散型電源の導入に起因する過電圧の発生は、分散型電源の導入箇所や導入量に大きく依存するため、事前に電圧調整用設備の導入箇所を決定する事は困難である。
【０００４】
一方、インバータを用いて連系する分散型電源は、力率を制御することで無効電力の供給および吸収が可能であるため、電圧制御への貢献が可能である。したがって、分散型電源が面的に広がって配置されている場合、分散型電源の力率制御機能の活用により、追加的な設備投資を行なうことなく面的な電圧制御が可能となりうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２７４８１２号公報（段落［００５４］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
文献１では、無効電力制御による電圧品質維持への協力として、制御の回数または制御した無効電力の積算値に対して対価を支払うとともに、無効電力制御により出力制限した有効電力の電力量に対しても対価を支払うことが開示されている。
【０００７】
文献１の方法によれば、制御感度の小さい分散型電源が多くの無効電力を出力する可能性がある。したがって、系統全体も無効電力の発生量が多くなり、系統の電力ロスを増大させるという問題が発生する可能性がある。
【０００８】
さらに、制御感度の小さい分散型電源が多くの無効電力を発生させるため、電圧改善への貢献度が低い分散型電源がより多くの対価を得るという不公平が発生する。
【０００９】
また、電圧品質維持への協力費用を系統運用者側が全て負担することになるため、電圧調整に要した費用は電気料金として計上され、全ての需要家から回収されるようになることが懸念される。
【００１０】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、効率の良い制御を行うとともに、分散型電源所有者、分散型電源を所有しない需要家ともに利益を向上させ、ひいては各分散型電源からの有効電力出力を最大化することが可能な配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法は、無効電力の出力を制御可能な分散型電源が連系した配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法であって、分散型電源の運転状態と配電系統状態のデータをオンラインで収集し配電系統電圧の監視・制御を行い、系統電圧が適正範囲を逸脱した場合に前記分散型電源の無効電力の出力制御により系統電圧の適正範囲逸脱を防止する配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法において、シミュレーションにより前記分散型電源の無効電力出力の制御量を決定する際、各分散型電源の有効電力出力をほぼ同量ずつ順番に増加し、系統電圧のいずれか一箇所が適正範囲の上限に達した時の各分散型電源の出力を基準出力とし、前記基準出力の状態で各分散型電源の無効電力出力を個別に制御して系統電圧のいずれか一箇所が適正範囲の上限に達した時の当該分散型電源の有効電力をＰ‘ｍａｘとし、当該分散型電源の最大有効電力出力Ｐｍａｘとの差分（Ｐｍａｘ−Ｐ‘ｍａｘ）に当該時間帯における売電単価を乗じた金額を当該分散型電源の系統連系料金として計算するとともに、最適化計算により各分散型電源の無効電力総和がミニマムの状態で系統電圧が適正範囲内になるよう各分散型電源の無効電力制御量を決定した場合の各分散型電源の有効電力出力をＰｏｐｔとし、当該分散型電源の最大有効電力出力Ｐｍａｘとの差分（Ｐｍａｘ−Ｐｏｐｔ）に当該時間帯における売電単価を乗じた金額を当該分散型電源の機会損失費用として計算し、さらに系統連系料金総額から機会損失費用総額を引いた残りの金額を各分散型電源の電圧改善への貢献度に応じて電圧制御報奨金として計算するようにし、各分散型電源の無効電力制御量を決定するとともに、前記分散型電源の系統連系料金および機会損失補填料、電圧制御報奨金を計算するものである。
【００１２】
よって、最適化計算により電圧改善のために制御する無効電力を系統全体で最小化することにより、効率の良い制御を行うとともに、各分散型電源からの有効電力出力を最大化することが可能な配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法を提供し、さらに、電圧監視制御システムにより、分散型電源所所有者から系統への影響度合いに応じて系統連系料金を計算し、系統連系料金を制御量に応じて機会損失補填費用として計算するとともに、電圧改善への貢献度に応じた電圧制御報奨金として計算することにより電圧監視制御への協力を得やすくし、ひいては各分散型電源からの有効電力出力を最大化すること可能とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係る配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法は、シミュレーションにより分散型電源の無効電力出力の制御量を決定する際、系統電圧のいずれか一箇所が適正範囲の上限に達まで各分散型電源の有効電力出力をほぼ同量ずつ順番に増加し、その後各分散型電源が個別に無効電力を制御しながら系統内の電圧が適性範囲内で出力可能な最大有効電力Ｐ‘ｍａｘを求め、有効電力出力の最大値Ｐｍａｘとの差分（Ｐｍａｘ−Ｐ’ｍａｘ）に応じた料金を系統連系料金として計算するようにしているため、各分散型電源所有者が系統への影響度合いに応じて系統連系料金を負担することになり、各分散型電源所有者間の公平性が保たれ、分散型電源の導入を促進し、しかも電圧監視制御への協力を得やすくし、ひいては各分散型電源からの有効電力出力を最大化することを可能とするという効果がある。
【００１４】
また、無効電力制御によって有効電力が減少した分散型電源所有者に対して機会損失補填費用を支払うとともに、各分散型電源の電圧改善への貢献度を評価し対価を払うようにしたことで、貢献度の高い分散型電源にインセンティブを与えることによって、各分散型電源の電圧改善への協力を得やすくなるという効果がある。
【００１５】
さらに、系統連系した分散型電源の所有者から系統連系料金を徴収し、徴収した系統連系料金の中で系統の電圧改善に要した費用を支払うようにすることにより、分散型電源を所有しない一般の需要家の負担がなくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１を示す図で、配電系統の電圧監視制御を行うフローチャートである。
【図２】この発明の実施の形態１を示す図で、システム構成の一例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す図で、系統連系料金の一例を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１を示す図で、機会損失補填費用の一例を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１を示す図で、電圧制御報奨金の一例を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１を示す図で、分散型電源の回収費用の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の電圧監視制御方法の実行フローの事例を示すフローチャート図であり、以下、実行フローをフロー順に説明する。
【００１８】
計測データ読み込み処理機能による計測データ読み込み処理（ステップＳＴ１）で定周期で計測収集され、システムに保存されている計測データを読み込み、電圧分布計算機能による電圧分布計算（ステップＳＴ２）で潮流計算等のシミュレーションを実施し、各ノードの電圧を求める。
【００１９】
電圧逸脱判定処理機能による電圧逸脱判定処理（ステップＳＴ３）では前記電圧が適正範囲内かどうかを判定し、適正範囲を逸脱している場合は以下の処理を行い、適正範囲を逸脱していない場合は処理を終了する。
【００２０】
系統連系影響度評価機能による系統連系影響度評価（ステップＳＴ４）では、各分散型電源が力率１．０の最大出力で運転している場合の系統への影響度を評価し、系統連系料金を計算する。
【００２１】
最適制御量計算機能による最適制御量計算（ステップＳＴ５）は、最適化計算により系統の無効電力が最小の状態で系統の各ノードの電圧が適正範囲内になるように分散型電源の無効電力出力を決定する。
【００２２】
有効電力低減量計算機能による有効電力低減量計算（ステップＳＴ６）では、分散型電源の無効電力出力に伴う有効電力の出力低減量を計算し、機会損失補償費用を計算する。
【００２３】
電圧改善貢献度評価機能による電圧改善貢献度評価（ステップＳＴ７）では、各分散型電源の電圧改善への貢献度を計算した上で、電圧制御報奨金を計算する。
【００２４】
電圧制御出力機能での電圧制御出力（ステップＳＴ８）は、最適制御量計算（ステップＳＴ５）で求めた無効電力制御量を対象の分散型電源に対し出力する。
【００２５】
図２は、この発明の配電系統の電圧監視制御方法を実行するためのシステム構成図であり、以下、図２によりシステムの構成および機能を説明する。
【００２６】
図２において、高圧配電線２１に設置された開閉器２２の入切状態および配電系統の電圧、電流データが子局２３、通信回線２４、通信親局２５を介して電圧監視制御装置２６に伝送される。
【００２７】
分散型電源３０の運転状態が子局２３、通信回線２４、通信親局２５を介して電圧監視制御装置２６に伝送される。
【００２８】
分散型電源３０に対する制御指令は、電圧監視制御装置２６、通信親局２５、通信回線２４、子局２３のルートで伝送される。
【００２９】
次に図２のシステムの動作について説明する。
【００３０】
電圧監視制御装置２６は、分散型電源３０の運転状態、開閉器２２の入切状態および配電系統の電圧、電流データを子局２３、通信回線２４、通信親局２５を介して定周期で収集し、配電系統の電圧監視制御を行う。
【００３１】
電圧監視制御装置２６は、収集したデータを基に、図１のフローチャートに従って処理し、配電系統の電圧が適正範囲を逸脱していると判定される場合は、電圧を改善するための無効電力制御量を求め、制御対象となる分散型電源に対し、制御指令を出力する。
【００３２】
電圧改善のための制御を行う場合、制御量の計算と同時に、系統連系料金、機会損失補填費用、電圧制御報奨金を制御に要する費用として計算し、計算結果を蓄積する。
【００３３】
まず、以下の手順で分散型電源iの系統への影響度合いを評価し、系統連系料金を計算する。
【００３４】
（１）各分散型電源の出力を微少量ずつ増加し、ノードN1〜N6のいずれかが適正電圧を
逸脱する場合の分散型電源の出力（基準出力）を求める。（図３（Ｂ）参照）
（２）上記（１）の状態から、分散型電源iが個別に力率を制御した場合に、適正電圧
範囲内で出力可能な有効電力（Ｐ‘max,i）を求める。（図３（Ｃ）参照）
（３）分散型電源iは、上記Ｐ‘max,i以上の有効電力を出力すると系統へ悪影響を与え
るため、分散型電源の最大出力Ｐmax,iと上記Ｐ‘max,iの差分を系統に影響を与
える有効電力とする。
（４）分散型電源の最大出力Ｐmax,iと上記Ｐ‘max,iの差分Ｐloss1,iに、その時間帯
での余剰電力買取価格Cｐを乗じた金額を系統連系料金ＳＣＦiとして計算する。
以下の式を参照。
Ｐloss１,i＝Ｐmax,i  −  Ｐ‘max,I
ＳＣＦi＝Ｐloss1,i  ×  Cｐ
【００３５】
次に、最適制御量計算４で、各分散型電源の無効電力出力を決定する。
分散型電源の集中制御により、系統電圧を適正範囲に維持するための力率制御を行う。
分散型電源の無効電力出力をミニマムとする最適化計算により、各分散型電源の有効電力出力Ｐopt、無効電力出力Ｑoptを決定する。
最適化計算は、以下のアルゴリズムで行なう。
［目的関数］
Mini  ΣQgi２
［制約条件］
（潮流方程式）
Pgi−Pli−ViΣVk｛Gik  cos（θi−θｋ）＋Bik  sin（θi−θｋ）｝＝０
Qgi−Qli−ViΣVk｛Gik  sin（θi−θｋ）＋Bik  cos（θi−θｋ）｝＝０
なお、ｉ＝１、２、３、・・・ｎ
（分散型電源無効電力出力の上下限制約）
Ｑgi_min  ≦  Qgi  ≦  Ｑgi_max
（ノード電圧の上下限制約）
Vmin  ≦  Vi  ≦  Vmax
（分散型電源の力率制約）
√（P２＋Q２）＝Ｓ
ここで、
ｍ：分散型電源台数
ｎ：ノード総数
Ｐgi、Qgi：分散型電源ｉの有効・無効電力出力
Ｐli、Qli：負荷ｉの有効・無効電力出力
Vi、θi  ：母線ｉの電圧、位相
Ｇik、Bik：母線ｉ−ｋ間のコンダクタンス、サセプタンス
Ｑgi_min、Ｑgi_max：分散電源ｉの無効電力出力上下限値
Vmin、Vmax：ノード電圧の上下限値
【００３６】
次に、有効電力減少分計算６で、最適制御量計算で求められた分散型電源iの有効電力出力Ｐopt,iから、無効電力制御により分散型電源iの有効電力が減少した分Ｐloss2,iを求め、Ｐloss2,iにその時間帯の余剰電力買取価格を乗じた分を機会損失補填料金ＯＬＣiとする。
以下の式を参照。
Ｐloss2,i＝Ｐmax,i−Popt,i
ＯＬＣi＝Ｐloss2,i  ×  Ｃp
ここで、
Ｐloss2,i：制御実施による分散型電源iの有効電力減少分
Ｐmax,i：分散型電源ｉの有効電力出力の最大値
Ｐopt,i：最適化計算による分散型電源iの有効電力出力
ＯＬＣi：分散型電源ｉの機会損失補填費用
図４では、分散型電源Ｇ５とＧ６の力率制御により、系統電圧が適正範囲内に改善され、分散型電源Ｇ５，Ｇ６が機械損失補填費用を得る例を示している。
【００３７】
次に、電圧改善貢献度評価７でノードの電圧改善度および各ノードの電圧改善への各分散型電源の貢献度を計算した上で、電圧制御報奨金の算出を行う。
まず、ノードｉの電圧改善度ＶＣＲｉを以下で計算する。
各分散型電源が力率１．０で最大出力で運転している場合のノードiの電圧をＶi、電圧の適正範囲上限をＶuとし、ＶＣＲiを以下とする。
ＶＣＲi＝（Ｖi−Ｖu）／Σ（Ｖj−Ｖu）
ｊ＝１〜Ｎ
図５の例では、ノード６の改善度ＶＣＲ6は以下となる。
ＶＣＲ6＝（Ｖ6−Ｖu）／｛（Ｖ2−Ｖu）＋（Ｖ3−Ｖu）＋（Ｖ4−Ｖu）
＋（Ｖ5−Ｖu）＋（Ｖ6−Ｖｕ）｝
【００３８】
次に、分散型電源iのノードjの電圧改善に対する貢献度ＶＣi,jを以下で計算する。
ＶＣi,j＝Ｖi,j／ΣＶi,k
ここで、
ｋ＝１〜N
Ｖi,j：分散型電源Iの有効電力、無効電力制御によるノードjの変化量
図の５の例ではノード６に対する電源６の貢献度ＶＣ6,6は以下となる。
ＶＣ6,6＝V6,6／（V6,6＋V5,6）
また、ノード６に対する電源５の貢献度ＶＣ5,6は以下となる。
ＶＣ5,6＝V5,6／（V6,6＋V5,6）
【００３９】
以上の計算をもとに、分散型電源ｊの電圧制御報奨金ＶＣＲjを以下とする。
電源ｊの電圧報奨金＝（系統連系料金総和―機会損失料金総和）×｛Σノードｉの
電圧改善度×ノードiに対する電源ｊの貢献度｝
＝（Σ（ＳＣＦｉ−ＯＬＣｉ））×ΣＶＣＲi×ＶＣj,i
なお、ｉ＝１〜Ｎ
図６に分散型電源Ｇ１〜Ｇ６が回収する費用の例を示している。
放射状の配電系統では、末端ほど制御感度が高くなるため、系統末端付近に連系する分散型電源に多くの制御指令が出力されやすくなる。
このため、制御感度の高い分散型電源所有者は制御協力のインセンティブを得ろ機会が多くなり、制御協力への参加を誘発する働きとなるとともに、効率よく制御を行うことが可能となる。
【００４０】
この発明の実施の形態１は、前述のように、無効電力の出力を制御可能な分散型電源が連系した配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法であって、分散型電源の運転状態と配電系統状態のデータをオンラインで収集し配電系統電圧の監視・制御を行い、系統電圧が適正範囲を逸脱した場合に前記分散型電源の無効電力の出力制御により系統電圧の適正範囲逸脱を防止する配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法において、シミュレーションにより分散型電源の無効電力出力の制御量を決定する際、各分散型電源の有効電力出力を微小同量ずつ順番に増加し、系統電圧のいずれか一箇所が適正範囲の上限に達した時の各分散型電源の出力を基準出力とし、前記基準出力の状態で各分散型電源の無効電力出力を個別に制御して系統電圧のいずれか一箇所が適正範囲の上限に達した時の当該分散型電源の有効電力をＰ‘ｍａｘとし、当該分散型電源の最大有効電力出力Ｐｍａｘとの差分（Ｐｍａｘ−Ｐ‘ｍａｘ）に当該時間帯における売電単価を乗じた金額を当該分散型電源の系統連系料金として計算するとともに、最適化計算により各分散型電源の無効電力総和がミニマムの状態で系統電圧が適正範囲内になるよう各分散型電源の無効電力制御量を決定した場合の各分散型電源の有効電力出力をＰｏｐｔとし、当該分散型電源の最大有効電力出力Ｐｍａｘとの差分（Ｐｍａｘ−Ｐｏｐｔ）に当該時間帯における売電単価を乗じた金額を当該分散型電源の機会損失費用として計算し、さらに系統連系料金総額から機会損失費用総額を引いた残りの金額を各分散型電源の電圧改善への貢献度に応じて電圧制御報奨金として計算するようにし、各分散型電源の無効電力制御量を決定するとともに、分散型電源の系統連系料金および機会損失補填料、電圧制御報奨金を計算するようにしたことを特徴とする配電系統の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法である。
【００４１】
また、この発明の実施の形態１は、分散型電源が大量に連系した配電系統の監視制御において、電圧制御の協力費用を電圧改善度に応じて評価するようにしたことで、制御感度の高い分散型電源の所有者に対して高いインセンティブを与えることにより、電圧制御を効率よく実施することができる電圧制御方法を提供するものであり、分散型電源の系統に与える影響を評価し、系統連系料金として徴収するとともに、最適化計算による力率制御で効率よく電圧改善を行なうとともに、電圧改善への貢献度に応じてインセンティブを与えるようにしたものである。
【００４２】
このように、この発明の実施の形態１の電圧監視制御システムによる電圧監視制御方法においては、制御量に応じて機会補填費用を与えるとともに、電圧改善への貢献度に応じて電圧制御褒章金を与えるようにしたものである。したがって、制御感度の高い分散型電源所有者の制御協力を得やすくなり、効率よく制御ができるようになるという効果がある。
【００４３】
また、シミュレーションにより分散型電源の無効電力出力の制御量を決定する際、系統電圧のいずれか一箇所が適正範囲の上限に達まで各分散型電源の有効電力出力を微小同量ずつ順番に増加し、その後各分散型電源が個別に無効電力を制御しながら系統内の電圧が適性範囲内で出力可能な最大有効電力Ｐ‘ｍａｘを求め、有効電力出力の最大値Ｐｍａｘとの差分（Ｐｍａｘ−Ｐ’ｍａｘ）に応じた料金を系統連系料金として計算するようにしているため、各分散型電源所有者が系統への影響度合いに応じて系統連系料金を負担することになり、各分散型電源所有者間の公平性が保たれ、分散型電源の導入を促進し、しかも電圧監視制御への協力を得やすくし、ひいては各分散型電源からの有効電力出力を最大化することを可能とするという効果がある。
【００４４】
また、無効電力制御によって有効電力が減少した分散型電源所有者に対して機会損失補填費用を支払うとともに、各分散型電源の電圧改善への貢献度を評価し対価を払うようにしたことで、貢献度の高い分散型電源にインセンティブを与えることによって、各分散型電源の電圧改善への協力を得やすくなるという効果がある。
【００４５】
さらに、系統連系した分散型電源の所有者から系統連系料金を徴収し、徴収した系統連系料金の中で系統の電圧改善に要した費用を支払うようにすることにより、分散型電源を所有しない一般の需要家の負担がなくなるという効果がある。
【００４６】
また、分散型電源の導入を促進し、地球温暖化対策に寄与することが期待できる。
【符号の説明】
【００４７】
１    計測データ読み込み処理、
２    電圧分布計算処理、
３    電圧逸脱判定処理、
４    系統連系影響度評価処理、
５    最適制御量計算処理、
６    有効電力出力低減量計算処理、
７    電圧改善度評価処理、
８    電圧制御出力処理、
２１    ２１高圧配電線、
２２    ２２開閉器、
２３    ２３通信用子局、
２４    ２４通信回線、
２５    ２５通信親局、
２６    ２６電圧監視制御装置、
３０    ３０分散型電源。
【図１】
2010183701.tif 000003
【図２】
2010183701.tif 000004
【図３】
2010183701.tif 000005
【図４】
2010183701.tif 000006
【図５】
2010183701.tif 000007
【図６】
2010183701.tif 000008