(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギー利用発電システムを備えた配電系統において、配電線路の電圧をある幅を持った所定電圧に調整する自動電圧調整装置であって、
自然エネルギー利用発電システムの発電出力を推定するべく、自然エネルギーの発生量を検出する自然エネルギーセンサを設け、
該センサによって検出された自然エネルギーの発生量に応じて、前記自動電圧調整装置の電圧調整のための基準電圧を予め決められた適正範囲内で所定量だけシフト制御し、自然エネルギーの発生量が多いときは基準電圧を高めに、自然エネルギーの発生量が少ないときは基準電圧を低めに、それぞれシフト制御する基準電圧発生回路を備える
ことを特徴とする配電線路の自動電圧調整装置。
【請求項２】
請求項１の配電線路の自動電圧調整装置において、
前記シフト制御における所定量ｄＶは、下記数式１に基づいて決定され、自動電圧調整装置によって調整される電圧Ｖｒは、下記数式２に基づいて決定されることを特徴とする配電線路の自動電圧調整装置。
[数１]
ｄＶ＝（Ｖmax  −  Ｖmin）  ×  （Ｉｎｓ  −  ０．５）
[数２]
Ｖbasis −  Ｖdb／２  ＋  ｄＶ  ＜  Ｖｒ  ＜  Ｖbasis ＋  Ｖdb／２  ＋  ｄＶ
但し、
ｄＶは、シフト制御される所定量、
Ｖmaxは、所定時間内において自動電圧調整装置によって調整される電圧の最大値、
Ｖminは、所定時間内において自動電圧調整装置によって調整される電圧の最小値、
Ｉｎｓは、自然エネルギー利用発電システムの推定出力（出力が最大のとき「１」、最小のとき「０」、中間のとき「０．５」）
Ｖbasisは、シフト制御する前の基準電圧、
Ｖdbは、基準電圧に対する高・低両側の不感帯幅の合計（不動作範囲）、
Ｖｒは、自動電圧調整装置によって調整される電圧である。
【請求項３】
請求項１又は２の配電線路の自動電圧調整装置において、
前記自然エネルギー利用発電システムは太陽光発電システムであり、
自然エネルギー利用発電システムの推定出力は、配電線路周辺に設置された日射センサの出力であることを特徴とする配電線路の自動電圧調整装置。
【請求項４】
自然エネルギー利用発電システムを備えた配電系統において、配電線路の電圧をある幅を持った所定電圧に調整する電圧調整方法であって、
配電系統内に設置された自然エネルギー利用発電システムの発電出力を推定し、
その推定出力に応じて、前記電圧調整における基準電圧を予め決められた適正範囲内で所定量だけシフト制御し、前記推定出力が大きいときは高めに、前記推定出力が小さいときは低めに、それぞれシフト制御する
ことを特徴とする配電線路の電圧調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然エネルギー利用発電システムを備えた配電系統において、配電線路の電圧をある幅を持った所定電圧に調整する自動電圧調整装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電系統では、配電用変電所から需要家に向かって電流が流れるため、配電用変電所から遠ざかるにつれて電圧降下が生じ、需要家における受電電圧が低下する。そのため、配電線路の途中に自動電圧調整装置を設置して、需要家における受電電圧が適正値となるように調整している。かかる技術の一つが下記特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−８１２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、需要家に太陽光発電システムのような自然エネルギー利用発電システムが設置されると、自然エネルギー利用発電システムの出力変動に自動電圧調整装置の動作が追随できず、需要家における受電電圧が適正範囲から逸脱する恐れがある。
このような問題に鑑み、本発明の課題は、自然エネルギー利用発電システムの出力変動を予測して、自動電圧調整装置がその変動の影響を受け難いように予め対応することにより、上記問題が生じるのを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１発明は、自然エネルギー利用発電システムを備えた配電系統において、配電線路の電圧をある幅を持った所定電圧に調整する自動電圧調整装置であって、
自然エネルギー利用発電システムの発電出力を推定するべく、自然エネルギーの発生量を検出する自然エネルギーセンサを設け、
該センサによって検出された自然エネルギーの発生量に応じて、前記自動電圧調整装置の電圧調整のための基準電圧を予め決められた適正範囲内で所定量だけシフト制御し、自然エネルギーの発生量が多いときは基準電圧を高めに、自然エネルギーの発生量が少ないときは基準電圧を低めに、それぞれシフト制御する基準電圧発生回路を備える
ことを特徴とする配電線路の自動電圧調整装置である。
第１発明によれば、自然エネルギーの発生量に応じて自動電圧調整装置の電圧調整のための基準電圧をシフト制御するため、自然エネルギー利用発電システムの発電出力が変動するのを予測し、自動電圧調整装置がその変動の影響を受け難いように予め対応するので、自然エネルギー利用発電システムの発電出力の変動に対し、自動電圧調整装置がその変動の影響を受け難く、自動電圧調整装置によって調整される電圧が許容範囲から外れる可能性を少なくすることができる。その結果、自動電圧調整装置の動作頻度が減少し、特に自動電圧調整装置が機械的にタップ位置を変えることにより電圧調整を行うステップ式自動電圧調整装置の場合は、自動電圧調整装置のタップ位置を変更する機構部分の耐久劣化を抑制することができる。
【０００６】
本発明の第２発明は、上記第１発明の配電線路の自動電圧調整装置において、
前記シフト制御における所定量ｄＶは、下記数式１に基づいて決定され、自動電圧調整装置によって調整される電圧Ｖｒは、下記数式２に基づいて決定されることを特徴とする。
[数１]
ｄＶ＝（Ｖｍａｘ  −  Ｖｍｉｎ）  ×  （Ｉｎｓ  −  ０．５）
[数２]
Ｖｂａｓｉｓ  −  Ｖｄｂ／２  ＋  ｄＶ  ＜  Ｖｒ  ＜  Ｖｂａｓｉｓ  ＋  Ｖｄｂ／２  ＋  ｄＶ
但し、
ｄＶは、シフト制御される所定量、
Ｖｍａｘは、所定時間内において自動電圧調整装置によって調整される電圧の最大値、
Ｖｍｉｎは、所定時間内において自動電圧調整装置によって調整される電圧の最小値、
Ｉｎｓは、自然エネルギー利用発電システムの推定出力（出力が最大のとき「１」、最小のとき「０」、中間のとき「０．５」）
Ｖｂａｓｉｓは、シフト制御する前の基準電圧、
Ｖｄｂは、基準電圧に対する高・低両側の不感帯幅の合計（不動作範囲）、
Ｖｒは、自動電圧調整装置によって調整される電圧である。
第２発明によれば、シフト制御におけるシフト量を、所定時間内において自動電圧調整装置によって調整される電圧の変動量と自然エネルギーの発生量に基づいて決定するため、発電出力の変動の方向と大きさを予測して、シフト制御によるシフト量を適正に制御でき、自然エネルギー利用発電システムの発電出力の変動に対し、自動電圧調整装置によって調整される電圧が許容範囲から外れる可能性をより少なくできる。
【０００７】
本発明の第３発明は、上記第１又は第２発明の配電線路の自動電圧調整装置において、
前記自然エネルギー利用発電システムは太陽光発電システムであり、
自然エネルギー利用発電システムの推定出力は、配電線路周辺に設置された日射センサの出力であることを特徴とする。
第３発明によれば、太陽光発電システムにおいて上記第１又は第２発明と同様の作用効果を達成できる。
【０００８】
本発明の第４発明は、自然エネルギー利用発電システムを備えた配電系統において、配電線路の電圧をある幅を持った所定電圧に調整する電圧調整方法であって、
配電系統内に設置された自然エネルギー利用発電システムの発電出力を推定し、
その推定出力に応じて、前記電圧調整における基準電圧を予め決められた適正範囲内で所定量だけシフト制御し、前記推定出力が大きいときは高めに、前記推定出力が小さいときは低めに、それぞれシフト制御することを特徴とする配電線路の電圧調整方法である。
第４発明によれば、上記第１発明と同様の作用効果を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態の自動電圧調整装置を含む配電線路及びその電圧分布を示す説明図である。
【図２】図１の自動電圧調整装置の電気回路ブロック図である。
【図３】図１の自動電圧調整装置における基準電圧のシフト制御の説明図である。
【図４】シミュレーションを行った配電線路の系統図である。
【図５】図４の配電線路における電圧分布を示す図である。
【図６】日射センサの一つの出力例を示すタイムチャートである。
【図７】図４の配電線路に設けられたノード番号２９の変圧器の軽負荷時における二次側電圧の電圧変化を示すタイムチャートである。
【図８】図４の配電線路に設けられた自動電圧調整装置の軽負荷時におけるタップ位置変化を示すタイムチャートである。
【図９】日射センサの別の出力例を示すタイムチャートである。
【図１０】図４の配電線路に設けられたノード番号２９の変圧器の重負荷時における二次側電圧の電圧変化を示すタイムチャートである。
【図１１】図４の配電線路に設けられた自動電圧調整装置の重負荷時におけるタップ位置変化を示すタイムチャートである。
【図１２】本発明を適用しない場合の図７と同様の電圧変化を示すタイムチャートである。
【図１３】本発明を適用しない場合の図８と同様のタップ位置変化を示すタイムチャートである。
【図１４】本発明を適用しない場合の図９と同様の電圧変化を示すタイムチャートである。
【図１５】本発明を適用しない場合の図１０と同様のタップ位置変化を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１Ａにおいて、配電用変電所から各需要家２１〜２５に配電する線路中には自動電圧調整装置１０（ＳＶＲ）が接続されている。配電線路の電圧は、変電所から離れるに従って低下する。そのため、自動電圧調整装置１０を設け、各需要家における受電電圧を１０１±６[Ｖ]の範囲に収まるようにしている。図１Ｂは配電線路上にある変圧器（図示省略）のタップ（変圧比の一次側電圧）を示しており、需要家２１の変圧器の変圧比は６７５０／１０５、需要家２２の変圧器の変圧比は６６００／１０５である。需要家２２と需要家２３との間の配電線路中には自動電圧調整装置１０が接続されており、需要家２３では変圧器の変圧比６７５０／１０５である。また、需要家２４、２５についてはそれぞれ変圧比が６６００／１０５、６４５０／１０５である。配電線路上の変圧器の二次側電圧は、図１Ｃのように分布しており、この電圧は変電所から離れる程低くなり、変圧器のタップ変更点及び自動電圧調整装置の設置点で昇圧されて、１０１±６[Ｖ]の範囲に収まっている。
【００１１】
図２は、ステップ式自動電圧調整装置１０の構成を示しており、自動電圧調整装置１０内の基準電圧発生回路１１には、自動電圧調整装置１０の二次側、つまり需要家２０側の電圧がメモリ１２を介して取り込まれると共に、日射センサ３０からの出力信号が取り込まれている。図示を省略したが、需要家２０には太陽光発電システム（自然エネルギー利用発電システム）が備えられ、日射センサ（自然エネルギーセンサ）３０は、太陽光発電システムの発電出力を推定するために自動電圧調整装置１０の周りで、太陽光を受け易い場所に設置されている。なお、日射センサ３０は、従来から汎用されているもので良い。
メモリ１２では、所定時間（例えば１００秒）毎の自動電圧調整装置１０の二次側電圧の最大値と最小値とを記録している。
基準電圧発生回路１１では、取り込まれた自動電圧調整装置１０の二次側電圧の最大値と最小値と日射センサ３０の出力とに基づいて下記数式１によりシフト制御量ｄＶが求められ、下記数式３によりシフト量を含む基準電圧Ｖｃが求められる。その結果、自動電圧調整装置１０の二次側電圧Ｖｒは、下記数式４のように調整される。
[数１]
ｄＶ＝（Ｖｍａｘ  −  Ｖｍｉｎ）  ×  （Ｉｎｓ  −  ０．５）
[数３]
Ｖｃ＝Ｖｂａｓｉｓ  ＋  ｄＶ
[数４]
Ｖｃ −  Ｖｄｂ／２  ＜  Ｖｒ  ＜  Ｖｃ ＋  Ｖｄｂ／２
但し、
ｄＶは、シフト制御される所定量、
Ｖｍａｘは、所定時間内における自動電圧調整装置の二次側電圧（自動電圧調整装置によって調整される電圧）の最大値、
Ｖｍｉｎは、所定時間内における自動電圧調整装置の二次側電圧（自動電圧調整装置によって調整される電圧）の最小値、
Ｉｎｓは、日射センサ３０の出力（出力が最大のとき「１」、最小のとき「０」で、日射量に応じてリニアに変化する出力を発生している。）
Ｖｂａｓｉｓは、シフト制御する前の基準電圧、
Ｖｄｂは、基準電圧に対する高・低両側の不感帯幅の合計（不動作範囲）、
Ｖｃは、シフト量を含む基準電圧、
Ｖｒは、自動電圧調整装置の二次側電圧（自動電圧調整装置によって調整される電圧）である。
基準電圧発生回路１１のシフト量を含む基準電圧Ｖｃは、自動電圧調整装置１０内の電圧調整継電器１３に供給され、電圧調整継電器１３では、このシフト量を含む基準電圧Ｖｃと自動電圧調整装置１０の二次側電圧とを比較して、自動電圧調整装置１０の二次側電圧が基準電圧Ｖｃの不動作範囲に対して高低いずれか側に超えると、モータ１４をその方向に応じて作動させ、自動電圧調整装置１０のタップ位置を移動して電圧調整するようになっている。自動電圧調整装置１０による電圧調整機能の詳細については周知であるため、ここでの説明は省略する。
【００１２】
図３は、基準電圧発生回路１１の基準電圧のシフト制御の様子を説明しており、日射センサ３０の出力が中レベルのときは、図３Ａで示すように基準電圧として適正レベルＶａの中心付近の基準電圧となり、日射センサ３０の出力が高レベルのときは、図３Ｂで示すように基準電圧として適正レベルＶａ範囲内で高圧側に所定量ｄＶだけシフトした基準電圧となり、日射センサ３０の出力が低レベルのときは、図３Ｃで示すように基準電圧として適正レベルＶａ範囲内で低圧側に所定量ｄＶだけシフトした基準電圧となる。シフト制御の所定量ｄＶは、上記数式１のように求められ、リニアに変化するものであるため、基準電圧は、図３Ａ〜Ｃの範囲でリニアに変化する値に設定される。
【００１３】
以下、上述の自動電圧調整装置１０を使用して行ったシミュレーション結果を説明する。
図４は、シミュレーションを行った配電線路の系統図を示し、２９個のノードから構成されており、線路途中に電圧降下を補償するための自動電圧調整装置ＳＶＲが接続されている。変電所から送出される電圧は６６００[Ｖ]であり、柱状変圧器の巻線比は全て６６００／１０５、自動電圧調整装置ＳＶＲのタップ比は６９００／６６００とされている。図中、矢印は各需要家に接続された負荷を示し、各負荷の大きさ（消費電力）及び線路のインピーダンスは表１のとおりである。
【表１】
0005601521.tif 000002
【００１４】
以上の条件の下で、表１に示された重負荷時における系統内の各ノード位置における電圧分布を潮流計算によって求めたものを図５に示す。図５では、変電所から離れるに従って、線路中の電圧降下により電圧が低下し、自動電圧調整装置ＳＶＲにより電圧が高められていることが判る。
【００１５】
図６は、日射センサ３０の出力変化の一例を示しており、日射センサ３０は、それを設置した場所における日射量に応じて０[Ｖ]から１[Ｖ]の範囲で変化する出力を発生する。図６において、横軸は時間（単位は秒）、縦軸は日射センサ３０の出力を示している。シミュレーション開始時は日射がなく、日射センサ３０の出力は０[Ｖ]であり、２分後に急変して日射量が最大となって、日射センサ３０の出力は１[Ｖ]となり、更に２分後に再び急変して日射がなくなって、日射センサ３０の出力は０[Ｖ]となる。
【００１６】
図７は、図４の配電線路の負荷が表１に示された重負荷の半分に相当する軽負荷である場合で、日射センサ３０が図６に示す出力を発生したときの自動電圧調整装置ＳＶＲの下流側のノード番号２９における電圧変動（変圧器の二次側電圧）を示している。また、図８は同じときの自動電圧調整装置ＳＶＲのタップ位置を示している。図７、図８によれば、図６のように日射量が急変しているにも関わらず、電圧変動は適正範囲（１０１〜１０７[Ｖ]）に収まっており、ＳＶＲのタップ位置は全く切替えられないことを示している。
この場合のシミュレーション条件は下記表２のように設定されている。
【表２】
0005601521.tif 000003
【００１７】
図１２には、本発明を適用しない従来の自動電圧調整装置ＳＶＲを使用し、他の条件を上述と同様にした場合の電圧変動のシミュレーション結果を示している。また、図１３は同じときの自動電圧調整装置ＳＶＲのタップ位置を示している。図１２、図１３によれば、図６のような日射量の急変に対し、自動電圧調整装置ＳＶＲの下流側の同じノード番号２９の位置における電圧は日射量が急増したときに一時的に高圧側に適正範囲（１０１〜１０７[Ｖ]）から逸脱しており、ＳＶＲのタップ位置は３回切替えられている。
このように、本発明を適用しない場合に比べて本発明を適用した場合には、日射量の急変に対して自動電圧調整装置ＳＶＲの二次側の電圧変動を抑制でき、且つタップ切替回数も抑制できていることを示している。図７、図１２では、変圧器の二次側電圧の変化を示しているが、自動電圧調整装置ＳＶＲの二次側電圧の変化も変圧器の二次側電圧と比例関係にある。
【００１８】
次に負荷を表１に示したとおりの重負荷とした場合のシミュレーション結果を説明する。
ここでは、日射量が図９のように変化した場合を示す。図９に示す日射パターンは、上述の図６の場合とは対照的に最初の２分間は日射量が最大であり、その後、日射がなくなり、更に２分後、再び日射量が最大となるパターンである。
このときの上述の図７と同様の電圧変動が図１０に示されている。また、自動電圧調整装置ＳＶＲのタップ位置の変化が図１１に示されている。図１０、１１から明らかなように、このときも電圧変動は適正範囲内に収まっている。また、タップ位置は１回切替えられている。
重負荷の場合で、本発明を適用しない従来の自動電圧調整装置ＳＶＲを使用した場合の同じノード位置における変圧器の二次側の電圧変動とタップ位置の変化を図１４と図１５に示している。図１４から明らかなように、電圧は、日射量が急減した際に低圧側に一度適正範囲（１０１〜１０７[Ｖ]）から逸脱している。また、タップ位置は１回切替えられている。
このようにタップ位置の切替は本発明を適用した場合と適用しない場合とで変わりはないが、電圧変動に関しては本発明を適用した場合の方が変動が抑制され、変動が適正範囲内に収まっている点で本発明の有効性が示されている。
【００１９】
以上のとおり、本発明の一実施形態によれば、日射センサ３０の出力及び自動電圧調整装置１０の二次側電圧の変動幅に応じて自動電圧調整装置１０の電圧調整のための基準電圧をシフト制御している。太陽光発電システムの発電出力が高いときは、今後予測される出力変動としては出力低下であるため、電圧調整のための基準電圧は高めにシフト制御して、自動電圧調整装置１０の二次側電圧を予め高めに制御している。つまり、自動電圧調整装置１０は、その二次側電圧が高くても二次側電圧を低くするようにタップを切替える制御を抑制している。そのため、太陽光発電システムの発電出力が急低下しても、需要家２０への供給電圧、即ち自動電圧調整装置１０の二次側電圧の低下幅は抑制され、タップの切替制御は抑制される。一方、太陽光発電システムの発電出力が低いときは、高いときとは逆の制御が行われ、同様に太陽光発電システムの発電出力が急上昇しても自動電圧調整装置１０の二次側電圧の上昇は抑制され、且つタップの切替制御の頻度は抑制される。
このように太陽光発電システムの発電出力が変動しても、自動電圧調整装置１０がその変動の影響を受け難く、太陽光発電システムの発電出力の変動に対し、自動電圧調整装置１０における調整電圧が許容範囲から外れる可能性は少なくできる。その結果、タップの切替回数が減少し、タップ位置を変更する機構部分の耐久劣化を抑制することができる。
【００２０】
上述の実施形態では、自然エネルギー利用発電システムとして太陽光発電システムについて説明したが、本発明は、太陽熱発電や風力発電システムを使用したシステムにも適用できる。また、自動電圧調整装置としてステップ式自動電圧調整装置について説明したが、本発明は、無接点自動電圧調整装置にも適用できる。
その他、本発明は、その発明思想の範囲内で各種形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１０  自動電圧調整装置（ＳＶＲ）
１１  基準電圧発生回路
１２  メモリ
１３  電圧調整継電器
１４  モータ
２０、２１、２２、２３、２４、２５  需要家
３０  日射センサ（自然エネルギーセンサ）
【図１】
0005601521.tif 000004
【図２】
0005601521.tif 000005
【図３】
0005601521.tif 000006
【図４】
0005601521.tif 000007
【図５】
0005601521.tif 000008
【図６】
0005601521.tif 000009
【図７】
0005601521.tif 000010
【図８】
0005601521.tif 000011
【図９】
0005601521.tif 000012
【図１０】
0005601521.tif 000013
【図１１】
0005601521.tif 000014
【図１２】
0005601521.tif 000015
【図１３】
0005601521.tif 000016
【図１４】
0005601521.tif 000017
【図１５】
0005601521.tif 000018