(57)【要約】【課題】適正な電圧制御の実現が可能な技術を提供することを目的とする。【解決手段】電圧制御装置１は、有効電力の各時系列データを長周期変動成分及び短周期変動成分に分離する変動成分分離部１３と、それら変動成分に統計処理を行うことにより各計測点の有効電力の変化を予測し、当該予測した各計測点の有効電力の変化に基づいて系統変化を予測する系統変化予測部１５とを備える。そして、電圧制御装置１は、系統変化予測部１５の予測結果に基づいて最適制御状態を決定する最適制御決定部１６と、最適制御決定部１６が決定した最適制御状態を電圧制御器に送信する制御指令送信部１７とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電系統の電圧を所定周期で制御する電圧制御装置であって、
前記配電系統と電気的に接続された各計測点で計測された有効電力を前記各計測点からデータ通信網を介して受信するデータ受信部と、
前記データ受信部で受信した前記各計測点の前記有効電力を蓄積する計測情報データベースと、
前記計測情報データベースに蓄積された前記各計測点の前記有効電力の各時系列データを、第１及び第２変動成分に分離する変動成分分離部と、
前記変動成分分離部で分離された前記第１及び第２変動成分を蓄積する分離結果データベースと、
前記分離結果データベースに蓄積された前記第１及び第２変動成分に対して統計処理を行うことにより各計測点の有効電力の変化を予測し、当該予測した各計測点の有効電力の変化に基づいて系統変化を予測する系統変化予測部と、
前記系統変化予測部の予測結果に基づいて、前記配電系統と電気的に接続された電圧制御器の最適制御状態を決定する最適制御決定部と、
前記最適制御決定部が決定した前記最適制御状態を、データ通信網を介して前記電圧制御器に送信する制御指令送信部と
を備える、電圧制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧制御装置であって、
前記データ受信部は、
前記電圧制御器の制御状態を前記電圧制御器からデータ通信網を介して受信し、
前記系統変化予測部は、
前記予測した各計測点の有効電力の変化と、前記電圧制御器の制御状態とに基づいて前記系統変化を予測する、電圧制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電圧制御装置であって、
前記系統変化予測部は、
複数の前記統計処理に応じて複数の前記系統変化を予測し、
前記最適制御決定部は、
前記複数の系統変化を全て許容する前記最適制御状態を決定する、電圧制御装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の電圧制御装置であって、
前記系統変化予測部は、
複数の前記統計処理に応じて複数の前記系統変化を予測し、
前記最適制御決定部は、
前記複数の系統変化の電圧逸脱量の総和を最小化する前記最適制御状態を決定する、電圧制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電圧制御装置であって、
前記変動成分分離部は、
前記第１及び第２変動成分として長周期変動成分及び短周期変動成分が得られる離散ウェーブレット変換を、前記各時系列データに対して行い、
前記系統変化予測部は、
前記統計処理を行うことにより予測した前記各計測点の有効電力の変化の範囲内に、最新の有効電力が含まれない場合には、前記長周期変動成分たる前記第１変動成分の代わりに前記最新の有効電力を用いて前記各計測点の有効電力の変化を予測する、電圧制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の電圧制御装置であって、
前記所定周期の１周期の期間内に、前記変動成分分離部、前記系統変化予測部、前記最適制御決定部及び前記制御指令送信部の処理が実施され、
前記１周期の期間における、前記変動成分分離部、前記系統変化予測部及び前記最適制御決定部の処理により得られた前記最適制御状態が、その次の前記１周期の期間における、前記制御指令送信部の処理により送信される、電圧制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電圧制御装置と、
前記配電系統の側に設けられ、
前記電圧制御器として機能する負荷時タップ切替変圧器、
前記電圧制御器及び前記計測点として機能するローカル電圧制御器、及び、
前記計測点として機能するローカル計測器、と
を備える、電圧制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電系統に連系された分散型電源の有効電力の変化などを予測し、配電系統の電圧制御を行う電圧制御装置及びそれを備える電圧制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
データ通信網を介して、電気情報（電流・電圧などの情報）や制御器情報（電圧調整器や開閉器などの電圧制御器における制御状態の情報）といった計測情報を中央装置でリアルタイムに収集し、当該計測情報に基づき各電圧制御器を最適に統括制御することによって、配電系統の電圧分布を最適化する配電電圧制御が知られている。
【０００３】
特許文献１では、収集した各計測点の計測情報からニューラルネットワークを用いて系統解析を行い、遺伝アルゴリズムを用いて各電圧制御器の最適状態を決定し統括制御を行うことが開示されている。また特許文献２では、同様に遺伝アルゴリズムを用いて、配電系統で既に普及している電圧調整器（ＳＶＲ（Step Voltage Regulator：電圧自動調整器）やＳＶＣ（Static Var Compensator：静止型無効電力補償装置）など）の特性を考慮した最適協調制御を行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８２５１７１号公報
【特許文献２】特開２００９−０６５７８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
配電系統内にＰＶ（Photovoltaic：太陽光発電装置）のような出力変動の大きい電源が連系された場合、系統状態（電圧、電流など）が、時々刻々と（例えば秒レベルで）変化することが予想される。
【０００６】
一方、データ通信網を介した統括制御では、データ通信時の遅延、及び、制御機器の最適状態を決定するための演算による遅延のため、最適な電圧制御の実施が非常に困難となる。つまり、特許文献１及び特許文献２のように現在計測情報に基づき最適制御状態を決定する構成では、上記遅延の間に制御状態が変化して、最適制御状態を決定した時点の系統状態と、電圧調整器が制御指令を受信した時点の系統状態とが異なることがあり、最適な電圧制御を実施できないことがある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、適正な電圧制御の実現が可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電圧制御装置は、配電系統の電圧を所定周期で制御する電圧制御装置であって、前記配電系統と電気的に接続された各計測点で計測された有効電力を前記各計測点からデータ通信網を介して受信するデータ受信部と、前記データ受信部で受信した前記各計測点の前記有効電力を蓄積する計測情報データベースとを備える。前記電圧制御装置は、前記計測情報データベースに蓄積された前記各計測点の前記有効電力の各時系列データを、第１及び第２変動成分に分離する変動成分分離部と、前記変動成分分離部で分離された前記第１及び第２変動成分を蓄積する分離結果データベースと、前記分離結果データベースに蓄積された前記第１及び第２変動成分に対して統計処理を行うことにより各計測点の有効電力の変化を予測し、当該予測した各計測点の有効電力の変化に基づいて系統変化を予測する系統変化予測部とを備える。前記電圧制御装置は、前記系統変化予測部の予測結果に基づいて、前記配電系統と電気的に接続された電圧制御器の最適制御状態を決定する最適制御決定部と、前記最適制御決定部が決定した前記最適制御状態を、データ通信網を介して前記電圧制御器に送信する制御指令送信部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、有効電力の各時系列データを第１及び第２変動成分に分離し、それら変動成分に統計処理を行うことにより各計測点の有効電力の変化、ひいては系統変化を予測し、その予測結果に基づいて最適制御を実施する。したがって、データ通信時の遅延や、最適制御状態を決定するための演算による遅延などの影響を抑制することができるので、適正な電圧制御の実現が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る電圧制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る電圧制御装置の処理を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１に係る電圧制御装置が行う離散ウェーブレット変換の窓関数の時間遅れを説明するための図である。
【図４】実施の形態１に係る系統変化予測部の処理を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１に係る系統変化予測部の予測時間を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に係る変動成分分離部の分離結果を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る系統変化予測部の系統変化の予測結果を示す図である。
【図８】実施の形態２に係る系統変化予測部の処理を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態３に係る電圧制御システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態３に係る電圧制御装置の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る電圧制御装置１を備える電圧制御システムの構成を示すブロック図である。この電圧制御システムは、電圧制御装置１だけでなく、配電変電所に設けられたＬＲＴ（Load Ratio control Transformer：負荷時タップ切り換え変圧器）２と、ローカル電圧制御器３と、ローカル計測器４と、データ通信網５とを備えて構成されている。
【００１２】
電圧制御装置１、ＬＲＴ２、ローカル電圧制御器３及びローカル計測器４は、データ通信網５を介して各種データを送受信することが可能となっている。また、ＬＲＴ２、ローカル電圧制御器３及びローカル計測器４は、配電系統の側に設けられており、配電系統に電気的に接続されている。
【００１３】
電圧制御装置１は、配電線を含む配電系統の電圧を所定周期（以下「制御周期」と呼ぶこともある）で制御する装置である。本実施の形態に係る電圧制御装置１は、ローカル電圧制御器３及びローカル計測器４から受信した有効電力などに基づいて最適制御状態（最適な制御状態）を決定し、当該最適制御状態をＬＲＴ２及びローカル電圧制御器３に送信することにより、それらの電圧制御を統括的に制御する。このような電圧制御装置１によれば、配電系統の電圧制御を行うことが可能となる。この電圧制御装置１については、後で詳細に説明する。
【００１４】
電圧制御器として機能するＬＲＴ２は、電圧制御装置１からの最適制御状態に基づいて、配電系統の電圧を制御する。また、ＬＲＴ２は、自身の制御器情報（自身の制御状態などの情報）を、データ通信網５を介して電圧制御装置１に送信可能となっている。
【００１５】
電圧制御器及び計測点として機能するローカル電圧制御器３は、自端の電圧制御を行う電圧調整器３ａと、自端の有効電力などの電気情報を計測する計測器ＰＴ１，ＣＴ１と、データ通信網５を介してデータ送受信を行うための通信子局３ｂとを内部に備えて構成されている。なお、電圧調整器３ａは、電圧制御が可能であれば特定の機器には限定されるものではなく、例えばＳＶＲのようなタップ制御器や、ＳＶＣのような無効電力制御器などが適用されてもよい。
【００１６】
このような構成からなるローカル電圧制御器３は、通信子局３ｂを用いて、電圧調整器３ａの制御器情報（電圧調整器３ａの制御状態などの情報）と、計測器ＰＴ１，ＣＴ１で計測した電気情報（自端の有効電力などの情報）とを、電圧制御装置１に所定周期で送信する。また、ローカル電圧制御器３は、通信子局３ｂで受信した電圧制御装置１からの最適制御状態に基づいて、電圧調整器３ａを制御することにより、自端の電圧制御を行う。
【００１７】
計測点として機能するローカル計測器４は、ローカル電圧制御器３から電圧調整器３ａを除いた構成と同様であり、自端の有効電力などの電気情報を計測する計測器ＰＴ２，ＣＴ２と、データ通信網５を介してデータ送受信を行うための通信子局４ｂとを内部に備えて構成されている。このような構成からなるローカル計測器４は、通信子局４ｂを用いて、計測器ＰＴ２，ＣＴ２で計測した電気情報（自端の有効電力などの情報）を、電圧制御装置１に所定周期で送信する。
【００１８】
次に、電圧制御装置１について詳細に説明する。本実施の形態では、電圧制御装置１は、データ受信部１０と、計測情報データベース１１と、演算情報データベース１２と、変動成分分離部１３と、分離結果データベース１４と、系統変化予測部１５と、最適制御決定部１６と、制御指令送信部１７とを内部に備えて構成されている。
【００１９】
データ受信部１０は、ＬＲＴ２、ローカル電圧制御器３及びローカル計測器４で計測された計測情報（上述の電気情報及び制御器情報の少なくともいずれか１つの情報）を、これらからデータ通信網５を介して受信する。
【００２０】
計測情報データベース１１は、データ受信部１０で受信した計測情報を蓄積する。これにより、計測情報データベース１１に、ローカル電圧制御器３及びローカル計測器４（各計測点）で計測された電気情報（有効電力）と、ＬＲＴ２及びローカル電圧制御器３の制御器情報（制御状態の情報）とが蓄積される。
【００２１】
演算情報データベース１２には、ローカル電圧制御器３の定格出力情報や、変動成分分離部１３が分離に用いる周波数の閾値（以下「周波数閾値」と呼ぶ）や、計算精度などの演算パラメータといった演算時に必要となる情報が保存されている。
【００２２】
変動成分分離部１３は、計測情報データベース１１に蓄積された各計測点の有効電力の各時系列データを、第１及び第２変動成分に分離する。本実施の形態に係る変動成分分離部１３は、第１変動成分、及び、第２変動成分として、上述の周波数閾値以下の長周期変動成分、及び、周波数閾値より大きい短周期数変動成分がそれぞれ得られる離散ウェーブレット変換を、各計測点の有効電力の各時系列データに対して行う。
【００２３】
分離結果データベース１４は、変動成分分離部１３で分離された長周期変動成分及び短周期変動成分を蓄積する。
【００２４】
系統変化予測部１５は、分離結果データベース１４に蓄積された長周期変動成分及び短周期変動成分に対して統計処理を行うことにより各計測点の有効電力の変化を予測する。そして、系統変化予測部１５は、当該予測した各計測点の有効電力の変化に基づいて系統変化（配電系統の有効電力の変化）を予測する。
【００２５】
なお、本実施の形態では、系統変化の予測精度を高めることができるように、系統変化予測部１５は、上述の各計測点の有効電力の変化と、計測情報データベース１１に蓄積されているＬＲＴ２及び電圧調整器３ａの制御状態と、演算情報データベース１２に保存されている演算パラメータとに基づいて系統解析を行うことにより、系統変化を予測する。
【００２６】
最適制御決定部１６は、系統変化予測部１５の予測結果に基づいて、ＬＲＴ２及びローカル電圧制御器３の最適制御状態を決定する。本実施の形態では、最適制御決定部１６は、系統変化予測部１５の予測結果と、演算情報データベース１２に保存されている情報とに基づいて、ＬＲＴ２及びローカル電圧制御器３の最適制御状態を決定する。
【００２７】
制御指令送信部１７は、最適制御決定部１６が決定した最適制御状態を、データ通信網５を介してＬＲＴ２及びローカル電圧制御器３に送信する。
【００２８】
図２は、本実施の形態に係る電圧制御装置１の全体処理を示すフローチャートである。以下、この図２を用いて、電圧制御装置１の処理について説明する。なお、この図２に示される全体処理フローは所定周期（例えば１分周期）で行われる。
【００２９】
まず、ステップＳ１にて、電圧制御装置１は、ＬＲＴ２、ローカル電圧制御器３及びローカル計測器４からデータ通信網５を介して所定周期で送信される各計測情報をデータ受信部１０で受信し、当該受信した計測情報を計測情報データベース１１に蓄積する。そして、変動成分分離部１３は、計測情報データベース１１に蓄積された各計測点（ローカル電圧制御器３及びローカル計測器４）の有効電力Ｐ［ｋＷ］の時系列データを取得する。
【００３０】
ステップＳ２にて、変動成分分離部１３は、取得した各計測点の有効電力Ｐの時系列データに対して離散ウェーブレット変換を行い、変動成分の分離を実施する。つまり、変動成分分離部１３は、各計測点の有効電力Ｐの時系列データを、長周期変動成分Ｐ＿ｌｏｎｇ［ｋＷ］の時系列データと、短周期変動成分Ｐ＿ｓｈｏｒｔ［ｋＷ］の時系列データとに分離する。
【００３１】
ここで、離散ウェーブレット変換は、変換対象となる時系列データが得られるようにウェーブレット関数（各周波数成分の時系列データに対応する関数）同士を重ね合わせる演算により、各周波数成分の時系列データに分離する手法である。その際に、異なるスケールのウェーブレット関数を設定することで、異なる周波数成分の抽出が可能となる。
【００３２】
ただし、ウェーブレット関数の重ね合わせを行うためには、周波数成分抽出時刻を中心として前後にウェーブレット関数のスケール分だけ余分にサンプリングデータが必要となる。そして、ウェーブレット関数のスケールは、抽出する周波数成分の周期（周波数の逆数）の２倍に相当するが、オンラインでの利用を目的とする構成では、最新の時系列データより後ろ側のデータは未来のサンプリングデータとなり存在しない。そこで、本実施の形態では、図３に示されるように、電圧制御装置１が計測情報を受信し予測を行う時刻ｔから周期（１／ａｓ）分だけ過去に遡った時刻（ｔ−１／ａｓ）を中心に、周期（１／ａｓ）以下の時系列データを用いてウェーブレット関数の重ね合わせ（変動成分分離）を実施する。
【００３３】
ここで、短周期変動成分の一成分に対応するＰＶ発電出力の変動成分は、ＰＶ単体で見れば秒周期の変動であるが、配電系統電圧に変動が生じるのは系統全体の平滑化効果から、１分周期程度となる。これに対して長周期変動成分の主成分に対応する、負荷の電力使用及びＰＶ発電出力の安定成分の変動周期は、十数分程度の周期となる。
【００３４】
このような変動周期を鑑みて、長周期変動成分及び短周期変動成分に分離するための周波数閾値を、例えば１／２５６（＝１／２８）［Ｈｚ］としてもよい。この場合、変動成分分離部１３は、各計測点に関して、離散ウェーブレット変換によって周波数単位で分離した有効電力の時系列データのうち、１／２５６［Ｈｚ］以下（４分１６秒以上の変動周期）の各周波数成分の時系列データを足し合わせたものを長周期変動成分Ｐ＿ｌｏｎｇ［ｋＷ］として取得し、１／２５６［Ｈｚ］より大きい（４分１６秒未満の変動周期）の各周波数成分の時系列データを足し合わせたものを短周期変動成分Ｐ＿ｓｈｏｒｔ［ｋＷ］として取得する。
【００３５】
以上、周波数閾値を１／２５６［Ｈｚ］とした場合を例に説明した。しかし周波数閾値は、これに限ったものではなく、ＰＶ導入量や計測点によって、ＰＶ出力変動に起因する計測電力の変動成分周期は異なるため、その都度適切に設定されることが望ましい。そこで、本実施の形態では、変動成分の分離を行うための周波数閾値は、演算情報データベース１２に適宜変更可能に設定される。
【００３６】
次に、ステップＳ３（図２）にて、変動成分分離部１３は、ステップＳ２で分離された各計測点の有効電力の長周期変動成分Ｐ＿ｌｏｎｇ及び短周期変動成分Ｐ＿ｓｈｏｒｔを、分離結果データベース１４へ蓄積する。後で説明する図６には、変動成分分離部１３により分離され（周波数閾値は１／２５６［Ｈｚ］）、分離結果データベース１４に蓄積された長周期変動成分Ｐ＿ｌｏｎｇ及び短周期変動成分Ｐ＿ｓｈｏｒｔの一例が、それぞれ破線及び実線で示されている。
【００３７】
ステップＳ４（図２）にて、系統変化予測部１５は、分離結果データベース１４に蓄積された各計測点の有効電力の長周期変動成分Ｐ＿ｌｏｎｇ及び短周期変動成分Ｐ＿ｓｈｏｒｔに対して統計処理などを行うことにより、系統変化を予測する。
【００３８】
図４は、本実施の形態に係る系統変化予測部１５がステップＳ４で行う予測処理を示すフローチャートである。以下、この図４を用いて、系統変化予測部１５の予測処理について説明する。なお、この図４に示される処理フローは所定周期（例えば１分周期）で行われる。
【００３９】
図４に示す各ステップを説明する前に、予測期間（計測情報を計測した時点から、当該計測情報に基づく予測等が保証されるべき時点までの期間）について説明する。
【００４０】
図５は、予測期間を説明するための図である。図５に示される例では、電圧制御装置１が予測を行う時刻をｔ、電圧制御装置１の制御周期（所定周期）をＴ［秒］、変動成分分離部１３で変動成分を分離するのに用いた周波数閾値をａ［Ｈｚ］、計測情報の受信遅延をｄ１［秒］としている。また、計測情報が電圧制御装置１に受信された時点から、当該計測情報に基づく演算（予測及び決定）によって得られた最適制御状態がＬＲＴ２及びローカル電圧制御器３に受信される時点までの演算・受信遅延をｄ２［秒］としている。
【００４１】
このような場合、時刻ｔから受信遅延ｄ１及び離散ウェーブレット変換の時間遅れ１／ａだけ過去の時刻（ｔ−ｄ１−１／ａ）に計測された計測情報に基づく演算結果が、時刻ｔから演算・受信遅延ｄ２及び制御周期Ｔだけ将来の時刻（ｔ＋Ｔ＋ｄ２）において保証される必要がある。つまり、電圧制御装置１は、時刻（ｔ−ｄ１−１／ａ）の計測情報に基づいて、時刻（ｔ＋ｄ２）から時刻（ｔ＋Ｔ＋ｄ２）までの期間の最適制御状態を決定する場合に、当該最適制御状態が有効となるように、予測期間を時刻（ｔ−ｄ１−１／ａ）から時刻（ｔ＋Ｔ＋ｄ２）までの期間とする必要がある。
【００４２】
ここで、時刻（ｔ−ｄ１−１／ａ）から時刻（ｔ＋Ｔ＋ｄ２）までの期間は、ｄ１＋ｄ２＋１／ａ＋Ｔ［秒］であり、通常、ｄ１＋ｄ２＜Ｔが満たされる限りにおいてｄ１，ｄ２の値は不定である。そのため、本実施の形態では、余裕をみて期間（２Ｔ＋１／ａ）を予測期間に採用している。予測期間としては、もちろん通信異常等による最適制御状態（最適な制御指令）の欠落を考慮して、更に長い期間を採用しても構わないが、最適制御状態の決定が困難とならず、かつ、演算時間増加が問題とならないような予測期間が採用される必要がある。なお、系統変化予測部１５が予測を行うための予測期間は、演算情報データベース１２に適宜変更可能に設定される。
【００４３】
次に、図４に戻って、系統変化予測部１５の予測処理について説明する。
【００４４】
まず、ステップＳ１１にて、系統変化予測部１５は、分離結果データベース１４から、各計測点の有効電力の長周期変動成分Ｐ＿ｌｏｎｇ及び短周期変動成分Ｐ＿ｓｈｏｒｔを取得する。
【００４５】
以下、時刻ｔで変動成分分離部１３に分離された計測点ｉの有効電力の長周期変動成分を「長周期変動成分Ｐｉ＿ｌｏｎｇ（ｔ）」と記し、時刻ｔで変動成分分離部１３に分離された計測点ｉの有効電力の短周期変動成分を「短周期変動成分Ｐｉ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ）」と記して説明する。なお、時刻ｔで分離された長周期変動成分Ｐｉ＿ｌｏｎｇ（ｔ）及び短周期変動成分Ｐｉ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ）は、時刻（ｔ−ｄ１−１／ａ）の有効電力Ｐの時系列データを分離して得られた長周期変動成分及び短周期変動成分に対応する。
【００４６】
ステップＳ１２にて、系統変化予測部１５は、各計測点ｉに関し、ステップＳ１１で取得した長周期変動成分Ｐｉ＿ｌｏｎｇ（ｔ）に基づいて、将来の有効電力のベース成分を予測する。ここで、図６に示されるように、長周期変動成分は、短周期変動成分と比べて変動が小さく、一般的な電圧制御装置の制御周期（数分程度）であれば、上記予測期間での長周期変動成分は大きく変化しない。
【００４７】
そこで、本実施の形態に係る系統変化予測部１５は、各計測点ｉに関して、時刻ｔで分離された長周期変動成分Ｐｉ＿ｌｏｎｇ（ｔ）を用いて、将来の有効電力のベース成分Ｐｉ＿ｌｏｎｇ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）を次式（１）により求める。
【００４８】
【数１】
2014050276.tif 000003
【００４９】
つまり、系統変化予測部１５は、時刻断面（ｔ−２Ｔ−１／ａ）から時刻断面ｔまでの長周期変動成分の変化を予測変化量として用い、これを時刻断面ｔの長周期変動成分に加えることにより、将来の有効電力のベース成分を予測する。
【００５０】
ステップＳ１３にて、系統変化予測部１５は、ステップＳ１１で取得した短周期変動成分Ｐｉ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ）に基づいて、将来の有効電力の急峻な変動幅を予測する。ここで、図６に示されるように、短周期変動成分は、長周期変動成分に比べて変動が激しいため、予測が困難であると考えられる。
【００５１】
そこで、本実施の形態に係る系統変化予測部１５は、各計測点ｉに関して、短周期変動成分の過去の時系列データを、その変動方向(±)に応じて選別する。そして、系統変化予測部１５は、＋側に選別した短周期変動成分の時系列データに対して統計処理を行うことにより、各計測点ｉに関して、将来の有効電力の＋側の変動幅Ｐｉｕｐ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）を求める。同様に、系統変化予測部１５は、−側に選別した短周期変動成分の時系列データに対して統計処理を行うことにより、各計測点ｉに関して、将来の有効電力の−側の変動幅Ｐｉｄｏｗｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）を求める。
【００５２】
＋側の変動幅Ｐｉｕｐ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）を求める統計処理としては、例えば、短周期変動成分の過去のデータのうち＋側に変動した過去のデータの、平均値、平均値＋σ（標準偏差）、平均値＋２×σ、平均値＋３×σ、最頻値、最大値などを求める統計処理が想定される。同様に、−側の変動幅Ｐｉｄｏｗｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）を求める統計処理としては、例えば、短周期変動成分の過去のデータのうち−側に変動した過去のデータの、平均値、平均値−σ、平均値−２×σ、平均値−３×σ、最頻値、最小値などを求める統計処理が想定される。
【００５３】
ここでは、＋側の変動幅Ｐｉｕｐ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）を求める統計処理として最大値を求める統計処理を用い、−側の変動幅Ｐｉｄｏｗｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）を求める統計処理として最小値を求める統計処理を用いた場合について説明する。
【００５４】
ステップＳ１４にて、系統変化予測部１５は、ステップＳ１２で求めたベース成分と、ステップＳ１３で求めた変動幅とに基づいて、有効電力の変化を次式（２）及び（３）により予測する。すなわち、ここでは、系統変化予測部１５は、有効電力の変化として、上側予測有効電力Ｐｉｕｐ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）及び下側予測有効電力Ｐｉｄｏｗｎ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）を予測する。なお、この予測処理は、各計測点ｉについて実施される。
【００５５】
【数２】
2014050276.tif 000004
【００５６】
【数３】
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【００５７】
図７は、ある計測点ｉについて、有効電力の変化（上側及び下側予測有効電力）の一例を示す図である。この例では、過去１時間の短周期変動成分Ｐｉ＿ｓｈｏｒｔの最大値及び最小値を求める統計処理を用いて、有効電力の変動幅Ｐｉｕｐ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ），Ｐｉｄｏｗｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）を求め、それらと有効電力のベース成分Ｐｉ＿ｌｏｎｇ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）とを合成して、上側及び下側予測有効電力を求めた。なお、図７では、有効電力のベース成分Ｐｉ＿ｌｏｎｇ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）が破線、上側予測有効電力Ｐｉｕｐ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）が一点鎖線、下側予測有効電力Ｐｉｄｏｗｎ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）が二点鎖線で示されている。
【００５８】
計測点ｉがＮ個あった場合（ｉ＝１〜Ｎである場合）、各計測点ｉについて、上側予測有効電力Ｐｉｕｐ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）と、下側予測有効電力Ｐｉｄｏｗｎ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）とのいずれか一方を選択して得られる組み合わせは２Ｎ個存在する。ここで、有効電力の予測変化方向は、天候変化に応じたＰＶ出力変動に大部分が起因し、配電系統サイズの範囲ではほぼ一様の変化方向とみなせる。そのため、本実施の形態では演算時間の短縮も考慮して、予測した全計測点ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の有効電力の変化方向は一様であると仮定する。
【００５９】
つまり、系統変化予測部１５が予測した全計測点ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の有効電力の組合せは、＋側に統一された上側予測有効電力の組み合わせＰｕｐ＝｛Ｐ１ｕｐ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ），Ｐ２ｕｐ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ），…，ＰＮｕｐ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）｝と、−側に統一された下側予測有効電力の組み合わせＰｄｏｗｎ＝｛Ｐ１ｄｏｗｎ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ），Ｐ２ｄｏｗｎ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ），…，ＰＮｄｏｗｎ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）｝という２状態であると仮定する。
【００６０】
ステップＳ１５にて、系統変化予測部１５は、上側予測有効電力の組み合わせＰｕｐと、下側予測有効電力の組み合わせＰｄｏｗｎと、計測情報データベース１１に蓄積されている制御器情報（データ受信部１０で受信した電圧制御器の制御状態）及び変電所１次側のスラック電圧と、演算情報データベース１２の演算パラメータとに基づいて系統解析（潮流計算）を実施し、系統変化を予測する。以上により、図４に示した処理（図２に示したステップＳ４の処理）が終了する。
【００６１】
その後、ステップＳ５にて、最適制御決定部１６は、ステップＳ４で系統変化予測部１５が予測した系統変化に対応可能なＬＲＴ２及びローカル電圧制御器３の最適な制御状態を決定する。ここでは、最適制御決定部１６は、予測系統変化に対して最適潮流計算（ＯＰＦ：Optimal Power Flow）を用いて、ＬＲＴ２及びローカル電圧制御器３の最適制御状態を決定する。なお、最適制御状態を決定する対象である系統変化予測数（電圧制御器の数）は、本発明の適用先に基づき、その都度決定すればよい。なお、最適潮流計算を行うために必要な演算パラメータは、演算情報データベース１２に適宜変更可能に設定される。
【００６２】
最適潮流計算による最適制御状態の決定に関しては、例えばＬＲＴ２及びローカル電圧制御器３内の電圧調整器ＳＶＲなどの離散変数を連続変数へ緩和し、二次計画法を用いて探索初期解を決定する。続いて二次計画法により決定した探索初期解から問題空間探索法などの組み合わせ最適化問題を解いて、離散変数の最適解を決定する。最後に探索解に離散変数を固定して、再度二次計画法を用いて連続変数の最適解を決定する等が考えられる。その他、混合整数計画法を用いて、離散変数と連続変数を同時に扱うことも考えられるが、あくまで上記最適解決定手法は一例であり、手法に関しては上記手法に限ったものではない。ただし、演算時間が膨大となって制御周期が冗長となれば、予測精度と相まって、電圧制御精度が低下する恐れがあるため、できる限り高速に解が得られる手法を用いて最適制御状態を決定することが望ましい。
【００６３】
ステップＳ６にて、制御指令送信部１７は、最適制御決定部１６が決定した最適制御状態（最適制御指令）を、データ通信網５を介してＬＲＴ２及び各ローカル電圧制御器３に伝送する。
【００６４】
以上のような本実施の形態に係る電圧制御装置１及び電圧制御システムによれば、有効電力の各時系列データを長周期変動成分及び短周期変動成分に分離し、それら変動成分に統計処理を行うことにより各計測点の有効電力の変化、ひいては系統変化を予測する。そして、その予測結果に基づいて最適制御を実施する。したがって、データ通信時の遅延や、最適制御状態を決定するための演算による遅延などの影響を抑制することができるので、適正な電圧制御の実現が期待できる。また、予測困難な短周期変動成分を有する電圧変動に対して、制御余裕を持った電圧制御の実現も期待できる。
【００６５】
なお、以上の説明では、変動成分を分離する方法として離散ウェーブレット変換を用いた例について説明したが、分離方法はこれに限ったものではない。
【００６６】
また、以上の説明では、ＬＲＴ２及びローカル電圧制御器３の両方が、制御状態を電圧制御装置１に送信し、かつ、電圧制御装置１からの最適制御状態に基づいて電圧制御を行う電圧制御器として機能する構成について説明した。しかし、これに限ったものではなく、ローカル電圧制御器３のみが、制御状態を電圧制御装置１に送信し、電圧制御装置１からの最適制御状態に基づいて電圧制御を行う電圧制御器として機能する構成であってもよい。
【００６７】
＜変形例＞
以上で説明したステップＳ１４及びＳ１５では、上側予測有効電力Ｐｉｕｐ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）及び下側予測有効電力Ｐｉｄｏｗｎ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ））の信頼性を重視して、短周期変動成分の過去データの最大値及び最小値を、将来の変動幅Ｐｉｕｐ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ），Ｐｉｄｏｗｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）にそれぞれ適用した。つまり、実施の形態１に係る系統変化予測部１５は、短周期変動成分の過去データの最大値及び最小値を取得する統計処理を行うことにより、系統変化を予測した。
【００６８】
しかしこれに限ったものではなく、系統変化予測部１５は、複数の統計処理に応じて複数の系統変化を予測してもよい。例えば、系統変化予測部１５は、短周期変動成分の過去データに対する複数の統計処理（例えば、平均値、最大値・最小値を取得する統計処理）により複数の変動幅Ｐｉｕｐ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ），Ｐｉｄｏｗｎ＿ｓｈｏｒｔ（ｔ＋２Ｔ＋１／ａ）を取得し、それらの組み合わせを利用して複数の系統変化を予測してもよい。そして、最適制御決定部１６は、まずは比較的制約が緩やかな平均値の系統変化において可能解を探索し、可能解発見時には続いて最大値・最小値の系統変化において可能解を探索するというように、段階的に制約条件を厳しくして可能解（最適制御状態）を探索してもよい。
【００６９】
さらには、最も厳しい条件となるが、系統変化予測部１５は、上述の例よりも多い複数の統計処理を行って複数の系統変化を予測してもよい。そして、最適制御決定部１６は、それら全ての系統変化を許容する最適制御状態を決定してもよい。このような構成によれば、実際の系統変化が、予測した複数の系統変化のいずれに移行しても対応可能となり、適正な電圧制御を確実に実現することができる。
【００７０】
あるいは、最適制御決定部１６は、複数の系統変化を全て許容する最適制御状態を決定するのではなく、複数の系統変化の電圧逸脱量の総和が最小となる最適制御状態を決定してもよい。このような構成によれば、運用形態に合わせて最適制御状態の信頼度を高めることができるため、実運用に即した電圧制御が可能となる。なお、系統電圧の扱いを制約条件（運用上下限）とするか評価関数（電圧逸脱量最小）とするか等は、本発明の適用先に基づき、その都度決定すればよい。
【００７１】
また、最適制御決定部１６は、制御機器の応答性を考慮して、高速応答性機器（ＳＶＣなど）の電力を有効電力の変動幅（例えば短周期変動成分の最大値・最小値）に対応させ、その一方で、低速応答性機器（ＳＶＲなど）の電力を有効電力のベース成分に対応させるというように、最適制御状態を決定するものであってもよい。
【００７２】
これらの最適制御状態の決定に関わる可能解の探索方針は、本発明を実装するマシンスペック、データ通信網の通信速度、あるいは適用対象となる配電系統の運用方針に基づき適宜選択される。
【００７３】
＜実施の形態２＞
実施の形態１において、系統状態が頻繁に変化する場合（天候が曇りなどで変化する場合）には、その変化は有効電力の変動幅（短周期変動成分）に反映される。一方、系統状態が単発的に変化する場合（大型負荷の駆動時やＰＶ故障による解列時などで変化する場合）には、その変化は有効電力のベース成分（長周期変動成分）に反映される。このような構成において、最新の計測情報（有効電力）が単発的な急変を含む場合には、ウェーブレット関数の時間遅れが原因で、その急変が有効電力のベース成分に反映されるまでに時間がかかり、その結果、予測精度及び電圧制御精度が悪化する可能性がある。
【００７４】
そこで、本発明の実施の形態２に係る電圧制御装置では、上記系統状態の急変がなるべくすぐに反映される予測及び決定が可能となっている。以下、本実施の形態に係る電圧制御装置において、実施の形態１で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付し、異なる点を中心に説明する。
【００７５】
図８は、本実施の形態に係る系統変化予測部１５がステップＳ４で行う予測処理を示すフローチャートである。以下、この図８を用いて、系統変化予測部１５の予測処理について説明する。なお、この図８に示される処理フローは所定周期（例えば１分周期）で行われる。
【００７６】
まず、ステップＳ１１〜Ｓ１４にて、系統変化予測部１５は、実施の形態１で説明したステップＳ１１〜Ｓ１４（図４）と同様の処理を行う。
【００７７】
ステップＳ２１にて、系統変化予測部１５は、ステップＳ１４で統計処理を行うことにより予測した有効電力の変化の範囲内に、最新の有効電力（例えばデータ受信部１０で直近に受信された有効電力）が含まれるか否かを判定する。含まれると判定した場合にはステップＳ２３に進み、実施の形態１で説明したステップＳ１５（図４）と同様の処理を行う。一方、含まれないと判定した場合にはステップＳ２２に進む。
【００７８】
ステップＳ２２にて、系統変化予測部１５は、系統状態が急変したと判断し、長周期変動成分の代わりに最新の有効電力を用いて有効電力の変化を予測する。具体的には、計測点ｉの最新の有効電力をＰｉ＿ｎｅｗ（ｔ）とした場合に、系統変化予測部１５は、将来の有効電力のベース成分を次式（４）及び（５）により予測する。
【００７９】
【数４】
2014050276.tif 000006
【００８０】
【数５】
2014050276.tif 000007
【００８１】
つまり、系統変化予測部１５は、時刻断面（ｔ−２Ｔ−１／ａ）から時刻断面ｔまでの有効電力の変化を予測変化量として用い、これを時刻断面ｔの最新の有効電力に加えることにより、将来の有効電力のベース成分を予測する。その後、ステップＳ２３に進み、ステップＳ２３にて実施の形態１で説明したステップＳ１５（図４）と同様の処理を行う。
【００８２】
以上のような本実施の形態に係る電圧制御装置１によれば、予測結果と、最新の有効電力とが大きく異なる場合には、最新の有効電力を用いて予測する例外処理を実施する。これにより、系統状態の急変に対応可能となり、精度のよい電圧制御の実現が期待できる。
【００８３】
＜実施の形態３＞
実施の形態１，２では、制御周期（所定周期）の期間内において、変動成分分離部１３、系統変化予測部１５、最適制御決定部１６及び制御指令送信部１７の処理をこの順に実施することにより、最適制御状態が送信される。このような一連の処理を行う過程では、制御周期（所定周期）の期間内において、演算時間を先に行うことから、最適制御状態の送信が比較的遅くなっている。そこで、本発明の実施の形態３では、制御周期（所定周期）の期間内において制御指令送信部１７の処理（最適制御状態の送信）を早く行うことが可能となっている。
【００８４】
図９は、本発明の実施の形態３に係る電圧制御装置１を備える電圧制御システムの構成を示すブロック図である。以下、本実施の形態に係る電圧制御装置において、実施の形態１で説明した構成要素と同一または類似するものについては同じ符号を付し、異なる点を中心に説明する。本実施の形態に係る電圧制御装置１では、実施の形態１，２と同様に、制御周期（所定周期）の１周期の期間内に、変動成分分離部１３、系統変化予測部１５、最適制御決定部１６及び制御指令送信部１７の処理が実施される。
【００８５】
一方、本実施の形態に係る電圧制御装置１には、実施の形態１，２と異なり、最適制御決定部１６が決定した最適制御状態を保存する制御指令データベース１８が内部に追加されている。このように構成された本実施の形態に係る電圧制御装置１では、１周期の期間における、変動成分分離部１３、系統変化予測部１５及び最適制御決定部１６の処理により得られた最適制御状態が、その次の１周期の期間における、制御指令送信部１７の処理により送信される。
【００８６】
図１０は、本実施の形態に係る電圧制御装置１の全体処理を示すフローチャートである。以下、この図２を用いて、電圧制御装置１の処理について説明する。なお、この図２に示される全体処理フローは所定周期（例えば１分周期）で行われる。
【００８７】
まずステップＳ３１にて、制御指令送信部１７は、前の制御周期の期間で予め決定された最適制御状態を制御指令データベース１８から取得する。
【００８８】
ステップＳ３２にて、制御指令送信部１７は、取得した最適制御状態を、データ通信網５を介してＬＲＴ２及び各ローカル電圧制御器３に伝送する。なお、ステップＳ３２の後（最適制御状態の送信後）、次の制御周期が開始するまでに、以下で説明するステップＳ１〜Ｓ４の処理、及び、ステップＳ３３及びＳ３４の処理が行われる。
【００８９】
ステップＳ３２の後、実施の形態１と同様にステップＳ１〜Ｓ４が行われる。そして、ステップＳ３３にて、最適制御決定部１６は、ステップＳ４で系統変化予測部１５が予測した系統変化に基づいて、次の制御周期におけるＬＲＴ２及びローカル電圧制御器３の最適制御状態を決定する。
【００９０】
なお、ステップＳ４及びＳ３３では、実施の形態１よりも更に過去の時系列データを用いて系統変化を予測し最適制御状態を決定する必要がある。具体的に実施の形態１の場合と比較すると、実施の形態１（図５に示される例）では、時刻ｔから受信遅延ｄ１及び離散ウェーブレット変換の時間遅れ１／ａだけ過去の時刻（ｔ−ｄ１−１／ａ）に計測された計測情報に基づく演算結果が、時刻ｔから演算・受信遅延ｄ２及び制御周期Ｔだけ将来の時刻（ｔ＋Ｔ＋ｄ２）において保証される必要があった。
【００９１】
これに対して、本実施の形態では、時刻（ｔ−Ｔ）から受信遅延ｄ１及び離散ウェーブレット変換の時間遅れ１／ａだけ過去の時刻（ｔ−Ｔ−ｄ１−１／ａ）に計測された計測情報に基づく演算結果が、時刻ｔから演算・受信遅延ｄ２及び制御周期Ｔだけ将来の時刻（ｔ＋Ｔ＋ｄ２）において保証される必要がある。つまり、電圧制御装置１は、時刻（ｔ−Ｔ−ｄ１−１／ａ）の計測情報に基づいて、時刻（ｔ＋ｄ２）から時刻（ｔ＋Ｔ＋ｄ２）までの期間の最適制御状態を予測及び決定する場合に、当該最適制御状態が有効となるように、予測期間を時刻（ｔ−Ｔ−ｄ１−１／ａ）から時刻（ｔ＋Ｔ＋ｄ２）までの期間とする必要がある。
【００９２】
ここで、時刻（ｔ−Ｔ−ｄ１−１／ａ）から時刻（ｔ＋Ｔ＋ｄ２）までの期間は、ｄ１＋ｄ２＋１／ａ＋２Ｔ［秒］であり、通常、ｄ１＋ｄ２＜Ｔが満たされる限りにおいてｄ１，ｄ２の値は不定である。そのため、本実施の形態では、余裕をみて期間（３Ｔ＋１／ａ）を予測期間に採用する。
【００９３】
ステップＳ３４にて、最適制御決定部１６は、ステップＳ３３で決定した次の制御周期の最適制御状態を制御指令データベース１８へ保存する。
【００９４】
以上のような本実施の形態に係る電圧制御装置１によれば、制御周期（所定周期）の期間内において、最適制御状態をローカル電圧制御器３などに迅速に送信することができる。
【００９５】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１  電圧制御装置、２  ＬＲＴ、３  ローカル電圧制御器、４  ローカル計測器、５  データ通信網、１０  データ受信部、１１  計測情報データベース、１３  変動成分分離部、１４  分離結果データベース、１５  系統変化予測部、１６  最適制御決定部、１７  制御指令送信部。
【図１】
2014050276.tif 000008
【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】
2014050276.tif 000014
【図８】
2014050276.tif 000015
【図９】
2014050276.tif 000016
【図１０】
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