(57)【要約】  蓄電池を活用した簡易な制御で再生可能エネルギー発電の出力変動に起因する配電用変電所の母線電圧変動を抑制するとともに、既存設備との協調を図ることのできる電圧無効電力制御装置及び電圧無効電力制御プログラムを提供する。二次側母線の電圧から母線電圧変動を抽出する母線電圧変動抽出部と、母線電圧変動から再生可能エネルギー発電による変動分を抽出するＲＥ分抽出部と、ＲＥ分抽出部により抽出された再生可能エネルギー発電による母線電圧変動に基づいて、当該変動を抑制するための無効電力指令値を生成する生成部と、無効電力指令値に基づいて、蓄電池システムを無効電力制御する制御部と、を備える。ＲＥ分抽出部は、母線電圧変動から再生可能エネルギー発電による変動分以外の変動分を除去することで再生可能エネルギー発電による変動分を抽出する。
2017149762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能エネルギー発電を含む配電系統及び蓄電池システムが接続された配電用変電所の母線電圧の変動を抑制する電圧無効電力制御装置であって、
前記母線電圧から母線電圧変動を抽出する第１の抽出部と、
前記母線電圧変動から前記再生可能エネルギー発電による変動分を抽出する第２の抽出部と、
前記第２の抽出部により抽出された前記再生可能エネルギー発電による母線電圧変動に基づいて、当該変動を抑制するための無効電力指令値を生成する生成部と、
前記無効電力指令値に基づいて、前記蓄電池システムを無効電力制御する制御部と、
を備え、
前記第２の抽出部は、
前記母線電圧変動から前記再生可能エネルギー発電による変動分以外の変動分を除去することで前記再生可能エネルギー発電による変動分を抽出する電圧無効電力制御装置。
【請求項２】
前記第２の抽出部は、
入力された母線電圧変動から、前記配電用変電所に設けられた変圧器のタップ制御による母線電圧変動分を除去する変圧器分除去部と、
入力された母線電圧変動から、前記配電用変電所に設けられた調相設備の操作による母線電圧変動分を除去する調相設備分除去部と、
入力された母線電圧変動から、前記配電系統の負荷変動による母線電圧変動分を除去する配電系統負荷分除去部と、
入力された母線電圧変動から、前記配電用変電所に接続された上位系統の需給変動による母線電圧変動分を除去する上位系統分除去部と、
入力された母線電圧変動から、前記蓄電池システムの制御による母線電圧変動分を除去する蓄電池分除去部と、
を備える請求項１記載の電圧無効電力制御装置。
【請求項３】
前記変圧器分除去部、前記調相設備分除去部、前記配電系統負荷分除去部、前記上位系統分除去部、又は前記蓄電池分除去部は、各除去部が対象とする変動分の固有の周波数帯域の母線電圧変動を除去する請求項２記載の電圧無効電力制御装置。
【請求項４】
前記配電系統負荷分除去部は、前記第１の抽出部により抽出された前記母線電圧変動のうち、所定の閾値以下の変動分を、前記配電系統の負荷変動による母線電圧変動分として除去する請求項２又は請求項３記載の電圧無効電力制御装置。
【請求項５】
前記上位系統分除去部は、前記第１の抽出部により抽出された前記母線電圧変動のうち、所定の閾値以下の変動分を、前記上位系統の需給変動による母線電圧変動分として除去する請求項２又は請求項３記載の電圧無効電力制御装置。
【請求項６】
前記第２の抽出部は、前記蓄電池システムの制御による母線電圧変動分を、系統定数に基づいて算出する蓄電池分変動算出部を備え、
前記蓄電池分除去部は、前記蓄電池分変動算出部により算出された変動分を、入力された母線電圧変動から除去する請求項２〜請求項５の何れかに記載の電圧無効電力制御装置。
【請求項７】
前記配電用変電所内の電力から電力変動を抽出する第３の抽出部と、
前記電力変動から、前記再生可能エネルギー発電による変動分を抽出する第４の抽出部と、
前記第４の抽出部により抽出された変動分の大きさから、前記第２の抽出部により抽出された前記再生可能エネルギー発電の出力変動による母線電圧変動の適否を判定する判定部と、
を備え、
前記判定部は、
前記第４の抽出部により抽出された変動分の大きさが所定の閾値以下であり不適と判定する場合には、前記再生可能エネルギー発電の出力変動による母線電圧変動をゼロとして前記生成部に出力する請求項１〜請求項６の何れかに記載の電圧無効電力制御装置。
【請求項８】
再生可能エネルギー発電を含む配電系統及び蓄電池システムが接続された配電用変電所の母線電圧の変動を抑制する電圧無効電力制御プログラムであって、
コンピュータに、
前記母線電圧から母線電圧変動を抽出する第１の抽出処理と、
前記母線電圧変動から前記再生可能エネルギー発電による変動分を抽出する第２の抽出処理と、
前記第２の抽出処理により抽出された前記再生可能エネルギー発電による母線電圧変動に基づいて、当該変動を抑制するための無効電力指令値を生成する生成処理と、
前記無効電力指令値に基づいて、前記蓄電池システムを無効電力制御する制御処理と、
を実行させ、
前記第２の抽出処理は、
入力された母線電圧変動から、前記配電用変電所に設けられた変圧器のタップ制御による母線電圧変動分を除去する変圧器分除去処理と、
入力された母線電圧変動から、前記配電用変電所に設けられた調相設備の操作による母線電圧変動分を除去する調相設備分除去処理と、
入力された母線電圧変動から、前記配電系統の負荷変動による母線電圧変動分を除去する配電系統負荷分除去処理と、
入力された母線電圧変動から、前記配電用変電所に接続された上位系統の需給変動による母線電圧変動分を除去する上位系統分除去処理と、
入力された母線電圧変動から、前記蓄電池システムの制御による母線電圧変動分を除去する蓄電池分除去処理と、
を含む電圧無効電力制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電圧無効電力制御装置及び電圧無効電力制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
配電用変電所に連系された配電系統は、当該変電所を起点に系統末端に向けて樹枝状に拡がった構成となっており、家庭、事業所、工場などの複数の需要家すなわち負荷が含まれる。需要家の電力使用量は、時々刻々変化し、需要家の数も多いことから、配電系統に連系された配電用変電所の母線の電圧も変動する。この負荷変動に起因した配電用変電所の母線電圧の変動を抑制するために、従来から、当該変電所には、タップ切替可能な変圧器や、調相設備などの電圧調整装置が設けられている。【０００３】
ところで、近年、地球環境問題への対応やエネルギー源の多様化による安定供給の確保から、再生可能エネルギーの導入が積極的に進められており、国内における太陽光発電や風力発電など分散型電源の電力系統への導入量は着実に増加している。これらの分散型電源は、主として配電系統に連系される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】内山倫行、外３名、「大規模太陽光発電システムの無効電力制御による電圧変動抑制」、電気学会論文誌Ｂ、２０１０年、１３０巻、３号、ｐ．２９７−ｐ．３０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー発電は、日射量や風向など自然環境によって発電量が左右されるため、出力変動しやすい。そのため、配電用変電所の母線に、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー発電が多数連系すると、母線電圧の変動が大きくなり、電力系統の安定運用に影響を及ぼす虞がある。特に、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー発電は大量導入することが予想されるため、配電用変電所の母線電圧変動を抑制する対策が望まれている。【０００６】
この点、既設の電圧調整装置の無効電力制御によって、再生可能エネルギー発電の出力変動による母線電圧変動を抑制することも考えられる。しかし、上記の通り既設電圧調整装置は負荷変動による母線電圧変動を抑制することを主目的としているため、制御が複雑化する一方、既存の制御はそのまま使用したいという要望もあることから現実的でない。【０００７】
通信を利用して配電系統に分散された複数の太陽光発電（ＰＶ）に出力させる無効電力を統合的に制御することでＰＶの出力変動による母線電圧変動に対応することも検討されている。しかし、配電系統に分散された全てのＰＶに通信手段を整備する必要があり、またＰＶが各地に点在する場合もあることから、経済面や手間などを考えると導入への敷居が高い。また、分散されたＰＶを個別に制御する必要もあることから、制御が複雑となりやすい。【０００８】
本実施形態に係る電圧無効電力制御装置及び電圧無効電力制御プログラムは、上記のような課題を解決するためになされたものであり、蓄電池を活用した簡易な制御で再生可能エネルギー発電の出力変動に起因する配電用変電所の母線電圧変動を抑制するとともに、既存設備との協調を図ることのできる電圧無効電力制御装置及び電圧無効電力制御プログラム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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本実施形態の電圧無効電力制御装置は、再生可能エネルギー発電を含む配電系統及び蓄電池システムが接続された配電用変電所の母線電圧の変動を抑制する電圧無効電力制御装置であって、前記母線電圧から母線電圧変動を抽出する第１の抽出部と、前記母線電圧変動から前記再生可能エネルギー発電による変動分を抽出する第２の抽出部と、前記第２の抽出部により抽出された前記再生可能エネルギー発電による母線電圧変動に基づいて、当該変動を抑制するための無効電力指令値を生成する生成部と、前記無効電力指令値に基づいて、前記蓄電池システムを無効電力制御する制御部と、を備え、前記第２の抽出部は、前記母線電圧変動から前記再生可能エネルギー発電による変動分以外の変動分を除去することで前記再生可能エネルギー発電による変動分を抽出する。【００１０】
本実施形態の電圧無効電力制御プログラムは、再生可能エネルギー発電を含む配電系統及び蓄電池システムが接続された配電用変電所の母線電圧の変動を抑制する電圧無効電力制御プログラムであって、コンピュータに、前記母線電圧から母線電圧変動を抽出する第１の抽出処理と、前記母線電圧変動から前記再生可能エネルギー発電による変動分を抽出する第２の抽出処理と、前記第２の抽出処理により抽出された前記再生可能エネルギー発電による母線電圧変動に基づいて、当該変動を抑制するための無効電力指令値を生成する生成処理と、前記無効電力指令値に基づいて、前記蓄電池システムを無効電力制御する制御処理と、を実行させ、前記第２の抽出処理は、入力された母線電圧変動から、前記配電用変電所に設けられた変圧器のタップ制御による母線電圧変動分を除去する変圧器分除去処理と、入力された母線電圧変動から、前記配電用変電所に設けられた調相設備の操作による母線電圧変動分を除去する調相設備分除去処理と、入力された母線電圧変動から、前記配電系統の負荷変動による母線電圧変動分を除去する配電系統負荷分除去処理と、入力された母線電圧変動から、前記配電用変電所に接続された上位系統の需給変動による母線電圧変動分を除去する上位系統分除去処理と、入力された母線電圧変動から、前記蓄電池システムの制御による母線電圧変動分を除去する蓄電池分除去処理と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る実施形態に係る電圧無効電力制御装置が適用される電圧無効電力制御システム全体の構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る電圧無効電力制御装置の機能ブロック図である。
【図３】ＲＥ分抽出部の機能ブロック図である。
【図４】ＲＥ分抽出部の変形例の機能ブロック図である。
【図５】第２の実施形態に係る実施形態に係る電圧無効電力制御装置が適用される電圧無効電力制御システム全体の構成図である。
【図６】第２の実施形態に係る電圧無効電力制御装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［１．第１の実施形態］
以下では、図１〜図４を参照しつつ、本実施形態の電圧無効電力制御装置及び電圧無効電力制御システムについて説明する。
【００１３】
［１−１．構成］
図１は、本実施形態に係る電圧無効電力制御装置が適用される電圧無効電力制御システム全体の構成図である。
【００１４】
図１に示すように、電圧無効電力制御システムは、配電用変電所１と、配電用変電所１に接続された配電系統２と、配電用変電所１に設けられた調相設備３と、配電用変電所１に接続された蓄電池システム４と、電圧無効電力制御装置５とを備える。
【００１５】
配電用変電所１は、一次側母線１１と二次側母線１２と両母線１１、１２間に並列に設けられた複数の変圧器１３とを備える。一次側母線１１には、超高圧系統などの上位系統が接続されている。二次側母線１２には、配電系統２、及び蓄電池システム４が連系されている。変圧器１３は、タップ切替可能な変圧器であり、変圧器１３のタップを制御する制御装置（不図示）と接続されており、当該制御装置により変圧器１３のタップを制御し、巻線比を変更することで母線１１、１２の電圧変動を調整する。
【００１６】
配電系統２には、負荷と、複数の再生可能エネルギー発電が連系されている。再生可能エネルギー発電（以下、単にＲＥと称する場合もある。）は、太陽光発電、風力発電などの自然エネルギー発電を含む。
【００１７】
調相設備３は、コンデンサ及び分路リアクトルなどから構成される電圧調整装置であり、ここでは二次側母線１２に接続されている。調相設備３には、調相設備３の制御装置（不図示）が設けられており、当該制御装置により調相設備３が操作されることで、調相設備３は無効電力を発生させて二次側母線１２に注入し、二次側母線１２の電圧を調整する。なお、調相設備３は、コンデンサやリアクトルの他、ロータリーコンデンサ（同期調相機）などであっても良い。
【００１８】
変圧器１３、変圧器１３のタップを制御する制御装置、調相設備３、及びその制御装置は、従来から変電所に設けられている既設の電圧調整装置である。
【００１９】
蓄電池システム４は、二次側母線１２との間で無効電力を注入又は吸収するものであり、複数の蓄電池と、直流と交流を変換する交直変換器と、当該交直変換器の制御装置とを含み構成される。蓄電池システム４は電圧無効電力制御装置５と接続されており、電圧無効電力制御装置５の指令を受けて二次側母線１２に無効電力を注入又は吸収することで二次側母線１２の電圧変動を抑制する。
【００２０】
電圧無効電力制御装置５は、配電用変電所１の母線電圧変動のうち、再生可能エネルギー発電の出力変動に伴う母線電圧変動を抑制するための装置である。ここでは、二次側母線１２の電圧変動を抑制する例を説明する。
【００２１】
電圧無効電力制御装置５は、例えば、単一のコンピュータ又はネットワーク接続された複数のコンピュータ及び表示装置を含み構成されている。電圧無効電力制御装置５は、プログラムを記録媒体であるＨＤＤやＳＳＤ等に記憶しており、ＲＡＭに適宜展開し、ＣＰＵで処理することにより、後述する再生可能エネルギー発電の出力変動に伴う母線電圧変動分の抽出処理など、必要な演算を行う。
【００２２】
具体的には、図２に示すように、電圧無効電力制御装置５は、母線電圧変動抽出部５１と、ＲＥ分抽出部５２と、生成部５３と、制御部５４とを備える。
【００２３】
母線電圧変動抽出部５１は、計測された二次側母線１２の電圧から母線電圧変動を抽出するものであり、公知の方法により抽出することができる。ここでは、母線電圧変動抽出部５１は、バンドパスフィルタである。二次側母線１２の計測電圧は、例えば、二次側母線１２に設けられた電圧計測器から有線又は無線の通信手段を介してその計測値の入力を受け付ける。なお、母線電圧変動抽出部５１は、二次側母線１２に設けられた電圧計測器から異なる時刻で測定された測定電圧を取得し、測定電圧の差分から母線電圧変動を求めても良く、当該方法も計測された母線電圧から母線電圧変動を抽出することに含まれる。
【００２４】
ＲＥ分抽出部５２は、母線電圧変動抽出部５１により得られた母線電圧変動から、再生可能エネルギー発電（ＲＥ）の出力変動による変動分を抽出する。このＲＥ分抽出部５２は、母線電圧変動抽出部５１により得られた母線電圧変動から、再生可能エネルギー発電（ＲＥ）の出力変動による変動分以外の変動分を除去し、残存した母線電圧変動分を再生可能エネルギー発電（ＲＥ）の出力変動による変動分とする。
【００２５】
すなわち、ＲＥ分抽出部５２は、下記式１に示すように、母線電圧変動抽出部５１により得られた母線電圧変動ΔＶから、変圧器１３のタップ制御による変動分ΔＶＴＡＰ、調相設備３の操作による変動分ΔＶＣＮＴ、配電系統の負荷変動による変動分ΔＶＤ、上位系統の需給変動による変動分ΔＶＴ、及び、蓄電池システムの制御による変動分ΔＶＢを除去することで、ＲＥ分の母線電圧変動分ΔＶＲＥを求める。
（式１）
ΔＶＲＥ＝ΔＶ−（ΔＶＴＡＰ＋ΔＶＣＮＴ＋ΔＶＤ＋ΔＶＴ＋ΔＶＢ）    …（１）
【００２６】
より詳細には、図３に示すように、ＲＥ分抽出部５２は、変圧器分除去部５２１と、調相設備分除去部５２２と、配電系統負荷分除去部５２３と、上位系統分除去部５２４と、蓄電池分除去部５２５と、を備える。
【００２７】
変圧器分除去部５２１は、入力された母線電圧変動から、変圧器１３のタップ制御による母線電圧変動分を除去する。調相設備分除去部５２２は、入力された母線電圧変動から、調相設備３の操作による母線電圧変動分を除去する。配電系統負荷分除去部５２３は、入力された配電系統２の負荷変動による母線電圧変動分を除去する。上位系統分除去部５２４は、入力された母線電圧変動から、上位系統の需給変動による母線電圧変動分を除去する。蓄電池分除去部５２５は、入力された母線電圧変動から、蓄電池システム４の制御による母線電圧変動分を除去する。
【００２８】
なお、ＲＥ分抽出部５２において、各変動分の除去順序は特に限定されない。また、各除去部５２１〜５２５における「入力された母線電圧変動」は、母線電圧変動抽出部５１により得られた母線電圧変動、又は、各除去部５２１〜５２５の前までの変動分が除去された母線電圧変動である。
【００２９】
例えば、図３に示すように、ＲＥ分抽出部５２が、各変動分を、除去部５２１〜５２５の順で除去する場合、各除去部５２１〜５２５に入力される母線電圧変動は、次の通りである。
（ステップ１）変圧器分除去部５２１に入力される母線電圧変動：ΔＶ
（ステップ２）調相設備分除去部５２２に入力される母線電圧変動：ΔＶ−ΔＶＴＡＰ
（ステップ３）配電系統負荷分除去部５２３に入力される母線電圧変動：ΔＶ−ΔＶＴＡＰ−ΔＶＣＮＴ
（ステップ４）上位系統分除去部５２４に入力される母線電圧変動：ΔＶ−ΔＶＴＡＰ−ΔＶＣＮＴ−ΔＶＤ
（ステップ５）蓄電池分除去部５２５に入力される母線電圧変動：ΔＶ−ΔＶＴＡＰ−ΔＶＣＮＴ−ΔＶＤ−ΔＶＴ
【００３０】
各除去部５２１〜５２５の各変動分の除去方法について説明する。変圧器１３のタップ制御による変動分ΔＶＴＡＰ、調相設備３の操作による変動分ΔＶＣＮＴ、配電系統２の負荷変動による変動分ΔＶＤ、上位系統の需給変動による変動分ΔＶＴ、及び、蓄電池システム４の制御による変動分ΔＶＢは、母線電圧変動ΔＶを周波数分析した場合に各々他の変動分に起因する母線電圧変動分と異なる周波数帯域を有することから、各除去部５２１〜５２５は、例えば、各除去部５２１〜５２５が対象とする変動分の固有の周波数帯域の母線電圧変動分を、入力された母線電圧変動から除去する。
【００３１】
すなわち、各除去部５２１〜５２５が対象とする変動分の固有の周波数帯域は、図示しない記録媒体に予め記憶されており、各除去部５２１〜５２５は、当該記録媒体から自身の固有の周波数帯域を取得し、当該周波数帯域と同じ帯域を入力された母線電圧変動から除外する処理を行う。
【００３２】
また、配電系統の負荷変動による変動分ΔＶＤ、上位系統の需給変動による変動分ΔＶＴについては、一般にその変動量が小さいことから、配電系統負荷分除去部５２３は、母線電圧変動ΔＶのうち、所定の閾値以下の変動分を、ΔＶＤとみなして除去しても良い。また、上位系統分除去部５２４は、母線電圧変動ΔＶのうち、所定の閾値以下の変動分を、ΔＶＴとみなして除去しても良い。
【００３３】
なお、配電系統負荷変動用の閾値と、上位系統用の閾値は、系統の状態、回路構成などを考慮して適宜設計変更可能である。これらの閾値の大小関係は、例えば配電系統にある街が発展した場合や、上位系統に発電所、変電所が増設された場合などで変わりうる。また、各除去部５２３、５２４は、入力された母線電圧変動から、所定の閾値以下の変動分をΔＶＤ、ΔＶＴとみなして除去しても良い。
【００３４】
さらに、蓄電池システム４の制御による変動分ΔＶＢは、次のように求めて、除去するようにしても良い。すなわち、図４に示すように、ＲＥ分抽出部５２は、蓄電池システム４の制御による母線電圧変動分ΔＶＢを、系統定数に基づいて算出する蓄電池分変動算出部５２６を備え、蓄電池分除去部５２５は、当該蓄電池分変動算出部５２６により算出された変動分ΔＶＢを、入力された母線電圧変動から除去するようにしても良い。系統定数は、蓄電池システム４の設置場所、母線間の系統接続状況などにより決まる定数であり、例えば、インピーダンスが挙げられる。蓄電池システム４の制御による変動分ΔＶＢは、例えば、系統定数をＫ、蓄電池システム４の出力した無効電力をＱとすると、ΔＶＢ＝Ｋ×Ｑから求めることができるが、これに限定されない。
【００３５】
生成部５３は、ＲＥ分抽出部５２により抽出された再生可能エネルギー発電による母線電圧変動に基づいて、当該変動を抑制するための無効電力指令値Ｑを生成する。無効電力指令値Ｑは、下記の式２に基づいて生成する。
（式２）
Ｑ＝Ｑｂｅｆｏｒｅ＋ＫＱ×ΔＶＲＥ      …（２）
【００３６】
ここで、Ｑｂｅｆｏｒｅは、直前に生成した無効電力指令値である。ＫＱは、母線の電圧変動に対する無効電力指令値の変動を示す系統定数であり、蓄電池システム４が結合する二次側母線１２に集まる送電線の数が増える程大きくなる。送電系統の構成に依存するが、ＫＱは例えば１０〜１５Ｍｖａｒ／ｋＶである。なお、式２から明らかであるが、無効電力指令値の変動量ΔＱ（＝Ｑ−Ｑｂｅｆｏｒｅ）は、ΔＱ＝ＫＱ×ΔＶＲＥの関係が成立している。無効電力指令値Ｑは、一次遅れ定数やゲインなどの制御定数を加味して生成しても良い。
【００３７】
制御部５４は、生成部５３で生成された無効電力指令値Ｑに基づいて、蓄電池システム４を無効電力制御する。具体的には、蓄電池システム４の交直変換器の制御装置に対して当該指令値Ｑを出力し、蓄電池システム４の出力する無効電力を当該指令値Ｑに近づけるように制御する。制御部５４の制御は、例えば、Ｐ制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御である。
【００３８】
［１−２．作用・効果］
（１）本実施形態の電圧無効電力制御装置５は、再生可能エネルギー発電を含む配電系統２及び蓄電池システム４が接続された配電用変電所１の二次側母線１２の電圧の変動を抑制する電圧無効電力制御装置５であって、二次側母線１２の電圧から母線電圧変動ΔＶを抽出する母線電圧変動抽出部５１と、母線電圧変動ΔＶから前記再生可能エネルギー発電による変動分ΔＶＲＥを抽出するＲＥ分抽出部５２と、ＲＥ分抽出部５２により抽出された再生可能エネルギー発電による母線電圧変動ΔＶＲＥに基づいて、当該変動ΔＶＲＥを抑制するための無効電力指令値Ｑを生成する生成部５３と、無効電力指令値Ｑに基づいて、蓄電池システム４を無効電力制御する制御部５４と、を備える。ＲＥ分抽出部５２は、母線電圧変動ΔＶから再生可能エネルギー発電による変動分ΔＶＲＥ以外の変動分を除去することで再生可能エネルギー発電による変動分を抽出するようにした。
【００３９】
これにより、再生可能エネルギー発電の出力計測値を利用せずとも、簡易な構成で既存設備による無効電力制御と協調を図って再生可能エネルギー発電の出力変動に起因する母線電圧変動を抑制することができる。
【００４０】
すなわち、配電系統に再生可能エネルギー発電が複数含まれる場合であっても、それらの個々の出力変動は母線電圧変動ΔＶという形で集約され、再生可能エネルギー発電分の変動以外を除去する形で再生可能エネルギー発電の出力変動に起因する母線電圧変動を抽出し、これに基づいて蓄電池システムを無効電力制御するので、配電系統に分散された再生可能エネルギー発電の出力変動を個別に監視して個別に無効電力制御する必要がなく、簡易な構成で再生可能エネルギー発電の出力変動に起因する母線電圧変動を抑制することができる。
【００４１】
また、母線電圧変動ΔＶから、再生可能エネルギー発電分ΔＶＲＥ以外の変動分を除去しているので、これらに含まれる配電系統２の負荷変動に起因する母線電圧変動を抑制しようとする既存設備による無効電力制御と干渉することなく、協調を図って無効電力制御することができる。
【００４２】
（２）ＲＥ分抽出部５２は、入力された母線電圧変動から、配電用変電所１に設けられた変圧器１３のタップ制御による母線電圧変動分ΔＶＴＡＰを除去する変圧器分除去部５２１と、入力された母線電圧変動から、配電用変電所１に設けられた調相設備３の操作による母線電圧変動分ΔＶＣＮＴを除去する調相設備分除去部５２２と、入力された母線電圧変動から、配電系統２の負荷変動による母線電圧変動分ΔＶＤを除去する配電系統負荷分除去部５２３と、入力された母線電圧変動から、配電用変電所１に接続された上位系統の需給変動による母線電圧変動分ΔＶＴを除去する上位系統分除去部５２４と、入力された母線電圧変動から、蓄電池システム４の制御による母線電圧変動分ΔＶＢを除去する蓄電池分除去部５２５と、を備えるようにした。
【００４３】
すなわち、本実施形態では、再生可能エネルギー発電分の変動以外の変動分を、変圧器１３のタップ制御による変動分ΔＶＴＡＰ、調相設備３の操作による変動分ΔＶＣＮＴ、配電系統の負荷変動による変動分ΔＶＤ、上位系統の需給変動による変動分ΔＶＴ、及び、蓄電池システム４の制御による変動分ΔＶＢとして、母線電圧変動ΔＶから除去するようにした。
【００４４】
これにより、本実施形態は、再生可能エネルギー発電の出力変動に伴う母線電圧変動の抑制を対象とするので、配電用変電所１に従来から配置されている既設の変圧器１３や既設の調相設備３の無効電力制御は変更することなく、そのまま使用できるので、既設の設備の無効電力制御と干渉することなく、協調を図って母線電圧変動の抑制をすることができる。
【００４５】
（３）変圧器分除去部５２１、調相設備分除去部５２２、配電系統負荷分除去部５２３、上位系統分除去部５２４、又は蓄電池分除去部５２５は、各除去部が対象とする変動分の固有の周波数帯域の母線電圧変動を除去するようにした。これにより、母線電圧変動ΔＶから変動分ΔＶＴＡＰ、ΔＶＣＮＴ、ΔＶＤ、ΔＶＴ、又はΔＶＢを除去することができ、再生可能エネルギー発電の出力変動に伴う母線電圧変動分を抽出することができる。
【００４６】
（４）配電系統負荷分除去部５２３は、母線電圧変動抽出部５１により抽出された母線電圧変動ΔＶのうち、所定の閾値以下の変動分を、配電系統２の負荷変動による母線電圧変動分ΔＶＤとして除去するようにした。これにより、一般に配電系統２の負荷変動による母線電圧変動ΔＶＤは小さいことから、所定の閾値以下の変動を配電系統２の負荷変動による母線電圧変動ΔＶＤとみなすことで、配電系統２の負荷変動による母線電圧変動特有の周波数帯域の成分を除去する必要がなくなるので、装置構成を簡易にすることができる。
【００４７】
（５）上位系統分除去部５２４は、母線電圧変動抽出部５１により抽出された母線電圧変動ΔＶのうち、所定の閾値以下の変動分を、上位系統の需給変動による母線電圧変動分ΔＶＴとして除去するようにした。これにより、一般に配電系統の負荷変動による母線電圧変動は小さいことから、所定の閾値以下の変動を上位系統の需給変動による母線電圧変動ΔＶＴとみなすことで、上位系統の需給変動による母線電圧変動特有の周波数帯域の成分を除去する必要がなくなるので、装置構成を簡易にすることができる。
【００４８】
（６）ＲＥ分抽出部５２は、蓄電池システム４の制御による母線電圧変動分ΔＶＢを、系統定数に基づいて算出する蓄電池分変動算出部５２６を備え、蓄電池分除去部５２５は、蓄電池分変動算出部５２６により算出された変動分を、入力された母線電圧変動から除去するようにした。これにより、蓄電池システム４の制御による母線電圧変動分ΔＶＢを推定することができ、当該推定値を蓄電池システム４の制御による変動とみなして除去することができる。
【００４９】
［２．第２の実施形態］
［２−１．構成］
第２の実施形態は、図５及び図６を用いて説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態の基本構成と同じである。以下では、第１の実施形態と異なる点のみを説明し、第１の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５０】
図５は、第２の実施形態に係る電圧無効電力制御装置５が適用される電圧無効電力制御システム全体の構成図である。図６は、第２の実施形態に係る電圧無効電力制御装置５の機能ブロック図である。本実施形態の電圧無効電力制御装置５は、配電用変電所１内のＲＥ分の電力変動の有無を見て、ＲＥ分抽出部５２が抽出したΔＶＲＥが適正か否かを判定する。
【００５１】
具体的には、図６に示すように、本実施形態の電圧無効電力制御装置５は、電力変動抽出部５５と、ＲＥ分抽出部５６と、判定部５７と、を更に備える。
【００５２】
電力変動抽出部５５は、配電用変電所１内の電力Ｐから電力変動ΔＰを抽出するものであり、公知の方法により抽出することができる。ここでは、電力変動抽出部５５は、バンドパスフィルタである。当該電力Ｐは、図５に示すように、変圧器１３を通過した合計電力であり、各変圧器１３の下位に設けられた電力計により計測された電力を集計したものである。なお、この集計は、電圧無効電力制御装置５が行っても良い。また、電力変動抽出部５５は、異なる時刻の電力Ｐを取得し、その差分から電力変動ΔＰを求めても良く、当該方法も配電用変電所１内の電力Ｐから電力変動ΔＰを抽出することに含まれる。
【００５３】
ＲＥ分抽出部５６は、電力変動抽出部５５により得られた電力変動ΔＰから、再生可能エネルギー発電の出力変動による変動分ΔＰＲＥを抽出する。ＲＥ分抽出部５６は、再生可能エネルギー発電の出力変動による変動分の固有の変動特性を利用してΔＰＲＥを抽出する。この変動特性としては、変動の速さ、変動周期の長短などを用いることができる。また、ＲＥ分抽出部５６は、再生可能エネルギー発電の出力変動による変動分の固有の周波数帯域を抽出するようにしても良い。
【００５４】
判定部５７は、ＲＥ分抽出部５６からΔＰＲＥの入力を受け、ＲＥ分抽出部５２からΔＶＲＥの入力を受ける。そして、判定部５７は、再生可能エネルギー発電の出力変動による電力変動分ΔＰＲＥの大きさ｜ΔＰＲＥ｜から、再生可能エネルギー発電の出力変動による母線電圧変動分ΔＶＲＥの適否を判定する。
【００５５】
具体的には、判定部５７は、電力変動分ΔＰＲＥの大きさ｜ΔＰＲＥ｜を取り、当該大きさ｜ΔＰＲＥ｜が所定の閾値以下か否かを判定し、所定の閾値以下と判定される場合は、判定部５７は、不適と判定し、ＲＥ分抽出部５２から入力された、再生可能エネルギー発電の出力変動による母線電圧変動ΔＶＲＥをゼロとして生成部５３に出力する。例えば、｜ΔＰＲＥ｜が所定の閾値以下であり、ΔＶＲＥが残存する（ΔＶＲＥ≠０）場合は、再生可能エネルギー発電の出力変動による母線電圧変動分以外の変動分が除去し切れていないことを意味するため、ΔＶＲＥをゼロとする。
【００５６】
一方、判定部５７は、ΔＰＲＥの大きさが所定の閾値超であると判定した場合は、母線電圧変動ΔＶにΔＶＲＥが含まれており、かつ、ΔＶＲＥ以外の変動分が除去し切れていると判断できるので、適正と判定し、判定部５７は、生成部５３にΔＶＲＥをそのまま出力する。その後の制御は、第１の実施形態と同様であるので省略する。
【００５７】
［２−２．作用・効果］
本実施形態の電圧無効電力制御装置５は、配電用変電所１内の電力Ｐから電力変動ΔＰを抽出する電力変動抽出部５５と、電力変動ΔＰから、再生可能エネルギー発電による変動分ΔＰＲＥを抽出するＲＥ分抽出部５６と、ＲＥ分抽出部５６により抽出された変動分の大きさ｜ΔＰＲＥ｜から、ＲＥ分抽出部５２により抽出された再生可能エネルギー発電の出力変動による母線電圧変動ΔＶＲＥの適否を判定する判定部５７と、を備え、判定部５７は、ＲＥ分抽出部５６により抽出された変動分の大きさ｜ΔＰＲＥ｜が所定の閾値以下であり不適と判定する場合には、再生可能エネルギー発電の出力変動による母線電圧変動ΔＶＲＥをゼロとして生成部５３に出力するようにした。
【００５８】
これにより、誤ったΔＶＲＥに基づいて無効電力制御することを防止することができる。すなわち、ＲＥ分抽出部５２は母線電圧変動ΔＶから、ＲＥ分以外の変動を除去することによりＲＥ分の変動ΔＶＲＥを求める方式であるため、仮にＲＥ分以外の変動が十分に除去されていない場合であっても、｜ΔＰＲＥ｜が所定の閾値以下か否かによってＲＥ分抽出部５２により得られたΔＶＲＥが適正か否かを確認することができる。そのため、ＲＥ分抽出部５２により得られたΔＶＲＥが不適であると判定された場合には、ＲＥ分抽出部５２により得られたΔＶＲＥをゼロとして生成部５３に出力することで、生成部５３及び制御部５４によって誤ったΔＶＲＥに基づいて無効電力制御することをなくすことができる。
【００５９】
［３．その他の実施形態］
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの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、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。
【００６０】
例えば、第１の実施形態において、配電系統負荷分除去部５２３及び上位系統分除去部５２４は、母線電圧変動ΔＶのうち、所定の閾値以下の変動を、配電系統負荷分、上位系統分除去分の変動とみなして除去したが、当該構成を不感帯として捉えても良い。
【００６１】
また、第２の実施形態では、ΔＶＲＥが不適であると判定した場合、判定部５７がΔＶＲＥをゼロとして生成部５３に出力したが、ＲＥ分抽出部５２が判定部５７の不適であるとの判定結果を受けて、抽出したΔＶＲＥをゼロとして生成部５３に出力しても良い。また、ＲＥ分抽出部５２がΔＶＲＥを生成部５３に出力した後、生成部５３は判定部５７の判定結果を待って無効電力指令値Ｑを生成するようにしても良い。具体的には、生成部５３は、判定部５７の判定結果が不適であるとの信号を受けた場合は、ＲＥ分抽出部５２から入力されたΔＶＲＥをゼロとし、判定部５７の判定結果が適正であるとの信号を受けた場合は、入力されたΔＶＲＥに基づいて無効電力指令値Ｑを生成する。
【符号の説明】
【００６２】
１…配電用変電所
１１…一次側母線
１２…二次側母線
１３…変圧器
２…配電系統
３…調相設備
４…蓄電池システム
５…電圧無効電力制御装置
５１…母線電圧変動抽出部
５２…ＲＥ分抽出部
５２１…変圧器分除去部
５２２…調相設備分除去部
５２３…配電系統負荷分除去部
５２４…上位系統分除去部
５２５…蓄電池分除去部
５２６…蓄電池分変動算出部
５３…生成部
５４…制御部
５５…電力変動抽出部
５６…ＲＥ分抽出部
５７…判定部
【図１】
2017149762.tif 000003
【図２】
2017149762.tif 000004
【図３】
2017149762.tif 000005
【図４】
2017149762.tif 000006
【図５】
2017149762.tif 000007
【図６】
2017149762.tif 000008
【国際調査報告】
2017149762.tif 000009
2017149762.tif 000010
2017149762.tif 000011
2017149762.tif 000012