(57)【要約】【課題】柱上変圧器のタップ変更と電圧調整器の最適整定値および最適配置を組み合わせて最適な系統構成を算出する配電系統の系統最適化計算装置および系統最適化計算方法を提供することを目的とする。【解決手段】配電線路上に複数のタップ付柱上変圧器を備える配電系統の最適な系統構成を求める配電系統の系統最適化計算装置であって、配電系統の潮流計算により、所定時間帯における個々のタップ付柱上変圧器の低圧電圧についての第１の平均値と、所定時間帯における複数のタップ付柱上変圧器の低圧電圧についての第２の平均値とを求める第１の手段と、タップ付柱上変圧器について、第１の平均値が第２の平均値に近づくようにタップ値を変更する第２の手段と、タップ値変更についての所定の条件を満たすまでタップ値変更の処理を実行する第３の手段を備えたことを特徴とする。【選択図】図３
2018014774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線路上に複数のタップ付柱上変圧器を備える配電系統の最適な系統構成を求める配電系統の系統最適化計算装置であって、
配電系統の潮流計算により、所定時間帯における個々の前記タップ付柱上変圧器の低圧電圧についての第１の平均値と、所定時間帯における複数の前記タップ付柱上変圧器の低圧電圧についての第２の平均値とを求める第１の手段と、
前記タップ付柱上変圧器について、前記第１の平均値が前記第２の平均値に近づくようにタップ値を変更する第２の手段と、
タップ値変更についての所定の条件を満たすまでタップ値変更の処理を実行する第３の手段を備えたことを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項２】
請求項１に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
前記第２の手段は、前記第２の平均値からの乖離が大きい前記第１の平均値を示す低圧電圧の前記タップ付柱上変圧器を優先して、前記第１の平均値が前記第２の平均値に近づくようにタップ値を変更することを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
前記第３の手段におけるタップ値変更についての所定の条件は、タップ値変更回数であり、または前記タップ付柱上変圧器の低圧電圧についての最大値と最小値の差が所定値以内になったこととされていることを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
前記第３の手段において、タップ値変更についての所定の条件が満たされるとき、前記第２の手段でタップ値を変更することにされた配電線路上のタップ付柱上変圧器について、タップ変更作業の実施指令を出力することを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
前記所定時間帯は、複数の時間帯であり、複数の時間帯において、前記タップ値変更についての所定の条件を満たすことを確認することを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
前記第３の手段において、タップ値変更についての所定の条件が満たされないとき、前記配電線路上に新たな電圧調整器の設置指令を出力することを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項７】
請求項６に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
所定時間帯における複数個所の前記タップ付柱上変圧器の低圧電圧について、その最大電圧と最小電圧の差が、目標電圧より大きい場合、新たな電圧調整器の設置位置を決定する第４の手段を備えたことを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項８】
請求項７に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
前記第４の手段は、配電系統の前記所定時間帯における潮流計算により求めた亘長に対する低圧電圧の分布を用いて、最大電圧または最小電圧が低圧の配電系統に設定された上限値または下限とであるときに最小電圧または最大電圧が低圧の配電系統に設定された下限値または上限値となる配電系統の位置を新たな電圧調整器の設置位置とすることを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
前記第４の手段は、配電系統の複数の前記所定時間帯における潮流計算により求めた亘長に対する低圧電圧の分布を用いて、最大電圧が低圧の配電系統に設定された上限値であるときに最小電圧が低圧の配電系統に設定された下限値となる配電系統の第１の位置と、最小電圧が低圧の配電系統に設定された下限値であるときに最大電圧が低圧の配電系統に設定された上限値となる配電系統の第２の位置を求め、より電源側に近い位置を新たな電圧調整器の設置位置とすることを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
配電系統の前記所定時間帯における潮流計算により求めた亘長に対する低圧電圧の分布を用いて、電圧調整器が与える高圧電圧の値を決定する第５の手段を備えることを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
前記第５の手段が与える高圧電圧の値は、配電系統の前記所定時間帯における潮流計算により求めた亘長に対する低圧電圧の分布を用いて、最大電圧と上限値の差及び最小電圧と下限値の差が同じ状態となる観点から定められていることを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項１２】
請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
電圧調整器は、その負荷側配電系統の幹線上における特定の位置を負荷中心点に定め、負荷中心点の電圧を一定に制御する線路電圧降下補償機能を備えていることを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の配電系統の系統最適化計算装置であって、
配電系統の複数の前記所定時間帯における潮流計算により求めた亘長に対する低圧電圧の分布を用いて、最大電圧と最小電圧の差が最も小さくなる負荷側配電系統の幹線上の位置を負荷中心点に定めることを特徴とする配電系統の系統最適化計算装置。
【請求項１４】
配電線路上に複数のタップ付柱上変圧器を備える配電系統の最適な系統構成を求める配電系統の系統最適化計算方法であって、
データベースとして、配電系統の各時間の電気量の計測値を格納する計測データベース、配電系統の潮流計算に必要な系統構成データ、潮流計算や状態推定計算の計算結果を格納する潮流計算データベース、電圧調整器の基準電圧やＬＤＣの整定値を格納する制御装置整定データベース、各時刻の電圧調整器出力電圧の理想値の計算結果を格納する電圧調整器理想電圧データベース、電圧調整器の最適配置を格納する制御装置配置データベース、柱上変圧器タップ変更結果を格納する柱上変圧器タップデータベースに記憶された情報を用い、
潮流計算結果や状態推定結果に基いて、柱上変圧器の最適タップを計算し、電圧調整器の送出電圧の理想値を算出して電圧調整器が必要な箇所および既存電圧調整器の要否を計算し、並びに理想電圧としたときの各ノードの到達電圧に基づいて電圧調整器の整定パラメータを計算することを特徴とする配電系統の系統最適化計算方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の配電系統の系統最適化計算方法であって、
他ノードの低圧換算電圧との乖離が大きいノードの柱上変圧器を優先的に変更することによって、最小限の柱上変圧器タップ変更数の中で電圧調整器の設置台数の配置を求めることを特徴とする配電系統の系統最適化計算方法。
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５に記載の配電系統の系統最適化計算方法であって、
各電圧調整器が可能な限り末端の電柱まで適正範囲に電圧を収められるような電圧調整器の送出電圧の理想値とすることで、電圧調整器の設置台数を最小化して配置を求めることを特徴とする配電系統の系統最適化計算方法。
【請求項１７】
請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載の配電系統の系統最適化計算方法であって、
各電圧調整器の電圧管理範囲における最大電圧と最小電圧の差から既存の電圧調整器の要否を判定し、既存の電圧調整器の設置台数を最小化してかつ電圧上下限への余裕が最大となる配置を求めることを特徴とする配電系統の系統最適化計算方法。
【請求項１８】
請求項１４から請求項１７のいずれか１項に記載の配電系統の系統最適化計算方法であって、
複数時間断面の潮流計算結果から電圧余裕が最大となる電圧調整器の各時間断面の理想電圧を算出し、到達電圧の最大値と最小値の差が最小となるノードを負荷中心点として求め、負荷中心点の到達電圧と電圧調整器から負荷中心点までのインピーダンスおよびリアクタンスから電圧調整器の最適整定値を求めることを特徴とする配電系統の系統最適化計算方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の配電系統の系統最適化計算方法であって、
電圧調整器より負荷側の系統において、当該電圧調整器から系統末端となる各ノードまでのリアクタンスを算出して電圧調整器からリアクタンスが最大となったノードまでのルート、または当該電圧調整器から系統末端となる各ノードまでに設置された電圧調整器台数が最も多くかつ当該電圧調整器からのリアクタンスが最大となったノードまでのルートを幹線と定義して、負荷中心点を幹線から抽出することを特徴とする配電系統の系統最適化計算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電系統の系統最適化計算装置および系統最適化計算方法に係り、特に複数台の電圧調整装置を、自端情報で協調動作させ、電圧維持や運用効率化を可能とする配電系統の系統最適化計算装置および系統最適化計算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電系統の電圧は、配電用変電所に設置された変圧器（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴ：Ｌｏａｄ  Ｒａｔｉｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）のタップ切替や、配電線上に設置された自動電圧調整器（ＳＶＲ：Ｓｔｅｐ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ、ＴＶＲ：Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）などのタップ切替によって制御されている。
【０００３】
これらの電圧調整器（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや自動電圧調整器ＳＶＲおよびＴＶＲ）は、基準電圧や線路電圧降下補償装置ＬＤＣ（Ｌｉｎｅ  Ｄｒｏｐ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ：系統の電圧低下を補償するように負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや、自動電圧調整器ＳＶＲおよびＴＶＲ二次側電圧を決定する制御装置）の整定値を適切に設定することで、タップ制御による適性電圧維持を実現している。なお電圧調整器の設置に当たり、過剰な設備投資を避けるために、配電線上に設置された自動電圧調整器ＳＶＲおよびＴＶＲは適切に配置して極力設置台数を少なくすることが望ましい。
【０００４】
他方、日本国内の配電系統における電圧管理電圧は、電気事業法により低圧で１０１±６Ｖの適正範囲内に収めることが義務付けられている。一般的な家庭で使用される電力は、６６００ｋＶ系の電圧を柱上変圧器で１００Ｖ系に変換している。柱上変圧器のタップ値によって変化する変圧比は一般的に１０５／６７５０、１０５／６６００、１０５／６４５０等が使われており、タップ値を１段変えることで低圧電圧は約２．５Ｖ変化することから、低圧電圧を適正範囲内に収めるためには柱上変圧器タップ値の適切な設定も重要となる。
【０００５】
電圧調整器（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや自動電圧調整器ＳＶＲおよびＴＶＲ）の最適配置方法や最適整定値算出方法に関して、以下の手法が知られている。特許文献１には、パーティクル・スウォーム・オプティマイゼーション（ＰＳＯ）を使用して設置コストを最小化する電圧自動調整器の最適配置手法が示されている。また、特許文献２には、電圧調整器の理想値Ｖｓと配電系統の電気量の計測値との相関を重回帰分析することによって、電圧自動調整器の整定パラメータを決定する手法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−３１２３２３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２０２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の方法では、電圧調整器を最適配置することができるが、ここでは柱上変圧器タップの変更と組み合わせた検討が想定されていない。このため、柱上変圧器タップを変更することで電圧調整器の設置台数を削減できる系統において、電圧調整器の設置台数を最小とした最適配置を実現できない場合がある。また特許文献１の方法は、電圧調整器の最適なタップ位置を算出することで適正電圧を維持する手法であり、実運用において現場の機器に設定する整定値の算出手法までは示されていない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の方法では、電圧調整器の配置が決定している系統に対しては最適な整定値を算出することが可能であるが、最適配置と最適整定を組み合わせて検討するのは困難である。また、本手法は電圧調整器が電圧を一定に保とうとする地点（負荷中心点）の決定が困難である負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴの整定値算出において非常に有用な手法であるが、負荷中心点の決定が比較的容易である自動電圧調整器ＳＶＲおよびＴＶＲにおいては重回帰分析による整定値算出を適用しなくても精度の高い最適整定値算出が可能である。また、重回帰分析による三次元での算出となるため、最適整定値の算出結果を運用者がグラフ上で確認することは容易ではない。
【０００９】
このように、柱上変圧器のタップ変更によって自動電圧調整器ＳＶＲおよびＴＶＲの最適配置が変化する配電系統において、柱上変圧器のタップ変更を考慮した自動電圧調整器ＳＶＲおよびＴＶＲの最適配置方法は確立されておらず、配電系統の設備形成を担当する実務者にとって困難な問題として残されている状況である。
【００１０】
以上のことから本発明においては、運用者が算出結果の妥当性を二次元グラフ上で確認可能となる手法で、柱上変圧器のタップ変更と自動電圧調整器ＳＶＲおよびＴＶＲの最適整定値の算出をする配電系統の系統最適化計算装置および系統最適化方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明の実施例においては、柱上変圧器のタップ変更と電圧調整器の最適整定値および最適配置を組み合わせて最適な系統構成を算出する配電系統の系統最適化計算装置および系統最適化計算方法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】
【００１２】
以上のことから本発明においては、配電線路上に複数のタップ付柱上変圧器を備える配電系統の最適な系統構成を求める配電系統の系統最適化計算装置であって、配電系統の潮流計算により、所定時間帯における個々のタップ付柱上変圧器の低圧電圧についての第１の平均値と、所定時間帯における複数のタップ付柱上変圧器の低圧電圧についての第２の平均値とを求める第１の手段と、タップ付柱上変圧器について、第１の平均値が第２の平均値に近づくようにタップ値を変更する第２の手段と、タップ値変更についての所定の条件を満たすまでタップ値変更の処理を実行する第３の手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、配電線路上に複数のタップ付柱上変圧器を備える配電系統の最適な系統構成を求める配電系統の系統最適化計算方法であって、データベースとして、配電系統の各時間の電気量の計測値を格納する計測データベース、配電系統の潮流計算に必要な系統構成データ、潮流計算や状態推定計算の計算結果を格納する潮流計算データベース、電圧調整器の基準電圧やＬＤＣの整定値を格納する制御装置整定データベース、各時刻の電圧調整器出力電圧の理想値の計算結果を格納する電圧調整器理想電圧データベース、電圧調整器の最適配置を格納する制御装置配置データベース、柱上変圧器タップ変更結果を格納する柱上変圧器タップデータベースに記憶された情報を用い、潮流計算結果や状態推定結果に基いて、柱上変圧器の最適タップを計算し、電圧調整器の送出電圧の理想値を算出して電圧調整器が必要な箇所および既存電圧調整器の要否を計算し、並びに理想電圧としたときの各ノードの到達電圧に基づいて電圧調整器の整定パラメータを計算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、柱上変圧器のタップ変更と電圧調整器の最適整定値および最適配置を組み合わせて最適な系統構成を算出することができる。
【００１５】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、柱上変圧器のタップ変更を実施する系統においても自動電圧調整器ＳＶＲおよびＴＶＲの最適配置を算出することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、自動電圧調整器ＳＶＲおよびＴＶＲの最適配置を算出するのと同時に最適整定値を算出することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の望ましい実施態様によれば、３断面以上の複数時間断面の潮流計算結果に対し、最適整定値算出結果の妥当性を二次元グラフ上で確認することが可能となる。
【００１８】
本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る系統最適化計算装置が適用可能な典型的な配電系統の例を示す図。
【図２】本発明の実施例１に係る系統最適化計算装置１０のハード構成を示す図。
【図３】既存設置された電圧調整器を考慮しないケースにおける、柱上変圧器タップ値、電圧調整器の最適配置および最適整定値計算アルゴリズムを示すフローチャート。
【図４】変電所出口端を起点とし配電線路上の各点における電圧を示した図。
【図５ａ】配電線路上の高圧電圧分布例として、ほぼ一定を示す電圧分布例を示す図。
【図５ｂ】図５ａの時の柱上変圧器の低圧電圧例を示す図。
【図５ｃ】乖離が大きい柱上変圧器のタップを調整した結果としての柱上変圧器の低圧電圧例を示す図。
【図５ｄ】改善された低圧電圧分布の結果を受けて、変電所出口端のＳＶＲにより電圧調整したときの電圧分布例を示す図。
【図６】低圧換算電圧が他の電柱と乖離している電柱を特定するための考え方を示す図。
【図７ａ】最大電圧Ｖａｍａｘを記録している地点のほうがＳＶＲに近い事例を示す図。
【図７ｂ】最小電圧Ｖａｍｉｎを記録している地点のほうがＳＶＲに近い事例を示す図。
【図８ａ】電圧逸脱が発生しない系統における低圧電圧の分布例を示す図。
【図８ｂ】柱上変圧器設置点における低圧電圧と上下限電圧との余裕が同じ状態を示す図。
【図８ｃ】高圧電圧側の状態を示す図。
【図９】本発明の実施例１により求めた負荷中心点の概念を示す図。
【図１０】本発明の実施例２に係る既存の電圧調整器の要否判定による柱上変圧器タップ値、電圧調整器の最適配置および最適整定値計算アルゴリズムを示すフローチャート。
【図１１】配電線路上の電圧調整器ＳＶＲ２が撤去可能な事例を示す図。
【図１２】配電線路上の電圧調整器ＳＶＲ２が撤去不可能な事例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１は、本発明に係る系統最適化計算装置が適用可能な典型的な配電系統の例を示す図である。
【００２２】
図１において配電系統１００は、配電変電所１１０とノード（母線）１２０およびそれらを接続する配電線路１４０、ノード１２０に接続される負荷１５０や発電機１３０、配電線路に設置されるセンサ１７０などで構成されている。配電系統１００内には、電圧調整器の一例としてＳＶＲ３００が、配電系統１００の配電線路１４０に直列に設置されており、そのタップ位置がタップ制御装置３１０により制御される。
【００２３】
センサ１７０は、線路の電流、流力率、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、ノード電圧Ｖなどを測定し、通信端局１８０、通信ネットワーク１９０を介して系統最適化計算装置１０に情報を送る。系統最適化計算装置１０は、通信ネットワーク１９０、通信端局１８０を介して電圧調整器であるＳＶＲ３００内のタップ制御装置３１０に対して制御信号を送り、タップ位置を適正に制御する。
【００２４】
図２は、本発明の実施例に係る系統最適化計算装置１０のハード構成を示している。系統最適化計算装置１０は、いわゆる計算機システムにより構成されるが、その場合の主要な機能構成を示している。
【００２５】
系統最適化計算装置１０は、表示装置１１、キーボードやマウス等の入力手段１２、コンピュータ（ＣＰＵ）１３、通信手段１４、ＲＡＭ１５、およびメモリ３１がバス線３０に接続されて構成されている。このうちコンピュータ（ＣＰＵ）１３は、計算プログラムを実行して表示すべき画像データの指示や、各種データベース内のデータの検索等を行う。ＲＡＭ１５は、表示用の画像データ、潮流計算結果、計測データ一覧、整定パラメータ計算結果、電圧調整器理想電圧計算結果および柱上変圧器タップ変更結果、電圧調整器最適配置計算結果等の計算結果データを一旦格納するメモリである。これらのデータに基づき、ＣＰＵ１３によって必要な画像データを生成して、表示装置１１（例えば表示ディスプレイ画面）に表示する。
【００２６】
メモリ３１内には各種データベースＤＢが構成されているが、これらは各種データ保存用に計測データデータベースＤＢ１、潮流計算データデータベースＤＢ２、制御装置整定データデータベースＤＢ３、電圧調整器理想電圧データデータベースＤＢ４、制御装置配置データデータベースＤＢ５、柱上変圧器タップデータデータベースＤＢ６を備え、このほかにコンピュータ（ＣＰＵ）１３で実行するプログラムを保存するプログラムデータデータベースＤＢ７を備える。
【００２７】
このうち潮流計算データデータベースＤＢ１には、線路１４０のインピーダンスを示す線路定数Ｚ（＝Ｒ＋ｊＸ）、負荷・発電量、並びに系統の線路や電圧調整器、ノードの接続状況を表す系統構成データが記憶されている。この他に、潮流計算や状態推定計算によって求められた各時間断面の線路の電流、電流力率、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、負荷や発電量、およびノード電圧Ｖなどの情報も格納される。これらのデータを系統データと称することにする。
【００２８】
計測データデータベースＤＢ２には、配電系統１００内のセンサ１７０で計測された各時間断面の線路の電流、電流力率、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、負荷や発電量、およびノード電圧Ｖなどの情報が格納される。これらのデータは、通信ネットワーク１９０や系統最適化計算装置１０の通信手段１４を介して伝送される。センサ１７０で計測されたこれらのデータを計測データと称することにする。
【００２９】
制御装置整定データデータベースＤＢ３には、計算結果である基準電圧やＬＤＣの整定パラメータ値であるＲ、Ｘなどが格納される。電圧調整器理想電圧データデータベースＤＢ４には、各時刻の電圧調整器出力電圧の理想値の計算結果が格納される。制御装置配置データデータベースＤＢ５には、計算結果である電圧調整器の最適配置が格納される。柱上変圧器タップデータデータベースＤＢ６には、計算結果である柱上変圧器タップ変更結果が格納される。
【００３０】
プログラムデータデータベースＤＢ７は、計算プログラムである潮流計算プログラムＰｒ１、状態推定計算プログラムＰｒ２、最適整定値算出プログラムＰｒ３、柱上変圧器タップ変更プログラムＰｒ４および最適配置計算プログラムＰｒ５を格納する。これらのプログラムＰｒは、必要に応じてＣＰＵ１３に読み出され、計算が実行される。
【００３１】
図３は、既存設置された電圧調整器を考慮しないケースにおける、柱上変圧器タップ値、電圧調整器の最適配置および最適整定値の計算アルゴリズムを示すフローチャートである。この図に示す系統最適化計算装置１０の計算処理内容について説明する。図には、配電系統内のセンサの電圧計測データと各時間の潮流計算結果を基に、柱上変圧器タップ値および電圧調整器の最適整定値を決定する手順の例を示している。以下、処理の流れを説明する。
【００３２】
図３には大きく２つの処理内容が含まれている。その一つは配電系統１００に設けられた柱上変圧器のタップ調整による対応策（図３の処理ステップＳ１からＳ３）である。２つ目は、柱上変圧器のタップ調整を行ったのみでは対応が不十分である場合に新たな電圧調整器の設置が必要であり、その設置場所を特定するための対応策（図３の処理ステップＳ４からＳ１１）である。
【００３３】
図３のフローチャートにおける最初の処理ステップＳ１では、処理に必要なデータ読み込みを行い、分析対象とする期間を決め（例えば、過去１週間など、ユーザが指定してもよい）、対象期間の各時間について潮流計算を実施するのに必要な配電系統内の計測データおよび系統データを用いて、配電系統内に電圧調整器が設置されていないケースにおける複数時間断面の潮流計算を実施する。ここでの潮流計算では、図２の潮流計算プログラムＰｒ１、状態推定計算プログラムＰｒ２が用いられる。なお電圧降下が大きく計算が収束しない場合は、６００Ｖ程度の電圧降下が発生する地点に電圧調整器を仮で設置することで計算を収束させるのがよい。
【００３４】
潮流計算の結果は、例えば変電所出口端を起点とし各配電線路１４０上の各点における電圧の値として求められる。図４は求められた電圧分布例であり、縦軸に配電線路１４０上の高圧電圧、横軸に配電線路１４０の変電所出口端からの亘長（ｋｍ）を示している。一般に高圧電圧は、配電線路における電圧降下により変電所出口端から遠くなるほど低下する電圧分布例ＬＤ１、ＬＤ２の傾向を示す。しかし、近年では太陽光発電の普及に伴い太陽光発電が発電を行う昼間や、夜間・休日に高圧負荷と併設されたコンデンサの影響により発生するフェランチ現象によって、末端電圧が高くなる電圧分布例ＬＵ１、ＬＵ２の傾向を示すことがある。なお変電所出口端には、電圧調整器が設置されているものとする。
【００３５】
これに対し、配電線路１４０上の各所に設けられている柱上変圧器により定まる低圧電圧は、柱上変圧器のタップ値により定まる。図５ａには、図４に例示した配電線路１４０上の高圧電圧の電圧分布例のうち、ほぼ一定を示す電圧変動ＬＵ２を例示している。また図５ｂにはこの時の柱上変圧器の低圧電圧の分布を例示している。一般に、配電線路１４０上の各所に設けられている柱上変圧器は、末端になるほど少ないタップ値を採用している。図５ａの図示例では、亘長上の電柱位置ＰＴ１、ＰＴ２に柱上変圧器が設置されており、ＰＴ１より変電所出口端側では６７５０タップ、ＰＴ１とＰＴ２の間では６６００タップ、ＰＴ２後段では６４５０タップとした例で示している。これにより、上記各区間での変圧比は、それぞれ１０５／６７５０、１０５／６６００、１０５／６４５０となり、高圧電圧が一定（図５ａ）であっても、低圧電圧は配電線路末端になるほど電圧上昇する（図５ｂ）傾向を示すことが理解できる。
【００３６】
日本国内の配電系統における電圧管理電圧は、電気事業法により低圧で１０１±６Ｖの適正範囲内に収めることを義務付けており、図５ｂに示す柱上変圧器の低圧電圧が上限電圧Ｖｕ（１０７Ｖ）、下限電圧Ｖｌ（９５Ｖ）の範囲を超えるときには、範囲内への移行制御が行われる。
【００３７】
次に、処理ステップＳ２では、複数時間断面の電圧解析結果に基づいて、柱上変圧器タップを用いて各ノードの低圧換算電圧を算出し、その平均値Ｖａを算出する。これは例えば図５ｂに示す柱上変圧器の例でいうと、亘長上のＰＴ１、ＰＴ２に示した柱上変圧器設置点ごとに、そこでの低圧電圧を例えば１時間単位の平均値Ｖａとして、２４時間分求めることを意味している。ここではとりあえず、９時から１０時までの１時間の時間帯内で求めた低圧電圧の平均値Ｖａを例にして説明する。このときの亘長上の各地点における低圧電圧の平均値Ｖａは図５ｂに示されたようなものである。
【００３８】
次に、処理ステップＳ３では、低圧換算電圧の平均値Ｖａの中から最大電圧Ｖａｍａｘと最小電圧Ｖａｍｉｎを抽出する。図５ｂに示された例では、変電所出口端近傍で最小電圧Ｖａｍｉｎを観測し、亘長上のＰＴ２よりも末端側で最大電圧Ｖａｍａｘを観測している。図示の例では、低圧換算電圧の最大電圧Ｖａｍａｘと最小電圧Ｖａｍｉｎの差Ｖｄ（Ｖａｍａｘ−Ｖａｍｉｎ）が、上限値ＶＬｕと下限値Ｖｌの差（Ｖｕ−Ｖｌ）よりも大きい場合を示しており、この状態では変電所出口端に設置した電圧調整器であるＳＶＲの送出電圧をどのように調整しても、配電線路上のいずれかの場所では電圧逸脱が発生してしまうことになる。そこで本発明では、柱上変圧器タップを適切に設定することで逸脱を解消できるか確認する。
【００３９】
このとき、タップを変更する柱上変圧器の個数を最小化するためには、各電圧調整器が電圧管理を担当する区間において、低圧換算電圧が他の電柱と乖離している電柱の柱上変圧器タップを優先的に変更することが望ましい。柱上変圧器タップが適切でない電柱は、常に他の電柱よりも低圧換算電圧が高めまたは低めの傾向が現れる。
【００４０】
そこで処理ステップＳ３では、低圧換算電圧の時系列データから、電圧管理区間全体の低圧換算電圧の全体平均電圧Ｖｂを算出し、各ノードでの平均電圧Ｖａと全体平均電圧Ｖｂの差ΔＶｇａｐを（１）式で算出する。
［数１］
ΔＶｇａｐ＝Ｖａ―Ｖｂ              （１）
図６は、低圧換算電圧が他の電柱と乖離している電柱を特定するための考え方を示した図である。図６において、●は各電柱上の柱上変圧器で計測した平均電圧Ｖａであり、図６の例では８か所の柱上変圧器で計測した平均電圧Ｖａを示している。Ｖｂは電圧管理区間全体の８か所の低圧換算電圧の全体平均電圧である。全体平均Ｖｂとの差ΔＶｇａｐが著しい平均電圧Ｖａを示す電柱位置の柱上変圧器タップが、優先的に制御するのが好ましい柱上変圧器タップとされる。図示の例ではＶａ１が最も乖離している。
【００４１】
具体的には処理ステップＳ３では、ΔＶｇａｐの絶対値を乖離度｜ΔＶｇａｐ｜として算出し、｜ΔＶｇａｐ｜が最大となる電柱の柱上変圧器（この場合Ｖａ１を示す柱上変圧器）から優先的に柱上変圧器タップを変更する。変更後のタップ値については、ΔＶｇａｐが０より大きい、すなわち区間内の平均電圧より高めの場合はタップを上げ、ΔＶｇａｐが０より小さい、すなわち区間内の平均電圧より低めの場合はタップを下げる方向に変更する。
【００４２】
電圧管理範囲における低圧換算電圧の最大電圧Ｖａｍａｘと最小電圧Ｖａｍｉｎの差（Ｖａｍａｘ−Ｖａｍｉｎ）をＶｄとすると、上記の方向に柱上変圧器タップを変更することでＶｄが小さくなる。Ｖｄが目標値Ｖｄ’より小さくなる、または柱上変圧器タップ変更数があらかじめ設定した上限数に到達した時点で柱上変圧器タップの変更を終了する。なお目標値Ｖｄ’は上限値と下限値の差よりも小さい値とする。柱上変圧器タップ変更数が上限に到達してもＶｄがＶｄ’よりも大きい場合は、柱上変圧器タップを変更しても電圧逸脱を解消できない。このため新たな電圧調整器の設置が必要となるため、処理ステップＳ４に進む。
【００４３】
かくして、平均電圧Ｖａと全体平均電圧Ｖｂの差ΔＶｇａｐが大きい柱上変圧器タップであるほど、小さなタップ値となるように配電系統全体の柱上変圧器タップが調整される。なお、上記の例では、９時から１０時までの１時間の時間帯内で求めた低圧電圧の平均値Ｖａを用いて処理を行ったが、同様にして他の時間帯についても柱上変圧器タップの変更を検討し、最終的には極力多くの時間帯で低圧電圧が上下限値から逸脱しない柱上変圧器タップの組み合わせが模索されることになる。なお、このようにして最適なタップ値が求められた場合には、作業員が当該柱上変圧器を載置している電柱に赴いて、個別にタップ値を調整することになる。
【００４４】
処理ステップＳ３までの処理の結果として、系統最適化計算装置１０から運転監視員に向けて、指令出力がなされる。例えば、タップ値変更についての所定の条件が満たされるとき、タップ値を変更することにされた配電線路上のタップ付柱上変圧器について、タップ変更作業の実施指令が出力される。またタップ値変更についての所定の条件が満たされないとき、配電線路上に新たな電圧調整器の設置指令が出力される。
【００４５】
図５ｃは、上記により乖離が大きい柱上変圧器のタップを調整した結果としての柱上変圧器の低圧電圧例を示している。図５ｃでは、ΔＶｇａｐが０より大きい、すなわち区間内の平均電圧より高めの柱上変圧器の位置ＰＴ２のタップ値を、従前の６４５０タップから６６００タップに上げる方向に変更した結果として、柱上変圧器の位置ＰＴ２よりも後段の低圧電圧は上限値Ｖｕを超過することなく、所定の制御範囲内に収まる結果を示している。
【００４６】
さらに図５ｄは、図５ｃの改善された低圧電圧分布の結果を受けて、変電所出口端の電圧調整器により電圧調整したときの電圧分布例を示している。図５ｂの状態では変電所出口端の電圧調整器による電圧調整は所定範囲内に収める目的では有効に機能し得なかったが、低圧電圧側も含めて所定範囲内に収めることができている。
【００４７】
以上の処理ステップＳ１からＳ３により、昼夜のいずれの時間帯でも低圧電圧が上下限値から逸脱しない柱上変圧器タップの組み合わせが定まった場合には、以後の処理を必要としないが、定まらなかった場合には、以下のようにして配電線路上に新設する電圧調整器であるＳＶＲの設置場所を定めていく。
【００４８】
配電線路上に新設する電圧調整器の設置場所を決定する処理における最初の処理ステップＳ４では、電圧調整器の理想電圧Ｖｓを算出する。電圧管理範囲における低圧換算電圧の最大電圧Ｖａｍａｘと最小電圧Ｖａｍｉｎの差Ｖｄ（Ｖａｍａｘ−Ｖａｍｉｎ）が、目標値Ｖｄ’よりも大きい場合、電圧逸脱が発生する。各電圧調整器は可能な限り末端の電柱まで適正範囲に電圧を収めることで設置台数を最小化することが望ましい。そのためには、最大電圧Ｖａｍａｘと最小電圧Ｖａｍｉｎを記録している地点のうち、どちらのほうが電源側に設置された電圧調整器に近いかによって電圧調整器二次側電圧理想値Ｖｓを算出する必要がある。
【００４９】
図７ａは、最大電圧Ｖａｍａｘを記録している地点が電源側に近い低圧電圧分布の例であり、図７ｂは、最小電圧Ｖａｍｉｎを記録している地点が電源側に近い低圧電圧分布の例である。図７ａの場合には、低圧電圧が下限電圧Ｖｌ以下になる地点よりも電源側に電圧調整器が新設設置される必要があり、図７ｂの場合には、低圧電圧が上限電圧Ｖｕ以上になる地点よりも電源側に電圧調整器が新設設置される必要がある。
【００５０】
最大電圧Ｖａｍａｘを記録している地点のほうが電圧調整器に近い図７ａの事例の場合、最大電圧Ｖａｍａｘが上限逸脱とならない範囲で電圧調整器の二次側電圧を高めで設定（従ってＶａｍａｘ＝Ｖｕ）し、下限逸脱となった地点Ｐｌに電圧調整器を追加するものとする。なお図７ａの事例は、Ｖａｍａｘ＝Ｖｕに設定した状態の電圧分布を例示している。理想電圧Ｖｓ、補正量ΔＶは、具体的には以下の（２）（３）式によって算出する。
［数２］
Ｖｓ＝Ｖ＋｛（Ｖｕ×Ｔｐｍａｘ／１０５）−Ｖａｍａｘ｝          （２）
［数３］
ΔＶ＝（Ｖｕ×Ｔｐｍａｘ／１０５）−Ｖａｍａｘ            （３）
ここで、Ｖは現状の電圧調整器（変電所出口端に設置の電圧調整器）の二次側電圧、Ｖｕは低圧電圧の上限値、Ｖａｍａｘは低圧電圧の最大電圧、Ｔｐｍａｘは低圧電圧の最大電圧Ｖａｍａｘとなるノードの柱上変圧器タップ値である。
【００５１】
一方、最小電圧Ｖａｍｉｎを記録している地点のほうが電圧調整器に近い図７ｂの事例の場合は、最小電圧Ｖａｍｉｎが下限逸脱とならない範囲で電圧調整器の二次側電圧を低めに設定（従ってＶａｍｉｎ＝Ｖｌ）し、上限逸脱となった地点に電圧調整器を追加する。なお図７ｂの事例は、Ｖａｍｉｎ＝Ｖｌに設定した状態の電圧分布を例示している。理想電圧Ｖｓ、補正量ΔＶは、具体的には以下の（４）（５）式によって算出する。
［数４］
Ｖｓ＝Ｖ＋｛（Ｖｌ×Ｔｐｍｉｎ／１０５）−Ｖａｍｉｎ｝        （４）
［数５］
ΔＶ＝（Ｖｌ×Ｔｐｍｉｎ／１０５）−Ｖａｍｉｎ          （５）
ここで、Ｖｌは低圧電圧の下限値、Ｖａｍｉｎは低圧電圧の最小電圧、Ｔｐｍｉｎは低圧電圧の最小電圧Ｖａｍｉｎとなるノードの柱上変圧器タップ値である。
【００５２】
次に、処理ステップＳ５では、電圧調整器二次側電圧（変電所出口端に設置の電圧調整器の二次側電圧）を理想電圧としたときの電圧を算出するために、各時間断面の各ノードの電圧計算結果に基づく到達電圧をΔＶだけ補正する。補正した電圧を２４時間の全時間断面で重ねると、理想電圧としても電圧逸脱が発生する電柱が確認できる。電圧逸脱が発生するノードのうち、最も電源側の地点に電圧調整器を追加する。
【００５３】
例えば夜間運用の特性を意味している図７ａの低圧電圧分布例では地点Ｐｌが電圧調整器の追加設置点として推奨され、また太陽光発電を用いる昼間運用の特性を意味している図７ｂの低圧電圧分布例では地点Ｐｌが電圧調整器の追加設置点として推奨されているとした場合には、２４時間の全時間断面で重ねた電圧逸脱が発生するノードのうち、最も電源側の地点である図７ａの地点Ｐｌに電圧調整器を追加設置することとする。
【００５４】
次に、処理ステップＳ６では、追加した電圧調整器についても同様に処理ステップＳ２〜処理ステップＳ５を繰り返して、タップ変更、理想電圧Ｖｓおよび補正量ΔＶの算出、解析結果の補正、電圧調整器の追加検討を実施し、系統末端における電圧逸脱が解消されるまで柱上変圧器タップの変更と電圧調整器追加を実施する。なおこの場合には、追加した電圧調整器の位置を変電所出口端とみなして後段側の電圧分布を再検討することになる。そのうえで電圧逸脱が解消される系統構成となったら、分岐先にそれぞれ設置されている電圧調整器を分岐手前に集約できるか検討し、可能な限り台数の最小化を実施して電圧調整器の必要台数を決定する。このときの配置を最適配置として記録する。処理ステップＳ６までで電圧調整器設置台数の最小化は実現できたため、各電圧調整器を最大限活用することによる電圧余裕最大化を実現する。
【００５５】
次に、処理ステップＳ７では、電圧調整器を有効に活用できていないケースに該当していないかを検討する。そのため、具体的には低圧電圧の上下限値Ｖｕ、Ｖｌを狭めて、処理ステップＳ１〜処理ステップＳ６を実施する。
【００５６】
ここで、電圧調整器を有効に活用できていないケースとは、電源側から直列に順次接続された電圧調整器ごとに電圧管理対象範囲内の電圧余裕にばらつきがあるケースである。特に末端付近に設置された電圧調整器は電圧管理対象範囲が狭いため、他の電圧調整器よりも電圧余裕が大きくなっていることが想定される。これを解消するためには、上下限値を狭めて電圧調整器を全て撤去したと同じ状態を仮に想定し、ここから再度最適配置を検討し、電圧余裕の小さかった電圧調整器の電圧余裕を大きくすることを検討する。
【００５７】
この手法によれば、上下限を狭めることで条件が厳しくなり、電圧調整器の設置位置は電源側に移動する。電圧調整器の設置位置を算出したら、分岐先の電圧調整器の集約を実施して設置台数を最小化し、電圧調整器の設置台数を決定する。このとき、処理ステップＳ６で求めた電圧調整器の必要台数を超過していない場合、設置台数の最小化を実現しながら電圧余裕を拡大できたため、電圧調整器の最適配置を更新する。上下限値を狭めていくと、電圧調整器の設置台数が先に求めた必要台数を超過するため、必要台数を超過しない範囲で最も上下限値を狭めたときの配置を最適配置とする。
【００５８】
処理ステップＳ７までで電圧調整器設置台数の最小化および各電圧調整器を最大限活用することによる電圧余裕最大化は実現できたため、この系統構成に対する各電圧調整器の最適整定値を求める。
【００５９】
次に、処理ステップＳ８で、各電圧調整器の理想電圧を算出する。ここでの理想電圧は処理ステップＳ４で求めたときと異なり、電圧逸脱が発生しない系統に対するものであるため、電圧余裕が最大となる送出電圧を求める。
【００６０】
ここでの処理の考え方について図８ａ、図８ｂ、図８ｃを用いて説明する。まず図８ａは電圧逸脱が発生しない系統における低圧電圧の分布例を示している。電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧は低下傾向を示す電圧分布例を示しており、途中で柱上変圧器のタップが６７５０タップから６６００タップに変更され、後段における電圧が上がっている事例である。但し、いずれの地点においても低圧電圧は上下限電圧Ｖｕ、Ｖｌの範囲内に収まっている。電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧は、解析時の電圧調整器の送出電圧Ｖである。このときに、柱上変圧器設置点における低圧電圧と上下限電圧Ｖｕ、Ｖｌとの差が、それぞれＶｄｕ、Ｖｄｌであったとする。この関係は、Ｖｄｕ＜Ｖｄｌであり、明らかに下限側の余裕が大きく、上限側の余裕が少ないことが理解できる。
【００６１】
図８ｂは、柱上変圧器設置点における低圧電圧と上下限電圧Ｖｕ、Ｖｌとの差について、Ｖｄｕ＝Ｖｄｌとしたものであり、上下限とも余裕が同じ状態を示している。係る状態を実現する電圧調整器の送出電圧のことを理想電圧Ｖｓということにする。図８ｃは、高圧電圧側の状態を示している。
【００６２】
以下においては、タップ数も考慮の上で図８ｂの関係を実現するための具体手法について説明する。処理ステップＳ８では、理想電圧Ｖｓを以下の（６）（７）（８）式を用いて算出する。ここで理想電圧Ｖｓとは、電圧管理対象範囲の全電柱の中から低圧換算電圧の最大電圧Ｖａｍａｘと最小電圧Ｖａｍｉｎを抽出し、上限値Ｖｕと下限値Ｖｌに対する電圧余裕が等しくなる、すなわち系統全体として上下限への電圧余裕が最大となるような送出電圧のことである。
［数６］
Ｖｓ＝Ｖ＋（Ｖｄｕ−Ｖｄｌ）／２              （６）
［数７］
Ｖｄｕ＝（Ｖｕ×Ｔｐａ／１０５）−Ｖａ        （７）
［数８］
Ｖｄｌ＝Ｖｂ−（Ｖｌ×Ｔｐｂ／１０５）        （８）
ここで、Ｖｓは電圧調整器の理想電圧、Ｖは解析時の電圧調整器の送出電圧、Ｖｄｕは上限に対する電圧余裕、Ｖｄｌは下限に対する電圧余裕、Ｖｕは低圧での上限値、Ｖａは電圧管理対象範囲内で低圧換算電圧が最大電圧となった電柱ａの高圧電圧、Ｔｐａは電柱ａの柱上変圧器タップ値、Ｖｌは低圧での下限値、Ｖｂは電圧管理対象範囲内で低圧換算電圧が最小電圧となった電柱ｂの高圧電圧、Ｔｐｂは電柱ｂの柱上変圧器タップ値である。
【００６３】
このとき、理想電圧Ｖｓに対する電圧補正量ΔＶは以下の式で算出する。
［数９］
ΔＶ＝Ｖｓ−Ｖ＝（Ｖｄｕ−Ｖｄｌ）／２          （９）
次に、処理ステップＳ９で各時間断面の各電柱の電圧計算結果に基づく到達電圧をΔＶだけ補正し、上下限への電圧余裕が最大となったときの各ノードの到達電圧を算出する。本検討は時系列の電圧解析結果を用いるため、ｎケースの電圧解析結果がある場合はｎケースの補正量ΔＶおよび各電柱の解析による到達電圧をΔＶだけ補正する処理を実施する。
【００６４】
上記までの処理において、電圧余裕を最大化したが、次の段階ではさらに配電線路における電圧降下補償機能を実現する。例えば変電所出口端の電圧調整器は二次側電圧一定制御を実施しているが、この場合の二次側電圧とは、配電線路における仮想点（負荷中心点）の電圧である。処理ステップＳ１０、Ｓ１１では、配電線路における電圧降下補償機能を実現する。
【００６５】
このために処理ステップＳ１０では、まず電圧調整器二次側電圧が理想電圧であるときの複数時間断面の電圧カーブにおいて、全時間帯を通じて到達電圧の変化が小さいノードを求める。具体的には、ノードごとに到達電圧の最大値と最小値を抽出し、その差分を算出する。
【００６６】
ここで、実系統において電圧調整器からのインピーダンスがＲ、リアクタンスがＸとなる地点を負荷中心点とすると、電圧調整器はＬＤＣ整定値で設定されたインピーダンスＲとリアクタンスＸを用いて内部で仮想配電線を模擬し、電圧調整器の通過有効電力・無効電力から負荷中心点までの電圧降下量を算出する。負荷中心点の到達電圧が設定された基準電圧となるように、想定した電圧降下量に基づいて電圧調整器のタップ値を変更することで適切な電圧調整を実現する。
【００６７】
この場合に、到達電圧の最大値と最小値の差分が小さいノードを負荷中心点として、電圧調整器から負荷中心点までのインピーダンスおよびリアクタンス、到達電圧から電圧調整器の整定値を算出すべきであるが、負荷中心点は電圧調整器の通過有効電力・無効電力との差が小さい地点から抽出する必要がある。負荷中心点を分岐線から抽出すると、電圧調整器から負荷中心点までの間で通過有効電力、無効電力が大きく変化する可能性がある。電圧調整器が想定する電圧降下量は、電圧調整器の通過有効電力・無効電力が負荷中心点まで流れたときの電圧降下量である。そのため、負荷中心点までの間で有効電力・無効電力が小さくなると、想定した電圧降下量と実際の電圧降下量が乖離し、電圧調整器のタップ動作によって電圧が悪化する恐れがある。
【００６８】
そのため、幹線と定義したルートの中から到達電圧の最大値と最小値の差分が最小となるノードを負荷中心点とする。幹線の定義としては、幹線は太めの配電線が使用されてリアクタンスが大きくなることを考慮して、電圧調整器より末端側の系統について末端ノードを抽出して電圧調整器からのリアクタンスを算出し、電圧調整器からリアクタンスが最大となった電柱までのルートを幹線とする手法がある。
【００６９】
次に、処理ステップＳ１１では、電圧調整器から負荷中心点までのインピーダンスからＬＤＣのＲ成分、電圧調整器から負荷中心点までのリアクタンスからＬＤＣのＸ成分、負荷中心点の全期間の到達電圧の平均値または負荷中心点の全期間の到達電圧の最大電圧と最小電圧の中間値から基準電圧を最適整定値として算出する。
【００７０】
このとき、横軸を亘長、縦軸を電圧として幹線の各電柱の到達電圧の最大電圧と最小電圧をグラフ化すると、負荷中心点の抽出結果をグラフ上で確認できる。負荷中心点までのインピーダンスとリアクタンスおよび到達電圧の平均値または最大電圧と最小電圧の中間値をグラフ上に表記することで、運用者が複数時間断面の解析結果に基づく整定値の算出過程を確認することが容易となる。
【００７１】
図９は上記のようにして求める負荷中心点の概念を示した図である。左側の高圧電圧分布例に対して右側の図は、複数の高圧電圧分布例で定まる最大電圧と最小電圧の差分を亘長上の各点ごとに求めてプロットしている。最大電圧と最小電圧の差分が最小となる点を負荷中心点として、変電所出口端の電圧調整器において配電線路における電圧降下補償機能を行う考え方が示されている。
【実施例２】
【００７２】
実施例１では、配電線路上に電圧調整器を新規追加する方向での検討について説明した。これに対し、実施例２では既に設置されている電圧調整器についてその必要性の判定あるいは各種聖定を最適化するための手法について説明する。
【００７３】
図１０は、本発明の実施例２に係る既存の電圧調整器の要否判定による柱上変圧器タップ値、電圧調整器の最適配置および最適整定値計算アルゴリズムを示すフローチャートである。この図に示す系統最適化計算装置１０の計算処理内容について説明する。図には、配電系統内のセンサの電圧計測データと各時間の潮流計算結果を基に、柱上変圧器タップ値および電圧調整器の最適整定値を決定する手順の例を示している。
【００７４】
実施例２の説明の前提として、対象とする配電系統には変電所出口端の電圧調整器以外に配電線路上にも１台以上の電圧調整器を備えている。図１１、図１２は縦軸に配電線路の低圧電圧、横軸に配電線路の亘長を示しているが、変電所出口端の電圧調整器ＳＶＲ１と配電線路上の電圧調整器ＳＶＲ２を備えている。ここでは、配電線路上の電圧調整器ＳＶＲ２が撤去可能か否か、図１１は撤去可能な事例、図１２は撤去不可能な事例を示している。
【００７５】
以下、図１０のフローチャート処理の流れを説明する。なお処理ステップＳ１、Ｓ２およびＳ３´の途中までの処理は、図３と同じであるので、簡便に説明する。
【００７６】
最初の処理ステップＳ１では、処理に必要なデータ読み込みを行う。分析対象とする期間を決め（例えば、過去１週間など、ユーザが指定してもよい）、対象期間の各時間について潮流計算を実施するのに必要な系統内の計測データおよび系統データを取得し、要否判定対象とする電圧調整器を撤去した系統における複数時間断面の潮流計算を実施する。
【００７７】
処理ステップＳ２では、複数時間断面の電圧解析結果に基づいて、柱上変圧器タップを用いて各ノードの低圧換算電圧を算出し、その平均値を算出する。
【００７８】
処理ステップＳ３´では、低圧換算電圧の平均値の中から最大電圧と最小電圧を抽出する。低圧換算電圧の最大電圧と最小電圧の差が、上限値と下限値の差よりも大きい場合、電圧調整器の送出電圧をどのように調整しても電圧逸脱が発生してしまう。そこで、柱上変圧器タップを適切に設定することで逸脱を解消できるか確認する。
【００７９】
このとき、タップを変更する柱上変圧器を最小化するためには、各電圧調整器が電圧管理を担当する区間において、低圧換算電圧が他の電柱と乖離している電柱の柱上変圧器タップを優先的に変更することが望ましい。柱上変圧器タップが適切でない電柱は、常に他の電柱よりも低圧換算電圧が高めまたは低めの傾向が現れる。そこで、低圧換算電圧の時系列データから、各電柱の低圧換算電圧の平均値Ｖａおよび電圧管理区間の低圧換算電圧の平均値Ｖｂを算出する。各電柱においてＶａとＶｂの差の絶対値を乖離度｜ΔＶａ｜として算出し、｜ΔＶａ｜が最大となる電柱から優先的に柱上変圧器タップを変更する。変更後のタップ値については、Ｖａ−Ｖｂが０より大きい、すなわち区間内の平均電圧より高めの場合はタップを上げ、Ｖａ−Ｖｂが０より小さい、すなわち区間内の平均電圧より低めの場合はタップを下げる。電圧管理範囲における低圧換算電圧の最大電圧と最小電圧の差をＶｄとすると、柱上変圧器タップを変更することでＶｄが小さくなる。Ｖｄが目標値Ｖｄ’より小さくなる、または柱上変圧器タップ変更数があらかじめ設定した上限数に到達した時点で柱上変圧器タップの変更を終了する。
【００８０】
図１０のフローチャートにおけるここまでの処理は、図３のフローチャートの処理と基本的に同じである。図１０のフローチャートの処理ステップＳ３´では、さらに以下の処理を実行する。
【００８１】
図１０のフローチャートの処理ステップＳ３´では、目標値Ｖｄ’は上限値と下限値の差よりも小さい値とする。柱上変圧器タップ変更数が上限に到達してもＶｄがＶｄ’よりも大きい場合は、柱上変圧器タップを変更しても電圧逸脱を解消できないため電圧調整器が必要となり、要否判定対象の電圧調整器は必要と判定する。Ｖｄが目標値Ｖｄ’より小さくなった場合は、要否判定対象の電圧調整器を不要と判定する。
【００８２】
図１１は、最大電圧と最小電圧の差Ｖｄが目標値Ｖｄ’より大きいので撤去可能と判断される事例であり、図１２は最大電圧と最小電圧の差Ｖｄが目標値Ｖｄ’より小さいので撤去不可能な事例を示している。図１１では電圧調整器ＳＶＲ２を撤去しても低圧電圧は上下限値の範囲内に収まるが、図１２では電圧調整器ＳＶＲ２を撤去すると低圧電圧は上下限値の範囲内に収まらない状態となる。
【００８３】
次に、処理ステップＳ１４では、複数電圧調整器を撤去した図１１のケースについて処理ステップＳ１〜処理ステップＳ３を繰り返し、必要と判定する電圧調整器台数が最小となる配置ケースを抽出する。設置台数が最小となるが配置ケースが複数存在する場合、各ケースで各電圧調整器を理想電圧としたときの電圧余裕の最小値を求め、電圧余裕の最小値が最も大きい、すなわち電圧余裕を最も大きくすることのできる配置ケースを要否判定結果の最適配置とする。
【００８４】
図１０のフローにおける以後の処理は、基本的に図３のフローの処理ステップＳ８からＳ１１と同じである。
【００８５】
処理ステップＳ８では、要否判定結果が要である図１１のケースの最適配置の系統構成において、電圧余裕が最大となるような各電圧調整器の理想電圧を算出する。電圧管理対象範囲の全電柱の中から低圧換算電圧の最大電圧と最小電圧を抽出し、上限値と下限値に対する電圧余裕が等しくなる、すなわち系統全体として上下限への電圧余裕が最大となるような送出電圧を理想電圧Ｖｓを算出する。理想電圧Ｖｓは、図３のフローの処理ステップＳ８における（６）（７）（８）式で算出する。
【００８６】
またこのとき、理想電圧に対する電圧補正量ΔＶは、図３のフローの処理ステップＳ８における（９）式で算出する。
【００８７】
次に、処理ステップＳ９で各時間断面の各電柱の電圧計算結果に基づく到達電圧をΔＶだけ補正し、上下限への電圧余裕が最大となったときの各ノードの到達電圧を算出する。本検討は時系列の電圧解析結果を用いるため、ｎケースの電圧解析結果がある場合はｎケースの補正量ΔＶおよび各電柱の解析による到達電圧をΔＶだけ補正する処理を実施する。
【００８８】
上記までの処理において、電圧余裕を最大化したが、次の段階ではさらに配電線路における電圧降下補償機能を実現する。例えば変電所出口端の電圧調整器は二次側電圧一定制御を実施しているが、この場合の二次側電圧とは、配電線路における仮想点（負荷中心点）の電圧である。処理ステップＳ１０、Ｓ１１では、配電線路における電圧降下補償機能を実現する。
【００８９】
このために処理ステップＳ１０では、まず電圧調整器二次側電圧が理想電圧であるときの複数時間断面の電圧カーブにおいて、全時間帯を通じて到達電圧の変化が小さいノードを求める。具体的には、ノードごとに到達電圧の最大値と最小値を抽出し、その差分を算出する。
【００９０】
ここで、実系統において電圧調整器からのインピーダンスがＲ、リアクタンスがＸとなる地点を負荷中心点とすると、電圧調整器はＬＤＣ整定値で設定されたインピーダンスＲとリアクタンスＸを用いて内部で仮想配電線を模擬し、電圧調整器の通過有効電力・無効電力から負荷中心点までの電圧降下量を算出する。負荷中心点の到達電圧が設定された基準電圧となるように、想定した電圧降下量に基づいて電圧調整器のタップ値を変更することで適切な電圧調整を実現する。
【００９１】
この場合に、到達電圧の最大値と最小値の差分が小さいノードを負荷中心点として、電圧調整器から負荷中心点までのインピーダンスおよびリアクタンス、到達電圧から電圧調整器の整定値を算出すべきであるが、負荷中心点は電圧調整器の通過有効電力・無効電力との差が小さい地点から抽出する必要がある。負荷中心点を分岐線から抽出すると、電圧調整器から負荷中心点までの間で通過有効電力、無効電力が大きく変化する可能性がある。電圧調整器が想定する電圧降下量は、電圧調整器の通過有効電力・無効電力が負荷中心点まで流れたときの電圧降下量である。そのため、負荷中心点までの間で有効電力・無効電力が小さくなると、想定した電圧降下量と実際の電圧降下量が乖離し、電圧調整器のタップ動作によって電圧が悪化する恐れがある。
【００９２】
そのため、幹線と定義したルートの中から到達電圧の最大値と最小値の差分が最小となるノードを負荷中心点とする。幹線の定義としては、幹線は太めの配電線が使用されてリアクタンスが大きくなることを考慮して、電圧調整器より末端側の系統について末端ノードを抽出して電圧調整器からのリアクタンスを算出し、電圧調整器からリアクタンスが最大となった電柱までのルートを幹線とする手法がある。
【００９３】
次に、処理ステップＳ１１では、電圧調整器から負荷中心点までのインピーダンスからＬＤＣのＲ成分、電圧調整器から負荷中心点までのリアクタンスからＬＤＣのＸ成分、負荷中心点の全期間の到達電圧の平均値または負荷中心点の全期間の到達電圧の最大電圧と最小電圧の中間値から基準電圧を最適整定値として算出する。
【００９４】
このとき、横軸を亘長、縦軸を電圧として幹線の各電柱の到達電圧の最大電圧と最小電圧をグラフ化すると、負荷中心点の抽出結果をグラフ上で確認できる。負荷中心点までのインピーダンスとリアクタンスおよび到達電圧の平均値または最大電圧と最小電圧の中間値をグラフ上に表記することで、運用者が複数時間断面の解析結果に基づく整定値の算出過程を確認することが容易となる。
【００９５】
以上説明した本発明及びその実施例は、多くの特徴を有している。その主要点を概略すると、以下のようである。
【００９６】
第１に本発明及びその実施例はその一面において、配電系統の各時間の電気量の計測値を格納する計測データベースと、潮流計算によって配電系統の電圧を算出する計算装置と、配電系統の複数時間断面の電圧解析結果を格納するデータベースと、既存の電圧調整器の設置位置や柱上変圧器のタップ値を格納する設備データベースと、最適な柱上変圧器のタップ値と電圧調整器の整定値と電圧調整器の配置を算出する最適計算装置を有し、最適な柱上変圧器のタップ値と電圧調整器の整定値と配置は配電系統の電圧解析結果から計算する。
【００９７】
また第２に、本発明及びその実施例は他の一面において、柱上変圧器のタップ変更と組み合わせることで電圧調整器の新設・移設を少なくする電圧調整器の整定値を求める。
【００９８】
また第３に、本発明及びその実施例は他の一面において、電圧調整器の整定値を、分析対象期間において配電系統の分析対象ノードの電圧上下限値範囲内となるような電圧自動調整器の出力電圧理想値を決定し、電圧調整器の通過負荷との差が小さくなるように幹線と定義したルート上において、複数時間断面における到達電圧の最大値と最小値の差が最小となる地点を負荷中心点として抽出し、電圧調整器の整定値として電圧調整器から負荷中心点までの配電線のインピーダンスとリアクタンスから線路電圧降下補償装置ＬＤＣ、負荷中心点の到達電圧から基準電圧を求める。
【００９９】
また第４に、本発明及びその実施例は他の一面において、電圧調整器の整定値算出結果を二次元グラフ上で確認できる手法によって求める。
【０１００】
また第５に、本発明及びその実施例は他の一面において、電圧調整器の配置を柱上変圧のタップ変更と組み合わせて電圧調整器の設置台数を最小化する。
【０１０１】
また第６に、本発明及びその実施例は他の一面において、電圧調整器の配置と柱上変圧のタップ変更が実施された系統における電圧調整器の最適整定値を同時に求める。
【０１０２】
また第７に、本発明及びその実施例は他の一面において、電圧調整器の配置において、配電系統の分析対象ノードの電圧上下限値範囲内に収めることが可能であるかによって系統に既に設置されている電圧調整器の要否を判定して設置台数を最小化し、不要と判定したＳＶＲを撤去した系統における電圧調整器の最適整定値を同時に求める。
【０１０３】
また第８に、本発明及びその実施例は他の一面において、電圧調整器の配置における電圧調整器の要否判定において、設置台数を最小化して、かつ上下限値に対する電圧余裕を最大とする配置を求める。
【符号の説明】
【０１０４】
１０：系統最適化計算装置
１００：配電系統
１１０：配電変電所
１２０：ノード（母線）
１４０：配電線路
１５０：負荷
１３０：発電機
１７０：センサ
１８０：通信端局
１９０：通信ネットワーク
３００：電圧調整器
３１０：タップ制御装置
【図１】
2018014774.tif 000003
【図２】
2018014774.tif 000004
【図３】
2018014774.tif 000005
【図４】
2018014774.tif 000006
【図５ａ】
2018014774.tif 000007
【図５ｂ】
2018014774.tif 000008
【図５ｃ】
2018014774.tif 000009
【図５ｄ】
2018014774.tif 000010
【図６】
2018014774.tif 000011
【図７ａ】
2018014774.tif 000012
【図７ｂ】
2018014774.tif 000013
【図８ａ】
2018014774.tif 000014
【図８ｂ】
2018014774.tif 000015
【図８ｃ】
2018014774.tif 000016
【図９】
2018014774.tif 000017
【図１０】
2018014774.tif 000018
【図１１】
2018014774.tif 000019
【図１２】
2018014774.tif 000020