(57)【要約】【課題】電力系統に設定した２点間の電圧降下式を、計測信号を用いて精度良く同定し、電力系統の状態を精度良く推定することができる電力系統の電圧適正化装置、方法、及びシステムを提供することを目的とする。【解決手段】再生可能エネルギーを与える分散電源を接続するとともに、電力系統の電圧を制御する電圧調整機器を備える電力系統の電圧適正化装置であって、電力系統に設置された計測機器から電力系統の状態を示す状態量を得る第１の入力部と、電力系統の電圧降下式を、状態量を用いた等電圧円により同定したＰＱＶ立体として得る同定部と、同定されたＰＱＶ立体を用いて電圧調整機器に与える出力を定める出力部とを備えることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生可能エネルギーを与える分散電源を接続するとともに、電力系統の電圧を制御する電圧調整機器を備える電力系統の電圧適正化装置であって、
電力系統に設置された計測機器から電力系統の状態を示す状態量を得る第１の入力部と、前記電力系統の電圧降下式を、前記状態量を用いた等電圧円により同定したＰＱＶ立体として得る同定部と、同定された前記ＰＱＶ立体を用いて前記電圧調整機器に与える出力を定める出力部とを備えることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記ＰＱＶ立体は、前記状態量として有効電力と無効電力と電圧を用いた等電圧円により同定されたものであることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記同定部で得たＰＱＶ立体について、電力系統の前記状態量が示す第１の動作点を定める動作点決定部を備え、前記出力部は前記ＰＱＶ立体における前記第１の動作点を用いて前記電圧調整機器に与える出力を定めることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記電力系統の状態についての設定値を与える第２の入力部と、前記同定部で得たＰＱＶ立体について、電力系統の前記状態量が示す第１の動作点と、同定された前記ＰＱＶ立体における電力系統の前記設定値が示す第２の動作点とを定める動作点決定部を備え、前記出力部は前記ＰＱＶ立体における前記第１の動作点と第２の動作点を用いて前記電圧調整機器に与える出力を定めることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記出力部は、前記ＰＱＶ立体における前記第１の動作点から第２の動作点に至るまでの前記電圧調整機器における制御量を求めることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記同定部は、電力系統における送り出し電圧Ｅｓ、負荷側電圧Ｅｒ、線路インピーダンスＺ、電流Ｊを複素変数とする複素式Ｅｓ−Ｅｒ＝ＺＪで電力系統の区間の電圧降下式を表記し、計測機器からの状態量を該電圧降下式に代入して連立式を作り、未知変数について解くことで電圧降下式を同定することを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記同定部は、前記電圧降下式について、電圧相差角を未知変数として計測機器からの状態量を用いて算出可能とすることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項８】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記同定部は、前記計測機器からの複数時刻の状態量の計測信号に含まれる電圧、有効電力、無効電力との誤差を最小化あるいは予め用意した閾値以下になるように電圧降下式を同定することを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項９】
請求項４または請求項５に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記設定値は、電力系統における上限電圧と下限電圧の電圧条件であることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項１０】
請求項５に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記出力部における前記第１の動作点から第２の動作点に至るまでの前記電圧調整機器における制御量は、時間をパラメータとする制御軌跡として算出することを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項１１】
請求項５に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記出力部における前記第１の動作点から第２の動作点に至るまでの前記電圧調整機器における制御量は、連系する電圧調整機器の応答時間に基づいて第１の動作点から第２の動作点に至るまでの制御軌跡を算出することを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項１２】
請求項５に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記出力部における前記第１の動作点から第２の動作点に至るまでの前記電圧調整機器における制御量は、第１の動作点と第２の動作点を分布特性で表記し、第１の動作点から第２の動作点に至るまでの制御軌跡を算出することを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項１３】
請求項５、請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記出力部から複数の前記電圧調整機器に与える制御量は、複数の前記電圧調整機器の特性に応じて制御量を分配することを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項１４】
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記動作点決定部は、算出した第１の動作点を蓄積する手段と、蓄積した第１の動作点を複数のグループに分類する手段と、グループ間の遷移確率を算出する手段を備え、第１の動作点と次の遷移確率に基づいて前記電圧調整機器に与える出力を定めることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
電力系統の状態を示す前記状態量には、状態推定計算あるいは潮流計算の結果として得られたものを含むことを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１５のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
電圧適正化装置はモニタ装置を含み、モニタ装置の画面上には、前記ＰＱＶ立体が表示されることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記ＰＱＶ立体は、有効電力、無効電力、電圧を座標軸とする空間に、電圧降下式が成立する有効電力、無効電力、電圧値の座標点として描画されることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記ＰＱＶ立体は、有効電力、無効電力、電圧を座標軸とする空間に、等電圧円と動作点として描画されることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項１９】
請求項２に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記ＰＱＶ立体について、電圧降下式が成立する有効電力と無効電力と電圧の組み合わせにおいて、一つの有効電力と無効電力の値に、二つの電圧の値の組み合わせがあるとき高い電圧の値を選択することを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項２０】
再生可能エネルギーを与える分散電源を接続するとともに、電力系統の電圧を制御する電圧調整機器を備える電力系統の電圧適正化方法であって、
電力系統に設置された計測機器から電力系統の状態を示す状態量を得、前記電力系統の電圧降下式を、前記状態量を用いた等電圧円により同定したＰＱＶ立体として得、同定された前記ＰＱＶ立体を用いて前記電圧調整機器に与える出力を定めることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の電力系統の電圧適正化方法であって、
前記ＰＱＶ立体は、前記状態量として有効電力と無効電力と電圧を用いた等電圧円により同定されたものであることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項２２】
請求項２０または請求項２１に記載の電力系統の電圧適正化方法であって、
前記ＰＱＶ立体について、電力系統の前記状態量が示す第１の動作点を定め、前記ＰＱＶ立体における前記第１の動作点を用いて前記電圧調整機器に与える出力を定めることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項２３】
請求項２０または請求項２１に記載の電力系統の電圧適正化方法であって、
前記電力系統の状態についての設定値を与え、前記ＰＱＶ立体について、電力系統の前記状態量が示す第１の動作点と、同定された前記ＰＱＶ立体における電力系統の前記設定値が示す第２の動作点とを定め、前記ＰＱＶ立体における前記第１の動作点と第２の動作点を用いて前記電圧調整機器に与える出力を定めることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の電力系統の電圧適正化方法であって、
前記ＰＱＶ立体における前記第１の動作点から第２の動作点に至るまでの前記電圧調整機器における制御量を求めることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項２５】
再生可能エネルギーを与える分散電源を接続するとともに、電力系統の電圧を制御する電圧調整機器を備える電力系統の電圧適正化方法であって、
電力系統に設置された計測機器から電力系統の状態を示す状態量を計測信号として得、該計測信号を用いて電力系統の第１の動作点を算出し、電力系統の制約条件を満たす等電圧円を算出し、該等電圧円に挟まれる領域内で第２の動作点を設定し、第１の動作点から第２の動作点に至るまでの制御軌跡を算出し、該制御軌跡に基づいて制御量を得ることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の電力系統の電圧適正化方法であって、
前記制御軌跡、現在の動作点を指す等電圧円上のベクトルを、目標とする動作点を指す等電圧円上のベクトルに一致するまで、時間をパラメータとして移動・回転・伸長させることでベクトルの終点を制御軌跡として算出することを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項２７】
再生可能エネルギーを与える分散電源を接続するとともに、電力系統の電圧を制御する電圧調整機器を備える電力系統の電圧適正化方法であって、
電力系統に設置された計測機器から電力系統の状態を示す状態量を計測信号として得、異なる時刻に計測した複数の計測信号を電力系統の２箇所間の電圧降下式に代入して、有効電力、無効電力、電圧の組み合わせとして第１の動作点を算出し、該第１の動作点から第２の動作点に至るまでの制御量を有効電力、無効電力、電圧の組み合わせとして算出し、前記制御量を算出するための係数（整定値）を算出することを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項２８】
請求項２０から請求項２４のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化方法であって、
前記電圧調整機器に与える出力は、前記電圧調整機器の整定値であることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項２９】
請求項２０から請求項２４のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化方法であって、
前記電圧調整機器に与える出力は、電力系統における所定区間の線路インピーダンスであることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項３０】
請求項２９に記載の電力系統の電圧適正化方法であって、
電力系統から、異なる時刻に計測した複数の計測信号を電力系統の電圧降下式に代入して、仮想的な負荷点までの線路インピーダンスを得ることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項３１】
請求項２９に記載の電力系統の電圧適正化方法であって、
電力系統に設定する２点間について、送り出し側の計測信号を得、異なる時刻に計測した複数の計測信号を電力系統の電圧降下式に代入して、仮想的な負荷点までの線路インピーダンスを得ることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。
【請求項３２】
請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記第１の入力部は、電力系統に設置された計測機器からの状態量は、計測信号が混合分布であるとして分布を分離して得ることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項３３】
請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記電圧調整機器に与える出力により電圧調整機器を操作したことによる、電力系統の動作を検証する手段を備えることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項３４】
請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記第１の入力部は、前記電圧調整機器の応答速度に基づいて入力信号のサンプリング周波数を変換することを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項３５】
請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化装置であって、
前記第１の入力部は、過去と現在の計測信号の比較結果に基づいて現在の計測信号の正常と異常の判定をして、正常と判定した場合は入力信号として利用して、異常と判定した場合は削除、もしくは過去の入力信号を用いて補間ないしは置換することを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。
【請求項３６】
再生可能エネルギーを与える分散電源を接続する電力系統の電圧適正化システムであって、
電力系統に設置され、電力系統の電圧を制御する電圧制御機器と、該電圧調整機器に出力を与える電圧適正化装置を備え、
前記電圧適正化装置は、電力系統に設置された計測機器から電力系統の状態を示す状態量を得る第１の入力部と、前記電力系統の電圧降下式を、前記状態量を用いた等電圧円により同定したＰＱＶ立体として得る同定部と、同定された前記ＰＱＶ立体を用いて前記電圧調整機器に与える出力を定める出力部とを備えることを特徴とする電力系統の電圧適正化システム。
【請求項３７】
請求項３６に記載の電力系統の電圧適正化システムであって、
前記ＰＱＶ立体は、前記状態量として有効電力と無効電力と電圧を用いた等電圧円により同定されたものであることを特徴とする電力系統の電圧適正化システム。
【請求項３８】
請求項３６または請求項３７に記載の電力系統の電圧適正化システムであって、
前記同定部で得たＰＱＶ立体について、電力系統の前記状態量が示す第１の動作点を定める動作点決定部を備え、前記出力部は前記ＰＱＶ立体における前記第１の動作点を用いて前記電圧調整機器に与える出力を定めることを特徴とする電力系統の電圧適正化システム。
【請求項３９】
請求項３６または請求項３７に記載の電力系統の電圧適正化システムであって、
前記電力系統の状態についての設定値を与える第２の入力部と、前記同定部で得たＰＱＶ立体について、電力系統の前記状態量が示す第１の動作点と、同定された前記ＰＱＶ立体における電力系統の前記設定値が示す第２の動作点とを定める動作点決定部を備え、前記出力部は前記ＰＱＶ立体における前記第１の動作点と第２の動作点を用いて前記電圧調整機器に与える出力を定めることを特徴とする電力系統の電圧適正化システム。
【請求項４０】
請求項３９に記載の電力系統の電圧適正化システムであって、
前記出力部は、前記ＰＱＶ立体における前記第１の動作点から第２の動作点に至るまでの前記電圧調整機器における制御量を求めることを特徴とする電力系統の電圧適正化システム。
【請求項４１】
請求項３６から請求項４０のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化システムであって、
前記電圧適正化装置が前記電圧調整機器に与える出力は、電力系統の２点間におけるインピーダンスであることを特徴とする電力系統の電圧適正化システム。
【請求項４２】
請求項３６から請求項４０のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化システムであって、
前記電圧適正化装置が前記電圧調整機器に与える出力は、前記電圧調整機器の制御量であることを特徴とする電力系統の電圧適正化システム。
【請求項４３】
請求項３６から請求項４０のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化システムであって、
前記電圧適正化装置が前記電圧調整機器に与える出力は、前記電圧調整機器の整定値であることを特徴とする電力系統の電圧適正化システム。
【請求項４４】
請求項３６から請求項４０のいずれか１項に記載の電力系統の電圧適正化システムであって、
前記電力系統に設置される前記電圧調整機器は、変電所ＬＲＴ、ＳＶＲ、ＴＶＲ、ＳＶＣ、ＳＣ，ＳｈＲの少なくとも１つ以上であることを特徴とする電力系統の電圧適正化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力系統の電圧を適正化する電圧適正化装置、方法、及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統は、電力の安定供給のために多くの機器と制御方法を組み合わせて構築されている大規模システムである。電力系統の状態は、電圧、電流、電力、周波数等の物理量で表記することができて、これらの状態は、系統構成に沿って面的な広がりを持ち、また時間的な変化を伴う。系統に連系する発電と負荷によって系統状態は大きく変化するので、定常状態を維持するように様々な制御機器と制御手法が利用されている。
【０００３】
電力系統を定常状態から逸脱させる要因の一つとして、近年になって電力系統に導入が拡大している分散電源の連系がある。例えば太陽光発電、風力発電等の再生可能エネルギーは、従来の発電機に比べて電力系統の末端側に分散的に系統連系されることがあり、発電量が気象状況に影響されることがある。そして発電した電力を系統に流入することによって、潮流反転（逆潮流）の発生、電圧変動、などの系統状態の変化が起きる。例えば再生可能エネルギーの発電量の変動が、電圧変動が連系する線路の電圧を変動させて、電圧の上下限を逸脱することがある。
【０００４】
電圧調整機器を設置して電圧適正化するには、電力系統の状態ならびに特性を正しく把握することが必要になる。ここで電力系統の状態とは電圧、電流等の電力系統に起きている現象の物理量であるとする。また電力系統の特性としては線路インピーダンス等の電力系統の機器構成に付随する数値、パラメータ等を網羅的に使う場合がある。ＳＶＲ（Ｓｔｅｐ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）、ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｖａｒ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）等の電圧調整機器は、自端（あるいは一次側、二次側）に計測機器を配置して系統状態を計測して自機の制御に利用する。計測した信号を自機の制御に利用する方法を自律制御と呼ぶことがある。
【０００５】
近年の情報通信技術の進展により、高速にデータ伝送することが可能になってきている。そこで電力系統に設置したセンサの計測信号を活用する技術が期待されている。例えば、センサ開閉器（あるいはセンサ付き開閉器）、ＰＭＵ（Ｐｈａｓｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）などの計測機器がある。前記したＳＶＲ、ＳＶＣ等の電圧調整機器に加えて、センサ開閉器にある計測機器で採取した電圧・電流・位相等の電力系統の状態値を、電力線搬送あるいは光ケーブル等の伝送手段を使って集約できる。
【０００６】
このように集約した計測信号を用いて、電力系統の状態を解析、推定、あるいは予測して、目標とする電力系統の状態に達するように制御する技術がある。前記した自律制御のほかに、算出した整定値を遠隔で設定する遠隔整定、また制御信号を遠隔で設定する集中制御と呼ぶことがある。
【０００７】
このような制御方法を用いて線路電圧変動に対処する電圧適正化技術が求められている。具体的な公知技術として、例えば特許文献１では、「電力系統インピーダンス推定するため、負荷に電力を供給する既存の電力系統との連系点に有効電力及び無効電力を出力し、前記有効電力及び無効電力を意図的に変動させた時の前記連系点の電圧及び前記有効電力及び無効電力を時系列的に順次検出し、前記連系点電圧の電圧変動、前記負荷が消費する負荷電力、前記既存の電力系統の電力系統インピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）からなる関係式に時系列的な複数時刻について検出された前記連系点電圧の電圧、有効電力及び無効電力を各々代入して得られた連立方程式を解くことにより前記電力系統インピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）を推定する、」という構成を開示している。
【０００８】
特許文献２では、「センサの電圧計測データとＳＶＲ出力電圧Ｖｓｖｒ，ＳＶＲ通過有効電力Ｐｓｖｒ，無効電力Ｑｓｖｒに相当する計測データを基に、まず、分析対象期間内で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Ｖｓを求め、次に、この理想値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、」という構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−２３００５０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】
【００１０】
上記の特許文献１、特許文献２で開示されている従来技術は、電力系統の電圧適正化を目的に、電圧調整機器を制御するために必要なインピーダンスを推定することを特徴としている。
【００１１】
しかし、いずれも再生可能エネルギー導入が拡大する以前に開発された技術であり、再生可能エネルギー導入によって電力系統に引き起こされる現象を考慮していない。具体的には、分散配置される電源（発電）によって引き起こされる電圧変動、有効電力と無効電力の分布範囲の変化、電源と負荷の変動による負荷点の変化、などがある。線形近似を利用した前記従来技術は、再生可能エネルギー導入によって状態変化が大きくなることによって誤差を発生する原因になっている。
【００１２】
特許文献１は、連系点電圧の電圧変動、負荷が消費する負荷電力Ｐ＋ｊＱ、既存の電力系統の電力系統インピーダンスＲ＋ｊＸを線形近似した関係式で用意する。しかしこの手法には以下の課題がある。
（１）この手法は、インピーダンスを線形近似した関係式で表記している。しかし再生可能エネルギー導入によって状態変化が大きくなることによって近似誤差が顕在化する。
（２）この手法を実用化するには、有効電力及び無効電力を意図的に変動させることが必要であり、装置コストと運用コストが掛かること、また変動させることによる他の需要家機器へ与える影響を考慮しなくてはならない。またインピーダンス推定したい線路の全てについて、このような新たな装置を設置することは実用的でない。
【００１３】
特許文献２は、計測信号を回帰分析することで線路インピーダンスを算出する手法を開示している。特許文献２によれば、底辺２軸を有効電力Ｐと無効電力Ｑ，縦軸を送り出し電圧Ｖとする３次元空間を用意して、該空間上に計測信号をプロットする。そして回帰分析により得られる平面の傾きは、Ｐ軸方向に抵抗Ｒ、Ｑ軸方向にリアクタンスＸに相当するとしている。この文献は、それに先立つ技術と比較して、有効電力Ｐと無効電力Ｑの座標軸を持つことで任意の力率に対応できること、および回帰分析による精度向上を特徴としている。しかしこの手法は、再生可能エネルギー導入が増加することによって以下の課題が顕在化する。
（１）従来は、系統連系する機器は消費だけを扱えば良く有効電力Ｐと無効電力Ｑが分布する範囲は限られていたので、このような線形近似が成り立つ場合があった。しかし再生可能エネルギー導入により機器の消費と発電を扱うことになり、有効電力Ｐと無効電力Ｑの動作範囲が広がることで、線形近似による誤差が無視できなくなっている。
（２）この手法は負荷点が一定であることを前提にしている。ここで負荷点は、線路に連系している負荷機器、発電機器を縮約した仮想的な負荷の連系箇所であり、送り出し側からの線路インピーダンスで箇所を表記する。しかし再生可能エネルギー導入により機器の消費と発電が導入されて、再生可能エネルギー導入の発電量が増えることによって負荷点は一定でなく時間的に変化する。このため回帰分析による手法では負荷点の変化に対応できず誤差が生じる。
【００１４】
上記の従来技術は、ＳＶＲ、ＳＶＣ等の複数種類の電圧調整機器を組み合わせて利用する場合の制御方法を提供するものではない。
【００１５】
上記の従来技術は、再生可能エネルギー導入以前の電力系統を対象にした技術であり、再生可能エネルギー導入によって電力系統に起きる現象を考慮していない。このため、再生可能エネルギー導入により系統状態が大きく変動する近年の系統に適用すると、制御誤差が大きくなり実用性が劣ることになる。
【００１６】
以上のことから本発明においては、電力系統に設定した２点間の電圧降下式を、計測信号を用いて精度良く同定し、電力系統の状態を精度良く推定することができる電力系統の電圧適正化装置、方法、及びシステム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】
【００１７】
以上のことから本発明においては、「再生可能エネルギーを与える分散電源を接続するとともに、電力系統の電圧を制御する電圧調整機器を備える電力系統の電圧適正化装置であって、電力系統に設置された計測機器から電力系統の状態を示す状態量を得る第１の入力部と、電力系統の電圧降下式を、状態量を用いた等電圧円により同定したＰＱＶ立体として得る同定部と、同定されたＰＱＶ立体を用いて電圧調整機器に与える出力を定める出力部とを備えることを特徴とする電力系統の電圧適正化装置。」としたものである。
【００１８】
また本発明においては、「再生可能エネルギーを与える分散電源を接続するとともに、電力系統の電圧を制御する電圧調整機器を備える電力系統の電圧適正化方法であって、電力系統に設置された計測機器から電力系統の状態を示す状態量を得、電力系統の電圧降下式を、状態量を用いた等電圧円により同定したＰＱＶ立体として得、同定されたＰＱＶ立体を用いて電圧調整機器に与える出力を定めることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。」としたものである。
【００１９】
また本発明においては、「再生可能エネルギーを与える分散電源を接続するとともに、電力系統の電圧を制御する電圧調整機器を備える電力系統の電圧適正化方法であって、電力系統に設置された計測機器から電力系統の状態を示す状態量を計測信号として得、計測信号を用いて電力系統の第１の動作点を算出し、電力系統の制約条件を満たす等電圧円を算出し、等電圧円に挟まれる領域内で第２の動作点を設定し、第１の動作点から第２の動作点に至るまでの制御軌跡を算出し、制御軌跡に基づいて制御量を得ることを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。」としたものである。
【００２０】
また本発明においては、「再生可能エネルギーを与える分散電源を接続するとともに、電力系統の電圧を制御する電圧調整機器を備える電力系統の電圧適正化方法であって、電力系統に設置された計測機器から電力系統の状態を示す状態量を計測信号として得、異なる時刻に計測した複数の計測信号を電力系統の２箇所間の電圧降下式に代入して、有効電力、無効電力、電圧の組み合わせとして第１の動作点を算出し、第１の動作点から第２の動作点に至るまでの制御量を有効電力、無効電力、電圧の組み合わせとして算出し、制御量を算出するための係数（整定値）を算出することを特徴とする電力系統の電圧適正化方法。」としたものである。
【００２１】
また本発明においては、「再生可能エネルギーを与える分散電源を接続する電力系統の電圧適正化システムであって、電力系統に設置され、電力系統の電圧を制御する電圧制御機器と、該電圧調整機器に出力を与える電圧適正化装置を備え、電圧適正化装置は、電力系統に設置された計測機器から電力系統の状態を示す状態量を得る第１の入力部と、電力系統の電圧降下式を、状態量を用いた等電圧円により同定したＰＱＶ立体として得る同定部と、同定されたＰＱＶ立体を用いて電圧調整機器に与える出力を定める出力部とを備えることを特徴とする電力系統の電圧適正化システム。」としたものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、電力系統に設定した２点間の電圧降下式を、計測信号を用いて精度良く同定し、電力系統の状態を精度良く推定できる効果がある。
【００２３】
また本発明の実施例によれば、計測信号を用いて電圧調整機器の制御量、あるいは整定値を精度良く算出する効果が得られる。そして該制御量を用いて、電圧適正化のための制御の精度を向上し、また電力系統の特性変化に追従した制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】近年における電力系統の典型的な構成例を示す図。
【図２】電力系統に設定する区間の電圧降下を示す図。
【図３】有効電力Ｐと無効電力Ｑ、および電圧Ｖを座標軸とする３次元空間におけるＰＱＶ立体を示す図。
【図４】ＰＱＶ立体のバリエーションの一例を示す図。
【図５】本発明の厳密式と従来の近似式の相違を模式的に比較表示して示す図。
【図６】本発明に係る電力系統の電圧適正化システムの構成事例を示す図。
【図７】電力系統の２点間を区間として設定するときの考え方を説明するための図。
【図８】区間設定するときの負荷側端点の扱い方のバリエーションについて説明する図。
【図９】最適計算による電圧降下式の同定の手順を示すフローチャート。
【図１０】ＰＱＶ立体上に、計測された複数の計測信号を表示した模式図。
【図１１】制御量を算出する制御領域（あるいは動作点の存在範囲）を示す図。
【図１２】制約条件である線路の上下限電圧を、等電圧円としてＰＱＶ立体上に表記した図。
【図１３ａ】座標軸ごとに独立に制御するときの制御軌跡と電圧調整の関係について説明する図。
【図１３ｂ】角度分割で制御軌跡を算出する手法について説明する図。
【図１３ｃ】距離分割で制御軌跡を算出する手法について説明する図。
【図１３ｄ】制御軌跡と電圧調整の関係について説明する図。
【図１４】集中制御を行う場合の制御量の算出手順を示すフローチャート。
【図１５】自律制御、あるいは遠隔整定に用いる整定値の算出手順を示すフローチャート。
【図１６ａ】自律制御のシステム構成を示す図。
【図１６ｂ】集中制御のシステム構成を示す図。
【図１７ａ】取り込んだ計測信号を用いて逐次計算するときの構成を示す図。
【図１７ｂ】取り込んだ計測信号をデータベースに蓄積し、事前計算する構成を示す図。
【図１８】電圧調整機器がＳＶＲである場合の構成を示す図。
【図１９】電圧調整機器がＳＶＣである場合の構成を示す図。
【図２０】座標軸として送り出し側の電圧とＰＱをとり、描画した結果を示す図。
【図２１】算出した制御量あるいは整定値の妥当性を判断する検証手段を備えるときの構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の実施例は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの実施例に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。
【００２６】
また本発明は単相系統について実施の構成を説明しているが、３相系統等の任意の系統に適用できることは言うまでもない。
【００２７】
電力系統は、連系する負荷、太陽光発電ＰＶ等の発電のほか、線路インピーダンス等の影響を受けて状態が変化する。線路電圧に着目すれば、上下限電圧が規定されているため、電圧変動を抑えて範囲内に収めるための電圧適正化が必要になる。特に近年は、自然エネルギー活用の観点から、太陽光発電ＰＶ等の分散電源が系統に連系することで電圧分布は変動する傾向にあり、電圧適正化のための制御手法が求められている。
【００２８】
線路電圧を上下限範囲に収めるために、変電所ＬＲＴ（Ｌｏａｄ  Ｒａｔｉｏ  ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）による電圧調整のほか、線路上に設置する電圧調整機器を用いた制御が行われている。ここで電圧調整機器としては、ＳＶＲ、ＴＶＲ、ＳＶＣ、ＳＣ，ＳｈＲなどがある。
【００２９】
ＳＶＲ（Ｓｔｅｐ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）は高圧自動電圧調整器とも呼ばれ、一次側と二次側の変圧比を機器内部のタップチェンジャで切り替える。ＴＶＲ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）は半導体素子でタップ動作をすることで、高速な切り替えを可能とする。ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｖａｒ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）、ＳＣ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）、ＳｈＲ（Ｓｈｕｎｔ  Ｒｅａｃｔｏｒ）は無効電力で電圧制御する装置である。これらの機器は、変圧比、有効電力、無効電力などの制御量の種類が異なるほか、制御量の容量（大きさ）、制御量を出力する応答速度などが異なる。また、これらの機器は、線路の状態を把握するための計測信号の採取方法（信号種類、計測箇所、計測間隔など）、制御信号を算出する方法（制御信号の種類、算出装置の箇所、時間間隔など）、機器パラメータ等の設定方法（機器にある切り替えスイッチで設定する、伝送手段を用いて遠隔から設定する、など）等が異なる。これらを組み合わせて適切に制御する手法が求められている。
【００３０】
これらの電圧調整機器を制御する方法は、一般に、自律制御、遠隔制御（あるいは遠隔整定）、集中制御に分類される。自律制御は、電圧調整機器の制御量を算出するために使う整定値を事前に設定しておくことで、自端の計測信号を用いた制御を実現する例えばＳＶＲは、ＬＤＣと呼ぶ制御において、負荷中心点あるいは電圧一定点の位置を決めるための、線路インピーダンス（ＲＸ）と基準電圧を設定する。電圧の変動状況は線路によって異なるため、事前の計測信号あるいは過去実績等に基づいて、整定値を決めることになる。
【００３１】
これに対して遠隔整定は、計測信号を用いて電圧調整機器の整定値を算出し、通信手段を介して遠隔設定することで、系統状態の変化に対応した電圧調整を可能にする。
【００３２】
また集中制御は、計測信号を用いて電圧調整機器の制御量を算出して遠隔に設定する。ＳＶＲの例では、線路インピーダンス（ＲＸ）等の整定値を介在させることなく、タップ値を算出してＳＶＲに設定することに相当する。
【００３３】
本発明は、電力系統にある計測信号を用いて、集中制御、遠隔整定、自律制御に適用する制御量あるいは整定値を算出する方法および装置を提供する。
【実施例１】
【００３４】
実施例１では、電圧降下式の幾何学的解法について説明する。
【００３５】
電力系統は、発電機器、負荷機器、電圧調整機器等が組み合わされて構成されている。電力系統の状態を把握するため、計測機器を設置して計測信号を採取する方法があるほか、電力方程式あるいは電圧降下式に基づいて電力系統の状態を推定する方法がある。
【００３６】
本発明は、電力系統を構成する区間について、該区間の電圧降下式に計測信号を代入して、電圧降下式に含まれる未知数を解く手段を備えることを特徴とする。ここでは計測信号を得るために、線路にある計測機器として、センサ付き開閉器（以下、センサ開閉器と略称）、ＰＭＵ（Ｐｈａｓｏｒ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ），あるいは電圧調整機器が内蔵するセンサ等を利用して、これらの計測箇所を区間の端点とすることができる。また、計測機器が無い箇所についても、状態推定、あるいは潮流計算等による計算値を利用することができる。
【００３７】
図１は近年における電力系統の典型的な構成例を示している。ここで１１０は配電変電所、１２０はノード（母線）、１３０は線路、１４０は計測機器、１５０はＳＶＲ、１６０は太陽光発電機、１７０は負荷機器をそれぞれ表しており、太陽光発電機１６０の占める割合が高くなってきている点が、近年の電力系統の特徴である。なお線路１３０のインピーダンスＺは、抵抗ＲとリアクタンスＸで表される。ＳＶＲ１５０は、適宜の箇所に設置され、負荷側の仮想点における電圧を推定し、推定電圧が所定の電圧範囲内になるように制御を行うものであり、その時に計測機器１４０から例えば負荷側の電圧、電流などを計測して使用する。
【００３８】
図２は、ＳＶＲ１５０の負荷側に負荷１７０と太陽光発電機１６０を含む電力系統例を模式的に示しており、電力系統に設定する区間の電圧降下を示す図である。この場合に、負荷側の線路１３０における電圧分布が晴天と曇天で大きく相違し、特に晴天の場合に末端側電圧が高くなる傾向を示し、場合によっては逆潮流を生じることがある。このため、線路１３０における電圧降下を正しく推定する必要性が生じている。
【００３９】
図２は、図１の電力系統において、送り出し側と負荷側を端点とする電力系統の区間（ノードＮ１，Ｎ２間の区間）に着目した図である。ここでは、区間の送り出し側に添え字ｓ、負荷側に添え字ｒを付けて区別しており、送り出し側の電圧をＥｓ、負荷側の電圧をＥｒ、線路インピーダンスをＺ、電流をＪとするとき、送り出し側から負荷側までの電圧降下は（１）式で表される。（１）式におけるそれぞれの変数は、複素数、あるいはベクトルとする。ここで線路インピーダンスＺ＝Ｒ＋ｊＸであり、Ｒは抵抗、Ｘはリアクタンスを表す。
【００４０】
【数１】
2019047647.tif 000003
【００４１】
また、ｊは虚数記号、記号＊は共役を表すとして示すと、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、負荷側電圧Ｅｒは、次の（２）式の関係にある。
【００４２】
【数２】
2019047647.tif 000004
【００４３】
ここで、（１）式の電圧降下式は、系統状態を非線形複素式で表記している。この点に関し、太陽光発電が普及していなかった従来においては、計算を簡単にするため、線路インピーダンスの実部である抵抗Ｒが十分に小さいこと、相差角の変化は十分に小さいこと、等の仮定をおいて、線形近似式として扱うことが一般的であった。例えば、非特許文献（昭晃堂、林泉著、「電力系統」、昭和５１年９月１５日初版発行、４１頁３．２項単純系統における電力伝送特性）においては、相差角θが小さいことを前提とした数式の解法による系統解析を行っている。
【００４４】
しかしながら、太陽光発電などの分散電源が導入された電力系統の状態を解析するとき、上記の線形近似によって生じる誤差が無視できなくなる。例えば配電系統を対象にするとき線路インピーダンスの抵抗Ｒの成分が大きく、仮定が成立しない。また、分散電源の連系により電力系統の動作範囲が広がることで近似誤差が大きくなる。
【００４５】
このため本発明では、上記の課題を解決して電力系統の状態を精度良く把握するため、（１）式と（２）式を近似することなく非線形複素式として利用する。（１）式と（２）式から有効電力Ｐ（実数部）と無効電力Ｑ（虚数部）について求めれば（３）式が得られる。ここでφは、送り側と負荷側の電圧の相差角を示す。
【００４６】
【数３】
2019047647.tif 000005
【００４７】
さらに（３）式を変形することで（４）式が得られる。（３）式、（４）式は有効電力Ｐと無効電力Ｑについての円の式であり、円の中心と半径は電圧Ｅｓ、Ｅｒ、線路インピーダンスＺ（Ｒ＋ｊＸ）で決まることから、等電圧円と呼ぶことにする。
【００４８】
【数４】
2019047647.tif 000006
【００４９】
等電圧円の中心位置（Ｓｘ、Ｓｙ）と半径Ｓｒは以下の（５）式で得られる。
【００５０】
【数５】
2019047647.tif 000007
【００５１】
図３は、有効電力Ｐと無効電力Ｑ、および電圧Ｖを座標軸とする３次元空間で、（３）式あるいは（４）式で表記される立体形状（以降、ＰＱＶ立体と呼ぶ）を示したものである。図３を言い換えれば、等電圧円を積み重ねることで作られる立体形状である。なお以下の説明で、電圧を座標軸あるいは座標値として扱う場合に、記号Ｅの代わりに記号Ｖを使うことがある。
【００５２】
ＰＱＶ立体は、負荷側の有効電力Ｐと無効電力Ｑ、および電圧Ｖを座標値として明示して、送り出し側の電圧Ｅｓ、線路インピーダンスＺ、相差角を変数とする。ここでは一例として、送り出し電圧Ｅｓを１に正規化して、線路インピーダンスの抵抗ＲとリアクタンスＸは１：１の比率として、また相差角は等電圧円の角度パラメータとして−πから＋πまでの２πを変化させている。ＰＱＶ立体は、これらの条件の下で、電圧降下式が成立する有効電力Ｐと無効電力Ｑ、および電圧Ｖの全ての組み合わせを表現している。
【００５３】
またＰＱＶ立体をＶ軸に沿って見れば、ＰＱを座標とする二次元平面の等電圧円が観察できる。図３では、これを等電圧円の投影図と表示している。等電圧円の投影図では、円の中心と大きさが負荷側電圧Ｖに応じて変化していくことを示している。円の中心は、負荷側電圧Ｖが大きくなるに従い、一度図示右方向に移動し、その後直径を大きくしながら左方向に移動していく。
【００５４】
またこの時のＰＱＶ立体をＱ軸に沿って見れば、ＰＶ平面の曲線（ＰＶ曲線）が観察できる。また等電圧円の角度パラメータとしている相差角と有効電力Ｐの関係に着目した電力相差角曲線を、図４のように図示することができる。図４は、ＰＱＶ立体のバリエーションの一例を示す図。
【００５５】
これらは、ＰＱＶ立体の座標軸と観察方向を変えたバリエーションとして扱うことができる。本発明は、ＰＱＶ立体、およびそのバリエーションを描画し、表示する手段を備えることを特徴とする。以降本発明において、特に区別する必要がない場合には、バリエーションも含めてＰＱＶ立体と称することにする。
【００５６】
以上述べたように、本発明では電力系統の状態を精度良く把握するため、（１）式と（２）式を近似することなく非線形複素式として利用し、有効電力Ｐと無効電力Ｑ、および電圧Ｖを座標軸とする３次元空間で、（３）式あるいは（４）式で表記されるＰＱＶ立体を示したものであり、言い換えれば、等電圧円を積み重ねることで作られる立体形状の上で、電力系統の状態を把握、表示したものである。電力系統の電圧降下式を有効電力Ｐと無効電力Ｑ、および電圧Ｖを用いた等電圧円として把握したものである。
【００５７】
本発明の電圧降下式を仮に厳密式、従来の相差角などに限定を加えた式を近似式と称するものとして、これらの相違を図５により模式的に比較表示している。図５は、有効電力Ｐと無効電力Ｑ、および電圧Ｖを座標軸とする３次元空間で、厳密式と近似式を表示している。
【００５８】
この比較を行うに当たり、基本式（電圧降下と、ＰＱの定義）は、（１）（２）式である。
【００５９】
（１）（２）式を展開して得られる厳密式は、（６）式で表される。この結果得られる、等電圧円を積み重ねたＰＱＶ立体が図５の左側に示されている。
【００６０】
【数６】
2019047647.tif 000008
【００６１】
（１）（２）式を展開して得られる近似式は、（７）式で表される。この近似式では、相差角θが０近辺にあると仮定したため、円にはならず、その動作面は平板的である。近似式の平板的な動作面は図５の右側に示されている。
【００６２】
【数７】
2019047647.tif 000009
【００６３】
図５は、厳密式と近似式の差異を、幾何学的に表示している。どちらも相差角θを、−πから＋πに振っている。相差角θ＝０において両者は一致するが、相差角が大きくなるほど乖離する。この乖離が近似誤差になる。また両者で作られる空間上の傾き（電圧とＰ、あるいは電圧とＱの変化の比率）に差異があることから、電圧とＰＱの変化率を用いた解析をする場合に近似誤差が生じることになる。分散電源が連系するとき、相差角は０付近にあるとは限らないので、近似式を用いることは、誤った判断を導く可能性がある。また複数の計測信号を用いて連立式を作るときに、近似式を用いることは、解が収束しなくなる可能性がある。
【実施例２】
【００６４】
図６は、本発明に係る電力系統の電圧適正化システムの構成事例を示している。電圧適正化システムは、例えば計測器１４０とＳＶＲ１５０を備えた電力系統と、電圧適正化装置１により構成されている。
【００６５】
電圧適正化装置１は、少なくとも２つの入力部２，３を備える。入力部２は、計測器１４０から電力系統における状態量として、電力系統各所の電流、電圧、さらには有効電力、無効電力などの情報を得るための入力部であり、入力部３は、電力系統の状態を評価し、或は制限するための設定値を与えるための入力部である。
【００６６】
処理部４は、実施例１で説明した厳密式を実行してＰＱＶ立体を得るとともに、入力部２で得た入力が示す第１の点をＰＱＶ立体上に定め、また入力部３で得た設定入力が示す第２の点をＰＱＶ立体上に定める。かつ第１の点と第２の点の間の差分をえる。差分は、直接的に、あるいはさらに調整されて間接的に出力部５から出力され、整定値、あるいは操作量の形式で例えばＳＶＲ１５０に与えられる。
【００６７】
実施例２では、電圧適正化装置１における本発明の特徴などについて説明する。まず、例えば電力系統の運用に当たっては、線路の上限電圧、下限電圧等の制約条件がある。本発明は、ＰＱＶ立体を用いることで、線路の上限電圧、下限電圧に相当する等電圧円を図示することができる。これにより、上下限電圧の制約を満たす有効電力Ｐと無効電力Ｑ、および電圧Ｖの動作範囲を幾何学的に把握できることになる。
【００６８】
ＰＱＶ立体を用いることで、電力系統の状態をＰＱＶ立体上の一点（先に述べた第１の点に対応しており、以下では動作点と呼ぶ）として図示できる。本発明は、計測信号を用いて現在の動作点をＰＱＶ立体上に特定することを特徴とする。また併せて、制約条件を満たす目標とする動作点（先に述べた第２の点に対応しており、以下では目標動作点）をＰＱＶ立体上に設定することを特徴とする。そして、現在動作点から目標動作点までの制御量の軌跡を、制約条件を満たすように算出することを特徴とする。本発明は、上記の制御軌跡を、ＰＱＶ立体を用いることで幾何学的に算出することを特徴とする。
【００６９】
ＰＱＶ立体の幾何学的な観察から分かる電力系統の現象と、それを利用する本発明の特徴を整理する。
【００７０】
特徴１：計測信号とＰＱＶ立体について
ＰＱＶ立体は、電力系統の特性によって様相を変える。例えば等電圧円の中心は、線路インピーダンスＺの抵抗ＲとリアクタンスＸの比率で変化する。抵抗Ｒが０のとき等電圧円の中心は無効電力Ｑ軸上にあり、抵抗Ｒ（正値）が大きくなるにつれて円の中心は移動する。逆に、計測信号からＰＱＶ立体を作る変数を算出することができる。本発明は、計測信号を用いてＰＱＶ立体を同定することを特徴とする。
【００７１】
特徴２：電圧変動の非線形特性について
有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、電圧Ｖは、ＰＱＶ立体で関係付けられる非線形特性を持っていることが分かる。分散電源の連系等で動作範囲が広がるほど非線形特性の影響は大きくなる。本発明はＰＱＶ立体を用いることで、非線形特性を考慮に入れた電圧調整の方法と装置を提示する。
【００７２】
特徴３：電圧調整について
計測信号を用いてＰＱＶ立体上に電力系統の現在の動作点を設定することができる。また、ＰＱＶ立体上の目標動作点を、例えば電圧調整のために設定することができる。本発明は、現在の動作点から目標とする動作点に至るまでの制御量を有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、電圧Ｖの組み合わせとして算出する。
【００７３】
特徴４：ＳＶＲ変圧比について
送り出し側にＳＶＲ（あるいはＬＲＴ）等の変圧器があるとき、変圧比と有効電力Ｐ、無効電力Ｑの関係をＰＱＶ立体に図示することができる。例えば、送り出し側の電圧を上げるほど、負荷側で消費可能な電力の範囲が広がることが分かる。
【００７４】
特徴５：電圧適正化の上下限電圧について
電圧適正化の制約条件である線路の上限電圧と下限電圧を、ＰＱＶ立体に重ねて表記することができる。電圧適正化のため、上下限電圧の範囲内に目標とする動作点を設定し、必要なＰＱＶの制御量を算出する。本発明は、上下限電圧の制約を満たす制御量の算出方法と装置を提示する。
【００７５】
特徴６：安定動作領域について
ＰＱＶ立体は、一つの有効電力Ｐ、無効電力Ｑ座標について二つのＶ値（高め解、低め解）を持つ。ここで高め解は、ＰＱＶ立体をＶ軸の上側から観察できる領域に存在する。低め解は、高め解に比べて電流が大きくなり、線路ロスが大きくなるので実用的には使われない。本発明は、動作点の存在範囲をＰＱＶ立体上側に限定して、動作点および制御量をＰＱＶ立体の高め解として算出することを特徴とする。
【００７６】
特徴７：誤差の影響について
多くの場合に、計測信号に誤差が含まれることが知られている。本発明は、計測信号に誤差が含まれる場合に、誤差の影響を最小化するように計算方法を選択して実行する。また統計的に正規分布を仮定して、平均と分散で数値化することで、誤差の影響を定量化できる。例えば動作点を、分散に基づいて、大きさを持った点（領域）として図示することができる。また動作点と電圧上下限電圧との比較を、分散を考慮した電圧余裕（マージン）として指標化することで、電圧逸脱を防止するための制御信号を算出できる。
【００７７】
電力系統にある２箇所を両端とする区間の電圧降下式に基づいて実施例を説明する。区間を連続して繋げることで線路全体を解析対象とすることができる。あるいは区間は、残る区間を縮約しているとして扱うこともできる。区間両端の２点は、計測機器により計測信号を採取できる箇所とすることができる。また、状態推定あるいは潮流計算等で算出した状態値を計測信号と見立てて区間を設定することができる。
【００７８】
上記の区間の作り方には幾つかのバリエーションがある。本発明は、これらのバリエーションに対応が可能である。
【００７９】
バリエーション１として、送り側にＳＶＲがある系統構成では、送り出しの電圧をタップ切替で制御する。
【００８０】
バリエーション２として、負荷側にＳＶＣがある系統構成では、負荷の無効電力Ｑを制御する。
【００８１】
バリエーション３として、負荷側機器が連系する系統構成では、負荷側の消費電力、発電量の有効電力、無効電力を調整する。
【００８２】
本発明は、これらの系統構成の計測機器から採取する計測信号を用いて、電圧適正化を実現するための制御量を算出する。ここで計測信号を次の計算に利用する。
（１）手順１：計測信号を用いた電力系統の区間の電圧降下式の同定
（２）手順２：計測信号と電圧降下式を用いた動作点の算出
この手順は時間差を置いて実行しても良く、例えば手順１は過去の実績データに基づいて計算し、手順２は計測信号に基づく実時間計算として良い。あるいは両者に同じ実時間の計測信号を用いて同時に実行しても良い。以下、他の実施例を用いて説明する。
【実施例３】
【００８３】
実施例３では、上記手順１の処理（計測信号を用いた電圧降下式（ＰＱＶ立体）の同定）について、説明する。
【００８４】
電力系統は、線路と電圧調整機器が組み合わされて構成されている。図７は、電力系統の２点間を区間として設定するときの考え方を説明するための図である。
【００８５】
本発明では、図７に示すように、電力系統の２点間を区間として設定して、該区間の電圧降下式を用いて系統状態を把握する。図７の例では、配電変電所１１０のＬＲＴから計測機器であるセンサ開閉器１４０ａまで、センサ開閉器１４０ａからＳＶＲ１４０の一次側まで、ＳＶＲ１４０ａの二次側からセンサ開閉器１４０ｃまで、センサ開閉器１４０ｃからセンサ開閉器１４０ｄまでの４区間に設定したことを示している。
【００８６】
設定する区間の端点は、計測信号が採取可能な箇所として、センサ開閉器、電圧調整機器等の計測機器がある箇所として良い。長距離の線路については複数の区間に分割することで、区間毎に電圧降下式を作ることができる。
【００８７】
図８は、区間設定するときの負荷側端点の扱い方のバリエーションについて説明する図である。図８に示すように、負荷側端点の扱い方にバリエーションがある。バリエーションの一つは、図８のａに示すように、負荷側の端点Ｓ２２に連系する機器のみに着目して電圧降下式を作る方法である。バリエーションの別の方法は、図８のｂに示すように、負荷側に繋がる線路上に連系する機器を含めて電圧降下式を作ることで、仮想的な負荷点として扱う方法である。前者は解析が分かりやすいが、実際の計測信号は後段の機器を含めた計測信号になる。本発明では、区間の負荷側端点を、仮想的な負荷点として扱うことができる。
【００８８】
また計測信号が採取できない場合に、電力潮流計算、電力系統状態推定等の計算手法を用いて状態値を算出する箇所を端点として設定しても良い。設定箇所は、電圧余裕等の指標に基づいて設定することができる。電圧余裕は、例えば、現在の電圧値と上下限電圧を比較した差分値として算出することで、電圧逸脱の懸念の指標として利用できる。
【００８９】
電圧降下式に含まれる変数には、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、負荷側電圧Ｅｓ、送り出し側電圧Ｅｓ、線路インピーダンスＺ（Ｒ＋ｊＸ）、ＥｓとＥｒの相差角φがある。計測機器の種類と設置箇所によって、計測信号として入手できる変数と、入手できない変数がある。
【００９０】
例えば、送り出し側電圧Ｅｓ、負荷側の電圧Ｅｓと有効電力Ｐ、無効電力Ｑが計測できる場合を考える。このとき、線路上の２点間の線路インピーダンスと、相差角が未知数であるとする。これらの計測信号で決まる電力系統の状態は、ＰＱＶ立体上の動作点として位置する。未知の線路インピーダンスと、相差角を算出することは、複数時刻の動作点がＰＱＶ立体上に位置するように連立式を解くことに相当する。従来の電圧降下の近似式を用いる手法が線路インピーダンスのＲ成分と電圧相差角を無視する場合があるのに対して、本発明は線路インピーダンスのＲ成分と電圧相差角を明示的に扱うことを特徴とする。本発明は、入手できる計測信号と未知数の組み合わせを限定するものではなく、同様に連立式を作ることができる。
【００９１】
本発明は、複数時刻の計測信号を電圧降下式に代入して連立させて、未知の変数について解くことを特徴とする。代数的に解く方法を利用できるほか、計測信号に誤差が含まれる場合には、最小二乗法、最適化計算、あるいは統計的な計算手法等を利用できる。また全数探索、あるいはヒューリスティック的な解法を利用できる。計測信号に含まれる誤差、欠落を考慮した解法を選択して良い。本発明は、これらの解法を限定するものではない。計測信号を用いて変数を特定する技術を同定（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）と呼ぶことがある。本発明は、計測信号を用いて対象とする電力系統のＰＱＶ立体を同定することを特徴とする。また本発明は、電力潮流計算、電力系統状態推定等の計算手法で算出した状態値を計測信号の代わりに用いてＰＱＶ立体を同定することを特徴とする。
【００９２】
２台の計測機器で挟まれる区間の電圧降下式を作る手順を例示する。計測機器による電圧Ｖ、電流Ｉ、力率の計測信号をサーバに集めて利用する。これらの計測信号を換算することで有効電力Ｐ、無効電力Ｑが得られる。電圧降下式の未知数は、線路インピーダンスＲとＸ、および送り出し側と負荷側の電圧の相差角φ、の三つの変数になる。
【００９３】
三つの未知数を含む電圧降下式を解くため、三つの計測時刻ｔの計測信号を代入した三組の電圧降下式を作り連立する。計測信号が誤差を含まなければ解析的な手法で連立解を得ることができる。誤差が含まれる場合には、計測数を増やすことで、最小二乗法、重回帰、確率分布、最適化計算などの適宜な解法を利用することができる。
【００９４】
図９は、最適計算による電圧降下式の同定の手順を示すフローチャートである。図９を用いて計測信号に誤差が含まれている場合の解法として、メタヒューリスティック法に分類される粒子群最適化（ＰＳＯ）による手順例を示す。
【００９５】
図９に示すフローの最初の処理ステップＳ１０では、複数時刻の計測信号を入力する。このとき、計測信号は送り出し側電圧、負荷側電圧、負荷側の有効電力Ｐと無効電力Ｑとする。また処理ステップＳ１０では、計測できない未知変数を含む電圧降下式を用意する。ここでは、未知変数は、線路インピーダンス、相差角とする。図１０は、ＰＱＶ立体上に、計測された複数の計測信号を表示した模式図である。但しここでは、ＰＱＶ立体をＰＱ平面上に表記している。
【００９６】
処理ステップＳ２０では、探索空間に粒子（群）として、線路インピーダンスＺ、相差角θを初期設定する。
【００９７】
処理ステップＳ３０では、電圧降下式に粒子座標（Ｚ，θ）と、計測信号ＰＱを代入して負荷側電圧の計算値と計測値の誤差（二乗和）を算出する。
【００９８】
処理ステップＳ４０では、収束条件を用いて、終了／継続を判定する。
【００９９】
判定結果が継続の時、処理ステップＳ５０では、粒子（群）の座標（Ｚ，θ）を更新して処理ステップＳ３０に戻る。
【０１００】
判定結果が終了の時、処理ステップＳ６０では、（子座標を解として出力する。
【０１０１】
例えば図９に示す一連の処理により、未知変数であった線路インピーダンスを算出し、電圧降下式を同定する。この結果を用いてＰＱＶ立体を作図することができる。
【０１０２】
本発明は、探索方法をＰＳＯに限定するものでは無く、適宜な方法を利用できる。また全ての組み合わせを試行する全探索法を利用しても良い。
【０１０３】
計測信号を採取する計測時刻ｔ（あるいは時間間隔）は、計測対象の状況に基づいて決めることができる。何らかの要因で電力系統の状態が変動する場合に状況に基づいて計測時刻ｔを決めることができる。本発明は、電力系統の状態変化を引き起こす要因を限定するものではなく、また前記した計測時刻ｔを固定するものでは無い。変動が小さいと判断する場合には計測時刻ｔの間隔を広げ、変動が大きいと判断する場合には計測時刻ｔを短周期に設定することができる。また計測信号の有効無効を判断する手段を用意して、無効とする場合には計測時刻ｔを設定しないことがあって良い。
【０１０４】
例えば分散電源の導入により、負荷側の消費電力と分散電源の発電量が釣り合って電力潮流が０になることがある。このとき有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、および力率は定義できず、測定値は意味を持たない。そこで本発明は、このような電力系統の状況に基づいて、計測時刻ｔを設定し、また計測信号の有効無効を判断する手段を設けることを特徴とする。
【０１０５】
ここで、事前に分かる系統の特性、計測信号の種類と時間間隔、連立解を得るための解法の種別、等によってバリエーションがあって良い。この手順は、適宜な時間間隔、あるいは何らかの起動条件に基づいて繰り返すことができる。計算を繰り返すことで計算結果の精度を高めるように構成しても良い。
【０１０６】
電圧降下式の同定に用いるデータは、事前に採取して蓄積しておいた計測信号を利用する方法と、入力信号を逐次に利用する方法、さらには予測信号を用いる方法がある。
【０１０７】
対象系統にある計測機器を用いて採取した蓄積済みの計測信号を用いて、対象系統の特性を求めるために、電圧降下式を連立させて解を求めることができる。気象状況、曜日等の状態変化に関わる条件に基づいて、条件別の解を算出することもできる。算出結果をデータベース等に蓄積しておくことで、条件に基づいて利用する計算結果を切り替えることができる。
【０１０８】
対象系統にある計測機器を用いて採取する計測信号を逐次入力し、電圧降下式を連立させるに十分な条件が整い次第、逐次に連立解を求めることができる。現在の状態に基づく計算結果を利用できる。
【０１０９】
電力系統の状態に関わる予測信号を入手することで、該予測信号を用いて電圧降下式を連立させて解を求めることができる。事前の予測に基づいて制御量を算出することができる。予測制御を行うことで、実際に事象が発生する前に対策を先行開始することで、少ない制御量で応答性を向上させる効果が得られる。
【０１１０】
本発明は、上記のいずれか、あるいは上記を組み合わせた手順を利用することができる。
【実施例４】
【０１１１】
実施例４では、電圧調整機器の制御量の算出手順、算出手法について説明する。
【０１１２】
本発明においては、線路の電圧適正化として、線路電圧を上下限電圧範囲内に収めるため、電圧調整機器を制御する制御量を算出する。電圧調整機器としてＳＶＲ、ＳＶＣ等のほか、発電機器および負荷機器の発電および消費電力を制御することで電圧適正化を実現する。
【０１１３】
このため本発明では、対象とする電力系統について、計測信号を用いて電圧降下式（ＰＱＶ立体）を同定する。また、計測信号を用いて現在の動作点を特定する。そして、上下限電圧等の制約条件を満たす目標とする動作点を設定して、現在の動作点から目標とする動作点に至る制御量の軌跡をＰＱＶ立体上に設定する。また制御軌跡に時間パラメータを含めることで、機器の時間応答特性を考慮した制御を実現する。
【０１１４】
ここでは電圧適正化の問題を、ＰＱＶ立体を用いた幾何学的解法に基づいて説明する。前記したようにＰＱＶ立体は高め解と低め解を取るが、安定動作を実現するため、本発明は、ＰＱＶ立体の高め解を動作点の存在範囲として、制御量を算出する。この領域は、ＰＱＶ立体をＶ軸＋側から観察して隠れない上側の領域になる。
【０１１５】
図１１に本発明が制御量を算出する制御領域（あるいは動作点の存在範囲）を図示する。図１１においては、図１０に示したＰＱＶ立体の表示形式を用いて説明する。一例として、現在の動作点Ｓ１をＰＱＶ立体上のＰ＝０，Ｑ＝０として、負荷機器の消費電力を正値Ｐ（＋）、発電機器の発電量を負値Ｐ（−）とする。負荷側に分散電源が連系しない場合は、消費電力のみで動作点Ｓ１が決まるので、ＰＱＶ立体上の動作点Ｓ１の範囲（Ｐ≧０）は限られる。負荷側に分散電源が連系する場合は、消費電力と発電量の組み合わせにより有効電力Ｐが正負に変動するので、ＰＱＶ立体上の動作点Ｓ１の範囲は広がることになる。
【０１１６】
従来手法として動作点Ｓ１の範囲が十分に狭いと仮定してＰＱＶ立体の一部分を平面で近似（線形近似）する方法がある。この従来手法で近似された平面については、図５の右側に近似式の動作面として表示したとおりである。しかし現実には分散電源の導入拡大により逆潮流が発生していることから、線形近似する手法では近似誤差が無視できなくなる。
【０１１７】
本発明は、電圧降下式を近似することなく非線形複素式のままで扱い、近似誤差を排除する。これは、電圧降下式に含まれる変数である有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、電圧Ｖを座標軸とするＰＱＶ空間において、電圧降下式に基づくＰＱＶ立体を扱うことに相当する。ＰＱＶ立体を用いることで、電圧降下式が成立する全ての変数の組み合わせを明示的に示すことができる。また線路インピーダンス、電圧相差角をパラメトリックに扱える。
【０１１８】
ところで、線路の上下限電圧は法定、規則等により決められる数値であって、電圧降下式から導かれる電力系統の特性を示すものでは無い。しかし上下限電圧に一致する等電圧円を、電圧降下式から作成することはできる。
【０１１９】
そこで本発明においては、図１２に示すように、制約条件である線路の上下限電圧を、等電圧円としてＰＱＶ立体上に表記することを特徴とする。そして本発明は、上限電圧と下限電圧に相当する二つの等電圧円で挟まれる領域内に目標動作点Ｓ２を置くことで、上下限電圧の制約を満たす制御量を算出することを特徴とする。
【０１２０】
図１２は、制約条件である線路の上下限電圧を、等電圧円としてＰＱＶ立体上に表記した図である。ここでは上下限電圧は等電圧円に沿って定まり、現在動作点Ｓ１が発電領域側（負値Ｐ（−））にあり、上限電圧よりも高い電圧になっているとする。この場合の電力系統管理としては、電圧調整機器を制御して、上限電圧以下の電圧値に収める必要があり、この目標動作点がＮであり、現在動作点Ｓ１から目標動作点Ｓ２に至る制御軌跡により、電圧調整機器の制御量が定まる。
【０１２１】
なお制御軌跡は、電圧調整機器の制御対象がリアクトルであるのかコンデンサなのか、またはノッチ制御によるものか連続量制御ができるものかといった相違により定まるので、電圧調整機器として何を使用して目標動作点Ｓ２に至るのかにより、その制御量も相違してくる。
【０１２２】
こうして本発明においては、電力系統が備える有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、電圧Ｖの特性と、制約条件である上下限電圧を、ＰＱＶ立体上で一括して取り扱うことを特徴とする。またＰＱＶ立体上で現在動作点から目標動作点までの制御軌跡を明示することを特徴とする。
【０１２３】
等電圧円を用いることで、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、電圧Ｖの関係を幾何学的解法（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）で求められる。制約条件である上下限電圧と、有効電力、無効電力の制御量の関係を図的に把握できると共に、数値の妥当性を図的に判断できる。数学の分野で作図等を用いる幾何学的解法が確立しているように、本発明がＰＱＶ立体を用いる幾何学的解法を特徴とすることには根拠があると言える。
【０１２４】
幾何学的解法に基づいて用意した計算機プログラムを用いて解を得ることができるのは言うまでも無い。また等電圧円の作図は、人間が視覚的に見て動作原理を理解するために有効であり、多種多様な利害関係者に対して技術内容を分かりやすく説明する機会に利用することで、説明責任を果たすことに効果がある。
【０１２５】
このようにＰＱＶ立体上を用いて電力系統の状態を図示して解を求める方法は、電力系統の幾何学的解法（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ）の一つとして特徴付けることができて、数式のみを扱う解法では実現できない効果が得られる。
【０１２６】
電圧調整機器の時間応答が十分高速であるならば、遅延無く制御量を適用することができる。しかし時間応答が十分高速でない電圧調整機器がある場合には、時間経過を伴うことになる。従来は、この電圧調整機器の時間応答を考慮せずに、制御量を算出することがあった。
【０１２７】
ＰＱＶ空間上で算出した現在の動作点Ｓ１から目標とする動作点Ｓ２までの制御量をΔＰ、ΔＱ、ΔＶとする。ここで、現在の動作点Ｓ１から目標とする動作点Ｓ２までの制御軌跡の取り方は一意では無く、その制御結果に違いが生じる場合がある。
【０１２８】
多くの電圧調整機器はＰＱＶ空間の座標軸に沿った制御量を持つ。例えばＳＶＲはタップ切り替えによる変圧比によりＶ軸に沿った制御が可能である。ＳＶＣは無効電力出力によるＱ軸に沿った制御が可能である。負荷・発電機器は有効電力および無効電力によるＰ軸およびＱ軸に沿った制御が可能である。これらの電圧調整機器は、制御出力の時間応答が異なる。
【０１２９】
次に図１３ａ，図１３ｂ，図１３ｃ，図１３ｄを用いて、制御軌跡と電圧調整の関係について説明する。
【０１３０】
図１３ａは、座標軸ごとに独立に制御するときの制御軌跡と電圧調整の関係を示す図である。ここで図１３ａに示すように、ΔＱを出力してからΔＰというように各制御量を独立して２段階に出力するならば、制御過程において、未出力の制御量による電圧調整の誤差が発生する。また、ΔＰ、ΔＱ、ΔＶを同時に出力しても、応答の遅い電圧調整機器による電圧調整の誤差が、電圧変動として現れる場合がある。さらに電圧調整誤差が、次の計測時刻において計測信号として採取されるならば帰還系を構成することになり、制御が不安定になる場合がある。
【０１３１】
本発明においては、電圧調整機器の時間応答を考慮した電圧制御を実現するため、ΔＰ、ΔＱ、ΔＶを組み合わせた制御軌跡を算出することを特徴とする。制御軌跡を、時間ｔ（０≦ｔ≦Ｔ）をパラメータとして、制御量をΔＰ（ｔ）、ΔＱ（ｔ）、ΔＶ（ｔ）と表記する。制御軌跡の経過時間Ｔは、計測信号の採取周期と同じに設定して良く、あるいは長く設定して良い。本発明は、電圧調整機器の設置箇所や時間応答を考慮にいれて経過時間Ｔを決めることで安定した制御を実現する。
【０１３２】
本発明による制御軌跡実現の第１の手法は、図１３ｂに示す角度分割で制御軌跡を算出するものである。本発明は、ＰＱＶ立体を用いることで幾何学的に制御軌跡を算出する。例えば電圧一定制御は、現在の動作点Ｓ１（ｔ＝０）から目標とする動作点Ｓ２（ｔ＝Ｔ）までの制御軌跡を等電圧円上に設定すれば良い。図１３ｂに示すように、経過時間Ｔのなかで等電圧円を角度分割することで制御量ΔＰ（ｔ）、ΔＱ（ｔ）、ΔＶ（ｔ）を算出することができる。円の方程式を用いて、円周上にある２点間の角度を分割することは、幾何学的な関係を用いて容易に計算できる。
【０１３３】
本発明による制御軌跡実現の第２の手法は、図１３ｃに示す距離分割で制御軌跡を算出するものである。この手法では、図１３ｃに示すように、現在の動作点Ｓ１と目標とする動作点Ｓ２を直線で結ぶ制御軌跡を、時間のパラメータｔ（０≦ｔ≦Ｔ）を用いて下記の（８）式で算出できる。
【０１３４】
【数８】
2019047647.tif 000010
【０１３５】
この方法は現在の動作点Ｓ１と目標とする動作点Ｓ２の電圧が異なるときに適用できる。計算は簡易であるが、制御軌跡が等電圧円と交差する場合には電圧変動が大きくなる。
【０１３６】
本発明による制御軌跡実現の第３の手法は、図１３ｄに示すベクトルのモーフィングで制御軌跡を算出するものである。この手法では、ベクトル表記を用いて幾何学的に制御軌跡を算出することができる。図１３ｄに示すように、現在動作点Ｓ１と目標動作点Ｓ２を、それぞれが乗る等電圧円の原点からのベクトルで表記する。そして、ベクトルの原点と、角度と、長さを、時間Ｔのなかで分割して制御軌跡を作る。現在動作点を指すベクトルをＳｒ１、目標動作点を指すベクトルをＳｒ２とする。原点（ｘ、ｙ）、角度α、長さＬ、経過時間ｔをパラメータとする。例えば長さＬの差分は（９）式で表される。
【０１３７】
【数９】
2019047647.tif 000011
【０１３８】
そしてベクトルＳｒ１を経過時間ｔ（０≦ｔ≦Ｔ）に沿って移動・回転・伸長（モーフィング）させて、経過時間ＴにおいてベクトルＳｒ２に一致させる。この時の関係が（１０）式で示される。
【０１３９】
【数１０】
2019047647.tif 000012
【０１４０】
こうしてベクトルＳｒ１からＳｒ２に至るまでの軌跡（ベクトル終点の軌跡）から、時間をパラメータとする制御軌跡を算出できる。本発明は、ＰＱＶ立体を用いた幾何学的な計算で、現在の動作点から目標とする動作点までを結ぶ制御軌跡を算出することを特徴とする。
【０１４１】
ところで前記した（４）式から、等電圧円の中心位置は負荷側電圧の二乗で変化し、半径は負荷側電圧の二乗の項を持って変化することが分かる。しかし（１１）式に示すように、変化分をΔで表記するとき、Δが十分に小さければ（Δ≪１．０）二乗項は無視できてリニアな関係として扱える。制御軌跡を逐次更新することで、目標動作点に達したときに誤差は無視できる。
【０１４２】
【数１１】
2019047647.tif 000013
【０１４３】
次に電圧制御機器の種別との関係について説明する。まず電圧制御機器として、ＳＶＲ（ＬＲＴ）を用いる場合は、２点区間の送り出し側にＳＶＲを設置して、送り出し電圧の調整で、ΔＶ（ｔ）を制御するように構成できる。電圧制御機器として、ＳＶＣを用いる場合は、２点区間の負荷側にＳＶＣを設置してΔＱ（ｔ）を制御するように構成できる。また同様に負荷機器、発電機器は２点区間の負荷側に設置してΔＰ（ｔ）を制御するように構成できる。
【０１４４】
制御量ΔＶの実現手段としてＳＶＲを利用する場合は、タップ切り替えで変圧比を変更するため、ΔＶの大きさが離散的であり、また時間遅延があることを考慮する。制御量ΔＱの実現手段としてＳＶＣを利用するとき、応答速度は速いが、容量が限られることを考慮する。
【０１４５】
制御量ΔＰの実現手段として、負荷機器、あるいは分散電源の発電量を利用するには、負荷機器の消費電力を減らすための機器遮断の優先順位をつける方法などがある。また分散電源の発電量を減らすためには蓄電池等の充電をする方法などがある。
【０１４６】
こうして本発明は、電圧調整機器の動作原理に基づく応答速度の違いがある場合、あるいは、計測信号の入力から制御出力までに時間遅れがある場合等においても、これらの影響による電圧変動を抑えて、安定な電圧制御を実現する効果がある。
【０１４７】
例えば電圧調整機器としてＳＶＲとＳＶＣを組み合わせる場合に、両者に同時に制御量を与えても応答は異なる。
【０１４８】
両者の違いに応答速度があり、ＳＶＲは機械的な切り替え機構を持つため切り替え時間１０秒以上掛かる場合がある。一方ＳＶＣは半導体素子に切り替え回路を持つため切り替え時間１秒以下である。ＳＶＲは長周期の電圧変動に適用し、ＳＶＣはＰＶ発電等による短周期の電圧変動に適用することができる。
【０１４９】
本発明は、線路にある電圧調整機器の種別、容量、応答速度に基づいて、算出した制御量を分配する手段を備える。
【０１５０】
図６においては、電力系統の電圧適正化装置１について説明した。電圧適正化装置１により電力系統各所を制御する場合の制御手法の構成としては、集中制御を行うものと、自律制御・遠隔制御を行うものがある。
【０１５１】
図１４は、集中制御を行う場合の制御量の算出手順を示すフローチャートである。図１４の最初の処理ステップＳ１４１では、線路区間の設定、電圧調整機器特性の入力、上下限電圧等の制約条件の入力、等の入力処理を実行する。処理ステップＳ１４２では、計測信号の入力、蓄積を行う。
【０１５２】
処理ステップＳ１４３では、電圧降下式の連立解を算出して同定を行い、処理ステップＳ１４４では、計測信号を用いて現在の動作点Ｓ１を算出し、処理ステップＳ１４５では、オプションとして予測信号の入力をおこない、処理ステップＳ１４６では、目標とする動作点Ｓ２の設定を行う。
【０１５３】
処理ステップＳ１４７では、現在動作点Ｓ１から目標動作点Ｓ２までの制御軌跡を算出し、処理ステップＳ１４８では、電力系統上の複数の電圧調整機器への制御量の分配を行い、処理ステップＳ１４９では、個々の電圧制御機器に対して制御信号の出力を行う。
【０１５４】
係る集中制御では、計測信号を入力して制御量を逐次計算するため、上記処理ステップＳ１４２から処理ステップＳ１４９を繰り返す手順になる。また処理ステップＳ１４５の予測信号として、例えば、気象予測に基づく太陽光発電量予測が入力可能である場合は、該予測信号による電圧変動を考慮することができる。上記手順において、動作点、制御軌跡、上下限電圧等のＰＱＶ立体上の幾何学的な関係を用いることができる。
【０１５５】
図１５は、自律制御、あるいは遠隔制御での整定に用いる整定値の算出手順を示すフローチャートである。図１５の最初の処理ステップＳ１５１では、線路区間の設定、電圧調整機器特性の入力、上下限電圧等の制約条件の入力、等の入力処理を実行する。処理ステップＳ１５２では、計測信号の入力、蓄積を行う。
【０１５６】
処理ステップＳ１５３では、電圧降下式の連立解を算出して同定を行い、処理ステップＳ１５４では、計測信号を用いて現在の動作点Ｓ１を算出し、処理ステップＳ１５５では、線路インピーダンスの算出をおこない、処理ステップＳ１５６では、整定値の設定、処理ステップＳ１５６では、整定値の出力を行う。
【０１５７】
この場合に、自律制御に用いる整定値は、事前に計測して蓄積した計測信号を利用する。遠隔整定は、蓄積した計測信号に加えて、逐次の計測信号を入力して整定値の算出に利用する。また遠隔整定の場合は、気象情報等に基づく電圧変動を考慮に入れて整定値算出することができる。
【０１５８】
上記手順において、動作点、制御軌跡、上下限電圧等のＰＱＶ立体上の幾何学的な関係を用いることができる。
【実施例５】
【０１５９】
実施例５として、電力系統の電圧適正化システムのシステム構成事例について説明する。図６は、電力系統の電圧適正化装置１の構成を示しているが、これを電力系統に適用するに当たり、幾つかの適用事例がある。また個別の適用事例ごとに幾つかのシステム構成上の課題等がある。
【０１６０】
例えばデータ入力に関して、ここでは、線路上の複数個所の複数時刻の計測信号を入力するため、線路上にセンサ開閉器を配置し、電圧、電流、力率などを計測し、伝送手段を経由して計測信号を入力することにする。また、計測器としては、電圧調整機器が備える計測機器が採取する計測信号を、同様に伝送手段を経由して入力できるものとする。
【０１６１】
本発明では、複数の計測機器のデータサンプリングのタイミングが同期している必要はない。また計測信号のデータ転送のプロトコルを限定するものではない。例えば、ポーリング手法で、適宜な時間間隔あるいは何らかのトリガで計測信号を要求し、その応答として計測信号を伝送する方法であって良い。計測信号の伝送手段は限定するものではなく、電力線搬送、光ファイバ。無線、等の適宜な手段を利用できる。
【０１６２】
また電圧調整機器の制御方法に関して、自律制御、遠隔制御、集中制御がある。自律制御とする場合、電力系統の電圧適正化装置１は、整定値を算出して、これを自律制御装置側に伝送する。遠隔制御とする場合、電力系統の電圧適正化装置１は、整定値の算出と制御量の算出を行い、これを遠隔制御装置側に伝送する。集中制御とする場合、電力系統の電圧適正化装置１は、制御量を算出し、これを集中制御装置側に伝送する。
【０１６３】
また電圧制御機器として使われる主な機器は、ＳＶＲ（ＬＲＴ）、ＳＶＣ、負荷機器、発電機器、あるいは蓄電池などがある。
【０１６４】
また主なデータ伝送手段としては、電力線搬送、光ファイバ、無線による通信が利用可能である。
【０１６５】
図１６ａ，図１６ｂに、上記手段を組み合わせて実現する自律制御、集中制御のシステム構成を示す。
【０１６６】
図１６ａの自律制御では、電圧制御機器であるＳＶＲ１５０を制御するＳＶＲ制御装置１８０内において、事前に設定した整定値と、自端で計測した計測信号を用いて、仮想負荷点の電圧降下を計算して、その電圧を補償するように制御を行う。このための整定値を算出するために、本発明の実施例で説明した計算手順を利用することができる。
【０１６７】
図１６ｂの集中制御では、線路にある計測機器１４０で計測信号を採取し、子局と呼ばれる端末１９０から通信線を経由してサーバ側（電圧適正化装置１）に計測信号を集約する。本発明の実施例で説明した計算手順を利用して制御量を算出し、通信路を経由して制御機器に制御量を伝達する。本発明の実施例で説明した計算手順は、例えば図中のサーバ（電圧適正化装置１）で実現することができる。
【０１６８】
また図１７ａ，図１７ｂに、計測信号を用いて制御量を算出する構成方法を示す。図１７ａは、取り込んだ計測信号を用いて逐次計算するときの構成を示しており、図１７ｂには、取り込んだ計測信号をデータベースに蓄積しておき、事前計算する構成を示している。
【０１６９】
図１７ａと図１７ｂでは、入力信号の取り扱いに上記相違はあるが、基本的には、ここでは計測信号を用いて、電圧降下式の同定と、現在動作点の算出を行う構成を示している。この電圧降下式の同定の計算をするにあたり、逐次入力する計測信号を用いて制御量を算出する構成（図１７ａ）と、事前に蓄積した計測信号を用いて制御量を算出する構成（図１７ｂ）を示している。
【０１７０】
ここで計算の経過と結果を関係者に提示する機能があれば、説明責任を果たす効果が得られる。そこで、本発明は、前記したＰＱＶ立体と制御軌跡を表示する手段を備える。表示手段は、さらに電力系統の構成、計測信号の内容、過去実績等を表示可能とすることで、系統状態を把握するために役立てることができる。
【実施例６】
【０１７１】
実施例６として、電圧調整機器を用いた電圧適正化について説明する。
【０１７２】
図１８は、電圧調整機器がＳＶＲである場合の構成を示している。図１８に示すように電圧調整機器として利用されているＳＶＲは、タップ切り替えによって１次側と２次側の巻線比率を設定して電圧変換する。このタップの設定方法の一つにＬＤＣ（Ｌｉｎｅ  Ｄｒｏｐ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）と呼ばれる方法があり、前記のＬＲＴ、ＳＶＲなどの機器に組み込まれている。これは自端であるノードＮ１に設置された計測機器１４０で検出した計測信号（例えばＥｓなど）から、負荷点（例えばノードＮ２）までの電圧降下を推定して、負荷点の電圧Ｅｒが適正値になるようにタップを制御する手法である。この電圧降下を推定するために使うパラメータを整定値と呼ぶ。整定値の一つとして線路１３０のインピーダンス（Ｚ＝Ｒ＋ｊＸ）を設定し、負荷点までの線路インピーダンスに自端を流れる電流を掛け算することで電圧降下を推定する。
【０１７３】
本発明を用いて線路インピーダンスを算出するための、仮想的な負荷点の設定箇所には幾つかの方法があり、いずれを利用しても良い。これらは、容量の大きな負荷１７０あるいは発電機器が連系する箇所、負荷１７０と発電機器１６０を集約する仮想的な箇所、計測機器１４０がある箇所、マイクログリッドのような集合体が連系する箇所などである。
【０１７４】
図１９は、電圧調整機器がＳＶＣである場合の構成を示している。図１９に示すように、ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｖａｒ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）は、半導体素子を利用してインダクタンスとキャパシタンスの大きさを切り替えて無効電力の大きさを調整する。自端Ｎ２の電圧Ｅｒを計測して、電圧Ｅｒが一定になるように無効電力Ｑの出力値を調整することができる。ＳＶＣは、応答速度が速いが無効電力Ｑの出力値の容量が限られるため、太陽光発電によって引き起こされる短周期の電圧変動の補償に好適である。
【０１７５】
ＰＱＶ立体上に、計測信号に基づく現在動作点Ｓ１と、電圧一定制御のための目標動作点Ｓ２を置くことで、必要な無効電力Ｑの大きさを算出できる。
【０１７６】
太陽光発電のように気象状況で発電電力が変動する場合に、上下限電圧範囲の逸脱の有無を、ＰＱＶ立体上で判断できる。また動作点を上下限電圧範囲内に収めるために必要な無効電力Ｑの制御軌跡を算出することができる。
【０１７７】
複数台のＳＶＣが設置されて個々のＳＶＣが自端の計測信号に基づいて無効電力Ｑの出力を制御するとき、複数台のＳＶＣの動作が干渉して不安定（ハンチングと呼ばれることがある）になる場合がある。本発明は、時間パラメータを含む制御軌跡を作ることで、振動を回避して、目標とする動作点へ安定して制御することが可能になる。
【実施例７】
【０１７８】
実施例７として、仮想負荷点を算出することについて説明する。電圧調整機器の自律制御では、自端（あるいは１次側と２次側）の計測信号を用いて、現在の電圧値から目標とする電圧値に至るまでに必要な制御量を算出する。
【０１７９】
例えばＳＶＲ、ＬＲＴ等の電圧調整機器ではＬＤＣ（Ｌｉｎｅ  Ｄｒｏｐ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）と呼ばれる制御量の算出方法が知られている。ＬＤＣは、負荷機器および発電機器が集中する仮想的な負荷点を設定し、２次側電流に負荷点までの線路インピーダンスを掛け算することで電圧降下量を算出し、負荷点の電圧を補償するように制御量（タップ値）を算出する。
【０１８０】
この計算で用いる線路インピーダンス等のパラメータを整定値と呼ぶことがある。整定値を事前に設定して電圧調整する形態を自律制御、また整定値を系統状態に応じて遠隔設定する形態を遠隔制御と呼ぶ。本発明は、配電線の計測信号を用いて、電圧調整機器の整定値（線路インピーダンス等）を算出する方法と装置を提供する。
【０１８１】
本発明は、計測信号を用いて電圧降下式を同定することで線路インピーダンスＺ＝（Ｒ＋ｊＸ）を算出する。但し、先述の（１）（２）式を前提としており、（１）（２）式のもとでの２点間の電圧降下式を線路インピーダンスＺ（Ｒ＋ｊＸ）について解けば以下の（１２）式が得られる。
【０１８２】
【数１２】
2019047647.tif 000014
【０１８３】
また、有効電力Ｐ、無効電力Ｑを送り出し側で計測する場合に、電圧降下式を線路インピーダンスＺ＝（Ｒ＋ｊＸ）について解けば以下の（１３）式が得られる。ここでも先述の（１）（２）式を前提としている。
【０１８４】
【数１３】
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【０１８５】
本発明では、計測信号を用いて算出する線路インピーダンスＺ＝（Ｒ＋ｊＸ）を、仮想的な負荷点までの線路インピーダンスとする。計測信号（電圧Ｖ、電流Ｉ、位相）が採取できるとして、未知変数である線路インピーダンスのＲとＸ、負荷点の電圧Ｅｒ、相差角の３つを、連立させて解く。本発明は、電力系統の負荷量あるいは発電量は時間経過とともに変化することに着目して、少なくとも３時刻の計測信号を用いて連立式を作り、解を得ることを特徴とする。計測信号に誤差が含まれる場合は、最小二乗法、最適化計算、などの解法を利用できることはいうまでもない。
【０１８６】
幾何学的には、ＲとＸおよび負荷側電圧を座標軸にとり、（１２）式を立体表記する。ここで、複数の計測信号に対応する複数の該立体を表記することで、該複数の立体の共通の動作点が交点として得られる。この交点の座標値から線路インピーダンス（ＲとＸ）が読み取れる。
【０１８７】
なおここで、自律制御、遠隔整定に用いる整定値の算出手順は、図１５に示したとおりである。ここで自律制御の場合は、事前に測定した計測信号を用いて整定値を算出して、電圧調整機器に設定するので、図１５の処理ステップＳ１５１から処理ステップＳ１５６を１回通るのが基本的な手順になる。これに対して遠隔整定は、通信手段を介して整定値を再設定可能なので、図１５の処理ステップＳ１５２から処理ステップＳ１５６を繰り返して実行する手順になる。
【０１８８】
本発明は、算出した負荷点までの線路インピーダンスＺ＝（Ｒ＋ｊＸ）を、整定値として自律制御、遠隔制御に利用する。例えば、ＳＶＲを対象にして、ＳＶＲが内蔵する計測機器が採取した送り出し側（ＳＶＲの２次側）の計測信号を用いて前記した手順で負荷点までの線路インピーダンスＺ＝（Ｒ＋ｊＸ）を算出し、前記したＬＤＣの整定値とする。ＬＤＣにより、仮想的に設定した負荷点の電圧を一定に保つようにタップ制御する。この整定値は、負荷の変化に対応して逐次更新して良く、あるいは長期の計測信号に基づいて算出した固定値として設定しても良い。
【０１８９】
本発明は、個々の線路の計測信号を用いて根拠を持って整定値を算出することができるので作業負荷を軽減できる効果がある。
【実施例８】
【０１９０】
ＰＱＶ立体を用いて本発明の特徴と実施の形態を説明してきたが、着目する変数に基づいて立体表記の形態を変更しても良い。一例として前記したＰＱＶ立体の電圧軸を、負荷側電圧から、送り出し側の電圧に置き換える方法を示す。
【０１９１】
ＳＶＲ、ＬＲＴは、負荷側の電圧を制御するために、変圧比を切り替えて送り出し電圧を調整する。この送り出し電圧を決める方法として立体表記を利用する。（３）式の負荷点電圧Ｅｒを目標とする電圧に設定して、送り出し側の電圧Ｅｓと相差角をパラメータとして立体表記する。座標軸として送り出し側の電圧とＰＱをとり、描画した結果を図２０に示す。この立体上に、計測信号を用いて現在の動作点を置くことで、負荷点の目標電圧を実現するために必要な送り出し電圧が、動作点の座標値（電圧軸）から読み取れる。ここで負荷側の目標電圧を、線路の上限電圧、および下限電圧に基づいて設定した二つの立体を作れば、動作点から、それぞれ送り出し電圧の上限と下限が読み取れる。この範囲内に入るように送り出し電圧を設定すれば、負荷側電圧を上下限範囲内に収めることができる。
【０１９２】
ＳＶＲ、ＬＲＴは、一次側電圧と二次側電圧の比率（変圧比）をタップ切替で選択する機能を持つ。この関係に基づいて、送り出し電圧を変圧比に換算し、さらにタップ値に換算することができる。こうして送り出し電圧の調整を、タップ切替で実現可能になる。
【０１９３】
遠隔整定、集中制御では、通信手段を経由して採取する計測信号に基づいて整定値あるいは制御信号を算出して、時々刻々に指示を出すことができる。また天気予報、需要予測などの事前情報を参照することで、系統状態が変化する前に電圧調整機器の制御指示を出しても良い。
【０１９４】
上記実施例に説明してきたＰＱＶ立体、あるいはその形態を変えた立体表記から導いた制御の手順は、数値計算に置き換えることが可能である。立体を視覚的に表示することなく、数値計算として実行することで制御信号を算出するように実施して良い。
【実施例９】
【０１９５】
本発明の実施例９は、図２１に示すように、本発明で算出した制御量あるいは整定値の妥当性を判断する検証手段を備えることを特徴とする。検証手段は、状態推定あるいは潮流計算等の系統解析手段を用いて系統状態を算出する。そして、本発明の前記した実施例を用いて算出した制御量あるいは整定値と、比較検証する手段を用意して、比較検証した結果を出力する。
【０１９６】
また本発明の実施例９は、入力と結果の関係を分かりやすく可視化する表示出力を備える。系統状態を前記したＰＱＶ立体を用いて表示し、その立体上に動作点、制約条件、制御軌跡等を重ねて表示する。表示画面の構成は限定するものではない。また検証手段が算出する系統状態、および比較検証結果を合わせて表示することができる。また表示手段に併せて、何らかの入力手段を備えることで、運用者の指示、コメント、あるいは作業レポート等を入力して、制御出力と関連付けて記憶蓄積することができる。この蓄積データは、オフライン処理等で活用することができる。
【符号の説明】
【０１９７】
１：電圧適正化装置
２、３：入力部
４：処理部
５：出力部
１１０：配電変電所
１２０：ノード
１３０：線路
１４０：計測機器
１５０：ＳＶＲ
１６０：太陽光発電機
１７０：負荷機器
１８０：制御装置
１９０：子局
２００：通信線
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１３ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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