(57)【要約】【課題】売電の機会の公平性を考慮しつつ複数の分散電源の合計出力を目標出力通りに制御して電力系統の安定化性能を向上すること。【解決手段】電力系統が変動した際に安定化させる電力系統安定化装置は、分散電源の制御性能に基づいて分散電源を分類する分散電源分類部と、系統を安定化させる出力指令を各分類の制御性能に応じて分類に分配する分類指令算出部と、各分類の指令を分類に所属する分散電源に分配する分散電源指令算出部と、を備える。【選択図】図２
2019187091.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統が変動した際に安定化させる電力系統安定化装置であって、
前記電力系統に設置された複数の分散電源の制御性能に基づいて前記複数の分散電源を分類する分散電源分類部と、
前記電力系統を安定化させる指令を、各分類に分類済の分散電源の制御性能に応じて分類に分配する分類指令算出部と、
前記各分類に分配された指令を、前記各分類に分類済の分散電源に分配するよう演算する分散電源指令算出部と、
を備えることを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項２】
前記分散電源分類部は、
前記複数の分散電源の制御性能に加えてさらに、上位制御による制御回数及び制御指令の積分値に基づく公平性を基準として、前記複数の分散電源を分類し、
前記分類指令算出部は、
前記上位制御による制御回数及び制御指令の積分値が少ない特定の分類に優先的に指令を与えることを特徴とする請求項１の電力系統安定化装置。
【請求項３】
前記分散電源分類部は、
前記複数の分散電源の制御性能及び契約内容に基づいて前記複数の分散電源を分類することを特徴とする請求項１の電力系統安定化装置。
【請求項４】
前記分散電源分類部は、
前記複数の分散電源の制御性能及び前記電力系統が変動した後における前記複数の分散電源の出力回復パターンに基づいて前記複数の分散電源を分類することを特徴とする請求項１の電力系統安定化装置。
【請求項５】
前記分散電源分類部が出力する制御性能の近似特性に基づいて、前記各分類に分類済の分散電源の合計出力を予測し、前記各分類に分類済の分散電源の将来の合計出力及び上位制御からの出力指令に誤差がある場合には前記各分類に分類済の分散電源に対する前記指令を調整して誤差を補正する分類出力予測・指令補正部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の電力系統安定化装置。
【請求項６】
前記分散電源分類部が出力する制御性能の近似特性に基づいて、前記各分類の分散電源の合計出力及び積分値を予測し、前記積分値が閾値以下となるように、前記各分類に分類済の分散電源に対する前記指令を調整することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電力系統安定化装置。
【請求項７】
前記分散電源分類部による分類結果に基づく前記制御性能の近似特性に基づいて前記電力系統を安定化させる指令を、前記分散電源分類部、前記分類指令算出部及び分散電源指令算出部を含む分散制御部に与える系統安定化指令決定部を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の電力系統安定化装置。
【請求項８】
前記分散電源分類部が出力する前記制御性能の近似特性も含めて前記電力系統を安定化させるための計算を行う系統安定化計算部を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の電力系統安定化装置。
【請求項９】
前記分散電源分類部、前記分類指令算出部及び分散電源指令算出部を含む分散制御部は、前記電力系統の系統エリアごとに分散して配置される請求項１の電力系統安定化装置。
【請求項１０】
電力系統が変動した際に安定化させる電力系統安定化装置を用いた電力系統安定化方法であって、
前記電力系統安定化装置が、前記電力系統に設置された複数の分散電源の制御性能に基づいて前記複数の分散電源を分類する分散電源分類ステップと、
前記電力系統安定化装置が、前記電力系統を安定化させる指令を、各分類に分類済の分散電源の制御性能に応じて分配する分類指令算出ステップと、
前記電力系統安定化装置が、前記各分類に分配された指令を、前記各分類に分類済の分散電源に分配するよう演算する分散電源指令算出ステップと、
を有することを特徴とする電力系統安定化方法。
【請求項１１】
複数の分散電源が一部に設置された電力系統と、
前記複数の分散電源の制御性能に基づいて前記複数の分散電源を分類する分散電源分類部と、前記電力系統を安定化させる指令を、各分類に分類済の分散電源の制御性能に応じて分配する分類指令算出部と、前記各分類に分配された指令を、前記各分類に分類済の分散電源に分配するよう演算する分散電源指令算出部と、含む電力系統安定化装置と、
を備えることを特徴とする電力系統安定化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統安定化装置、電力系統安定化方法及び電力系統安定化システムに関し、特に、電力系統の一部として複数の分散電源が設置されている電力系統安定化装置に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統において、落雷などが原因で故障が発生すると、一部の回転機型発電機の回転が他の発電機に比べて加速する。加速した発電機の内部相差角が、他の発電機に対して増加し続けると、発電機間の同期が維持できずに電力系統が不安定となり、最悪の場合には大規模な停電に至るおそれがある。この系統の不安定化を防止するため、第１の従来技術として電力系統安定化装置が開発されている（特許文献１、非特許文献１）。
【０００３】
この電力系統安定化装置は、系統故障が発生していない平常時に、全ての想定故障ケースに対して、オンライン計測情報から系統の安定性を解析し、ケース毎に系統から切り離す発電機を予め決定する。系統故障が発生した場合に、平常時に決定した故障に対応する発電機を遮断（以下「電制」という）することで、系統の回転機型発電機が加速することを抑制して、系統を安定化させることが可能である。
【０００４】
一方、近年、太陽光発電や風力発電などの分散電源が積極的に導入されており、電力系統安定化装置で制御対象となる回転器型発電機に対し、分散電源の割合が増加している。既存の回転器型発電機では、遮断された後に再び系統に並列するには時間と費用がかかるが、分散電源は停止後に短い時間で故障前の出力に回復することが可能である。
【０００５】
上述のような背景から、第２の従来技術としては、回転型発電機だけでなく分散電源も制御対象とした電力系統安定化装置が考案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２８８８７８号公報
【特許文献２】特開２０１５−１３０７７７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】太田宏次、井上紀宏、伊藤久徳、福島宣夫、小俣和也、森田 憲一、小海裕：「オンライン安定度計算による脱調未然防止システム (ＴＳＣ) の開発」、電学論Ｂ、１１５巻１号、平成７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した第２の従来技術では、系統安定化のために、系統故障発生時に分散電源を停止させることだけを想定している。分散電源は停止後に短時間で再起動することが可能であり、系統不安定化を予防した直後に分散電源を再起動して系統が安定化するように出力した方が、系統をより短時間で元の状態に回復できる。
【０００９】
このような課題としては、発電機に比べ分散電源の一台あたりの容量が小さいため、系統安定化効果を得るためには複数の分散電源を制御する必要があること、電力系統安定化装置から各分散電源への通信遅れや分散電源の出力変化遅れなどの制御遅れによる制御への影響がある。加えて、分散電源の出力を減少させた場合には、所有者は売電の機会が制限され不利益となることから公平性が要求されることである。
【００１０】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、売電の機会の公平性を考慮しつつ複数の分散電源の合計出力を目標出力通りに制御して電力系統の安定化性能を向上することができる電力系統安定化装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するため、本発明においては、電力系統が変動した際に安定化させる電力系統安定化装置であって、前記電力系統に設置された複数の分散電源の制御性能や制御回数に基づいて前記複数の分散電源を分類する分散電源分類部と、各分類に分類済の分散電源の制御性能や制御回数に応じて分類に分配する分類指令算出部と、前記各分類に分配された指令を、前記各分類に分類済の分散電源に分配するよう演算する分散電源指令算出部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明においては、電力系統が変動した際に安定化させる電力系統安定化装置を用いた電力系統安定化方法であって、前記電力系統安定化装置が、前記電力系統に設置された複数の分散電源の制御性能や制御回数に基づいて前記複数の分散電源を分類する分散電源分類ステップと、前記電力系統安定化装置が、各分類に分類済の分散電源の制御性能や制御回数に応じて、前記電力系統を安定化させる指令を分配する分類指令算出ステップと、前記電力系統安定化装置が、前記各分類に分配された指令を、前記各分類に分類済の分散電源に分配するよう演算する分散電源指令算出ステップと、を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明においては、複数の分散電源が一部に設置された電力系統と、前記複数の分散電源の制御性能や制御回数に基づいて前記複数の分散電源を分類する分散電源分類部と、各分類に分類済の分散電源の制御性能や制御回数に応じて、前記電力系統を安定化させる指令を各分類に分配する分類指令算出部と、前記各分類に分配された指令を、前記各分類に分類済の分散電源に分配するよう演算する分散電源指令算出部と、含む電力系統安定化装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、売電の機会の公平性を考慮しつつ複数の分散電源の合計出力を目標出力通りに制御して電力系統の安定化性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態に係る電力系統安定化装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電力系統安定化装置のソフトウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態の電力系統安定化装置の処理の全体を示すフローチャートの例である。
【図４】第１の実施の形態の分散電源分類部における分類結果の例を示す図である。
【図５】第１の実施の形態の分散電源分類部が出力する近似特性式の例を示す図である。
【図６】第１の実施の形態の系統安定化指令決定部が出力する分散電源系統安定化指令の例を示す図である。
【図７】第１の実施の形態の分類指令算出部による分散電源系統安定化指令の配分方法の例を示す図である。
【図８】第２の実施の形態の電力系統安定化装置のソフトウェアの構成例を示すブロック図である。
【図９】第２の実施の形態の電力系統安定化装置の処理の全体を示すフローチャートである。
【図１０】第２の実施の形態における近似モデルを示す図である。
【図１１】第３の実施の形態の電力系統安定化装置のソフトウェアの構成例を示すブロック図である。
【図１２】第３の実施の形態の電力系統安定化装置の処理の全体を示すフローチャートである。
【図１３】第３の実施の形態のアンシラリーサービス分散電源分類部が出力する近似特性式の例を示す図である。
【図１４】ＦＲＴ要件及び分散電源の系統故障から復帰時の応答の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面について、本発明の一実施の形態について詳述する。
（１）第１の実施の形態
（１−１）ハードウェア構成
図１は、第１の実施の形態が適用された電力系統安定化装置１０及び電力系統のハードウェア構成の一例を示す。この電力系統は、複数の計測データが通信ネットワークを介してデータベースに格納される。
【００１７】
電力系統は、複数の同期発電機１３０及び負荷１５０が母線（以下「ノード」とも称する）１１０、変圧器１２０及び送電線路１４０等を介して相互に連系されたシステムである。なお、図１において、符号１６０で示した箇所は、当該電力系統における想定故障個所を例示している。
【００１８】
ノード１１０には、電力系統の保護、制御、監視の目的での各種の計測器が適宜設置されており、計測器で検知した信号は、通信ネットワーク３００を介して電力系統安定化装置１０の通信部２３に送られる。なお、図１では、ノード１１０に対して図示したノード番号を適宜付与して示している。その他のノード番号のノードには、既存の電流及び電圧の計測器や、風力発電機、蓄電池、太陽光発電機またはガスタービンなどの分散電源ＤＰが設置されており、これら機器の検出値や制御状態や契約情報なども通信部２３に送られる。
【００１９】
電力系統安定化装置１０は、計算機システムで構成されており、ディスプレイ装置等の表示部２１、キーボードやマウス等の入力部２２、通信部２３、ＣＰＵ２４、メモリ２５及び各種データベースがバス線２６に接続された構成となっている。
【００２０】
電力系統安定化装置１０は、データベースとして、系統情報検出値データベースＤＢ１、故障条件データベースＤＢ２及び分散電源特性データベースＤＢ３を有する。
【００２１】
なお、表示部２１は、例えば、ディスプレイ装置に代えて、またはディスプレイ装置と共に、プリンタ装置または音声出力装置等を用いる構成でもよい。入力部２２は、例えば、キーボードスイッチ、マウス等のポインティング装置、タッチパネル、音声指示装置等の少なくともいずれか一つを備えていればよい。
【００２２】
通信部２３は、通信ネットワーク３００に接続するための回路及び通信プロトコルを備える。ＣＰＵ２４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。ＣＰＵ２４は、一つまたは複数の半導体チップとして構成してもよいし、または、損代わりに計算サーバのようなコンピュータ装置として構成してもよい。メモリ２５は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）として構成され、コンピュータプログラムを記憶したり、各処理に必要な計算結果データ及び画像データ等を記憶したりする。メモリ２５に格納されたデータは、表示部２１に送られて表示される。
【００２３】
（１−２）ソフトウェア構成
図２は、第１の実施の形態が適用された電力系統安定化装置１０のソフトウェア構成例を示す。なお、図示の例では、後述する故障条件データベースＤＢ２の図示を省略している。電力系統安定化装置１０は、中央安定化制御部８０及び分散制御部９０を備えている。
【００２４】
中央安定化制御部８０は、系統情報検出値データベースＤＢ１、系統安定化計算部８２、系統安定化指令決定部８３及び発電機選択部８４を備えており、分散制御部９０は、分散電源特性データベースＤＢ３、分散電源分類部９２、分類指令算出部９３及び分散電源指令算出部９４を備えている。
【００２５】
中央安定化制御部８０では、系統安定化計算部８２が、系統の線路、発電機の系統構成と系統内の電力潮流の検出情報を格納した系統情報検出値データベースＤＢ１の情報を用いて、想定した系統事故における系統の安定性を解析する。ここでの解析は、例えば故障発生後の電力系統の現象のシミュレーションである。
【００２６】
系統安定化指令決定部８３は、後述のように電制により系統を安定化させることができる発電機、分散電源の系統エリアを抽出する。この系統安定化指令決定部８３は、後述の分散電源分類部９２が出力する分類において、この分散電源の系統エリアにある分類に所属する全分散電源の合成出力特性から当該エリアにある全分散電源の合計出力に対する指令である分散電源系統安定化指令を分類指令算出部９３に出力する。
【００２７】
分散制御部９０では、分散電源分類部９２が、各分散電源のある系統エリア、蓄電池や風力発電や太陽光発電やガスタービンなどの分散電源の種別、通信遅れや出力速さなどの制御性能・遅れ、過去の分散制御部９０からの制御指令の回数や制御指令の積分値に基づいて、各分散電源を分類する。
【００２８】
分散電源分類部９２は、各系統エリアにある全分散電源を合成した出力特性の近似特性と、出力可能量の合計値を前記系統安定化指令決定部８３に送信する。また、分散電源分類部９２は、各系統エリアの分類に所属する全分散電源の出力特性を合成した近似特性と出力可能量の合計値を分類指令算出部９３に送信する。
【００２９】
分類指令算出部９３は、系統安定化指令決定部８３によって指定された系統エリアにある全分類の分散電源の合計出力指令である分散電源系統安定化指令を、それらの分類の特性に基づいて分配する。この分配方法の詳細については後述する。
【００３０】
分散電源指令算出部９４は、上述した分類指令算出部９３から各分類に与えられた指令を、各分散電源で調整可能な出力の比で各分散電源に出力する。各分散電源は、この指令に応じて現在の出力を増減させる。
【００３１】
（１−３）電力系統安定化装置の動作例
第１の実施の形態に係る電力系統安定化装置１０は以上のような構成であり、次にその動作例について説明する。
【００３２】
図３は、第１の実施の形態に係る電力系統安定化装置１０の処理の全体を示すフローチャートである。図４は、第１の実施の形態の分散電源分類部における分類結果の例を示し、図５は、第１の実施の形態の分散電源分類部が出力する近似特性式の例を示す。図６は、第１の実施の形態の系統安定化指令決定部が出力する分散電源系統安定化指令の一例を示す。図７は、第１の実施の形態の分類指令算出部による分散電源系統安定化指令の配分方法の一例を示す。以下、図４〜図７を参照しつつ説明する。
【００３３】
図３に示すステップＳ１では、分散制御部９０では、分散電源分類部９２が、分散電源特性データベースＤＢ３に格納されている、通信遅れなどによる制御指令から分散電源の動作開始までの動作遅れや出力の変化速さ(ＭＷ／Ｓ）などの分散電源の制御遅れ特性などの制御性能に加えてさらに、上位制御による制御指令の合計量や制御回数などの制御履歴を引用する。
【００３４】
分散制御部９０では、分散電源分類部９２が、系統エリアごとに、分散電源の制御遅れ特性等の制御性能及び制御履歴に基づいて、分散電源を、例えば図４のように分類する。ここでの分類例は、閾値判別により制御遅れ特性を速・中・遅、制御履歴を多・少で評価した、評価値の組合せで分類した。
【００３５】
加えて、分類指令算出部９３は、図５（Ａ）のように各分類において全分散電源のステップ応答を算出し、それらのステップ応答の合計値と図５（Ｂ）の近似特性式が一致するように定数Ｔｄ＿ｃｌｕＳｔｅｒとＴ１ｓｔ＿ｃｌｕＳｔｅｒをフィティングする。この近似特性式におけるＰｍａｘ＿ｃｌｕＳｔｅｒ、Ｐｍｉｎ＿ｃｌｕＳｔｅｒは、各分類の分散電源で増加可能な出力の合計値、減少可能な出力の合計値となる。これらは、系統エリアの各分類に所属する全分散電源の近似特性であるため、同様の方法で各系統エリアの全分散電源の特性を算出した近似特性式のＴｄ＿ａｌｌとＴ１ｓｔ＿ａｌｌ及びＰｍａｘ＿ａｌｌ、Ｐｍｉｎ＿ａｌｌを算出し、分散制御部９０から中央安定化制御部８０に送信する。
【００３６】
ステップＳ２では、中央安定化制御部８０の系統安定化計算部８２が、系統情報検出値データベースＤＢ１や故障条件データベースＤＢ２より引用した故障条件、系統構成を基に、系統安定化計算として簡略安定性計算を行う。ここで、発電機などを含めた電力系統の応答について、系統故障開始から１秒程度までをシミュレーションで算出して安定性を判別することを「簡略安定性計算」、系統故障開始から数十秒程度までを算出して安定性を判別することを「詳細安定性計算」と定義する。
【００３７】
ステップＳ３では、系統安定化計算部８２が、上述した計算結果から故障ケース毎に発電機毎の角速度や内部位相角を抽出して、過酷度指標ｘを算出する。一例として、系統故障発生直後における電力系統の過酷度を示す第一の指標値Ｋｅ及び第二の指標値ＫＥを用いて、過酷度指標ｘを算出する方法を、以下に示す（例えば上記特許文献１参照）。指標値Ｋｅは、各発電機の運動エネルギーの故障発生前からの増加率Ｋｅｉ(％)の最大値であり、（１）式及び（２）式によって表される。
【００３８】
2019187091.tif 000003
ただし、ｉ：発電機番号、ω０ｉ：故障発生前の発電機ｉの角速度、ωｉ：故障発生後の発電機ｉの角速度、Ｍｉ：発電機ｉの慣性定数である。さらに、発電機の運動エネルギーの増加率Ｋｅｉを時間積分した値であるＫＥｉの最大値ＫＥ（Ｓ％）を、（３）式〜（５）式のよう求める。
【００３９】
2019187091.tif 000004
ただし、θは内部位相角、θｉは位相角変化である。発電機の内部位相角δが１１０°程度となる安定限界で、Ｋｅの安定限界を示す値２．５（％）と、ＫＥの安定限界を示す値０．５（％ｓ）の指標値をそれぞれ正規化し、その積をとった過酷度指標ｘを求める。ｘは次式で表される。
【００４０】
2019187091.tif 000005
【００４１】
式（６）は、不安定な状態では指標値Ｋｅは２．５より大きくなり、また指標値ＫＥも０．５より大きくなるため、ｘが閾値ｘ_ｔｈ＝１．０より大きくなるか否かで、安定か不安定を判断し、想定故障の優先順位をｘの大きさの順に決定する。
【００４２】
ステップＳ４では、系統安定化指令決定部８３が、過酷度指標で不安定とされたケースごとに、安定性が向上する系統エリアの分類に所属する全分散電源の合計出力指令である分散電源系統安定化指令を算出する。この安定性が向上する系統エリアは、不安定と判定された発電機と系統エリア（分散電源）のインピーダンスが設定値以下となるエリアとする。
【００４３】
分散電源系統安定化指令の例は、図６に示すようになる。図６では、故障直後から系統電圧が一定値以下かつ系統周波数が加速し続ける期間は０とした後、ステップＳ１で算出した系統エリアの全分散電源の近似特性である制御遅れ性能Ｔｄ＿ａｌｌ、Ｔ１ｓｔ＿ａｌｌが追従できるような変化で出力をＰｍａｘ＿ａｌｌ以下の所定値まで上昇するパターンとなる。
【００４４】
ステップＳ５では、分類指令算出部９３が、ステップＳ４において算出された分散電源系統安定化指令を分類の特性ごとに配分する。この配分方法の例は、図７に示す手順または後述する第２の実施の形態となる。
【００４５】
図７に示す例では、分散電源系統安定化指令Ｐｒｅｆを出力分担係数Ａ，Ｂ，Ｃにより応答が速い分類１及び分類２、普通(中)の分類３及び分類４、遅い分類５及び分類６の３つ分配し、分配された指令が不感帯を超過している場合には過去の制御回数が多い分類も出力する一方、これを超過しない場合には過去の制御回数が少ない分類のみに指令値が出力される。なお、分類ごとに出力される指令においては、各分類の遅れ特性Ｔ１ｓｔ＿ｃｌｕＳｔｅｒを時定数としたフィルタにより各分類には追従できない速さの出力指令が送られることを防いでいる。
【００４６】
分散電源指令算出部９４は、各分類に分配された指令を、同じ分類に所属する分散電源の出力可能量の大きさに比例して分配し、各分散電源の出力指令とする。
【００４７】
ステップＳ６では、ステップＳ５で分散電源指令算出部９４から指令を受けたすべての分散電源が指定値どおりに出力したと仮定して簡易安定性を計算する。
【００４８】
ステップＳ７では、分散電源指令算出部９４が、ステップＳ６において算出された簡易安定性の演算結果より過酷度指標を算出する。
【００４９】
ステップＳ８では、分散電源指令算出部９４が、想定故障ごとに計算が完了するまで、これらステップＳ２〜Ｓ７を繰り返し実施する。
【００５０】
ステップＳ９では、発電機選択部８４が、ステップＳ７で各故障ケースにおいて分散電源が系統を安定化させるように出力した場合においても不安定と判定された発電機の中から電制対象となる発電機を選定する。
【００５１】
ステップＳ１０では、中央安定化制御部８０が、想定した故障に対して発電機を電制した場合に、安定の可否を確認し、系統安定化対策を評価する。
【００５２】
前述したように安定化対策が必要であると判断された故障が、実際の電力系統で発生した場合には、上述したように決定した分散電源の指令、及び発電機を電制して系統を安定化させる。
【００５３】
第１の実施の形態によれば、複数の分散電源を制御するにあたり、各分散電源で異なる通信遅れや出力遅れなどの制御遅れ性能や、過去の出力制御の回数や量に対する公平性を考慮する必要があるため、制御遅れ性能と制御履歴に基づいて分散電源を分類し、分類の特性に応じた制御指令値を分散電源に指令する。
【００５４】
制御性能が早い分散電源には速い成分の指令値が、遅い分散電源には遅い成分が指令値に与えられ、かつ制御履歴が少ない分散電源が優先的に制御されるようになり、制御遅れの影響が低減されて制御履歴に対する公平性を維持した制御を実現することができる。
【００５５】
加えて、分類で纏めて指令値を算出し出力可能量等の比で分配したものを分散電源の指令値とすることで、分散電源の制御特性を個別に考慮して個別に指令値を算出するのに比べて、演算時間を低減することができる。
【００５６】
電力系統の系統安定化に関する効果としては、数多くの分散電源の特性を個別に考慮した電力系統の安定性判別は演算規模が大きくなり困難であるが、分類してまとめて扱うことで特性の把握及び系統の安定化計算への実装が容易となり、分散電源の特性を考慮した系統安定化システムを実現することができる。
【００５７】
本実施の形態によれば、売電の機会の公平性を考慮しつつ複数の分散電源の合計出力を目標出力通りに制御して電力系統の安定化性能を向上することができる。
【００５８】
なお、本実施の形態においては、電力系統安定化装置１０の装置内や同一場所に分散制御部９０を配置したが、系統のエリアごとに分散制御部９０を独立して別途配置し、電力系統安定化装置１０側の中央安定化制御部８０と連系する形態であってもよい。また、系統事故発生時の系統安定化を目的として分散制御部９０を活用したが、分散電源制御部に送信する分散電源系統安定化指令は任意に変更可能なことから、分散電源の出力を調整するデマンドレスポンスにも適用することができる。
【００５９】
（２）第２の実施の形態
第２の実施の形態に係る電力系統安定化装置１０Ａは、第１の実施の形態に係る電力系統安定化装置１０とほぼ同様の構成及び動作であるため、以下の説明では両者の相違点を中心として説明する。
【００６０】
（２−１）ソフトウェア構成
図８は、第２の実施の形態に係る電力系統安定化装置１０Ａのソフトウェア構成の一例を示す。第２の実施の形態では、第１の実施の形態と比べると、分類出力予測・指令補正部９５が追加されている点が異なっている。
【００６１】
分類出力予測・指令補正部９５は、前述した第１の実施の形態における各分類の近似モデル（近似特性式）と、この近似モデルの実出力に相当する同分類に所属する分散電源の現在の合計出力、及び、現在時刻から今後出力される分散電源系統安定化指令を入力として、各分類の分散電源の合計出力を予測して分散電源安定化指令通りに出力されるように分類指令を補正する。
【００６２】
さらに具体的には、分類出力予測・指令補正部９５は、分散電源分類部９２が出力する制御性能の近似特性に基づいて、各分類に分類済の分散電源の合計出力を予測し、各分類に分類済の分散電源の将来の合計出力及び上位制御からの出力指令に誤差がある場合には各分類に分類済の分散電源に対する当該指令を調整して誤差を補正する。
【００６３】
（２−２）電力系統安定化装置の動作例
第２の実施の形態では、電力系統安定化装置１０の系統故障発生前までの処理は、第１の実施の形態における処理と同様であるため、説明を省略する。図９は、故障発生時の処理全体を示す。
【００６４】
系統故障が発生すると（ステップＳ１０１）、その直後、電力系統安定化装置１０Ａでは、分類指令を算出し（ステップＳ１０２）、想定した故障に対する各分散電源への指令を出力する（ステップＳ１０３）。
【００６５】
ステップＳ１０４では、分類出力予測・指令補正部９５が、各分類に所属する分散電源の合計出力を、各分類の制御性能の近似モデルを利用して予測する。ここで、第１の実施の形態の各分類における近似モデルは、非線形特性を無視すれば（１１）式の離散時間状態方程式として表すことができる。ここで、ｕ［ｋ］は各分類への分類指令、Ａ，Ｂ，Ｃは係数行列、ｘ［ｋ］は状態量となる。ｙ［ｋ］＝[ｙ１［ｋ］，・・・，ｙｎ［ｋ］］Ｔは、各分類に所属する分散電源の合計出力であり、ｎは、分類の数である。
【００６６】
2019187091.tif 000006
【００６７】
この離散時間状態方程式に対して、後述する（１２）式に示すモデル予測制御を適用すれば（例えば「モデル予測制御  制約のもとでの最適制御」Ｊａｎ  Ｍ．ＭａｃｉｅｊｏｗＳｋｉ、東京電機大学出版局、ｐｐ４４-１０３(２００５)参照）、後述する(１３)式のように現在の状態量ｘ［ｋ］、直前の分類指令ｕ［ｋ−１］、ｕ［ｋ−１］に対する将来の分類指令の変化量であるΔｕ[ｋ］〜Δｕ［ｋ＋Ｈｕ−１］Ｔ、から将来の各分類に所属する分散電源の合計出力ｙ[ｋ＋１]〜ｙ［ｋ＋Ｈｐ］を予測することができる。ここで、Ｈｕは、制御ホライズンであり現在時刻からΔｕが一定値となるまでの時刻、Ｈｐは、予測ホライズンであり現在時刻からｙを予測する時刻である。
【００６８】
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【００６９】
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【００７０】
さらに（１１）式で無視した飽和特性などの非線形特性は(１４)式となる。
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【００７１】
(１２)式から予測される将来の各分類に所属する分散電源の合計出力ｙ［ｋ＋１］〜ｙ［ｋ＋Ｈｐ］において、各時刻においてｙの要素を合計することで、全分類に所属する分散電源の合計出力を予測する。
【００７２】
さらに、上記(１４)式の制約条件の下、後述する(１５)式の目的関数を最小化する。(１５)式は、予測した全分類に所属する分散電源の合計出力Σｙｊ［ｋ］・・・Σｙｊ［ｋ＋Ｈｐ］と、分散電源系統安定化指令Ｐｒｅｆ［ｋ］・・・Ｐｒｅｆ［ｋ＋Ｈｐ］の誤差、及び将来の分類指令の変化量Δｕ［ｋ］,Δｕ［ｋ＋１］，・・・，Δｕ［ｋ＋Ｈｕ−１］が含まれており、(１５)式を最小化することで全分散電源の合計出力を分散電源系統安定化指令通りに出力できるような分類指令を算出することができる。
【００７３】
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【００７４】
なお、分散電源の不確定性により出力可能量が変化した場合には、(３)式の飽和特性の上限値または下限値を修正することで、変化に対応した分類指令に補正することができる。また、（１１）式では、第１の実施の形態の各分類における近似モデルを利用したが、図１０のように近似モデルに積分器(１／Ｓ）を追加し、（１１）式の代わりに積分器の要素yＳを拡張した(１６)式を対象とし、(１７)式の目的関数を最小化することで出力の積分値が小さい分類を優先的に出力させることが可能となる。
【００７５】
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【００７６】
言い換えると、このような（１７）式では、分散電源分類部９２が出力する制御性能の近似特性に基づいて、各分類の分散電源の合計出力及び積分値を予測し、積分値が閾値以下となるように、各分類に分類済の分散電源に対する前記指令を調整している。
【００７７】
ステップＳ１０５では、分散電源が指令値どおりに出力されていれば、系統安定化指令値どおりとなるため、ステップＳ５での補正は生じない。ステップＳ１０５以降では、故障発生した後に、分散電源の状況により徐々に上記の誤差が大きくなることが想定されるため、電力系統安定化装置１０からの出力制御が終了するまで、ステップＳ１０２〜Ｓ１０５の処理を繰り返す（ステップＳ１０６）。
【００７８】
以上のように第２の実施の形態によれば、予測モデルにより全分類に所属する分散電源の合計出力の将来出力を予測して、分散電源系統安定化指令との誤差を最小化することで、分散電源に通信遅れや出力変化遅れがある場合にも、それらの影響を低減することができる。さらに、制御途中で、予期せず分散電源の出力可能量が上限に達した場合にも、制約条件の修正や各分類指令を補正することにより分散電源の不確定な出力に対する制御補償が実現可能である。
【００７９】
（３）第３の実施の形態
第３の実施の形態に係る電力系統安定化装置１０Ｂは、前述した第１の実施の形態に係る電力系統安定化装置１０とほぼ同様の構成及び動作であるため、以下の説明では両者の相違点を中心として説明する。
【００８０】
（３−１）ソフトウェア構成
図１１は、第３の実施の形態の電力系統安定化装置１０Ｂのソフトウェア構成の一例を示す。第３の実施の形態の電力系統安定化装置１０Ｂは、第１の実施の形態に係る電力系統安定化装置１０のうち分散制御部９０にアンシラリーサービス分散電源分類部９６が追加された分散制御部９０Ｂを備えている。
【００８１】
アンシラリーサービス分散電源分類部９６は、系統の周波数や電圧に応じて出力を調整するアンシラリーサービスなどの契約を結んでいる分散電源の契約情報や制御遅れ情報を系統エリアごとに定期的に収集する。
【００８２】
アンシラリーサービス分散電源分類部９６は、これら契約情報の内容と制御遅れに基づいて分散電源を分類し、各分類の近似モデルを構築。この分類結果と、各分類の近似モデルの結果を中央安定化制御部８０の系統安定化計算部８２に送信する。
【００８３】
図１２は、第３の実施の形態の電力系統安定化装置１０Ｂの処理全体を示すフローチャートである。図示の例では、第１の実施の形態において図３に示すフローチャートにおいて、ステップＳ１と同時に、アンシラリーサービス分散電源分類、合成特性算出が実行される（ステップＳ１Ａ）。
【００８４】
このステップＳ１Ａでは、アンシラリーサービス分散電源分類部９６が、最初に、分散電源特性データベースＤＢ３に格納されている、アンシラリーサービスを契約している分散電源の契約情報や制御遅れを引用する。これらの契約情報は、アンシラリーサービスとして系統変動時の系統安定化を目的に、系統周波数に応じた有効電力出力の増減や、系統電圧に応じた無効電力出力の増減の動作に関する情報を含む。
【００８５】
アンシラリーサービス分散電源分類部９６は、この系統変動時の動作及び制御遅れに応じて各分散電源を分類する。各分類では、図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に各々示すような近似モデルを構築し、系統安定化計算部８２に送信する。
【００８６】
ステップＳ２以降では、第１の実施の形態において出力制御可能な分散電源と同様に、アンシラリーサービス分散電源分類部９６が、アンシラリーサービス分散電源分類、合成特性算出の近似モデルも安定性計算に組み込む。この近似モデルの組み込み方法としては、系統安定化計算上で模擬されている、分散電源の近隣母線に近似モデルの特性どおりに出力する負荷または電源モデルを接続すればよい。
【００８７】
以上のように第３の実施の形態では、アンシラリーサービス分散電源分類部９６が、系統変動時に動作する複数の分散電源を、アンシラリーサービス等により事前の契約情報及び複数の分散電源の制御遅れ等の制御性能に基づいて分類し、近似モデルを構築して系統安定化計算に追加している。これにより、アンシラリーサービスなどで系統変動時に動作する分散電源も考慮した安定化計算が実現可能となる。特に、契約内容が一定期間で変わるような場合には、分散電源の動作変化に対応可能で精度の高い系統安定化が実現可能となる。
【００８８】
また本実施の形態では、アンシラリーサービス分散電源分類部９６が、複数の分散電源の制御性能及び系統が変動した後における複数の分散電源の出力回復パターンに基づいて複数の分散電源を分類しても良い。これにより、系統変動後の分散電源も考慮した安定化計算が実現可能となる。
【００８９】
なお、本実施の形態では、アンシラリーサービスの分散電源を対象としたが、図１４に示すＦＲＴ要件(Fault ride through：「系統連系規定ＪＥＡＣ９７０１-２０１２
２０１４年  追補版（その２）」（一般社団法人日本電気協会系統連系専門部会）参照)を満たすように系統故障後からの復帰時に決められた応答を想定する場合には、各分散電源の故障直後の停止期間や復帰時の出力レートなどで分類し、応答を、図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に示す近似モデルに近似して、系統安定化計算に追加することで、分散電源のＦＲＴ特性を考慮することも可能である。
【００９０】
（４）その他の実施形態
上記実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その趣旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。例えば、上記実施形態では、各種プログラムの処理をシーケンシャルに説明したが、特にこれにこだわるものではない。従って、処理結果に矛盾が生じない限り、処理の順序を入れ替え又は並行動作するように構成しても良い。また、上記実施形態における各処理ブロックを含むプログラムは、例えばコンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体に格納されている形態であっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、電力系統の一部として複数の分散電源が設置されている電力系統安定化装置に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１０，１０Ａ，１０Ｂ……電力系統安定化装置、８２……系統安定化計算部、８３……系統安定化指令決定部、８４……発電機選択部、９２……分散電源分類部、９３……分類指令算出部、９４……分散電源指令算出部。
【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１３】
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【図１４】
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