(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散型電源を接続した配電線の所定箇所における有効電力Ｐと無効電力Ｑを得て、前記分散型電源の発電量を推定する分散型電源の発電量推定装置であって、
前記配電線の所定箇所における有効電力Ｐと無効電力Ｑを時系列なデータとして記憶する計測値記憶部と、
該計測値記憶部のデータから前記分散型電源の発電量が無い場合の有効電力Ｐと無効電力Ｑの関係を示す第１のＰＱ動作直線を推定するＰＱ動作直線推定部と、
前記計測値記憶部のデータから前記分散型電源の力率を算出し、発電量を推定したい時刻の前記有効電力Ｐと無効電力Ｑの計測値と前記分散型電源の力率から前記分散型電源が発電時の有効電力Ｐと無効電力Ｑの関係を示す第２のＰＱ動作直線を推定し、前記第１のＰＱ動作直線と前記第２のＰＱ動作直線の交点における有効電力Ｐ、無効電力Ｑを、実負荷推定値とする実負荷推定部と、
前記発電量を推定したい時刻の前記有効電力Ｐと無効電力Ｑの計測値と、前記実負荷推定値から前記分散型電源の推定発電量を計算する発電量推定部とを備えることを特徴とする分散型電源の発電量推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の分散型電源の発電量推定装置であって、
前記第１のＰＱ動作直線は、前記計測値記憶部の複数のデータについて無効電力Qを大きさで範囲分けし、かつ当該範囲内で有効電力が大きな値を示すデータを抽出し、抽出された複数範囲のデータ群から模擬により得られることを特徴とする分散型電源の発電量推定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の分散型電源の発電量推定装置であって、
前記分散型電源の力率は、前記計測値記憶部の昼間におけるデータのうち、天候急変の前後における有効電力Ｐと無効電力Ｑの値から求めることを特徴とする分散型電源の発電量推定装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の分散型電源の発電量推定装置であって、
前記分散型電源の力率は、前記計測値記憶部の昼間におけるデータのうち、安定的に発電を行っている状態での複数の有効電力Ｐと無効電力Ｑの値から変化方向を模擬して求めることを特徴とする分散型電源の発電量推定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の分散型電源の発電量推定装置であって、
前記発電量推定部は、前記第１のＰＱ動作直線と前記第２のＰＱ動作直線の交点における有効電力Ｐ、無効電力Ｑと、前記発電量を推定したい時刻の前記有効電力Ｐと無効電力Ｑの計測値の差として、前記分散型電源の発電量を得ることを特徴とする分散型電源の発電量推定装置。
【請求項６】
分散型電源を接続した配電線の所定箇所における有効電力Ｐと無効電力Ｑを得て、前記分散型電源の発電量を推定する分散型電源の発電量推定方法であって、
前記配電線の所定箇所における有効電力Ｐと無効電力Ｑを時系列なデータとして記憶し、
該記憶したデータから前記分散型電源の発電量が無い場合の有効電力Ｐと無効電力Ｑの関係を示す第１のＰＱ動作直線を推定し、
前記記憶したデータから前記分散型電源の力率を算出し、発電量を推定したい時刻の前記有効電力Ｐと無効電力Ｑの計測値と前記分散型電源の力率から前記分散型電源が発電時の有効電力Ｐと無効電力Ｑの関係を示す第２のＰＱ動作直線を推定し、前記第１のＰＱ動作直線と前記第２のＰＱ動作直線の交点における有効電力Ｐ、無効電力Ｑを、実負荷推定値とし、
前記発電量を推定したい時刻の前記有効電力Ｐと無効電力Ｑの計測値と、前記実負荷推定値の差から前記分散型電源の推定発電量を計算することを特徴とする分散型電源の発電量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は配電系統に連系された分散型電源の発電量推定装置及び方法に係り、特に配電系統における力率の変化にも対応できる分散型電源の発電量推定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電システムの高効率化や技術向上に伴い太陽光発電の設置台数は増加しており、国の推進もあり風力発電も含めた分散型電源の普及が進んでいる。
【０００３】
発電所で発電された電力は送電線、変電所を介して配電線から各需要家負荷に送られている。従来、これらの発送電設備は電気事業者に所属しその管理下にあったが、近年の分散型電源（風力発電や太陽光発電など）は、多くの場合に需要家あるいは発電事業者が所有している。そして需要家あるいは発電事業者が所有する分散型電源は、多くの場合に電気事業者が管理している送電線（配電系統）に連系接続されており、分散型電源の発電量のうち需要家において消費されなかった一部の電力は連系する配電系統に送られている。
【０００４】
ところで電気事業者は、電力の安定供給のために発電所、変電所などの電気所において電力供給量を測定しているが、分散型電源が設置された配電系統においては、需要家が実際に消費した電力（実負荷）は分からず、見かけ上の負荷（表面負荷）しか把握することができないという問題を生じている。具体的には例えば電気所からの電力供給量が１０と計測され、分散型電源の発電量が３であるとき、当該電気所に接続される負荷の総量は１３であるべきところ、電気事業者は１０としか認識することができない。この場合には、実負荷が１３であるのに対し、見かけ上の負荷（表面負荷）として１０しか把握できない状態であることを意味している。そのうえ、分散型電源による発電量は天候に影響されて不安定であり、電気所における実負荷把握を一層困難なものにしている。
【０００５】
電気事業者において電力の安定化を図るには、電力需要に対する適切な電力供給が重要であり、電力需要を精度よく予測する必要がある。太陽光発電などの分散型電源の影響が小さい場合には、電力を供給する地域全体の負荷を推定するだけでよかった。しかし、今後分散型電源の設置台数や容量が増大するにつれて、分散型電源の発電量も大きくなり、その影響は無視できるものではなくなると考えられる。そのため、電力需要を精度良く予測するためには分散型電源の発電量についても正確に推定する必要がある。
【０００６】
この点に関して、分散型電源の各設備にセンサを設置して個別発電量を計測、把握したうえで、通信回線を介して情報を電気所側に収集し、その総量を時々刻々電気所側で確認することは技術的に可能であるが、太陽光発電など多数連系が予想される設備の場合、個別にセンサや通信回線を設置することは経済的ではなく、現実的な方法ではない。
【０００７】
係る事情に鑑み、ある計測点より負荷側の負荷について有効電力Ｐと無効電力Ｑの動作直線を推定できる場合、計測点の有効電力Ｐと無効電力Ｑの計測値および分散型電源の力率から、実負荷と分散型電源の発電量を推定することができる。例えば特許文献１は、太陽光発電の発電量を推定する方法として、負荷や太陽光発電より上流で計測される有効電力Ｐと無効電力Ｑから独立成分分析を適用することで負荷の有効電力Ｐと太陽光発電の有効電力Ｐを求める方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１２−９５４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１で提案された方法では、負荷電力の有効電力Ｐと無効電力Ｑとが常に一定力率の関係を保っていることが必要であるが、実系統においては配電系統負荷が全体として常に一定力率であることはなく、特に工場・商業地域の力率は１日の間で大きく変化する。
【００１０】
以上のことから本発明においては、少ないセンサで、配電系統における力率の変化にも対応できる分散型電源の発電量推定装置及び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】
【００１１】
以上のことから本発明においては、分散型電源を接続した配電線の所定箇所における有効電力Ｐと無効電力Ｑを得て、分散型電源の発電量を推定する分散型電源の発電量推定装置であって、配電線の所定箇所における有効電力Ｐと無効電力Ｑを時系列なデータとして記憶する計測値記憶部と、計測値記憶部のデータから分散型電源の発電量が無い場合の有効電力Ｐと無効電力Ｑの関係を示す第１のＰＱ動作直線を推定するＰＱ動作直線推定部と、計測値記憶部のデータから分散型電源の力率を算出し、発電量を推定したい時刻の有効電力Ｐと無効電力Ｑの計測値と前記分散型電源の力率から前記分散型電源が発電時の有効電力Ｐと無効電力Ｑの関係を示す第２のＰＱ動作直線を推定し、第１のＰＱ動作直線と第２のＰＱ動作直線の交点における有効電力Ｐ、無効電力Ｑを、実負荷推定値とする実負荷推定部と、発電量を推定したい時刻の有効電力Ｐと無効電力Ｑの計測値と、実負荷推定値から分散型電源の推定発電量を計算する発電量推定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、分散型電源を接続した配電線の所定箇所における有効電力Ｐと無効電力Ｑを得て、分散型電源の発電量を推定する分散型電源の発電量推定方法であって、配電線の所定箇所における有効電力Ｐと無効電力Ｑを時系列なデータとして記憶し、記憶したデータから分散型電源の発電量が無い場合の有効電力Ｐと無効電力Ｑの関係を示す第１のＰＱ動作直線を推定し、記憶したデータから分散型電源の力率を算出し、発電量を推定したい時刻の有効電力Ｐと無効電力Ｑの計測値と分散型電源の力率から分散型電源が発電時の有効電力Ｐと無効電力Ｑの関係を示す第２のＰＱ動作直線を推定し、第１のＰＱ動作直線と第２のＰＱ動作直線の交点における有効電力Ｐ、無効電力Ｑを、実負荷推定値とし、発電量を推定したい時刻の有効電力Ｐと無効電力Ｑの計測値と、実負荷推定値の差から分散型電源の推定発電量を計算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、少ないセンサで、配電系統における力率の変化にも対応できる分散型電源の発電量推定装置及び方法を提供することができる。より詳細には、本発明の実施例では、電力事業者が常時電流監視の為に計測・収集している計測値を使用するため、分散型電源に計測器を設置せずに発電量を推定できる。また短時間に負荷が急変動しないと仮定した場合、計測値の急変動を監視することで発電量の急変動を読み取ることが可能であり、発電量の急変動から分散型電源の力率を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の発電量推定装置１０における機能構成を示すブロック図。
【図２】Ａ変電所において計測した有効電力Ｐと無効電力Ｑのデータを示す図。
【図３】図２の各時刻における有効電力Ｐと無効電力Ｑの大きさを、ＰＱ座標面上にプロットした図。
【図４】負荷のＰＱ直線Ｌ１を求めるための考え方を示した図。
【図５】分析結果を示す図。
【図６】全計測データの中から、特定の１日分のデータを４分割して座標表示した図。
【図７】知見と本発明の処理手順を第４象限上に示した図。
【図８】本発明が適用される配電系統の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
本発明は、電気所における実地の計測から得られた知見に基づいてなされたものである。このため、実施例の説明に先立ち、電気所における実地の計測、並びに得られた知見について計測結果、解析結果の図面を用いて説明する。
【００１７】
図２は、Ａ変電所において夏季の１週間にわたり有効電力Ｐと無効電力Ｑを計測したものである。計測周期は２秒、かつ図示では３分間の平均値として示している。Ａ変電所の給電線（配電線）側には、一般負荷として大口需要家、一般需要家を含み、かつ発電設備として需要家あるいは発電事業者が所有する分散型電源（風力発電や太陽光発電など）を相当数含んでいる。図２は横軸に１週間の時間、縦軸に正負の有効電力Ｐと無効電力Ｑを採用して示したものであり、この計測結果によれば、有効電力Ｐの急変が見て取ることができ、この部分は太陽光発電の天候変化による出力の変動を反映したものと考えることができる。Ａ変電所で観測されたこの事象は、見かけ上の負荷（表面負荷）を計測したものといえる。
【００１８】
なおこの計測値は、計測時刻や計測場所の情報を含む１週間の計測結果であるため、平日の動向、休日の動向、昼間の動向、夜間の動向、天候の状況、地域別の状況などの観点から、整理して利用することが可能な情報として把握されている。例えば、Ａ地区における平日の昼間という観点から全体データの中から抽出して、その抽出データの特異な現象などを解析することが可能な状態として計測されていることを意味している。
【００１９】
図３は、図２の各時刻における有効電力Ｐと無効電力Ｑの大きさを、正負ＰＱの座標面上に全数プロットしたものである。プロット結果は、主に正負ＰＱの座標面の第４象限に多く表示されているが、＋Ｐと−Ｑの値の組み合わせにはそれ以上絶対値が大きくならない限界が存在していることが見て取れる。この限界線をＬ１とすると、直線Ｌ１は、負荷側負荷のＰＱ動作直線というべきものである。別な言い方をすると分散型電源（風力発電や太陽光発電など）が出力していない状態、つまり無分散型電源状態での負荷の状態を表すＰＱ動作直線というべきものである。
【００２０】
このように判断できる理由について、より具体的に説明すると、図３のプロットにおいて有効電力ＰはＡ電気所で計測されたものであって、有効電力Ｐが大きいということは、分散型電源が電力供給していない（あるいは電力供給が少ない）から、結果としてＡ電気所から大きな有効電力を電力供給している状態と推定するのが妥当である。この状態では分散型電源が供給する電力はゼロであり、あっても少ない状態であることから、この直線Ｌ１上のＰＱの値は負荷の状態を表していると考えることができる。
【００２１】
負荷のＰＱ直線Ｌ１は、例えば以下のようにして算出することが可能である。図４は、負荷のＰＱ直線Ｌ１の導出手法を説明するための図である。図４左は、図３のプロットのうち、無効電力を２５ｋＶａｒ単位で範囲分けし、その中で有効電力が大きい順に上位５データのみをプロットしたものである。図４右は、そのうち進み２００ｋＶａｒ以上の領域におけるプロット傾向から直線模擬したものであり、この事例では模擬直線ｙ＝０．６１８９Ｘ−７２７．２６で表現することができる。これが負荷のＰＱ直線Ｌ１である。この場合の分散値Ｒ２＝０．９８７７であった。なお、図４の検討は、先に述べた条件（計測周期は２秒、３分間の平均値）でのものであったが、条件を変更（平均を３分、１５分、３０分、１時間に変更）して同様に解析を行っても、ほぼ同じ傾き、切片の結果が得られた。
【００２２】
図３は計測した１週間の全てのデータをプロットした結果を示している。このため、この内容には太陽光発電が電力発生する昼間ばかりでなく、夜間の情報も含み、あるいは発電が可能であっても晴天、曇天の情報も区別されずに含んでいる。あるいは計測値に支配的な大口需要家の情報と、一般需要家の情報が区別されずにプロットされた結果である。
【００２３】
このため、データを条件に応じて区別しながら整理した結果は以下のように纏められた。図５は、分析結果を示す図であり、第１に負荷側負荷のＰＱ動作直線Ｌ１は、高圧需要家である大口需要家の負荷が大きくなるほど遅れ無効電力（−Ｑ）が大きく発生する傾向がある。第２に、太陽光発電を行っている天候条件の時のＰＱデータをプロットした結果として、太陽光発電による通過有効電力Ｐの変動に応じて領域Ｚの範囲内に分布していると考えられる。
【００２４】
図４の処理により、無分散型電源状態での負荷の状態が判明した。次に、太陽光発電によるＰＱの関係を明らかにする。図６は、全計測データの中から、太陽光発電が顕著に機能した特定の１日分のデータを、当該計測日の２４時間を１時から６時台、７時から１２時台、１３時から１８時台、１９時から２４時台に４分割して座標表示した図である。なおこの場合、昼間の状態はＰＱ座標上の第３象限に多くプロット表示され、夜間はＰＱ座標上の第４象限に多くプロット表示されることとなった。またこの表示では、単なるプロット表示ではなく、時間変化が見えるように接続線で経緯表示している。
【００２５】
図６で、夜間の情報は除外して昼間の情報についてみると、７時から１２時台では安定的な太陽光発電により有効電力の値が横スライドしていることがわかる。また１３時から１８時台においても、基本的には安定的な太陽光発電により有効電力の値が横スライドする事象が観測されているが、この図表にはさらに、天候の急変により、有効電力Ｐと無効電力Ｑが急変動している事象が計測されている。本発明者らは、このうち１３時から１８時台における天候の急変による有効電力Ｐと無効電力Ｑの急変動に着目した。
【００２６】
この瞬間的な変動から、太陽光発電の力率が推定可能である。急変直前の、有効電力Ｐと無効電力Ｑの値をＰ１、Ｑ１とし、急変後の値をＰ２、Ｑ２とすると、ΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）、ΔＱ（＝Ｑ１−Ｑ２）の比（ΔＱ／ΔＰ）として太陽光発電の力率特性が算出可能である。
【００２７】
図７は、以上の知見と本発明の処理手順を第４象限上に示したものである。ここで、Ｌ１は無分散型電源状態での負荷の状態を示す特性線である。これに対し、図６の負荷急変前後の有効電力Ｐと無効電力Ｑの値から求めた力率（傾き）ｍを有する直線の一例がＬ２である。但し直線Ｌ２は、Ａ電気所において計測した値が有効電力Ｐｎと無効電力Ｑｎであるときに、座標（Ｐｎ、Ｑｎ）を通過する傾きｍの直線を想定したものである。
【００２８】
計測値（Ｐｎ、Ｑｎ）に対して、当該分散型電源の力率が１であると仮定すると、無分散型電源状態での負荷は、計測値（Ｐｎ、Ｑｎ）を横方向に移動して直線Ｌ１と交差する座標の値（Ｐｎ１、Ｑｎ）で表すことができる。これに対し、実際の分散型電源は力率ｍの傾きを有する場合は、無分散型電源状態での負荷は、計測値（Ｐｎ、Ｑｎ）を特性線Ｌ２の傾きｍに沿って移動して直線Ｌ１と交差する座標の値（Ｐｎｍ、Ｑｎｍ）で表すことができる。
【００２９】
この結果から、現在の状態において、太陽光発電による有効電力Ｐは、直線Ｌ１とＬ２の交点の有効電力Ｐｎｍと、計測値Ｐｎの差分（Ｐｎｍ−Ｐｎ）として求めることができる。同様に、太陽光発電による無効電力Ｑは、直線Ｌ１とＬ２の交点の無効電力Qｎｍと、計測値Ｑｎの差分（Ｑｎｍ−Ｑｎ）として求めることができる。
【００３０】
以上の検討結果に基づいて構成される本発明の分散型電源の発電量推定装置及び方法について、以下詳細に説明する。まず図８は、本発明が適用される配電系統の例を示している。図８において、変電所１から送り出された電力は配電線６を経由して複数の需要家４に供給される。需要家４には、大口需要家、一般需要家を含み、その一部には太陽光発電などの分散型電源５Ａを備えた需要家４Ａもある。また配電線６には、発電事業者所有の太陽光発電などの分散型電源５Ｂを備えるものであってもよい。また図８の配電系統には表面負荷を計測できるセンサＳを設置したフィーダ遮断器２や、開閉器３が設置されている。発電量推定装置１０には、配電線各所のセンサから送られてきたデータが集約される。集約されたデータとしては、当該センサ設置場所において求められた有効電力Ｐと無効電力Ｑが時系列的に記憶保持される。
【００３１】
図１は本発明の発電量推定装置１０における機能構成をブロック図で示したものであ。以下、順に説明する。
【００３２】
図１において計測装置Ｓは有効電力Ｐと無効電力Ｑ、または皮相電力と力率を測定する装置であり、図１における変電所１、フィーダ遮断器２、開閉器３や需要家４における需要化電力計測装置などがこれに相当する。
【００３３】
発電量推定装置１０内の計測値記憶部１２は、計測装置Ｓから得られる有効電力と無効電力、または皮相電力と力率の情報を、測定個所ごとに時系列的に蓄積・記憶している。記憶された情報は図２のような時系列情報とされている。
【００３４】
次に、ＰＱ動作直線計算部１３では、計測値記憶部１２で蓄積・記憶している計測値の情報から、変電所で計測した情報に基づいて分散型電源の発電量が無い場合のＰＱ動作直線Ｌ１を計算する。なお以下の処理例は、変電所計測情報を例に説明するが、これは任意計測点の情報を用いることも可能である。なお、複数計測個所の計測値からそれぞれ求めてその結果を比較することも可能である。
【００３５】
ここでの具体的な演算手法が、図４に示されており、要するに例えば無効電力を２５ｋＶａｒ単位で範囲分けし、その中で有効電力が大きい順に上位５データのみをプロットし、そのうち進み２００ｋＶａｒ以上の領域におけるプロット傾向から直線模擬して、無分散型電源状態での負荷の状態を表す特性線Ｌ１を得たものである。
【００３６】
実負荷推定部１４は発電量を推定したい時刻の計測値と分散型電源の力率およびＰＱ動作直線計算部１３で求めたＰＱ動作直線Ｌ１から実際に消費された実負荷を推定する装置である。この処理の前提として、実負荷推定部１４には分散型電源の有効電力Ｐと無効電力Ｑの特性としてその力率（傾き）ｍの情報が適宜得られているものとする。力率（傾き）ｍの算出手法については、図７で述べたとおりである。要するに例えば天候の急変前後の有効電力Ｐと無効電力Ｑの差としてΔＰ（＝Ｐ１−Ｐ２）、ΔＱ（＝Ｑ１−Ｑ２）を算出しておき、その比（ΔＱ／ΔＰ）として太陽光発電の力率特性を予め得ておく。
【００３７】
また実負荷は、図７で述べたように、ＰＱの計測値を通る傾きｍの直線Ｌ２が、直線Ｌ１と交差する点におけるＰＱの値として求めることができる。
【００３８】
発電量推定部１５は実負荷推定部１４で推定した実負荷と、計測装置Ｓで計測した計測値から分散型電源の発電量を推定する。
【００３９】
以上本発明について説明したが、ここで分散型電源のうち本発明を適用して効果大なのは太陽光発電であることから上記説明では太陽光発電を中心に行った。風力発電も同様に推定可能であるが、大きな設備であるために、ほとんどの設置個所でＰＱ計測が可能である。また設置台数も少ないことから本発明のような推定手法を導入しなくても、直接計測が可能である。
【００４０】
実施例では、太陽光発電の力率算出を、天候急変前後のデータから求める例を説明したが、これは図６右上の太陽光発電の通常運転時の統計的データから傾きの情報を得るものとすることも可能である。７時から１２時台のデータ群の変化傾向から傾きを求める手法である。
【００４１】
また実施例では、有効電力Ｐと無効電力Ｑを計測する事例を説明したが、これは皮相電力と力率を計測し、二次的に有効電力Ｐと無効電力Ｑを算出することでも可能である。本発明では、いずれをも含めた概念として有効電力Ｐと無効電力Ｑを利用するものである。
【符号の説明】
【００４２】
１：変電所
２：フィーダ遮断器
Ｓ：センサ
３：開閉器
４：需要家
５：分散型電源
１０：発電量推定装置
１２：計測値記憶部
１３：ＰＱ動作直線計算部
１４：実負荷推定部
１５：発電量推定部
【図１】
0006530698.tif 000002
【図２】
0006530698.tif 000003
【図３】
0006530698.tif 000004
【図４】
0006530698.tif 000005
【図５】
0006530698.tif 000006
【図６】
0006530698.tif 000007
【図７】
0006530698.tif 000008
【図８】
0006530698.tif 000009