(57)【要約】【課題】  柱上変圧器の低圧側にある低圧回路の電圧を適正に制御することのできる配電系統の電圧管理装置を提供する。【解決手段】  配電線１１の電圧を降圧して複数の負荷に対して各々給電を行う複数の柱上変圧器１２を備えた配電系統の電圧管理装置であって、柱上変圧器１２の低圧側の電圧を検出する電圧検出部１４と、柱上変圧器１２の低圧側における目標電圧が入力される目標電圧入力部１６と、電圧検出部１４で検出した実際の電圧と目標電圧入力部１６に入力された目標電圧とを比較して両者の電圧差を算出する比較器１５と、比較器１５で算出した電圧差に基づいて、進み無効電力または遅れ無効電力を発生することにより、配電線１１の電圧調整を行う静止型無効電力発生装置（ＳＶＧ）１７とを備えている。【選択図】        図１
2005117734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線の電圧を降圧して複数の負荷に対して各々給電を行う複数の柱上変圧器を備えた配電系統の電圧管理装置であって、
前記柱上変圧器の低圧側の電圧を検出する電圧検出部と、
前記柱上変圧器の低圧側における目標電圧が入力される目標電圧入力部と、
前記電圧検出部で検出した実際の電圧と前記目標電圧入力部に入力された目標電圧との電圧差を算出する算出部と、
前記算出部で算出した電圧差に基づいて、進み無効電力または遅れ無効電力を制御することにより、前記配電線の電圧調整を行う無効電力制御装置と、を備えたことを特徴とする配電系統の電圧管理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の配電系統の電圧管理装置において、
配電線潮流の無効電力が所定の値になるよう、変電所から前記配電線への送り出し電圧を制御する電圧制御部が設けられていることを特徴とする配電系統の電圧管理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の配電系統の電圧管理装置において、
前記電圧制御部は、有効電力潮流の２乗に比例した無効電力が前記配電線に流れるよう前記変電所内の変圧器タップを制御することを特徴とする配電系統の電圧管理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の配電系統の電圧管理装置において、
前記算出部は、複数の柱上変圧器の低圧側電圧を複数の電圧検出部で各々検出したとき、各電圧検出部からの複数の電圧データの平均値を求め、その平均値と前記目標電圧との電圧差を算出することを特徴とする配電系統の電圧管理装置。
【請求項５】
請求項１に記載の配電系統の電圧管理装置において、
前記複数の柱上変圧器に対応して、前記電圧検出部、目標電圧入力部、算出部および無効電力制御装置が複数設置されていることを特徴とする配電系統の電圧管理装置。
【請求項６】
請求項１又は５に記載の配電系統の電圧管理装置において、
前記無効電力制御装置は、静止型無効電力補償装置または静止型無効電力発生装置であることを特徴とする配電系統の電圧管理装置。
【請求項７】
配電線に並列に接続された柱上変圧器によって、当該配電線の電圧を降圧して複数の負荷に対して個別に給電を行う際に、
前記柱上変圧器の低圧側の電圧を検出し、その検出した実際の電圧と前記柱上変圧器の低圧側における目標電圧との電圧差を算出し、
前記算出した電圧差に基づいて、進み無効電力または遅れ無効電力を制御することにより、前記配電線の電圧調整を行うことを特徴とする配電系統の電圧管理方法。
【請求項８】
請求項７に記載の配電系統の電圧管理方法において、
配電線潮流の無効電力が所定の値になるよう、変電所から前記配電線への送り出し電圧を制御することを特徴とする配電系統の電圧管理方法。
【請求項９】
請求項８に記載の配電系統の電圧管理方法において、
有効電力潮流の２乗に比例した無効電力が前記配電線に流れるよう前記変電所内の変圧器タップを調整することにより、前記送り出し電圧を制御することを特徴とする配電系統の電圧管理方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の配電系統の電圧管理方法において、
複数の柱上変圧器の低圧側電圧を検出したときは、前記検出した各電圧データの平均値を求め、その平均値と前記目標電圧との電圧差を算出することを特徴とする配電系統の電圧管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電線の電圧を適正に管理するための配電系統の電圧管理装置、および電圧管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に配電線の電圧は末端ほど低下する。例えば、図５に示すように、重負荷時配電線では破線の二重線のように大きく低下し、軽負荷時配電線では実線のように低下が小さくなっている。負荷の無効電力の大きさによっては、逆に末端の電圧が高くなることもある。そのため、電圧低下が特に大きな重負荷時配電線の場合は、通常、配電線の途中や末端に静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ：Static Var Compensator）や静止型無効電力発生装置（ＳＶＧ：Static Var Generator）などを設置して、大きな電圧低下の防止を図っている。配電線の途中や末端に静止型無効電力発生装置を設置すると、実線の二重線のように大きな電圧低下を抑えることができる。また、軽負荷時に末端の電圧が異常に高くなることも抑制できる。
【０００３】
静止型無効電力発生装置などの電圧維持目標値は、配電線のインピーダンスや設置位置、負荷の大きさなどで異なるため、個別の検討が必要である。また、今後分散型電源が普及すると発電状態により電圧分布が変化するようになり、配電線の電圧管理は更に複雑になると考えられ、より柔軟に対応可能な電圧管理手法が求められている。
【０００４】
電力系統の電圧管理は基幹系統、ローカル系統、配電系統と電圧階級ごとに階層的な管理を行っているが、柱上変圧器よりも下流側の低圧回路の電圧管理は配電線の電圧管理に依存している。
【０００５】
従来では、図６に示すように、配電線１に対して複数の柱上変圧器２が並列に接続されている配電系統について、柱上変圧器２の低圧側にある低圧回路の電圧管理を行う場合、配電線１の電圧を検出して、その検出電圧と目標電圧との差を静止型無効電力発生装置（ＳＶＧ）３に入力し、その入力データに基づいて静止型無効電力発生装置３が、進みまたは遅れの無効電力を発生することにより配電線１の電圧調整を行っていた。
【特許文献１】特開平９−１３５５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、配電線の電圧と低圧回路の電圧との間には、柱上変圧器の変圧比やインピーダンスと負荷で決まる一定の関係があるため、インピーダンスや負荷の大きさを想定して柱上変圧器の変圧比を調整し、低圧回路電圧が適正電圧になるよう配電線電圧を制御しているが、従来のように配電線の電圧を用いて制御していては、低圧回路電圧を適正に維持する精度を高くできないという問題がある。すなわち、柱上変圧器内の電圧降下はその柱上変圧器の負荷で変化するが、想定していた負荷が流れるとは限らないため、柱上変圧器の高圧側にある配電線の電圧を用いての制御では誤差が大きく、低圧回路電圧を適正に維持することができない。
【０００７】
本発明の課題は、柱上変圧器の低圧側にある低圧回路の電圧を適正に制御することのできる配電系統の電圧管理装置、および電圧管理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、配電線の電圧を降圧して複数の負荷に対して各々給電を行う複数の柱上変圧器を備えた配電系統の電圧管理装置であって、前記柱上変圧器の低圧側の電圧を検出する電圧検出部と、前記柱上変圧器の低圧側における目標電圧が入力される目標電圧入力部と、前記電圧検出部で検出した実際の電圧と前記目標電圧入力部に入力された目標電圧との電圧差を算出する算出部と、前記算出部で算出した電圧差に基づいて、進み無効電力または遅れ無効電力を制御することにより、前記配電線の電圧調整を行う無効電力制御装置とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
上記構成によれば、柱上変圧器低圧側の低圧回路の電圧を直接検出することで、柱上変圧器内の電圧降下の想定誤差などを無くし、低圧回路の電圧を適正電圧に維持するとともに、柱上変圧器を介して配電線の電圧を適正な値に管理することが可能になる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、配電線潮流の無効電力が所定の値になるよう、変電所から前記配電線への送り出し電圧を制御する電圧制御部が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、配電線に不要な無効電力が流れるのを抑制することができ、無効電力制御装置などの調相設備と協調の取れた電圧管理を行うことが可能となる。この場合、請求項３のように、有効電力潮流の２乗に比例した無効電力が配電線に流れるよう変電所内の変圧器タップを制御するのが好ましい。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１において、前記算出部は、複数の柱上変圧器の低圧側電圧を複数の電圧検出部で各々検出したとき、各電圧検出部からの複数の電圧データの平均値を求め、その平均値と前記目標電圧との電圧差を算出することを特徴としている。
【００１３】
電圧検出を行っている柱上変圧器の負荷が他の柱上変圧器の負荷と異なった増減特性を示すと、配電線の電圧制御が適切でなくなることが考えられるが、上記構成のように、各電圧検出部からの複数の電圧データの平均値を用いて目標電圧との電圧差を算出すれば、配電線の電圧制御を適切に行うことが可能となる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１において、前記複数の柱上変圧器に対応して、前記電圧検出部、目標電圧入力部、算出部および無効電力制御装置が複数設置されていることを特徴としている。
【００１５】
上記構成によれば、各柱上変圧器の低圧回路の電圧が適正な電圧に維持され、各柱上変圧器を介して、各柱上変圧器の低圧回路を適正に維持するための配電線電圧が反映されるため、これにより、各柱上変圧器の低圧回路の電圧と一定の関係にある配電線電圧を適正な値に管理できるようになる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１又は５において、前記無効電力制御装置は、静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）または静止型無効電力発生装置（ＳＶＧ）であることを特徴としている。
【００１７】
なお、静止型無効電力補償装置や静止型無効電力発生装置の代わりに、低圧回路に接続している太陽光発電システムなど分散型電源も配電線の電圧制御に適用することもできる。静止型無効電力補償装置や静止型無効電力発生装置と同じ目標電圧を設定することで、容易に分散型電源を活用した配電線の電圧管理ができるようになる。
【００１８】
請求項７〜１０は配電系統の電圧管理方法についての発明である。すなわち、請求項７に記載の発明は、配電線に並列に接続された柱上変圧器によって、当該配電線の電圧を降圧して複数の負荷に対して個別に給電を行う際に、前記柱上変圧器の低圧側の電圧を検出し、その検出した実際の電圧と前記柱上変圧器の低圧側における目標電圧との電圧差を算出し、前記算出した電圧差に基づいて、進み無効電力または遅れ無効電力を制御することにより、前記配電線の電圧調整を行うことを特徴としている。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項７において、配電線潮流の無効電力が所定の値になるよう、変電所から前記配電線への送り出し電圧を制御することを特徴としている。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、請求項８において、有効電力潮流の２乗に比例した無効電力が前記配電線に流れるよう前記変電所内の変圧器タップを調整することにより、前記送り出し電圧を制御することを特徴としている。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、請求項７において、複数の柱上変圧器の低圧側電圧を検出したときは、前記検出した各電圧データの平均値を求め、その平均値と前記目標電圧との電圧差を算出することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、柱上変圧器低圧側の低圧回路の電圧を直接検出し、その検出結果に基づいて配電線の電圧調整を行うようにしているので、柱上変圧器内の電圧降下の誤差に関する影響が無くなって、低圧回路の電圧を適正電圧に維持するとともに、配電線の電圧を適正な値に管理することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例を図面に従って説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は実施例１による配電系統の電圧管理装置のブロック図である。配電用変電所１０からは、通常、電圧６.６ｋＶの電気が配電線１１に送られ、この電気は、配電線１１の途中に設けられた柱上変圧器１２で２００Ｖまたは１００Ｖに降圧されてから、負荷（つまり需要家）１３に供給される。図１では柱上変圧器１２や負荷１３が２系統しか示されてないが、実際には３系統以上存在する。
【００２５】
複数の上記系統のうち、ある一つの系統の柱上変圧器１２の低圧側（低圧回路）には電圧検出部１４が設けられ、この電圧検出部１４は柱上変圧器１２の低圧側の電圧を常時検出している。電圧検出部１４で検出された低圧回路の電圧データは、算出部としての比較器１５に入力される。
【００２６】
また、柱上変圧器１２の低圧側における目標電圧が入力される目標電圧入力部１６が設けられ、この目標電圧入力部１６に入力された目標電圧のデータも比較器１５に入力される。比較器１５は、電圧検出部１４からの実際の電圧と目標電圧入力部１６からの目標電圧とを比較し、両電圧の差を算出する。
【００２７】
さらに、無効電力制御装置として静止型無効電力発生装置（ＳＶＧ）１７が設けられ、比較器１５で算出した前記両電圧の差（すなわち電圧検出部１４で検出した実際の電圧と、目標電圧入力部１６から入力された目標電圧との電圧差）についてのデータは静止型無効電力発生装置１７に入力される。
【００２８】
上記構成の配電系統の電圧管理装置において、実際の電圧と目標電圧との電圧差についてのデータが比較器１５から静止型無効電力発生装置１７に入力されると、静止型無効電力発生装置１７は、その入力された電圧差についてのデータに基づいて、実際の電圧が目標電圧より低い場合は系統側へ遅れ無効電力を供給し、逆に実際の電圧が目標電圧より高い場合は系統側へ進相の無効電力を供給する。そして静止型無効電力発生装置１７は、進み無効電力または遅れ無効電力を配電線１１に送ることにより、配電線１１の電圧調整を行う。
【００２９】
なお、低圧回路の電圧すなわち柱上変圧器１２の低圧側の電圧は、負荷の大きさや場所に関わらず、電気事業法施工規則第２５条で適正電圧１０１Ｖ±６Ｖに維持することが求められている。したがって、目標電圧入力部１６には目標電圧として１００Ｖ換算で９５Ｖから１０７Ｖの間の１つの値または、９５Ｖから１０７Ｖの間の値で上限値と下限値を示す２つの値が入力される。検出した実際の電圧がこの上限値と下限値の間の値であれば、静止型無効電力発生装置１７は無効電力制御を行わない。
【００３０】
本実施例によれば、柱上変圧器１２の低圧側の電圧を直接検出しているので、柱上変圧器１２内の電圧降下の誤差に関する影響が無くなって、柱上変圧器１２の低圧側の電圧を適正電圧に維持することが可能となり、これにより、配電線１１の電圧を適正な値に管理することができる。
【実施例２】
【００３１】
図２は実施例２による配電系統の電圧管理装置のブロック図である。本実施例では、配電用変電所１０からの配電線１１に並列接続された柱上変圧器１２の各々に対応して静止型無効電力発生装置（ＳＶＧ）１７が設けられている。また、柱上変圧器１２の低圧側の電圧を検出する電圧検出部１４、柱上変圧器１２の低圧側における目標電圧が入力される目標電圧入力部１６、および電圧検出部１４で検出された実際の電圧と目標電圧入力部１６に入力された目標電圧とを比較し、両電圧の差を算出する比較器１５も、柱上変圧器１２の各々に対応して設けられている。
【００３２】
上記構成の配電系統の電圧管理装置において、実際の電圧と目標電圧との電圧差についてのデータが比較器１５から静止型無効電力発生装置１７に入力されると、実施例１の場合と同様に、静止型無効電力発生装置１７は、その入力された電圧差についてのデータに基づいて、進み無効電力または遅れ無効電力を発生する。
【００３３】
本実施例では、進み無効電力または遅れ無効電力を、配電線１１ではなく、柱上変圧器１２の低圧側に送って、各低圧回路の電圧を適正な電圧に維持するようにしている。これにより、各柱上変圧器１２を通して低圧回路の電圧と一定の関係にある配電線１１の電圧を適正な値に管理することが可能となる。
【００３４】
本実施例によれば、目標電圧入力部１６には、電気事業法施工規則第２５条により目標電圧として１００Ｖ換算で９５Ｖから１０７Ｖの間の１つの値または、９５Ｖから１０７Ｖの間の値で上限値と下限値を示す２つの値が入力されるため、従来のように静止型無効電力発生装置１７の設置場所ごとに個別に目標電圧を設定する煩わしさが無くなる。
【００３５】
なお、図２では柱上変圧器１２、負荷１３、電圧検出部１４、比較器１５、目標電圧入力部１６、および静止型無効電力発生装置１７が２系統しか示されてないが、実際には３系統以上存在する。
【００３６】
なお、実施例１および実施例２において、静止型無効電力発生装置（ＳＶＧ）１７に代わりに静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）を設置してもよい。
【実施例３】
【００３７】
図３は実施例３による配電系統の電圧管理装置のブロック図である。本実施例では、配電線１１の潮流の無効電力が所定の値になるよう、変電所１０から配電線１１への送り出し電圧を制御する電圧制御部２０が設けられている。すなわち、変電所１０内には変圧器タップ２３が設けられ、演算器２１および比較器２２からなる電圧制御部２０は、有効電力潮流の２乗に比例した無効電力が配電線１１に流れるように変圧器タップ２３を制御する。
【００３８】
図４において、変電所１０、および配電線１１の途中にある負荷受電点２４についての潮流は以下の近似式（１）および（２）式で表すことができる。ここで、変電所１０では電圧Ｖ1の偏角はθであり、この変電所１０からは、有効電力Ｐ1、無効電力Ｑ1の皮相電力が出力されている。負荷受電点２４では電圧Ｖ2の偏角は０であり、この負荷受電点２４には、有効電力Ｐ2、無効電力Ｑ2の皮相電力が供給されている。また、配電線１１におけるインピーダンスＺは、抵抗ＲとリアクタンスＸからなっている。
【００３９】
【数１】
2005117734.tif 000003
【００４０】
【数２】
2005117734.tif 000004
【００４１】
上記方式で、負荷受電点２４の電圧Ｖ2を管理すれば、配電線１１から負荷へ無効電力を供給して電圧を維持する必要が無く、変電所１０からは、配電線１１で消費される無効電力を送るだけでよい。そこで（１），（２）式から、Ｑ2＝０とできる変電所１０からの送り出し無効電力Ｑ1を数３のように求め、このＱ1が供給されるよう変圧器タップ２３を制御することで、不要な無効電力を配電線１１に流さないよう制御する。
【００４２】
【数３】
2005117734.tif 000005
【００４３】
なお、配電線１１には多くの負荷や分散型電源が接続されており、また変電所１０の同一バンクには複数の配電線１１が接続されているが、負荷までのインピーダンスＺを負荷の大きさで重み付けした等価インピーダンスに置き換えることで（１）〜（３）式を同様に適用することが可能である。
【００４４】
既設変電所の変圧器は、季節に応じ予め決められた電圧になるようタップ制御しており、分散型電源が普及すると対応が困難になると考えられるが、本実施例を実施例１と組み合わせて電圧管理を行うことにより、よりきめ細かな電圧制御を行うことが可能となる。
【００４５】
今後、１０〜２０年間で、例えば太陽光発電や燃料電池については、表１に示すように、飛躍的に普及すると推測される。配電系統の設備コストや運用コストを低減するため、分散型電源の活用が進むと考えられる。
【００４６】
【表１】
2005117734.tif 000006
【００４７】
このように分散型電源を有する配電系統に対して、実施例１・２のように低圧回路電圧を用いて配電線１１の電圧管理を行うことで、将来の安定した電力システムの実現を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１による配電系統の電圧管理装置のブロック図である。
【図２】実施例２による配電系統の電圧管理装置のブロック図である。
【図３】実施例３による配電系統の電圧管理装置のブロック図である。
【図４】変電所および負荷受電点における皮相電力や、配電線におけるインピーダンスを説明した図である。
【図５】配電線における電圧降下を説明した図である。
【図６】従来技術による配電系統の電圧管理装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０  変電所
１１  配電線
１２  柱上変圧器
１３  負荷
１４  電圧検出部
１５  比較器
１６  目標電圧入力部
１７  静止型無効電力供給装置（ＳＶＧ）
２０  電圧制御部
２１  演算器
２２  比較器
２３  変圧器タップ
２４  負荷受電点
【図１】
2005117734.tif 000007
【図２】
2005117734.tif 000008
【図３】
2005117734.tif 000009
【図４】
2005117734.tif 000010
【図５】
2005117734.tif 000011
【図６】
2005117734.tif 000012