(57)【要約】      （修正有）【課題】再生可能発電設備を有する配電系統の無効電力を管理、制御する。【解決手段】配電管理システム（ＤＭＳ）５２は、ＩＶＶＣ５４に組み込まれたアルゴリズム最適化ソフトウェアを用いて生成されるＩＶＶＣコマンドに対する応答として、対応する少なくとも１つの再生可能エネルギ源５６、５８又はエネルギ蓄積装置６０、６２、６４の動作を制御するように構成された、統合電圧・無効電力制御装置（ＩＶＶＣ）５４を含む。少なくとも１つの再生可能エネルギ源５６、５８又はエネルギ蓄積装置６０、６２、６４は、単独で又は１つ以上の離散的刻み幅の無効電力（ＶＡＲ）補償装置と連係して、対応する配電システム５０が必要とする連続的に変化する無効電力を発生させるように動作するべく制御される。【選択図】図２
2012120428.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの再生可能エネルギ源（５６、５８）又はエネルギ蓄積装置（６０、６２、６４）と、
統合電圧・無効電力制御装置（ＩＶＶＣ）（５４）を備える配電管理システム（ＤＭＳ）（５２）と、
を備える配電システム（５０）であって、
前記ＤＭＳ（５２）は、ＩＶＶＣコマンドに対する応答として、対応する少なくとも１つの再生可能エネルギ源（５６、５８）又はエネルギ蓄積装置（６０、６２、６４）が単独で、又は１つ以上の離散的刻み幅の無効電力（ＶＡＲ）補償装置（２２、２４、２６）と連係して、前記配電システム（５０）が必要とする連続的に変化する無効電力を発生させるように、対応する少なくとも１つの再生可能エネルギ源（５６、５８）又はエネルギ蓄積装置（６０、６２、６４）の電力変換器の動作を制御するように構成された、配電システム（５０）。
【請求項２】
前記少なくとも１つの再生可能エネルギ源が、風力エネルギ源（５８）、太陽光エネルギ源（５６）、燃料電池（６０）、エネルギ蓄電池（６２）、及びプラグインハイブリッド電気自動車（６４）から選択される、請求項１に記載の配電システム（５０）。
【請求項３】
前記ＩＶＶＣ（５４）と統合された最適化アルゴリズムソフトウェアを更に備え、前記ＩＶＶＣ（５４）が、前記最適化アルゴリズムソフトウェアに対する応答として前記ＩＶＶＣコマンドを発生させるように構成された、請求項１に記載の配電システム（５０）。
【請求項４】
前記１つ以上の離散的刻み幅の無効電力（ＶＡＲ）補償装置が、少なくとも１つのキャパシタバンク（２２）を備える、請求項１に記載の配電システム（５０）。
【請求項５】
１つ以上の電圧調整装置（２６）を更に備え、前記ＤＭＳ（５２）が更に、前記ＩＶＶＣコマンドに対する応答として、前記無効電力が連続的に変化する間に、対応する電気フィーダ線に関連付けられた電圧レベルが所定の限界内にとどまるように、少なくとも１つの電圧調整装置（２６）の動作を制御するように構成された、請求項１に記載の配電システム（５０）。
【請求項６】
前記ＤＭＳ（５２）は更に、ＩＶＶＣコマンドに対する応答として、前記１つ以上のＶＡＲ補償装置（２２）が、前記配電システム（５０）が必要とする無効電力より少ないか多い無効電力しか供給できない場合のみ、少なくとも１つの再生可能エネルギ源（５６、５８）又はエネルギ蓄積装置（６０、６２、６４）が、前記配電システム（５０）が必要とする前記無効電力を変化させるべく動作するように、対応する少なくとも１つの再生可能エネルギ源（５６、５８）又はエネルギ蓄積装置（６０、６２、６４）の電力変換器の動作を制御するように構成された、請求項１に記載の配電システム（５０）。
【請求項７】
配電システム（５０）であって、
１つ以上の電力変換器との組み合わせで、量が連続的に変化する無効電力を発生させるように構成された、少なくとも１つの再生可能エネルギ源（５６、５８）又はエネルギ蓄積装置（６０、６２、６４）と、
所定のインクリメント量の無効電力を供給するように構成された、少なくとも１つの無効電力（ＶＡＲ）補償装置（２２、２４）と、
最適化アルゴリズムソフトウェアを備える統合電圧・無効電力制御装置（ＩＶＶＣ）（５４）と、
前記最適化アルゴリズムソフトウェアによって決定されたＩＶＶＣコマンドに対する応答として、少なくとも１つの再生可能エネルギ源（５６、５８）又はエネルギ蓄積装置（６０、６２、６４）が単独で又は少なくとも１つのＶＡＲ補償装置（２２、２４）と連係して、前記配電システム（５０）が必要とする連続的に変化する無効電力を発生させるように、前記１つ以上の再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置の電力変換器及び前記少なくとも１つのＶＡＲ補償装置（２２、２４）の動作を制御するように構成された配電管理システム（ＤＭＳ）（５２）と、
を備える配電システム（５０）。
【請求項８】
前記少なくとも１つのＶＡＲ補償装置が、少なくとも１つのキャパシタバンク（２２）を備える、請求項７に記載の配電システム（５０）。
【請求項９】
１つ以上の電圧調整装置（２６）を更に備え、前記ＤＭＳ（５２）が更に、前記ＩＶＶＣコマンドに対する応答として、前記無効電力が連続的に変化する間に、対応する電気フィーダ線に関連付けられた電圧レベルが所定の限界内にとどまるように、少なくとも１つの電圧調整装置（２６）の動作を制御するように構成された、請求項７に記載の配電システム（５０）。
【請求項１０】
前記ＤＭＳ（５２）は更に、ＩＶＶＣコマンドに対する応答として、前記１つ以上のＶＡＲ補償装置（２２、２４）が、前記配電システム（５０）が必要とする無効電力より少ないか多い無効電力しか供給できない場合のみ、前記配電システム（５０）が必要とする前記無効電力を変化させるように、少なくとも１つの再生可能エネルギ源（５６、５８）又はエネルギ蓄積装置（６０、６２、６４）が動作するように、対応する少なくとも１つの再生可能エネルギ源（５６、５８）又はエネルギ蓄積装置（６０、６２、６４）の電力変換器の動作を制御するように構成された、請求項７に記載の配電システム（５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して統合電圧・無効電力制御システムに関し、特に、再生可能発電技術を統合電圧・無効電力制御システムと統合するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調装置、炉、乾燥機等の大きな誘導負荷は、有効電力（ワット）に加えて無効電力（ＶＡＲ）を消費することがある。無効電力を送電線及び配電フィーダで送電すると、Ｉ2Ｒの損失が必然的に発生するが、これを電力会社が埋め合わせなければならない。住宅用電力計は、使用ワット数だけを測定して顧客への課金請求額を決定するため、電力会社は、消費されるＶＡＲ数を最小限に抑えたい。そのためには、一般に、配電システムにおいてキャパシタバンクをオンに切り換えてＶＡＲ損失を局所的に補償する。
【０００３】
ＶＡＲ補償を与えるキャパシタバンクに加えて、フィーダ電圧の制御性を更に向上させるために、配電システムに電圧調整装置（例えば、負荷時タップ切換装置（ＯＬＴＣ）又は電圧調整器（ＶＲ））が装備される。幾つかの異なるグリッド標準によれば、電力会社は、最終利用者から見た提供フィーダ端子電圧を、定格値前後の狭い範囲に収めなければならない。従来、これらの上述の電圧・無効電力装置の制御は、各装置において局所的且つ個別に実施されている。近年では、高度な制御システムを用いて、ＯＬＴＣ、ＶＲ、及びキャパシタバンク制御部の間の調整を行うことにより、複数のカスタマイズ可能な目的機能（例えば、フィーダ損失の最小化、変電所における力率の最大化、ピーク時の総電力需要の最小化、電圧分布の平坦化、その他）が達成されている。この、いわゆる統合電圧・無効電力制御（ＩＶＶＣ）は、高度なアルゴリズム（例えば、大域的最適化アルゴリズム、配電負荷潮流、配電状態推定、配電負荷予測）を配電管理システム（ＤＭＳ）内で用いて、この課題を達成する。
【０００４】
大容量キャパシタバンクは、ＩＶＶＣコマンドに従って、完全にオン又は完全にオフに切り換えられる。多段キャパシタバンクの場合でも、それらの可能な段数に関係なく、オン又はオフに切り換えられる無効電力は、一般には変更不可能な、離散的な設定量の形をとる。これに対し、太陽光インバータ及び風力インバータでは、それぞれの無効電力出力を自由に制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７５３１９１１号
【発明の概要】
【０００６】
以上に鑑み、配電管理システムを強化するためには、太陽光、風力、燃料電池、蓄電池を含む、これらに限定されない再生可能発電機の、自在に制御可能な無効電力機能を、ＩＶＶＣ最適化アルゴリズムと統合することが有利であろう。
【０００７】
要約すると、一実施形態によれば、配電システムが、少なくとも１つの再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置と、統合電圧・無効電力制御装置（ＩＶＶＣ）を備える配電管理システム（ＤＭＳ）と、を備え、ＤＭＳは、ＩＶＶＣコマンドに対する応答として、少なくとも１つの再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置が単独で又は１つ以上の離散的刻み幅の無効電力（ＶＡＲ）補償装置と連係して、連続的に変化する無効電力を発生させるように、対応する少なくとも１つの再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置の電力変換器の動作を制御するように構成される。
【０００８】
別の実施形態による配電システムは、１つ以上の電力変換器との組み合わせで、量が連続的に変化する無効電力を発生させるように構成された少なくとも１つの再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置と、所定のインクリメント量の無効電力を供給するように構成された少なくとも１つの無効電力（ＶＡＲ）補償装置と、最適化アルゴリズムソフトウェアを備える統合電圧・無効電力制御装置（ＩＶＶＣ）と、ＩＶＶＣ最適化アルゴリズムソフトウェアに対する応答として、少なくとも１つの再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置が単独で又は少なくとも１つのＶＡＲ補償装置と連係して、配電システムが必要とする連続的に変化する無効電力を発生させるように、１つ以上の再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置の電力変換器及び少なくとも１つのＶＡＲ補償装置の動作を制御するように構成された配電管理システム（ＤＭＳ）と、を備える。
【０００９】
また別の実施形態によれば、配電システムを動作させる方法が、１つ以上の電力変換器との組み合わせで、量が連続的に変化する無効電力を発生させるように構成された、少なくとも１つの再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置を設けるステップと、所定のインクリメント量の無効電力を供給するように構成された、少なくとも１つの無効電力（ＶＡＲ）補償装置を設けるステップと、最適化アルゴリズムソフトウェアに応答する統合電圧・無効電力制御装置（ＩＶＶＣ）を設けるステップと、配電管理システム（ＤＭＳ）を設けるステップと、最適化アルゴリズムソフトウェアによって決定されたＩＶＶＣコマンドに対する応答として、１つ以上のＶＡＲ補償装置が、配電システムが必要とする無効電力より少ないか多い無効電力しか供給できない場合のみ、少なくとも１つの再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置が、配電システムに供給される無効電力を変化させるように動作するように、対応する少なくとも１つの再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置の電力変換器の動作を制御するステップと、を含む。
【００１０】
全図面を通じて同様の符号で同様のパーツを示す添付図面を参照しながら、下記の発明を実施するための形態を読めば、本発明のこれら及びその他の特徴、態様、及び利点の理解が深まるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】先行技術において既知の、従来の統合電圧・無効電力制御（ＩＶＶＣ）システムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＩＶＶＣシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上記した図面について説明するが、本文中でも言及するように、本発明の代替その他の実施形態も考えられる。いずれの場合も、本開示では、限定目的ではなく説明目的で、本発明の図示した実施形態を提示している。本発明の特許請求の範囲及び概念に含まれる数多くのその他の改変及び実施形態が、当業者には想到可能である。
【００１３】
図１は、従来型の配電管理システム（ＤＭＳ）１２を備える配電システム１０を示す。ＤＭＳ１２は、アルゴリズム最適化ソフトウェアを備える統合電圧・無効電力制御（ＩＶＶＣ）システム１４に対する応答として動作する。本明細書では、図２を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、理解し易いように、先ずはＶＡＲ補償及び電圧調整の基本について、図１を参照しながら説明する。
【００１４】
配電システムにおいて利用者側にある負荷が、無効電力（Ｑ）と同様に有効電力（Ｐ）も消費する場合、変電所１８と利用者側（即ち、負荷２０）との間で無効電力補償を行わないのであれば、有効電力及び無効電力を変電所１８から利用者側（負荷２０）に送電するために、フィーダ１６に電流を流さなければならない。無効電力は実際のエネルギ消費を表すものではないが（実際には、エネルギは無効素子と容量素子との間を行き来している）、その電流の流量が大きくなるのは確かである。配電システムから見ると、この電流の流量増加は、送電損失の増加並びにフィーダにおける電圧降下の増加を引き起こす。
【００１５】
個々の変電所に対して無効電流の埋め合わせを行うことが必要であるが、その分、送電線全体の有効電力送電能力が低下する。これらの理由により、配電システムでは、無効電力を局所的に供給するために、無効電力（ＶＡＲ）補償装置（即ち、キャパシタバンク）２２を用いることが多い。
【００１６】
更に、フィーダ上の電圧分布をより正確に制御するために、電圧調整装置（即ち、ＯＬＴＣ（負荷時タップ切換装置）２４又は電圧（ボルト）調整器２６）を配電システムに装備する。このようにして、最終利用者側の受電電圧レベルは、常に指定範囲内（例えば、１ｐｕ±５％）になる。
【００１７】
ＶＡＲ補償装置及び電圧調整装置は、最近までは、局所的な測定に基づいて制御されていた。そのような局所的な制御方法は、不利なことに、マスタ／スレーブ制御との衝突を引き起こし、結果として、不要なオン／オフ切り換えが行われ、システム全体の性能が低下する可能性がある。全てのＶＡＲ補償装置及び電圧調整装置の動作の連係の調整を、図１に示したような、対応する変電所１８又はＤＭＳ制御室に配置可能な中央制御装置（ＤＭＳ）１２から行うことにすれば、送電損失の最小化、電圧分布の平坦化、総消費電力の最小化などを達成するための大域的最適解が得られる。
【００１８】
本願発明者らは、分散型再生可能エネルギ発生／蓄積装置（例えば、ＰＶ、風力、蓄電池、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ））があれば、フロントエンドの電子機器を介して送電網を接続することによって、これらの自由な無効電力源が様々な形で利用可能になり、従来のＶＡＲ補償装置（即ち、キャパシタバンク２２）を部分的に（若しくは全面的に）置き換えることになると考えている。離散的な刻み幅でしか大量の無効電力を供給できないキャパシタバンクと異なり、フロントエンドの電子機器ベースの装置は、連続的に変化する無効電力を発生させることが可能なので、より一層正確なＶＡＲ補償が可能になる。この方法によって更に、ハードウェア的な切り換えを行うことなく電力を変更することが可能になるので、切り換えによる望ましくない過渡事象を無くすことができる。
【００１９】
図２は、本発明の一実施形態による配電システム５０を示す。配電システム５０は、高度なＤＭＳシステム５２を備えており、ＤＭＳシステム５２は、ＩＶＶＣシステム５４を介して与えられる命令に対する応答として、一緒に構成されているアルゴリズムソフトウェアを動作させて、本明細書に記載のような方法により、ＶＡＲ損失の制御並びに電圧レベルの維持を行う。
【００２０】
配電システム５０は、見てとれるように、光起電性（ＰＶ）エネルギ源５６及び風力エネルギ源５８を備えている。他の再生可能エネルギ源（燃料電池６０、蓄電池６２、プラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）６４等）も、本明細書に記載の原理を用いて使用可能であるが、更にわかり易くするために、配電システム５０については、主に太陽光及び風力のエネルギ源に関して説明する。本明細書に記載のように、太陽光インバータ及び風力インバータは、それぞれの無効出力電力を自由に制御できるため、この機能を最適化アルゴリズムで用いてＩＶＶＣシステム５４からコマンド６６を発生させることにより、ＤＭＳシステム５２のＶＡＲ制御の自由度を高めることができる。このようにして、対応する太陽光／風力／燃料電池などのインバータの、自在に制御可能な無効電力機能により、ＩＶＶＣシステム５４の最適化アルゴリズムソフトウェア及び対応するＤＭＳシステム５２の機能が更に強化される。
【００２１】
ＩＶＶＣシステム５４の最適化アルゴリズムソフトウェアを強化して、再生可能エネルギ発生／蓄積装置（即ち、太陽光、風力、燃料電池、蓄電池等のインバータ）の自在に制御可能な無効電力機能を利用することにより、有利なことに、配電システム５０のどの部分にもハードウェアコストを追加することなく、更なるグリーン関数がＩＶＶＣシステム５４に与えられる。要するに、統合電圧・無効電力制御（ＩＶＶＣ）システム５４を備えた配電管理システム（ＤＭＳ）５２が、ＩＶＶＣシステム５４ソフトウェアに対する応答として、少なくとも１つの再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置５６、５８、６０、６２、６４が単独で又は１つ以上の離散的刻み幅の無効電力（ＶＡＲ）補償装置２２と連係して、連続的に変化する無効電力を発生させるように、対応する少なくとも１つの再生可能エネルギ源又はエネルギ蓄積装置の電力変換器の動作を制御するように構成されている。連続的に変化するこの無効電力を、対応する送電網又はフィーダ線１６に送電することにより、最終利用者（即ち、負荷２０）が必要とする局所的無効電力を供給することが可能である。
【００２２】
また要するに、本明細書に記載の実施形態は、従来の電圧・無効電力装置（例えば、電圧調整器、キャパシタバンク）だけでなく、再生可能エネルギ源（例えば、風力／ＰＶ変換器）も組み込んでいる。本明細書に記載の実施形態は、システムレベルの制御ストラテジを配電システムに適用して、所望の最適目標が達成されるように網上の電力流量を調整する。無効電力制御技術は、比較的低いレベルでの個々の風力タービンの制御に適用されてきたが、このような既知の制御技術は一般に、ＩＶＶＣから設定点コマンドを受信して、その要求を満たすように風力タービンを動作させるものである。
【００２３】
本発明の一部の特徴のみを図示及び記述したが、当業者には、多くの修正及び改変が想到可能であろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲及び概念に含まれる、このような修正及び改変を全て包含することを意図している。
【符号の説明】
【００２４】
１０  配電システム
１２  配電管理システム
１４  統合電圧・無効電力制御システム
１６  フィーダ
１８  変電所
２０  負荷
２２  ＶＡＲ補償装置
２４  負荷時タップ切換装置
２６  電圧調整器
５０  配電システム
５２  高度な配電管理システム
５４  統合電圧・無効電力制御システム
５６  光起電性エネルギ源
５８  風力エネルギ源
６０  燃料電池
６２  蓄電池
６４  プラグインハイブリッド電気自動車
【図１】
2012120428.tif 000003
【図２】
2012120428.tif 000004