(57)【要約】【課題】多くの計測装置や配電系統の情報を必要としない電圧概算値演算装置、配電系統電圧の制御装置、電圧概算値演算プログラムを提供する。【解決手段】配電線２に設けられた隣接する一対の計測点からの電圧値及び電力値が入力される計測値入力部１１ａ、計測値入力部１１ａに入力された電圧値及び電力値に基いて一方の計測点から他方の計測点への方向の配電線２のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第１の電圧値を算出する第１の演算部１１ｂ、計測値入力部１１ａに入力された電圧値及び電力値に基いて他方の計測点から一方の計測点への方向の配電線２のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第２の電圧値を算出する第２の演算部１１ｃ、第１の電圧値と第２の電圧値とが等しくなる点を仮想中間ノードとする仮想中間ノード決定部１１ｄ、仮想中間ノードにおける電圧値Ｖｍを電圧概算値として出力する電圧概算値出力部１１ｅを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線に設けられた隣接する一対の計測点からの電圧値及び電力値が入力される計測値入力部と、
前記計測値入力部に入力された電圧値及び電力値に基いて、一方の計測点から他方の計測点への方向の配電線のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第１の電圧値を算出する第１の演算部と、
前記計測値入力部に入力された電圧値及び電力値に基いて、他方の計測点から一方の計測点への方向の配電線のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第２の電圧値を算出する第２の演算部と、
前記第１の電圧値と前記第２の電圧値とが等しくなる点を、仮想中間ノードとする仮想中間ノード決定部と、
前記仮想中間ノードにおける電圧値を、電圧概算値として出力する電圧概算値出力部と、
を有することを特徴とする電圧概算値演算装置。
【請求項２】
請求項１記載の電圧概算値演算装置と、
前記仮想中間ノードにおける電圧概算値が、あらかじめ設定された範囲内に収まるように、電圧調整機器への制御指令値を演算する制御量演算部と、
電圧調整機器に接続され、前記制御量演算部により演算された制御指令値を、電圧調整機器に出力する制御指令出力部と、
を有することを特徴とする配電系統電圧の制御装置。
【請求項３】
コンピュータに、
配電線に設けられた隣接する一対の計測点からの電圧値及び電力値が入力される計測値入力処理と、
前記計測値入力処理により入力された電圧値及び電力値に基いて、一方の計測点から他方の計測点への方向の配電線のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第１の電圧値を算出する第１の演算処理と、
前記計測値入力処理により入力された電圧値及び電力値に基いて、他方の計測点から一方の計測点への方向の配電線のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第２の電圧値を算出する第２の演算処理と、
前記第１の電圧値と前記第２の電圧値とが等しくなる点を、仮想中間ノードとする仮想中間ノード決定処理と、
前記仮想中間ノードにおける電圧値を、電圧概算値として出力する電圧概算値出力処理と、
を実行させることを特徴とする電圧概算値演算プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、配電系統における電圧概算値を求める電圧概算値演算装置、配電系統電圧の制御装置、電圧概算値演算プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、配電系統の状態を把握して、電圧制御を行う方法及び装置が提案されている。一般的に、配電系統の状態を正確に把握するためには、多くの計測装置を設置して、配電系統の電圧や電力潮流を収集するとともに、配電系統の構成や線路インピーダンスなどの情報も収集して高精度に状態を推定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２４６６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のような一般的な手法では、配電系統の電圧等を推定して、精度の高い電圧制御が可能な反面、非常に多くの計測装置を設置する必要がある。また、配電系統のインピーダンスなどの情報も必要となる。このため、設置のためのコストがかかるとともに、既存の配電系統に対して実施する際のハードルが高い。つまり、多数の計測装置や情報を準備できない場合には、適用することができない。
【０００５】
本発明の実施形態は上述の課題を解決するためになされたものであり、多くの計測装置や配電系統の情報を必要としない電圧概算値演算装置、配電系統電圧の制御装置、電圧概算値演算プログラム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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、実施形態の電圧概算値演算装置は、配電線に設けられた隣接する一対の計測点からの電圧値及び電力値が入力される計測値入力部と、前記計測値入力部に入力された電圧値及び電力値に基いて、一方の計測点から他方の計測点への方向の配電線のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第１の電圧値を算出する第１の演算部と、前記計測値入力部に入力された電圧値及び電力値に基いて、他方の計測点から一方の計測点への方向の配電線のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第２の電圧値を算出する第２の演算部と、前記第１の電圧値と前記第２の電圧値とが等しくなる点を、仮想中間ノードとする仮想中間ノード決定部と、前記仮想中間ノードにおける電圧値を、電圧概算値として出力する電圧概算値出力部とを有することを特徴とする。
【０００７】
なお、上記の電圧概算値出力装置からの電圧概算値に基いて配電系統電圧を制御する制御装置、上記の各部の機能をコンピュータに実行させるプログラムも実施形態として捉えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の電圧制御装置を適用した配電系統を示す接続構成図
【図２】実施形態の電圧制御装置を示すブロック図
【図３】電圧概算値の演算処理の手順を示すフローチャート
【図４】電圧概算値演算部での計算結果の例を示すグラフ
【図５】制御演算部の一例で計算対象とする配電系統モデルを示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態の配電系統電圧の制御装置について、図面を参照して説明する。
［構成］
図１は本実施形態が適用される配電系統を示す接続構成図であり、図２は本実施形態の制御装置を示すブロック図である。
［配電系統］
まず、本実施形態の制御対象の配電系統は、配電線２−１〜２−５、電力負荷３−１〜３−３、無効電力補償装置（ＳＶＣ）４、計測器５Ａ、計測器５Ｂを有する。
【００１０】
配電線２−１〜２−５は、変電所母線１に接続され、互いに直列に接続された複数の電線である。以下、各配電線２−１〜２−５を区別しない場合には、配電線２とする。電力負荷３−１〜３−３は、配電線２−１〜２−４の境に設置された負荷である。無効電力補償装置４は、配電線２−４と２−５との間に設置された電圧調整機器である。なお、電圧調整機器は、無効電力補償装置４には限定されない。例えば、同期調相器、進相コンデンサ、分路リアクトル等の調相設備を含む。
【００１１】
計測器５Ａは、変電所母線１の近傍に設置され、電圧及び電力を計測する装置である。計測器５Ｂは、配電線２−４と２−５の間に設置され、電圧値及び電力値を計測する装置である。このように計測される電力には、有効電力及び無効電力が含まれる。図１において、Ｖ１、Ｐ１、Ｑ１は、計測器５Ａで計測される電圧、有効電力、無効電力である。Ｖ２、Ｐ２、Ｑ２は、計測器５Ｂで計測される電圧、有効電力、無効電力である。
【００１２】
［制御装置］
次に、上記のような配電系統に接続され、配電系統の電圧を制御する制御装置１０を説明する。制御装置１０は、電圧概算値演算部１１、制御演算部１２を有する。
【００１３】
（電圧概算値演算部）
電圧概算値演算部１１は、電圧制御の基準となる電圧の概算値を演算する処理部である。この電圧概算値演算部１１は、計測値入力部１１ａ、第１の演算部１１ｂ、第２の演算部１１ｃ、仮想中間ノード決定部１１ｄ、電圧概算値出力部１１ｅを有する。
【００１４】
計測値入力部１１ａは、配電線２に設けられた隣接する一対の計測器５Ａ、５Ｂからの電圧値及び電力値が入力される処理部である。第１の演算部１１ｂは、計測値入力部１１ａに入力された電圧値及び電力値に基いて、一方の計測器５Ａから他方の計測器５Ｂへの方向の配電線２のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第１の電圧値を算出する処理部である。つまり、第１の演算部１１ｂは、配電線２のインピーダンスを所定間隔で変化させていった場合において、一方の計測点である計測器５Ａから他方の計測点である計測器５Ｂの間の電圧を、仮想的に演算していく。
【００１５】
第２の演算部１１ｃは、計測値入力部１１ａに入力された電圧値及び電力値に基いて、他方の計測器５Ｂから一方の計測器５Ａへの方向の配電線２のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第２の電圧値を算出する処理部である。つまり、第２の演算部１１ｃは、配電線２のインピーダンスを所定間隔で変化させていった場合において、他方の計測点である計測器５Ｂから一方の計測点である計測器５Ａの間の電圧を、仮想的に演算していく。
【００１６】
仮想中間ノード決定部１１ｄは、第１の電圧値と第２の電圧値とが等しくなる点を、仮想中間ノードとする処理部である。電圧概算値出力部１１ｅは、仮想中間ノードにおける電圧値を、電圧概算値として出力する処理部である。
【００１７】
（制御演算部）
制御演算部１２は、配電系統２へ電圧制御指令を出力する処理部である。制御演算部１２は、判定部１２ａ、制御量算出部１２ｂ、制御指令出力部１２ｃを有する。判定部１２ａは、仮想中間ノードにおける電圧概算値が、あらかじめ設定された制御目標範囲内に収まるか否かを判定する処理部である。制御量算出部１２ｂは、仮想中間ノードにおける電圧概算値が、制御目標範囲内に収まるように、無効電力補償装置４への制御指令値を算出する処理部である。
【００１８】
制御指令出力部１２ｃは、無効電力補償装置４に接続され、制御量演算部１２ｂにより演算された制御指令値を、無効電力補償装置４に出力する処理部である。
【００１９】
なお、制御装置１０は、図示はしないが、上記の各部の処理に必要な情報を記憶する記憶部を有する。記憶部が記憶する情報としては、上記の各部において入力、演算、出力される情報、インピーダンスを変化させる間隔、抵抗分と誘導性リアクタンス分の固定比、制御目標範囲等の各種の設定情報が含まれる。
【００２０】
［作用］
以上のような本実施形態による配電系統の電圧制御を説明する。
（概要）
制御装置１０における制御演算部１２は、電圧概算値演算部１１で計算した仮想中間ノードの電圧概算値電圧が、予め設定されている制御目標範囲に収まるように制御指令値を求め、無効電力補償装置４へ送信することで電圧を調整する。
【００２１】
（電圧概算値電圧の算出）
電圧概算値演算部１１が、２つの計測器５Ａ、５Ｂの間における仮想中間ノードの電圧概算値を計算する処理を、図３のフローチャート、図４のグラフ、図５の説明図を参照して説明する。なお、図４における縦軸は仮想中間ノード電圧、横軸は仮想中間ノードまでの誘導性リアクタンスであり、単位法［ｐｕ］により示している。
【００２２】
仮想中間ノードは、配電線２のインピーダンスにより決まる計測器５Ａから見た電圧と、計測器５Ｂから見た電圧とが一致する仮想上の点である。配電線２のインピーダンスは配電線２の長さにほぼ比例するといえるため、インピーダンスが決まると、配電線２上の仮想的な位置を決めることができる。但し、両電圧を演算している過程では、両電圧が一致する点は不明であるため、一致点が判明する前の配電線２上の任意の点も、便宜的に仮想中間ノードと呼ぶ。
【００２３】
まず、計測値入力部１１ａに、２つの計測器５Ａ、５Ｂからの電圧値及び電力値が入力される（ステップ０１）。第１の演算部１１ｂは、計測値入力部１１ａに入力された計測器５Ａの電圧値及び電力値に基いて、計測器５Ａから計測器５Ｂへの方向の配電線２のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第１の電圧値を算出する（ステップ０２）。この計測値とインピーダンスからの電圧値の演算は、電力、電圧、電流、インピーダンスの関係を示す周知の演算式により行うことができる。
【００２４】
例えば、インピーダンスの抵抗分をＲ１、誘導線リアクタンス分をＸ１とすると、計測器５Ａから仮想中間ノードまでのインピーダンスをＲ１＋ｊＸ１として、Ｘ１を０を出発点として一定間隔で増加させたときの電圧を計算する。このとき、Ｒ１の値は、予め設定された固定値であるＲ１とＸ１との比により定まる。この仮想中間ノードの電圧を、第１の電圧値として記憶部が記憶していく。すると、図４に示すように、インピーダンスが増加するに従って、電圧が低下していく直線に近い曲線Ａのグラフとなる。
【００２５】
また、第２の演算部１１ｃは、計測値入力部１１ａに入力された計測器５Ｂの電圧値及び電力値に基いて、計測器５Ｂから計測器５Ａへの方向の配電線２のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第２の電圧値を算出する（ステップ０３）。この計測値とインピーダンスからの電圧値の演算も、周知の演算式により行うことができる。
【００２６】
例えば、インピーダンスの抵抗分をＲ２、誘導性リアクタンス分をＸ２とすると、計測器５Ｂから仮想中間ノードまでのインピーダンスをＲ２＋ｊＸ２として、Ｘ２を、０を出発点として一定間隔で増加させたときの電圧を計算する。このとき、Ｒ２の値は、予め設定された固定値であるＲ２とＸ２との比により定まる。この仮想中間ノードの電圧を、第２の電圧値として記憶部が記憶していく。すると、図４に示すように、インピーダンスが増加するに従って、電圧が上昇していく直線に近い曲線Ｂのグラフとなる。つまり、第１の電圧値及び第２の電圧値の曲線Ａ、Ｂは、互いに傾きが逆となる。
【００２７】
仮想中間ノード決定部１１ｄは、以上のように求められた２つの曲線Ａ、Ｂの交点Ｍを、仮想中間ノードとして決定する（ステップ０４）。つまり、第１の電圧値と第２の電圧値とが等しくなる点を、決定した仮想中間ノードとする。この仮想中間ノードの電圧値がＶｍ、誘導性リアクタンスがＸｍである。さらに、電圧概算値出力部１１ｅは、仮想中間ノードの電圧値Ｖｍを、制御演算部１２に出力する（ステップ０５）。
【００２８】
（制御指令による制御）
制御演算部１２の判定部１２ａは、電圧概算値演算部１１で求めた仮想中間ノードの電圧値が、あらかじめ設定された制御目標範囲を逸脱しているか否かを判定する。逸脱している場合には、制御量算出部１２ｂは、仮想中間ノードの電圧値が制御目標範囲に収まるように、無効電力補償装置４への制御指令値を計算する。
【００２９】
制御指令値の計算方法の一例としては、電圧概算値演算部１１で求めた仮想中間ノードまでのインピーダンスＲ１＋ｊＸ１、Ｒ２＋ｊＸ２を、図５に示すような回路に設定し、無効電力補償装置４の無効電力出力を一定間隔で変化させた場合の潮流計算を行う。そして、仮想中間ノード電圧が制御目標範囲内となった結果から、無効電力補償装置４の無効電力出力が最小のものを、制御指令値とする。なお、図５におけるＳＮは、電圧位相角の基準となるスラックノードである。
【００３０】
制御指令出力部１２ｃは、制御量算出部１２ｂが算出した制御指令値を、無効電力補償装置４へ出力する。これに応じて、無効電力補償装置４が出力する無効電力により、配電系統の電圧が制御される。
【００３１】
［効果］
本実施形態は、配電線２に設けられた隣接する一対の計測点からの電圧値及び電力値が入力される計測値入力部１１ａと、計測値入力部１１ａに入力された電圧値及び電力値に基いて、一方の計測点から他方の計測点への方向の配電線２のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第１の電圧値を算出する第１の演算部１１ｂと、計測値入力部１１ａに入力された電圧値及び電力値に基いて、他方の計測点から一方の計測点への方向の配電線２のインピーダンスを、所定間隔で変化させた場合の第２の電圧値を算出する第２の演算部１１ｃと、第１の電圧値と第２の電圧値とが等しくなる点を、仮想中間ノードとする仮想中間ノード決定部１１ｄと、仮想中間ノードにおける電圧値Ｖｍを、電圧概算値として出力する電圧概算値出力部１１ｅとを有する。
【００３２】
このため、多くの計測装置や配電系統の正確なインピーダンスを不要としつつ、仮想中間ノードにおける電圧値を算出することができる。従って、コスト面での節約となるとともに、既存の配電系統に対しても、容易に実施することができる。
【００３３】
また、本実施形態は、仮想中間ノードにおける電圧概算値が、あらかじめ設定された範囲内に収まるように、無効電力補償装置４への制御指令値を演算する制御量演算部１２ｂと、無効電力補償装置４に接続され、制御量演算部１２ｂにより演算された制御指令値を、電力補償装置４に出力する制御指令出力部１２ｃとを有する。
【００３４】
このため、配電系統の電圧値が制御目標範囲に収まるように制御を行うことで、大まかに配電系統の電圧を調整することができる。
【００３５】
［他の実施形態］
（１）電圧概算値演算部１１、制御演算部１２は、それぞれ電圧概算値演算装置、制御演算装置として構成してもよい。制御装置１０、電圧概算値演算装置、制御演算装置は、プロセッサ、メモリ等を含むコンピュータを所定のプログラムで制御することによって実現できる。この場合のプログラムは、コンピュータのハードウェアを物理的に活用することで、上記のような各部の処理を実現するものである。
【００３６】
なお、上記の各部の処理を実行する方法、プログラム及びプログラムを記録した記録媒体も、実施形態の一態様である。また、ハードウェアで処理する範囲、プログラムを含むソフトウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない。たとえば、上記の各部のいずれかを、それぞれの処理を実現する回路として構成することも可能である。
【００３７】
（２）本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１…変電所母線
２、２−１〜２−５…配電線
３−１〜３−３…電力負荷
４…無効電力補償装置
５Ａ、５Ｂ…計測器
１０…制御装置
１１…電圧概算値演算部
１１ａ…計測値入力部
１１ｂ…第１の演算部
１１ｃ…第２の演算部
１１ｄ…仮想中間ノード決定部
１１ｅ…電圧概算値出力部
１２…制御演算部
１２ａ…判定部
１２ｂ…制御量演算部
１２ｃ…制御指令出力部
【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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