プロジェクト課題

需要地系統の需給一体化運用・制御背景・目的地球環境問題等への対応により、太陽光発電（PV）を中心とした分散形の再生可能エネルギー電源の導入が加速される見通しにある。これら分散形電源の電力系統への導入拡大に対しては、系統安定化のための配電線レベルでの基本技術の確立とともに、分散形電源の有効活用技術を含めた、需要サイドと供給サイドの連携による需給一体形の運用技術の開発が期待される。
本課題では、分散形再生可能エネルギー電源の電力系統への円滑な導入と有効活用を図るため、需給一体形の制御を取入れた需要地系統の運用・制御に関わる技術を開発する。

主な成果
1．ヒートポンプ式給湯機を用いた PV 余剰電力活用技術の実証と改良ヒートポンプ（HP）式給湯機を PV 発電時間帯に運転させて、PV 発電による余剰電力を有効活用する方式として、2 0 0 9 年度に各種予測を用いた需要家の翌日運用計画手法を提案した（図 1 a）。本方式の確立に向けて、需要家模擬実験設備による年間を通じた実証運転試験を行い、概ね設計通り運転でき、PV の発電機会損失＊ 1 を低減できることを検証した（図 1 b）。また、判明した諸課題についても対応策を考案・検証した（表 1）［R 1 0 0 4 2］。
2．需要家コンデンサ制御による配電系統電圧適正化方式の提案
近年の配電系統において、PV からの逆潮流に加え、高圧需要家の力率改善用コンデンサ（SC）に起因した電圧上昇問題があり、その対策として、SC に需要家受電点電圧が上限を逸脱した場合に自動開放する機能（電圧優先モード）を持たせ、PV 大量導入対応の配電系統用 SVC* 2 と協調運用させる電圧適正化方式を提案した。シミュ
レーションにより、電圧面からみた PV 導入可能量を配電線設備容量比 2 0％程度増加できることを明らかにした（図 2）［R 1 0 0 2 6］。
3．電圧制御用 SVC を利用した配電線の単独運転回避方式の提案
各分散形電源に装備される単独運転検出機能は、配電線遮断地点の潮流が平衡（ゼロ潮流）に近づいていると、配電線遮断時にその検出が遅延、不能となる可能性が高くなる。このため、本機能を補完する技術として、電圧制御用 SVC を利用し、配電線の無効電力が常に不平衡になるように運用制御する方式を提案した。住宅地域モデルのシミュレーションの結果、電圧制御が必要な時間帯（昼間）と単独運転回避が必要な時間帯（朝方）は異なること，回避に必要な無効電力値は電圧制御に必要な SVC容量内であること（図 3）から、本提案方式の適用可能性が高いことを明らかにした［R 1 0 0 4 0］。
＊ 1：逆潮流制約条件を満足させるために抑制される PV 出力電力量。
＊ 2：半導体スイッチング素子により配電線に無効電力を注入し、高速（応答時間 0.1 秒以下）で配電線電圧を制御する装置。

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02-3環境.indd 68

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環境・エネルギー利用技術<上位系統 >
予想される翌
日余剰電力予想される翌<上位系統 >
日余剰電力予想される翌<需要地系統>

<変電所>
<変電所>
系統運用

管理ｼｽﾃﾑ<変電所>
系統運用管理ｼｽﾃﾑ
系統運用
<変電所>
需要地系統の 管理ｼｽﾃﾑ
日余剰電力予想される翌
運用計画
需要地系統の 系統運用
日余剰電力
管理ｼｽﾃﾑ
運用計画
・各需要家の逆
需要地系統の潮流制限量・各需要家の逆
運用計画
需要地系統の・系統機器
需要家機器の潮流制限量・各需要家の逆の運用計画
運用計画
運用計画
・系統機器
需要家機器の潮流制限量の運用計画
<条件>
運用計画
・各需要家の逆・系統機器
需要家機器の- 逆潮流制限
潮流制限量<条件>の運用計画
運用計画-需要家機器の需要家便益維持
情報
逆潮流制限
・系統機器
<条件>
-- 需要家便益維持
情報の運用計画
運用計画
制御
逆潮流制限

制御
情報
制御
情報
制御

<条件>
- 需要家便益維持- 逆潮流制限- 需要家便益維持

逆潮流の制限逆潮流の制限太陽光発電
逆潮流の制限太陽光発電
kW

逆潮流の制限
太陽光発電
kW

制御装置
制御装置
（需給IF)（需給IF)
制御装置

kW
太陽光発電
蓄電装置,蓄電装置,PHEV,EVPHEV,EV
蓄電装置,蓄電装置,PHEV,EVPHEV,EV
kW
蓄電装置,蓄電装置,PHEV,EV
PHEV,EV（需給IF)
制御装置（需給IF)
HP給湯機
HP給湯機

時間
時間
時間
時間

蓄電装置,蓄電装置,PHEV,EV
PHEV,EV

空調負荷
空調負荷

電 力
電電
(kW)
力電力
(kW)
力(kW)
(kW)

<上位系統 >
<上位系統 >

<需要地系統><需要地系統><需要地系統>

その他
その他
その他
その他

HP給湯機

空調負荷<需要家(住宅）>
その他
その他

HP給湯機

空調負荷

<需要家(住宅）>
その他
その他<需要家(住宅）>

55454PV 出力
その他の負荷電力
35PV 出力
その他の負荷電力
43PV 出力
その他の負荷電力
243
HP 式給湯機電力
2PV 出力その他の負荷電力
HP 式給湯機電力
132
HP 式給湯機電力
1021
HP 式給湯機電力
0-11
受電点潮流0逆-1(HP式給湯機有） 逆受電点潮流
潮-2(HP 式給湯機有）-10 (逆潮流制限しきい値)
受電点潮流
潮
逆流-2
(HP式給湯機有）
受電点潮流(逆潮流制限しきい値)
流
潮
-3-1
受電点潮流
-2
逆
(HP式給湯機無)受電点潮流-3 (逆潮流制限しきい値)
この部分の発電機会損失が低減(HP 式給湯機有） 流
潮(HP式給湯機無)
受電点潮流
-4-2
この部分の発電機会損失が低減-3 (逆潮流制限しきい値)
流(HP 式給湯機無)-4
6:00
8:00 この部分の発電機会損失が低減
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
受電点潮流
-3-4 6:00(HP16:00式給湯機無)18:00
8:00
10:00
12:00
14:00
この部分の発電機会損失が低減
時
刻
8:00
10:00
12:00
14:00
16:00
18:00
-4 6:00
時 刻(b) 需要家模擬実験設備での実証運転結果例（b）需要家模擬実験設備での実証運転結果例
6:00(b) 需要家模擬実験設備での実証運転結果例
8:00
10:00
14:00
16:00
18:00
時12:00刻

配電用
変電所
配電用
変電所
配電用
変電所

6.6 kV

住宅地域配電線
PVPV
・
線路こう長：3.7km
住宅地域配電線・配電線容量:4PV ：3.7km
・
線路こう長
PVMVA
住宅地域配電線・
ピーク負荷：2.5MW
・配電線容量:4MVA
・
線路こう長：3.7km
・
ピーク負荷：2.5MW
住宅地域配電線 MVA
・配電線容量:4・
線路こう長
：
3.7km
・ピーク負荷：2.5MW
・配電線容量:4 MVA
・ピーク負荷：2.5MW

PVPV
高圧需要家・負荷400kW
高圧需要家
PVPV・SC
100kvar×3台
・負荷400kW
高圧需要家
・SC 制御方式：自端制御
100kvar×3台
・負荷400kW・SC制御方式：自端制御
高圧需要家
・SC
100kvar×3 台・負荷400kW・SC 制御方式：自端制御
・SC 100kvar×3 台
・SC 制御方式：自端制御

PV導入可能量PV導入可能量PV導入可能量PV導入可能量[％] [％][％][％]

余剰対応の HP 式給湯機の翌日運用計画の概念（(a)
a ）余剰対応のHP式給湯機の翌日運用計画の概念<需要家(住宅）>(a) 余剰対応の HP 式給湯機の翌日運用計画の概念
PV
出力や需要の予測により、余剰発生の可能性が4kW級級PVPVと1kW（3kWh）級1kW（3kWh）級 HP式給湯機を使用し、PV出力や需要の予測により、余剰発生の可能性が4kWとHP 式給湯機を使用し、(a)余剰対応のHP式給湯機の翌日運用計画の概念(b)
需要家模擬実験設備での実証運転結果例
時 級刻HP
PV
出力や需要の予測により、余剰発生の可能性が4kW
級 PVと 1kW（3kWh）式給湯機を使用し、ある場合にHP式給湯機の貯湯を実施。予測の不確
逆潮流制限しきい値を2kWと仮定した快晴日の例。
ある場合にHP式給湯機の貯湯を実施。予測の不確
逆潮流制限しきい値を2kW級と仮定した快晴日の例。
(a) 出力や需要の予測により、余剰発生の可能性が余剰対応のHP 式給湯機の翌日運用計画の概念(b)
需要家模擬実験設備での実証運転結果例
PV
4kW
級 PVと 1kW（3kWh）
HP 式給湯機を使用し、ある場合にHP式給湯機の貯湯を実施。予測の不確
逆潮流制限しきい値を2kWと仮定した快晴日の例。
実性を考慮し、過去の統計データによる複数の予測前日計画通り HP 式給湯機が日中に運転し、発電機会ある場合にHP 式給湯機の貯湯を実施。予測の不確
逆潮流制限しきい値を2kW級と仮定した快晴日の例。
実性を考慮し、過去の統計データによる複数の予PV出力や需要の予測により、余剰発生の可能性が4kW
級 PV とHP
1kW（3kWh）
HP 式給湯機を使用し、前日計画通り
HP式給湯機が日中に運転し、発電機実性を考慮し、過去の統計データによる複数の予測
前日計画通り式給湯機が日中に運転し、発電機会シナリオを考慮。
損失が低減されている。
実性を考慮し、過去の統計データによる複数の予測
前日計画通りHP式給湯機が日中に運転し、発電機会ある場合にHP 式給湯機の貯湯を実施。予測の不確
逆潮流制限しきい値を2kWと仮定した快晴日の例。
シナリオを考慮。
損失が低減されている。
測シナリオを考慮。
会損失が低減されている。
シナリオを考慮。
損失が低減されている。
図 1 PV 余剰電力有効活用のための HP 式給湯機の翌日運用計画の概念と実証運転結果
実性を考慮し、過去の統計データによる複数の予測
前日計画通り HP 式給湯機が日中に運転し、発電機会
図1PV
余剰電力有効活用のためのHP式給湯機の翌日運用計画の概念と実証運転結果
図1PV
余剰電力有効活用のためのHP式給湯機の翌日運用計画の概念と実証運転結果シナリオを考慮。
損失が低減されている。
図 1 PV 余剰電力有効活用のための HP 式給湯機の翌日運用計画の概念と実証運転結果
表 1 実証運転試験により明らかとなった課題と対応策
図 1 PV 余剰電力有効活用のためのHP 式給湯機の翌日運用計画の概念と実証運転結果
表
表11 実証運転試験により明らかとなった課題と対応策
実証運転試験により明らかとなった課題と対応策
課 題
実験等による効果の検証
表 1対応策
実証運転試験により明らかとなった課題と対応策
課 題
対応策
実験等による効果の検証
表1
実証運転試験により明らかとなった課題と対応策
起動停止回数条件と最小連続運日間の運転効率が左記対応策なしに比べてHP
式給湯機起動/停止回数
課 題
対応策
実験等による効果の検証
HP式給湯機起動/停止回数
起動停止回数条件と最小連続運日間の運転効率が左記対応策なしに比べて転時間条件の設定
平均で 20％向上
増大に伴う運転効率の低下
課
題
実験等による効果の検証
起動停止回数条件と最小連続運
日間の運転効率が左記対応策なしに比べてHP
式給湯機起動/停止回数 対応策
増大に伴う運転効率の低下
転時間条件の設定
平均で 20％向上
転時間条件の設定
平均で 20％向上
増大に伴う運転効率の低下
突発的な給湯需要急増時に確実に湯切れを防止できることを確認。なお
起動停止回数条件と最小連続運
日間の運転効率が左記対応策なしに比べてHP
式給湯機起動/停止回数 当日の実績需要と予測値との誤突発的な給湯需要急増時に確実に湯切れを防止できることを確認。なお差がしきい値以上となると追いHP 式給湯機に湯切れが発 当日の実績需要と予測値との誤前日計画時に貯湯量下限値を下げることが転時間条件の設定
平均で 20％向上
増大に伴う運転効率の低下
当日の実績需要と予測値との誤 前日計画時に貯湯量下限値を下げることが突発的な給湯需要急増時に確実に湯切れを防止できることを確認。なおHP
炊きし、計画を見直し
生 式給湯機に湯切れが発 差がしきい値以上となると追いできるため PV 余剰電力抑制にも寄与
差がしきい値以上となると追い できるため
HP 式給湯機に湯切れが発 炊きし、計画を見直し
前日計画時に貯湯量下限値を下げることが当日の実績需要と予測値との誤突発的な給湯需要急増時に確実に湯切れを防止できることを確認。なお生
PV 余剰電力抑制にも寄与
炊きし、計画を見直し
生 式給湯機に湯切れが発 自端または集中制御できるため PV 余剰電力抑制にも寄与
差がしきい値以上となると追い120
HP
前日計画時に貯湯量下限値を下げることが<SCの運転モード>
120
自端または集中制御
炊きし、計画を見直し生できるためPV 余剰電力抑制にも寄与<SCの運転モード>
SVC
SVC
力率制御
電圧優先100120
PV
PV
PV
PV
自端または集中制御
6.6 kV
SVC
SVC
力率制御
電圧優先100<SCの運転モード>
PV
PV
PV
PV
6.6 kV12080
自端または集中制御
SVC
SVC
力率制御
電圧優先100
PV
PV<SCの運転モード>
6.6 kV PV PV PV PV
80
PV
PV
配電用
SVC
SVC
力率制御
電圧優先100
PV
PV
PV
PV
PV
PV
60
PV
PV
80
変電所
60
同じSVC容量でも電圧優先モードの804060
同じSVC容量でも電圧優先モードの方がPV導入可能量が多い
40方がPV導入可能量が多い
同じSVC容量でも電圧優先モードの602040方がPV導入可能量が多い
20
同じSVC容量でも電圧優先モードの400方がPV導入可能量が多い
2001000
2000
3000
02001000
2000
30000
SVC容量 [kVA]
01000SVC容量 [kVA]2000
30000(b)SC 制御によるSVC
PV容量［kVA］
導入可能量の増大効果
1000SVC容量
3000[kVA]2000(b)0 SC 制御によるPV 導入可能量の増大効果

SVC必要無効電力
SVC必要無効電力
SVC必要無効電力
SVC必要無効電力（ｋvar)（ｋvar)（ｋvar)（ｋvar)(a) シミュレーションの配電線モデル(a) シミュレーションの配電線モデル
配電線電圧が上限（低圧換算107V）を超過する場（a）シミュレーションの配電線モデル(a) シミュレーションの配電線モデル
配電線電圧が上限（低圧換算107V）を超過する場
合、先ずSVCで制御し，不足する場合には高圧需配電線電圧が上限（低圧換算1 0 7V）を超過する(a)SVC
シミュレーションの配電線モデル
配電線電圧が上限（低圧換算107V）を超過する場
合、先ずで制御し，不足する場合には高圧需要家のSCを順次開放。そのため、電圧制御しきい場合、先ずSVCで制御し，不足する場合には高配電線電圧が上限（低圧換算107V）を超過する場
合、先ずで制御し，不足する場合には高圧需導入可能量：配電線設備容量比
要家のSCSVCを順次開放。そのため、電圧制御しきい(b)(注)PVSC 制御によるPVPV導入可能量の増大効果
SVC容量[kVA](注)PV
導入可能量：配電線設備容量比
値は SVCの方を低めに設定。
（b）SC制御による導入可能量の増大効果
圧需要家のSCを順次開放。そのため、電圧制御
合、先ずSVCで制御し，不足する場合には高圧需要家のSCを順次開放。そのため、電圧制御しきい値は SVC の方を低めに設定。
(注)PV
導入可能量：配電線設備容量比
(b)
SC
制御による
PV導入可能量の増大効果
図 2 需要家コンデンサ制御を考慮した配電系統電圧適正化方式の効果（注）PV 導入可能量：配電線設備容量比
しきい値はSVC の方を低めに設定。
要家のSCの方を低めに設定。
を順次開放。そのため、電圧制御しきい値は SVC(注)PV 導入可能量：配電線設備容量比
図 2 需要家コンデンサ制御を考慮した配電系統電圧適正化方式の効果
700
値は SVC の方を低めに設定。
需要家コンデンサ制御を考慮した配電系統電圧適正化方式の効果
700
図図2 2 需要家コンデンサ制御を考慮した配電系統電圧適正化方式の効果
600
図 2 需要家コンデンサ制御を考慮した配電系統電圧適正化方式の効果
700
600
500
700
600
500
400
600
500
400
300
500
400
300
200
400
300
200
100
300
200
100
0200
100
0 40

電圧制御に必要な無効電力（時間帯：昼間）
電圧制御に必要な無効電力（時間帯：昼間）
電圧制御に必要な無効電力（時間帯：昼間）
電圧制御に必要な無効電力（時間帯：昼間）

単独運転回避に必要な無効電力（時間帯：朝方）
単独運転回避に必要な無効電力（時間帯：朝方）
単独運転回避に必要な

50
60
70
80 無効電力（時間帯：朝方）
9010011050607080901001101000 40
PV導入率(%)単独運転回避に必要な405060708090100110
PV導入率(%)無効電力（時間帯：朝方）
0
図 3 配電線単独運転回避に必要な無効電力値の試算例
PV導入率(%) SVC 904050607080100110
図 3 配電線単独運転回避に必要なSVC 無効電力値の試算例
単独運転回避に必要なSVC 出力は電圧制御に必要なSVC 出力より小さい。
PV導入率 (%) SVC 無効電力値の試算例
図 3 配電線単独運転回避に必要な単独運転回避に必要な SVC 出力は電圧制御に必要な SVC 出力より小さい。
単独運転回避に必要なSVC 出力は電圧制御に必要なSVC 出力より小さい。
図
SVC無効電力値の試算例
無効電力値の試算例
図33 配電線単独運転回避に必要な配電線単独運転回避に必要なSVC
単独運転回避に必要なSVC
SVC 出力は電圧制御に必要な出力より小さい。
単独運転回避に必要な出力は電圧制御に必要なSVCSVC出力より小さい。

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