JP4019150B2 - 配電系統情報監視システム - Google Patents
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Description
第1の手段は、配電用変電所内または配電線路の途中に設置され配電線路に接続された負荷時タップ切替装置付変圧器と、配電線路に接続された複数の無効電力調節装置と、各機器のタップ位置または無効電力と電圧の情報および高圧配電線路の各節点の電圧の情報を収集し、該情報に基づいて、前記負荷時タップ切替装置付変圧器の二次電圧が規定範囲を逸脱している場合は逸脱を減じるようにタップ位置を一つ変化させることを決定し、逸脱していない場合はその時点のタップ位置および該タップ位置の上か下に一つ変化させた合計3つのタップ位置に関して、前記負荷時タップ切替装置付変圧器の二次側より下流の高圧配電線の各電圧検出地点における電圧の規定範囲の中心値からの誤差の二乗和を最小にする複数の各無効電力調節装置の無効電力を求め、その二乗和を最小にするタップ位置に決定する配電系統情報監視所と、該配電系統情報監視所において決定したタップ位置を前記負荷時タップ切替装置付変圧器に送信することを特徴とする配電系統情報監視システムである。
図1は本実施形態の発明に係る配電系統情報監視システムの構成を示す図である。
同図に示すように、この配電系統情報監視システムは、各機器と配電系統情報監視所との間、および配電系統情報監視所と中央給電指令所との間で情報交換を行うための情報通信線を有する電力システムである。
配電系統内の各可制御機器としては、負荷時タップ切替装置付変圧器(例えば、配電用変電所内に設置される負荷時タップ切替変圧器(LRT)や配電用変電所出口から末端に至る線路途中に施設されるステップ式自動電圧調整器(SVR))や無効電力調整装置(例えば、分散型電源(DG)、分散型電力貯蔵装置(DES)、静止形無効電力補償装置(SVC)、静止形無効電力発生装置(STATCOM))や可制御負荷があるが、これらの各可制御機器は電圧や電力等の情報を情報通信線を介して配電系統情報監視所に伝達する。
この一連の操作を規定時間間隔毎に繰り返す。即ち、各可制御機器は配電系統を運用する配電系統情報監視所からの指令に従って動作する。
配電系統の電圧を調節する方法には大きく分けて2つあり、1つは無効電力を調節することであり、もう1つは変圧器のタップを切替ることである。
まず、無効電力を調節したとき、負荷時タップ切替装置付変圧器の2次側の送出端から任意の距離lの地点における各線路の電圧分布がいかに変化するかを表す式は(1)式で表される。(非特許文献2参照)。
二次電圧の変化分をdVとすると、二次側の全線路での電圧変化分は距離lに依存せず(5)式で近似できる。
次に、図3を用いて、配電系統情報監視所における電圧調節アルゴリズムの流れ図を図2に示す。
まず配電系統情報監視システムは、各地点の電圧Viの情報を得て(ステップS1)、そのうち負荷時タップ切替装置付変圧器の二次側送出端の電圧VO注目し、その値が規定上限値Vhighより高い場合はタップ番号の増分DNを-1に、規定下限値Vlowより低い場合は+1に決定する(ステップS2乃至ステップS5)。
Qtj算出後、Qtjがその無効電力調節装置の定格値Qrj以内に収まるかどうかを調べる(ステップS11)。定格内に収まらない無効電力調節装置が存在する場合は、例えば、その装置の番号がpの場合、DQtpをQrp-Qpに決定し、(11)式中のViをVi+qipQrpに書き換えてステップS10に戻る(ステップS12)。これを繰り返し、それ以外の装置で定格内に収まらない無効電力調節装置が存在しなくなったら、n台すべての無効電力QjをQj+cDQtjに更新する。ここで、cは1未満の正値であり、Qjの急激な変化を抑制する効果がある(ステップS13)。
6.6kV、 3 MVA のフィーダを 200V、9 kVA のモデルで模擬し、その抵抗とリアクタンスを上記容量を基準として、ある実系統のpu値に合わせている。各フィーダの全長は 6 km に設定し、それぞれ中央と末端に純抵抗負荷や無効電力調節装置の接続点を設け、図3に示すように節点番号を与える。図3において、記号VとPはそれぞれ、各節点の線間電圧と節点につながる機器により消費される有効電力を表し、添字は節点番号を表す。2台の無効電力調節装置(RS1、 RS2)は、無効電力を連続的に変化できる。RS1は節点#1に、RS2は節点#4に接続した。RS1とRS2が消費する遅れ無効電力をそれぞれQ1、Q2で表す。負荷時タップ切替装置付変圧器の一次巻線は三相200 V の商用電源に接続している。負荷時タップ切替装置付変圧器はタップ切替により一次巻線のタップ位置を200 Vから220 Vまで5V間隔で変更できる。
わが国では電気事業法により、引込口における電灯線電圧を 101V±6V以内に維持することが定められている。低圧線での電圧変動分を、重負荷時降下分6.5V、最大逆潮流時上昇分2.0Vとする(非特許文献3参照)と、高圧配電線の許容電圧変動幅は、電灯線電圧換算で101.5V〜105.0Vとなる。
ただし電圧の規定範囲からの逸脱を極力避けるため、ステップS2、S3、S8で使用する電圧規定範囲を、VlowからVhighまででなく、Vlow+0.5VからVhigh-0.5Vまでとした。また、ステップS13とS9で用いる係数を、c=0.2、g=0.95とし、計測と制御は1秒毎に行った。図4のように、節点#2では大きな電力消費があり、逆に節点#1では大きな逆潮流が発生している状況を実験した。図4では、200V、9kVAを単位法の基準としたpu値で表示している。このとき負荷時タップ切替装置付変圧器のタップ位置はN=3から変化しなかった。RS1が適切に無効電力Q1を調節して、節点#2の電圧V2を、過渡的な変動を除き規定範囲内に維持している。
図6は本実施形態の発明に係る系統情報監視システムの構成を示す図である。
同図に示す系統情報監視システムでは、4台の可制御負荷が系統につながっているとし、それらを番号kで表し、その最大消費電力をPmaxk、最小消費電力をPminkとする。番号kの可制御負荷は、ある情報送信時点において、電力Pnkを消費しており、この時刻からtk時間後までにEakのエネルギーを消費しなければならないとする。このとき、この可制御負荷がtk時間後までに消費する電力の平均値はPak=Eak/tkである。
図7は、図6中の4台の可制御負荷の、ある情報送信時のパラメータを表したものである。電力消費率の大小関係から、この系統において需要過多となった場合には、可制御負荷2、4、1、3の順に、消費電力を最小値Pminkで運転するように指令する。0.25kW以上消費電力を減らす必要がある場合は、可制御負荷2を最小消費電力Pmin2で運転させる。0.25+3.9=4.15kW以上消費電力を減らす必要がある場合は、可制御負荷2と4を最小消費電力Pmin2とPmin4で運転させる。4.15+2=6.15kW以上消費電力を減らす必要がある場合は、可制御負荷2と4と1を最小消費電力Pmin2とPmin4とPmin1で運転させる。6.15+0.6=6.75kW以上消費電力を減らす必要がある場合は、可制御負荷2と4と1と3を最小消費電力Pmin2とPmin4とPmin1とPmin3で運転させる。これでも需要過多の場合は、分散型電源に出力を増やすように指令する。
0.3+2=2.3kW以上消費電力を増やす必要がある場合は、可制御負荷3と1を最大消費電力Pmax3とPmax1で運転させる。2.3+6=8.3kW以上消費電力を増やす必要がある場合は、可制御負荷3と1と4を最大消費電力Pmax3とPmax1とPmax4で運転させる。
8.3+0.2=8.5kW以上消費電力を増やす必要がある場合は、可制御負荷3と1と4と2を最大消費電力Pmax3とPmax1とPmax4とPmax2で運転させる。これでも供給過多の場合は、分散型電源に出力を減らすように指令する。
Claims (2)
- 配電用変電所内または配電線路の途中に設置され配電線路に接続された負荷時タップ切替装置付変圧器と、配電線路に接続された複数の無効電力調節装置と、各機器のタップ位置または無効電力と電圧の情報および高圧配電線路の各節点の電圧の情報を収集し、該情報に基づいて、前記負荷時タップ切替装置付変圧器の二次電圧が規定範囲を逸脱している場合は逸脱を減じるようにタップ位置を一つ変化させることを決定し、逸脱していない場合はその時点のタップ位置および該タップ位置の上か下に一つ変化させた合計3つのタップ位置に関して、前記負荷時タップ切替装置付変圧器の二次側より下流の高圧配電線の各電圧検出地点における電圧の規定範囲の中心値からの誤差の二乗和を最小にする複数の各無効電力調節装置の無効電力を求め、その二乗和を最小にするタップ位置に決定する配電系統情報監視所と、該配電系統情報監視所において決定したタップ位置を前記負荷時タップ切替装置付変圧器に送信することを特徴とする配電系統情報監視システム。
- 上記負荷時タップ切替装置付変圧器のタップ位置を選定した後で、すべての電圧検出地点の電圧のタップ変更前と後(タップを変更しない場合も含む)の平均値が、規定範囲内であれば複数の各無効電力調節装置の無効電力の絶対値を減じるように決定し、そうでない場合は複数の各無効電力調節装置の無効電力を各電圧検出地点における前記平均値の規定範囲の中心値からの誤差の二乗和を最小にする値に近づけるように決定する配電系統情報監視所と、該配電系統情報監視所において決定した無効電力の指令を前記の各無効電力調節装置に送信することを特徴とする請求項1に記載の配電系統情報監視システム。
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