JP5963250B2 - 配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システム - Google Patents

Description

本発明は配電系統の低圧系における需要化電圧安定化システムに関し、特に配電系統の低圧系に複数の無効電圧補償装置を分散配置した場合に適用して有用なものである。

住宅用の太陽光発電設備（ＰＶ）および電気自動車（ＥＶ）が普及すると、ＰＶからの逆潮流による電圧上昇やＥＶの一斉充電による電圧低下が原因で配電系統の電圧を調整することが困難になると懸念されている。このため、主に、ＳＶＲ、ＳＶＣなどを用いて配電系統全体の電圧調整を行う手法が検討されてきた。

一方、配電系統における無効電力の補償システムとして、配電系統における変圧器の低圧側の各配電線に接続される需要家毎に、個別に無効電力補償を行う無効電力補償装置を分散配置することで、前記需要家毎に自律的に無効電力の補償を行う手法が提案されている（非特許文献１参照）。

上述の如く、需要家毎に個別に無効電力補償を行う無効電力補償装置を分散配置し、需要家毎に自律的に無効電力の補償を行う場合には、電圧変動を引き起こす原因の箇所の直近で対策を施すことが可能であるため、問題のある箇所にスポット的に対応することができるばかりでなく、無効電力補償装置を構成する半導体素子の耐圧性能等を軽減して全体的なコストを低減することができる。この結果、負荷側に電圧変動の原因となるＰＶやＥＶの分散電源が接続されている場合であっても、低廉なコストで配電系統における需要家電圧の安定化を実現できるという効果を得ることができる。

福島健太郎、野田琢、樺澤祐一郎、根本孝七、「需要家端に設置する分散型無効電力補償装置μＳＴＡＴＣＯＭの基本コンセプト」、平成２３年電気学会電力・エネルギー部門大会、Ｎｏ．２２４，ｐｐ．１７−１８，２０１１年

しかしながら、上述の如き無効電力補償装置が低圧系（本明細書では、柱上変圧器、低圧配電線および引き込み線をいう）の需要家の１軒だけに対応させて複数の低圧系においてそれぞれ配置されている場合には全く問題はないが、複数の需要家に対応させて柱上変圧器等、配電用の変圧器の２次側で複数台の無効電力補償装置が低圧系に分散配置された場合には各無効電力補償装置をどのように制御するかが問題となる場合がある。すなわち、分散配置された各無効電力補償装置毎の個別制御により無効電力を発生させた場合には、電圧が過大に上昇し（ＰＶの場合）、また過大に低下（ＥＶ）する可能性がある。この場合には、最適な電圧制御が困難になる。

本発明は、上記従来技術に鑑み、低圧系の需要家に対応させて複数台の無効電力補償装置を分散配置させた場合において、無負荷電力補償装置毎に、協調して適切な無効電力補償を行うことができる配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
配電系統における高圧から低圧へ降圧する変圧器、この変圧器に接続された低圧配電線および低圧配電線に接続された複数の引込線で構成される低圧系において、前記低圧配電線に前記引込線を介して分散配置された複数の無効電力補償装置で個別に引込線と需要家との接続点である需要家端の電圧を調整するように構成した配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムであって、
配電用変電所の送り出し点から高圧配電線を介して前記低圧配電線に接続された各引込線の接続位置までの各需要家毎の距離の平均値および各需要家毎の各引込線の距離の平均値の情報に基づき、前記送り出し点から前記引込線に至る配電系統のインピーダンスを算出し、前記低圧系に接続される複数の需要家を、前記送り出し点から前記高圧配電線、前記変圧器、前記低圧配電線および前記引込線を介して１軒の需要家に至る等価的な配電系統に縮約するとともに、
前記配電系統への送り出し電圧、縮約された前記配電系統のインピーダンス、前記各需要家端における電流の総和に基づき前記インピーダンスを用いて前記需要家端の電圧と前記インピーダンスから導かれる前記送り出し電圧もしくは前記変圧器の１次側の電圧とを等しくするために必要な無効電力の無効電流成分を演算して前記需要家の数で按分し、按分した無効電流成分を前記各需要家端に供給するように前記各無効電力補償装置を制御するように構成したことを特徴とする配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムにある。

本態様によれば、複数の引込線にそれぞれ接続される複数の需要家を有する低圧系を１本の引込線およびにこれに接続される一軒の需要家に等価的に置き換えて低圧系の無効電力の補償量を演算するので、この補償量の演算を容易かつ適確に行うことができる。

本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載する配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記送り出し電圧として前記変圧器の１次側の電圧、前記配電系統のインピーダンスとして前記低圧系のインピーダンスを用いたことを特徴とする配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムにある。

本態様によれば、ＰＶやＥＶによる需要家端の電圧変動に対して、高圧配電線のインピーダンスはほとんど影響せず、主に低圧系のインピーダンスが寄与することに着目し、この特性を利用することにより、縮約した低圧系のインピーダンスのみを用いて各需要家端に分散設置した各無効電力補償装置の補償量を演算することができるので、補償量の演算を簡素化することができる。すなわち、本態様では、高圧配電線のインピーダンス等のパラメータは一切利用していないので、高圧配電線の構造の変更によるパラメータの変更の影響を受けることなく必要な補償量の演算を行うことができる。ちなみに、高圧配電線側では、高圧配電線の新設や撤去に伴う線路長の増減や高圧配電線の系統変更などによる線路長の増減が低圧系に比べて比較的頻繁に行われる場合があり、高圧配電線のインピーダンスは頻繁に変更される。すなわち、高圧配電線のインピーダンスを補償量の演算のパラメータとして利用した場合には、高圧配電線が変更される毎に補償量を演算するためのパラメータを変更する必要がある。

本発明の第３の態様は、
第１または第２の態様に記載する配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムにおいて、
縮約した低圧系における無効電流成分の演算は、前記需要家端の電圧Ｖ_２を（１）式または（２）式で与えられた（３）式または（４）式を用いて演算することを特徴とする配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムにある。

本発明の第４の態様は、
第１〜第３の態様の何れか一つに記載する配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記縮約の際に必要な他の需要家の情報を電力線通信を利用して授受するように構成したことを特徴とする配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムにある。

本態様によれば、需要家における無効電力補償装置同士で低圧系の縮約に必要な情報の授受を必要に応じ、自動的に適宜行うことができる。特に、当該低圧系に新たな需要家が追加された場合や、需要家が外された場合等、縮約のためのパラメータの変更が生じた場合でも、これに迅速かつ柔軟に対処することができる。さらに、通信路として電力線を利用しているので、設備費を可及的に低減できる。

本発明によれば、ＰＶやＥＶによる需要家端の電圧変動に対して、高圧配電線のインピーダンスはほとんど影響せず、主に低圧系のインピーダンスが寄与することに着目し、この特性を利用することにより、各需要家端に分散設置した無効電力補償装置を用いて、柱上変圧器等、配電用の変圧器一台に接続される複数の需要家の無効電力補償装置を対象として需要家毎に適切な無効電力補償を行うことができる。すなわち、電圧調整のために必要な無効電力補償量を、配電用の変圧器一台に接続された低圧系を縮約表現することにより算出し、これを複数の無効電力補償装置で等分に分担し協調して出力するようにしたので、需要家端電圧を適切に調整することが可能になる。

本発明の実施の形態に係る需要家電圧安定化システムを適用する配電系統を概念的に示す説明図である。 図１の低圧系の一つを抽出するとともに、これを一本の引込線および１軒の需要家に縮約した場合の説明図である。 図１の低圧系におけるＰＬＣの態様を説明するための説明図である。 負荷をＰＶとした場合に発生する無効電流を説明するための図で、（ａ）はその回路構成図、（ｂ）はその等価回路図である。 図４に示す場合において、ＰＶとともに無効電力補償装置を接続した場合の等価回路図である。 負荷をＥＶとした場合に発生する無効電流を説明するための図で、（ａ）はその回路構成図、（ｂ）はその等価回路図である。 本発明の実施の形態に係る需要家電圧安定化システムに適用する無効電力補償装置を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る需要家電圧安定化システムを適用する配電系統を概念的に示す説明図である。同図に示すように、当該配電系統は、配電用変電所１、配電用変電所１に接続された高圧配電線２および配電用変圧器である柱上変圧器３を介して高圧配電線２に接続された複数の低圧系Ｉ（図には一系統のみを示す）からなる。低圧系Ｉは、柱上変圧器３、低圧配電線４および引込線５からなり、各引込線５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆの端部に需要家６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆが接続されている。このように一台の柱上変圧器３に接続される複数の負荷となる需要家６Ａ〜６Ｆのグループをバンクと呼ぶ。各需要家６Ａ〜６Ｆは、ＰＶ７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ，７Ｅ，７ＦやＥＶ８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄ，８Ｅ，８Ｆとともに照明等の通常負荷を有するとともに、ＰＶ７Ａ〜７Ｆによる需要家端での電圧上昇や、ＥＶ８Ａ〜８Ｆによる需要家端での電圧低下を抑制するため、無効電力補償装置９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ，９Ｅ，９Ｆを有している。すなわち、本形態における低圧系Ｉには、複数（本形態では６軒）の需要家６Ａ〜６Ｆに対応させて柱上変圧器３の２次側で複数台（本形態では６台）の無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆが分散配置されている。

ここで、需要家６Ａ〜６Ｆから配電系統を見込んだとき、低圧系のインピーダンスに比べて高圧配電線２のインピーダンスは極めて小さく無視できる。これより、高圧配電線２を無視し、柱上変圧器３の１次側が電圧源であると考えても差し支えない。図１において、配電用変電所１を柱上変圧器３の１次側と置き換え、高圧配電線２、柱上変圧器３、低圧配電線４および引込線５Ａ〜５ＦのインピーダンスＲ＋ｊＸを、柱上変圧器３、低圧配電線４および引込線５Ａ〜５Ｆのインピーダンスの総和とすることができる。このように考えると、電圧調整問題を柱上変圧器３の各バンクの問題に切り分けて簡単化することができる。

しかしながら、柱上変圧器３の各バンクには、数軒の需要家６Ａ〜６Ｆが接続されており、低圧系Ｉには１軒の需要家のみが存在するという条件を満足することはできない。柱上変圧器３の各バンクに接続された需要家６Ａ〜６Ｆが１軒であれば、無効電力補償装置をどのように制御するかが問題となる余地はない。

すなわち、さらに問題を簡単化し、１軒の需要家のみが存在するという条件を満足するには、柱上変圧器３の各バンクに接続された数軒の需要家６Ａ〜６Ｆを近似的に縮約して、図２に示すように、１軒の需要家６に置き換えて考えればよい。

本形態は、上述の点に着目したもので、図２に示すように、柱上変圧器３に接続された複数の需要家６Ａ〜６Ｆ（図１参照）を縮約して等価的な１軒の需要家６を有する低圧系IIに置換する。すなわち、低圧系IIは、柱上変圧器３から低圧配電線４および一本の引込線５を介して１軒の需要家６に至る。ここで、需要家６は、照明等の通常負荷とともに、ＰＶ７やＥＶ８を負荷として有するとともに、ＰＶ７による需要家端Ｐ２での電圧上昇や、ＥＶ８による需要家端Ｐ２での電圧低下を抑制するため、一台の無効電力補償装置９を有している。

図１に示すような、複数の需要家６Ａ〜６Ｆを、図２に示すような１軒の需要家６に縮約した等価的な低圧系IIは、次の手順で求めることができる。
（手順１） 需要家６Ａ〜６Ｆごとにそこから見た低圧配電線４の長さは異なる。そこで、各需要家６Ａ〜６Ｆから見た低圧配電線４の長さの平均を求め、この平均長さの低圧配電線１４のインピーダンスで等価的な低圧配電線１４を模擬する。
（手順２） 引込線５Ａ〜５Ｆについても、需要家６Ａ〜６Ｆごとにその長さが異なるため、その平均長を求める。引込線５Ａ〜５Ｆは並列に接続されることを勘案し、平均長の引込線１５のインピーダンスを需要家６Ａ〜６Ｆの数で割った値で等価的な引込線１５を模擬する。
（手順３） 需要家６Ａ〜６Ｆに存在するＰＶ７Ａ〜７Ｆの逆潮流電流の総和もしくはＥＶ８Ａ〜８Ｆの充電電流の総和を採ることで等価的な需要家６の逆潮流・充電電流を模擬する。

かかる縮約手順を、図１の６軒の需要家６Ａ〜６Ｆからなる低圧系Ｉを例に採り、さらに具体的に説明する。いま、低圧配電線４の長さが、需要家６Ａ，６Ｂから見れば０ｍ、需要家６Ｃ，６Ｄから見れば４０ｍ、需要家６Ｅ，６Ｆから見れば８０ｍであるとすると、その平均長を求めると４０ｍとなる。低圧配電線４の８０ｍのインピーダンスをＺ_ＬＶとしたとき、縮約後の等価的な低圧配電線１４のインピーダンスは、４０ｍ分に相当するＺ_ＬＶ／２となる。

次に、引込線５Ａ〜５Ｆについては、６軒の需要家６Ａ〜６Ｆの全てにおいて１５ｍであるとすると、平均長は１５ｍとなり、さらにこれを需要家６Ａ〜６Ｆの数で割ると２．５ｍとなる。引込線５Ａ〜５Ｆの１５ｍ分のインピーダンスをＺ_ＳＤＬとすると、縮約後の等価的な引込線１５のインピーダンスは２．５ｍ分に相当するＺ_ＳＤＬ／６となる。

最後に、ＰＶ７Ａ〜７Ｆの逆潮流電流を縮約する。図１において、全部の需要家６Ａ〜６Ｆが一律にＩ_ＰＶの逆潮流電流を発生しているとすると、その総和を取ることで、縮約後の等価的な逆潮流電流の値は６×Ｉ_ＰＶとなる。なお、ＥＶ８Ａ〜８Ｆに関しても同様の手順で所望の縮約を行うことができる。

以上の手順で得た、縮約後の等価的な低圧系IIが図２に示す低圧系IIである。かかる手順で柱上変圧器３のバンクごとに複数軒の需要家６Ａ〜６Ｆを縮約して１軒の需要家６とすることで、ＰＶ７の逆潮流による電圧上昇もしくはＥＶ８の充電による電圧低下を補償するために必要な無効電力を算出する。

ここで、無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆの設置点を各需要家端Ｐ２とすれば、各無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆが計測したＰＶ７Ａ〜７Ｆの逆潮流電流もしくはＥＶ８Ａ〜８Ｆの充電電流の情報を低圧系Ｉの高速ＰＬＣ(Power Line Communication)により相互に交換し、無効電力の算出に用いることができる。かかる情報交換の態様を図３に示す。同図に示すように、各無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆは、算出した無効電力を無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆの台数で按分して出力する。

このように複数の需要家６Ａ〜６Ｆを縮約し、それぞれの需要家６Ａ〜６Ｆに設置された無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆが無効電力を注入すれば、「ある低圧系内でＰＶもしくはＥＶが生じた電圧変動については、当該低圧系に設置された複数の無効電力補償装置μSTATCOMにより補償する」という形の、柱上変圧器１バンクごとに自律分散的な制御が可能となる。

上述の如きＰＬＣを利用した無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆでの動作を要約すると次の通りである。
１）無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆの設置時には柱上変圧器３の同一バンクに接続された需要家６Ａ〜６Ｆに対して上述の如き縮約手法により低圧配電線４と引込線５Ａ〜５Ｆに関する情報からその等価なインピーダンスを求め、その値をセットしておく。
２）需要家端Ｐ２の電圧が所定の規定電圧の範囲を逸脱する恐れがある場合には、各無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆが計測したＰＶ７Ａ〜７Ｆの逆潮流電流もしくはＥＶ８Ａ〜８Ｆの充電電流の情報を低圧系Ｉの高速ＰＬＣにより交換し、その総和を算出する。
３）各無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆは、後に詳述する手法により電圧上昇もしくは電圧低下を補償するために必要な無効電力を算出し、これを無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆの台数で等分して出力する。

なお、この手法で用いる高速ＰＬＣは、低圧系Ｉの範囲内の通信であり、柱上変圧器３を越える必要がないため、技術的な問題はない。

ここで、図２に示すように、柱上変圧器３に接続された低圧配電線１４に１軒のみの需要家６が接続されている形態に縮約した低圧系IIにおける電圧上昇もしくは電圧低下を補償する無効電力補償装置９の基本動作原理を説明しておく。なお、ここでは、図１における需要家６Ａ〜６Ｆから配電系統を見込んだとき、低圧系Ｉのインピーダンスに比べて高圧配電線２のインピーダンスが極めて小さく無視できるという知見を利用する。したがって、高圧配電線２を無視し、柱上変圧器３の1次側が電圧源であると考えて説明を進める。

無効電力補償装置９は、ＰＶ７、ＥＶ８による需要家端Ｐ２の電圧変動に対処するため、低圧系II、特に需要家端Ｐ２に設置して無効電力補償により電圧調整を行う装置である。この際、注入する無効電力は以下のように決定する。

無効電力補償装置９は、ＰＶ７による電圧上昇とＥＶ８による電圧低下の双方に対処できるが、最初にＰＶ７による電圧上昇への対処法を説明する。ＰＶ７は、一般に一つの低圧配電線４内に多数設置され、それぞれが系統電圧に影響を与えることになる。しかし、ここでは、簡単のため、図２に示すような縮約後の低圧系IIに関して考える。すなわち、
この場合の構成は、図４（ａ）に示すように、柱上変圧器３の１次側を電圧源と考えているので、その電圧源Ｐ１から長さｌの位置である需要家端Ｐ２に存在する需要家６にＰＶ７が設置され、このＰＶ７が力率１で発電している状況を考える。

需要家６から低圧系IIへ出力（逆潮流）される電力は、ＰＶ７の発電電力から需要家６内の消費電力を差し引いた電力となる。このとき需要家６から低圧系II側に流れ込む電流をＩ_２とする。

この状況を図４（ｂ）の等価回路に示す。同図に示すように、電圧源Ｐ１から需要家端Ｐ２までの低圧系IIのインピーダンスをＲ＋ｊＸとすると、需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２は、電流Ｉ_２に起因する電圧上昇により電圧源Ｐ１の電圧Ｖ_１よりも（Ｒ＋ｊＸ）・Ｉ_２だけ高くなる。すなわち、需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２は（１１）式となる。

この電圧上昇が、需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２を所定の電圧範囲内 (１０１±６Ｖ、２０２±２０Ｖ)に調整することを困難にする。そこで、需要家端Ｐ２に無効電力補償装置を設置し、無効電力を注入することにより電圧Ｖ_２の絶対値と電圧Ｖ_１の絶対値を等しくする。すなわち、需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２と電圧源Ｐ１の電圧Ｖ_１とを等しくすることを考える。

無効電力補償装置を需要家端に設置した状況を図５に示す。ここで、需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２の位相を基準にとり、需要家６から低圧系IIに流れ込む電流Ｉ_２について考える。電流Ｉ_２のうち、電圧Ｖ_２と同相の成分（有効電流）をＩ_２ｄ，直交する成分（無効電流）をＩ_２ｑと分解する。すなわち、

と表される。

ＰＶ７が力率１で運転され、無効電力補償装置９が無効電力のみを出力するものと仮定すると、有効電流Ｉ_２ｄがＰＶ７からの有効電力に対応する電流、無効電流Ｉ_２ｑが無効電力補償装置９からの無効電力に対応する電流となる。この無効電流Ｉ_２ｑにより需要家端の電圧Ｖ_２を低下させることで電圧調整を行うことになる。いま、無効電流Ｉ_２ｑの注入により需要家端の電圧が電圧Ｖ_２から電圧Ｖ_２′に変化したとすると、電圧Ｖ_２′は（１３）式で与えられる。

上記（１３）式から電圧Ｖ_２′の絶対値は、（１４）式で与えられる。

上記（１４）式から、無効電流Ｉ_２ｑを求めると、

となる。ここで、（１５）式は２つの解を持つが、注入する無効電力が小さい方が無効電力補償装置９の機器容量を小さくできるため、
とする。ただし、電圧Ｖ_２′は無効電力補償装置９が無効電力を注入している状態での需要家端Ｐ２の電圧である。（１６）式において、電圧Ｖ_２′の絶対値を電圧Ｖ_１の絶対値と等しくする。すなわち、｜Ｖ_２′｜＝｜Ｖ_１｜とすれば、ＰＶ７から逆潮流電流が低圧系IIに供給される場合に無効電力補償装置９が注入すべき無効電力に対応する補償電流Ｉ_ＳＴを決定することができる。これにより、ＰＶ７が設置された需要家６の電圧上昇を補償することができる。

次に、ＥＶによる電圧低下への対処について説明する。図６（ａ）に示すように、電圧源Ｐ１から距離ｌの需要家端Ｐ２に存在する需要家６にＥＶ８が設置され、このＥＶ８が充電のために力率１で電流Ｉ_２を低圧系IIから取っているとする。この状況を図６（ｂ）の等価回路に示す。ＥＶ８が設置された需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２は、電流Ｉ_２に起因する電圧低下により電圧源Ｐ１の電圧Ｖ_１よりも（Ｒ＋ｊＸ）・Ｉ_２だけ低くなる。すなわち、需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２は（１７）式となる。

ＥＶ８の充電による電圧低下を補償するため、需要家端Ｐ２に設置された無効電力補償装置９（図５参照）から無効電力を注入し、需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２の絶対値と電圧源Ｐ１の電圧Ｖ_１の絶対値を等しくすることを考える。ＥＶ８が力率１で充電され、無効電力補償装置９が無効電力のみを出力するものと仮定すれば、電流Ｉ_２の符号が逆であることに留意してＰＶの場合の（１４）〜（１７）式と同様の式を導出することができる。その結果、注入すべき無効電力に対応する電流Ｉ_２ｑは、

となる。ただし、電圧Ｖ_２′は無効電力補償装置９が無効電力を注入している状態での需要家端Ｐ２の電圧である。（１８）式において、電圧Ｖ_２′の絶対値を電圧Ｖ_１の絶対値と等しくする。すなわち、｜Ｖ_２′｜＝｜Ｖ_１｜とすれば、ＥＶ８が低圧系IIから電流を吸い込んでいる場合に無効電力補償装置９が注入すべき無効電力に対応する補償電流Ｉ_ＳＴを決定することができる。これにより、ＰＶ７が設置された需要家６の電圧上昇を補償することができる。

ここで、無効電力補償装置９は、ＰＶ７、ＥＶ８による需要家端Ｐ２の電圧変動のみに対処することを目的としているため、（１１）式および（１７）式では、それぞれ電圧源Ｐ１の電圧Ｖ_１にＰＶ７による電圧上昇を足し合わせるか、もしくはＥＶ８の充電による電圧低下を差し引く形で需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２を得ている。需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２は、当然、当該需要家６で測定可能であり、その測定値を用いることも考えられるが、無効電力補償装置９は、あえて（１１）式および（１７）式により需要家端の電圧Ｖ_２を得ることとしている。需要家６で測定される需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２は、当該需要家６の影響だけではなく、他の需要家６の影響を大きく受ける。すなわち、図４（ｂ）や図６（ｂ）に示したように、当該需要家６のＰＶ７もしくはＥＶ８のみが存在するという状況からは大きく外れる。

一方、（１１）式および（１７）式により需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２を算出すると、当該需要家６のＰＶ７、ＥＶ８の電流による電圧上昇・低下のみが考慮され、図４（ｂ）や図６（ｂ）に示した状況となる。すなわち、（１１）式および（１７）式による需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２は、当該需要家６による電圧変動だけを反映した値であり、この電圧Ｖ_２の値をもとに当該需要家６に設置された無効電力補償装置９が無効電力を注入すれば、「ある需要家６のＰＶ７もしくはＥＶ８が生じた電圧変動については、当該需要家６に設置された無効電力補償装置９が補償する」という形の自律分散的な制御が可能となる。このような自律分散制御を可能とするため、無効電力補償装置９では需要家端での電圧Ｖ_２の測定値ではなく、（１１）式および（１７）式により需要家端の電圧Ｖ_２を算出する。

図７は本発明の実施の形態に係る需要家電圧安定化システムに適用する無効電力補償装置を示すブロック図である。同図に示すように、無効電力補償装置は、各需要家６Ａ〜６Ｆにそれぞれ設置されるものであり、補償電流Ｉ_ＳＴを演算する制御部２１を有する。制御部２１は、パラメータ記憶部２１Ａ、ＰＬＣ２１Ｂ、縮約情報演算部２１Ｃ、需要家端電圧演算部２１Ｄおよび補償量演算部２１Ｅを有している。ここで、パラメータ記憶部２１Ａには、低圧系Ｉの縮約のための低圧配電線４に関する距離情報、引込線５Ａ〜５Ｆに関する距離情報、需要家６Ａ〜６Ｆの数等、所定の情報が、（１６）式、（１８）式に基づき補償電流Ｉ_ＳＴを演算するための電圧Ｖ_１、Ｖ_２、低圧系Ｉのインピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）に関する情報とともに記憶されている。低圧系Ｉの前述の如き縮約のための距離情報等は、ＰＬＣ２１Ｂにより取得する。すなわち、図３に示すような情報の授受を行ことにより取得して格納する。縮約情報演算部２１Ｃはパラメータ記憶部２１Ａの記憶内容に基づき、前述の如き所定の手順を実行して、低圧系Ｉを低圧系IIに縮約した場合のパラメータを演算する。需要家端電圧演算部２１Ｄは、パラメータ記憶部２１Ａに記憶されている所定のパラメータを参照して（１１）式または（１７）式に基づき需要家端Ｐ２の電圧Ｖ_２を演算する。

補償量演算部２１Ｅは、パラメータ記憶部２１Ａ、縮約情報演算部２１Ｃおよび需要家端電圧演算部２１Ｄのパラメータに基づき（１５）式または（１８）式の演算を行い、算出された補償電流を需要家６Ａ〜６Ｆの数で按分して各無効電力も無効電力補償装置９Ａ〜９Ｆが補償すべき補償電流Ｉ_ＳＴを求める。

本形態では、かかる補償電流Ｉ_ＳＴが各需要家端Ｐ２に供給されるように、ＰＷＭ生成回路２２および主回路制御信号２３が形成される。

なお、上記実施の形態では、補償電流Ｉ_ＳＴを演算するために必要なパラメータである低圧系IIのインピーダンス等の情報を需要家６Ａ〜６Ｆ相互間のＰＬＣ２１Ｂにより取得するようにしたが、これに限るものではない。ＰＬＣ２１Ｂに限らず送信機および受信機を用いた通常の通信システムを利用しても同様の情報の授受を行うことができる。ただ、ＰＬＣ２１Ｂの場合には通信路として電力線を兼用できるので、設備費の点で最も有利なものとなる。さらに、必要に応じ、都度、作業者がパラメータ記憶部２１Ａの記憶内容を変更するようにしても良い。ただ、ＰＬＣ２１Ｂをはじめとする何らかの通信方式を用いて必要な情報の授受を行う場合には、低圧系Ｉに新たな需要家が追加されたり、需要家が取り外されたりした場合でも、迅速かつ的確にかかる状態の変更に対処して、最適な制御を行うことができる。

また、上記実施の形態では、送り出し電圧として柱上変圧器３の１次側の電圧Ｖ_１、配電系統のインピーダンスとして低圧系Ｉのインピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）を用いたが、これらの代わりに、配電用変電所から高圧配電線２への送り出し電圧、高圧配電線２を含む配電系統のインピーダンスを用いた場合も本願発明の技術思想に含まれる。

さらに、低圧系のインピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）や、電圧源Ｐ１の電圧Ｖ_１は、無効電力補償装置９を系統に投入しない場合と投入した場合との低圧系IIの状態に基づき推定することもできる。

本発明は電力の配電系統に無効電力補償装置を分散配置した場合において、その配電系統を運用・保守管理する産業分野で有効に利用することができる。

Ｉ、II 低圧系
３ 柱上変圧器
４、１４ 低圧配電線
５Ａ〜５Ｆ、１５ 引込線
６Ａ〜６Ｆ、６ 需要家
７Ａ〜７Ｆ、７ ＰＶ
８Ａ〜８Ｆ、８ ＥＶ
９Ａ〜９Ｆ、９ 無効電力補償装置
Ｐ１ 電圧源
Ｐ２ 需要家端
Ｉ_ＳＴ 補償電流

Claims (4)

1. 配電系統における高圧から低圧へ降圧する変圧器、この変圧器に接続された低圧配電線および低圧配電線に接続された複数の引込線で構成される低圧系において、前記低圧配電線に前記引込線を介して分散配置された複数の無効電力補償装置で個別に引込線と需要家との接続点である需要家端の電圧を調整するように構成した配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムであって、
   配電用変電所の送り出し点から高圧配電線を介して前記低圧配電線に接続された各引込線の接続位置までの各需要家毎の距離の平均値および各需要家毎の各引込線の距離の平均値の情報に基づき、前記送り出し点から前記引込線に至る配電系統のインピーダンスを算出し、前記低圧系に接続される複数の需要家を、前記送り出し点から前記高圧配電線、前記変圧器、前記低圧配電線および前記引込線を介して１軒の需要家に至る等価的な配電系統に縮約するとともに、
   前記配電系統への送り出し電圧、縮約された前記配電系統のインピーダンス、前記各需要家端における電流の総和に基づき前記インピーダンスを用いて前記需要家端の電圧と前記インピーダンスから導かれる前記送り出し電圧もしくは前記変圧器の１次側の電圧とを等しくするために必要な無効電力の無効電流成分を演算して前記需要家の数で按分し、按分した無効電流成分を前記各需要家端に供給するように前記各無効電力補償装置を制御するように構成したことを特徴とする配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システム。
2. 請求項１に記載する配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムにおいて、
   前記送り出し電圧として前記変圧器の１次側の電圧、前記配電系統のインピーダンスとして前記低圧系のインピーダンスを用いたことを特徴とする配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システム。
3. 請求項１または請求項２に記載する配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムにおいて、
   縮約した低圧系における無効電流成分の演算は、前記需要家端の電圧Ｖ_２を（１）式または（２）式で与えられた（３）式または（４）式を用いて演算することを特徴とする配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システム。
   
4. 請求項１〜請求項３の何れか一つに記載する配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システムにおいて、
   前記縮約の際に必要な他の需要家の情報を電力線通信を利用して授受するように構成したことを特徴とする配電系統の低圧系における需要家電圧安定化システム。