JP6399950B2 - 配電系統の電圧調整装置および電圧調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、配電系統の電圧調整装置および電圧調整方法に係り、特に配電系統に設置された太陽光発電装置（ＰＶ）の出力が抑制される場合に、太陽光発電装置設置点の電圧を下げる制御を可能とする配電系統の電圧調整装置および電圧調整方法に関する。

配電系統の電圧は、配電用変電所に設置された変圧器（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴ：Ｌｏａｄ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）のタップ切替や、配電線上に設置された自動電圧調整器（ＳＶＲ：Ｓｔｅｐ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）などのタップ切替によって制御されている。

ところで、近年における太陽光発電装置の系統連系が増大している配電系統では、太陽光発電装置の発電量が増加すると、太陽光発電装置設置点の電圧が上昇する課題がある。この電圧上昇を回避するために、太陽光発電装置には規定電圧より自端電圧が上昇した場合に太陽光発電装置の発電量を抑制する機能（出力抑制機能）が備えられているが、この機能により、太陽光発電装置の発電量が制限されることになり、折角の発電量を有効に利用できないことになる。

発電量の制限を回避し、発電量の有効利用を図るためには、電圧調整装置（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや自動電圧調整器ＳＶＲ）で、配電系統の電圧を調整し、出力抑制を回避することが重要となる。そのためには、太陽光発電装置発電量に応じて、電圧調整装置のタップ制御を適切に行う必要がある。

電圧調整装置（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや自動電圧調整器ＳＶＲ）の制御方法として、次のような手法が提案されている。

例えば、非特許文献１には、自動電圧調整器ＳＶＲにおいて、自端の二次側電圧と通過電流と力率からタップ値を決定する方法が示されている。

また、特許文献１には、電圧調整変圧器の送出電圧から最高電圧点の電圧までの電圧上昇幅と、変圧器の送出電圧から最低電圧点の電圧までの電圧下降幅とを加算した電圧変動範囲の中心値が、規定値となるように、電圧調整変圧器の送出電圧を選定する制御手法が示されている。

また、特許文献２には、自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧（タップ値）を、系統内の太陽光発電装置発電量に応じて調整し、またその時の太陽光発電装置発電量は、太陽光発電装置と自動電圧調整装置ＳＶＲ間の通信または日射計情報から推測する制御手法が示されている。

なお、自動電圧調整器ＳＶＲの詳細な構成は、非特許文献１にも詳しく記載されている。また重回帰分析の具体的な計算方法について、非特許文献２などに記載してある。

特開２００９−２４００３８公報 特開２０１３−２５５３７５公報

「線路電圧調整器の進歩と適用」現代の配電技術、電気書院 １２８−１３４頁（１９７２年） 足立堅一著「多変量解析入門―線形代数から多変量解析へ」篠原出版新社（２００５／１２）

前述の非特許文献１に記載の方法では、太陽光発電装置による電圧上昇、出力抑制を考慮した制御が想定されていない。そのため、自動電圧調整器ＳＶＲは太陽光発電装置の出力抑制により電圧上昇が回避されている状況では、電圧調整を行うことができず、太陽光発電装置の出力抑制を回避できない問題がある。

また、特許文献１に記載の方法では、太陽光発電装置の出力抑制により電圧上昇が回避されている状況では、電圧調整変圧器の線路電圧降下補償器の適切な整定を行うことができず、太陽光発電装置の出力抑制を回避できない問題がある。

また、特許文献２に記載の方法では、太陽光発電装置の出力を把握するために電圧調整装置と太陽光発電装置間の通信装置や、日射計測装置が必要となる問題がある。

以上のことから本発明は、配電系統に設置された太陽光発電装置の出力が抑制される場合に、太陽光発電装置設置点の電圧を下げて出力抑制を解消するような制御を可能とする、配電系統の電圧調整装置および電圧調整方法を提供するものである。

以上のことから本発明においては、自端電圧が規定電圧より上昇した時に発電量を抑制する機能を備えた太陽光発電装置を含む配電系統に設置され、タップ付変圧器のタップ位置を調整してタップ付変圧器の二次側電圧を所定の制限値内に調整する配電系統の電圧調整装置であって、タップ付変圧器の二次側電圧および通過電流を推定する計測部と、推定した二次側電圧を通過電流に応じて補正して第１の電圧値を得る第１の電圧補正部と、推定した二次側電圧を通過電流に応じて補正して第２の電圧値を得る第２の電圧補正部と、第１および第２の電圧補正部で計算された第１および第２の電圧値が所定の制限値を逸脱するときにタップ付変圧器のタップ操作を実行するタップ制御器を備え、第２の電圧値は太陽光発電装置の自端電圧を推定したものであって、第２の電圧値が規定電圧に近づいている状態を示すことをもってタップ付変圧器のタップ操作を実行することを特徴とする。

また自端電圧が規定電圧より上昇した時に発電量を抑制する機能を備えた太陽光発電装置と、タップ付変圧器のタップ位置を調整してタップ付変圧器の二次側電圧を所定の制限値内に調整する電圧調整装置を備えた配電系統の電圧調整方法であって、電圧調整装置端の計測情報に基づき太陽光発電装置の自端電圧を推測し、規定電圧に近づいている状態を示すことをもってタップ付変圧器のタップ下げ操作を実行することを特徴とする。

本発明の配電系統の電圧調整装置および電圧調整方法により、太陽光発電などが大量に導入された系統でも、配電系統の電圧逸脱の可能性を小さくでき、また太陽光発電の出力抑制量を低減できる効果がある。

また付随的に、電圧調整装置が太陽光発電の出力抑制発生時にのみ系統の電圧を調整することで、常時の電圧調整装置の電圧調整能力を向上させることが可能となり、配電系統に連系可能な負荷や太陽光発電量の増加に対する対策設備コストを削減することができる効果がある。例えば、電圧変動を抑制するために必要となる無効電力補償装置（ＳＶＣ：Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）などの高速応答可能な電圧制御機器の必要容量も削減できる効果がある。

また、本発明のそれ以外の効果については、明細書中で説明する

電圧調整装置が設置された配電系統の一例を示した図。 本発明に係るＳＶＲとタップ制御装置の構成を示す図。 タップによって電圧を下げる場合の電圧経過を示す図。 タップ制御動作で太陽光発電装置が出力抑制を回避する考え方を示す図。 本発明のＳＶＲのタップ切換え処理を示す状態遷移図。 ＳＶＲの制御動作を説明するための配電系統の例を示す図。 従来手法によるＳＶＲの制御動作波形例を示す図。 本発明によるＳＶＲの制御動作波形例を示す図。 電圧自動調整器のパラメータ決定装置を備えた配電系統概要を示す図。 本発明の一実施例による自動電圧調整器パラメータ決定装置の構成を示す図。 本発明の一実施例によるパラメータ決定アルゴリズムを示すフローチャート。 パラメータ整定結果のイメージを示す図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は、電圧調整装置３００（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや自動電圧調整器ＳＶＲ）が設置された配電系統１００（フィーダ）の一例を示した図である。なおここでは、電圧調整装置３００として自動電圧調整器ＳＶＲを配置した例を示しているが、これは負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴとしてもよい。

この図で示される典型的な配電系統１００は、ノード（母線）１２０およびそれらを接続する配電線路１４０、ノード１２０に接続される負荷１５０や太陽光発電装置１３０、配電線路に設置されるセンサ１７０、配電用変電所１１０などで構成される。

ここで、配電用変電所１１０のある図示左側をフィーダの送出し側、右側をフィーダの末端側とする。自動電圧調整器３００は、線路１４０に直列に設置され、線路電圧を調整する電圧調整装置である。

自動電圧調整器ＳＶＲは、配電用変電所における負荷時タップ切替変圧器（ＬＲＴ：Ｌｏａｄ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）であってもよいが、例えば自動電圧調整器３００に例示されるように、単巻変圧器とタップチェンジャで構成される変圧器３０５と、制御部分を備える。なお以下においては自動電圧調整器を単にＳＶＲと略称して説明する。

図１のＳＶＲの制御部分は、配電線路１４０の電気量を測定するセンサ１７０、変圧器のタップを制御するタップ制御装置３１０で構成される。本発明に係るＳＶＲとタップ制御装置３１０の具体的な回路構成例を図２に示す。

本発明のタップ制御装置３１０は、従来からのタップ制御器３４０、線路電圧降下補償装置３３０の機能に加えて、太陽光発電装置設置点の電圧状態を把握するための線路電圧降下補償装置３３１を追加し、これらの出力を元にタップ制御器３４０によってタップ値を制御することにしたものである。ここで、線路電圧降下補償装置ＬＤＣ（Ｌｉｎｅ Ｄｒｏｐ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）は、系統の電圧低下を補償するように負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや、ＳＶＲ二次側電圧を決定する制御装置である。なお以下においては線路電圧降下補償装置を単にＬＤＣと略称して説明する。

図２を用いてまず従来のタップ制御の考え方を説明し、その後に本発明により追加されたＬＤＣ３３１との関わりについて説明する。図２には、自動電圧調整器３００の主回路である単巻変圧器３０３やタップチェンジャ３０２と、制御装置であるタップ制御装置３１０が記載されている。

タップ制御装置３１０は、計測部３２０、ＬＤＣ３３０、ＬＤＣ３３１、タップ制御器３４０、データベース３５０、データベース３５１を備え、単巻変圧器３０３の二次側電圧を所定値に制御すべくタップチェンジャ３０２を操作している。ここで、本発明で新たに加わった部分は、ＬＤＣ３３１、データベース３５１である。

タップ制御装置３１０の計測部３２０には、配電線路の二次側電流Ｉｓｖｒを測定するセンサＣＴ、および二次側電圧Ｖｓｖｒを測定するセンサＰＴが接続される。

ＬＤＣ３３０では、計測部３２０で測定された二次側電圧Ｖｓｖｒに対して線路電圧降下補償を実施し、タップ制御器３４０において補償後電圧が、所定の制限値を逸脱し、かつこの状態が所定の計測時間以上継続していることをもって、タップ切替指令３０３を与え、タップの切替制御を実行する。

タップ制御装置３１０における上記の切替制御については、従来から種々の方式が提案されている。本発明ではこの方式に限定されるものではないが、例えば以下のように行うことができる。

タップ切替の典型的な一例では、ＬＤＣ３３０は、計測部３２０で測定された二次側電流Ｉｓｖｒ、二次側電圧Ｖｓｖｒから、有効電力Ｐｓｖｒ、無効電力Ｑｓｖｒ、力率ｃｏｓθを計算する。

またＬＤＣ３３０は、データベース３５０からパラメータ（Ｒ１、Ｘ１）を読み込み（１）式の実行に使用する。タップ制御装置３１０における（１）式の実行により、ＳＶＲ端電圧ＬＤＣ補正値Ｖｌｄｃ１が計算される。
［数１］
Ｖｌｄｃ１＝Ｖｓｖｒ１−Ｒ１・Ｉｒ＋Ｘ１・Ｉｉ （１）
ここで、Ｒ１、Ｘ１は、予め設定されたパラメータであり、ＩｒとＩｉは、計測した通過電流Ｉｓｖｒと力率ｃｏｓθから求めた通過電流の実部と、通過電流の虚部である。そして、Ｒ１はＳＶＲの通過電流の実部Ｉｒに対する係数、Ｘ１はＳＶＲの通過電流の虚部Ｉｉに対する係数である。

ＳＶＲの二次側の系統末端側電圧は、有効電力Ｐｓｖｒあるいは無効電力Ｑｓｖｒによって変動するが、（１）式はその電圧降下（上昇）分を補正した仮想的ＳＶＲ二次側電圧値を表す値といえる。また、ＳＶＲ端電圧ＬＤＣ補正値Ｖｌｄｃ１は、ＳＶＲの二次側の配電線路各所における電圧（二次側電圧）のうち、当該配電線路のある地点（例えば、負荷重心点）の電圧を算出したものということができる。

またこの値は負荷状況（有効無効電力変動、あるいは有効無効電流変動）を反映した可変の値である。二次側電圧は、単巻変圧器３０３のタップチェンジャ３０２のタップ位置が同じであっても、有効電力Ｐｓｖｒあるいは無効電力Ｑｓｖｒによって変動する。（１）式で定まる範囲を逸脱するときには、タップ位置を修正する必要がある。

このため、（１）式で求めたＳＶＲ端電圧ＬＤＣ補正値Ｖｌｄｃ１が、ＳＶＲの電圧基準値Ｖｒｅｆ１に対して、所定の制限値Ｖεを超えるという条件を満たす時間をタップ制御器３４０内に設けられたタイマで積算し、その値がＴ１を超えた場合にタップへ切換え指令３０３が出される。

例えば、Ｖｌｄｃ１が、Ｖｒｅｆ１より一定値Ｖε１以上小さい状態で一定時間（例えば、Ｔ１秒）経過すると、ＳＶＲのタップ３０２を上げ方向に変更し、二次側電圧を上昇させる。逆に、Ｖｌｄｃ１がＶｒｅｆ１より一定値Ｖε１以上大きい状態で一定時間経過すると、ＳＶＲのタップ３０２を下げ方向に変更し、二次側電圧を下降させる。

図３に、タップによって電圧を下げる場合の電圧経過グラフを示す。図３は横軸に時間ｔ、縦軸に電圧を示しており、二次側電圧Ｖｓｖｒが時間の経過と共に増加していき、それに伴ってＳＶＲ端電圧ＬＤＣ補正値Ｖｌｄｃ１も増加していったとする。そして、時刻ｔ１でＳＶＲ端電圧ＬＤＣ補正値Ｖｌｄｃ１が基準値プラス一定値（Ｖｒｅｆ１＋Ｖε１）を超えたとする。なお図３では二次側電圧ＶｓｖｒとＳＶＲ端電圧ＬＤＣ補正値Ｖｌｄｃ１は比例的に変化したものとして、ＳＶＲ端電圧ＬＤＣ補正値Ｖｌｄｃ１のみを表示している。

この場合に、ＳＶＲのタップ制御器３４０は、所定の設定時間Ｔ１秒経過してもＶｌｄｃ１が基準値プラス一定値（Ｖｒｅｆ１＋Ｖε１）を超えた状態が継続していることを確認する。タップ制御器３１０は、所定の設定時間Ｔ１秒経過した時刻ｔ２においてタップ動作（タップ位置下げ操作）させる。

これにより、（ｂ）の点線波形のようにＳＶＲ二次側電圧Ｖｓｖｒ（Ｖｌｄｃ１）は、基準値プラス一定値（Ｖｒｅｆ１＋Ｖε１）以下まで下降する。ここで、一定値Ｖε１は不感帯を設けるための定数であり、（ａ）の実線波形は、タップ動作させない場合を示している。

このように、ＬＤＣ３３０は、ＳＶＲの通過電流情報とＬＤＣに設定されたパラメータを元に、二次側電圧Ｖｓｖｒの制御を行う。なお、ＳＶＲの詳細な構成は、非特許文献１にも詳しく記載されている。

本発明では、図２に示すように、従来のＬＤＣ３３０に加えて、ＬＤＣ３３１、データベース３５１を設け、太陽光発電装置の出力抑制状態を推定、把握する。これらの出力を元にタップ制御器３４０によって、タップ制御動作の判定を行う。ＬＤＣ３３１は、基本的には従来のＬＤＣ３３０と同じ（１）式を実行し、線路電圧降下補償を行うものであるが、太陽光発電装置の設置点に特化して電圧推定するものである。

データベース３５０には、各種パラメータ（線路電圧降下補償装置パラメータ）として、（１）式で用いるＶｒｅｆ１、Ｒ１、Ｘ１以外に、不感帯Ｖε１、タイマ時定数Ｔ１、が記憶されている。同様に、データベース３５１には、各種パラメータ（線路電圧降下補償装置パラメータ）として、Ｖｒｅｆ２、Ｒ２、Ｘ２、不感帯Ｖε２、タイマ時定数Ｔ２、が記憶されている。

ＬＤＣ３３０は、データベース３５０内の各種パラメータと、計測部３２０からの情報に応じて、タップ制御器３４０にＳＶＲのタップ制御動作判定を行うための情報を与える。同様にＬＤＣ３３１は、データベース３５１内の各種パラメータと、計測部３２０からの情報に応じて、タップ制御器３４０にＳＶＲのタップ制御動作判定を行うための情報を与える。

これにより図２のタップ制御器３４０は、２つの異なる観点からの電圧推定値を得る。第１の電圧推定値は、ＬＤＣ３３０が与えるＶｌｄｃ１であり、しきい値ＶＵ１との比較で時間Ｔ１以上の継続をもってタップ下げ操作を行う。第２の電圧推定値は、ＬＤＣ３３１が与えるＶｌｄｃ２であり、しきい値ＶＵ２との比較で時間Ｔ２以上の継続をもってタップ下げ操作を行う。

以下本発明装置の動作説明に入る前に、ＳＶＲのタップ制御動作に太陽光発電装置の出力抑制機能の実行回避の要素を反映させるときの考え方について、図４により説明しておく。図４は、タップ制御動作で太陽光発電装置が出力抑制を回避する考え方を示す図である。

図４上側には、横軸に時間ｔ経過をとり、縦軸にＳＶＲのＬＤＣ３３１の出力である太陽光発電装置電圧推定値Ｖｌｄｃ２を記述している。ここでＶｌｄｃ２は、ＬＤＣ３３１の「線路電圧降下補正後のＳＶＲ端電圧」を表す。またＶｌｄｃ２は、「ＳＶＲが推定する太陽光発電装置電圧推定値」と考えてもよい。また同図において、ＶＵ１、ＶＵ２は、ＬＤＣ３３０側、およびＬＤＣ３３１側のタップ動作判定しきい値を示す。Ｔ１、Ｔ２は、ＬＤＣ３３０側、ＬＤＣ３３１側に対して設定されるＳＶＲの動作時定数である。

またＳＶＲが推定する太陽光発電装置電圧推定値Ｖｌｄｃ２は、太陽光発電装置の設置点における自端の電圧を推定したものである。なお、具体的にどの地点、どの場所の太陽光発電装置の設置点における電圧を推定するかということに関して、配電系統内に大規模な太陽光発電装置が存在し、これが支配的であるというような場合であればこの位置の電圧を推定すればよい。小規模な太陽光発電装置が散在しているような配電系統であれば、当該配電線路のある地点（例えば、太陽光発電装置の負荷重心点）の電圧を算出することであってもよい。

ＬＤＣ３３１におけるＳＶＲ端電圧ＬＤＣ補正値Ｖｌｄｃ２は、タップ制御器３４０において、（２）式の実行により計算される。
［数２］
Ｖｌｄｃ２＝Ｖｓｖｒ２−Ｒ２・Ｉｒ＋Ｘ２・Ｉｉ （２）
ここで、Ｒ２、Ｘ２は、予め設定されたパラメータであり、ＩｒとＩｉは、計測した通過電流Ｉｓｖｒと力率ｃｏｓθから求めた通過電流の実部と、通過電流の虚部である。そして、Ｒ２はＳＶＲの通過電流の実部Ｉｒに対する係数、Ｘ２はＳＶＲの通過電流の虚部Ｉｉに対する係数である。

図４上のチャートの意味する状態は、太陽光発電装置電圧推定値Ｖｌｄｃ２が時間の経過とともに時刻ｔ１まで増加し、その後も増加すべきところ太陽光発電装置の出力抑制制御機能により時刻ｔ３まで増加が抑制されたが、時刻ｔ３以降本発明によりＳＶＲのタップ位置がｎからｎ−１に切替えられて低下したという状況を表している。

また、図４下は横軸に時間、縦軸に太陽光発電装置の発電出力Ｐ_ＰＶを示している。時刻ｔ１からｔ３の期間は、太陽光発電装置の電圧が上限に達したために太陽光発電装置の出力抑制制御が働いている状態である。この期間、図４上のＳＶＲが推定する太陽光発電装置電圧推定値Ｖｌｄｃ２は、タップ動作判定しきい値ＶＵ２を超えているが、タップ動作判定しきい値ＶＵ１は超えていない状態となる。

この場合に、太陽光発電装置電圧推定値Ｖｌｄｃ２が例えば動作時定数Ｔ２より長期間にわたってしきい値ＶＵ２を超えていれば、ＳＶＲは太陽光発電装置端電圧がしきい値上限を逸脱しないがそれに近い電圧値を継続していると推測し、太陽光発電装置が出力抑制していると判断して、ＳＶＲタップを下げる制御を行う。このタップ制御により、ｔ３以降はＳＶＲより末端側（太陽光発電装置を含む系統）の電圧が低下し、太陽光発電装置端の電圧も低下し、太陽光発電装置の出力抑制が回避され、太陽光発電装置の発電量が増加する。

なお本発明を採用しない場合は、太陽光発電装置の出力抑制機能が働き続けるため、ＳＶＲ端側では配電系統（フィーダ）末端における電圧上昇傾向を検知不可能である。したがって太陽光発電装置における発電量を有効に利用できない状態が継続されることになる。

このように、ＳＶＲはＬＤＣ３３１の情報から、太陽光発電装置設置端の電圧を推測することで、自端計測情報のみから太陽光発電装置の出力抑制を回避することが可能となる効果が得られる。また、太陽光発電装置の出力抑制時のみに電圧を低下させる制御を行うことで、あらかじめ太陽光発電装置の最大出力を想定した電圧制御を行うよりも、電圧調整範囲を広く活用することができ、ＳＶＲの電圧調整能力をより有効に活用できる効果が得られることになる。

またここで、ＬＤＣ３３１の時定数Ｔ２を、ＬＤＣ３３０の時定数Ｔ１より長く設定すれば、太陽光発電装置の出力抑制が継続していることをより確実に判定できる。

例えば、一時的に電圧が上昇する場合などは、太陽光発電装置電圧推定値Ｖｌｄｃ２がしきい値ＶＵ２より大きくなる状態が発生する場合もあるが、そのような場合は直後に推定値Ｖｌｄｃ１がしきい値ＶＵ１を超えることも考えられ、従来のＬＤＣ３３０によるタップ制御で電圧が適切に制御されることになる。これにより、おのずと太陽光発電装置端の電圧も低下し、太陽光発電装置の出力抑制も回避されることになる。このように、時定数Ｔ１とＴ２を適切に設定することで、従来のＬＤＣ３３０の機能に加えて、太陽光発電装置出力抑制時のみに追加のＬＤＣ３３１の制御を加えることができる。これにより、ＳＶＲの過剰なタップ動作を抑制できる効果が得られる。

以上述べたタップ制御を実現するためのタップ制御アルゴリズムの概要を、図５の状態遷移図によって説明する。図５のＳＶＲ制御の状態遷移図は、次のようなＳ１〜Ｓ６の６つの状態を持つ。
Ｓ１：定常状態
Ｓ２：不感帯１上限逸脱
Ｓ３：不感帯１下限逸脱
Ｓ４：ＳＶＲタップ下げ制御
Ｓ５：ＳＶＲタップ上げ制御
Ｓ６：不感帯２上限逸脱
このうち、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は従来のＬＤＣ３３０により確認される推定電圧の状態であり、Ｓ６が本発明により追加されたＬＤＣ３３１により確認される推定電圧の状態である。またＳ４、Ｓ５がこれらの結果として実現されるＳＶＲタップ操作の状態である。したがってＳ１、Ｓ２、Ｓ３の状態では推定値Ｖｌｄｃ１とタップ動作判定しきい値ＶＵ１の関係が判断され、Ｓ６の状態では推定値Ｖｌｄｃ２とタップ動作判定しきい値ＶＵ２の関係が判断される。

具体的には、定常状態Ｓ１は推定値Ｖｌｄｃ１が所定の範囲内に存在する状態、不感帯１上限逸脱Ｓ２は推定値Ｖｌｄｃ１が上限のしきい値ＶＵ１を超過した状態、不感帯１下限逸脱Ｓ３は推定値Ｖｌｄｃ１が下限のしきい値ＶＬ１を超過した状態である。

この結果、従来のＬＤＣ３３０により実現される第１の状態遷移Ｒ１は、定常状態Ｓ１から、推定値Ｖｌｄｃ１が上限のしきい値ＶＵ１を超過して不感帯１上限逸脱Ｓ２に移るが、すぐに定常状態Ｓ１に戻るものである。従来のＬＤＣ３３０により実現される第２の状態遷移Ｒ２は、定常状態Ｓ１から、推定値Ｖｌｄｃ１が上限のしきい値ＶＵ１を超過して不感帯１上限逸脱Ｓ２に移り、その継続によりＳＶＲタップ下げ制御Ｓ４を経由して定常状態Ｓ１に戻るというものである。

同様に、従来のＬＤＣ３３０により実現される第３の状態遷移Ｒ３は、定常状態Ｓ１から、推定値Ｖｌｄｃ１が下限のしきい値ＶＬ１を超過して不感帯１下限逸脱Ｓ３に移るが、すぐに定常状態Ｓ１に戻るものである。従来のＬＤＣ３３０により実現される第４の状態遷移Ｒ４は、定常状態Ｓ１から、推定値Ｖｌｄｃ１が下限のしきい値ＶＬ１を超過して不感帯１上限逸脱Ｓ３に移り、その継続によりＳＶＲタップ上げ制御Ｓ５経由して定常状態Ｓ１に戻るというものである。

これに対し、本発明のＬＤＣ３３１により実現される第５の状態遷移Ｒ５は、定常状態Ｓ１から、推定値Ｖｌｄｃ２が上限のしきい値ＶＵ２を超過して不感帯２限逸脱Ｓ６に移るが、すぐに定常状態Ｓ１に戻るものである。本発明のＬＤＣ３３１により実現される第６の状態遷移Ｒ６は、定常状態Ｓ１から、推定値Ｖｌｄｃ２が上限のしきい値ＶＵ２を超過して不感帯２上限逸脱Ｓ６に移り、その継続によりＳＶＲタップ下げ制御Ｓ４を経由して定常状態Ｓ１に戻るというものである
以下、各状態遷移Ｒの遷移条件について説明する。

定常状態Ｓ１では、（３）式を満たす場合に状態Ｓ２へ、（４）式を満たす場合に状態Ｓ３へ、（５）式を満たす場合に状態Ｓ６へ移動する。
［数３］
ＶＵ１＝Ｖｒｅｆ１＋Ｖε１Ｕ＜Ｖｌｄｃ１ （３）
［数４］
ＶＬ１＝Ｖｒｅｆ１−Ｖε１Ｌ＞Ｖｌｄｃ１ （４）
［数５］
ＶＵ２＝Ｖｒｅｆ２＋Ｖε２＜Ｖｌｄｃ２ （５）
不感帯１上限逸脱Ｓ２では、（６）式を満たす場合に状態Ｓ１へ、それ以外は状態Ｓ２の滞在時間を動作時定数タイマτ１に積分（τ１＝τ１＋Δｔ）し、また（７）式を満たす場合に動作時定数タイマτ１を０にリセットして状態Ｓ４へ移動する。
［数６］
ＶＵ１＝Ｖｒｅｆ１＋Ｖε１Ｕ≧Ｖｌｄｃ１ （６）
［数７］
Ｔ１＜τ１ （７）
不感帯１下限逸脱Ｓ３では、（８）式を満たす場合に状態Ｓ１へ、それ以外は状態Ｓ３の滞在時間を動作時定数タイマτ１に積分（τ１＝τ１＋Δｔ）し、また（７）式を満たす場合に動作時定数タイマτ１を０にリセットして状態Ｓ５へ移動する。
［数８］
ＶＬ１＝Ｖｒｅｆ１−Ｖε１Ｌ≦Ｖｌｄｃ１ （８）
ＳＶＲタップ下げ制御Ｓ４では、ＳＶＲのタップを下げてＳＶＲ二次側電圧を低下させる制御を行い、状態Ｓ１へ移動する。

ＳＶＲタップ上げ制御Ｓ５では、自動電圧調整器ＳＳＶＲのタップを上げてＳＶＲ二次側電圧を上昇させる制御を行い、状態Ｓ１へ移動する。

不感帯２上限逸脱Ｓ６では、（９）式を満たす場合に状態Ｓ１へ、それ以外は状態Ｓ６の滞在時間を動作時定数タイマτ２に積分（τ２＝τ２＋Δｔ）し、また（１０）式を満たす場合に動作時定数タイマτ２を０にリセットして状態Ｓ４へ移動する。
［数９］
ＶＵ２＝Ｖｒｅｆ２−Ｖε２≧Ｖｌｄｃ２ （９）
［数１０］
Ｔ２＜τ２ （１０）
次に、図６、図７および図８を用いて、従来手法によるＳＶＲの制御動作例と、本発明による制御動作例を比較説明する。

図６は制御動作例を説明するための配電系統１００の例を示したものである。電圧調整装置３００としてＳＶＲを配置した例を想定している。図示左側の配電用変電所１１０（フィーダの送出し側）から順に、ノード１２０（♯０）、配電線路１４０（ｌｉｎｅ１）、ノード１２０（♯１）、ＳＶＲ、 ノード１２０（♯２）、配電線路１４０（ｌｉｎｅ２）、ノード１２０（♯３）、フィーダ末端側の太陽光発電装置ＰＶが配置されている。

図６の配電系統の条件で、従来手法によるＳＶＲの制御動作例を図７に示す。図７において、（ａ）は配電用変電所１１０の電圧、（ｂ）は太陽光発電装置の発電量Ｐ_ＰＶ、（ｃ）はＳＶＲによる太陽光発電端の電圧推定値Ｖ_ＰＶを示す。この図７において、（ｃ）の点線ＬＬは、太陽光発電装置の電圧上限を示しており、太陽光発電装置がこの点線ＬＬの電圧まで上昇すると（ｂ）に示すように太陽光発電装置は発電出力Ｐ_ＰＶを抑制する。図中のＤの領域が出力抑制期間である。なお、（ｂ）の縦軸はマイナスが発電状態を表している。

次に、本発明のＳＶＲの制御動作例を図８に示す。図８の（ａ）は配電用変電所の電圧（図７（ａ）と等しい）、（ｂ）は太陽光発電の発電量、（ｃ）はＳＶＲによる太陽光発電端の電圧推定値を示す。なお、（ｂ）の縦軸はマイナスが発電状態を表している。

図８（ｃ）には、太陽光発電装置の電圧上限ＬＬとともに、ＬＤＣ３３１のタップ動作判定しきい値（太陽光発電装置の出力抑制判定値）ＶＵ２を示す。

図８（ｃ）によれば、太陽光発電装置がこのタップ動作判定しきい値ＶＵ２の電圧まで上昇（時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３）すると、ＳＶＲは太陽光発電装置が発電出力を抑制していると判断し、時刻ｔ４、ｔ５、ｔ６においてタップ制御を行い、電圧を低下させる。これにより、太陽光発電装置の出力抑制が回避され、図７（ｂ）に比べて図８（ｂ）の太陽光出力が増加している。

次に、本発明の電圧調整装置の制御パラメータの決定手法について説明する。まず、整定を効率的に可能とするシステム構成を図９に示す。図９は、本発明の一実施例による電圧自動調整器のパラメータ決定装置を備えた配電系統概要図である。ここには、配電系統１００と、線路電圧降下補償パラメータ決定装置１０とそれらを結ぶ通信ネットワーク１９０の構成を示している。

配電系統１００は、配電変電所１１０とノード（母線）１２０およびそれらを接続する配電線路１４０、ノード１２０に接続される負荷１５０や発電機１３０、配電線路に設置されるセンサ１７０で構成される。センサ１７０は、線路の電流、流力率、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、ノード電圧Ｖなどを測定し、通信端局１８０、通信ネットワーク１９０を介して線路電圧降下補償パラメータ決定装置１０に情報を送る。電圧調整器である自動電圧調整器３００が、配電系統１００の線路に直列に設置されている。自動電圧調整器３００には制御装置３１０が接続され、線路電圧降下補償装置３００、３０１もこの制御装置３１０に含まれている。また、制御装置３１０は、通信端局１８０と接続され、通信ネットワーク１９０を介して線路電圧降下補償パラメータ決定装置１０から情報を受け取る。

センサ１７１は、自動電圧調整器３００を通過する有効電力Ｐｓｖｒ、無効電力Ｑｓｖｒ、電流ＩｓｖｒおよびＳＶＲの出力の電圧測定値Ｖｓｖｒを測定する。

図１０は、本発明の一実施例による線路電圧降下補償パラメータ決定装置１０の構成を示す図である。表示装置１１、キーボードやマウス等の入力手段１２、コンピュータ（ＣＰＵ）１３、通信手段１４、ＲＡＭ１５、および各種データベースＤＢがバス線３０に接続されている。

コンピュータ（ＣＰＵ）１３は、計算プログラムを実行して表示すべき画像データの指示や、各種データベース内のデータの検索等を行う。ＲＡＭ１５は、表示用の画像データ、潮流計算結果、計測データ一覧、整定パラメータ計算結果、およびＳＶＲ理想電圧計算結果等の計算結果データを一旦格納するメモリである。これらのデータに基き、ＣＰＵ１３によって必要な画像データを生成して、表示装置１１（例えば表示ディスプレイ画面）に表示する。

線路電圧降下補償パラメータ決定装置１０内のメモリには、大きく分けて５つのデータベースＤＢが格納される。データベースＤＢ１には、潮流計算データ２１として線路１４０のインピーダンスを示す線路定数Ｚ（＝Ｒ＋ｊＸ）、負荷・発電量、並びに系統の線路やノードの接続状況を表す系統構成データが予め記憶されている。

データベースＤＢ２には、計測データ２２として配電系統１００内のセンサ１７０で計測された時間断面毎の線路の電流、電流力率、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、負荷や発電量、およびノード電圧Ｖなどの情報が格納される。これらのデータは、通信ネットワーク１９０や線路電圧降下補償装置パラメータ決定装置１０の通信手段１４を介して伝送される。計測データ２２には、この他に、潮流計算や状態推定計算によって求められた時間断面毎の線路の電流、電流力率、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、負荷や発電量、およびノード電圧Ｖなどの情報も格納される。

データベースＤＢ３には、制御装置整定データ２３として計算結果である線路電圧降下補償装置３０１の整定パラメータ値であるＲ２、Ｘ２、およびＶｓｖｒ２などが格納される。Ｒ２はＳＶＲの通過電流の実部Ｉｒに対する係数、Ｘ２はＳＶＲの通過電流の虚部Ｉｘに対する係数、Ｖｓｖｒ２は基準電圧である。

データベースＤＢ４には、電圧自動調整器計測データ２４として、太陽光発電装置出力抑制発生時のＳＶＲ出力電圧Ｖｓｖｒ、ＳＶＲ通過電流実部Ｉｒ、虚部Ｉｉの計測値またはシミュレーション計算結果が格納される。

データベースＤＢ５には、プログラムデータ２５として、計算プログラムである潮流計算プログラム、状態推定計算プログラム、および重回帰分析プログラムを格納する。これらのプログラムは、必要に応じてＣＰＵ１３に読み出され、計算が実行される。

図１１は、本発明の一実施例による線路電圧降下補償パラメータ決定アルゴリズムを示すフローチャートである。この図に示す線路電圧降下補償パラメータ決定装置１０の計算処理内容について説明する。図には、配電系統内のセンサの電圧計測データとＳＶＲ出力電圧Ｖｓｖｒ、ＳＶＲ通過電流実部Ｉｒ、およびＳＶＲ通過電流虚部Ｉｉに相当する計測データを基に、線路電圧降下補償装置２のパラメータを決定する手順の例を示している。以下、処理の流れを説明する。

まず、ステップＢ１で、太陽光発電装置出力発生時の実測データ群を取得する。ここで、太陽光発電装置が連系されていないまたは連系が計画中の場合、太陽光発電装置の発電を想定し、太陽光発電装置の出力抑制発生時のシミュレーションを行った結果を、実測データ群の代わりに用いる。

次に、ステップＢ２で、ＳＶＲ末端側に設置された太陽光発電装置が出力抑制されている期間（分析対象期間）の各時間毎のＳＶＲ二次側電圧Ｖｓｖｒ、ＳＶＲを通過する電流Ｉｓｖｒ、力率ｃｏｓθ（または通過電流の実部と、通過電流の虚部データＩｒ、Ｉｉ）を読み込む。

次に、ステップＢ３で、ＳＶＲ二次側電圧Ｖｓｖｒと、ＳＶＲを通過する電流実部、虚部（Ｉｒ、Ｉｉ）の関係を重回帰分析によって求める ＳＶＲ二次側電圧Ｖｓｖｒと、ＳＶＲ通過電流Ｉｒ、Ｉｉの関係を定義し、重回帰分析によってパラメータＲ２、Ｘ２、Ｖｓｖｒ２を求める。重回帰分析では、ＶｓｖｒとＩｒの相関係数としてＲ２が、ＶｓｖｒとＩｉの相関係数としてＸ２が、オフセットしてＶｓｖｒ２が計算される。重回帰分析の具体的な計算方法は、例えば、非特許文献２などに記載してあるアルゴリズムに従って計算すればよい。

次に、図１２に線路電圧降下補償パラメータ整定結果のイメージをＩｒ軸、Ｉｉ軸、Ｖｓｖｒ軸で示される３次元空間に表している。ここで、図中のハッチングを施した楕円空間４００は、太陽光発電装置出力抑制発生時のデータ群（Ｖｓｖｒｊ）を表している。これは、太陽光発電装置が出力抑制を行っている時間帯の、ＳＶＲ二次側電圧Ｖｓｖｒと、ＳＶＲ通過電流実部Ｉｒ、虚部Ｉｉの関係を、３次元空間にプロットしたものである。

また、平面４１０は、太陽光発電装置出力抑制発生時のデータ群４００を重回帰分析した結果の近似平面を表している。言い換えると、Ｖｓｖｒ２を通り、Ｉｒ軸の傾きがＲ２、Ｉｉ軸の傾きがＸ２である平面を示している。このＶｓｖｒ２、Ｒ２、Ｘ２を、前述の線路電圧降下補償装置２の整定パラメータとすることで、ＳＶＲは太陽光発電装置の出力抑制発生を推定することが可能となる。

本発明による以上のような制御により、太陽光発電などが大量に導入された系統でも、配電系統の電圧逸脱の可能性を小さくでき、また太陽光発電の出力抑制量を低減できる効果がある。

また、電圧調整装置が太陽光発電の出力抑制発生時にのみ系統の電圧を調整することで、常時の電圧調整装置の電圧調整能力を向上させることが可能となり、配電系統に連系可能な負荷や太陽光発電量の増加に対する対策設備コストを削減することができる効果がある。例えば、電圧変動を抑制するために必要となる無効電力補償装置（ＳＶＣ：Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）などの高速応答可能な電圧制御機器の必要容量も削減できる効果がある。

また、本発明により、系統の計測データやシミュレーション結果データから、線路電圧降下補償装置２のパラメータを一意に決定することが可能となる。これにより、運用者が試行錯誤で整定パラメータを決定する時間や労力を短縮することができ、また運用者によらず、制御性能を引き出すための適切な整定値を決定することが可能となる。

配電系統の電圧を調整する電圧調整装置として活用することができる。また、電圧調整装置であるＳＶＲや配電用変電所ＬＲＴの制御システムとして活用することがきる。また、配電系統において、太陽光発電などの分散電源の増設に対応した、電圧維持対策、配電設備利用率向上対策として活用することが可能となる。

１０：線路電圧降下補償パラメータ決定装置
１１：表示装置
１２：キーボードやマウス等の入力手段
１３：コンピュータ（ＣＰＵ）
１４：通信手段
１５：ＲＡＭ
２１：潮流計算データ
２２：計測データ
２３：制御装置整定データ
２４：太陽光発電装置出力抑制発生時のＳＶＲ電圧電流データ
２５：プログラムデータ
１００：配電系統
１１０：配電用変電所
１２０：ノード
１３０：太陽光発電装置
１４０：配電線路
１５０：負荷
１７０：センサ
１７１：センサ
１８０：通信端局
１９０：通信ネットワーク
３００：ＳＶＲ
３０２：タップチェンジャ
３０３：単巻変圧器
３０５：変圧器
３１０：タップ制御装置
ＣＴ：電流センサ
ＰＴ：電圧センサ
３２０：制御装置の計測部
３３０：線路電圧降下補償装置１
３３１：線路電圧降下補償装置２
３４０：タップ制御器
３５０：データベース
３５１：データベース
４００：太陽光発電装置出力抑制発生時のデータ群
４１０：重回帰分析した結果の近似平面

Claims (6)

1. 自端電圧が規定電圧より上昇した時に発電量を抑制する機能を備えた太陽光発電装置を含む配電系統に設置され、タップ付変圧器のタップ位置を調整してタップ付変圧器の二次側電圧を所定の制限値内に調整する配電系統の電圧調整装置であって、
   前記タップ付変圧器の二次側電圧および通過電流を推定する計測部と、前記推定した二次側電圧を通過電流に応じて補正して第１の電圧値を得る第１の電圧補正部と、前記推定した二次側電圧を通過電流に応じて補正して第２の電圧値を得る第２の電圧補正部と、前記第１および第２の電圧補正部で計算された第１および第２の電圧値が所定の制限値を逸脱するときに前記タップ付変圧器のタップ操作を実行するタップ制御器を備え、前記第２の電圧値は前記太陽光発電装置の前記自端電圧を推定したものであって、前記第２の電圧値が前記規定電圧に近づいている状態を示すことをもって前記タップ付変圧器のタップ操作を実行することを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
2. 請求項１に記載の配電系統の電圧調整装置であって、
   前記第１の電圧値が第１の制限値を第１の時間以上逸脱するときに前記タップ付変圧器のタップ下げ操作を実行し、前記第２の電圧値が第２の制限値を第２の時間以上逸脱するときに前記タップ付変圧器のタップ下げ操作を実行するとともに、前記第２の時間は前記第１の時間よりも長く設定されていることを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
3. 請求項２に記載の配電系統の電圧調整装置であって、
   前記制限値を定める不感帯の値は、前記第１の制限値を定める不感帯の値が、前記第２の制限値を定める不感帯の値より大きく設定されていることを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の配電系統の電圧調整装置であって、
   配電系統の各時間の電気量の計測値を格納する計測データベース、電圧自動調整器の整定パラメータを格納する整定データベース、電気量の計測値またはシミュレーション結果に基いて計算された太陽光発電装置出力抑制発生時の電圧自動調整器電圧電流データを格納する電圧自動調整器計測データベース、電圧自動調整器の出力電圧と通過電流実部、虚部の値に基づいて電圧自動調整器の整定パラメータを計算するパラメータ決定手段を備えたことを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
5. 自端電圧が規定電圧より上昇した時に発電量を抑制する機能を備えた太陽光発電装置と、タップ付変圧器のタップ位置を調整してタップ付変圧器の二次側電圧を所定の制限値内に調整する電圧調整装置を備えた配電系統の電圧調整方法であって、
   電圧調整装置端の計測情報に基づき二次側電圧を推定し、推定した二次側電圧が所定上下限の不感帯を逸脱する状態が継続するときに逸脱方向に応じて前記タップ付変圧器のタップ上げまたは下げの操作を実行するとともに、
   電圧調整装置端の計測情報に基づき前記太陽光発電装置の前記自端電圧を推測し、前記規定電圧に近づいている状態を示すことをもって前記タップ付変圧器のタップ下げ操作を実行することを特徴とする配電系統の電圧調整方法。
6. 自端電圧が規定電圧より上昇した時に発電量を抑制する機能を備えた太陽光発電装置と、タップ付変圧器のタップ位置を調整してタップ付変圧器の二次側電圧を所定の制限値内に調整する電圧調整装置を備え、
   電圧調整装置端の計測情報に基づき前記太陽光発電装置の前記自端電圧を推測し、前記規定電圧に近づいている状態を示すことをもって前記タップ付変圧器のタップ下げ操作を実行する配電系統の電圧調整方法であって、
   配電系統の各時間の電気量の計測値を計測データベースに格納するステップ、電圧調整装置の整定パラメータを整定データベースに格納するステップ、電気量の計測値またはシミュレーション結果に基いて計算された太陽光発電装置出力抑制発生時の電圧自動調整器電圧電流データを格納するステップ、並びに電圧調整装置の出力電圧と通過電流実部、虚部の値に基づいて電圧自動調整器の整定パラメータを計算するパラメータ決定ステップを備えたことを特徴とする配電系統の電圧調整方法。

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