JP4783237B2 - 二次電池を用いた送電損失低減システムと方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統における送電損失を低減する技術に関するものであり、特に、電気エネルギーを電力系統に充放電する二次電池を用いて送電損失を低減するシステムと方法に関するものである。

従来の電力系統における送電損失を低減するシステムまたは方法としては、変圧器タップの変更による電圧・無効電力の調整を用いるもの（例えば、特許文献１参照）、送電損失を最小化するように系統構成を変更するもの（例えば、特許文献２参照）などが挙げられる。

一方、最近の二次電池の著しい進歩に伴い、大口需要家サイドにおいては、需要電力および電気料金の節減の観点から、小型で大容量の二次電池を設置するケースが多くなっている。需要家サイドに設置されるこのような二次電池の主な用途は、負荷のピークカットや平準化である。以下には、これらの用途における二次電池の具体的な制御方法の一例について説明する。

［ピークカット］
図１１は、需要家における１日の需要カーブの一例を示す図である。一般的に、需要家は、１年間を通して最大需要Ｄ_maxが契約電力値を超過しないように電力会社と契約電力値Ｆを決定している。しかし、図１２に示すように、設備増強等による需要家側の負荷の増加によって最大需要Ｄ_maxが契約電力値Ｆを超過した場合には、電力会社からその需要家に対して通常の電気料金に加えてペナルティー(割増料金)が課せられることになるため、電気料金が増加する。

図１３は、二次電池を含む従来の需要家構内系統の構成例を示すブロック図である。この図１３に示すように、電力系統１には、配電線２と電力検出器３を介して負荷４１〜４ｎと二次電池５が並列に接続されている。ここで、二次電池５は、電気エネルギーを貯蔵する電力貯蔵部５１とこの電力貯蔵部５１の電気エネルギーを電力系統に充放電する電力変換部５２から構成されており、二次電池５の充放電は制御装置６から電力変換部５２に与えられる制御信号によって制御される。

この場合、制御装置６は、電力系統１から配電線２を介して負荷４１〜４ｎにより受電する電力量である有効電力値Ｐ_detを取り込み、設定された基準電力との比較を行い、図１４に示すようなピークカット用の運転スケジュールで二次電池５を制御する。これにより、図１５に示すように、同じ設備状況においても契約電力値Ｆを超過しないような需要Ｄに制御可能である。

［負荷平準化］
また、需要家は、ペナルティーを回避する等の目的で、年間最大需要(ピーク)を上回る値の電力を契約電力値Ｆとして電力会社と契約しているが、一般的には、契約電力値Ｆが低ければ低いほど電気料金は低下する。したがって、年間を通して最大電力を低減できれば、契約電力値Ｆを下げて電気料金を低減することが可能である。また、電気料金は時間帯別に異なっており、一般的には昼間が高く、夜間が安価に設定されている。そのため、同じ電気を使用するにしても、夜間に多く使用して昼間の使用量を抑制することによってさらに電気料金を低減することが可能である。

これらの観点から、従来、図１３に示す制御装置６により二次電池５を制御して負荷の平準化を行うことで、電気料金の低減を図っている。すなわち、電気料金が安くなる時間帯になった時点で二次電池５の充電を開始し、電気料金が高くなる時間帯では二次電池５の充電を中止して受電端の電力を検出し、設定された電力以上になった時点で二次電池５の放電を開始する。

このような制御を行うことにより、二次電池５の出力は、図１６に示すようになり、図１７に示すように、同じ設備状況においても負荷の平準化が実現可能であり、契約電力値を旧契約電力値Ｆ_oldから新契約電力値Ｆ_newに低下させるとともに、昼間の電力を抑制することができる。

特開２００２−１６５３６７ 特開平１１−２５２７９４

しかしながら、上記のような従来の二次電池の制御方法には、次のような問題点がある。すなわち、二次電池５の制御により負荷のピークカットを行った場合、図１４に示すように、一般的には、二次電池５は昼間の需要の高い時間帯に放電する傾向があり、全体としては二次電池５自体が保有するエネルギーは十分に残っている状態であることが多い。また、二次電池５の制御により負荷の平準化を行った場合、図１６に示すように、一般的には、二次電池５はある時間帯で動作しておらず、二次電池５自体が保有するエネルギーは残っている状態である。

すなわち、上述した従来の二次電池の制御方法のうち、負荷のピークカットの用途においては昼間の需要の高い時間帯に放電する傾向があり、また、負荷平準化の用途においても特定の時間帯は動作していないため、いずれも、二次電池５自体が保有するエネルギーは残っている状態である。

したがって、従来、需要家側の二次電池の余力は、十分に有効利用されているとはいえない。また、時々刻々と変化する負荷に応じて送電損失の低減を図るには、線路を流れる電力潮流（有効電力、無効電力）を直接的に減少させる方法が効果的であるが、そのための具体的な手法は確立されていない。例えば、特許文献１、２に示した送電損失を低減する従来のシステムや方法は、変圧器タップの変更や配電系統の構成変更を手段とするものであり、線路を流れる電力潮流（有効電力、無効電力）を直接的に減少させるものではない。

本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、需要家側の二次電池の余力を十分に有効利用して、線路を流れる電力潮流（有効電力、無効電力）を直接的に減少可能とすることにより、電力系統を効率的に制御可能な、二次電池を用いた送電損失低減システムと方法を提供することである。

本発明は、線路を流れる電流を減少させる有効電力指令値と無効電力指令値を制御装置に与えて、二次電池の有効電力出力と無効電力出力を制御することにより、需要家側の二次電池の余力を十分に有効利用して、線路を流れる電力潮流（有効電力、無効電力）を直接的に減少可能としたものである。

本発明の二次電池を用いた送電損失低減システムは、電気エネルギーを貯蔵する電力貯蔵部とこの電力貯蔵部の電気エネルギーを電力系統に充放電する電力変換部からなる二次電池を用いて送電損失を低減するシステムにおいて、次のような特徴を有する。すなわち、前記電力変換部から出力される電力を制御する制御装置と、前記制御装置に電力指令値を与える指令生成装置を備え、この指令生成装置は、線路を流れる電流を減少させる電力指令値として、前記線路の無効電力値、有効電力値、電圧値に基づいて有効電力指令値と無効電力指令値を生成し前記制御装置に与え、前記制御装置は、前記指令生成装置から与えられた有効電力指令値と無効電力指令値に基づいて前二次電池の有効電力出力と無効電力出力の制御を行うための制御信号を前記二次電池に与えるように構成されている。

また、本発明の二次電池を用いた送電損失低減方法は、以上のシステムを、方法の観点から把握したものである。

本発明によれば、線路を流れる電流を減少させる有効電力指令値と無効電力指令値を制御装置に与えて、二次電池の有効電力出力と無効電力出力を制御することにより、需要家側の二次電池の余力を十分に有効利用して、線路を流れる電力潮流（有効電力、無効電力）を直接的に減少可能であるため、電力系統を効率的に制御可能な、二次電池を用いた送電損失低減システムと方法を提供できる。

以下には、本発明に係る二次電池を用いた送電損失低減システムの複数の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、図１３に示した従来のシステムと同一部分には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

［第１の実施形態］
［構成］
図１は、本発明を適用した第１の実施形態に係る二次電池を用いた送電損失低減システムの構成を示すブロック図である。この図１に示すように、本実施形態の送電損失低減システムは、図１３に示す従来のシステムの構成に、制御装置６に電力指令値を与える指令生成装置７、配電線２の無効電力値Ｑ_detを検出する電力検出器８、および配電線２の電圧値Ｖ_detを検出する電圧検出器９を追加したものである。

まず、負荷４１〜４ｎと二次電池５は、電力系統１に対して、配電線２と１箇所の電力検出器３のみを介して接続されているのではなく、配電線２と２箇所の電力検出器８，３を介して接続されている。また、指令生成装置７は、二次電池５を制御する制御装置６に対して、線路を流れる電流を減少させる電力指令値を与える装置である。

この指令生成装置７には、電力検出器８の出力信号である無効電力値Ｑ_detと電力検出器３の出力信号である有効電力値Ｐ_detと電圧検出器９の出力信号である配電線２の電圧値Ｖ_detが入力される。指令生成装置７は、これらの入力に基づき、有効電力指令値Ｐ_refと無効電力指令値Ｑ_refを制御装置６に与える。制御装置６は、入力した有効電力指令値Ｐ_refと無効電力指令値Ｑ_refに応じた制御信号を出力し、二次電池５の電力変換部５２に与える。

図２は、本実施形態における指令生成装置７の構成を示すブロック図である。この図２に示す指令生成装置７は、制御器１０１、積分器１０２、保持回路１０３、遅延回路１０４、選択回路１０５、制御器１０６、不感帯回路１０７、ゲイン回路１０８、減算器１１１、加算器１１２、減算器１１３、演算器１２１、を備えている。ここで、各構成要素の機能は次の通りである。

制御器１０１は、電力検出器３からの有効電力値Ｐ_detを入力とし、減算器１１１の出力値を上限値として出力制限される出力信号を積分器１０２と選択回路１０５に与える。積分器１０２は、放電時間を時定数とする（放電時間で積算値を除した値を出力値とする）積分器であり、制御器１０１の出力信号を入力とし、放電時間を時定数とする積算を行い、遅延回路１０４の出力信号をリセット信号として、出力信号を保持回路１０３に与える。保持回路１０３は、積分器１０２の出力信号と運転指令を入力として、出力信号を選択回路１０５に与える。

ここで、「運転指令」は、ピークカットや負荷平準化などの二次電池５の本来の目的を果たすために、二次電池５を充放電させる指令であり、図２中に示すように、充電の場合は“１”、放電の場合は“０”となる。

遅延回路１０４は、運転指令を入力として、出力信号を積分器１０２に与える。選択回路１０５は、運転指令を入力するとともに、制御器１０１と保持回路１０３の出力信号を選択し、選択した出力信号を入力して加算器１１２に与える。減算器１１１は、二次電池５の定格出力Ｗ_Bと有効電力設定値Ｐ_demを入力としてその差分を求め、得られた値を出力信号として制御器１０１に与えて制御器１０１の出力値を制限する。

ここで、「有効電力設定値Ｐ_dem」は、ピークカットや負荷平準化などの二次電池５の本来の目的を果たすために、二次電池５から出力される有効電力出力の値を定めたものである。

加算器１１２は、有効電力設定値Ｐ_demと選択回路１０５の出力信号を入力として加算し、加算値すなわち有効電力指令値Ｐ_refを出力信号として制御装置６に出力するとともに、演算器１２１に与える。

演算器１２１は、加算器１１２の出力信号すなわち有効電力指令値Ｐ_refを入力として、二次電池５の定格容量ＶＡの余力を、√（ＶＡ²−Ｐ_ref ²）により計算し、計算結果を示す出力信号をゲイン回路１０８と制御器１０６に与えて制御器１０６の出力上限と出力下限を制限する。

不感帯回路１０７は、電圧検出器９からの配電線２の電圧値Ｖ_detを入力として、出力信号を減算器１１３に与える。減算器１１３は、電力検出器８からの配電線２の無効電力値Ｑ_detと不感帯回路１０７の出力信号を入力として、出力信号を制御器１０６に与える。制御器１０６は、減算器１１３の出力信号を入力とし、演算器１２１とゲイン回路１０８の出力信号により出力制限される無効電力指令値Ｑ_refを出力信号として制御装置６に出力する。ゲイン回路１０８は、演算器１２１の出力信号を入力とし、出力信号を制御器１０６に与えて制御器１０６の出力下限を制限する。

［作用］
［１．システム全体の動作］
以上のような構成を有する第１の実施形態の送電損失低減システムにおいては、指令生成装置７により、線路を流れる電流を減少させる有効電力指令値と無効電力指令値を生成して制御装置６に与え、制御装置６により二次電池５の有効電力出力と無効電力出力を制御する。

すなわち、本実施形態において、二次電池５は、指令生成装置７から出力される一方の出力信号である有効電力指令値Ｐ_refに基づいて昼間に有効電力を出力（放電）し、夜間に有効電力を吸収（充電）するとともに、指令生成装置７の他方の出力信号である無効電力指令値Ｑ_refに基づいて無効電力を入出力する。

なお、図２に示す指令生成装置７において、有効電力指令値Ｐ_refは、有効電力設定値Ｐ_demと選択回路１０５の出力信号との加算値として得られる。有効電力設定値Ｐ_demは、前述したように、負荷平準化などの二次電池５の本来の目的を果たすために有効電力出力の値を定めたものであり、一般的には、負荷４１〜４ｎで消費される電力を超過しない範囲で設定される。

また、図２に示す指令生成装置７においては、前述したように、二次電池５の定格出力Ｗ_Bと定格容量ＶＡを使用するが、本質的に、定格容量ＶＡは定格出力Ｗ_Bより大きな値であり、有効電力の出力上限は、定格出力Ｗ_Bとなる。したがって、定格出力Ｗ_Bと有効電力設定値Ｐ_demの差分である減算器１１１の出力値は、二次電池５による有効電力出力の余力となる。

以下には、本実施形態の送電損失低減システムのうち、本発明の特徴的な構成要素である指令生成装置７による特徴的な動作であるところの、有効電力と無効電力の出力制御について詳細に説明する。

［２．指令生成装置による特徴的な動作：有効電力と無効電力の出力制御］
［２−１．昼間における有効電力の出力制御］
まず、昼間は、運転指令が“０”の放電状態であり、選択回路１０５では制御器１０１の出力信号が選択される。前述したように、電力検出器３で検出される有効電力値Ｐ_detは、電力系統１から受電する電力量であり、制御器１０１の出力値は、有効電力値Ｐ_detを入力として減算器１１１の出力値で制限される。選択回路１０５でこの制御器１０１の出力値が選択されることにより、加算器１１２からは、制御器１０１の出力値と有効電力設定値Ｐ_demとの加算値である有効電力指令値Ｐ_refが、指令生成装置７の出力値として出力され、制御装置６に与えられる。

すなわち、昼間は、このように、減算器１１１の出力値（二次電池５による有効電力出力の余力）で制限される制御器１０１の出力値と有効電力設定値Ｐ_demとの加算値として出力される有効電力指令値Ｐ_refに基づいて、制御装置６により二次電池５が制御され、二次電池５の放電（有効電力の出力）が行われるので、二次電池５は、充放電の余力の範囲内で受電電力を“０”に近づけるように動作する。

なお、指令生成装置７の制御器１０１の出力値は、以上のように加算されて有効電力指令値Ｐ_refとして出力されると同時に、放電時間を時定数とする積分器１０２で積算され、放電時間で積算値を除した値が積分器１０２の出力値として保持回路１０３に与えられる。

例えば、１００ｋＷの定格出力Ｗ_Bの二次電池５が、９０ｋＷの有効電力設定値Ｐ_demで放電しており、電力検出器３により検出された有効電力値Ｐ_detが３０ｋＷの場合、定格出力Ｗ_Bと有効電力設定値Ｐ_demの差分である減算器１１１の出力値は１０ｋＷ（１００ｋＷ−９０ｋＷ＝１０ｋＷ）となるので、減算器１１１の出力値で制限される制御器１０１の出力値は１０ｋＷとなる。この場合に、有効電力指令値Ｐ_refは、１００ｋＷ（９０ｋＷ＋１０ｋＷ＝１００ｋＷ）となり、これにより、二次電池５の放電量が９０ｋＷから１００ｋＷに増加するので、負荷４１〜４ｎの受電電力量である有効電力値Ｐ_detは２０ｋＷに減少するとともに、配電線２を流れる有効電力値も１０ｋＷ減少する。

なお、図２の指令生成装置７における以上の動作を実現するための具体的な制御器１０１としては、例えば、比例・積分・微分回路からなるＰＩＤ制御回路などが使用可能である。

［２−２．夜間における有効電力の出力制御］
また、夜間は、運転指令が“１”の充電状態であり、選択回路１０５では、昼間と異なり、保持回路１０３の出力信号が選択される。保持回路１０３は、運転指令が“０”から“１”に切り替わった時点で、放電時間を時定数とする積分器１０２の出力値（放電時間で積算値を除した値）を保持するので、保持回路１０３の出力値は、昼間の放電時に有効電力設定値Ｐ_demに上乗せしていた放電量（加算分）の平均値となる。

なお、遅延回路１０４からの出力信号は、入力される運転指令が“０”から“１”に変更されてから一定時間遅れて“０”から“１”となり、このような遅延回路１０４の出力信号の切り替えに応じて、積分器１０２が、リセット状態とその解除との間で切り替わるようになっている。すなわち、夜間において、遅延回路１０４からの出力信号が充電状態を示す“１”である間は、この遅延回路１０４により積分器１０２がリセット状態とされ、また、昼間において、遅延回路１０４からの出力信号が放電状態を示す“０”になると、積分器１０２のリセット状態が解除されて、積分器１０２での積算が開始される。

以上のように、夜間においては、昼間と異なり、選択回路１０５で保持回路１０３の出力信号が選択されることにより、加算器１１２からは、保持回路１０３の出力値と有効電力設定値Ｐ_demとの加算値である有効電力指令値Ｐ_refが、指令生成装置７の出力値として出力され、制御装置６に与えられる。

すなわち、夜間は、このように、昼間の放電時に有効電力設定値Ｐ_demに上乗せしていた放電量（加算分）の平均値であるところの保持回路１０３の出力値と有効電力設定値Ｐ_demとの加算値として出力される有効電力指令値Ｐ_refに基づいて、制御装置６により二次電池５が制御され、二次電池５の充電が行われるので、二次電池５は、昼間の放電量と同等の電力を充電することができる。

なお、二次電池の分野における近年の顕著な技術の進歩に伴い、極めて高い充放電効率（＝放電容量／充電容量）を有する二次電池が実用化されるに至っているものの、１００％の充放電効率を有する二次電池は実現されていない。そのため、現段階で実用化されている二次電池において、充電した電力と全く同量の電力を同じ時間で放電することはできないが、この問題は、一般的に充電時間と放電時間に差を設けることによって実質的に解決されており、本実施形態の二次電池についても同様の手法で解決可能である。

［２−３．無効電力の出力制御］
他方、指令生成装置７において、無効電力指令値Ｑ_refは、制御器１０６の出力値として出力される。すなわち、前述したように、制御器１０６は、減算器１１３の出力信号を入力とし、演算器１２１とゲイン回路１０８の出力信号により出力制限される無効電力指令値Ｑ_refを出力信号として制御装置６に出力する。

この場合、制御器１０６に入力される減算器１１３の出力値は、配電線２を流れる無効電力値Ｑ_detと不感帯回路１０７の出力値の差分であり、また、演算器１２１およびゲイン回路１０８の出力値は、二次電池５の定格容量ＶＡと有効電力指令値Ｐ_refに基づく無効電力出力の余力である。

したがって、制御器１０６から出力される無効電力指令値Ｑ_refは、配電線２を流れる無効電力値Ｑ_detと不感帯回路１０７の出力値の差分を、二次電池５の定格容量ＶＡと有効電力指令値Ｐ_refに基づく無効電力出力の余力で制限した値となる。この無効電力指令値Ｑ_refに基づいて、制御装置６により二次電池５が制御され、二次電池５から無効電力が入出力されるので、二次電池５は、定格容量ＶＡの余力の範囲内で配電線２の無効電力を“０”に近づけるように動作する。

このとき、電圧検出器９の検出値である電圧値Ｖ_detが不感帯回路１０７の設定値（例えば、１１０％）より高い場合、それに比例した値が不感帯回路１０７から減算器１１３に入力されるので、制御器１０６への入力値は、配電線２の無効電力値Ｑ_detより不感帯回路１０７の出力値だけ減少し、無効電力の入出力は、電圧値Ｖ_detが不感帯回路１０７の設定値を超えない範囲に制限される。すなわち、不感帯回路１０７は、二次電池５の無効電力出力の増加により電圧が上昇しすぎるのを抑制するように作用する。

また、演算器１２１の出力は、有効電力指令値Ｐ_refの増加に応じて減少するので、無効電力指令値Ｑ_refは、有効電力指令値Ｐ_refに制約される。すなわち、本実施形態において、有効電力指令値Ｐ_refは無効電力指令値Ｑ_refより優先される。

［３．送電損失の低減］
以上のように、指令生成装置７によって有効電力指令値Ｐ_refと無効電力指令値Ｑ_refを生成し、これらの指令値Ｐ_ref，Ｑ_refに基づいて、制御装置６によって二次電池５の有効電力出力と無効電力出力を制御することにより、電力系統１における送電損失を低減することができる。

まず、配電線２で生じる送電損失量は、送電損失量をＬｏｓｓ、配電線２の抵抗分をＲ、配電線２に流れる有効電力をＰ、無効電力をＱ、電圧をＶとした場合、以下に示す（１）式で求めることができる。そのため、配電線２を流れる有効電力Ｐと無効電力Ｑのいずれを減少させた場合でも、送電損失を低減させることができる。また、同様に有効電力を減少させた場合の送電損失低減量は、配電線２の有効電力潮流が小さい夜間よりも、有効電力潮流が大きい昼間の方が大きいので、昼間に放電した分を夜間に充電した場合にも、送電損失を低減することができる。

また、以下に示す式のうち、（２）式は、配電線２を流れる夜間の有効電力をＰとした場合の送電損失の低減量Ｌｏｓｓ１を求める式であり、（３）式は、昼間の有効電力（夜間より大きい）を例えば２倍の２Ｐとした場合の送電損失の低減量Ｌｏｓｓ２を求める式である。（３）式に示すように、昼間の有効電力を減少させた方が送電損失をより大きく低減できることがわかる。なお、これらの（２），（３）式において、二次電池５による有効電力の増加分は、いずれも同じ値ΔＰとしている。

［効果］
以上のように、第１の実施形態によれば、二次電池の定格出力Ｗ_Bの余力（Ｗ_B−Ｐ_dem）の範囲内で昼間には有効電力を放電し、夜間には有効電力を充電するとともに、定格容量ＶＡの余力（√（ＶＡ²−Ｐ_ref ²））の範囲内で無効電力を入出力することにより、配電線を流れる有効電力と無効電力を減少させることができるため、送電損失を低減することができる。

また、放電時の有効電力出力変更分の平均値を充電時の有効電力出力変更分とすることにより、二次電池の充放電量の均衡を保ち、放電時に電力貯蔵量が不足することを防止できる。

また、線路を流れる電流を減少させるように無効電力出力を制御しながら、二次電池の無効電力出力の増加により電圧が上昇しすぎるのを抑制できるため、供給電力に高い電圧安定性を与えることができる。

そしてまた、線路を流れる電流を減少させるように有効電力出力を優先的に制御するとともに、二次電池の定格容量の余力に応じて無効電力出力を制御する方式であるため、充電時または放電時において無効電力出力よりも有効電力出力の制御による送電損失低減効果が高い場合に、送電損失を効率よく低減できる。

［第２の実施形態］
［構成］
図３は、本発明を適用した第２の実施形態に係る二次電池を用いた送電損失低減システムにおける指令生成装置の構成を示すブロック図である。この図３に示すように、本実施形態は、図１に示した第１の実施形態におけるシステム構成のうち、図２に示した指令生成装置７の構成の一部のみを変更したものであり、他の構成は第１の実施形態と同様である。

図３に示す本実施形態の指令生成装置７において、図２に示した第１の実施形態の指令生成装置７との相違点は、図２における演算器１２１の代わりに、２つの演算器１２２，１２３と最小値選択回路（ｍｉｎ）１３１を設けた点と、これにともない、各部の入出力関係を変更した点である。

ここで、演算器１２２は、有効電力設定値Ｐ_demを入力として、二次電池５から有効電力設定値Ｐ_dem分の有効電力が出力されている場合の定格容量ＶＡの余力を、√（ＶＡ²−Ｐ_dem ²）により計算し、計算結果を示す出力信号をゲイン回路１０８と制御器１０６に与えて制御器１０６の出力上限と出力下限を制限する。

演算器１２３は、有効電力設定値Ｐ_demと無効電力指令値Ｑ_refを入力として、二次電池５から有効電力設定値Ｐ_dem分の有効電力と無効電力指令値Ｑ_ref分の無効電力が出力されている場合の定格容量ＶＡに基づく有効電力出力の余力を、√（ＶＡ²−Ｑ_ref ²）−Ｐ_demにより計算し、計算結果を示す出力信号を最小値選択回路（ｍｉｎ）１３１に与える。

最小値選択回路（ｍｉｎ）１３１は、減算器１１１の出力信号と演算器１２３の出力信号を入力として、出力値の小さい方を選択し、選択した出力信号を制御器１０１に与えて制御器１０１の出力上限を制限する。

［作用］
以上のような構成を有する第２の実施形態の送電損失低減システムにおいて、システム全体の動作は、前述した第１の実施形態と同様であり、指令生成装置７による一部の動作のみが異なる。以下には、本実施形態における指令生成装置による動作のうち、第１の実施形態と異なる特徴的な動作について説明する。

まず、演算器１２２では、二次電池５から有効電力設定値Ｐ_dem分の有効電力が出力されている場合の定格容量ＶＡの余力が、√（ＶＡ²−Ｐ_dem ²）により計算され、計算結果を示す出力信号がゲイン回路１０８と制御器１０６に与えられる。これにより、制御器１０６は、演算器１２２の出力値を上限、ゲイン回路１０８の出力値（演算器１２２の出力値に−１を乗じた値）を下限として出力制限される。すなわち、無効電力指令値Ｑ_refは、二次電池５の定格容量ＶＡと有効電力設定値Ｐ_demに制約される。

一方、演算器１２３では、二次電池５から有効電力設定値Ｐ_dem分の有効電力と無効電力指令値Ｑ_ref分の無効電力が出力されている場合の定格容量ＶＡに基づく有効電力出力の余力が、√（ＶＡ²−Ｑ_ref ²）−Ｐ_demにより計算され、計算結果を示す出力信号が最小値選択回路１３１に与えられる。

そして、最小値選択回路１３１では、定格出力Ｗ_Bに基づく有効電力出力の余力である減算器１１１の出力値と演算器１２３の出力値のうち、小さい方が選択される。ここで選択される出力値は、有効電力出力が有効電力設定値Ｐ_demであり、無効電力出力が無効電力指令値Ｑ_refである場合に出力可能な有効電力出力の余力を表す。最小値選択回路１３１で選択された出力信号が制御器１０１に与えられることにより、制御器１０１は、最小値選択回路１３１の出力値を上限として出力制限される。

なお、演算器１２３の出力値は、無効電力指令値Ｑ_refの増加に伴い減少するため、最小値選択回路１３１の出力値を上限値とする制御器１０１の出力は、無効電力指令値Ｑ_refによって制限される。したがって、本実施形態の指令生成装置７は、前述した第１の実施形態とは逆に、無効電力を優先的に調整した上で、二次電池５の定格出力Ｗ_Bと定格容量ＶＡの余力に応じて有効電力出力を増加させるように動作する。

［効果］
以上のように、第２の実施形態によれば、無効電力を優先的に入出力するとともに、無効電力の入出力を考慮した二次電池の余力に応じて昼間には有効電力を放電し、夜間には有効電力を充電することにより、定格容量ＶＡの余力の範囲内で、配電線を流れる有効電力と無効電力を減少させることができるため、送電損失を低減することができる。

特に、本実施形態においては、第１の実施形態とは逆に、線路を流れる電流を減少させるように無効電力出力を優先的に制御するとともに、二次電池の定格容量の余力に応じて有効電力出力を制御する方式であるため、放電時において有効電力出力よりも無効電力出力の制御による送電損失低減効果が高い場合に、送電損失を効率よく低減できる。

また、放電時の有効電力出力変更分の平均値を充電時の有効電力出力変更分とすることにより、二次電池の充放電量の均衡を保ち、放電時に電力貯蔵量が不足することを防止できる点は、第１の実施形態と同様である。

［第３の実施形態］
［構成］
図４は、本発明を適用した第３の実施形態に係る二次電池を用いた送電損失低減システムの構成を示すブロック図であり、図５は、本実施形態の送電損失低減システムにおける指令生成装置７の構成を示すブロック図である。これらの図４、図５に示すように、本実施形態の送電損失低減システムは、図１に示した第１の実施形態におけるシステム構成のうち、電力検出器３を削除するとともに、指令生成装置７の構成の一部を変更したものであり、他の構成は第１の実施形態と同様である。

本実施形態においてはまず、図４に示すように、第１の実施形態において配電線２の無効電力値Ｑ_detのみを検出していた電力検出器８に、配電線２の有効電力値Ｐ₁と無効電力値Ｑ₁の両方を検出する機能を持たせており、これにより、第１の実施形態において配電線２の有効電力値Ｐ_detを検出していた他の電力検出器３を削除している。

また、図５に示す本実施形態の指令生成装置７において、図２に示した第１の実施形態の指令生成装置７との相違点は、図２における制御器１０１および減算器１１１の代わりに、最適潮流計算装置１４１を設けた点と、これにともない、各部の入出力関係を変更した点である。

ここで、最適潮流計算装置１４１は、電力検出器８からの配電線２の有効電力値Ｐ₁と無効電力値Ｑ₁と、有効電力設定値Ｐ_demと運転指令、および選択回路１０５の出力信号を入力として、後述する最適化問題を解くことにより、送電損失が最小となる二次電池５の有効電力変更分Ｐ₂と無効電力変更分Ｑ₂を求める。最適潮流計算装置１４１は、得られた有効電力変更分Ｐ₂を積分器１０２と選択回路１０５に与えるとともに、無効電力変更分Ｑ₂を加算器１１３に与える。

すなわち、積分器１０２および選択回路１０５の入力は、削除された制御器１０１の出力信号の代わりに、最適潮流計算装置の出力値である配電線２の有効電力変更分Ｐ₂に変更されており、加算器１１３の入力は、電力検出器８からの検出値の代わりに、最適潮流計算装置の出力値である配電線２の無効電力変更分Ｑ₂に変更されている。

［作用］
以上のような構成を有する第３の実施形態の送電損失低減システムにおいて、第１の実施形態との動作の相違は、電力検出器８により配電線２の有効電力値と無効電力値の両方を検出する点と、指令生成装置７において最適潮流計算装置１４１により最適化問題を解き、それによって得られた値を用いて有効電力指令値と無効電力指令値を生成する点である。本実施形態における他の動作は、第１の実施形態と同様であるため、以下には、第１の実施形態と異なる本実施形態の特徴的な動作について説明する。

まず、最適潮流計算装置１４１では、配電系統を単純化して表現する図６の簡易回路を対象として、以下に示す（４）式を目的関数、（５）〜（７）式を制約条件とする最適化問題を解くことにより、送電損失が最小となる二次電池５の有効電力変更分Ｐ₂と無効電力変更分Ｑ₂が計算される。

ただし、充電時の有効電力変更分Ｐ₂は、放電時の運転状態によって決定されるので、充電（運転指令＝１）の場合は、有効電力変更分Ｐ₂は選択回路１０５の出力値で固定とされ、無効電力変更分Ｑ₂を求める計算のみが行われる。

最適潮流計算装置１４１では、配電線２のインピーダンスＺ₁は既知とし、負荷は二次電池５の設置点から下流のすべての総合負荷として配電線２の電力潮流Ｐ₁＋ｊＱ₁から有効電力設定値Ｐ_demを差し引いたものとし、変電所相当の電圧値Ｖ_Sは１．０ｐｕとして、電力潮流が計算される。送電損失は、線路に流れる電流と線路抵抗の積なので、配電線２を流れる電流を求める式（Ｐ₁ ²＋Ｑ₁ ²）／Ｖ_det ²の最小化を表す（４）式を目的関数とすることにより、送電損失が最小となる解が得られる。

また、（５）式は、二次電池５の出力電力が定格容量ＶＡを超えないようにする制約、（６）式は、二次電池５の有効電力出力が定格出力Ｗ_Bを超えないようにする制約、（７）式は、配電線の電圧が許容範囲を逸脱しないようにする制約である。なお、Ｖ_UDは配電線電圧の下限値、Ｖ_OVは配電線電圧の上限値である。

一方、積分器１０２、保持回路１０３、遅延回路１０４、選択回路１０５の動作は、第１の実施形態と同様であり、放電時は、最適潮流計算装置１４１から出力された有効電力変更分Ｐ₂が電力設定値Ｐ_demに加算されて有効電力指令値Ｐ_refとなり、充電時は、保持回路１０３の出力値が電力設定値Ｐ_demに加算されて有効電力指令値Ｐ_refとなる。また、不感帯回路１０７、減算器１１３、制御器１０６、ゲイン回路１０８、演算器１２１の動作も、第１の実施形態と同様であり、制御器１０６の出力が無効電力指令値Ｑ_refとなる。

［効果］
以上のように、第３の実施形態によれば、制約条件付きの最適化問題を解いて得た二次電池５の有効電力変更分Ｐ₂と無効電力変更分Ｑ₂に基づいて有効電力指令値Ｐ_refと無効電力指令値Ｑ_refを生成することにより、二次電池５の有効電力と無効電力を系統状態に適した配分で制御できるため、送電損失を高効率で低減することができる。

［第４の実施形態］
［構成］
図７は、本発明を適用した第４の実施形態に係る二次電池を用いた送電損失低減システムにおける指令生成装置の構成を示すブロック図である。この図７に示すように、本実施形態は、図１に示した第１の実施形態におけるシステム構成のうち、図２に示した指令生成装置７の構成の一部のみを変更したものであり、他の構成は第１の実施形態と同様である。

図７に示す本実施形態の指令生成装置７において、図２に示した第１の実施形態の指令生成装置７との相違点は、図２における演算器１２１の代わりに、２つの演算器１２３，１２４と最小値選択回路（ｍｉｎ）１３１を設け、２つの優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂを追加した点と、これにともない、各部の入出力関係を変更した点である。

ここで、演算器１２３は、図３に示した第２の実施形態の同名・同一符号の構成要素と同等であり、第２の実施形態と同様に、有効電力設定値Ｐ_demと無効電力指令値Ｑ_refを入力として、定格容量ＶＡに基づく有効電力出力の余力を計算し、計算結果を示す出力信号を最小値選択回路（ｍｉｎ）１３１に与える。

そして、最小値選択回路（ｍｉｎ）１３１もまた、図３に示した第２の実施形態の同名・同一符号の構成要素と同等であり、第２の実施形態と同様に、減算器１１１の出力信号と演算器１２３の出力信号を入力として、出力値の小さい方を選択して出力する。なお、最小値選択回路１３１の出力信号は、制御器１０１に直接与えられるのではなく、制御器１０１との間に挿入された優先制御切替用の選択回路１０５ａにより選択された場合にのみ制御器１０１に与えられる。

２つの優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂは、いずれも、送電損失の低減における有効・無効電力制御の効果比較判定を電力系統の状態に応じて行い、判定結果に応じて、接点“０”と“１”のいずれかを選択し、選択した接点に応じた信号を選択して入力する。

ここで、一方の優先制御切替用の選択回路１０５ａは、接点“０”と“１”のいずれかを選択することにより、最小値選択回路１３１の出力信号と減算器１１１の出力信号のうち、接点に応じた方の出力信号を選択して入力する。すなわち、優先制御切替用の選択回路１０５ａは、判定結果が「無効電力制御の方が有効」である場合には、接点“０”を選択することで最小値選択回路１３１の出力信号を選択して入力し、また、判定結果が「有効電力制御の方が有効」である場合には、接点“１”を選択することで減算器１１１の出力信号を選択して入力する。

この優先制御切替用の選択回路１０５ａは、選択して入力した出力信号、すなわち、減算器１１１の出力信号と最小値選択回路１３１の出力信号のいずれか一方を制御器１０１に与えて制御器１０１の出力上限を制限する。したがって、制御器１０１の上限値は、選択回路１０５ａの出力値となる。

他方の優先制御切替用の選択回路１０５ｂは、接点“０”と“１”のいずれかを選択することにより、有効電力設定値Ｐ_demと有効電力指令値Ｐ_refのうち、接点に応じた方の信号を選択して入力する。すなわち、優先制御切替用の選択回路１０５ｂは、判定結果が「無効電力制御の方が有効」である場合には、接点“０”を選択することで有効電力設定値Ｐ_demを選択して入力し、また、判定結果が「有効電力制御の方が有効」である場合には、接点“１”を選択することで加算器１１２の出力信号である有効電力指令値Ｐ_refを選択して入力する。

この優先制御切替用の選択回路１０５ｂは、選択して入力した信号、すなわち、有効電力設定値Ｐ_demと有効電力指令値Ｐ_refのいずれか一方を演算器１２４に与える。

演算器１２４は、加算器１１２の出力信号を直接入力するのではなく、加算器１１２との間に挿入された優先制御切替用の選択回路１０５ｂの出力信号を計算用の有効電力値Ｐとして入力する。すなわち、演算器１２４は、優先制御切替用の選択回路１０５ｂの出力信号が加算器１１２の出力信号である有効電力指令値Ｐ_refの場合には、この有効電力指令値Ｐ_refを計算用の有効電力値Ｐとして入力し、優先制御切替用の選択回路１０５ｂの出力信号が有効電力設定値Ｐ_demの場合には、この有効電力設定値Ｐ_demを計算用の有効電力値Ｐとして入力する。

演算器１２４は、このように入力した計算用の有効電力値Ｐを用いて、二次電池５の定格容量ＶＡの余力を、√（ＶＡ²−Ｐ²）により計算し、この計算結果を示す出力信号をゲイン回路１０８と制御器１０６に与えて制御器１０６の出力上限と出力下限を制限する。

［作用］
以上のような構成を有する第４の実施形態の送電損失低減システムにおいて、システム全体の動作は、前述した第１の実施形態と同様であり、指令生成装置７による動作の一部のみが異なる。以下には、本実施形態における指令生成装置による動作のうち、第１の実施形態と異なる特徴的な動作について説明する。

［優先制御切替方式］
まず、本実施形態における指令生成装置７は、送電損失を低減するために、有効電力出力を優先的に制御する方式と無効電力出力を優先的に制御する方式を、電力系統の状態に応じて切り替えるように動作する。

すなわち、図７における優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点が“１”側にある場合は、指令生成装置７は、図２に示した第１の実施形態の指令生成装置と実質的に同じ構成となるため、有効電力出力を優先的に制御するように動作する。また、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点が“０”側にある場合は、指令生成装置７は、図３に示した第２の実施形態の指令生成装置と実質的に同じ構成となるため、無効電力出力を優先的に制御するように動作する。指令生成装置７における各部の動作の詳細は次の通りである。

まず、演算器１２３によって、二次電池５の定格容量ＶＡと有効電力設定値Ｐ_demと無効電力指令値Ｑ_refから、√（ＶＡ²−Ｑ_ref ²）−Ｐ_demにより、出力可能な有効電力出力の余力が計算され、計算結果を示す出力信号が最小値選択回路１３１に与えられる。

そして、最小値選択回路１３１では、定格出力Ｗ_Bに基づく有効電力出力の余力である減算器１１１の出力値と演算器１２３の出力値のうち、小さい方が選択される。ここで選択される出力値は、有効電力出力が有効電力設定値Ｐ_demであり、無効電力出力が無効電力指令値Ｑ_refである場合に出力可能な有効電力の余力を表す。最小値選択回路１３１で選択された出力信号は、優先制御切替用の選択回路１０５ａに与えられる。

一方、演算器１２４の動作は、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点が“０”側と“１”側のいずれにあるかに応じて、以下のように異なる。

まず、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点が“０”側にある場合、演算器１２４には、優先制御切替用の選択回路１０５ｂから出力される有効電力設定値Ｐ_demが、計算用の有効電力値Ｐとして与えられるため、演算器１２４においては、図３に示した第２の実施形態における演算器１２２と同様の、√（ＶＡ²−Ｐ_dem ²）の計算が行われる。この計算結果として得られる値は、有効電力出力が有効電力設定値Ｐ_demである場合に出力可能な無効電力の余力を表す。

例えば、図８は、二次電池の有効電力と無効電力の出力範囲の一例を示す特性図である。一般的に、二次電池５の定格容量は定格出力の１．５〜２倍であることが多いが、この図８に示すように、定格容量ＶＡが３００ｋＶＡ、定格出力Ｗ_Bが２００ｋＷ、有効電力設定値Ｐ_demが１５０ｋＷならば、定格出力Ｗ_Bと有効電力設定値Ｐ_demの差分である減算器１１１の出力値は５０ｋＷ（２００ｋＷ−１５０ｋＷ＝５０ｋＷ）となる。

ここで、無効電力指令値Ｑ_refが２２４ｋＶａｒ以下ならば、演算器１２３の出力値は５０以上となるので、最小値選択回路１３１においては、減算器１１１の出力値５０ｋＷが選択され、図８においてＡ点として示すように、有効電力を出力する余力がある状態となる。

しかし、無効電力指令値Ｑ_refが２２４ｋＶａｒを超過する場合は、演算器１２３の出力値が選択され、その値は、無効電力指令値Ｑ_refが大きいほど小さくなる。そして、無効電力が最大限出力される場合には、図８においてＢ点として示すように、有効電力を出力する余力はなくなる。

以上のように、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点が“０”側にある場合には、有効電力出力が有効電力設定値Ｐ_demである場合に出力可能な無効電力の余力（演算器１２４の出力値）まで無効電力指令値Ｑ_refを増減させることができるのに対し、制御器１０１の出力、すなわち、有効電力指令値Ｐ_refの変更分は、選択回路１０５ａの出力値によって制限される。

したがって、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点が“０”側にある場合には、第２の実施形態と同様に、無効電力出力が優先的に制御され、無効電力出力を優先的に調整した余力で有効電力出力の変更分が制限される。

逆に、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点が“１”側にある場合、演算器１２４には、優先制御切替用の選択回路１０５ｂから出力される有効電力指令値Ｐ _ref が、計算用の有効電力値Ｐとして与えられるため、演算器１２４においては、図２に示した第１の実施形態における演算器１２１と同様の、√（ＶＡ²−Ｐ_ref ²）の計算が行われる。この計算結果として得られる値は、有効電力出力が有効電力指令値Ｐ_refである場合に出力可能な無効電力の余力を表す。

以上のように、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点が“１”側にある場合には、制御器１０６の出力、すなわち、無効電力指令値Ｑ_refの変更分は、有効電力出力の変更分である選択回路１０５の出力値と有効電力設定値Ｐ_demを加算した有効電力指令値Ｐ_refに基づく無効電力出力の余力である演算器１２４の出力値によって制限される。

したがって、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点が“１”側にある場合には、第１の実施形態と同様に、有効電力出力が優先的に制御され、有効電力出力を優先的に調整した余力で無効電力出力の変更分が制限される。

［優先制御切替用の判定処理］
図９は、本実施形態の指令生成装置７における優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂによる優先制御切替用の判定処理の一例を示すフローチャートである。

この図９に示すように、まず、Ｓ９０１で二次電池５の運転状態が放電中であるか否かを判定する。放電中と判定した場合（Ｓ９０１のＹｅｓ）はＳ９０２に進み、二次電池５の有効電力出力をαｐｕ変化させる前後の配電線の有効・無効電力値（Ｐ₁，Ｑ₁）と電圧値Ｖ_detを測定する。また、Ｓ９０３では、二次電池５の無効電力出力をαｐｕ変化させる前後の配電線の有効・無効電力値（Ｐ₁，Ｑ₁）と電圧値Ｖ_detを測定する。

Ｓ９０４では、Ｓ９０２の測定結果と前記（１）式を用いて、有効電力出力を変化させた場合の損失低減量Ａを計算し、Ｓ９０５では、Ｓ９０３の測定結果と（１）式を用いて、無効電力出力を変化させた場合の損失低減量Ｂを計算する。

Ｓ９０６では、Ｓ９０４で得られた有効電力出力を変化させた場合の損失低減量ＡとＳ９０５で得られた無効電力出力を変化させた場合の損失低減量Ｂを比較して、Ａ＜Ｂであるか否か、すなわち、無効電力出力の方が有効（送電損失の低減に効果的）であるか否かを判定する。Ａ＜Ｂであり、「無効電力出力の方が有効」と判定した場合（Ｓ９０６のＹｅｓ）には、Ｓ９０７に進み、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点を“０”側にして、無効電力出力の変更分を優先的に制御する。

これに対して、Ｓ９０６で、Ａ≧Ｂであり、「有効電力出力の方が有効」と判定した場合（Ｓ９０６のＮｏ）には、Ｓ９０８に進み、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点を“１”側にして、有効電力出力の変更分を優先的に制御する。

また、Ｓ９０１で、放電中でない（充電中）と判定した場合（Ｓ９０１のＮｏ）も、「有効電力出力の方が有効」と判定した場合（Ｓ９０６のＮｏ）と同様に、Ｓ９０８に進み、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点を“１”側にして、有効電力出力の変更分を優先的に制御する。これにより、指令生成装置７は、昼間放電した量と同等の電力が充電できるように動作する。

以上のように、図９の優先制御切替用の判定処理は、二次電池５の有効電力出力の変化と無効電力出力の変化のそれぞれに対する損失低減量を測定結果から計算し、計算した損失低減量を指標値として、有効電力出力と無効電力出力のいずれの制御が送電損失の低減に効果的かを判定するものである。したがって、この判定処理の結果に応じて、二次電池の有効電力出力または無効電力出力を優先的に制御することにより、時間を要する複雑な計算を実行することなく、送電損失を効率よく低減することができる。

図１０は、本実施形態の指令生成装置７における優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂによる優先制御切替用の判定処理の別の一例を示すフローチャートである。

この図１０に示す判定処理において、図９の判定処理との相違点は、測定結果である配電線の有効・無効電力値（Ｐ₁，Ｑ₁）と電圧値Ｖ_detと前記（１）式を用いて損失低減量を計算する代わりに、図６の簡易回路を対象とした潮流計算結果に基づいて損失低減量を計算している点である。

この図１０に示すように、まず、Ｓ１００１で二次電池５の運転状態を判定し、放電中と判定した場合（Ｓ１００１のＹｅｓ）はＳ１００２に進み、図６の簡易回路を対象とした潮流計算をＳ１００２〜１００４で行い、異なる場合の送電損失量をそれぞれ計算する。

これらのＳ１００２〜１００４における送電損失量の計算において、変電所相当の電圧値Ｖ_Sを１．０ｐｕ、総合負荷を（Ｐ₁−Ｐ_dem）＋ｊＱ₁とする点は共通であるが、変化させる出力の組合せがそれぞれ異なる。Ｓ１００２では、二次電池５の有効電力変更分Ｐ₂と無効電力変更分Ｑ₂の両方を０とし、Ｓ１００３では有効電力変更分Ｐ₂のみαｐｕとし、Ｓ１００４では無効電力変更分Ｑ₂のみαｐｕとする。これにより、Ｓ１００２では、二次電池５が本来の目的で運用されている場合、Ｓ１００３では、有効電力出力（放電）をαｐｕ増加させた場合、Ｓ１００４では、無効電力出力をαｐｕ増加させた場合、における送電損失量をそれぞれ計算する。

Ｓ１００５では、Ｓ１００２で得られた送電損失量とＳ１００３で得られた送電損失量の差分、すなわち、二次電池５の有効電力出力をαｐｕ増加させた場合の損失低減量Ａを計算し、Ｓ１００６では、Ｓ１００２で得られた送電損失量とＳ１００４で得られた送電損失量の差分、すなわち、二次電池５の無効電力出力をαｐｕ増加させた場合の損失低減量Ｂを計算する。なお、αは定格を超えない範囲の任意の数値であれば適宜選択可能であり、例えば、定格容量の０．１ｐｕなどの値が使用可能である。

Ｓ１００７では、Ｓ１００５で得られた有効電力出力を増加させた場合の損失低減量ＡとＳ１００６で得られた無効電力出力を増加させた場合の損失低減量Ｂを比較し、Ａ＜Ｂであるか否か、すなわち、無効電力出力の方が有効（送電損失の低減に効果的）であるか否かを判定する。Ａ＜Ｂであり、「無効電力出力の方が有効」と判定した場合（Ｓ１００７のＹｅｓ）には、Ｓ１００８に進み、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点を“０”側にして、無効電力出力の変更分を優先的に制御する。

これに対して、Ｓ１００７で、Ａ≧Ｂであり、「有効電力出力の方が有効」と判定した場合（Ｓ１００７のＮｏ）には、Ｓ１００９に進み、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点を“１”側にして、有効電力出力の変更分を優先的に制御する。

また、Ｓ１００１で、放電中でない（充電中）と判定した場合（Ｓ１００１のＮｏ）も、「有効電力出力の方が有効」と判定した場合（Ｓ１００７のＮｏ）と同様に、Ｓ１００９に進み、優先制御切替用の選択回路１０５ａ，１０５ｂの接点を“１”側にして、有効電力出力の変更分を優先的に制御する。これにより、指令生成装置７は、昼間放電した量と同等の電力が充電できるように動作する。

以上のように、図１０の優先制御切替用の判定処理は、単純化した回路の潮流計算で得られる送電損失量に基づき有効電力出力と無効電力出力のいずれの制御が送電損失の低減に効果的かを判定するものである。したがって、この判定処理の結果に応じて、二次電池の有効電力出力または無効電力出力を優先的に制御することにより、実際に二次電池の有効電力出力と無効電力出力を変更させて配電線の電力潮流を測定することなしに、送電損失をより効率よく低減することができる。

［効果］
以上のように、第４の実施形態の指令生成装置において、有効電力出力を優先的に制御する方式に切り替えた場合には、第１の実施形態の指令生成装置と実質的に同じ構成となり、第１の実施形態の指令生成装置と同様に有効電力出力を優先的に制御することができるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

そしてまた、本実施形態の指令生成装置において、無効電力出力を優先的に制御する方式に切り替えた場合には、第２の実施形態の指令生成装置と実質的に同じ構成となり、第２の実施形態の指令生成装置と同様に無効電力出力を優先的に制御することができるため、第２の実施形態と同様の効果が得られる。

したがって、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の有効電力出力を優先的に制御する方式と、第２の実施形態と同様の無効電力出力を優先的に制御する方式を、電力系統の状態に応じて、送電損失を低減するために最も有効な方式で切り替えることができるため、送電損失を極めて効率よく低減することができる。

［他の実施形態］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。すなわち、図面に示したシステム構成や指令生成装置の構成、フローチャートは一例にすぎず、具体的な構成や処理の流れは適宜選択可能である。また、本発明で使用する二次電池や制御装置の具体的な構成も何等制限されない。

本発明を適用した第１の実施形態に係る二次電池を用いた送電損失低減システムの構成を示すブロック図。 第１の実施形態における指令生成装置の構成を示すブロック図。 本発明を適用した第２の実施形態に係る二次電池を用いた送電損失低減システムにおける指令生成装置の構成を示すブロック図。 本発明を適用した第３の実施形態に係る二次電池を用いた送電損失低減システムの構成を示すブロック図。 第３の実施形態における指令生成装置の構成を示すブロック図。 第３の実施形態における指令生成装置により最適化問題の対象とする配電系統を単純化して表現する簡易回路図。 本発明を適用した第４の実施形態に係る二次電池を用いた送電損失低減システムにおける指令生成装置の構成を示すブロック図。 本発明で使用する二次電池の有効電力と無効電力の出力範囲の一例を示す特性図。 第４の実施形態の指令生成装置における優先制御切替用の選択回路による優先制御切替用の判定処理の一例を示すフローチャート。 第４の実施形態の指令生成装置における優先制御切替用の選択回路による優先制御切替用の判定処理の別の一例を示すフローチャート。 需要家における１日の需要カーブの一例を示す図。 需要家における１日の最大需要が契約電力値を超過した場合の需要カーブの一例を示す図。 二次電池を含む従来の需要家構内系統の構成例を示すブロック図。 ピークカット時における二次電池の出力カーブの一例を示す図。 ピークカット後の需要カーブの一例を示す図。 負荷平準化時における二次電池の出力カーブの一例を示す図。 負荷平準化後の需要カーブの一例を示す図。

符号の説明

１…電力系統
２…配電線
３，８…電力検出器
４１〜４ｎ…負荷
５…二次電池
５１…電力変換部
５２…電力貯蔵部
６…制御装置
７…指令生成装置
９…電圧検出器
１０１，１０６…制御器
１０２…積分器
１０３…保持回路
１０４…遅延回路
１０５…選択回路
１０７…不感帯回路
１０８…ゲイン回路
１１１，１１３…減算器
１１２…加算器
１２１〜１２４…演算器
１３１…最小値選択回路
１４１…最適潮流計算装置
Ｐ_det…有効電力値
Ｑ_det…無効電力値
Ｖ_det…電圧値
Ｐ_ref…有効電力指令値
Ｑ_ref…無効電力指令値
Ｐ_dem…有効電力設定値
Ｗ_B…定格出力
ＶＡ…定格容量
Ｐ₁…有効電力値
Ｑ₁…無効電力値
Ｐ₂…有効電力変更分
Ｑ₂…無効電力変更分
Ｖ_S…変電所相当の電圧値

Claims (7)

1. 電気エネルギーを貯蔵する電力貯蔵部とこの電力貯蔵部の電気エネルギーを電力系統に充放電する電力変換部からなる二次電池を用いて送電損失を低減するシステムにおいて、
   前記電力変換部から出力される電力を制御する制御装置と、
   前記制御装置に電力指令値を与える指令生成装置を備え、
   前記指令生成装置は、線路を流れる電流を減少させる電力指令値として、前記線路の無効電力値、有効電力値、電圧値に基づいて有効電力指令値と無効電力指令値を生成し前記制御装置に与え、
   前記制御装置は、前記指令生成装置から与えられた有効電力指令値と無効電力指令値に基づいて前記二次電池の有効電力出力と無効電力出力の制御を行うための制御信号を前記二次電池に与える
   ことを特徴とする二次電池を用いた送電損失低減システム。
2. 前記指令生成装置は、昼間の有効電力の出力制御において、前記二次電池の有効電力出力の余力を上限値とし且つ前記有効電力値に基づき生成される値を前記二次電池の有効電力設定値に加算した加算値を前記有効電力指令値として生成し前記制御装置に与え、夜間の有効電力の出力制御において、昼間の放電時に前記有効電力設定値に上乗せしていた放電量の平均値を前記二次電池の有効電力設定値に加算した加算値を前記有効電力指令値として生成し前記制御装置に与える
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池を用いた送電損失低減システム。
3. 前記指令生成装置は、設定値に対する前記電圧値の超過分に比例した値を前記無効電力値から減算した差分に基づき前記無効電力指令値を生成し前記制御装置に与える
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池を用いた送電損失低減システム。
4. 前記指令生成装置は、設定値に対する前記電圧値の超過分に比例した値を前記無効電力値から減算した差分を二次電池の定格容量と前記有効電力指令値に基づく無効電力出力の余力で制限した値を前記無効電力指令値として生成し前記制御装置に与える
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池を用いた送電損失低減システム。
5. 前記指令生成装置は、電力系統の等価回路を対象として、式（１）を目的関数、式（２）〜（４）を制約条件とする最適化問題を解くことにより前記有効電力指令値と前記無効電力指令値を生成することを特徴とする請求項１に記載の二次電池を用いた送電損失低減システム。
   

   
6. 前記指令生成装置は、前記二次電池の有効電力出力を変化させた前後の前記線路の有効電力値と無効電力値と電圧値とに基づいて求めた第１の損失低減量と前記二次電池の無効電力出力を変化させた前後の前記線路の有効電力値と無効電力値と電圧値とに基づいて求めた第２の損失低減量とを比較し、前記第１の損失低減量が前記第２の損失低減量よりも大きいと判定した場合は有効電力出力を優先的に制御する有効電力指令値と無効電力指令値を生成し、一方、前記第２の損失低減量が前記第１の損失低減量よりも大きいと判定した場合は無効電力出力を優先的に制御する有効電力指令値と無効電力指令値を生成する
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次電池を用いた送電損失低減システム。
7. 電気エネルギーを貯蔵する電力貯蔵部とこの電力貯蔵部の電気エネルギーを電力系統に充放電する電力変換部からなる二次電池を用いて送電損失を低減する送電損失低減システムによる送電損失低減方法において、
   前記送電損失低減システムは、
   前記電力変換部から出力される電力を制御する制御装置と、
   前記制御装置に電力指令値を与える指令生成装置を備え、
   前記指令生成装置により、線路を流れる電流を減少させる電力指令値として、前記線路の無効電力値、有効電力値、電圧値に基づいて有効電力指令値と無効電力指令値を生成し前記制御装置に与え、
   前記制御装置により、前記指令生成装置から与えられた有効電力指令値と無効電力指令値に基づいて前記二次電池の有効電力出力と無効電力出力の制御を行うための制御信号を前記二次電池に与える
   ことを特徴とする二次電池を用いた送電損失低減方法。

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