JP5415478B2 - 電圧制御システム - Google Patents

Description

この発明は、配電線の電圧が上昇または低下して変動したときに、配電線の電圧を制御する電圧制御システムに関する。

配電線の電圧変動は各種の要因で発生する。例えば、将来的に電気自動車や燃料電池等が普及してくると、電気自動車の充電のために、夜間の電圧変動が発生する。この場合、変電所では、送り出し電圧の調整に苦慮することが予想される。

また、高圧受電の需要家が工場等である場合、通常、誘導電動機等の遅れ力率機器が稼動しているため、この需要家は力率改善用コンデンサを設置している。「電気供給要綱」では、力率を８５％以上とし、軽負荷時等には進み力率にならないよう定めている。しかし、工場等は夜間には操業せず、力率改善用コンデンサを系統に接続したまま操業を終了する場合が多い。この場合には、進み力率となり、無効電力が工場側から配電線系統側へ流入する。無効電力が配電線系統側へ流入することにより、配電線系統の電圧が上昇し、変電所では、送り出し電圧の調整に苦慮している。

高圧受電の工場等の高圧需要家が、操業を終了した後に力率改善用コンデンサを開閉器等で配電線系統から切り離せば、配電線系統の電圧上昇の問題は発生しない。しかし、力率改善用コンデンサはスイッチギアと呼ばれる箱に収められている。さらに、スイッチギアは電気取扱者以外が触れることがないように施錠されているため、電気の知識が無い人にとって、力率改善用コンデンサを配電線系統から切り離すことは実施しづらい。

こうした点を解決する手法として、以下のシステムがある（例えば、特許文献１参照。）。このシステムでは、制御装置と無効電力補償装置と電力用コンデンサ（ＳＣ：Ｓｔａｔｉｃ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ）とが、変電所等の電力会社側に設置される。制御装置は、配電線の無効電力値と電圧値とを取得し、無効電力値および電圧値に変動があると、無効電力を供給するために、電力用コンデンサまたは無効電力補償装置を系統に接続する。

特開２００８−２７１６２６号公報

先に述べたシステムには、次の課題がある。このシステムでは、高圧の工場等の需要家付近に、電力用コンデンサが設置されている。需要家付近の配電線電圧の低下に対して、電力用コンデンサにより配電線電圧を上昇させたり、フリッカに対しては、変電所等に設置した無効電力補償装置により電圧低下等の補償を行う。しかし、電力用コンデンサが系統に接続されていない状態で、配電線電圧が上昇した場合には、このシステムでは適正な電圧まで下げる対応が出来ないという課題がある。

一方、変電所で例えば分路リアクトル（Ｓｈｒ）を投入する無効電力補償装置で電圧を調整しても、送り出し電圧の調整が行われただけである。つまり、需要家が接続されている箇所の電圧が法令等で決められた範囲内を遵守しているとは限らないという課題がある。

さらに、先に述べたシステムは、複数の需要が接続されている配電線の力率改善や電圧低下の補償のための装置であり、需要家単独の力率改善を図る技術ではない。このため、新規の需要家が配電線に接続されるたびに、電力会社側では、適切な電力用コンデンサ容量を算定・設置する必要がある。この結果、電力用コンデンサの設置費用が過大になる可能性がある。つまり、電力会社の電圧変動対策のための費用や作業等の負担が増大する可能性がある。

この発明の目的は、前記の課題を解決し、電力会社による配電線の電圧変動対策に係る負担を低減し、配電線の電圧を適正な範囲に保つことを可能にする電圧制御システムを提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、配電線の複数区間中の１つで高圧受電する需要家に設置され、該需要家で使用された電力量を測定すると共に通信機能を持つ電力量計と、前記需要家の負荷側に接続され、前記需要家が高圧受電している配電線の区間の電圧を調整する電圧調整手段と、前記需要家側に設置され、前記電力量計からの制御指令により、前記電圧調整手段を前記負荷側に接続するか、または、該負荷側に接続されている該電圧調整手段を切り離す開閉部と、電力会社側に設置され、前記需要家が高圧受電している配電線の区間の電圧に応じて、電圧変動の発生区間にある前記需要家の前記電圧調整手段の使用の状態を把握し、電圧調整のために制御対象とする前記電圧調整手段を、電圧調整に必要とする無効電力である電圧調整対策量に相当するように所定の優先順位で組み合わせて選択し、選択した前記電圧調整手段を前記負荷側に対して接続するか切り離すかの制御指令を前記電力量計に送信する処理装置と、を備え、前記電力量計は、該処理装置から制御指令を通信機能により受信すると、この制御指令を前記開閉部に中継することを特徴とする電圧制御システムである。

請求項１の発明では、需要家側には電力量計と電圧調整手段と開閉部とが設置され、電力会社側には処理装置が設置されている。需要家側の電力量計は、配電線の複数の区間中の１つの区間で高圧受電する需要家に設置され、需要家で使用された電力量を測定すると共に通信機能を持ち、電圧調整手段は、需要家の負荷側に接続され、需要家が高圧受電している配電線の区間の電圧を調整する。需要家側の開閉部は、電力量計からの制御指令により、電圧調整手段を負荷側に接続するか、または、負荷側に接続されている電圧調整手段を切り離す。一方、電力会社側の処理装置は、需要家が高圧受電している配電線の区間の電圧に応じて、電圧変動の発生区間にある需要家の電圧調整手段の使用の状態を把握し、電圧調整のために制御対象とする電圧調整手段を、電圧調整に必要とする無効電力である電圧調整対策量に相当するように所定の優先順位で組み合わせて選択し、選択した電圧調整手段を負荷側に対して接続するか切り離す制御指令を電力量計に送信する。これにより、需要家側の電力量計は、処理装置から制御指令を通信機能により受信すると、この制御指令を開閉部に中継する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電圧制御システムにおいて、前記電圧調整手段は、力率改善用コンデンサであり、前記処理装置は、前記需要家が高圧受電している配電線の区間の電圧が高い場合に、前記力率改善用コンデンサを前記負荷側から切り離す制御指令を前記電力量計に送信し、該配電線の電圧が低い場合に、該力率改善用コンデンサを該負荷側に接続する制御指令を該電力量計に送信する、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１に記載の電圧制御システムにおいて、前記開閉部は、需要家によりオン・オフされると共にオンで前記電力量計からの制御指令を出力するスイッチと、前記スイッチからの制御指令により、前記力率改善用コンデンサを前記負荷側に接続するか、または、該負荷側に接続されている該力率改善用コンデンサを切り離す開閉器と、で構成されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、配電線の電圧に応じて、需要家側に設置されている電力量計からの制御指令で、開閉部が電圧調整手段の接続または切り離しを、負荷側に対して行うので、電力会社による配電線の電圧変動対策に係る負担を低減し、また、配電線の電圧を適正な範囲に保つことを可能にする。

請求項２の発明によれば、高圧需要家の力率改善用コンデンサを使用して、電圧変動に対応するので、電力会社による配電線の電圧変動対策に係る負担を低減することができる。

請求項３の発明によれば、電力会社による力率改善用コンデンサの接続・切り離しを、需要家側でスイッチをオンにしたときにのみ可能にすることができる。

この発明の実施の形態１による電圧制御システムの一例を示す構成図である。 電力量計および処理装置の構成を示す構成図である。 電力量計の表示部の構成を示す構成図である。 配電線系統データベースの一例を示す図である。 需要家データベースの一例を示す図である。 電圧制御システムが適用されている配電線系統を示す図である。 力率の測定を説明する図である。 電圧シミュレーションを示す図である。 電力用コンデンサの投入の様子を示す図である。 電圧調整処理を表すフローチャートである。 実施の形態２による電力量計および処理装置の構成を示す構成図である。 配電線計画データベースの一例を示す図である。 実施の形態２による電圧調整処理を表すフローチャートである。

次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。

（実施の形態１）
この実施の形態による電圧制御システムの一例を図１に示す。この電圧制御システムは配電線系統に設置されている。図１の配電線系統では、変電所から配電線１０１に送り出される電力を、柱上変圧器（柱上Ｔｒ）１２１を経て各低圧需要家に供給し、また、Ａ高圧需要家やＢ高圧需要家などに供給する。配電線１０１は複数の区間に分かれ、Ａ高圧需要家や低圧需要家などは、複数の区間のある区間に属している。

この配電線系統では、各需要家の電力使用状況による配電線１０１の電圧の変動を抑制するために、変電所では、送り出す電圧を適正に維持するための電圧調整を、変圧器のタップ切り替え等の制御で行い、配電線１０１では、自動電圧調整器（ＳＶＲ）１１１や無効電力補償装置（ＳＶＣ）１１２で行っている。自動電圧調整器１１１は変圧器のタップの切り替えにより配電線１０１の電圧を調整し、無効電力補償装置１１２は無効電力を配電線１０１に供給して配電線１０１の電圧を調整している。

こうした配電線系統に設置されている電圧制御システムは、配電線１０１に設置されている計測装置１１〜１３と、Ａ高圧需要家に設置されている通信機能付きの電力量計（ＷＨ計）２１、対策許可スイッチ２２、開閉器２３および電力用コンデンサ（ＳＣ）２４と、電力会社の営業所等に設置されている処理装置３０とを備えている。Ａ高圧需要家では、電力量計２１と変圧器（Ｔｒ）２５とを経て、電力が負荷に供給されている。Ｂ高圧需要家では、通常の電力量計（ＷＨ計）１３１と変圧器（Ｔｒ）１３２とを経て、電力が負荷に供給されている。なお、図１では、自動電圧調整器１１１や無効電力補償装置１１２は一部を示し、同じように、柱上Ｔｒや各低圧需要家も一部を示している。また、Ａ高圧需要家やＢ高圧需要家と同等の需要家も配電線１０１に複数接続されている。

計測装置１１〜１３は、配電線１０１に分散されて設置され、各設置点での電圧、電流、電力などを測定する。計測装置１１〜１３は、それらの設置点での測定結果を処理装置３０に送信する。

Ａ高圧需要家の電力用コンデンサ２４は、図２に示すように、力率改善用コンデンサである。通常、高圧受電の工場等では、誘導電動機等の遅れ力率機器が稼動しているため、力率改善用コンデンサである電力用コンデンサ２４が設置されている。この実施の形態では、電力用コンデンサ２４は電圧調整用としても用いられている。

Ａ高圧需要家の開閉器２３は、Ａ高圧需要家の電力量計２１から負荷２５に電圧を送るための電線２０１に対して、電力用コンデンサ２４を接続するか、または、電力用コンデンサ２４の接続を開放して切り離す。開閉器２３は、負荷側に対する電力用コンデンサ２４の接続・切り離しを、対策許可スイッチ２２からの制御指令によって行う。

Ａ高圧需要家の対策許可スイッチ２２は、Ａ高圧需要家付近の配電線１０１の電圧が低下した場合または上昇した場合、配電線１０１の電圧を適正な範囲に保つために、Ａ高圧需要家の電力用コンデンサ２４の電力会社による使用を許可するためのものである。つまり、Ａ高圧需要家の担当者が対策許可スイッチ２２を操作することにより、対策許可スイッチ２２は、電力用コンデンサ２４の使用許可または使用不許可を表す。つまり、対策許可スイッチ２２は、電力会社の処理装置３０による電圧調整を受けるか受けないかを、需要家側で決めることを可能にする。

具体的には、対策許可スイッチ２２は、オフにされていると、電力用コンデンサ２４の使用不許可を表す。また、対策許可スイッチ２２がオンにされていると、電力用コンデンサ２４の使用許可を表す。この場合、対策許可スイッチ２２は、オンであるので、電力量計２１からの制御指令を開閉器２３に送る。また、対策許可スイッチ２２は、オン・オフの状態を表すスイッチ状態信号を処理装置３０に送信する。

Ａ高圧需要家の電力量計２１は、電力会社に設置されている処理装置３０との通信機能を持っている。電力量計２１は、先の図２に示すように、指令制御部２１Ａと、力率測定部２１Ｂと、稼動状況把握部２１Ｃと、電力量計測部２１Ｄとを備えている。そして、指令制御部２１Ａ〜電力量計測部２１Ｄが、処理装置３０との通信機能をそれぞれ持っている。この他に、電力量計２１は、図２では図示を省略しているが、表示窓を備えている。

電力量計２１の力率測定部２１Ｂは、配電線１０１からＡ高圧需要家の電線２０１を流れる電圧、電流等から力率を測定する。力率測定部２１Ｂは、測定した力率を測定結果として処理装置３０に送信する。電力量計測部２１Ｄは、Ａ高圧需要家の電線２０１と変圧器２５とを経て負荷に供給される有効電力量と無効電力量とを測定する。電力量計測部２１Ｄは、測定した有効電力量と無効電力量とを、計測結果として処理装置３０に送信する。

電力量計２１の表示窓は、Ａ高圧需要家で使用される各電力量などを表示する。このために、表示窓としては、図３に示すように、有効電力表示窓２１Ｅ１１と、無効電力表示窓２１Ｅ２１〜２１Ｅ２４とがある。これらは、２つの表示パネル部２１Ｅに設けられている。

有効電力表示窓２１Ｅ１１は、電力量計測部２１Ｄが測定した有効電力量を表示する。なお、時間帯別に区分する必要があれば、各時間帯の有効電力表示窓を用意することにより、時間帯別の有効電力量を表示することができる。

無効電力表示窓２１Ｅ２１は、力率測定部２１Ｂが測定した力率と、電力量計測部２１Ｄが測定した無効電力量とにより、力率８５［％］以下分の無効電力量を表示する。無効電力表示窓２１Ｅ２２は、進み力率分の無効電力量を表示する。この進み力率分の無効電力量は、処理装置３０からの制御指令による指令制御分である。つまり、表示パネル部２１Ｅは、指令制御部２１Ａから受け取った、電力用コンデンサ２４の接続を表す制御指令と、切り離しを表す制御指令とにより、電力量計測部２１Ｄが測定した無効電力量から、進み力率分の無効電力量を無効電力表示窓２１Ｅ２２に表示する。表示窓２１Ｅ２３は、力率８５〜１００［％］の無効電力量を表示する。この無効電力量は、処理装置３０からの制御指令による指令制御分である。つまり、無効電力表示窓２１Ｅ２２のときと同じように、表示パネル部２１Ｅは、指令制御部２１Ａから受け取った、接続を表す制御指令と、切り離しを表す制御指令とにより、電力量計測部２１Ｄが測定した無効電力量から、力率８５〜１００［％］の無効電力量を無効電力表示窓２１Ｅ２３に表示する。無効電力表示窓２１Ｅ２４は、進み力率分の無効電力量を表示する。この進み力率分の無効電力量は、指令制御分以外のものである。

電力量計２１の稼動状況把握部２１Ｃは、開閉器２３の稼動状況を調べる。つまり、稼動状況把握部２１Ｃは、開閉器２３により、電力用コンデンサ２４が接続されているか、または、電力用コンデンサ２４が切り離されているかを調べる。稼動状況把握部２１Ｃは、開閉器２３による電力用コンデンサ２４の稼動状況を処理装置３０に送信する。

電力量計２１の指令制御部２１Ａは、電力用コンデンサ２４の接続や切り離しを制御する。電力量計２１は、処理装置３０から制御指令を受信すると、この制御指令を対策許可スイッチ２２に送る。つまり、指令制御部２１Ａは、通信機能を持ち、処理装置３０からの制御指令を対策許可スイッチ２２に中継する。同時に、稼動状況把握部２１Ｃは、先の図３に示すように、処理装置３０からの制御指令を表示パネル部２１Ｅに送る。

以上がＡ高圧需要家に設置されている各装置等の構成である。次に、電力会社に設置されている処理装置３０について説明する。処理装置３０は、配電線電圧を制御する電圧調整制御を行う。つまり、電力用コンデンサを備える高圧需要家が、この電力用コンデンサに対する接続・切り離しの制御であって、電力会社による制御を許可した場合、つまり、高圧需要家が配電線の電圧調整の当日の協力者である場合、処理装置３０はこの電圧調整を各協力者に対して行う。協力者は、あらかじめ処理装置３０に登録されている。こうした処理装置３０は、先の図２に示すように、対策指令部３１と、顧客選定部３２と、演算部３３と、第１受信部〜第３受信部３４〜３６と、配電線系統データベース（ＤＢ）３７と、需要家データベース（ＤＢ）３８とを備えている。

処理装置３０の第１受信部３４は、計測装置１１〜１３からの計測結果を含む、各計測装置からの計測結果を受信し、これらの計測結果を演算部３３に送る。第２受信部３５は、電力量計２１の力率測定部２１Ｂを含む、各高圧需要家の電力量計の力率測定部が測定した力率と、電力量計２１の電力量計測部２１Ｄを含む、各高圧需要家の電力量計測部が測定した有効電力量と無効電力量とを受信し、受信した力率と有効電力量と無効電力量とを演算部３３に送る。第３受信部３６は、対策許可スイッチ２２を含む、各高圧需要家の対策許可スイッチからのスイッチ状態信号と、稼動状況把握部２１Ｃを含む、各高圧需要家の電力量計の稼動状況把握部が調べた、開閉器の稼動状況とを受信し、これらのスイッチ状態信号と稼動状況とを顧客選定部３２に送る。

配電線系統データベース３７は、配電線系統に関するデータを記憶している。この配電線系統データベース３７の一例を図４に示す。図４の配電線系統データベース３７は、配電線のインピーダンス、配電線に設置してある無効電力補償装置等の設備のデータ、現在稼動している配電線の経路、高圧や低圧の顧客宅のデータを記憶している。さらに、配電線系統データベース３７は、配電線に対する柱上トランスの接続地点である接続位置、高圧需要家の接続地点である接続位置、柱上トランスである変圧器の変圧比などを記憶している。

需要家データベース３８は、需要家に関するデータを記録している。この需要家データベース３８の一例を図５に示す。図５の需要家データベース３８は、電力会社と契約している需要家の設備容量データ、電力使用量の実績、休業日の実績、翌日に協力者として電圧調整に協力できるかどうかの可否を記憶している。

演算部３３は、計測装置１１〜１３を含む各計測装置の計測結果を第１受信部３４から受け取り、配電線系統の各区間の配電線電圧に変動が発生しているかを調べる。そして、演算部３３は、ある区間で配電線電圧が上昇または低下した場合に、まず、電力会社による電圧調整が可能かどうかを判定する。例えば、演算部３３は、変電所でのタップの切り替えや、配電線１０１に設置されている自動電圧調整器１１１と無効電力補償装置１１２の使用による、電圧調整が可能かどうかを判定する。

演算部３３は、配電線の電圧変動が電力会社による電圧調整の範囲外であると判定すると、配電線電圧を適正に維持するための電圧調整対策量を算出する。つまり、演算部３３は、需要家の接続地点における、現時点の電圧での無効電力と、調整時の電圧での無効電力とを算出し、２つの無効電力の差から、電圧調整に必要とする無効電力を得る。このとき、演算部３３は、次の計算式から電圧調整に必要とする無効電力を得ている。
配電線１０１のインピーダンスを、

とし、例えば高圧需要家の接続地点として、Ａ点（図１）の負荷の有効電力と、無効電力とを、
有効電力：Ｐｒ
無効電力：Ｑｒ
とする。また、変電所の送り出し電圧と、配電線１０１の配電線の電流（配電線電流）と、Ａ点の電圧（Ａ点電圧）とを、
送り出し電圧：Ｖｓ
配電線電流：Ｉ［Ａ］
Ａ点電圧：Ｖｒ
とする。これらの値により、変電所の送り出し電圧は、

で示される。そして、この簡易式は、

となる。この数３式により、

を得る。演算部３３は、無効電力Ｑｒを表す数４式を用いて、先に述べたように、現時点の電圧での無効電力と、調整時の電圧での無効電力とを算出し、２つの無効電力の差を、電圧調整に必要とする無効電力としている。

演算部３３は、電圧調整に必要とする無効電力を算出すると、算出した無効電力を、電圧調整対策量とし、この電圧調整対策量を用いて、電力用コンデンサの接続や切り離しの制御指令を生成する。このとき、演算部３３は、第２受信部３５からの、高圧需要家内の力率の測定結果を参照し、配電線系統側への無効電力の流出が一定時間継続し、かつ、電圧上昇等の一定条件を満たした場合、電力用コンデンサである力率改善用コンデンサを配電線系統から切り離す制御指令を生成する。また、配電線電圧が低下した場合、演算部３３は、電力用コンデンサを配電線系統へ接続する制御指令を生成する。つまり、演算部３３は、各需要家の電力用コンデンサの開閉器に対して、入りを表す制御指令または切りを表す制御指令を生成する。

そして、演算部３３は、算出した電圧調整対策量と、生成した制御指令とを顧客選定部３２に送る。同時に、演算部３３は、需要家データベース３８を参照し、電圧調整に協力が可能な高圧需要家の、当日の協力者を抽出し、抽出結果を顧客選定部３２に送る。

顧客選定部３２は、Ａ高圧需要家の対策許可スイッチ２２を含む、各高圧需要家の対策許可スイッチからのスイッチ状態信号と、Ａ高圧需要家の電力量計２１の稼動状況把握部２１Ｃを含む、各高圧需要家の電力量計の稼動状況把握部が調べた、電力用コンデンサの稼動状況とを、第３受信部３６を経て受け取る。そして、顧客選定部３２は、先に述べたように、電圧調整対策量と制御指令と高圧需要家の抽出結果とを演算部３３から受け取ると、演算部３３で抽出された当日の協力者の電力用コンデンサであり、スイッチ状態信号で使用許可された電力用コンデンサであり、かつ、稼動状況から電圧調整に使用可能な電力用コンデンサの容量を組み合わせる。

ここでの稼動状況は次の様子を表している。配電線電圧が上昇した場合に電圧調整を行うとき、例えばＡ高圧需要家が当日の協力者であって、かつ、電力用コンデンサ２４が開閉器２３により切り離されている場合には、スイッチ状態信号で使用許可された電力用コンデンサであっても、今回の電圧調整には使用することができない。逆に、配電線電圧が上昇した場合に電圧調整を行うとき、例えばＡ高圧需要家が当日の協力者であって、かつ、電力用コンデンサ２４が開閉器２３により接続されている場合には、スイッチ状態信号で使用許可された電力用コンデンサであれば、今回の電圧調整には使用することができる。顧客選定部３２は、このように稼動状況を参照する。

顧客選定部３２が電圧調整に使用可能な電力用コンデンサの容量を組み合わせる場合、変電所に近い当日の協力者を優先して組み合わせる。そして、顧客選定部３２は、組み合わせた電力用コンデンサの容量で発生する無効電力が、演算部３３から受け取った電圧調整対策量に相当するようにする。この後、顧客選定部３２は、組み合わせに用いた電力用コンデンサが設置されている高圧需要家の一覧と、制御指令とを対策指令部３１に送る。

対策指令部３１は、顧客選定部３２から高圧需要家の一覧と制御指令とを受け取ると、該当する各高圧需要家の電力量計に対して、電力用コンデンサの接続・切り離しを示す制御指令を送信する。このとき、対策指令部３１は、次の条件を基に制御指令を送信する。対策指令部３１は、高圧需要家の工場等が稼動していない時間帯、例えば、夜間、早朝、深夜帯、工場等の休業日に、制御指令を送信する。これにより、条件が満たされるときに、電圧調整の制御が行われる。

以上が処理装置３０の構成である。次に、電圧制御システムの作用について説明する。以下では、電圧制御システムが適用されている図６の配電線系統を、必要に応じて参照する。なお、図６では、図１のＡ高圧需要家と同じような高圧需要家を、Ａ−１高圧需要家〜Ｃ−１高圧需要家とし、各高圧需要家の詳細な構成を省略している。また、図６では、Ａ−１高圧需要家と柱上トランスと計測装置とでＡ群を形成し、１つの区間としている。同じように別のＢ群とＣ群を形成し、それぞれ別の区間としている。さらに、図６では、変電所の送り出し電圧は時間帯毎に変化する。

この配電線系統では、１つの区間であるＡ群のＡ点は電圧が上昇し、その値が６８２０［Ｖ］である。そして、Ａ群の柱上トランスの１次側と２次側の変圧比が６３６０／１００・２００［Ｖ］であるので、低圧需要家には１０７．２［Ｖ］の電圧が供給される。Ｂ群とＣ群では電圧が低下しているが、低圧需要家には同じようにして電圧が供給される。

次に、配電線系統中の１つの区間であるＡ群を抜粋した図７を用いて、電圧調整の様子を説明する。なお、図７では、Ａ−１高圧需要家の構成が図１および図２のＡ高圧需要家と同じであるので、Ａ−１高圧需要家の説明では、Ａ高圧需要家の構成を使用する。図７では、
変電所の送り出し電圧：Ｖｓ＝６７００［Ｖ］
配電線のインピーダンス：Ｚ＝６８．６＋ｊ１１．８
Ａ点電圧：Ｖｒ＝６８２０［Ｖ］
Ａ−１高圧需要家の有効電力：Ｐｒ＝８０［ｋＷ］
Ａ−１高圧需要家の無効電力：Ｑｒ＝−ｊ６０［ｋｖａｒ］
とする。また、Ａ−１高圧需要家の電力用コンデンサ２４による無効電力を、
無効電力ＱＳＣ＝＋ｊ１０［ｋｖａｒ］
とする。これにより、Ａ−１高圧需要家が使っている負荷として、有効電力分が８０［ｋＷ］であり、無効電力分が遅れの７０［ｋｖａｒ］（−ｊ７０［ｋｖａｒ］）である。なお、図７では、Ａ点電圧は同じ区間にある計測装置で測定したものである。

Ａ−１高圧需要家の受電点での有効電力Ｐｒが８０［ｋＷ］であり、無効電力Ｑｒが−ｊ６０［ｋｖａｒ］であるので、Ａ−１高圧需要家の受電点での力率は、

となる。これは、「電気供給要綱」の力率である８５［％］を保っていない。

力率を８５［％］以上とするための無効電力Ｑ１は、

である。つまり、無効電力Ｑ１が−４９．５［ｋｖａｒ］以下であると、力率が８５［％］以上となる。したがって、Ａ−１高圧需要家の電力用コンデンサ２４では、容量が足らず、配電線系統からＡ−１高圧需要家に向けて、

の無効電力が、電力用コンデンサ２４の容量不足分として流れている。Ａ−１高圧需要家の電力量計２１は、この不足分を電力量計測部２１Ｄにより積算する。この積算結果は、力率８５［％］以下分の無効電力量を表示する無効電力表示窓２１Ｅ２１（図３）に表示される。また、力率８５［％］以下分の無効電力量は、力率測定部２１Ｂおよび電力量計測部２１Ｄにより、処理装置３０に送信される。なお、力率８５〜１００［％］の無効電力量は、表示窓２１Ｅ２３に表示される。

こうした状況のときに、同じ区間のＡ点から電力の供給を受ける低圧需要家の電圧１０７．２［Ｖ］を、１０５［Ｖ］にする場合、つまり、Ａ点電圧を６６７８［Ｖ］程度にする場合、電力会社の処理装置３０は次のようにする。なお、６６７８［Ｖ］は、

によって算出される。処理装置３０の演算部３３は、単位法による換算を利用した演算を行う。基準電圧を６６００［Ｖ］とし、基準容量を１００［ｋＶＡ］として、単位法による換算を利用すると、変電所の送り出し電圧は、

となり、配電線のＡ点電圧は、

となる。また、配電線のインピーダンスを単位法に換算するには、

の式を利用する。配電線のインピーダンスは、

となる。

ここで、処理装置３０の演算部３３は、先の数４式を用いて、Ａ点電圧が６８２０［Ｖ］のときの無効電力Ｑｒ１を、

により算出する。次に、演算部３３は、Ａ点電圧が６６８０［Ｖ］のときの無効電力Ｑｒ２を、

により算出する。この後、演算部３３は、電圧調整に必要とする無効電力Ｑｒを、

の式で得ている。基準容量が１００［ｋＶＡ］であるので、この値は、８０．１１［ｋｖａｒ］になる。つまり、Ａ点電圧が６８２０［Ｖ］である場合に、８０．１１［ｋｖａｒ］分の電力用コンデンサを配電線系統から切り離すと、Ａ点電圧を６６８０［Ｖ］に低下することができる。逆に、もし、Ａ点電圧が６６８０［Ｖ］である場合に、８０．１１［ｋｖａｒ］分の電力用コンデンサを配電線系統に接続すると、Ａ点電圧を６８２０［Ｖ］に上昇することができる。

こうして、処理装置３０の演算部３３が無効電力Ｑｒを算出すると、処理装置３０の顧客選定部３２は、適正な配電線電圧値の維持に協力可能な高圧需要家を、協力者の中から選出する。このとき、Ａ−１高圧需要家の電力用コンデンサ２４が選定されて、配電線系統から切り離されると、電力用コンデンサ２４による無効電力が１０［ｋｖａｒ］であるので、力率は、

に低下する。つまり、「電気供給要綱」では、力率を８５［％］以上としているが、力率は８０［％］から７５．２［％］に低下する。しかし、この場合には、Ａ−１高圧需要家は電圧調整対策の協力者であるので、Ａ−１高圧需要家の電力量計２１の電力量計測部２１Ｄは、配電線系統から流入する無効電力分を積算しない。この制御は、電力会社の処理装置３０からの制御指令を、電力量計２１の指令制御部２１Ａが受信することで行われる。

高圧需要家が工場等であると、操業が終了するにつれて、有効電力分が減少してくるので、配電線系統に接続されている電力用コンデンサの影響等で、配電線電圧が上昇してくる。本来であれば、進み力率、つまり高圧需要家から配電線系統へ無効電力が流れる状態となった場合、電力用コンデンサである力率改善用コンデンサが配電線系統から切り離すべきであるが、電圧シミュレーションで配電線電圧の維持に必要と判断した場合には電力用コンデンサの接続を保つ。この電圧シミュレーションの様子を図８に示す。電圧シミュレーションでは、配電線のインピーダンスにより、変電所の送り出し電圧Ｖｓや、Ａ点の電圧Ｖｒなどに応じた配電線電圧を得ることができる。

電圧シミュレーション等で電力用コンデンサの接続を保った場合には、無効電力（進み）は電力量計で積算する。この進み力率による無効電力量の積算結果は、進み力率分の無効電力量を表示する無効電力表示窓２１Ｅ２２（図３）に表示される。また、進み力率分の無効電力量は、力率測定部２１Ｂおよび電力量計測部２１Ｄにより、処理装置３０に送信される。

夜間や深夜等の場合に、配電線電圧が低下し、変電所の変圧器等で電圧調整ができないときがあり、このときには、協力者である高圧需要家の電力用コンデンサを接続し、電圧を上げる。例えば、Ａ−１高圧需要家が電圧調整を行った場合、Ａ−１高圧需要家の状態が、
有効電力：０［ｋＷ］
無効電力：０［ｋｖａｒ］
であるとする。Ａ−１高圧需要家の電力量計２１は、電力用コンデンサである力率改善用コンデンサの接続を表す制御指令を処理装置３０から受け取ると、図９に示すように、開閉器２３を投入する。投入後は進み力率となり、電力量計２１は無効電力の積算を行う。この進み力率による無効電力量の積算結果は、進み力率分の無効電力量を表示する無効電力表示窓２１Ｅ２２（図３）に表示される。また、進み力率分の無効電力量は、力率測定部２１Ｂおよび電力量計測部２１Ｄにより、処理装置３０に送信される。

この後、電力会社は、処理装置３０が記録している、工場稼動時の無効電力分から、当日の無効電力分を相殺するための清算をする。例えば、
工場稼動時：−１０．５［ｋｖａｒ］×３［Ｈ］＝−３１．５［ｋｖａｒＨ］
当日：＋１０［ｋｖａｒ］×４［Ｈ］＝＋４０．０［ｋｖａｒＨ］
であると、こうした状況において、当日の無効電力分を相殺すると、
相殺結果：＋８．５［ｋｖａｒＨ］
となる。これは、Ａ−１高圧需要家から配電線系統への無効電力の流出分となる。そして、電力会社は、一定期間、例えば１ヶ月の分をまとめ、協力金としてＡ−１高圧需要家に支給する。

このように、高圧需要家の電力量計２１と、電力会社の処理装置３０とは、互いに通信を行いながら、配電線の区間の電圧調整を行う。この様子を図１０に示す。配電線系統のある区間の電圧上昇が発生すると（ステップＳ１）、処理装置３０は電力会社の自動電圧調整器（ＳＶＲ）１１１や無効電力補償装置（ＳＶＣ）１１２などの設備で、電圧上昇の調整が可能かどうかを判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２で調整不可と判定した場合、処理装置３０は、ステップＳ１のある区間つまり電圧変動の発生区間にある高圧需要家の電力用コンデンサの使用の状態を把握し、電圧調整のために制御対象とする電力用コンデンサを選択する（ステップＳ３）。この後、処理装置３０は、制御対象の電力用コンデンサに対して、入り・切りを表す制御指令を出力する（ステップＳ４）。ステップＳ３の後、配電線の電圧上昇が解消すると（ステップＳ５）、処理装置３０は処理を継続するかどうかを判定する（ステップＳ６）。もし、処理を継続する場合、処理装置３０は再びステップＳ１の処理を行う。また、ステップＳ６で処理を継続しなければ、処理装置３０は電圧調整処理を終了する。

一方、ステップＳ２で、電力会社の設備で電圧上昇の調整が可能と判定した場合、電力会社は設備で電圧調整を行う（ステップＳ７）。この後、電圧上昇が解消されると（ステップＳ８）、再びステップＳ１の処理を行う。

なお、電圧低下の場合の処理も同様にして行うことができる。

こうして、この実施の形態によれば、配電線系統の区間毎の電圧を適正な値に維持することができ、特に、電力会社の設備で電圧変動に対応することができないときに、例えば深夜等のときに、区間毎の電圧を適正な値に維持することができる。この実施の形態によれば、高圧需要家の力率改善用コンデンサである電力用コンデンサを使用して、電圧変動に対応するので、例えば、高圧需要家が配電線に接続されるたびに、電力会社側では、適切な電力用コンデンサの容量を算定して設置するといった、電力会社による配電線の電圧変動対策に係る負担を低減することができ、電力会社が実施する配電線の電圧上昇の対策費用を軽減することができる。この実施の形態によれば、配電線系統から受電する高圧需要家の力率改善用コンデンサを使用するので、配電線系統が作業等で変更になっても、電圧を適正な値で維持・運用することを可能にする。この実施の形態によれば、電力会社で力率改善用コンデンサの接続・切り離しを制御するので、力率改善用コンデンサによる配電線の電圧上昇を抑制することができる。この実施の形態によれば、高圧需要家側で対策許可スイッチを操作することにより、電力用コンデンサ２４の使用許可または使用不許可を高圧需要家が決めることを可能にする。

また、この実施の形態によれば、配電線電圧の上昇により、分散型電源（燃料電池等）が配電線系統から切り離されることを防止できる。また、この実施の形態によれば、例えば、力率改善用コンデンサの設置促進を料金メニューでバックアップすることにより、配電線の電線張替費用が低減できる。電圧調整対策の協力者に対して、料金割引等を実施することにより、設備対策費等を回収することができる。さらに、この実施の形態によれば、力率改善用コンデンサを常時、配電線系統に接続している高圧需要家や、分散型電源を配電線系統に接続している需要家に対して、電圧調整対策費用を負担して貰い、その負担金を電圧調整対策の協力者に対して支払うことにより、不公平感を和らげることができる。

（実施の形態２）
この実施の形態による電力量計２１と処理装置３０を図１１に示す。なお、この実施の形態では、先に説明した実施の形態１と同一もしくは同一と見なされる構成要素には、それと同じ参照符号を付けて、その説明を省略する。この電圧制御システムでは、処理装置３０が電力需要データベース（ＤＢ）３９Ａと、配電線計画データベース（ＤＢ）３９Ｂと、翌日電圧シミュレーション部３９Ｃと、事前確保通知部３９Ｄと、送受信部３９Ｅとを備え、高圧需要家側はアンサバック装置２６を備えている。

処理装置３０の電力需要データベース（ＤＢ）３９Ａは、計測装置１１〜１３による計測結果から、当日の電力需要を記憶している。配電線計画データベース（ＤＢ）３９Ｂは、配電線に対する工事予定などを記憶している。この配電線計画データベース３９Ｂの一例を図１２に示す。図１２の配電線計画データベース３９Ｂは、配電線の作業予定や接続等の当日の変更内容などを記憶している。

処理装置３０の翌日電圧シミュレーション部３９Ｃは、電力需要データベース３９Ａと、配電線計画データベース３９Ｂと、需要家データベース３８とを参照して、配電線１０１の各区間の、翌日の電圧のシミュレーションをする。翌日電圧シミュレーション部３９Ｃは、電圧シミュレーションにより、例えば、翌日に電圧上昇が発生する時刻と地点とを予測する。翌日電圧シミュレーション部３９Ｃは、電圧シミュレーションの結果により、協力者の中から翌日に電圧調整の可能な高圧需要家を選択する。

処理装置３０の事前確保通知部３９Ｄは、翌日電圧シミュレーション部３９Ｃにより選択された高圧需要家に対して、電力用コンデンサ２４の接続や切り離しの制御を可能にするための事前確保通知を、送受信部３９Ｅを経て高圧需要家に送信する。

高圧需要家のアンサバック装置２６は、送受信部３９Ｅから事前確保通知を受け取ると、この事前確保通知により、対策許可スイッチ２２をオンして、電力用コンデンサ２４を使用許可の状態にする。また、アンサバック装置２６は、対策許可スイッチ２２をオンにしたことを表す応答信号を処理装置３０の送受信部３９Ｅに送る。送受信部３９Ｅは、アンサバック装置２６から応答信号を受け取ると、この応答信号を需要家データベース３８に反映する。これにより、需要家データベース３８が記憶している、翌日の協力者が更新される。

こうした処理装置３０と高圧需要家の電力量計２１やアンサバック装置２６は、互いに通信を行いながら、配電線の区間の電圧調整を行う。この様子を図１３に示す。処理装置３０の翌日電圧シミュレーション部３９Ｃは、翌日に電圧上昇が発生する時刻と地点とを予測する（ステップＳ２１）。この後、処理装置３０の事前確保通知部３９Ｄは、予測した地点に基づいて、どこの地点の高圧需要家に対して、電力用コンデンサ２４の接続や切り離しの制御をするかを計算して、事前確保の指令である事前確保通知を高圧需要家のアンサバック装置２６に送信する（ステップＳ２２）。

このように、電力会社の処理装置３０は前日に処理を行う。この後、処理装置３０は、当日の処理としてステップＳ２３〜ステップＳ３０を行うが、これらの処理は、図１０のステップＳ１〜ステップＳ８と同じであるので、これらのステップの説明を省略する。なお、ステップＳ２５で、処理装置３０は、ステップＳ２３の電圧変動の発生区間にある高圧需要家であって、配電線計画データベース３９Ｂにより当日に作業予定の配電線から高圧受電をする高圧需要家を除いて、電力用コンデンサの使用の状態を把握し、電圧調整のために制御対象とする電力用コンデンサを選択する。

こうして、この実施の形態によれば、配電線に対する作業が計画されている場合には、高圧需要家の電力用コンデンサを、事前に使用可能にすることができる。

１１〜１３ 計測装置
２１ 電力量計
２１Ａ 指令制御部
２１Ｂ 力率測定部
２１Ｃ 稼動状況把握部
２１Ｄ 電力量計測部
２１Ｅ 表示部
２１Ｅ１１ 有効電力表示窓
２１Ｅ２１〜２１Ｅ２４ 無効電力表示窓
２２ 対策許可スイッチ（開閉部）
２３ 開閉器（開閉部）
２４ 電力用コンデンサ
２５ 変圧器
３０ 処理装置
３１ 対策指令部
３２ 顧客選定部
３３ 演算部
３４〜３６ 第１受信部〜第３受信部
３７ 配電線系統データベース
３８ 需要家データベース

Claims (3)

1. 配電線の複数区間中の１つで高圧受電する需要家に設置され、該需要家で使用された電力量を測定すると共に通信機能を持つ電力量計と、
   前記需要家の負荷側に接続され、前記需要家が高圧受電している配電線の区間の電圧を調整する電圧調整手段と、
   前記需要家側に設置され、前記電力量計からの制御指令により、前記電圧調整手段を前記負荷側に接続するか、または、該負荷側に接続されている該電圧調整手段を切り離す開閉部と、
   電力会社側に設置され、前記需要家が高圧受電している配電線の区間の電圧に応じて、電圧変動の発生区間にある前記需要家の前記電圧調整手段の使用の状態を把握し、電圧調整のために制御対象とする前記電圧調整手段を、電圧調整に必要とする無効電力である電圧調整対策量に相当するように所定の優先順位で組み合わせて選択し、選択した前記電圧調整手段を前記負荷側に対して接続するか切り離すかの制御指令を前記電力量計に送信する処理装置と、
   を備え、
   前記電力量計は、該処理装置から制御指令を通信機能により受信すると、この制御指令を前記開閉部に中継することを特徴とする電圧制御システム。
2. 前記電圧調整手段は、力率改善用コンデンサであり、
   前記処理装置は、前記需要家が高圧受電している配電線の区間の電圧が高い場合に、前記力率改善用コンデンサを前記負荷側から切り離す制御指令を前記電力量計に送信し、該配電線の電圧が低い場合に、該力率改善用コンデンサを該負荷側に接続する制御指令を該電力量計に送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御システム。
3. 前記開閉部は、
   需要家によりオン・オフされると共にオンで前記電力量計からの制御指令を出力するスイッチと、
   前記スイッチからの制御指令により、前記力率改善用コンデンサを前記負荷側に接続するか、または、該負荷側に接続されている該力率改善用コンデンサを切り離す開閉器と、
   で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電圧制御システム。

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