JP5654866B2 - 逆潮流想定方法 - Google Patents

Description

本発明は、低圧配電系統における太陽光発電設備からの逆潮流を考慮した変圧器（柱上変圧器などの配電用変圧器）の負荷管理（最大負荷電流の想定）を行うための逆潮流想定方法に関するものである。

従来、柱上変圧器などの負荷管理手法としては、非特許文献１に記載されているように、契約容量から実負荷の最大電流値を想定するｋＷ法や、使用電力量から実負荷の最大電流値を想定するｋＷｈ法が知られている。

また、特許文献１には、分散電源の存在や各種配電系統機器の非線形性を考慮した的確な系統状態の推定を可能にする方法として、系統側及び分散電源側からの発電電力の合計値を各負荷の契約設備容量による按分比に従って配分することにより負荷電力初期値を算出するステップと、負荷電力初期値を用いて潮流計算を実行し状態変数としての分散電源出力及び負荷電力に対してこれらを解として生成させる各上下限値を計算するステップと、各上下限値による制約条件を満たし、かつ、分散電源出力及び負荷電力の観測値と観測点における計算値との誤差を最小化する目的関数を充足するような系統状態をＰＳＯにより求めて系統内各地点の電圧・電流を推定するステップとを有する方法が記載されている。

特開２００２−０５１４６４号公報 「新訂配電工学現場の手引〔保守・管理編〕２」（中部電気協会編、監修 吉田弘一、吉田正一、井上丈太郎、コロナ社刊）Ｐ．３５９〜Ｐ．３６８

ところで、前述した技術については、太陽光発電設備などの分散電源が系統に連系された場合など、逆潮流、すなわち、需要家から変圧器に流れる電流の想定への適用検証事例がなく、その適用可否は不明である。また、逆潮流を簡易に想定する手法も一般に示されていない。

そこで、本発明は、上述した従来の系統状態の想定方法に鑑みて提案されたものであって、太陽光発電設備からの逆潮流を考慮した変圧器の負荷管理（最大負荷電流の想定）を簡易かつ高い精度で実施することができる逆潮流想定方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、太陽光発電設備の連系するバンク（１台の変圧器から低圧配電系統を通じて分岐接続される全ての電気設備までをひとまとめにした変圧器の電力供給範囲を表す単位）における変圧器２次（低圧）側直下にて測定した実測電圧と実測逆潮流（太陽光発電設備から低圧配電系統を通じて変圧器に流れる電流）のデータを元に、「最大電圧−逆潮流」，「電圧−最大逆潮流」，「逆潮流最大度数時における平均電圧」，「最大逆潮流−発電導入率」，「最大逆潮流−逆潮流電力量」などの相関や傾向について、季節別や時間帯別に分析した。

その結果、図１（ａ）に示す「想定逆潮流−発電導入率（発電パネル容量／契約容量）」（ｋＷ法に相当）と、図１（ｂ）に示す「想定逆潮流−逆潮流電力量（発電量−自己消費量）」（ｋＷｈ法に相当）において、高い相関性が確認され、この二つの手法により逆潮流を想定する計算式を導くことができることが判明した。

すなわち、第１の発明（請求項１記載の発明）に係る逆潮流想定方法は、測定対象となる逆潮流電力量の異なるバンクを選定し、これら測定対象となるバンクにおける変圧器２次側直下にて逆潮流を測定し、これら実測データを記録し、実測データを収集する第１のステップと、第１のステップで収集された実測データに基づいて、最大逆潮流と逆潮流電力量との分散をグラフ上にプロットする第２のステップと、第２のステップで求められたプロットに対する近似曲線、または、近似直線を引き相関近似式を求める第３のステップと、第３のステップで求められた相関近似式に基づいて、最大逆潮流と逆潮流電力量の分散から相関性の係数を求め、その係数により相関近似式を評価する第４のステップと、第４のステップで評価された相関近似式に、測定対象となるバンクとは別の予測したいバンクの想定用逆潮流電力量を入力し、その予測したいバンクにおける最大逆潮流を想定する第５のステップとを有することを特徴とするものである。

また、第２の発明（請求項２記載の発明）に係る逆潮流想定方法は、測定対象となる発電導入率の異なるバンクを選定し、これら測定対象となるバンクにおける変圧器２次側直下にて逆潮流を測定し、これら実測データを記録し、実測データを収集する第１のステップと、第１のステップで収集された実測データに基づいて、最大逆潮流と発電導入率との分散をグラフ上にプロットする第２のステップと、第２のステップで求められたプロットに対する近似曲線、または、近似直線を引き相関近似式を求める第３のステップと、第３のステップで求められた相関近似式に基づいて、最大逆潮流と発電導入率の分散から相関性の係数を求め、その係数により相関近似式を評価する第４のステップと、第４のステップで評価された相関近似式に、測定対象となるバンクとは別の予測したいバンクの想定用発電導入率を入力し、その予測したいバンクにおける最大逆潮流を想定する第５のステップとを有することを特徴とするものである。

上記第１の発明（請求項１記載の発明）や第２の発明（請求項２記載の発明）に係る逆潮流想定方法においては、太陽光発電設備が連系する変圧器の最大逆潮流を想定することが可能となり、以下の効果が期待できる。

すなわち、逆潮流が変圧器の現状の管理値（バンクの利用率から決まる変圧器の想定電流値）を上回り、過負荷による変圧器の焼損が起きないかを確認することができる。また、変圧器の負荷管理手法として、ｋＷ法やｋＷｈ法の適用性の可否を判断できる。さらに、変圧器の取替え時などに適正容量を判断できる。そして、計算結果を高圧換算することで、変圧器から配電系統（高圧）への逆潮流を計算できる。

すなわち、本発明によれば、太陽光発電設備からの逆潮流を考慮した変圧器の負荷管理（最大負荷電流の想定）を簡易かつ高い精度で実施することができる逆潮流想定方法を提供することができるものである。

（ａ）は、「想定逆潮流−発電導入率（発電パネル容量／契約容量）」（ｋＷ法に相当）を示すグラフであり、（ｂ）は、「想定逆潮流−逆潮流電力量（発電量−自己消費量）」（ｋＷｈ法に相当）を示すグラフである。 管理値に対する最大電流と最大逆潮流の関係を示すグラフである。 指定月における最大逆潮流と発電導入率との関係を示すグラフである。 季節別の最大逆潮流と発電導入率との関係を示すグラフである。 時間帯別の最大電流と電力量との関係を示すグラフである。 図５の「逆潮流」のみを抽出した月別のグラフである。 季節別の最大逆潮流と逆潮流電力量との関係を示すグラフである。 昼間時間帯の実測最大電流と電力量の関係を示すグラフである。 逆潮流時の電圧度数分布と累積度数を示すグラフである。 指定月の最大電圧と逆潮流との関係を示すグラフである。 季節別の最大電圧と逆潮流との関係を示すグラフである。 指定月の電圧と最大逆潮流との関係を示すグラフである。 季節別の電圧と最大逆潮流との関係を示すグラフである。 逆潮流の度数分布と累積度数を示すグラフである。 指定月の逆潮流最大度数時における平均電圧の分布を示すグラフである。 季節別の逆潮流最大度数時における平均電圧の分布を示すグラフである。 管理値に対する想定最大逆潮流の関係を示すグラフである。 本発明に係る逆潮流想定方法の実行手順を示すフローチャートである。 本発明に係る逆潮流想定方法の実行手順の他の例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る逆潮流想定方法の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

〔変圧器の負荷管理への影響〕
（１）管理値に対する最大値（電流・逆潮流）
図２は、管理値（バンクの利用率から決まる変圧器の想定電流値）に対する測定期間中の同一時刻における最大値（電流・逆潮流）の関係を示すグラフである。この実測バンクでは最大電流が管理値内にあることが視覚的に確認できる。同様に最大逆潮流（絶対値）も管理値内にあり、逆潮流の最大値は電流の最大値よりも低いことが確認できる。
（２）最大逆潮流と発電導入率との相関分析
最大逆潮流と発電導入率（パネル容量／契約容量）との関係を月別・季節別に検証した。

図３は、指定月における最大逆潮流と発電導入率の関係を月別に示したグラフである。
図３に示すように、この実測データにおいては決定係数（Ｒ^２：相関係数の２乗）の最も高い８月が０．８０１７であり、相関性があることが確認できる。

また、図４は季節別の最大逆潮流と発電導入率との関係を示すグラフである。

図４に示すように、季節別の関係では秋季および冬季に比べて、春季および夏季に相関性が高く、近似曲線の傾きが大きいのは、日射時間が長いことが影響していると考えられる。

（３）最大電流と電力量との相関分析
変圧器の負荷想定には、前述したように、契約容量から簡易に負荷想定ができるｋＷ法と、実際に需要家が使用した電力量を基に高精度の負荷想定が可能と言われているｋＷｈ法の負荷管理手法がある。

このうち、ｋＷｈ法では、最大電流と電力量の関係から負荷想定を行っているが、最大電流は、契約種別や負荷、需要家のライフスタイルなどによって、その使用時間帯が異なり、電力量は負荷設備の稼働率によって影響を受ける。

このことから、ｋＷｈ法を太陽光発電設備が連系するバンクに適用する場合において、より高精度な負荷想定をするには、最大電流−電力量の傾き（負荷想定曲線）への影響を考慮することが望ましい。

そこで、実測最大電流と実測電流×実測電圧から求めた電力量から、時間帯別、季節別に確認できる分布を作成し、負荷想定への影響を検証した。

図５は、太陽光発電設備が連系するバンクにおける時間帯別の最大電流と電力量との関係を示すグラフである。

図５に示すように、「深夜時間帯」における近似曲線の傾きと、「全日」におけるその傾きと、「逆潮流」の傾きでは、大きく異なっていることが確認できる。このことから、変圧器の負荷想定は時間帯あるいは逆潮流と区別して行うことが望ましい。

図６は、図５の「逆潮流」のみを抽出した月別のグラフである。
図６に示すように、この実測データにおいては決定係数（Ｒ^２：相関係数の２乗）の最も高い１０月が０．９６６６であり、高い相関性があることが確認できる。

図７は、季節別の最大逆潮流と逆潮流電力量との関係を示すグラフである。

図７に示すように、この実測データでは何れの季節においても高い相関性が確認できる。

図８は、太陽光発電設備が連系するバンクにおける昼間時間帯の実測最大電流と電力量の関係を示すグラフである。

図８に示す「昼間時間帯」の近似曲線は、太陽光発電設備が連系するバンクにおける電力量を用いた負荷想定（ｋＷｈ法）の近似式に相当する。
本発明の検証に用いた実測データは、逆潮流の測定が可能な測定器を使用したものであるが、仮に逆潮流測定に対応しない測定器を使用した場合、電流方向（プラス・マイナス）の判断ができず電流（逆潮流）値は絶対値となり、電流と逆潮流との区別がつかない。しかし、電流方向に関係なく逆潮流も変圧器の負荷電流であると考えれば、電流（逆潮流を含む）の絶対値を測定して導いた近似式を使用して太陽光発電設備の連系するバンクの負荷想定（最大電流値）も可能と考える。

〔電圧−逆潮流の相関分析〕
（１）逆潮流時の電圧度数分布
図９は、逆潮流時における電圧の度数分布と累積度数を示すグラフである。
この実測データにおいて、逆潮流時の電圧は２０６〜２１８Ｖに分布しており、２１１Ｖ付近の度数が大きくなっていることが確認できる。
（２）最大電圧と逆潮流との相関
逆潮流発生時における最大電圧と、同時刻での逆潮流との関係を分布グラフにより月別・季節別に検証した。
図１０は、指定月の最大電圧と逆潮流との関係を示すグラフである。

一般に系統電圧が高いと逆潮流しなくなることが懸念されるが、変圧器２次側直下における潮流可能な最大電圧を確認することができる。

図１１は、季節別の最大電圧と逆潮流との関係を示すグラフである。

図１１に示すように、季節別の関係では決定係数（Ｒ^２）は何れの季節においても０．１以下であり、相関性は極めて低いといえる。

（３）電圧と最大逆潮流との相関
最大逆潮流発生時における電圧と最大逆潮流との関係を分布グラフにより月別・季節別に検証した。
図１２は、指定月の電圧と最大逆潮流との関係を示すグラフである。

図１２に示すように、この実測データにおいての最大潮流は、−８７．０Ａ（８月）が確認された。

図１３は、季節別の電圧と最大逆潮流との関係を示すグラフである。

図１３に示すように、季節別の関係では決定係数（Ｒ^２）は何れの季節においても０．１以下であり、相関性は極めて低い。また、この実測データにおいては、大半のバンクの最大逆潮流が−３５Ａ以内に集中していることが確認された。

（４）逆潮流の度数の分布
図１４は、逆潮流の度数分布と累積度数を示すグラフである。
これは逆潮流の大きいあるバンクの実測データの例であるが、逆潮流は７．５Ａの度数が最も大きくなっていることが確認できる。
（５）平均電圧と逆潮流との相関
逆潮流が最も頻繁に発生している逆潮流最大度数時における逆潮流と、その逆潮流時の平均電圧との関係を分布グラフにより月別・季節別に検証した。

図１５は、指定月の逆潮流最大度数時における平均電圧の分布を示すグラフである。
図１６は、季節別の逆潮流最大度数時における平均電圧の分布を示すグラフである。

図１６に示すように、季節別の関係では、決定係数（Ｒ^２）は０．１以下であり、相関性は極めて低い。また、この実測データにおいては、大半のバンクの逆潮流が−１０Ａ以内に集中していることが確認された。
〔分析結果のまとめ〕
データ分析の結果から得られた成果や特徴的な内容などを以下に説明する。

（１）変圧器の負荷管理への影響
ア．管理値に対する最大値（電流・逆潮流）
実測した最大電流は概ね変圧器の管理値（バンクの利用率から決まる変圧器の想定電流値）内に入っており、逆潮流についても管理値を超えないことが確認できた。この結果、逆潮流の影響によって変圧器が過負荷となり焼損するバンクは存在しないことを確認した。

また、実測データが正常に測定されたものであるかどうかの評価を行うが、これは実測データの欠落・停電などのチェックの他に、この方法によりデータの妥当性を確認することができる。

イ．最大逆潮流と発電導入率
最大逆潮流と発電導入率の決定係数は、０．８０１７（最も高い８月）であり、高い相関性があることが確認された。
図１（ａ）は、「想定逆潮流−発電導入率（発電パネル容量／契約容量）」（ｋＷ法に相当）を示すグラフである。
このことより、図１（ａ）に示すように、最大逆潮流と発電導入率の関係から導いた近似式に想定用の発電導入率（パネル容量／契約容量）を代入することで、逆潮流の想定が可能であると考える。

ウ．最大電流と電力量
前述したように、最大電流値と需要家の使用した電力量には相関がある（ｋＷｈ法）ことが知られているが、最大逆潮流と逆潮流電力量の関係について実測データを分析したところ、この決定係数は０．９６６６（最も高い１０月）であり、高い相関性があることが確認された。
図１（ｂ）は、「想定逆潮流−逆潮流電力量（発電量−自己消費量）」（ｋＷｈ法に相当）を示すグラフである。
このことより、図１（ｂ）に示すように、最大逆潮流と逆潮流電力量の関係から導いた近似式に想定用の逆潮流電力量を代入することで、逆潮流の想定が可能であると考える。

エ．管理値に対する想定最大逆潮流
導かれた近似式により得た想定最大逆潮流については、逆潮流による影響を確認したいバンクの管理値（利用率）を上回っていないか、バンクの許容電流を超えて過負荷となっていないか、容量が適正であるか、評価することが望ましい。
図１７は、管理値に対する想定最大逆潮流の関係を示すグラフである。
例えば、図１７に示す予測対象バンクでは、想定最大逆潮流（絶対値）が管理値の最大値（利用率）内にあることが視覚的に確認できる。
ひと度、逆潮流の近似式が決まれば、既存の逆潮流電力量データや、太陽光導入率（パネル容量／契約容量）などを用いて特定バンクの最大逆潮流を想定し、既存の管理値（利用率）や許容電流などと照らし合わせることで、適切なバンク容量で運用できるか判断できると考える。

（２）電圧と逆潮流との相関分析
電圧と逆潮流の分析において、相関性が低いことが確認された。これは、変電所からの送り出し電圧の変動や配電系統に接続された負荷状態などにフィーダ（高圧系統）の電圧が影響を受けることによると考えられる。

しかしながら、図１０〜図１３および図１５〜図１６の近似曲線の傾きは右下がりとなっており、逆潮流が大きくなると電圧が高くなる傾向があることが確認できた。

また、一般に系統電圧が高いと潮流しなくなることが懸念されるが、変圧器２次側直下における逆潮流可能な最大電圧を確認できた。

〔本発明に係る逆潮流想定方法の手順〕
以上のデータ分析を踏まえて、本発明に係る逆潮流想定方法は、以下の手順により実行される。

図１８は、本発明に係る逆潮流想定方法の実行手順を示すフローチャートである。

図１８のフローチャートに示すように、手順をスタートすると、ステップ１として、逆潮流の測定を行う。このステップ１では、まず、測定対象バンクを選定する。ここでバンクは、１台の変圧器から低圧配電系統を通じて分岐接続される全ての電気設備までをひとまとめにした変圧器の電力供給範囲を表す変圧器の単位をいう。次に、変圧器２次側直下にて逆潮流を測定し、その実測データを記録する。ここで、変圧器の電源側（高圧側）を１次側、負荷側（低圧側）を２次側という。また、逆潮流とは、太陽光発電設備から低圧配電系統を通じて変圧器に流れる電流をいう。そして、実測データを収集する。次に、実測データについて、正常に測定できているか、停電などがなく測定データが使用できそうかということについて、妥当性があるかを判断する。妥当性があれば、次のステップ２に進む。妥当性がなければ、ステップ１に戻る。

ステップ２では、最大逆潮流と逆潮流電力量の分散をグラフ上にプロットする。ここで、逆潮流電力量は、実測した逆潮流と電圧から計算した逆潮流分の電力量をいう。

次のステップ３では、プロットに対する近似曲線を引き相関近似式を求める。この近似曲線は、データ系列の傾向や方向性を視覚的に表したものである。

次のステップ４では、最大逆潮流と逆潮流電力量の分散から相関性の係数を求め、その係数により相関近似式を評価する。

そして、ステップ５では、予測したいバンクの想定用逆潮流電力量を相関近似式に入力し、そのバンクにおける最大逆潮流を想定して、終了（ストップ）する。ここで、想定用逆潮流電力量は、実測データまたは取引用計器の検針値などの既存のデータなどの電力量をいう。

また、本発明に係る逆潮流想定方法は、以下の手順によっても実行される。

図１９は、本発明に係る逆潮流想定方法の実行手順の他の例を示すフローチャートである。

図１９のフローチャートに示すように、手順をスタートすると、ステップ１として、逆潮流の測定を行う。このステップ１は、図１８に示したものと同様である。すなわち、このステップ１では、まず、測定対象バンクを選定する。次に、変圧器２次側直下にて逆潮流を測定し、その実測データを記録する。そして、実測データを収集する。
次に、実測データについて、正常に測定できているか、停電などがなく測定データが使用できそうかということについて、妥当性があるかを判断する。妥当性があれば、次のステップ２’に進む。妥当性がなければ、ステップ１に戻る。

ステップ２’では、最大逆潮流と発電導入率の分散をグラフ上にプロットする。ここで、発電導入率は、太陽光などの発電設備容量を契約容量で割った割合を表したものをいう。

次のステップ３’では、プロットに対する近似曲線を引き相関近似式を求める。

次のステップ４’では、最大逆潮流と発電導入率の分散から相関性の係数を求め、その係数により相関近似式を評価する。

そして、ステップ５’では、予測したいバンクの発電導入率を相関近似式に入力し、そのバンクにおける最大逆潮流を想定して、終了（ストップ）する。

本発明は、太陽光発電設備からの逆潮流を考慮した変圧器の負荷管理（最大負荷電流の想定）を行うための逆潮流想定方法に適用される。

Claims (2)

1. 測定対象となる逆潮流電力量の異なるバンクを選定し、これら測定対象となるバンクにおける変圧器２次側直下にて逆潮流を測定し、これら実測データを記録し、実測データを収集する第１のステップと、
   前記第１のステップで収集された実測データに基づいて、最大逆潮流と逆潮流電力量との分散をグラフ上にプロットする第２のステップと、
   前記第２のステップで求められたプロットに対する近似曲線、または、近似直線を引き相関近似式を求める第３のステップと、
   前記第３のステップで求められた相関近似式に基づいて、最大逆潮流と逆潮流電力量の分散から相関性の係数を求め、その係数により相関近似式を評価する第４のステップと、
   前記第４のステップで評価された相関近似式に、前記測定対象となるバンクとは別の予測したいバンクの想定用逆潮流電力量を入力し、その予測したいバンクにおける最大逆潮流を想定する第５のステップと
   を有することを特徴とする逆潮流想定方法。
2. 測定対象となる発電導入率の異なるバンクを選定し、これら測定対象となるバンクにおける変圧器２次側直下にて逆潮流を測定し、これら実測データを記録し、実測データを収集する第１のステップと、
   前記第１のステップで収集された実測データに基づいて、最大逆潮流と発電導入率との分散をグラフ上にプロットする第２のステップと、
   前記第２のステップで求められたプロットに対する近似曲線、または、近似直線を引き相関近似式を求める第３のステップと、
   前記第３のステップで求められた相関近似式に基づいて、最大逆潮流と発電導入率の分散から相関性の係数を求め、その係数により相関近似式を評価する第４のステップと、
   前記第４のステップで評価された相関近似式に、前記測定対象となるバンクとは別の予測したいバンクの想定用発電導入率を入力し、その予測したいバンクにおける最大逆潮流を想定する第５のステップと
   を有することを特徴とする逆潮流想定方法。