JP6967440B2

JP6967440B2 - 電圧制御装置、電圧制御方法、電圧制御プログラム及び評価装置

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Publication number: JP6967440B2
Application number: JP2017237813A
Authority: JP
Inventors: 尚之高橋; 敏上村
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2017-12-12
Publication date: 2021-11-17
Anticipated expiration: 2037-12-12
Also published as: JP2019106791A

Description

本発明は、電圧制御装置、電圧制御方法、電圧制御プログラム及び評価装置に関する。

近年、ヒートポンプ給湯機のような大容量負荷や太陽光発電（ＰＶ：Photovoltaics）システムの導入が広く普及してきている。大容量負荷の導入などにより家庭用負荷の変動が大きくなっている。また、太陽光発電システムが導入された場合、配電系統への逆潮流の発生が増加している。

高圧配電線の電圧は、家庭用負荷の変動に伴い絶えず変動する。高電圧配線の電圧の変動により三相の高圧配電線から単相負荷への供給の偏りが発生した場合、配電線間の電圧が不平衡となり、配電系統において三相交流の電圧不均衡が発生する。また、太陽光発電システムなどによる逆潮流が発生した場合にも、配電系統において三相交流の電圧不均衡が発生する。

このようなことから、上述した大容量負荷や太陽光発電システムの導入の増加に伴い、この三相交流の電圧不均衡の発生が増加している。この配電系統における三相交流の電圧不均衡への対応策として、一般的にＳＶＲ（Step Voltage Regulator）などが用いられる。ＳＶＲは、配電系統の電圧を適正化する装置である。ＳＶＲは、三相一括でタップ切替を行うことで電圧の適正化を図っている。

ただし、ＳＶＲでは、太陽光発電などの早い出力変動に追従できない問題がある。また、無効電力の調整による電圧調整では、大きな電圧変動に対して電圧調整に限界があったり、装置が大型で高価であったりする。このため、高速制御性能と低コストを両立できる電圧制御装置として、ＳＶＲに比べて高速制御可能であり且つ低コストを実現する装置として、三相独立に電圧制御を行うＨＶＲ（Hybrid Voltage Regulator）が提案されている。

このような三相交流の電圧不平衡の制御技術として、無段階の電圧調整を三相それぞれで行う従来技術がある。また、三相各相の電圧差を小さくするための進相コンデンサの配電系統への投入及びＳＶＲによる電圧調整を集中管理する従来技術がある。さらに、各相においてタップ切替を行うことで三相交流の電圧不平衡を解消する従来技術がある。

特開２０１４−１７６２７０号公報特開２０１３−１３２９８８号公報特開２０１５−２１１４８０号公報

しかしながら、単にＨＶＲを導入しても、電圧不平衡を最小とする制御量を適切に決定することは困難である。また、無段階の電圧調整を行う技術では、電圧不平衡の解消の具体的な方法が検討されておらず、適切な制御量を求めることは困難である。また、進相コンデンサの投入及びＳＶＲによる電圧調整を集中管理する従来技術では、系統全体の制御が行われるため処理が煩雑となりコスト上昇も抑えることが困難となる。また、各相においてタップ切替を行い不平衡を解消する従来技術では、電圧逸脱を制御しておらず電圧の値を含めた適切な制御は困難である。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、ＨＶＲによる配電系統の電圧制御の効率を向上させる電圧制御装置、電圧制御方法、電圧制御プログラム及び評価装置を提供することを目的とする。

本願の開示する電圧制御装置、電圧制御方法、電圧制御プログラム及び評価装置の一つの態様において、電圧制御装置は、三相交流電力を伝送する配電系統上に配置される。生成部は、前記配電系統の各相の電圧に対する予め決められた複数の制御量を用いて、各相の電圧に対する制御量の組み合せを生成する。電圧取得部は、前記生成部により生成された制御量の組み合せ毎に、各制御量を用いて電圧を制御した場合の前記配電系統上の所定点における各相の電圧を取得する。抽出部は、前記電圧取得部により取得された各相の前記電圧を基に、前記制御量の組み合せの中から候補組み合せを抽出する。特定部は、前記抽出部により抽出された前記候補組み合せの中から前記所定点における各相の制御後電圧の電圧不平衡率が最小となる制御量の組み合せを特定する。制御部は、前記特定部により特定された制御量の組み合せを用いて各相の電圧をそれぞれ制御する。

１つの側面では、本発明は、ＨＶＲによる配電系統の制御の効率を向上させることができる。

図１は、配電系統の概略構成図である。図２は、ＨＶＲの配置状態の詳細を表す図である。図３は、実施例１に係るＨＶＲのブロック図である。図４は、制御量決定処理のフローチャートである。図５は、実施例に係るＨＶＲを用いた場合及び従来のＨＶＲを用いた場合の制御結果を表す図である。図６は、実施例２に係る評価装置のブロック図である。図７は、配置位置毎の最大電圧不平衡率を表す図である。図８は、配置位置毎のタップ切替回数を表す図である。

以下に、本願の開示する電圧制御装置、電圧制御方法、電圧制御プログラム及び評価装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例により本願の開示する電圧制御装置、電圧制御方法、電圧制御プログラム及び評価装置が限定されるものではない。

図１は、配電系統の概略構成図である。図１に示すように本実施例に係る配電系統２は、幹線から分岐して需要家が接続されるノード４を複数有する。ノード４における需要家は、住宅及び工場などである。需要家には、大容量負荷や太陽光発電システムなどが配置されてもよい。

配電用変電所３は、配電系統２に接続される。配電用変電所３は、発電所から送出された電力を所定の電圧に調整して配電系統２へ送電する。

配電系統２の上には、三相独立に電圧制御を行う電圧制御装置であるＨＶＲ１を配置していない状態で、ＳＶＲ５１〜５５が配置される。ＳＶＲ５１〜５５は、逆送電時に対しても順送電時と同様に電圧制御を行う電圧制御装置であり、電圧制御の制御幅が小さく柔軟な制御が可能である。

以下では、ＨＶＲ１をＳＶＲ５１〜５５の何れかと交換することで、三相交流の電圧制御を行う場合で説明する。例えば、図１は、ＳＶＲ５２がＨＶＲ１と交換される場合を表す。

図２は、ＨＶＲの配置状態の詳細を表す図である。図２に示すように、配電系統２は、幹線として送電経路２０１〜２０３を有する。以下では、三相交流のそれぞれの相をａ〜ｃ相という場合がある。そして、送電経路２０１にはａ相の交流電力が流れ、送電経路２０２にはｂ相の交流電力が流れ、送電経路２０３にはｃ相の交流電力が流れる場合で説明する。配電系統２には、図１に示すように他のＳＶＲ５１〜５５も配置されるが、ここでの説明では、配電系統２におけるＨＶＲ１による制御に絞って説明する。

ＨＶＲ１は、配電系統２の幹線の３つの送電経路２０１〜２０３がそれぞれ接続される。そして、ＨＶＲ１は、送電経路２０１〜２０３のそれぞれから電力の入力を受け、各相における電圧が適正電圧となり且つ不平衡率が不平衡率規定値に収まるように制御する。そして、ＨＶＲ１は、電圧制御を行った各相の電力を送電経路２０１〜２０３を用いて送出する。

ＨＶＲ１から送信された電力は、各ノード４に送られる。各ノード４は、変圧器４１及び需要家４３を有する。さらに、変圧器４１と需要家４３とは、送電線４２で接続される。変圧器４１は、送電経路２０１〜２０３のうち異なる２つの送電経路から交流電力を取得する。例えば、変圧器４１は、送電経路２０２を流れるｂ相の交流電力及び送電経路２０３を流れるｃ相の交流電力を取得する。そして、変圧器４１は、取得した２相の交流電力の電圧差である線間電圧を有する電力を送電線４２を介して需要家４３へ供給する。

需要家４３では電化製品などの負荷に対して９５〜１０７Ｖに収まる電圧を有する電力を供給することが法定されている。そこで、需要家４３での負荷への供給電力が９５〜１０７Ｖに収まるように、変圧器４１から送電線４２を介して需要家４３へ送られる電力は、予め決められた適正範囲に収まるように調整されることが好ましい。例えば、適正範囲は、１０２〜１０７Ｖと決めることができる。そこで、ＨＶＲ１は、線間電圧が適正範囲に収まるように調整する。このＨＶＲ１が、「電圧制御装置」の一例にあたる。以下に、ＨＶＲ１による電圧制御について詳細に説明する。

図３は、実施例１に係るＨＶＲのブロック図である。ＨＶＲ１は、図３に示すように、電圧制御部１０、制御前情報取得部１１、判定部１２、記憶部１３、制御量組生成部１４、制御後情報取得部１５、所定条件内制御量抽出部１６及び最適制御量特定部１７を有する。ここで、ＨＶＲ１が図１のＳＶＲ５１〜５５の何れかと交換されて配電系統２上に配置された場合で説明する。

電圧制御部１０は、ａ〜ｃ相毎にインバータ回路、タップ切替回路及び制御用変圧器などを備えた電圧制御機構を有する。すなわち、電圧制御部１０は、３相それぞれに対して独立した電圧制御を施すことができる。

電圧制御部１０は、配電系統２により送られてきた三相交流電力の入力を受ける。そして、電圧制御部１０は、三相交流電力の各相の電力に対して電圧制御を行い、電圧制御を施した電力を配電系統２へ送出する。電圧制御部１０による電圧調整前の電圧を一次側電圧といい、電圧制御部１０による電圧調整後の電圧を二次側電圧という場合がある。後述する最適制御量特定部１７が各相の電圧に対する制御量の組み合せを決定前であれば、電圧制御部１０は、例えば、予め決められた制御量を用いて一次側電圧に対して制御行い二次側電圧に変換し、変換後の二次側電圧を有する三相交流電力を送出する。

後述する最適制御量特定部１７が各相の電圧に対する制御量の組み合せを決定した場合、電圧制御部１０は、決定された各相の制御量の入力を最適制御量特定部１７から受ける。そして、電圧制御部１０は、一次側電圧に対して入力された制御量を用いて制御を行い二次側電圧に変換し、変換後の二次側電圧を有する三相交流電力を送出する。この電圧制御部１０が、「制御部」の一例にあたる。

制御前情報取得部１１は、電圧制御部１０から配電系統２へ送出された三相交流電力の各相の二次側電圧の入力を受ける。また、制御前情報取得部１１は、配電系統２におけるＨＶＲ１の通過電流を取得する。

また、制御前情報取得部１１は、電圧調整に使用する参照点を特定する。参照点は、配電系統２上に想定された任意の地点である。制御前情報取得部１１は、複数の地点の情報を予め保持しておき、保持する地点の中から参照点を選択してもよい。例えば、制御前情報取得部１１は、図２における参照点Ｒを電圧調整に使用する参照点として特定する。制御前情報取得部１１は、予めＨＶＲ１から配電系統２上の各点までの線路インピーダンスを有する。そこで、制御前情報取得部１１は、ＨＶＲ１から参照点Ｒまでの予め決められた線路インピーダンスを取得する。

そして、制御前情報取得部１１は、ベクトルＬＤＣ（Voltage Drop Compensator）方式の解析手法を用いて、参照点Ｒの参照点電圧の推定値を求める。具体的には、制御前情報取得部１１は、通過電流、二次側電圧及び線路インピーダンスを用いてベクトルＬＤＣ計算をすることで、参照点Ｒにおける参照点電圧を推定する。すなわち、制御前情報取得部１１は、図２に示すように各送電経路２０１〜２０３における二次電圧がＶ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃの場合に、参照点Ｒの参照点電圧Ｖ_Ｌａ、Ｖ_ＬｂＶ_Ｌｃを求める。

さらに、制御前情報取得部１１は、各相における電圧の制御量を電圧制御部１０から取得する。そして、制御前情報取得部１１は、各相における電圧の制御量、参照点電圧、線路インピーダンス及び通過電流を用いて電圧の不平衡率を求める。

ここで、不平衡率の求め方について説明する。次の数式（１）は、各相における制御量の組を表した式である。ここで、ｈ_１、ｈ_２、ｈ_３は、各相の時間毎の制御量である。

制御前情報取得部１１は、数式（１）で表される制御量の組を、次の数式（２）に用いて各相の推定される参照点電圧を算出する。ここで、Ｚは、ＨＶＲ１から参照地点Ｒｍでの線路インピーダンスである。また、Ｖ_ａ、Ｖ_ｂ、Ｖ_ｃは、二次側電圧である。また、Ｖ_Ｌａ、Ｖ_Ｌｂ、Ｖ_Ｌｃは、各相の参照点電圧であり。さらに、Ｉ_ａ、Ｉ_ｂ、Ｉ_ｃは、各送電経路２０１〜２０３の通過電流である。また、各変数の上の点は時間による複素数を表す。

次に、制御前情報取得部１１は、次の数式（３）を用いて、正相電圧Ｅ_１及び逆相電圧Ｅ_２を算出する。

そして、制御前情報取得部１１は、次の数式（４）を用いて、不平衡率εを求める。

その後、制御前情報取得部１１は、参照点Ｒの参照点電圧の推定値及び算出した電圧の不平衡率を判定部１２へ出力する。この制御前情報取得部１１が、「制御前電圧取得部」の一例にあたる。

判定部１２は、電圧の不平衡率の許容限界値を表す不平衡率規定値を予め記憶する。例えば、判定部１２は、不平衡率規定値を０．８％と記憶する。また、判定部１２は、三相交流電力の線間電圧の適正範囲を予め記憶する。例えば、判定部１２は、１０２〜１０７Ｖを適正範囲として記憶する。

判定部１２は、参照点Ｒの参照点電圧の推定値及び算出した電圧の不平衡率の入力を制御前情報取得部１１から受ける。次に、判定部１２は、取得した参照点Ｒにおける各相の参照点電圧の推定値から各相同士の線間電圧を算出する。そして、判定部１２は、線間電圧が、それぞれ適正範囲に収まっているか否かを判定する。適正範囲に収まっていない場合、判定部１２は、電圧の制御量の調整が必要と判定する。

これに対して、取得した参照点Ｒにおける線間電圧が、それぞれ適正範囲に収まっている場合、判定部１２は、取得した不平衡率が不平衡率規定値より小さいか否かを判定する。取得した不平衡率が不平衡率規定値以上の場合、判定部１２は、電圧の制御量の調整が必要と判定する。

電圧の制御量の調整が必要と判定した場合、判定部１２は、新たな制御量の決定処理の実行を制御量組生成部１４に指示する。一方、取得した不平衡率が不平衡率規定値より小さい場合、判定部１２は、電圧の制御量の調整が不要と判定する。電圧の制御量の調整が不要と判定した場合、判定部１２は、新たな制御量の決定処理を終了する。

記憶部１３は、各相それぞれにおける電圧の制御量を複数ずつ予め記憶する。例えば、記憶部１３は、ａ相の電圧に対して、できる限り低い最低電圧まで落とす下限制御量、電圧を変更しない無調整制御量、できる限り高い最高電圧まで上げる上限制御量を記憶する。さらに、記憶部１３は、ａ相の電圧に対して、無調整制御量での電圧から所定値ずつ下げた各電圧となる各制御量、及び、無調整制御量での電圧から所定値ずつ上げた各電圧となる各制御量をそれぞれ記憶する。記憶部１３は、このような複数の制御量をｂ相及びｃ相についても記憶する。

制御量組生成部１４は、新たな制御量の決定処理の実行の指示を判定部１２から受ける。そして、制御量組生成部１４は、記憶部１３に記憶されている各相の制御量の全ての組み合せを生成する。そして、制御量組生成部１４は、生成した制御量の組み合せを制御後情報取得部１５へ出力する。この制御量組生成部１４が、「生成部」の一例にあたる。

制御後情報取得部１５は、電圧制御部１０から配電系統２へ送出された三相交流電力の各相の二次側電圧の入力を受ける。また、制御後情報取得部１５は、配電系統２におけるＨＶＲ１の通過電流を取得する。ここで、制御後情報取得部１５は、制御前情報取得部１１が使用した二次側電圧及び通過電流の情報を取得してもよい。

また、制御後情報取得部１５は、制御前情報取得部１１が決定した参照点Ｒの情報を取得する。さらに、制御後情報取得部１５は、ＨＶＲ１から参照点Ｒまでの線路インピーダンスを制御前情報取得部１１から取得する。

次に、制御後情報取得部１５は、制御量組生成部１４により生成された制御量の組み合せの情報の入力を受ける。そして、制御後情報取得部１５は、取得した制御量の組み合せから１つの制御量の組み合せを選択する。この制御後情報取得部１５により選択された制御量の組み合せを、「選択制御量」という。

次に、制御後情報取得部１５は、選択制御量を用いて各相の電圧制御を行った場合の二次側電圧を、取得した二次側電圧を用いて算出する。例えば、制御後情報取得部１５は、現在の制御量と選択制御量との差により生じる電圧変化を取得した二次側電圧に加えることで、選択制御量を用いて各相の電圧制御を行った場合の二次側電圧を算出する。以下では、この選択制御量を用いて各相の電圧制御を行った場合の二次側電圧を、単に「二次側電圧」という。

次に、制御後情報取得部１５は、選択制御量、二次側電圧、通過電流及び線路インピーダンスを基に、ベクトルＬＤＣ方式の解析手法を用いて、選択制御量を用いて電圧制御を行った場合の参照点Ｒの参照点電圧の推定値を求める。以下では、選択制御量を用いて電圧制御を行った場合の参照点Ｒの参照点電圧を、単に「参照点電圧」という。すなわち、制御後情報取得部１５は、図２に示すように各送電経路２０１〜２０３における二次電圧がＶａ、Ｖｂ、Ｖｃの場合に、参照点Ｒの参照点電圧Ｖ_Ｌａ、Ｖ_ＬｂＶ_Ｌｃを求める。ただし、ここでの参照点電圧Ｖ_Ｌａ、Ｖ_ＬｂＶ_Ｌｃは、選択制御量が現在の制御量の組み合せ以外の場合は、制御前情報取得部１１により算出された参照点電圧Ｖ_Ｌａ、Ｖ_ＬｂＶ_Ｌｃとは異なる値となる。

さらに、制御後情報取得部１５は、選択制御量、参照点電圧、線路インピーダンス及び通過電流を用いて電圧の不平衡率を求める。制御後情報取得部１５は、制御前情報取得部１１と同様に数式（１）〜（４）を用いて、不平衡率を求める。

制御後情報取得部１５は、制御量組生成部１４から取得した各相の電圧の制御量の組み合せ全てについて、参照点電圧及び不平衡量を算出する。そして、制御後情報取得部１５は、各相の電圧の制御量の組み合せ全ての参照点電圧及び不平衡率を所定条件内制御量抽出部１６へ出力する。この制御後情報取得部１５が、「電圧取得部」の一例にあたる。

所定条件内制御量抽出部１６は、電圧の不平衡率の許容限界値を表す不平衡率規定値を予め記憶する。例えば、判定部１２は、不平衡率規定値を０．８％と記憶する。また、判定部１２は、三相交流電力の線間電圧の適正範囲を予め記憶する。例えば、判定部１２は、１０２〜１０７Ｖを適正範囲として記憶する。

所定条件内制御量抽出部１６は、各相の電圧の制御量の組み合せ全ての参照点電圧及び不平衡率の入力を制御後情報取得部１５から受ける。次に、所定条件内制御量抽出部１６は、各相の電圧の制御量の組み合せ毎に、各相同士の線間電圧を求める。そして、所定条件内制御量抽出部１６は、不平衡率が不平衡率規定値より小さく、且つ、各線間電圧が適正範囲内に収まる制御量の組み合せを、各相の電圧の全ての制御量の組み合せの中ら抽出する。そして、所定条件内制御量抽出部１６は、抽出した各相の電圧の制御量の組み合せを候補組み合せとして、各候補組み合せの不平衡率とともに最適制御量特定部１７へ出力する。この所定条件内制御量抽出部１６が、「抽出部」の一例にあたる。

最適制御量特定部１７は、候補組み合せ及び各候補組み合せの不平衡率の入力を所定条件内制御量抽出部１６から受ける。そして、最適制御量特定部１７は、不平衡率が最も小さい各相の電圧の制御量の組み合せを候補組み合せの中から特定する。そして、最適制御量特定部１７は、特定した各相の電圧の制御量の組み合せを電圧制御部１０へ通知する。この最適制御量特定部１７が、「特定部」の一例にあたる。

ここで、本実施例では、ＨＶＲ１は、上述した制御値の調整を所定間隔ごとに実行する。例えば、ＨＶＲ１は、１秒〜１０秒毎に制御値の調整を実行する。

次に、図４を参照して、本実施例に係るＨＶＲ１による三相交流電力における各相の電圧の制御量決定処理の流れについて説明する。図４は、制御量決定処理のフローチャートである。

制御前情報取得部１１は、二次側電圧及びＨＶＲ１の通過電流を取得する。また、制御前情報取得部１１は、参照点Ｒを決定し、ＨＶＲ１から決定した参照点Ｒまでの予め決められた線路インピーダンスを取得する。さらに、制御前情報取得部１１は、現在の各相の電圧の制御量を電圧制御部１０から取得する。そして、制御前情報取得部１１は、各相の電圧の制御量、二次側電圧、通過電流及び線路インピーダンスを基に、ベクトルＬＤＣ方式の解析手法を用いて現在の状態での参照点電圧及び不平衡率を取得する（ステップＳ１）。その後、制御前情報取得部１１は、現在の状態での参照点電圧及び不平衡率を判定部１２へ出力する。

判定部１２は、現在の状態での参照点電圧及び不平衡率の入力を制御前情報取得部１１から受ける。そして、判定部１２は、不平衡率が不平衡率規定値より小さいかを判定する（ステップＳ２）。

不平衡率が不平衡率規定値より小さい場合（ステップＳ２：肯定）、判定部１２は、三相交流電力の線間電圧が適正範囲内か否かを判定する（ステップＳ３）。線間電圧が適正範囲内である場合（ステップＳ３：肯定）、判定部１２は、新たな制御量の決定処理を終了する。

一方、不平衡率が不平衡率規定値以上の場合（ステップＳ２：否定）又は線間電圧が適正範囲内でない場合（ステップＳ３：否定）、判定部１２は、電圧の制御量の調整が必要と判定する。そして、判定部１２は、新たな制御量の決定処理の実行を制御量組生成部１４に指示する。制御量組生成部１４は、新たな制御量の決定処理の実行の指示を判定部１２から受ける。そして、制御量組生成部１４は、記憶部１３が記憶する各相の電圧の制御量を用いて、各相の電圧の制御量の全ての組み合せを生成する（ステップＳ４）。その後、制御量組生成部１４は、各相の電圧の制御量の全ての組み合せを制御後情報取得部１５へ出力する。

制御後情報取得部１５は、電圧制御部１０から配電系統２へ送出された三相交流電力の各相の二次側電圧を取得する。また、制御後情報取得部１５は、配電系統２におけるＨＶＲ１の通過電流を取得する。さらに、制御後情報取得部１５は、参照点Ｒの情報及びＨＶＲ１から参照点Ｒまでの線路インピーダンスの情報を制御前情報取得部１１から取得する。また、制御後情報取得部１５は、各相の電圧の制御量の全ての組み合せの入力を制御量組生成部１４から受ける。そして、制御後情報取得部１５は、各相の電圧の制御量の全ての組み合せの中から１つずつ制御量の組み合せを選択する。そして、制御後情報取得部１５は、選択制御量、選択制御量を用いた場合の二次側電圧、通過電流及び線路インピーダンスを基に、ベクトルＬＤＣ方式の解析手法を用いて、各組み合せの制御量を用いた場合の参照点電圧及び不平衡率を取得する（ステップＳ５）。その後、制御後情報取得部１５は、各組み合せの制御量を用いた場合の参照点電圧及び不平衡率を所定条件内制御量抽出部１６へ出力する。

所定条件内制御量抽出部１６は、各組み合せの制御量を用いた場合の参照点電圧及び不平衡率の入力を制御後情報取得部１５から受ける。そして、所定条件内制御量抽出部１６は、各相の電圧の制御量の全ての組み合せの中から、不平衡率が不平衡率規定値より小さく、且つ、三相交流電圧の線間電圧が適正範囲に収まる制御量の組み合せを候補組合せとして抽出する。（ステップＳ６）。その後、所定条件内制御量抽出部１６は、抽出した候補組み合せを、各候補組合せの不平衡率とともに最適制御量特定部１７へ出力する。

最適制御量特定部１７は、候補組み合せの入力を所定条件内制御量抽出部１６から受ける。そして、最適制御量特定部１７は、候補組み合せの中から不平衡率が最小値となる制御量の組み合せを特定する（ステップＳ７）。そして、最適制御量特定部１７は、特定した制御量の組み合せを電圧制御部１０へ出力する。

電圧制御部１０は、最適制御量特定部１７により特定された制御量の組み合せの入力を受ける。そして、電圧制御部１０は、取得した組み合せの制御量を用いて配電系統２における三相交流電力の電圧の制御を行う（ステップＳ８）。

さらに、図５は、実施例に係るＨＶＲを用いた場合及び従来のＨＶＲを用いた場合の制御結果を表す図である。図５の横軸は、線間電圧及び不平衡率を用いた制御量の決定を行わない従来のＨＶＲ又は実施例に係るＨＶＲ１の何れかを表す。また、図５の左側の縦軸は、線間電圧が適正範囲を逸脱した時間の合計である電圧逸脱時間合計値を表す。また、図５の右側の縦軸は、不平衡率最大値を表す。ここでは、制御結果が最も良いＳＶＲ５２の位置にＨＶＲ１配置した場合の制御結果を、実施例１に係るＨＶＲ１の制御結果とした。

従来のＨＶＲの不平衡率最大値は点３０１で表される。これに対して、実施例に係るＨＶＲ１の不平衡率最大値は点３０２で表される。この場合、実施例１に係るＨＶＲ１を用いることで、従来のＨＶＲに比べて不平衡率最大値が３９．７％改善した。

また、従来のＨＶＲの電圧逸脱時間合計値は点３１１で表される。これに対して、実施例に係るＨＶＲ１の電圧逸脱時間合計値は点３１２で表される。この場合、実施例１に係るＨＶＲ１を用いることで、従来のＨＶＲに比べて電圧逸脱時間合計値が６２．３％改善した。

このように、実施例に係るＨＶＲ１をＳＶＲ５２の位置に配置することで、従来のＨＶＲを配置した場合に比べて不平衡率と電圧逸脱とを改善することができる。

以上に説明したように、本実施例に係るＨＶＲは、三相交流電力の電圧の制御量の組み合せ全てについて、それぞれの制御量を用いた場合の参照点電圧及び不平衡率を求める。そして、本実施例に係るＨＶＲは、線間電圧が適正範囲内に収まり、且つ、不平衡率が最小となる組み合せにより、配電系統における三相交流電力の電圧制御を行う。これにより、配電系統における不平衡率を改善し及び電圧逸脱を低減することができ、ＨＶＲによる配電系統の電圧制御の効率を向上させることができる。

図６は、実施例２に係る評価装置のブロック図である。本実施例に係る評価装置６は、実施例１のＨＶＲ１と同様の制御量組生成部１４、制御後情報取得部１５、所定条件内制御量抽出部１６及び最適制御量特定部１７の機能を有する。さらに、評価装置６は、解析部１８を有する。以下の説明では、実施例１と同様の各部の動作については説明を省略する。

制御後情報取得部１５は、制御量組生成部１４により生成された制御量の組み合せの情報の入力をパーソナルコンピュータなどの入力装置７から受ける。さらに、制御後情報取得部１５は、配電系統２の構成情報の入力を入力装置７から受ける。ここで、制御後情報取得部１５は、配電系統２の構成情報として、太陽光発電システムの導入率が異なる複数の構成情報の入力を受けてもよい。

また、制御後情報取得部１５は、図１に示したＳＶＲ５１〜５５の位置の情報の入力を入力装置７から受ける。そして、制御後情報取得部１５は、ＳＶＲ５１〜５５の位置のそれぞれにＨＶＲ１配置した場合の二次側電圧や通過電流の推定値を求める。次に、制御後情報取得部１５は、配置位置毎に、制御量の全ての組み合せの参照点電圧及び不平衡率を求める。

所定条件内制御量抽出部１６は、制御後情報取得部１５により求められた参照点電圧及び不平衡率から、配置位置毎に、候補組み合せを抽出する。

最適制御量特定部１７は、所定条件内制御量抽出部１６により抽出された候補組み合せから、配置位置毎に、不平衡率が最小となる制御量の組み合せを特定する。また、制御後情報取得部１５が太陽光発電システムの導入率が異なる複数の構成情報の入力を受けた場合、最適制御量特定部１７は、配置位置毎に、太陽光発電システムの各導入率に応じた不平衡率が最小となる制御量の組み合せを特定する。

解析部１８は、配置位置毎の不平衡率が最小となる制御量の組み合せを最適制御量特定部１７から取得する。そして、解析部１８は、不平衡率が最小となる制御量の組み合せを用いて配置位置毎の配電系統２における電圧制御をシミュレートし、配電位置毎の制御結果を取得する。例えば、解析部１８は、制御結果として、ＨＶＲ１による制御後の電圧の不平衡率の最大値である最大電圧不平衡率やＳＶＲ５１〜５５のタップ回数の１日当たりの平均値を取得する。

また、制御後情報取得部１５が太陽光発電システムの導入率が異なる複数の構成情報の入力を受けた場合、解析部１８は、配置位置毎に、太陽光発電システムの各導入率に応じたシミュレートを行い制御結果を取得する。

ここで、図１における配電系統２上に配置されたＳＶＲ５１〜５５のいずれかとＨＶＲ１とを交換してＨＶＲ１を配置した場合のそれぞれの制御結果について説明する。図７は、配置位置毎の最大電圧不平衡率を表す図である。

図７の横軸は、配電系統２における太陽光発電システムの導入率であるＰＶ導入量を表す。また、図７の縦軸は本実施例１に係るＨＶＲ１による制御後の電圧の不平衡率の最大値である最大電圧不平衡率を表す。そして、図７では、横軸に表したＰＶ導入量毎に、６つの配置位置毎の最大電圧不平衡率が表される。各太陽光発電システムの導入率において、左から順に各棒グラフが、ＨＶＲ１を配置しない場合、及び、ＳＶＲ５１〜５５の順で各位置にＨＶＲ１を配置した場合の最大電圧不平衡率を表す。

太陽光発電システムの導入率が０％、１０％及び２０％の場合、ＳＶＲ５２の位置にＨＶＲ１を配置した状態の最大電圧不平衡率が最小となる。また、太陽光発電システムの導入率が３０％の場合、ＳＶＲ５３の位置にＨＶＲ１を配置した状態の最大電圧不平衡率が最小となる。ただし、太陽光発電システムの導入率が３０％の場合の最大電圧不平衡率は、ＳＶＲ５２の位置にＨＶＲ１を配置した状態とＳＶＲ５３の位置にＨＶＲ１を配置した状態とでは差は軽微である。したがって、全体的にみると、ＳＶＲ５２の位置にＨＶＲ１を配置した状態が、最大電圧不平衡率を最も抑えられるといえる。

また、図８は、配置位置毎のタップ切替回数を表す図である。図８の横軸は、配電系統２における太陽光発電システムの導入率であるＰＶ導入量を表す。また、図８の縦軸は本実施例１に係るＳＶＲ５１〜５５の１５日分のタップ回数の１日当たりの平均値である１台当たりのタップ回数平均値を表す。そして、図８では、横軸に表したＰＶ導入量毎に、６つの配置位置毎の１台当たりのタップ回数平均値が表される。各太陽光発電システムの導入率において、左から順に各棒グラフが、ＨＶＲ１を配置しない場合、及び、ＳＶＲ５１〜５５の順で各位置にＨＶＲ１を配置した場合の最大電圧不平衡率を表す。ただし、ＨＶＲ１を配置しない場合のタップ切替回数は、ＳＶＲ５１〜５５のタップ切替回数の最大値を表す。

太陽光発電システムの導入率が０％、１０％及び２０％の場合、ＳＶＲ５２の位置にＨＶＲ１を配置した状態の１台当たりのタップ回数平均値が最小となる。また、太陽光発電システムの導入率が３０％の場合、ＳＶＲ５３の位置にＨＶＲ１を配置した状態の１台当たりのタップ回数平均値が最小となる。ただし、太陽光発電システムの導入率が３０％の場合のタップ回数平均値は、ＳＶＲ５２の位置にＨＶＲ１を配置した状態とＳＶＲ５３の位置にＨＶＲ１を配置した状態とでは差は軽微である。したがって、全体的にみると、ＳＶＲ５２の位置にＨＶＲ１を配置した状態が、１台当たりのタップ回数平均値を最も抑えられるといえる。タップ回数が抑えられることで、電圧の変動を抑えることができ配電系統２の電圧を適正化を効率よく行うことができる。

図７及び８で示される制御結果からＳＶＲ５２の位置にＨＶＲ１を配置した状態が不平衡率とタップ回数とを最小化することができると考えられることから、解析部１８は、ＳＶＲ５２の位置がＨＶＲ１の最適な設置位置と判定する。

このように、解析部１８は、最も制御結果の良い配置位置を特定し、特定した配置位置及びその配置位置にＨＶＲ１を配置した場合の三相電力の電圧の制御量をＨＶＲ１の管理者に通知する。

ここで、本実施例では、太陽光システムの導入率が異なる場合の配電系統２の構成情報を用いて最適な配置位置を決定したが、評価装置６による最適な配置位置の決定方法はこれに限らない。例えば、既に存在する実際の配電系統２の情報を評価装置６に入力して、評価装置６にその配電系統２において最適な配置位置を決定させてもよい。その場合、太陽光発電システムの導入率は決定しているため、解析部１８は、各位置における制御結果は１通りずつ取得し、その中から最も制御結果の良い配置位置を特定する。

以上に説明したように、本実施例に係る評価装置は、各配置位置に応じた制御結果を比較することで、ＨＶＲの最適な配置位置を決定することができる。そして、ＨＶＲの管理者は、最適な配置位置及び最適な制御量の組み合せの情報の通知を評価装置から受け、その情報を基にＨＶＲを配電系統に導入することで、最適な電圧制御を行うことができる。

１ＨＶＲ
２配電系統
３配電用変電所
４ノード
６評価装置
７入力装置
１０電圧制御部
１１制御前情報取得部
１２判定部
１３記憶部
１４制御量組生成部
１５制御後情報取得部
１６所定条件内制御量抽出部
１７最適制御量特定部
１８解析部
４１変圧器
４２送電線
４３需要家
５１〜５５ＳＶＲ
２０１〜２０３送電経路

Claims

三相交流電力を伝送する配電系統上に配置される電圧制御装置であって、
前記配電系統の各相の電圧に対する予め決められた複数の制御量を用いて、各相の電圧に対する制御量の組み合せを生成する生成部と、
前記生成部により生成された制御量の組み合せ毎に、各制御量を用いて電圧を制御した場合の前記配電系統上の所定点における各相の電圧を取得する電圧取得部と、
前記電圧取得部により取得された各相の前記電圧を基に、前記制御量の組み合せの中から候補組み合せを抽出する抽出部と、
前記抽出部により抽出された前記候補組み合せの中から前記所定点における各相の制御後電圧の電圧不平衡率が最小となる制御量の組み合せを特定する特定部と、
前記特定部により特定された制御量の組み合せを用いて各相の電圧をそれぞれ制御する制御部と
を備えたことを特徴とする電圧制御装置。
前記配電系統上の前記所定点における前記特定部により特定された制御量の組み合せを用いた電圧の制御を行う前の各相の制御前電圧を取得する制御前電圧取得部と、
前記制御前電圧取得部により取得された各相の前記制御前電圧を基に、電圧制御を行うか否かを判定し、電圧制御を行うと判定した場合、前記生成部、前記電圧取得部、前記抽出部及び前記制御部に処理を行わせ、各相の電圧を制御させる判定部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御装置。
前記電圧取得部は、ベクトルLine Voltage Drop Compensator（ＬＤＣ）方式を用いて前記所定点における各相の電圧を推定することを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧制御装置。
前記抽出部は、各相の電圧の不平衡率が予め決められた不平衡規定値より小さく、且つ、前記所定点における各相の電圧が予め決められた適正範囲内に収まる前記制御量の組み合せを、前記制御量の組み合せ候補とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電圧制御装置。
三相交流電力を伝送する配電系統における電圧制御方法であって、
前記配電系統の各相の電圧に対する予め決められた複数の制御量を用いて、各相の電圧に対する制御量の組み合せを生成し、
生成された制御量の組み合せ毎に、各制御量を用いて電圧を制御した場合の前記配電系統上の所定点における各相の電圧を取得し、
取得された各相の前記電圧を基に、前記制御量の組み合せの中から候補組み合せを抽出し、
抽出された前記候補組み合せの中から前記所定点における各相の制御後電圧の電圧不平衡率が最小となる制御量の組み合せを特定し、
特定された制御量の組み合せを用いて各相の電圧をそれぞれ制御する
ことを特徴とする電圧制御方法。
三相交流電力を伝送する配電系統における電圧制御方法であって、
前記配電系統の各相の電圧に対する予め決められた複数の制御量を用いて、各相の電圧に対する制御量の組み合せを生成し、
生成された制御量の組み合せ毎に、各制御量を用いて電圧を制御した場合の前記配電系統上の所定点における各相の電圧を取得し、
取得された各相の前記電圧を基に、前記制御量の組み合せの中から候補組み合せを抽出し、
抽出された前記候補組み合せの中から前記所定点における各相の制御後電圧の電圧不平衡率が最小となる制御量の組み合せを特定し、
特定された制御量の組み合せを用いて各相の電圧をそれぞれ制御する
処理をコンピュータに実行させることを特徴とする電圧制御プログラム。
三相交流電力を伝送する配電系統上に配置される電圧制御装置の評価装置であって、
前記配電系統上の電圧制御装置を配置する配置位置を複数選択する位置選択部と、
前記配電系統の各相の電圧に対する予め決められた複数の制御量を用いて、各相の電圧に対する制御量の組み合せを生成する生成部と、
前記位置選択部により選択された配置位置のいずれかに前記電圧制御装置が配置されたそれぞれの配置状態について、前記生成部により生成された制御量の組み合せ毎に、各制御量を用いて電圧を制御した場合の前記配電系統上の所定点における各相の電圧を取得する電圧取得部と、
前記配置状態毎に、前記電圧取得部により取得された各相の前記電圧を基に、前記制御量の組み合せの中から候補組み合せを抽出する抽出部と、
各前記配置状態毎の前記候補組み合せの中から、前記所定点における各相の制御後電圧の電圧不平衡率が最小となる制御量の組み合せを特定する特定部と、
前記配置状態毎に前記特定部により特定された制御量の組み合せを用いた場合の電圧制御による配電系統の電圧変動の解析を行い、解析により得られた前記配置状態毎の制御結果を基に電圧制御装置の配置位置を特定し、特定した配置位置及び特定した配置位置に電圧制御装置を配置した場合の前記特定部により特定された制御量の組み合せを報知する解析部と
を備えたことを特徴とする評価装置。