JP7190983B2 - 分散型エネルギーリソース管理装置、電力制御システム、中央給電指令所計算機システム、および電力制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の需要家が保有する分散型エネルギーリソースを管理する分散型エネルギーリソース管理装置、少なくとも分散型エネルギーリソースと分散型エネルギーリソース管理装置とを構成する電力制御システム、分散型エネルギーリソース管理装置と通信可能に接続された中央給電指令所計算機システム、および分散型エネルギーリソース管理装置における電力制御方法に関する。

送配電系統では、太陽光発電、風力発電、または蓄電池などの分散型エネルギーリソース（ＤＥＲ：Distributed Energy Resources）の普及に伴い、送配電系統内の電力潮流が変化することによって送配電系統での電圧の管理が困難化することが懸念されている。

従来、送電系統の電圧管理について、電圧無効電力制御技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。また、配電系統の電圧管理について、変電所に設けられたＬＲＴ（Load Ratio Control Transformer）のタップ制御、配電線途中に設けられたＳＶＲ（Step Voltage Regulator）のタップ制御、またはＳＶＣ（Static Var Compensator）による無効電力制御に加え（例えば特許文献２参照）、近年では分散型エネルギーリソースを活用した送配電系統の制御が注目されている。

国際公開第２０１７／０８６０９９号 国際公開第２０１５／０２２７４６号

特許文献１では、送電系統の制御を目的とした無効電力分配演算部を備え、最適潮流計算によって送電系統に連系される無効電力装置または火力発電などの大型発電機の制御目標値を演算する機能を有するが、分散型エネルギーリソースの無効電力制御を考慮していない。

特許文献２では、配電系統の電圧制御を目的とした無効電力出力分配計算部を備え、配電系統内の電圧分布が最適となるように各無効電力の出力を最適化計算によって求めているが、送電系統の状態の最適化を考慮していない。

上述の通り、分散型エネルギーリソースを活用した送配電系統の制御が注目されている。配送電系統の制御として、例えば、分散型エネルギーリソースの無効電力制御による電圧制御がある。主に配電系統に連系される分散型エネルギーリソースが無効電力を出力すると、送電系統の無効電力潮流にも影響するが、配電系統の状態を最適化する分散型エネルギーリソースの無効電力の出力が送電系統の状態を最適化するとは限らない。また、逆に、送電系統の状態を最適化するように配電系統の無効電力の出力を指定すると、配電系統で電力品質が悪化して制約違反となったり、配電系統でロスが増加したりするなど、送配電系統全体の状態の最適化を図ることができないという問題がある。各分散型エネルギーリソースを変数として送配電系統の状態の最適化計算をすると、解の組み合わせが膨大となり、求解に膨大な時間を要する。このように、従来では、送配電系統の状態の最適化を効率的に行っているとはいえなかった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、送配電系統の状態の最適化を効率的に行うことが可能な分散型エネルギーリソース管理装置、電力制御システム、中央給電指令所計算機システム、および電力制御方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明による分散型エネルギーリソース管理装置は、配電系統に接続された複数の需要家が保有する分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である制御可能無効電力量を集計する制御可能無効電力量集計部と、配電系統の制約条件を満たすように制御可能無効電力量集計部が集計した制御可能無効電力量を送電系統に縮約し、縮約した分散型エネルギーリソースである縮約分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である縮約制御可能無効電力量を演算する縮約制御可能無効電力量演算部と、送電系統の状態の評価を示す送電系統評価値に基づく縮約制御可能無効電力量を満たすように、配電系統の状態の評価を示す配電系統評価値に基づいて、各分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である無効電力制御量を演算する無効電力制御量演算部と、無効電力制御量演算部が演算した無効電力制御量を各分散型エネルギーリソースに送信する通信部とを備える。

本発明によると、分散型エネルギーリソース管理装置は、配電系統の制約条件を満たすように制御可能無効電力量集計部が集計した制御可能無効電力量を送電系統に縮約し、縮約した分散型エネルギーリソースである縮約分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である縮約制御可能無効電力量を演算する縮約制御可能無効電力量演算部と、送電系統の状態の評価を示す送電系統評価値に基づく縮約制御可能無効電力量を満たすように、配電系統の状態の評価を示す配電系統評価値に基づいて、各分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である無効電力制御量を演算する無効電力制御量演算部とを備えるため、送配電系統の状態の最適化を効率的に行うことが可能となる。

本発明の実施の形態１による電力制御システムの構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態１による分散型エネルギーリソース管理装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１による分散型エネルギーリソース管理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１による制御可能無効電力量を縮約制御可能無効電力量に縮約する概念を示す図である。 本発明の実施の形態１による分散型エネルギーリソースを縮約する概念を示す図である。 本発明の実施の形態１による分散型エネルギーリソース管理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１による縮約無効電力制御量を無効電力制御量に配分する概念を示す図である。 本発明の実施の形態１による分散型エネルギーリソース管理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１による分散型エネルギーリソースの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２による電力制御システムの構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２による分散型エネルギーリソース管理装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２による分散型エネルギーリソース管理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による電力制御システムの構成の一例を示す図である。 本発明の実施の形態３による分散型エネルギーリソース管理装置の構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３による中央給電指令所計算機システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態３による分散型エネルギーリソース管理装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による中央給電指令所計算機システムの動作の一例を示すフローチャートである。

本発明の実施の形態について、図面に基づいて以下に説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態１による電力制御システムの構成の一例を示す図である。

図１に示すように、電力制御システムは、火力発電所などの大規模発電設備１と、送電系統２の電圧を制御する電圧・無効電力制御装置３ａ，３ｂと、配電用変電所に連系される変電所ＬＲＴ４と、配電線５ａ，５ｂとを備えている。

大規模発電設備１は、有効電力および無効電力を送電系統２に供給する。電圧・無効電力制御装置３ａ，３ｂは、変圧器で電圧を変圧するリアクトル・コンデンサを設けることによって、無効電力を供給して電圧を制御する。変電所ＬＲＴ４は、電圧を変圧することによって、配電系統の送り出し電圧を制御する。変電所ＬＲＴ４には、通常、配電系統における複数の配電線５ａ，５ｂが接続される。配電線５ａ，５ｂは、送配電事業者などにより設置される電力系統の設備である。なお、図１では、２本の配電線５ａ，５ｂを示しているが、変電所ＬＲＴ４に接続される配電線は何本であってもよい。以下、配電線５ａ，５ｂを区別せずに示すときは、配電線５と称する。

配電系統における配電線５ａ，５ｂには、需要家設備６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄが接続されている。図１では、配電線５ａには需要家設備６ａ，６ｂが連系され、配電線５ｂには需要家設備６ｃ，６ｄが連系されているが、需要家設備の連系数はこの数に限定されない。

需要家設備６ａは、負荷７ａと、分散型エネルギーリソース８ａとを備えている。分散型エネルギーリソース８ａは、無効電力を出力することが可能なパワーコンディショナなどの無効電力制御器を有している。他の需要家設備６ｂ，６ｃ，６ｄも同様の構成である。以下、需要家設備６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを区別せずに示すときは需要家設備６と称し、負荷７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを区別せずに示すときは負荷７と称し、分散型エネルギーリソース８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを区別せずに示すときは分散型エネルギーリソース８と称する。また、配電線５に連系される需要家設備６は、負荷７または分散型エネルギーリソース８のいずれか一方のみを備えていてもよい。

図１に示すように、電力制御システムは、分散型エネルギーリソース８および分散型エネルギーリソース管理装置９を備えている。分散型エネルギーリソース８と分散型エネルギーリソース管理装置９とは、通信ネットワークによって接続されている。なお、通信ネットワークは、特定のネットワークに限定されない。例えば、通信ネットワークは、インターネットであってもよく、専用のネットワークであってもよく、これら両者を用いたネットワークであってもよい。

図２は、分散型エネルギーリソース管理装置９の構成の一例を示すブロック図である。

図２に示すように、分散型エネルギーリソース管理装置９は、通信部１０と、制御可能無効電力量集計部１１と、予測部１２と、縮約制御可能無効電力量演算部１３と、記憶部１４と、無効電力制御量演算部１５とを備えている。

通信部１０は、分散型エネルギーリソース８と通信を行う。具体的には、分散型エネルギーリソース８から送信された制御可能無効電力量を受信し、無効電力制御量演算部１５が演算した無効電力制御量を分散型エネルギーリソース８に送信する。ここで、制御可能無効電力量とは、分散型エネルギーリソース８において制御可能な無効電力量のことをいう。

制御可能無効電力量集計部１１は、通信部１０が受信した各分散型エネルギーリソース８の制御可能無効電力量を集計する。

予測部１２は、送電系統２および配電線５のそれぞれに接続された負荷需要、および太陽光発電または風力発電などの分散電源の発電量を予測する。なお、予測部１２が予測する負荷および発電量の空間的粒度は、各負荷単位および各発電設備単位であってもよく、複数の負荷および発電設備の総量であってもよい。また、予測部１２が用いる予測手法に制約はなく、例えば、記憶部１４が保存した過去の負荷・発電プロファイルを用いた統計的な手法であってもよく、分散型エネルギーリソース管理装置９の外部に設けられたシステムから通信部１０を介して受信した天候・気象予測などに関するデータに基づいて予測する手法であってもよい。

縮約制御可能無効電力量演算部１３は、制御可能無効電力量集計部１１が集計した各配電系統の分散型エネルギーリソース８を、それぞれに該当する送電系統地点に縮約する。このとき、該当する配電系統の電圧・電流制約を満たす範囲で、変電所ＬＲＴ４の一次側の最大無効電力潮流量および最小無効電力潮流量のそれぞれを最適潮流計算（ＯＰＦ）によって算出し、最大無効電力潮流量と最小無効電力潮流量とからなる範囲を無効電力制御可能量の範囲とする。このように、縮約制御可能無効電力量演算部１３は、配電系統の制約条件を満たすように制御可能無効電力量集計部１１が集計した制御可能無効電力量を送電系統に縮約し、分散型エネルギーリソース８を縮約した縮約分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である縮約制御可能無効電力量を演算する。なお、詳細な処理については後述する。

無効電力制御量演算部１５は、縮約無効電力制御量を変数とし、予測部１２が予測した負荷および発電量に対して、送電系統２および配電系統の状態を最適、準最適、または制約違反を起こさない実行可能状態にする解を、縮約制御可能無効電力量演算部１３が演算した各縮約分散型エネルギーリソースの縮約制御可能無効電力量の範囲で探索する。具体的には、無効電力制御量演算部１５は、送電系統２の状態の評価を示す送電系統評価値と、配電系統の状態の評価を示す配電系統評価値とを有し、例えば、送電系統評価値と配電系統評価値との重み和を最良にする縮約無効電力制御量を探索する。送電系統評価値は、縮約無効電力制御量の値が決まると計算することができる。配電系統については、縮約無効電力制御量を満たし、かつ配電系統の評価値を最適、準最適、または制約違反を起こさない実行可能状態にする各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量の配分を、例えば最適潮流計算（ＯＰＦ）によって算出する。このように、無効電力制御量演算部１５は、送電系統評価値に基づく縮約制御可能無効電力量を満たすように、配電系統評価値に基づいて、各分散型エネルギーリソース８が制御すべき無効電力の制御量である無効電力制御量を演算する。無効電力制御量演算部１５が演算した各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量は、通信部１０を介して各分散型エネルギーリソース８に送信される。なお、詳細な処理については後述する。

図３は、分散型エネルギーリソース管理装置９の動作の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１１において、制御可能無効電力量集計部１１は、各分散型エネルギーリソース８から一定期間の制御可能無効電力量を集計する。ここで、一定期間は、任意の値であってもよく、例えば、３０分ごとの制御可能無効電力量の２４時間分であってもよく、５分ごとの制御可能無効電力量の１時間分であってもよい。制御可能無効電力量の収集方法としては、分散型エネルギーリソース管理装置９が各分散型エネルギーリソース８に対して制御可能無効電力量の送信を依頼することによって収集してもよく、一定の周期で各分散型エネルギーリソース８が自発的に分散型エネルギーリソース管理装置９に制御可能無効電力量を送信してもよい。

ステップＳ１２において、予測部１２は、送電系統および配電系統に接続される一定期間の負荷、および分散型電源の発電量を予測する。ここで、一定期間とは、任意の値であってもよい。

ステップＳ１３において、縮約制御可能無効電力量演算部１３は、各配電系統に接続されている各分散型エネルギーリソース８の制御可能無効電力量を、各配電系統に対応する送電系統地点に縮約し、縮約制御可能無効電力量を演算する。具体的には、配電系統に連系されている各分散型エネルギーリソース８を変電所ＬＲＴ４の一次側である送電系統に縮約する。縮約分散型エネルギーリソースの縮約制御可能無効電力量の範囲は、変電所ＬＲＴ４の一次側の無効電力潮流量を目的関数とし、配電系統に連系された各分散型エネルギーリソース８の制御可能無効電力量を変数とし、配電系統における電圧の上下限値、電流の上限値、および各分散型エネルギーリソース８の制御可能量を制約条件とした最適化問題で、目的関数を最大化および最小化する解を探索し、それぞれの最適解での変電所ＬＲＴ４の一次側の無効電力潮流量を縮約制御可能無効電力量の範囲とすることができる。

図４は、縮約制御可能無効電力量演算部１３が制御可能無効電力量を縮約制御可能無効電力量に縮約する概念を示す図である。図４に示すように、縮約制御可能無効電力量演算部１３は、配電系統に連系されている各分散型エネルギーリソース８の制御可能無効電力量を、送電系統に縮約制御可能無効電力量に縮約する。

図５は、分散型エネルギーリソース８を縮約する概念を示す図である。図５に示すように、各配電系統に連系された各分散型エネルギーリソース８は、各配電系統に対応する送電系統に縮約される。

ステップＳ１４において、無効電力制御量演算部１５は、縮約分散型エネルギーリソースの無効電力制御量である縮約無効電力制御量を変数として、予測部１２が予測した負荷および発電量に対して送電系統２および配電系統の目的関数を最小とする解を探索し、各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量を決定する。具体的には、無効電力制御量演算部１５は、送電系統２の目的関数と配電系統の目的関数との重み和を最小化する各縮約無効電力制御量を探索してもよい。あるいは、無効電力制御量演算部１５は、送電系統２の目的関数を最小化する各縮約無効電力制御量を探索した後、縮約無効電力制御量を制約として、配電系統の目的関数を最小化する各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量を探索してもよい。詳細な解探索ロジックについては後述する。

なお、送電系統２の目的関数である送電系統評価値は、例えば、電圧逸脱量、電流逸脱量、送電損失、定態安定度、電圧尤度、電流尤度、無効電力制御余裕量、および変圧器タップの制御余裕量、電圧制約違反ペナルティ、電流制約違反ペナルティのうちの少なくとも１つ、あるいはこれらの重み和であってもよく、送電系統２の制約条件を満たす解を探索してもよい。配電系統の目的関数である配電系統評価値は、電圧逸脱量、電流逸脱量、変電所ＬＲＴ４の一次側の無効電力潮流、配電損失、電圧降下量、電圧上昇量、電圧尤度、電流尤度、無効電力制御余裕量、変電所ＬＲＴ４のタップの制御余裕量、配電線途中に設けられたＳＶＲのタップの制御余裕量、力率、不平衡率、電圧制約違反ペナルティ、および電流制約違反ペナルティのうちの少なくとも１つ、またはこれらの重み和であってもよく、配電系統の制約条件を満たす解を探索してもよい。

また、送電系統の最適化問題を解く際の変数は、縮約無効電力制御量に加えて、ＶＱＣ（Voltage Reactive Power Control System）装置の無効電力の投入量、変圧器タップ位置、発電機の有効電力出力、発電機の無効電力出力、および発電機の端子電圧も変数としてもよい。配電系統の最適化問題を解く際の変数は、各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量、あるいは、開閉器区間単位またはＳＶＲ区間単位で縮約した縮約無効電力制御量に加え、ＬＲＴタップ位置またはＳＶＲタップ位置も変数としてもよい。

ステップＳ１５において、通信部１０は、無効電力制御量演算部１５が決定した一定期間の無効電力制御量を各分散型エネルギーリソース８に送信する。ここで、一定期間とは、任意の値であってもよい。

図６は、分散型エネルギーリソース管理装置９の動作の一例を示すフローチャートであり、図３のステップＳ１４の詳細を示している。

ステップＳ２１において、無効電力制御量演算部１５は、縮約分散型エネルギーリソースの無効電力制御量である縮約無効電力制御量に初期値を設定する。なお、縮約無効電力制御量に加え、ＶＱＣ装置の無効電力等流量等も変数としている場合は、全ての変数に初期値を設定する。

ステップＳ２２において、無効電力制御量演算部１５は、現在の変数の値に対して潮流計算を行い、送電系統の目的関数を算出する。

ステップＳ２３において、無効電力制御量演算部１５は、変電所ＬＲＴ４の一次側の無効電力潮流が縮約無効電力制御量と一致し、配電系統の制約条件を満たし、かつ目的関数を最適化するような各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量を最適潮流計算（ＯＰＦ）によって算出する。すなわち、無効電力制御量演算部１５は、縮約無効電力制御量を満たし、かつ配電系統の目的関数を最小化する各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量を最適潮流計算によって算出する。図７は、縮約分散型エネルギーリソースの縮約無効電力制御量を、各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量に分配する概念を示す図である。

ステップＳ２４において、無効電力制御量演算部１５は、送電系統の目的関数と配電系統の目的関数との重み和を算出する。

ステップＳ２５において、無効電力制御量演算部１５は、ステップＳ２１からステップＳ２４までの探索処理を終了するか否かを判断する。探索処理を終了する場合は、図６に示す動作を終了する。一方、探索処理を終了しない場合は、ステップＳ２６に移行する。なお、探索処理を終了する条件は特に限定しないが、例えば、探索回数が予め設定した上限に達した場合、探索処理を繰り返しても予め設定した一定回数以上連続で目的関数が改善しなかった場合、探索時間が上限に達した場合などがある。

ステップＳ２６において、無効電力制御量演算部１５は、縮約無効電力制御量の値を変更し、ステップＳ２１に戻る。なお、縮約無効電力制御量の値の変更方法は特に限定しないが、例えば、予め設定した一定量を加減するメタヒューリスティック手法に基づいて決定する、または予め設定した感度計算によって縮約無効電力制御量の値を算出するなどが挙げられる。

図８は、分散型エネルギーリソース管理装置９の動作の一例を示すフローチャートであり、図６とは異なる例を示している。

ステップＳ３１において、無効電力制御量演算部１５は、送電系統の目的関数を最適化する縮約分散型エネルギーリソースの無効電力制御量である縮約無効電力制御量を最適潮流計算によって算出する。なお、縮約無効電力制御量に加え、ＶＱＣ装置の無効電力投入量等も変数としてもよい。

ステップＳ３２において、無効電力制御量演算部１５は、縮約無効電力制御量を満たし、かつ配電系統の目的関数を最小化する各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量を最適潮流計算によって算出する。

図９は、分散型エネルギーリソース８の構成の一例を示すブロック図である。

図９に示すように、分散型エネルギーリソース８は、電力制御装置１６と分散型エネルギー装置２１とを備えている。電力制御装置１６は、分散型エネルギー装置２１を制御し、分散型エネルギーリソース管理装置９と通信ネットワークを介して接続されている。電力制御装置１６は、通信部１７と、無効電力制御部１８と、記憶部１９と、制御可能無効電力量算出部２０とを備えている。

通信部１７は、分散型エネルギーリソース管理装置９に一定期間の制御可能無効電力量を送信し、分散型エネルギーリソース管理装置９から一定期間の無効電力制御量を受信する。ここで、一定期間とは、任意の値であってもよい。

無効電力制御部１８は、通信部１７が受信した無効電力制御量を指定された時間に出力するように分散型エネルギー装置２１を制御する。あるいは、無効電力制御部１８は、記憶部１９が通信部１７を介して分散型エネルギーリソース管理装置９から受信して記憶している無効電力制御スケジュールを参照し、当該無効電力制御スケジュール通りに分散型エネルギー装置２１の無効電力量を制御する。なお、無効電力制御部１８は、制御結果を記憶部１９に記憶してもよい。

制御可能無効電力量算出部２０は、一定の周期で、一定期間の制御可能無効電力量を算出し、通信部１７を介して分散型エネルギーリソース管理装置９に送信する。なお、制御可能無効電力量算出部２０は、分散型エネルギーリソース管理装置９から送信依頼があったとき、一定期間の制御可能無効電力量を算出し、通信部１７を介して分散型エネルギーリソース管理装置９に送信するようにしてもよい。あるいは、制御可能無効電力量算出部２０は、予め算出した一定期間の制御可能無効電力量を記憶部１９に記憶しておき、記憶部１９に記憶されている制御可能無効電力量を任意のタイミングで通信部１７を介して分散型エネルギーリソース管理装置９に送信してもよく、または、分散型エネルギーリソース管理装置９から送信依頼があったときに該当期間の制御可能無効電力量を通信部１７を介して分散型エネルギーリソース管理装置９に送信してもよい。

分散型エネルギー装置２１は、例えば、蓄電池、太陽光発電、電気自動車など、配電系統とパワーコンディショナ（無効電力制御器）またはインバータを介して連系されるエネルギー装置であって、これらに限定されない。なお、電力制御装置１６は、パワーコンディショナまたはインバータに内蔵されていてもよく、ＨＥＭＳ（Home Energy Management System）、ＢＥＭＳ（Building Energy Management System）、ＦＥＭＳ（Factory Energy Management System）などのエネルギー管理システムに内蔵されていてもよく、電力制御装置１６が備える一部の機能がパワーコンディショナまたはインバータに内蔵され、残りの機能がエネルギー管理システムに内蔵されていてもよい。

以上のことから、本実施の形態１によれば、最適化問題を送電系統と配電系統とで分割し、配電系統の分散型エネルギーリソースの制御可能無効電力量を送電系統に縮約して縮約制御可能無効電力量とし、当該縮約制御可能無効電力量を変数としているため、変数の数を削減して解探索の高速化を実現することができる。また、縮約無効電力制御量の上下限の制約条件を、配電系統の制約を加味した最大無効電力および最小無効電力とすることによって、配電系統の制約を必ず満たす範囲で解を効率的に探索することができる。さらに、縮約無効電力制御量を満たし、かつ配電系統を最適化する各分散型エネルギーリソースの無効電力制御量は、最適潮流計算によって一意に決定することができ、送配電系統全体を最適とする目的関数を計算するため、縮約無効電力制御量を変数としても全体を最適とする各分散型エネルギーリソースの無効電力制御量を算出することができる。このように、送配電系統の状態の最適化を効率的に行うことが可能となる。

＜実施の形態２＞
図１０は、本実施の形態２による電力制御システムの構成の一例を示す図である。

図１０に示すように、本実施の形態２による電力制御システムは、計測装置２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅを備えることを特徴としている。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。以下では、実施の形態１と異なる点に主眼を置いて説明する。

計測装置２２ａ，２２ｂは、送電系統２に設置され、送電系統２の状態量を計測する。計測装置２２ｃ，２２ｄ，２２ｅは、配電系統に設置され、配電系統の状態量を計測する。ここで、状態量とは、例えば、線間電圧、相電圧、線路電流、力率、有効電力潮流量、無効電力潮流量が挙げられるが、これらに限定されない。

図１０では、送電系統２に２台の計測装置２２ａ，２２ｂを設置し、配電系統に３台の計測装置２２ｃ，２２ｄ，２２ｅを設置する場合を示しているが、送電系統２および配電系統に設置される計測装置の台数はこれに限定されない。

本実施の形態２による電力制御システムは、実施の形態１で説明した図１に示す分散型エネルギーリソース管理装置９に代えて分散型エネルギーリソース管理装置２３を備えている。分散型エネルギーリソース管理装置２３と計測装置２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅとは、通信ネットワークを介して接続されている。通信ネットワークは、特定のネットワークに限定されない。例えば、通信ネットワークは、インターネットであってもよく、専用のネットワークであってもよく、これら両者を用いたネットワークであってもよい。

図１１は、分散型エネルギーリソース管理装置２３の構成の一例を示すブロック図である。

図１１に示すように、分散型エネルギーリソース管理装置２３は、図２に示す分散型エネルギーリソース管理装置９が備える予測部１２に代えて、計測情報収集部２４を備えることを特徴としている。その他の構成および動作は、実施の形態１で説明した分散型エネルギーリソース管理装置９と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。

計測情報収集部２４は、通信部１０を介して、計測装置２２ａ，２２ｂから計測結果である送電系統２の状態量を含む計測情報を収集し、計測装置２２ｃ，２２ｄ，２２ｅから計測結果である配電系統の状態量を含む計測情報を収集する。また、計測情報収集部２４は、収集した計測情報を送電系統２の電圧分布および電流分布と、配電系統の電圧分布および電流分布として縮約制御可能無効電力量演算部１３に出力する。

図１２は、分散型エネルギーリソース管理装置２３の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図１２のステップＳ４１，ステップＳ４３，ステップＳ４５は、図３のステップＳ１１，ステップＳ１３，ステップＳ１５と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。以下では、ステップＳ４２およびステップＳ４４について説明する。

ステップＳ４２において、計測情報収集部２４は、送電系統２および配電系統のそれぞれに接続された計測装置２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅから計測情報を収集し、収集した計測情報を送電系統２の電圧分布および電流分布と、配電系統の電圧分布および電流分布として縮約制御可能無効電力量演算部１３に出力する。

ステップＳ４４において、無効電力制御量演算部１５は、縮約分散型エネルギーリソースの無効電力制御量である縮約無効電力制御量を変数として、送電系統２および配電系統の目的関数を最小とする解を探索し、各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量を決定する。具体的には、無効電力制御量演算部１５は、計測情報収集部２４が収集した計測情報に対して、縮約制御可能無効電力量の範囲内で送電系統評価値に基づいて縮約無効電力制御量を演算し、当該演算した縮約無効電力制御量を満たすように配電系統評価値に基づいて無効電力制御量を演算する。

以上のことから、本実施の形態２によれば、計測装置２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅが計測した計測情報に対して分散型エネルギーリソースの無効電力制御量を決定するため、リアルタイムで分散型エネルギーリソースを制御することが可能となる。

＜実施の形態３＞
図１３は、本実施の形態３による電力制御システムの構成の一例を示す図である。

図１３に示すように、本実施の形態３による電力制御システムは、中央給電指令所計算機システム２５を備えることを特徴としている。その他の構成は、実施の形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。以下では、実施の形態１と異なる点に主眼を置いて説明する。

中央給電指令所計算機システム２５は、一般的に、送電系統２に設置される大規模発電設備１、および電圧・無効電力制御装置３ａ，３ｂの無効電力制御量を決定し、これらに対して制御を行う。中央給電指令所計算機システム２５は、送配電事業者が保有している。

分散型エネルギーリソース管理装置２６と中央給電指令所計算機システム２５とは、通信ネットワークを介して接続されている。通信ネットワークは、特定のネットワークに限定されない。例えば、通信ネットワークは、インターネットであってもよく、専用のネットワークであってもよく、これら両者を用いたネットワークであってもよい。

図１４は、分散型エネルギーリソース管理装置２６の構成の一例を示すブロック図である。

無効電力制御量演算部２７は、縮約制御可能無効電力量を中央給電指令所計算機システム２５に送信し、中央給電指令所計算機システム２５から縮約無効電力制御量および送電系統評価値を受信する。そして、無効電力制御量演算部２７は、縮約無効電力制御量を満たすように、配電系統評価値に基づいて各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量を演算する。

図１５は、中央給電指令所計算機システム２５の構成の一例を示すブロック図である。

図１５に示すように、中央給電指令所計算機システム２５は、通信部２８と、縮約制御可能無効電力量集計部２９と、縮約無効電力制御量演算部３０とを備えている。

縮約制御可能無効電力量集計部２９は、配電系統に接続された複数の分散型エネルギーリソース８を送電系統２に縮約した縮約分散型エネルギーリソースの縮約制御可能無効電力量を、通信部２８を介して分散型エネルギーリソース管理装置９から集計する。

縮約無効電力制御量演算部３０は、縮約制御可能無効電力量の範囲内で、送電系統評価値に基づいて縮約無効電力制御量を演算する。また、縮約無効電力制御量演算部３０は、演算した縮約無効電力制御量を、通信部２８を介して分散型エネルギーリソース管理装置９に送信する。

図１６は、分散型エネルギーリソース管理装置９の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図１６のステップＳ５１～ステップＳ５３，ステップＳ５６は、図３のステップＳ１１～ステップＳ１３，ステップＳ１５と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。以下では、ステップＳ５４およびステップＳ５５について説明する。

ステップＳ５４において、無効電力制御量演算部２７は、縮約制御可能無効電力量を中央給電指令所計算機システム２５に送信し、中央給電指令所計算機システム２５から縮約無効電力制御量および送電系統評価値を受信する。

ステップＳ５５において、無効電力制御量演算部２７は、縮約無効電力制御量を満たし、かつ配電系統評価値に基づく各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量を演算する。

図１７は、中央給電指令所計算機システム２５の動作の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ６１において、縮約制御可能無効電力量集計部２９は、分散型エネルギーリソース管理装置２６から各縮約分散型エネルギーリソースの制御可能無効電力量を集計する。

ステップＳ６２において、縮約無効電力制御量演算部３０は、縮約制御可能無効電力量の範囲内で、送電系統評価値に基づいて縮約無効電力制御量を演算する。また、縮約無効電力制御量演算部３０は、演算した縮約無効電力制御量を、通信部２８を介して分散型エネルギーリソース管理装置９に送信する。

以上のことから、本実施の形態３によれば、送電系統評価値に基づく縮約無効電力制御量の決定を中央給電指令所計算機システム２５で行い、配電系統に接続された各分散型エネルギーリソース８の無効電力制御量の決定を分散型エネルギーリソース管理装置２６で行う。これにより、送配電系統の状態の最適化を効率的に行うことが可能となる。

なお、上記では、中央給電指令所計算機システム２５を実施の形態１で説明した図１に示す電力制御システムに適用する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、中央給電指令所計算機システム２５を実施の形態２で説明した図１０に示す電力制御システムに適用してもよい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 大規模発電設備、２ 送電系統、３ 電圧・無効電力制御装置、４ 変電所ＬＲＴ、５ａ，５ｂ 配電線、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 需要家設備、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 負荷、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ 分散型エネルギーリソース、９ 分散型エネルギーリソース管理装置、１０ 通信部、１１ 制御可能無効電力量集計部、１２ 予測部、１３ 縮約制御可能無効電力量演算部、１４ 記憶部、１５ 無効電力制御量演算部、１６ 電力制御装置、１７ 通信部、１８ 無効電力制御部、１９ 記憶部、２０ 制御可能無効電力量算出部、２１ 分散型エネルギー装置、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ 計測装置、２３ 分散型エネルギーリソース管理装置、２４ 計測情報収集部、２５ 中央給電指令所計算機システム、２６ 分散型エネルギーリソース管理装置、２７ 無効電力制御量演算部、２８ 通信部、２９ 縮約制御可能無効電力量集計部、３０ 縮約無効電力制御量演算部、３１ 記憶部。

Claims (15)

1. 配電系統に接続された複数の需要家が保有する分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である制御可能無効電力量を集計する制御可能無効電力量集計部と、
   前記配電系統の制約条件を満たすように前記制御可能無効電力量集計部が集計した前記制御可能無効電力量を送電系統に縮約し、縮約した前記分散型エネルギーリソースである縮約分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である縮約制御可能無効電力量を演算する縮約制御可能無効電力量演算部と、
   前記送電系統の状態の評価を示す送電系統評価値に基づく前記縮約制御可能無効電力量を満たすように、前記配電系統の状態の評価を示す配電系統評価値に基づいて、各前記分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である無効電力制御量を演算する無効電力制御量演算部と、
   前記無効電力制御量演算部が演算した前記無効電力制御量を各前記分散型エネルギーリソースに送信する通信部と、
   を備える、分散型エネルギーリソース管理装置。
2. 前記無効電力制御量演算部は、前記縮約制御可能無効電力量の範囲内で前記送電系統評価値に基づいて前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を演算し、当該演算した前記縮約無効電力制御量を満たすように前記配電系統評価値に基づいて前記無効電力制御量を演算することを特徴とする、請求項１に記載の分散型エネルギーリソース管理装置。
3. 前記無効電力制御量演算部は、前記縮約制御可能無効電力量を中央給電指令所計算機システムに送信し、前記中央給電指令所計算機システムから受信した前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を満たすように、前記配電系統評価値に基づいて前記無効電力制御量を演算することを特徴とする、請求項１に記載の分散型エネルギーリソース管理装置。
4. 前記送電系統および前記配電系統のそれぞれに接続された負荷および分散電源の発電量を予測する予測部をさらに備え、
   前記無効電力制御量演算部は、前記予測部が予測した前記負荷および前記分散電源の発電量に対して、前記縮約制御可能無効電力量の範囲内で前記送電系統評価値に基づいて前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を演算し、当該演算した前記縮約無効電力制御量を満たすように前記配電系統評価値に基づいて前記無効電力制御量を演算することを特徴とする、請求項１または２に記載の分散型エネルギーリソース管理装置。
5. 前記送電系統および前記配電系統のそれぞれに接続された負荷および分散電源の発電量を予測する予測部をさらに備え、
   前記無効電力制御量演算部は、前記予測部が予測した前記負荷および前記分散電源の発電量に対して、前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を満たすように、前記配電系統評価値に基づいて前記無効電力制御量を演算することを特徴とする、請求項１または３に記載の分散型エネルギーリソース管理装置。
6. 前記送電系統および前記配電系統のそれぞれにおける電圧、電流、有効電力潮流量、および無効電力潮流量の計測結果を含む計測情報を収集する計測情報収集部をさらに備え、
   前記無効電力制御量演算部は、前記計測情報収集部が収集した前記計測情報に対して、前記縮約制御可能無効電力量の範囲内で前記送電系統評価値に基づいて前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を演算し、当該演算した前記縮約無効電力制御量を満たすように前記配電系統評価値に基づいて前記無効電力制御量を演算することを特徴とする、請求項１または２に記載の分散型エネルギーリソース管理装置。
7. 前記送電系統および前記配電系統のそれぞれにおける電圧、電流、有効電力潮流量、および無効電力潮流量の計測結果を含む計測情報を収集する計測情報収集部をさらに備え、
   前記無効電力制御量演算部は、前記計測情報収集部が収集した前記計測情報に対して、前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を満たすように、前記配電系統評価値に基づいて前記無効電力制御量を演算することを特徴とする、請求項１または３に記載の分散型エネルギーリソース管理装置。
8. 前記無効電力制御量演算部は、前記縮約制御可能無効電力量の範囲内で前記送電系統評価値として算出された前記送電系統の電圧逸脱量に基づいて前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を演算し、当該演算した前記縮約無効電力制御量を満たすように前記配電系統評価値として算出された前記配電系統の電圧逸脱量に基づいて前記無効電力制御量を演算することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の分散型エネルギーリソース管理装置。
9. 前記送電系統評価値は、電圧逸脱量、電流逸脱量、送電損失、定態安定度、電圧尤度、電流尤度、無効電力制御余裕量、および変圧器タップの制御余裕量のうちの少なくとも１つを含み、
   前記配電系統評価値は、電圧逸脱量、電流逸脱量、変電所に設けられたＬＲＴ（Load Ratio Control Transformer）の一次側の無効電力潮流、配電損失、電圧降下量、電圧上昇量、電圧尤度、電流尤度、無効電力制御余裕量、前記変電所に設けられたＬＲＴのタップの制御余裕量、配電線途中に設けられたＳＶＲ（Step Voltage Regulator）のタップの制御余裕量、力率、および不平衡率のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の分散型エネルギーリソース管理装置。
10. 前記無効電力制御量演算部は、前記縮約制御可能無効電力量の範囲内で前記縮約無効電力制御量に任意の値を与えて前記送電系統評価値を演算し、前記縮約無効電力制御量を満たすように前記配電系統評価値に基づいて前記無効電力制御量を演算することを特徴とする、請求項２に記載の分散型エネルギーリソース管理装置。
11. 前記無効電力制御量演算部は、前記送電系統評価値と前記配電系統評価値との合計または重み和に基づいて、前記縮約無効電力制御量および前記無効電力制御量を演算することを特徴とする、請求項１０に記載の分散型エネルギーリソース管理装置。
12. 配電系統に接続された複数の需要家が保有する分散型エネルギーリソースと、
    各前記分散型エネルギーリソースに、当該各前記分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である無効電力制御量を送信する分散型エネルギーリソース管理装置と、
    を備える電力制御システムであって、
    前記分散型エネルギーリソース管理装置は、
    各前記分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である制御可能無効電力量を集計する制御可能無効電力量集計部と、
    前記配電系統の制約条件を満たすように前記制御可能無効電力量集計部が集計した前記制御可能無効電力量を送電系統に縮約し、縮約した前記分散型エネルギーリソースである縮約分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である縮約制御可能無効電力量を演算する縮約制御可能無効電力量演算部と、
    前記縮約制御可能無効電力量の範囲内で前記送電系統の状態の評価を示す送電系統評価値に基づいて前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を演算し、当該演算した前記縮約無効電力制御量を満たすように前記配電系統の状態の評価を示す配電系統評価値に基づいて前記無効電力制御量を演算する無効電力制御量演算部と、
    前記無効電力制御量演算部が演算した前記無効電力制御量を各前記分散型エネルギーリソースに送信する通信部と、
    を備え、
    各前記分散型エネルギーリソースは、
    無効電力を出力する無効電力制御器と、
    前記分散型エネルギーリソース管理装置に前記制御可能無効電力量を送信し、前記分散型エネルギーリソース管理装置から前記無効電力制御量を受信する通信部と、
    前記通信部が受信した前記無効電力制御量に従って前記無効電力制御器を制御する無効電力制御部と、
    を備える、電力制御システム。
13. 配電系統に接続された複数の需要家が保有する分散型エネルギーリソースと、
    各前記分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である無効電力制御量を各前記分散型エネルギーリソースに送信する分散型エネルギーリソース管理装置と、
    前記分散型エネルギーリソース管理装置と連系する中央給電指令所計算機システムと、
    を備える電力制御システムであって、
    前記分散型エネルギーリソース管理装置は、
    各前記分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である制御可能無効電力量を集計する制御可能無効電力量集計部と、
    前記配電系統の制約条件を満たすように前記制御可能無効電力量集計部が集計した前記制御可能無効電力量を送電系統に縮約し、縮約した前記分散型エネルギーリソースである縮約分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である縮約制御可能無効電力量を演算する縮約制御可能無効電力量演算部と、
    前記縮約制御可能無効電力量演算部が演算した前記縮約制御可能無効電力量を前記中央給電指令所計算機システムに送信し、前記中央給電指令所計算機システムから受信した前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を満たすように、前記配電系統の状態の評価を示す配電系統評価値に基づいて前記無効電力制御量を演算する無効電力制御量演算部と、
    前記無効電力制御量演算部が演算した前記無効電力制御量を各前記分散型エネルギーリソースに送信する通信部と、
    を備え、
    前記中央給電指令所計算機システムは、
    前記分散型エネルギーリソース管理装置から前記縮約制御可能無効電力量を集計する縮約制御可能無効電力量集計部と、
    前記縮約制御可能無効電力量の範囲内で、前記送電系統の状態の評価を示す送電系統評価値に基づいて前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を演算する縮約無効電力制御量演算部と、
    を備え、
    各前記分散型エネルギーリソースは、
    無効電力を出力する無効電力制御器と、
    前記分散型エネルギーリソース管理装置に前記制御可能無効電力量を送信し、前記分散型エネルギーリソース管理装置から前記無効電力制御量を受信する通信部と、
    前記通信部が受信した前記無効電力制御量に従って前記無効電力制御器を制御する無効電力制御部と、
    を備える、電力制御システム。
14. 送配電事業者が保有する中央給電指令所計算機システムであって、
    配電系統に接続された複数の分散型エネルギーリソースを送電系統に縮約した縮約分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である縮約制御可能無効電力量を、分散型エネルギーリソース管理装置から集計する縮約制御可能無効電力量集計部と、
    前記縮約制御可能無効電力量の範囲内で、前記送電系統の状態の評価を示す送電系統評価値に基づいて前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を演算する縮約無効電力制御量演算部と、
    を備える、中央給電指令所計算機システム。
15. 複数の需要家が保有する分散型エネルギーリソースを制御する分散型エネルギーリソース管理装置における電力制御方法であって、
    （ａ）各前記分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である制御可能無効電力量を集計する工程と、
    （ｂ）配電系統の制約条件を満たすように前記工程（ａ）で集計した前記制御可能無効電力量を送電系統に縮約し、縮約した前記分散型エネルギーリソースである縮約分散型エネルギーリソースにおいて制御可能な無効電力量である縮約制御可能無効電力量を演算するステップと、
    （ｃ）前記縮約制御可能無効電力量の範囲内で前記送電系統の状態の評価を示す送電系統評価値に基づいて前記縮約分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である縮約無効電力制御量を演算し、当該演算した前記縮約無効電力制御量を満たすように前記配電系統の状態の評価を示す配電系統評価値に基づいて各前記分散型エネルギーリソースが制御すべき無効電力の制御量である無効電力制御量を演算する工程と、
    （ｄ）前記工程（ｃ）で演算した前記無効電力制御量を各前記分散型エネルギーリソースに送信する工程と、
    を備える、電力制御方法。

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