JP5571983B2 - 単独運転回避装置、単独運転回避方法および単独運転回避プログラム - Google Patents

Description

この発明は、単独運転回避装置、単独運転回避方法および単独運転回避プログラムに関する。

従来、配電系統の配電用変電所から需要家に電力を供給する配電線において、配電線のメンテナンスまたは配電線路における故障が発生した場合、配電用変電所の遮断器（ＣＢ：Circuit Breaker）を解放することで、配電線の停止が行なわれている。

ここで、配電線に負荷のみが接続されている場合、遮断器が解放されて配電用変電所の電力供給が断たれると、配電線の電圧は、速やかに低下し零となる。図１４は、単独運転を説明するための図である。

しかし、変電所変圧器からの電力供給を断つために配電用変電所において遮断器を解放しても、図１４に示すように、配電線に太陽光発電（ＰＶ：Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｉｃ）装置などの分散電源が連系し、さらに、「分散電源の発電電力」と「配電線の負荷の消費電力」とがバランスすると、分散電源が停止することなく配電線の電圧が維持される単独運転と呼ばれる現象が発生することが知られている（例えば、非特許文献１を参照）。

低圧配電線と連系する分散形太陽光発電システムの制御と保護，電気学会論文誌. B, Vol. 108 (1988) No. 1 pp.45-52

しかしながら、現状では、分散電源が配電系統に連系される場合に発生する可能性のある単独運転を回避するための有効な方法はなく、安全上の問題があった。すなわち、例えば、配電線内に故障が発生し配電用変電所の遮断器で配電線の電力供給を停止しても、単独運転が発生すると配電線の電圧が維持されるため、安全を確保することができない。

そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、分散電源が配電系統に連系される場合に発生する可能性のある単独運転を回避することが可能となる単独運転回避装置、単独運転回避方法および単独運転回避プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この装置は、配電用変電所から需要家に電力を供給する、分散電源が連系された配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記分散電源における単独運転発生範囲を含む範囲を近似処理して求められる多角形内となった場合に、当該計測された有効電力または無効電力が前記多角形外となるように、前記配電線上にある遮断器の需要家側において有効電力または無効電力の調整を行なう調整装置による調整量を制御する制御手段を備えたことを要件とする。

また、この方法は、配電用変電所から需要家に電力を供給する、分散電源が連系された配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記分散電源における単独運転発生範囲を含む範囲を近似処理して求められる多角形内となった場合に、当該計測された有効電力または無効電力が前記多角形外となるように、前記配電線上にある遮断器の需要家側において有効電力または無効電力の調整を行なう調整装置による調整量を制御する制御ステップを含んだことを要件とする。

また、このプログラムは、配電用変電所から需要家に電力を供給する、分散電源が連系された配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記分散電源における単独運転発生範囲を含む範囲を近似処理して求められる多角形内となった場合に、当該計測された有効電力または無効電力が前記多角形外となるように、前記配電線上にある遮断器の需要家側において有効電力または無効電力の調整を行なう調整装置による調整量を制御する制御手順をコンピュータに実行させることを要件とする。

開示の装置、方法、またはプログラムによれば、分散電源が配電系統に連系される場合に発生する可能性のある単独運転を回避することが可能となる。

図１は、実施例１に係る電力供給システムの構成を説明するための図である。 図２は、実施例１に係る単独運転回避装置の構成を説明するための図である。 図３は、調整装置制御部の処理に用いられる範囲１および範囲２の一例を説明するための図である。 図４は、調整装置による容量性の無効電力の調整量の一例を説明するための図である。 図５は、実施例１に係る調整装置制御部の処理を説明するためのフローチャートである。 図６は、電力供給システムに単独運転回避装置を設置しない場合の有効電力および無効電力の状態を説明するための図である。 図７は、電力供給システムに単独運転回避装置を設置した場合の有効電力および無効電力の状態を説明するための図である。 図８は、範囲１の設定法を説明するための図（１）である。 図９は、範囲１の設定法を説明するための図（２）である。 図１０は、範囲１の設定法を説明するための図（３）である。 図１１は、範囲１の設定法を説明するための図（４）である。 図１２は、制御動作切り替え部の処理を説明するためのフローチャートである。 図１３は、実施例２に係る調整装置制御部の処理を説明するためのフローチャートである。 図１４は、単独運転を説明するための図である。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る単独運転回避装置、単独運転回避方法および単独運転回避プログラムの実施例を詳細に説明する。なお、以下では、本発明に係る単独運転装置が組み込まれた電力供給システムを実施例として説明する。

まず、図１を用いて実施例１に係る電力供給システムの構成について説明する。なお、図１は、実施例１に係る電力供給システムの構成を説明するための図である。

図１に示すように、実施例１に係る電力供給システムは、配電線２を介して需要家に電力を供給する配電用変電所１と、配電線２に連系される負荷３および分散電源４とを有する。配電用変電所１は、需要地に設置され、送電線から送られてきた高電圧を低電圧に変圧し、変圧後の電圧を、配電線２を介して需要家に供給する。

負荷３は、需要家に設置され、配電線２から供給された電力を消費して動作する装置である。また、分散電源４は、太陽光エネルギーを利用して電力を出力する太陽光発電（ＰＶ：Ｐｈｏｔｏ Ｖｏｌｔａｉｃ）装置などの発電を行う小規模な発電設備である。なお、図１には、負荷３が１つのみ示されているが、実際には、負荷３は、配電線２に複数台連系されている。また、図１には、分散電源４が１つのみ示されているが、分散電源４が２台以上、配電線２に連系されている場合でもよい。

そして、配電用変電所１は、図１に示すように、変電所変圧器１１および遮断器（ＣＢ：Circuit Breaker）１２を有する。変電所変圧器１１は、配電線路の上流にある送電用変電所から送られてきた高電圧の電力を低電圧の電力に変圧し、配電線２を介して変圧後の電力を需要家に供給する。また、遮断器１２は、配電線２のメンテナンスまたは配電線路における故障が発生した場合などに変電所変圧器１１からの電力供給を断つために用いられる。具体的には、遮断器１２は、通常、投入状態にあり、電力供給停止時に解放される。

さらに、配電用変電所１内には、ＰＱ計測装置１５および調整装置１６が設置される。ＰＱ計測装置１５は、配電線２上の電流を計測する電流センサ１３および配電線２上の電圧を計測する電圧センサ１４それぞれの計測結果それぞれから、配電線２における有効電力（Ｐ）と無効電力（Ｑ）とを計測する装置である。

調整装置１６は、配電線２上にある遮断器１２の需要家側において無効電力の調整を行なう装置である。例えば、実施例１に係る調整装置１６は、図１に示すように、Ｃ１〜Ｃ３の３つのコンデンサが並列に接続された装置であり、Ｃ１〜Ｃ３それぞれに対応するスイッチ（Ｓ１〜Ｓ３）をＯＮ／ＯＦＦすることで、容量性の無効電力を調整する装置である。

そして、実施例１に係る電力供給システムにおいては、分散電源４が配電系統に連系される場合に発生する可能性のある単独運転を回避するため、例えば、図１に示すように、配電用変電所１内に単独運転回避装置１７が設置される。以下、図２などを用いて単独運転回避装置１７の処理について詳細に説明する。図２は、実施例１に係る単独運転回避装置の構成を説明するための図である。

図２に示すように、単独運転回避装置１７は、入力部１７ａ、調整装置制御部１７ｂ、出力部１７ｃおよび制御動作切り替え部１７ｄを有する。

入力部１７ａは、電力供給システムの管理者の指示情報や、遮断器１２、電圧センサ１４およびＰＱ計測装置１５から出力される各種情報を受け付け、受け付けた各種情報を、調整装置制御部１７ｂおよび制御動作切り替え部１７ｄに転送する。具体的には、入力部１７ａは、ＰＱ計測装置１５が計測した配電線２における有効電力および無効電力の計測値を調整装置１６から受信して、受信した有効電力および無効電力の計測値を調整装置制御部１７ｂに転送する。

また、入力部１７ａは、遮断器１２が投入状態であるか解放状態であるかの情報を遮断器１２から受信し、受信した遮断器１２の状態情報を制御動作切り替え部１７ｄに転送する。また、入力部１７ａは、配電線２における遮断器１２の解放時および投入時の電圧を電圧センサ１４から受信し、受信した電圧を制御動作切り替え部１７ｄに転送する。

調整装置制御部１７ｂは、単独運転が回避されるように、調整装置１６による容量性の無効電力の調整量（キャパシタンス）を制御する。まず、調整装置制御部１７ｂの制御処理のため、範囲１および範囲１を含む範囲２が設定される。具体的には、範囲１は、単独運転が発生する有効電力と無効電力との値により定められる単独運転発生範囲と一致する範囲である。より具体的には、範囲１（単独運転発生範囲）は、有効電力と無効電力との値が当該範囲内に滞在すると、遮断器１２を解放して配電線２への電力供給を停止しても、分散電源４が負荷に電力を供給し続けるため配電線２の電圧が維持され単独運転が発生する可能性のある範囲のことである。図３は、調整装置制御部の処理に用いられる範囲１および範囲２の一例を説明するための図である。

図３に示す一例では、範囲１は、円形として簡略化して示されている。また、図３に示す一例では、範囲２は、円形の範囲１を含む同心円として設定されている。すなわち、図３に示す一例では、配電線２における有効電力（Ｐ）と無効電力（Ｑ）とが、円形の範囲１内にある場合、遮断器１２を解放しても、単独運転が発生する可能性があると判定される。また、範囲２は、円形の範囲１を含む同心円として設定されている。なお、範囲１の設定法については、後に詳述する。

かかる範囲１および範囲２が設定された状態において、図２に示す調整装置制御部１７ｂは、ＰＱ計測装置１５により計測された配電線２における有効電力および無効電力が範囲１内となった場合に、当該計測された無効電力が範囲１外となるように調整装置１６による調整量を制御する。また、調整装置制御部１７ｂは、ＰＱ計測装置１５により計測された配電線２における有効電力および無効電力が、範囲２外となった場合に、当該計測された無効電力が範囲２内となるように調整装置１６による調整量（キャパシタンス）を制御する。

具体的には、調整装置制御部１７ｂは、計測された有効電力および無効電力が範囲１内となった場合に、容量性の無効電力が増加するように調整装置１６を制御する。また、調整装置制御部１７ｂは、計測された有効電力および無効電力が範囲１外となった場合、あるいは、計測された有効電力および無効電力が範囲２外となった場合に、容量性の無効電力が減少するように調整装置１６を制御する。

より具体的には、調整装置制御部１７ｂは、有効電力および無効電力の値が、「範囲１外にあり、かつ、範囲２内にある」となるように、調整装置１６による無効電力の調整量（増減量）を決定する。そして、図２に示す出力部１７ｃは、調整装置制御部１７ｂが決定した調整量に基づく制御信号を、調整装置１６に送信し、制御信号を出力部１７ｃから受信した調整装置１６は、スイッチＳ１〜Ｓ３のＯＮ／ＯＦＦの動作制御を行なう。

ここで、調整装置１６による容量性の無効電力の調整量は、例えば、図４に示すスイッチＳ１〜Ｓ３の投入パターンにより定められる。図４は、調整装置による容量性の無効電力の調整量の一例を説明するための図である。

図４に示す一例では、スイッチＳ１〜Ｓ３の投入パターン（ＣＮ）は、「０〜７」の８パターンに分類される。まず、「ＣＮ：０」は、スイッチＳ１〜Ｓ３がすべて解放（ＯＦＦ）された状態であり、無効電力の調整なしの状態（以下、ＣＭＩＮと記載する場合あり）を示す。また、「ＣＮ：１」は、スイッチＳ１のみ投入（ＯＮ）された状態であり、「ＣＮ：２」は、スイッチＳ２のみ投入された状態であり、「ＣＮ：３」は、スイッチＳ３のみ投入された状態である。

また、「ＣＮ：４」は、スイッチＳ１およびスイッチＳ２が投入された状態であり、「ＣＮ：５」は、スイッチＳ１およびスイッチＳ３が投入された状態であり、「ＣＮ：６」は、スイッチＳ２およびスイッチＳ３が投入された状態である。また、「ＣＮ：７」は、スイッチＳ１〜Ｓ３がすべて投入された状態であり、調整装置１６による容量性の無効電力が最大限に増加される状態（以下、ＣＭＡＸと記載する場合あり）を示す。

ここで、図１および２に示す調整装置１６のコンデンサＣ１〜Ｃ３の容量は、「Ｃ１＜Ｃ２＜Ｃ３」となっており、調整装置１６による容量性の無効電力の増加量は、「ＣＮ：０」から「ＣＮ：７」に投入パターンが変化するにしたがい増大する。

すなわち、調整装置１６による無効電力の増減値は、コンデンサＣ１〜Ｃ３の容量の総和により制限された値となる。したがって、調整装置制御部１７ｂは、無効電力の調整を所定の調整量の範囲内で実行することとなる。なお、調整装置１６による無効電力の増減量は、調整装置１６におけるコンデンサの数および各コンデンサの容量を調整することで、電力供給システムの管理者により任意に設定することができる。

範囲１および範囲２の設定情報と、調整装置１６による容量性の無効電力の調整量との情報を用いて、調整装置制御部１７ｂは、上記した無効電力の調整を調整装置１６において実行させる。以下、調整装置制御部１７ｂが実行する処理内容について、図５を用いて詳細に説明する。図５は、実施例１に係る調整装置制御部の処理を説明するためのフローチャートである。

図５に示すように、実施例１に係る単独運転回避装置１７は、遮断器１２が投入された状態にて単独運転回避開始要求を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここで、単独運転回避開始要求を受け付けていない場合（ステップＳ１０１否定）、単独運転回避装置１７は、待機状態となる。

一方、単独運転回避開始要求を受け付けた場合（ステップＳ１０１肯定）、調整装置制御部１７ｂは、「ＣＮ＝ＣＭＩＮ」とする制御信号を、出力部１７ｃを介して調整装置１６に出力し（ステップＳ１０２）、ＰＱ計測装置１５から配電線２における有効電力および無効電力の状態を取得する（ステップＳ１０３）。

そして、調整装置制御部１７ｂは、ＰＱ計測装置１５から取得した有効電力および無効電力の値が、範囲１内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、範囲１内にある場合（ステップＳ１０４肯定）、調整装置制御部１７ｂは、調整装置１６のスイッチ投入パターン（ＣＮ）がＣＭＡＸより小さいか否かを判定する（ステップＳ１０５）。「ＣＮ＜ＣＭＡＸ」である場合（ステップＳ１０５肯定）、調整装置制御部１７ｂは、投入パターンを１増加させて「ＣＮ＝ＣＮ＋１」と設定し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０６にて設定したＣＮの制御信号を、出力部１７ｃを介して調整装置１６に出力する（ステップＳ１１０）。その後、調整装置制御部１７ｂは、ステップＳ１０３に戻って、配電線２における有効電力および無効電力の状態取得を行なう。

一方、「ＣＮ＜ＣＭＡＸ」でない場合（ステップＳ１０５否定）、「ＣＮ＝ＣＭＡＸ」であり、無効電力の増加調整不可であることから、調整装置制御部１７ｂは、ステップＳ１０３に戻って、配電線２における有効電力および無効電力の状態取得を行なう。

また、ＰＱ計測装置１５から取得した有効電力および無効電力の値が、範囲１内にない場合（ステップＳ１０４否定）、調整装置制御部１７ｂは、有効電力および無効電力の値が、範囲２内にあるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ここで、範囲２内にある場合（ステップＳ１０７肯定）、調整装置制御部１７ｂは、ステップＳ１０３に戻って、配電線２における有効電力および無効電力の状態取得を行なう。

一方、ＰＱ計測装置１５から取得した有効電力および無効電力の値が、範囲２内にない場合（ステップＳ１０７否定）、調整装置制御部１７ｂは、調整装置１６のスイッチ投入パターン（ＣＮ）がＣＭＩＮより大きいか否かを判定し（ステップＳ１０８）、「ＣＮ＞ＣＭＩＮ」である場合（ステップＳ１０８肯定）、投入パターンを１減少させて「ＣＮ＝ＣＮ−１」と設定し（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０９にて設定したＣＮの制御信号を、出力部１７ｃを介して調整装置１６に出力する（ステップＳ１１０）。その後、調整装置制御部１７ｂは、ステップＳ１０３に戻って、配電線２における有効電力および無効電力の状態取得を行なう。

一方、「ＣＮ＞ＣＭＩＮ」でない場合（ステップＳ１０８否定）、「ＣＮ＝ＣＭＩＮ」であり、無効電力の減少調整不可であることから、調整装置制御部１７ｂは、ステップＳ１０３に戻って、配電線２における有効電力および無効電力の状態取得を行なう。

以上が、調整装置制御部１７ｂの制御処理の制御フローとなる。ここで、図５に示す制御フローをまとめると、調整装置制御部１７ｂは、有効電力と無効電力との値が範囲１の内側にあり、かつ、「ＣＮ＜ＣＭＡＸ」の場合、ＣＮを１増加させて、無効電力の増加調整を調整装置１６に実行させる。また、調整装置制御部１７ｂは、有効電力と無効電力との値が範囲１の外側にあり、かつ、範囲２の内側にある場合、調整制御処理を行なわない。また、調整装置制御部１７ｂは、範囲１の外側にある有効電力と無効電力との値がさらに範囲２の外側にあり、かつ、「ＣＮ＞ＣＭＩＮ」の場合、ＣＮを１減少させて、無効電力の減少調整を調整装置１６に実行させる。

なお、調整装置制御部１７ｂは、有効電力と無効電力との値が範囲１の内側にあり、かつ、「ＣＮ＝ＣＭＡＸ」である場合、配電系統において無効電力を不用意に増加させないために、調整制御処理を行なわない。また、調整装置制御部１７ｂは、有効電力と無効電力との値が範囲２の外側にあり、かつ、「ＣＮ＝ＣＭＩＮ」である場合、配電系統において無効電力を不用意に減少させないために、調整制御処理を行なわない。

上記したような制御フローを行なうことで、配電線２における有効電力および無効電力の値は、常に範囲１外となり、遮断器１２が、如何なる時点で解放されたとしても、単独運転の発生を回避することが可能となる。また、範囲１とともに範囲２を設定することで、無効電力の増加または減少を開始させる範囲に幅を設けることができ、範囲１の境界近傍における無効電力の増加または減少の不要な動作を減少することが可能となる。これにより、例えば、本実施例１のように、無効電力の増加または減少をスイッチ動作制御で行う場合、スイッチの動作回数を減少でき、スイッチの寿命が長くなる。

図６は、電力供給システムに単独運転回避装置を設置しない場合の有効電力および無効電力の状態を説明するための図であり、図７は、電力供給システムに単独運転回避装置を設置した場合の有効電力および無効電力の状態を説明するための図である。具体的には、図６は、単独運転回避装置１７を設置しない状態で、分散電源４である太陽光発電が多数配電線２に連系された場合の有効電力（Ｐ）と無効電力（Ｑ）との計測値をプロットしたものである。また、図７は、単独運転回避装置１７を設置した状態で、分散電源４である太陽光発電が多数配電線２に連系された場合の有効電力（Ｐ）と無効電力（Ｑ）との計測値をプロットしたものである。

電力供給システムに単独運転回避装置を設置しない場合、図６に示すように、範囲１の内部に（Ｐ，Ｑ）が存在しており、遮断器１２が解放された時点で単独運転が発生する可能性があることがわかる。一方、図７に示すように、電力供給システムに単独運転回避装置１７が設置されると、範囲１の内部に存在していた（Ｐ，Ｑ）は、範囲１の外側に移動することとなり、範囲１の内部に（Ｐ，Ｑ）が存在しないため、遮断器１２が解放されても、単独運転は回避される。

ここで、改めて、範囲１の設定法について、図８〜図１１を用いて説明する。図８〜図１１は、範囲１の設定法を説明するための図である。

本実施例１においては、範囲１は、上述したように、単独運転発生範囲として設定される。具体的には、単独運転発生範囲は、配電線２に同一種類の分散電源４が複数連系される場合、図８に示すように、当該同一種類の分散電源単体の定格容量で規格化された範囲である「分散電源の単独運転発生範囲」に、「配電線２に連系する分散電源総容量」を乗じることで定められる範囲を用いて、配電線２の容量内に決定される。

また、単独運転発生範囲は、配電線２に異なる種類の分散電源４が複数連系される場合、図９に示すように、各種類の分散電源単体の定格容量で規格化された各単独運転発生範囲の和集合により定まる範囲から決定される。すなわち、単独運転発生範囲は、和集合により定まる範囲に、配電線２に連系している分散電源総容量を乗じることで定められる範囲を用いて決定される。

このように、単独運転発生範囲は、配電線２に複数の分散電源４が連系される場合でも、分散電源４の種類、各種分散電源４それぞれの単独運転発生範囲および各種分散電源４の総容量により設定される。

かかる方法により設定される単独運転発生範囲は、図３に示すような円で簡略化されて表されることは困難である。そこで、本実施例１では、単独運転発生範囲の近似処理が行なわれる。具体的には、単独運転発生範囲は、図１０に示すように、多角形として近似設定される。これにより、複雑な形状となる単独運転範囲を、直線で囲まれる範囲として設定することができ、その結果、調整装置制御部１７ｂは、計測された（Ｐ，Ｑ）の位置が範囲１外にあるか否かを容易に判定することが可能となる。

さらに、単独運転発生範囲は、図１１に示すように、三角形の和集合として表された多角形として近似設定される場合であってもよい。これにより、多角形に近似された単独運転発生範囲を、さらに、直線で囲まれる複数の三角形により分割することができ、その結果、調整装置制御部１７ｂは、（Ｐ，Ｑ）の位置が範囲１外にあるか否かの判定処理を、各三角形を用いてさらに容易に行なうことが可能となる。

図２に戻って、制御動作切り替え部１７ｄは、遮断器１２の解放時に、配電線２の無電圧を確認後、調整装置１６に対する制御動作を停止するように調整装置制御部１７ｂを制御する。そして、制御動作切り替え部１７ｄは、遮断器１２の再投入時に、配電線２の電圧が所定の電圧となったことを確認後、調整装置１６に対する制御動作を再開するように調整装置制御部１７ｂを制御する。以下、制御動作切り替え部１７ｄの処理について、図１２を用いて説明する。図１２は、制御動作切り替え部の処理を説明するためのフローチャートである。

図１２に示すように、制御動作切り替え部１７ｄは、入力部１７ａが受け付けた情報から、遮断器１２が解放されたか否かを判定する（ステップＳ２０１）。ここで、遮断器１２が解放されない場合（ステップＳ２０１否定）、制御動作切り替え部１７ｄは、待機状態となり、図５を用いて説明した調整装置制御部１７ｂの制御フローが継続される。

一方、遮断器１２が解放された場合（ステップＳ２０１否定）、制御動作切り替え部１７ｄは、調整装置制御部１７ｂの制御フローを停止するように制御する（ステップＳ２０２）。そして、制御動作切り替え部１７ｄは、所定の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０３）。ここで、所定の時間が経過していない場合（ステップＳ２０３否定）、制御動作切り替え部１７ｄは、待機状態となる。

一方、所定の時間が経過した場合（ステップＳ２０３肯定）、制御動作切り替え部１７ｄは、電圧センサ１４が計測した配電線２における電圧値を入力部１７ａから受信し、受信した電圧値を参照して、配電線２が無電圧であるか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ここで、配電線２が無電圧状態でない場合（ステップＳ２０４否定）、制御動作切り替え部１７ｄは、再度、ステップＳ２０３の判定処理を行なう。

一方、配電線２が無電圧状態である場合（ステップＳ２０４肯定）、制御動作切り替え部１７ｄは、出力部１７ｃからの制御信号の出力を停止するように制御する（ステップ２０５）。これにより、調整装置制御部１７ｂによる調整装置１６の無効電力調整制御が完全に停止されることとなる。すなわち、無電圧になってからＳ１〜Ｓ３がすべてＯＦＦとなり、調整装置１６の無効電力調整制御が停止する。

その後、制御動作切り替え部１７ｄは、入力部１７ａが受け付けた情報から、遮断器１２が投入されたか否かを判定する（ステップＳ２０６）。ここで、遮断器１２が投入されない場合（ステップＳ２０６否定）、制御動作切り替え部１７ｄは、待機状態となる。

一方、遮断器１２が投入された場合（ステップＳ２０６肯定）、制御動作切り替え部１７ｄは、電圧センサ１４が計測した配電線２における電圧値を入力部１７ａから受信し、受信した電圧値を参照して、配電線２が所定の電圧となったか否かを判定する（ステップＳ２０７）。ここで、配電線２が所定の電圧となっていない場合（ステップＳ２０７否定）、制御動作切り替え部１７ｄは、ステップＳ２０７の判定処理を継続する。

一方、配電線２が所定の電圧となった場合（ステップＳ２０７肯定）、制御動作切り替え部１７ｄは、図５に示す制御フロー、すなわち、図５に示すステップＳ１０３の処理が再開されるように制御する。

上述したように、実施例１によれば、調整装置制御部１７ｂは、ＰＱ計測装置１５により計測された配電線２の有効電力および無効電力が範囲１内となった場合に、当該計測された無効電力が範囲１外となるように、配電線２上にある遮断器１２の需要家側において無効電力の調整を行なう調整装置１６による調整量を制御する。すなわち、実施例１によれば、範囲１を配電線に連系している分散電源４と負荷３がバランスして単独運転が発生する範囲とすることで、配電線２の有効電力と無効電力が範囲１外に保たれ、分散電源４の出力電力と負荷３の消費電力がバランスすることが無くなる。その結果、実施例１によれば、分散電源が配電系統に連系される場合に発生する可能性のある単独運転を回避することが可能となる。

また、実施例１によれば、調整装置制御部１７ｂは、配電線２にて計測された有効電力および無効電力が、範囲１が含まれる範囲２外となった場合に、当該計測された無効電力が範囲２内となるように、調整装置１６による無効電力の調整量を制御する。すなわち、実施例１によれば、範囲１とともに範囲２を設定することで、無効電力の増加または減少を開始させる範囲に幅を設けることができ、範囲１の境界近傍における無効電力の増加または減少の不要な動作を減少することが可能となる。これにより、例えば、実施例１のように、無効電力の増加または減少をスイッチ動作制御で行う場合、スイッチの動作回数を減少でき、スイッチの寿命が長くなる。

また、実施例１によれば、調整装置１６が容量性の無効電力の調整を行なう場合、調整装置制御部１７ｂは、計測された有効電力および無効電力が範囲１内となった場合に、容量性の無効電力が増加するように調整装置１６を制御する。また、実施例１によれば、調整装置制御部１７ｂは、計測された有効電力および無効電力が範囲１外となった場合、あるいは、配電線にて計測された有効電力および無効電力が範囲２外となった場合に、容量性の無効電力が減少するように調整装置１６を制御する。したがって、実施例１によれば、コンデンサを用いた簡易な構成からなる調整装置１６を用いることで、単独運転の回避を低コストで実現することが可能となる。

また、実施例１によれば、調整装置制御部１７ｂは、調整装置１６における無効電力の調整が所定の調整量の範囲内で実行されるように制御する。したがって、実施例１によれは、無効電力の増加量および減少量に制限を持たせることができ、配電系統の運用において適切な無効電力の発生量を設定することが可能となる。

また、実施例１によれば、範囲１は、配電線２において単独運転が発生する有効電力と無効電力との値により定められる単独運転発生範囲と一致する範囲であることから、確実に単独運転を回避することが可能となる。

また、実施例１によれば、範囲１（単独運転発生範囲）は、配電線２に同一種類の分散電源が複数連系される場合、当該同一種類の分散電源単体の定格容量で規格化された範囲に、当該配電線に連系している分散電源総容量を乗じることで定められる範囲を用いて決定されるので，分散電源単体の単独運転発生範囲から配電線２の単独運転発生範囲を正確に設定することが可能となる。

また、実施例１によれば、範囲１（単独運転発生範囲）は、配電線２に異なる種類の分散電源が複数連系される場合、各種類の分散電源単体の定格容量で規格化された各単独運転発生範囲の和集合により定まる範囲に、当該配電線に連系している分散電源総容量を乗じることで定められる範囲を用いて決定されるので、複数種類の分散電源４が配電線２に連系する場合でも単独運転発生範囲を正確に設定することが可能となる。

また、実施例１によれば、範囲１（単独運転発生範囲）は、多角形に近似されるので、複雑な形状の配電線２の単独運転発生範囲を、直線で囲まれる範囲として設定することができ、その結果、調整装置制御部１７ｂは、計測された（Ｐ，Ｑ）の位置が範囲１外にあるか否かを容易に判定することが可能となる。

また、実施例１によれば、範囲１（単独運転発生範囲）は、三角形の和集合として表された多角形に近似されるので、多角形に近似された単独運転発生範囲を、さらに、直線で囲まれる複数の三角形により分割することができ、その結果、調整装置制御部１７ｂは、（Ｐ，Ｑ）の位置が範囲１外にあるか否かの判定処理を、各三角形を用いてさらに容易に行なうことが可能となる。

また、実施例１によれば、制御動作切り替え部１７ｄの指示にしたがって、調整装置制御部１７ｂは、遮断器１２の解放時に、配電線２の無電圧を確認後、調整装置１６に対する制御動作を停止し、遮断器１２の再投入時に、配電線２の電圧が所定の電圧となったことを確認後、調整装置１６に対する制御動作を再開する。したがって、実施例１によれば、遮断器１２の解放時に、配電線２の無電圧を確認後、制御を停止することで、単独運転の回避状態が維持される一方、遮断器１２の投入時に、配電線２の電圧が回復されたことを確認後、制御を再開することで、単独運転の回避状態を継続することができ、その結果、遮断器１２の解放中に調整装置１６が不要な動作をすることを回避することが可能となる。

上記の実施例１では、調整装置１６に対する調整量制御が遮断器１２の状態に関わらず実行される場合について説明したが、実施例２では、調整装置１６に対する調整量制御が遮断器１２の解放時に実行される場合について説明する。

実施例２に係る単独運転回避装置１７は、図２を用いて説明した実施例１に係る単独運転回避装置と同様の構成からなるが、調整装置制御部１７ｂの制御処理の内容が実施例１と異なる。以下、これを中心に説明する。

実施例２に係る調整装置制御部１７ｂは、制御動作切り替え部１７ｄからの指示にしたがって、遮断器１２が投入状態にある場合に、ＰＱ計測装置１５により順次計測された有効電力および無効電力に基づいて、調整装置１６を制御するための調整量を順次算出する。そして、実施例２に係る調整装置制御部１７ｂは、制御動作切り替え部１７ｄからの指示にしたがって、遮断器１２の解放直後に、遮断器１２の解放直前に算出した調整量により調整装置１６を制御する。

かかる処理の詳細について、図１３を用いて説明する。図１３は、実施例２に係る調整装置制御部の処理を説明するためのフローチャートである。

図１３に示すように、実施例２に係る単独運転回避装置１７は、遮断器１２が投入された状態にて単独運転回避開始要求を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ３０１）。ここで、単独運転回避開始要求を受け付けていない場合（ステップＳ３０１否定）、単独運転回避装置１７は、待機状態となる。

一方、単独運転回避開始要求を受け付けた場合（ステップＳ３０１肯定）、調整装置制御部１７ｂは、「ＣＮ＝ＣＭＩＮ」とする制御信号を、出力部１７ｃを介して調整装置１６に出力し（ステップＳ３０２）、ＰＱ計測装置１５から配電線２における有効電力および無効電力の状態を取得する（ステップＳ３０３）。

そして、調整装置制御部１７ｂは、ＰＱ計測装置１５から取得した有効電力および無効電力の状態量に、後述するステップＳ３１１にて算出した調整量を加算する（ステップＳ３０４）。

その後、調整装置制御部１７ｂは、ステップＳ３０４にて算出した加算結果が範囲１内にあるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。ここで、範囲１内にある場合（ステップＳ３０５肯定）、調整装置制御部１７ｂは、調整装置１６のスイッチ投入パターン（ＣＮ）がＣＭＡＸより小さいか否かを判定し（ステップＳ３０６）、「ＣＮ＜ＣＭＡＸ」である場合（ステップＳ３０６肯定）、投入パターンを１増加させて「ＣＮ＝ＣＮ＋１」と設定し（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０７にて設定したＣＮに基づく調整量を算出する（ステップＳ３１１）。

そして、調整装置制御部１７ｂは、遮断器１２が解放されたか否かを判定し（ステップＳ３１２）、遮断器１２が解放されていない場合（ステップＳ３１２否定）、ステップＳ３０２に戻って、配電線２における有効電力および無効電力の状態取得を行なう。

一方、遮断器１２が解放された場合（ステップＳ３１２肯定）、調整装置制御部１７ｂは、ステップＳ３１２にて算出した調整量に基づく制御信号を出力部１７ｃから調整装置１６に対して出力させ（ステップＳ３１３）、処理を終了する。

また、ステップＳ３０４にて算出した加算結果が範囲１内にない場合（ステップＳ３０５否定）、調整装置制御部１７ｂは、加算結果が範囲２内にあるか否かを判定する（ステップＳ３０８）。ここで、範囲２内にある場合（ステップＳ３０８肯定）、調整装置制御部１７ｂは、ステップＳ３１２の判定処理を行なう。

一方、ステップＳ３０４にて算出した加算結果が範囲２内にない場合（ステップＳ３０８否定）、調整装置制御部１７ｂは、調整装置１６のスイッチ投入パターン（ＣＮ）がＣＭＩＮより大きいか否かを判定し（ステップＳ３０９）、「ＣＮ＞ＣＭＩＮ」である場合（ステップＳ３０９肯定）、投入パターンを１減少させて「ＣＮ＝ＣＮ−１」と設定し（ステップＳ３１０）、ステップＳ３１０にて設定したＣＮに基づく調整量を算出する（ステップＳ３１１）。そして、調整装置制御部１７ｂは、ステップＳ３１２の判定処理を行なう。

一方、「ＣＮ＞ＣＭＩＮ」でない場合（ステップＳ３０９否定）、調整装置制御部１７ｂは、ステップＳ３１２の判定処理を行なう。

上述したように実施例２によれば、遮断器１２が解放された直後に調整装置１６を動作させるため、遮断器１２が解放される前の常時の運用において無効電力と有効電力を任意の量とできるので、単独運転回避装置１７の導入において、遮断器１２を通過する無効電力と有効電力に制約を与えることなく配電線２を運用できる。すなわち、実施例２によれば、無効電力の調整が配電線２の運用上問題となる場合でも、単独運転を回避することが可能となる。

なお、上記した実施例１および２では、調整装置１６が容量性の無効電力を調整する装置である場合について説明したが、本発明は、調整装置１６がリアクトルにより誘導性の無効電力を調整する装置である場合であっても適用可能である。かかる場合、調整装置制御部１７ｂは、単独運転が回避されるように、調整装置１６による誘導性の無効電力の調整量（インダクタンス）を制御する。具体的には、調整装置制御部１７ｂは、計測された有効電力および無効電力が範囲１内となった場合に、誘導性の無効電力が増加するように調整装置１６を制御する。また、調整装置制御部１７ｂは、計測された有効電力および無効電力が範囲１外となった場合、あるいは、計測された有効電力および無効電力が範囲２外となった場合に、誘導性の無効電力が減少するように調整装置１６を制御する。

また、上記した実施例１および２では、単独運転発生範囲が範囲１として設定される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、単独運転発生範囲を含む範囲が範囲１として設定される場合であってもよい。具体的には、本発明は、範囲１を単独運転発生範囲より広く設定する場合であってもよい。単独運転発生範囲を含む範囲が範囲１として設定されることで、例えば、急激な分散電源４の出力変化に対しても、確実に対応して単独運転の発生を回避できる。

また、上記した実施例１および２では、調整装置１６が無効電力の調整を行なう装置である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、調整装置１６が有効電力の調整を行なう装置、例えば、バッテリなどの充電装置である場合であってもよい。かかる場合、調整装置制御部１７ｂは、調整装置１６の充電および放電を制御する。すなわち、調整装置制御部１７ｂは、調整装置１６の充放電を制御する制御信号を出力部１７ｃから出力することで、有効電力の増減量を調整して有効電力および無効電力の値が範囲１外となるように制御する。

また、上記した実施例１および２では、配電用変電所１内において、調整装置１６が遮断器１２の需要家側に設置される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、調整装置制御部１７ｂの制御対象となる調整装置１６は、需要家に設置された有効電力または無効電力を調整する装置、または、配電線２に設置された有効電力または無効電力を調整する装置である場合であってもよい。具体的には、調整装置１６は、需要家に設置された力率改善用コンデンサであったり、負荷３の有効電力または無効電力を調整する装置であったり、分散電源４の有効電力または無効電力を調整する装置であったり、配電線２に連系される電気自動車の有効電力または無効電力を調整する装置であったりする場合であってもよい。

さらに、調整装置１６は、配電線２に設置されているコンデンサや、リアクトルや、静止形無効電力補償装置（ＳＶＣ）や、自励式無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）や、ループコントローラ（ＬＰＣ）などである場合であってもよい。かかる装置を調整装置制御部１７ｂの制御対象となる調整装置１６として代用することで、新たな設備を配電用変電所１に導入することなく調整量制御処理を行えるので、単独運転を回避できる電力供給システムの構築を、より低コストで実現することが可能となる。

また、上記した実施例１および２では、ＰＱ計測装置１５が単独運転回避装置１７と独立に設置される場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、ＰＱ計測装置１５が単独運転回避装置１７に組み込まれる場合であってもよい。

また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

なお、本実施例で説明した単独運転回避方法は、あらかじめ用意された単独運転回避プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。このプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することができる。また、このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

以上のように、本発明に係る単独運転回避装置、単独運転回避方法および単独運転回避プログラムは、分散電源が配電系統に連系される場合に有用であり、特に、分散電源が配電系統に連系される場合に発生する可能性のある単独運転を回避することに適する。

１ 配電用変電所
１１ 変電所変圧器
１２ 遮断器
１３ 電流センサ
１４ 電圧センサ
１５ ＰＱ計測装置
１６ 調整装置
１７ 単独運転回避装置
１７ａ 入力部
１７ｂ 調整装置制御部
１７ｃ 出力部
１７ｄ 制御動作切り替え部
２ 配電線
３ 負荷
４ 分散電源

Claims (15)

1. 配電用変電所から需要家に電力を供給する、分散電源が連系された配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記分散電源における単独運転発生範囲を含む範囲を近似処理して求められる多角形内となった場合に、当該計測された有効電力または無効電力が前記多角形外となるように、前記配電線上にある遮断器の需要家側において有効電力または無効電力の調整を行なう調整装置による調整量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする単独運転回避装置。
2. 前記制御手段は、前記配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記多角形が含まれる第２の所定の範囲外となった場合に、当該計測された有効電力または無効電力が前記第２の所定の範囲内となるように、前記調整装置による有効電力または無効電力の調整量を制御することを特徴とする請求項１に記載の単独運転回避装置。
3. 前記調整装置が容量性の無効電力の調整を行なう場合であって、
   前記制御手段は、前記配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記多角形内となった場合に、容量性の無効電力が増加するように前記調整装置を制御し、前記配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記多角形外となった場合に、容量性の無効電力が減少するように前記調整装置を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の単独運転回避装置。
4. 前記制御手段は、前記配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記第２の所定の範囲外となった場合に、容量性の無効電力が減少するように前記調整装置を制御することを特徴とする請求項３に記載の単独運転回避装置。
5. 前記調整装置が誘導性の無効電力の調整を行なう場合であって、
   前記制御手段は、前記配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記多角形内となった場合に、誘導性の無効電力が増加するように前記調整装置を制御し、前記配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記多角形外となった場合に、誘導性の無効電力が減少するように前記調整装置を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の単独運転回避装置。
6. 前記制御手段は、前記配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記第２の所定の範囲外となった場合に、誘導性の無効電力が減少するように前記調整装置を制御することを特徴とする請求項５に記載の単独運転回避装置。
7. 前記制御手段は、前記調整装置における無効電力の調整が所定の調整量の範囲内で実行されるように制御することを特徴とする請求項３〜６のいずれか一つに記載の単独運転回避装置。
8. 前記単独運転発生範囲は、前記配電線に同一種類の分散電源が複数連系される場合、当該同一種類の分散電源単体の定格容量で規格化された範囲に、当該配電線に連系している分散電源総容量を乗じることで定められる範囲を用いて決定されることを特徴とする請求項１に記載の単独運転回避装置。
9. 前記単独運転発生範囲は、前記配電線に異なる種類の分散電源が複数連系される場合、各種類の分散電源単体の定格容量で規格化された各単独運転発生範囲の和集合により定まる範囲に、当該配電線に連系している分散電源総容量を乗じることで定められる範囲を用いて決定されることを特徴とする請求項１又は８に記載の単独運転回避装置。
10. 前記多角形は、三角形の和集合として表された多角形であることを特徴とする請求項１に記載の単独運転回避装置。
11. 前記制御手段は、前記配電用変電所に設置された有効電力または無効電力を調整する調整装置、または、前記需要家に設置された有効電力または無効電力を調整する調整装置、または、前記配電線に設置された有効電力または無効電力を調整する調整装置を制御することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の単独運転回避装置。
12. 前記制御手段は、前記遮断器の解放時に、前記配電線の無電圧を確認後、前記調整装置に対する制御動作を停止し、前記遮断器の再投入時に、前記配電線の電圧が所定の電圧となったことを確認後、前記調整装置に対する制御動作を再開することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の単独運転回避装置。
13. 前記制御手段は、前記遮断器が投入状態にある場合に、前記配電線にて順次計測された有効電力および無効電力に基づいて、前記調整装置を制御するための調整量を順次算出し、前記遮断器の解放直後に、前記遮断器の解放直前に算出した調整量により前記調整装置を制御することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の単独運転回避装置。
14. 配電用変電所から需要家に電力を供給する、分散電源が連系された配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記分散電源における単独運転発生範囲を含む範囲を近似処理して求められる多角形内となった場合に、当該計測された有効電力または無効電力が前記多角形外となるように、前記配電線上にある遮断器の需要家側において有効電力または無効電力の調整を行なう調整装置による調整量を制御する制御ステップを含んだことを特徴とする単独運転回避方法。
15. 配電用変電所から需要家に電力を供給する、分散電源が連系された配電線にて計測された有効電力および無効電力が前記分散電源における単独運転発生範囲を含む範囲を近似処理して求められる多角形内となった場合に、当該計測された有効電力または無効電力が前記多角形外となるように、前記配電線上にある遮断器の需要家側において有効電力または無効電力の調整を行なう調整装置による調整量を制御する制御手順をコンピュータに実行させることを特徴とする単独運転回避プログラム。

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