JP2009050064A - 配電系統状態推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、太陽光発電設備が設置されている需要家が連系する区間の実際の負荷量を、全ての太陽光発電設備の発電量を計測することなく、一部の太陽光発電設備のみ発電量を計測して、高精度に推定する手段を提供することにある。
【解決手段】
本発明の一つの特徴は、需要家の電力量と太陽光発電設備の発電量を収集するデータ収集手段と、太陽光発電設備の発電量の関係を与える発電量相関モデルデータと、前記発電量相関モデルデータと太陽光発電設備の発電量を用いて、他の太陽光発電設備の発電量を推定する太陽光発電量推定手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は配電系統の状態推定装置に係り、特に、発電設備が設置された配電系統の各区間内の総負荷量と総発電量を推定する配電系統状態推定装置に関する。

配電系統は、基本的には、より電圧レベルの高い上位系統から、変圧器，高圧配電線，変圧器，低圧配電線を経て、各需要家に電力を供給する設備である。配電線上には、ところどころに開閉器が設置され、それらの入り切り状態を変更することで、電力の供給経路を制御している。

電力供給経路を変更すると、配電系統の各設備の電気的状態（電流，電圧など）が変化する。従って、各設備の容量制約を満たせるかどうか、電力損失を極小化できるかどうか、停電箇所を最小限にできるかどうかなどを考慮して、電力供給経路の制御が行われている。

このとき、配電線のどこにどれだけの負荷設備が連系しているか、それらが今現在どのくらいの負荷量になっているかが、上記の電力系統の各設備の電気的状態に大きな影響を与える。しかし、従来、配電系統上には計測機器が十分に設置されていないので、分解能があらい。そこで、従来は、次のような方法で推定している。まず、配電線を２つの開閉器で挟まれる領域（以下、これを区間という）に分割し、各区間に連系する需要家の契約容量の合計を計算し、配電変電所の送り出し電流を計測し、そして、配電変電所送り出し電流値を、各区間の契約総容量の比で按分して、各区間の負荷電流などを求めるやり方である。

この方法では、需要家の契約容量を用いており、実際の負荷量を反映していないので、その時々の需要家での負荷設備の使われ方で、推定結果と実態がずれる可能性がある。これに対して、配電系統の各区間毎の負荷を想定する技術として、特開２００６−２０４０３９号公報に、計測需要家と非計測需要家が混在する配電系統で、非計測需要家の日負荷を計測需要家の日負荷計測データを用いて想定する手法が提案されている。特に、非計測需要家の月間消費電力量の年間変動（変動パターンと絶対値）と、計測需要家の月間消費電力量の年間変動（変動パターンと絶対値）とから、非計測需要家に類似する計測需要家を選び、その日負荷データを用いて、当該非計測需要家の日負荷を想定することが提案されている。

特開２００６−２０４０３９号公報

近年では、配電系統の末端側に太陽光発電設備などの発電設備が設置されることも多い。このような発電設備が連系する区間については、高圧配電線上に設置された計測装置では、需要家の負荷量から発電量を相殺した電流や電圧を観測することになるので、区間内の実際の負荷量、つまり、発電量を相殺する前の負荷量がわからない。また、需要家契約容量に対する発電設備容量の比率は、需要家によって違い得ること、同じ需要家でも、発電量が時間によって変化することから、従来の按分方式のような需要家契約容量の按分比による方法では、区間内の負荷量を高精度に推定することが難しい。

また、全ての発電設備の発電量を計測して、そのデータをオンラインで収集することは、大きな費用がかかるので事実上困難である。

本発明の目的は、太陽光発電設備が設置されている需要家が連系する区間の実際の負荷量を、全ての太陽光発電設備の発電量を計測することなく、一部の太陽光発電設備のみ発電量を計測して、高精度に推定する手段を提供することにある。

本発明の一つの特徴は、需要家の電力量と太陽光発電設備の発電量を収集するデータ収集手段と、太陽光発電設備の発電量の関係を与える発電量相関モデルデータと、前記発電量相関モデルデータと太陽光発電設備の発電量を用いて、他の太陽光発電設備の発電量を推定する太陽光発電量推定手段とを備えることを特徴とする。

なお、本発明のその他の特徴は、発明を実施するための最良の形態の欄で詳細に説明する。

本発明によれば、太陽光発電設備が設置されている需要家が連系する区間の実際の負荷量を、全ての太陽光発電設備の発電量を計測することなく、一部の太陽光発電設備のみ発電量を計測して、高精度に推定する手段を提供することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明が適用された配電系統と、本発明の一実施形態の配電系統状態推定装置１の全体構成図である。

この例では、配電系統は、変圧器３１４を境に、高圧配電系統と低圧配電系統に分かれている。

高圧配電系統には、高圧配電線３１１，母線３１２，変圧器３１３，遮断器３１５，開閉器３２１〜３２５が設置されている。開閉器３２５は平常時は常に開放されており、開閉器３２１〜３２４は平常時は投入されている。高圧配電線３１１は、隣り合う２つの開閉器で区切られる幾つかのエリアに分けることができる。図１では、開閉器３２１と開閉器３２２で挟まれる区間３３１，開閉器３２２と開閉器３２３で挟まれる区間３３２，開閉器３２３と開閉器３２４で挟まれる区間３３３，開閉器３２４と開閉器３２５で挟まれる区間３３４の４つのエリアがそれである。

区間３３２には、変圧器３１４を介して低圧配電線３１６などからなる低圧配電系統が接続している。低圧配電線３１６には、需要家３４０，需要家３５０，需要家３６０の３件の需要家が接続している。

各需要家には、電力を消費する負荷設備のほか、太陽光発電設備などが設置されている。

例えば、需要家３４０には、太陽光発電設備３４１，ＷＨＭ３４２，端局３４３が設置されている。

太陽光発電設備３４１は、太陽光を受けて発電する設備である。

ＷＨＭ３４２は、低圧配電線３１６と需要家３４０の間に、一定の時間内に流れる電力量を計測する電力量計である。一定の時間としては、例えば、１時間，３０分，５分，１分などいろいろと考えられる。また、１日を８時〜１３時，１３時〜１７時，１７時〜２２時，２２時〜８時のように、幾つかの時間帯に分けて、各時間帯毎の電力量を計測することも考えられる。以下では、説明を簡単にするため、３０分を例にとって説明することにする。また、３０分あたりの電力量を、端に電力量３０分値ということにする。

このＷＨＭ３４２は、需要家３４０と低圧配電線３１６の境界部分に設置されており、需要家３４０の負荷設備で消費される電力量から、太陽光発電設備３４１で発電される発電量を差し引いた値が計測される。

端局３４３は、ＷＨＭ３４２が計測した電力量３０分値を、通信ネットワーク２を介して、配電系統状態推定装置１に送信する通信装置である。電力量３０分値は、計測直後に送信するようにしても良いし、一定期間内の電力量３０分値を自装置内に保存しておいて、一定時間後にある程度まとめて送信するようにしても良い。

需要家３６０についても全く同様である。

需要家３５０では、需要家３４０での端局３４３の代わりに高機能端局３５３が設置されている点、および日射強度センサ３５６が設置されている点が異なる。高機能端局３５３は、ＷＨＭ３５２で計測される電力量３０分値のほかに、太陽光発電設備３５１の発電量を、太陽光発電設備３５１から取り込み、これを通信ネットワーク２を介して配電系統状態推定装置１に送信する。発電量についても電力量と同様、各種の時間内の発電量を考えることができるが、ここでは３０分あたりの発電量（以下、発電量３０分値）を例にとって説明する。太陽光発電設備３５１の発電量は、高機能端局３５３で次のようにして求めることも考えられる。つまり、高機能端局３５３に予め太陽光発電設備３５１の発電特性データ（太陽光発電設備３５１の日射強度と発電量を対応付けるためのデータ）を持たせておき、これを用いて、日射強度センサ３５６が示す日射強度の値に対応する発電量を求めることが考えられる。図２に発電特性データと、日射強度から発電量３０分値を求める計算式の例を示す。この発電特性データでは、例えば、日射強度＝１５のときは発電量３０分値＝２５が求まり、日射強度＝２５のときは発電量３０分値＝３２.５が求まる。

次に、配電系統状態推定装置１の構成を説明する。

配電系統状態推定装置１は、データ収集装置１３，記録装置１２，入力装置１４，出力装置１５，推定処理装置１１からなる。

データ収集装置１３は、通信ネットワーク２を介して、端局３４３，端局３６３，高機能端局３５３から送信される電力量３０分値データや発電量３０分値データを受信し、記録装置１２に格納する。電力量データ１２４，発電量データ１２５がそれである。

記録装置１２は、そのほかに、発電設備データ１２２として、各需要家の太陽光発電設備の最大発電量データや前述の発電特性データなどを格納し、また、区間情報データ１２１として、配電系統の各区間に接続する需要家の情報を格納し、さらに発電量相関モデルデータ１２３を格納する。需要家情報としては、契約容量などの需要家の契約情報，保有する発電設備の情報，高機能端局が設置状況などが格納される。

発電量相関モデルデータは、２つの太陽光発電設備の同じ３０分間の発電量の関係を与えるためのデータである。推定処理装置１１で推定処理を行う前に、事前に記録装置に格納しておく。図３に太陽光発電設備３４１と太陽光発電設備３５１の発電量の相関モデルデータの例を３つ示す。

（１）は、２つの太陽光発電設備の発電量３０分値の過去実績をプロットして最小二乗法等で求めた近似式を相関モデルデータとして用いる例である。この例では近似式は１次式の場合を示しているが、２次式その他の近似式を用いてもよい。

（２）は、（１）で発電量３０分値の代わりに、発電率３０分値同士の近似式を相関モデルデータとして用いる例である。発電率とはその太陽光発電設備の最大発電量に対する実際の発電量の割合をいい、発電率３０分値とは、各３０分間の発電率の平均値のことである。

（１）（２）の例では、事前に、一定期間の間、各太陽光発電設備の発電量３０分値を計測してデータを収集し、これを過去実績値として用いることを想定している。

（３）は、単純に、２つの太陽光発電設備の発電率３０分値を同じとするものである。太陽光発電設備の実際の発電量や発電率を計測する必要がないので、何らかの事情で過去実績値の利用ができない場合に有効である。

なお、計測する太陽光発電設備が２つ又は２つ以上あれば、その２つ又は２つ以上の計測データを用いて、他の計測していない太陽光発電設備の発電量を推定することも考えられる。

この発電量相関モデルデータを用いることにより、発電量をモニタリングする太陽光発電設備を限定し、他の太陽光発電設備は、このモニタリングしたデータと、発電量相関モデルデータを用いて精度良く推定することができる。これは、近い場所に設置されている２つの太陽光発電設備への日射の強度は同じように変化するため、それらの発電量は変化の仕方としては似たような動きになることが期待できるからである。最大発電量の違いや太陽光発電設備の設置状況（設置角度など）の違いの影響も、それらの影響が反映された後の実績データを用いてモデル化を行うので、発電量相関モデルデータの中に既に吸収されているといえる。

入力装置１４は、推定処理装置１１に推定処理の条件や実行命令を入力する装置である。

出力装置１５は、推定処理の結果を表示する装置である。

配電システム４は、配電系統を監視，制御，計画するもので、例えば、開閉器の入り切り状態値や、配電線に設置されたセンサの計測値（電流値，電圧値，電力量など）といった状態値を収集したり、それら収集したデータに基づいて配電系統の計測されていない各点の状態値を推定したり、開閉器の入り切り状態を変更するなどの制御を行うものである。

推定処理装置１１は、入力装置から推定処理の実行命令が与えられたとき、あるいは、配電システム４などの外部システムから推定処理の実行命令が与えられたときに、与えられた条件に従って、記録装置に格納されている各種データを用いて、実行命令で指定された配電系統上のある区間のトータルの負荷量や発電量を推定する処理を行い、その結果を出力装置に表示し、あるいは、配電システム４に返す処理を行う。

推定処理装置１１は、推定制御部１１１，太陽光発電量推定部１１２，需要家負荷量推定部１１３，区間状態推定部１１４からなる。

推定制御部１１１への実行命令は、状態推定する対象区間，対象時間を指定して行われる。ここでは、区間３３２の直近３０分値の状態推定の実行命令が、推定制御部１１１に与えられた場合を例にとって説明する。

推定制御部１１１の処理の詳細を図４を用いて説明する。

（１）ＳＴＡＲＴ
・入力装置１４、あるいは配電システム４から、推定処理の実行命令に従って、処理 を開始する。

（２）太陽光発電量推定処理の起動
・太陽光発電量推定部１１２に、区間３３２に接続する各太陽光発電設備の、直近の 発電量３０分値を推定する処理の起動要求を送る。

（３）需要家負荷量推定処理の起動
・太陽光発電量推定部１１２の処理が完了したら、需要家負荷推定処理を起動する。
・需要家負荷量推定部１１３に、区間３３２に接続する各需要家の、正味の負荷量３ ０分値（需要家に設置された負荷設備の電力消費量）を推定する処理の起動要求を 送る。

（４）区間状態推定処理の起動
・需要家負荷量推定部１１３の処理が完了したら、区間状態推定処理を起動する。
・区間状態推定部１１４に、区間３３２内の総負荷量の３０分値と総発電量の３０分 値を推定する処理の起動要求を送る。

（５）推定処理結果の格納と出力
・推定処理結果の総負荷量３０分値と総発電量３０分値を、記録装置１２に格納し、 実行命令の送信元である出力装置１５、あるいは配電システム４に出力する。

（６）ＥＮＤ
太陽光発電量推定部１１２の処理の詳細を図５を用いて説明する。

（１）ＳＴＡＲＴ
・推定制御部１１１からの起動要求を受け取ったら、以下の処理を開始する。

（２）監視対象の太陽光発電設備の抽出
・区間３３２に接続する太陽光発電設備のうち、高機能端局を通じて発電量３０分値 が収集されている太陽光発電設備を、記録装置から抽出し、その発電量３０分値も 記録装置から取り出す。
・区間３３２の例では、太陽光発電設備３５１が抽出され、その発電量３０分値であ
るＧが取り出されたとする。

（３）非監視対象の太陽光発電設備の抽出
・発電量３０分値の推定処理が終わっていない非監視対象の太陽光発電設備を、記録 装置から１つ抽出する。
・区間３３２の例では、太陽光発電設備３４１と３６１の２つがあるが、まず最初に 、太陽光発電設備３４１が抽出されたとする。

（４）発電量相関モデルデータの抽出
・（２）（３）で抽出した２つの太陽光発電設備の間の発電量相関モデルデータを、 記録装置から抽出する。

・例では、太陽光発電設備３５１と３４１の間の発電量相関モデルデータとして、図 ３の（１）の近似式が抽出されたとする。

（５）非監視対象の太陽光発電設備の発電量の推定
・（４）で抽出した発電量相関モデルデータの近似式に、監視対象の太陽光発電設備 ３５１の発電量３０分値を代入して、非監視対象の太陽光発電設備３４１の発電量 を計算する。

・例では、計算の結果として、Ａ×Ｇ＋Ｂが得られることになる。

（６）（３）〜（５）処理の繰り返し
・非監視対象の太陽光発電設備全てについて、発電量３０分値の推定処理が完了する まで、（３）〜（５）の処理を繰り返す。
・例では、次に、太陽光発電設備３６１について（３）〜（５）の処理が行われるこ とになる。

（７）推定結果の格納
・推定結果の発電量３０分値を記録装置１２に格納する。

（８）ＥＮＤ
・推定制御部１１１に処理完了を通知する。

上記の処理（４）で、例で述べた図３（１）のモデル以外に、図３の（２）や（３）のように、発電率同士の関係式を用いる場合には、上記処理の（４）（５）ではそれぞれ、下記の（４′）（５′）の処理を行う。

（４′）発電量相関モデルデータの抽出
・（２）（３）で抽出した２つの太陽光発電設備の間の発電量相関モデルデータを、 記録装置１２から抽出する。
・例えば、太陽光発電設備３５１と３４１の間の発電量相関モデルデータとして、図 ３の（２）の近似式が抽出されたとする。

（５′）非監視対象の太陽光発電設備の発電量の推定
・非監視対象の太陽光発電設備の最大発電量３０分値ＧＭＡＸを記録装置から取り 出す。
・（４′）で抽出した発電量相関モデルデータの近似式に、監視対象の太陽光発電設 備３５１の発電率３０分値を代入して、非監視対象の太陽光発電設備３４１の発電 率３０分値を計算し、これを太陽光発電設備３４１の最大発電量３０分値に乗じて 、求めるべき発電量３０分値を計算する。
・例では、計算の結果として、発電率３０分値としてＡ×Ｇ＋Ｂが得られ、発電量３ ０分値として（Ａ×Ｇ＋Ｂ）×ＧＭＡＸを得ることになる。

需要家負荷量推定部１１３の処理の詳細を図６を用いて説明する。

（１）ＳＴＡＲＴ
・推定制御部１１１からの起動要求を受け取ったら、以下の処理を開始する。

（２）需要家データの抽出
・指定された区間３３２に接続する需要家を抽出し、その発電量３０分値と、電力量 ３０分値も記録装置から取り出す。

・区間３３２の例では、需要家３４０と３５０と３６０が抽出される。それぞれにつ いて取り出された発電量３０分値をＧ３４１，Ｇ３５１，Ｇ３６１、電力量３０分 値をＬ３４１，Ｌ３５１，Ｌ３６１とする。

（３）需要家の負荷量の推定
・（２）で抽出した各需要家について、抽出した電力量３０分値から発電量３０分値 を差し引いて、これを負荷量３０分値と推定する。

・需要家３４０の例では、Ｌ３４１−Ｇ３４が負荷量３０分値として得られる。同様 に、需要家３５０の例ではＬ３５１−Ｇ３５１、需要家３６０の例ではＬ３６１− Ｇ３６１が得られる。

（４）推定結果の格納
・推定結果の負荷量３０分値を記録装置１２に格納する。

（５）ＥＮＤ
・推定制御部１１１に処理完了を通知する。

区間状態推定部１１４では、太陽光発電量推定部１１２や需要家負荷量推定部１１３によって既に計算されて記録装置に格納されている、指定された区間につながる需要家の負荷量３０分値を、再び記録装置から取り出して合計することで、区間内の総負荷量３０分値を推定する。発電量３０分値についても同様である。

以上では、監視対象の太陽光発電設備と、非監視対象の太陽光発電設備が同じ区間につながっている場合について説明したが、これらが異なる区間につながっていてもよい。つまり、ある区間の総負荷量や総発電量を推定するにあたって、当該区間につながる、非監視対象の太陽光発電設備の発電量を、他の区間につながる監視対象の太陽光発電設備の情報を用いて推定することもできる。

本発明が適用された配電系統と、本発明の一実施形態の配電系統状態推定装置の全体構成図である。 発電特性データと、日射強度から発電量を求める計算式の例を示す図である。 ２つの太陽光発電設備の発電量の相関を与えるためのデータである発電量相関モデルデータの説明図である。 推定制御部の処理の説明図である。 太陽光発電量推定部の処理の説明図である。 需要家負荷量推定部の処理の説明図である。

符号の説明

１ 配電系統状態推定装置
２ 通信ネットワーク
４ 配電システム
１１ 推定処理装置
１２ 記録装置
１３ データ収集装置
１４ 入力装置
１５ 出力装置
１１１ 推定制御部
１１２ 太陽光発電量推定部
１１３ 需要家負荷量推定部
１１４ 区間状態推定部
１２１ 区間情報データ
１２２ 発電設備データ
１２３ 発電量相関モデルデータ
１２４，３４４，３５４，３６４ 電力量データ
１２５，３５５ 発電量データ
３１１ 高圧配電線
３１２ 母線
３１３，３１４ 変圧器
３１５ 遮断器
３１６ 低圧配電線
３２１，３２２，３２３，３２４，３２５ 開閉器
３３１，３３２，３３３，３３４ 区間
３４０，３５０，３６０ 需要家
３４１，３５１，３６１ 太陽光発電設備
３４２，３５２，３６２ ＷＨＭ
３４３，３６３ 端局
３５３ 高機能端局
３５６ 日射強度センサ

Claims (9)

1. 配電系統の状態を推定する配電系統状態推定装置において、
   需要家の電力量と太陽光発電設備の発電量を収集するデータ収集手段と、
   太陽光発電設備の発電量の関係を与える発電量相関モデルデータと、前記発電量相関モデルデータと太陽光発電設備の発電量を用いて、他の収集していない太陽光発電設備の発電量を推定する太陽光発電量推定手段とを備えることを特徴とする配電系統状態推定装置。
2. 請求項１において、
   前記データ収集手段で収集した需要家の電力量から、前記太陽光発電量推定手段で推定した発電量を用いて、当該需要家の負荷量を推定する需要家負荷量推定手段を備えることを特徴とする配電系統状態推定装置。
3. 請求項２において、
   配電系統の区間に連系する全需要家の負荷量と発電量を用いて、区間内の総負荷量と総発電量を推定する区間状態推定手段を備えることを特徴とする配電系統状態推定装置。
4. 請求項１において、
   発電量相関モデルデータが、２つの太陽光発電設備の発電量の過去実績値を用いて求める相関関係であることを特徴とする配電系統状態推定装置。
5. 請求項１において、
   発電量相関モデルデータが、太陽光発電設備の最大発電量に対する発電量の割合で定義される発電率に関する相関関係であることを特徴とする配電系統状態推定装置。
6. 請求項５において、
   発電率に関する相関関係を、過去の実績値を用いて求めることを特徴とする配電系統状態推定装置。
7. 請求項５において、
   発電率に関する相関関係を、２つの太陽光発電設備について同じ値同士を対応付けることを特徴とする配電系統状態推定装置。
8. 請求項１において、データ収集手段が収集する太陽光発電設備の発電量を、当該太陽光発電設備から発電量データを取得するか、当該太陽光発電設備の発電量を計測するか、計測した日射強度と当該太陽光発電設備の仕様データから求めるかのいずれかであることを特徴とする配電系統状態推定装置。
9. 請求項１において、推定する負荷量，推定する発電量，収集する電力量，推定する発電量を、１分間，５分間，３０分間，１時間などのように一定時間単位とするか、８時〜１３時，１３時〜１７時，１７時〜２２時，２２時〜８時などのように幾つかの異なる長さの時間帯の単位とすることを特徴とする配電系統状態推定装置。

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