配電系統の最適電圧制御装置
【課題】 ＬＲＴ，ＳＶＲ，ＳＣ，ＳｈＲ，ＳＶＣなどの制御器に対して集中協調制御を行うことにより配電系統の電圧を最適制御する最適電圧制御装置を提供する。
【解決手段】 遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）を利用して、電圧調整器１５，１６，１７，１８を備えた配電線１２，１３を配電用変圧器１１に接続した配電系統１の電圧制御をする最適電圧制御装置２で、各電圧調整器の制御信号を２進数で表したものをつなげた２進表示を遺伝子とし、遺伝子を適用したときの配電系統の各ノードにおける電圧推定値と電圧目標値の差をノードについて合計した値を目的関数として、ＧＡに従って目的関数を最小化する最良の遺伝子を終了条件を満たすまで探索して、得られた最良遺伝子の示す制御信号に基づいて制御器の操作を決定する。
【解決手段】 遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）を利用して、電圧調整器１５，１６，１７，１８を備えた配電線１２，１３を配電用変圧器１１に接続した配電系統１の電圧制御をする最適電圧制御装置２で、各電圧調整器の制御信号を２進数で表したものをつなげた２進表示を遺伝子とし、遺伝子を適用したときの配電系統の各ノードにおける電圧推定値と電圧目標値の差をノードについて合計した値を目的関数として、ＧＡに従って目的関数を最小化する最良の遺伝子を終了条件を満たすまで探索して、得られた最良遺伝子の示す制御信号に基づいて制御器の操作を決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種制御器を備えた配電系統の電圧を集中協調制御により最適にする最適電圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
普通、配電系統は、変電所に設置された配電用変圧器につながる母線と，母線に接続された複数の高圧配電線とを備える。また、各高圧配電線には電圧降下を補償するための電圧調整器がローカル装置として接続されている。
従来の電力系統では，上位系統から下位系統へと電力の流れが一方向であるため、電力系統の電圧はこれを前提に制御されていた。
【０００３】
しかし、近年、地球温暖化や化石燃料枯渇などの問題からクリーンな自然エネルギー発電や熱効率の高いコジェネレーションシステムが注目され、これを可能とする風力発電や太陽光発電など環境負荷低減が可能な電源が増加している。送電線における損失の低減、短期間で建設、少ない投資リスク、などの利点もあることから、これら電源の多くは、需要家の近くに分散型電源として設置される。
【０００４】
ところで、風力発電や太陽光発電などの自然エネルギー発電の出力は気候天候によって大きな影響を受けるため、これら電源を下位系統に分散して接続した配電系統では、従来の系統にはない逆潮流を生じることがある。
したがって、分散型電源が増加すると、電力が上位系統から下位系統に流れることを前提とする従来の制御手法では各ノードにおける電圧変動を抑えることが難しい。しかし、電圧変動は需要家の機器に悪影響を及ぼすので、需要家電圧を一定範囲内に保持する必要がある。
【０００５】
従来の配電系統の電圧制御には、配電用変電所における負荷時タップ切替変圧器（ＬＲＴ）や配電線上の自動電圧調整器（ＳＶＲ）などが、自端情報である電圧・電流計測値に基づいて、タップ位置を算定して決定する方式が多く採用されている。特に、ＳＶＲでは、そのＳＶＲより末端側に負荷中心点と呼ばれる目標点を定め、自端における電圧・電流計測値を用いて負荷中心点における電圧値を推定し、その電圧値が適正範囲に収まるように変圧器タップの位置を制御している。
【０００６】
しかし、分散型電源が増加してくると、以下のような問題が生じる。
（１）分散型電源からの逆潮流や、自然エネルギー発電の不安定な出力、不均等な負荷分布により各フィーダの電圧分布も複雑な形となるなどの問題があって、負荷中心点では電圧値が適正範囲に収まっても、末端部分など他の地点では適正範囲から逸脱する可能性がある。
（２）ＬＲＴとＳＶＲは時限および感度による協調を図ることができるが、系統全体を統括的に見て最適な動作をするとは限らない。
したがって、系統全体にわたって整合の取れた電圧最適化を達成する電圧制御装置が求められている。
【０００７】
非特許文献1には、配電系統における需要家電圧を安定化する自律分散電圧制御方法が開示されている。開示方法は、配電系統内に並列コンデンサ（ＳＣ）を分散配置しこれに併設した電圧制御装置により、自端情報である電圧変動の移動平均値を使用して一定電圧を維持するようにコンデンサの入り切り制御を行うもので、高価な中央コンピュータシステムや系統全体をカバーする通信媒体を使った制御情報のやりとりを行うことなく、各制御装置が独立に電圧制御しながらも配線系統全体の電圧を一定に保つことができる。
しかし、開示方法では、自端情報のみに基づいてオンオフ制御を行うので、系統全体の電圧を最適に制御するという観点から問題が残る。
【０００８】
特許文献1には、分散型電源を備えた配電系統において送電線の負荷電流に見合った電圧を送出する配電線電圧制御方法が開示されている。開示方法は、母線の電流と分散型電源を備えた連系配電線の電流から電圧降下値を推定し、電圧降下値と母線の電圧との差によって変圧器のタップを切り替えることにより配電系統の安定化を図るものである。開示された集中制御方法によれば、連系配電線以外の配電線は、分散型電源の不安定な出力に影響されずに、負荷に応じた適切な電圧を配電用変圧器から出力できる。
【０００９】
また、配電用変電所における負荷時タップ切替変圧器（ＬＲＴ）や線路途上に設けた電圧降下補償用の自動電圧調整器（ＳＶＲ）により配電系統の電圧調整を行う場合には、ＬＲＴはバンク単位の電圧調整となるので配電線毎の負荷特性などの影響で、またＳＶＲのタップの粗さなどから、系統各部の電圧は必ずしも最適値になっているとは限らない。また、無効電力調整に使う静的なキャパシタ（ＳＣ）は軽負荷時にフェランチ効果による電圧過昇を招くと共に電力損失増加要因にもなっている。
【００１０】
特許文献2には、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）とニューラルネットワーク（ＮＮ）を使って、配電系統の電圧分布および無効電力分布を電力損失が最小になるように制御する配電系統制御システムが開示されている。
開示方法は、配電用変圧器に接続された母線と母線に接続された高圧配電線を有する配電系統の電圧を制御する方法で、高圧配電線に設けられ中央装置からの制御信号に基づいて高圧配電線の電圧および無効電力を調整するローカル装置と、高圧配電線の電圧と電流に基づいてＮＮを用いて潮流計算を行い、ＧＡを用いてローカル装置の最適な調整量の組合せを求めて設定する中央装置を備える。
【００１１】
ローカル装置である電圧調整器の制御にはＬＲＴが用いられ、無効電力調整器には分路リアクトルや電力用コンデンサをスイッチを介して線路に選択的に接続する装置や同期調相機などが用いられる。実施例の説明では、変電所にＬＲＴが使われ、配電線にインバータ制御されたレギュレータ（ＩＣＲ）とサイリスタ制御されたリアクトル(ＴＣＲ）が使われている。
【００１２】
ＧＡでは、これらローカル装置の電圧調整量と位相調整量のストリング表現を遺伝子とし、配電線における電圧の偏差と無効電力の偏差の和を目的関数、その逆数を評価関数とし、遺伝的アルゴリズムを適用して評価関数を最小にする遺伝子を探索する。
ＮＮは、生成したストリングで表される調整量を適用したときの各地点における電圧値と電力値を短時間で正確に推定するためのシミュレーション装置である。ＮＮは学習により常時最適な構造を保持するようになっている。
【００１３】
しかし、実際の配電系統ではあらゆる制御器が設備されており、これら既に存在している制御器、すなわち、ＬＲＴ，ＳＶＲ，ＳＣ，ＳｈＲ（シャントリアクトルまたは分路リアクトル），ＳＶＣ（静止型無効電力補償装置）などを対象とする配電系統電圧の最適制御については、十分な検討がなされておらず、また全ての制御器を考慮した協調制御については知見がなかった。
【特許文献１】特開２００７−１４３３１３号公報
【特許文献２】特開平１１−２８９６６３号公報
【非特許文献１】壁村克樹外「高圧配電線への自立分散型電圧調整装置適用にための模擬試験」電学論Ｂ，１２１巻１２号，平成１３年（２００１年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＬＲＴ，ＳＶＲ，ＳＣ，ＳｈＲ，ＳＶＣなどの制御器に対して集中協調制御を行うことにより配電系統の電圧を最適制御する最適電圧制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の配電系統の最適電圧制御装置は、遺伝的アルゴリズムを利用して電圧調整器を備えた配電線を配電用変圧器に接続した配電系統の電圧制御をするもので、各電圧調整器の制御信号を２進数で表したものをつなげた２進表示を遺伝子とし、遺伝子を適用したときの配電系統の各ノードにおける電圧推定値と電圧目標値の差をノードについて合計した値を目的関数として、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）に従って目的関数を最小化する最良の遺伝子を終了条件を満たすまで探索して、得られた最良遺伝子の示す制御信号に基づいて制御器の操作を決定することを特徴とする。
【００１６】
遺伝子は、配電系統中に実際に配置されたＬＲＴとＳＶＲのタップ位置を２進数表示した値、ＳｈＲとＳＣのオンオフ操作を示す２進数、ＳＶＣの制御量を表す２進数、をそれぞれ制御器に対応して列挙した２進数で表される。
目的関数は、送電損失を取り込んだものであってもよい。
ＧＡの終了条件は、世代数が例えば１０００代など所定の数に達することであってもよい。
ＧＡ操作には、選択、交叉、突然変異が含まれることが好ましい。
なお、本発明の配電系統の最適電圧制御装置は、中央制御装置と、中央制御装置と各電圧調整器の間を結ぶ通信路を備えて、集中制御を行うようにすることができる。
【００１７】
本発明の配電系統の最適電圧制御装置によれば、遺伝子を適切に選択しＧＡを利用することにより、配電系統中の全ての電圧調整機器を考慮した協調制御を達成し、かつ極めて短時間に制御方法を決めることができる。また目的関数を適切に選択することにより、各ノード電圧が目標値により近づくように制御することができる。
さらに、各電圧調整機器の制御を決定するときに、大規模な最適化問題などで解が多峰性を有する場合や実行可能領域が離散集合である場合などにも、ＧＡによって高速で近似解に到達することができる。
また、本発明の装置では、配電系列中に風力発電や太陽光発電など分散型電源が存在する場合でも、各ノードにおける電圧値を推定するときに分散型電源の出力を算入すれば足り、各電圧調整器の最適操作を決定する手順に大きな変更は必要ないので、容易に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用い実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の１実施例に係る配電系統の電圧制御装置を示すブロック図、図２は本実施例に利用される遺伝的アルゴリズムの手順例を示すフロー図、図３は本実施例で対象とするＳＶＣの構成図と等価回路図、図４は本実施例で対象とするＬＲＴの等価モデル図と等価四端子回路、図５は本実施例の効果を確認するシミュレーションで対象とした配電系統の系統図、図６はシミュレーションで対象とした配電系統における負荷パターン、図７は太陽光発電の最大出力の１日の変化を表したグラフ、図８−１０はシミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース１における効果を説明する図面、図１１−１３はシミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース２における効果を説明する図面、図１４−１６はシミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース３における効果を説明する図面である。
【００１９】
図１は、本実施例に係る配電系統の電圧制御装置を示す。
本実施例の電圧制御装置が対象とする配電系統１は、配電変電所に接続された高圧配線で構成される配電系統で、１バンクあるいは複数バンクの下位系列１２，１３が含まれる。また、たとえば住宅地域配電系統には太陽光発電装置などの分散型電源ＤＧ１４が接続されることが多くなっている。
配電系統１の電圧を制御する電圧調整器として、配電用変電所に設備されたＬＲＴ１１や配電線中に設けられたＳＶＲ１５、あるいは、ＳＣ１７、ＳｈＲ１８がある。また、配電線にはＳＶＣ１６が設けられる場合がある。
【００２０】
本実施例に係る配電系統の電圧制御装置は、配電系統１の電圧を集中協調制御する装置で、中央管理室などに設備された中央制御装置２で構成され、制御信号は通信網３を介して配電系統における各調整用機器に伝達される。
なお、中央制御装置２において必要とされる配電系統１の各所における測定信号も通信網３を介して収集される。
【００２１】
中央制御装置２は、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）を利用して各電圧調整器の制御方法や制御量の最適値を算出して配電系統内の電圧調整器に伝送し、配電系統各所の電圧について協調制御をする。ＧＡは、大規模な最適化問題で多峰性を有する場合や、実行可能領域が離散集合である場合などに使用できる優れた高速近似解法である。
【００２２】
本実施例のＧＡでは、各電圧調整器の動作指令信号を２進数表示したものを連続させて形成される２進数のストリングを遺伝子とする。ＬＲＴとＳＶＲについてはタップ位置を２進数表示したストリング、ＳｈＲとＳＣについてはオンオフを０，１で表したストリング、ＳＶＣについては制御量を２進数表示したストリングを生成して、直列に接合したストリングが遺伝子となる。
【００２３】
また、目的関数を各ノードで顕示される電圧値と目標電圧値の差の絶対値を全て加算した値とし、この目的関数が最小になることを評価基準とする。目的関数の最小化問題を解くことにより各電圧調整器の操作量を決定し、配電系統全体の電圧最適化を行う。
なお、送電損失を考慮に入れることもできる。電圧の余裕を最大にすることと電力損失を減らすことのバランスを適切に考慮して評価するためには、重み係数を適正に選択する必要がある。
各ノードにおける電圧はＧＡを実行する中央制御装置内でシミュレーションにより推定する。
【００２４】
目的関数の例として、（１）式を挙げることができる。この目的関数は、急峻な電圧変動に対してもロバストであるように電圧余裕を十分に確保できるように設定し、また同様に送電損失についても評価できるようにしたものである。
Ｆ＝ω1Σ|Ｖnref−Ｖn|＋ω2Loss （１）
ここで、
F ：目的関数
Ｖnref ：ｎ番目のノードの電圧目標値
Ｖn ：ｎ番目のノードの電圧（推定値）
Loss ：送電損失
ω1ω2 ：重み係数
【００２５】
なお、配電用変電所における送り出し変圧器において、（２）（３）式の制約条件を満たす必要がある。
Ｖ0min ≦Ｖ0≦Ｖ0max （２）
ｔmin ≦ｔ≦ｔmax （３）
ここで、
Ｖ0 ：送り出し電圧
Ｖ0min ：送り出し電圧の最小値
Ｖ0max ：送り出し電圧の最大値
ｔ ：変圧器のタップ比
ｔmin ：変圧器タップの最小比
ｔmax ：変圧器タップの最大比
【００２６】
図２は、本実施例で利用されるＧＡの基本動作の流れを示すフローチャートである。
初めに、ランダムな２進数を有するストリングをＮ個、例えば５０個、生成して、それらのストリングで表される遺伝子を持った個体群が入る初期世代を形成して現世代とする（Ｓ１）。ここで、１世代中の個体の数をＮ個とした。
次に、現世代中の全ての個体について目的関数に対する適合度を算定する（Ｓ２）。このとき、遺伝子の表す各電圧調整器の制御状態を実地に即した配電系統モデルに当て嵌めて、各ノードにおける電圧を推定し、また、送電損失を推定して使う。
【００２７】
現世代の固体について、再生（Ｓ３）、交叉（Ｓ４）、突然変異（Ｓ５）の順序で行い、その結果を次世代に保存する（Ｓ６）。
再生は、選択した個体の適合度に応じて一定の規則に従い個体を再生するものである（Ｓ３）。選択方法にはルーレット選択、ランキング選択、トーナメント選択など色々の方法がある。選択されなかった個体は棄却されることになり、再生は自然淘汰をモデル化したものに当たる。
交叉は、生物が子孫を残すことをモデル化したもので、適合度に応じて選択された個体の遺伝子の一部を入れ換えて新しい個体を生成する操作である（Ｓ４）。２個の個体を選択して、その遺伝子ストリングに２個の交叉点をランダムに選んで交叉点に挟まれた部分を入れ換える２点交叉や各要素毎に独立に１/２の確率で入れ換える一様交叉などがよく利用される。
突然変異は、個体の遺伝子の一部を変化させて新しい個体を生成する操作である（Ｓ５）。
【００２８】
次世代の個体数がＮ個に達するまで、再生、交叉、突然変異の操作を繰り返し（Ｓ）、Ｎ個になったら次世代の内容を全て現世代に移す（Ｓ８）。
世代数がＧ個、たとえば１０００個、に達するまで、Ｓ２以降の手順を繰り返し（Ｓ９）、Ｇ個に達したときに、最終的に現世代のなかで最も適合度の高い個体を解として出力する（Ｓ１０）。
ＧＡの解は、中央制御装置２において電圧調整器に適合する電気信号に変換され、通信網３を介して配電系統１中の電圧調整器に伝達され、これにしたがって配電系統の電圧調整が行われる。
【００２９】
ＧＡの目的関数において各ノードにおける電圧状態が平等に関与するように構成されているため、ＧＡで得られた解によれば配電系統中のノードにおける電圧が平均的に目標値に近くなっている。すなわち、ＧＡを用いることにより、配電系統のノード同士が協調的に電圧制御されることになる。
ＧＡは、解に多峰性がある場合や、実行可能領域が離散集合である場合などにおいても、高速に最適近似解を求めることができる優れた高速近似解法である。
【００３０】
本実施例の電圧制御装置では、Ｎ個の個体について目的関数の適合度を評価しなければならないので、個体の遺伝子ストリングを適用した場合について各ノードにおける電圧状態を正確にかつ高速に推定する必要がある。このため、中央制御装置２に実地の配電系統を引き写したモデルを備えており、このモデルは電圧計算に関わる点では正確かつ簡便であることが求められる。
【００３１】
図３は、ＳＶＣの解析用モデルを示す図面である。ＳＶＣは、リアクトルやコンデンサの電流をサイリスタで制御することにより、無効電力を高速で発生させる装置である。図３（ａ）に基本的な構成を示す図面を示し、図３（ｂ）に等価回路を示す。ＧＡ操作の目的には、簡単化して、図３（ｂ）に表す無効電力供給源として扱えば十分である。
【００３２】
ＬＲＴは、集中制御によってタップ位置を変更することができる負荷時タップ切替変圧器である。図４（ａ）はＬＲＴの等価回路、図４（ｂ）は等価四端子回路を示す。
いま、変圧器の巻線の巻数比が基準変圧比からそのｎ倍に切り替えられると、単位法で表示した１次側の電圧電流２次側の電圧Ｖ2、電流Ｉ2の間には次式（４）で表した関係が存在する。
【００３３】
【数１】
一方、等価四端子回路の入出力電圧電流関係式は（５）式となる。
【００３４】
【数２】
式（４）と式（５）の係数行列の各要素は互いに等しいので、
ｚ＝ＺT／ｎ， ｙ1＝ｎ(ｎ−１)／ＺT，ｙ2＝(１−ｎ)／ＺT （６）
という関係が成立する。
したがって、ＬＲＴをインピーダンス線図上に表示するときは、各要素の値を（６）式で求めて、等価四端子回路で表すことができる。
なお、ＳＶＲは、集中制御によってタップ位置を変更することができるＬＲＴ変圧器と同様に扱うものとする。
【００３５】
図５は、本実施例の配電系統電圧制御装置の性能を検証するために使用したもので、実際の配電系統を想定して形成したシミュレーション用モデルの例を示す図面である。
モデルは住宅地域における配電系統を想定したもので、ノードＮ３３に分散型電源ＤＧである太陽光発電設備が導入されている。この系統モデルの線路容量は２，５００ｋＶＡとした。
ＳＶＲは配電系統全体の電圧を調整するのに適したノードＮ６とノードＮ７の間に設置した。また、ＳＣとＳｈＲは電圧降下が大きい地域に均等に配置するため、ノードＮ２，Ｎ４，Ｎ６，Ｎ８，Ｎ１０，Ｎ１２の位置に設置した。
【００３６】
図６は、配電系統の１日における負荷変動パターンを示す図面である。住宅地域では、商業地域や工場地域と異なり、２０時頃にピーク負荷が来る特徴がある。
また、図７は太陽光発電出力の１日の変化を表す図面である。本検証シミュレーションでは，簡単のため太陽光発電は常に力率１で運転するものとした。
なお、本シミュレーションで使用する目的関数における重み係数は、電圧余裕と電力損失抑制の両方をバランス良く評価に取り込むため、試行錯誤によって、電圧余裕の重み係数ω１＝１．０、送電損失の重み係数ω２＝１０．０とした。
また、ＬＲＴ，ＳＶＲの変圧器タップは０．９〜１．０の範囲を０．０２きざみで１１タップ使用できるものとした。
ＧＡパラメータは、世代数１０００、世代内の個体数５０、再生確率１．０、交叉確率０．８、突然変異確率０．５とした。
【００３７】
図８〜図１６は本実施例の電圧制御装置に係る性能検証用シミュレーションの結果を示す図面である。シミュレーションは、制御なしの場合、変圧器のタップ制御ＬＲＴ＋ＳＶＲのみの場合、変圧器のタップ制御＋ＳＣ＋ＳｈＲの制御の場合、変圧器のタップ＋ＳＣ＋ＳｈＲ＋ＳＶＣの制御の場合の４つの場合について行った。
図は、下位系列毎に制御による各ノードにおける電圧を表示したものである。
シミュレーションは、負荷変動パターンにおける３つの特徴的な時刻を選んで行った。
【００３８】
図８〜図１０が示すケース１は、需要家負荷が最小になる６時におけるもので、太陽光発電は１８％出力を示している。図８はノードＮ１〜Ｎ１３の系統、図９はノードＮ１１１〜Ｎ１１４の系統、図１０はノードＮ３１〜Ｎ３３の系統における電圧分布を示す。
このケースは他のケースに比べて比較的条件は厳しくないため、いずれの制御方法においても５％の余裕範囲に収まった。また、全ての電圧調整器を協調制御することで各ノード電圧をほぼ１．０ｐｕの目標値にすることができる。なお、ＳＶＣを使用しない場合も全ての電圧調整器を協調制御した場合と同様の制御結果を得ることができた。
【００３９】
図１１〜図１３が示すケース２は、太陽光発電が最大出力になる１２時におけるもので、需要家負荷は中間の値になる。図１１はノードＮ１〜Ｎ１３の系統、図１２はノードＮ１１１〜Ｎ１１４の系統、図１３はノードＮ３１〜Ｎ３３の系統における電圧分布を示す。
図１１では、制御なしの場合に電圧下限値を逸脱しており、電圧調整器を協調制御した場合には十分な電圧余裕があることが分かった。これにより、電圧調整器の協調制御が確かに効果を有することが確認できる。また、図１３では、末端側の電圧が高く、分散型電源からの逆潮流が存在することが確認できる。
【００４０】
図１４〜図１６が示すケース３は、需要家負荷が最大になる２０時におけるもので、太陽光発電の出力は０のときである。図１４はノードＮ１〜Ｎ１３の系統、図１５はノードＮ１１１〜Ｎ１１４の系統、図１６はノードＮ３１〜Ｎ３３の系統における電圧分布を示す。
制御なしの場合には電圧下限値を下回ること、および送り出し電圧制御＋ＳＶＲのタップ制御の場合では電圧上限値を上回ることが分かる。送電損失最小の要請が強くて送り出し変圧器に近いノードＮ１において電圧上限値を逸脱したものと考えられる。
なお、ケース３においても、全ての電圧調整器を協調制御する場合では、全てのノードにおける電圧が許容範囲に収まっていて、大きな電圧余裕があることが確認できる。
【００４１】
このシミュレーション結果からも、全ての機器を協調的に制御すると各ノード電圧の偏差を小さくすることができ、電圧余裕を大きく取れることが分かる。また、協調制御を行うことで、ＳＣ，ＳｈＲ，ＳＶＣなどの各制御機器容量の低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の１実施例に係る配電系統の電圧制御装置を示すブロック図である。
【図２】本実施例に利用される遺伝的アルゴリズムの手順例を示すフロー図である。
【図３】本実施例で対象とするＳＶＣの構成図と等価回路図である。
【図４】本実施例で対象とするＬＲＴの等価モデル図と等価四端子回路である。
【図５】本実施例の効果を確認するシミュレーションで対象とした配電系統の系統図である。
【図６】シミュレーションで対象とした配電系統における負荷パターンである。
【図７】太陽光発電最大出力の１日の変化を表したグラフである。
【図８】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース１におけるノードＮ１〜１３についての効果を説明する図面である。
【図９】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース１におけるノードＮ１１１〜１１４についての効果を説明する図面である。
【図１０】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース１におけるノードＮ３１〜３３についての効果を説明する図面である。
【図１１】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース２におけるノードＮ１〜１３についての効果を説明する図面である。
【図１２】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース２におけるノードＮ１１１〜１１４についての効果を説明する図面である。
【図１３】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース２におけるノードＮ３１〜３３についての効果を説明する図面である。
【図１４】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース３におけるノードＮ１〜１３についての効果を説明する図面である。
【図１５】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース３におけるノードＮ１１１〜１１４についての効果を説明する図面である。
【図１６】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース３におけるノードＮ３１〜３３についての効果を説明する図面である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 配電系統
２ 中央制御装置
３ 通信網
１１ ＬＲＴ
１２，１３ 下位系列
１４ 分散型電源
１５ ＳＶＲ
１６ ＳＶＣ
１７ ＳＣ
１８ ＳｈＲ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種制御器を備えた配電系統の電圧を集中協調制御により最適にする最適電圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
普通、配電系統は、変電所に設置された配電用変圧器につながる母線と，母線に接続された複数の高圧配電線とを備える。また、各高圧配電線には電圧降下を補償するための電圧調整器がローカル装置として接続されている。
従来の電力系統では，上位系統から下位系統へと電力の流れが一方向であるため、電力系統の電圧はこれを前提に制御されていた。
【０００３】
しかし、近年、地球温暖化や化石燃料枯渇などの問題からクリーンな自然エネルギー発電や熱効率の高いコジェネレーションシステムが注目され、これを可能とする風力発電や太陽光発電など環境負荷低減が可能な電源が増加している。送電線における損失の低減、短期間で建設、少ない投資リスク、などの利点もあることから、これら電源の多くは、需要家の近くに分散型電源として設置される。
【０００４】
ところで、風力発電や太陽光発電などの自然エネルギー発電の出力は気候天候によって大きな影響を受けるため、これら電源を下位系統に分散して接続した配電系統では、従来の系統にはない逆潮流を生じることがある。
したがって、分散型電源が増加すると、電力が上位系統から下位系統に流れることを前提とする従来の制御手法では各ノードにおける電圧変動を抑えることが難しい。しかし、電圧変動は需要家の機器に悪影響を及ぼすので、需要家電圧を一定範囲内に保持する必要がある。
【０００５】
従来の配電系統の電圧制御には、配電用変電所における負荷時タップ切替変圧器（ＬＲＴ）や配電線上の自動電圧調整器（ＳＶＲ）などが、自端情報である電圧・電流計測値に基づいて、タップ位置を算定して決定する方式が多く採用されている。特に、ＳＶＲでは、そのＳＶＲより末端側に負荷中心点と呼ばれる目標点を定め、自端における電圧・電流計測値を用いて負荷中心点における電圧値を推定し、その電圧値が適正範囲に収まるように変圧器タップの位置を制御している。
【０００６】
しかし、分散型電源が増加してくると、以下のような問題が生じる。
（１）分散型電源からの逆潮流や、自然エネルギー発電の不安定な出力、不均等な負荷分布により各フィーダの電圧分布も複雑な形となるなどの問題があって、負荷中心点では電圧値が適正範囲に収まっても、末端部分など他の地点では適正範囲から逸脱する可能性がある。
（２）ＬＲＴとＳＶＲは時限および感度による協調を図ることができるが、系統全体を統括的に見て最適な動作をするとは限らない。
したがって、系統全体にわたって整合の取れた電圧最適化を達成する電圧制御装置が求められている。
【０００７】
非特許文献1には、配電系統における需要家電圧を安定化する自律分散電圧制御方法が開示されている。開示方法は、配電系統内に並列コンデンサ（ＳＣ）を分散配置しこれに併設した電圧制御装置により、自端情報である電圧変動の移動平均値を使用して一定電圧を維持するようにコンデンサの入り切り制御を行うもので、高価な中央コンピュータシステムや系統全体をカバーする通信媒体を使った制御情報のやりとりを行うことなく、各制御装置が独立に電圧制御しながらも配線系統全体の電圧を一定に保つことができる。
しかし、開示方法では、自端情報のみに基づいてオンオフ制御を行うので、系統全体の電圧を最適に制御するという観点から問題が残る。
【０００８】
特許文献1には、分散型電源を備えた配電系統において送電線の負荷電流に見合った電圧を送出する配電線電圧制御方法が開示されている。開示方法は、母線の電流と分散型電源を備えた連系配電線の電流から電圧降下値を推定し、電圧降下値と母線の電圧との差によって変圧器のタップを切り替えることにより配電系統の安定化を図るものである。開示された集中制御方法によれば、連系配電線以外の配電線は、分散型電源の不安定な出力に影響されずに、負荷に応じた適切な電圧を配電用変圧器から出力できる。
【０００９】
また、配電用変電所における負荷時タップ切替変圧器（ＬＲＴ）や線路途上に設けた電圧降下補償用の自動電圧調整器（ＳＶＲ）により配電系統の電圧調整を行う場合には、ＬＲＴはバンク単位の電圧調整となるので配電線毎の負荷特性などの影響で、またＳＶＲのタップの粗さなどから、系統各部の電圧は必ずしも最適値になっているとは限らない。また、無効電力調整に使う静的なキャパシタ（ＳＣ）は軽負荷時にフェランチ効果による電圧過昇を招くと共に電力損失増加要因にもなっている。
【００１０】
特許文献2には、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）とニューラルネットワーク（ＮＮ）を使って、配電系統の電圧分布および無効電力分布を電力損失が最小になるように制御する配電系統制御システムが開示されている。
開示方法は、配電用変圧器に接続された母線と母線に接続された高圧配電線を有する配電系統の電圧を制御する方法で、高圧配電線に設けられ中央装置からの制御信号に基づいて高圧配電線の電圧および無効電力を調整するローカル装置と、高圧配電線の電圧と電流に基づいてＮＮを用いて潮流計算を行い、ＧＡを用いてローカル装置の最適な調整量の組合せを求めて設定する中央装置を備える。
【００１１】
ローカル装置である電圧調整器の制御にはＬＲＴが用いられ、無効電力調整器には分路リアクトルや電力用コンデンサをスイッチを介して線路に選択的に接続する装置や同期調相機などが用いられる。実施例の説明では、変電所にＬＲＴが使われ、配電線にインバータ制御されたレギュレータ（ＩＣＲ）とサイリスタ制御されたリアクトル(ＴＣＲ）が使われている。
【００１２】
ＧＡでは、これらローカル装置の電圧調整量と位相調整量のストリング表現を遺伝子とし、配電線における電圧の偏差と無効電力の偏差の和を目的関数、その逆数を評価関数とし、遺伝的アルゴリズムを適用して評価関数を最小にする遺伝子を探索する。
ＮＮは、生成したストリングで表される調整量を適用したときの各地点における電圧値と電力値を短時間で正確に推定するためのシミュレーション装置である。ＮＮは学習により常時最適な構造を保持するようになっている。
【００１３】
しかし、実際の配電系統ではあらゆる制御器が設備されており、これら既に存在している制御器、すなわち、ＬＲＴ，ＳＶＲ，ＳＣ，ＳｈＲ（シャントリアクトルまたは分路リアクトル），ＳＶＣ（静止型無効電力補償装置）などを対象とする配電系統電圧の最適制御については、十分な検討がなされておらず、また全ての制御器を考慮した協調制御については知見がなかった。
【特許文献１】特開２００７−１４３３１３号公報
【特許文献２】特開平１１−２８９６６３号公報
【非特許文献１】壁村克樹外「高圧配電線への自立分散型電圧調整装置適用にための模擬試験」電学論Ｂ，１２１巻１２号，平成１３年（２００１年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ＬＲＴ，ＳＶＲ，ＳＣ，ＳｈＲ，ＳＶＣなどの制御器に対して集中協調制御を行うことにより配電系統の電圧を最適制御する最適電圧制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明の配電系統の最適電圧制御装置は、遺伝的アルゴリズムを利用して電圧調整器を備えた配電線を配電用変圧器に接続した配電系統の電圧制御をするもので、各電圧調整器の制御信号を２進数で表したものをつなげた２進表示を遺伝子とし、遺伝子を適用したときの配電系統の各ノードにおける電圧推定値と電圧目標値の差をノードについて合計した値を目的関数として、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）に従って目的関数を最小化する最良の遺伝子を終了条件を満たすまで探索して、得られた最良遺伝子の示す制御信号に基づいて制御器の操作を決定することを特徴とする。
【００１６】
遺伝子は、配電系統中に実際に配置されたＬＲＴとＳＶＲのタップ位置を２進数表示した値、ＳｈＲとＳＣのオンオフ操作を示す２進数、ＳＶＣの制御量を表す２進数、をそれぞれ制御器に対応して列挙した２進数で表される。
目的関数は、送電損失を取り込んだものであってもよい。
ＧＡの終了条件は、世代数が例えば１０００代など所定の数に達することであってもよい。
ＧＡ操作には、選択、交叉、突然変異が含まれることが好ましい。
なお、本発明の配電系統の最適電圧制御装置は、中央制御装置と、中央制御装置と各電圧調整器の間を結ぶ通信路を備えて、集中制御を行うようにすることができる。
【００１７】
本発明の配電系統の最適電圧制御装置によれば、遺伝子を適切に選択しＧＡを利用することにより、配電系統中の全ての電圧調整機器を考慮した協調制御を達成し、かつ極めて短時間に制御方法を決めることができる。また目的関数を適切に選択することにより、各ノード電圧が目標値により近づくように制御することができる。
さらに、各電圧調整機器の制御を決定するときに、大規模な最適化問題などで解が多峰性を有する場合や実行可能領域が離散集合である場合などにも、ＧＡによって高速で近似解に到達することができる。
また、本発明の装置では、配電系列中に風力発電や太陽光発電など分散型電源が存在する場合でも、各ノードにおける電圧値を推定するときに分散型電源の出力を算入すれば足り、各電圧調整器の最適操作を決定する手順に大きな変更は必要ないので、容易に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を用い実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の１実施例に係る配電系統の電圧制御装置を示すブロック図、図２は本実施例に利用される遺伝的アルゴリズムの手順例を示すフロー図、図３は本実施例で対象とするＳＶＣの構成図と等価回路図、図４は本実施例で対象とするＬＲＴの等価モデル図と等価四端子回路、図５は本実施例の効果を確認するシミュレーションで対象とした配電系統の系統図、図６はシミュレーションで対象とした配電系統における負荷パターン、図７は太陽光発電の最大出力の１日の変化を表したグラフ、図８−１０はシミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース１における効果を説明する図面、図１１−１３はシミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース２における効果を説明する図面、図１４−１６はシミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース３における効果を説明する図面である。
【００１９】
図１は、本実施例に係る配電系統の電圧制御装置を示す。
本実施例の電圧制御装置が対象とする配電系統１は、配電変電所に接続された高圧配線で構成される配電系統で、１バンクあるいは複数バンクの下位系列１２，１３が含まれる。また、たとえば住宅地域配電系統には太陽光発電装置などの分散型電源ＤＧ１４が接続されることが多くなっている。
配電系統１の電圧を制御する電圧調整器として、配電用変電所に設備されたＬＲＴ１１や配電線中に設けられたＳＶＲ１５、あるいは、ＳＣ１７、ＳｈＲ１８がある。また、配電線にはＳＶＣ１６が設けられる場合がある。
【００２０】
本実施例に係る配電系統の電圧制御装置は、配電系統１の電圧を集中協調制御する装置で、中央管理室などに設備された中央制御装置２で構成され、制御信号は通信網３を介して配電系統における各調整用機器に伝達される。
なお、中央制御装置２において必要とされる配電系統１の各所における測定信号も通信網３を介して収集される。
【００２１】
中央制御装置２は、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）を利用して各電圧調整器の制御方法や制御量の最適値を算出して配電系統内の電圧調整器に伝送し、配電系統各所の電圧について協調制御をする。ＧＡは、大規模な最適化問題で多峰性を有する場合や、実行可能領域が離散集合である場合などに使用できる優れた高速近似解法である。
【００２２】
本実施例のＧＡでは、各電圧調整器の動作指令信号を２進数表示したものを連続させて形成される２進数のストリングを遺伝子とする。ＬＲＴとＳＶＲについてはタップ位置を２進数表示したストリング、ＳｈＲとＳＣについてはオンオフを０，１で表したストリング、ＳＶＣについては制御量を２進数表示したストリングを生成して、直列に接合したストリングが遺伝子となる。
【００２３】
また、目的関数を各ノードで顕示される電圧値と目標電圧値の差の絶対値を全て加算した値とし、この目的関数が最小になることを評価基準とする。目的関数の最小化問題を解くことにより各電圧調整器の操作量を決定し、配電系統全体の電圧最適化を行う。
なお、送電損失を考慮に入れることもできる。電圧の余裕を最大にすることと電力損失を減らすことのバランスを適切に考慮して評価するためには、重み係数を適正に選択する必要がある。
各ノードにおける電圧はＧＡを実行する中央制御装置内でシミュレーションにより推定する。
【００２４】
目的関数の例として、（１）式を挙げることができる。この目的関数は、急峻な電圧変動に対してもロバストであるように電圧余裕を十分に確保できるように設定し、また同様に送電損失についても評価できるようにしたものである。
Ｆ＝ω1Σ|Ｖnref−Ｖn|＋ω2Loss （１）
ここで、
F ：目的関数
Ｖnref ：ｎ番目のノードの電圧目標値
Ｖn ：ｎ番目のノードの電圧（推定値）
Loss ：送電損失
ω1ω2 ：重み係数
【００２５】
なお、配電用変電所における送り出し変圧器において、（２）（３）式の制約条件を満たす必要がある。
Ｖ0min ≦Ｖ0≦Ｖ0max （２）
ｔmin ≦ｔ≦ｔmax （３）
ここで、
Ｖ0 ：送り出し電圧
Ｖ0min ：送り出し電圧の最小値
Ｖ0max ：送り出し電圧の最大値
ｔ ：変圧器のタップ比
ｔmin ：変圧器タップの最小比
ｔmax ：変圧器タップの最大比
【００２６】
図２は、本実施例で利用されるＧＡの基本動作の流れを示すフローチャートである。
初めに、ランダムな２進数を有するストリングをＮ個、例えば５０個、生成して、それらのストリングで表される遺伝子を持った個体群が入る初期世代を形成して現世代とする（Ｓ１）。ここで、１世代中の個体の数をＮ個とした。
次に、現世代中の全ての個体について目的関数に対する適合度を算定する（Ｓ２）。このとき、遺伝子の表す各電圧調整器の制御状態を実地に即した配電系統モデルに当て嵌めて、各ノードにおける電圧を推定し、また、送電損失を推定して使う。
【００２７】
現世代の固体について、再生（Ｓ３）、交叉（Ｓ４）、突然変異（Ｓ５）の順序で行い、その結果を次世代に保存する（Ｓ６）。
再生は、選択した個体の適合度に応じて一定の規則に従い個体を再生するものである（Ｓ３）。選択方法にはルーレット選択、ランキング選択、トーナメント選択など色々の方法がある。選択されなかった個体は棄却されることになり、再生は自然淘汰をモデル化したものに当たる。
交叉は、生物が子孫を残すことをモデル化したもので、適合度に応じて選択された個体の遺伝子の一部を入れ換えて新しい個体を生成する操作である（Ｓ４）。２個の個体を選択して、その遺伝子ストリングに２個の交叉点をランダムに選んで交叉点に挟まれた部分を入れ換える２点交叉や各要素毎に独立に１/２の確率で入れ換える一様交叉などがよく利用される。
突然変異は、個体の遺伝子の一部を変化させて新しい個体を生成する操作である（Ｓ５）。
【００２８】
次世代の個体数がＮ個に達するまで、再生、交叉、突然変異の操作を繰り返し（Ｓ）、Ｎ個になったら次世代の内容を全て現世代に移す（Ｓ８）。
世代数がＧ個、たとえば１０００個、に達するまで、Ｓ２以降の手順を繰り返し（Ｓ９）、Ｇ個に達したときに、最終的に現世代のなかで最も適合度の高い個体を解として出力する（Ｓ１０）。
ＧＡの解は、中央制御装置２において電圧調整器に適合する電気信号に変換され、通信網３を介して配電系統１中の電圧調整器に伝達され、これにしたがって配電系統の電圧調整が行われる。
【００２９】
ＧＡの目的関数において各ノードにおける電圧状態が平等に関与するように構成されているため、ＧＡで得られた解によれば配電系統中のノードにおける電圧が平均的に目標値に近くなっている。すなわち、ＧＡを用いることにより、配電系統のノード同士が協調的に電圧制御されることになる。
ＧＡは、解に多峰性がある場合や、実行可能領域が離散集合である場合などにおいても、高速に最適近似解を求めることができる優れた高速近似解法である。
【００３０】
本実施例の電圧制御装置では、Ｎ個の個体について目的関数の適合度を評価しなければならないので、個体の遺伝子ストリングを適用した場合について各ノードにおける電圧状態を正確にかつ高速に推定する必要がある。このため、中央制御装置２に実地の配電系統を引き写したモデルを備えており、このモデルは電圧計算に関わる点では正確かつ簡便であることが求められる。
【００３１】
図３は、ＳＶＣの解析用モデルを示す図面である。ＳＶＣは、リアクトルやコンデンサの電流をサイリスタで制御することにより、無効電力を高速で発生させる装置である。図３（ａ）に基本的な構成を示す図面を示し、図３（ｂ）に等価回路を示す。ＧＡ操作の目的には、簡単化して、図３（ｂ）に表す無効電力供給源として扱えば十分である。
【００３２】
ＬＲＴは、集中制御によってタップ位置を変更することができる負荷時タップ切替変圧器である。図４（ａ）はＬＲＴの等価回路、図４（ｂ）は等価四端子回路を示す。
いま、変圧器の巻線の巻数比が基準変圧比からそのｎ倍に切り替えられると、単位法で表示した１次側の電圧電流２次側の電圧Ｖ2、電流Ｉ2の間には次式（４）で表した関係が存在する。
【００３３】
【数１】
一方、等価四端子回路の入出力電圧電流関係式は（５）式となる。
【００３４】
【数２】
式（４）と式（５）の係数行列の各要素は互いに等しいので、
ｚ＝ＺT／ｎ， ｙ1＝ｎ(ｎ−１)／ＺT，ｙ2＝(１−ｎ)／ＺT （６）
という関係が成立する。
したがって、ＬＲＴをインピーダンス線図上に表示するときは、各要素の値を（６）式で求めて、等価四端子回路で表すことができる。
なお、ＳＶＲは、集中制御によってタップ位置を変更することができるＬＲＴ変圧器と同様に扱うものとする。
【００３５】
図５は、本実施例の配電系統電圧制御装置の性能を検証するために使用したもので、実際の配電系統を想定して形成したシミュレーション用モデルの例を示す図面である。
モデルは住宅地域における配電系統を想定したもので、ノードＮ３３に分散型電源ＤＧである太陽光発電設備が導入されている。この系統モデルの線路容量は２，５００ｋＶＡとした。
ＳＶＲは配電系統全体の電圧を調整するのに適したノードＮ６とノードＮ７の間に設置した。また、ＳＣとＳｈＲは電圧降下が大きい地域に均等に配置するため、ノードＮ２，Ｎ４，Ｎ６，Ｎ８，Ｎ１０，Ｎ１２の位置に設置した。
【００３６】
図６は、配電系統の１日における負荷変動パターンを示す図面である。住宅地域では、商業地域や工場地域と異なり、２０時頃にピーク負荷が来る特徴がある。
また、図７は太陽光発電出力の１日の変化を表す図面である。本検証シミュレーションでは，簡単のため太陽光発電は常に力率１で運転するものとした。
なお、本シミュレーションで使用する目的関数における重み係数は、電圧余裕と電力損失抑制の両方をバランス良く評価に取り込むため、試行錯誤によって、電圧余裕の重み係数ω１＝１．０、送電損失の重み係数ω２＝１０．０とした。
また、ＬＲＴ，ＳＶＲの変圧器タップは０．９〜１．０の範囲を０．０２きざみで１１タップ使用できるものとした。
ＧＡパラメータは、世代数１０００、世代内の個体数５０、再生確率１．０、交叉確率０．８、突然変異確率０．５とした。
【００３７】
図８〜図１６は本実施例の電圧制御装置に係る性能検証用シミュレーションの結果を示す図面である。シミュレーションは、制御なしの場合、変圧器のタップ制御ＬＲＴ＋ＳＶＲのみの場合、変圧器のタップ制御＋ＳＣ＋ＳｈＲの制御の場合、変圧器のタップ＋ＳＣ＋ＳｈＲ＋ＳＶＣの制御の場合の４つの場合について行った。
図は、下位系列毎に制御による各ノードにおける電圧を表示したものである。
シミュレーションは、負荷変動パターンにおける３つの特徴的な時刻を選んで行った。
【００３８】
図８〜図１０が示すケース１は、需要家負荷が最小になる６時におけるもので、太陽光発電は１８％出力を示している。図８はノードＮ１〜Ｎ１３の系統、図９はノードＮ１１１〜Ｎ１１４の系統、図１０はノードＮ３１〜Ｎ３３の系統における電圧分布を示す。
このケースは他のケースに比べて比較的条件は厳しくないため、いずれの制御方法においても５％の余裕範囲に収まった。また、全ての電圧調整器を協調制御することで各ノード電圧をほぼ１．０ｐｕの目標値にすることができる。なお、ＳＶＣを使用しない場合も全ての電圧調整器を協調制御した場合と同様の制御結果を得ることができた。
【００３９】
図１１〜図１３が示すケース２は、太陽光発電が最大出力になる１２時におけるもので、需要家負荷は中間の値になる。図１１はノードＮ１〜Ｎ１３の系統、図１２はノードＮ１１１〜Ｎ１１４の系統、図１３はノードＮ３１〜Ｎ３３の系統における電圧分布を示す。
図１１では、制御なしの場合に電圧下限値を逸脱しており、電圧調整器を協調制御した場合には十分な電圧余裕があることが分かった。これにより、電圧調整器の協調制御が確かに効果を有することが確認できる。また、図１３では、末端側の電圧が高く、分散型電源からの逆潮流が存在することが確認できる。
【００４０】
図１４〜図１６が示すケース３は、需要家負荷が最大になる２０時におけるもので、太陽光発電の出力は０のときである。図１４はノードＮ１〜Ｎ１３の系統、図１５はノードＮ１１１〜Ｎ１１４の系統、図１６はノードＮ３１〜Ｎ３３の系統における電圧分布を示す。
制御なしの場合には電圧下限値を下回ること、および送り出し電圧制御＋ＳＶＲのタップ制御の場合では電圧上限値を上回ることが分かる。送電損失最小の要請が強くて送り出し変圧器に近いノードＮ１において電圧上限値を逸脱したものと考えられる。
なお、ケース３においても、全ての電圧調整器を協調制御する場合では、全てのノードにおける電圧が許容範囲に収まっていて、大きな電圧余裕があることが確認できる。
【００４１】
このシミュレーション結果からも、全ての機器を協調的に制御すると各ノード電圧の偏差を小さくすることができ、電圧余裕を大きく取れることが分かる。また、協調制御を行うことで、ＳＣ，ＳｈＲ，ＳＶＣなどの各制御機器容量の低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の１実施例に係る配電系統の電圧制御装置を示すブロック図である。
【図２】本実施例に利用される遺伝的アルゴリズムの手順例を示すフロー図である。
【図３】本実施例で対象とするＳＶＣの構成図と等価回路図である。
【図４】本実施例で対象とするＬＲＴの等価モデル図と等価四端子回路である。
【図５】本実施例の効果を確認するシミュレーションで対象とした配電系統の系統図である。
【図６】シミュレーションで対象とした配電系統における負荷パターンである。
【図７】太陽光発電最大出力の１日の変化を表したグラフである。
【図８】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース１におけるノードＮ１〜１３についての効果を説明する図面である。
【図９】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース１におけるノードＮ１１１〜１１４についての効果を説明する図面である。
【図１０】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース１におけるノードＮ３１〜３３についての効果を説明する図面である。
【図１１】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース２におけるノードＮ１〜１３についての効果を説明する図面である。
【図１２】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース２におけるノードＮ１１１〜１１４についての効果を説明する図面である。
【図１３】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース２におけるノードＮ３１〜３３についての効果を説明する図面である。
【図１４】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース３におけるノードＮ１〜１３についての効果を説明する図面である。
【図１５】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース３におけるノードＮ１１１〜１１４についての効果を説明する図面である。
【図１６】シミュレーションによって本実施例の電圧制御装置のケース３におけるノードＮ３１〜３３についての効果を説明する図面である。
【符号の説明】
【００４３】
１ 配電系統
２ 中央制御装置
３ 通信網
１１ ＬＲＴ
１２，１３ 下位系列
１４ 分散型電源
１５ ＳＶＲ
１６ ＳＶＣ
１７ ＳＣ
１８ ＳｈＲ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧調整器を備えた配電線を配電用変圧器に接続した配電系統の電圧制御をする最適電圧制御装置であって、前記各電圧調整器の制御信号を２進数で表したものをつなげた２進表示を遺伝子とし、該遺伝子を適用したときの前記配電系統の各ノードにおける電圧推定値と電圧目標値の差を全ノードについて合計した値を目的関数として、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）に従って前記目的関数を最小化する最良の遺伝子を終了条件を満たすまで探索して、得られた最良遺伝子の示す制御信号に基づいて前記制御器の操作を決定することを特徴とする、配電系統の最適電圧制御装置。
【請求項２】
前記電圧調整器は、配電用変電所における負荷時タップ切替変圧器（ＬＲＴ）、配電線上に設けた自動電圧調整器（ＳＶＲ）、シャントキャパシタ（ＳＣ）、シャントリアクトル（ＳｈＲ）、静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）の1個以上を含み、前記遺伝子は前記電圧調整器の制御信号を表す２進数を連結した２進数で表されることを特徴とする請求項１記載の配電系統の最適電圧制御装置。
【請求項３】
前記目的関数は、さらに、送電損失を加味したものであることを特徴とする請求項１または２記載の配電系統の最適電圧制御装置。
【請求項４】
前記電圧推定値は該最適電圧制御装置に格納した前記配電系統のモデルを使って算出することを特徴とする請求項１から3のいずれかに記載の配電系統の最適電圧制御装置。
【請求項１】
電圧調整器を備えた配電線を配電用変圧器に接続した配電系統の電圧制御をする最適電圧制御装置であって、前記各電圧調整器の制御信号を２進数で表したものをつなげた２進表示を遺伝子とし、該遺伝子を適用したときの前記配電系統の各ノードにおける電圧推定値と電圧目標値の差を全ノードについて合計した値を目的関数として、遺伝的アルゴリズム（ＧＡ）に従って前記目的関数を最小化する最良の遺伝子を終了条件を満たすまで探索して、得られた最良遺伝子の示す制御信号に基づいて前記制御器の操作を決定することを特徴とする、配電系統の最適電圧制御装置。
【請求項２】
前記電圧調整器は、配電用変電所における負荷時タップ切替変圧器（ＬＲＴ）、配電線上に設けた自動電圧調整器（ＳＶＲ）、シャントキャパシタ（ＳＣ）、シャントリアクトル（ＳｈＲ）、静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）の1個以上を含み、前記遺伝子は前記電圧調整器の制御信号を表す２進数を連結した２進数で表されることを特徴とする請求項１記載の配電系統の最適電圧制御装置。
【請求項３】
前記目的関数は、さらに、送電損失を加味したものであることを特徴とする請求項１または２記載の配電系統の最適電圧制御装置。
【請求項４】
前記電圧推定値は該最適電圧制御装置に格納した前記配電系統のモデルを使って算出することを特徴とする請求項１から3のいずれかに記載の配電系統の最適電圧制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−６５７８８（Ｐ２００９−６５７８８Ａ）
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３２０６７（Ｐ２００７−２３２０６７）
【出願日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【出願人】（５０４１４５３０８）国立大学法人 琉球大学 (100)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【出願人】（５０４１４５３０８）国立大学法人 琉球大学 (100)
【Ｆターム（参考）】
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