第 4 章 太陽光発電大量導入時のネットワークにおける電力貯蔵装置の最適配置
4.4 電圧上昇対策における電力貯蔵装置の適正配置及び容量分析
4.4.1 従来系統モデルとフラクタル系統モデルの系統構成
従 来 の 系 統 解 析 で は 、 変 電 所 か ら 需 要 地 ま で 延 び た 1 フ ィ ー ダ ー の 主 幹 線 を 想 定 し た 図 4-8 の よ う な 簡 易 系 統 モ デ ル が 用 い ら れ て い た 。本 章 で は 、こ の 簡 易 系 統 に 加 え 、 図 4-9 の 40 母 線 系 統 と 前 節 で 自 動 生 成 し た フ ラ ク タ ル 系 統(図 4-10)を 用 い て 電 圧 逸 脱 問 題 を 解 析 す る 。 電 圧 階 級 は 6.6kV の み を 想 定 す る が 、 需 要 地 母 線 は 柱 上 変 圧 器 と し て 扱 い 105V に 降 圧 す る 。 従 来 用 い ら れ て い た 系 統(11 母 線 、40 母 線)で は 、 す べ て の 母 線 に 需 要 を 平 均 的 に 割 り 振 っ て い た が 、 自 動 生 成 し た フ ラ ク タ ル 系 統 で は 、一 つ の 母 線 と し か 接 続 さ れ て い な い 末 端 の 母 線 に 対 し て 需 要 を ラ ン ダ ム に 振 り 分 け る 。こ の 末 端 の 母 線 が 柱 上 変 圧 器 と な る 。ベ ー ス と な る 系 統 容 量 は 、 全 系 統 3.5MVA と す る 。 従 来 系 統 の モ デ ル で は 、 各 母 線 間 の 距 離(各 送 電 線 の 長 さ)を 500m と 一 定 に し て お り 、 イ ン ピ ー ダ ン ス 値 は R=0.240Ω/km、X=0.300 Ω/km を 採 用 し て い る 。フ ラ ク タ ル 系 統 で は 、表 4-2 に 示 す 通 り 、線 種 に よ っ て ラ ン ダ ム に 送 電 線 の 長 さ を 変 化 さ せ て お り 、 イ ン ピ ー ダ ン ス 値 も 変 化 さ せ て い る 。
従 来 の 系 統 解 析 で は 一 時 刻 断 面 で の 解 析 で あ っ た た め 、導 入 さ れ る 太 陽 光 発 電 や 蓄 電 池 は そ の 設 備 出 力 値 が 指 定 の 母 線 に 割 り 振 ら れ て い た 。し か し 、末 端 の 需 要 地 ま で 表 現 す る こ と が で き る フ ラ ク タ ル 系 統 で は 設 置 す る 蓄 電 池 一 台 一 台 の 運 用 を 考 慮 で き る 。つ ま り 、自 動 生 成 さ れ た 詳 細 な 系 統 モ デ ル に よ っ て 、需 要 家 毎 に 設 置 し た 蓄 電 池 の 運 用 を 模 擬 で き る こ と を 表 し て い る 。 図 4-11 に 、 フ ラ ク タ ル 系 統 に 用 い ら れ る 需 要 と 太 陽 光 の 日 射 強 度 の 時 系 列 デ ー タ を 示 す 。需 要 デ ー タ は 、4 つ の 一 般 住 宅 パ タ ン と 商 業 需 要 パ タ ン の 計 5 パ タ ン の ラ ン ダ ム に 振 り 分 け る 。 こ の 需
y = -1.56x + 5.14 R² = 0.98 0
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
log (N(d))
log (d)
y = -1.60x + 5.72 R² = 0.99
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
log (N(d))
log (d)
要 パ タ ン は 日 最 大 需 要 で 正 規 化 さ れ て い る た め 、需 要 パ タ ン を 振 り 分 け 後 、需 要 電 力 に 変 換 す る 必 要 が あ る 。本 解 析 で は 、柱 上 変 圧 器 ま で を 模 擬 す る た め 、最 大 需 要 を 10~25kW に 設 定 す る 。太 陽 光 発 電 出 力 は 、日 射 強 度 か ら パ ネ ル 効 率 を 掛 け 、定 格 出 力 を 満 た す よ う に 導 入 さ れ る 。そ の た め 、シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で は パ ネ ル 効 率 は 考 慮 せ ず 、 快 晴 の 最 大 日 射 時 に 定 格 出 力 が 出 る よ う に す る 。 図 中 で は 、 晴 ･曇 り ･ 雨 の 3 パ タ ン を 示 し て い る が 、 電 圧 上 昇 問 題 は 晴 天 の 余 剰 電 力 発 生 時 に 起 こ る た め 、 本 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で は 晴 天 時 を 重 点 的 に 分 析 す る 。
こ こ で 系 統 解 析 す る た め の 電 力 潮 流 計 算 に つ い て 既 述 す る 。送 電 線 の 電 力 の 流 れ (潮 流)や 電 圧 分 布 を 計 算 す る 電 力 潮 流 計 算 は 電 力 系 統 の 計 画 、運 用 状 態 を 評 価 す る 際 に 必 要 不 可 欠 で あ る 。電 力 系 統 は 、発 電 機 、負 荷 、送 電 線 及 び 変 圧 器 な ど の 設 備 が 相 互 に 統 合 さ れ た ひ と つ の 電 気 回 路 で あ り 、そ の 発 電 機 、負 荷 、調 相 設 備 の 状 態 か ら 系 統 各 部 の 電 圧 分 布 や 各 送 電 線 の 電 力 潮 流 を 求 め る こ と が で き る 。潮 流 計 算 で は 、送 電 線 や 変 圧 器 を ブ ラ ン チ 、発 電 所 、負 荷 、電 線 の 分 岐 点 な ど は ノ ー ド と 呼 ば れ る 。本 研 究 は 、電 力 潮 流 を 求 め る 数 値 計 算 法 と し て ニ ュ ー ト ン・ラ フ ソ ン 法 を 用 い た 。
図 4-8 従 来 研 究 で 用 い ら れ て い た 11 母 線 系 統 図
4-9
2
1 3 4 5 6 7 8 9 10 11
6750V/105V 6600V/105V
Z=0.240+j0.3 [Ω/km]
1 2 3 5 4
7 6
8 9 10 11
12 14 13 16 15
17 18
21 19
20 22 23 24
25 26
28 27
29
31 30
32 38 39 33
40 34
35
36 37
6750/105V 6600/105V
図 4-10 フ ラ ク タ ル 理 論 に よ り 自 動 生 成 し た 225 母 線 系 統 図
図 4-11 フ ラ ク タ ル 系 統 解 析 に 用 い ら れ る 需 要 と 日 射 強 度 の 時 系 列 デ ー タ
1
2 3
4 5
6
7 9
8
10 11 13
14
15 16
17 18
19 20
21
22 23
24 25
26
27 28
29
30
31 32 33
34
35
36 37
38
39
43 40 42
41 44
45
46
47 12
48
49
50
51 52
53 54
55 56 57
58 59
60
61 67
63
64 65
66
62
68
69 70
77
92
73 74
75
76
78
79 80
81 82 83
84 71
85 86
8788
89 90
91
72
93 95 94
96 97
98 99 185
100 101
103
102
104
105
106 108 107
109 111 112
114 113 120
116 115
117 118 119
121 122 123
157 125
127 126 128 129
130
131 132 133
134
135
110
136
137
138
139
140 141 142
143 144 146 145 147
148 149
150 151
152 178 153
154 155 156
124 158
159
160
161
162
163 165 164 166
167 168
169 170
171 172
173
174 176 175
177 179
180 181
182 183
184
186
187
188 189
190 191 192 193
194 195
196 198
197 208
199
200
201
202
203 204
205 206
207
209
210
211 212 213
215 214
216 217
218
219
220
221 222
223
224
225
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
電力[p.u]
時刻[h]
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001
Solar radiation W/m2
Time 10s
Sunny Cloudy Rainy