需要地系統の需給一体化運用・制御

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(1)プロジェクト課題. 需要地系統の需給一体化運用・制御背景・目的地球環境問題への対応により、太陽光発電（PV）を中心とした分散形の再生可能エネルギー電源の導入が加速される見通しにある。これら分散形電源の導入拡大に対しては、系統安定化のための、配電線レベルの対応技術の確立とともに、分散形電源の有効活用技術を含めた需要・供給サイドの協調による需給一体形運用技術の開発が期待される。本課題では、自然エネルギーを中心とした、再生可能エネルギー電源の電力系統への円滑な導入と有効活用を図るため、需給一体形の制御を取入れた需要地系統の運用・制御に関わる技術を開発する。. 主な成果 1．PV 余剰電力活用技術の開発 PV 大量導入時に想定される余剰電力問題の対策法の一つとして、運転自由度の大きいヒートポンプ式給湯機を PV の出力時間帯に運転させて PV 出力電力を有効活用する方式に着目し、系統と需要家が連携した翌日運用計画手法を提案した（図１ a）。この効果の検証のため、逆潮流制約量をパラメータとし、天気予報と PV 出力との関係、負荷消費電力等のデータをもとに、需要家の年間需給シミュレーションを行った。その結果、給湯機の連携運転により、PV 発電機会損失＊ 1 を各月で低減でき、その最大月で 6 0％程度に達することを明らかにした（図 1 b）［R 0 9 0 2 3］。 2．瞬時電圧低下発生時の PV 安定運転性の評価将来の PV 大量導入時に系統の安定性を保つため、送電線への落雷などによる瞬時電圧低下（瞬低）発生時には、瞬低回復後、PV は出力電力を直ちに瞬低発生直前の値に回復させることが要求される。この実態把握のため、国内代表 9 社、計 1 0 機種の PV 用パワーコンディショナー（PCS）を対象に瞬低試験を実施した。その結果、各機共通して、瞬低回復時に出力電力が瞬低前の値を過渡的に上回るなど、瞬低回復後に出力が顕著に変動する傾向になり、改善が必要であることを明らかにした（図 2）［R 0 9 0 1 5］。 3．需要家端の力率を考慮した需要地系統の電圧適正化方式配電線電圧管理面での至近年の課題として、PV からの逆潮流による電圧上昇に加え、高圧需要家に設置される力率改善用コンデンサ（SC）による電圧上昇（フェランチ現象）がある。これらの対策として、現状配電制御機器（SVC、SVR）を対象に、適切な電圧適正化効果をシミュレーション解析し、配電損失面と機器容量面で集中制御 SVC ＊ 2 と SVR の組合せ方式が最も有効であることを明らかにした（表 1）［R 0 9 0 2 0］。. ＊ 1：逆潮流制約条件を満足させるために抑制される PV 出力電力量。＊ 2：通信により、配電線全体の電圧を監視し、全電圧が適正範囲に収まるように SVC を遠隔制御する方式。. 68.

(2) 環境・エネルギー利用技術環境・エネルギー利用技術環境・エネルギー利用技術㻟㞺こᆀ⣌⤣㻡 <需要地系統> <需要地系統> ⵫㞹蓄電蓄電⿞⨠ 装置装置. 㞹ᅸโᚒᶭჹ 電圧制御機器電圧制御機器䟺㻯㻳㻦㻏㻃㻶㻹㻦㻏㻶㻹㻵➴㻌（LPC, （LPC, SVC,SVR等) SVC,SVR等). 㻟୕న⣌⤣ 㻡> > <上位系統 <上位系統. 8㻛 8. ஢ῼ䛛䜒䜑予測される予測される ఴ๨㞹ງ 余剰電力余剰電力. 㞺こᆀ⣌⤣䛴需要地系統の需要地系統の㐘⏕゛⏤ 運用計画運用計画. 㻃㻃㻃㻃㻃. 䝿྘㞺こᐓ䛴㏣・各需要家の逆・各需要家の逆䚭₳Ὦโ㝀㔖潮流制限量潮流制限量䝿⣌⤣ᶭჹ䟺⵫ ・系統機器（蓄・系統機器（蓄㞹ờ䚮㻶㻹㻦➴䟻電池、SVC等）電池、SVC等）䛴㐘⏕゛⏤ の運用計画の運用計画. ᝗ሒ 情報情報 โᚒ 制御制御. ㏣₳Ὦࡡโ㝀逆潮流の制限逆潮流の制限. ⣌⤣㐘⏕ 系統運用系統運用 ⟮⌦䡮䡯䡵䢃管理ｼｽﾃﾑ管理ｼｽﾃﾑ. 太陽光発電太陽光発電太陽光発電. ᫤㛣時間時間. 給湯需要給湯需要 ⤝…㞺こ. 4㻗 4 逆潮流上限:2kW 逆潮流上限:2kW 上限2kW 上限2kW ㏣₳Ὦ୕㝀N: ୕㝀㻕㼎㻺 3㻖 3. 㻟㞺こᐓ㻋పᏩ䟻㻡 <需要家(住宅）> <需要家(住宅）>. （a）余剰対応の翌日運用計画手法の概念 (a) (a) 余剰対応の翌日運用計画手法の概念余剰対応の翌日運用計画手法の概念天気予報等による PV 出力予測により、余剰が発生する天気予報等による天気予報等によるPV PV出力予測により、余剰が出力予測により、余剰が場合に実施。過去の統計データにより、予測の不確実性発生する場合に実施。過去の統計データによ発生する場合に実施。過去の統計データによを考慮。り、予測の不確実性を考慮。り、予測の不確実性を考慮。. 従来1kW 従来1kW 従来2kW 従来2kW 提案1kW 提案1kW 提案2kW 提案2kW. 従来従来 ᚉᮮ 逆潮流上限:1kW 逆潮流上限:1kW 上限1kW 上限1kW ㏣₳Ὦ୕㝀N: ୕㝀㻔㼎㻺. 提案方式提案方式 ᥞ᱄᪁ᘟ. 対策無し対策無し ᑊ➿↋ࡊ. 1㻔 1 0㻓 0. 大 ኬ大. 対策無し対策無し ᑊ➿↋ࡊ. 2㻕 2. その他その他その他その他その他. 小 ᑚ小. 日射量日射量 ᪝ᑏ㔖. 5㻘 5. ⵫㞹⿞⨠ 3+(9(9 蓄電装置, 蓄電装置, PHEV,EV PHEV,EV ⵫㞹⿞⨠ 3+(9(9 蓄電装置, 蓄電装置, PHEV,EV PHEV,EV. 㞺こᐓᶭჹ䛴需要家機器の需要家機器の㐘⏕゛⏤ 運用計画運用計画㻟᮪௲㻡 <条件> <条件> 㻐- ㏣₳Ὦโ㝀逆潮流制限 - 逆潮流制限 HP給湯機空調負荷空調負荷㻐- 㞺こᐓ౼─⥌ᣚ HP給湯機空調負荷需要家便益維持 - 需要家便益維持 HP給湯機㻐- ᩩ㔘᭩ᑚ໩ 料金最小化 - 料金最小化. 小 ᑚ小. 6㻙 6. 㼎㻺 kWkW. 制御装置制御装置制御装置（需給,IF）（需給IF) （需給IF) . 大 ኬ大. 7㻚 7 発電機会損失（kWh／日） Ⓠ㞹ᶭఌ᥾኶䟺㼎㻺㼋䠁᪝䟻発電機会損失（kWh／日）. 㻟ን㞹ᡜ㻡 <変電所> <変電所>. 提案方式提案方式 4月 4月㻗᭮. 5月 5月㻘᭮. 提案方式提案方式 ᥞ᱄᪁ᘟ. 6月 6月㻙᭮. 7月 7月㻚᭮. 8月 8月㻛᭮ 月 ᭮月. 9月 9月 10月 10月 11月 11月 12月 12月㻜᭮ 㻔㻓᭮ 㻔㻔᭮ 㻔㻕᭮. （b）需要家のＰＶ発電機会損失の改善効果例 (b) (b) 需要家のＰＶ発電機会損失の改善効果例需要家のＰＶ発電機会損失の改善効果例 4kW 4kW 容量の PV を設置した場合の結果で、必要に 4kW容量の容量の PV PVを設置した場合の結果で、必要を設置した場合の結果で、必要に応じた給湯機の昼間運転により損失を低減。に応じた給湯機の昼間運転により損失を低減。応じた給湯機の昼間運転により損失を低減。逆逆潮流上限値は、簡単に年間一定とした。逆潮流上限値は、簡単に年間一定とした。潮流上限値は、簡単に年間一定とした。. 図 1 PV 余剰電力有効活用のための翌日運用計画手法の概念と効果 PV余剰電力有効活用のための翌日運用計画手法の概念と効果余剰電力有効活用のための翌日運用計画手法の概念と効果図図11 PV 瞬低期間瞬低期間出力電流出力電流 4040. 4040 3030 流（A) (Ａ) 電電電流流（A) (Ａ) 電流. 2020. 2020 1010. 0 00. 0. - 1 0- 1 0. -20 -20. - 2 0- 2 0 - 3 0- 3 0. -40 -40. - 4 0- 4 0 - 0 .-20 . 2. - 0-0.1 .-10 . 1 0.0 0 . 0.0 00 . 0 0 .0.1 10 . 1 0 . 0.2 20 . 2 0 .0.3 30 . 3 0 . 0.4 40 . 4 0 . 0.5 50 . 5 0 . 0.6 60 . 6 0 .0.7 70 . 7 0 . 0.8 80 . 8 -0.1 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 時間時（間秒（）秒） (秒) (秒). 出力電力出力電力 5.0 5.0. (kW/kVar) 電力電力（KW・KVar) 電力 (kW/kVar). 5 . 050. 0 0 0. 有効電力有効電力. 4.0 4.0. 電力（KW・KVar). 4 . 040. 0 0 0. 瞬瞬低低回回復復後後にに出出力力変変動動が発生が発生^^. 3.0 3.0. 3 . 030. 0 0 0. 2.0 2.0. 2 . 020. 0 0 0. 1.0 1.0. 無効電力無効電力. 1 . 010. 0 0 0. 0.0 0.0. 0 . 000. 0 0 0. -1.0 -1.0. - 1 .-010. 0 0 0 - 0 -.20 .2. -0.1 00.0 0.7 -0.1 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 .000.0 .0 00.1 .100.1 .1 00.2 . 200.2 .2 0 .30.3 0 .3 0 .40.4 0 .4 0 . 50.5 0.5 0 .60.6 0 .6 0 .7 0 .7 0 .0.8 80 . 8 時間時（間秒（）秒） (秒) (秒) P P Q Q. - 0 .1 - 0 .1. 図図22 PV 2 PV PV用市販用市販PCS PCS PCSの瞬低発生時運転特性例の瞬低発生時運転特性例図の瞬低発生時運転特性例電圧低下率電圧低下率 30%、継続時間 30%、継続時間 0.5 0.5秒条件の結果で、瞬低秒条件の結果で、瞬低電圧低下率 3 0％、継続時間 0.5 秒条件の結果で、瞬低回復直後に出力が大きく変動することを明らかにした。回復直後に出力が大きく変動することを明らかにした。回復直後に出力が大きく変動することを明らかにした。表１表１ SVC SVCととと SVR SVR を用いた各種電圧適正化方式の比較結果を用いた各種電圧適正化方式の比較結果表１ SVC SVR を用いた各種電圧適正化方式の比較結果. SVCのみのみ SVC. 解析条件解析条件制御配電線制御配電線方式設置位置方式設置位置自端中間、末端中間、末端自端. SVCのみのみ SVC. 集中集中. 末端末端. 873 873. 1740 1740. △△. SVC+SVR SVC+SVR. 集中集中. 末端末端. 684 684. 1044 1044. ○○. 対象機器対象機器. 配電損失配電損失（kWh）（kWh） 1036 1036. 解析結果解析結果必要容量必要容量評価評価 (kVA) (kVA) 1757 1757 △△. （注）配電線最大需要に対する（注）配電線最大需要に対するPV PV導入率を導入率を0%～100%の範囲とし、電圧上限値 0%～100%の範囲とし、電圧上限値106V 106Vをを超えない機器容量を算定。超えない機器容量を算定。. 22. 69.

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