博士（工学）原 兄一 学位論文題名
高柔軟・高信頼電気エネルギー流通システムにおける 電力改質センターの運用・制御
学位論文内容の要旨
今日 の高度 文明社会 の電気エ ネルギーに対する依存度は非常に高く，民生・産業両部 門の維持・発展には安定した電力供給が必要不可欠である。こうした社会基盤のーっとし ての役割を担いながらも，近年，電気事業を取り巻く環境は多くの側面で変りつっあり，
そ れに伴い 電カシ ステムそ のもの のあり方 も大きく 変貌を 遂げる必 要性が 出てきた 。 大きな環境の変化のーっに，世界的に進展されている電気事業の規制緩和が挙げられる。
電力自由化は，従来地域独占の形態をとっていた電力供給事業を解放し，競争原理を導入 することで，電気料金の低廉化，あるいは電力供給サービスの質の向上，電気事業の透明 性・公平性の向上などを目指したものである。こうした規制緩和の進展は，二つの側面か ら電カシステムに影響を与え得るものと予想されている。一っには，様々な新規参入者が 競争原理に基づぃた発電ビジネスを展開することが，電カシステムの保有者・維持管理者 の系統の運用・計画に大きな不確実要素を与え，これが系統全体の供給信頼度を低下させ るのではないか，との懸念である。したがって，電力供給の安定性・信頼度水準を現在の 水準に維持し続けようとすれぱ，基幹送電系を含めたシステム全体に亘る対策が必要とな るため，従来以上のコストが必要となる可能性があり，規制緩和の本来の目的である電気 料金の低廉化が必ずし．も実現されるとはいえない。
規制緩和がもたらすニつ目の影響は，小規模分散型電源や小規模電力貯蔵装置を配電系 統へ連系するための制度・素地が確立された点にある。分散型電源や電力貯蔵装置の技術 開発の進展と設備価格の低廉化，さらには地球環境問題・エネルギー資源枯渇問題への対 策とあいまって，これらの設備の導入量は今後ますます増加の一途をたどるものと予想さ れている。これらの小規模分散型電源は，需要家の近傍，すなわち配電系統へ連系される ことになるが，この場合，従来の電カシステムではあまり考慮されてこなかった需要家側 から系統側への逆潮流の発生，電圧降下方向の逆転現象に伴い電圧適正化が困難になる，
高調波の増大，短絡容量の増大など，種々の技術的な問題の顕在化が懸念されており，分 散型電源の系統連系に対し寛容な電カシステムを構築するためにはこうした諸問題を解決 する必要がある。
また，電力供給に対する需要家の要望も年々多様化してきている。例えば，精密機械工 場や 半導体工 場，病 院，銀行 ，多くのOA機器を有するオフイスビルなどは非常に良質な 供給信頼度や電圧波形品質を望んでいるのに対し，一般家庭などにおいては供給信頼度や 電圧波形品質がたとえ劣化したとしても，安価な電力供給を望むケースが多い。このよう な状況を受け，需要家に対し多様な供給信頼度水準と電気料金の組み合わせからなるメニ ユーを提示し，需要家が購入する電カの品質を自由に選択可能な，いわゆる多品質電力供 給を実現可能であれぱ，より柔軟に需要家ニーズの多様化に対応可能である。このことは，
先に述べた規制緩和の進展に伴う系統信頼度の低下に対する対応策とも関連してくる。系 統全体に亘って供給信頼度維持のための策を講じるのではなく，本当に高品質な電カを望 む需要家・地域に対して必要なだけの策を講じることが，最も効率的で透明性の高い設備
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投資であるといえる。
この ように ，将来の電カシステムには様々な技術的・制度的な要求が課せられており，
それ に応え 得る新しい電力供給の枠組みを創造する必要がある。とりわけ，電カを供給す る側 と電カ を消費する側の接点に相当する配電システムにおいては，供給側・需要家側の 双方 の要求 に柔軟に対応すべく，大きく変貌を遂げる必要が出てくるものと予想される。
以上 を背景 に，現在，新しい配電システムに関する研究・開発が数例なされており，その ーっ として ，奈良・長谷川により提案されている高柔軟，高信頼電気エネルギー流通シス テム（朋ばめた，Reliable and Intelligent Energy Delive,y System；FRIENDS)が挙げられる。
FRIENDSでは， 分散型電 源，電 力貯蔵装 置，各 種パワー エレクト ロニク ス装置な どから なる電力改質センター(Quality Control Cen．紛；QCC）と呼ばれる設備を配電用変電所と需 要家との間に設備し，適切に制御・運用することで，上述の諸課題を統合的に解決するこ｀
と を 目指し たシステ ムである 。すな わち，FRIENDS構想 をより現 実的な ものとし て提唱 す る ために は，構想 の中核を なすQCCに関す る詳細 な検討が 必要で ある。こ のような 背 景 を 踏 まえ 本 論 文で は ，FRIENDSの 実 現を 大 き な目 標 に 掲げ ， 具 体的 なQCCの 内 部 構 成・ 制御・ 運用方式を開発すると共に，その性能・特徴をシミュレーションを通して把握 す る こ と で ，FR亅ENDSの 実 現 可 能 性 を 技 術 的 な 側 面 か ら 検 討 し て い る 。 本 論 文 は 全6章 か ら 構 成 さ れ て お り ， 各 章 の 内 容 を 以 下 に 簡 単 に 説 明 す る 。 第1章で はまず， 現在の 電気事業 ・電カシステムのおかれている動向を把握し，これか らの 電カシ ステムに要求されている諸課題を明確にしている。さらに，これら諸問題を解 決す べく研 究開発がなされているいくっかの新しい配電システム像を概観し，本論文で対 象としているFR亅ENDSとの関係を明確にしている。
第2章 で は，FRIENDSが目 指 す諸 目的を述 ぺると 共に，そ れらの 目的を実 現する ため に， どのよ うなシステム構成をとっているのか，既存の配電系統とはどのように違うのか に つ いて述 べている 。また，QCCが 具備すべ き機能 を明確に すると 共に，そ の機能を 実 現可能なーつの具体的な回路構成ーUPS型QCCを提案している。
第3章 で 、は ，UPS型QCCが 平 常 時に 果 た すべ き 機 能を 実 現す るための 制御手法 を提 案す´ると共に，PSCA【班；MTDCを用いた瞬時値解析を通しその有効性を検証している。本 章に おける 検討により，実運用の大部分を占めるであろう平常時の制御指針が確立され・
提案 内部構 成の特徴を定性的にだけではなく，より現実的な特徴として提唱する根拠を築 くことが可能となる。
第4章 で は ，QCCが 高 圧 配 電 系 統 か ら 受 電 で き な ぃ 状 況 ― 供 給 支障 状 態 に おけ る UPS型QCCの 制 御 手 法を 提 案 する と共に ，瞬時 値解析を 通してそ の有効 性を検証 してい る。 本章に おける検討により，平常時における波形品質の差別化による多品質電力供給だ けで はなく ，供給信頼度の観点からの差別化を加えた形で多品質電力供給を議論すること が可能となる。
第5章 で は複 数 のQCCの 協 調運 用の実 現方法 に焦点を 当てた検 討を行 なってい る。特 に， 優れた 即応性と高い信頼性が要求される事故時運用に焦点を当て，高速な運用決定が 可能 な新し い自律分散型の事故時運用を提案している。また，提案する事故時運用の結果 構築 される 自立系統における需給調整問題に対しても検討を進め，具体的な需給調整方法 を提案している。
最 後 に 第6章 は 結 論 で あ り ， 各 章 で 得 ら れ た 知 見 を 取 り ま と め て い る 。 本 論文 で 提 案し たQCC内 部 構 成， 制 御 手法 ， 運用 方式に より，QCCが具備 すべき 機 能 ，なら びにFRIENDSが目指 す機能を 技術的 には実現 可能であることが示され，本論文 が ，FRIENDSという新 しい配 電システ ムを提 唱し，具 現化していく際のーつの原動カと な るもの と考える 。
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学位論文審査の要旨
主 査 教 授 長 谷 川 淳 副 査 教 授 大 西 利 只 副 査 教 授 本 間 利 久
副 査 教 授 大 内 東 副 査 教 授 田 中 譲 副査 助教授 北 裕幸
学 位 論 文 題 名
高柔軟・高信頼電気エ不ルギ ー流通システムにおける 電力改質センターの運用・・制御
電気エネ ルギーに 対する 依存度は 非常に高く、民生・産業両部門の維持・発展｜こは 安 定 し た電力供 給が必要 不可欠 である。 こうし た社会基 盤のー っとして の役割を 担い な が ら も、近年 、電気事 業を取 り巻く環 境の変 化に伴っ て、電 カシステ ムそのも のの あ り方を 大きく変 える必 要性が出 てきて いる。
大 きな 環境の変 化の第 ーは、世 界的に進 展され ている電 気事業 の規制緩 和であ る。
電 力 自 由化は、 従来地域 独占の 形態をと ってい た電力供 給事業 を解放し 、競争原 理を 導 入 す ることで 、電気料 金の低 廉化、電 力供給 サービス の質の 向上、電 気事業の 透明 性 ・ 公 平性の向 上などを 目指し ている。 こうし た規制緩 和の進 展は、二 つの側面 から 電 カ シ ステムに 影響を与 えるも のと予想 されて いる。ま ず、様 々な新規 参入者が 競争 原 理 に 基づぃた 発電ビジ ネスを 展開する ことが 、電カシ ステム の保有者 ・維持管 理者 の 系 統 の運用・ 計画に大 きな不 確実要素 を与え 、これが 系統全 体の供給 信頼度を 低下 さ せ る のではな ぃかとの 懸念で ある。し たがっ て、電力 供給の 安定性・ 信頼度水 準を 現 在の水 準に維持 し続け ようとす れば、従来以上のコストが必要となる可能性があり、
電 気 料 金 の 低 廉 化 が 必 ず し も 実 現 さ れ る と は い え な ぃ こ と で あ る 。 規 制緩 和がもた らすニ つ目の影 響は、小 規模分 散型電源 や電力 貯蔵装置 を配電 系統 ヘ 連 系 するため の制度・ 素地が 確立され 、その 導入量が 今後ま すます増 加すると 予想 さ れ て いる点で ある。こ れらの 小規模分 散型電 源は、需 要家の 近傍、す なわち配 電系 統 ヘ 連 系される ことにな るが、 逆潮流の 発生、 電圧降下 方向の 逆転現象 に伴う電 圧適 正 化 の 困 難 化 、 高 調 波 の 増 大 、 短 絡容 量 の 増大 な ど の顕 在 化 が懸 念 さ れ てい る 。 大 きな 変化の第 二は、 電力供給 に対する 需要家 からの要 望の多 様化であ る。こ れを 受 け 、 需要家に 対し多様 な供給 信頼度水 準と電 気料金の 組み合 わせから なるメニ ュー を 提 示 し、需要 家が購入 する電 カの品質 を自由 に選択可 能な多 品質電力 供給の実 現が 期 待され ている。
こ のよ うに、将 来の電 カシステ ムには様 々な技 術的・制 度的な 要求が課 せられ てお り 、 そ れに応え 得る新し い電力 供給の枠 組みを 創造する 必要が ある。と りわけ、 電力
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を供給する側と電カを消費する側の接点に相当する配電システムは大きく変貌を遂げ る必要が出ている。以上を背景に、新しい配電システムに関する研究・開発がなされ ているが、高柔軟・高信頼電気エネルギー流通システム(FRIENDS)はそのーっである。
FRIENDS
では、分散型電源、電力貯蔵装置、各種パワーエレクトロニクス装置など からなる電力改質センター(QCC)と呼ばれる設備を、配電用変電所と需要家との間に 設備し、適切に制御・運用することで、上述の諸課題を統合的に解決することを目指 したシステムである。FRIENDS構想をより現実的なものとして提唱するためには、構想 の中 核をなすQCCに関する詳細な検討が必要である。本論文では、FRIENDSの 実現を大きな目標に掲げ、具体的なQCCの内部構成・制御・運用方式を開発すると ともに、その性能および特徴をシミュレーションによって明らかにし、FRIENDSの｀
実現可能性を技術的な側面から解明している。
本論文で明らかにされた成果は次のとおりである。
（1）FRIENDSが目指す諸目的を実現するために、QCCが具備すべき機能を明確に
し 、 そ の 機 能 を 実 現 可 能 な ー つ の 具 体 的 な 回 路 構 成 を 提 案 し て い る 。
（2）提 案し たUPS型QCCが平 常時 に果 たす べき機能を実現するための制御手法
を提案し、その有効性を検証している。これにより、実運用の大部分を占めるで
あろう平常時の制御指針が確立され、提案内部構成の特徴を定性的にだけではな
く 、 よ り 現 実 的 な 特徴 と し て 提 唱 す る 根 拠 を 築 く こ と が可 能と なっ た。
（3）QCCが高 圧配 電系 統か ら受 電で きな ぃ状況 にお ける
UPS
型QCCの制 御手法を提案し、瞬時値解析を通してその有効性を検証している。これにより、平常時
の波形品質の差別化による多品質電力供給だけではなく、供給信頼度の観点から
の 差 別 化 を 加 え た 形で 多 品 質 電 力 供 給 を 議 論 す る こ と が可 能と なっ た。
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） 複 数 のQCC
に お ける 協 調 運 用 の 実 現 方 法 に つ い て 明 らか にし てい る。これを要するに、著者は、新しい電力供給システムとして提案されているFRIENDS の重要構成要素である電力改質センターの構成について多くの新知見を与えており、
電力系統工学、電力工学に対して貢献するところ大なるものがある。よって著者は、
北 海 道 大 学 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る 。
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