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・目的地球環境問題等への対応により、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電力系統へ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での基本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、需要サイドと供給サイドの連携による需給一体形の運用技術の開発が期待される。本課題では、分散形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．ヒートポンプ式給湯機を用いた PV 余剰電力活用技術の実証と改良ヒートポンプ（HP）式給湯機を PV 発電時間帯に運転させて、PV 発電による余剰電力を有効活用する方式として、2 0 0 9 年度に各種予測を用いた需要家の翌日運用計画手法を提案した（図 1 a）。本方式の確立に向けて、需要家模擬実験設備による年間を通じた実証運転試験を行い、概ね設計通り運転でき、PV の発電機会損失＊ 1 を低減できることを検証した（図 1 b）。また、判明した諸課題についても対応策を考案・検証した（表 1）［R 1 0 0 4 2］。 2．需要家コンデンサ制御による配電系統電圧適正化方式の提案近年の配電系統において、PV からの逆潮流に加え、高圧需要家の力率改善用コンデンサ（SC）に起因した電圧上昇問題があり、その対策として、SC に需要家受電点電圧が上限を逸脱した場合に自動開放する機能（電圧優先モード）を持たせ、PV 大量導入対応の配電系統用 SVC* 2 と協調運用させる電圧適正化方式を提案した。シミュレーションにより、電圧面からみた PV 導入可能量を配電線設備容量比 2 0％程度増加できることを明らかにした（図 2）［R 1 0 0 2 6］。 3．電圧制御用 SVC を利用した配電線の単独運転回避方式の提案各分散形電源に装備される単独運転検出機能は、配電線遮断地点の潮流が平衡（ゼロ潮流）に近づいていると、配電線遮断時にその検出が遅延、不能となる可能性が高くなる。このため、本機能を補完する技術として、電圧制御用 SVC を利用し、配電線の無効電力が常に不平衡になるように運用制御する方式を提案した。住宅地域モデルのシミュレーションの結果、電圧制御が必要な時間帯（昼間）と単独運転回避が必要な時間帯（朝方）は異なること，回避に必要な無効電力値は電圧制御に必要な SVC 容量内であること（図 3）から、本提案方式の適用可能性が高いことを明らかにした［R 1 0 0 4 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：半導体スイッチング素子により配電線に無効電力を注入し、高速（応答時間 0.1 秒以下）で配電線電圧を制御する装置。. 68. 02-3環境.indd 68. 11/06/13 15:09.

(2) 環境・エネルギー利用技術. <上位系統 > 予想される翌日余剰電力予想される翌 <上位系統 > 日余剰電力予想される翌. <需要地系統>. <変電所> <変電所> 系統運用. 管理ｼｽﾃﾑ <変電所> 系統運用管理ｼｽﾃﾑ系統運用 <変電所> 需要地系統の管理ｼｽﾃﾑ日余剰電力予想される翌運用計画需要地系統の系統運用日余剰電力管理ｼｽﾃﾑ運用計画・各需要家の逆需要地系統の潮流制限量・各需要家の逆運用計画需要地系統の・系統機器需要家機器の潮流制限量・各需要家の逆の運用計画運用計画運用計画・系統機器需要家機器の潮流制限量の運用計画 <条件> 運用計画・各需要家の逆・系統機器需要家機器の - 逆潮流制限潮流制限量 <条件> の運用計画運用計画 -需要家機器の需要家便益維持情報逆潮流制限・系統機器 <条件> -- 需要家便益維持情報の運用計画運用計画制御逆潮流制限. 制御情報制御情報制御. <条件> - 需要家便益維持 - 逆潮流制限 - 需要家便益維持. 逆潮流の制限逆潮流の制限. 太陽光発電逆潮流の制限太陽光発電 kW. 制御装置制御装置（需給IF) （需給IF) 制御装置（需給IF) 制御装置（需給IF) HP給湯機 HP給湯機. 逆潮流の制限太陽光発電 kW kW 太陽光発電蓄電装置, 蓄電装置,PHEV,EV PHEV,EV 蓄電装置, 蓄電装置,PHEV,EV PHEV,EV kW 蓄電装置, 蓄電装置,PHEV,EV PHEV,EV. 時間時間時間時間. 蓄電装置, 蓄電装置,PHEV,EV PHEV,EV. 空調負荷空調負荷. 電力電電 (kW) 力電力 (kW) 力(kW) (kW). <上位系統 > <上位系統 >. <需要地系統> <需要地系統> <需要地系統>. その他その他その他その他. HP給湯機. 空調負荷<需要家(住宅）> その他その他. HP給湯機. 空調負荷. <需要家(住宅）> その他その他 <需要家(住宅）>. 5 5 4 5 4 PV 出力その他の負荷電力 3 5 PV 出力その他の負荷電力 4 3 PV 出力その他の負荷電力 2 4 3 HP 式給湯機電力 2 PV 出力その他の負荷電力 HP 式給湯機電力 1 3 2 HP 式給湯機電力 1 0 2 1 HP 式給湯機電力 0 -11 受電点潮流 0 逆 -1 (HP 式給湯機有）逆受電点潮流潮 -2 (HP 式給湯機有） -10 (逆潮流制限しきい値) 受電点潮流潮逆流 -2 (HP 式給湯機有）受電点潮流 (逆潮流制限しきい値) 流潮 -3 -1 受電点潮流 -2 逆 (HP 式給湯機無) 受電点潮流 -3 (逆潮流制限しきい値) この部分の発電機会損失が低減 (HP 式給湯機有）流潮 (HP 式給湯機無) 受電点潮流 -4 -2 この部分の発電機会損失が低減 -3 (逆潮流制限しきい値) 流 (HP 式給湯機無) -4 6:00 8:00 この部分の発電機会損失が低減 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 受電点潮流 -3 -4 6:00 (HP16:00 式給湯機無)18:00 8:00 10:00 12:00 14:00 この部分の発電機会損失が低減時刻 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 -4 6:00 時刻 (b) 需要家模擬実験設備での実証運転結果例（b）需要家模擬実験設備での実証運転結果例 6:00(b) 需要家模擬実験設備での実証運転結果例 8:00 10:00 14:00 16:00 18:00 時12:00刻. 配電用変電所配電用変電所配電用変電所. 6.6 kV. 住宅地域配電線 PV PV ・線路こう長：3.7km 住宅地域配電線・配電線容量:4 PV ：3.7km ・線路こう長 PVMVA 住宅地域配電線・ピーク負荷：2.5MW ・配電線容量:4 MVA ・線路こう長：3.7km ・ピーク負荷： 2.5MW 住宅地域配電線 MVA ・配電線容量:4 ・線路こう長： 3.7km ・ピーク負荷：2.5MW ・配電線容量:4 MVA ・ピーク負荷：2.5MW. PV PV 高圧需要家・負荷 400kW 高圧需要家 PV PV ・SC 100kvar×3 台・負荷 400kW 高圧需要家・SC 制御方式：自端制御 100kvar×3 台・負荷 400kW ・SC 制御方式：自端制御高圧需要家・SC 100kvar×3 台・負荷 400kW ・SC 制御方式：自端制御・SC 100kvar×3 台・SC 制御方式：自端制御. PV導入可能量 PV導入可能量 PV導入可能量 PV導入可能量 [％] [％][％] [％]. 余剰対応の HP 式給湯機の翌日運用計画の概念（(a) a ）余剰対応のHP式給湯機の翌日運用計画の概念 <需要家(住宅）> (a) 余剰対応の HP 式給湯機の翌日運用計画の概念 PV 出力や需要の予測により、余剰発生の可能性が 4kW級級PV PV と1kW（3kWh）級 1kW（3kWh）級 HP 式給湯機を使用し、 PV 出力や需要の予測により、余剰発生の可能性が 4kW と HP 式給湯機を使用し、 (a) 余剰対応の HP 式給湯機の翌日運用計画の概念 (b) 需要家模擬実験設備での実証運転結果例時級刻HP PV 出力や需要の予測により、余剰発生の可能性が 4kW 級 PV と 1kW（3kWh）式給湯機を使用し、ある場合に HP 式給湯機の貯湯を実施。予測の不確逆潮流制限しきい値を 2kW と仮定した快晴日の例。ある場合に HP 式給湯機の貯湯を実施。予測の不確逆潮流制限しきい値を 2kW級と仮定した快晴日の例。 (a) 出力や需要の予測により、余剰発生の可能性が余剰対応の HP 式給湯機の翌日運用計画の概念 (b) 需要家模擬実験設備での実証運転結果例 PV 4kW 級 PV と 1kW（3kWh） HP 式給湯機を使用し、ある場合に HP 式給湯機の貯湯を実施。予測の不確逆潮流制限しきい値を 2kW と仮定した快晴日の例。実性を考慮し、過去の統計データによる複数の予測前日計画通り HP 式給湯機が日中に運転し、発電機会ある場合に HP 式給湯機の貯湯を実施。予測の不確逆潮流制限しきい値を 2kW級と仮定した快晴日の例。実性を考慮し、過去の統計データによる複数の予 PV 出力や需要の予測により、余剰発生の可能性が 4kW 級 PV とHP 1kW （3kWh） HP 式給湯機を使用し、前日計画通り HP 式給湯機が日中に運転し、発電機実性を考慮し、過去の統計データによる複数の予測前日計画通り式給湯機が日中に運転し、発電機会シナリオを考慮。損失が低減されている。実性を考慮し、過去の統計データによる複数の予測前日計画通り HP 式給湯機が日中に運転し、発電機会ある場合に HP 式給湯機の貯湯を実施。予測の不確逆潮流制限しきい値を 2kW と仮定した快晴日の例。シナリオを考慮。損失が低減されている。測シナリオを考慮。会損失が低減されている。シナリオを考慮。損失が低減されている。図 1 PV 余剰電力有効活用のための HP 式給湯機の翌日運用計画の概念と実証運転結果実性を考慮し、過去の統計データによる複数の予測前日計画通り HP 式給湯機が日中に運転し、発電機会図 1 PV 余剰電力有効活用のための HP 式給湯機の翌日運用計画の概念と実証運転結果図 1 PV 余剰電力有効活用のための HP 式給湯機の翌日運用計画の概念と実証運転結果シナリオを考慮。損失が低減されている。図 1 PV 余剰電力有効活用のための HP 式給湯機の翌日運用計画の概念と実証運転結果表 1 実証運転試験により明らかとなった課題と対応策図 1 PV 余剰電力有効活用のための HP 式給湯機の翌日運用計画の概念と実証運転結果表表1 実証運転試験により明らかとなった課題と対応策 1 実証運転試験により明らかとなった課題と対応策課題実験等による効果の検証表 1対応策実証運転試験により明らかとなった課題と対応策課題対応策実験等による効果の検証表 1 実証運転試験により明らかとなった課題と対応策起動停止回数条件と最小連続運日間の運転効率が左記対応策なしに比べて HP 式給湯機起動/停止回数課題対応策実験等による効果の検証 HP 式給湯機起動/停止回数起動停止回数条件と最小連続運日間の運転効率が左記対応策なしに比べて転時間条件の設定平均で 20％向上増大に伴う運転効率の低下課題実験等による効果の検証起動停止回数条件と最小連続運日間の運転効率が左記対応策なしに比べて HP 式給湯機起動/停止回数対応策増大に伴う運転効率の低下転時間条件の設定平均で 20％向上転時間条件の設定平均で 20％向上増大に伴う運転効率の低下突発的な給湯需要急増時に確実に湯切れを防止できることを確認。なお起動停止回数条件と最小連続運日間の運転効率が左記対応策なしに比べて HP 式給湯機起動/停止回数当日の実績需要と予測値との誤突発的な給湯需要急増時に確実に湯切れを防止できることを確認。なお差がしきい値以上となると追い HP 式給湯機に湯切れが発当日の実績需要と予測値との誤前日計画時に貯湯量下限値を下げることが転時間条件の設定平均で 20％向上増大に伴う運転効率の低下当日の実績需要と予測値との誤前日計画時に貯湯量下限値を下げることが突発的な給湯需要急増時に確実に湯切れを防止できることを確認。なお HP 炊きし、計画を見直し生式給湯機に湯切れが発差がしきい値以上となると追いできるため PV 余剰電力抑制にも寄与差がしきい値以上となると追いできるため HP 式給湯機に湯切れが発炊きし、計画を見直し前日計画時に貯湯量下限値を下げることが当日の実績需要と予測値との誤突発的な給湯需要急増時に確実に湯切れを防止できることを確認。なお生 PV 余剰電力抑制にも寄与炊きし、計画を見直し生式給湯機に湯切れが発自端または集中制御できるため PV 余剰電力抑制にも寄与差がしきい値以上となると追い 120 HP 前日計画時に貯湯量下限値を下げることが <SCの運転モード> 120 自端または集中制御炊きし、計画を見直し生できるため PV 余剰電力抑制にも寄与 <SCの運転モード> SVC SVC 力率制御電圧優先 100 120 PV PV PV PV 自端または集中制御 6.6 kV SVC SVC 力率制御電圧優先 100 <SCの運転モード> PV PV PV PV 6.6 kV 120 80 自端または集中制御 SVC SVC 力率制御電圧優先 100 PV PV <SCの運転モード> 6.6 kV PV PV PV PV 80 PV PV 配電用 SVC SVC 力率制御電圧優先 100 PV PV PV PV PV PV 60 PV PV 80 変電所 60 80 40 60 40 60 20 40 20 40 0 20 0 0 20 0 0 0 0 (b) (b)0. 同じSVC容量でも電圧優先モードの同じSVC容量でも電圧優先モードの方がPV導入可能量が多い方がPV導入可能量が多い同じSVC容量でも電圧優先モードの方がPV導入可能量が多い同じSVC容量でも電圧優先モードの方がPV導入可能量が多い. SVC必要無効電力 SVC必要無効電力 SVC必要無効電力 SVC必要無効電力（ｋvar) （ｋvar) （ｋvar) （ｋvar). (a) シミュレーションの配電線モデル 1000 2000 3000 (a) シミュレーションの配電線モデル配電線電圧が上限（低圧換算 107V）を超過する場 1000 2000 3000 （a）シミュレーションの配電線モデル (a) シミュレーションの配電線モデル SVC容量 [kVA] 配電線電圧が上限（低圧換算 107V）を超過する場 1000SVC容量 [kVA]2000 3000 合、先ず SVC で制御し，不足する場合には高圧需配電線電圧が上限（低圧換算 1 0 7V）を超過する (a)SVC シミュレーションの配電線モデル配電線電圧が上限（低圧換算 107V）を超過する場 SC 制御によるSVC PV容量［kVA］導入可能量の増大効果合、先ずで制御し，不足する場合には高圧需 1000SVC容量 3000 [kVA]2000 SC 制御による PV 導入可能量の増大効果要家の SC を順次開放。そのため、電圧制御しきい場合、先ず SVC で制御し，不足する場合には高配電線電圧が上限（低圧換算 107V）を超過する場合、先ず SVC で制御し，不足する場合には高圧需 (注)PV 導入可能量：配電線設備容量比要家の SC を順次開放。そのため、電圧制御しきい (b) SC 制御による PV 導入可能量の増大効果 SVC容量 [kVA] (注)PV制御による導入可能量：配電線設備容量比値は SVC の方を低めに設定。（b）SC PV 導入可能量の増大効果圧需要家の SCで制御し，不足する場合には高圧需を順次開放。そのため、電圧制御合、先ず要家の SCSVC を順次開放。そのため、電圧制御しきい値は SVC の方を低めに設定。導入可能量：配電線設備容量比 (b)(注)PV SC 制御による PV 導入可能量の増大効果図 2 需要家コンデンサ制御を考慮した配電系統電圧適正化方式の効果（注）PV 導入可能量：配電線設備容量比しきい値は SVC の方を低めに設定。要家の SCの方を低めに設定。を順次開放。そのため、電圧制御しきい値は SVC (注)PV 導入可能量：配電線設備容量比図 2 需要家コンデンサ制御を考慮した配電系統電圧適正化方式の効果 700 値は SVC の方を低めに設定。図 2 需要家コンデンサ制御を考慮した配電系統電圧適正化方式の効果 700 図 2 需要家コンデンサ制御を考慮した配電系統電圧適正化方式の効果 600 図 2 需要家コンデンサ制御を考慮した配電系統電圧適正化方式の効果 700 600 電圧制御に必要な 500 700 600 無効電力（時間帯：昼間）電圧制御に必要な 500 400 無効電力（時間帯：昼間）電圧制御に必要な 600 500 400 無効電力（時間帯：昼間） 300 電圧制御に必要な 500 400 300 無効電力（時間帯：昼間） 200 400 300 200 単独運転回避に必要な 100 300 200 無効電力（時間帯：朝方）単独運転回避に必要な 100 0 無効電力（時間帯：朝方）単独運転回避に必要な 200 100 0 40 50 60 70 80 無効電力（時間帯：朝方） 90 100 110 50 60 70 80 90 100 110 100 0 40 PV導入率 (%)単独運転回避に必要な 40 50 60 70 80 90 100 110 PV導入率 (%)無効電力（時間帯：朝方） 0 配電線単独運転回避に必要な無効電力値の試算例 PV導入率 (%) SVC 90 40 50 60 70 80 100 110. 図3 図 3 配電線単独運転回避に必要な SVC 無効電力値の試算例単独運転回避に必要な SVC 出力は電圧制御に必要な SVC 出力より小さい。 PV導入率 (%) SVC 無効電力値の試算例図 3 配電線単独運転回避に必要な単独運転回避に必要な SVC 出力は電圧制御に必要な SVC 出力より小さい。単独運転回避に必要な SVC 出力は電圧制御に必要な SVC 出力より小さい。図 SVC無効電力値の試算例無効電力値の試算例図3 配電線単独運転回避に必要な 3 配電線単独運転回避に必要な SVC 単独運転回避に必要なSVC SVC 出力は電圧制御に必要な出力より小さい。単独運転回避に必要な出力は電圧制御に必要なSVC SVC 出力より小さい。. 21 2169 21 21. 02-3環境.indd 69. 11/06/13 15:10.

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