需要地系統の運用制御方式の開発―系統事故時における健全区間の自立運転方式の実証―

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主要な研究成果

背景

当所では、電圧変動や保護・保安への影響といった系統連系上の諸問題の発生を防ぎ、分散型電源の円滑導入と活用を図る「需要地系統」＊ 1_{の研究を進めている。このうち、分散型電源の活用技術として、系統事故時} や停電時における健全区間の自立運転方式の開発を進めている。これまでに、高圧系統の地絡事故を対象に、 LPC＊ 1_{を用いた高圧健全区間の無停電供給方式を提案した。また、高圧系統が停電した場合でも、需給イン} ターフィス（IF）により、分散型電源設置の低圧需要家構内を自立運転させて停電を回避する方式を開発、実証した。後者の方式では、より多くの需要家がメリットを得られるように、更に、分散型電源非設置者を含めて停電回避区域を低圧系統全体に拡大する技術の確立が望まれている。

目的

LPC を用いた高圧健全区間の自立運転による無停電供給方式を実証する。また、分散型電源や蓄電池を活用し負荷選択遮断機能を併用した低圧系統自立運転方式を開発し、その設計の妥当性を検証する。

主な成果

1．高圧自律分散型保護方式の実証当所「需要地系統ハイブリッド実験設備」により高圧配電系統の地絡事故試験を実施し、センサー付区分開閉器、運用管理サブシステム、および LPC により構成される提案方式（図 1）を実証した。その結果、設計どおり、①処理高速化を図る区間単位での並列制御、および、② LPC 自立運転モードへの切換え、が適切に行われ、事故区間の要求時間内での停止・無電圧化とともに、隣接健全区間の無瞬低・無停電での供給を実現できることを実証した（図 1）。 2．低圧系統自立運転方式の開発と実証図 2 に示す、太陽光発電（PV）による低圧系統自立運転方式を開発し、需給 IF パイロット機を用いて、設計の妥当性を実証した。開発方式は、限られた分散型電源の出力でもって、極力長時間にわたり無停電で供給することを目標に、① PV 所有需要家の一軒（需要家＃ 1）が蓄電池で低圧系統全体の需給バランスを調整するとともに、②低圧系統管理システムが、他の PV 所有需要家（需要家＃ 2、3）を含め、低圧系統内の分散電源余力を逐次計算し、その情報に応じて、適宜、PV 非設置需要家（需要家＃ 4）が構内の負荷を選択遮断するものである。実証試験の結果、設計通り、PV 余剰電力の活用が図れ、低圧系統全体で自立運転を継続でき、より多くの需要家において停電回避が可能になることを実証した。

今後の展開

常時の電圧適正化や損失最小化のための LPC と分散型電源の制御方式を含めて総合実証評価し、需要地系統の運用制御技術を確立させる。主担当者システム技術研究所需要家システム領域上席研究員小林広武システム技術研究所需要家システム領域主任研究員浅利真宏関連報告書「需要地系統の保護システムの実証開発―事故区間の高速分離と健全区間の無停電供給手法―」電力中央研究所報告： R05027（2006 年 6 月）「低圧系統需給インターフェイスの開発―負荷選択遮断機能と低圧系統自立運転機能の開発―」電力中央研究所報告： R05029（2006 年 8 月） 22

需要地系統の運用制御方式の開発

―系統事故時における健全区間の自立運転方式の実証―

＊ 1 ：ループ系統を基本構成とし、各ループ点には潮流や電圧を能動的に制御するループコントローラ（LPC）を設置する。各需要家には、系統側、需要家各情報に基づき、省エネや負荷平準化に配慮しながら分散型電源を自律的に制御する装置（＝需給インターフェイス）を装備する。また、中央に系統全体の運用を統括する運用管理システムを、さらに各区間には事故時処理の高速化・確実化を主目的にした運用管理サブシステムをそれぞれ設置する。これらの装置が協調するための情報通信手段としては、系統構成や事故時の処理を含めた各種監視制御機能の変更に対し、柔軟かつ低コストで対応可能な、モバイルエージェントとイーサネット通信網の適用を考えている。

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B．総合エネルギーサービスの創出

23 図2 低圧系統自立運転方式の概念と実証試験結果ＰＶ＜負荷ＰＶ＞負荷ＰＶ蓄電池負荷需給ＩＦ充放電制御需要家＃１（電圧維持・需給調整）蓄電池ＰＶ負荷需給ＩＦ連系需要家＃３（余力供給）指令負荷需給ＩＦ需要家＃４（ＰＶなし）負荷遮断／解除ＰＶ蓄電池負荷需給ＩＦ自立需要家＃２（需要家自立）指令潮監流視閉開器低圧系統 ④ 低圧系統管理システム（ＬＶＭＳ）余剰電力供給 ①低圧開閉器開放 ② ② ②需要家自立指令 ④供給余力送信 ④ -0 200 200 400 400 600 600 800 800 0 10 20 30 40 50 時間（分）連系点電力（Ｗ）発電側負荷側＃４負荷遮断ＰＶ余力を融通＃４負荷遮断需要家＃２、＃３需要家＃４需要家＃１ＰＶ出力減少により需要家＃２、３構内自立運転移行最低負荷を融通（a）低圧系統自立運転方式の概念（b）実証試験結果（連系点潮流の推移）低圧系統自立運転移行後、需要家＃2、3 が再連系ならびに需要家#４の負荷選択遮断が解除された状態を初期値とした推移センサー付開閉器#2 〈自立区間〉 LPC #2 運用管理ＳＳ＃２運用管理ＳＳ＃1 センサー付開閉器#1 〈事故区間〉変電所主変圧器（66kV/6.6kV）分散型電源分散型電源 LPC #1 事故検出他区間へ事故発生通知事故発生受信電圧制御へ切換え指令両開閉器へ開放指令 1-④ 1-③ 2-③ 1-② 2-② 1-① 2-① 需給 I F へ転送遮断指令開閉器 #2 の潮流 0 制御、電圧制御運転へ切換え 0. 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 事故発生 1- ①事故検出 1- ②他区間へ通知 1- ③開閉器開放指令 1- ④転送遮断指令分散型電源解列開閉器#1 開放事故発生 2- ①事故情報受信 2- ②電圧制御指令 2- ③（LPC）潮流調整、電圧制御へ切換え開閉器#2 開放区間電圧分散型電源電流地絡事故電流区間電圧分散型電源電流 LPC＃2出力電流〈地絡事故〉（a）高圧模擬系統と提案方式（c）実証結果（事故区間）（b）実証結果（自立区間）自立運転無電圧化開閉器#2 開放開閉器#1 開放需給 IF 需給 IF 880 0. 0 -880 160 0. 0 -160 50 50 0. 0 -88 0 0. 0 -8 80 60 60 0. 0 -8. 0 8. 0 0. 0 - 0 図1 提案した事故区間分離・健全区間自立運転方式の実証結果（事故発生時）無停電での供給継続を実現要求時間内（1 秒以内）での供給停止を実現・需要家#1; 低圧系統全体の電圧維持と需給バランスの調整。・需要家#2、#3; 余力がある場合は連系し系統に供給、それ以外は構内自立運転。・需要家#4; 系統全体の分散型電源の余力に応じて負荷を選択遮断。 ③ ③ ⑤分散型電源供給余力情報を送信 LPCへP、Q注入指令（単独運転発生時）（秒）（秒）（V）（Ａ）（Ａ）（V）（Ａ）（Ａ）