系统电压稳定化装置以及稳定化方法

系统电压稳定化装置以及稳定化方法
【专利摘要】一种具有分散电源的电力系统，因取决于气象条件的分散电源的发电量而引起系统电压的变动。根据气象预测信息和电力系统信息，生成系统具备的开关器的驱动信号，通过切换系统的结构来实现系统电压的稳定化。
【专利说明】系统电压稳定化装置以及稳定化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及系统稳定化装置以及系统稳定化方法，特别涉及在连接太阳能发电或风力发电装置等的分散电源的电力系统中，适合于实现系统电压的稳定化的系统稳定化装置以及系统稳定化方法。
【背景技术】
[0002]以低碳社会为目标，正希望大量导入利用太阳能发电(PV)、风力发电等自然能量来进行发电的设备。它们与现有的火力发电、水力发电、原子能发电等的集中型电源相比，由于在地理上大多被分散设置，因此称为分散型电源或分散电源。一般而言，需求家庭，要经由电力系统购入集中型电源提供的电力来进行利用，但具有分散型电源的需求家庭，能够将自家发电的电力利用于自己消费。而且，不够的部分进行购入(买电)，剩余电力向电力系统提供(卖电)，由此能够充当分散型电源的购入费用的回收。
[0003]电力系统，是多个电源、负载、系统自身的电感等被复杂组合而构成的。由于各自具有变动因素，因此对需求家庭稳定地进行电力提供成为重要的课题。系统电压的变动，会对构成电力系统的设备机器产生过大的电压或电流而可能成为设备特性的降低或寿命缩短等的主要原因。此外，可能成为需求家庭保有的设备的动作的不稳定因素。因此，例如，在配电的低压系统中，有101 ±6V的系统电压范围规定。现有技术，以维持系统自身以及关联的设备的稳定动作来抑制由负载等引起的电压变动为目的，正不断开发着电压稳定化技术。例如，公知有:负载时抽头切换变压器(LRT)、阶梯电压控制装置(SVR)、静止型无功电力辅助装置(SVC)等电压控制器。
[0004]然而，分散型电源，具有与现有的集中型电源不同的特性。首先，利用其自然能量的分散电源的发电量会根据日照量、风向风力等的气象条件而发生变动。此外，一般而言，虽然电力系统越行至末端，电压越低，但由于分散电源向电力系统提供剩余电力，因此有时系统的末端侧的电压会上升。组合这些特性，系统电压会由于气象条件而发生变动。
[0005]以下表示:在连接有分散电源的电力系统中，可对超出电压的允许范围进行抑制的代表性技术。在专利文献I记载的技术中，预测基于气象预测的系统电压的变动，并进行基于PV设备(PCS)的无功电力提供的电压控制。在专利文献2记载的技术中，根据未来的气象信息来推测系统电压分布，并判断能否进行基于电压调整装置的电力提供。在专利文献3记载的技术中，在有基于由PV发电引起的反通量的电压上升时，进行基于开关器的切换。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献I JP特开2010-259154号公报
[0009]专利文献2 JP特开2010-233352号公报
[0010]专利文献3 JP特开2008-199703号公报发明概要
[0011]然而，这些现有技术，未考虑到分散电源会短时间地发生电压变动。若由某种传感器检测到系统电压的变动，且根据检测结果生成电压控制设备的控制信号，则会实际上产生至电压控制装置进行动作为止的时间延迟。至此期间，电压变动会残留，无法得到充分稳定化的效果。
[0012]例如，太阳能发电(PV)，虽然通过来自太阳的日照进行发电，但到达PV设备的日照量，会根据基于季节的太阳的仰角的变化、晴天?雨天等气候、云影等而变动。其中，公知太阳与PV设备相对的角度能够使用纬度经度等来计算。某种程度的期间的气候变化，能够利用气象台发布的预测信息。然而，例如，因风而移动的云所引起的日照量变化(也就是发电量的变化)是随机的，有时以秒单位进行变化。
[0013]日照量能够使用日照计来测定。
[0014]然而，未考虑到因具有地理上的广泛性的气象状况而变动的分散电源、与具有地理上的广泛性而布线的电力系统的关系，其结果是，无法得到系统电压的稳定化。
[0015]导入这样的分散电源，从系统稳定化的观点(运用公司)而言，成为使系统状态变动的主要原因。从另一个分散电源的观点(需求家庭)而言，系统状态的变动，成为妨碍向系统提供(卖电)剩余电力时的主要原因。这需要针对二者的关联点，根据系统状态(电压等)来结合分散电源的输出状态(电压等)，在该结合不充分的情况下，无法如期待那样进行剩余电力的卖电。
[0016]
【发明内容】

[0017]本发明的目的在于，提供一种系统电压的稳定化可能的系统电压稳定化装置以及稳定化方法。
[0018]为了实现上述目的，在本发明中，构成为具有:输入部，其输入气象预测信息；和指令运算部，其根据所述气象预测信息和系统结构信息，求出用于以抑制被所述气象变动所影响的系统的电压变动的方式连接/切断系统的各开关器的开关指令。
[0019]发明效果
[0020]根据本发明，基于气象预测信息，以在产生变动前降低变动的方式重构系统，由此对电压变动的发生本身进行抑制。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]图1是说明使用开关器的系统的重构的图。
[0022]图2是说明具有分散电源的系统电压的变动的图。
[0023]图3是表示系统电压的稳定化装置的图。
[0024]图4是表示系统电压的稳定化装置的结构例的图。
[0025]图5是说明使用开关器的系统的连接的图。
[0026]图6是表示云的移动方向与PV设备的配置的图。
[0027]图7是表示 系统电压的稳定化方法的图。
[0028]图8是说明基于气象预测信息的电压稳定化的图。
[0029]图9是说明基于气象预测信息的电压稳定化的图。
[0030]图10是说明云的朝向与系统结构的位置关系的图。[0031]图11是说明云的朝向与系统结构的位置关系的图。
[0032]图12是说明基于系统重构的电压稳定化的图。
[0033]图中:
[0034]10-PV预测发电量的生成部，
[0035]11-系统重构信号的生成部，
[0036]12-电压控制设备驱动信号的生成部，
[0037]13-开关器，
[0038]101-本发明的系统电压的稳定化装置，
[0039]201-本发明的系统电压的稳定化方法。
【具体实施方式】
[0040]以下，使用附图，针对本发明的实施方式进行说明。
[0041]在图1中说明应用本发明的电力系统。电力系统，虽然被实用为树枝型、网格型、环型等的系统结构,但在本实施例中，如图1(1)所示，以理想的网格型的配电系统为例进行说明。当然，对于所述其它系统结构也能够应用。在配电系统中，例如，在发生事故时，为了断开故障之处，并且继续向无障碍之处提供电力，而运用为能够在合适之处连结多个路径。在图1(1)的各节点(nil?n55)处，配置开关器，且以故障发生时的影响不波及较大范围的方式在连结点切换接通/断开。
[0042]在图1中，各节点(nil?n55)，在上下左右的4个节点之间，设置用于连接/断开的开关器(未图示)。例如，对于节点n22，在与上节点nl2、下节点n32、右节点n21、左节点n23之间设置有开关器，通过各个开关器进行连接/断开。
[0043]在图1中，在作为整体所示的配电系统的上方以及左方，连接有未图示的配电变电站，提供来自配电变电站的电力。而且，在任意的节点(nil?n55)处，如图2所示，作为电压控制设备，而设置有负载时抽头切换变压器(LRT)、阶梯电压控制装置(SVR)、静止型无功电力辅助装置(SVC)等电压控制器。
[0044]为了稳定化具有分散电源的电力系统的系统电压，根据气象信息，提供驱动开关器进行系统结构的变更，如图1(1)所示，某地域内的配电系统为网格型，在网格的交点部分，连接有可切换任意连接的开关器。然后，在任意的节点(nil?n55)处，由开关器连接的配电系统与太阳能发电、风力发电等分散电源连结。
[0045]在此，对于分散电源的发电量的变动，作为最有抑制效果的开关器的动作的组合，有以下方法:如图中(I)所示，接通所有开关器来设为完全的网格型的系统结构。一般而言，电力系统其自身由于具有阻抗、电容、电阻的特性，因而会有抑制电压变动而进行平均化的效果，即所谓的平均化效果。设为完全网格型，就是要以所有的网格的要素来分担电压变动，从而使平均化效果大大发挥作用。然而，如前所述，当因某些原因而发生故障时，其故障的影响会全面波及。此外，所谓故障的影响会全面波及，是指有时难以发现故障的发生之处。如此，平均化效果提高的反面，会使系统的可靠性降低。
[0046]SVR是用于调整配电线的电压且带有抽头的调整用变压器，通过切换调整用变压器的抽头，将配电线电压调整为落入包含合适的基准值的死区内。由抽头切换进行的电压调整是以分钟为单位按阶梯状进行的。[0047]静止型无功电力辅助装置SVC，具有产生任意无功电流的无功电流产生部、检测配电线电压的电压检测部、检测无功电力产生部的输出电流的电流检测部，通过将电压检测部的输出和电流检测部的输出作为输入而以将配电线电压保持为基准值的方式控制注入给配电线的无功电流，从而瞬时地将配电线的电压调整为保持在基准值。如上所述，由无功电力进行的电压稳定化的原理，能够如下所说明。当将变电站设为电压Vs的电压源，将SVC设为输出无功电流Iq的电流源，将配电线阻抗的电抗部以及电阻分别设为X以及r时，若将SVC的设置点的配电线电压设为Vi，力率角设为Θ，则下述(I) (2)式成立。
[0048]Vi=Vs- (r+jx) X Iq (cos Θ +jsin θ )...(I)
[0049]由于SVC输出无功电流，cos Θ =0、sin Θ =1 (输出前行无功电流的情况为正)
[0050]Vi=Vs-(r+jx) X jIq=Vs+(x-jx) Iq...(2)
[0051]通过改变SVC输出的无功电流的极性以及大小，能够将SVC的设置点的配电线电压Vi调整为任意的值。对于无功电流的产生，提出了以下方式:配电线经由电抗器连接了使用IGBT或GTO等自消弧元件而构成的自励式逆变器，且向配电线输出无功电力的SVG (Static Var Generator)方式,或者在输出变压器的初级侧,经由晶闸管连接了电抗器而构成由晶闸管来控制电抗器的延迟无功电流的电路，并且与由晶闸管和电抗器构成的电路，并联连接了前相位电容器的TCR(Thyristor Controlled Reactor)方式等。任一种方式都是基于半导体元件的动作，因此，具有足够的迅速响应特性。
[0052]如此，针对从配电变电站向具有末端的太阳能发电设备(PV设备)的需求家庭的配电系统和电压分布，在图1所示的任意的节点(nil?n58)处，如图2所示，以抑制电压变动为目的，连接了电压控制设备SVR、SVC,在越到末端则电压越低之处，通过SVC提高电压，通过SVR控制无功电力来进行电压调整。例如，日本国内的低压配电系统将101±6V设为允许范围，因此，通过具有电源控制设备来进行电压控制，从而使电压为101±6V，不超出允许范围。
[0053]开关器，除了从远程地点传输驱动信号来进行远程操作的方法之外，还可通过手动进行操作。此外，开关器，也为了暂时切断系统设备的保守管理的之处(施工之处)而被使用。
[0054]图3表示系统电压稳定化装置101的基本结构概念图。将气象预测信息以及与具有分散电源的电流系统的结构相关的信息作为输入，输出电力系统具备的开关器的驱动信号。由此，抑制分散电源成为主要原因的系统电压的变动，来实现稳定的系统的运用。即，根据气象预测信息和电力系统信息，通过生成与系统连接的开关器的驱动信号来实现系统电压的稳定化。
[0055]在图4(1)中，表示系统电压稳定化装置101的具体构成例。系统重构信号的生成部11，根据气象预测信息与系统构成信息，来输出计算出的开关器13的驱动信号。PV预测发电量的生成部10根据气象预测信息来预测发电量，电压控制设备14、15的驱动信号的生成部12，根据气象预测，来输出电压控制设备14、15的控制信号。开关器13的驱动信号，根据气象预测信息中所包含的云的移动方向等信息来进行计算。此外，为了计算电压控制设备14、15的控制信号，而根据气象预测信息中所包含的日照量的大小来计算PV设备的预测发电量。而且，取得基于开关器13的系统重构的信息以及与当前系统结构相关的信息，来计算电压控制设备14、15的控制信号。作为电压控制设备14、15，如SVR和SVC那样，能够使不同的电压控制设备I和电源控制设备2组合地动作。此外，如图4(2)所示，也可以构成为:设置电压控制器的驱动信号的生成部17，在计算过程中，利用通量计算等方法来计算系统内的预测电压分布，利用该计算结果，系统重构信号的生成部11以及电压控制设备驱动信号的生成部17进行运算。特别地，电压控制设备的控制信号的计算方法不局限于特殊的方法。
[0056]在图4中，PV预测发电量的生成部10，根据气象预测信息，预测运算图1中的任意节点(nil?n58)处所设置的PV发电机的发电量。在此，气象预测信息是日照、风向、风速等的从当前时刻经过预测期间的气象信息，该预测方法也可以使用其它预测方法。系统信息包括地理的线路、电力控制器14、15的连接之处、开关器13的连接之处、分散电源(PV设备等)的连接之处等。开关器13是在电力系统的中继点、连结点等处所设置的开关，例如，在系统故障时，除了发挥切断故障之处的功能以外，还发挥与其它系统连结的功能。系统重构信号的生成部11，以不超出系统电压允许范围、或者使超出量为最小的方式，根据气象预测信息和电力系统信息，生成开关器13的驱动信号来进行系统的重构。此外，电压控制设备驱动信号的生成部12，在基于开关器13的系统重构的同时，通过根据与气象预测信息相应的PV预测发电量来预先控制LRT、SVR、SVC等的电压控制设备14、15，从而能够提高稳定化的效果。系统重构信号的生成部11，根据PV预测发电量的生成部10运算出的发电量以及从配电系统16的系统构成信息，来运算系统重构，并向开关器13发送开/关的指令信号即系统重构信号。
[0057]由此，开关器13被控制为开或关。此外，电压控制设备的驱动信号的生成部12，对电压控制设备14以及电压控制设备15发送控制信号。由此，来操作SVC或SVR等电压控制设备以及电压控制设备，以使系统电压维持在规定范围。
[0058]接着，针对具体的系统重构信号的生成部11的动作进行说明。系统重构信号，准备如以下说明那样的评价函数，生成系统重构信号，以使评价函数成为最小(或者最大)。该系统重构信号，针对开关器13成为开/关的指令信号的组合。此时，也可以生成SVR、SVC等的电压控制设备的动作，作为系统重构信号。
[0059]生成系统重构信号的目的在于，变更系统结构，以使因分散电源的发电量的变动而产生的系统电压的变动变小。在太阳能发电的情况下，日照量的变化使PV装置的发电量变化。然后，通过从PV装置向电力系统提供电力，而使系统电压发生变化。在此，若短距离连接PV装置与电力系统，则几乎认为在电力系统上有PV装置。另一方面，日照被认为受到太阳和云的影响而具有地理上广阔的分布信号。因此，共同具有地域上广阔的日照与电力系统的二者的地理上的关系成为重要的因素。简单而言，若日照量的变化方向和电力系统的延伸方向并行，则日照的变化会对与系统相连的PV装置渐渐地产生影响，PV发电量的变化易于变小。另一方面，若二者的方向正交，则会对与系统相连的PV装置汇总地产生影响，日照的变化使PV发电量的变化易于变大。如此，系统重构的信号，会根据日照量的变化，以重构电力系统的地理上的配置的方式生成，由此能够抑制电力系统的电压变动。这样的重构，能够如前所述那样利用开关器来实现。
[0060]在风力发电的情况下，风速与风向会具有地理上的相关性地变化，因此，能够利用与电力系统的地理关系，通过系统的重构来抑制电力系统的电压变动。
[0061]PV设备被设置在需求家庭的屋顶，向配电系统提供其剩余电力。在此，为了简单，而将PV设备的设置之处和配电系统的连接之处设为地理上相同的位置。此外，设为:云的移动方向、速度、形状一定，且地面上的日照变化与云的移动同步。
[0062]对系统重构信号的生成部11，输入气象预测信息。在此，某地域的气象以日照量、风力、风向等表示，气象预测信息，例如，能够利用气象台公开的预测信息。除此之外，例如，若是日照量，则能够根据卫星照片的图像分析、全天摄像图像的分析，而作为数据来利用。而且，也可以构成为单独设置日照计、风速计，且由系统重构信号的生成部11来分析这些信息。日照量，以历经一年的太阳的高度、历经一天的太阳的高度和方位角、一天之中的基于云的日照的遮蔽等各种时间上的尺度而变化。
[0063]由云的移动引起的日照的变化，表示地理上以及时间上细微的特性。例如，由云的移动引起的日照的变化，有数秒中减半或者倍增的情形。这样的日照的变化，也可以通过基于相机拍摄的云的摄像图像的分析，或者地面上设置的日照计的测定数据的分析等，进行预测。例如，地域上分散配置了多个日照计，根据这些测量数据来发现由云的移动引起的日照的变化，能够制出由云的移动引起的日照量的变化的短期的预测信息。获取或者生成并利用气象预测信息，不局限于这些具体的预测方法，也可以使用各种替代方法。在以下的说明中，针对与日照量相关的气象预测信息、和通过日照进行发电的PV设备进行具体的说明。此外，同样地，当然针对与风向和风速相关的气象预测信息、和风力发电也能够适用。
[0064]系统重构信号的生成部11，根据气象预测信息，以缓和因日照的变化而引起的PV发电量的变动为目的，发现连结配电系统的开关器13的驱动信号。该问题，能够通过准备某个评价函数，并作为使该评价函数成为最小(或者最大)的最佳化问题进行解决。不限定最佳化问题的解法。如此，针对图1所示的所有开关器12的开/关的组合，应使用评价函数来计算开关器13的驱动信号。
[0065]本发明不限定评价函数的形式，以下，表述示例。在某地域内，可考虑图1所示的以网格状配置的电力系统(配电系统)。如前所述，将网格的格子点称为节点，通过开关器选择节点处的系统的连接方向。若将所有开关器设为接通，则形成完全的网格状的布线，若接通水平或者垂直方向的开关器，则形成并行的布线。在节点间，作为分散电源有PV发电机，若日照量强，则可进行卖电。在使用评价函数来决定该开关器的动作(接通/断开)时，即使是相同的目的，也会由于变量的获取方法的不同而定式化地找到多种方法。这是因为与系统电压关联的因素有很多，能够向关联的因素进行置换。
[0066](I)首先，基本的课题是:由于是导入有分散电源的系统的电压稳定化，因此，将系统电压取为变量的评价函数是妥当的。
[0067](2)某种程度的电压变动，有时能通过合适的电压控制设备来进行本地补正。例如，若是缓慢的电压变动，则考虑利用SVR。对于急剧的电压变动，虽然可考虑利用SVCJM此时，在可限制补正范围的基础上会比较昂贵。因此，作为评价函数，能够将因短时间的日照量的变化而产生的短时间的系统电压变化的大小设为变量。该短时间的变化，例如，以系统电压的高频分量或微分值等表示。
[0068](3)短时间的日照量的变化，多是由云的流动引起的日照的遮蔽为主要原因。云通过风进行移动，但风向与风速很少急剧改变。由此，短时间的云的流动，能够置换为风的流动。如此，能够将风的流动与系统电压的变动建立关联。此时，电压变化，在风的方向与节点的延伸方向正交时最急剧。因此，能够将云的流动方向与节点的延伸方向导入评价函数。[0069](4)上述(3)的风的方向与节点的延伸方向的关系，能够换算为在风的方向上所计量的节点间距离。即，在风的方向上计量的节点间的距离分布得越短，电压变动越急剧。由此，也可以将在风的方向上计量的节点间距离设为评价函数。
[0070]如此，评价函数是几乎相同的目的、且还能够以不同的表现形式置换。
[0071]为了简化说明，准备了在正方格子上使节点排列的系统结构。在此，节点设为能够使用开关器来任意设定四个方向的系统连接。作为分散电源，在节点间配置相同个数的太阳能发电装置(PV装置)，且设为与系统相连。PV装置，接收日照来发电，并向相连的系统进行电力提供，由此引起系统电压的上升。在无日照的变化时，PV装置的发电量恒定，从PV装置接收电力提供的系统的电压也处于稳定状态。此时，能够使用电压控制装置(SVR、SVC等)，将电压分布控制为落入规定范围内，从而使系统电压稳定化。这样的电压系统的电压分布，能够以将电压设为纵轴、将节点延伸方向设为横轴的图表进行表示。然而，在有云的流动时，日照量会因云的遮蔽而有时间上的变化。PV发电量根据日照量而变化，引起系统电压的变动。此时，由于云的流动方向和速度等的气象条件、节点的连接状态，因而会使系统电压受到影响。在此，系统的节点连接，作为纵向与横向的组合，图10(1)表示向节点连接方向横向连续延伸的方式，图11(1)表示按顺序重复纵向与横向地在斜方向上延伸的方式。云的流动，虽然是任意方向，但作为代表表示有(a)(b)(c)(d)四个方向。除上述以夕卜，虽然还有在斜方向上生成节点间连接的方式、使电压控制装置组合的方式等多种变化，但在此省略说明。
[0072]例如，在图10(1)的系统连接和云的方向(b)的组合的情况下，二者正交，能够将位于该系统中的所有的节点一瞬间(=距离O)地超越云的流动。换言之，因云的流动而变化的日照量的变化会瞬间覆盖系统整体，因此，PV发电量瞬时变化，从而会引起系统电压的瞬时的变动。另一方面，在云的方向为(a)的情况下，二者正交，然后二者并行，因此，节点间的距离与云流动的距离相同。换言之，由于PV发电量缓慢变化，因此系统电压的变动也缓慢发生。该变化越缓慢，利用电压控制设备等的电压稳定化的效果就越易于得到。此外，在采取某种方式来利用缓慢进行的日照量的变化或系统电压的变化作为用于电压控制的预测信号时，也容易得到充足的时间。
[0073]如此，在节点间造成日照变化的云在节点间移动的距离(换算为移动时间)，成为根据系统连接和云的方向而变化的数值。在此，在系统的每个节点间、将云的流动距离设为评价函数。由于云流动的距离越大，移动上越花费时间，因此，时间单位的电压变动变小，所以该评价函数相当于电压的稳定度。以式子表示为
[0074]评价函数=云流动的距离/节点间距离
[0075]图10(2)是图10(1)的评价函数的描绘图。图中的虚线描绘，表示系统连接为纵向的情况。纵轴表示评价函数的值。横轴以(a) (b) (c) (d)来区别云的移动方向。而且，由于云的移动方向是不局限于四个方向的任意方向，因此，连续连结了(a) (b) (c) (d)。在云的流动方向(a)与节点的延伸方向正交时，成为最小值O。在云的流动方向(a)与节点的延伸方向并行时，成为最大值I。其它方向也能够同样地计算。在该系统结构的情况下，由于最大值与最小值的差较大，因此，若云的方向偏移，则评价值也产生较大变动。
[0076]图11(2)是图11(1)的评价函数的描绘图。图中的虚线描绘，表示系统连接为相反的斜方向的情况。在云的流动方向(a)上云前进I时，节点的延伸方向是纵与横的之字形，节点间距离成为2、0.5(=1 / 2)。当云的流动在(a)与(b)的中间时，节点间距离同样为2，且云前进正方格子的斜线1.41 (=2的平方根)，1.41 / 2=约0.7。其它方向也能够同样地计算。在该系统结构的情况下，由于最大值与最小值的差较小，因此即使云的方向偏移，评价值的变动也较小。如前所述，该评价函数相当于电压稳定度，因此，越是大的数值，因云的流动引起的系统电压的变动越小。换言之，可知:根据云的流动方向来切换节点的延伸方向，从而使电压稳定性发生变化。本发明利用这样的气象条件与系统电压的关联，来切换系统的节点的连接方向，从而控制电压的稳定性。
[0077]图12总结上述结果来表示了系统重构与电压稳定化的关系。能够根据云的方向，来选择位于描绘的上端(图中的粗线)的系统的连接方式，从而实现提高电压稳定性的系统重构的控制。例如，若风的方向为(a)，则选择表示最高数值的图10(1)所示的向横向的系统连接。若风的方向为(a)与(b)的中间，则选择表示最高数值的图11(1)所示的向斜方向的系统连接。上述虽然说明了正方格子的节点的排列示例，但在任意的系统结构中，通过准备同样的评价函数，能够生成系统重构的控制信号。
[0078]此外，上述虽然使用节点间距离作为指标，但也可以统计处理与多数节点相关的信息来利用。
[0079]在评价函数中，当然能够导入基于电压控制设备等的电压控制特性、PV等的分散电源的配置之处等作为变量。此外，在气象等的测量数据中有时会包含误差(噪声)，因此，也可以组合某些过滤处理。
[0080]现实的电力系统的节点位置是复杂的组合，并且有时会限制连接方向。在这样的情况下，可以利用某种统计处理。
[0081]本发明以求出基于评价函数的最佳解作为原理，但此处设为包括局部的最佳解。所谓局部解，简单而言，是指对可取解的范围进行了限定时的解。最佳解的求解的解法，大多无法求解出在实用的时间内能够获取的所有解。例如，作为最佳解的求解方法之一而公知的Taboo法，虽然其特征在于，具有避开成为局部解的步骤，尽管如此，由于求解时间的制约等，有时会成为局部解。然而，在该示例中，能够解释为:在所赋予的求解时间内得到的最佳解。此外，作为其它示例，在评价函数的计算中使用的数值包含误差时，它相当于难以正确测定电力系统的特性的情形，但是不太会要求严格地比较数值的大小作为依据。根据这些实用的观点，本发明不局限于最佳解，不妨碍利用局部解。
[0082]使用已经计算出的基于PV预测发电量的生成部10的预测发电量，针对所有开关器的开/关的组合，在连接该组合中的节点(nll、n55)而形成的组中，将该组中的电压变动设为评价函数。然后，将该评价函数成为最小(或最大)的值作为解，系统重构信号的生成部11，对开关器13获取开/关信号。
[0083]针对开/关信号的生成，采用附图来说明具体的示例。在图5中虽然例示了 PV设备的分布，但二维分布的PV设备，能够置换为在云的移动方向上所取的一维坐标轴上的分布，如图5(1)所示，即使当PV设备在配电系统上以均等间隔排列时，从云的移动方向观察，也会有PV设备的间隔不同的情况，PV设备的平均间隔根据云的移动方向会成为不同的值。
[0084]即，系统重构信号的生成部11，在连接了节点(nil?n55)的各组中，以各节点(nil?n55)形成的平均间隔形成最大的方式进行分组，使用评价函数，以评价函数的评价结果成为最小的方式(或者，成为最大的方式)，运算对开关器13的开/关信号。[0085]在上述中，系统重构信号的生成部11，能代替平均间隔，而如图2(2)所示，将分散电源的配置之处获取为相位来进行运算。对在两个配电系统中，在云的移动方向上以均等间隔连接PV设备的情况进行例示。二者的配电系统的PV设备的配置为相同相位是指:因日照的变化引起的电压变动在二者的配电系统中成为相同的时刻。另一方面，若二者的PV设备的配置的相位偏移，则二者的电压变动成为不同的时刻。如此，在连结具有相位不同的分散电源的配电系统时，电压变动成为平缓的倾斜。将连结的配电系统所具备的分散电源的相位的偏移设为评价函数，能够以该评价函数成为最小(或最大)的方式，例如，作为总的组合问题来进行求解。
[0086]S卩，针对所有的开关器的开/关的组合，在连接该组合中的节点(nil?n55)而形成的组中，将该组中的分散电源的相位偏移设为评价函数。然后，将该评价函数成为最小(或最大)的值作为解，系统重构信号的生成部11，对开关器求出开/关信号。
[0087]而且，作为用于求解的解法方法，能够利用某种已有的最佳化方法来求解。本发明不限定最佳化方法的种类。
[0088]接着，针对上述得到的解，进行赋予限制的再运算。基于某地域内的分散电源的电力提供，根据气象，会有地理上以及时间上的变动。例如，云流入时，无云的地域进行太阳能发电，因云遮蔽日照的地域，太阳能发电减少。云虽然一边生成、消失、变形等、一边进行移动，但作为较狭窄的地域内，仅关注云的移动。
[0089]图6示意性表示因云的移动(流入)引起的太阳能发电的变化。如图中⑴所示，在与云的移动方向平行地排列PV设备的配电系统中，PV设备缓慢地被云遮盖，太阳能发电的输出缓慢降低(斜坡函数)。另一方面，如图中(2)所示，在与云的移动方向正交地排列PV设备的配电系统中，所有的PV设备同时被云遮盖，太阳能发电的输出以阶梯函数的方式减少。
[0090]如此，可知:接收发电电力的提供的配电系统的电压，会因云与PV设备的位置关系而使特性不同。尽可能以与云的移动方向平行来排列PV设备的方式构成系统，从而会得到电压稳定化的效果。通过电气地以及机械地改变配电系统与PV设备的连接点，能够改变上述的云的移动方向与PV设备的排列的关系。即，在上述得到的节点(nil?n55)的组合中，在各组中，判定是否产生阶梯函数，并在阶梯函数产生时，将该节点(nil?n55)的组合除外，再次进行节点(nil?n55)的组合的运算。根据该结果，向开关器13发送开/关的控制信号。
[0091]这样的结果，形成如表示图1(2)或(3)的开关器13的重构。
[0092]接着，对电压控制设备驱动信号的生成部12的动作进行说明。如上所述，通过基于气象预测信息的开关器13的驱动信号的计算，能够实现系统电压的稳定化。然而，终究是基于预测信息的控制，因此，无法避免预测误差产生。此外，为了有效利用短时间的日照量的变化、风速的变化等的气象预测信息，需要开关器13的高速动作。因此，在使用基于气象预测信息的开关器的系统的重构中，通过组合基于气象预测信息的电压控制设备的驱动，能够实现进一步的电压的稳定化。以下，例示通过预测气象信息来控制SVR、SVC等的电压控制设备的方法。
[0093]此外，对比较例进行说明。图8表示日照预测信息与系统电压的变化。图8(1)表示预测期间的日照量的变化。预测期间的开始是阴天，之后经过2次晴天期间，预测期间的末端返回阴天。图8(2)是太阳能发电的发电量，与预测期间的日照的变化同步。图8(3)是基于太阳能发电的系统电压的变化，与预测期间的日照的变化同步。为了将该电压稳定化，而设为进行基于SVR与SVC的电压控制。图8(4)表示所预测的系统电压的低频分量。
[0094]本实施例的电压控制设备的驱动信号的生成部12，以补偿该低频分量的方式进行步进动作。在此所关注的，当将预测期间内的电压波形分解为频率分量时，低频分量会在系统电压的变动发生前发生变化。然后，如图8(5)所示，使SVC动作，以使补偿残差，即SVR的响应与图8(3)的差分(进一步换言之，系统电压的高频分量)。如此，电压控制设备驱动信号的生成部12，在实际的电压变动产生前，开始用于补偿变动的动作。由此，能够降低实际变动产生时的补偿的误差。按照每输入新的信息来重复进行这样的控制，能够实现系统的稳定化。
[0095]图9表示使用开关器进行系统重构时的日照预测信息与系统电压的变化。与所述图8相比，在图9中的(I)?(5)中，如图9中(3)所示，通过使用开关器的系统重构，系统电压的变动变得平缓。若电压变动平缓，则基于SVR、SVC的电压控制的负担减少。其优点在于，能够降低SVR、SVC等电压控制设备所需的成本。
[0096]针对分散电源和气象信息的关系进行了说明，但作为分散电源，虽然以日照量和太阳能发电的关系为主体进行了说明，但同样地，也能够适用于风(风向、风速)与风力发电的关系、河流与水车的关系等。
[0097]采用附图来说明本实施例的针对时间经过的动作。
[0098]在图7中，示意性表示从配电变电站到具有末端的PV设备的需求家庭的配电系统与电压分布。在系统中，以抑制电压变动为目的，设为连接有电压控制设备1、电压控制设备2(14、15)SVR、SVC。在未连接PC设备等的分散电源的系统中，虽然大多会越靠近末端则电压越低，但相对于此，接收来自分散电源的电力提供的系统，由于形成所谓的反通量，因而末端的电压上升。分散电源的发电量有基于气象的变动，分散电源连接的系统电压分布受到气象的影响而变动。系统的电压，为了系统设备容量、所连接的负载设备等稳定动作，而要求落入一定的允许范围内。例如，日本国内的低压配电系统101±6V为允许范围。为了遵守它，具有电压控制设备14、15来进行电压控制，这是一般所采用的。这与高压配电系统同样。图中(I)表示阴转晴的状态时的系统电压分布。表示即使阴天时允许范围内的电压在转晴而使发电量增加的情况下，在本实施例中，也在太阳能发电的影响下而成为允许范围内的电压。图中(2)表示由于基于SVR的电压降低，落入允许范围内的动作。图中
(3)表示即使天气从晴转阴时，在本实施例中，也成为允许范围的电压。如该示例所示，具有分散电源的系统电压，虽然因气象而产生较大变动，但在本实施例中，能够维持在允许范围内。即，如图1(2) (3)所示，根据气象预测信息，在实际的电压变动产生前，以与云的移动方向平行来排列PV设备的方式驱动开关器，因此，得到抑制日照量的变动带来的系统电压的变动的效果。其优点在于，能够降低SVR、SVC等电压控制设备所需的成本。
[0099]实施例2
[0100]接着，说明实施例2。在实施例2中，仅评价函数的运算不同，其它结构与实施例1相同，因此，仅对不同点进行说明。即，省略其它不同部分的说明。
[0101]针对开关器13的接通/断开的基于电力系统的通量计算的电压分布的计算，采用评价函数来运算评价结果。电力系统的通量计算，采用公知的作为系统分析的一般方法。图9(2)中的系统电压的预测电压的预测分布的生成部12，根据包括开关器13的系统结构的信息、和基于分散电源的发电量来进行通量计算，求出电压分布。在这样的通量计算中，提取基于气象预测信息的分散电源的发电量和电压变动变少的开关器13的组合，来计算电压分布。然后，将电压变动的大小设为评价函数，来运算评价结果。
[0102]针对基于PV设备的一个配电系统，能够将与因云的移动引起的日照量的变化对应的响应特性进行模型化。响应特性，由与云的移动方向的PV设备的位置关系来决定，若正交，则是阶梯函数的响应，若并行，则以斜坡函数的响应来表示。各个响应的振幅，由连接的PV设备的发电量来决定。响应为阶梯函数是指包含高频分量，其对于系统的稳定化而言不是优选。基于开关器的连结的效果，是通过使具有这些响应特性的配电系统组合来缓和电压变动的倾斜。根据连结点的位置，组合的效果会改变，但大倾向如下。在同一线上连结具有2个阶梯函数的系统时,成为将振幅相加后的相同阶梯函数的响应。阶梯函数与斜坡函数的系统的连结，成为中间的斜坡函数的响应。开关器13的接通/断开的组合，在各节点(nil?n55)处所组合的组中,将响应信号的倾斜作为指标,获取该响应信号的顺序所涉及的指标的总和，作为评价函数，该响应信号变得平缓，选择评价函数成为最小(或最大)者。与前述方法相同，这样的组合的问题，例如，能够作为每个总的组合问题来解决。或者，能够作为某个最佳化问题，利用已有的最佳化方法来解决。
[0103]如此，将该评价函数成为最小(或最大)的开关器的接通/断开的组合设定为与实施例方法相同的组合问题，例如，能够作为每个总的组合问题来解决。或者，能够作为某个最佳化问题，利用已有的最佳化方法来解决。
[0104]而且，作为评价函数，也可以使实施例1的评价函数与实施例2的评价函数组合，例如，对它们进行加权，用作作为和的新的评价函数，得到开关器13的组合。
[0105]实施例3
[0106]接着，说明实施例3。在实施例3中，仅说明与实施例1以及2的不同点。S卩，其它结构与实施例1以及2相同，因此省略说明。
[0107]开关器13的接通/断开的驱动信号的计算，除了能够预先将计算出的结果以表形式进行总结，若计算机能力提高，还可以进行实时处理计算。在前者的预先计算的情况下，根据与云的移动方向、云的大小及形状、太阳的方位角及高度等相关的气象预测信息，来预测地面上的日照量的变化。
[0108]至此的说明，未进行电力系统的单相/ 3相的区别而进行了说明，当然都能够应用。此外，在3相电力系统(UVW)的情况下，能够生成开关器13的驱动信号，以使相关电压均衡。
[0109]在驱动开关器13来重构系统的过程阶段，有时会因重构而引起电压变动。优选该重构的过程阶段的电压变动较小。根据当前的系统结构，至到达作为目标的系统结构为止，以经过多个过程阶段的系统结构的方式来驱动开关器。该过程阶段中，实现基于比稳定状态更增加系统间的连结点产生的变动抑压的效果(所谓平均化效果)。若以所述的网格型的系统为例，从当前的系统结构至到达作为目标的系统结构为止，通过经由将所有开关器设为接通的完全网格型的结构，能够抑制重构的过程阶段的电压变动。然而，作为稳定的完全网格型，如前所述，不希望有如前所述那样的故障产生的问题。在实现的电力系统中，在系统的重构的过程阶段以增加连结点的方式驱动开关器，此后，驱动开关器，以实现作为目标的系统结构。如此，在过程阶段，通过基于开关器的连结点增加，能够抑制电压变动。该过程阶段需要的时间虽然没有特别限制，但优选设为短时间。此外，要在因气象变动引起的电压变动的影响少、气象稳定的时间带进行系统重构。对于太阳能发电，能够是在夜间，对于风力发电，能够设为风速小的风平浪静的时间带。此外同样地，也可以选择与系统相连的负载的变动较小的时间带。
[0110]本发明不限定开关器的构成方法。既可以是机械的开关方法、也可以使用半导体元件的开关方法。当前，大多将开关器用于故障之处的断开等，但也可以构成以系统重构为目的的新的开关器。具体而言，优选:在短时间进行开关动作，反复开关的耐用次数多，远程操作容易，不需要开关元件等的保养，测量成本低。此外，至此的说明，说明了生成用于电气或电子地接通/断开开关器的驱动信号的结构。或者，也可以构成为:为了通过人的手动操作来进行该接通/断开，而具有在视觉上进行显示的装置，根据它来引导基于人的开关器的手动操作。在具有时间的顺序来驱动多个开关器的接通/断开时，能够通过无误解地进行建立顺序的引导显示，来实现作为目标的系统重构。若利用使用半导体元件的开关器，则能够缩短系统重构的所需时间，由于开关次数的耐用，因此能够进行非常频繁的切换。进行重构的时间带的限制也减少，所述重构的过程阶段的所需时间也能够缩短，因此能够通过稳定地进行动态系统的重构来实现系统电压的稳定。本发明不限定该动态系统的重构所定义的时间的单位。若较长，则以一天为单位，若较短，则以微秒为单位，来生成开关器的驱动信号。不限定此时所利用的气象预测信息的种类。也可以组合从多个信息源接收到的气象预测信息来利用。例如，当是日照量在数秒中有较大变化这样的预测信息时，通过在实际的日照量的变化之前使系统的连结点增加，来抑制系统电压的变动。在日照量的变化结束时亥IJ，通过减少系统的连结点，返回对故障做好防范的系统结构。如此，能够通过基于开关器的系统重构来实现以往由电压控制设备所实现的电压稳定化的功能。
[0111]虽然对开关器作为接通/断开的开关装置进行了说明，但在开关器中也可以具有电抗或电容的功能。例如，也可以通过变压器的电磁感应耦合、或者电容器的静电耦合来实现接通功能，而且，在这些电抗、电容中也可以组合基于半导体元件的开关功能。在任何情况下，本发明的特征在于，根据气象预测信息来生成用于电压稳定化的驱动信号。
[0112]用于生成开关器的驱动信号的评价函数，除了所述实施例中所述的以外，还可以有多种变形。例如，能够将减少开关器的切换次数，能够减小开关器的切换时的电压变动，或能够将故障发生时的故障的波及范围等导入评价函数。此外，还能够组合需求家庭侧的负载的变动。
[0113]现实的电力系统，很少为理想的网格型的结构。此外，有时对开关器的设置之处、设置个数、连接的系统以及能否远程操作等有限定。然而，这些分散电源广泛普及，作为面向低碳社会的社会需求是众所周知的。此时，对系统电压产生影响也作为技术课题而众所周知。本发明，提出通过使用开关器来重构系统来缓和电压变动的这一新概念，作为从此的设备计划组装，则能够消除现状中的上述问题。例如，从构筑新的街道阶段开始，以考虑到多个分散型电源的有效利用与稳定化的电力系统为目的而导入用于使系统重构容易的设备机器，能够充分有效利用本发明的特征。
[0114]如此，本发明提出了足够实用的解决对策与将来的计划，其利用效果很大。
[0115]在本发明的实施中，气象预测信息，不仅是直接与气象相关的信号，而且还能够利用与气象相关的任意的信号。气象状况与系统电压由多种因素关联，例如，对于日照量、日照时间、PV发电量、PCS(能量条件)、AMI测量数据(卖电买电)等，会进行关联的某种动作，因此，任何因素都能够作为与气象相关的信息来利用。此外，气象状况，有时被采集为与电力无关的某种传感器信息，例如，可以利用监视摄像机、街灯的自动点灭装置、便携终端搭载传感器等所采集的与气象相关的信息。此外，不仅与采集气象状况的装置及方法有关，例如，也可以利用来自发布气象信息的气象站或气象服务公司等的信息。如此，气象预测信息有时也可以未明示地与气象建立关联。
[0116]此外，既可以采集已经受到日照量变动的影响而引起变动的地域的系统状态，或者，也可以利用在未受到日照量变动的影响的地域的系统稳定化中。这是因为日照量等气象状况多数在地域上/时间上连续，因此要利用能够利用相邻的地域的结果信息来作为该地域的预测信息进行利用的这一情况。
[0117]如此，根据气象预测信息，预先控制电压控制设备，以使电压余量增加，能够得到在系统重构的同时、抑制电压变动的效果。
[0118]此外，对于具有太阳能发电等的分散电源的需求家庭而言，通过控制为使系统的稳定化提高，从而得到使剩余电力的卖电的机会增加的效果。
[0119]以上的实施例表示本申请发明的内容的具体例，本申请发明不局限于这些实施例，在本说明书所公开的技术思想的范围内，能够基于本领域技术人员进行各种变更以及修正。
【权利要求】
1.一种系统电压稳定化装置，具有: 输入部，其输入气象预测信息；和 指令运算部，其根据所述气象预测信息和系统结构信息，求出开关指令，该开关指令用于连接/断开系统的各开关器，以抑制被所述气流变动所影响的系统的电压变动。
2.根据权利要求1所述的系统稳定化装置，其特征在于， 具有:发电量推迟部，其根据所述气象信息来推测自然能量发电装置的发电量， 所述开关指令能够根据所述系统结构信息和所述被推测的发电量来进行运算。
3.根据权利要求1所述的系统电力稳定化装置，其特征在于， 具有:驱动信号生成部，其根据所述开关指令来生成开关器的驱动信号。
4.根据权利要求1所述的系统电力稳定化装置，其特征在于， 所述自然能量发电装置，是太阳能发电或者/以及风力发电。
5.根据权利要求1所述的系统电力稳定化装置，其特征在于， 在具有太阳能发电的电力系统中，所述气象预测信息包括日照量，在具有风力发电的电力系统中，所述气象预测信息包括风速。
6.根据权利要求1所述的系统电力稳定化装置，其特征在于， 所述系统结构信息包括分散电源的连接点、系统的线路、以及电压控制设备的种类。
7.根据权利要求3所述的系统电力稳定化装置，其特征在于， 所述开关器的驱动信号生成为:使基于气象预测信息的分散电源的发电量的变动给电力系统的电压变动带来的影响成为最小。
8.根据权利要求3所述的系统电力稳定化装置，其特征在于， 以直至从当前时刻的系统结构进行重构的系统结构为止，经过多个阶段的系统结构的方式生成开关器的驱动信号。
9.一种系统电压稳定化方法，输入气象预测信息，并根据所述气象信息、所述推测发电量和系统结构信息，求出开关指令，该开关指令用于连接/断开系统的各开关器，以抑制被气象变动所影响的系统的电压变动。
【文档编号】H02J3/00GK103703643SQ201180072396
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2011年9月2日 优先权日:2011年9月2日
【发明者】犬塚达基, 小林秀行 申请人:株式会社日立制作所