发电量推定装置及发电量推定方法

技术领域

本发明涉及发电量推定装置及发电量推定方法。

背景技术

配电系统一般由高压系统(通常为6600V)和低压系统(100V～200V)构成，一般消费者的受电端与该低压系统相连接。电力公司有义务将一般消费者的受电端的电压维持在适当范围(例如在100V的受电的情况下，电压为95V～107V)内。因此，电力公司通过调整与高压系统相连的电压控制设备(例如LRT(Load Ratio Control Transformer：附带有载分接开关的变压器)或SVR(Step Voltage Regulator：步进电压调节器)等)的控制量(例如对分接头(tap)进行操作)，来维持一般消费者的受电端的电压。另外，以下，除非特别限定，则配电系统是指其高压系统。

最近，住宅用或超大太阳能等大小各异的太阳能发电系统与配电系统相连，对于系统运用必需掌握以配电线(或配电区间)为单位的太阳能发电量。考虑根据对配电线内的多个位置进行采样测量而得到的太阳能发电量、或以配电线为单位测量得到的日照量来推定以配电线为单位的太阳能发电量，但在上述方法中，需要进行测量设备、通信设备的设置及管理。另一方面，为了维持配电系统内的适当电压，大致掌握配电线的电压是当务之急，因此计划在配电线的输送点和末端附近设置传感器，对电压/电流/有功功率/无功功率等进行测量。

下述专利文献1中公开了在太阳能发电装置的上游对有功功率、无功功率进行测量，通过独立分量分析来推定太阳能发电输出的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-170236号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在测量上述日照量等并推定以配电线为单位的太阳能发电量的方法中，具有需要进行测量设备、通信设备的设置及管理的问题。此外，上述专利文献1记载的推定方法由于利用过去的测量值的独立分量分析的结果来求得近似曲线并推定太阳能发电输出，因此具有推定误差可能变大的问题。

本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于，获得一种能抑制测量设备、通信设备的增加，能高精度地推定太阳能发电量的发电量推定装置及发电量推定方法。

解决技术问题的技术方案

为了解决上述问题，达成目的，本发明的发电量推定装置对连接有多个负载和一个以上的太阳能发电设备的高压系统的配电线中的太阳能发电量进行推定，其特征在于，包括：通信部，该通信部接收所述配电线的第1位置的测量电压即第1电压值、所述第1位置的有功功率的测量值即第1有功功率、所述配电线的第2位置的测量电压即第2电压值及所述第2位置的有功功率的测量值即第2有功功率；存储部，该存储部保持每个所述负载的连接位置及合同信息、所述第1电压值、所述第2电压值、所述第1有功功率及所述第2有功功率；负载中心计算部，该负载中心计算部基于从所述存储部读取到的每个所述负载的所述连接位置及所述合同信息，求出负载中心点的阻抗；发电中心计算部，该发电中心计算部基于每个所述太阳能发电设备的连接位置及发电容量求出发电中心点的阻抗；以及发电量计算部，该发电量计算部基于所述负载中心点的阻抗、所述发电中心点的阻抗、所述第1电压值及所述第2电压值、所述第1有功功率及所述第2有功功率来推定所述太阳能发电量。

发明效果

根据本发明，起到如下效果：能抑制测量设备、通信设备的增加，能高精度地推定太阳能发电量。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的实施方式的配电系统电压控制系统的结构的一个示例的图。

图2是表示配电系统管理装置的结构例的图。

图3是表示实施方式的计算机系统的结构例的图。

图4是表示发电量推定步骤的一个示例的流程图。

图5是表示负载中心点、发电中心点、输送电压和末端电压之间的关系的概念的图。

图6是表示合同信息的一个示例的图。

图7是表示每种合同种类的功耗的分布(profile)的平均值的概念的图。

具体实施方式

下面，基于附图详细说明本发明所涉及的发电量推定装置及发电量推定方法的实施方式。此外，本发明并不由本实施方式所限定。

实施方式.

图1是表示本发明所涉及的实施方式的配电系统电压控制系统的结构的一个示例的图。图1中，电压控制设备7例如是设置于变电站的作为配电用变压器的LRT(Load RatioControl Transformer：附带有载分接开关的变压器)。电压控制设备7的二次侧连接有母线8。母线8例如并联连接有两根配电线9-1、9-2。配电线9-1、9-2是高压系统(电压电平为6600V)的配电线。

配电线9-1的一端经由断路器6-1与母线8相连接。配电线9-1上分别设置有测量配电线9-1的电压及潮流的电压潮流测量装置(测量装置)5-1、5-3。配电线9-2的一端经由断路器6-2与母线8相连接。配电线9-2上分别设置有测量配电线9-2的电压及潮流的电压潮流测量装置(测量装置)5-2、5-4。电压潮流测量装置5-1、5-2分别配置在配电线9-1、9-2的输送点(上游侧的端点)处。电压潮流测量装置5-3、5-4分别配置在配电线9-1、9-2的末端(下游侧的端点)处。电压潮流测量装置5-1～5-4例如以一定周期(例如每隔一秒)测量电压及潮流等，将测量得到的结果的规定时间(例如一分钟期间)的平均值作为测量信息进行发送。电压潮流测量装置5-1～5-4具有通信功能，与通信网络2相连接。电压潮流测量装置5-1～5-4经由通信网络2例如定期地将测量信息发送至配电系统管理装置1。

配电线9-1连接有负载3-1～3-3、太阳能发电设备4-1～4-3、电容器100。负载3-1例如表示以消费者为单位的负载。此外，也可以是杆上变压器等将一个以上的消费者整合为一个的负载。另外，与配电线9-1相连的负载、太阳能发电设备及电容器个数并不限于图1的示例。此外，电容器100也是配电线9-1中的负载。负载3-1～3-3内也可以包含电容器。图1中，为了对图进行简化，省略了与配电线9-2相连接的负载、太阳能发电设备及电容器，但配电线9-2也连接有负载、太阳能发电设备及电容器。

配电系统管理装置1(发电量推定装置)是对配电系统进行管理的装置，能设置于对作为管理对象的系统范围进行管理的营业所或控制所等。

本实施方式的配电系统电压控制系统中，进行维持配电系统的适当电压的电压控制。该电压控制的方法可以使用任何方法，例如考虑由与通信网络2相连接的集中控制装置进行电压控制的形式。电压潮流测量装置5-1～5-4为了上述电压控制而设置。将由电压潮流测量装置5-1～5-4测量得到的有功功率(P)和电压(V)用于上述电压控制。

本实施方式中，如上所述，灵活运用为了电压控制而设置的电压潮流测量装置5-1～5-4的测量数据，来推定以配电线为单位的太阳能发电量。图2是表示本实施方式的配电系统管理装置1的结构例的图。如图2所示，本实施方式的配电系统管理装置1包括负载·发电中心计算部11、负载·发电量计算部12、发电效率计算部13、发电量推定部14、通信部15、存储部16及平均处理部17。

配电系统管理装置1具体而言是计算机系统(电脑)。通过在该计算机系统上执行供需计划程序，从而使计算机系统起到配电系统管理装置1的作用。图3是表示本实施方式的计算机系统的结构例的图。如图3所示，该计算机系统包括控制部101、输入部102、存储部103、显示部104、通信部105、及输出部106，它们经由系统总线107相连接。

图3中，控制部101例如是CPU(Central Processing Unit：中央处理器)等，执行本实施方式的供需计划程序。输入部102由例如键盘、鼠标等构成，计算机系统的用户为了进行各种信息的输入而使用。存储部103包含RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)等各种存储器及硬盘等存储设备，存储上述控制部101要执行的程序、处理过程中获得的所需的数据等。此外，将存储部103作为程序的临时存储区域来使用。显示部104由LCD(液晶显示面板)等构成，对计算机系统的用户显示各种画面。通信部105具有与通信网络2进行连接的功能，经由通信网络2接收来自电压潮流测量装置5-1～5-4的测量数据。另外，图3为一个示例，计算机系统的结构并不限于图3的示例。

此处，对本实施方式的发电量推定程序达到可执行状态前的计算机系统的动作例进行说明。采用上述结构的计算机系统例如从设置于CD(Compact Disc：光盘)-ROM/DVD(Digital Versatile Disc：数字通用盘)-ROM驱动器(未图示)的CD-ROM/DVD-ROM将发电量推定程序安装到存储部103。于是，在执行发电量推定程序时，将从存储部103读取出的发电量推定程序保存在存储部103的规定场所。该状态下，控制部101根据保存于存储部103的程序，执行本实施方式的发电量推定处理。

另外，本实施例中，将CD-ROM/DVD-ROM作为记录介质，来提供记载有发电量推定处理的程序(发电量推定程序)，但并不限于此，也可以根据计算机系统的结构、提供的程序的容量等，使用例如经由通信部105并利用网络等传输介质来提供的程序。

图2的负载·发电中心计算部11、负载·发电量计算部(发电量计算部)12、发电效率计算部13及发电量推定部14包含于图3的控制部101。图2的存储部16是图3的存储部103的一部分。图2的通信部15相当于图3的通信部105。另外，此处，负载·发电中心计算部11采用具备作为求出负载中心点的负载中心点计算部的功能与作为求出发电中心点的发电中心点计算部的功能的结构，但也可以分开具备负载中心点计算部和发电中心点计算部。

接着，对本实施方式的发电量推定方法进行说明。下面，说明对配电线9-1推定以配电线为单位的太阳能发电量的总量的示例，但也能同样地对配电线9-2推定太阳能发电量的总量。配电系统管理装置1的存储部16保存有配电系统设备数据、系统结构数据、合同数据及传感器测量数据。

配电系统设备数据包含负载的利用率特性、负载3-1～3-3、电容器100及太阳能发电设备4-1～4-3的连接位置、太阳能发电设备4-1～4-3的面板(发电面板)的容量、配电线电阻信息、配电线电抗信息等信息。系统结构数据包含断路器6-1、6-2是开还是闭等信息。配电系统设备数据、系统结构数据预先保存于存储部16，在设备等发生变更时，运用者等从计算机系统的输入部102输入变更后的信息，从而存储部16内的数据被更新。

合同数据包含每个消费者或者每个将一个以上的消费者集合后的单位(例如杆上变压器单位)的合同电力、合同种类、行业种类等信息。对于合同数据，可以与配电系统设备数据、系统结构数据同样地预先保存于存储部16。如图2所示，配电系统管理装置1可以从对合同内容进行管理的合同管理装置10获取合同数据，并将其保存于存储部16。

传感器测量数据是从电压潮流测量装置5-1～5-4经由通信网络2接收到的测量数据、或接收到的测量数据的一定时间(例如30分钟)的平均值。在保存平均后的结果的情况下，平均处理部17按每个测量点(电压潮流测量装置5-1～5-4)求出从通信部15接收到的测量数据的一定时间的平均值，并作为测量数据保存于存储部16。另外，本实施方式中，为了推定发电量而使用有功功率和电压。因此，也可以将除此以外的测量数据保存于存储部16。

图4是表示本实施方式的发电量推定步骤的一个示例的流程图。配电系统管理装置1中，可以以一定周期(例如30分钟周期)实施图4所示步骤实现的发电量推定，也可以在维护等作业中需要掌握发电量的情况下实施，也能在任意的时刻实施。负载分散在配电线9-1的各部位并与其相连，但能将它们的功率因数看做基本相同。因此，能利用使所有的负载集中于负载中心点(配电线上的负载的重心)的模型来计算因负载而产生的电压下降。同样，也能利用使所有的太阳能发电集中于发电中心点(配电线上的太阳能发电的重心)的模型来计算因太阳能发电而产生的电压上升。图5是表示负载中心20、发电中心21、输送电压和末端电压之间的关系的概念的图。

首先，负载·发电量推定部11基于配电系统设备数据、系统结构数据及合同数据计算负载中心点及发电中心点(步骤S1)。具体而言，对于负载中心点，基于与配电线9-1相连的负载(负载3-1～3-3、电容器100)的连接位置(从电压潮流测量装置5-1的测量点到负载3-1～3-3为止的电阻(阻抗)或距离)、与配电线9-1相连的每个负载的合同容量、负载利用率特性计算负载中心点。

将配电线9-1的电压潮流测量装置5-1的测量点(第1位置)处的测量电压作为输送电压Va、将电压潮流测量装置5-3的测量点(第2位置)处的测量电压作为末端电压Vb。此外，将电压潮流测量装置5-1的测量点处的有功功率的测量值设为Pa，将电压潮流测量装置5-3的测量点处的有功功率的测量值设为Pb。若将与配电线9-1相连的负载的总数设为N，将与配电线9-1相连的负载中的第i个负载的合同电力设为PI_i、将阻抗设为I_i，则从输送电压Va的测量点(电压潮流测量装置5-1的设置位置)到负载中心点为止的距离Lc能由下式(1)计算得到。另外，下式(1)的Σ表示从i＝1到i＝N为止的和。

Lc＝Σ(PI_i×I_i)/Σ(PI_i)…(1)

阻抗I_i基于作为配电系统设备数据保持的配电线电阻信息及配电线电抗信息、各负载的连接位置来计算。在电阻值近似为与配电线的长度成比例的情况下，配电线电阻信息是用于根据配电线的长度求出电阻值的比例常数，在电抗值近似为与配电线的长度成比例的情况下，配电线电抗信息是用于根据配电线的长度求出电抗的比例常数。另外，也可以保持每个负载的电阻、电抗来取代保持配电线电阻信息、配电线电抗信息、连接位置。

与输送电压Va的测量点之间的距离为Lc的点为负载中心点。能基于配电线电阻信息、配电线电抗信息、Lc来计算负载中心点的电阻RL及电抗XL。

关于配电线9-1内的发电中心点，若将太阳能发电设备4-1～4-3中的第i个电阻设为R_i、将面板容量设为Ps_i，则从输送电压Va的测量点到发电中心点为止的距离Lg能利用下式(2)来计算得到。另外，将M设为配电线9-1内的太阳能发电设备4-1～4-3的个数，下式(2)的Σ是从i＝1到i＝M为止的和。

Lg＝Σ(Ps_i×R_i)/Σ(Ps_i)…(2)

R_i基于作为配电系统设备数据保持的配电线电阻信息及配电线电抗信息、各太阳能发电设备4-1～4-3的连接位置来计算。从输送电压Va的测量点到负载中心点为止的距离为Lg的点成为发电中心点。能基于配电线电阻信息和Lg来计算发电中心点的电阻RG。

接着，基于负载中心点、发电中心点、输送电压及末端电压来求出负载和发电量(步骤S2)。具体而言，对以下的三个量进行建立公式，将这三个式子作为联立方程式进行求解，从而求出以配电线9-1为单位的负载功率PL和发电量PG。

(a)配电线的输送电压和末端电压的测量值的电压差Vdiff

Vdiff＝Vb-Va-Vqc…(3)

其中，Vdiff将末端电压的上升侧定义为正。Vqc是配电线9-1的电容器所产生的电压上升量

(b)因负载产生的电压下降及因发电产生的电压上升

Vdiff＝PG×RG-(PL×RL+QL×XL)

＝PG×RG-PL×(RL+α×XL)…(4)

其中，设为α＝QL/PL，预先设定数值(例如α＝0..1)

(c)负载功率和发电量的合计与测量得到的有功功率

Pb-Pa＝PG-PL…(5)

根据上式(3)～(5)，可得到下式(6)。

Vdiff＝PG×RG

-(PG+Pa-Pb)×(RL+α×XL)…(6)

利用式(6)，如下所示能求得PG。

PG＝(Vdiff-(Pb-Pa)×(RL+α×XL))/(RG-RL-α×XL)…(7)

另外，例如基于没有太阳能发电的夜间的测量数据事先求得Vqc。白天和夜间的电容器连接量不变，因此，因电容器产生的电压上升是一定的。在配电线9-1内不存在电容器的情况下，也可以不考虑上述式(3)中的Vqc。

另外，上述式是将太阳能发电的平均功率因数设为100％的情况下的式子，但在没有将平均功率因数设为100％的情况下，与负载中心点XL相同，对于发电中心点也求出电抗XG，与负载中心点同样地考虑电抗与无功功率。

另外，对于Va、Vb、Pa、Pb，可以如上所述那样保持一定时间的平均值，也可以直接保持测量数据。在直接保持测量数据的情况下，能在步骤S2的计算之前，基于所保持的测量数据求出一定时间的平均值，并将这些平均值用作为Va、Vb、Pa、Pb。

接着，发电效率计算部13取得发电量与面板容量的合计之间的比，求出发电效率(步骤S3)。在发电效率脱离0％～100％的范围的情况下，发电效率计算部13进行校正，使发电效率处于0％～100％的范围。另外，此处，将太阳能发电以外的发电包含在负载中考虑。

配电系统管理装置1对自身所管理的所有配电线(例如同一变电站所管辖的所有配电线)中的设置有电压潮流测量装置的配电线实施上述步骤S1～步骤S3，同样，按配电线求出发电量与发电效率。

发电量推定部14利用每个配电线的发电效率，并通过面板容量的加权平均来求出平均发电效率。然后，发电量推定部14推定未设置有电压潮流测量装置的配电线的发电量(步骤S4)。具体而言，发电量推定部14将未设置有电压潮流测量装置的配电线内的太阳能发电设备的面板容量与平均发电效率相乘，来求出发电量的推定值。

另外，在自身所管理的所有配电线中不存在未设置有电压潮流测量装置的配电线的情况下，可以不实施步骤S3、S4。本实施方式中，如上所述，能利用设置于配电线的电压潮流测量装置的测量数据和设备数据来推定太阳能发电量，因此无需太阳热量计等新的测量·通信设备的设置/管理，能抑制设备投资。

另外，本实施方式中，以配电线为单位推定太阳能发电量，但并不限于此，也能在设置有电压潮流测量装置的配电线内，利用任意两个测量点的测量数据来同样地推定测量点间的太阳能发电量。例如，在以配电区间为单位设置电压潮流测量装置的情况下，能按配电区间推定太阳能发电量。

上述示例中，如上述式(1)所示，在求出负载中心点时，使用了每个负载的合同电力，但也能如以下说明的那样，利用更为详细的合同信息来求出负载中心点。例如，也考虑除了合同电力以外将合同种类、行业种类等也作为合同信息考虑。而且，预先保持每个负载的如图6所示的合同信息作为合同数据。图6是表示合同信息的一个示例的图。作为合同种类，例如具有通常的合同、深夜电力合同、因时间段不同收费不同的合同等，根据合同种类，具有一天中每个时间段的功耗成为一定的趋势。图7是表示每种合同种类的功耗的分布(profile)的平均值的概念的图。

对于合同信息，在使用每个消费者的值的情况下，能直接使用每个消费者的合同信息，但在以杆上变压器为单位考虑为一个负载的情况下，使用与杆上变压器相连接的各消费者的合同信息的平均值等。

例如，按合同种类，求出功耗的分布的平均值以作为时刻t的函数Pf_j(t)。j设为用于识别合同种类的编号。求出平均值时，利用合同电力进行标准化以作为利用率来求出。并且，基于式(8)来取代式(1)求出负载中心点。另外，将A_i设为第i个负载的合同电力。j(i)表示第i个负载的合同种类的编号。

Lc＝Σ(A_i×Pf_j(i)(t)×I_i)/Σ(A_i×Pf_i(i)(t))…(8)

Pf_i(t)可以作为时刻t的函数事前求出，也可以将每隔一定时间(例如1小时)的值作为表格进行保持，参照表格求出Pf_i(t)的值。同样，作为Pf_j(t)，可以将季节变化也考虑在内。例如，可以将M设为月(1月～12月的某一个月)，将每个月的季节校正系数设为S(M)，对上述分母和分子的A_i×Pf_i(i)(t)分别乘上S(M)。

同样，可以按行业种类事先求出功耗的分布的平均值作为时刻t的函数Ph_j(t)，j(i)表示第i个负载的行业种类的编号，可以利用下式(9)求出负载中心点。作为行业种类，考虑工厂等、住宅、商业等种类。此外，也可以和合同种类同样地乘以季节校正系数。

Lc＝Σ(A_i×Ph_j(i)(t)×I_i)/Σ(A_i×Ph_i(i)(t))…(9)

此外，也可以考虑合同种类和行业种类双方。例如，可以使用Pf_i(i)(t)×Ph_j(i)(t)来取代上述式(8)的Pf_i(i)(t)。该情况下，也可以进一步乘以季节校正系数。

如上所述，本实施方式中，利用设备数据计算负载中心点及发电中心点，基于配电线所设置的两点的电压潮流测量装置的测量数据、负载中心点及发电中心点，推定太阳能发电量。因此，无需太阳热量计等新的测量·通信设备的设置/管理，能抑制设备投资。并且，按合同种类、行业种类来考虑利用率的时间变化，计算负载中心点，因此能更高精度地推定太阳能发电量。

工业上的实用性

如上所述，本发明所涉及的发电量推定装置及发电量推定方法对配电系统电压控制系统有用。

标号说明

1配电系统管理装置、2通信网络、3-1～3-3负载、4-1～4-3太阳能发电设备、5-1～5-4电压潮流测量装置、6-1、6-2断路器、7电压控制设备、8母线、9-1、9-2配电线、10合同管理装置、11负载·发电中心计算部、12负载·发电量计算部、13发电效率计算部、14发电量推定部、15、105通信部、16、103存储部、20负载中心、21发电中心、100电容器、101控制部、102输入部、104显示部、106输出部。