(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に１次側を接続されるタップ付き変圧器と、そのタップ付き変圧器の２次側に接続される並列コンデンサと、電力系統からの負荷電流を入力とする制御部とを備え、前記制御部には仮想の直列コンデンサを前記負荷電流が通過したときに発生する無効電力と等価な無効電力を発生するように、前記並列コンデンサの端子電圧目標値を定める手段と、前記並列コンデンサの端子電圧を前記目標値に維持するようにタップを調整する手段とを備えたことを特徴とする電圧無効電力制御装置。
【請求項２】
請求項１の電圧無効電力制御装置において、電圧目標値を定める手段が、検出した負荷電流Ｉｒと、仮想の直列コンデンサのリアクタンスＸｃと並列コンデンサのサセプタンスをＹｃｄとしたとき下式
【数１】
0003601917.tif 000013
で算出される電圧Ｖを目標電圧とする手段であることを特徴とする電圧無効電力制御装置。
【請求項３】
請求項１の電圧無効電力制御装置において、電圧目標値を定める手段が、検出した負荷電流Ｉｒと負荷無効電力Ｑｒと制御対象以外で投入されている並列コンデンサの容量Ｙｃと、設定した直列コンデンサのリアクタンスＸｃと制御対象並列コンデンサのサセプタンスをＹｃｄとしたとき下式
【数２】
0003601917.tif 000014
で算出される電圧Ｖを目標電圧とする手段であることを特徴とする電圧無効電力制御装置。
【請求項４】
請求項１の電圧無効電力制御装置において、電圧目標値を定める手段が、検出した負荷電流Ｉｒと、検出した電圧Ｖｒと、仮想の直列コンデンサのリアクタンスＸｃと並列コンデンサのサセプタンスをＹｃｄとしたとき下式
【数３】
0003601917.tif 000015
で算出されるＮをタップ比の目標値とする手段であることを特徴とする電圧無効電力制御装置。
【請求項５】
請求項１の電圧無効電力制御装置において、電圧目標値を定める手段が、検出した負荷電流Ｉｒと負荷無効電力Ｑｒと操作対象の並列コンデンサ以外に投入されている並列コンデンサの容量Ｙｃと、設定した直列コンデンサのリアクタンスＸｃと並列コンデンサのサセプタンスをＹｃｄとしたとき下式
【数４】
0003601917.tif 000016
で算出されるＮをタップ比の目標値とする手段であることを特徴とする電圧無効電力制御装置。
【請求項６】
請求項１の電圧無効電力制御装置において、タップ付き変圧器の２次側に接続されるのが、並列リアクトルであることを特徴とする電圧無効電力制御装置。
【請求項７】
請求項１又は請求項６の電圧無効電力制御装置において、タップ付き変圧器の２次側に接続されるのが、開閉装置で開閉される複数の並列コンデンサ又は並列リアクトルであることを特徴とする電圧無効電力制御装置。
【請求項８】
請求項１の電圧無効電力制御装置において、タップ付き変圧器の２次側に接続されるのが、開閉装置で開閉される複数の並列コンデンサ及び並列リアクトルであることを特徴とする電圧無効電力制御装置。
【請求項９】
請求項１又は請求項６の電圧無効電力制御装置において、タップ付き変圧器の３次側に並列コンデンサあるいは並列リアクトルが接続されることを特徴とする電圧無効電力制御装置。
【請求項１０】
請求項１の電圧無効電力制御装置において、負荷電流が通過するのが仮想のリアクトルであることを特徴とする電圧無効電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は送電線のリアクタンスを等価的に低減し、送電限界電力を増大させる電圧無効電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は一般の電力系統１を示し、電源２に送電線３のリアクタンスＸｓと直列コンデンサ４のリアクタンス（−Ｘｃ）と変圧器５が接続され、更に変圧器５の相手端には負荷６が接続されると共に、制御対象外コンデンサ７が接続されている。又、送電線には検出手段８を介して負荷電流Ｉｒ，負荷無効電力Ｑｒ，受電端電圧Ｖｒを検出する構成を有している。
【０００３】
図３の直列コンデンサ４は送電限界電力を増大するために設けたものであり、送電線に直列コンデンサを直列に挿入することにより、送電線のリアクタンスを低減させるものである。そして図４はこのときの需要−受電端電圧曲線は（Ｐ−Ｖ曲線）である。図４において、縦軸は受電端電圧Ｖｒ（ｐｕ）を、又、横軸は需要電力Ｐ２（ｐｕ）を示す。
【０００４】
図４からわかるように、曲線の先端が与える需要限界のうち運用電圧以下で運用可能な運用限界需要は伸びる。又、曲線の先端より上側では需要が増えると電圧が下がる系統特性となり、電圧が下がれば逆に需要が減るので落ちつく点があって安定な運転ができるが、曲線の先端より下側では需要が減ると電圧が下がる系統特性となり、電圧が下がれば更に需要が減るので落ちつく点がなく安定な運転ができない。図５は他の送電限界電力の増大方式であり、この場合は並列コンデンサ７で受電端の電圧を増大させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来方式において、直列コンデンサを用いる方式は線路保護リレーの誤動作，発電機軸振動との共振などの問題に対する対策が必要であり、余り使用されていない。又、並列コンデンサ方式は、図６に示されるように、コンデンサ容量を増大させれば曲線の先端が与える送電限界は伸びるが、限界電圧が上昇してしまうために、運用可能な送電限界は伸びないことが予想される。即ち、この送電限界電圧の抑制が課題であった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、送電限界電圧の上昇を抑制しながら、直列コンデンサで問題となる線路保護リレーの誤動作対策，発電機軸振動との共振対策を不要とし、送電線のリアクタンスを等価的に低減することにより、運用限界需要を増大させることの可能な電圧無効電力制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る電圧無効電力制御装置は、電力系統に１次側を接続されるタップ付き変圧器と、そのタップ付き変圧器の２次側に接続される並列コンデンサと、電力系統からの負荷電流を入力とする制御部とを備え、前記制御部には仮想の直列コンデンサを前記負荷電流が通過したときに発生する無効電力と等価な無効電力を発生するように、前記並列コンデンサの端子電圧目標値を定める手段と、前記並列コンデンサの端子電圧を前記目標値に維持するようにタップを調整する手段とを備えた。
【０００８】
この場合のタップ調整は、端子電圧を検出しこれを目標値と比較し、目標値よりも低い場合には端子電圧を上げる方向にタップを変更し、又、目標値よりも高い場合には端子電圧を下げる方向にタップを変更することで行なわれる。
【０００９】
本発明の請求項２に係る電圧無効電力制御装置は、請求項１において、電圧目標値を定める手段が、検出した負荷電流Ｉｒと、仮想の直列コンデンサのリアクタンスＸｃと並列コンデンサのサセプタンスをＹｃｄとしたとき下式
【数１】
0003601917.tif 000002
で算出される電圧Ｖを目標電圧とする手段であるようにした。
【００１０】
本発明の請求項３に係る電圧無効電力制御装置は、請求項１において、電圧目標値を定める手段が、検出した負荷電流Ｉｒと負荷無効電力Ｑｒと制御対象以外で投入されている並列コンデンサの容量Ｙｃと、設定した直列コンデンサのリアクタンスＸｃと制御対象並列コンデンサのサセプタンスをＹｃｄとしたとき下式
【数２】
0003601917.tif 000003
で算出される電圧Ｖを目標電圧とする手段であるようにした。
【００１１】
本発明の請求項４に係る電圧無効電力制御装置は、請求項１において、電圧目標値を定める手段が、検出した負荷電流Ｉｒと、検出した電圧Ｖｒと、仮想の直列コンデンサのリアクタンスＸｃと並列コンデンサのサセプタンスをＹｃｄとしたとき下式
【数３】
0003601917.tif 000004
で算出されるＮをタップ比の目標値とする手段であるようにした。
【００１２】
本発明の請求項５に係る電圧無効電力制御装置は、請求項１において、電圧目標値を定める手段が、検出した負荷電流Ｉｒと負荷無効電力Ｑｒと操作対象の並列コンデンサ以外に投入されている並列コンデンサの容量Ｙｃと、設定した直列コンデンサのリアクタンスＸｃと並列コンデンサのサセプタンスをＹｃｄとしたとき下式
【数４】
0003601917.tif 000005
で算出されるＮをタップ比の目標値とする手段であるようにした。
【００１３】
本発明の請求項６に係る電圧無効電力制御装置は、請求項１において、タップ付き変圧器の２次側に接続されるのが、並列リアクトルとした。
【００１４】
本発明の請求項７に係る電圧無効電力制御装置は、請求項１又は請求項６において、タップ付き変圧器の２次側に接続されるのが、開閉装置で開閉される複数の並列コンデンサ又は並列リアクトルとした。
【００１５】
本発明の請求項８に係る電圧無効電力制御装置は、請求項１において、タップ付き変圧器の２次側に接続されるのが、開閉装置で開閉される複数の並列コンデンサ及び並列リアクトルとした。
【００１６】
本発明の請求項９に係る電圧無効電力制御装置は、請求項１又は請求項６において、タップ付き変圧器の３次側に並列コンデンサあるいは並列リアクトルを接続した。
【００１７】
本発明の請求項１０に係る電圧無効電力制御装置は、請求項１において、負荷電流が通過するのが仮想のリアクトルであるようにした。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態を示す電圧無効電力制御装置である。図１において図３と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態における構成上の特徴点は、１次側が電力系統１の電源２側に接続されるタップ付き変圧器９と、そのタップ付き変圧器の２次側に接続される並列コンデンサ１０と、そのタップを調整する制御部１１とを付加したことである。
【００１９】
次に動作を説明する。制御部１１では負荷電流を検出し、設定した仮想の直列コンデンサをその負荷電流が通過したときに発生する無効電力と等価な無効電力を発生するように並列コンデンサ１０の端子電圧目標値を定め、その端子電圧を目標値に維持するようにタップを調整する。
【００２０】
タップの調整は、検出した端子電圧を目標値と比較し、これが目標値よりも低い場合には端子電圧を上げる方向にタップを変更し、目標値よりも高い場合には端子電圧を下げる方向にタップを変更することで行なわれる。
【００２１】
図２は図１に示す電圧無効電力制御装置の特性図（Ｐ−Ｖ曲線）である。そして図２は図４に示される直列コンデンサとほゞ等価な曲線が得られ、送電限界電圧が抑制されて、運用電圧以下となって運用限界需要が増加することがわかる。
【００２２】
本実施の形態によれば、負荷電流の大きさに応じた並列コンデンサの印加電圧制御により、線路保護リレーの誤動作対策，発電機軸振動との共振対策が不要で、限界需要の増加，電圧安定性の向上が可能である。
【００２３】
次に他の実施の形態を説明する。本例は目標電圧Ｖｃｄの選択の仕方である。本実施の形態によれば検出した負荷電流Ｉｒと、検出した電圧Ｖｒと、仮想の直列コンデンサのリアクタンスＸｃ（設定，変更可能な値）と並列コンデンサのサセプタンスＹｃｄとしたとき、目標電圧Ｖｃｄを（１）  式とした。その他は第１の実施の形態と同じである。
【数５】
0003601917.tif 000006
【００２４】
図３の直列コンデンサ系統で直列コンデンサ４のリアクタンスを−Ｘｃ，電力系統１の送電端電圧をＶｓ，送電線３のリアクタンスをＸｓ，受電端電圧をＶｒとし、負荷６の有効電力Ｐ，無効電力Ｑに関する式を求めると、（２）  式が成立する。
【００２５】
又、図１に示す直列コンデンサ等価制御の並列コンデンサ系統において、簡単のために並列コンデンサ１０の印加電圧を制御する変圧器９は理想変圧器とし、制御対象外並列コンデンサ７のＹｃは無視し、制御対象並列コンデンサ１０のサセプタンスをＹｃｄとすると（３）  式が成立する。
【００２６】
【数６】
0003601917.tif 000007
【００２７】
ここで（４）  式のとき（５）  式が成立するように、即ち、負荷電流Ｉｒの大きさに比例するように印加電圧Ｖｃを制御すれば図１の直列コンデンサ等価制御の並列コンデンサ系統は、図３の直列コンデンサ系統と需要−受電端電圧特性がほゞ等価となる。
【数７】
0003601917.tif 000008
【００２８】
本実施の形態によれば、図４に示すような直列コンデンサとほゞ等価な需要−受電端電圧特性が得られ、送電限界電圧が抑制されて、運用電圧以下となる運用限界需要が増加する。
【００２９】
更に他の実施の形態を説明する。本例は目標電圧の選択の仕方である。本実施の形態によれば検出した負荷電流Ｉｒと負荷無効電力Ｑｒと操作対象の並列コンデンサ以外に投入されている並列コンデンサの容量Ｙｃと、設定した直列コンデンサのリアクタンスＸｃと並列コンデンサのサセプタンスＹｃｄとから、目標電圧Ｖｃｄを（６）  式とした。その他は第１の実施の形態と同じである。調相設備Ｙｃを考慮した直列コンデンサモデルにおいては（７）  式となり、並列コンデンサモデルにおいては（８）  式となる。
【００３０】
【数８】
0003601917.tif 000009
【００３１】
ここで常に（９）  式が成立すれば（７）  式と（８）  式は等価となる。ここでＶｐは仮想の電圧なので、（１０），（１１），（１２）の関係から消去すると（１３）式となる。
【数９】
0003601917.tif 000010
【００３２】
そして（１３）式が成立すれば（７）  式と（８）  式は等価となる。そこで、Ｉｒ，Ｑｒ，Ｙｃを検出して印加電圧Ｖｃが（１３）式で得られる電圧になるようにタップを制御すれば、等価なものとなる。本実施の形態によれば、送電限界電圧の上昇を抑制し、送電線のリアクタンスを等価的に低減し、運用限界需要を増大させることができる。
【００３３】
上記実施の形態によれば、タップ付き変圧器の２次側に制御対象並列コンデンサ（サセプタンスＹｃｄ）を接続する旨の説明をしたが、タップ付き変圧器が負荷時タップ切替装置と変圧器とから構成されていても、上記実施例と同様な効果が得られる。
【００３４】
更に他の実施の形態を説明する。本実施の形態は検出した負荷電流Ｉｒと、検出した電圧Ｖｒと、仮想の直列コンデンサのリアクタンスＸｃと並列コンデンサのサセプタンスＹｃｄとしたとき、（14）式で算出されるＮをタップ比の目標値とする手段とした。本実施の形態によれば、コンデンサの印加電圧を維持するようにタップ比を操作する間接的な制御の代わりに直接タップ比を操作することができる。
【数１０】
0003601917.tif 000011
【００３５】
更に他の実施の形態を説明する。本実施の形態では検出した負荷電流Ｉｒと負荷無効電力Ｑｒと操作対象の並列コンデンサ以外に投入されている並列コンデンサの容量Ｙｃと、設定した直列コンデンサのリアクタンスＸｃと並列コンデンサのサセプタンスＹｃｄとしたとき、（１５）式で算出されるＮをタップ比の目標値とするようにした。本実施の形態によれば、上記実施の形態と同様な効果が得られる。
【数１１】
0003601917.tif 000012
【００３６】
更に他の実施の形態によれば、タップ付き変圧器の２次側に接続されるものが、並列コンデンサに代えて並列リアクトルであってもよく、この場合と上記実施の形態と同様な効果が得られる。
【００３７】
更に他の実施の形態ではタップ付き変圧器の２次側に接続されるのが、開閉装置で開閉される複数の並列コンデンサであってもよい。本実施の形態によれば、制御対象並列コンデンサの容量を変化させることができるので、タップ比の変化幅を小さくできる。
【００３８】
更に他の実施の形態ではタップ付き変圧器の２次側に接続されるのが、開閉装置で開閉される複数の並列リアクトルであってもよい。本実施の形態によれば、上記実施の形態と同様な効果が得られる。
【００３９】
更に他の実施の形態ではタップ付き変圧器の２次側に接続されるのが、開閉装置で開閉される複数の並列コンデンサ及び並列リアクトルであってもよい。本実施の形態によれば、上記実施の形態と同様な効果が得られる。
【００４０】
更に他の実施の形態ではタップ付き変圧器の３次側に並列コンデンサあるいは並列リアクトルが接続されるものであってもよい。本実施の形態によれば、上記実施の形態と同様な効果が得られる。
【００４１】
更に他の実施の形態では検出する負荷電流が変圧器の電流の合計であるようにした。又、検出する負荷電流が送電線の電流の合計であってもよく、更に検出する負荷電流が変圧器と送電線の電流の合計であってもよいし、更に負荷電流が通過するのが仮想のリアクトルであってもよい。本実施の形態によれば、いずれも上記実施の形態と同様な効果が得られる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば直列コンデンサあるいはリアクトルと等価な特性が得られるように並列コンデンサあるいはリアクトルの印加電圧を制御するように構成したので、直列コンデンサで問題となる線路保護リレーの誤動作対策，発電機軸振動との共振対策が不要で、送電線のリアクタンスを等価的に低減し、送電限界電圧の上昇を抑制しながら、運用限界需要を増大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の電圧無効電力制御装置のシステム構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態の電圧無効電力制御装置の特性図。
【図３】従来技術の直列コンデンサ系統図。
【図４】従来技術の直列コンデンサ系統の特性図。
【図５】従来技術の並列コンデンサ系統図。
【図６】従来技術の並列コンデンサ系統の特性図。
【符号の説明】
１    電力系統
２    電源
３    送電線
４    直列コンデンサ
５    変圧器
６    負荷
７    制御対象外並列コンデンサ
８    検出手段
９    タップ付き変圧器
１０    制御対象並列コンデンサ
１１    制御部
【図１】
0003601917.tif 000017
【図２】
0003601917.tif 000018
【図３】
0003601917.tif 000019
【図４】
0003601917.tif 000020
【図５】
0003601917.tif 000021
【図６】
0003601917.tif 000022