(57)【要約】    【課題】  本発明の目的は、配電線に接続される負荷の負荷変動状態に拘らず有効電力と無効電力を補償する電力品質補償装置による電圧変動補償を安定に行える配電線電圧変動補償装置を提供することにある。    【解決手段】  配電線１の電力品質補償手段９の接続位置よりも交流系統２側にタップ付変圧器４を設ける。負荷３の有効電力と無効電力を負荷電力検出器７で検出する。タップ位置調整器８は負荷３の有効電力と無効電力により負荷端までの電圧降下を求め、この電圧降下を補償するようにタップ付変圧器４のタップ位置を調整する。【選択図】  図1
2006014445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流系統の電力を負荷に給電する配電線と、前記配電線に設けられたタップ付変圧器と、前記負荷に給電される負荷電力を検出する負荷電力検出手段と、前記負荷電力を入力し前記負荷端までの電圧降下を求め、この電圧降下を補償するように前記タップ付変圧器のタップ位置を調整するタップ位置調整手段と、前記タップ付変圧器よりも前記負荷側の配電線に接続され、前記配電線電圧が設定電圧になるように有効電力と無効電力を前記配電線に供給する電力品質補償手段とを具備することを特徴とする配電線電圧変動補償装置。
【請求項２】
交流系統の電力を負荷に給電する配電線と、前記配電線に設けられ配電線電圧を制御するタップ付変圧器と、前記負荷の有効電力と無効電力を検出する負荷電力検出手段と、前記負荷電力検出手段で検出した負荷の有効電力と無効電力を入力して、この有効電力と無効電力による前記負荷端までの電圧降下を補償するように前記タップ付変圧器のタップ位置を調整するタップ位置調整手段と、前記タップ付変圧器よりも前記負荷側の配電線に接続され、前記配電線電圧が設定電圧になるように有効電力と無効電力を前記配電線に供給する電力品質補償手段とを具備することを特徴とする配電線電圧変動補償装置。
【請求項３】
請求項１、２のいずれか１項において、前記電力品質補償手段は、交流を直流に変換する自励式変換器と、前記自励式変換器の直流出力を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサと並列接続された電力蓄積コンデンサと、前記平滑コンデンサと前記電力蓄積コンデンサの間に接続され、前記電力蓄積コンデンサの充放電を行うチョッパとを具備することを特徴とする配電線電圧変動補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は交流系統の電力を負荷に給電する配電線の電圧変動を補償する配電線電圧変動補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力自由化の進展に伴い風力発電、太陽光発電などの分散電源によって配電線の負荷に給電することが多くなると考えられる。分散電源により給電すると瞬時停電や負荷変動による配電線電圧の変動が大きくなる傾向にある。
【０００３】
従来、配電線の電圧変動は無効電力補償装置とタップ付変圧器を組合わせて補償することが知られている。このことは、例えば、下記特許文献１に記載されている。ところが、瞬時停電等の電圧低下の大きな事故に対して負荷に電力を供給するためには無効電力補償に加えて有効電力補償を行う必要がある。
【０００４】
このことを解決するために、有効電力補償と無効電力補償を行う電力品質補償装置が提案されている。電力品質補償装置は、交流を直流に変換する自励式変換器の直流側に平滑コンデンサと大容量の電力蓄積コンデンサを並列接続してエネルギー蓄積を行うもので、電力蓄積コンデンサの充放電に伴う直流電圧の変動を抑制し、自励式変換器の運転効率を高めるため平滑コンデンサと電力蓄積コンデンサの間に接続されたチョッパーによって平滑コンデンサの直流電圧を一定に保つ制御を行うようにしている。電力蓄積コンデンサの充電は瞬停事故に備えて交流系統の平常時に行っている。このような電力品質補償装置については、例えば、下記の非特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２８１６６９
【非特許文献１】平成１５年電気学会産業電気電力応用研究会資料ＩＥＡ−０３                        −２８、２００３年６月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
有効電力補償と無効電力補償を行う電力品質補償装置は負荷変動による電圧変動補償をしている時に大きな電圧変動が発生すると電圧変動補償範囲を逸脱し電圧変動補償をできなくなるという事態が発生する虞がある。
【０００７】
本発明の目的は、配電線に接続される負荷の負荷変動状態に拘らず有効電力と無効電力を補償する電力品質補償装置による電圧変動補償を安定に行える配電線電圧変動補償装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特徴とするところは、配電線の電力品質補償手段の接続位置よりも交流系統側にタップ付変圧器を設け、負荷に給電される負荷電力を検出して負荷端までの電圧降下を求め、この電圧降下を補償するようにタップ付変圧器のタップ位置を調整するようにしたことにある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は配電線の電圧変動を電力品質補償装置により瞬時に補償し、その後に分単位でステップ状に動作するタップ付変圧器が電力品質補償装置で補償していた電圧変動を補償するようになるので、負荷変動によって電力品質補償装置の電圧変動補償範囲を逸脱する機会を著しく低減でき電力品質補償装置による電圧変動補償を安定に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
配電線は交流系統の電力を負荷に給電する。配電線には配電線電圧を制御するタップ付変圧器が設けられている。負荷に給電される負荷電力は負荷電力検出手段により検出される。タップ位置調整手段は負荷電力を入力し負荷の設定力率に基づき有効電力と無効電力を求め、この有効電力と無効電力による負荷端までの電圧降下を補償するようにタップ付変圧器のタップ位置を調整する。電力品質補償手段はタップ付変圧器よりも負荷側の配電線に接続され、配電線電圧が設定電圧になるように有効電力と無効電力を配電線に供給する。
【００１１】
電力品質補償手段は、交流を直流に変換する自励式変換器と、自励式変換器の直流出力を平滑する平滑コンデンサと、平滑コンデンサと並列接続された電力蓄積コンデンサと、平滑コンデンサと電力蓄積コンデンサの間に接続され、電力蓄積コンデンサの充放電を行うチョッパとを具備している。
【実施例】
【００１２】
図１に本発明の一実施例を示す。
【００１３】
図1において、配電線１に接続されている負荷３は交流系統（変電所）２から電力を給電される。配電線１には配電線電圧を制御するタップ付変圧器（ＳＶＲ）４が設けられている。タップ付変圧器４の１次側（交流系統側）に変成器５と変流器６が設けられている。変成器５で検出した配電線電圧（負荷電圧）と変流器６で検出した負荷電流は負荷電力検出器７に入力される。
【００１４】
負荷電力検出器７は負荷電圧と負荷電流により負荷３に給電される負荷の有効電力と無効電力を検出しタップ位置調整器８に加える。タップ位置調整器８は有効電力と無効電力を入力し負荷（負荷端）３までの電圧降下を補償するようにタップ付変圧器４のタップ位置を調整する。
【００１５】
電力品質補償装置（ＰＱＣ）９はタップ付変圧器４よりも負荷側の配電線１に接続され、配電線電圧が設定電圧Ｖｓになるように有効電力と無効電力を配電線１に供給する。なお、図１には配電線１の抵抗をＲ、リアクタンスをＸとして示している。
【００１６】
図２に電力品質補償装置９の一例構成を示す。交流を直流に変換する自励式変換器１０の交流側は変換用変圧器１１を介して配電線１に接続される。自励式変換器１０の直流側には直流出力を平滑する平滑コンデンサ１２と電力蓄積コンデンサ１３が並列接続されている。平滑コンデンサ１２と電力蓄積コンデンサ１３の間には電力蓄積コンデンサ１３の充放電を行うチョッパ１４が接続されている。
【００１７】
自励式変換器１０は変換器制御装置１５によりパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）される。変換器制御装置１５は配電線電圧の電圧設定値Ｖｓと配電線１の基準位相信号θｏを与えられ、有効分と無効分の非干渉ベクトル演算を行って自励式変換器１０をＰＷＭ制御する。自励式変換器１０としては電圧型自励式変換器が用いられ、また、電力蓄積コンデンサ１３としては高速で高効率な充放電を行える電気二重層コンデンサが用いられる。
【００１８】
なお、図２はチョッパ１４の制御装置の図示を省略している。
【００１９】
次に動作を説明する。
【００２０】
電力品質補償装置９は配電線１の電圧変動を次のようにして補償する。
【００２１】
送電線や配電線の負荷変化に伴う電圧降下ΔVａは近似的に式１で表される。
ΔＶａ≒Ｘ・ΔＱ＋R・ΔP      …（式１）
ΔＰ、ΔQ：負荷３の有効電力と無効電力の変化分
一般に送電線ではＸ>>Ｒであるため、ΔＶａ≒Ｘ・ΔＱ  と近似できる。しかし、配電線１はＸ≒Ｒであり、配電線１の抵抗Ｒによる電圧降下を無視できなくなる。
【００２２】
無効電力補償装置は無効電力変化分ΔＱを補償して電圧低下を補償する。しかし、配電線３は抵抗ＲとリアクタンスＸが略等しくなっており、無効電力変化分ΔＱのみの補償では有効電力変化分ΔＰによる電圧低下を補償できなくなる。このことは、負荷変化ではなく交流系統２の事故等による電圧低下を無効電力補償装置で補償しようとしても、電圧低下が大きくなると補償できなくなることと同様である。なぜなら、無効電力補償装置は無効電力による電圧低下のみを補償するものであり、系統事故時等の電圧補償には負荷３に有効電力も供給しないと電圧が確立できないからである。
【００２３】
電力品質補償装置９は無効電力補償に加えて有効電力補償を行っているので、無効電力変化による電圧変化に加えて有効電力変化に伴う配電線１の電圧低下を補償することができる。また、交流系統２の事故による瞬停や停電に対しても負荷３に有効電力と無効電力の両方を補償できるので、電圧変動補償を行い負荷３への電力供給を行える。
【００２４】
このようにして電力品質補償装置９が配電線１の電圧変動補償を行っているときにタップ付変圧器４は次のようにして電圧変動を補償する。
【００２５】
負荷電力検出器７は変成器５で検出した配電線１の瞬時交流電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗと変流器６で検出した瞬時交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗにより負荷３の有効電力Ｐと無効電力Ｑを求める。有効電力Ｐは式２で求められる。
Ｐ＝Ｅｕ・Ｉｕ＋Ｅｖ・Ｉｖ＋Ｅｗ・Ｉｗ      …（式２）
【００２６】
無効電力Ｑは式２の交流電圧Ｅｕ、Ｅｖ、Ｅｗと交流電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの電気角で９０°遅れた交流電圧と交流電流によって有効電力Ｐと同様に求められる。
【００２７】
負荷電力検出器７で検出した有効電力Ｐと無効電力Ｑはタップ位置調整器８に加えられる。タップ位置調整器８は入力した有効電力Ｐと無効電力Ｑを用いて負荷３の端子までの配電線１の電圧降下ΔＶｂを式３で求める。
ΔＶｂ＝Ｒ・Ｐ＋Ｘ・Ｑ      …（式３）
【００２８】
タップ位置調整器８は有効電力Ｐと無効電力Ｑによる負荷（負荷端）３までの電圧降下ΔＶｂを補償するようにタップ付変圧器４のタップ位置を調整する。タップ付変圧器４のタップ位置調整は１分〜２分程度の分単位でステップ状に行われる
このように、負荷端３の電圧低下ΔＶｂをタップ付変圧器４のタップ位置を調整することによって補償する。即ち、配電線１に流れる負荷電力ＰＬを検出して求めた電圧降下ΔＶｂをタップ付変圧器４のタップ位置を調整することによって補償する。
【００２９】
電力品質補償装置９はタップ付変圧器４によって補償し切れなかった電圧低下分を補償する。したがって、電力品質補償装置９はタップ付変圧器４と協調して電圧変動を補償することによって電圧変動補償出力を小さく保つことができ、大きな電圧変動が発生しても能力一杯に補償することができる。タップ付変圧器４のタップ切替え動作は分単位であり、それより短い周期の電圧変動は電力品質補償装置９で補償されることになる。
【００３０】
また、電力品質補償装置９の有効電力は負荷３の有効電力変動を抑制するように、例えば配電線１の潮流を負荷変動に拘らず一定に保つように直流電力蓄積コンデンサ１３に充放電動作を行わせる。
【００３１】
このようにして配電線の電圧変動補償を行うのであるが、配電線の電圧変動を電力品質補償装置により瞬時に補償し、その後に分単位でステップ状に動作するタップ付変圧器が電力品質補償装置で補償していた電圧変動を補償するようになるので、負荷変動によって電力品質補償装置の電圧変動補償範囲を逸脱する機会を著しく低減でき電力品質補償装置による電圧変動補償を安定に行うことができる。
【００３２】
このことを図１を参照して説明する。電力品質補償装置（ＰＱＣ）９は配電線１の有効電力と無効電力の変化を補償することによって電圧変動や電圧低下を補償する。一方、タップ付変圧器（ＳＶＲ）４は配電線１の電圧変動や電圧低下を検出してタップ位置を調整する。両者は負荷端３の電圧を設定電圧に保つように動作する。
【００３３】
ＰＱＣ９の応答時間はｍｓ単位であり、ＳＶＲ４は遮断器の切替動作を伴うので、分単位となる。従って、負荷端３の電圧を制御する場合、分単位以上の緩やかな電圧変動をＳＶＲ４で補償し、ｍｓ単位の比較的早い変動をＰＱＣ９で補償すると、ＰＱＣ９のみで緩やかな変動と高速な変動、両方を補償するよりも、大きな変動を補償することができる。
【００３４】
図３（ａ）は負荷変動による電圧変動を示し、電圧変動の大きい時刻ｔ２以降ではＰＱＣ９の電圧変動補償範囲を超えて電圧補償できなくなる。図３（ｂ）は図３（ａ）の負荷変動における緩やかな電圧変動を検出し、時刻ｔ１でＳＶＲ４のタップ位置を調整している。図３（ｃ）はＳＶＲ４のタップ位置制御を行い、補償し切れなかった応答の早い変動をＰＱＣ９で補償する場合を示している。図３（ｃ）から明らかなように、ＳＶＲ４と協調した制御を行うことによりＰＱＣ９の電圧変動補償範囲を超えることなく電圧補償を行える。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】電力品質補償装置の一例を示す構成図である。
【図３】本発明を説明するための波形図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…配電線、２…交流系統、３…負荷、４…タップ付変圧器、５…変成器、６…変流器、７…負荷電力検出器、８…タップ位置調整器、９…電力品質補償装置、１０…自励式変換器、１１…変換用変圧器、１２…平滑コンデンサ、１３…電力蓄積コンデンサ、１４…チョッパ、１５…変換器制御装置。
【図１】
2006014445.tif 000003
【図２】
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【図３】
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