(57)【要約】【課題】  適正かつ迅速な電圧調整が可能な配電線の電圧調整方法を提供する。【解決手段】  この配電線の電圧調整方法では、潮流方向が順方向および逆方向の両方の場合においてＳＶＲによる電圧調整を行なう。Ｌ０を参照して、従来のＳＶＲでは逆潮流時にタップ切換えが行なわれないため、発電所２近辺においては電圧が約７２００Ｖまで上昇して電圧管理範囲を超過してしまう。一方、Ｌ１〜Ｌ４を参照して、逆潮流時においてもＳＶＲによる電圧調整を行なった場合は、配電線電圧は約６４５０Ｖ〜約６７５０Ｖの範囲内に収まっている。したがって、逆潮流時にＳＶＲによる電圧調整を行なっていなかった従来に比べ、適正な電圧調整が可能となる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源容量を有する第１の発電機と、前記第１の電源容量よりも十分小さな第２の電源容量を有する第２の発電機との間の高圧配電線に設けられ、２次側が前記第２の発電機側に接続され、１次側が前記第１の発電機側に接続されたタップ付きの自動電圧調整器を用いた、配電線の電圧調整方法であって、
前記自動電圧調整器は、前記高圧配電線の潮流方向が順方向および逆方向の両方の場合において、前記２次側の電圧が目標電圧よりも低くなった場合は前記１次側のタップを昇圧側に切換え、前記２次側の電圧が目標電圧よりも高くなった場合は前記１次側のタップを降圧側に切換えるタップ切換動作を行なう、配電線の電圧調整方法。
【請求項２】
連系系統における配電線の電圧調整方法であって、
第１の電源容量を有する第１の発電機に接続された高圧配電線に、前記第１の電源容量よりも十分小さな第２の電源容量を有し、他の配電線系統に連系された第２の発電機を並列連系する時刻を含む予め定められた期間において、前記第２の発電機の出力電圧を一定に保つように無効電力を自動的に調整する自動電圧調整方式によって前記第２の発電機を運転する、配電線の電圧調整方法。
【請求項３】
第１の電源容量を有する第１の発電機と、前記第１の電源容量よりも十分小さな第２の電源容量を有する第２の発電機との間の高圧配電線の電圧を調整するための電圧調整方法であって、
他の配電線系統および前記高圧配電線に並列連系された前記第２の発電機を前記他の配電線系統から解列する時刻を含む予め定められた期間において、前記第２の発電機に予め定められたレベルの進み無効電力を流す自動無効電力調整方式によって前記第２の発電機を運転する、配電線の電圧調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は配電線の電圧調整方法に関し、特に、連系系統における配電線の電圧調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力需要の伸び悩みや電力自由化の影響を受け、電力会社を取巻く経営環境は厳しくなっている。これに伴い、価格競争力と財務体質強化のため、設備投資の抑制、修繕費や経費の削減が求められる。山間部送電線の維持経費低減の方策として、連系されている発電機の容量が他の発電機に比べて小さく、かつ年経費が高い特別高圧配電線（たとえば、７７ｋＶ）を廃止し、その発電機を他の高圧配電線（たとえば、６ｋＶ）の系統に連系する方法がある。水力発電所の系統連系を行なう際、逆潮流時の適正な電圧管理、および配電線の様々な負荷形態による電圧変動に応じた迅速な電圧調整が求められる。
【０００３】
下記の特許文献１には、従来の配電系統における電圧制御機器の最適整定方法が開示されている。この場合、分散電源が連系された系統に設置されたＳＶＲ（ステップ型自動電圧調整器）やＬＤＣ（線路電圧降下補償器）などの電圧制御機器に対して、準最適な整定が可能である。
【特許文献１】特開２００２−５１４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＳＶＲは、電圧降下が大きい高圧配電線の途中に取付けられ、内部の変圧器のタップを自動的に切換えることによって配電線電圧を調整する。通常、ＳＶＲは、通過潮流が順方向である場合は１次側のタップを切換えることによって２次側の電圧を調整し、通過潮流が逆方向である場合はタップを素通ししで電圧調整を行なわない。小水力発電所の連系系統において逆潮流が発生する場合、ＳＶＲによる電圧調整が行なわれないため、２次側の電圧が管理範囲以上に上昇するという問題があった。
【０００５】
また、小水力発電所の並解列時においては配電線に急激な潮流の変化が生じるため、通常の発電機の運転方法では連系点において２０％以上の電圧変動が生じてしまう恐れがあった。また、このような電圧変動後、ＳＶＲのタップ切換えによって電圧が適正値に戻るまで７〜９分程度要していた。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、適正かつ迅速な電圧調整が可能な配電線の電圧調整方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る配電線の電圧調整方法は、第１の電源容量を有する第１の発電機と、第１の電源容量よりも十分小さな第２の電源容量を有する第２の発電機との間の高圧配電線に設けられ、２次側が第２の発電機側に接続され、１次側が第１の発電機側に接続されたタップ付きの自動電圧調整器を用いた、配電線の電圧調整方法であって、自動電圧調整器は、高圧配電線の潮流方向が順方向および逆方向の両方の場合において、２次側の電圧が目標電圧よりも低くなった場合は１次側のタップを昇圧側に切換え、２次側の電圧が目標電圧よりも高くなった場合は１次側のタップを降圧側に切換えるタップ切換動作を行なう。
【０００８】
また、この発明に係る他の配電線の電圧調整方法は、連系系統における配電線の電圧調整方法であって、第１の電源容量を有する第１の発電機に接続された高圧配電線に、第１の電源容量よりも十分小さな第２の電源容量を有し、他の配電線系統に連系された第２の発電機を並列連系する時刻を含む予め定められた期間において、第２の発電機の出力電圧を一定に保つように無効電力を自動的に調整する自動電圧調整方式によって第２の発電機を運転する。
【０００９】
また、この発明に係るさらに他の配電線の電圧調整方法は、第１の電源容量を有する第１の発電機と、第１の電源容量よりも十分小さな第２の電源容量を有する第２の発電機との間の高圧配電線の電圧を調整するための電圧調整方法であって、他の配電線系統および高圧配電線に並列連系された第２の発電機を他の配電線系統から解列する時刻を含む予め定められた期間において、第２の発電機に予め定められたレベルの進み無効電力を流す自動無効電力調整方式によって第２の発電機を運転する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係る配電線の電圧調整方法では、自動電圧調整器は、高圧配電線の潮流方向が順方向および逆方向の両方の場合において、２次側の電圧が目標電圧よりも低くなった場合は１次側のタップを昇圧側に切換え、２次側の電圧が目標電圧よりも高くなった場合は１次側のタップを降圧側に切換えるタップ切換動作を行なう。したがって、逆潮流が発生する連系系統において適正な電圧調整が可能となる。
【００１１】
また、この発明に係る他の配電線の電圧調整方法では、第１の電源容量を有する第１の発電機に接続された高圧配電線に、第１の電源容量よりも十分小さな第２の電源容量を有し、他の配電線系統に連系された第２の発電機を並列連系する時刻を含む予め定められた期間において、第２の発電機の出力電圧を一定に保つように無効電力を自動的に調整する自動電圧調整方式によって第２の発電機を運転する。この場合、配電線の電圧値が管理範囲を大幅に超えるのが防止され、かつ安定動作までの遷移時間が短縮される。したがって、適正かつ迅速な電圧調整が可能な配電線の電圧調整方法が実現できる。
【００１２】
また、この発明に係るさらに他の配電線の電圧調整方法では、他の配電線系統および高圧配電線に並列連系された第２の発電機を他の配電線系統から解列する時刻を含む予め定められた期間において、第２の発電機に予め定められたレベルの進み無効電力を流す自動無効電力調整方式によって第２の発電機を運転する。この場合、配電線の電圧値が管理範囲を大幅に超えるのが防止され、かつ安定動作までの遷移時間が短縮される。したがって、適正かつ迅速な電圧調整が可能な配電線の電圧調整方法が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、配電線除去工事が行なわれる小水力発電所の連系系統の概要を示すブロック図である。図１において、発電所２と開閉所４との間の配電線が廃止され、発電所１と接続された配電線に発電所２が連系される。
【００１４】
発電所１は、発電所１は７４００ｋＷの電源容量を有する発電機を備え、発電所２は２９００ｋＷの電源容量を有する発電機を備える。変電所３は、発電所１および開閉所４に接続され、接続された配電線電圧の昇降および電圧の調整、系統の切換え、電力潮流の制御、事故処理などを行なう。開閉所４は、変電所３および発電所２に接続され、電力の送電・停止、回線の切換え、事故遮断などを行なう。
【００１５】
発電所１と変電所３との間は特別高圧配電線（たとえば、３３ｋＶ）で接続されている。変電所３と開閉所４との間、および発電所２と開閉所４との間は特別高圧配電線（たとえば、７７ｋＶ）で接続されている。ここで、配電線除去工事に伴って、発電所２と開閉所４との間の特別高圧配電線が廃止される。また、発電所１，２間は、現用の高圧配電線（たとえば、６ｋＶ）の系統の一部を張替えおよび新設して連系する。この発電所１，２間の高圧配電線には、電圧調整のためのＳＶＲが６台新設される。ここで、高圧配電線系統に連系される発電所２の電源容量が大きく（２９００ｋＷ）、発電所１，２間の高圧配電線の亘長が長い（たとえば、２３ｋｍ）ため、電圧管理を慎重に行なう必要がある。
【００１６】
図２は、図１に示したＳＶＲの概略構成を示すブロック図である。図２において、このＳＶＲは、電圧調整リレー（９０リレー）１１および変圧器１２を含む。電圧調整リレー１１は、２次側（発電所２側）の電圧を予め設定された目標電圧に保つように制御するためのタップ切換指令を変圧器１２に与える。変圧器１２は、電圧調整リレー１１からのタップ切換指令に基づいて、１次側（発電所１側）のタップを切換える。
【００１７】
図３は、図２に示した変圧器１２の動作を説明するための図である。図３において、巻線には、１次側のタップＴ１〜Ｔ９および２次側の固定タップＴ０が接続される。タップＴ１〜Ｔ９のタップ値は、タップＴ１からタップＴ９へ進むにつれて高くなる。また、タップ電圧は、タップＴ１では６９３０Ｖであり、タップＴ１からタップＴ９へ進むにつれて低くなってタップＴ９では６２７０Ｖである。タップＴ５は素通しタップであり、タップＴ５および固定タップＴ０のタップ電圧はともに６６００Ｖである。
【００１８】
順方向（１次側から２次側の方向）に電力が送られているとき、２次側の電圧が目標電圧よりも低くなったときは、１次側のタップＴ１〜Ｔ９を昇圧側に切換える（タップ値増）。一方、２次側の電圧が目標電圧よりも高くなったときは、１次側のタップＴ１〜Ｔ９を降圧側に切換える（タップ値減）。これにより、２次側の電圧が目標電圧に近づくように制御される。
【００１９】
従来の一般的なＳＶＲでは、逆潮流方向（２次側から１次側の方向）に電力が送られているときは、１次側のタップを素通しタップＴ５に固定して電圧調整を行なわなかった。これは、通常、逆潮流時にも同様のタップ切換動作をおこなうと正しい電圧調整が行なわれないからである。逆潮流時にも同様のタップ切換動作をおこなった場合、たとえば、負荷による配電線の電圧降下によって２次側の電圧が目標電圧よりも低くなると、１次側のタップＴ１〜Ｔ９が昇圧側に切換えられる（タップ値増）。このため、１次側の電圧は低下する。このとき、タップ切換えは１次側で行われるため、タップが切換えられても２次側の電圧は変化せず、目標電圧よりも低いままである。したがって、複数のＳＶＲで同様の動作が行なわれると、１次側の電圧が異常に低下することになってしまう。
【００２０】
図１に示した小水力発電所の連系系統において、発電所１に接続された高圧配電線系統に発電所２が連系されると、この高圧配電線には発電所２から常時逆潮流が生じることになる。このため、従来通りＳＶＲによる電圧調整が行なわれないと、２次側の電圧が管理範囲以上に上昇してしまう。
【００２１】
そこで、この一実施の形態では、逆潮流時においてもＳＶＲが同様にタップ切換動作を行なうようにする。この方法は、１次側および２次側の発電機の電源容量差が十分に大きい場合に適用できる。たとえば、この一実施の形態のように１次側の発電機の電源容量が７４００ｋＷ、２次側の発電機の電源容量が２９００ｋＷである場合、１次側の発電機の電源容量が２次側の発電機の電源容量よりも十分に大きいために１次側の電圧をほぼ一定とみなすことができるからである。
【００２２】
図４は、図１に示した発電所１，２間の配電線電圧の逆潮流発生時におけるシミュレーション結果を示す図である。図４を参照して、このシミュレーション結果は、潮流計算プログラム（新Ｖ法）によって算出されたものである。
【００２３】
Ｌ１は、発電所１の出力電力が最大、かつ負荷電力が最大である場合を示す。Ｌ２は、発電所１の出力電力が最大、かつ負荷電力が最小である場合を示す。Ｌ３は、発電所１の出力電力が最小、かつ負荷電力が最大である場合を示す。Ｌ４は、発電所１の出力電力が最小、かつ負荷電力が最小である場合を示す。このように、Ｌ１〜Ｌ４は４通りの状態において逆潮流時にもＳＶＲがタップ切換動作を行なった場合の算出結果を示している。一方、Ｌ０は、発電所１の出力電力が最大、かつ負荷電力が最大である状態において、従来のＳＶＲのように逆潮流時にタップを素通しして電圧調整を行なわない場合を示す。
【００２４】
Ｌ１を参照して、発電所１からの距離が最大（約２３ｋｍ）の地点、すなわち発電所２近辺においては逆潮流が発生しているため、発電所２からの距離が大きくなるにつれて負荷により電圧降下し、ＳＶＲによって昇圧されるという動作が繰返される。これは、発電所２による逆潮流の影響により、発電所２付近の電圧が上昇しようとするが、高圧配電線に設置される各ＳＶＲは２次側の電圧が目標電圧より高くなると１次側のタップＴ１〜Ｔ９を降圧側に切換える結果、１次側の電圧が高くされるためである。したがって、２次側のタップ電圧は目標電圧（６６００Ｖ）付近にされ、１次側のタップ電圧は目標電圧よりも高い電圧にされる。
【００２５】
一方、発電所１からの距離が最小（０ｋｍ）の地点、すなわち発電所１近辺においては逆潮流の影響を受けないため、発電所１からの距離が大きくなるにつれて負荷により電圧降下し、ＳＶＲによって昇圧されるという動作が繰返される。これは、発電所１付近の電圧が負荷によって電圧降下し、高圧配電線に設置される各ＳＶＲは２次側の電圧が目標電圧より低くなると１次側のタップＴ１〜Ｔ９を昇圧側に切換えるためである。したがって、２次側のタップ電圧は目標電圧（６６００Ｖ）付近にされ、１次側のタップ電圧は目標電圧よりも低い電圧にされる。Ｌ２〜Ｌ４に関しては、Ｌ１と同様であるため説明を省略する。Ｌ１〜Ｌ４を参照して、配電線電圧は約６４５０Ｖ〜約６７５０Ｖの範囲内に収まっている。
【００２６】
Ｌ０を参照して、従来のＳＶＲでは逆潮流時にタップ切換えが行なわれないため、発電所１からの距離が最大（約２３ｋｍ）の地点、すなわち発電所２近辺においては電圧が約７２００Ｖまで上昇してしまう。このため、発電所２付近の電圧値が管理範囲を超過してしまう。
【００２７】
しかし、この一実施の形態では、逆潮流時においてもＳＶＲがタップ切換動作を行うようにすることによって、Ｌ１〜Ｌ４に示すように、配電線電圧が管理範囲を超えるのが防止される。したがって、逆潮流が発生する連系系統において適正な電圧調整が可能な配電線の電圧調整方法が実現できる。
【００２８】
次に、小水力発電所の並解列時における配電線の電圧調整方法について説明する。小水力発電所の並解列時においては配電線に急激な潮流の変化が生じる。このため、通常の発電機の運転方法では連系点において大きな電圧変動が生じてしまい、電圧が適正値に戻るまで７〜９分程度要してしまう。そこで、負荷および系統で消費される無効電力をどのように供給し、調整するかが重要となる。
【００２９】
図５（Ａ）（Ｂ）は、図１に示した発電所２の並列時における発電所１，２間の配電線電圧のシミュレーション結果を示す図である。ここで、発電所２の並列とは、配電線除去工事に伴って、開閉所４に接続された配電線系統に連系している発電所２を、発電所１に接続された配電線系統にも連系することを指す。
【００３０】
図５（Ａ）において、点線のグラフはＡＶＲ（自動電圧調整）方式によって発電所２を運転した場合における並列前の状態を示し、実線のグラフは並列後の状態を示す。ここで、ＡＶＲ方式とは、発電機の出力電圧を一定に保つように無効電力を自動的に調整する方式である。電圧より位相が９０度遅れている無効電力を調整することによって、力率が変化する。この結果、電圧が一定になるように制御される。
【００３１】
並列前の状態において、発電所１，２間の高圧配電線には発電所２からの電力は供給されず、発電所１からの電力のみが供給される。この場合、発電所１からの距離が大きくなるにつれて負荷により電圧降下し、ＳＶＲによって昇圧されるという動作が繰返される。したがって、配電線電圧は電圧管理範囲内に収まる。
【００３２】
並列後の状態において、発電所１，２間の高圧配電線には発電所１，２の両方から電力が供給される。しかし、ＡＶＲ方式によって発電所２の出力電圧が一定に保たれるため、並列前に比べて、全体的に少し電圧上昇するだけですむ。したがって、並列後においても配電線電圧は電圧管理範囲内に収まる。このように、ＡＶＲ方式を用いると、並列時の電圧上昇を抑制することができる。
【００３３】
図５（Ｂ）において、点線のグラフは従来の運転方式（発電力率１．０）によって発電所２を運転した場合における並列前の状態を示し、実線のグラフは並列後の状態を示す。並列前の状態において、図５（Ａ）に示した場合と同様に、配電線電圧は電圧管理範囲内に収まる。
【００３４】
並列後の状態において、発電所１，２間の高圧配電線には発電所１，２の両方から電力が供給される。このため、発電所１からの距離が大きくなるにつれて電圧が高くなり、発電所２付近では並列前に比べて電圧が約２７％も上昇してしまう。このように、従来の運転方式では、配電線電圧が電圧管理範囲を大きく超えてしまう。しかし、この一実施の形態では、図５（Ａ）に示したように、発電所２の並列時に発電所２をＡＶＲ方式で運転することによって、並列後においても配電線電圧は電圧管理範囲内に収まる。
【００３５】
図６（Ａ）（Ｂ）は、図１に示した発電所２の解列時における発電所１，２間の配電線電圧のシミュレーション結果を示す図である。ここで、発電所２の解列とは、配電線除去工事に伴って、開閉所４に接続された配電線系統、および発電所１に接続された配電線系統に並列して連系されている発電所２を、開閉所４に接続された配電線系統から切離すことを指す。
【００３６】
図６（Ａ）において、点線のグラフはＡＱＲ（自動無効電力調整）方式によって発電所２を運転した場合における解列前の状態を示し、実線のグラフは解列後の状態を示す。ここで、ＡＱＲ方式とは、電圧よりも位相が９０度進んだ進み無効電力を供給することにより、電圧よりも９０度位相が遅れた遅れ無効電力を打消して力率を改善する、すなわち進相運転方式である。ここでは、順方向（発電所１から発電所２の方向）へ所定レベル（たとえば、７００ｋＶａｒ）の無効電力を流す。
【００３７】
解列前の状態において、発電所２は配電線によって発電所１および開閉所４に接続されており、発電所１，２間の高圧配電線には発電所１，２の両方から電力が供給される。この場合、発電所１からの距離が最大（約２３ｋｍ）の地点、すなわち発電所２近辺においては逆潮流が発生しているが、ＳＶＲによる電圧調整が行なわれるため配電線電圧は電圧管理範囲内に収まる。
【００３８】
解列後の状態において、発電所２と開閉所４とが切離されるために発電所２付近では電圧が低下する。しかし、進み無効電力が供給されることによって力率が改善されるため、電圧低下は約７％に抑えられ、配電線電圧は電圧管理範囲内に収まる。このように、ＡＱＲ方式を用いると、解列時の電圧降下を抑制することができる。これは、解列前の状態において、ＡＱＲ方式によって系統連系による電圧上昇が抑制されているため、解列時の電圧降下も抑制されるからである。
【００３９】
図６（Ｂ）において、点線のグラフは従来の運転方式（発電力率１．０）によって発電所２を運転した場合における解列前の状態を示し、実線のグラフは解列後の状態を示す。解列前の状態において、図６（Ａ）に示した場合と同様に、配電線電圧は電圧管理範囲内に収まる。
【００４０】
解列後の状態において、発電所２と開閉所４とが切離されるため、発電所２から配電線への電力供給が途絶え、発電所２付近では配電線電圧が約２４％も低下してしまう。このように、従来の運転方式では、配電線電圧が電圧管理範囲を大きく超えてしまう。しかし、この一実施の形態では、図６（Ａ）に示したように、発電所２の解列時およびその前後において発電所２をＡＱＲ方式で運転することによって、解列後においても配電線電圧は電圧管理範囲内に収まる。
【００４１】
図７は、図１に示した発電所２の並解列時における発電所１，２間の配電線電圧の試験測定結果を示す図である。図７において、時刻ｔ０に発電所２が並列され、時刻ｔ２に発電所２が解列される。発電所２は、時刻ｔ０から時刻ｔ１まではＡＶＲ方式によって運転され、それ以外の時刻においてはＡＱＲ運転される。
【００４２】
この試験測定は、図１を参照して、発電所１と、発電所１から１つ目のＳＶＲとの間の配電線におけるお客様受電端において実施した。わが国の電気事業法によると、電圧許容変動幅は電灯負荷に対して９５Ｖ〜１０７Ｖ（１０１±６Ｖ）と定められている。図７を参照して、並列および解列の影響を受けて一時的に配電線電圧が許容変動幅を超えるが、ＳＶＲの動作が安定すると許容変動幅の範囲内に収まる。電圧変動が発生してからＳＶＲ安定状態に遷移するまでは５分程度であり、安定状態に遷移するまで７〜９分程度かかっていた従来に比べて改善される。また、並解列時の電圧変動は最大５％程度であり、品質伝達の変動範囲１０％以内に収まっている。
【００４３】
以上のように、この一実施の形態では、解列時を含む通常状態において発電所２をＡＱＲ方式で運転し、並列時にのみＡＶＲ方式に切換えて運転する。これにより、配電線の電圧値が管理範囲を大幅に超えるのが防止され、かつ安定動作までの遷移時間が短縮される。したがって、適正かつ迅速な電圧調整が可能な配電線の電圧調整方法が実現できる。
【００４４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】配電線除去工事が行なわれる小水力発電所の連系系統の概要を示すブロック図である。
【図２】図１に示したＳＶＲの概略構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示した変圧器の動作を説明するための図である。
【図４】図１に示した発電所１，２間の配電線電圧の逆潮流発生時におけるシミュレーション結果を示す図である。
【図５】図１に示した発電所２の並列時における発電所１，２間の配電線電圧のシミュレーション結果を示す図である。
【図６】図１に示した発電所２の解列時における発電所１，２間の配電線電圧のシミュレーション結果を示す図である。
【図７】図１に示した発電所２の並解列時における発電所１，２間の配電線電圧の試験測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１，２  発電所、３  変電所、４  開閉所、１１  電圧調整リレー、１２  変圧器、Ｔ０〜Ｔ９  タップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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