(57)【要約】【課題】風力発電の出力変動などに起因する短周期成分の電圧変動だけをＳＴＡＴＣＯＭに補償させること。【解決手段】電圧検出回路１１０と無効電力制御回路１３０との間にリセット回路１２０を設け、電圧検出回路１１０によって検出された系統電圧から長周期成分を除去して無効電力制御回路１３０の偏差入力とするよう構成する。あるいは、ＳＴＡＴＣＯＭによる補償前の電圧を算出し、補償前の電圧の移動平均値を算出し、補償前の電圧の移動平均値を無効電力制御回路１３０の目標電圧とするよう構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無効電力を出力して系統電圧の変動を抑制する無効電力補償装置であって、
検出した系統電圧から長周期成分を除去する長周期成分除去手段と、
前記長周期成分除去手段により長周期成分が除去された系統電圧を電圧偏差として電圧制御を行う電圧制御手段と、
を備えたことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項２】
前記長周期成分除去手段は、リセット回路であることを特徴とする請求項１に記載の無効電力補償装置。
【請求項３】
前記長周期成分除去手段は、当該無効電力補償装置による補償前の系統電圧を算出する補償前電圧算出手段と、
前記補償前電圧算出手段により算出された系統電圧の移動平均値を算出することによって短周期成分を除去する移動平均値算出手段と、
検出した系統電圧から前記移動平均値算出手段により算出された移動平均値を引いて長周期成分を除去する電圧偏差算出手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の無効電力補償装置。
【請求項４】
前記補償前電圧算出手段は、検出した系統電圧から短絡インピーダンスと無効電力出力との積を引くことによって補償前の系統電圧を算出することを特徴とする請求項３に記載の無効電力補償装置。
【請求項５】
無効電力を出力して系統電圧の変動を抑制する無効電力補償装置による系統電圧制御方法であって、
検出した系統電圧から長周期成分を除去する長周期成分除去工程と、
前記長周期成分除去工程により長周期成分が除去された系統電圧を電圧偏差として電圧制御を行う電圧制御工程と、
を含んだことを特徴とする系統電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無効電力を出力して系統電圧の変動を抑制する無効電力補償装置および無効電力補償装置の系統電圧制御方法に関し、特に、負荷時タップ切換器付変圧器と協調を図り、かつ容量を小さくすることができる無効電力補償装置および系統電圧制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
環境問題やＲＰＳ(Renewables  Portfolio  Standard)法（電気事業者による新エネルギー等の利用に関する特別措置法）施行に伴い、今後様々な箇所において風力連系の増加が予想される。風力連系が増加すると、風力発電の出力変動により系統電圧が変動する。近年は高度情報化社会の進展により電力品質向上のニーズがあること、また電力品質確保に係る系統連系技術要件ガイドラインに示されているように、分散型電源の連系に起因する電圧変動率には制限があることなどから、電圧変動対策を行う必要がある。
【０００３】
電圧変動の例を図５および図６に示す。図５は、負荷変動による電圧変動を示し、図６は、風力発電の出力変動による電圧変動を示す。実際の系統では、図５に示す電圧変動と図６に示す電圧変動を加えた電圧変動が発生する。
【０００４】
図５に示すように、負荷変動に起因する電圧変動は長周期成分が多い。一方、図６に示すように、風力発電の出力変動に起因する電圧変動は、従来の負荷時タップ切換器付変圧器では補償しきれない短周期成分が多いため、電圧一定制御型ＳＶＣ(Static  Var  Compensator)を設置し、高速な無効電力補償により電圧変動を抑制している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６６９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電圧一定制御型ＳＶＣと負荷時タップ切換器付変圧器が設置されている系統においては、負荷変動に代表される長周期電圧変動に対しても、電圧一定制御型ＳＶＣが補償してしまうために、風力発電の出力変動に起因する電圧変動に対して十分な補償ができない、もしくは十分な補償をするには、本来補償の必要が無い長周期電圧変動に必要な補償容量に加え、風力発電の出力変動に起因する電圧変動を補償するのに十分な容量が必要となるという問題がある。
【０００７】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、負荷時タップ切換器付変圧器と協調を図り、かつ容量を小さくすることができる無効電力補償装置および無効電力補償装置の系統電圧制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１に係る発明は、無効電力を出力して系統電圧の変動を抑制する無効電力補償装置であって、検出した系統電圧から長周期成分を除去する長周期成分除去手段と、前記長周期成分除去手段により長周期成分が除去された系統電圧を電圧偏差として電圧制御を行う電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この請求項１の発明によれば、検出した系統電圧から長周期成分を除去し、長周期成分を除去した系統電圧を電圧偏差として電圧制御を行うよう構成したので、無効電力補償装置に風力発電の出力変動に起因する電圧変動など電圧変動の短周期成分だけを補償させることができる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、上記の発明において、前記長周期成分除去手段は、リセット回路であることを特徴とする。
【００１１】
この請求項２の発明によれば、リセット回路により電圧変動の長周期成分を除去するよう構成したので、簡単に電圧変動の長周期成分を除去することができる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、上記発明において、前記長周期成分除去手段は、当該無効電力補償装置による補償前の系統電圧を算出する補償前電圧算出手段と、前記補償前電圧算出手段により算出された系統電圧の移動平均値を算出することによって短周期成分を除去する移動平均値算出手段と、検出した系統電圧から前記移動平均値算出手段により算出された移動平均値を引いて長周期成分を除去する電圧偏差算出手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
この請求項３の発明によれば、当該無効電力補償装置による補償前の系統電圧を算出し、算出した系統電圧の移動平均値を算出することによって短周期成分を除去し、算出した移動平均値を系統電圧から引いて長周期成分を除去するよう構成したので、簡単に電圧変動の長周期成分を除去することができる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、上記発明において、前記補償前電圧算出手段は、検出した系統電圧から短絡インピーダンスと無効電力出力との積を引くことによって補償前の系統電圧を算出することを特徴とする。
【００１５】
この請求項４の発明によれば、検出した系統電圧から短絡インピーダンスと無効電力出力との積を引くことによって補償前の系統電圧を算出するよう構成したので、正確に補償前の系統電圧を算出することができる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、上記発明において、無効電力を出力して系統電圧の変動を抑制する無効電力補償装置による系統電圧制御方法であって、検出した系統電圧から長周期成分を除去する長周期成分除去工程と、前記長周期成分除去工程により長周期成分が除去された系統電圧を電圧偏差として電圧制御を行う電圧制御工程と、を含んだことを特徴とする。
【００１７】
この請求項５の発明によれば、検出した系統電圧から長周期成分を除去し、長周期成分を除去した系統電圧を電圧偏差として電圧制御を行うよう構成したので、無効電力補償装置に風力発電の出力変動に起因する電圧変動など電圧変動の短周期成分だけを補償させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１および５の発明によれば、無効電力補償装置に風力発電の出力変動に起因する電圧変動など電圧変動の短周期成分だけを補償させることができるので、無効電力補償装置と負荷時タップ切換器付変圧器との協調を図り、かつ無効電力補償装置の容量を小さくすることができるという効果を奏する。
【００１９】
また、請求項２および３の発明によれば、簡単に電圧変動の長周期成分を除去することができるので、無効電力補償装置の容量を簡単に小さくすることができるという効果を奏する。
【００２０】
また、請求項４の発明によれば、正確に補償前の系統電圧を算出するので、正確に電圧変動を補償することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る無効電力補償装置および無効電力補償装置の系統電圧制御方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、本実施例では、ＳＶＣ装置としてＳＴＡＴＣＯＭ(Static  Synchronous  Compensator)を用いる場合について説明する。また、ＳＴＡＴＣＯＭが設置される電力系統は、風力連系が行われているものとする。
【実施例】
【００２２】
まず、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭの構成について説明する。図１は、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭの構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、このＳＴＡＴＣＯＭ１００は、電圧検出回路１１０と、リセット回路１２０と、無効電力制御回路１３０と、ゲートドライバ１４０と、変換器１５０と、変圧器１６０とを有する。
【００２３】
電圧検出回路１１０は、母線１０の電圧を検出する回路であり、検出された電圧は、リセット回路１２０に入力される。
【００２４】
リセット回路１２０は、電圧検出回路１１０によって検出された電圧から長周期成分、すなわち負荷変動に起因する電圧変動を除去する回路であり、風力発電所の出力変動に起因する電圧変動を無効電力制御回路１３０に出力する。
【００２５】
このリセット回路１２０が、電圧検出回路１１０によって検出された電圧から長周期成分を除去することによって、ＳＴＡＴＣＯＭ１００は電圧変動のうち短周期成分だけを補償することができる。なお、このリセット回路１２０の一次遅れ時定数Ｔは、除去する長周期成分に応じて調整される。
【００２６】
無効電力制御回路１３０は、電圧偏差に基づいて無効電力出力を制御する回路であり、リセット回路１２０の出力を電圧偏差として無効電力出力を制御する。具体的には、この無効電力制御回路１３０は、リセット回路１２０の出力に基づいて変換器１５０のゲートをオン／オフすることによって、無効電力出力を制御する。
【００２７】
ゲートドライバ１４０は、無効電力制御回路１３０のオン／オフ信号から変換器１５０のゲート入力となる所定の電圧のオン／オフ信号を生成するドライバ回路である。
【００２８】
変換器１５０は、ダイオードおよびＩＧＢＴ(Insulated  Gate  Bipolar  Transistor)から構成される自励式変換器であり、ＩＧＢＴのゲート信号に基づいて直流を交流に変換し、変圧器１６０を介して電力系統に無効電力を供給する。変圧器１６０は、ＳＴＡＴＣＯＭ１００を系統に連携させる変圧器である。
【００２９】
なお、ＳＴＡＴＣＯＭ１００では、検出した系統電圧からリセット回路１２０を用いて長周期成分を除去して無効電力制御回路１３０の入力とすることとしたが、系統電圧の長周期成分を目標電圧とすることによっても無効電力制御回路１３０の入力から長周期成分を除去することができる。
【００３０】
図２は、系統電圧の長周期成分を目標電圧とすることによって無効電力制御回路１３０の入力から長周期成分を除去するＳＴＡＣＯＭ２００の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、このＳＴＡＴＣＯＭ２００は、ＳＴＡＴＣＯＭ１００と比較すると、リセット回路１２０の代わりに補償前電圧算出部２２１と移動平均部２２２とを有する。また、このＳＴＡＴＣＯＭ２００は、移動平均部２２２の出力が無効電力制御回路１３０の目標電圧となるように構成される。
【００３１】
補償前電圧算出部２２１は、電圧検出回路１１０によって検出された電圧からＳＴＡＴＣＯＭ２００によって補償される前の電圧を算出する処理部であり、具体的には、電圧検出回路１１０によって検出された電圧から短絡インピーダンスとＳＴＡＴＣＯＭ２００との積を引いて補償前の電圧を算出する。
【００３２】
すなわち、補償前の電圧をＶ(ｔ)とし、電圧検出回路１１０によって検出された電圧をＶreal(ｔ)とし、短絡インピーダンスをＸとし、ＳＴＡＴＣＯＭ２００の無効電力出力をＱs(ｔ)とすると、Ｖ(ｔ)＝Ｖreal(ｔ)−ＸＱs(ｔ)である。
【００３３】
移動平均部２２２は、補償前の電圧の移動平均を算出する処理部であり、移動平均をとることにより補償前の電圧から短周期成分を除去する。すなわち、移動平均値をＶtarget(ｔ)とすると、
【数１】
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である。
【００３４】
そして、移動平均部２２２により算出された移動平均値Ｖtarget(ｔ)は、無効電力制御回路１３０の目標電圧となり、電圧検出回路１１０によって検出された電圧Ｖreal(ｔ)との差が無効電力制御回路１３０が入力する電圧偏差となる。
【００３５】
このように、補償前電圧算出部２２１が電圧検出回路１１０によって検出された電圧からＳＴＡＴＣＯＭ２００によって補償される前の電圧を算出し、移動平均部２２２が補償前の電圧の移動平均値を算出し、移動平均値を無効電力制御回路１３０の目標電圧とすることによって、無効電力制御回路１３０の入力から長周期成分を除去することができる。
【００３６】
図３は、ＳＴＡＴＣＯＭの無効電力出力例を示す図である。同図において、細線は従来の制御（初期電圧一定制御）による無効電力出力波形を示し、実線はリセット回路１２０を用いた場合（リセット制御）の無効電力出力波形を示し、破線は補償前の電圧の移動平均を目標電圧とした場合（移動平均制御）の無効電力出力波形を示す。
【００３７】
従来の制御では、ＳＴＡＴＣＯＭの容量を超える無効電力の出力が要求される場合があるが、リセット制御および移動平均制御では、無効電力の出力がほぼＳＴＡＴＣＯＭの容量内に抑えられている。
【００３８】
図４は、系統電圧の変動例を示す図である。同図において、細線は従来制御の場合の電圧波形を示し、実線はリセット制御の場合の電圧波形を示し、破線は移動平均制御の場合の電圧波形を示す。同図に示すように、リセット制御および移動平均制御では、従来の制御と比較して電圧変動が減少している。
【００３９】
上述してきたように、本実施例では、電圧検出回路１１０と無効電力制御回路１３０との間にリセット回路１２０を設け、電圧検出回路１１０によって検出された系統電圧から長周期成分を除去して無効電力制御回路１３０の偏差入力とすることとしたので、ＳＴＡＴＣＯＭは風力発電の出力変動に起因する電圧変動だけを補償することができる。したがって、無効電力補償装置と負荷時タップ切換器付変圧器との協調を図り、かつ無効電力補償装置の容量を小さくすることができる。
【００４０】
また、本実施例では、補償前電圧算出部２２１がＳＴＡＴＣＯＭによる補償前の電圧を算出し、移動平均部２２２が補償前の電圧の移動平均値を算出し、補償前の電圧の移動平均値を無効電力制御回路１３０の目標電圧とすることにより、電圧検出回路１１０によって検出された系統電圧から長周期成分を除去して無効電力制御回路１３０の偏差入力とすることとしたので、ＳＴＡＴＣＯＭは風力発電の出力変動に起因する電圧変動だけを補償することができる。したがって、無効電力補償装置と負荷時タップ切換器付変圧器との協調を図り、かつ無効電力補償装置の容量を小さくすることができる。
【００４１】
なお、本実施例では、風力連系が行われている電力系統の電圧を制御する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、出力変動に高周波成分を多く含む発電所を含む電力系統の電圧を制御する場合にも同様に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように、本発明に係る無効電力補償装置および無効電力補償装置の系統電圧制御方法は、電力系統の電圧制御に有用であり、特に、電圧変動に高周波成分が含まれる系統の電圧制御に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭの構成を示す機能ブロック図である。
【図２】系統電圧の長周期成分を目標電圧とすることによって無効電力制御回路１３０の入力から長周期成分を除去するＳＴＡＣＯＭ２００の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】ＳＴＡＴＣＯＭの無効電力出力例を示す図である。
【図４】系統電圧の変動例を示す図である。
【図５】負荷変動による電圧変動を示す図である。
【図６】風力発電の出力変動による電圧変動を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０    母線
１００，２００    ＳＴＡＴＣＯＭ
１１０    電圧検出回路
１２０    リセット回路
１３０    無効電力制御回路
１４０    ゲートドライバ
１５０    変換器
１６０    変圧器
２２１    補償前電圧算出部
２２２    移動平均部
【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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