(57)【要約】【課題】電力系統での電圧変動を低減し、系統電圧の安定化を図る。【解決手段】電圧変動抑制回路２７からの無効電力と無効電力検出値と無効電力指令値の差分の無効電力値を無効電力補償装置２５に入力し、無効電力補償装置２５の無効電力の増減値とコンデンサ要素２５Ｃ及びリアクタンス要素２５Ｌからの値とから出力された無効電力値の増減を電力系統で抑制した分、電力系統での電圧変動が少なくなり、系統電圧を安定化させることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続された電圧検出器及び電流検出器からの検出電圧及び検出電流を無効電力に演算する無効電力検出手段と、前記無効電力検出手段からの無効電力検出値と無効電力指令値とを減算器に入力し、前記減算器で無効電力検出値と無効電力指令値の差分を無効電力制御部に入力し、前記無効電力制御部からの制御信号に基づき、遅れ無効電力が多い時には無効電力を吸収し、或いは遅れ無効電力が少ない時には無効電力を放出することにより、電力系統における無効電力を制御する無効電力補償装置において、
前記電圧検出器及び前記電流検出器からの検出電圧及び検出電流により有効電力を有効電力検出手段で演算し、前記有効電力により変動する電圧を抑制する無効電力を前記電力系統に入力し、前記電力系統での電圧変動を抑制する電圧変動抑制回路を設けることを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項２】
前記減算器で差分無効電力と前記電圧変動抑制回路からの無効電力との差分により差分無効電力の増減に応じて、リアクトル要素により無効電力を吸収し、或いはコンデンサ要素により無効電力を放出し、電力系統で電圧変動を抑制する他励式無効電力補償装置を使用す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】
前記減算器で差分無効電力と前記電圧変動抑制回路からの無効電力との差分による無効電力の増減に応じて電力系統に供給し、電力系統での電圧変動を抑制する自励式無効電力補償装置を使用す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４】
前記減算器で差分無効電力と前記電圧変動抑制回路からの無効電力との差分による無効電力の増減に応じて、無効電力補償装置用変圧器の２次側電圧を制御して１次側で抑制する無効電力を電力系統に供給し、電力系統で電圧変動を抑制する自励式無効電力補償装置を使用す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５】
前記電圧変動抑制回路により有効電力の変動による電圧変動を抑制するような無効電力の有効電力変動に対する割合ＫＰを、（数６）式により求め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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は風力発電所などの電圧変動を抑制するのに好適な無効電力補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無効電力補償装置ＳＶＣを備えた変電所及び発電所において、送電損失を低減することを目的とした無効電力を一定制御（ＡＱＲ）に維持しながら、無効電力補償装置ＳＶＣを設置する母線等の電圧を許容電圧範囲内に制御する。
【０００３】
電力需要の変動のみならず、近年、増加しつつある自然エネルギーを利用した風力発電所は、風の影響により計画的に電力を供給するのが難しく、各地点での有効・無効電力の変動が多くなる傾向にある。
【０００４】
また、分散電源など、個々のユーザが個別に電力を供給する傾向にあり、このような需要バランスを計画するのが困難である。特に、無効電力のバランスが代わると、系統電圧が変動し、許容電圧範囲を超えると系統全体が不安定となる。
【０００５】
そこで、無効電力を補償する無効電力補償装置ＳＶＣが必要となる。この構成は分路リアクトル（ＳＨＲ）及び並列コンデンサ（ＳＣ）で構成される。他励式無効電力補償装の場合、サイリスタバルブを直列に接続し、分路リアクトル（ＳＨＲ）に流れる電流をサイリスタバルブの制御角を連続制御することで無効電力を制御する。
【０００６】
無効電力補償装置の制御方式として、系統電圧の安定を目的とした電圧一定制御（ＡＶＲ）と、送電損失の低減を目的とした無効電力一定制御（ＡＱＲ）が広く知られている。
【０００７】
電圧一定制御（ＡＶＲ）は電圧検出点の電圧を一定に保つように無効電力補償装置ＳＶＣの出力を制御する方式である。
【０００８】
無効電力一定制御（ＡＱＲ）は無効電力検出点を一定に保つよう、無効電力補償装置ＳＶＣの出力を制御する方式である。
【０００９】
しかし、無効電力一定制御（ＡＱＲ）は無効電力検出点を一定に保つが、負荷変動等により有効電力が大きく変動すると、有効電力と無効電力のバランスが崩れる為、系統電圧が変動する。また、電圧による制御をしていない為、無効電力補償装置ＳＶＣのＬ分出力を大きくなる事により系統電圧は下がり、無効電力補償装置ＳＶＣのＬ分出力が小さくなる事により系統電圧は上がってしまう。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、無効電力一定制御（ＡＱＲ）のみでは、無効電力補償装置ＳＶＣの設置母線の電圧が許容電圧範囲を超え、無効電力を一定に保とうとする制御が働き、無効電力補償装置ＳＶＣの設置母線の電圧は許容電圧範囲を更に変動していくことがある。尚、この種の技術として特開平１０−３２００６３号公報を挙げることができる。
【００１１】
本発明の目的は、電力系統での電圧変動を低減する無効電力補償装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の無効電力補償装置では、電圧変動抑制回路からの有効電力により変動する電圧を抑制する有効電力に対応する無効電力値を出力する電圧変動抑制回路を設け、この電圧変動抑制回路からの無効電力と無効電力検出値と無効電力指令値の差分の無効電力値を無効電力補償装置に入力し、
無効電力補償装置の無効電力の増減値とコンデンサ要素及びリアクタンス要素からの値とから出力された無効電力値の増減を電力系統に供給して、電力系統での電圧変動が少なくなり、系統電圧を安定化させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
近年、増加しつつある自然エネルギーを利用した風力発電所は、風の影響により計画的に電力を供給するのが難しく、各地点での有効・無効電力変動が多くなる傾向にある。
【００１４】
近傍の無効電力補償装置ＳＶＣが電圧一定制御（ＡＶＲ）でない場合。近傍の電圧を制御する機器が設置されていない場合。負荷・電力変動の激しい場合。等に本発明の無効電力補償装置を使用する。
【００１５】
本発明の無効電力補償装置（ＳＶＣ）が接続される系統を図１に示す。
【００１６】
送電線１側と電力系統２を介して受電端１０に接続され、受電端１０の電圧を受電端電圧Ｖｒとする。電力系統２はインピーダンスＲ及びリアクタンスｊＸをもつことにより、送電端７の有効電力Ｐｓ、無効電力ｊＱｓ、及び送電端電圧Ｖｓと受電端１０の有効電力Ｐｒ、無効電力ｊＱｒ及び受電端電圧Ｖｒが変化する。
【００１７】
また、受電端１０に風力発電所などの分散電源１１がある場合、その有効電力Ｐｒは図２のように分散電源１１の発電量１２が時間の経過と共に変化する。そのため、受電端１０の損失等を低減するために、変動の激しい場所に無効電力補償装置１３が接続される。無効電力補償装置１３により無効電力を所定値に調整し、電力系統２に電力を供給する。
【００１８】
本発明の無効電力補償装置１３の概略制御ブロックを図３に示し、説明する。
【００１９】
無効電力補償装置１３は無効電力補償制御回路１３Ａと他励式無効電力補償装置２５とよりなる。無効電力補償制御回路１３Ａは次のように構成されている。
【００２０】
即ち、電力系統２に変流器１５と計器用変成器１６を接続する。変流器１５と計器用変成器１６で計測された検出電流及び検出電圧を電流検出器１７及び電圧検出器１８に入力する。電流検出器１７と電圧検出器１８から出力した電流検出値と電圧検出値を有効電力検出器１９と無効電力検出器２０に入力する。有効電力検出器１９と無効電力検出器２０から有効電力値と無効電力値が出力される。
【００２１】
無効電力検出手段である無効電力検出器２０から出力された無効電力検出値２０Ａを減算器２１Ｘに入力する。また、無効電力指令器２２からの基準となる無効電力指令値２２Ａを減算器２１Ｘに入力し、無効電力検出値２０Ａから無効電力指令値２２Ａを減算して出力される無効電力出力値２０Ｃを第２の減算器２１Ｙに入力する。尚、減算器２１Ｘと第２の減算器２１Ｙとは１個にして使用してもよい。
【００２２】
一方、有効電力検出器１９は電圧検出器１８及び電流検出器１７からの検出電圧及び検出電流により有効電力を演算する。有効電力検出器１９の出力側には電圧変動抑制回路２７を接続している。電圧変動抑制回路２７は有効電力により変動する電圧を抑制する有効電力に対応する抑制無効電力値２７Ａを減算器２１Ｙに入力し、電力系統２での電圧変動を抑制する。つまり、電圧変動抑制回路２７により有効電力の変動による電圧変動を抑制するような無効電力の有効電力変動に対する割合ＫＰを、後述する（数７）式により求める。
【００２３】
即ち、第２の減算器２１Ｙでは無効電力出力値２０Ｃと抑制無効電力値２７Ａとを演算する。無効電力出力値２０Ｃを例えば１とし、抑制無効電力値２７Ａを５とすれば、無効電力出力値＝１−５＝−４となり、この−４を無効電力一定制御回路２３に入力する。無効電力一定制御回路２３から無効電力出力値をパルス位相器２４に入力する。
【００２４】
パルス位相器２４は、無効電力出力値に相当する点弧制御角信号を無効電力補償回路である他励式無効電力補償装置２５の半導体制御素子２６にゲート信号Ｇとして入力する。半導体制御素子２６はゲート信号Ｇに伴い点弧する。
【００２５】
この場合には、ＳＶＣ用変圧器２８のリアクタンスにより相当する巻線に供給される無効電力たとえば−２とコンデンサ２５Ｃとリアクタンス２５Ｌからの放出される無効電力例えば４とにより４−２＝２となる。２だけ無効電力が電力系統２に供給される。
【００２６】
風力発電が吸収する無効電力が−４であるとすると、無効電力補償装置１３による電力系統における無効電力は２−４＝−２となり、電圧変動を抑制することができるので、電圧変動が少なくなり、系統電圧を安定化させることができる。つまり、分散電源である風力発電からの電圧変動は無効電力を減少した分だけ少なくなり、この電力を送電線に供給できる。
【００２７】
更に、無効電力出力値２０Ｃと抑制無効電力値２７Ａとからの無効電力出力値＝−１とすれば、ＳＶＣ用変圧器２８のリアクタンスにより相当する巻線に供給される無効電力値−１とコンデンサ２５Ｃとリアクタンス２５Ｌからの放出される無効電力値例えば２とにより２−１＝１となる。
【００２８】
１だけ無効電力が電力系統２に供給され、無効電力を増加した分だけ、電力系統２での電圧変動を抑制することができるので、電圧変動が少なくなり、系統電圧を安定化させることができる。従って、無効電力を放出した分だけ電力系統２での電圧変動を抑制することができるので、電圧変動が少なくなり、系統電圧を安定化させることができる。
【００２９】
このように、他励式無効電力補償装置２５において、ＳＶＣ用変圧器２８に入る無効電力の増減値とコンデンサ２５Ｃ及びリアクタンス２５Ｌからの値とから出力された無効電力値の増減により、この増減された無効電力値を電力系統に供給した分だけ、電力系統での電圧変動が抑制され、系統電圧を安定化させることができる。
【００３０】
次に、電圧変動抑制回路２７の補償量である抑制無効電力値２７Ａの算出根拠を図５ないし図６により説明する。
【００３１】
図５の系統において、送電端電圧Ｖｓは、受電端電圧Ｖｒ、有効電力Ｐｒ、無効電力Ｑｒ及び系統インピーダンスＲとリアクタンスｊＸより算出される。
【００３２】
図５において、送電端電圧Ｖｓは受電端電圧Ｖｒの位相を基準として、次の式が成り立つ。
【００３３】
【数１】
2004320860.tif 000003
【００３４】
このベクトル図は図６（Ａ）、（Ｂ）のようになり、リアクタンス送電線はＲ＝０、即ち、α＝９０°の場合に相当する。
【００３５】
上記（数１）より下記（数２）式を得る。
【００３６】
【数２】
2004320860.tif 000004
【００３７】
このベクトル図は図７のようになり、リアクタンス送電線に比べて、同相分電圧降下Ｒ，Ｐｒ／Ｖｒ、直角同相分電圧降下−Ｒ，Ｑｒ／Ｖｒが加算されている。
【００３８】
【数３】
2004320860.tif 000005
【００３９】
【数４】
2004320860.tif 000006
【００４０】
となる。
【００４１】
よって、送受電端の電圧変化を内容にするための受電端の有効電力Ｐｒに対する無効電力Ｑｒは、数５により表せる。
【数５】となる。
2004320860.tif 000007
【００４２】
よって、電圧変動抑制回路２７の制御ブロックは、有効電力の変動による電圧変動を抑制するような無効電力の有効電力変動に対する割合ＫＰを（数６）式により求めることができる。
【００４３】
【数６】
2004320860.tif 000008
【００４４】
この式により、系統インピーダンスＲとリアクタンスｊＸが既知である場合、未知数である有効電力Ｐｒを入力することにより、電圧変動のない無効電力値Ｑｒが算出できる。この値を無効電力指令値とすることで、無効電力補償装置（ＳＶＣ）の出力を制御し、電圧，電流計測点の無効電力を調整する。
【００４５】
この実施例では、減算器を２個使用したが、１個にしても同じ効果を得ることができる。また、回路の途中で符号を逆にすることにより、減算器を加算器として使用しても同じ効果を得ることができる。
【００４６】
次に、図４により、自励式無効電力補償装置３４の場合を説明する。
【００４７】
ＳＶＣ用変圧器２８の二次側に変流器２９を接続する。無効電力一定制御回路２３からの電流指令値を電流制御回路３２に入力し、電流制御回路３２からゲートパルス発生器３３を介して無効電力補償回路２５の半導体制御素子３５にゲート信号Ｇとして入力する。半導体制御素子３５はゲート信号Ｇに伴い点弧する。
【００４８】
電圧変動抑制回路２７は有効電力により変動する電圧を抑制する有効電力に対応する抑制無効電力値２７Ａを減算器２１Ｙに入力し、電力系統２での電圧変動を抑制する。
【００４９】
これにより、無効電力出力値の増減に応じて自励式無効電力補償装置３４により、無効電力を吸収したり、或いは放出したりして、電圧変動が少なくなり、系統電圧を安定化させることができる。また前述の実施例のＳＶＣ用変圧器２８を削除して、半導体制御素子３５のみの回路でも実施することができる。
【００５０】
この実施例では、減算器を２個使用したが、１個にしても同じ効果を得ることができる。また、回路の途中で符号を逆にすることにより、減算器を加算器として使用しても同じ効果を得ることができる。
【００５１】
また、風力発電で発生した電力に本発明の電圧変動抑制回路を使用すれば、電圧変動を抑制した品質を向上した電力を負荷に供給できるので、需要家の電力品質に対する信頼性が向上した。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の無効電力補償装置によれば、電力系統での無効電力を抑制した分だけ、系統電圧の変動を抑制させ系統電圧の安定化を図ると共に、送電損失を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である無効電力補償装置ＳＶＣを含む概略制御ブロック図。
【図２】図１の無効電力補償装置ＳＶＣによる有効電力と時間との関係を示す電力特性図。
【図３】本発明の実施例である他励式無効電力補償装置の概略制御ブロック図。
【図４】本発明の実施例である自励式無効電力補償装置の概略制御ブロック図。
【図５】図１の短絡距離送電の電圧・潮流を示す等価回路図。
【図６】図５の送電端系統電圧を求めるためのベクトル図。
【図７】図５の送電端系統電圧を求めるためのベクトル図。
【符号の説明】
Ｒ…インピーダンス、Ｘ…リアクタンス、Ｐｓ…送電端有効電力、ｊＱｓ…送電端無効電力、Ｖｓ…送電端系統電圧、Ｐｒ…受電端有効電力、ｊＱｒ…受電端無効電力、Ｖｒ…受電端系統電圧、１…電力系統、２…系統母線、７…送電端、１０…受電端、１１…分散電源、１２…分散電源発電量、１３…無効電力補償装置、１３Ａ…無効電力補償制御回路、１５…変流器、１６…計器用変圧器、１７…電流検出器、１８…電圧検出器、１９…有効電力検出器、２０…無効電力検出器、２１Ｘ，２１Ｙ…減算器、２２…無効電力指令値、２３…無効電力一定制御回路（ＡＱＲ）、２４…パルス位相器、２５…他励式無効電力補償装置、２５Ｌ…分路リアクトル、２５Ｃ…コンデンサ、２６…半導体制御素子、２７…電圧変動抑制回路、２８…ＳＶＣ用変圧器、２９…変流器、３０…電流検出器、３１…減算器、３２…電流制限回路、３３…ゲートパルス発生器、３４…自励式無効電力補償装置、３５…半導体制御素子。
【図１】
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【図２】
2004320860.tif 000010
【図３】
2004320860.tif 000011
【図４】
2004320860.tif 000012
【図５】
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【図６】
2004320860.tif 000014
【図７】
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