(57)【要約】【課題】可変リアクトルのリアクタンス値またはサセプタンス値を求め、三相電圧を平衡な目標値に迅速に調節すること。【解決手段】三相の配電線路４に接続された可変リアクトル３と、配電線路４の電流および電圧を検出する検出手段１と、検出手段１により検出された測定値から配電線路４の線間電圧の値を平衡な目標値に一致させるためのリアクタンス値を演算し、可変リアクトル３を前記リアクタンス値に設定する制御手段２とから構成することにより、前記三相の線間電圧を前記目標値に調整することを特徴とする三相電圧調節システムである。【選択図】図１ 
2005245099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相の各配電線路に直列に接続された可変リアクトルと、前記配電線路の電流および電圧を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された測定値から前記三相の線間電圧の値を平衡な目標値に一致させるためのリアクタンス値を演算し、前記可変リアクトルを前記リアクタンス値に設定する制御手段とから構成することにより、前記三相の線間電圧を前記目標値に調整することを特徴とする三相電圧調節システム。
【請求項２】
三相の各配電線路間に並列に接続された可変リアクトルと、前記配電線路の電流および電圧を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された測定値から前記三相の線間電圧の値を平衡な目標値に一致させるためのサセプタンス値を演算し、前記可変リアクトルを前記サセプタンス値に設定する制御手段とから構成することにより、前記三相の線間電圧を前記目標値に調整することを特徴とする三相電圧調節システム。
【請求項３】
三相の各配電線路に直列に接続された可変リアクトルを所定値に設定して、前記三相の線間電圧を平衡な目標値に調節する三相電圧調節方法において、三相の各配電線路の電流、該電流の位相、線間電圧、該線間電圧の位相を検出し、算出するステップ１と、該ステップ１において算出された算出値に基づいて、演算により(1)式より可変リアクトルの入力側線間電圧の値と位相を求めるステップ２と、(17)式より位相角φitarを算出するステップ３と、演算により(18)式によりリアクタンス値Xau, Xav, Xawおよび(19)式により線間電圧Vauv, Vavw, Vawuとその位相φauv, φavw, φawuを更新するステップ４と、演算により(12)式により線間電圧Vauv, Vavw, Vawuの誤差を表すパラメータδVを算出するステップ５と、前記パラメータδVが所定値より小さい否かを判定するステップ６と、該ステップ６において大きいと判定された場合は、ステップ４で更新したリアクタンス値Xau, Xav, Xawおよび線間電圧Vauv, Vavw, Vawuとその位相φauv, φavw, φawuを用いて前記ステップ３からの演算を繰り返し、前記ステップ６において小さいと判定された場合は、そのときのリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’を前記可変リアクトルに設定することを特徴とする三相電圧調節方法。
【請求項４】
三相の各配電線路間に並列に接続された可変リアクトルを所定の値に設定して、前記三相の線間電圧を平衡な目標値に調節する三相電圧調節方法において、三相の各配電線路の電流、該電流の位相、線間電圧、該線間電圧の位相を検出し、算出するステップ１１と、該ステップ１１において算出された算出値に基づいて、演算により(20)式より無限大母線の線間電圧の値と位相を求めるステップ１２と、演算により(17)式より位相角φitarを算出するステップ１３と、演算により(33)式よりサセプタンス値Bauv, Bavw, Bawuおよび(35) により線間電圧Vauv, Vavw, Vawuとその位相φauv, φavw, φawuを更新するステップ１４と、演算により(12) 式により線間電圧Vauv, Vavw, Vawu の誤差を表すパラメータδVを算出するステップ１５と、前記パラメータδVが所定値より小さい否かを判定するステップ１６と、該ステップ１６において大きいと判定された場合は，ステップ１４で更新したサセプタンス値Bauv, Bavw, Bawuおよび線間電圧Vauv, Vavw, Vawuとその位相φauv, φavw, φawuを用いて前記ステップ１３からの演算を繰り返し、前記ステップ１６において小さいと判定された場合は、そのときのサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’を前記可変リアクトルに設定することを特徴とする三相電圧調節方法。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載された三相電圧調節方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
【請求項６】
請求項５に記載されたプログラムをコンピュータ読み取り可能に記載した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変リアクトルを利用して配電系統の三相電圧を平衡な目標値に調節するための三相電圧調節システムおよび三相電圧調節方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料の大量消費に伴う二酸化炭素排出による地球温暖化の影響が顕著に現れるようになって来た。そこで、再生可能エネルギーを利用した発電や総合熱効率を高められるコージェネレーションの導入が盛んになってきている。これらは分散電源と呼ばれ、その発電電力とそれを有する需要家の消費電力との電力差を商用系統からまかなうべく、配電系統に連系して運用されることが多い。しかし、配電系統の大部分は、分散電源の連系を想定した設計・運用をされていないので、分散電源が配電系統に大量に連系すると様々な問題が生じることが指摘されている。その中でも「電圧変動問題」は、分散電源の導入可能量を制限する大きな要因と考えられている。
【０００３】
電圧変動問題としては、分散電源からの電力出力に伴う線路潮流の変化により三相電圧全体が規定範囲を逸脱する問題と、小容量の分散電源が単相接続されること等に起因する三相不平衡問題の２つがある。
【０００４】
この電圧変動問題を解決する方法の一つに、自励式インバータを有する機器を用いるものがある。具体的には、配電線路に直列に接続して運用する直列型電圧補償装置（Dynamic Voltage Restorer: DVR）や、並列に接続して運用する自励式無効電力補償装置（Static Compensator: STATCOM）がある。その制御方法の従来例としては、特開２００３−３４８７５５号公報にも開示されているように、線路電圧の逆相電圧を算出してそれを打ち消すように運用するものである。この方法は効果的であるが、自励式インバータを介して系統に無効電力を注入するため、大容量の自励式インバータが必要となり、高価格で広い設置スペースが必要であり、インバータでの損失が大きい、といった問題があった。
【０００５】
これに対し、可変リアクトルを用いる方法がある。ここで可変リアクトルとは、リアクタンス値を誘導性のみならず容量性に連続的に変化できる機器を指す。可変リアクトルは、逆並列接続したサイリスタ、リアクトル、およびコンデンサを用いて構成され、サイリスタの点弧角を変化させることによって全体のリアクタンス値を変化させるものである。具体的には、配電線路に直列に接続して運用するサイリスタ制御直列コンデンサ（Thyristor Controlled Series Capacitor: TCSC）や、並列に接続して運用する静止形無効電力補償装置（Static Var Compensator: SVC）がある。その制御方法の従来例としては、特開平９−２４４７５５号公報や特開２００１−４５６６４号公報に開示されているように、点弧角を徐々に変えてみる、即ち、リアクタンス値を徐々に変えてみて、線路電圧が目標値に到達するまで、リアクタンス値の変更と線路電圧の計測を繰り返すという方法である。
【特許文献１】特開２００３−３４８７５５号公報
【特許文献２】特開平９−２４４７５５号公報
【特許文献３】特開２００１−４５６６４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、このリアクタンス値の変更と線路電圧の計測を繰り返す方法では、最終的な目標値に制御するための時間がかかり、また、制御終了まで最終的なリアクタンス値がわからず、その機器の定格でどこまで制御可能なのか判断できないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、可変リアクトルのリアクタンス値またはサセプタンス値を迅速に求め、三相の線間電圧を平衡な目標値に迅速に調節することを可能にした三相電圧調節システムおよび三相電圧調節方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために下記の手段を採用した。
第１の手段は、三相の各配電線路に直列に接続された可変リアクトルと、前記配電線路の電流および電圧を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された測定値から前記三相の線間電圧の値を平衡な目標値に一致させるためのリアクタンス値を演算し、前記可変リアクトルを前記リアクタンス値に設定する制御手段とから構成することにより、前記三相の線間電圧を前記目標値に調整することを特徴とする三相電圧調節システムである。
【０００９】
第２の手段は、三相の各配電線路間に並列に接続された可変リアクトルと、前記配電線路の電流および電圧を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された測定値から前記三相の線間電圧の値を平衡な目標値に一致させるためのサセプタンス値を演算し、前記可変リアクトルを前記サセプタンス値に設定する制御手段とから構成することにより、前記三相の線間電圧を前記目標値に調整することを特徴とする三相電圧調節システムである。
【００１０】
第３の手段は、三相の各配電線路に直列に接続された可変リアクトルを所定値に設定して、前記三相の線間電圧を平衡な目標値に調節する三相電圧調節方法において、三相の各配電線路の電流、該電流の位相、線間電圧、該線間電圧の位相を検出し、算出するステップ１と、該ステップ１において算出された算出値に基づいて、演算により(1)式より可変リアクトルの入力側線間電圧の値と位相を求めるステップ２と、(17)式より位相角φitarを算出するステップ３と、演算により(18)式によりリアクタンス値Xau, Xav, Xawおよび(19)式により線間電圧Vauv, Vavw, Vawuとその位相φauv, φavw, φawuを更新するステップ４と、演算により(12)式により線間電圧Vauv, Vavw, Vawuの誤差を表すパラメータδVを算出するステップ５と、前記パラメータδVが所定値より小さい否かを判定するステップ６と、該ステップ６において大きいと判定された場合は、ステップ４で更新したリアクタンス値Xau, Xav, Xawおよび線間電圧Vauv, Vavw, Vawuとその位相φauv, φavw, φawuを用いて前記ステップ３からの演算を繰り返し、前記ステップ６において小さいと判定された場合は、そのときのリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’を前記可変リアクトルに設定することを特徴とする三相電圧調節方法である。
【００１１】
第４の手段は、三相の各配電線路間に並列に接続された可変リアクトルを所定の値に設定して、前記三相の線間電圧を平衡な目標値に調節する三相電圧調節方法において、三相の各配電線路の電流、該電流の位相、線間電圧、該線間電圧の位相を検出し、算出するステップ１１と、該ステップ１１において算出された算出値に基づいて、演算により(20)式より無限大母線の線間電圧の値と位相を求めるステップ１２と、演算により(17)式より位相角φitarを算出するステップ１３と、演算により(33)式よりサセプタンス値Bauv, Bavw, Bawuおよび(35) により線間電圧Vauv, Vavw, Vawuとその位相φauv, φavw, φawuを更新するステップ１４と、演算により(12) 式により線間電圧Vauv, Vavw, Vawu の誤差を表すパラメータδVを算出するステップ１５と、前記パラメータδVが所定値より小さい否かを判定するステップ１６と、該ステップ１６において大きいと判定された場合は，ステップ１４で更新したサセプタンス値Bauv, Bavw, Bawuおよび線間電圧Vauv, Vavw, Vawuとその位相φauv, φavw, φawuを用いて前記ステップ１３からの演算を繰り返し、前記ステップ１６において小さいと判定された場合は、そのときのサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’を前記可変リアクトルに設定することを特徴とする三相電圧調節方法である。
【００１２】
第５の手段は、第３の手段または第４の手段に記載された三相電圧調節方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００１３】
第６の手段は、第５の手段に記載されたプログラムをコンピュータ読み取り可能に記載した記録媒体である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の三相電圧調節システムによれば、三相の線間電圧を平衡な目標値に調節する可変リアクトルのリアクタンス値またはサセプタンス値を、迅速に求めることができるので、分散電源からの電力出力に伴う線路潮流の変化により三相電圧全体が規定範囲を逸脱する問題や、小容量の分散電源が単相接続されること等に起因する三相不平衡問題を迅速に解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
はじめに、本発明の第１の実施形態を図１乃至図５を用いて説明する。
図１は、三相の各配電線路に可変リアクトルを直列に接続し、該可変リアクトルを所定の値に設定して、三相の線間電圧を平衡な目標値に設定する三相電圧調節システムの構成を示す図である。
同図において、１は三相の各配電線路の電流の値Iu, Iv, Iw 、電流の位相θu, θv, θw、線間電圧の値Vauv, Vavw, Vawu、線間電圧の位相φauv, φavw, φawuの各値を検出する検出手段、２は検出手段１によって検出された測定値に基づいて、三相の各配電線路に配設された可変リアクトル３に、設定すべき各相のリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’を算出し、可変リアクトル３を算出されたリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’に設定する制御手段、３は三相の各配電線路に直列に接続された可変リアクトル、４は三相の配電線路である。
【００１６】
ここで、電圧をV、電流をIで表し、添字 u, v, w をそれぞれu相，v相，w相を表すとする。可変リアクトルの入力側電圧は，三相不平衡の無限大母線電圧とみなすことができるとする。u相，v相，w相に接続されている可変リアクトル３のリアクタンス値をそれぞれXau, Xav, Xawとする。
【００１７】
線間電圧Vauv, Vavw, Vawu の大きさがそれぞれ目標の線間電圧Vatar となるように、可変リアクトル３のリアクタンス値Xau, Xav, Xaw を調節する。なお、リアクタンス値可変の主回路としては、逆並列接続したサイリスタとリアクトルとコンデンサを用いる構成の他に、可動鉄心片を移動させることや鉄心を直流励磁してその透磁率を変化させることでリアクタンス値を変化させることができるリアクトルおよびコンデンサを用いてもよい。
【００１８】
ここで、U相電流の位相θuを基準として、電圧の位相を記号φで、電流の位相を記号θでそれぞれ表すとする。進み位相および誘導性リアクタンスを正値、遅れ位相および容量性リアクタンスを負値とする。
【００１９】
各配線線路の電流の値Iu, Iv, Iw 、前記電流の位相θu, θv, θw、線間電圧の値Vauv, Vavw, Vawu、前記電圧の位相φauv, φavw, φawu は、検出手段１により検出され、検出された測定値に基づく下記の各種の演算および可変リアクトル３に対する制御は制御手段２によって行われる。
【００２０】
まず、目標の線間電圧Vatarを得るために必要なリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’を求めるために、可変リアクタンス３の入力線間電圧Viを求める。可変リアクタンス３の入力側線間電圧の値Viuv, Vivw, Viwu，前記電圧の位相φiuv, φivw, φiwuは(1)式のように表される。
【数１】
2005245099.tif 000003
ただし、(1)式中のベクトルおよび行列は（2）〜(8）式で表される。
【数２】
2005245099.tif 000004
【数３】
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【数４】
2005245099.tif 000006
【数５】
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【数６】
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【数７】
2005245099.tif 000009
【数８】
2005245099.tif 000010
ここで，制御後の量を，記号に’（ダッシュ）をつけて表すとする。また、位相角φatarは、現在の線間電圧の位相φauvの制御後の目標値を表す。制御後は、φauv’=φatar, φavw’=φatar-2π/3, φawu’=φatar-4π/3となる。一般的に電圧を調節しても負荷の力率はあまり変化しないので，前記位相角φatarはφauvに維持するようにリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’を求めるべきである。(φatar=φauv)。また，位相角φitarは、現在のリアクトル入力側電圧の位相φiuvの制御後の目標値を表す。制御後は、φiuv’=φitar, φivw’=φitar+φivw -φiuv, φiwu’=φitar+φiwu -φiuvとなる。
【００２１】
線間電圧Vauv, Vavw, Vawuの大きさがそれぞれ目標の線間電圧Vatarにする可変リアクタンス３の値Xau’, Xav’, Xaw’は(9)式のように表され、最終的にこの可変リアクタンス３の値Xau’, Xav’, Xaw’を求めることになる。
【数９】
2005245099.tif 000011
ただし、(9)式中のベクトルは(10),(11)式で表される。
【数１０】
2005245099.tif 000012
【数１１】
2005245099.tif 000013
【００２２】
ここで、(9)式において求める可変リアクタンス３の値Xau’, Xav’, Xaw’以外の未知数は(11)式における位相角φitarのみであり、この位相角φitar を求めるために、Vatar からの線間電圧Vauv, Vavw, Vawuの誤差を表すパラメータδVを(12)式で定義する。
【数１２】
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δVを最小にする位相角φitarは(13)式を満たすが、
【数１３】
2005245099.tif 000015
(13)式に(9)〜(12)式を代入して整理すると(14)式が得られる。
【数１４】
2005245099.tif 000016
ただし(13)式中のcc、csは(15)式で表される。
【数１５】
2005245099.tif 000017
(15)式中のVdk (k=1,…,6) は，(16)式で表される。
【数１６】
2005245099.tif 000018
(14)式を位相角φitarについて解くと、(17)式となり、これにより求める位相角φitarが得られる。
【数１７】
2005245099.tif 000019
次に、(17)式で得られたφitarを(11)式に代入し，この(11)式で得られたVitarを(9)式に代入してXa’について解く。(9)式はベクトル式で、3つの未知数に対して6本の方程式が含まれている。そこで(18)式のように最小二乗法を用いる。
【数１８】
2005245099.tif 000020
(18)式をXa’について解くことにより、線間電圧Vauv, Vavw, Vawuを目標の線間電圧Vatarに調節するような，可変リアクタンス３のリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’を得ることができる。
【００２３】
もし(13)式が(δV)2をφitarで全微分する式であれば，この計算時点でδVを最小にするφitarを求めている。しかしこの場合，φitarの値を(17)式のように導出することは困難である。よって(13)式は，(δV)2をφitarで偏微分する式となっている。よって、この計算時点でδVをしきい値δVlimitより小さくするリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’を直ちに得ることはできない。ただし、δVを小さくするリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’を算出するので、反復計算によりδVをδVlimitまで徐々に減らしていくことができる。計算の反復毎に、計算で用いるベクトルVaは(19)式のように更新する。
【数１９】
2005245099.tif 000021
この反復計算は、δVがしきい値δVlimitより小さくなるか、δVが変化しなくなるまで繰り返す。このアルゴリズムにより、線間電圧Vauv, Vavw, Vawuを目標の線間電圧Vatarにする可変リアクトル３のリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’を算出できる。
【００２４】
この計算の流れ図を図２に示す。まず、ステップ１にて三相の各配電線路の電流の値Iu, Iv, Iw 、電流の位相θu, θv, θw、線間電圧の値Vauv, Vavw, Vawu、線間電圧の位相φauv, φavw, φawuの各値を検出し、検出された測定値に基づいて、(3)〜(8)式を算出する。
次に、ステップ２にて、ステップ１において算出されて算出値に基づいて、演算により(1)式より可変リアクタンスの入力側線間電圧Viuv, Vivw, Viwu，およびその位相φiuv, φivw, φiwuの各値を算出する。次に，ステップ３にて、(17)式より位相角φitarを算出する。次に、ステップ４にて、演算により(18)式によりリアクタンス値Xau, Xav, Xawおよび(19)式により線間電圧Vauv, Vavw, Vawuとその位相φauv, φavw, φawuを更新する。次に、ステップ５にて、演算により(12)式により線間電圧Vauv, Vavw, Vawu の誤差を表すパラメータδVを算出する。次に、ステップ６にて、前記パラメータδVが所定値より小さい否かを判定する。ステップ６において大きいと判定された場合は、前記ステップ３の演算を繰り返す。ステップ６において小さいと判定された場合は、そのときのリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’を前記可変リアクトル３に設定する。
このように制御手段２において算出されたリアクタンス値Xau’, Xav’, Xaw’は、制御手段２によって可変リアクトル３に設定されることにより、三相電圧が指令された値に迅速に調節される。
【００２５】
以下に、第１の実施形態の実施例を示す。
Iu=1.0pu、 Iv=0.7pu、 θv=θu-2π/3，Viuv=0.8753pu，Vivw=0.9830pu，Viwu=0.9711puの場合について、数値計算によりVauv=Vavw=Vawu=VatarとするXau’, Xav’, Xaw’を求めた。制御前の各可変リアクタンス値はXau=Xav=Xaw=0，δVのしきい値δVlimit=0.5×10-4とする。Vatar=0.8puとVatar=1.0puの２通りについてφauvを変数として計算を行った結果を図３に示す。
【００２６】
図３に示すように、Vtar=0.8puでは計算したφauvのすべての範囲において常にVauv=Vavw=Vawu=Vatarとなっているが、Vatar=1.0puでは16°<φauv<56°の範囲においてはVauv=Vavw=Vawu=Vatarとなっていない。このことは、回路の条件からこの範囲ではVauv=Vavw=Vawu=Vatarとする解が存在しないことを意味する。
しかしながら本アルゴリズムではδVを最小にするφitarを(13)式で算出していることから、この解がない16°<φauv<56°の状態においてもδVを最小にするXau, Xav, Xawの組み合わせを導くことができる。これは本アルゴリズムの利点である。
なお，この解がない16°<φauv<56°の状態においては，反復計算はδV<δVlimitになるまで繰り返さず，δVがほとんど変化しなくなるまで繰り返している。
【００２７】
φauv=60°の場合の各電圧値および各リアクタンス値を図４に、三相フェーザー図を図５に示す。図４の表に示すように、Vauv=Vavw=Vawu=Vatarに設定されていることが確認できる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態を図６乃至図１０を用いて説明する。
図６は、三相の各配電線路間に可変リアクトルを並列に接続し、該可変リアクトルを所定の値に設定することにより、三相の線間電圧を平衡な目標値に設定する三相電圧調節システムの構成を示す図である。
同図において、５は三相の各配電線路の電流の値Iu, Iv, Iw 、電流の位相θu, θv, θw、線間電圧の値Vauv, Vavw, Vawu、線間電圧の位相φauv, φavw, φawuの各値を検出する検出手段、６は検出手段５によって検出された測定値に基づいて、三相の各配電線路に配設された可変リアクトル７の各相のサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’を算出し、可変リアクトル７を算出されたサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’に設定する制御手段、７は三相の各配電線路間に並列に接続された可変リアクトルである。
【００２９】
なお、電圧をV、電流をIで表し、添字 u, v, w をそれぞれu相，v相，w相を表すとする。三相電源は系統の無限大母線電圧を表す。u-v相間，v-w相間，w-u相間に接続されている可変リアクトル７のサセプタンス値をそれぞれBauv, Bavw, Bawuとする。無限大母線から可変リアクトル７までの線路の抵抗をRs、リアクタンスをXsとする。
【００３０】
線間電圧Vauv, Vavw, Vawuの大きさがそれぞれ目標の線間電圧Vatarになるように、可変リアクトル７のサセプタンス値Bauv, Bavw, Bawuを調節する。ここで、U相電流の位相θuを基準として、電圧の位相を記号φで、電流の位相を記号θで、それぞれ表すとする。進み位相および容量性サセプタンスを正値、遅れ位相および誘導性サセプタンスを負値とする。
【００３１】
ここで、三相の各配電線路の電流の値Iu, Iv, Iw 、電流の位相θu, θv, θw、線間電圧の値Vauv, Vavw, Vawu、線間電圧の位相φauv, φavw, φawu、は検出手段５により検出され、検出された測定値に基づく下記の各種の演算および可変リアクトル７に対する制御は制御手段６において行われる。
【００３２】
まず、目標の線間電圧Vatarを得るために必要なサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’を求めるために、無限母線電圧Viを求める。無限大母線電圧Viの値Viuv, Vivw, Viwu，前記電圧の位相φiuv, φivw, φiwuは（20）式のように表される。
【数２０】
2005245099.tif 000022
ただし、(20)式中のベクトルおよび行列は(2),(3),(21)〜(25)式で表される。
【数２１】
2005245099.tif 000023
【数２２】
2005245099.tif 000024
【数２３】
2005245099.tif 000025
【数２４】
2005245099.tif 000026
【数２５】
2005245099.tif 000027
ここで前記直列接続の場合と同様に，制御後の量を，記号に’（ダッシュ）をつけて表すとする。また位相角φatarは、現在の線間電圧の位相φauvの制御後の目標値を表す。制御後は、φauv’=φatar, φavw’=φatar-2π/3, φaw’=φatar-4π/3となる。一般的に電圧を調節しても負荷の力率はあまり変化しないので，前記位相角φatar は位相φauvに維持するようにサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’ を求めるべきである。（φatar=φauv)。また，位相角φitarは、現在の無限母線電圧の位相φiuvの制御後の目標値を表す。制御後は、φiuv’=φitar, φivw’=φitar+φivw -φiuv, φiwu’=φitar+φiwu -φiuvとなる。
【００３３】
線間電圧Vauv, Vavw, Vawuの大きさがそれぞれ目標の線間電圧値Vatarとなるサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’は、(26)式のように表される。
【数２６】
2005245099.tif 000028
ただし、(26)式中の行列Fは(27)〜(30)式，およびベクトルBaは(31)式で表される。
【数２７】
2005245099.tif 000029
【数２８】
2005245099.tif 000030
【数２９】
2005245099.tif 000031
【数３０】
2005245099.tif 000032
【数３１】
2005245099.tif 000033
【００３４】
Rsu, Rsv, Rsw, Xsu, Xsv, Xsw は系統の設計値または測定値を用いる。ここで、求めるBauv’, Bavw’, Bawu’以外の未知数は(11)式における位相角φitarのみであり、この位相角φitarは前記直列接続の場合と同様に(17)式で算出できる。ただし，(17)式中のcc, csを算出する(15)式のVdk (k=1,…,6) は，(16)式ではなく，(32)式で表される。
【数３２】
2005245099.tif 000034
【００３５】
(17)式で得られたφitarを(11)式に代入し，この(11)式で得られたVitarを(26)式に代入してBa’について解く。(26)式はベクトル式で、3つの未知数に対して6本の方程式が含まれている。そこで(33)式のように最小二乗法を用いる。
【数３３】
2005245099.tif 000035
ただし，(33)式中のVek (k=1,…,6) は，(34)式で表される。
【数３４】
2005245099.tif 000036
(33)式をBa’について解くことにより、線間電圧Vauv, Vavw, Vawuを目標の線間電圧Vatarに調節するような，可変リアクタンス７のサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’を得ることができる。
【００３６】
もし(13)式が(δV)2をφitarで全微分する式であれば，この計算時点でδVを最小にするφitarを求めている。しかしこの場合，φitarの値を(17)式のように導出することは困難である。よって(13)式は，(δV)2をφitarで偏微分する式となっている。よって前記直列接続の場合と同様に、この計算時点でδVをしきい値δVlimitより小さくするサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’を直ちに得ることはできない。ただし、δVを小さくするBauv’, Bavw’, Bawu’を算出するので、反復計算によりδVをδVlimitまで徐々に減らしていくことができる。計算の反復毎に、計算で用いるパラメータVaは(35)式のように更新する。
【数３５】
2005245099.tif 000037
この反復計算は、δVがしきい値δVlimitより小さくなるか、δVが変化しなくなるまで繰り返す。このアルゴリズムにより、線間電圧Vauv, Vavw, Vawuを目標の線間電圧Vatarにする可変リアクトル７のサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’を算出できる。
【００３７】
この計算の流れ図を図７に示す。まず、ステップ１１にて三相の各配電線路の電流の値Iu, Iv, Iw 、電流の位相θu, θv, θw、線間電圧の値Vauv, Vavw, Vawu、線間電圧の位相φauv, φavw, φawuの各値を検出し、検出された測定値に基づいて、(3),(24),(27)〜(31)式を算出する。次に、ステップ１２にて、ステップ１１において算出された算出値に基づいて、演算により(20)式より無限大母線の線間電圧Viuv, Vivw, Viwu，およびその位相φiuv, φivw, φiwuの各値を算出する。次に，ステップ１３にて、(15),(17),(32)式より位相角φitarを算出する。次に、ステップ１４にて、演算により(33)式によりサセプタンス値Bauv, Bavw, Bawuおよび(35)式により線間電圧Vauv, Vavw, Vawuとその位相φauv, φavw, φawuを更新する。次に、ステップ１５にて、演算により(12)式により線間電圧Vauv, Vavw, Vawu の誤差を表すパラメータδVを算出する。次に、ステップ１６にて、前記パラメータδVが所定値より小さい否かを判定する。ステップ１６において大きいと判定された場合は、前記ステップ１３の演算を繰り返す。ステップ１６において小さいと判定された場合は、そのときのサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’を可変リアクトル７に設定する。
このように制御手段６において算出されたサセプタンス値Bauv’, Bavw’, Bawu’は、制御手段６によって可変リアクトル７に設定されることにより、三相電圧が指令された値に迅速に調節される。
【００３８】
以下に、第２の実施形態の実施例を示す。
Iu=1.0pu、 Iv=0.7pu、 θv=θu-2π/3，Viuv=0.8753pu，Vivw=0.9830pu，Viwu=0.9711puの場合について、数値計算によりVauv=Vavw=Vawu=VatarとするBauv, Bavw, Bawuを求めた。制御前の各可変サセプタンス値はBauv=Bavw=Bawu=0，δVのしきい値δVlimit=0.5×10-4とする。Vatar=0.8puとVatar=1.0puの２通りについてφauvを変数として計算を行った結果を図８に示す。図８より、計算したφauvのすべての範囲において、Vatar=0.8puとVatar=1.0puの両方において常にVauv=Vavw=Vawu=Vatarとなっている。
【００３９】
φauv=60°の場合の各電圧値および各サセプタンス値を図９に、三相フェーザー図を図１０に示す。図９の表に示すように、Vauv=Vavw=Vawu=Vatarに設定されていることが確認できる。また、図１０のDIu, DIv, DIwはそれぞれ可変リアクタンス７を流れる電流によるu相，v相，w相電流の増分で、(25)式で算出される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】三相の各配電線路に可変リアクトルを直列に接続し、該可変リアクトルを所定の値に設定することにより、三相の線間電圧を平衡な目標値に設定する三相電圧調節システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示した三相電圧調節システムにおけるアルゴリズムの流れを示す図である。
【図３】図１に示した三相電圧調節システムにおいて、φauvを変数として計算を行った結果を示す図である。
【図４】図１に示した三相電圧調節システムにおいて、φauv=60°の場合の各電圧値およびリアクタンス値を示す表である。
【図５】図１に示した三相電圧調節システムにおける三相フェーザー図を示す図である。
【図６】三相の各配電線路間に可変リアクトルを並列に接続し、該可変リアクトルを所定の値に設定することにより、三相の線間電圧を平衡な目標値に設定する三相電圧調節システムの構成を示す図である。
【図７】図６に示した三相電圧調節システムにおけるアルゴリズムの流れを示す図である。
【図８】図６に示した三相電圧調節システムにおいて、φauvを変数として計算を行った結果を示す図である。
【図９】図６に示した三相電圧調節システムにおいて、  φauv=60°の場合の各電圧値およびサセプタンス値を示す表である。
【図１０】図６に示した三相電圧調節システムにおける三相フェーザー図を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  検出手段
２  制御手段
３  可変リアクトル
４  三相配電線路
５  検出手段
６  制御手段
７  可変リアクトル
【図１】
2005245099.tif 000038
【図２】
2005245099.tif 000039
【図３】
2005245099.tif 000040
【図４】
2005245099.tif 000041
【図５】
2005245099.tif 000042
【図６】
2005245099.tif 000043
【図７】
2005245099.tif 000044
【図８】
2005245099.tif 000045
【図９】
2005245099.tif 000046
【図１０】
2005245099.tif 000047