(57)【要約】【課題】電圧無効電力制御装置により定常的に無効電力補償装置が機器容量に近い出力をできるだけゼロに近づけることができる電圧無効電力制御装置システムを提供する。【解決手段】無効電力補償装置９の電力系統への出力を計測し、その変動幅がある一定範囲内にあり規定の時間継続している場合には、定常的な出力を行っていると判断して、該出力に見合った調相設備４（例えば、電力コンデンサや分路リアクトル）を操作する。これにより、無効電力補償装置９の定常的な出力をキャンセルする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の電圧レベルが異なる母線とその間に接続されたタップ付変圧器と、前記タップ付変圧器の１次側及び２次側の状態量をそれぞれ制御する調相設備と、前記状態量をそれぞれ監視する電圧無効電力制御装置と、前記母線に接続される無効電力を制御可能な無効電力補償装置とを有するシステムにおいて、前記電圧無効電力制御装置が、前記状態量の情報と、前記タップ付変圧器のタップ位置と前記調相設備の動作情報である状態情報とに基づいて、前記タップ付変圧器と前記調相設備とにそれぞれ制御指令を出力して前記状態量を目標値内に調整する電圧無効電力制御システムであって、
前記電圧無効電力制御装置は、前記無効電力補償装置による無効電力補償の出力を監視し、前記無効電力補償の出力が定常状態にあり、かつ、定常的に調相設備の１台分以上の容量が出力されている場合には、前記状態量と前記目標値との偏差に基づいて前記状態量を制御する制御指令がでないようにロックするとともに、前記無効電力補償の出力を低減するために、前記無効電力補償装置の出力から制御すべき調相設備台数を演算し、該調相設備台数を満たすまで順次調相設備に対して制御指令を出力する
ことを特徴とする電圧無効電力制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電圧無効電力制御システムにおいて、
定常状態の前記無効電力補償装置の出力が制御可能対象設備の容量以上である場合には、制御可能対象設備すべてを制御した上で、隣接の変電所に容量を超えた量の制御依頼をする
ことを特徴とする電圧無効電力制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電圧無効電力制御システムにおいて、
前記電圧無効電力制御装置にて制御した調相容量を前記無効電力補償装置に伝送し、前記無効電力補償装置の無効電力制御の目標値を制御した調相容量分を強制的に削減させる
ことを特徴とする電圧無効電力制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧無効電力制御システムに係り、変電所に設置される電圧無効電力制御装置と無効電力補償装置の協調制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力系統においては負荷の状態によって電力系統の電圧及び無効電力が変化する。このことから電力系統の運用にあたっては電圧及び無効電力を目標値内に調整するようにしている。電圧及び無効電力の調整は、電圧無効電力制御（以下、ＶＱＣという。）装置で電圧無効電力制御機器を制御することにより行われ、例えば特許文献１に記載される方法が知られている。
【０００３】
電圧無効電力制御機器としては、電力系統に設けられた電力用コンデンサ（ＳＣ）や分路リアクトル（ＳｈＲ）等の調相設備、タップ付変圧器のタップが用いられる。ＶＱＣ装置は、電力系統の電圧及び無効電力とタップ付変圧器のタップ位置と調相設備の動作情報に基づいて、タップ付変圧器のタップ位置と調相設備をそれぞれ制御して電圧及び無効電力を目標値内に調整するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５９５５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
変電所の電圧無効電力制御に高速な応答が必要な場合には、ＶＱＣ装置の応答速度は遅いため、無効電力補償装置が別途設置されることがある。無効電力補償装置は電力系統の変動や電圧維持のため高速に出力するが、定常的に機器容量に近い出力を行っていると、次の電力系統の変動に対して機器容量いっぱいの出力となってしまい、十分に機能を果たすことができなくなることがある。
【０００６】
本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、ＶＱＣ装置により無効電力補償装置の定常的な出力をできるだけゼロに近づけることができるＶＱＣシステム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】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明のＶＱＣシステムは、無効電力補償装置の電力系統への出力を計測し、その変動幅がある一定範囲内にあり規定の時間継続している場合には、定常的な出力を行っていると判断して、該出力に見合った調相機器（電力コンデンサ又は分路リアクトル）を操作する。これにより、無効電力補償装置の定常的な出力をキャンセルする。
【０００８】
ＶＱＣ装置としては通常積分制御を行っているが、無効電力補償装置の電力系統への出力値に基づいた調相機器を操作する制御は指令値との偏差量に基づいて実施されないため、割り込み指令として出力することにする。但し、大量の調相設備を同時に制御すると、系統への擾乱を引き起こすだけであるため、調相設備を１台づつ制御し、必要量に到達するまで順次制御を続ける。必要量が制御対象設備よりも多い場合は、制御対象設備すべてを制御したところまでの制御となるが、隣接する変電所と連携が取れる場合は、不足容量分を隣接変電所にて制御することで必要量を確保することも可能である。また、ＶＱＣシステムを対象にしているがタップ制御による効果は少ないため、タップ制御がない調相制御装置にて代替することも可能である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＶＱＣ装置により無効電力補償装置の定常的な出力をできるだけゼロに近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のＶＱＣシステムの実施形態を示す構成図である。
【図２】ＶＱＣ装置の処理工程を示す説明図である。
【図３】制御対象選択部の制御対象の選択方法を示す説明図である。
【図４】ＶＱＣ装置による無効電力補償装置の出力調整の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明のＶＱＣシステムを図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明のＶＱＣシステムの実施形態を示す構成図である。本発明のＶＱＣシステムは、無効電力補償装置（例えば、ＳＴＡＴＣＯＭ（STATic synchronous COMpensator）、ＳＶＣ（Static Var Compensator））が併設される変電所に設置される。ＶＱＣシステムは、図１に示すように、高圧母線１と低圧母線２に接続された降圧のためのタップ付変圧器３と、該タップ付変圧器３の３次側に接続された調相設備４と、低圧母線２に接続された無効電力補償装置９と、ＶＱＣ装置１０とから構成されている。調相設備４は、複数の分路リアクトル（ＳｈＲ）及び電力コンデンサ（ＳＣ）で構成されている。
【００１２】
また、タップ付変圧器３の１次側には電流検出部７（電流検出手段）が接続され、高圧母線１と低圧母線２にはそれぞれ電圧検出部５，６（電圧検出手段）が接続され、無効電力補償装置９の低圧母線２側には電流検出部８（電流検出手段）が接続されており、計測した値はＶＱＣ装置１０に周期的に取り込まれるようになっている。
【００１３】
図１に示すＶＱＣ装置１０には、実効値演算部１１、目標偏差検出部１２、制御対象選択部１３、制御出力部１３ａ、出力切替部１４、積分制御部１５、無効電力補償装置出力演算部１６、制御台数演算部１７、制御調相選択部１８を含んで構成されている。各部の処理については、図２を参照して後述する。
【００１４】
ＶＱＣシステムと、無効電力補償装置９と、従来のＶＱＣ装置との関係を説明する。系統保護、安定化のため、高速な系統電圧変動に対してはＳＴＡＴＣＯＭやＳＶＣなどの無効電力補償装置９が高速に動作し、変動分を吸収する。一方、従来のＶＱＣ装置はＳＣやＳｈＲなどの調相設備の遮断器を操作し、定常的な電圧変動（例えば１分程度の変動）に対して既定の電圧範囲内に追い込むように動作させる。
【００１５】
系統事故が発生した場合、事故期間及び事故除去後も無効電力補償装置９が動作し、ＶＱＣ装置は動作しないのが通例である。ＶＱＣ装置には、通常電圧低下検出リレー並びに無電圧検出リレーが実装され、電圧低下検出リレーが動作している場合は、積分演算における加算をロック、無電圧検出時は積分演算をリセットすることで事故期間中に不用意に出力が出ないようにしている。
【００１６】
そのため、事故の影響により動作した無効電力補償装置９が定常的に無効電力を出力した状態で定常状態となることが多々ある。ＶＱＣ装置は事故除去後の電圧値の変動に対して、設定値と電圧値の偏差を積分（積分時定数が３０秒〜１分程度）し、調相設備４を制御しようとする。無効電力補償装置９が併設されていて、定常的な変動に対しても十分な容量を確保していれば、ＶＱＣ装置での電圧制御は不要になる。しかしながら、現実的には、定常的な電圧変動（日負荷変動に伴う変化）に十分な容量を無効電力補償装置で確保することは不経済であり、調相設備４との組み合わせにより運転される。
通常は各変電所において、
無効電力補償装置９の容量＜調相設備４の総容量
となるのが実情である。
【００１７】
本実施形態のＶＱＣシステムは、事故時など数秒程度の変動に対する応動は無効電力補償装置９が行い、定常的な変動に関してはＶＱＣ装置１０が制御を行うことを前提として、あくまでも定常的な変動をある電圧範囲内に追い込むＶＱＣ装置の機能として、無効電力補償装置９の定常的な出力をゼロ（現実的には、調相設備の１台の容量以下）にする制御を追加することにより、無効電力補償装置９に手を加えずに事故時の応動可能容量を確保しようとするものである。
【００１８】
図２は、ＶＱＣ装置の処理工程を示す説明図である。ＶＱＣ装置１０は、電圧検出部５で測定された高圧母線１の電圧Ｖ１（状態量）と、電圧検出部６で測定された低圧母線２の電圧Ｖ２（状態量）と、電流検出部７で測定されたタップ付変圧器３の１次側電流Ｉ１と、電流検出部８で測定された無効電力補償装置９の出力電流Ｉｃを周期的に取り込む。
【００１９】
実効値演算部１１は、電圧Ｖ１，Ｖ２、電流Ｉ１の実効値を出力し、タップ付変圧器３の１次側通過無効電力Ｑ１の実効値を出力する。実効値演算部１６１は、無効電力補償装置９の出力無効電力Ｑｃの実効値を出力する。なお、無効電力Ｑ１は、電圧Ｖ１と電流Ｉ１から、無効電力Ｑｃは電圧Ｖ２と電流Ｉｃから演算される。
【００２０】
次に、目標偏差検出部１２は、実効値演算部１１で求めた電圧Ｖ１，Ｖ２、無効電力Ｑ１の実効値と目標値との偏差を検出する。目標値は、基準電圧又は基準無効電流値±不感帯幅で表され、整定値としてあらかじめＶＱＣ装置１０内に記憶させてもよいし、図示しない系統監視装置が近隣の変電所を含めて一括して潮流計算等により損失を最小とするような値を演算して、ＶＱＣ装置１０に逐次送信してもよい。
【００２１】
制御対象選択部１３では、目標偏差検出部１２の結果と調相設備４の動作状態及びタップ付変圧器３のタップ位置状態を示す状態情報２０から、調相設備４及びタップ付変圧器３のうち、目標偏差を小さくするのに最も適したものを制御対象として選択する。制御対象の選択方法について図３を参照して説明する。
【００２２】
図３は、制御対象選択部の制御対象の選択方法を示す説明図である。図３（ａ）は制御平面として電圧Ｖ１，Ｖ２とした場合を示している。破線の内部が不感帯幅であり、電圧Ｖ１，Ｖ２をこの範囲内に調整する。図３（ａ）では、電圧Ｖ１，Ｖ２ともに目標値よりも高い場合は、調相設備４の電力コンデンサの一部を切るか又は分路リアクトルの一部を入れるかにより、電圧Ｖ１，Ｖ２を目標値内に収めることを示している。他の領域も同様であり、電圧Ｖ１，Ｖ２ともに目標値よりも低い場合は、調相設備４の電力コンデンサの一部を入れるか又は分路リアクトルの一部を切るかにより、電圧Ｖ１，Ｖ２を目標値内に収める。電圧Ｖ１が目標値より低く、電圧Ｖ２が目標値よりも高い場合は、タップ付変圧器３のタップを適宜下げ、電圧Ｖ１が目標値より高く、電圧Ｖ２が目標値よりも低い場合は、タップ付変圧器３のタップを適宜上げることにより、電圧Ｖ１，Ｖ２を目標値内に収める。このように電圧Ｖ１，Ｖ２が制御平面上のどの位置にあるかにより制御対象及び制御内容を決定している。各制御内容の境界の決め方に関してはいくつもの方法があるが、ＶＱＣ装置１０にてハンチング現象がおきにくいように設定すればよい。図３（ｂ）は、制御平面として電圧Ｖ２、無効電力Ｑ１とした場合を示しており、図３（ａ）と主旨は同様である。破線の内部が不感帯幅であり、電圧及び無効電力をこの範囲内に調整する。
【００２３】
積分制御部１５は、目標偏差検出１２により検出された偏差量を次々刻々積分し、その積分量が不感帯幅×積分時間のような積分満了レベルに達したときに、制御出力部１３ａに操作指令する。制御出力部１３ａは、制御対象選択部１３にて選択されていた調相設備４やタップ付変圧器３に対し、積分制御部１５の操作指令により出力切替部１４に出力の切替指令をする。
【００２４】
無効電力補償装置出力演算部１６は、実効値演算部１６１で出力された無効電力Ｑｃの実効値と平均化演算部１６２で該無効電力Ｑｃに基づいて算出された平均値との差を計算し、定常状態判定部１６３でその偏差があらかじめ整定等で決めておいた変化幅以内であり、かつ、その状態が定常状態と認識するための確認時間以上の期間継続したことにより補正制御指令の出力を行う。
【００２５】
制御台数演算部１７は、制御指令を出力する制御台数を、該無効電力Ｑｃを上回らない範囲で、調相容量情報１６４に基づいて各調相設備の定格容量を足し合わせることで決定する。各調相設備の定格容量がほぼ同一であれば、特定の調相設備に制御が集中しないようにあらかじめ決められた順番で調相設備を制御してもよい。
【００２６】
制御調相選択部１８は、補正制御指令により、演算した制御台数の制御が終了するまでは、積分制御の出力が実施されるとハンチングする可能性が高いため、積分制御の積分値をゼロにリセットし続ける。また、制御調相選択部１８は、制御台数演算部１７で算出した制御台数に基づいて、制御対象の調相設備を選定し、制御出力を出力切替部１４に操作指令する。
【００２７】
図４は、ＶＱＣ装置による無効電力補償装置の出力調整の処理を示すフローチャートである。図４を参照して、図２に示した処理についてさらに具体的に説明する。無効電力補償装置出力演算部１６は、無効電力補償装置９の出力を計測し（ステップＳ３１）、計測値は定常状態であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。定常状態である場合には（ステップＳ３２，Ｙｅｓ）、ステップＳ３３に進み、定常状態でない場合には（ステップＳ３２，Ｎｏ）、ステップＳ３１に戻る。
【００２８】
ステップＳ３３において、無効電力補償装置出力演算部１６は、その定常状態が設定した期間以上継続したか判定し、その定常状態が設定した期間以上継続した場合（ステップＳ３３，Ｙｅｓ）、ステップＳ３４に進み、その定常状態が設定した期間以上継続していない場合（ステップＳ３３，Ｎｏ）、ステップＳ３１に戻る。
【００２９】
ステップＳ３４において、制御台数演算部１７は、無効電力補償装置９の出力が、調相設備１台以上の出力であるか否かを判定する。調相設備１台以上の出力である場合（ステップＳ３４，Ｙｅｓ）、ステップＳ３５に進み、調相設備１台以上の出力でない場合（ステップＳ３４，Ｎｏ）、ステップＳ３１に戻る。
【００３０】
ステップＳ３５において、制御調相選択部１８を介して、従来のＶＱＣ制御のロック指令を、積分制御部１５に指令する。そして、制御調相選択部１８は、制御台数演算部１７で算出した制御台数に基づいて、制御対象の調相設備４を選定し（ステップＳ３６）、制御出力を出力切替部１４に指令する（ステップＳ３７）。制御調相選択部１８は、調相設備の遮断器パレットが反転したか否かを判定し（ステップＳ３８）、遮断器パレットが反転した場合（ステップＳ３８，Ｙｅｓ）、ステップＳ３９に進み、遮断器パレットが反転していない場合（ステップＳ３８，Ｎｏ）、ステップＳ３８に戻る。なお、遮断器パレットとは、遮断器の開閉に伴ってオン、オフするパレット接点のパレット情報を意味する。
【００３１】
ステップＳ３９において、制御調相選択部１８は、、従来のＶＱＣ制御のロック解除を、積分制御部１５に指令し、ステップＳ３１に戻る。
【００３２】
以上をまとめると、本実施形態では、ＶＱＣ装置１０は、設定値と電圧検出値との偏差を積分し、積分値がある一定の値以上となった場合に制御出力をし、調相設備４（電圧コンデンサ（ＳＣ）又は分路リアクトル（ＳｈＲ））の遮断器を操作する。そのため、無効電力補償装置９が出力している無効電力分を肩代わりするように、調相設備４の遮断器を強制的に操作すると、従来のＶＱＣ装置１０の機能と競合し、調相設備４の遮断器の操作がハンチングにより過剰になる可能性がある。
【００３３】
そこで、ＶＱＣ装置１０は、無効電力補償装置９の出力が定常的な出力になっていることを確認（一定の変動幅内に、設定した時間以上滞留することで確認）し、その出力がＶＱＣ装置１０が制御対象としている調相設備４の１台分以上の無効電力量であれば、従来のＶＱＣ装置１０の機能による出力をロック（積分をリセットすることで実現）したうえで調相設備４の遮断器を操作する。
【００３４】
複数の調相設備４がある場合の対象の選定は、
（１）できるだけ無効電力補償装置９が出力している値に近い値となる調相設備４の組み合わせを選定
（２）同容量の設備や、複数の組み合わせで同じ容量となる場合は、当該の調相用の遮断器の操作回数が少ないものを選定
を指針として採用する。
【００３５】
調相設備４の遮断器は１台ずつを原則とし、調相設備４の投入による系統電圧の変動がおさまるまでの時間を空けて、次の調相設備４の遮断器を操作する。調相設備４の遮断器を操作しても、系統に与える影響が少ないことが明らかな場合は、あらかじめ複数台の同時操作を許可する設定をＶＱＣ装置１０に設けておき、複数台を同時操作してもよい。また、従来のＶＱＣ装置１０の機能による出力のロックは、ＶＱＣ装置１０が制御対象とした調相用遮断器のパレットがすべて反転するまで継続させることとする。
【００３６】
本実施形態の電圧無効電力制御システムは、電力系統の電圧レベルが異なる母線１，２とその間に接続されたタップ付変圧器３と、タップ付変圧器３の１次側及び２次側の状態量（例えば、電圧Ｖ１，Ｖ２）をそれぞれ制御する調相設備４と、状態量をそれぞれ監視する電圧無効電力制御装置１０と、母線２に接続される無効電力を制御可能な無効電力補償装置９とを有するシステムにおいて、電圧無効電力制御装置１０が、状態量の情報と、タップ付変圧器３のタップ位置と調相設備４の動作情報である状態情報２０とに基づいて、タップ付変圧器３と調相設備４とにそれぞれ制御指令を出力して状態量を目標値内に調整する電圧無効電力制御システムである。
【００３７】
電圧無効電力制御装置１０は、無効電力補償装置９による無効電力補償の出力を監視し、無効電力補償の出力が定常状態にあり、かつ、定常的に調相設備４の１台分以上の容量が出力されている場合には、状態量と目標値との偏差に基づいて制御する制御指令がでないようにロックするとともに、前記無効電力補償の出力を低減するために、無効電力補償装置９の出力から制御すべき調相設備４の台数を演算し、該調相設備台数を満たすまで順次調相設備４に対して制御指令を出力することができる。
【００３８】
電圧無効電力制御システムにおいて、定常状態の無効電力補償装置９の出力が制御可能対象設備の容量以上である場合には、制御可能対象設備すべてを制御した上で、隣接の変電所に容量を超えた量の制御依頼をするとよい。
【００３９】
電圧無効電力制御システムにおいて、電圧無効電力制御装置１０にて制御した調相容量を無効電力補償装置９に伝送し、無効電力補償装置９の無効電力制御の目標値を制御した調相容量分を強制的に削減させるとよい。
【００４０】
本実施形態によれば、系統への影響を最小限にしながら無効電力補償装置９の出力を低減してできる限りゼロに近づけることができ、次の電力系統の変動に対して無効電力補償装置９が十分に機能を果たすことができる。
【符号の説明】
【００４１】
１    高圧母線
２    低圧母線
３    タップ付変圧器
４    調相設備
９    無効電力補償装置
１０    ＶＱＣ装置
１１    実効値演算部
１２    目標偏差検出部
１３    制御対象選択部
１４    出力切替部
１５    積分制御部
１６    無効電力補償装置出力演算部
１７    制御台数演算部
１８    制御調相選択部
２０    状態情報
１６１    実効値演算部
１６２    平均化演算部
１６３    定常状態判定部
１６４    調相容量情報
Ｉ１    電流
Ｉｃ    出力電流
Ｑ１    無効電力
Ｑｃ    出力無効電力
Ｖ１，Ｖ２    電圧（状態量）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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