(57)【要約】【課題】電力貯蔵機器を電圧・無効電力制御機器としても使用する。【解決手段】母線に電圧無効電力機器と、蓄電池と交直変換器で構成された電力貯蔵器を備え、電圧無効電力機器を用いて第１の制御目的として電圧無効電力を所定範囲に制御する電圧無効電力制御装置と、第２の制御目的により電力貯蔵器を制御する電力貯蔵器制御装置を備え、電力貯蔵器制御装置は、制御可能無効電力を常時算出して電圧無効電力制御装置に与え、電圧無効電力制御装置は、常時は第１の制御目的に応じて電圧無効電力を所定範囲に制御し、電圧無効電力機器による電圧無効電力制御が限界に達したときに、電力貯蔵器制御装置から得た制御可能無効電力を用いて制御依頼量を算出して電力貯蔵器制御装置に与え、電力貯蔵器制御装置は、第２の制御目的のための無効電力と制御依頼量により電力貯蔵器を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母線に電圧無効電力機器と、蓄電池と交直変換器で構成された電力貯蔵器を備え、前記電圧無効電力機器を用いて第１の制御目的として電圧無効電力を所定範囲に制御する電圧無効電力制御装置と、電圧無効電力制御とは別の第２の制御目的により前記電力貯蔵器を制御する電力貯蔵器制御装置を備えた電力系統の電圧無効電力制御システムにおいて、
前記電力貯蔵器制御装置は、前記電力貯蔵器により制御できる無効電力から第２の制御目的のための無効電力を差し引いた制御可能無効電力を常時算出して前記電圧無効電力制御装置に与え、
前記電圧無効電力制御装置は、常時は第１の制御目的に応じて前記電圧無効電力機器を操作して電圧無効電力を所定範囲に制御し、前記電圧無効電力機器による電圧無効電力制御が限界に達したときに、前記電力貯蔵器制御装置から得た制御可能無効電力を用いて制御依頼量を算出して前記電力貯蔵器制御装置に与え、
前記電力貯蔵器制御装置は、前記第２の制御目的のための無効電力と前記制御依頼量により前記電力貯蔵器を制御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、
前記電圧無効電力機器として少なくとも１つのタップ付変圧器、あるいは該タップ付変圧器の三次または低圧母線に少なくとも１つの調相設備を備えたことを特徴とする電力系統の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、
前記制御依頼量は、前記電力貯蔵器制御装置から得た制御可能無効電力が前記電力貯蔵器の調相単位容量よりも大きいときに算出されることを特徴とする電圧無効電力制御システム。
【請求項４】
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は、電力貯蔵機器制御装置に依頼している無効電力制御量分の出力が不要になった場合に、電力貯蔵機器制御装置に対する依頼取り消しを優先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５】
高圧母線と低圧母線と、前記高圧母線と前記低圧母線を接続する少なくとも１つのタップ付変圧器と、該変圧器の三次または前記低圧母線に接続された少なくとも１つの調相設備と、前記各母線の電圧を検出する手段と、前記各変圧器の一次側を通過する電流を検出する手段と、前記変圧器とタップ情報と前記変圧器の三次または前記低圧母線に接続された少なくとも１つの調相設備の遮断器情報を基に系統状態を検出する手段と、系統状態を基に制御目標値との偏差を検出する手段と、系統状態と検出した制御目標値との偏差から制御対象を選択する手段と、前記低圧母線または前記各変圧器の三次に接続され自励式交直変換装置を備えた電力貯蔵装置と、該電力貯蔵装置を制御する制御装置を備え、該制御装置で演算する無効電力制御可能量を受信する手段と、前記制御装置に対して無効電力追加指令値を送信する手段を備えることを特徴とした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、電圧無効電力機器と電力貯蔵機器を備えた変電所において、電圧無効電力機器が限界動作時に、電力貯蔵機器の無効電力制御機能を利用する電圧無効電力制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
変電所では、電圧無効電力機器と電力貯蔵機器は個別の目的をもって独立に制御されている。
【０００３】
例えば変電所に設置される電圧無効電力機器は、負荷供給地点での供給電圧の維持、送配電損失の低減などを目的として設置される。電圧無効電力機器は具体的には、タップ付変圧器や調相設備であり、さらに調相設備としては、電力用コンデンサ、分路リアクトル、静止形無効電力補償装置（ＳＶＣ）などがある。
【０００４】
これに対し電力貯蔵機器は、一般には負荷平準化、変動負荷補償、周波数調整、系統安定化などを目的として設置される。然るに近年の分散型電源の適用拡大に伴う各種課題の解消のために、変電所に設置して分散型電源の変動出力補償に使用することが検討されている。
【０００５】
このうち電圧無効電力機器は、通常の運用で必要と考えられる設備容量を具備しているが、想定外の系統運用時には設備容量限界まで使用してしまい、適正な電圧・無効電力値に制御することができない場合がある。
【０００６】
特許文献１には、受電点の力率維持を目的とした電圧無効電力機器の制御が限界に達した状態で、電池と変換器で構成された分散型電源装置から電力供給するという考えが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−６７７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１には電池と変換器で構成された分散型電源装置を、電圧無効電力機器の代用品のように取り扱うことの考え方が記述されている。然しながら、電力系統への適用において具体的にどのように構成すべきかについては十分な記載がない。
【０００９】
以上のことから本発明においては、電力貯蔵機器を電圧・無効電力制御機器としても使用することで電力系統運用性を向上させることができる具体手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】
【００１０】
以上のことから本発明装置においては、母線に電圧無効電力機器と、蓄電池と交直変換器で構成された電力貯蔵器を備え、電圧無効電力機器を用いて第１の制御目的として電圧無効電力を所定範囲に制御する電圧無効電力制御装置と、電圧無効電力制御とは別の第２の制御目的により電力貯蔵器を制御する電力貯蔵器制御装置を備えた電力系統の電圧無効電力制御システムにおいて、電力貯蔵器制御装置は、電力貯蔵器により制御できる無効電力から第２の制御目的のための無効電力を差し引いた制御可能無効電力を常時算出して電圧無効電力制御装置に与え、電圧無効電力制御装置は、常時は第１の制御目的に応じて電圧無効電力機器を操作して電圧無効電力を所定範囲に制御し、電圧無効電力機器による電圧無効電力制御が限界に達したときに、電力貯蔵器制御装置から得た制御可能無効電力を用いて制御依頼量を算出して電力貯蔵器制御装置に与え、電力貯蔵器制御装置は、第２の制御目的のための無効電力と制御依頼量により電力貯蔵器を制御することを特徴とする。
【００１１】
また電圧無効電力機器として少なくとも１つのタップ付変圧器、あるいはタップ付変圧器の三次または低圧母線に少なくとも１つの調相設備を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また制御依頼量は、電力貯蔵器制御装置から得た制御可能無効電力が電力貯蔵器の調相単位容量よりも大きいときに算出されることを特徴とする。
【００１３】
また電圧無効電力制御装置は、電力貯蔵機器制御装置に依頼している無効電力制御量分の出力が不要になった場合に、電力貯蔵機器制御装置に対する依頼取り消しを優先することを特徴とする。
【００１４】
以上のことから本発明装置においては、高圧母線と低圧母線と、高圧母線と低圧母線を接続する少なくとも１つのタップ付変圧器と、変圧器の三次または低圧母線に接続された少なくとも１つの調相設備と、各母線の電圧を検出する手段と、各変圧器の一次側を通過する電流を検出する手段と、変圧器とタップ情報と変圧器の三次または低圧母線に接続された少なくとも１つの調相設備の遮断器情報を基に系統状態を検出する手段と、系統状態を基に制御目標値との偏差を検出する手段と、系統状態と検出した制御目標値との偏差から制御対象を選択する手段と、低圧母線または各変圧器の三次に接続され自励式交直変換装置を備えた電力貯蔵装置と、電力貯蔵装置を制御する制御装置を備え、制御装置で演算する無効電力制御可能量を受信する手段と、制御装置に対して無効電力追加指令値を送信する手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
これまでの運用では、電圧・無効電力機器が限度まで使用されると電圧・無効電力の調整機能は喪失してしまうが、無効電力制御が可能な電力貯蔵機器を制御対象に加えることで追加の制御が可能となり、電力系統の運用性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の電圧無効電力制御システムの実施例を示すブロック図
【図２】電圧無効電力制御装置の構成を示すブロック図
【図３】最終制御出力部の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【実施例】
【００１８】
図１は、本発明の電圧無効電力制御システムの構成を示す図である。本発明の電圧無効電力制御システムが適用される電力系統は例えば変電所である。変電所１は、高圧母線Ｂ１、低圧母線Ｂ２、タップ付変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２、調相設備Ｃ１、Ｃ２、電力貯蔵装置ＰＢなどで構成されている。なお、調相設備Ｃ１、Ｃ２および電力貯蔵器ＰＢは、タップ付変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２の三次巻線あるいは低圧母線Ｂ２のいずれに接続されてもよい。
【００１９】
これらのうち、タップ付変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２あるいは調相設備Ｃ１、Ｃ２が電圧無効電力機器である。電圧無効電力制御装置６は、高圧側電圧変成器ＰＴ１から高圧電圧Ｖ１を、低圧側電圧変成器ＰＴ２から低圧電圧Ｖ２を取り込む。また、タップ付変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２の流入電流ｉ１、ｉ２を電流変成器ＣＴ１、ＣＴ２から得る。これらの入力を用いて電圧無効電力制御装置６は所望の電圧無効電力を得るべく、タップ付変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２のタップ位置、あるいは調相設備Ｃ１、Ｃ２の投入調相容量を決定する。
【００２０】
電力貯蔵器ＰＢは、蓄電池ＰＢ１と交直変換器ＰＢ２で構成されている。電力貯蔵装置制御装置８は、低圧側電圧変成器ＰＴ３から低圧電圧Ｖ３を取り込み、電力貯蔵器ＰＢの交直変換器ＰＢ２を制御する。
【００２１】
本発明の電圧無効電力制御システムは、電圧無効電力機器を制御する電圧無効電力制御装置６と、電力貯蔵器ＰＢを制御する電力貯蔵器制御装置８と、電圧無効電力制御装置６と電力貯蔵機器制御装置８の間で情報を送受信する情報伝送路Ｌからなる。
【００２２】
なお、電力貯蔵器制御装置８は、本来は例えば分散型電源の変動出力補償に使用されるが、ここでは電圧無効電力制御装置６から情報伝送路Ｌを経由して支援を依頼されたときに、電圧無効電力制御に加担すべく作動する。つまり、本発明の電圧無効電力制御システムは、電力貯蔵機器ＰＢの無効電力制御特性を利用して、調相設備として設置してある容量以上の調相設備があるかのように運用し、制御範囲を拡大する。
【００２３】
電圧無効電力制御システムのうち、電圧無効電力制御装置６は、系統状態検出部６１、目標偏差検出部６２、制御対象選択部６３、出力調整部６４により構成されている。この詳細構成を図２に示す。
【００２４】
図２において、系統状態検出部６１は、変電所１の高圧側電圧変成器ＰＴ１にて高圧電圧Ｖ１を、低圧側電圧変成器ＰＴ２にて低圧電圧Ｖ２を取り込む。また、タップ付変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２の流入電流ｉ１、ｉ２を電流変成器ＣＴ１、ＣＴ２から得る。実効値演算部６１１、６１２では、電圧Ｖ１、Ｖ２の実効値を演算し、実効値演算部６１３では、電圧Ｖ１と電流ｉ１とから無効電力Ｑ１の実効値を演算する。同様に、図示していないが電圧Ｖ１と電流ｉ２とから無効電力Ｑ２の実効値を演算する。
【００２５】
さらに系統状態検出部６１では、接点情報検出部６１４において上記の電流電圧などのアナログ情報以外に電力系統の接点情報なども取り込む。これは例えば調相設備Ｃ１、Ｃ２を電力系統に接続するための遮断器の開閉状態信号、タップ付変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２のタップ位置の状態、母線Ｂ１、Ｂ２と電圧無効電力機器の接続状態などである。
【００２６】
目標偏差検出部６２では、目標値設定部６２１で設定された目標値（基準電圧±不感帯幅）と実効値（実効値演算部６１１、６１２、６１３）との偏差（ΔＶ１、ΔＶ２、ΔＱ）を、目標偏差演算部６２２で演算する。なお、目標値設定部６２１で設定される目標値は整定値として装置内に記憶させてもよいし、上位の系統監視装置が近隣の変電所も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、電圧無効電力制御装置６に逐次送信してもよい。
【００２７】
制御対象選択部６３では、目標偏差演算部６２２の演算結果と、変電所１の接続状態を表す接点情報検出部６１４の接点情報とから、電圧無効電力機器（タップ付変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２、あるいは調相設備Ｃ１、Ｃ２）の特性を考慮した上で、制御対象機器を選定する。
【００２８】
なお制御対象選択部６３では、制御対象機器選定の前提として電圧無効電力制御を実行すべき条件が成立していることを確認している。例えば電圧／電圧特性６３１に示すように、高圧側電圧偏差ΔＶ１と低圧側電圧偏差ΔＶ２を比較し、これが所定の制御幅（不感帯）から逸脱しているときに不感帯領域内に戻すべく、電圧無効電力制御を行う必要があると判断する。また同様に電圧／無効電力特性６３２に示すように、例えば低圧側電圧偏差ΔＶ２と無効電力偏差ΔＱ２を比較し、これが所定の制御幅（不感帯）から逸脱しているときに不感帯領域内に戻すべく、電圧無効電力制御を行う必要があると判断する。
【００２９】
出力調整部６４の積分演算手段６４１では、目標偏差演算部６２２の演算結果を積分し、電圧無効電力の関係が所定の制御幅（不感帯）から逸脱しているときに不感帯領域内に戻すのに必要な制御量の大きさを求めている。出力調整部６４の外部接続部６４２では、電圧無効電力機器操作の必要性を判断し、対象操作機器を選択し、かつ当該対象操作機器に対して必要な制御量を操作指令出力Ｓ１として与える。
【００３０】
通常の運転状態では、操作指令出力Ｓ１は電圧無効電力機器であるタップ付変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２、あるいは調相設備Ｃ１、Ｃ２に対して発せられる。制御対象選択部６３では、このうち具体的にどの機器を操作するのか、できるのかを接点情報検出部６１４からの情報（遮断器の開閉状態信号、タップ付変圧器Ｔｒ１、Ｔｒ２のタップ位置の状態、母線Ｂ１、Ｂ２と電圧無効電力機器の接続状態など）を考慮して定めている。
【００３１】
因みに電圧無効電力を操作すべき条件が成立しているにも関わらず、操作可能な電圧無効電力機器が存在しない場合が発生しえる。例えば高圧側電圧Ｖ１を上昇させる手段として調相設備Ｃ１からＣ３までが設置されているとする。このときに３台分の制御を実行してしまえば、これ以上電圧Ｖ１を上昇させる手段を喪失する。同様に、タップ付変圧器のタップ位置が上限位置あるいは下限位置にあり、これ以上のタップ位置を取り得ないということが発生しえる。
【００３２】
本発明ではこの状態において、自励式交直変換器ＰＢ２を備えた電力貯蔵機器ＰＢの自励式交直変換器ＰＢ２を制御して無効電力出力させることにより、あたかも調相設備が増加したかのように制御を継続せしめる。本発明では、係る運転継続を可能とするために以下のように構成する。
【００３３】
まず電圧無効電力制御装置６は、例えば高圧側電圧Ｖ１と低圧側電圧Ｖ２の関係では、これらを所定の範囲（電圧／電圧特性６３１）内に納めるように、調相設備Ｃごとに具備されている遮断器を操作し、その効果を確認して次の動作を決定するように設計されている。そのため調相設備Ｃの容量については通常は情報を保有していない。
【００３４】
本発明においては、この設備容量の情報を電圧無効電力制御装置６に持たせることにより、調相設備１台分の操作と１台分の容量を等価に考えることができるようにしている。
【００３５】
それに加えて、電圧無効電力制御装置６は、電力貯蔵機器ＰＢを制御する電力貯蔵機器制御装置８から制御可能無効電力量の信号Ｓ２を常時受信しておく。その値が調相設備１台分の容量よりも多い場合には、電圧無効電力制御装置として制御手段がなくなった場合でも、仮想的な調相設備として制御出力を行うようにする。
【００３６】
図１の電力貯蔵機器制御装置８は、本来目的の機能に加えて電圧無効電力制御装置６との間の協調制御のために無効電力計算部８１、制御可能無効電力検出部８２、制御量演算部８３を備える。
【００３７】
このうち無効電力計算部８１では、当該電力貯蔵機器ＰＢにより制御できる無効電力量を求める。制御可能無効電力検出部８２では、無効電力計算部８１で求めた無効電力量の中から本来目的で使用する無効電力量を差し引いた残りの無効電力量を、制御可能無効電力量として定める。
【００３８】
この制御可能無効電力量が、電圧無効電力制御装置６に対する支援の最大量ということになる。制御可能無効電力量は、電力貯蔵機器制御装置８の制御事情により常時変動するので、電力貯蔵機器制御装置８はその状態での支援可能量を信号Ｓ２として情報伝送路Ｌを介して電圧無効電力制御装置６に送信している。
【００３９】
制御量演算部８３では、制御出力切替部６４５から与えられた制御依頼量出力Ｓ３に応じて、電力貯蔵機器ＰＢの交直変換器ＰＢ２を制御する。
【００４０】
図３は、電圧無効電力制御装置６の出力調整部６４の詳細構成を示す図である。出力調整部６４の最終出力は、制御対象である電圧無効電力機器に対する操作指令出力Ｓ１と、電力貯蔵機器制御装置８に対する制御依頼量出力Ｓ２である。このいずれを出力するのかは、制御出力切替部６４５において調相設備による制御限界に達していることの検出信号により決定される。調相設備が使用可能な状態では、積分演算手段６４１が与える操作指令（不感帯領域内に戻すのに必要な制御量）を選択して電圧無効電力機器に対する操作指令出力Ｓ１とする。
【００４１】
電力貯蔵機器制御装置８に対する制御依頼量出力Ｓ３は、例えば以下のようにして定められる。まず制御可能判定部６４３に、制御可能無効電力検出部８２で求めた制御可能無効電力量Ｓ２（無効電力量ＰＡ）と、あらかじめ設定しておいた調相設備１台分の容量（調相単位容量ＰＢ）を比較する。制御可能無効電力量ＰＡ≧調相単位容量ＰＢのときに、電力貯蔵機器制御装置８による制御を可能とする。
【００４２】
制御依頼量演算部６４４では、上記条件成立の時に地際の操作量を演算する。このためには、現在の制御依頼量ＰＣを帰還し、現在の制御依頼量ＰＣと調相単位容量ＰＢとから最終の制御依頼量を決定する。決定された信号は、制御出力切替部６４５において調相設備が制御限界に達していることをもって制御依頼量出力Ｓ３として電力貯蔵機器制御装置８に与えられる。
【００４３】
以上のようにして、電圧無効電力制御装置６の制御出力は電力貯蔵機器を制御する電力貯蔵機器制御装置８に伝えられ、現在出力している無効電力値と指令分を合算して制御を行う。電力貯蔵機器を制御する電力貯蔵機器制御装置８では、電圧無効電力制御装置６から依頼された無効電力量については必ず確保するように制御を行う。
【００４４】
また、電圧無効電力制御装置６として、系統の状況変化により電力貯蔵機器ＰＢを制御する電力貯蔵機器制御装置８に依頼している無効電力制御量分の出力が不要になった場合には、以下のように処理する。この状態での処理では、電圧無効電力制御装置６が管轄する実際の調相設備の遮断器の開放操作を行うのではなく、電力貯蔵機器制御装置８に対する依頼取り消しを優先する。これにより、電力貯蔵機器を制御する電力貯蔵機器制御装置８による制御範囲ができるかぎり広くなるようにする。電圧無効電力制御装置６では、電力貯蔵機器ＰＢに依頼した制御量を記憶しておき、調相設備の増強計画に活用する。
【符号の説明】
【００４５】
１：対象電力系統（変電所）
Ｂ：制御対象母線
Ｔｒ：タップ付変圧器
Ｃ：調相設備
ＰＴ：電圧検出装置
ＣＴ：電流検出装置
６：電圧無効電力制御装置
６１：系統状態検出処理部
６２：目標偏差検出処理部
６３：制御対象選択処理部
６４：出力調整処理部
ＰＢ：電力貯蔵器
ＰＢ２：自励式交直変換装置
ＰＢ１：電力貯蔵部
８：電力貯蔵器制御装置
８１：無効電力演算処理部
８２：制御可能無効電力量検出処理部
８３：制御量演算処理部
６１１、６１２：実効値演算処理部
６１４：電力系統状態入力部
６２１：目標値設定部
６２２：目標値偏差検出部
６４１：積分演算部
６４２：最終出力部
６４３：制御可能判定部
６４４：制御依頼量演算部
６４５：制御出力切替部
【図１】
2013207880.tif 000003
【図２】
2013207880.tif 000004
【図３】
2013207880.tif 000005