(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバンクからなる静止形調相設備が第１開閉器を介して接続され、かつ上位電力系統に第２開閉器および変圧器を介して接続されている制御対象電力系統の電圧を、前記静止形調相設備を用いて予定の上下限値の範囲内に安定化する系統電圧安定化制御装置であって、
前記制御対象電力系統の電圧および前記上位電力系統からの電流に基づいて無効電力を演算する手段と、
事故発生前の無効電力に対する現在の無効電力の差を補償するのに必要な制御目標無効電力量を演算する手段と、
前記制御対象電力系統の電圧が前記予定の上下限値の範囲から逸脱した時、前記静止形調相設備の各バンク単体および種々の組み合わせによって得られる種々の無効電力制御量の中から、前記制御目標無効電力量に最も近く、かつ前記制御対象系統電圧を前記予定の上限値以上に逸脱させないものを、制御対象バンクとして選択する手段と、
選択された前記制御対象バンクを投入／開放制御する手段とを具備した系統電圧安定化制御装置。
【請求項２】
前記制御対象バンク選択手段は、前記静止形調相設備の各バンク単体および種々の組み合わせによって得られる種々の無効電力制御量をそれぞれ演算する手段を含む請求項１に記載の系統電圧安定化制御装置。
【請求項３】
前記制御対象バンク選択手段は、前記静止形調相設備の各バンク単体および種々の組み合わせによって得られる種々の無効電力制御量をそれぞれ記憶する手段を含む請求項１に記載の系統電圧安定化制御装置。
【請求項４】
前記制御対象バンク選択手段は、前記制御対象電力系統の電圧がその上限値よりも高い時は、前記制御目標無効電力量に最も近く、かつこれよりも大きい無効電力制御量の単体および組み合わせの１つを制御対象バンクとして選択する請求項１〜３のいずれかに記載の系統電圧安定化制御装置。
【請求項５】
前記制御対象バンク選択手段は、前記制御対象電力系統電圧がその下限値よりも低い時は、前記制御目標無効電力量に最も近く、かつこれよりも小さい無効電力制御量の単体および組み合わせの１つを制御対象バンクとして選択する請求項１〜３のいずれかに記載の系統電圧安定化制御装置。
【請求項６】
前記制御目標無効電力量の演算およびこれに基づく前記静止形調相設備のバンクの投入／開放制御は、事故発生が検知された後の、系統事故の除去に必要な時間、送電線の事故除去後の再閉路時間、および配電線ＤＭの再投入時間の合計時間に基づいて設定される演算時間内においてのみ実行される請求項１〜５のいずれかに記載の系統電圧安定化制御装置。
【請求項７】
ある演算時間内に既に制御対象とされたバンクは、当該演算時間中は制御対象から除外される請求項１〜６のいずれかに記載の系統電圧安定化制御装置。
【請求項８】
前記演算時間内に手動による事故処理が実行された時は、演算された制御目標無効電力量に基づく前記静止形調相設備のバンクの投入／開放制御が禁止される請求項６又は７に記載の系統電圧安定化制御装置。
【請求項９】
現在の無効電力が事故発生前のそれよりも大きくないこと、および前記制御対象電力系統電圧が低下し続けていないことの少なくとも一方の条件が満足されたときは、前記制御目標無効電力量に基づく電圧安定化制御を禁止する請求項５に記載の系統電圧安定化制御装置。
【請求項１０】
前記制御目標無効電力量に基づく電圧安定化制御に代えて、前記制御対象電力系統の電圧が上昇するように、予め決められた順序で前記静止形調相設備のバンクを投入／開放制御する請求項５に記載の系統電圧安定化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の電圧を予定の運用基準範囲内に調整するための静止形調相設備を用いた電圧安定化制御装置に関し、特に制御対象電力系統の電圧変動を検出し、予定値以上の変動が検知されたときは、既設の電力用コンデンサや分路リアクトルなどを投入／開放して系統電圧を前記運用基準範囲内に調整する静止形調相設備を用いた電圧安定化制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は電力系統における負荷の増減に起因する電圧変動の１例を示すＰＶ（有効電力対電圧）特性カーブである。この図から分かるように、動作点が有効電力のピーク付近の点Ａと点Ｂの間で変化した場合の電圧変動幅Ｖ1 は、比較的低い有効電力点Ｅとそこから同じ変化幅の点Ｆとの間で変化した場合の変化幅Ｖ2 に比べて、非常に大きくなるので、電圧不安定の原因になり易い。その対策、すなわち平常運転時における系統電圧の安定化対策として、周知の電力用コンデンサや分路リアクトルが設置、運用されている。
【０００３】
さらに平常運転時における無効電力量を、電圧の変動に応じて増減制御し、系統電圧の安定性をより一層改善するための手段として静止形無効電力補償装置が知られている。この無効電力補償装置は補償用の電力コンデンサやリアクトルをそれ自体の内部に備えており、電圧変動に応じて系統に接続される前記コンデンサやリアクトルが投入／開放制御されたり、前記リアクトルに流れる電流の値が連続的に制御されたりする。これによれば、無効電力量を高速かつ連続的に制御して平常時における高い電圧安定性を得ることができる。
【０００４】
また、地絡や短絡などの系統事故の発生に伴なって送電線や配電線などが開放され、負荷が脱落した場合は、この系統に接続された前記電力用コンデンサの大容量のために系統電圧が上昇して電圧過高となり、接続されている機器を損傷する恐れがあるので、系統電圧を安定化して（低下させて）予定の運用基準範囲内に保つために、前記コンデンサを一時的に開放したり、分路リアクトルを投入したりすることが行なわれている。このようにして系統電圧を前記運用基準範囲内に保持することができるが、先の事故が除去されて電圧が回復し、負荷が順次に再投入されると、今度は逆に系統電圧が低下する傾向になるので、これを前記の運用基準範囲内に調整して電圧崩壊を防止するためには、逆に前記コンデンサを再投入したり、リアクトルを開放したりしなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無効電力補償装置は高価であるばかりでなく、また系統事故時に負荷が開放／再投入されるような場合にも電圧を安定化できるように補償能力を高めるためには、設置するコンデンサやリアクトルの容量を格段に大きくしなければならないので、ますます高価になり、かつ大型にもなるという問題がある。
【０００６】
また系統事故時における、上述のような電力コンデンサやリアクトルの開放／投入操作が普通は手動で行なわれ、かつ前記操作のタイミングや操作量（入り切りするコンデンサやリアクトルの容量）の選定は操作者の実務経験に依存するところが大きいので、適切な開放／投入操作ができずに系統電圧の安定化が実用上十分な程度に行なわれ得ない恐れもあった。
【０００７】
本発明の目的は、補償用のコンデンサやリアクトルを追加設置する必要なしに、しかも平常時はもちろん事故発生時にも、電力系統の母線電圧をほぼ前記運用基準範囲内に安定化することのできる静止形調相設備を用いた電圧安定化制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明の電圧安定化制御装置は、制御対象電力系統（母線）の電圧およびその上位の電力系統から流入する電流に基づいて無効電力を演算する手段と、事故発生前の無効電力に対する現在の無効電力の差を補償するのに必要な制御目標無効電力量を演算する手段と、前記制御対象電力系統の電圧が予定の上下限値の範囲から逸脱した時、前記静止形調相設備の各バンク単体および種々の組み合わせによって得られる種々の無効電力制御量の中から、前記制御目標無効電力量に最も近く、かつ前記制御対象系統電圧を前記予定の上限値以上に逸脱させないものを、制御対象バンクとして選択する手段と、選択された前記制御対象バンクを投入／開放制御する手段とを具備している。
【０００９】
前記静止形調相設備の各バンク単体および種々の組み合わせによって得られる種々の無効電力制御量はその都度演算されても良いが、予め演算した値を表形式などで記憶しておくのが有利である。前記制御目標無効電力量の演算およびこれに基づく前記静止形調相設備のバンクの投入／開放制御は、事故発生が検知された後の、系統事故の除去に必要な時間、送電線の事故除去後の再閉路時間、および配電線ＤＭの再投入時間の合計時間に基づいて設定される演算時間内に実行され、その時間内に既に制御対象とされたバンクは、当該演算時間中は制御対象から除外される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の１実施例を詳細に説明する。図１は本発明の１実施例の概略構成を示す回路図である。制御対象の電力系統である１対の母線（一般には、下位の電力系統）ＢＬ1 、ＢＬ2 はそれぞれ遮断器Ｓ11、Ｓ12およびＳ21、Ｓ22、ならびに変圧器ＴR1、ＴR2を介して上位電力系統Ｌ11、Ｌ21に接続され、電力を供給される。各上位電力系統Ｌ11、Ｌ21にはそれぞれ前記変圧器ＴR1、ＴR2を挟んで１対の遮断器Ｄ11およびＤ12、Ｄ21およびＤ22が挿入される。また各母線ＢＬ1 、ＢＬ2 にはそれぞれ開閉器および遮断器Ｄc1…Ｄcn、Ｄr1…Ｄrmを介して無効電力（力率）調整用の複数のバンク（ｎ個のコンデンサＳc1…Ｓcnおよびｍ個のリアクトルＳr1…Ｓrm）が接続されると共に、下位の配電線や負荷など（図示せず）が接続される。
【００１１】
電圧変成器ＰＴ1 、ＰＴ2 で測定された各母線ＢＬ1 、ＢＬ2 の線間電圧信号、および電流変成器ＩＴ1 およびＩＴ2 で測定された各系統の受電電流信号は制御部４に供給される。制御部４は、以下に具体的に詳述するように、母線の電圧変動を防止して母線電圧を前記運用基準範囲内に安定化するのに必要なバンク（コンデンサおよび／またはリアクトル）の制御量を演算すると共に、制御対象の（投入／開放すべき）バンクを選択、決定し、これらの制御信号を該当の調相設備に対して送出する。調相設備の各バンクの動作状態は接点信号として前記制御装置４に通報され、記憶される。
【００１２】
図２は前記制御部４の機能ブロック図である。前述のようにして測定された母線の各線間電圧信号および系統電流信号はＡ／Ｄ変換器１０でデジタル信号に変換された後、母線電圧・無効電力演算部１２および調相設備制御量演算・制御対象バンク選択部１４に供給される。前記の測定電圧はまた系統事故検出部１６、事故除去検出部１８、電圧過高検出部２０、電圧低下検出部２２、電圧低下中検出部２４にも供給される。調相設備制御量演算・制御対象バンク選択部１４は、後で詳述するような手順で制御すべき調相設備のバンクを選択、決定し、出力制御部２６を介してそれらの投入／開放信号を該当の調相設備に送出して投入／開放を実行する。各バンクの動作状態（投入されているか、開放されているか）は接点信号として投入・開放状態記憶部２８に記憶され、調相設備制御量演算・制御対象バンク選択部１４によって操作すべきバンクを指定する際に参照される。
【００１３】
図３〜図５のフローチャートを参照して本発明の１実施例の動作を詳細に説明する。ステップＳ１では周知の適当な手法によって系統に事故が発生したかどうかを判定する。事故が発生していなければ、平常運転時の「電圧確認・順序制御」（図５：ステップＳ２１〜Ｓ２８）を実行するが、これについては後で詳述する。事故発生の場合は、ステップＳ２で短絡事故が除去されていることを確認し、ステップＳ３で事故発生からの経過時間が予定の演算時間内であるかどうかを判定する。
【００１４】
前記「演算時間」は、本発明による目標無効電力制御の実施時間であり、例えば、事故発生が検知された後の、系統事故の除去に必要な時間（例えば、約２秒）、送電線の事故除去後の再閉路時間（例えば、１１０kV送電線の場合は約６０秒）、および配電線ＤＭ（自動開閉器用制御箱内の Delayed Timed Magnet Switch）の再投入時間（例えば、約１０秒）の合計時間である。ステップＳ４では、前記演算時間内に、事故処理として手動操作が行なわれていないことを確認する。上述の判定がすべて肯定の場合は、ステップＳ５で、母線電圧Ｖ（ｔ）が予定の上限値を超えているかどうかを判定する。
【００１５】
前記母線電圧は線間電圧測定用の電圧変成器ＰＴ1 およびＰＴ2 の各２次側出力Ｖab(t) 、Ｖbc(t) およびＶca(t) を用いて次の式で別個に演算された後、両者のうちの高い方が使用される。なおその代わりに、各種平均値を使用しても良い。この実施例では、前記上限値を１２０Ｖに設定し、Ｖ（ｔ）がこの値を超えると「過高」と判定する。
Ｖ（ｔ）＝｛（Ｖab(t) 2 ＋Ｖbc(t) 2 ＋Ｖca(t) 2 ）／３｝1/2   …式１
【００１６】
母線電圧が過高のときは、ステップＳ６で、１線地絡事故が除去されたか否かを判定する。１線地絡事故が除去されておれば、ステップＳ７で、事故発生前（例えば、事故検出時点よりも１００ｍ秒前）の無効電力Ｑ(0) と現在の無効電力Ｑ(t) の差｛Ｑ(0) −Ｑ(t) ｝が、当該制御装置で調整し得る最小の無効電力量、すなわち図１に示した調相設備内のバンク（Ｓc1…Ｓcn、Ｓr1…Ｓrm）の最小実効換算容量Ｑmin の１／２よりも大きいかどうかを判定する。前記の各無効電力はつぎの式２で演算される。
0003912559.tif 000002
【００１７】
ここで、Ｖa(t-90) 、Ｖb(t-90) 、Ｖc(t-90) はそれぞれ９０度前の時点での電圧値を意味する。ステップＳ７の判定が肯定なら、ステップＳ８で、前記の無効電力差を補償して無効電力をＱ（０）に戻すのに必要な制御目標無効電力量Ｑを次の式３にしたがって演算する。ここで、αは静止形調相設備の実効容量換算比である。
Ｑ＝｛Ｑ(0) −Ｑ(t) ｝α｛１１０／Ｖ（ｔ）｝2   …  式３
【００１８】
続いてステップＳ９では、実際の調相設備内の制御可能なバンクの各単体および種々の組み合わせ（ｉ番目）のそれぞれについて、実施可能な無効電力制御量Ｑi を式４にしたがって演算する。式４中のｊは、前記調相設備のｉ番目の組合わせに含まれるｊ番目のバンクの容量である。
Ｑi ＝ΣＱj ・αj ｛１１０／Ｖ（ｔ）｝2   …  式４
なおこの演算は、系統に設備されている静止形調相バンクの各単体および種々の組み合わせについて、前記式４を演算しておき、これらの演算結果を例えば表形式で登録しておくこともできるし、実用上はその方が有利である。
【００１９】
さらにステップＳ９では、以上のようにして演算（または予め登録）された種々の無効電力制御量Ｑi の中から、前記目標無効電力量Ｑよりも大きく、かつこれに最も近い値を持つバンクまたはその組み合わせを今回の制御対象として選択する。ステップＳ１０では、前のステップＳ９で選択されたバンクに対して制御指令（コンデンサの開放または／およびリアクタンスの投入指令）が出力されて所望の無効電力制御が実行される。これにより、母線電圧は前記運用基準範囲内の値、少なくとも当該範囲を超えない値にまで下降させられる。
【００２０】
一方ステップＳ５の判定が否定ならば、図４のステップＳ１１で短絡事故の除去から予定時間が経過するのを待つ。この予定時間は、当該事故系統とその上位系統との間で短絡事故除去に要する時間に差があるために、母線すなわち制御対象系統に無電圧状態が生じた場合に、これを事故系統の電圧が設定値以下に降下したと誤判断するのを予防する機能を有する。ステップＳ１２では、母線電圧Ｖ（ｔ）が予定の下限値（この例では１０５Ｖ）よりも低くなっているかどうかが判定される。
【００２１】
判定が肯定ならば、次のステップＳ１３で、現時点での系統の無効電力Ｑ(t) が事故発生前の系統の無効電力Ｑ(0) よりも大きいか否かが判定される。ステップＳ１３の判定が肯定ならば、ステップＳ１４でステップＳ８と同様の制御目標無効電力量Ｑが演算され、ステップＳ１５では前記制御目標無効電力量Ｑよりも小さく、かつこれに最も近いバンク（またはその組合せ）を制御対象として選択する。
【００２２】
なお前記ステップＳ９およびＳ１５において、当該の演算時間内に制御対象として既に選択されたことがあるバンクは除外するのが望ましい。なぜならば、同じバンクが繰り返し選択されると、同一のバンクまたはそれらの組み合わせに対して投入／開放指令が繰り返され、制御が収斂しない恐れがあるからである。このためには、例えば、選択されたバンクにはその都度フラグを立て、ステップＳ９や１５で制御対象のバンクを選択する際にフラグ付きのものは除外するようにすれば良い。
【００２３】
ステップＳ１６では母線電圧Ｖ(t) が依然として降下し続けているかどうかを判定する。この判定が否定なら、母線電圧が前記運用基準範囲から低圧側へ外れているとはいっても、一応は安定しており、回復（前記基準範囲内に上昇、復旧する）の可能性もあるので、演算した制御（ステップＳ１７）は実行せずに、後述の電圧確認・順序制御を実行するようにしている。ステップＳ１６の判定が肯定ならば、ステップＳ１７で、前のステップＳ１５で選択されたバンクに対して制御指令（コンデンサの投入または／およびリアクタンスの開放指令）が出力されて所望の無効電力制御が実行される。これにより、母線電圧は前記運用基準範囲内の値まで上昇するが、当該範囲を超えることはなくなる。
【００２４】
その後のステップＳ１８で、予定時間の経過が確認されたら再びステップＳ３に戻って前述の制御を繰り返す。この場合の予定時間は、事故系統（母線）に接続された配電線などの下位系統再閉路後の復旧時間を考慮したものである。すなわち、例えば前記母線に接続された配電線路に事故が発生すると、柱上開閉器が開放されて一般需要家の負荷が開放され、その後柱上開閉器に設置された前記ＤＭによって予定の時間間隔で順次電源側から前記負荷が（区間単位で）再投入される。このようにして負荷が順次に回復される過程では母線電圧も順次に変化するので、前記時間間隔の関数として決められた（例えばその半分の）時間だけ待機することによって処理の効率化を図っている。以上が事故発生から復旧までの間における本発明の目標無効電力制御による電圧安定化制御の動作である。
【００２５】
前記ステップＳ１、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１６の各判定が否定であるときは、処理はステップＳ２１に移る。またステップＳ４、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１６からステップＳ２１へ移行する場合は、ステップＳ１９でステップＳ３の「演算時間」計測用タイマをタイムアップさせ、前述の「目標無効電力制御」が行なわれないようにしてからステップＳ２１に移る。なおステップＳ７、Ｓ１３、Ｓ１６の判定が否定のときは、図示は省略しているが、短時間の間（例えば、約３秒間）同じ判定を継続させ、その間に肯定の判断がされたら改めて「肯定」と決定するのが望ましい。
【００２６】
また前記の「短時間」は変電所内の負荷タップ切替え変圧器の１タップ作動時間や前記の配電線ＤＭの投入時間の半分（約５秒）を考慮して決定されるのが望ましい。本発明者らの実験では、前記負荷タップ切替え変圧器の１タップ作動時間が約５秒であり、配電線ＤＭの投入時間が約１０秒であることを考慮して前記「短時間」を３秒に設定した。
【００２７】
以下に述べるステップＳ２１〜Ｓ２８（図５）の処理は、電力系統の平常運転時における、本発明による無効電力調整による電圧安定化制御すなわち「電圧確認・順序制御」の動作である。ステップＳ２１およびステップＳ２２では、それぞれステップＳ５およびステップＳ１２と同じ判定をする。ただしこの場合は、各整定値を超過または整定値以下の状態が、例えば５秒間継続したことが確認されることを条件に成立の判定をし、その間に反対の状態が検知されたときは否定の判定をする。これら両判定が共に否定ならば処理を終了するが、いずれかが肯定のときは、ステップＳ２３、Ｓ２４でそれぞれ「予定時間」が経過したかどうかを判定し、経過していなければ処理を終了する。
【００２８】
この場合の「予定時間」は、変電所に設置されている負荷時タップ切替変圧器の１タップの操作時間に相当するもので、複数の変電所で実測した値に基づいて決定される。前記予定時間が経過したならば、ステップＳ２５またはステップＳ２６で、制御すべきバンクを、予め事前に決められている順序で（例えば、若番順に）選択する。そしてステップＳ２７においては、選択された電力コンデンサが開放されるか、またはリアクトルが投入されて母線電圧が降下させられる。一方ステップＳ２８においては、選択された電力コンデンサが投入されるか、またはリアクトルが開放されて母線電圧が上昇させられる。
【００２９】
この場合、既に制御済みのバンクが制御対象の選定から除外されることはもちろんである。例えば図１の例で、Ｓc1、Ｓc2…の順に若い番号が割り当てられているとすると、その順序でつぎつぎに投入または開放制御が実行されるが、例えば投入動作時にバンクＳc2が既に投入状態になっておれば、当然のことながら、前記Ｓc2が制御（投入）対象として重ねて選択されることはなく、このバンクＳc2は除外して制御（投入）対象の選定、制御が実行される。
【００３０】
なお本発明には次のような変形が可能である。
１．実施例における電圧確認・順序制御では、制御順序が若番順に固定されるものとしたが、ステップＳ２５やＳ２６の代わりにステップＳ８、Ｓ９、Ｓ１４、Ｓ１５と同様の制御目標無効電力量の演算、制御対象バンクの選択、決定処理を行なってもよいことは当然である。
２．実施例では、系統の変圧器のインピーダンスによる無効電力の影響を除外するために前記変圧器の２次側で系統電流を測定したが、１次側電流を測定し、必要に応じて補正するようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、制御対象の母線に通常設備されている静止形調相設備を用いて、補償用の電力コンデンサやリアクトルを追加設置する必要なしに、事故発生時および平常時の両方において、母線の無効電力をその端子電圧に応じて適当に制御することにより、その電圧を予定の運用基準範囲内に安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の概略構成を示す回路図である。
【図２】図１に示した制御部の機能ブロック図である。
【図３】本発明の１実施例の動作を説明するためのフローチャートの１部である。
【図４】本発明の１実施例の動作を説明するためのフローチャートの１部である。
【図５】本発明の１実施例の動作を説明するためのフローチャートの１部である。
【図６】通常の電力系統における負荷の増減に起因する電圧変動の１例を示すＰＶ（有効電力対電圧）特性カーブである。
【符号の説明】
１２…母線電圧、無効電力演算部  １４…調相設備制御量演算・制御対象バンク選択部  １６…系統事故検出部  １８…事故除去検出部  ２０…電圧過高検出部  ２２…電圧低下検出部  ２４…電圧低下中検出部  ２６…出力制御部  ２８…投入／開放記憶部  ＰＴ1 、ＰＴ2 …電圧変成器  ＩＴ1 、ＩＴ2 …電流変成器  ＴＲ1 、ＴＲ2 …変圧器  ＢＬ1 、ＢＬ2 …母線（制御対象電力系統）  Ｌ21、Ｌ11…上位電力系統  Ｄｃ1 〜Ｄｃn 、Ｄｒ1 〜Ｄｒm …調相設備バンク
【図１】
0003912559.tif 000003
【図２】
0003912559.tif 000004
【図６】
0003912559.tif 000005
【図３】
0003912559.tif 000006
【図４】
0003912559.tif 000007
【図５】
0003912559.tif 000008