(57)【要約】【課題】系統運用者の負担を軽減しつつ、系統運用者のニーズに応じた電圧変動の抑制制御を実現することが可能な電圧無効電力制御装置を提供する。【解決手段】電圧無効電力制御装置は、変圧器の１次側および２次側の各状態量を取得する状態量取得部と、取得された各状態量と予め定められた感度とから求められる、１次側の状態量と２次側の状態量との関係に基づいて、１次側の状態量の目標値に対応する２次側の状態量を、２次側の状態量の目標値に制御するための変圧器のタップ位置の制御量を算出する制御量算出部と、制御量に基づいてタップ位置を切り替えるための切替制御を実行するタップ制御部と、タップ位置が切り替えられた場合に推定される１次側および２次側の各状態量の推定値が目標値範囲外であるときに、当該各状態量の推定値が目標値範囲内に収まるように調相設備を制御する調相制御部とを含む。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タップ付の変圧器と調相設備とを有する電力系統における電圧および無効電力を制御するための電圧無効電力制御装置であって、
予め定められた周期ごとに、前記変圧器の１次側および２次側の各状態量を取得する状態量取得部と、
前記状態量取得部により取得された前記各状態量と予め定められた感度とから求められる、前記１次側の状態量と前記２次側の状態量との関係に基づいて、前記１次側の状態量の目標値に対応する前記２次側の状態量を、前記２次側の状態量の目標値に制御するための前記変圧器のタップ位置の制御量を算出する制御量算出部と、
前記制御量に基づいて、前記タップ位置を切り替えるための切替制御を実行するタップ制御部と、
前記タップ位置が切り替えられた場合に推定される前記１次側および前記２次側の各状態量の推定値が目標値範囲外であるときに、当該各状態量の推定値が前記目標値範囲内に収まるように前記調相設備を制御する調相制御部とを備える、電圧無効電力制御装置。
【請求項２】
前記タップ制御部により前記切替制御が実行されない場合、前記調相制御部は、前記状態量取得部により取得された前記１次側の状態量と閾値との偏差に基づいて、前記各状態量が前記目標値範囲内に収まるように前記調相設備を制御する、請求項１に記載の電圧無効電力制御装置。
【請求項３】
前記予め定められた周期ごとに前記制御量算出部により算出される前記タップ位置の制御量が基準回数連続して同一である場合に、前記タップ制御部は、当該制御量に基づいて前記タップ位置の切替制御を実行する、請求項１または請求項２に記載の電圧無効電力制御装置。
【請求項４】
前記１次側の状態量は前記１次側の母線の通過無効電力であり、前記２次側の状態量は前記２次側の母線電圧である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電圧無効電力制御装置。
【請求項５】
前記１次側の状態量は前記１次側の母線電圧であり、前記２次側の状態量は前記２次側の母線電圧である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電圧無効電力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電圧無効電力装置に関し、特に、タップ付の変圧器と調相設備とを有する電力系統における電圧および無効電力を制御するための電圧無効電力制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電力系統においては、負荷の変動に応じて電力系統の無効電力および電圧が変動する。そのため、電力系統の運用にあたっては、電圧および無効電力は目標値範囲内に収まるように制御されている。具体的には、電圧および無効電力の調整は、電圧無効電力制御（ＶＱＣ：Voltage Reactive Power Controller）装置により調整機器を制御することにより行われる。
【０００３】
調整機器としては、電力系統に設けられた電力用コンデンサ（ＳＣ）、分路リアクトル（ＳｈＲ）等の調相設備およびタップ付変圧器（のタップ）が用いられる。電圧無効電力制御（ＶＱＣ）装置は、電力系統の電圧および無効電力と、タップ付変圧器のタップ位置と、調相設備の動作情報とに基づいて、電圧および無効電力を目標値範囲内に収めるようにタップ付変圧器のタップ位置および調相設備をそれぞれ制御する。
【０００４】
電圧無効電力制御に関して、特許文献１（特開平０２−２４７１１号公報）は、電力系統にコンデンサとリアクトルを設け、変圧器にはタップ切替装置を設けてコンデンサ，リアクトルの開閉制御および変圧器のタップ切換制御を行なう系統電圧・無効電力制御装置を開示している。この装置は、系統電圧および遅れ無効電流の時間的変化量を監視し、該系統電圧が基準値よりも所定値だけ低下し、かつ遅れ無効電流の時間的変化量が設定値以上になったときは、少なくとも１つまたは複数のコンデンサを投入する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０２−２４７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、系統状態（例えば、系統電圧および遅れ無効電流の時間的変化量）を監視することにより、負荷の急激な増加に伴う系統電圧の加速度的な低下を予測することにより、急激な負荷変動に対して電圧無効電力制御を追従させる技術である。しかし、近年の電力系統では、天気等により出力変動が左右され易い太陽光発電等の分散型電源が大量に連系されているため不確定要因が増大し、電圧変動が顕著になり易い。このことから、当該予測を精度良く行なうことが難しい場合もある。
【０００７】
このように、電圧変動が顕著になり易い状況においては、ある局面では、短周期（例えば、数十秒）の電圧変動については、分散型電源の制御装置等により抑制させ（例えば、運転力率の調整）、比較的長周期（例えば、１日の朝、昼、晩など）の電圧変動については、ＶＱＣ装置により抑制させたいという系統運用者のニーズがある。他の局面では、短周期の電圧変動の抑制についても、ある程度、ＶＱＣ装置により抑制させたいという系統運用者のニーズもある。
【０００８】
典型的なＶＱＣ装置では、特許文献１の第３図に示すように、２つの状態量（無効電力および電圧）に規定値を設けてタップ付変圧器および調相設備の動作制御を行なう。そのため、特許文献１に係るＶＱＣ装置を用いて上記各ニーズに対応する場合には、各ニーズに応じて両方の状態量に対応する規定値を適切に整定する必要があり系統運用者に負担がかかるという課題がある。
【０００９】
本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、ある局面における目的は、系統運用者の負担を軽減しつつ、系統運用者のニーズに応じた電圧変動の抑制制御を実現することが可能な電圧無効電力制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ある実施の形態に従うと、タップ付の変圧器と調相設備とを有する電力系統における電圧および無効電力を制御するための電圧無効電力制御装置が提供される。電圧無効電力制御装置は、予め定められた周期ごとに、変圧器の１次側および２次側の各状態量を取得する状態量取得部と、状態量取得部により取得された各状態量と予め定められた感度とから求められる、１次側の状態量と２次側の状態量との関係に基づいて、１次側の状態量の目標値に対応する２次側の状態量を、２次側の状態量の目標値に制御するための変圧器のタップ位置の制御量を算出する制御量算出部と、制御量に基づいて、タップ位置を切り替えるための切替制御を実行するタップ制御部と、タップ位置が切り替えられた場合に推定される１次側および２次側の各状態量の推定値が目標値範囲外であるときに、当該各状態量の推定値が目標値範囲内に収まるように調相設備を制御する調相制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によると、系統運用者の負担を軽減しつつ、系統運用者のニーズに応じた電圧変動の抑制制御を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態に従う電力系統システムの構成例を示す図である。
【図２】本実施の形態に従うＶＱＣ装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】典型的なＶＱＣ装置の積分制御方式を説明するための図である。
【図４】本実施の形態に従うＶＱＣ装置の制御方式を説明するための図である。
【図５】本実施の形態に従うＶＱＣ装置の制御方式を説明するための図である。
【図６】本実施の形態に従うＶＱＣ装置の機能構成を示す模式図である。
【図７】本実施の形態に従うＶＱＣ装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】典型的なＶＱＣ装置の他の積分制御方式を説明するための図である。
【図９】本実施の形態の変形例に従うＶＱＣ装置の制御方式を説明するための図である。
【図１０】本実施の形態の変形例に従うＶＱＣ装置の制御方式を説明するための図である。
【図１１】本実施の形態の変形例に従うＶＱＣ装置の処理手順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】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。また、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。
【００１４】
＜システム構成＞
本実施の形態に従う電圧無効電力制御装置（以下、「ＶＱＣ装置」とも称する。）は、変電所に設置され、例えば、複数の分散型電源（例えば、太陽光発電、燃料電池発電、風力発電等）を有する電力系統における電圧変動を抑制する。
【００１５】
図１は、本実施の形態に従う電力系統システムの構成例を示す図である。図１を参照して、電力系統システムは、主に、ＶＱＣ装置１０と、分散型電源２０Ａ，２０Ｂと、調相設備３０と、変圧器ＴＲ１〜ＴＲ３とから構成される。なお、分散型電源２０Ａ，２０Ｂの各々に共通の構成および機能を説明する際には、それらを「分散型電源２０」と総称する。
【００１６】
ＶＱＣ装置１０は、例えば、１５４ｋｖ〜２７５ｋＶの電圧階級の送電用変電所（高圧変電所）に設けられる。また、この高圧変電所には、母線１１と母線１３との間に接続される変圧器ＴＲ１が配置される。なお、典型的には、母線１１に接続される送電線２は、この高圧変電所よりも電圧階級の高い送電用変電所に接続される。
【００１７】
変圧器ＴＲ１は、１次側（母線１１側）の電圧（例えば、１５４ｋＶ）を降圧して（例えば、６６ｋＶまで降圧）、２次側（母線１３側）に出力する。母線１３には、送電線４Ａ，４Ｂ，４Ｃが接続されている。送電線４Ａは母線１５Ａに接続され、母線１５Ａと母線１７Ａとの間には変圧器ＴＲ２が接続される。変圧器ＴＲ２は、需要家に電力を供給する配電用変電所（例えば、６６ｋＶの電圧階級の変電所）に配置される。典型的には、配電用変電所は、需要地に設置され、送電線から送られてきた高電圧を低電圧に変圧し、変圧後の電圧を、配電線を介して需要家に供給する。
【００１８】
変圧器ＴＲ２は、１次側（母線１５Ａ側）の電圧（例えば、６６ｋＶ）を降圧して（例えば、６．６ｋＶまで降圧）、２次側（母線１７Ａ側）に出力する。母線１７Ａと母線１９Ａとの間には送電線６Ａが接続され、母線１９Ａには柱上変圧器（図示しない）等を介して分散型電源２０Ａが接続される。
【００１９】
送電線４Ｂは母線１５Ｂに接続され、母線１５Ｂと母線１７Ｂとの間には変圧器ＴＲ３が接続される。変圧器ＴＲ３は、変圧器ＴＲ２と同様に配電用変電所に配置される。母線１７Ｂには、送電線６Ｂが接続されている。送電線６Ｂには分散型電源２０Ｂが接続される。送電線４Ｃは、母線、変圧器等（図示しない）を介して他の分散型電源、需要家等（図示しない）に接続される。
【００２０】
変圧器ＴＲ１〜ＴＲ３は、例えば、一次巻線に設けられた複数のタップを切り換え、変圧比操作により電圧を調整するタップ付変圧器である。なお、タップ付変圧器としては、負荷時タップ切換変圧器（ＬＲＴ：Load Ratio Control Transformer）等が用いられる。
【００２１】
調相設備３０は、複数の電力用コンデンサＳＣ（以下、単に「コンデンサＳＣ」とも称する。）から構成されるコンデンサＳＣ群３２と、複数の分路リアクトルＳｈＲ（以下、単に「リアクトルＳｈＲ」とも称する。）から構成されるリアクトルＳｈＲ群３４と、スイッチ群３６とを含む。スイッチ群３６は、各コンデンサＳＣおよび各リアクトルＳｈＲに対応するリレースイッチＳＷを有する。
【００２２】
ＶＱＣ装置１０は、予め定められた周期で、電力系統における電圧変動を抑制するために当該電力系統の電気量（電圧値および電流値）を取り込む。本実施の形態では、ＶＱＣ装置１０は、母線１１を監視対象としており、電圧を検出するためのセンサである変成器ＶＴ１から母線１１の電圧を取得するとともに、電流を検出するためのセンサである変流器ＣＴ１から変圧器ＴＲ１の１次側の線路の電流を取得する。また、ＶＱＣ装置１０は、変流器ＣＴ２および変成器ＶＴ２を用いて、それぞれ母線１３の電圧および変圧器ＴＲ１の２次側の線路の電流を取得する。
【００２３】
本実施の形態では、母線１１の電圧をＶ１、母線１３の電圧をＶ２、変圧器ＴＲ１の１次側の線路の電流をＩ１、母線１１の通過有効電力をＰ１（以下、単に「有効電力Ｐ１」と称する。）、母線１１の通過無効電力をＱ１（以下、単に「無効電力Ｑ１」と称する。）と表わす。なお、有効電力Ｐ１および無効電力Ｑ１は、取得された電気量（電圧Ｖ１および電流Ｉ１）から算出される。また、分散型電源２０は、当該分散型電源２０が接続される負荷母線（例えば、図１の例では、母線１９Ａ，１７Ｂ等）に対して有効電力Ｐｄｇおよび無効電力Ｑｄｇを出力している。また、負荷母線からは、負荷（図示しない）に対して有効電力ＰＬおよび無効電力ＱＬが供給されている。
【００２４】
ＶＱＣ装置１０は、取得した電気量を用いて制御演算を実行した後、電力系統における電圧変動を抑制するために、タップ付の変圧器ＴＲ１および調相設備３０に対して制御指令を出力する。
【００２５】
具体的には、変圧器ＴＲ１は、ＶＱＣ装置１０からの制御指令３００に従って、タップ位置を変更する（切り替える）。変圧器ＴＲ１は、制御指令３００に従って動作したことを示す応答を出力する。ＶＱＣ装置１０は、当該応答の入力を受け付けると、変圧器ＴＲ１が制御指令３００に従ってタップ位置の切替動作を実行したと判定する。
【００２６】
また、調相設備３０の各リレースイッチＳＷは、ＶＱＣ装置１０からの制御指令４００に従って、ＯＮ制御またはＯＦＦ制御され、対応して接続された機器（コンデンサＳＣまたはリアクトルＳｈＲ）が投入または開放される。リレースイッチＳＷは、制御指令４００に従って動作したことを示す応答を出力する。ＶＱＣ装置１０は、当該応答の入力を受け付けると、コンデンサＳＣおよびリアクトルＳｈＲが制御指令４００に従って投入または開放動作を実行したと判定する。
【００２７】
なお、制御指令３００は、制御対象である変圧器ＴＲ１の識別情報と、タップ上げ制御または下げ制御を示す指令とを含む。タップ上げ制御とは、変圧器ＴＲ１の出力電圧を上げるようにタップを切り替える制御である。タップ下げ制御とは、変圧器ＴＲ１の出力電圧を下げるようにタップを切り替える制御である。また、変圧器ＴＲ１からの応答は、変圧器ＴＲ１の識別情報と切替後のタップ位置を示す情報とを含む。
【００２８】
制御指令４００は、制御対象である調相設備３０の各機器（コンデンサＳＣおよびリアクトルＳｈＲ）の識別情報と、投入または開放（ＯＮまたはＯＦＦ）指令とを含む。また、その応答は、調相設備３０の各機器の識別情報と、変更後の状態（投入状態または開放状態）を示すデータとを含む。
【００２９】
ＶＱＣ装置１０は、受信した応答の内容に基づいて、現在の動作状態（投入または開放状態の機器の種類と数、および変圧器ＴＲ１のタップ位置等）を取得する。
【００３０】
＜ハードウェア構成＞
図２は、本実施の形態に従うＶＱＣ装置１０のハードウェア構成の一例を示す図である。図２を参照して、ＶＱＣ装置１０は、補助変成器５０と、ＡＤ（Analog  to  Digital）変換部６０と、演算処理部７０とを含む。
【００３１】
補助変成器５０は、変流器ＣＴ１，ＣＴ２および変成器ＶＴ１，ＶＴ２からの系統電気量を取り込み、より小さな電気量に変換して出力する。
【００３２】
ＡＤ変換部６０は、補助変成器５０から出力される系統電気量（アナログ量）を取り込んでディジタルデータに変換する。具体的には、ＡＤ変換部６０は、アナログフィルタと、サンプルホールド回路と、マルチプレクサと、ＡＤ変換器とを含む。
【００３３】
アナログフィルタは、補助変成器５０から出力される電流および電圧の波形信号から高周波のノイズ成分を除去する。サンプルホールド回路は、アナログフィルタから出力される電流および電圧の波形信号を予め定められたサンプリング周期でサンプリングする。マルチプレクサは、演算処理部７０から入力されるタイミング信号に基づいて、サンプルホールド回路から入力される波形信号を時系列で順次切り替えてＡＤ変換器に入力する。ＡＤ変換器は、マルチプレクサから入力される波形信号をアナログデータからディジタルデータに変換する。ＡＤ変換器は、ディジタル変換した波形信号（ディジタルデータ）を演算処理部７０へ出力する。
【００３４】
演算処理部７０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）７２と、ＲＯＭ７３と、ＲＡＭ７４と、ＤＩ（ディジタル入力）回路７５と、ＤＯ（ディジタル出力）回路７６と、入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７７とを含む。これらは、バス７１で結合されている。
【００３５】
ＣＰＵ７２は、予めＲＯＭ７３に格納されたプログラムを読み出して実行することによって、ＶＱＣ装置１０の動作を制御する。なお、ＲＯＭ７３には、ＣＰＵ７２によって用いられる各種情報が格納されている。ＣＰＵ７２は、たとえば、マイクロプロセッサである。なお、当該ハードウェアは、ＣＰＵ以外のＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）およびその他の演算機能を有する回路などであってもよい。
【００３６】
ＣＰＵ７２は、バス７１を介して、ＡＤ変換部６０からディジタルデータを取り込む。ＣＰＵ７２は、ＲＯＭ７３に格納されているプログラムに従って、取り込んだディジタルデータを用いて制御演算を実行する。ＣＰＵ７２は、制御演算結果に基づいて、ＤＯ回路７６を介して、変圧器ＴＲ１および調相設備３０に制御指令を出力する。また、ＣＰＵ７２は、ＤＩ回路７５を介して、その制御指令に対する応答を受け取る。入力インターフェイス７７は、典型的には、各種ボタン等であり、系統運用者からの各種設定操作を受け付ける。
【００３７】
＜典型的な積分制御方式＞
典型的なＶＱＣ装置に採用される積分演算による制御方式（積分制御方式）について説明する。図３は、典型的なＶＱＣ装置の積分制御方式を説明する図である。ここでは、例えば、典型的なＶＱＣ装置が、変圧器ＴＲ１の１次側および２次側の状態量として、それぞれ無効電力Ｑ１および電圧Ｖ２を用いて、変圧器ＴＲ１（のタップ）および調相設備３０を制御する場面を想定する。
【００３８】
図３には、無効電力Ｑ１の軸（横軸）と電圧Ｖ２の軸（縦軸）とから構成される制御平面が示されている。制御平面は、変圧器ＴＲ１および調相設備３０の制御要否を判定するために用いられる平面である。制御平面には、着目する状態量（ここでは、無効電力Ｑ１および電圧Ｖ２）と、目標値範囲５００とが設定される。
【００３９】
目標値範囲５００は、変圧器ＴＲ１および調相設備３０の制御を不要とする不感帯に相当し、無効電力Ｑ１の目標値（または電圧Ｖ２の目標値）±不感帯幅で定められる。また、Ｑ１軸に垂直に引いた境界線６０１（Ｑ１＝Ｔｈ１）および境界線６０３（Ｑ１＝Ｔｈ３）は、調相設備３０の制御要否の判定に用いられる閾値を示す。Ｖ２軸に垂直に引いた境界線６０２（Ｖ２＝Ｔｈ２）および境界線６０４（Ｖ２＝Ｔｈ４）は、変圧器ＴＲ１のタップの制御要否の判定に用いられる閾値を示す。換言すると、目標値範囲５００は、境界線６０１〜６０４により定められる。
【００４０】
典型的なＶＱＣ装置は、各状態量（無効電力Ｑ１および電圧Ｖ２）と、制御平面において定められた閾値との間の偏差を算出し、それらの各偏差を積分演算する。そして、積分値が規定値（積分満了値）を超えた場合に、制御平面により定められたパターンＸ１〜Ｘ４に従って制御対象機器（変圧器ＴＲ１および調相設備３０）を選択し、選択した機器に対して制御指令を出力する。すなわち、規定値は、制御対象機器を動作させるか否かを最終的に判定するための値である。
【００４１】
例えば、各状態量が制御平面の領域（１）に位置する場合、パターンＸ１（コンデンサＳＣの投入およびリアクトルＳｈＲの開放のうち少なくとも一方）の制御指令が出力される。各状態量が制御平面の領域（２）に位置する場合、パターンＸ２（タップ下げ制御）の制御指令が出力される。各状態量が制御平面の領域（３）に位置する場合、パターンＸ３（コンデンサＳＣの開放およびリアクトルＳｈＲの投入のうち少なくとも一方）の制御指令が出力される。各状態量が制御平面の領域（４）に位置する場合、パターンＸ４（タップ上げ制御）の制御指令が出力される。
【００４２】
上記のように、典型的なＶＱＣ装置は、各状態量が位置する制御平面上の領域に応じて、制御対象機器（変圧器ＴＲ１および調相設備３０）と、制御内容（投入または開放、タップの上げ制御または下げ制御）とを決定し、決定内容に従う制御指令を出力する。これにより、各状態量が目標値範囲５００に収まるように制御される。そのため、典型的なＶＱＣ装置では、常に２つの状態量の各々と、閾値との偏差を検出し、それらの各偏差の積分演算を実行する必要がある。
【００４３】
＜本実施の形態に従う制御方式＞
図４および図５は、本実施の形態に従うＶＱＣ装置１０の制御方式を説明するための図である。図４を参照して、制御平面上に、各状態量の目標値を示す点Ｓ（Ｑｓ，Ｖｓ）と、各状態量の現在値を示す点Ａ（Ｑａ，Ｖａ）と、直線７００とＶ２軸との交点を示す点Ｂ（Ｑｓ，Ｖｓ＋α）とが表わされている。具体的には、点Ｓにおいて、無効電力Ｑｓは無効電力Ｑ１の目標値を示し、電圧Ｖｓは電圧Ｖ２の目標値を示す。点Ａにおいて、無効電力Ｑａおよび電圧Ｖａは、それぞれ無効電力Ｑ１および電圧Ｖ２の現在値を示す。このことから、図４の例では、各状態量の現在値は目標値範囲５００外に位置していることがわかる。また、点Ｓと点Ｂとの間の電圧Ｖ２の差分をαと規定している。なお、図４の例では、制御平面上において点Ｂが点Ｓよりも上方向に位置するためα＞０であるが、点Ｂが点Ｓよりも下方向に位置する場合にはα＜０となる。
【００４４】
ここで、直線７００は、現在の各状態量（すなわち、無効電力Ｑａおよび電圧Ｖａ）と、予め定められた感度ｋ１とから求められる。感度ｋ１は、無効電力Ｑ１に対する電圧Ｖ２の変化量（すなわち、δＶ２／δＱ１＝電圧／無効電力感度）を示すものであり、制御平面における直線７００の傾きに相当する。したがって、直線７００と電圧Ｖ２の軸との交点である点ＢのＶ２座標（すなわち、直線７００上における目標値Ｑｓに対応する電圧Ｖ２の値）を示すＶｓ＋αは、感度ｋ１と、各状態量の目標値Ｑｓ，Ｖｓと、各状態量の現在値Ｑａ，Ｖａとを用いて、以下の式（１）により表すことができる。
【００４５】
Ｖｓ＋α＝Ｖａ−ｋ１（Ｑａ−Ｑｓ）・・・（１）
したがって、αは以下の式（２）により表される。
【００４６】
α＝Ｖａ−ｋ１（Ｑａ−Ｑｓ）−Ｖｓ・・・（２）
ここで、本実施の形態では、タップ位置の上げ下げ制御により直線７００がＶ２軸方向にほぼ平行移動すること、および、調相設備３０のリレースイッチＳＷの開閉制御により点Ａがほぼ直線７００上を移動することを利用して、各状態量の現在値を示す点Ａを、各状態量の目標値を示す点Ｓに移動させることを考える。具体的には、タップ位置の上げ制御が実行されると直線７００はＶ２軸上方向に平行移動し、タップ位置の下げ制御が実行されると直線７００はＶ２軸下方向に平行移動する。また、コンデンサＳＣが投入（リアクトルＳｈＲが開放）されると、点Ａは直線７００上を左上方向に移動し、コンデンサＳＣが開放（リアクトルＳｈＲが投入）されると、点Ａは直線７００上を右下方向に移動する。
【００４７】
図５を参照して、式（２）により算出された電圧αを用いて、制御平面上において直線７００とＶ２軸との交点である点Ｂを点Ｓに最も近づけるためのタップ制御量が算出される。具体的には、電圧Ｖ２を電圧αだけ変化させるために最適なタップ制御量を算出する。ここで、タップ制御量を示すＨは、タップ一段あたりの電圧変化量（すなわち、電圧／タップ感度）を示すｋ２（＞０）と、電圧αとを用いて、以下の式（３）のように表わすことができる。
【００４８】
Ｈ＝−α／ｋ２・・・（３）
式（３）において、Ｈ≧０の場合には小数点以下を切り捨て、Ｈ＜０の場合には小数点以下を切り上げ（正の無限大方向に丸め）るものとする。これにより、前回の周期での電圧αと今回の周期での電圧αとの差が小さい場合には、前回および今回の各周期で算出されるタップ制御量Ｈは同一になることがわかる。タップ制御量Ｈは、タップ位置の上げ（下げ）段数を示す整数であり、正の整数である場合にはタップ位置を上げる段数を示し、負の整数である場合にはタップ位置を下げる段数を示す。図５の例では、タップ位置を下げる必要があるためタップ制御量Ｈは負の整数となる。
【００４９】
次に、ＶＱＣ装置１０は、算出されたタップ制御量Ｈに従って、仮にタップ位置が切り替えられた場合の各状態量を推定する。具体的には、タップ位置の下げ制御により直線７００がＶ２軸下方向にほぼ平行移動することから、当該下げ制御により各状態量の現在値を示す点Ａは点Ｃに移動する（図５中の（Ｉ）に対応）と推定される。点Ｃにおいて、無効電力Ｑｃおよび電圧Ｖｃは、それぞれ無効電力Ｑ１および電圧Ｖ２の推定値を示す。なお、点Ｃは点ＡをＶ２軸下方向に平行移動した点であるため、無効電力Ｑｃは無効電力Ｑａと同一であると推定される。
【００５０】
そして、ＶＱＣ装置１０は、各状態量の推定値を示す点Ｃが目標値範囲５００内に位置するか否かを判定する。図５の例の場合には、点Ｃは目標値範囲５００内に位置していないため、点Ｃが目標値範囲５００内に位置するように調相設備３０を制御する。具体的には、ＶＱＣ装置１０は、直線７００上の左上方向に点Ｃを移動させるために、コンデンサＳＣの投入およびリアクトルＳｈＲの開放の少なくとも一方を実行する（図５中の（ＩＩ）に対応）。例えば、ＶＱＣ装置１０は、点Ｃを目標値範囲５００内に収めるための無効電力制御量ΔＱ１として、ΔＱ１＝Ｑａ−Ｑｓを算出する。ＶＱＣ装置１０は、当該ΔＱ１を超えないように、投入するコンデンサＳＣおよび開放するリアクトルＳｈＲを選択して、選択した機器に対して制御指令を出力する。なお、ΔＱ１は、点Ｃが目標値範囲５００内に収まるような制御量であればよく、例えば、Ｑａ−Ｔｈ１≦ΔＱ１≦Ｑａ−Ｑｓであってもよい。
【００５１】
なお、上記の調相設備３０の制御は、タップ位置の切り替えに応じて変化する各状態量（特に、電圧Ｖ２）を目標値範囲５００内に収めるために実行される。そのため、タップ位置の切り替えに応じて変化した各状態量が目標値範囲５００内に位置すると推定される場合には、上記の調相設備３０の制御は実行されない。すなわち、ＶＱＣ装置１０は、各状態量の推定値を示す点Ｃが仮に目標値範囲５００内に位置する場合には、調相設備３０の制御は行われず、リレースイッチＳＷの状態は維持される。
【００５２】
ＶＱＣ装置１０は、上記の図４および図５を用いて説明したタップ位置および調相設備３０の制御処理を実行した後、新たに取得した状態量に基づいて、図３で示した積分制御を実行する。ここで、典型的なＶＱＣ装置は２つの状態量（無効電力Ｑ１，電圧Ｖ２）の各々について積分制御を実行していたが、本実施の形態に従うＶＱＣ装置１０は無効電力Ｑ１のみを対象として積分制御を実行する。これは、上述した制御処理によりタップ位置が既に最適化された状態であるためである。
【００５３】
具体的には、ＶＱＣ装置１０は、無効電力Ｑ１が境界線６０１の右側に位置する場合（すなわち、無効電力Ｑ１が閾値Ｔｈ１よりも大きい場合）、および無効電力Ｑ１が境界線６０３の左側に位置する場合（すなわち、無効電力Ｑ１が閾値Ｔｈ３よりも小さい場合）に、偏差を算出して積分演算を実行する。そして、ＶＱＣ装置１０は、積分値が規定値を超えた（積分満了）場合、各状態量が位置する制御平面上の領域（ここでは、領域（１）または領域（３））に応じて、調相設備３０の制御内容（投入／開放）を決定し、当該決定内容に従う制御指令４００を出力する。
【００５４】
したがって、本実施の形態に従うＶＱＣ装置１０によると、タップ位置制御および調相制御の協調を取ることができるとともに、偏差を用いた積分制御に関しては１つの状態量（無効電力Ｑ１）のみを対象として調相制御を実行すればよく、タップ位置制御を実行する必要がないことがわかる。
【００５５】
ここで、分散型電源２０の出力変動（有効電力Ｐｄｇおよび無効電力Ｑｄｇの変動）に伴って、上位系統（ここでは、母線１１）から流入する電力（有効電力Ｐ１および無効電力Ｑ１）も変動する。また、電力系統の系統電圧は無効電力との関係が非常に密接であるため、無効電力Ｑ１の変動は系統電圧の変動に大きな影響を与える。具体的には、分散型電源２０の出力変動による無効電力Ｑ１の変動は、図４等のほぼ直線７００上を各状態量が移動することを意味する。
【００５６】
そのため、特に、分散型電源２０が大量に連系されており、出力変動が顕著な電力系統においては、タップ位置を適切に調整（例えば、直線７００が点Ｓを通る位置に調整）しておき、その後は、調相設備３０を用いた無効電力制御（供給および吸収）により電圧変動を抑制するという構成を採用することがより有効である。
【００５７】
例えば、分散型電源２０の出力変動に起因する短周期の電圧変動に対しては分散型電源の制御装置等により主に抑制させ、比較的長周期の電圧変動に対してはＶＱＣ装置１０により主に抑制させるという系統運用者のニーズがある場合を想定する。この場合、当該短周期の電圧変動に対して調相設備３０を動作し難くするために、無効電力Ｑ１に関する規定値のみを変更すればよい。一方、当該短周期の電圧変動に対しても、ある程度、ＶＱＣ装置１０により抑制させるという系統運用者のニーズがある場合には、無効電力Ｑ１に関する規定値のみを変更して調相設備３０を動作させ易くすればよい。
【００５８】
このように、系統運用者は、タップ位置制御に対応する状態量に関する規定値については意識することなく、調相制御に対応する状態量に関する規定値のみを変更することにより、電圧変動に対する制御追従性を調整できる。したがって、本実施の形態によると、系統運用者が希望する電圧変動の抑制制御を実現する際の当該運用者の負担を大きく軽減することができる。
【００５９】
＜機能構成＞
図６は、本実施の形態に従うＶＱＣ装置１０の機能構成を示す模式図である。図６を参照して、ＶＱＣ装置１０は、状態量取得部１１０と、制御量算出部１２０と、タップ制御部１３０と、範囲判定部１４０と、調相制御部１５０と、積分演算部１６０とを含む。これらの各機能は、例えば、演算処理部７０のＣＰＵ７２がＲＯＭ７３に格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの機能の一部または全部はハードウェアで実現されるように構成されていてもよい。
【００６０】
状態量取得部１１０は、予め定められた演算周期ごとに、変圧器ＴＲ１の１次側および２次側の各状態量を取得する。具体的には、状態量取得部１１０は、変圧器ＴＲ１の１次側の状態量として無効電力Ｑ１を取得し、変圧器ＴＲ１の２次側の状態量として電圧Ｖ２を取得する。状態量取得部１１０は、変流器ＣＴ１および変成器ＶＴ１によりそれぞれ計測された電流Ｉ１および電圧Ｖ１を取得し、これらの電気量に基づいて無効電力Ｑ１を算出する。状態量取得部１１０は、変成器ＶＴ２により計測された電圧Ｖ２を取得する。
【００６１】
制御量算出部１２０は、状態量取得部１１０により取得された各状態量と、予め定められた感度とに基づく、１次側の状態量と２次側の状態量との関係を求める。予め定められた感度は、１次側の状態量に対する２次側の状態量の変化量を示す情報（例えば、感度ｋ１）であり、内部メモリ（ＲＯＭ７３，ＲＡＭ７４など）に格納されている。図４および図５の例では、制御量算出部１２０は、取得された各状態量の現在値Ｑａ，Ｖａと、感度ｋ１とから無効電力Ｑ１と電圧Ｖ２との関係を示す直線７００を求める。
【００６２】
次に、制御量算出部１２０は、求められた関係（例えば、直線７００）に基づいて、１次側の状態量の目標値（例えば、目標値Ｑｓ）に対応する２次側の状態量（例えば、Ｖｓ＋α）を算出する。そして、制御量算出部１２０は、当該算出された２次側の状態量を、２次側の状態量の目標値（例えば、目標値Ｖｓ）に制御するための変圧器ＴＲ１のタップ位置の制御量を算出する。具体的には、制御量算出部１２０は、タップ一段あたりの２次側の状態量（例えば、電圧Ｖ２）の変化量を示す感度（例えば、ｋ２）と、式（３）とを用いてタップ位置の制御量（例えば、タップ制御量Ｈ）を算出する。制御量算出部１２０は、演算周期ごとに算出したタップ位置の制御量（タップ制御量）をタップ制御部１３０に出力する。なお、当該目標値は内部メモリに予め格納されている。
【００６３】
タップ制御部１３０は、算出されたタップ制御量に基づいて、タップ位置を切り替えるための切替制御を実行する。具体的には、タップ制御部１３０は、タップ制御量に従うタップ上げ制御（またはタップ下げ制御）を指令するための制御指令３００を変圧器ＴＲ１に対して出力する。なお、タップ制御部１３０は、タップ位置を切り替えの有無を示す情報（切替情報）を積分演算部１６０に出力する。
【００６４】
また、タップ制御部１３０は、演算周期ごとに制御量算出部１２０により算出されるタップ制御量が基準回数（ｎ回：ｎは自然数）連続して同一である場合に、タップ位置の切替制御を実行してもよい。具体的には、タップ制御部１３０は、前回周期のタップ制御量と今回周期のタップ制御量とを比較してこれらが同一である場合に、カウントを１インクリメントし、カウント数を確認する。このカウント数がｎとなった場合、すなわち、連続してｎ回タップ制御量が同一である場合に、当該タップ制御量に従ってタップ位置の切替制御を実行する。これにより、ＶＱＣ装置１０においてハンチング現象を回避することができる。基準回数は、ハンチング現象が起きにくいように系統運用者によって任意に定められ、予め内部メモリに格納されている。
【００６５】
範囲判定部１４０は、タップ制御量に従ってタップ位置が切り替えられた場合に推定される１次側および２次側の各状態量が目標値範囲内であるか否かを判定する。図５の例では、範囲判定部１４０は、各状態量の推定値としてＱｃ，Ｖｃを算出し、当該推定値Ｑｃ，Ｖｃが目標値範囲５００内に位置するか否かを判定する。範囲判定部１４０は、判定結果をタップ制御部１３０および調相制御部１５０に出力する。なお、目標値範囲は内部メモリに予め格納されている。
【００６６】
調相制御部１５０は、各状態量の推定値が目標値範囲外である場合には、各状態量の推定値が目標値範囲内に収まるように調相設備３０を制御する。図５の例では、上述のように、推定値Ｑｃは現在値Ｑａと推定される。そのため、調相制御部１５０は、推定値Ｑｃを目標値Ｑｓに制御するための無効電力制御量ΔＱ１＝Ｏａ−Ｑｓに基づいて、調相設備３０の各機器（コンデンサＳＣおよびリアクトルＳｈＲ）と、制御内容（投入または開放制御）とを決定する。調相制御部１５０は、決定内容に従って制御指令４００を出力する。また、調相制御部１５０は、各状態量の推定値が目標値範囲内である場合には制御指令４００を出力しない。これにより、調相設備３０の現在の状態が維持される。なお、各リアクトルＳｈＲの操作（開放または投入）による無効電力制御量および各コンデンサＳＣの（開放または投入）による無効電力制御量は、予め内部メモリに格納されている。
【００６７】
積分演算部１６０は、タップ制御部１３０により切替制御が実行されない場合（例えば、タップ制御量Ｈが０である場合、タップ制御量Ｈが基準回数連続して同一ではない場合等）、状態量取得部１１０により取得された１次側の状態量（ここでは、無効電力Ｑ１）を対象とした積分演算を実行する。具体的には、積分演算部１６０は、当該１次側の状態量と閾値との偏差を算出し、偏差の積分演算を実行する。積分演算部１６０は、演算結果（積分値）を調相制御部１５０に出力する。この場合、調相制御部１５０は、状態量取得部１１０により取得された無効電力Ｑ１と閾値との偏差（積分演算部１６０の演算結果）に基づいて、各状態量が目標値範囲内に収まるように調相設備３０を制御する。具体的には、調相制御部１５０は、積分値が規定値を超えた場合、各状態量の制御平面上での位置に応じた調相設備３０の各機器（コンデンサＳＣおよびリアクトルＳｈＲ）と、制御内容（投入または開放）とを決定し、当該決定内容に従う制御指令４００を出力する。
【００６８】
＜処理手順＞
図７は、本実施の形態に従うＶＱＣ装置１０の処理手順を示すフローチャートである。典型的には、図７に示す各ステップは、ＶＱＣ装置１０の演算処理部７０によって実行される。以下の各ステップは、予め定められた演算周期ごとに実行される。
【００６９】
図７を参照して、ＶＱＣ装置１０は、１次側の状態量（無効電力Ｑ１）と２次側の状態量（電圧Ｖ２）を取得する（ステップＳ１０）。具体的には、ＶＱＣ装置１０は、１次側の母線１１の電圧Ｖ１、２次側の母線１３の電圧Ｖ２、および１次側の電流Ｉ１の計測値の入力を受け付けて、これらの各実効値を算出する。ＶＱＣ装置１０は、電圧Ｖ１および電流Ｉ１の各実効値に基づいて無効電力Ｑ１を算出する。これにより、ＶＱＣ装置１０は、各状態量（無効電力Ｑ１および電圧Ｖ２）の現在値Ｑａ，Ｖａ（図４中の点Ａに対応）を取得する。
【００７０】
ＶＱＣ装置１０は、現在値Ｑａ，Ｖａ、感度ｋ１、各状態量の目標値Ｑｓ，Ｖｓおよび式（１）〜（３）を用いて、タップ制御量Ｈを算出する（ステップＳ１２）。ＶＱＣ装置１０は、算出したタップ制御量Ｈを今回の演算周期と関連付けてＲＡＭ７４に記憶する。
【００７１】
ＶＱＣ装置１０は、ステップＳ１４において算出されたタップ制御量Ｈが０か否かを判断する（ステップＳ１４）。タップ制御量Ｈが０である場合（すなわち、タップ位置を切り替える必要がない場合）には（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、ＶＱＣ装置１０は、１次側の状態量を示す無効電力Ｑ１のみを対象とした積分演算を実行し、当該積分演算結果に基づいて調相設備３０を制御して（ステップＳ４０）、ステップＳ１０の処理に戻る。具体的には、積分値が規定値を超えた場合、ＶＱＣ装置１０は、各状態量の制御平面上での位置に応じて調相設備３０の各機器（コンデンサＳＣおよびリアクトルＳｈＲ）と制御内容（投入または開放）とを決定し、当該決定内容に従う制御指令４００を出力する。
【００７２】
一方、タップ制御量Ｈが０ではない場合には（ステップＳ１４においてＮＯ）、ＶＱＣ装置１０は、今回の演算周期で算出されたタップ制御量Ｈと、前回の演算周期で算出されたタップ制御量Ｈｂとが一致するか否かを判断する（ステップＳ１６）。
【００７３】
タップ制御量Ｈとタップ制御量Ｈｂとが一致しない場合には（ステップＳ１６においてＮＯ）、ＶＱＣ装置１０は、動作タイマＴｐを０に（リセット）して（ステップＳ１８）、ステップＳ２０の処理を実行する。一方、タップ制御量Ｈとタップ制御量Ｈｂとが一致する場合には（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、ＶＱＣ装置１０はタップ制御を開始する動作タイマＴｐを１加算（インクリメント）して（ステップＳ２０）、動作タイマＴｐがタイマ閾値ｎ以上か否かを判断する（ステップＳ２２）。すなわち、ＶＱＣ装置１０は、演算周期ごとに算出されるタップ制御量がｎ回連続して同一であるか否かを判断する。
【００７４】
動作タイマＴｐがタイマ閾値ｎ未満である場合には（ステップＳ２２においてＮＯ）、ＶＱＣ装置１０は上述したステップＳ４０の処理を実行する。一方、動作タイマＴｐがタイマ閾値ｎ以上である場合には（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、ＶＱＣ装置１０は、動作タイマＴｐをリセットする（ステップＳ２４）。続いて、ＶＱＣ装置１０は、タップ制御量Ｈに従ってタップ位置が切り替えられた場合の各状態量の推定値Ｑｃ，Ｖｃ（図５中の点Ｃに対応）が目標値範囲５００内（不感帯内）に位置するか否かを判定する（ステップＳ２６）。
【００７５】
推定値Ｑｃ，Ｖｃが目標値範囲５００外に位置する場合には（ステップＳ２６においてＮＯ）、ＶＱＣ装置１０は、各推定値Ｑｃ，Ｖｃを目標値範囲５００内に収めるために必要な無効電力制御量ΔＱ１を算出する（ステップＳ２８）。例えば、無効電力制御量ΔＱ１は、現在値Ｑａから目標値Ｑｓを減算した値である。続いて、ＶＱＣ装置１０は、無効電力制御量ΔＱ１に最も近づくように、制御対象とする調相設備３０の各機器と、制御内容とを決定する（ステップＳ３０）。ＶＱＣ装置１０は当該決定内容に従う制御指令４００を調相設備３０に出力するとともに、タップ制御量Ｈに従う制御指令３００を変圧器ＴＲ１に出力して（ステップＳ３２）、ステップＳ１０からの処理に戻る。
【００７６】
一方、推定値Ｑｃ，Ｖｃが目標値範囲５００内である場合には（ステップＳ２６においてＹＥＳ）、ＶＱＣ装置１０は、タップ制御量Ｈに従う制御指令３００を変圧器ＴＲ１に出力して（ステップＳ３４）、ステップＳ１０の処理に戻る。すなわち、この場合には、ＶＱＣ装置１０は、調相設備３０に対して制御指令４００を出力せずに、ステップＳ１０の処理に戻る。
【００７７】
上記のように、タップ位置の切替制御（制御指令３００の出力）が実行されない場合（タップ制御量Ｈが０を示す場合、および動作タイマＴｐがタイマ閾値ｎ未満である場合）には、ＶＱＣ装置１０は、無効電力Ｑ１を対象とする積分演算結果に基づいて調相設備３０を制御する。
【００７８】
また、ＶＱＣ装置１０が、今回の周期でタップ位置の切替制御を実行した場合（ステップＳ３２またはＳ３４の処理を実行した場合）には、タップ位置は最適化される。そのため、典型的には、ＶＱＣ装置１０は、次回の周期ではタップ位置の切替制御を実行せずに、無効電力Ｑ１を対象とする積分演算結果に基づいて調相設備３０を制御する。以降、タップ位置が最適化されている限り（すなわち、タップ位置の切替制御が実行されない限り）、ＶＱＣ装置１０は、無効電力Ｑ１のみを対象とする積分演算結果に基づいて調相設備３０を制御することがわかる。
【００７９】
また、上記のステップＳ３２では、変圧器ＴＲ１への制御指令３００の出力タイミング（すなわち、タップ位置の切替制御タイミング）と、調相設備３０への制御指令４００の出力タイミング（すなわち、調相設備３０の制御タイミング）とが同時である構成について説明した。これは、タップ位置を大きく変更することによって、電圧Ｖ２が目標値範囲５００から大きく外れた状態が一定時間以上継続するのを防止するためである。通常、制御指令４００が出力されてから調相設備３０のリレースイッチＳＷが投入（または開放）されるまでの時間ｔ１の方が、制御指令３００が出力されてからタップ位置が変更されるまでの時間ｔ２よりも短い。そのため、制御指令３００，４００の出力タイミングを同時にしても、電圧Ｖ２が目標値範囲５００から大きく外れた状態が一定時間以上継続する可能性は低い。このことから、制御指令３００，４００の出力タイミングは同時である必要はなく、時間ｔ１，ｔ２を考慮して、電圧Ｖ２が目標値範囲５００から外れた状態が一定時間以上継続しないように任意に定めることができる。
【００８０】
＜変形例＞
上述した実施の形態では、変圧器ＴＲ１の１次側の状態量として無効電力Ｑ１を使用し、変圧器ＴＲ１の２次側の状態量として電圧Ｖ２を使用する構成について説明した。変形例では、１次側の状態量として、無効電力Ｑ１に代えて母線１１の電圧Ｖ１を用いる構成について説明する。
【００８１】
図８は、典型的なＶＱＣ装置の他の積分制御方式を説明するための図である。ここでは、典型的なＶＱＣ装置が、１次側および２次側の状態量としてそれぞれ電圧Ｖ１および電圧Ｖ２を用いて、変圧器ＴＲ１および調相設備３０を制御する場面を想定する。
【００８２】
図８には、電圧Ｖ１の軸（横軸）と電圧Ｖ２の軸（縦軸）とから構成される制御平面が示されている。制御平面には、着目する状態量（電圧Ｖ１および電圧Ｖ２）と、目標値範囲５１０とが設定される。
【００８３】
目標値範囲５１０は、電圧Ｖ１の目標値（または電圧Ｖ２の目標値）±不感帯幅で定められる。Ｖ１軸に垂直に引いた境界線６１１（Ｖ１＝Ｔｈ６）および境界線６１３（Ｖ１＝Ｔｈ８）は、調相設備３０の制御要否の判定に用いられる閾値を示す。Ｖ２軸に垂直に引いた境界線６１２（Ｖ２＝Ｔｈ７）および境界線６１４（Ｖ２＝Ｔｈ９）は、変圧器ＴＲ１のタップの制御要否の判定に用いられる閾値を示す。
【００８４】
典型的なＶＱＣ装置は、各状態量（電圧Ｖ１および電圧Ｖ２）と、閾値との偏差の積分値が規定値を超えた場合に、制御平面により定められたパターンＸ６〜Ｘ９に従って制御対象機器を選択し、選択した機器に対して制御指令を出力する。
【００８５】
例えば、各状態量が制御平面の領域（６）に位置する場合、パターンＸ６（コンデンサＳＣの開放およびリアクトルＳｈＲの投入のうち少なくとも一方）の制御指令が出力される。各状態量が制御平面の領域（７）に位置する場合、パターンＸ７（タップ下げ制御）の制御指令が出力される。各状態量が制御平面の領域（８）に位置する場合、パターンＸ８（コンデンサＳＣの投入およびリアクトルＳｈＲの開放のうち少なくとも一方）の制御指令が出力される。各状態量が制御平面の領域（９）に位置する場合、パターンＸ９（タップ上げ制御）の制御指令が出力される。
【００８６】
図９および図１０は、本実施の形態の変形例に従うＶＱＣ装置１０の制御方式を説明するための図である。図９を参照して、制御平面上に、各状態量の目標値を示す点Ｏ（Ｖ１ｏ，Ｖ２ｏ）と、各状態量の現在値を示す点Ｅ（Ｖ１ｅ，Ｖ２ｅ）と、直線７１０と電圧Ｖ２の軸との交点を示す点Ｆ（Ｖ１ｏ，Ｖ２ｏ＋β）とが表わされている。具体的には、点Ｏにおいて、電圧Ｖ１ｏおよび電圧Ｖ２ｏは、それぞれ電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の目標値を示す。点Ｅにおいて、電圧Ｖ１ｅおよび電圧Ｖ２ｅは、それぞれ電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の現在値を示す。また、点Ｏと点Ｂとの間の電圧差分をβと規定している。なお、図９の例では、制御平面上において点Ｂが点Ｏよりも上方向に位置するためβ＞０であるが、点Ｂが点Ｏよりも下方向に位置する場合にはβ＜０となる。
【００８７】
ここで、直線７１０は、現在の各状態量と、予め定められた感度ｋ３とから求められる。感度ｋ３は、電圧Ｖ１に対する電圧Ｖ２の変化量（すなわち、δＶ２／δＶ１＝電圧／電圧感度）を示すものであり、制御平面における直線７１０の傾きに相当する。直線７１０と電圧Ｖ２の軸との交点である点ＦのＶ２座標（すなわち、直線７１０上における目標値Ｖ１ｏに対応する電圧Ｖ２の値）を示すＶ２ｏ＋βは、感度ｋ３と、各状態量の目標値Ｖ１ｏ，Ｖ２ｏと、各状態量の現在値Ｖ１ｅ，Ｖ２ｅとを用いて、以下の式（４）により表される。
【００８８】
Ｖ２ｏ＋β＝Ｖ２ｅ−ｋ３（Ｖ１ｅ−Ｖ１ｏ）・・・（４）
したがって、βは以下の式（５）により表すことができる。
【００８９】
β＝Ｖ２ｅ−ｋ３（Ｖ１ｅ−Ｖ１ｏ）−Ｖ２ｏ・・・（５）
ここで、直線７１０は、タップ位置の上げ制御および下げ制御に応じて、それぞれＶ２軸上方向および下方向に平行移動する。コンデンサＳＣが投入（リアクトルＳｈＲが開放）されると、点Ｅは直線７１０上を右上方向に移動し、コンデンサＳＣが開放（リアクトルＳｈＲが投入）されると、点Ｅは直線７１０上を左下方向に移動する。
【００９０】
図１０を参照して、式（５）により算出された電圧βを用いて、点Ｆを点Ｏに最も近づけるために必要なタップ制御量Ｈが算出される。この場合、タップ制御量を示すＨは、感度ｋ２（＞０）と電圧βとを用いて、以下の式（６）のように表される。
【００９１】
Ｈ＝−β／ｋ２・・・（６）
式（６）において、Ｈ≧０の場合には小数点以下を切り捨て、Ｈ＜０の場合には小数点以下を切り上げ（正の無限大方向に丸め）る。
【００９２】
次に、タップ制御量Ｈに従って仮にタップ位置を変更した場合には、直線７１０がＶ２軸下方向にほぼ平行移動することから、各状態量の現在値を示す点Ｅから点Ｇに移動する（図１０中の（Ｉ）に対応）と推定される。点Ｇについて、電圧Ｖ１ｇおよび電圧Ｖ２ｇは、それぞれ電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の推定値を示す。なお、電圧Ｖ１ｇは、電圧Ｖ１ｅと推定される。
【００９３】
ＶＱＣ装置１０は、各状態量の推定値を示す点Ｇが目標値範囲５１０内に存在するか否かを判定する。図１０の例の場合には、点Ｇは目標値範囲５１０内に存在しないため、点Ｇが目標値範囲５１０内に存在するように調相設備３０を制御する。具体的には、ＶＱＣ装置１０は、直線７１０上の右上方向に点Ｇを移動させるために、コンデンサＳＣの投入およびリアクトルＳｈＲの開放の少なくとも一方を実行する（図１０中の（ＩＩ）に対応）。
【００９４】
例えば、ＶＱＣ装置１０は、点Ｇを目標値範囲５１０内に収めるための無効電力制御量ΔＱ１を、電圧Ｖ１に対する無効電力Ｑ１の変化量を示す感度ｋ４（δＱ１／δＶ１＝無効電力／電圧感度）と、目標値Ｖ１ｏと、現在値Ｖ１ｅとを用いて、以下の式（７）により算出する。
【００９５】
ΔＱ１＝ｋ４（Ｖ１ｅ−Ｖ１ｏ）・・・（７）
感度ｋ４は、例えば、感度ｋ３（＝δＶ２／δＶ１）と、感度ｋ５（＝δＱ１／δＶ２）とを用いて、以下の式（８）により求められる。
【００９６】
ｋ４＝ｋ３・ｋ５・・・（８）
なお、感度ｋ４は、感度ｋ３，ｋ５が既知である場合には式（８）により算出されてもよいが、予め内部メモリに格納されていてもよい。
【００９７】
ＶＱＣ装置１０は、式（７）を用いて算出したΔＱ１を超えないように、投入するコンデンサＳＣおよび開放するリアクトルＳｈＲを選択して、選択した機器に対して制御指令を出力する。
【００９８】
ＶＱＣ装置１０は、上記の図９および図１０を用いて説明したタップ位置および調相設備３０の制御処理を実行した後、新たに取得した１次側の状態量（電圧Ｖ１）のみを対象として、図８で示した積分制御を実行する。具体的には、ＶＱＣ装置１０は、電圧Ｖ１が閾値Ｔｈ６よりも大きい場合、および電圧Ｖ１が閾値Ｔｈ８よりも小さい場合に、偏差を算出して積分演算を実行する。ＶＱＣ装置１０は、積分値が規定値を超えた場合、各状態量が存在する制御平面上の領域（ここでは、領域（６）または領域（８））に応じて、調相設備３０の各機器の制御内容（投入または開放）を決定し、当該決定内容に従う制御指令４００を出力する。
【００９９】
本実施の形態の変形例に従うＶＱＣ装置１０の機能構成は、図６に示す機能構成において１次側の状態量として電圧Ｖ１を使用し、２次側の状態量として電圧Ｖ２を使用したものに相当するため、その詳細な説明は行わない。
【０１００】
図１１は、本実施の形態の変形例に従うＶＱＣ装置１０の処理手順を示すフローチャートである。なお、図１１に示す処理手順は、図７に示す処理手順において１次側の状態量を無効電力Ｑ１から電圧Ｖ１に置き換えたものに相当する。
【０１０１】
図１１を参照して、本実施の形態の変形例に従うＶＱＣ装置１０は、１次側の状態量（電圧Ｖ１）と２次側の状態量（電圧Ｖ２）を取得する（ステップＳ５０）。具体的には、ＶＱＣ装置１０は、電圧Ｖ１および電圧Ｖ２の計測値の入力を受け付けて、これらの各実効値を算出する。
【０１０２】
ＶＱＣ装置１０は、現在値Ｖ１ｅ，Ｖ２ｅ、感度ｋ３、各状態量の目標値Ｖ１ｏ，Ｖ２ｏおよび式（４）〜（６）を用いて、タップ制御量Ｈを算出する（ステップＳ５２）。ステップＳ５４〜Ｓ６４の処理は、それぞれステップＳ１４〜Ｓ２４の処理と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。続いて、ＶＱＣ装置１０は、タップ制御量Ｈに従ってタップ位置が切り替えられた場合の各状態量の推定値Ｖ１ｇ，Ｖ２ｇ（図１０中の点Ｇに対応）が目標値範囲５１０内か否かを判定する（ステップＳ６６）。
【０１０３】
推定値Ｖ１ｇ，Ｖ２ｇが目標値範囲５１０外である場合には（ステップＳ６６においてＮＯ）、ＶＱＣ装置１０は、式（７），（８）を用いて、各推定値Ｖ１ｇ，Ｖ２ｇを目標値範囲５１０内に収めるための無効電力制御量ΔＱ１を算出する（ステップＳ６８）。ステップＳ７０，Ｓ７２の処理は、それぞれステップＳ３０，Ｓ３２の処理と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。一方、推定値Ｖ１ｇ，Ｖ２ｇが目標値範囲５１０内である場合には（ステップＳ６６においてＹＥＳ）、ＶＱＣ装置１０は、タップ制御量Ｈに従う制御指令３００を変圧器ＴＲ１に出力して（ステップＳ７４）、ステップＳ５０の処理に戻る。
【０１０４】
なお、タップ位置の切替制御が実行されない場合（ステップＳ５４においてＹＥＳの場合、ステップＳ６２においてＮＯの場合）には、ＶＱＣ装置１０は、１次側の状態量を示す電圧Ｖ１のみを対象とした積分演算結果に基づいて調相設備３０を制御して（ステップＳ８０）、ステップＳ５０の処理に戻る。
【０１０５】
＜利点＞
本実施の形態によると、タップ制御および調相制御の協調をとりつつ、調相制御に対応する状態量に関する規定値のみを変更することにより電圧変動に対する制御追従性を調整できる。そのため、系統運用者の負担を軽減しつつ、系統運用者のニーズに応じた電圧変動の抑制制御を実行することが可能となる。また、１次側の状態量として無効電力Ｑ１を利用する場合および電圧Ｖ１を利用する場合のいずれのニーズに対しても対応可能である。
【０１０６】
本実施の形態によると、適切なタップ位置に合わせるためのタップ制御量が算出され、当該算出されたタップ制御量に従ってタップ位置が直ちに切り替えられる。そのため、偏差の積分演算結果を用いてタップ位置を予め定められた段数（例えば、１段）ずつ切り替える場合と比較して、即応性の高いタップ制御が可能となる。また、当該タップ制御量に従ってタップ位置を切り替えた場合の状態量を推定して、当該状態量を目標値にするために必要な分だけ調相設備が制御される。そのため、単に、偏差の積分演算結果を用いてタップ位置および調相設備を制御する構成と比較して目標値への追従制御に対する無駄を省くことができる。その結果、タップ位置および調相設備に対する制御指令回数の低減が期待できる。
【０１０７】
［その他の実施の形態］
上述した実施の形態では、調相設備３０が変圧器ＴＲ１の３次巻線に接続される構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、調相設備３０が母線に接続される構成であってもよい。
【０１０８】
上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。
【０１０９】
また、上述した実施の形態において、その他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
【０１１０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１１】
２，４Ａ〜４Ｃ，６Ａ，６Ｂ  送電線、１０  装置、１１，１３，１５Ａ，１５Ｂ，１７Ａ，１７Ｂ，１９Ａ  母線、２０  分散型電源、３０  調相設備、３６  スイッチ群、５０  補助変成器、６０  ＡＤ変換部、７０  演算処理部、７１  バス、７２  ＣＰＵ、７３  ＲＯＭ、７４  ＲＡＭ、７５  ＤＩ回路、７６  ＤＯ回路、７７  入力インターフェイス、１１０  状態量取得部、１２０  制御量算出部、１３０  タップ制御部、１４０  範囲判定部、１５０  調相制御部、１６０  積分演算部、ＣＴ１，ＣＴ２  変流器、ＳＣ  電力用コンデンサ、ＳＷ  リレースイッチ、ＳｈＲ  分路リアクトル、ＴＲ１〜ＴＲ３  変圧器、ＶＴ１，ＶＴ２  変成器。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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