(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線路にタップ変圧器とタップ切換指令を出力する電圧調整リレーとからなるステップ電圧制御装置および直列型電圧制御装置とを設置し、
直列型電圧制御装置を負荷中心点電圧変動分が予め定められた変動許容範囲内となるよう制御すると共に、ステップ電圧制御装置の整定値からタップ制御時間を予測し、これを考慮して直列型電圧制御装置の変動値基準時間を定めて基準電圧を算出し、電圧を発生して補償することにより協調制御ができることを特徴とする配電線路の電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直列型電圧制御装置およびこれとステップ電圧制御装置とを組み合わせた配電線路の電圧制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は先にステップ電圧制御装置（ＳＶＲ装置）と直列型電圧制御装置（直列型ＳＶＣ装置）とを組み合わせた電力系統の電圧制御方式を提案した。（特願平１０−１６８０５１号）。
【０００３】
上記電圧制御方式を図１について説明する。なお、本文中電圧電流のベクトル記号は省略してある。系統電源（配電用変電所）ＰＳからの配電線にＳＶＲ装置１を接続し、その下流側に直列型ＳＶＣ装置２を近接設置する。ＳＶＲ装置１は緩慢な電圧変動補償しかできないので、直列型ＳＶＣ装置２により急激な電圧変動補償を行わせる。
【０００４】
ＳＶＲ装置１は図１３に示すように、タップ切換変圧器１ａと９０リレー１ｂからなり、９０リレー１ｂは、ＳＶＲ装置１の２次側電圧Ｖ２からみた負荷中心点ａの電圧ＶL＝｛Ｖ2−（Ｒ＋ｊＸ）Ｉ｝の大きさに対して、基準電圧Ｖｒｅｆとの差をとり、これを積分回路１１で積分してその大きさが動作時間整定値を超えるとタップ上げ（または下げ）指令をタップ切換変圧器１ａに出力して負荷側の電圧を制御する。ただし、この差の大きさが不感帯を超えなければ積分は行わない。
【０００５】
図１５はＳＶＲ装置１で負荷中心点電圧を制御する場合の負荷中心点電圧の変化を示す。ＳＶＲ装置は原理上タップ上げ（下げ）指令出力に対し数分かかり、タップ制御後も負荷中心点電圧と基準電圧とに差（不感帯以上）があるとさらにタップ上げ（下げ）指令出力に対して数分要する。
【０００６】
直列型ＳＶＣ装置２は図１４に示すように、配電線に接続された並列変圧器Ｔａと直列変圧器Ｔｂおよび変圧器Ｔａ，Ｔｂ間に接続された自励式コンバータ２ａと自励式インバータ２ｂとで構成されている。
【０００７】
直列型ＳＶＣ装置２はその１次側電圧Ｖ1と２次側の電流Ｉを自励式インバータの制御回路に入力して電圧制御を行う。即ち、電圧Ｖ1を基準電圧Ｖｒｅｆにして、電圧を上げる場合は電圧Ｖ1と同相の電圧ＶCを発生させ、電圧を下げる場合は電圧Ｖ1と反対位相の電圧ＶCを発生させる。発生させる電圧ＶCの大きさは直列型ＳＶＣ装置２の２次側電圧Ｖ2から求めた負荷中心点ａの電圧ＶLの大きさが基準電圧Ｖｒｅｆ（＝Ｖ1）になるように制御する。
【０００８】
【数１】
0004107783.tif 000002
【０００９】
電圧Ｖ1，Ｖ2は同位相とし、ＳＶＲ装置１と直列型ＳＶＣ装置２の負荷中心点の位置ａ及び基準電圧Ｖｒｅｆと不感帯の大きさは同じ値としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記電圧制御方式は、ＳＶＲ装置と直列型ＳＶＣ装置とを併用し、緩慢な電圧変動に対してはＳＶＲ装置だけで補償し、急激な電圧変動に対してはＳＶＲ装置で不足する補償電圧を直列型ＳＶＣ装置で補完する。この直列型ＳＶＣ装置はその１次側電圧を基準電圧として制御している。そのためにＳＶＲ装置の負荷側（下流側）に直列型ＳＶＣ装置を近接設置することが条件となっている。
【００１１】
ところで、配電線の電圧補償をする場合、ＳＶＲ装置、直列型ＳＶＣ装置いずれもが、配電柱に装柱されることになる。このため、これらを近接設置させる条件は制約が多く現実的に困難なケースが生ずるものと思われる。
【００１２】
この発明は、直列型ＳＶＣ装置がその１次側電圧を基準とすることなく負荷中心点電圧変動分を一定に制御でき、またＳＶＲ装置と直列型ＳＶＣ装置の協調制御する場合、上記条件を課せることなく、ＳＶＲ装置と直列型ＳＶＣ装置とで配電線の電圧補償ができる配電線路の電圧制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の配電線路の電圧制御方法は、配電線路にタップ変圧器とタップ切換指令を出力する電圧調整リレーとからなるステップ電圧制御装置および直列型電圧制御装置とを設置し、直列型電圧制御装置を負荷中心点電圧変動分が予め定められた変動許容範囲内となるよう制御すると共に、ステップ電圧制御装置の整定値からタップ制御時間を予測し、これを考慮して直列型電圧制御装置の変動値基準時間を定めて基準電圧を算出し、電圧を発生して補償することにより協調制御ができることを特徴としたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１に示すように配電線にＳＶＲ装置１を設けその下流側に直列型ＳＶＣ装置２を設け、電圧を補償すべき負荷中心点（目標地点）ａを定める。ＳＶＲ装置１、直列型ＳＶＣ装置２は従来の技術で説明した図１３、図１４の構成となっている。
【００２４】
まず、直列型ＳＶＣ装置２による負荷中心点電圧の制御方法について説明する。負荷中心点ａの電圧変動率が許容値αを超えると、直列型ＳＶＣ装置２を起動させて、負荷中心点ａの電圧変動率をαに維持するように直列型ＳＶＣ装置２の発生電圧を制御する。そのため、次のように直列型ＳＶＣ装置２の１次側電圧Ｖ1からみた負荷中心点の電圧ＶLの電圧変動率を装置起動条件とする。
【００２５】
【数２】
0004107783.tif 000003
【００２６】
また、緩慢な電圧変動による直列型ＳＶＣ装置２の起動を避け、急激な電圧変動だけを確実に補償するために、負荷中心点電圧を移動平均処理して得られる変動値基準時間△Ｔ時間前の負荷中心点電圧の大きさを基準電圧ＶLｒｅｆとして、現在の負荷中心点電圧ＶLの大きさの電圧変動率ε（％）を求める。
【００２７】
【数３】
0004107783.tif 000004
【００２８】
この電圧変動率εを許容値αと比較し、ε＞αとなった場合、直列型ＳＶＣ装置を起動させる。この装置の２次側からみた負荷中心点電圧ＶL′は、
【００２９】
【数４】
0004107783.tif 000005
【００３０】
この負荷中心点電圧ＶL′の上記基準電圧ＶLｒｅｆに対する電圧変動率ε′を求める。
【００３１】
【数５】
0004107783.tif 000006
【００３２】
この電圧変動率ε′が許容値αになるように、直列型ＳＶＣ装置の発生電圧ＶCの大きさを制御する。
【００３３】
負荷中心点電圧ＶLについて、現在電圧と基準電圧を図２に示す。現在電圧ＶLは現在時点でこれより数サイクル間の負荷中心点電圧の大きさの平均値、基準電圧ＶLｒｅｆは現在より△Ｔ時間（変動値基準時間）前の時点において、これよりＴ0時間（基準電圧平均時間）の負荷中心点電圧の大きさの平均値である。
【００３４】
直列型ＳＶＣ装置２の発生電圧ＶCは次のように求める。  図３にベクトル図を示す。直列型ＳＶＣ装置２の１次電圧Ｖ1と同相成分をｑ軸成分、これより９０°進みの成分をｄ軸成分として表現する。
【００３５】
直列型ＳＶＣ装置２の２次側電圧Ｖ2からみた負荷中心点の電圧ＶL′について、ｄ・ｑ軸成分で表すと、
【００３６】
【数６】
VL′q＋VL′d＝（V1q＋jV1d）＋（VCq＋jVCd）−（r＋jx）（Iq＋jId）
ＶCは、Ｖ1と同相または反対位相であり、Ｖ1はｑ軸成分なので、Ｖ1ｄ＝０、ＶCd＝０である。
【００３７】
【数７】
0004107783.tif 000007
【００３８】
【数８】
0004107783.tif 000008
【００３９】
負荷急変により電圧が低下した場合の負荷中心点の基準電圧ＶLｒｅｆ、現在電圧と基準電圧との電圧偏差△Ｖおよび直列型ＳＶＣ装置２の１次側と２次側電圧よりみた電圧変動率ε，ε′を図４に示す。
【００４０】
図４について、負荷急変動が発生し負荷中心点電圧ＶLが低下する。基準電圧ＶLｒｅｆは現在より△Ｔ時間前の負荷中心点電圧の大きさの平均値であるから、△Ｔ時間変化せずにその後直線的に低下してＴ0秒後負荷中心点電圧ＶLと等しくなる。また電圧偏差△Ｖ＝ＶL−ＶLｒｅｆも△Ｔ時間変化せずその後直線的に減少してＴ0秒後△Ｖ＝０となる。
【００４１】
したがって、電圧変動率ε′（％）は負荷急変と同時に増加する。図４の場合、負荷急変時の電圧変動率εは許容値αを超えているので、負荷急変と同時に直列型ＳＶＣ装置２が起動し、直列型ＳＶＣ装置２の２次側からみた負荷中心点の電圧変動率ε′（％）を許容値αに維持するように直列型ＳＶＣ装置２は電圧ＶCを発生する。
【００４２】
上記電圧変化から△Ｔ時間（変動値基準時間）を超える基準電圧ＶLｒｅｆは電圧変化後の値を平均値計算に取り始めるので、その値は徐々に零に近づいていき、これよりＴ0時間（基準電圧平均時間）後には零になる。
【００４３】
この間に電圧変動率εは許容値αより小さくなり、直列型ＳＶＣ装置２は停止する。直列型ＳＶＣ装置２が停止すると電圧変動率ε，ε′はやがて零になる。配電線電圧は直列型ＳＶＣ装置２の停止とともに電圧低下が継続するが後述のようにＳＶＲ装置１と動作協調を取り△Ｔ時間をＳＶＲ装置１が動作できる時間より大きくするので、電圧変動率εを許容値α以下に維持できる。
【００４４】
図５は直列型ＳＶＣ装置２の設置位置と配電線各点の電圧変動率ε，ε′との関係を示すもので、直列型ＳＶＣ装置２では装置負荷側を補償して配電用変電所（系統電源）から負荷中心点の電圧変動率を許容値以下にする。直列型ＳＶＣ装置２は設置位置に拘わらず上述の電圧算出方法により、負荷中心点の電圧変動分を許容値αに維持できる。
【００４５】
次にＳＶＲ装置１と直列型ＳＶＣ装置２との動作協調について説明する。図６にＳＶＲ装置１の負荷側に直列型ＳＶＣ装置２を配置した配電線の電圧変動率の時間推移を示す。なお、ともに負荷中心点は末端としている。
【００４６】
図６について、電圧変動発生直後▲１▼は、ＳＶＲ装置１は応答できないため、直列型ＳＶＣ装置２が電圧ＶCを出力して負荷中心点ａの電圧変動率εを許容値αに維持する。
【００４７】
その後▲２▼で、ＳＶＲ装置１は負荷側電圧からみた負荷中心点電圧と基準電圧（設定値）との偏差に応じた積分時間が整定値に達するため、タップを上昇させる。このＳＶＲ装置１の動作により直列型ＳＶＣ装置２の電源側電圧はＳＶＲ装置１の１タップ分だけ電圧が補償されるので、直列型ＳＶＣ装置２の補償電圧ＶCが減少する。
【００４８】
以後、ＳＶＲ装置１のタップ動作が進むにつれて直列型ＳＶＣ装置２の補償電圧ＶCは減少する。▲３▼に示すように負荷中心点の電圧変動率が許容値以下になると、直列型ＳＶＣ装置２の補償電圧ＶCは零になる。
【００４９】
以上のように、ＳＶＲ装置１のタップ動作と直列型ＳＶＣ装置２の補償動作は独立しているため、電圧変動直後は直列型ＳＶＣ装置２が、その後段階的にＳＶＲ装置が電圧変動を補償する動作協調が可能となる。
【００５０】
上記は直列型ＳＶＣ装置２がＳＶＲ装置の負荷側に設置された場合であるが、直列型ＳＶＣ装置２がＳＶＲ装置１に対して電源側に設置された場合の動作協調は上述とは異なる。この場合は移動平均値の基準時間△Ｔ、即ち図２の変動値基準時間△Ｔを適当に整定することにより協調制御が可能となる。
【００５１】
上記の方法はＳＶＲ装置が同一線路に複数台設置されている場合にも適用できる。
【００５２】
ＳＶＲ装置１の負荷側に直列型ＳＶＣ装置２を設置した場合の動作協調性能についてのディジタルシミュレーション結果について述べる。解析対象回路は図７に示すように、急変動負荷として変電所より１０ｋｍの配電線末端（＃７）に同期発電機Ｇを選定し、出力１［ＭＷ］（力率１）運転時の発電機脱落を模擬した。ＳＶＲ装置（ＳＶＲ）と直列型ＳＶＣ装置（ＳＶＣ）の負荷中心点は配電線末端とし、電圧変動率許容値（整定値）を５％とした。また、ＳＶＲ、ＳＶＣの設置点は変電所よりそれぞれ４ｋｍ、６ｋｍの地点とした。
【００５３】
シミュレーション結果を図８に示す。急変負荷である同期発電機脱落直後の▲１▼ではＳＶＲ装置の１次側（＃４）電圧よりみた負荷中心点（＃７）の電圧変動率εは、７．７％である。電圧変動率εの許容値は５％なので、直列型ＳＶＣ装置は起動し、その装置の２次側（＃５）電圧よりみた負荷中心点の電圧変動率ε′を許容値の５％になるように直列型ＳＶＣ装置は発生電圧を制御する。その結果、負荷中心点の電圧変動率ε′は４．９％になり、配電線全体の電圧変動率は許容値の５％以下になる。
【００５４】
同期発電機脱落後から約８秒経過の▲２▼では、ＳＶＲ装置は動作してタップ制御（電圧変動率で１．５％相当）される。直列型ＳＶＣ装置の１次側電圧からみた負荷中心点の電圧変動率は６．１％であるので、直列ＳＶＣ装置は起動し続け、この装置の２次側電圧からみた負荷中心点の電圧変動率ε′を５％に維持するよう発生電圧を制御するが、ＳＶＲ装置で電圧制御された（電圧変動率で１．５％相当）発生電圧は小さくなる。
【００５５】
ＳＶＲ装置が１タップ制御してからさらに１０秒（同期発電機脱落後から１８秒）経過の▲３▼で、ＳＶＲ装置は動作し、２タップ制御されると、直列型ＳＶＣ装置の１次電圧からみた負荷中心点の電圧変動率は４．２％になるのでＳＶＲ装置は停止する。しかし、ＳＶＲ装置の動作により配電線全体の電圧変動率は許容値の５％以下なので、目的とする電圧制御は果たされており、ＳＶＲ装置と直列型ＳＶＲ装置の動作協調は良好になされている。
【００５６】
この動作協調はＳＶＲ装置の整定値などから電圧変動に対するタップ制御時間を予測し、これを考慮して直列型ＳＶＣ装置の△Ｔ時間（変動値基準時間）を決めることによって良好になされる。
【００５７】
実施の形態２
直列型ＳＶＣ装置の通常負荷電流は電源端（配電用変電所）から負荷の方へ電流が流れる。しかし最近配電系統へ分散型電源が導入されており、この電源によって直列型ＳＶＣ装置からみて電流方向が電源端へなることがある。これを逆潮流と呼んでいる。
【００５８】
図９の（ａ）、（ｂ）は順送状態での逆流なし、ありの状態を示す。順送とは常時の配電用変電所ＰＳ１から電力供給される状態をいう。これに対して常時の配電用変電所ＰＳ１から事故などで電力供給できない場合、別の配電用変電所（分散型電源）ＰＳ２から電力供給することがあり、この配電用変電所ＰＳ１からの電流の流れが順送時とは逆になる状態を逆送と呼んでいる。図１０の（ａ），（ｂ）は逆送状態での逆潮流なし、ありの状態を示す。
【００５９】
実施の形態２は逆潮流のあり、なしに拘わらず順送、逆送条件を自動的に判定して順送時のみ直列型ＳＶＣ装置を機能させる。逆送時に直列型ＳＶＣ装置を機能させないのは、電源端ＰＳ１からみて負荷端が逆方向になるからである。逆潮流がなければ常時の電流方向で順送か逆送判定は可能である。しかし逆潮流を考慮するとその順送・逆送判別方法では判定不可能である。
【００６０】
図１１について、配電線の分散型電源ＰＳ２の上流側（配電用変電所ＰＳ１側）に直列型ＳＶＣ装置２を設けて負荷Ｌ２の投入時などの過渡的な電圧変動補償をする。負荷Ｌ２投入時の電流は配電用変電所ＰＳ１と分散型電源ＰＳ２から供給される。従って図１１にしめすように、直列型ＳＶＣ装置２より負荷Ｌ２側にある負荷投入による電流変化△Ｉ方向は逆潮流有りでも逆潮流がない場合と同様に配電用変電所ＰＳ１から投入負荷方向になる。負荷遮断はこれとは電流変化方向は逆になる。
【００６１】
この場合の直列型ＳＶＣ装置２の電源側電圧Ｖ1の変化分△Ｖ1の符号を求める。急変動負荷投入による電流変化分の有効分を△Ｉｐ、無効分を△Ｉｑとすると△Ｖ1は［数９］となる。
【００６２】
【数９】
△Ｖ1＝−√３（Ｒｅ△Ｉｐ＋Ｘｅ△Ｉｑ）（電圧低下方向を負とした）
ただし、Ｒｅ，Ｘｅ：配電用変電所からＳＶＣ設置点までの配電線抵抗、リアクタンス
△Ｉｐ，△Ｉｑ：有効、無効電流変化分（増加方向を正とする。無効電流は遅れを正）
アルミ線１２０ｍｍ2は単位長あたりＲｅ＝０．２５Ω／ｋｍ、Ｘｅ＝０．３５Ω／ｋｍである。よって負荷力率進み０．８０（位相角４０°）の負荷投入のときには有効電流による電圧降下と進み無効電流による電圧上昇が打ち消し合い電圧変化が零になる。これより力率（進み）が低下すると進み無効電流による電圧上昇が有効分による電圧降下を上回り電圧変化分の符号は正となる（電圧増加）。
【００６３】
一方、負荷力率進み０．８０より力率が大きくなるとき、または負荷遅れのときは進み無効電流による電圧上昇が小さくなる、または遅れ無効電流による電圧降下が大きくなるので、電圧変化分の符号は負になる（電圧低下）。
【００６４】
この性質は分散型電圧によりＳＶＣ装置箇所の潮流状態（逆潮流あり・なし）と無関係に成立する。（図１２（ａ）の右半面）。負荷遮断時は投入時の関係と反対になる（図１２（ａ）の左半面）。
【００６５】
逆送条件でのこれらの関係は図１２（ｂ）に示すように順送時と対称となる。
【００６６】
【表１】
0004107783.tif 000009
【００６７】
よって、表１に示すように直列型ＳＶＣの１次電圧Ｖ1と電流変化分△Ｉとの位相関係とこの電圧の大きさの変化した符号（電圧上昇で正、電圧低下で負）によって順送・逆送判定を行うことができる。この順送・逆送判定結果が順送の場合のみ直列型ＳＶＣ装置を機能可能としておき、順送時の負荷点の電圧変動を実施の形態１の場合と同様に制御する。
【００６８】
【発明の効果】
本願の発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。
【００６９】
（１）設置箇所を制約することなく負荷中心点電圧変動率を許容値以下にできる。
【００７０】
（２）直列型ＳＶＣ装置は負荷中心点電圧変動分の大きさが整定値以上の条件で起動する。
【００７１】
（３）直列型ＳＶＣ装置の負荷中心点の電圧の変動分を負荷中心点電圧の移動平均値の常時一定時間（変動値基準時間）から求めた基準電圧から算出した場合、変動値基準時間を超えると電圧変動率は許容値より小さくなり、直列型ＳＶＣ装置は停止する。
【００７２】
（４）ＳＶＲ装置と直列型ＳＶＣ装置との協調制御が容易となる。
【００７３】
（５）順送時の電圧変動に対して確実に起動し、補償電圧を発生する。
【００７４】
（６）電圧変動分だけを補償するので装置小容量化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＶＲ装置と、直列型ＳＶＣ装置の協調制御説明図。
【図２】演算に使用する電圧の説明図。
【図３】直列型ＳＶＣ装置の発生電圧を説明するベクトル図。
【図４】直列型ＳＶＣ装置の１次側と２次側電圧よりみた電圧変動率を示すグラフ。
【図５】直列型ＳＶＣ装置設置位置と配電線各点の電圧変動率を示すグラフ。
【図６】ＳＶＲ装置と直列型ＳＶＣ装置の協調制御における配電線の電圧変動率の時間推移を示す概念図。
【図７】解析対象回路図。
【図８】シミュレーション結果を示すグラフ。
【図９】順送状態を示す直列型ＳＶＣ装置設置の配電線路図。
【図１０】逆送状態を示す直列型ＳＶＣ装置設置の配電線路図。
【図１１】順送条件逆潮流ありでの負荷投入による電流変化方向の説明図。
【図１２】電圧・電流の位相関係を示すグラフ。
【図１３】ＳＶＲ装置の構成を示すブロック図。
【図１４】直列型ＳＶＣ装置の構成を示すブロック図。
【図１５】従来ＳＶＲ装置配電線路の負荷投入による電圧降下説明図。
【符号の説明】
１…ＳＶＲ装置（ステップ電圧制御装置）
２…直列型ＳＶＣ装置（直列型電圧制御装置）
ε…直列型ＳＶＣ装置の１次側電圧よりみた負荷中心点の電圧変動率
ε′…直列型ＳＶＣ装置の２次側電圧よりみた負荷中心点の電圧変動率
【図１】
0004107783.tif 000010
【図２】
0004107783.tif 000011
【図３】
0004107783.tif 000012
【図４】
0004107783.tif 000013
【図５】
0004107783.tif 000014
【図６】
0004107783.tif 000015
【図７】
0004107783.tif 000016
【図８】
0004107783.tif 000017
【図９】
0004107783.tif 000018
【図１０】
0004107783.tif 000019
【図１１】
0004107783.tif 000020
【図１２】
0004107783.tif 000021
【図１３】
0004107783.tif 000022
【図１４】
0004107783.tif 000023
【図１５】
0004107783.tif 000024