電力系統と電力系統技術発展の系統化調査
Comprehensive Survey on the History of Power Systems and Power System Technologies in Japan鈴木 浩 Hiroshi Suzuki■ 要旨
本調査では、わが国における電力系統と電力系統技術の歴史の体系化に取り組んだ。
電力系統とは、電力を需要家の受電設備に供給するための、発電・変電・送電（66 kV 以上）・配電（100 Vまで）を統合したシステムである。日本では、10 の電力会社がそれぞれ電力系統をもち、沖縄電力を除いた 9電力会社の電力系統は近隣の電力系統と弱い連系で接続されている。相互影響が少ないが、ある電力系統が不安定になると、接続された他の電力系統に影響を与えうる。
一方、電力系統技術とは、電力系統を構成、計画、運用、制御、解析する技術であり、電力系統の実装のために必要な工学的技術をいう。わが国の電力系統技術は、1960 年代にアメリカで開発されたものを技術輸入してわが国で開発を開始した。その後、わが国の電力系統の特殊性を考慮した多くの電力系統技術が開発されている。こうした技術開発を担っていたのが重電メーカーといわれる企業である。日立、東芝、三菱電機をはじめとする総合電機メーカー、富士電機、明電舎、日新電機などの多くの重電メーカーが存在し、しのぎを削っていた。
本報告書では、まず、わが国の電力系統発展の歴史を東京電力、関西電力、中部電力を例としてそれらを比較しながら年代、社会的背景を追って紹介した。次に、わが国の電力系統の構成、制御システムを実現するきっかけとなった大規模な停電を紹介した。また、わが国の電源計画、送電系統の計画とはどのようなものかを示した。
将来の電力系統を考えるにあたって検討されたが、現在は使われていない電力系統技術がほかへの展開が図られた例や将来への期待とともに紹介した。
電力系統技術として、現在も幅広く使われている機器、システム、解析技術を中心にその歴史的背景と、開発上の困難さを紹介した。具体的には、需給制御と周波数制御、系統安定性を維持するのに必要な電力系統制御の発展の歴史をまとめた。また、系統解析技術、STATCOM、シミュレータの開発の歴史を紹介した。
わが国では、当初 9 つの電力会社が供給義務と引き換えに地域独占を行っていたことから、電力会社が国内では大きな力を有していた。重電メーカーは電力会社の厳しい仕様に沿った最高の技術を用いた高性能の素子、機器やシステムを生んできた。この点で、わが国電力産業の構造は利点であったと言える一方、国際的にみると、わが国のメーカーの競争力はこれまで強い力を有していたとはいえない。本報告ではこうした点にも触れている。

3

■ Abstract
In this study, the author aims to systematize the history of power systems and power system technologies
in Japan.
An electric power system is a system that integrates power generation, transformation, transmission (66 kVor more), and distribution (up to 100 V) to supply power to customers' facilities. In Japan, 10 electric powercompanies have their own electric power systems, and the 9 electric power systems except Okinawa ElectricPower are weakly interconnected to the neighboring electric power systems. Although the mutual influence islimited, the instability of a certain power system can affect other connected power systems.
Power system technology is for designing, planning, operating, controlling and analyzing a power system,
and involves engineering techniques necessary for implementing a power system. Japan's power systemtechnology was developed by importing technology developed in the United States in the 1960s. Since then,power system technologies to address the uniqueness of Japanese power systems have been developed.
Electrical manufacturers, such as Hitachi, Toshiba, Mitsubishi Electric, Fuji Electric, Meidensha and Nissin
Electric, were responsible for this technological development and engaged in fierce competition.
In this report, the author first illustrates the history and social background of power system development
in Japan over the years, comparing Tokyo Electric Power, Kansai Electric Power and Chubu Electric Poweras examples. Secondly, he focuses on the large-scale power outages that triggered the achievement of thecurrent power system configurations and control systems in Japan and also on power generation planningand transmission system planning in Japan. Thirdly, the author refers power system technologies thatwere originally developed to shape future power systems. Some of them were eventually diverted to otherapplications and others are candidate technologies for the future. Fourthly, this report explains the historicalbackground and the difficulties in power system technology development centering on the equipment, control
systems and analysis technologies that have been broadly used up to the present. Specifically, the historyof the development of power system controls necessary to maintain supply and demand control, frequency
control, and system stability control is summarized. Fifthly, the report also covers such topics as the historyof the STATCOM, system analysis technologies and simulator development.
In Japan, electric power companies held dominant power because the above-mentioned 9 companies hada regional monopoly in exchange for their obligation to supply power. Electrical manufacturers have produced
high-performance elements, devices and control systems combining optimum technologies in order to meetthe specifications demanded by electric power companies. In this respect, it can be said that the industrial
structure of the power industry was an advantage in Japan. Nevertheless, from an international perspective,
the competitiveness of Japanese electrical manufacturers has never been strong. These issues are also
discussed in this report.

■ Contents
1. はじめに… …………………………………………… 198
2. 社会変化と系統構成… ……………………………… 200■ Profile鈴木 浩

3. わが国における大停電の歴史… …………………… 207
Hiroshi Suzuki

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員
1974 年 3 月
1974 年 4 月
1979 年
2000 年 4 月
2003 年 4 月
2012 年 4 月
2018 年 4 月

東京大学工学系大学院博士課程修了、工学博士
三菱電機株式会社に入社、以後 29 年間電力系統
技術開発に従事
米国ウエスティングハウス社にて実習
三菱電機株式会社 役員技監
ゼネラルエレクトリックに入社
日本経済大学大学院教授、研究科長
国立科学博物館 主任調査員

4. 電源開発計画… ……………………………………… 220
5. 送電網の計画… ……………………………………… 222
6. 将来のための技術… ………………………………… 227
7. 需給 ･ 周波数・運用制御の歴史… ………………… 235
8. 系統安定化制御の歴史… …………………………… 244
9. 電圧制御の歴史… …………………………………… 249
10. 電力系統技術の開発史… …………………………… 252
1 1. 電力系統技術を支えてきた組織… ………………… 266
12. おわりに… …………………………………………… 268

1｜はじめに電力系統とは、電力を需要家の受電設備に供給すたが、現在のところまだ実使用に至っていない技術のる た め の、 発 電・ 変 電・ 送 電（66 kV 以 上 ）・ 配 電

うちで、ほかへの技術展開されたものを紹介すること（100 V まで）を統合したシステムである。日本では、とした。

10 の電力会社がそれぞれ電力系統をもち、沖縄電力

電気学会には、その創立 100 周年を機に、電気技術を除いた 9 電力会社の電力系統は近隣のいずれかの電史技術委員会が活動を開始した（1990 年）。筆者は、

力系統と接続されている。日本の商用電力設備のほと

その設立から関係し、委員会の幹事、委員、副委員

んどはこの巨大な電力系統に接続されている。各電力長、委員長を合わせて 27 年間務めてきた。1995 年こ

系統間の連系は強くなく、50 Hz の東京電力と 60 Hz

ろ当時の委員長であった東京電力の最高顧問三井恒夫の中部電力間の接続などいくつかの接続は直流を介しから、幹事であった筆者に「電力系統発展の系統化をて連系している。相互の連系が弱いため、相互影響はぜひまとめたいですね」といわれた（1.3）。それから 25少ない。しかし、ある電力系統が不安定になると、接年の月日がたったが、今回、電力系統技術の系統化調続された他の電力系統にも影響を与えうる。大陸では査の機会をいただいたのはまさにこのミッションを果

国境を越えた電力系統の接続も行われている。

たせとの天の恵みでないかとお引きうけした。

わが国で「電力系統」という用語が初めて用いられ

電気技術史技術委員会では、毎年、電気技術の社会たのは 1928 年（昭和 3 年）森秀が記事「東京方面の的貢献の大きかった技術を「でんきの礎」として顕彰

電力系統」を電気学会誌に発表したのが最初といわれしている。本報告書で紹介する電力技術の多くは、こ

ている

（1.1）

そこでは電力系統は「電力の通っている筋

道のこと」とし、系統は「発電所から需要家に至るま

電力系統と電力系統技術そのものに関する技術的説で」と範囲は広く、電力系統を「ひとの身体の循環系

明は、電気工学ハンドブックや、電気学会調査報告

等になぞらえて」紹介している。同氏は特に電気の信（1.5）
「電力系統の安定性に関わる解析技術の歴史」など

頼性を高める必要性を強調している。

に詳しく述べられているのでそちらを参照いただきたい。

（1.2）

で初めて「電力

本報告書では、電力系統の長い歴史の中で、筆者が系統」という用語が定義されたのが、1951 年発行の直接あるいは間接的に関連した技術に関して、筆者の中であり、「電力系統とは、電力の発生から、消費に目を通して記述するものである。

その後、電気工学ハンドブック

至るまでの一貫したシステムであり、水力・火力およ

第 2 章では、わが国の電力系統発展の歴史を東京電

び原子力発電所、送電線、変電所、配電線、負荷など

力、関西電力、中部電力を例としてそれらを比較しなから構成されている」としている。

がら年代を追って紹介する。

一方、電力系統技術とは、電力系統を構成、計画、第 3 章では、わが国の電力系統の構成、制御システ

運用、制御、解析する技術であり、電力系統の実装のムを実現するきっかけとなった大規模な停電を紹介すために必要な工学的技術をいう。わが国の電力系統技る。その中で同じ時期に米国で生じた大規模停電と比術は、1960 年代にアメリカで開発されたものを技術較することでわが国の特徴を浮かびあがらせた。

輸入してわが国で開発を開始した。その後、わが国の電力系統の特殊性を考慮した多くの電力系統技術が開第 4 章では、わが国の電源計画の大きな流れをまとめている。

発されている。また、当時は 9 つの電力会社が供給義第 5 章は、送電系統の計画とはどのようなものかを務と引き換えに地域独占を行っていたことから、電力示すために、送電線が全く何もないところに送電系統

会社が国内では大きな力を有していた。こうした技術を計画するという架空のデザインを行った例を紹介し開発を担っていたのが重電メーカーといわれる企業でている。

ある。日立、東芝、三菱電機をはじめとする総合電機

第 6 章は、将来の電力系統を考えるにあたって検討

メーカーも含め、富士電機、明電舎、日新電機などのされたが、現在は使われていない電力系統技術がほか

多くの重電メーカーが存在し、しのぎを削っていた。

へ展開された例を将来への期待とともに紹介する。

本報告においては、現在も幅広く使われている機器、システム、解析技術を中心に、その歴史的背景と開発の実際の困難さを紹介する。一方で、検討はされ198の顕彰を受賞している（1.4）。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

第 7 章は、電力系統制御の中核となる、需給制御と周波数制御の歴史を振り返る。
第 8 章は、電力系統に固有な問題である系統安定性

を維持するのに必要な電力系統制御の発展の歴史をま

文

とめた。

（1.1）森秀「東京方面の電力系統」電気学会誌、888、

第 9 章は、電圧制御の歴史を個別制御から協調制御に至った道のりを紹介した。ここでは電圧不安定現象についても触れた。
第 10 章は、電力系統技術の中核となる分野である
系統解析技術、STATCOM、シミュレータの開発の歴史を代表として紹介した。
電力系統技術は大変幅が広く本調査の対象以外にも献
昭和 3 年（1.2）電気学会編「電気工学ハンドブック」オーム社、1951 年（1.3）三井恒夫「電力系統技術史への誘い」電気学会
誌、118 巻、1 号、1998 年 1 月号
（1.4）https://www.iee.jp/foundation/

2019 年 10 月

30 日閲覧

広がっているが時間の制約でカバーしきれていない。
それぞれの分野の専門家から見ると、誤っているとこ
ろや筆者の思い込みもあるかもしれない。それらには、ご意見をいただき、本報告書が電力系統と電力系
統技術の系統化への問題提起になれば筆者として幸いである。
尚、本報告書では敬称を省略させて頂いた。

電力系統技術の系統化調査

199

2｜社会変化と系統構成
2.1 電力系統の構成に供給する系統は高圧（154 kV 以下）の放射状系統が一般的である。これは、各電力会社内の 66 kV 以
上の電圧の高圧送電系統（基幹系統）は発電所や大需電力系統は、需要家に安定的に電力を供給するため要地が海岸部に偏在していることと、日本の国土が細につくられる社会基盤である。このため、それぞれの長い形状をし、各電力会社の供給地域がくし形に並ん

時代、社会的背景、技術開発と切っても切れない関係でいることから、複数の電力会社の系統をメッシュ状を持っている。

に連系することが困難であったためである。一方、欧

この章では、わが国の電力系統の発展の歴史を主に

米の主要系統はメッシュ系統（グリッドと呼ばれるこ

三つの電力会社、東京電力、中部電力と関西電力を対ともある）となっており、小規模停電は少ないものの、象に比較しながらまとめた。

国をまたがった、若しくは全国大の大規模停電が発生

電力系統の構成は、大きくは、放射状系統（樹枝状しているのがその特徴である。

系統）、ループ系統とメッシュ系統（グリッドと呼ぶ）に分けられる（2.1）。メッシュ系統はループが多重に構成された系統のことを言う。図 2.1 からわかるように、放射状系統では、一つの変電所への電力供給が発 ･ 変電所 1 か所からであるのに対し、ループ系統では 2 か所以上から電

2.2 電気事業の歴史から見た特徴（1）二つの周波数を持つ日本の電力系統

力が供給される。メッシュ系統はループ系統が更に複日本の電気事業の歴史上、東日本の電力会社が欧州雑に組み合わさったもので、一つの変電所に多くの発（50 Hz）から発電機を輸入し、西日本の電力会社が米･ 変電所から電力が供給されている。単一事故時の停国（60 Hz）から発電機を輸入したために、わが国の電を考えると、メッシュ系統、ループ系統、放射状系

電力系統は世界で例を見ない二つの周波数をもつ系統

統の順に有利、すなわち、事故波及を考えなければ停に至った。周波数を統一しようとする動きは第二次大電を起こしにくいといえる。一方、事故発生時の系統

戦後からこれまでも何度かあった。しかし、膨大なコ（設備）保護若しくは事故の影響が広範囲に波及するストがかかることもあり、見送られてきたのが実情である。

ということを防ぐという点、さらには電力潮流管理の2011 年の東日本大震災後の東日本の電力不足に際容易さという点から見ると、放射状系統、ループ系統、

し、周波数の異なる西日本の 60 Hz の電力を周波数変メッシュ系統の順に有利である。これらの特徴から、換所の容量の制約から十分に東日本に融通できなかっ

メッシュ系統では小規模な停電は起こりにくいが、稀た。このため、周波数の統一が改めて話題となった

頻度事故に対して大規模停電に至る可能性がある一が、それに必要な膨大なコストを考えて見送られてい方、放射状系統は小規模停電の発生頻度は高くなるもる。そのかわり、周波数変換所の容量増加が提案されのの、大規模停電に至る可能性は低い。

るに至っている。

日本の各電力会社では、大電力を送る基幹系統は500 kV や超高圧（275、225 kV）のループ系統、負荷（2）電力系統の送電電圧の変遷
電力需要の増加に伴い、電力系統は大容量、大規模化してきた。大容量化に対応するために、送電線の電圧を上げ、電流値を下げることで損失を減らし、また安定に電力を送ることができる。わが国の送電電圧の昇圧化の歴史は図 2.2 に示される。1920 年代からは概ね 20 年 ご と に 154 kV、275 kV、500 kV と 昇 圧 が 行
われ、2020 年現在は 500 kV が最高電圧となっている。
（3）電力系統の発展
1951 年、わが国の電力事業は戦時中の国家管理体

図 2.1

200

系統構成のタイプ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

制から地域ごとの発送電一貫の 9 電力体制に再編成さ

中信
松島
南向

川辺

豊

泰阜

犬山( 関西)

大井川

岩倉

日進

名港

名古屋

伊勢湾
太平洋

図 2.4
図 2.2 わが国の送電電圧の変遷

終戦直後（1951 年）の中部電力の電力系統（154 kV） □は発電所れた。電力事業は、供給義務と引き換えに地域独占と電力では内陸部にある山岳の水力発電所から東京湾周なり、それぞれが電力系統を構成することとなった。

辺に電力を送る構成であった。中部電力では北東地区

ここではその歴史を、時代を追って中央三社と言われにある水力発電の電力を名古屋地区に送電することがる東京電力、関西電力、中部電力を例として述べるこ

電力系統の課題であった。送電電圧は 154 kV であっととする。

た。系統構成はいずれも放射状であった。

以下の系統図は、2005 年 3 月に開催された電気学会全国大会における電気学会シンポジウム「電力系統（2.2）2）基幹系統の確立
その後、1960 年頃になると電力需要が毎年 10％以において、講演で使われた上の伸びを示す中、大容量の電力を需要地に送電するもので、座長を務めた筆者が講師の了解を得て、使わために、基幹系統という考え方が導入され、電力系せていただいた。

統も発達した。その例が東京電力（図 2.5）
、関西電力

1）戦後すぐの電力系統（図 2.6）、中部電力（図 2.7）の電力系統で示される。

の歴史と今後の展望」

1951 年（昭和 26 年）頃のわが国の電力供給は主に3）大停電後、発電は火力中心に水力発電でまかなわれていた。火力発電がまだ普及し後で述べる関西電力での御母衣（みほろ）の事故ておらず、水主火従といわれていた。水力発電所は山（1967 年）など大きな停電が生じ、電力系統の見直し

間部に建設され、都市部や産業地帯に電源線を通じが行われた。電源では 1962 年になると、火力発電所て電力を送っていた。その例を図 2.3 の東京電力と図の運転が各所で始まり、火主水従の時代となった。そ2.4 の中部電力の電力系統で見ることができる。東京の後には 500 kV 送電も導入されてきて、三つの電力

1955年

会社の電力系統は図 2.8－2.10 に示される。

統は，

区の拠点
送電線
万V内輪線

図 2.3

終戦直後
（1955 年）の東京電力の電力系統（154 kV と 66 kV） □は発電所

図 2.5

1965 年の東京電力の電力系統（実線は 275 kV）

電力系統技術の系統化調査

10

201

意志決定
(1968)
1963

ピーク: 4,718MW

意志決定(1983)

1980

1997

ピーク:18,176MW(500kV 交差二重外輪系統の完成)(500kV 放射状外輪系統の完成)(275kV 系統の完成)

原子力

ピーク:31,410MW

水力
力
水

水力

関西電力
関

西名古屋

火力

名古屋
(電発)

東上田

川辺

岩倉

北勢
三重

川根

新名古屋
西名古屋

知多
四日市
三重
武豊
伊勢湾

1963 年の関西電力の電力系統（太線は 275 kV）:原子力発電所:変電所
凡例:火力発電所
:開閉所
中信
朝日
松島
:連系点
小坂 :水力発電所
南向

中信

川辺

西濃

図 2.6

水力

原子力
高根第一
東上田

佐久間
(電発)

火力東名古屋

東京電力

三河

駿遠
太平洋

渥美

尾鷲三田

図 2.10:275kV 送電線:500kV
送電線
1971
年の中部電力の電力系統（太線は 275 kV）

生田
豊

泰阜

名古屋
( 電発)

奥泉
佐久間
( 電発)

名古屋
日進
名港
大高

500 kV は、東京電力では 1973 年房総・新古河変電

飯島
平岡所間で、関西電力では 1974 年奥多々良木発電所・猪井川

名川変電所間で送電が開始された。

大井川

この頃から電力系統の計画においては N-1 則という清水玉川

考え方が取り入れられるようになった。すなわち、電力系

伊勢湾
太平洋

統の中の一つの主要な機器が故障となっても停電が起きないように計画を立てる方法である。例えば、大規

図 2.7 1957年の中部電力の電力系統（154 kV） □は発電所

模発電機 1 台が停止しても停電が起きない。重要な送電線が 1 回線停止しても電力が送られる、大容量の変圧器が 1 台停止しても停電が起きないなどである（2.3）。
4）電力のニーズが量から質へ
1980 年代を過ぎると電力需要の伸びが年 5％程度となり、電力の量よりも質（囲み記事参照）が求められるようになってきた。送電電圧としては 500 kV が全
国的に使われるようになり、基幹系統を構成する外輪線も 2 重化が適用されてきた。原子力発電所も複数箇

1985年

電力系統開発(500kV採
採 用 から 二 重 外 輪 系 統 の 完 成 ま で )6

1980年には，首都圏を囲む50
外輪系統がほぼ完成
意志決定
意志決定(1968) その後も長期構想に基づき，(1983)

1963

ピーク: 4,718MW

図 2.8(275kV 系統の完成)

1980

ピーク:18,176MW

1997

ピーク:31,410MW

1975 ・需要の増大
年の東京電力の電力系統（太線が 500 kV）(500kV 交差二重外輪系統の完成)(500kV 放射状外輪系統の完成)
・電源の開発原子力

水力力
水に対応して，50万V系統を

原子力

水力

水力

0
火力

図 2.9

凡例

202

火力

1980 年の関西電力の電力系統（太線は 500 kV）:原子力発電所:275kV 送電線:変電所:火力発電所:500kV 送電線:開閉所:水力発電所:連系点
国立科学博物館技術の系統化調査報告
Vol.29 2020. March

500kV架架空送電線
275kV架架空送電線（500kV設
設計）

図 2.11

50

100km

275kV架架空送電線
275kV地
地中送電線

1985 年の東京電力の電力系統
13

(1983)
1997

ピーク:18,176MW

放射状外輪系統の完成)

原子力

ピーク:31,410MW(500kV 交差二重外輪系統の完成)

水力
力
水

水力

原子力

火力

火力

図 2.12

1997 年の関西電力の電力系統（太線は 500 kV）:275kV 送電線:500kV 送電線

新信濃ＦＣ
(東京)

0

信濃
北部

西部
関西電力

西名古屋

四日市
三重

知多
武豊
伊勢湾

東京電力

新三河 東栄知多第二

500kV架架空送電線（1000kV設
設計）
500kV架架空送電線
500kV地
地中送電線

佐久間
(電発)

東部

新名古屋

50

図 2.14

駿遠

100km

275kV架架空送電線
275kV地
地中送電線

2003 年の東京電力の電力系統

浜岡
渥美

太平洋

尾鷲三田

図 2.13 1986 年の中部電力の電力系統（太い破線が 500 kV、細線が 275 kV）

所で運用開始となり大容量送電が行なわれるようになった。この流れを三つの電力会社で見たものが図

西播
東近江

2.11－13 である。
5）2000 年代の電力系統
その後電力需要は毎年 5％で伸び、電力系統もそれに応じて発展してきた。今後の電力需要の伸びは大きくなることはないと予想され、電力系統の構成は概ね確立されたといってよい。東京電力、関西電力、中部:電力の電力系統を図 2.14-16 に示す。
東京電力では、将来の需要の伸びがあった場合に備

図 2.152001 年の関西電力の電力系統（500 kV）

え、第 3 外輪を建設したが、それと柏崎刈羽原子力発電所につながる北へ延びる送電線をともに 1,000 kV

南福光で設計し、500 kV で運用することとなった。
関西電力では、500 kV の送電系統を濃い線と薄い

信濃奧美濃

線の二重としながらも、これらを交差して運用する交

岐北

岐阜
南信

北部

差二重外輪線の構成としている。
中 部 電 力 は、500 kV の 二 重 外 輪 線 と そ の 内 側 に

新信濃ＦＣ
(東京)

三重

西名古屋

関西電力
川越

275 kV の送電線からなる 3 重の外輪線構成としている。

四日市

豊根 佐久間
(電発)

愛知

西部

東部
新三河 東栄

新名古屋
知多第二

知多
武豊
伊勢湾

東京電力
静岡
駿遠

碧南
渥美

太平洋

浜岡

（4）系統連系の考え方
第二次大戦中の日本発送電 + 地域配電会社の電力体制は、戦後、地域配電会社をベースとした 9 電力体

尾鷲三田

図 2.16

2004 年の中部電力の電力系統（太線は 500 kV）

電力系統技術の系統化調査

203

制（のちに、沖縄電力が加わり、10 電力体制）となっが全国大で電力融通を斡旋するという役割を担うこた。その際、各電力会社は地域需要に供給できるようととなった。

電源、系統をもち、その後の需要増加に対しても、各

そ の 後、 東 京 電 力 と 中 部 電 力 間 の 周 波 数 連 系 は電力会社内で電源開発、系統増強を行ってきた。この佐 久 間 周 波 数 変 換 所 に 加 え 1977 年 新 信 濃 変 電 所

ように日本の電力系統は、各電力会社で自給自足でき（300 MW）でも行われ合計 600 MW に増強された。

る、まさしく、地産地消を実現してきたともいえる。

北海道電力と東北電力の連系は、1979 年に海底ケー

はじめの電力会社間連系は、1959 年東京電力と東ブルを用いて直流送電（600 MW）で実現し、これで北電力が 275 kV でつながれたことに端を発する。引

全国の電力会社がすべて連系された。1980 年には、

き続き、1964 年には、60 Hz 系全体が 275、225 kV（通60 Hz 系の西側系統の連系は 500 kV に昇圧されてい称超高圧、Extra High Voltage、EHV、ただし海外る。

で EHV というと 500 kV を含む）で連系されること1994 年には四国電力と中国電力の連系が強化されになった。また、東京電力と中部電力の異なる周波数た。北陸電力と関西電力が 500 kV で連系されたのはの連系 50-60 Hz が、佐久間周波数変換所で直流送電

1997 年である。中部電力と北陸電力は、それぞれがにより連系された（300 MW）。

関西電力と連系されていたので交流で連系するとルー

終戦後の電力の需給状況は、電力需要の年 10％以

プ潮流を発生させてしまうために南福光連系所で直流上の高い伸びと、戦時中からの電源開発の空白が響で連系された（1999 年 300 MW）。関西電力と四国電

き、各地域で電力需給の不均衡が生じ、電力の使用制

力の間が紀伊水道の海底ケーブルの直流送電で連系さ限が相次いでいた。こうした事態を打開すべく、自主れたのが 2000 年である（わが国最大の 1,400 MW）。

経営体制を維持しながらも、各社協力を進め需給安定

2001 年には関西電力と中国電力がはじめて二カ所と原価低減を図るために、1958 年中央電力協議会がで連系された。この 2 点連系以外では、日本全体の発足した。電力融通に関しては、中央給電連絡所を設

電力系統は、図 2.17 に示すように、新信濃、佐久間、

置していたが、1951 年から中央給電連絡指令所（当東清水と 3 か所の周波数変換所による中部電力系統と初東京の小石川、その後神保町、現在は存在しない）

東京電力系統の連系を除き、電力会社間の連系線は 1

図 2.17204

国立科学博物館技術の系統化調査報告

我が国の電力会社間連系の現状（2.3）

Vol.29 2020. March

ルートであるのが一般的であった。この各電力会社間

文の連系線は、①設備事故などの想定外の事象に対する（2.1）加藤政一「日本の電力系統」日本電気設備学会

相互応援による供給信頼度の向上、②他事業者の安価な電気の経済融通、という目的がある。

献誌、2015 年 12 月

（2.2）電気学会シンポジウム「電力系統の歴史と今後の展望」電気学会全国大会、2005 年 3 月（5）高い供給信頼度
日本の電力系統は、系統事故に対しても大規模な停

八木誠「関西電力の電力系統―これまでの発展と今後の展望―」

電を極力引き起こさないような系統構成をとり、運用

中村秋夫「東京電力の電力系統―これまでの発されている。これはとりもなおさず、設備構成、容量

展と今後の展望―」

にある程度の余裕をもっていることである。特に、送城後謙「中部電力の電力系統―これまでの発展

電線の制約となる容量は、事故時に安定に運用を継続しうる周波数、電圧、安定度からみた限界値で決まることが多い。これは電流の大きさで決まる熱容量と呼ばと今後の展望―」（2.3）電 気学会編「電気工学ハンドブック第 7 版」、
オーム社、2013 年 9 月

れこれ以上流すと設備破損に至るという物理的限界を下まわることが多い。

エピソード 1短絡電流の規格電力系統で短絡事故が起きると、発電機から短絡電流が流れ込む。これ

べき乗

kA

1.1

12.58925

一般にわが国の 500 kV 用の遮断器ではこれまで 50 kA の機器が使われて

1.2

15.84893いた。これは ISO 3（日本では JIS Z 8601）が定めた標準数（R10 ルール）

1.3

19.95262に基づく規格で決められている。すなわち、10 のべき乗で、1.0 から 0.1 刻

1.4

25.11886

1.5

31.62278

電流の大きな変電所の 500 kV 遮断器に使われている。その次に大きな定格

1.6

39.81072は 80 kA（1.9 乗）であり、その適用の検討、遮断器の開発も行われたが実

1.7

50.11872

用には至っていない。

1.8

63.09573

1.9

79.432822100を遮断器で遮断して事故を取り除くのであるが、その遮断機の遮断能力を示すのが短絡電流の規格である。

みで定義されており、その値は表のようになる。実際の規格は自然数に丸められている。50 kA を越える次の規格は 63 kA であり、わが国では短絡

電力系統技術の系統化調査

205

エピソード 2

電力の品質

電気には他の製品と同じように量だけではなく質の問題が存在する。
量としては、電力（パワー）ではかられる。量が足りないということは､ どこかで停電が起きることを意味する。わが国では､ これまで電力会社に供給の義務があったために停電をなくすことに力を注いできた。質の一つは、停電した時に復旧にかかる時間、停電時間である。下の図は､ 世界における一戸当たりの停電時間である（日本と米国は 2016 年、欧州は 2017 年の実績）。他の国の 30 分以上に比べてわが国では 20 分以下と、大変短くなっている。
質の二つ目は、電圧である。わが国の家庭での電圧は 100 ボルトと規定されている。現実には、101 ± 6ボルトで供給することになっている。わが国ではほとんどの時間これが守られている。多くの国ではこうしたルールが守られていない。他の国に比べて電圧の質が高いことがうかがえる。
質の三つ目は､ 周波数である。東日本では 50 Hz､ 西日本では 60 Hz が定格である。通常は､ これのプ
ラスマイナス 0.2 Hz で運用することになっているが実際は 0.1 Hz 以下の誤差で運用されている。周波数の質も高く保たれているといえよう。
四つ目は､ 高調波である。わが国の電気の周波数は 50、60 Hz であるが、直流を用いた機器が増えると､これ以外の周波数が電圧と電流にのってきてしまう。例えば、50 Hz に対して 100 Hz の電気を 2 次高調波といい、150 Hz を 3 次高調波などと呼び、いずれも高調波と定義される。こうした高調波が多く送電線に乗ると、電力系統の保護のために電力供給を止めてしまうことがある。わが国では、高調波は対象の次数にもよるが数パーセント以下と規定されて電気の質が保たれている。
五つめの品質は､ 瞬時電圧低下である。どこかで落雷などの地絡事故があると､ その周辺の電圧は一時的に落ちる。コンピュータや可変速モータなど電圧に敏感な機器はこの電圧低下で止まってしまうことがある。昔のブラウン管式のテレビでは画面が小さくなって戻らないことなどがあったが、最近では多くの電気品にこれの予防が施されている。

1軒あたりの停電時間（分）
400
350
300
250
200
150
100
50
0

206

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

3｜わが国における大停電の歴史側（大阪、神戸側）も山側（水力発電側）でも並列し3.1 御母衣（ミホロ）事故（3.1）てループ運転をしていた。そのときの 3 幹線の潮流状
態は図 3.1 の通りであった。山側の発電地域から、里関西電力に電力を送電していた電源開発の所有する側の需要地域まで、608 MW の電力が送られていた。

御母衣水力発電所の開閉所において、1965 年（昭和これは、全需要 4,100 MW（参考：2019 年 4 月の関西

40 年）6 月に鉄塔が崩壊したことが原因となり、関西電力のピーク需要は約 20,000 MW）の 1／8 に相当す

電力の 70％の需要家が停電するという事故が生じた。

る。

わが国初の大停電であり、電力系統の重要性が認識され、わが国のその後の電力系統と電力系統技術に大き

関西電力が隣接する、中部電力と北陸電力とも、この 3 幹線のループ系統を通じて連系していた。

なインパクトを与えた。
（2）地絡事故発生（1）事故発生直前の状況

1965 年 6 月 22 日朝の 8 時 16 分、負荷の立ち上が当時、関西電力では他の電力会社と同じように水主

り、通勤の時間帯に事故が起きた。

火従と呼ばれた時代で、多くの電力を山側にある水力

この時間に、台風により御母衣変電所の裏山が崖崩

発電所に依存していた。関西電力の東側では、北陸地

れを起こした。ロックフィルダムである御母衣水力発

方や中部地方にある水力発電所からの電力が大阪、神電所の裏山から岩が転がり落ちて、鉄塔脚を壊した。

戸などの需要地に送られていた。

ここは、岐阜県白川郷近くの桜の名所として知られて事故は朝の 8 時 16 分という電力需要の立上り時にいる地域である。

起った。この時点で、供給力の構成は、発電設備合計

そのために架空地線（グランドライン）が切れて、が 4,100 MW であった。発電量としては、1,900 MW

地絡が生じた。この地絡は、開閉所構内で生じたためが自社の水力で、自社の火力が 1,600 MW と自社の水に、母線短絡という現象となった。母線という機器の力を若干下回る数字であった。それから他社、これは配置上、故障の迅速除去が困難な区間に発生したた電源開発を主体とする他社の受電分が中心で、水力がめ、主保護の母線保護が動作せず、すべてバックアッ

約 500 MW、火力が約 100 MW、合計して水力が火力

プ（後備保護）による保護で事故をクリアすることとを若干上回っているという状況であった。関西電力のなった。そのために主保護であれば 100 ms で行われ水力電源は主力が東海、北陸の山間部にあり、これをる事故除去に対して、事故除去に 1 秒近くかかりこの京阪神に輸送する水力電源線は、275 kV が 3 ルート

間事故が継続してしまっている。

（3 幹線）存在していた。それぞれ、木曽幹線、丸幹

こうして御母衣発電所につながる送電線がすべて遮線、北陸幹線である（図 3.1 参照）。これらは、すべ断（トリップ）された。そのためにループ構成が解けて本275
kV（超高圧送電）2基
ポリシー「大規模停電の防回線の送電線であり、里止」 の 背景11(1965年年 御母衣事故 )てすべての送電線が放射状になってしまった。その結果、幹線 B の潮流が幹線 A に集中した。幹線 A の潮
流が、重潮流となり、過負荷リレーが働いてこの送電線が遮断された。

220

事故当時、
275kV ３幹線をループ運用していた。

そのために、関西電力に供給されていた電力のう

420
御母衣
発電所

琵琶湖
350

大阪

が基準の 60 Hz から 58.6 Hz まで低下した。
この周波数低下により、周辺の他の発電機も、自分を守るために次々と解列される事態となった。

38(単
単位: MW)△

図 3.1 御母衣事故時の構成と電力潮流（2.2）△は開閉所、□は発電所、○は変電所、は他電力会社との連系を示す△

ち、約 600 MW の供給が不足となり、全体の周波数（3）事故の影響
こ う し て 関 西 電 力 の 負 荷 の う ち、2,940 MW（ 約70％）の停電となった。
その後、事故原因を特定し、順次水力発電所を立ち上

電力系統技術の系統化調査

207

げ、3 時間 4 分後の、11：20 にほとんどの停電が復旧した。

統工学という学問領域がつくられ、東京大学では関根

中部電力との連系点であった関開閉所では周波数の泰次、早稲田大学では田村康男が研究室の主要テーマ

0.4 Hz 低下で連系系統を遮断したために、中部電力へとした。関根は、電力系統技術のバイブルとも言うべの停電の影響はなかった。一方で連系していた北陸電

き「電力系統解析理論」を電気書院から 1971 年に出力や、中国電力から九州電力にいたるまではかなり影版している。後述するように、この二つの研究室から響を受けて各所で停電を起こしている。その点では、は、近年の電力系統技術者が多く輩出して、わが国電中部電力には系統分離方式があったために、上手くコ

力系統技術を支えている。

ントロールして事故波及の防止ができていたといえる。
（7）電力系統の構成（4）その結果

御母衣事故のような大事故に至った根本の原因は系

関西電力の社員も出勤途上であり、地下鉄の中で停電になった者も多かった。
「停電ですので、レールの統構成という系統の体質そのものにあるのだろうというのが一つの結論であった。

上は危ないですが、今は停まっていますので、駅が近また、資料としては残っていないが、「系統計画金いですから駅まで歩いてください。そこから上に出ら言集」もつくられ、関西電力の系統計画の中心的考えれますから」とガイドがあり、出勤先の 2 駅ぐらい手方となった。例えば、電源線を途中、変電所で分岐し前で電車をとめられ、そこから関西電力の支店までてはいけない。山から里まで来る大きな送電線から分走って行って対策にあたった関西電力社員もいた。

岐をしてはいけない。電源線と連系線を分離する、ま「お客さんから関西弁で『どないなってんねん」、肉た、系統構成として、ループ系統はつくってはいけな

屋からは、『氷が全部解けて腐ってもうた」といいない。放射状の櫛形系統にすることなどである。その結がら、肉をそこらへんにばらまいて、もう大変であっ

果、関西電力での基幹系統は、大阪湾を囲む外輪線をた。営業が『まあまあ」となだめた」と、当時の関西つくって、交差二重外輪線構想（図 3.2、図 3.3）によ

電力社員が記憶していた。

る放射状系統構成が誕生している。すなわち、関西電

この事故を教訓に系統保護や系統構成をしっかり考えないといけないことが判明した。

力の系統を赤線の送電網と青線の送電網に分離し一ヶ所の開閉所のみで接続した構成とした。実際の系統構
成が図 3.2 に示され、その概念図が図 3.3 のようになる。

（5）停電後の関西電力内の対応と組織
関西電力内には、社長室に系統計画調査室が新設さまた、この事故を受けて、全国大では、275 kV の次の電圧である 500 kV の導入が加速した。

れ、幅広い視点で電力系統のあり方が議論された。従来の工務部だけの主導で系統を考えていてはいけない（8）系統安定化システムとし、新しい考えも入れる目的があった。500 kV の

時間的に朝の 8 時過ぎという負荷の立上がりの非常系統、将来構想と、都市供給、市内供給までを対象とに厳しい時間帯であったため、関西電力の中央給電所

した特命の組織であった。

から緊急負荷制限を指令したが、それが間に合わな関西電力では赤本と呼ばれる「500 kV 系統の将来かった。その対策として、給電指令による負荷制限も構想について」（関西電力社内資料：昭和 44 年）、青

できるだけ迅速に行える体制を整えようということで、情報本と呼ばれる「都市における送配電設備の近代化 に伝達の迅速化のため「一斉指令装置」を導入している。

ついて（大阪市超長期電力計画）」（関西電力社内資料：

そのほか電力系統運用面では、例えば水火力発電所

昭和 44 年）がまとめられ、その後、これらに基づいでの負荷即応能力の拡大、つまり具体的にはガバナフ

た電力系統構築が行われていった。

リー運転をできるだけ拡大するとか周波数リレーによる自動負荷制限を万一の場合を考えて準備するとかい（6）新しい組織う方策を実施することとなった。

関西電力に続き他の電力会社にも「電力系統」の名

また、御母衣事故により、わが国の電力系統には安のついた組織が次々に作られた。メーカーでは、三菱

定度問題のあることが判明しため、後述する多くの電電機に 1966 年（昭和 41 年）に電力系統計画課（初代

力系統安定化システムの基本構想が培われた。

課長は馬場準一）がつくられ、他のメーカーにもその後同様な組織が作られてゆく。
また、電力系統を科学的技術的に扱うための電力系

208

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

緊急時における各発電所、変電所における、いわゆ
る自主操作の範囲を拡大し、ルール化しておこうということで、大きい事故があった場合に給電所の方でい1997

8,176MW

輪系統の完成)子力

ピーク:31,410MW(500kV 交差二重外輪系統の完成)

水力
力
水

水力

原子力

求 ） 二 重 外 輪 の 交 差 に よ る メ リ ット

26

火力構成するより、交差させた方が経済的に両系統のランスをとることができる。

外輪 系統

開閉所

図 3.2

関西電力の交差二重外輪
交差
二 重外 輪 系 統（2.2）:275kV 送電線
追加
開閉:500kV
所
送電線
変電所

距離 送電線

開閉所

図 3.4

昭和 55 年頃の東北電力の系統図（後出 7.18 より転載）

需要地～20 年に 1 回位の季節風が長時間吹続き、想定以上の塩分が米代川、雄物川沿いに海岸から 20～50 kmも離れた内陸部に輸送蓄積されていた。それに、低温

図 3.3

交差二重外輪の概念図（2.2）の持続とあいまって送電線、変電所のがいし表面に凍結が生じていた。

ちいち指令しなくても、発変電所で自主的に操作を実事故発生の約 1 時間前におきた東北電力管内の 1 カ

施しておいて復旧に備えるという体制を整備したのも所の火力発電所（八戸火力）の事故によって潮流が偏この事故がきっかけになっている。このように大停電在化していた。

をきっかけに電力系統のあり方が見直され、電力系統
技術者が多くこの分野で採用される機会となった。

（2） 多重地絡事故の発生（9）その後の出来事

によってがいし表面が導電状態となり、154 kV 北部

1976 年 12 月、この状態の時に、日照と温度上昇
同じ年の約半年後、ニューヨークにおいて 11 月に
1 回目の停電、1977 年 7 月に 2 回目の大停電（後述）が生じ、世界中で電力系統技術の重要性が再認識されループ系統において数サイクルの間に異地点多重地絡事故が発生した。
系統保護装置は正常に動作し、事故を除去したが、ループ系統が 2 か所で分断したため、青森、岩手地区ていった。

への電力供給ルートは宮城地区からの 154 kV の 1 回

3.2 東北電力停電（3.1）（1） 事故発生直前の状況

線のみとなってしまった。たまたまこの事故発生の約
1 時間前に八戸火力の大形機が一機停止したことから北向の重潮流となり、北部系は盛岡端に設置した脱調分離装置が正常に動作し、本系統への波及を防止した。

1976 年（昭和 51 年）の暮頃、東北電力の基幹系統

一方、脱調分離された北部系統（青森および岩手、は、275 kV と 154 kV の異電圧多重ループ系を構成す

秋田の一部）は著しい供給力不足となり、停電に至った。

ることで分散した需要と火力電源に対し二方向化を図

その後の復旧としては、（1）八戸火力の立上げのたり、1 ルート（2 回線）がしゃ断されても安定供給がめの電源の早期並列、（2）154 kV ループ系統の構成可能な系統構成としていた（図 3.4）。

による系統の安定化、（3）需要家への早期供給、を重事故発生の数日前から北部日本海方面において、10点に進め、15 分後には八戸火力に、10～30 分後には電力系統技術の系統化調査

209

一般需要家に、10～50 分後には大口需要家にそれぞれ電力が供給され、25 分後には 154 kV ループ系統が構成されて、厳しい事故様相ではあったが早期に復旧できた。
（3） その後の対策
このような冬期の塩害事故の対策として、①塩害汚損マップの見直しによる耐塩対策、② 154 kV ループ
系統内の変電所母線の二重化、③気象情報の早期把握による火力運転上の配慮、活線がいし洗浄、停止がい
し洗浄、などを図ってきた。
自社系統における事故波及防止対策の考え方として、東北の基幹系統は需要、電源の地理的分布や、気象条件などの地域特性を配慮して 275 kV 系を基軸として、154 kV 系との異電圧多重ループ系を構成し、系統保護装置システムの整備強化と併せ、安定供給と効率運用を推進することとしている。
その具体策としては、以下の様なものがある。
①故 障選択しゃ断システムの高速度化と高信頼度化
で、1.5 サイクルリレー、2 サイクルしゃ断器の採用、更に系統保護システムの 2 系列化、常時監視、自動点検の適用であり、CT（電流計測）設置位置による保護盲点事故の排除である。
②次に各種再閉路（送電線での故障区間開放後再び接図 3.5 東北電力の保護制御システム（3.1）

続する）システムの適用として、275 kV 系統では
単相再閉路、多相再閉路、ループ三相再閉路など各種方式と共に、東北の特色として風雪害三相再閉路方式という、送電線に着雪し、その落下時のスリー
トジャンプなどによる電線の接触事故の場合、再

（3.2）

（1）概要

閉路無電圧時間を長くする一種の時間差攻撃のよう

東 北 電 力 で の 停 電 の 約 半 年 後 に あ た る、1977 年

な形の方式を採用している。また 154 kV の系統で

7 月 13 日 夜、 雷 雨 に 始 ま る 一 連 の 事 故 に よ っ て、は、三相再閉路、風雪害三相再閉路の各方式に加え、Consolidated Edison Company（以下、コン・エジソ

東北独自のものとして単相再閉路方式を採用している。

ン社という）が供給しているニューヨーク州ハドソ③事故波及防止システムの機能向上では基幹系統におン溪谷下流が停電した。特に、ニューヨーク市都市部

ける幹線ルートしゃ断時、脱調を未然に防止する対の 800 万人以上に対して 5 時間から 25 時間にわたっ策として事故波及未然防止リレー（SPC）を開発適て供給支障が生じたため、多くの人々の生活の安全性用している。また 154 kV ループ系統においては、が危険にさらされ、わが国では起こりえないような略

地絡時、高速度しゃ断に失敗した場合、後備しゃ断

奪や破壊が起り、大きな社会問題となった。この時期となるよりも早く動作させる集中制御地絡後備保護

ニューヨーク市の経済は破綻していたと言う。

システムを開発適用している。そのほか脱調分離シ

その発端はいくつかの落雷であった。ニューヨーク

ステムの整備、周波数低下時対策、電圧低下時対策、への送電は、当時複数のルートを通る多重ループで構過負荷対策として各種リレーによる系統分離や電源成されていた。いくつかの落雷により順次送電線が停抑制などを適用している。このように、系統の制御止になり、全停につながった。

により大停電を起こさない仕組みになった。
以上の事故除去から安定運転に至るまでの流れを図
3.5 に示す。

210

3.3 ニューヨーク大停電

国立科学博物館技術の系統化調査報告

突然の事態はカナダ・アメリカ東部の高圧送電線網を完
全に崩壊させ、電力が供給されない状態となった。1 日後の 7 月 14 日の午後 8 時になって停電が復旧した。

Vol.29 2020. March

（2）事故直前の状態果として、Indian Point3 号機（883 MW）がトリップ最初の事故の直前である 1977 年 7 月 13 日午後 8 時した（図 3.6 参照）。

35 分にはニューヨークに電力を供給するコン・エジ

このとき Buchanan South 変電所のしゃ断器不動作

ソン社の系統は正常な運転状態にあった。すなわちい時にのみ転送トリップするようになっていた Laden

くつかの諸設備が定期検査または補修のため停ってい

Town 変電所のしゃ断器が調整ミスのためトリップした。

たほかはすべて連続定格の範囲で運転されていた。

また、Buchanan South 変電所 Millwood West 変電

需要は 6,091 MW で日没による電灯需要のため漸増所間の送電線を充電するために 2 秒以内にしゃ断器が傾向にあった。このうち 3,891 MW がコン・エジソ

再投入されるはずであったが、Millwood West 側のン社の発電設備で賄われ、残りの 2,200 MW は New

しゃ断器 1 台が再閉路されたに過ぎなかった。

York Power Pool（NYPP）（この地域の電力のバラン

この結果、コン・エジソン系統は Indian Point3 号機

スを図る組織であるニューヨークパワー- プール）のと Bowting Point2 号機（図 3.6 の外）を失い Rampo

経済負荷配分計画により他社からの融通電力により賄わとの連系がしゃ断された。しかしこの時点ではほかの連れていた。コン・エジソン社の発電のうち約 1/3 はニュー系線からの応援により系統の安定性は保たれていた。

ヨーク市以外にある大容量発電所からのものであった。

②事象 2第一の事象の約 18 分後の午後 8 時 55 分 53 秒に直（3）事故の発生と全停までの経緯

撃雷により他の二つの 345 kV 送電線がトリップした。

停電事故は午後 8 時 37 分 17 秒の第 1 回目の落雷か

そのうちの 1 区間は 2 秒後に再閉路され、再送電がら午後 9 時 36 分の全停まで約 1 時間にわたり複雑な開始されたが、もう一方の送電線はしゃ断器両端の位経過をたどっている。そこでこれらの事象を幾つかに相角が同期投入条件の 20°以上ということでロックが区分して説明を加えることにする。

かかり再閉路されなかった。

①事象 1

この結果、コン・エジソン社の北西部の連系がなく

7 月 13 日 午 後 8 時 37 分 17 秒 Buchanan South 変なり、この連系からの 1,044 MW はすべてほかの連系電所と Millwood West 変電所を結ぶ 345 kV2 回線にから受電することになったが、このとき更に他の線路

3 相のうち B 相同時落雷事故が発生した。この事故をがリレーの誤動作によりトリップしてしまった。

除去するため 8 台のしゃ断器が正常に開放し、その結これにより各連系線潮流は短時間許容過負荷（15～20 分）を大幅に超過して終った。
③事象 3
午後 9 時 19 分 11 秒、北部との連系線である 345 kVの線路が長時間の過負荷のため、線路が熱により垂れ下がり樹木に接触してトリップした。この北部連系線には、1,202 MW の潮流が乗っていたが、これらは北部 138 kV 連系線で 419 MW、南西部の連系を介して隣接する電力会社の PJM から、更に南東部の連系を介しての応援電力により肩代りされた。この結果、それぞれの連系線は短時間許容過負荷を大幅に超過して運転されることとなった。
④事象 4
午後 9 時 19 分 52 秒一部の 345/138 kV 変圧器が過負荷のためトリップした。このためニューヨークにつながる連系線は三つとなり、過負荷は一段と大きくなった。
この時点では、既に多くの対策がとられていた。すなわち、コン・エジソン社と下位系の配電会社 Long
Island Lighting Co. での電圧低減策による負荷減少（わが国では行われていない）、運転予備力の発動が行
なわれ、Linden-Goethals の移相変圧器のタップ変更

図 3.6

第 1 回故障発生地点と開放しゃ断器（3.2）

による潮流制御も行なわれた。しかし、この対策は他

電力系統技術の系統化調査

211

の連系線の過負荷を助長する結果ともなった。

た Ravenswood 3 号発電機がトリップした。この原因⑤事象 5は自動負荷しゃ断の結果、多数のモーターなどの誘導

午後 9 時 22 分 11 秒、520 MW の電力を送っていた性無効負荷が分離され 138 kV、345 kV ケーブル系統

連系線１本が NYPP のオペレータの了解のもとに開による容量性無効電力のため系統電圧が異常に上昇し放された。これに至るまでの間、約 15 分間 NYPP のたためである。

オペレータも、Long-Island Lighting Co. のオペレー

Ravenswood3 号機の脱落により周波数は再び低下

タもコン・エジソン社のオペレータと連絡がとれず、し始め、これとともに残された 19 台の蒸気タービン

止むを得ず連系を開いたものである。また、この時点

発電機と 14 台のガスタービン発電機の出力が補機類までコン・エジソン社において有効な負荷低減策は全の出力減のため低下し、31/32 分の間、約 1.0 Hz の

くとられていなかった。もし少なくとも 600 MW の割合で周波数は低下していった。周波数が約 54 Hz

負荷しゃ断が実施されていれば、この事態は避け得たに下ったとき約 450 MW を供給していた発電機がトであろう。

リップし、これにより周波数は 49.2 Hz まで急速に低⑥事象 6下した。この約 30 秒後に周波数低下による補機出力

午後 9 時 22 分 47 秒、上記の連系線が失われてから
約 30 秒後に隣の 345 kV 送電線を再投入することがの低下により残存発電機も次々と脱落し、遂に全停に至った（図 3.7）。

試みられたが、電力動揺が過大となり、しゃ断器がトリップした。
この操作が事象 4 の起る以前、すなわち 3 分前までに行なわれていればしゃ断器の投入は成功していたであろうし、また変圧器の過負荷は解消していたと考え
られる。
⑦事象 7
午後 9 時 29 分 41 秒、上記の移相変圧器のタップ変更装置に故障が生じ、1,150 MW の電力を送っていた
PJM との連系線がトリップした。この結果、コン・
エジソン管内の不足分はすべて 2 本の 138 kV 線路に

図 3.7かかることになったが、これらも過負荷で直ちにト

事故後の周波数変化

リップし、コン・エジソン系統は単独系統となった。
事故を起した移相変圧器はその過度の過負荷を解消（5）東北電力の停電との違いするために間断なく遠隔制御によるタップ変更が強い

その前年に起きた東北電力の事故との共通点としてられており、これが移相変圧器故障の原因となった。

は、いずれも多重事故が一次原因となっていることである。一方、相違点としては次のような点が挙げら（4）系統分離から全停までの経緯

212

れる。

系 統 分 離 時、 コ ン・ エ ジ ソ ン 系 統 の 負 荷 は①東北電力では約 1 時間前の火力事故によって潮流が5,981 MW、 発 電 は 4,282 MW で あ り、28.4% に あ た

偏在化していたが、ニューヨークの場合は常時潮流

る 1,699 MW の発電不足が生じ、系統の周波数と電が大幅に偏在化していた。

圧に大幅な変化が生じた。系統周波数の変化は図 3.7②事故様相では、東北電力が、電源脱落とループ系のに示すが、系統分離後最初の 2 秒間、周波数は 1.0

多重事故ということで、極めて苛酷な事故様相であ～1.3 Hz/ 秒の割合で低下し、2 秒後の負荷しゃ断にり、しかも短時間の現象であり、運転員の対応領域

より、突変している。これは負荷しゃ断用低周波リ外であったことに対し、ニューヨークの場合は連系

レ ー が 59.3、58.8 お よ び 58.3 Hz で 動 作 す る よ う に線トリップ後、約 1 時間にわたる極めて長時間の事設定されており、これらのリレーの動作により全体

故波及様相で、運転員の対応領域内の事故といえの 24% にあたる 1,435 MW 前後の負荷がしゃ断される。

たと考えられる。この負荷しゃ断により周波数は 4～③保護リレーシステムについても、わが国の再閉路方

6 秒間、0.25～0.80 Hz/ 秒の割合で回復しつつあった

式は単相、三相など各種の方式を採用しているのにが、その途中でそれまで 844 MW 負荷を供給してい比べ、アメリカの場合は単相や二相事故に対しても

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

三相再閉路のみであったため、事故により二回線
しゃ断となったことが大きく異なる。リレー、しゃ

3.4 東京電力西地区停電（3.3）

断器動作については、東北電力の場合は正常であり、東北電力では本系統への事故波及防止に成功し（1）概要ているのに対し、アメリカの場合は幾つかの不良動1987 年 7 月 23 日の昼休みが終わった直後、東京電作があり、波及防止に失敗し、大停電に進展した一力の西地区を中心に全需要の約 20％の需要家に停電

つの要因になっている。

が発生した。その後の分析により、この停電が電圧不④東北電力では、復旧過程における二次被害がなく早安定現象という特異な理由によって生じたことがわ期に復旧したのに対し、アメリカの場合はケーブルかった。関東南西部が停電から完全復旧するのに 3 時系統などで二次被害が発生し、復旧に長時間を要

間 21 分を要した。その後、東京電力の電力系統の見した。

直し、系統安定化技術の導入が進み、他の電力会社で⑤系統運用体制についてもわが国の場合は、中央、地方の給電指令機関、発変電所を遠方制御している制も同様の対策がとられ、この停電以降わが国では電圧不安定現象は生じていない。

御所それぞれが系統運用機能を分担して、広範囲事
故に対し常に訓練を重ね、また話し合われ、ルール（2）事故直前の状態化されているのに対し、ニューヨークでは一つのエ

この日は連日の猛暑のため、東京電力の電力使用量

ネルギー・コントロールセンタに機能が過度に集中は高い値を示していた。一般に電力需要は猛暑が 3 日しており、特に 345 kV の基幹系統から 4 kV の配続くと最終日に最大需要が生じると言われている。こ電線まで、すべてを監視、制御することとしているの日は木曜日であり、需要がピークを迎えると予想さため、広範囲事故時には混乱をきたし、事故波及未れていた。その日の最高気温が 1 度 C あがると東京

然防止対策や早期復旧対策など重大な処置が適切に

電力での最大需要は 1,000 MW 増加すると言われてい行ない得ない状況にあったものと思われる。

た。前日の東京電力の最大電力は 39,300 MW であり、

以上のように、東北電力の事故とニューヨーク事故

7 月 23 日にはこれを上回る需要が発生すると予想さとは系統運用、系統保護リレーシステム、系統運用体

れ、発電量の確保と、電力系統の電圧維持のための並制など基本的な面で幾つか重要なものが相違している。

列コンデンサの準備が行われていた。
わが国の平日の電力需要は、昼休みに下がるのが特徴である。図 3.8 は東京電力のある日の日負荷曲線でエピソード 3磁気嵐

太陽の黒点活動は 11 年周期で激しくなる。黒点活動が激しくなるとそこからフレアが生じ､ 多くのイオンが排出される。これが地球にやってくると各地でオーロラが見られる。
このイオンが電離層に集まると通信障害を起こすことが以前から知られていた。これをデリンジャー現象と呼ぶ。突発性電離層擾乱である。
一方このイオンが地球上で流れるとそこに磁界が発生し､ 地磁気が乱れる。この磁気の変化が､ 電力用の送電線に直流電流 GIC（Geomagnetic Induced Current）を流す。この電流値が大きくなると変圧器の磁気飽和を生じ､ いわゆる突入電流を流し､ 保護装置が動いて変圧器をトリップしてしまい、電気が送れなくなり停電を発生する。実際に 1989 年 3 月カナダのハイドロケベック電力公社では数回にわたる停電が生じていた。
このニュースに注目し､ わが国の電力系統でも GIC をはかって見ることにした。各地にある主要な変電所に電流計測装置を持って行って電流を計測した。その結果、いくつかの変電所で最大 50 A の GIC を観測することができた。将来、黒点活動が盛んになったときにはより大きな電流が流れ、停電を発生することが予測され、長距離送電線につながる主要な発電所、変電所に地磁気誘導電流計測装置を置くこととなった。この測定装置は現在も稼働しており､ 電流値を電力会社の中央で観測することができるようになり､
停電の防止につながっている。

電力系統技術の系統化調査

213

あるが、昼休みの 12 時から 13 時まで電力負荷が約している。13 時丁度には昼休み後の電力負荷の増加

5％も減っていることがわかる。昼休みが終わるとこを見越して電圧を 500 kV より高めにしていた。しかれだけの負荷が一斉に増加することになる。停電の前し、その後の発電機出力の増加、変電所の並列コンデ

日の電力ピークが約 40,000 MW であったから、昼休

ンサの投入にも関わらず、変電所の電圧はどんどん下

み明けに 2,000 MW 程度の負荷が増加したことになる。

がっている。13 時 19 分には 400 kV を下回る事態となり、多くの変電所で、系統保護のために保護リレーが動作し変電所の負荷につながる遮断器を次々と開放した。

図 3.8 東京電力の日負荷曲線の一例（その年のピーク電力を 100％としている。2015 年 11 月 15 日
（平日）の例）

実測によるとこのときの需要の伸びは、1 分当たり
400 MW であったという。この昼休み明けの電力需要の急増に合わせるように、発電所からの発電量の増
加、変電所での電圧維持のための並列コンデンサの投入が行われていた。
この当時の東京電力の電力系統は図 3.9 のようになっており、多くの発電所（図では □で表現されて1985年いる）が北と東側に存在し、南西地域には発電所が存

図 3.10

当日の基幹変電所での電圧低下の様子（3.3）

基幹系の変電所が停電となり、そこにつながる電圧

在していなかった。

の低い変電所が停電し、関東中央部の豊島・京北・北
東京・多摩・上尾・池上変電所、関東南西部の笹目・囲む50

北相模・新秦野・新富士変電所で、停電が発生した。
国会議事堂のある千代田区永田町でも停電が起き、予づき，算委員会の開催ができなくなった。
そのときの電力需要カーブから、1 年前の需要ピー
クに比べて電力需要が増えていること、昼休み明けの需要の 1 分間の上昇が前年の 190 MW に比べ、当日は400 MW と異常に早かったこともわかった。
また、基幹系変電所のリレー動作のおかげで負荷が統を急減したため、発電機の回転速度が増加し、周波数上昇が発生し、川崎火力発電所 6 号機や鹿島火力発電所 4 号機と 6 号機の発電機 OFR（周波数上昇リレー）
500kV架架空送電線
275kV架架空送電線（500kV設
設計）

図 3.9

275kV架架空送電線
275kV地地中送電線

停電当時の東京電力の電力系統（図 2.11 再掲）
13（3）停電の発生
基幹系統の変電所の母線電圧が低下し始めた。図 3.10には 4 カ所の 500 kV 変電所の電圧を時間を追って示

国立科学博物館技術の系統化調査報告

停電エリアは、静岡東部、神奈川西部、山梨中央
部、埼玉南部、東京多摩、荒川区、足立区、文京区、北区に及び、関東中央部は約 30 分で復旧したが、関東南西部は完全復旧までに 3 時間 21 分を要した。一方脱落した電源では、鹿島 6 号機は停電発生後約 1 時

13 時 07 分には、昼休み後の電力需要の増加に伴い、214が動作し、多数の電源が脱落した。

Vol.29 2020. March

間 20 分、鹿島 4 号機は約 1 時間半、川崎 6 号機は約
1 時間 50 分で再並列した。
電圧の低下に対して、電圧維持のための電力用並列

コンデンサの投入で対処したが、全量を投入したにも電圧が下って行った。その結果、図 3.11 に示すようかかわらず、電圧の維持につながらなかった。

に、13 時 18 分の需要（有効電力）にたいしては、図ま た、 電 力 系 統 の 保 護 制 御 は す べ て 正 動 作 で あの高め解の電圧で電力系統が運用されていたが、需要り、運転員の運転ミスも全くなかったにも関わらずが増加した 13 時 19 分では、並列コンデンサの投入の8,186 MW の需要が停電した。これは、東京電力全

若干の遅れが原因となり低め解に飛んでしまい、不安

体 の 約 20 ％ に あ た り、2018 年 9 月 に 北 海 道 電 力 で定による電圧崩壊が生じたことが判明した。まさに、生じた全停（ブラックアウト、後述）での需要喪失「ユーレカ」の瞬間であった。

3,100 MW と比べても大規模であったことがわかる。ま二日に近い徹夜によりこの結果を得、直ちに、東京

た国会議事堂で停電したことで社会的な注目を浴びた。

電力内に設置されていた停電事故調査委員会に報告
し、追試により電圧不安定現象による停電であること（4）停電原因の究明が確定した。その追試結果が図 3.12 に示された。

原因を究明するために、停電直前の電力系統のデー

この結果は、当時の通商産業省に報告されたが、世タがすべて集められ、行われた系統の操作データも準界初の電圧不安定現象について理解が得られなかっ

備され、シミュレーションを行うこととなった。

た。特に、電圧がどのように崩壊してゆくのかの説明

筆者も、後に述べる M 法（東京電力と三菱電機ががほしいとの要望が出された。停電事故調査委員会の開発した電力系統解析手法）を用いたシミュレーショ

関根泰次委員長は、花瓶を地面に落としたときに、がンに取り組んだ。データをすべてコンピュータに入力

ちゃとを割れるのと同じ現象で、どこからどのようにし、実施された操作をシミュレーションして見るが、進むかの説明は難しいと、発言し、納得を得たと聞い一向に電圧の低下が起こらない。電力系統は安定に運ている。

用されるシミュレーション結果となっていた。
そこで、13 時 18 分の時のシミュレーションに続いて、そのときの電力用並列コンデンサの利用状況のま
ま、電力需要のみを増やすことにした。すると、シミュレーションの初期値を計算する潮流計算が収束しなかったのである。この現象は、これまで教科書では取り上げられていた電圧不安定現象ではないかと思い、厳密な潮流計算を実施した。後述する電力系統のシミュレーションでは初期断面の潮流分布を求めるのに繰返しにより潮流計算を行う。通常はその時の各電気所の電圧の大きさの初期値を 1.0 pu（500 kV 変

図 3.12

社内事故調査委員会の検証 PV カーブ

電所では 500 kV、275 kV 変電所では 275 kV）としている。今回はその初期値を低目の 0.5 pu としてみた。

（5）電圧不安定現象を起こした要因の一つ

そうすると潮流計算結果が電圧の低い値に収束した。

この頃には、東京電力の管内を中心にエアコンの普この状態でシミュレーションを開始するとどんどんと及率が上昇しており、電力需要のピーク上昇に寄与していた。また、エアコンも従来型の誘導機制御から、インバータエアコンに変わりつつあった。
インバータエアコンは、従来の誘導機制御方式と多くの点で異なっている。温度一定の制御を従来方式のようにバンバン制御と言われる様な、スイッチを入れる・切るの繰り返しで行うのではなくインバータにより連続的におこなえる。また、電圧が低下しても冷房機能を落とさないように出力一定の制御をするため、電圧が低下した分電流が増加し、さらに電圧低下を招くという悪循環があったと言われた。
この停電をきっかけとして、インバータエアコンが図 3.11

電圧安定性とPVカーブ

電力系統に及ぼす影響について、多くの実験が行われ電力系統技術の系統化調査

215

た。三菱電機では、東京電力との共同研究として、静9 月 6 日は年間で見るとピークとはなっていない

岡製作所内の環境実験室の中に、小さな住宅を作り、（2018 年 12 月のピーク需要は 4,959 MW であった）。

太陽による日照や、温度、湿度変化に対するエアコン• 電源の配置としては、日本海側に泊原子力発電所、の性能と出力、必要電力の調査実験が行われた。
その結果、多くの事実が判明した。その主なものは太平洋側に大容量の苫東厚真（とまとうあつま）
石炭火力発電所が置かれ、バランスのとれた計画

以下の通りであった。

となっていた。2011 年の東日本大震災の後、原子• 冷房においては日照の効果が、温度に比べて大きい。

力発電所の運転が停止され、泊原子力発電所は停

日射が強いときのエアコンの使用電力量が大きくなる。

止状態であった。

• インバータエアコンはスイッチを入れたときに、電• この時、主要な送電線の保守点検は行われておらず

力を定格以上に消費し、急冷効果を持たせている。

ネットワークは図 3.13 に見るように健全状態であった。

• インバータエアコンでは、はじめに部屋の空気を• 地震の発生した午前 3 時 8 分直前の発電端総需要は 3,087 MW であり、発電コストの低い苫東厚真石

冷却するために機能する。
• 部屋の空気の温度が一定になると、次に部屋にあ

炭火力発電所の 3 台（1，2，4 号機）がほぼフル出る家具などの什器を冷却するように機能する。

力で運転されており 1,154 MW を供給していた。水

• 部屋全体が一定の温度になった後は、部屋にいる力発電が 780 MW、風力発電も 166 MW の電力を人間、外部からの熱流入分を補うように機能する。

供給していた。本州との連系線である北本直流送

このことから、昼休みにはインバータエアコンを停

電出力はほぼ 0 であった。

止しない方が電力消費上は有利であることが判明した。

地震発生からブラックアウトに至るまでの北海道電力の系統の周波数の推移と、北海道本州直流連系装置（6）その後の対策（北本連系）の送電電力量を示す図 3.14 において状態

電力系統では以下の対策がとられた。

⓪の時点に対応する。

• 負荷の急増に追従出来る電源（揚水発電所）を用（3）停電の発生意する。
• 無効電力急増対策として、RC（同期調相機）、SVC

2018 年 9 月 6 日午前 3 時 8 分、北海道胆振東部地（静止形無効電力補償装置）などの設置を行う。

震（マグニチュード 6.7、最大震度 7）が発生した。

• 電力用並列コンデンサの増設を行う。

これに始まる電力系統における事象を①から③に至る• 設備の運用では、基幹系統の電圧高め運用をする。

4 段階に分けて記述する（3.4）。

（基幹系統の発 ･ 変電所電圧を公称電圧の +5% 程（ⅰ）地 震発生直後① （地震発生から周波数回復ま度まで引き上げる）

で、3 時 8 分から 9 分）

• 発電機の端子電圧を +3% 程度まで引き上げる• 苫東厚真 2、4 号機がタービン振動を検知し停止し• オンラインで電力需要を計測した結果から需要予た。同 1 号機が出力低下を起こした。これ以外に、測計算を行い発電機の制御や変圧器のタップ制御

水力発電所の一部と風力発電が停止した。これにを行う。

より 1,810 MW の供給力の低下となり周波数が低下した。

3.5 北海道電力ブラックアウト

（3.4）

（1）概要

• 周波数の低下（49.62 Hz）を検知し、北海道本州
間直流送電連系設備（北本連系線）からの緊急融通が開始された。一時、北本設備の近くの電圧が低下し他励式直流送電の転流失敗が生じ直流から2018 年 9 月 6 日の夜半、北海道胆振（いぶり）地域に発生した大きな地震の直後に大規模火力発電所が発電停止し、その影響が波及してカスケード式に北海
道全域において停電が発生するという、わが国初のブラックアウト（全停）が生じた。

交流への変換ができなかったが、その後回復して、正常動作に移り電力融通が行われた。
• 稀頻度事故時のみ動作する負荷遮断（48.5 Hz で動作し約 1,430 MW）が自動で行われた。
• 道東地区への連系線である狩勝幹線ほか 2 線路が 地 絡 事 故 を 検 出 し て し ゃ 断 さ れ、 道 東 地 区

216（2）事故直前の状態（130 MW）が停電した。

• 北海道電力では電力のピークは冬期になるので• これらの動作により、周波数の低下は、46.13 Hz ま

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March図 3.13

停電直前の北海道電力の電力系統

図 3.14 ブラックアウトに至るまでの周波数と北本連系の潮流

ででとどまり、その後回復に向かった。

• 道東につながる 3 線路が、自動再閉路成功によっこの時の電力系統の状態は図 3.15 に示される。

て復旧し、道東地区が北海道電力本体と連系した。

（ⅱ）地震発生直後② -1 （送配電線再送電から負荷• 周波数の回復後、地震情報を得るために多くの家

遮断 2 回目まで、3 時 9 分から 19 分）

庭で照明やテレビなどの電源が入れたとみられ、電力系統技術の系統化調査

217

図 3.15

状態①の時の電力系統

需要が増加した（筆者推定では約 250 MW と予想される）。このために周波数が徐々に 49.3 Hz 程度ま

図 3.16状態② -1 と② -2 の時の電力系統

それにより周波数低下がより進んだ。
• 周波数の低下により、知内、伊達、奈井江火力発
電所は、発電機保護のために過励磁保護リレーので低下した。
• 中央給電指令所から火力発電機への出力増加指令制御が自動的に行われ、北海道西部にある知内や
伊達火力発電所出力が上昇し、図 3.14 の② -1 に示すように周波数が回復傾向となった。
（ⅲ）地 震発生直後② -2 （苫東厚真 1 号機出力低下

動作により発電を停止した。
• これらの発電所が停止すると同時に、北本連系線も停止した。
• こうした、北海道電力の発電、連系線の出力がすべて停止し、最終的にブラックアウトとなった（図 3.17）。

から負荷遮断 2 回目まで、3 時 20 分から 24 分）• 苫東厚真発電所の 1 号機の出力が徐々に低下し始め、約 200 MW 程度供給が減った。
• 周波数 48.5 Hz に低下時、2 回目の負荷遮断が自動で行われ、約 160 MW の需要が減った。これにより周波数は、50 Hz に回復傾向となるが、安定が維持できず変動している。
この時の電力系統の状態は図 3.16 の通りであった。
（ⅳ）ブラックアウトまで③ （3 時 24 分から 25 分）• 苫東厚真 1 号機がボイラーの損傷により停止し、
100 MW の電源が喪失した。そのために周波数が低下した。
• 3 回目の負荷遮断が周波数 48.5 Hz の時点で自動で行われ、負荷遮断可能な残量である 60 MW が切り離された。これ以上の負荷遮断は不可能となった。
• 周波数の低下により、それまで電力系統に接続されていた日本製鉄の発電機（当時出力 149 MW）が、系統周波数の低下時間が規定値（47.5 Hz 以下が 15秒）を超えたために系統から切り離された模様で、218

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

図 3.17状態③ ブラックアウト時の電力系統

（4）停電の復旧ては、技術的観点からは実施が望ましいと考えらブラックアウト時に復旧の手順を決めるブラックス

れるが、今後、国等において、経済性等を含む総タートにのっとり、新冠（にいかっぷ）揚水発電所の合的な観点からの検討・検証が行われる必要があ

立ち上げからスタートした。途中、ブラックスタート

ると考えられる。

に一時的に失敗しながらも、9 月 6 日 14 時までに約
11 時間をかけて北海道中央部分の停電は解消した。

これまでの歴史に残る停電から学んできた例に即して、考えるべき項目として以下をあげたい（2019 年（5）その後の対策として考えられること

10 月現在）。

事故後につくられた検証委員会では以下の検討が行われている。

• 電源の最適配置の見直し。現在泊原子力発電所が、
東日本大震災以降停止しているが、日本海側の電• 現在の設備形成上のルールでは、N-2 故障（発電源の確保が必要である。石狩湾新港火力発電所が機 2 機、又は送電線 2 回線の同時故障）以上の稀

その後に運開したが、発電力のバランスをもう一

頻度リスクに対して一定の停電を許容しており、度見直す必要がある。苫東厚真の電源が北海道全

国際的に見ても、N-1（電力設備の単一故障）の考系の需要に対して比率が高すぎたのではないか。

え方に多少の差異はあるものの、N-2 以上の事象• 系統安定化システムのような稀頻度事故時の電力については運用において連鎖的な停電を防ぐこと

系統の系統分離など、全系にわたる系統安定化シが原則となっている（すなわち、停電は許容する

ステムの導入が必要ではないか。

が運用によりブラックアウトは極力回避すべき）。

• 新しい電源への期待として風力を中心とした再生• 北海道電力の設備形成については、現在の設備形

可能電源の、系統事故時にも運転継続する保護シ

成上のルールに照らし、不適切な点は確認されず、

ステム（Fault Ride Through）の導入を図るべき

また、北海道電力の運用についても検証の結果、である。

事前に想定していた運用対策も含め、必ずしも不• 系統連系のあり方としては、北本連系送電に用いられている直流はこれまで他励式であり、受電端適切であったとは言えない。
• しかしながら、今回の事象を踏まえ、今後、ブラッ側に送電電力の 3 倍程度の短絡容量が必要と言わクアウトを極力回避するため、停電発生のリスクれる。次期の連系線増強では自励式の直流送電をや発生時間を低減する運用上の対策を検討し実施

適用し、北海道側での受電端電源不足に対応してする必要があると考えられる。

おく計画があり期待される。

• 運用上の対策として、まずもって至近年冬期むけの早期対策、その上で中長期的な対策を講じる必文要があると考えられる。

（3.1）座談会「アメリカの大停電事故を巡って」電気• また、運用上の対策では解消が困難である場合が献
学会誌、昭和 54 年 2 月号

あり得ることから、運用上の対策の検討と並行し（3.2）上之園博「ニューヨーク大停電事故の実情とそて設備対策を検討し、運用上の対策の検討結果をの分析」電気学会誌、技術総説、1969 年 2 月号

見極めた上で、必要に応じ実施する必要があると（3.3）江川正尚「広域停電をきっかけとした電力系統

考えられる。
• なお、とりわけ、北海道エリアの最大規模発電所

安定化技術の飛躍的進歩」電気学会論文誌 B、
129 巻 2 号、2009 年の全発電機同時脱落の超稀頻度リスク対応を想定（3.4）
「地震発生からブラックアウトに至るまでの事した、ブラックアウトを極力回避するために必要象について」電力広域的運営推進機関報告書、な運用上及び設備形成上の中長期的な対策につい2018 年 9 月 21 日

電力系統技術の系統化調査219

4｜電源開発計画なった。

4.1 概要ある発電機が故障しても、電力供給が行えるように、予備力を持っておかなければいけない。この供給

電源開発計画とは、安定した電力需給と電源の経済

予備力の考え方として、従来（昭和 37 年以降）は、的な開発 ･ 運用を図るために、電源設備の必要時期、月に 0.3 日分といった考え方があったが、近年は電力

必要容量、種類、配置を決定することである。

広域的運営推進機関が以下の規定をもうけている。確率的に生じる偶発的需給変動対応分としての 7％に、
EPA（Economic Planning Agency）法により算出さ4.2 安定した電力需給

れた持続的変動対応分 1-3％を加えた、8-10％を必要

電力の需給計画は、一般に最大電力（kW）バランとこの予備力が 2021 年には 8％を切る可能性がある量としている。しかし、現在のままの電源構成が続く

スと電力量（kWh）バランスとで検討される。

としている。

最大電力バランスとは、月別に電力需要の最大と供給電力を対比させるもので、供給能力が需要を上回る
分を予備力といい、これを供給信頼度の尺度として用いている。
電力量バランスとは、月別、年度別に供給電力量の

現 在 わ が 国 で 使 わ れ て い る 電 源 と し て は、原 子

各種発電方式の分担を決め、発電所の運用計画や燃料力発電（500-1,350 MW/1 機）、石炭火力発電（300-計画に役立てる。

1,000 MW/1 機）、石油火力発電（300-800 MW/1 機）、

電源の確保には、計画から用地確保、送電ルートの天然ガス火力発電（300-1,500 MW/1 機）、水力発電確保、設計、工事、試運転、実運用と 10 年単位で時（20-300 MW/1 機 ）、 揚 水 発 電（200-400 MW/1 機 ）、間が必要となり、2003 年以前には電力開発調整審議

再生可能エネルギーとなる。

会の承諾を得なければならなかった。2004 年 10 月に「電源開発に係る地点の指定について」が閣議了解さこれらを、ピーク時対応の電源、ミドル時対応の電源、ベース供給力とバランスを見ながら選択する。

れ、重要な電源開発に係る地点については、経済産業

火力発電の中では、石炭火力、石油火力の順に効大臣が「重要電源開発地点」の指定を行い、地元合意率化が図られてきたが、現在では天然ガスを用いた形成や関係省庁における許認可の円滑化を図ることとコンバインドサイクル方式が効率向上の先頭を切っ

図 4.1
出典

220

4.3 電源種別

国立科学博物館技術の系統化調査報告

天然ガス発電の高効率化の歴史

総合資源エネルギー調査会（経済産業省）資料

Vol.29 2020. March2015.3

ている。その歴史的変化は図 4.1 の通りである。LNGには、その両方にバランスよく電源を配置する。

火力発電の従来の効率が 38％であったものから、最図 4.2 には主な原子力発電所の位置、図 4.3 には大近のコンバインドサイクル発電では 57％の高効率に規模な火力発電所の位置を示す。図では 1996 年頃のなってきている。詳細は技術の系統化調査報告書「電ものを示している。

力用タービン発電機技術発展の系統化調査」田里誠、
第 5 集 2005 に詳しい。
また、これらを経済性やパブリックアクセプタンスなどを考えながら種別選択を行っている。

例えば、北海道電力では、日本海側に泊原子力発電所（1,158 MW）や石狩湾新港天然ガス火力発電所（1,708 MW、2019 年運開）を建設し、太平洋側には
苫東厚真石炭火力発電所（1,650 MW）を置いている（図 3.13、図は 2018 年現在）。
東 北 電 力 で は、 太 平 洋 側 に、 女 川 原 子 力 発 電 所

4.4 電源配置計画（1,349 MW）を、日本海側には東新潟天然ガス発電所

各電力会社は、電力の自由化以前には自社のみで発いている（図 3.4、図は 1980 年現在）。

（2,990 MW）や秋田石油火力発電所（1,650 MW）を置

電計画を立て、配置を決めることができたが、電力シ

東京電力では、太平洋側に福島第 1、2 原子力発

ステム改革以降は規制緩和によって、新電力などの新電所（9,096 MW）を、日本海側に柏崎刈羽原子力発

しい企業による電源建設が行われる様になり、配置計

電所（6,856 MW）を、東京湾側に袖ケ浦天然ガス火画がある程度自由競争になっている。

力発電所（3,600 MW）や姉ヶ崎天然ガス火力発電所

しかしながら、大規模発電所に関しては、これまでの一般発電事業者が建設を担っており、基本的に以下の考え方に基づいて建設が行われてきている。
その対象となる地方が、二つの海に面している場合（3,600 MW）をおいている（図 2.14）。
中部電力では、日本海側に上越天然ガス火力発電所（2,380 MW、2014 年運開）を、太平洋側に浜岡原子力発電所（3,617 MW）を、名古屋湾には知多天然ガス
火力発電所（3,350 MW）を置いている（図 2.16、図は2004 年現在）。
関 西 電 力 で は、 日 本 海 側 に 大 飯 原 子 力 発 電 所（4,710 MW）、 高 浜 原 子 力 発 電 所（3,392 MW）を お
き、 瀬 戸 内 海 側 に は、 姫 路 第 二 天 然 ガ ス 火 力 発 電所（2,550 MW）、大阪湾には、海南石油火力発電所（2,100 MW）などを設置している。太平洋側には大規模火力発電所はない。
四 国 電 力 で は、 西 側 に 伊 方 原 子 力 発 電 所（2,022 MW）を、 東 側 に は 橘 湾 石 炭 火 力 発 電 所

図 4.2

主な原子力発電所 日本原子力産業会議資料（国土交通省 HP より）（2,100 MW）を設置している。太平洋側には大規模火力発電所はない。
九 州 電 力 は、 日 本 海 側 に 玄 海 原 子 力 発 電 所（2,298 MW）を、 太 平 洋 側 に は 川 内 原 子 力 発 電 所（1,780 MW）を、東側には新小倉天然ガス火力発電所（2,112 MW）を設置している。
このほか、内陸には水力や揚水発電所を設置し、海、山間でもバランスのとれた配置計画となっている。
しかし、2011 年の東日本大震災以降、原子力発電所の多くが停止になり、このバランスはうまく機能し
ていない。

図 4.3

主な火力発電所 電気事業連合会「電気事業便覧」（国土交通省 HP より）

電力系統技術の系統化調査

221

5｜送電網の計画

発電所の大きさと分布（15 票）、地形（14 票）、信頼度

5.1 制約無しの電力系統計画

（5.1）
（5.2）

（15 票）であることが判明した。そこで、その 4 項目を系統計画の前提条件として残した上で他の制約を無視し（1）概要て、各国の系統計画専門家に系統計画を依頼した。

電力系統も、技術革新により進化しているが、通信ネットワークに比べ、新技術の普及の速度は極めて遅（3）仮定した地域

い。主な原因は、電力系統のインフラは、巨大で長寿系統計画のために、対象とする地域の地形を決め、命のものが多く、全部を廃棄して作り直すことは不可

需要と発電の大きさと分布を決めるに当たり、系統の能であるので、現状の改善・拡張という手法にならざ

需要と発電所の情報を Seven-Year Statement としてるを得ないためである。そこで、電力系統が全くない

公開している英国をベースとし、それを単純な形に変状態（グリーンフィールド）に一旦立ち返り、さらに種々の制約条件を無視して電力系統を計画することにより、最も望ましい電力系統とそこで必要となる技

G 4,000

術を明確にできるのではないかと考えた。各国の電力系統計画の専門家の協力が得られる国際大電力システ

L 1,000

ム会議（CIGRE、後述）を活用して検討を行なった。

L 1,000

CIGRE の系統計画・資産運用に関する分科会（Study

G 3,500

Committee）C1 の 下 に、 ワ ー キ ン グ グ ル ー プ WG-

G

C1.19 を設置し、筆者が主査となり活動した。15 カ国、

3,500

L 2,000

L 2,000

20 名のメンバーで構成され、それに加えて、日本の電G 6,000

力系統技術者 8 名の支援を受けた。WG は 2009 年に

L 3,000

活動を開始し作業会、アンケートや系統計画作業などを実施し、2013 年に活動を完了し報告書（5.1）を発行した。

G 8,000
L（2）無視する制約条件

G 5,000

G 5,000

かをアンケートにより抽出した。低炭素、資金、国家

G 7,000

安全保障、住民の許容など種々の制約があがった。こ7294579

図 5.1

L 5,000

G 2,500

図 5.2

計画対象の需要 ･ 発電所分布SC C1 Meeting Paris 2010

制約条件の投票結果（抜粋、トータル 15 票）

Vol.29 2020. March

G 7,000
L 20,00
G 6,0000により重要性を評価した。図 5.1 にその結果を示す。
得票が多かった項目は、需要の大きさと分布（13 票）、

L 7,000

L 2,500

れらを、政治、経済、環境影響、技術に分類し、投票

国立科学博物館技術の系統化調査報告

G 8,000

L 8,000

はじめに系統計画上の制約にどのようなものがある

222

L 7,000

7,000

更して作成した。図 5.2 に仮定した地形と需要、発電
分布を示す。図形としてはイギリスであるがあくまで仮想の地域をモデルとしている。G が発電所、L が負荷地点である。この分布の特長は、北部では、発電量が需要を上回って大きな発電余剰があり、南部では、大きな需要地があって、需要が発電量を上回っていることである。このデータは、英国の状況を必ずしも正確に反映していないので、今回の系統計画で得られたネットワーク
が適切で、現実の系統に問題があるということではない。
なお、信頼度については、各国の考え方に任せるとしたが、結果的には、N-1 信頼度基準が各国の共通であった。
（4）グリーンフィールドデザイン
イギリス、フランス、スペイン、ポーランド、メキ
シコ、中国、日本の系統計画者が系統を計画した。ここでは、それぞれに特徴のある日本の 3 つの例、スペインとフランスの送電系統の例を示す。
図 5.3 は主に東京電力の系統計画者により作成された 500 kV 交流送電線を用いた系統である。必要送電容量の大きい箇所は回線数を多くしており、一部にループを持つ放射系統となっている。この系統をデザインした理由として、日本での送電電圧の最高が

図 5.4

主に関西電力の系統計画者がデザインした系統

500 kV であるのでこの電圧を採用した。また、日本の送電線は、1 ルート2 回線であるのでそれを用いたとしてい図 5.4 は、関西電力の系統計画者が主にデザインしる。また、経済性を考えてループ系統を採用したという。

た系統である。ここではループは構成されずすべての送電線が放射状になっている。関西電力では、ループ系統による事故波及の経験があり、ループ構成を取らない系統を考えたという。
図 5.5 は、中部電力の系統計画者が主にデザインした電力系統で、北部から南部へ直流送電を行い、その他の地域を交流系統でつないでいる。この系統をデザインした理由として、北部の余剰電力をまず南部に直流送電し、他の地域の電力を交流の送電系統で南部に送ることを考えたとしている。
スペインの系統計画者は図 5.6 の案を提出した。地
理上中央部から南部に直流送電を導入し、その他は
500 kV 交流でネットワークを構築している。その理由を聞くと、現在フランスとスペインの間の連系を直流送電で計画しており、すぐに直流送電をイメージしたと言う。
一方、図 5.7 はフランスの系統計画者による計画案である。海岸線を使った直流多端子系統で、北部の電源地域の大量の電力を直接中部および南部の消費地帯に送電する。このため、交流系統は非常に少なくなっている。
しかも、すべては連系されておらず、北部、中部、南部、

図 5.3

主に東京電力の系統計画者がデザインした系統

および南西部は同期連系されていない。日本の計画とは電力系統技術の系統化調査

223

対照的である。難しい問題もあるかもしれないが、洋上風力発電との親和性、系統安定度の問題がなくなるな
ど、革新的な系統となっている。また、交流電圧も、北部と南部で電圧を 400 と 500 kV と 2 種類を用いている。
また、交流送電線ではＴ分岐、＋分岐を用いている。

G 4,000
L 1,000
L 1,000
G 3,500
L 2,000

G 3,500
L 2,000

G 6,000
L 3,000

G 8,000

図 5.7 フランスの電力系統計画者がデザインした系統

G 8,000

L 7,000

L 7,000

G

5,000

L 8,000（5）使われた知識G 5,000
L 7,000

G 7,000

L 20,00
0

L 2,500
G 2,500

図 5.5

グリーンフィールドデザインをした計画者に計画のG 7,000
G 6,000
L 5,000

500kV Transmission Double Circuit
HVDC

主に中部電力の系統計画者がデザインした系統プロセスを記述してもらった結果をまとめると、以下のことが判明した。前提となる 4 つの制約を除くすべての制約を無視するように依頼したにも関わらず、無視すべき複数の制約を取り入れたデザインとなっていることである。すなわち、無視すべく与えられた制約
は計画者にとっては形式知であるにもかかわらず、無視できなかった制約が計画者の暗黙知として存在してGいたという事実である。形式知は、容易に記述できる

4,000

知識であるのに対し、後者は、記述が難しい知識で、

L

L
G
G

計画者の経験によってもたらされたいわば習性といえる知識に相当する。

1,000

3,500

L

3,500

L

1,000

2,000

この WG-C1.19 の会合は数回にわたってパリをは

2,000

G

G
L

8,000

G

2,500

L

7,000

の参加者を得、議論しながらまとめられた。図 5.8 はG

2010 年函館で開催された会合の写真である。この試

8,000

G

G

L

3,000

みによって、電力系統の計画は、系統計画者のそれま

7,000

L

G

じめいろいろな国で開催され、上記に示した各国から

6,000

L

L

7,000

5,000

られるものではないことがわかる。この試行では経済

5,000

G

7,000

L

2,500

での経験、知識に基づいて行われており、一意に決め8,000

性に関しては考慮していないが、経済性を含むその

7,000

20,000

L

G

6,000

5,000

500kV Transmission Double Circuit
HVDC

図 5.6 スペインの電力系統計画者がデザインした系統

224

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

他の制約条件によって候補が絞られることになるであろう。
なお、このワーキンググループの報告書の出版に当たり、イギリスのメンバーから、対象とする図形がイギリスそのものであると、現在の電力系統の構成が最適ではないのではないかと思われるので図形を変えて電力と北陸電力を結ぶ南福光直流連系、関西電力と四ほしいと要請があり、図形をデフォルメして報告書と国電力を海底ケーブルで結ぶ紀伊水道直流送電である。
わが国における直流送電の歴史は、昭和 30 年（1955している。

年）に遡る。当時、長崎県の離島の高島、端島（通称軍艦島、図 5.9）などでは三菱鉱業による石炭の採掘が盛んであった。炭鉱で必要な電力を本島から送電するには距離が長いために、高島や端島にディーゼル発電機を置き電力供給をしていた。当時の九州電力では、周波数が 50 と 60 Hz が混在しており、発電機も、二つの周波数の交流発電機、直流発電機などが置かれていた。炭鉱の規模が拡大するにつれて、必要な電力が増大し、本島からの電力供給が必要となった。また、島の中での周波数変換に昭和 26 年（1951 年）イ
グナイトロンを用いた周波数変換を行っていたが、限図 5.8 国際会議の様子（右端が主査である筆者、後ろ姿右側が幹事の伊与田功）

界を迎えていた。そのために、電力供給を本島から送ることとしたが、その間は海底ケーブルである必要があり、交流では送電できないので、直流送電が行われることとなった。

エピソード 4電力における 3 相の表現法

高圧の電力は 3 つの相で送られるが､ 各相の名前の付け方に電力会社ごとにいろいろな歴史がある。以下の表にその例を示す（1990年当時）。電力会社により､ 名前の付け方が異なっているため､ 電力会社間の連系、共同作
業の時に混乱を来すこともあった。

1950 年代、わが国のメーカーでは当時通商産業省
工業技術院の中の電気試験所（後に 1970 年電子技術総合研究所を経て、2001 年産業技術総合研究所となり現在に至る）の協力の下、将来の直流応用のために変換器用の整流器の開発が行われていた。日立、東芝、三菱電機（図 5.10）、富士電機がそれぞれ高電圧の水銀整流器を開発してきた。一国で、4 つのメーカーがそれぞれ独自に技術開発をするのは他の国では

第1相

第2相

第3相

考えられないことであった。水銀整流器の試験も、電

u

v

w

気試験所で行っていた日立を除き、各メーカーの工場

U

V

W

で別々に行われていた（5.3）。

a

b

c

直流送電の技術は、その後、電気試験所が電子技術総合研究所に組織替えになった 1970 年の時点で直流

A

B

C

R

S

T

x

y

z

赤

白

黒

□

○

△

技術を含む電力技術の研究を中止し、電力技術の研究
は電力中央研究所に移管された。当時、電気試験所で直流の技術開発を行っていた研究者に、三上一郎がいた。同氏は後に、三菱電機に転職し、三菱電機の電力技術開発に力を貸した。筆者が三菱電機に入社する前の大学院時代に技術的指導を受けていたが、筆者の三菱電機入社時一番はじめの大仕事が同氏のご葬儀であった。

5.2 直流送電
5.2.1

初期の直流送電

海外では、1944 年ドイツで SSW および AEG によりベルリンーエルベ間に 40 kV、60 MW、110 km の
地下ケーブルでの直流送電が試験的に開始されていた（実施されなかったとの説もある）。また、スエーデン

わが国では直流送電が電力会社間の連系に用いられ

ASEA 社（後の ABB）は 1954 年スエーデン本土―ている。北海道と本州を結ぶ海底ケーブルの北本直流

ゴットランドの間を 100 kV、20 MW、100 km の海底連系、東京電力と中部電力を結ぶ周波数変換所、中部直流ケーブルで試験を開始していた。

電力系統技術の系統化調査

225

わ が 国 の 計 画 は、 長 崎 県 の 岳 路 変 電 所 で 66 kV、

5.2.2

その後の直流技術の展開

60 Hz の電源を、60 kV 直流に変換、7,500 kW、5 km

高島への直流送電は試験的に行われたが、その後しの海底ケーブル（古河電工）で高島双子（資料によっばらくは本格的な直流送電のプロジェクトは存在しなては二子）変電所へ直流送電し、50 Hz、3,300 V 交流

かった。1965 年に世界初の商業用周波数変換所であ（5.3）

へ逆変換するものであった（図 5.11） 。

る、佐久間周波数変換所で直流技術が本格的に使われ1958 年 3 月から現地試験が開始された。高島の直るまで 10 年を要している。この設備の目的としては、

流送電プロジェクトは、世界 3 番目の直流送電となっ高度成長期に、東地域（50 Hz）と中西地域間（60 Hz）

たといえる。

の電力融通が必要となり設置されたものである。
この時は、整流器としてはスエーデン ASEA（現在の ABB）社製の水銀バルブが用いられた。高島のプロジェクトでは日本製の水銀整流器が開発され用いられていたのに、佐久間周波数変換所では海外からの輸入した装置が用いられている。
その後、1970 年代以降、アークバックを起こす水
銀整流器に変わりサイリスタ整流素子を用いた直流技術が展開され、新信濃周波数変換所や北海道本州間の直流送電へと発展していった。
文

図 5.9

端島（通称軍艦島）の現状

献（5.1）CIGRE WG C1.19 report“Green field network,
designing future networks ignoring existing
constraint,”June, 2014（5.2）鈴木浩、伊与田功、高野登志裕「グリーンフィー
ルドデザイン―制約を無視した電力系統計画」
平成 25 年電気学会電力・エネルギー部門大会、2013 年 8 月、144（5.3）三 上 一 郎「 直 流 送 電 I」 電 気 学 会 雑 誌、75 巻
807 号、1955 年 12 月
（5.4）中野光雄「三菱鉱業高島における高圧直流送電の概要」動力、8 巻、44 号、1958 年 7 月

図 5.10三菱電機が開発した高島岳路逆変換装置（5.3）

図 5.11

高島直流送電概略系統図（5.4）

  

226

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

6｜将来のための技術

電力系統を構成する高電圧の機器は昇圧に伴い、のスベレト変電所において行われた UHV の試験が変種々の系統 ･ 変電技術を用いて開発されてきた。その圧器を 3 つの会社で分担したこと、わが国重電メー

おかげで、わが国の電力系統は強力な社会インフラとカー 3 社がそれぞれ異なるデザインを持っていることして確立してきたといえる。

もあり、東京電力の新榛名変電所でも､ 相ごとに重電

将来の電力系統の可能性を検討する中で開発されてメーカー 3 社の変電用機器をそれぞれ試験することときた技術のうちで、現在までの所は使用されておらなった。その 3 社とは日立、東芝、三菱電機である。

ず、将来の使用可能性を持つものを記録として残して基本仕様は統一されており、各社の技術的特長を活かおきたい。例えば、UHV（1,000 kV）技術、直列コしながら、各設備の形状は全体設備構成上整然としンデンサ技術、特殊連系装置、交直並列送電などであて統一性がとれたものとされた。試験対象の主なものは､る。送電分野では、超電導送電線、管路気中送電線な

変圧器、GIS（ガス絶縁開閉機器のことで、遮断器、ども研究開発されたが現在まで本格的な実用には至っ

断路器、母線などが空気中ではなく六フッ化硫黄ガスていない。そのうちでは東京電力と日立、東芝、三菱

中に納められている）、アレスター、保護リレーであ電機との共同研究で昭和 44 年から 49 年まで開発と実る。なお、ブッシングは汚損、防爆、耐震など開発要証を行った特殊連系装置は技術的な特徴があるが文献素が多く各社で分担したのでは非効率ということで碍（6.1）に詳細があるので本稿では触れない。

管メーカーの日本ガイシに代表して開発が依頼された。
1,000 kV 変電機器の開発設計製造は東京電力の指6.1 1,000 kV 変電技術の開発（1）1,000 kV 送電の必要性と課題

導のもと、それぞれメーカーが独自で行った。3 社ともにこうした機器の設計に独自の思想を持っており、設置された機器は見た目も異なったものになった。各メーカーは工場のラインを新設すると同時に、試験設

電力の需要が大きく伸びていくことが予想された備もそれぞれが有した。欧州などでは、いくつかの認1980 年代に、東京電力は将来の大容量長距離送電に定された試験設備を複数メーカーが共同して試験でき

従 来 の 500 kV（50 万 ボ ル ト ） の 2 倍 の 電 圧 に あ たるようにしていた。図 6.2 は三菱電機が赤穂に建設しる 1,000 kV（100 万ボルト）の適用を計画していた。

た UHV 試験設備である。共通の高電圧試験設備とし1,000 kV か ら 1,500 kV ま で の 電 圧 を、UHV（Ultra
High Voltage）と呼ぶ。人によってはおそらく最終の電圧であろうということで Ultimate High Voltageとも呼ばれている。図 6.1 はそのイメージで、100 万ボルトの送電で、50 万ボルトの送電ルート 3～5 本分の電力を送ることができることになり、その利点は大きい。送電鉄塔の高さは 50 万ボルトの 80 メートルから、100 万ボルトでは 110 メートルと高くなるが、3～5 本の送電鉄塔が数百キロメートルにわたり占める
所要面積が大きく縮小でき、面積の狭いわが国には適した送電技術ということができる。
電力は､ 3 相で送られること、イタリアのピサ近く

図 6.1

50 万ボルトと 100 万ボルト送電線の比較

図 6.2

三菱電機赤穂製作所の UHV 試験設備

電力系統技術の系統化調査

227

て電力中央研究所での試験も行われた。
UHV 系統では、500 kV に比べ以下の特徴があり機器の開発において種々の対策が検討された。

造された変電機器は以下の通りであった。
①変圧器（6.6）
変圧器については、わが国の鉄道や道路輸送での厳①静電容量（キャパシタンス）が大きいために事故時しい寸法制約により、組み立て状態で輸送できる最大の 2 次アーク電流が大きくなる。そのために、高速

規模は 500 kV、500MVA の単相単巻変圧器（三相バ

接地開閉器や、直付けシャントリアクトルの開発がンク 1,500MVA）である。1,000 kV 変圧器はこの 2 倍検討された。

の容量・電圧となることから、単相を 2 分割して輸送②送電線の抵抗値が 500 kV に比べて相対的に小さくし現地でクリーンルームを設けて接続する構造を採用

なり、直流電流が流れた場合にその減衰が遅くなした。図 6.4 はこうした大容量変圧器の輸送に新たにる。そのために、事故直後の電流にゼロ点推移現象

開発された運搬機による輸送の写真である。ベンツにが生じる。その対策が検討された。

より作成されたトレーラーで、重量に対応するために③設置場所が山岳部となるために輸送の問題が大きい。

40 近いタイヤがつけられ、これらを個別に制御する仕組みが埋め込まれている。山道を人がついて制御し（2）実証試験設備（新榛名変電所）（6.3）

1996 年に開始された実証試験設備の構成は、実運
転状態を考慮し課電のみならず通電による複合ストレながら進んでゆく。途中強度の弱い橋などは鉄板で補強するなどの対策をとった。この方法は、その後、輸送制
約のある変電所での変圧器据え付けに展開された。

スを併せて検証できるよう計画した。変圧器について
は、輸送制約から単相を 2 分割にしている構造上の特徴を生かし、それぞれの分割単位に負荷時電圧調整器を接続し、タップ差による循環電流が流れるように工夫
し て い る。 ま た、GIS（Gas Insulated Switchgear）
については、パワーCT（電流変成器）の逆励磁により定格電流が流れるように単相母線をループ構成としている（図 6.3）
。

図 6.4

大容量変圧器の輸送の例

さらに、絶縁寸法を極力切り詰めた設計とする必要があったことから、最新の解析技術を駆使し変圧器内部の絶縁用の油の油隙の細分化などにより耐電圧性能の向上を図った。また、巻線部や 2 分割部分を接続する 1,000 kV リード部などの実規模絶縁モデルと実証器と同一設計で 1/2 相分のモデル器を製作し、絶縁の図 6.3 新榛名変電所の試験設備配置図（上から日立、三菱電機、東芝）

限界性能を初めとした電気的・機械的・熱的性能などの総合的検証試験を実施し、十分高い信頼性を有していることを確認した。詳細に関しては、技術の系統化
報告書「電力用変圧器技術発展の系統化調査」矢成敏（3）実証器の仕様と開発

（6.4）
（6.5）
（6.6）

行、2004 年第 4 集に詳しい。

試験電圧のうち雷インパルス試験電圧は、種々の回路条件による過電圧解析から把握した過電圧レベルをもとに決定した。

228②GIS（6.4）
GIS については、1,000 kV 系統固有のさまざまな技

商用周波試験電圧は、機器の寿命期間中に一線地絡術課題を克服するため、構成する遮断器・断路器にや負荷遮断などで発生する過電圧と、機器絶縁特性を

500 kV にはない新たな方式を適用した。送電線の事

詳細に把握して決定した。これらの条件の下、設計製

故相遮断後に健全相からの静電誘導により継続する二国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March次アークを遮断器の再閉路動作の間に高速で線路両端の接地投入・開放を行い強制消弧する高速度接地開閉方式を新たに開発適用した（HSGS、図 6.3）。
このうち遮断器は、開閉サージ倍数を現状では効果的抑制方法のない地絡サージレベルまで抑制する目的
で、抵抗投入・抵抗遮断方式（500 kV では抵抗投入のみ）を採用した。1,000 kV 系統全体の絶縁耐力に影響する抵抗接点と主接点間の確実な動作協調（抵抗接図 6.5点が主接点に対し 10 ms 先行して閉極、30 ms 遅れ

UHV 用避雷器開発の経緯て開極）を実現するため、信頼性の高い同期閉路機構

避雷器と同じレベルの特性のものしか製造できないとや油圧遅延装置を開発した。また、1,000 kV 系統でのしていたが、東京電力の市田行則を中心とした指導に遮断責務を詳細に把握し、主接点と抵抗接点の一連のより、より高性能の酸化亜鉛形避雷器の開発を実現す

電流遮断過程を精度良く検証するため、検証箇所を分ることができた。図 6.5 に UHV 用避雷器が A 特性、割し、複数回の試験で遮断過程全体を検証するマルチ

B 特性、C 特性と改良されていった歴史を示している。

パート法を導入した。遮断器の構造については、当初
は 4～6 点の遮断点数で実現可能との見通しであった。

④ガスブッシング

その後の遮断過程のガス流解析技術の進歩や 500 kV、ガスブッシングは、当初碍管長 12m のプロトタイ

63 kA 遮断器の開発実績などにより、遮断点数 2 点（2プ器を開発していたが、実験計画法的に碍管の試作検点切り）の遮断器が実用化され大幅なコンパクト化が証を行った。碍管下部を太径化し笠形状を深ひだ化し図られた。この技術は 500 kV 遮断機の 1 点切りにもた構造を採用した。碍管長を 11.5m に短縮するとと展開されている。

もに、500 kV と同一の金属シールド方式の適用など

断路器については、充電電流遮断過程で発生する急により、耐震性能の向上と構造の簡素化を図った。特峻なサージ（断路器サージ）を、雷インパルス試験電に、汚損耐電圧試験については、実フィールドにおけ圧の低減に伴い相対的に抑制する必要が出てきた。抵る塩分付着特性の観測データなどをもとに、高さ方向

抗体を介して充電電荷を放電し断路する抵抗付き断路

や円周方向の不平等汚損も考慮した試験を行い、開発器を開発し、十分な信頼性検証を行った。

したブッシングの汚損耐電圧性能を把握した。

高速接地開閉器（HSGS）は、技術的には遮断器技術を応用したものであるが、遮断責務を詳細に評価しこれらの機器を設置した新榛名変電所の写真が図た結果、遮断過程で他相の事故があった場合、事故条

6.6 で、3 相の左から東芝、三菱電機、日立の機器が件によっては最長 80 ms の間電流零点が現われないならんでいる。技術の系統化調査報告 第 4 集「電力セロ点推移現象発生の可能性があることが判った。そ用変圧器技術発展の系統化調査」P76 より転載した。

のため、消弧室のパッファ部に蓄圧空間を設け、遮断図に示す変電所に起振機を設置し地震と同じ振動を可能時間幅を広げる対応を図った。

起こし、ブッシングを含む各機器での計測も行われた。

このように、変電機器が電力系統の要となることか
ら 1,000 kV 用機器に多くの工夫をとり入れ、送電鉄塔、送電線をコンパクト化でき、UHV の実現性を高めた。
③酸化亜鉛型避雷器（6.3）
避雷器には酸化亜鉛形避雷器（ZnO）が用いられた。
1,000 kV では、サージ保護レベルを低く抑えて機器の小型化を図る必要があった。それを実現させたのが高性能避雷器であった。寿命特性、エネルギー耐量、電
圧 ･ 電流特性の平坦率の向上により、高い電圧ストレス下での仕様に耐える避雷器を開発した。避雷器メー
カーは当初酸化亜鉛避雷器の電圧電流特性を 500 kV

図 6.6

東京電力新榛名変電所 1,000 kV 実証試験設備

電力系統技術の系統化調査229

（3）開発・試験途中で生じた筆者の関連したトラブル
記録には残っていないが開発・試験にあたってはい
くつかのトラブルがあった。
• 断路器の現地への輸送時に、接点が分解していて、新榛名変電所現地で夜中に分解修理したことも
あった。

図 6.7

3 次巻線の方向（左が日立、東芝、右が三菱電機）• 今回始めて三つのメーカーで変圧器の各相を別々に設計開発を行った。変圧器の 3 次巻線は、3 つの相いたのでこうした問題はなかったが 3 相を別々のをデルタ結線して回転型の電流を流し 1 次、2 次側のメーカーで設計 ･ 製造したために起こった問題で高調波を吸収することになっている。今回は、3 メーあった。

カーでそれぞれ 3 次巻線の方向を個別に設計 ･ 製造

• 実証試験が始まった約 2 年後、明け方わが家に電していた。実際に電流を流す前に、計算機シミュレー話があり、三菱電機製の変圧器が破損したという。

ションを行った時に 3 次巻線の取り方が異なっているこ

急いで駆けつけると、変圧器が破裂しており、火と（図 6.7）が判明した。すなわち、日立と東芝は u、事にはならなかったが絶縁油が流出、コイルなど

v 相を担当し、図 6.7 で、3 次巻線を左のように製作が飛散していた。直ちに原因究明が行われ、以前したが、三菱電機は右の w 相の様に製作した。この問題となって解決されていた変圧器内部の油の流まま 3 次巻線をつなぐとデルタ結線とはならず、3 次巻

れによるイオンの集中による絶縁破壊（流動帯電線の機能が果たされないことになる。そこで、急いで現象）の新しい形「電荷蓄積現象」が時間を経て三菱電機側の 3 次巻線の接続の向きを変更して事

じわじわと形成されたことが確認できた。その後、なきを得た。変圧器の 3 次巻線に関しては、これ

この対策を施した変圧器を再設計し、製造据え付

まで 3 相すべてを同じメーカーで設計 ･ 製造してけを行った。

エピソード 51,000 kV 新榛名実証試験余話

新榛名変電所での UHV 開発当時の東京電力側の変電機器の責任者は､ 送変電建設本部田邊愈副本部長であった。筆者は三菱電機の変電機器設計最終承認者として毎日のように対応した。彼の評価は､ 単なる
技術面だけではなく、フィギュアースケートのように、機器の技術面と芸術面から行われており、メーカー
3 社に対して、3 者 3 様の評価点がつけられていた。例えば GIS の管の太さや、管同士をつなぐボルトの数などに対してであった。
ほかにもメーカに対して以下のようなコメントを頂戴している。
①「あくを取らなくてもタケノコは煮える、食べられはするが見栄えが悪い、味も悪くなる。UHV の技術
もただうまくいったではなく、味のある製品開発にしたい。」②あるメーカーの変圧器の限界性能試験では、コイルの端部に弱点があった。これは 500 kV 機器と同じ設計をしたためであった。1,000 kV 機器では、電界の集中を考慮する必要があったのに 500 kV 機器の延長で良しとした。そのときのコメントは「昔、狩猟民族では、動物から得られていた塩が、農耕民族になったときには特別に摂取する必要がでてきた。500 kV では自然に解決していた問題が 1,000 kV では特別に取り上げて検討する必要が出てくる。三菱電機の変圧器工場は赤穂に有り、そこで昔は塩をつくっており、そこを訪れた時これに触発された。
」③また、別の機会には、「伊勢神宮は、20 年に一度遷宮を行い大工の技術伝承を可能にしている。送電電
圧も 40 年前に 275 kV、20 年前に 500 kV、今 1,000 kV が始まる。技術がうまく伝承できていると考えてよいのだろうか。
」
新榛名変電所での実証器開発が開始された後、関係した技術者同士が集まり親交を深めた。その会の名は、田邊氏の命名で、UHV の U と開発を悠然と進めるとの意味を込めて、「悠進会」と名付けけられ、
1993 年 4 月 26 日に第 1 回の会合が開かれ、田邊氏が亡くなられるまで定期的に続けられ、東京電力と電機メーカー間の貴重な交流の場となっていた。

230

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. Marchこうした多くの経験は IEC を通じて国際的に貢献した。調査の結果、この事故は直列コンデンサを含したのみならず、500 kV 以下の変電機器設計 ･ 製造

む回路の電気的振動（LC 共振）とタービン発雷機軸に生かされている。

系の機械的ねじれ振動との共振（Sub-synchronousResonance、低周波軸ねじれ共振、以下 SSR という）という今までに経験したことがない原因により発生し6.2 直列コンデンサたものと判明した。アメリカでは、この事故を契機にメーカー、電力会社や IEEE（Institute of Electricaland Electronics Engineers、後述）の委員会などで（1）直列コンデンサ補償の適用
高電圧の送電線は送電鉄塔を用いて空中に設置され、3 相で電力を送っている。そのために、電圧と電

この問題の研究が進められている。わが国でも、将来の直列コンデンサの導入に備えて SSR 現象について、メーカーや電力会社などで研究が進められた。

流が電界と磁界を生じて、交流にとっては、送電がリ
アクタンスの特性を持つことになる。長距離になると（3）わが国の将来系統への適用可能性

このリアクタンスが大きくなり、インピーダンスが大1970 年代以降、わが国でも、東京電力や関西電力

きくなることで大容量の電力を送ることができなくなにおいて、直列コンデンサの適用が計画されており、る。UHV では電圧を上げることで電流値を抑え、大筆者らは、こうした将来の電力系統における SSR 現

きな電力を送れるようにした技術である。

象解析のための計算機プログラムを開発しその解析を一方、電圧を上げずに、リアクタンスを下げる方法

行った（6.8）。

に、直列コンデンサが有効であることは古くから知られている。コンデンサは商用周波数ではマイナスのリ
アクタンスとなるからである。わが国での超高圧系統
へ の 適 用 と し て は、1955 年 九 州 電 力 山 家 変 電 所 に
220 kV 直列コンデンサ設備（現在は不使用）が初めて設置され、更に 1973 年関西電力大黒部幹線（大黒幹）城端（じょうはな）開閉所に 275 kV 直列コンデンサが設置された。大黒幹直列コンデンサは、水力電

図 6.9

直列コンデンサ適用系統のモデル

源開発に伴う大黒部幹線（こう長 244 km）の送電容量増加を目的としたもので、1973 年回線別 22% 補償（49.6MVar × 2）のものが設置された（図 6.8）（6.7）。

図 6.8

関西電力城端開閉所における直列コンデンサ

図 6.10直列コンデンサ適用系統の SSR 不安定解析

500 kV、200 km の送電モデル系統（図 6.9、原子力（2）米国での直列コンデンサ補償系統での事故

電源線）を対象に固有値法（後述）により解析した

直 列 コ ン デ ンサを幅広く採用している米国 に お結果の一例を図 6.10 に示す。但し、タービン発電機

いて、1970 年および 71 年に、南カリフォルニアのは原子力発電機を想定し、高圧タービン（HP）、低圧

Mohave 発電所でタービン発電機の軸損壊事故が発生

タービン（LP）3 段、発電機（GEN）からなる 5 質

電力系統技術の系統化調査

231

点系と考え、それぞれの機械的自己・相互ダンピング

実は、この両者（ナイキスト法と等価モデル法）との値は図中に示してある。このタービン発電機の軸はある近似を用いると同じ解が得られることを筆者がねじれには、軸が 4 つあるために 4 つのモード 1～4発見した。米国には素晴らしい技術者が複数いること（周波数に対応する）が存在している。同図から、直を知った一幕である。

列コンデンサ補償度が約 80% のときに第 2 次モード
（16.2 Hz）
、約 50% のときに第 3 次モード（21.7 Hz）と第 4 次モード（22.6 Hz）で SSR 現象が発生しており（5）活かされた技術
直列コンデンサは、SSR 現象の存在が明らかとなった後も、米国や中国では、そのリスクの生じない程度

安定領域が狭くなっている。
以上は計算機によるシミュレーションでの安定度解の補償度によって採用されているが、わが国では、城析であったが、小規模のタービン発電機を用いてその端開閉所の増設以外に適用されていない。しかし、こ

事実を検証することとなった。三菱電機の制御製作所

うした、機械系と電気系の共振という現象が起こりう（神戸）内にあった、模擬送電線（後述）につけられることが判明し、電力系統の開発に大きな功績を残していた小型発電機の駆動用モータと発電機の間の軸をた。その一例が、高速再閉路時のタービン発電機の軸

SSR 現象の生じる可能性のある周波数でねじれるよ

ねじれ現象の解析である。

うに設計製作して取り付けた。この軸に所要の特性を詳細については省略するが、落雷が続き、送電線に持たせるために磁気浮上列車用部材を削って鼓型に加続雷があると、一度送電線が開放され、再閉路された工して製作した。この軸を取り付けたモータ / 発電機

後にまた、地絡 ･ 短絡が生じ、これがタービン発電機をつないだ模擬送電線に、直列コンデンサを挿入し、の軸ねじれ振動を生じることが推察されるようになっ共振周波数を合わせたところ、軸に取り付けたひずみ

た。このために、火力 ･ 原子力発電につながる送電線計が大きな値を示し、不安定現象の生じることを実証

での高速再閉路の見直しが行われ、タービン発電機のすることができた。

損傷などが未然に防止されている。このように、SSR

こうした解析結果を受けて、わが国の火力 ･ 原子力
タービン発電機につながる送電線への直列コンデンサ現象の解析技術が他への展開で活かされたことが理解できよう。

の適用は見送られることとなった。関西電力の城端開閉所では、つながる発電機が水力であり、こうし
た SSR 現象が生じないことから、その後増設を重ね、1984 年 50% 補償（198 MVar × 2）となっている。

6.3 交直並列運転（1）交直並列運転の目的（4）アメリカでの解析手法

交流の送電系統では、電流は送電線などのインピー

Mohave 発 電 所 で SSR 事 故 が 発 生 し た 1970 年 代

ダンス（オームの法則でいえば抵抗値にあたる）で決に、 米 国 で は二つの電機メーカーが肩を並 べ て い

まってしまうので、送電線を流れる電力潮流を制御すた。GE（General Electric）には C. コンコルディアるのが難しい。一方、直流送電は、交直変換器の点弧（Concordia）というオーソリティがおり、一方 WH

位相を変えることで、ある程度自由に送電電力を制御（Westinghouse）には L. A. キルゴア（Kilgore）がいすることが可能である。この両者の特長を生かして、た。二人はいろいろな場面で異なる意見を持ち国際会

交流と直流の並列運転が考案された。

議の場でも意見を交わらせていた。SSR の不安定の判定方法も全く異なる方法を提案している。
コンコルディアの方法は、発電機を状態方程式で表

米国の西海岸では、北部のオレゴン州からの電力を
南部のカリフォルニア州に、交流と直流で並行して送電しており、並列運転の利点を実現している。

し、これを、タービン発電機の軸系のねじれ方程式と連

わが国においては、関西電力と三菱電機の共同研究立させ、全体の周波数応答を求め、ナイキスト線図をとして、1980 年代に入り、既設の交流 2 回線鉄塔の用いて安定度を解析する。一方、キルゴアは発電機を、

うち 1 回線を直流に変更することでどのようなメリッインピーダンスを用いた等価モデルで表現し、タービン

ト ･ デメリットがあるかを研究した。

発電機の軸ねじれを誘導機のモデルの滑り周波数で表して、発電機モデルの抵抗値から誘導機の滑りの分をマイナス表現する。全体の抵抗値がマイナスになった時を不安定と判断する等価回路モデルを使っていた。

232

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March（2）対象とした系統ある電源からの 1 ルート 2 回線の送電線を対象と し た。 交 流 送 電 線 の 電 圧 は 154 kV、 送 電 距 離 はで、両送電線間に何らかのインタラクションが生じる
可能性があった。その解析はわが国の解析ツールや
シミュレータではできないことがわかり、カナダのハイドロケベック電力会社の研究所である IREQ（L’Institut Reserche d’Hydro-Québec） で 行 う こ と となった。図 6.12 に IREQ でのシミュレータ解析に用

図 6.11

対象とした交直並列送電モデル

176 km、電源としては関西電力の基幹系統を含めて発電機 10 台で模擬した（図 6.11）。
図 6.12（3）系統安定性の向上

IREQ シミュレータ解析モデル

この送電線を 2 回線ともに 154 kV の交流で用いいた分布乗数モデルを示す。交直並列区間を 7 区間にたときに安定的に送れる電力の最大値は 145 MW で分け同一鉄塔併架部分を 4 区間、2 鉄塔部分を 3 区間あった。ここでは、発電機の至近端で 3 相地絡が生とした。交流と直流の相互作用を解析するため、回線じ、主保護により事故が除去されたときの過渡安定度

間のインダクタンスまで考慮した 2 回線一括π型等価の問題、系統に動揺が発生したときにその動揺が収ま回路で模擬した。

るという定態安定度の両方を考慮して求めている。
その結果、以下のことが判明した。

この送電線の片方の回線を直流送電に変更したときの安定度解析を行った。安定度解析では、この電力系①定常状態では、交流と直流の線路間で問題となるよ
うな電磁結合現象はなかった。

統を 10 機の発電機モデルで詳細に模擬した。安定度の解析手法としては、潮流計算、固有値解析、動的シ②直流制御での電力のモジュレーションにより、負荷

ミュレーションを用いた（手法の詳細は第 10 章で紹のステップ状の擾乱に対する交流系統の動揺が改善

介する）。安定度の条件としては、交流線路では 2 回される。

線交流と同じように、発電機至近端の 3 相地絡後主保③直流線路と交流線路の混触事故では、直流線路に交護により事故が除去されることとした。事故遮断後 1流電圧と交流電流が重畳して、交流線路に直流電圧分程度での低速再閉路が実施されるとした。直流側のと直流電流が重畳する。そして、ある相について事故としては、直流用コンバータ至近端事故が主保護

は、変圧器が飽和し他の相については過電圧が発生で除去され、直流が自動再起動する条件とした。発電することがわかった。

機の出力のパターンを 26 通り考えて解析を行った。
その結果、必要となる最低限の直流設備は 168 MW（5）活かされた技術であることが計算できた。これを用いて、初期条件と交直並列運転では、安定度の向上が得られたが、送しては、交流線に 166 MW、直流線路に 2 MW 乗せ

電線の両方がお互いに影響し合って、変圧器の飽和ているときが、最大電力が送れる。すなわち、最大送現象などが生じることがわかり、この方式は実用化

電電力は 168 MW となる。

されなかった。しかし、この解析検討に用いられた、

この結果は、事故を考えなければ、2 回線ともに直IREQ のシミュレータのような装置が直流送電など電流送電にした結果とほぼ同じであるが、直流送電の信力系統の技術開発に不可欠であることが認識され、第頼度を考慮したときに、交流と直流の並列運転の方が10 章で述べるシミュレータの開発につながったので

望ましいということができる。

ある。

（4）交流 ･ 直流送電線の相互作用に関して（6.9）

文

交流と直流の線路が同じ鉄塔でつながれているの

献（6.1）鈴 木賢三、他「東京電力駿河変電所向け 66 kV

電力系統技術の系統化調査

233

特 殊 連 系 装 置 」 三 菱 電 機 技 報 45（6）1971.06（6.2）田邊愈「100 万 V 昇圧に向けた技術開発・建設について」、電気学会電力・エネルギー部門全

vol 69, no.10, 1995
（6.7）山口卓余、室谷金義「IV. 直列コンデンサ方式」
電気学会誌、106 巻、7 号、昭和 61 年 7 月号

国大会、平成 5 年 3 月（6.3）山 形芳文「UHV 変電機器の開発と実証試験に（6.8）加藤耕一、上村勝彦、小向敏彦「直列コンデン関する研究」博士論文、横浜国立大学、平成 14

サ補償系統におけるタービン発電機の軸ねじれ

年共振現象」電気学会誌、97 巻 9 号、昭和 52 年

（6.4）花村信「高度化する変電技術」電気学会、特集「電力を支える先端技術」116, 10、1996 年 10 月
（6.5）山形芳文、鈴木浩「1,000 kV 送電の展望と技術開発」三菱電機技報、vol 69, no.10, 1995

国立科学博物館技術の系統化調査報告

9 月号（6.9）Nakra, H.L., Bui, L. X, and Iyoda, Isao, “System
considerations in converting one circuit of a号

234（6.6）山形芳文、中田孔、玉置栄一、富永正太郎、岸章夫、新海拡「1,000 kV 変圧器」三菱電機技報、

p.811～816

Vol.29 2020. Marchdouble circuit ac line to dc,”IEEE , (84WM2044); T-PAS, Oct. 1984

7｜需給 ･ 周波数 ･ 運用制御の歴史

周波数変化率（Δ f/ Δ t 成分）も加味した国内初の7.1 需給制御自動化の歴史

（7.1）
～
（7.5）

発電所単独の間欠式周波数自動制御装置であった。また、1959 年には九州電力上椎葉発電所に中央制御方

電気は基本的には貯めておけないので需要と供給が式による AFC 装置が設置された。その後、水主火従

常に同じでないと周波数が維持できない。そこで電力（水力発電中心）から火主水従（火力発電中心）の時系統が始まって以来、需要と供給のバランスをとるい代となり、それまで行われていた水力発電による周波

わゆる需給制御が当初から行われてきた。

数調整容量が不足し、火力発電による周波数調整も初期の電力系統は小規模で単純なシステムであった考慮して、中央給電指令所に水力・火力併用の AFC

ため、周波数を維持する周波数制御などは需要と供給（LFC：Load Frequency Control とも称される）装置のバランスをとる給電運用者が周波数を監視しながが導入されていく事になる。また、当初、発電機の機

ら、必要に応じて周波数の維持の役割を持つ発電所と器保護の目的で使われていたガバナ（調速機）を、周の電話連絡により発電指令を与えていた。この指令を波数調整のために用いるガバナフリー運転といった新受けた発電所では同じく手動で出力調整を実施していしい概念を採用し、AFC 運転発電所に加え、ガバナ

た。このような需要の変動に対応した手動操作によるフリー運転発電所を拡大し、1970 年代には火力機の給電制御としては、1919 年に東京電燈の麹町配給所

ガバナフリー運転も開始された（図 7.1 参照）。

に設置されたものが最初であると言われている。第二次世界大戦後、需要の伸びによる電力系統の巨大化・

7.1.2

広域運営と連系線潮流制御（7.1）

複雑化に伴い人手のみによる系統全体の掌握と効率的

戦後の経済復興が軌道にのると、1958 年 4 月 9 電

な運用が困難となり、1950 年代中頃にはアナログのテ

力会社と電源開発の 10 社体制による広域運営体制がレメータが導入され、1960 年代中頃よりデジタル制御発足した。また同時期に、中央電力協議会および各地などの電子計算機技術が適用されるようになってきた。

域電力協議会が設立され、従来の中央給電連絡所を中

本章の技術的内容に関しては電気学会技術報告「電央給電指令所に改め、また各地域にも給電連絡指令所

力系統の安定性に関わる解析技術の歴史」から引用さ
（7.1）

せて頂いた

を設置し、広域運営の実施体制が確立された。
1959 年に東地域（50 Hz 地域）内連系では、従来。

の 154 kV 会 津 連 系 線 100 MW に 対 し て、275 kV 田
7.1.1

周波数制御（AFC）装置の導入（7.1）

子倉本名線 480 MW の連系容量の実現による東京－

第二次世界大戦後の混乱から日本経済は安定を取り

東北間超高圧連系に伴い、周波数・連系線潮流制御と戻し、国家統制にもとづいた電気事業が再編成され、して、SFC（選択周波数制御、Selective Frequency

1951 年 5 月 1 日に一貫した発送配電事業として、新Control）方式が採用された。その後 1964 年に現状たに民営の 9 電力会社体制が発足した（その後電源開の 方 式 で あ る 東 京 電 力 FFC（ 定 周 波 数 制 御、Flat

発と沖縄電力が創立され現在は 11 電力会社）。こうしFrequency Control）方式と東北電力 TBC（連系線

た発送電事業の民営化は他の国に比べても早かったと

潮流バイアス制御、Tie-line Bias Control）方式によいえる（イギリスでは 1990 年に国営電力から民営化

る周波数制御となった。同様に、中西地域（60 Hz 地された。ただしこの年に電力の自由化も行われ、わが域）連系でも 1962 年には広域運営が開始され、1963

国の電力事業の動きとは大きくことなる）。しかしな

年関西電力 FFC、他 5 社 TBC 方式による周波数制御

がら、戦争中の発電所の破壊などにより極度な電力方式が採用された。2001 年には、関西電力も FFC か不足が生じ、周波数の恒常的な低下が発生していた。

ら TBC 方式に切り替えられ、中西地域連系では、全

このような時期に、1952 年周波数の自動制御試験をてが TBC 方式となった。

実施するため、四国電力津賀発電所に国内初の AFC（Automatic Frequency Control）試作装置が設置さ

7.1.3

（7.1）
経済負荷配分（EDC）れた。1954 年には四国電力の松尾川発電所に自動周

高度経済成長を迎えた 1950 年代後半ころから、周波数制御（AFC）装置が初めて実機として設置され波数の制御を基本としながら最適な経済出力配分がた。これは、周波数偏差（Δ f 成分）のみではなく、一段と重要性を増していった。九州電力では、1957

電力系統技術の系統化調査

235

年に国内初の火力発電所の経済負荷配分方式（EDC,

は経済負荷配分制御（EDC）が、それより短周期はEconomic load Dispatching Control）が中央給電指発電機の調速運転（GF：Governor Free 運転）によ

令所に設置され、その後 1963 年に AFC と EDC とをり制御され、負荷の周波数特性によって抑制される。

有機的に結合した本格的な水力 ･ 火力併用の自動給電

これらの周波数制御の方式を設計するには、負荷変動装置の運用が開始された。1965 年には、佐久間周波の周期と変動量を分析し、制御機器（発電機等）の応

数変換所が設置され、50 Hz 系統と 60 Hz 系統を跨い答性能を把握して制御方式を決定し、模擬系統での解で電力各社の電力系統が超高圧連系することとなっ析や実系統での試験によって検証することが必要になる。

た。この頃には、電子計算機と情報伝送の技術進歩によって電力系統制御への電子計算機の適用が可能になっていた。系統運用の複雑化や経済性の追求、電気の質に対する社会の要請の高まりを受け、系統運用の総合的な自動化・機械化が電力各社で進んだ。米国では 1961 年にデジタル計算機が給電運用に採用されていたが、国内では、初めて九州電力が 1965 年に、デジタル計算機をオンラインで使用する自動給電システ
ムを採用し、既設のアナログ制御装置と結合して運用した。その後、中国電力が 1968 年に、周波数制御を含む全ての制御をデジタル計算機でおこなう自動給

図 7.1電システムを導入した。このように、1970 年代後半

周波数制御の制御分担特性

までには、全ての機能を一つのデジタル計算機に集中させる「集中システム」を主流とした自動給電シス

7.2.2

連系系統の負荷周波数制御方式

テムが採用された。オンラインの需給制御機能とし連系系統（図 2.17 参照）における負荷周波数制御て、周波数制御、経済負荷配分制御等に対して、解析の目的は、目標とする系統周波数の維持と連系線潮流技術の研究成果の実装がなされてきた。1980 年代半

変動の抑制である。したがって連系系統では、TBC

ばに入ると、空調需要の伸びによる需給ピーク・オフ（連系線潮流バイアス制御）方式が最も理想的であり、ピークの差が拡大した。さらには一定出力で運転さFFC（定周波数制御）方式は、系統容量が他に比較れる原子力発電の比率増大に伴い、AFC 容量確保がして大きい周波数制御エリアに適用する場合に有効とさ困難になった。石油火力機の DSS（Daily Start and

れている（7.3）。現在は、他の制御エリアと交流連系されStop）、WSS（Weekly Start and Stop）運用、新設火ていない北海道、沖縄と系統容量が大きい東京を除く

力プラントとしてガスタービンコンバインドサイクル

7 地域で TBC 方式が採用されている。

（GTCC）プラントの採用、また揚水発電機を用いて周波数制御を行う AFC の容量確保が重要となってきた。この頃になると、計算機負荷を軽減して処理の高速化を図るために、後述のように機能毎に計算機を配置する「機能分散システム」が導入され、そこに高度な系統解析技術機能が実装された。

7.3 経済負荷配分制御（EDC）の歴史（7.1）

わが国における経済負荷配分（EDC）は、周波数制御装置が早期に導入された後、計算機の進歩とともに導入されてきた。また、系統信頼度に対する要求の7.2 わが国における周波数制御の歴史高まりから、EDC の解析・計算技術が発展してきた。

（7.1）

7.2.1

236

負荷周波数制御（AFC）の分担

7.3.1

古典的な経済負荷配分（EDC）

1970 年代に、デジタル制御計算機が出現し、EDC

電力需要（負荷）には電灯や動力などの様々な周期のオンライン制御化が実現した（7.3）。非線形である火の変動が含まれており、これをいくつかの周波数制御

力発電機の燃料費特性を 2 次関数で表現し、需給バラ方式が分担して対応している。図 7.1 はその概念を示

ンスの等式制約条件のもとで燃料費を最小とするラグしたものである。負荷周波数制御（AFC）は数分か

ランジェの未定乗数法を用いた方法が使用された。等ら数十分程度の変動領域を受け持ち、それより長周期λ法（等増分燃料費法）とも呼ばれ、送電ロスを考慮

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. Marchしない等λ法や、送電ロスを考慮し送電ロスをペナ
ルティ係数として定式化した等λ法が使用されてきたれている（7.13）。
一方、日本においては、系統信頼度の要求の高まり

（7.6）
（7.7）

。また、EDC の計算対象となる時間断面としてから、OPF による EDC の研究開発が行われた（7.15）。

は、計算機能力の制約から、EDC 計算周期の次の時

さらに、想定事故時の過負荷防止を考慮し、線形計

間断面の 1 断面のみを対象としていた。

画法を用いた潮流制約付最適潮流計算がオンライン

その後、需給制御ではベース負荷を原子力発電に頼EDC に導入された（7.16）。また、2 次計画法を用いたることとなり、また貯水池式水力の電源構成に占める

オンライン EDC も導入された（7.17）。その中で、発電割合の減少などにより、従来 AFC で対応してきた負機の燃料特性を静的な 2 次関数ではなく動特性とし、荷変動周期に対しても、その一部を EDC により対応

実 績 デ ー タ よ り ARMA（Auto-Regressive Moving

する必要性が生じた。そのニーズに対し、等λ法を拡Average Model、自己回帰移動平均モデル）といわれ張し、将来の複数時間断面に対して、負荷変動と発電るモデルを用いて動特性モデルを作成し、そのモデル

機の応答性を考慮した先行制御型 EDC の計算技術がと各種制約条件のもとで燃料費最小の解を求める手法

開発された
7.3.2

（7.8）
（7.9）

も開発された（7.17）。

。

最適潮流計算（OPF）

一方欧米では、1950 年代後半に送電ロスを考慮した EDC が研究され（7.10）、その後、潮流計算（第 10.1

節参照）で使用する回路網モデルを等式制約として考慮したうえで、燃料費を最小にする最適化問題とした（7.11）

解法が開発された

7.4 制御用コンピュータの歴史
7.4.1

中央給電指令所のコンピュータの歴史

上記の需給制御 ･ 周波数制御・経済負荷配分をつか。その解法では、電力系統網がさどるのが各電力会社に一つずつおかれている中央

モデル化されており、電力系統の有効電力・無効電力

給電指令所システムである。海外ではこのシステムのこや電圧・電流も扱えることから、系統信頼度を考慮しとを EMS（Energy Management System）と呼び、（7.12）。また、最その下位で働く制御システムを SCADA（Supervisory

小化すべき目的関数を燃料費以外とすることにより、Control and Data Acquisition）と呼ぶが、わが国

EDC 以外の電圧制御などへの適用研究が行われた。

ではこうしたよび かたはあまり行われてこなかった。

そ れ ら は 総 称 し て 最 適 潮 流 計 算（OPF, Optimal

中央給電指令所に全デジタル式のコンピュータが導Power Flow）と呼ばれる。数学的手法の観点で見る入されたのは、1968 年東北電力であったと言われてと、OPF は非線形最適化問題であり、解き方には大いる（7.18） が、日立が製作したコンピュータの構成にきく 2 種類の方法がある。一つは、問題を線形化し、ついてのデータは見つからなかった。1984 年には 1線形計画法を反復することにより解を求める手法であ回目のリプレースが行われて図 7.2 に示す計算機シスる。もう一つは、そのまま非線形最適化問題として扱テムが構成されている。汎用計算機 HITAC M-160H

うもので、代表的な解法として、逐次 2 次計画法、拡が 1 台と、制御用計算機 HIDIC V90-50 が 2 台で構成

張ラグランジェ関数法、縮約勾配法、射影拡張ラグラ（7.19）
されている（図 7.2）
。その当時の中央給電指令所

ンジェ関数法、内点法などがある（7.13）。その後、海外の司令室の写真が図 7.3 に示される。

た様々な制約条件が考慮されていったでは電力自由化による電力市場の導入に伴い、地域別

その後、計算機のアーキテクチャに大きな進歩が見限界価格（LMP、Local Marginal Price）が市場価格られ、従来の集中型（すべての制御アルゴリズムが一として導入された。LMP の考え方は送電線潮流制約台の計算機で動く）の計算機構成が分散型のシステムがある場合の母線単位の発電増分コストに基づいており、OPF を用いて算出される。LMP は送電線混雑時の地域的な電力価格を示すことより、送電線投資コ
ストと長期の混雑料金を比較すると、積算した混雑料
金が送電線投資コストを上回り送電線投資のインセン
ティブになる場合がある。この内容は、経済負荷配分という運用分野よりはむしろ系統計画問題へ展開された（7.14）。また、OPF は、電力市場モデルの開発、系
統の混雑管理・緩和、電力価格の算定などにも適用さ

図 7.3（7.19）
東北電力の中央給電指令所の司令室（1984年）

電力系統技術の系統化調査237

図 7.2

東北電力の中央給電指令所の計算機構成（1984 年）（7.19）に転換されるようになり、その流れが中央給電指令所

その他の制御用コンピュータ黎明期（7.20）のシステムにも適用されている。東北電力では、三菱

電力制御用のコンピュータの歴史に関しては電気計

電機が担当して、分散型のシステムが提案されてい算の「電力制御の歴史とコンピュータ」から引用させる。図 7.4 はその過程で検討された一例であるが、20て頂く。

台以上のデスクトップ型の計算機が連携され、多くの電力制御に計算機を活用することが実際に検討さ機能を実現した。また、司令室にも新しいデザインがれ始めたのは、1960 年代の後半である。それは、何取り入れられ、2002 年には図 7.5 に示す司令室がグッ

百万米ドルの汎用計算機と比べると性能も各段に劣ドデザイン賞を受賞している。

るが、小形で 1 万米ドル程度という廉価のミニコン

図 7.4

238

7.4.2

国立科学博物館技術の系統化調査報告（7.19）
東北電力中央給電指令所の計算機システムの検討例（2000 年頃）

Vol.29 2020. March図 7.6

1960 年代の制御用計算機（7.20）

図 7.5 東北電力中央給電指令所の新しい司令室（2002 年）（グッドデザインホームページ）

ピュータ（ミニコン）が利用される様になってからである。
当時のミニコンピュータの性能がどのようなものであったかは、諸元を見ればわかる。ビット長は 12～
16 bit、主メモリは 8 kB 程度の磁気コアメモリ、補図 7.7

助記憶装置はないか磁気テープがあった。プログラム

計算機制御室と CRT 画面の例（7.20）

はアセンブラで記述し、汎用計算機で機械語に翻訳して、ローダという短いプログラムを走らせて、紙

7.4.3

制御用コンピュータ確立期（7.20）

テープまたは磁気テープからミニコンピュータにロー

1970 年代中頃になると、ミニコンピュータの性能ドしていた。当時の制御用計算機に OS（Operating

向上もあり、計算機を中心とした大規模制御システム

System）というレベルのものはなく、手作りのモニの開発が始まった。 電力需要は経済規模の拡大に応タ（Monitor）と呼ばれた制御プログラムで入出力制

じて大幅に増加してきており、その需要を満たすた

御、タスク制御とスケジュール管理を行っていた。初めに変電所の建設・増容量が進められたが、拡大に任めに適用されたのは、発変電所の計測記録装置としてせて制御の要員を増加させることは許されず、電力制であった。従来は、運転員が夜間も含めて定期的に 1御の合理化（制御の大規模化を意味する）が必須の状

点 1 点計器を読んで電圧、電流、電力量などを手書き況であった。 従来は 1 制御所で 8 変電所程度を集中で記録していた。それを自動的に記録できるように制御していたが、大規模制御システムでは、計算機をなったことは、その当時としては画期的なことであっ活用して 4～6 制御所を 1 か所の大規模制御所で集中た。1971 年に納入されたシステムを図 7.6 左に示す。

制御する構想が進められた（図 7.7）
。多くの変電所を計測データに加えて、従来変電所の運転監視に使用集中制御するシステムであり、電力供給の停止が許さしていた遠方監視制御装置から開閉器、保護リレーなれないのと同じように、システム停止は許されず、信どの接点データを取り込み、計測データだけではな

頼性が重要になってきた。そのため、システムはデュ

く、開閉器、保護リレーの動作を自動記録するロギン

プレッ クス方式の二重化構成とした。機能としても、

グシステムとなった。 計算機を使った開閉器の遠方

開閉器のシーケンス制御、関連する営業所への事故自操作もボタンとランプの盤仕様のコンソールと計算機

動通報機能、データの変更を制御所員ができるようにをつないだところから始まった（図 7.6 右）。その後、したデータメンテナンス機能などを実装し、運転操作

マンマシン装置に CRT ディスプレイとライトペンをの合理化に貢献した。

使用したシステムが開発され、開閉器の操作も CRT

このシステムを実現するためのミニコンピュータ

上に表示された単線図から開閉器をライトペンで選択の諸元としては、主メモリが半導体メモリに代わり、して入／切操作をするシステムに進化し、計算機によ128 kB 以上の容量を搭載でき、補助記憶装置も固定る電力制御が徐々に信頼を得るようになっていった。

ヘッドディスクが採用され容量も 10 MB 程度に拡大

当初は､ 計算機に対する信頼度が低く、導入には時間された。OS もマルチタスク制御、ファイル管理、記がかかった。

憶装置の磁気ディスク装置、磁気テープ装置をはじめ

電力系統技術の系統化調査239

各種の入出力制御が可能となった。プログラム開発

算機並みの性能を有した。プログラムは FORTRAN

も、その計算機システムを活用して自力でソースプロなどの高級言語が使用され、生産性も向上したが、開グラムの管理、アセンブルなどの開発業務ができるよ

発したプログラム自身も膨大な量であった。

うになった。
7.4.4

7.5 運用制御における AI 応用（7.21）

制御用計算機発展期

1980 年代半ばになると、電力需要のさらなる高まりと系統運用の高度化を目指して、給電・変電・配電

7.5.1

エキスパートシステム

システムを連携した設備総合自動化構想が計画され

AI 第 2 次ブームにおいては、近年の深層学習の基た。従来は、給電・配電で必要な情報を変電所から伝となっていたアーティフィシャル ･ ニューラル ･ ネッ

送していた程度の連係であったが、設備総合自動化構

トワーク（ANN）ではなく、エキスパートシステム

想では、計測データ・開閉器の開閉状態データの給（ES）の応用が中心であった。

電・配電への伝送だけではなく、系統運用に必要な開エキスパートシステムとは、専門知識のない素人あ

閉器の操作指令が給電・配電システムから変電システ

るいは初心者でも専門家と同じレベルの問題解決が可ムに伝達され、変電システムが遠隔で変電所開閉器を能となるよう、その領域の専門知識をもとに動作する

操作することになった。また、運転操作の高度化が図

コンピュータシステムのことを指す。システムは専門

られ、操作の手順を給電システム・配電システム・変電シ

家のかわりに特定の分野に特化した知識をもとに推論（7.20）

ステムのそれぞれで自動作成する機能を実現した。

初期の頃の制御用計算機の仕様を見てみよう。1981をおこない、専門家のようにアドバイスや診断をおこなうことができる。

年に運開した東京電力の千葉給電所の例を示す。このエキスパートシステムは、専門家が答を導く手順を

給電所の目的は､ その地域の発電所の系統運用計画、真似たものであり、知識と問題解決処理とを分離独立停止計画、事故対策の検討であった。計算対象のノーさせた、通常の手続き型のプログラムとは異なる独特

ド数は 256、送電線に相当する対象ブランチ数は 256の構造をしている。具体的には、「推論エンジン」とである。電圧計算、簡易潮流計算、短絡計算他が対象「知識ベース」から成り立っている（図 7.8）。

である。計算機は、1976 年に開発された三菱電機製

問題の解決・処理を担う頭脳にあたる推論エンジンの M350-50/A2500（16 bit マシン）であった。そのは、専門家の知識（事実や規則など）を収集、その知

後、計算機の進歩につれて､ 次第に大規模な計算が行

識を知識ベースに蓄積するとともに、知識ベースの知われる様になってきている。

識をもとに推論し、結論を導き出す役割を担ってい給電制御ではないが、変電所で行われる開閉器操作に必要なリレーロック状態、接地状態などの確認手順

る。知識ベースの情報は、「もし〇〇ならば、△△。
」というルールの形式で蓄積される。

等を含めた操作手順表は複雑であり、その手順表を作成するアルゴリズムの開発が行われている。

7.5.2

エキスパートシステムの歴史

その結果、電力系統の制御に関わるすべてのシステ

世界初のエキスパートシステムは 1965 年に開発さムの情報連係が実現した設備総合自動化システムが構れ、1972 年には細菌感染診断をするエキスパートシ築された。これに使用されたミニコンピュータは、32

ステムが開発された。このシステムは、専門医には匹bit の仮想記憶システムを備えており、小形の汎用計

敵できなくともそれなりの正答率を出した医学分野で

図 7.8 エキスパートシステムの構図

240

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

の成功例であったが、システムの誤診による責任の所

このシステムは、給電所自動化システムとオンライ

在など、明確にしなければならない多くのことが壁とン結合したエンジニアリング・ワークステーションになり、実用には至らなかった。

より、給電運用者の事故時の復旧操作を支援するリア1970 年 代 の 第 1 次 AI ブ ー ム 後 に 訪 れ た 冬 の 時

ルタイムエキスパートシステムである。

代 に も 技 術 そ の も の は 進 展 し て お り、1980 年 代 に

以下に、事故復旧制御へのエキスパートシステム適は、 エ ド ワ ー ド・ フ ァ イ ゲ ン バ ウ ム（Edward A.

用の必要性を述べ、その具体的システムの概要と事故

Feigenbaum）の提唱した知識工学をベースに、多く

復旧支援の実行例を紹介する。

の大企業がエキスパートシステムを業務に導入するな
ど、エキスパートシステムは実用的ツールとして広く商用利用されるようになった。

（1）事故復旧制御への適用（7.22）
電力系統の事故復旧制御は、系統操作要項と実務を

これが第 2 次 AI ブームである。多くの大学では通して体得した系統運用知識をベースに、高度な知的AI 関連コースが開設され、日本では第五世代コン判新を駆使しながら経験豊かな運転員が人手により実ピュータ（通称 ICOT 次世代コンピュータ開発機構施しているのが現状である。しかし、電力系統の巨大が行った）の開発を目指す国家プロジェクトなども化・複雑化により、運転員への負担は心理的要因も加起っている。システム構築のための記号処理用に開発

わり、ますます過大となってきた。また、事故の発生された言語（プロダクションシステム記述言語と称さ頻度は年々減少してきており、育成に長期間の訓練と経験れる）には二通りあり、わが国では主にフランスで開を要するベテランの運転員が得難くなってきている。

発された prolog が第 5 世代コンピュータで用いられ一方、事故復旧制御の計算機による自動化は、平常た。一方、世界的には米国で開発された LISP と呼ば時の系統監視などの予防制御に比較して遅れている。

れる言語が広く使われていた。その後、これらをベー

この原因としては、復旧制御自体がアルゴリズム化しスに種々のプログラミング言語が出現している。

にくいためと考えられる。こうした難点を克服する一つの有力なアプローチとして、エキスパートシステム

7.5.3

運用制御への応用の適用が進められた。

1980 年代に入り、電力系統の規模が拡大し、運用が緻密になったことにより電力系統の事故様相が複雑（2）電力系統の事故復旧支援システム（7.21）（7.23）

化するとともに事故地域も広範囲化してきた。従来の（a）システム概要

人手による事故復旧方法では供給支障時間の短縮は難

このシステムは図 7.9 に示すように地方給電所の自しくなってきた。このため、給電運用者が迅速・適切動化システムとオンライン結合して、リアルタイムでな判断 ･ 処置が取れるように AI 技術を導入した電力

運転員に事故時の運用を支援するものであり、次の特系統事故復旧支援システムが開発された。

徴がある。

図 7.9

電力系統事故復旧制御システムの概要

電力系統技術の系統化調査

241

①大規模系統（約 120 の電気所・主要特別高圧需要家）の実事故発生後、1 分以内に復旧方針を提示する。

識ベース全体のメンテナンス性の向上と推論の高速化を図っている。

②ベテラン運転員の系統運用知識を知識ペース化することにより、現実に即した復旧支援を迅速かつ適切に実行する。
③エンジニアリング・ワークステーション上で復旧支援を実行することにより、地方給電所自動化システ
ムへの影響を最小限に抑えて、復旧支援の高速化を実現している。
（b）システム機能
オンラインとオフラインの二つの運転モードを持っている。オンライン運転モードでは、実系統での事故

図 7.11

知識ベースシステムの構成

発生時、事故設備の判定、復旧方針の立案、復旧操作のガイダンスを行うことができる。またオフライン運（e）復旧ガイドの実行例

転モードでは、仮想的に事故を設定することにより、送電線 2 回線事故が発生した時の事故状況メッセー

運転員が復旧方針の立案、復旧操作など事故時の対応

ジを図 7.12 に、復旧操作ガイダンスを図 7.13 に示す。
処理時問は、事故設備判定から復旧方針立案までがを学習することができる。

約 20 秒、1 回の復旧操作ガイダンスが約 5 秒であり
（c）ソフトウェア構成

十分なリアルタイム性を実現できた。

図 7.10 に、ソフトウエア構成を示す。復旧ガイド
機能は高速推論が可能なプロダクションシステム記述
言語（ここでは OPS83 とよばれる言語が、手続き言語との親和性がよいと言うことで選ばれた）と、数値解析を得意とする手続き言語（C 言語）で記述している。事故設備判定・復旧方針立案・復旧操作ガイダンスは約 500 個のルールと約 200 個の関数で表現した。

図 7.12

事故状況メッセージ

図 7.13

復旧操作ガイダンス

図 7.10 ソフトウエア構成（d）知識ベースシステムの構成

242

知識ペースシステムは、図 7.11 に示すように四つ以上、エキスパートシステムの事故復旧制御への適の推論エンジンと電力系統の数値解析 処理で構成す用と電力系統事故復旧支援システムについて紹介しる。

た。このシステムは、1 年間のフィールド試験で実事復旧ガイド管理エンジンは、他の三つの推論エンジ

故に対する復旧支援の有効性と信頼性を評価した上でンの開始 / 終了を制御する。事故設備判定・復旧方針

実際に利用された。現在では、こうした方法はエキス

立案・復旧操作ガイダンスの各推論エンジンは、それパートシステムとは呼ばれずにシステムに取り入れらぞれ診断型、計画型、制御型の知識ペースを持ち、知れている。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

文

献

電気学会技術報告第 1038 号（2005）（7.1）
   電気学会電力系統解析技術の歴史調査専門委員
会技術報告「電力系統の安定性に関わる解析技術の歴史」第 1454 号（2019、5 月）（7.2）
   オーム社：エレクトリック・エナジー史（3 章
電力技術史年表）（1989）（7.3）
   「電力系統の負荷・周波数制御」電気学会技術
報告第Ⅱ部第 40 号（1976）（7.14）
「 電 力 系 統 の 利 用 を 支 え る 解 析・ 運 用 技 術 」
電気学会技術報告第 1100 号（2007）（7.15）佐々木博司・久保川淳司・餘利野直人：「ニュー
トン形最適潮流計算法のオンライン適用に関する一考察」電学論 B，Vol.110, No.5, pp.413419（1990）（7.16）東 西田憲一・松本哲也・河田謙一・田村滋・

（7.4）
   
「常時及び緊急時の負荷周波数制御」電気学会


石田隆晴・福井千尋：「信頼度とコストのト

技術報告第Ⅱ部第 869 号（p.14 年表）（2002）

レードオフ評価を考慮した中央給電指令所向（7.5）
   電 気学会・電子通信学会・照明学会・テレビ

け潮 流制御支援システム」電気学会論文誌 B，

ジョン学会：「電力系統の給電自動化の現状と問題点」昭和 44 年連合大会シンポジウム（7.6）
   B. M. Weedy:“Electric Power Systems,” John
Wiley & Sons（1967）（7.7）   関根泰次：「電力系統工学」電気書院（1976）

Vol.118, No.1, pp.31-36（1998）（7.17）吉川元庸・東西田憲一・川村英雄・原田泰志・
鶴貝満男・田村滋：「発電所プラント動特性を考慮した経済負荷配分法」電学論 B，Vol.117,
No.9, pp.1231-1237（1997）（7.8）
   磯田八郎：「負荷の変動特性と発電機の応答性（7.18）平 河内良樹、他「最近の電力系統制御用計算を考慮したオンライン火力機負荷配分法」電学機システム」日立評論、61-8，1979 年 8 月号

論 B，Vol.101，No.11，pp.49-55（1981）（7.9）
   餘 利野直人・田村康男・福山良和：「変化率制（7.19）松 岡俊司、他「中央給電所自動化システム」
日立評論、66-8、1984 年 8 月号

約を考慮した ELD 問題のオンライン時間準（7.20）佐 藤信行「電力制御の歴史とコンピュータ」

最 適 化 法 の 提 案 」 電 学 論 B，Vol.108，No.4，

電気計算「電気の歴史をひもとけば」電気書

pp.141-148（1988）

院、2018 年 7 月号

（7.10）
 L . K. Kirchmayer:“Economic operation of
power systems”Wiley, New York（1958）（7.11）H. H. Happ: “Optimal Power Dispatch”, IEEE
Trans. PAS, Vol.PAS-93, No.3, pp.820-830（1974）（7.21）鈴 木浩、野口秀夫、坂口敏明、「AI 技術が給電 ･ 変電 ･ 配電技術を変える」OHM、1989 年
8 月号（7.22）松本啓之亮、他「知識情報処理の電力システ
ムの応用」、三菱電機技報、昭和 61 年 9 月号

（7.12）H. M. Dommel, W. F. Tinney:“Optimal Power

（7.23）湯 木勝、他「給電所事故復旧ガイドのための

Flow Solutions”, IEEE Trans. PAS, Vol. PAS-

リアルタイムエキスパートシステム」電気学

87, No.10, pp.1866-1876（1968）

会電力技術研究会、昭和 63 年 7 月（7.13）
「競争環境下における新しい系統運用技術」

電力系統技術の系統化調査

243

8｜系統安定化制御の歴史
電力系統は交流を中心に構成されている。交流では、直流と異なり電圧が位相と電圧の大きさの二つの変数を持っている。電圧の位相が関連するのは、電力

8.2 独立した電力会社間の系統安定化対策（7.1）

系統の同期化力といわれる回転型の発電機の持つ安定1951 年の 9 電力体制発足当時は、電力会社は地域化の力である。一方、電圧の大きさに関しては、電圧ごとに独立しており、系統間は常時は弱い連系しかし不安定という現象が起きることが、東京電力の大停電ておらず、電力融通が必要な場合など、必要に応じてで示された（第 3 章）
。本章では、電圧の位相に関連

随時、電力を融通していた。そのため、系統連系中のの強い同期安定性について触れ、次章で電圧安定性に

電力会社間の事故波及を防止するために、1951 年について歴史的に紹介する。

関西電力と中部電力の系統連系点である関西電力の犬

本章の技術的内容に関しては電気学会技術報告「電山開閉所に設置した脱調分離リレー（保護継電器）と力系統の安定性に関わる解析技術の歴史」から引用さ

電力峻度リレーが、国内で最初の事故波及防止装置と

（7.1）

せて頂いた

いわれている（8.1）。このように、当時はリレーという。

保護装置を用いて系統の安定化を実現していた。

8.1 安定化制御技術開発の契機（1） 関西電力の犬山開閉所に設置の脱調分離リレー
当時の脱調分離リレーの事故検出方式は、近年のも1951 年の 9 電力体制発足に伴い、電力の供給義務のとは異なり、関西電力系統向けと中部電力系統向けと引き換えに、わが国の電力会社は地域で独立、独占に、それぞれ変電所から送電線で結ばれた相手側の方して運営されることとなった。しかし、相互には緊急向を見ているリレーを設置し、一方のリレーが動作し時の融通のために、弱い連系を持つこととなった。そた後に、他方のリレーが動作すれば、脱調と判定するのために、各電力会社間では、隣接の電力会社の系統方式であった。

に事故などが起きたときに、その影響が自分の電力系
統に及ばないように直ちに連系を切ることとしていた。これが当初の電力系統の安定化制御といえる。

（2） 関西電力の犬山開閉所に設置の電力峻度リレー
系統脱調という不安定現象により多数の発電機が停

その後、系統安定化技術は、第 3 章で紹介したよう止した場合には、電力潮流が、健全な電力系統から事な大規模停電を契機として、その対策として、発展を故発生系統に向けて、連系線を通じて急激かつ大量に遂げてきた。1965 年に発生した御母衣開閉所におけ流れ込む。この量が多くなり自系統における周波数低る系統事故では、事故設備は 1 か所であったにも関わ下による健全系統側への事故波及が想定される場合にらず、これを機に、連鎖的に事故が波及・進展しては、これを防止するために、連系点を遮断する。

いった。その結果、需要地である関西地方の多くが停

この装置は、1965 年の御母衣事故の折りに動作し、電するに留まらず、60 Hz 系統の中国、九州電力会社

関西電力の事故の中部電力への事故波及阻止に役ににも波及し、その一部にまで停電が及ぶ事故となっ立った。

た。電力各社は、この事故を教訓として、事故の高速除去失敗等により事故波及したとしても、他電力エリアへの事故波及を極力防止できるよう、事故波及防止対策を策定した。なお、同年と 1977 年に米国ニューヨーク州で発生した大規模停電も、この対策強化の流れの一因となっている。

8.3 電力会社内の系統安定化対策（7.1）

その後、前項の系統分離方式の有益性が認められ始め、1955 年には、連系点のみならず、各電力会社の

そのほかにも、電力系統の昇圧に伴う大規模化の折

地域内の部分系統間にも適用されるようになった。こにも事故波及の可能性が認められた。本章では、主にの頃になると、水力発電に変わり大容量火力発電機の事故波及防止のための電力系統安定化システムの歴史

運転が開始され始めたため、地域内の事故時にも、電について概観する。

源が連鎖的に波及停止し、大規模停電となる可能性が生じてきた。この対策のため、電源系統（発電所につ

244

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. Marchながれた送電線）ごとの事故波及防止対策が施され始めた。地域内系統に適用した事故波及防止装置等の例

大規模停電事故以降の系統安定化技術
8.4 の開発（7.1）

について以下に示す。
その後、1965 年に発生した御母衣開閉所の事故と（1） 事故が継続する系統を分離するための方式

二度にわたる米国ニューヨーク州で発生した大規模停

中部電力では、系統事故の継続有無を検出するため電を機に、全国的に事故波及防止のための各種系統安

に、主要変電所に不足電圧リレー、地絡過電圧リレー

定化対策を実施する様になった。系統安定化システ等を設置した。仮に、系統故障が継続した場合には、ムについては、当時開発された信号伝送技術やコン

まずは、系統全体を二つに分割することで健全系統とピュータ技術を駆使することで、飛躍的な発展を遂げ

事故継続系統に切り分け、さらに事故継続系統を二つた。それまでのシステムでは、不足周波数リレーや電に分割することで、同系統を局限化し、停電範囲を狭

圧低下リレーなど、各電気所間で制御協調を取ることめた（図 8.1）のない個別のリレーを用いた制御方式であったため、周波数低下などの対策で負荷を遮断し、一旦安定化したとしても、電力潮流の偏在化により再度系統が不安定となるなどの欠点があった。この解決策として、分離系統が発生した時の分離系統内の発電量と負荷量の不均衡度合いから、分離系統における周波数を予測計
算し、周波数が規定値に入るよう負荷または電源を最適かつ高速に制御する周波数異常防止システムが開発された。これにより、系統運転員による監視・潮流調

図 8.1

事故系統を分離するイメージ図（7.1）

整、および不足周波数リレーなどによる個別の制御の課題を軽減した例もある。
その後、デジタル技術の進歩に伴う電子計算機や信（2） 電源を含む系統を維持するために分離する方式

号伝送系のさらなる技術発展により、安定化装置の性

変電所の二次側（電圧の低位側）に水力発電所など能も格段に向上した。電子計算機や通信伝送系の大容の電源が連系するような変電所では、発電量に均衡す

量化、高速化、高信頼度化に伴い、実際の電力系統のる量の負荷を電源とともに接続し、他の送電線につな同期安定性をオンラインで周期的に計算し、系統状況

がる遮断器の電流がほぼ零となるよう、系統運転員がに応じて、予め設定した事故様相と、それに必要な系

常時監視・調整を行った。そして、系統周波数の低下

統制御内容を記録し、系統事故が発生した場合には、や、上位系統の事故継続を保護リレーにより検出し、即座にその記録パターンの中から、発生した系統事故

連絡する遮断器を開放することで、単独系統の安定性に合致した制御対象を選択して制御するなどオンライの維持を試みた（図 8.2）。

ン制御方式の脱調防止システムが開発された。

8.5 解析技術向上に伴い開発された
安定化制御
（7.1）
（8.3）

系統安定化システムは、御母衣開閉所の事故を機に、高度な系統解析技術と信号伝送技術・計算機技術の融合により、飛躍的な発展を遂げた。安定化装置、安定化システムと称する場合は、自変電所における種々の情報のほかに遠端情報も用いる。
（1） 関西電力の BSS（Block System Stabilizer）など
図 8.2

電源を含む系統を維持するために分離する方式のイメージ図（7.1）

御母衣開閉所事故では、関西電力の主要電源であった水力電源の大半が脱落し、系統周波数の大幅な低下によって他電力会社との連系分断とエリア内の火力電

電力系統技術の系統化調査245

源の脱落を招いたために、深刻な停電が発生した。この事故を契機に、また、当時、大容量電源の開発が進んでいたことを背景に、関西電力は、伊藤俊一を中心として大規模電源脱落時に需給を均衡させる系統安定化装置を 1970 年代前半に導入した。系統変化への対応と機能向上を図りながら、数次の設備更新を経て現在も運用している。導入初期の同社の基幹系統は、一本の外輪送電線を骨格とする放射状系統であり、大容量電源が存在する系統ブロックに安定化装置（Block
System Stabilizer：BSS）を設置し、外輪線の潮流変化を生じさせないよう制御していた。現在は、500 kV
系統のループ運用に伴い、全系を一括で制御するシス

図 8.3

（8.3）
系統安定化システム BSS 運転室（関西電力）

テムに集約統合し、大規模電源脱落時の周波数異常低下と融通潮流増加による広域連系系統の脱調を防止す
るよう制御している。電源の広域運用が進展するなど
系統連系を維持する重要性が一層高まっており、域内
電源および広域電源の脱落を広く保護対象として設定している。例えば、複数ルートの送電線遮断や複数箇所での電源脱落、変電所等の遮断器不動作などの異常現象を想定している。安定化システムは、電源脱落を検出する事故検出装置、制御量を演算し制御対象を選択する親装置、制御を実行する制御端末で構成している（図 8.3、図 8.4）
。事故検出は、送電線遮断の例で

図 8.4

BSS の制御ブロック（7.1）

は、事故検出装置を送電線の両端の電気所に設置し、遮断器の動作情報や潮流変化によりルート遮断（2 回線が同時に遮断されること）を検出し、事故情報を親装置に伝送する。
親装置は事故情報を受信すると電源脱落事故を判定
し、制御量を演算する。電源線の潮流変化を電源脱落量とし、複数の事象が同時に発生または続発する場合は積算する。これが系統容量等から算出する許容値を上回ると、演算式を用いて制御量を算出し制御対象を選択する。演算式には、系統解析と実測によって検証した系統周波数特性定数を用いる。制御対象の選択
は、揚水動力、緊急応援融通、一般負荷の順にテーブルを設け遮断点ごとの制御量を一定周期に更新してあ

図 8.5

（8.3）
系統安定化装置 SSC 全体外観（九州電力）

り、所要量に達するように選択する。これを制御端末に送信すると制御端末は制御指令にしたがって対象の設置されている。こうした電力系統安定化技術は、わ

遮断器を動作させる。

が国の高い供給信頼性に寄与したことにより、電気学

中部電力においてはアナログ式の周波数安定化装置
として SSC（System Stabilizing Control）が 1968 年

会からでんきの礎（第 1 回、2008 年）を贈られている（8.3）。

に運転を開始している。その後、後述のオンライン
TSC という安定化制御システムに展開された。また
九州電力においても、安定化制御システムが 1975 年
SSC として導入されている（図 8.5）。
東京電力では、福島系や都市系統安定化システムが246

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March（2） 脱調未然防止対策
電圧の位相のバランスがくずれ系統脱調現象という不安定状態が発生すると、脱調した発電機の動揺が他の発電機に伝わり、周辺の発電機が連鎖的に脱調する

恐れがある。一部の発電機を高速に遮断（電源制限）行う。本システム適用によるメリットを以下に示す。

することで残りの発電機の安定運転維持を図る装置が• 発電機の運転・停止状態、系統変更に応じた設定変脱調未然防止システムである。このシステムは、関更の必要がないため、系統運転者への負担が軽減

西電力では黒部系水力発電所など、需要地から遠くされる。

離れた大容量水力発電所の開発が行われた昭和 30 年

• 時々刻々変化する系統状態に応じて最適な電源制（1955 年）代頃から適用され始めた。流通設備の拡充

限対象遮断器を逐次設定できるため、最も厳しい対策に比べて安価、かつ短工期で実施可能な対策であ系統状態を想定した発電機遮断台数を常時選択することから、電源線を主体に、電力各社で採用されてる潮流監視方式の装置に比べて、遮断される発電いる。しかし、このシステムは御母衣事故ではあまり有効に機能しなかったといわれている。
（3）オンライン事前演算方式のシステム（8.2）
中部電力ではすでに SSC が導入され有効に機能していたが、1995 年の 500 kV 基幹系統ループ運用導入にあたり、潮流監視型のシステムでは、多様な系統構成に対応しきれなくなった。柔軟な運用ができないことを懸念し、オンライン演算方式の脱調未然防止シス
テム（On-line Transient Stability Control System：
TSC）を開発した（図 8.6）。

図 8.6 オンライン TSC（Transient Stability Control）
中部電力（8.3）

本システムの開発にあたっては、構想・基礎研究か
らプロトタイプを製作してのアナログシミュレータによる検証試験など、10 年以上の期間を要した後に、1995 年に実系統に適用された。中部電力では、基幹系統を放射状とループ運用の二通りで運用することがあり、それぞれの場合でも安定度が維持できる方式となっている（図 8.7）。
この装置は、TSC-P、TSC-C、TSC-T（P：Parent、
C：Child、T：TransferTrip）で構成される（図 8.8）。
TSC-P は、中部電力の系統状態を各電気所から送られてきた給電情報を使用して作成し、監視対象設備で事故が発生した場合を想定し、系統を安定に保つために、系統解析により遮断が必要となる発電機を自動で求め、その結果を TSC-C に送信する。この系統解析のパターン数は、100 ケース程度であり、これを当時

図 8.7 中部電力 TSC 適用の電力系統（中部電力ホームページ
https://www.chuden.co.jp/corpo/publicity/press2003/0605_1.html 2019 年 8 月 8 日閲覧）の計算機で 5 分以内に実施するために、簡易計算により安定なケースを抽出し、系統解析の実施を省くスク
リーニング手法を実装した。TSC-C は、主要電気所に設置され、電気所周辺の系統事故を検出すると、事前に TSC-P から受信した遮断対象発電機に対して転送遮断信号を瞬時に送信する装置である。系統事故
は、線路保護リレーと母線保護リレーの動作情報から検出し、TSC-C にて事故様相判定を行う。TSC-T
は、遮断対象発電機端に設置され、TSC-C からの転送遮断信号を受信して、発電機並列用遮断器にトリッ
プ信号などを送信する装置である。なお、系統の事故発生から発電機の遮断までは、150 ms 以内で制御を

図 8.8

TSC の機能ブロック図

電力系統技術の系統化調査

247

機台数を減らせる可能性が高い。

い法、エネルギー法を検討した結果、東京電力の系統にはエネルギー法が最適とのことでそのシステム作り（4）揚水安定化システムに入った（8.4）。

1980 年 2 月、筆者らが月に一度程度行っていた東

同年 6 月、東京電力より、安定化システムの二重化

京電力の技術開発研究所長三井恒夫との意見交換会合のために東芝にもこの対策実施に参画させたいとの申の席で、「電力系統のシミュレーションをすると夜間し出があり、了承したが、エネルギー法以外の方法を

揚水時に安定度が悪くなるがなぜだろう」との、疑問とるように要請し、東芝はシミュレーション法を採用が出された。同年 3 月、三菱電機の中央研究所の力をした。

借りて簡単なモデルを作成し、検討を行い、その結果

同年 8 月、揚水安定化システムの開発を最優先課題を報告した。東側の原子力発電を含む大電源から西側とし、東京電力とメーカー間でアルゴリズムの開発にの揚水機が多い地域に大電力を送っているとき、その入った。

間で地絡事故が起きると、西側の揚水機を含めた電1981 年 4 月よりシステム作りに入り、プロトタイ

力系統全体での加速エネルギーが大きくなり、事故

プを新信濃変電所に設置し試験に入った。1984 年にが解消された後に脱調現象が生じることが説明でき入り、実システムを東芝と二社で導入した。東京電力

た。この時に想定した電力系統の簡易モデルが図 8.9

管内 8 カ所の揚水発電所（うち 3 カ所は電源開発）をである。右にある大規模の発電所群（原子力や火力発

対象に揚水安定化システムが運用開始となった。

電所）から、左にある揚水発電機と負荷に電力を送っ本システムでは、系統の安定度を保つために適切なている状態を考える。この状態で、右の電源に近いと揚水発電機を数台遮断するが、その遮断対象機の位置

ころで地絡事故が起きると、右の発電機は大きく加速に注意を払う必要があることがわかった。東京電力

し、加速エネルギーを蓄える。一方、左の揚水発電機の基幹系統はループになっている（図 2.11）。そのたは当初揚水を行っていたが、右からの電力が来なくな

め、ある揚水発電機を遮断すると負荷が減ってその点り、揚水機から左にある負荷に電力を供給することとにおいて周波数が上昇する。仮にその点で周波数がなり、加速エネルギーがたまる。地絡事故が除去され

1 Hz 上昇したとする。この 1 Hz 上昇は電力系統の中た後の系統全体の加速エネルギーが大きくなり、一般のループに 0.5 Hz づつ二つに分かれてパルスのようの状態よりも脱調不安定となりやすいのである。

に東へ向けて進んでゆくことになる。ループの中を周波数上昇が進んで、丁度ループ系統の反対側で、この周波数が重なる。ループ系統の途中では周波数上昇は0.5 Hz であるが、反対側では 1 Hz の上昇となる。この上昇点に、原子力発電所、特に東京電力が採用している沸騰水型の原子力発電機があると、この周波数上昇により、スクラム条件の周波数を越えると停止してしまう可能性があった。こうした現象を考慮して、遮断すべき揚水発電機を選択した。
このシステムのおかげで、夜間の安定度は維持でき
ている。

図 8.9

揚水発電時の電力系統の簡易モデル

文現象が解明したので、引き続き安定化対策として、（8.1）関 根泰次編著：「エレクトリック・エナジー史

いくつかの検討を行い、SVC（静止型無効電力補償装（ノンフィクション 編）」オーム社（1989）

置）設置、直列コンデンサ導入、揚水遮断の三つを提（8.2）山下裕、守口正司、溝口 強、神崎秀郎、塩永凱

案し、東京電力の研究所と検討を行った。その結果、

夫、三木義照「電力系統安定化装置」日立評論、

揚水遮断を採用することとした。すなわち、加速エネ

vol.57、No.10、1975 年 10 月

ルギーの蓄積を止めるために揚水機を何台か止めるの
直ちに、東京電力の系統運用部と仕様作りに着手した。遮断ロジックとして、シミュレーション法、後追国立科学博物館技術の系統化調査報告（8.3）電 気学会、でんきの礎 第一回「電力系統安定化技術」2008.

である。

248

献

Vol.29 2020. March

HP は（1.4）（8.4）鈴木浩「中間負荷を持つ揚水機脱調の構造安定度」電気学会昭和 56 年全国大会

9｜電圧制御の歴史
9.1 個別電圧無効電力制御（VQC 制御）ある。
2 次 側 の 電 圧 に 関 し て は、 そ の 下 に つ な が る
275 kV、154 kV などの負荷の状態に応じて、設定す

系統電圧を適切に維持することは電力品質維持におる電圧が決まる。負荷が大きいときには高めの電圧がいて重要な要素である。電圧無効電力制御は変電所に設定され、負荷が軽いときには低めの電圧が設定され設置された調相機器、すなわち並列コンデンサ（スタる。設定値は、事前に中央給電指令所において計画 ･コン、シャントキャパシタ）や分路リアクトル、変圧指定される。こうして設定された電圧になるように、器負荷時タップ切替装置等を制御して系統電圧を維持

タップ切り替え、コンデンサ・リアクトルの制御を行することをいう。

うロジック平面は図 9.2 に示されるものが一般的である。この図では、2 次側電圧 V2 と通過無効電力 Q を

図 9.1

変電所での電圧無効電力制御のモデル

一般に、図 9.1 に示す変圧器のモデルで説明できる。
一次側の、一般には電圧の高い側の電圧の大きさがV1、二次側の電圧の低い側の電圧の大きさを V2 とす
ると、変圧器はこれらの電圧を変える機能を持ってい

図 9.2

V2-Q 制御時の動作領域

る。例えば、1 次側が 500 kV、2 次側が 275 kV だと一定にする V2-Q 制御を示している。制御対象の区

すると、この変圧器の巻線比は、500 対 275 というこ

切り方はメーカーにより多少異なる。この図では三菱とになる。この変圧器を流れる無効電力を Q と表現

電機などが主に採用している斜めの線で制御エリアをしている。

分けている。

この時、一般的には 1 次側の電圧は発電機側となり

図 9.2 に示すように、V2 と Q の微小変化に対してAVR（自動電圧制御）などによって一定に保たれては不感帯をもうけ、不要な動作をさせないようにしいることが多く、2 次側の電圧を変えるには二つの方ている。Q があまり変化せず V2 が高くなると、2 次法がある。一つは、変圧器についているタップ切り替

側電圧を下げるために、タップを下げる動作をおこえ装置と言われる、巻線比を変える装置である。例えなう。逆に V2 が下がると図 9.2 の下側の領域に入り、ば、2 次側の電圧を 270 kV にするのであれば、巻線

タップをあげて 2 次電圧を上げようとする。一方、2比を 500 対 270 にタップを移動すれば良い。もう一つ

次電圧は変わらないが無効電力量が増えた時には、図の方法は、一般に変圧器の 3 次巻線につけられている

9.2 の右側の領域に動作点がはいることになる。この

並列コンデンサ（キャパシター）C や、分路リアクト

時は、並列コンデンサを挿入または分路リアクトルをル（シャントリアクトル）L をいくつか挿入してやる

切り、無効電力を補ってやる。逆に、無効電力量がのである。コンデンサを挿入すれば無効電力が増え、減って、左側の領域に入ったときには、分路リアクト

電圧が上昇する。分路リアクトルを挿入すれば無効電ルを投入あるいは並列コンデンサを切って無効電力の力が吸収され、電圧が下がる。

流れを増やす。

通常はこうした個別変電所での電圧制御が実施されその変電所の電力系統の中での役割に応じて、制御ている。発電所に近い 500 kV 変電所（山側）の 1 次

対象を 1 次側と 2 次側の電圧 V1-V2 制御にしている側を 525 kV と高めに設定し、負荷に近い 500 kV の変電所もある。

変電所の 1 次電圧を 500 kV 近くにするのが一般的で電力系統技術の系統化調査249

9.2 集中制御 ･ 協調電圧制御

kWh とすると、最大で年間に数億円近い燃料費用が低減できることになることがわかり協調制御が取り入れられるようになった。

1980 年代にはいって大規模系統で調相機器間のハ
ンチング現象が報告されるようになった。すなわち、ある変電所では並列コンデンサが投入され、隣の変電所では分路リアクトルが投入されるなどである。さら9.3 電圧安定性と電圧安定限界に系統内の送電損失の低減、ケーブル系統普及に伴う電圧不安定現象（電圧崩壊現象）に関しては第 3 章

過電圧問題、電源偏在や前述の電圧安定性への対応等で紹介したように、1987 年に、需要の急増を機に首のため電圧無効電力制御の自動化が求められるように都圏が大規模停電に至った事故が挙げられる。この日なった。そこで変圧器の通過潮流量、タップ位置、三は、記録的な猛暑日であったことから、冷房による需

次巻線側に設置された並列コンデンサ容量等から勘案

要増と、昼休み後の電力需要の急峻な立上りが重な

し、最適な制御機器を選択するとともに、近隣の調相り、予想を超えて首都圏の需要が増加した。この需要

機器同士が逆向きの動作をしないようにタイマーや不増加に伴い系統電圧が低下したことから、電力用並列

感帯を設定する方式等が実システムで採用された。基コンデンサの投入など、無効電力の追加供給措置を施

幹系統の電圧無効電力制御に関しては、全系の無効電

したが、電圧を回復できず、電圧不安定現象へと進展

力バランスを把握し中央給電指令所から集中制御するしていった。その結果、系統電圧が低下したうえに、

方法と、局所的に無効電力バランスを図り、周辺情報

負荷電流が増加していったことから、大規模停電にだけで自律分散制御する方法が議論された。いずれの至った。これを機に、系統特性の把握の重要性が認識方法にも長短があり、また長距離送電網や電源配置等されるとともに、電圧安定性理論が確立されるなど、の系統構成や電圧問題の要因によっても対処方法が異解析技術が大きく発展した。こうした解析技術を用いなるため、一概に優劣はつけられない。

た安定化制御が実用化されるに至った。

また、電力系統全体の電圧バランスをとり、送電損

図 9.3 の 1 機 1 負荷系統モデルを用いてそのメカニ

失を最少にする様な制御方式が取り入れられるようにズムを概説する。この図で X は送電線などのリアクなった。電力会社によって名前の付け方が異なるが、タンス、Yc は並列コンデンサの容量である。図中のここでは協調制御とよぼう。

電力（潮流）方程式は非線形連立方程式であり、指一例として、昭和 57 年（1982 年）頃に行った検討

定条件として負荷の有効電力 PL、無効電力 Q L を与えで、ある電力会社の 500 kV 系統を対象として、送電るとその受電側の電圧解は図 9.4 のように高め解と低損失を最少とする協調制御の解析例を示す。昭和 56

め解の 2 個が求まる。通常の系統運用では電圧の絶対年頃の電力系統を想定し、変電所数 56 カ所、送電線

値の大きい解（高め解）が運用解となるが、絶対値の61、タップ切り替え装置付き変圧器 20 カ所、並列コ小さい解も物理的に存在しうる解である。通常はこのンデンサ設置変電所 20 カ所と仮定し、負荷状態とし低め解に移行することはないが。このように電圧に二ては年間の平均的状態である 15,000 MW を想定した。

つの解があることを示す曲線を PV カーブ（あるいは解析に用いたプログラムは後述する BPA プログラムであっノーズカーブ）と呼ぶ。

た。
個別電圧無効電力制御を適用し、電力系統全体で最適運用を実施したときの送電損失は、156 MW であった。これに対し、協調制御をかけたときの送電損失
は、154 MW と約 1％減少した。これだけ見ればその効
果は小さいように見えるが、これは定常時の効果である。
電力系統に負荷変動などの擾乱が生じたときに、電

250

図 9.3

電圧不安定現象を説明するモデル

力系統側で電圧制御を行わないと送電損失が 183 MW

実際の電力系統の運用においても、この電圧安定限にまで大きくなる。これに対して、個別電圧制御で界を超えて電力供給をしようとすると、電源側の有効は、182 MW にしか損失を減少できないが、協調制

電力供給能力に十分な余力があっても、系統電圧が異御によれば、178 MW と送電損失が約 4 MW の低減

常に低下する電圧崩壊が起きる可能性がある。また、となってその効果が発揮できる。仮に発電単価が 10 円 /この現象は発電機脱落や送電線事故のような外乱がな

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

開発されたが、これらはいずれも直角座標形式の潮流計算を基にして解いている（第 10 章参照）。その中では、伊庭健二の提案した、近接多根求解法が有力であった（9.1）。
また、電圧安定性面への対策については、首都圏の電圧不安定現象による事故を機に、系統負荷の電圧特性の重要性が認識されるとともに、電圧安定性理論の確立や解析技術の進展など、系統安定化技術は、飛躍的な進化を遂げた。また、消費無効電力急増対策として、SVC（後述する STATCOM の項を参照）などの
図 9.4

パワーエレクトロニクス技術が積極的に導入されると電圧崩壊と PV カーブ（図 3.11 再掲）

ともに、電圧監視の強化や、電圧の予測制御、高めの電圧運用など、従来にはなかった新たな系統安定化シ
ステム技術と運用方法が適用された。

くても起こりうるので注意が必要である。現在では、
実際に中央給電指令所でこのような PV カーブを表示

文

して電圧安定性を監視するシステムも実用化された。

献

図 9.4 の PV カーブにおける下の方の解を得る手法（9.1）江川正尚、渡辺努、伊庭健二、鈴木浩「潮流計として、いくつかの方法が提案されている。電圧安定

算における多根求解と収束特性の検討」電気学性の解析上重要となる近接する多根解を求める手法も

会電力技術研究会、PE88-117、1987 年

エピソード 6

世界の電圧発電所から家庭まで送られてくる電気の電圧はいくらだろうか。世界で一番高い送電電圧は 1,000 kV である。中国やブラジルなどで、大容量で長距離の送電線に使われている。わが国でも､ 1990 年代に計画があり､ 東京電力ではこの電圧の送電線を建設し、変電所をつくった。しかしその後の､ 電力需要の伸びの鈍化に伴い、これらは現在 500 kV で運用されている。
日本を含む世界中で一般的に使われている最高電圧は 500 kV である。これを電力の分野では 50 万ボル
トと呼ぶ習わしがある。
その下の電圧には国や電力会社によっていろいろな電圧が使われている。低圧と呼ばれる家庭用には、
わが国では 100 ボルトが使われている。世界的に見ると一番低い電圧である。アメリカと日本を除く国々
ではヨーロッパの規格である 220～240 ボルトが中心である。電圧が高いほど損失が少なく､ 大型の機器をつくりやすい。
ではなぜわが国では 100 ボルトなのであろうか。明治時代に､ わが国の家庭での電圧を決めるときに以下の議論があった。米国では低圧に 115 ボルトが使われていた。この米国から輸入した電球を使うにあたり､ これを長持ちさせようという機運があった。それで少し低い電圧を考えた。また､ わが国では畳生活
で､ 米国では靴を履いた生活をしている。そのため、感電を心配し、115 ボルトより低い電圧にしようとした。そこで、きりのよい 100 ボルトが選ばれたのである。
参考資料：OHM 社、日本の技術 100 年「資源エネルギー」p126、『電灯は 100V、工場は 200V で』1988

年 5 月発刊

電力系統技術の系統化調査

251

10｜電力系統技術の開発史
10.1 電力系統解析技術

る電力（線路潮流）を把握することが重要である。電源と需要地を直接結ぶような初期の放射状の送電網においては、この線路潮流は単純な足し算と引き算で得電力系統の計画、運用、制御を考えるときに必ず必られたが、ループやグリッド回路が存在する系統では要となるのがその解析の技術である。電力系統の解析

簡単には解が得られない。そこで潮流計算技術が必要において用いられる技術は大きく分けて、潮流計算、となった。計算機の普及前の 1950-60 年頃までは、円安定度解析、シミュレーション、過渡解析である。本線図などと計算尺を用いた解析や、アナログの交流回

章では、一般の回路の解析にも用いられる過渡解析を路を組んだシミュレータ（次次節で紹介する）のよ

除くはじめの三つについて主に技術開発の歴史を紹介

うに使う交流計算盤（10.2）という装置が使われていた。

する。

DC フロー法は「交流回路網計算をあたかも直流回路のように簡単に解析できる」という意味で名付けられ10.1.1

潮流計算

た潮流計算法であり、交流回路を対象とした簡易計算

潮流計算は電力系統網の中の電圧分布と電力の流れ手法である。この手法は以下の仮定を前提条件としてを計算で求める技術であり、電力系統解析技術の中でいる。①系統電圧は基準値（単位法で表すと 1.0pu）

も最も基本的な計算技術である。古くは、円線図などに維持されている。②線路の抵抗やキャパシタンスをの図形解析と計算尺など手計算やキネマティックコン

無視し、送電線は無損失とする。③母線間の電圧位相（10.1）

ピュータと言われる定規のようなしくみを用い

角θは小さく sin θ≒θが成り立つ。

て行われ、その後アナログ回路により行われていた

また、以上の条件からこの手法では無効電力の影響が、デジタル計算機の発達により、その利用が進んだ。

は考慮できず、変電所に置かれる調相設備や線路充電

歴史的にも潮流計算には各時代の先端の計算機が適用

容量（キャパシタンス）を無視しており、電圧絶対値

され、計算機の発達により適用される技術も変遷してを求めることが出来ないことに留意する。

きた。計算機のハードウエアの発展に合わせ、記憶容量などの制約条件が緩和され、計算速度が速くなり、こうした弱点を修正したものとして、東京大学の高橋一弘らが開発したフロー直流法がある（10.3）。

解析の手法も大きく変わってきている。また時代の要請により適用領域も多岐に広がり系統の計画、運用から制御にまで活用され、現在でも新たな課題に多くの研究者が取り組んでいる。

（2）Ward-Hale 法（10.4）大型計算機の普及に伴いデジタル計算機が潮流計算に用いられるようになった。特に著名なのは 1956 年

潮流計算は、電力系統解析のうち静的解析に分類さに米国のワード（Ward）とヘイル（Hale）によってれ、交流系統網を電圧の大きさ、位相、有効電力、無提案された手法（Ward-Hale 法）である。この論文

効電力などの実効値で計算する。系統計画に不可欠な

以後、潮流計算に関して多くの論文が発表され、盛技術であるが、基本的に静的な定常状態を対象とし、んに研究が進められた。

事故時を対象としない。多くの場合は基幹系統を対象

この方法は、有効電力、無効電力対電圧の大きさとに 3 相がバランスしていることを前提に送電線を 3 線

位相の間を結ぶヤコビ行列（Jacobian Matrix）を用ではなく単線で模擬して解析してきている。

いるものである。電圧の大きさと位相を求めるには本

潮流計算には、有効電力の流れのみを求める DC フ

来この逆行列を求めて解を得ることになる。

ロー法（直流法）と、電圧や無効電力も求める手法（交1950 年代の計算機では記憶容量の制約があったた

流法）がある。DC フロー法では電力系統の送電線、め Ward-Hale 法ではこのヤコビ行列の非対角項を無変圧器などの抵抗やキャパシタンスを無視してリアク視した簡略な形式で反復計算を行っている。ヤコビ行

タンス成分のみで簡略化されており、線形の計算のみ列を表記したことと、6 母線の例題系統（図 10.1）をで潮流が求まる。

明記したことで彼らの論文は以後長く参照され、デジタル計算機による潮流計算手法の開発が進んだ。

（1）DC（直流）フロー法
系統解析では電力系統網を構成する送配電線に流れ

252

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. Marchで述べたので、ここでは同期安定性解析の歴史について述べる。
（1） 同期安定性の歴史
電力系統における同期安定性の問題は、昭和 30 年
代までの小規模で電源と負荷が対応していた系統では問題とならなかった。その後、電力系統に複数の発電機が設置され、広範囲の負荷に電力を供給するようになり、安定性の問題が顕在化した。国土の広い米図 10.1

Ward-Hale の 6 母線モデル

国においては、安定性が電力系統の計画にとって重要な部分であることは昔から理解され、この分野の主要な論文は AIEE（American Institute of Electrical（3）Newton-Raphson 法（NR 法）（10.5）

Ward-Hale 法ではヤコビ行列を大胆に近似していたが、計算機の記憶容量の制約が解けた 1980 年代頃

Engineers、のちの IEEE）においても 1920 年頃から掲載されており、1945 年には電力系統の安定性に関する専門書も刊行されるようになった。

から現在まで、これを簡略化せずに用いた NR 法によ1960 年代後半にはアメリカとカナダのほとんどのる潮流計算法が開発された。この方法は、優れた 2 次発電機は 2 つの大規模送電網（西部系統と東部系統）の収束特性を有しているので、現在最も一般に用いらのどちらかに接続されていた。電力系統の規模や面積れている。

が広いことから、電力系統に係わる技術者は安定性

NR 法とは一次元の非線形方程式 f (x) = 0 を例にとの維持により多くの努力を払う必要が出てきた。大規

れば、f (x) の一次微分 f ' (x) を用いて誤差Δ x を求模連系系統の安定性の問題は 1965 年にアメリカ東北

め、反復計算により解を求める方法である。この方法

部で発生した大停電で顕在化した。その後、西部と東を多次元に拡張し電力方程式に適用したのが潮流計部の系統を接続する送電線が 1967 年に建設されたが、算における NR 法である。ここで、f (x) の一次微分行

その容量は小さく、東西間の同期を維持できずにしば

列はヤコビ行列となるが、この逆行列等を使ってΔ x

しば遮断された。この現象を受け、系統の計画と運用をいかに求めるかが課題となり、様々な手法が開発さにおいて、系統の分離などが発生しても広範囲の停電れた。

の発生を防ぐよう注意され、同期安定性が重要視され電圧の変数を、電圧の大きさと位相を用いる極座標

ることとなった。

法と、電圧の実部と虚部を用いる複素電圧の座標形式

一方、日本においては、昭和 10 年（1935 年）初頭

（直角座標）による方法とがある。極座標系で表記すまでは、数多くの電力会社が独自に運営されていたこ

ると発電機母線の電圧実効値を変数から除外でき、ヤともあって、110～154 kV クラスの長距離送電はあっ

コビ行列の次元数も小さくなる。また収束に至る反復たものの、需要地側での連系は少なく、それぞれが単回数も直角座標系より若干少ない長所がある。一方、独の系統をなしていた。このため、安定性への配慮

直角座標系での表記は求解の過程で三角関数を用いなは払われていなかった。その後、戦後の 9 電力体制といことや、2 次形式特有の数学的特性が生かせる利点なることで、需要地の連系が進むこととなった。このがあり、現在でも上記二つの座標系が目的に応じて使ような状況下で、昭和 40 年（1965 年）に御母衣発電

い分けられている。

所事故（第 3 章）によって生じた系統安定性の崩壊か

わが国で開発された手法に早稲田大学の田村康男ら（10.6）の田村・岩本法がある。

ら、関西地区に大停電が発生した。この事故を契機として、基幹系統の保護設備強化、広域的な事故防止の対策などが行われ、系統安定性の強化が図られること

10.1.2

安定性解析

となった。

電力系統は交流で構成されるために、直流の回路にはない安定性問題が避けられない。電圧に関する交流（2）安定性の定義の変遷の変数は、電圧の大きさとその位相角であるために、これまで述べたように、電力系統の安定性の解析

その両方に関連した安定性問題として電圧安定性と同は、大規模となる傾向がある。しかも電力を変数とし期安定性の問題がある。電圧安定性に関しては、前章て電力系統のモデル化を行うと、非線形モデルとな

電力系統技術の系統化調査

253

る。このため、電力系統の解析で、数値積分を用いて254（3）固有値解析法

系統の挙動をシミュレーションする手法では問題は少

電力系統は本質的に非線形システムであるが、非線ないものの、解析的な手法を用いる場合には系統の非形性を保ったままで、大規模な系統を解析すること

線形性が問題となる。この問題への対応として、系統は、困難な場合が多い。このため、小擾乱に対する大擾乱の大きさで解析手法を区別し、検討していく必要

規模な系統の解析には線形化したシステムでの解析ががあった。一つは系統擾乱が小さい場合であり、この用いられる。線形化した大規模なシステムの解析に適時電力系統は動作点周りのわずかな範囲で動揺するとした手法に固有値解析があり、行列形式で表現された見なせる。この場合、系統モデルは動作点を基準とし微分方程式の持つ固有振動とその分布を、安定性を含て線形化して扱え、数多くの線形システム解析手法がめて解析できる。19 世紀初頭には固有値計算の行列適用できる。このようにモデルを動作点周りで線形化への応用も進みコーシー（Cauchy）が対称行列の固して取り扱えるような、小さな擾乱のもとでの安定性

有値が実数であることを示している。またコーシーはを、小擾乱安定性と呼ぶ。他方、系統内の事故などの“特性根”という言葉も考案している（10.7）。

ように系統擾乱が大きくなると、系統の挙動はもはや固有値や固有ベクトルの計算に対する数値的なアル

線形な範囲とは言えず、非線形モデルのまま取り扱わ

ゴリズムの初期のものは、ヤコビが対称行列の固有なければならない。このように系統モデルを非線形の値、固有ベクトルを求める手法として提案したヤコまま扱う必要のある大きな擾乱のもとでの安定性を過ビ法、ガウスによる行列の変形操作によるヘッセン

渡安定性と呼ぶ。

ベルグ形式への変換、1929 年にフォン・ミーゼスが「同期安定性」は、これまで、事故時に問題となる

公表したべき乗法（power method）である。1960 年「過渡安定度」、系統内のゆっくりとした現象を対象と頃から計算機の性能の向上に伴い、固有値計算の新しした「動態安定度」、擾乱のないときに問題を起こすい手法が数多く開発されている。これらの手法の共「定態安定度」などの区分がなされてきた。しかし、通点は計算の対象となる行列を、一度中間となる行列

これらの用語の定義が地域や使用者により異なっていに変換し、その後固有値を計算する手法を取る点にあたため、今は「小擾乱（同期）安定性」「大擾乱（同期）

る。1961 年にフランシス（Francis）とクブラノスカ

安定性」に統一された。しかし、本書では過去の事象

ヤ（Kublanovskaya）が独立に考案した QR 法は今日の説明では従来の用語も用いている。

よく知られた手法といえる。

安定性の解析には大きく分けて 2 つの手法がある。

日本に於いて開発された電力系統の安定性解析の歴一つは、シミュレーションによって時間軸での挙動を史の中で固有値法に関連して、ρ法と S 行列法を取解析し、安定性の判別を行う手法である。この手法でり上げる。

は、線形、非線形にかかわらず、解析が可能である反①ρ 法は線形化された多機電力系統モデルで、発電面、限界値を探るような解析を行うには、数多くのシ機の位相角を状態量とし、減衰項を無視して、状ミュレーションケースが必要となり、時間、手数とも態量とその 2 階微分のみを用いて、状態方程式を多くなる傾向がある。また、この手法は計算機によるたてる。1950 年電力中央研究所の梅津照裕による解析が前提であり、解析の規模や精度が計算機の能力

文献（10.8）ではこの方程式の安定性をルース・フルビッに大きく依存する。もう一つは、解析的な手法を用い

ツ（Routh・Hurwitz）の手法を用いて判断している。

て安定度を解析する手法である。この手法では、線形

このため、当時の計算機の能力でも安定判別を行え化したモデルで扱える小擾乱安定性に関しては、古くる。ただ、ρ法では、単調発散脱調は正確に判定でき

よりラプラス変換に基づく安定性理論が適用出来る

るが、減衰項を無視しているため、振動発散を伴う不ため、比較的大規模なモデルで検討され、パラメータ

安定現象は判定できない。

の変化が安定性に与える影響などを効率よく解析出来②一 方、S 行列法（10.9）は電力系統の固有値を用いた安た。しかしながら、非線形モデルを必要とする過渡安

定判別である。最も重要な振動モードは収束が遅く長定性解析では計算機の能力が向上するまで、小規模の時間持続するモードで、一般に長周期振動モードの場

系統（たとえば 1 発電機対無限大母線系統など）を用合が多い。このため、重要な振動モードの固有値は実

いた等面積法やエネルギー関数法といった手法に頼る

数部、虚数部とも小さな値となり、絶対値の小さな固有必要があった。また、最近の能力が向上した計算機の値となる。このため、固有値計算で固有値の実部が正環境下でも、発電機群の縮約などを用いて系統規模を（発散）あるいは負でゼロに近い固有値（減衰の悪い

適当な大きさとする場合がある。

固有値）を求め、その安定性を議論すれば系統の小国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March擾乱安定性の判定には事足りる場合が多い。

は、 単 位 法 で は +0.220 ± j 4.0（/1000 rad） と な り、
換算すると実数部がプラスであることから系統動揺周（4）周波数応答法

期が 4.2 秒の揺れで不安定になっていることが示され

同期安定性の解析に用いられているρ法などでは発ている。

電機の制御系を考慮することができない。制御系を含

また周波数応答法によって求められる主要固有値

めた安定度の解析法としては、詳細固有値法があり、は、この軌跡の原点付近の動きから実部と虚部を別々長周期、弱ダンピングな動揺解析には最も有効な手法に推定できるのが特徴である。ただし、その精度は固である。この方法の最大の欠点は多機系を対象とした有値実部の絶対値が大きくなると悪くなることが知らとき、系統行列の次元が大きくなってしまうことで、れている。固有値実部がマイナスで絶対値が大きいと状態空間行列を用いると、3 機系の解析でも 25 × 25

いうことは、電力系統が十分安定であること示しており、以上の行列が必要となる。これを改良したものに演算

実用上問題はない。

子の多項式行列を用いる方法などがあるが、この場合でも 15 × 15 次の行列を記憶しておかなければならず、多様系に適用するには無理がある。この問題点を解決する方法として筆者により提案されたのが周波数応答法（10.10）であり、現在この方法が有効な動態安定度の解析手法と筆者は考えている。
周波数応答法は線形化した微分方程式を一次系の形
ではなく時間微分演算子（p = d/dt と表示することが多い）を演算子とする方程式の形で取扱かう。電力系統を構成する要素を、同期機、負荷とそれらを結ぷ

図 10.2

対象系統図

図 10.3

周波数応答

系統網にわけて考える。この行列は発電機台数を m とすると m × m 次に抑えられており、各要素は演算子の有理関数となっているのでこの行列を演算子伝達行列と呼ぶ。
すなわち、すべての発電機の位相ベクトルδと、各発電機出力のベクトル P の間の関係は以下の式であらわされる。ここで p は時間微分演算子である。
F (p) δ＝ P
周波数応答法は、上述の演算子伝達行列の行列式
detF (p) の周波数応答軌跡を求め安定度を推定する方法である。p = j ω（j は虚数）とおいてωを 0 から無限大まで変えたとき、この行列式の周波数応答軌跡（ナイキスト線図）が原点を左に発電機数の半分、すなわち m/2 回巻けば安定、それ以下であれば不安定と判定しうる。

10.1.3シミュレーションプログラム

図 10.2 のような発電機が 8 台の櫛形のモデルを対安定度の解析において、時間を追った系統定数の変象とした周波数応答を求める。ここで G は発電機、化をプロットし安定性を判断することが必要である。

矢印が負荷を意味している。その結果の 1 例が図 10.3

これがシミュレーション技術である。

のようになったとする。ωを 0 から無限大に変えて電力系統の特性は微分方程式で表現できるので、時いった時のナイキスト線図は、複素平面上の原点を左

間を追って変数の積分によってシミュレーションが実に 3 回巻いている。この電力系統は 8 台の発電機があ現できる。デジタル計算機の発展以前には、アナログ

るので安定になるには原点を 4 回巻かなければいけな

コンピュータを用いた方法が中心であったが、本稿でい。この例（右向きの潮流を 1,000 MW）は、この電は、デジタル計算機向けのプログラムの変遷について

力系統が定態不安定であることを示している。ちなみ

記述する。

に、この条件の時の電力系統の固有値を求めた結果

わが国では、メーカー側では、1960 年代に三菱電電力系統技術の系統化調査

255

機が東京電力と共同で開発した M 法が多くの実績を

Administration）は、VAX-780 と AP120B の 上 で 安有している（10.11）。このプログラムは主に系統安定化

定 度 解 析 プ ロ グ ラ ム を 開 発 し て お り、 米 国 WSCCシステムの解析に多く用いられてきた。

（Western Systems Coordinating Council）で幅広く用

また、関西電力と三菱電機が 1980 年頃、BPA（米いられていた。

国ボンネビル電力庁）から入手したプログラムも

また欧州では、ベルギーTractebel 社とフランス

CDC 計算機の上で活用された。このプログラムは、

EDF（Électricité de France）社が開発したプログラ

主に、交流送電線距離の長い 60 Hz 系統に生じる長周

ムは後に Eurostag としてパッケージ化された。スイ

期のダンピングの弱い動揺の解析に用いられた。

ス ABB（ASEA Brown Boveri）社はハネウエル上でそのほかにも、わが国においては、いくつかのシ
ミュレーションプログラムが開発されている。その一開発した NEPLAN を使用していた。このように種々のプログラムが開発され後にリリースされた。

つが電力中央研究所が 1970 年代に開発した Y 法（電こうしたプログラムの開発当初は、結果がリストと力系統動特性安定度解析プログラム）である。このプして打ち出され、それを人手によってプロットするこ

ログラムは、それ以前には、同所で開発された手法がとがおこなわれていた。計算機でプロッタが使えるよ

インピーダンス行列を用いていたことから Z 法と呼うになり、これにより自動的に解析結果がプロットさばれていた。その後、関根泰次を委員長とする電気協れるようになり便利さを増した。その後は、ディスプ

同研究会の委員会を通じて、アドミタンス行列 Y をレイに打ち出され、一目で結果を見ることができるよ

用いて計算をして精度や収束特性を改良している。

うになった。

このプログラムの検証のために電気協同研究会の中計算機も、大型の IBM や CDC の計算機から、ミニにチームが作られ、電力会社、メーカー、大学の電力

コン、エンジニアリングワークステーション（EWS）、

系統技術者が協力した。同じ電力系統のモデルで、同PC と変遷してきた。

じ擾乱を与えて各所で自分の解析プログラムでシミュ

図 10.4 は、第 3 章で紹介した北海道電力の停電をレーションを実施した。当時は、シミュレーション結後にシミュレーションで検証したときの結果の一部で果を画面で見たり、プロッタで印刷したりすることがあり、横軸が時間（秒）で、縦軸が周波数（Hz）と、できなかった。そのために、ラインプリンタに打ち出

北海道本州間の連系線の電力の流れ（MW）である。

されたシミュレーション結果を持ち込み、合宿の形で皆で集まって手でプロットした。メーカーでは、東芝の有働宗幸、日立からは後藤益男、三菱電機からは筆者が参加し、電力中央研究所で開発された系統解析
プログラムの検証を行った。電力系統技術者の交流の点でこの作業は大変に有効だったと思う。
その後、電力中央研究所ではこれらのプログラムを整理統合して、X 法と称していたが、やはり Y 法の名前の方になじみがあり、この名前で落ち着いた（10.12）。このプログラムは、現在も幅広く電力会社での図 10.4

北海道電力の停電時のシミュレーション例

シミュレーションに使用されてきた。
海外においては解析用プログラムが商用化され、販売されるようになっていた。商用プログラムとしては以下のも

256

10.1.4

過渡解析プログラムのがある。米国 Power Technology Inc. 社（PTI、現

電力系統における過渡現象解析プログラムに関し

在 Siemens Power Technologies International）では、ては英国 CEGB 社の BESSO、米国 McGraw-Edison

VAX750 と PRIME400, 750 の上で開発されたパッケージ

社 の METAP や GE 社 の MANTRAP 等 が 既 に 開 発

ソフトが、後に PSS/E として販売された。そのほかにもされていたが、米国政府エネルギー省ボンネビル電GE（General Electric Company） 社 も ELF-20 な ど

力局（BPA）において 1968 年より開発が開始されの解析のプログラムを開発し、後にこれらを統合した EMTP（Electro Magnetic Transient Program）て PSLF となづけられた。このプログラムは、タイムが現在の解析プログラムの中核となっている。この

シェアリング機能を持ち、わが国でも電通の MARK-

プログラムは H.W. ドメル（Domnel）や S. マイヤー

III を 通 じ て 使 用 で き た。BPA（Bonneville Power（Meyer） ら に よ っ て 開 発 さ れ て、 そ の 第 18 版 が、

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

1976 年に初めてわが国へ導入された（10.13）。導入時のGroup） の 2 つ の グ ル ー プ に 分 か れ、 後 者 は 2003

エピソードに関しては囲み記事を参考にされたい。

年 に EMTP-RV へ と 再 構 築 さ れ た。 ま た 近 年 で はEMTP における過渡現象計算の特徴はすべての回

一 般 的 な CPU に 代 わ り 多 数 の コ ア を 有 す る GPU

路素子を電流源と抵抗で置換し、この等価回路におい（Graphic Processing Unit） 上 で 動 作 す る 大 規 模 解てノード方程式を立て、そのコンダクタス行列の逆行

析 用 の プ ロ グ ラ ム と し て MT（Massive Threading

列をとることにより解を求めようとする点にある。主

parallel）-EMTP というコンセプトが発表されるなな適用先は電力系統の定常および過渡現象の解析とさど、利用者ニーズに応じた開発が今も継続されている。

れているが、等価的に電気回路で表現されるものであればあらゆるものに利用できる。

10.2 STATCOM

その後 EMTP はユーザーの増加によって開発費用負担が大きくなってきたため、1984 年より無償公開される
EMTP-ATP（Alternative Transients Program）と有

これまで電力系統において、周波数制御、同期安定

償配布となる DCG-EMTP（Development Coordination

性の維持と同時に電圧制御が重要な要素であることをエピソード 7

米国からの計算機ソフトの導入

経済の高成長下において電力系統の規模が大きく拡大してきた 1970 年代、わが国では電力系統の現象を解析するのに必要な計算機ソフトウエアが開発されていなかった。当時この分野で進んでいた米国の国営であった電力会社 BPA（Bonneville Power Administration）からソフトウエアを導入すべく電力会
社、メーカー、大学側から声があがってきた。同志社大学の雨谷昭弘を中心に解析ソフトウエア EMTP（Electro Magnetic Transient Program）を国内に導入し利用を促進する委員会通称雨谷委員会を発足させた。
こうした動きに対して BPA の電力系統部長であったウイリアム ･ ティニー（William Tinney）博士は快く計算機ソフトの無償提供を申し出てくれた。この計算機ソフトを筆者が日本に持ち帰るにあたり税関で疑念を持たれることを想定し、テープには米国内務省（当時 BPA はその傘下にあった）の正式レターをつけてくれていた。おかげで、無事に税関を通ることができた。このレターがなければ、筆者が日米ソフ
トウエア事件の第 1 号の被告になってしまうところであった。
EMTP は、BPA のハーマン ･ ドンメル（Hermann Dommel）が元をつくり、スコット・マイヤー（Scott
Meyer）が開発したソフトウエアで、今では世界中で幅広く使われている。スコットは、たいへんユニー
クな人物で、ソフトウエア開発に命をかけていた。来日して一緒にプログラムを改良した時には、食事を忘れても熱心にソフトの説明をしてくれ、バグがあれば夜を徹して修正に取り掛かるようなプログラマーであった。いつも運動靴を履いて気楽な服装をしていた。
わが国に上陸した EMTP を初めて走らせた計算機が IBM360 であった。ところがコンパイルして走らせるとすぐにプログラムが止まってしまう。サブルーチンが不足しているというエラー表示がでる。プログ
ラム本体から呼ばれたサブルーチンは存在するが、これがダミーになっており、将来の機能拡張のために用意されていたのだが、そのダミーのサブルーチンのところで止まってしまうのであった。そこで、さっそく米国に電話し、スコットにいちいち相談する。わかった
ことはわが国で使っていた IBM360 の OS のバージョンが BPA のものと異なり、ダミーのサブルーチンを許容しないようになっていたからであった。OS のレベルを変えてもらい、EMTP はめでたく走り始めたのである。これが、1977 年の春であった。
ティニーは、わが国への電力技術への貢献で、1989 年勲三等瑞宝章を授与されることになった。そのための申請書の作成には、外務省の儀典担当、ポートランドの日本総領事との数回にわたるやりとりが必要であった。この当時、申請書は縦書きであることが要求され、当時のワードプロセッサーでの縦書きに苦労したが、そのウイリアム ･ ティニー

甲斐があった。

電力系統技術の系統化調査257

述べた。東京電力において電圧不安定現象が生じてか

従来は、直流コンデンサ電圧の制御は充電回路を別にらは、より一層電圧制御が重要視されてきている。そ設けていたが、それでは装置が大きくなり充電回路のの 対 策 の 一 つ が、STATCOM（Static Synchronous

絶縁も課題になるので、初期充電も系統側から実施すCompensator）である。その開発の歴史と、名前の変ると同時に、運転中も主変換器の制御で系統側から遷について述べる。

の有効電力を調整して直流コンデンサの電圧を一定にする方式とした。この方式はさらに高度化して、最10.2.1STATCOM 技術開発の歴史

近実用化が進んでいるモジュラーマルチレベル変換器

電力系統の無効電力を調整して系統の電圧を制御す（MMC）でも使われている。直流キャパシタを持っる手段としては、従来よりシャントリアクトル（L）

た多数の変換器を用いる MMC はこの技術がなけれやシャントコンデンサ（C）、リアクトルの電流をサば実現不可能である。

イリスタ（Thy）の点弧位相制御で調整する無効電力

開発された装置は、それまでの SVC と全く異なり、補償装置（SVC）などがあった（図 10.5）。しかし、原理的には同期調相機に近いものであった。同期調相それぞれ、制御量が連続に制御できない、広い設置面

機が電磁誘導作用の原理で電圧を発生させるのに対積を必要とする、大きな高調波が発生するなどの問題

し、インバータを電圧源とするもので、STATCOMがあった。1970 年代後半から、関西電力と三菱電機と呼ばれている。

は前述の無効電力調整の課題を自励変換器で解決する（1）犬山 STATCOM とその後装置を開発した（10.14）。

1991 年、関西電力犬山開閉所に世界で初めて導入さ れ た STATCOM（ 以 下 犬 山 STATCOM） の 構 成を図 10.6 に、外観を図 10.7 に示す。この STATCOMの容量は± 80MVA でその当時、わが国だけが製造できた最新の GTO を用い（同じ素子がフランスの高速鉄道 TGV にも利用された）、潮流を検出して無効電力を制御することにより定態安定度を向上させ、送電限界を向上させることができた。犬山 STATCOM
図 10.5の設置された電力系統の概念図は図 10.8 に示される。

SVC の基本原理図

図の右側に示された水力発電所の電力を左に示す関西
まず、1980 年に± 20 MVA の自励式 SVC のプロトタイプを 77 kV の実系統に導入し、1 年半の実証試験を行った。その時点では大容量素子としてはサイリスされた。
その実験に携わった三菱電機の竹田正俊の現場でのタしかなく、点弧（ターンオン）は制御できるが消弧

手記が臨場感にあふれている（10.16）。

（ターンオフ）が制御できない。そこで、補助回路で「筆者は上記の STATCOM 開発に参画する機会にターンオフさせる方法で自励変換器を作成していた。

恵まれ、STATCOM 誕生の歴史的瞬間に立ち会うこ

その後、ゲートに逆電流を流すことでターンオフできるとができ、多くの貴重な経験を得ることができた。特ゲートターンオフサイリスタ（GTO）が実用化されたので、に印象に残るのは、実系統を用いた STATCOM の安± 100 MVA クラスの実機をこの素子を使って開発する

定度向上効果実証試験である。最初に、STATCOM（10.15）ことになった。しかし、次のような課題があった

258

電力の電力系統に安定して送電することを目的に設置。

停止状態で送電電力を安定限界に近づける試験が実①大容量化のためには GTO の直列接続が必要である施された。安定限界に近づくにつれて送電電力の動②高調波除去が必要である

揺が顕著になり、監視盤の電力メータが左右に振れ③直流コンデンサ充電回路の除去が必要である

るに至って、関係者の間に緊張とどよめきが発せら①については、GTO ごとにターンオフ時のゲート

れ、実系統で送電安定限界状態を初めて体験し、緊電流の di/dt を調整し点弧タイミングを制御した。②

張と興奮が交じり合った一時であった。引き続き、については、千鳥巻線変圧器（図 10.6）により位相のSTATCOM 運転状態で同様の試験を実施。送電量を異なる 8 台のインバータ出力を合成させる方式を採用増加するにつれて緊張が走り、全員が息を呑む中で安した。インバータ間の循環電流が問題になったが、変定して目標値に送電電力が達した時には、期せずして大圧器技術者を含むチーム力で解決した。③について、

きな拍手が沸き起こり参加者全員で感激を共有した。
」

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March因 み に、 海 外 で STATCOM が 製 作 さ れ た の は、1995 年、米国 TVA Sullivan 変電所に導入された±100MVA の 装 置 が 最 初 で あ り、 し か も 使 用 さ れ た
GTO は日本製であった。大電力自励変換器技術で日本がリードしていたことがわかる。
STATCOM は そ の 後、1996 年 に 北 陸 電 力 の 朽 木
変電所（± 20MVA）などに導入されたが、部品点数が多く、高価格で、損失が大きいという課題があり、さらに技術開発が進められた。まず、素子として、
GTO の次の世代として 150 mm（6 インチ）の大容量（6 kV、6 kA）の GCT（Gate Commutated Turn-off
Thyristor）が開発された。これは、ターンオフ時にゲートに全アノード電流を転流することで、短時間で図 10.6犬山 STATCOM の回路

図 10.7犬山 STATCOM の外観

アノード電流をゼロにし、ターンオフを完了できる素子である。
短時間で電流をターンオフできることで、従来型の素子で必要とされていた素子保護のためのスナバー回路が不要になり、GTO に比べ損失を 40% に削減できた。また、部品点数も冷却負荷も削減できた。一方、変換器制御に関しては、パルス数は 3 パルスと少なくし、かつ、各変換器パルスの位相をシフトすることとし、千鳥巻線変圧器（図 10.6 参照）ではな
く、通常の変圧器の多重化を可能にした。これらにより、低次高調波が少なく、かつ変圧器を含めた損失が1.2% と他励式変換器並みの効率が実現できた。この方式の STATCOM が関西電力神崎変電所、中部電力
東信変電所に導入され、技術の開発が行われた。直流連系設備の研究の目的で、実用機のプロトタイプとして有効電力 37.5 MW（皮相電力 53MVA）の実証試験
設備を東京電力新信濃変電所に建設した。東京電力側（50 Hz）に 2 端子、中部電力側（60 Hz）に 1 端子を置き、直流側を共通にして、系統間で実際に電力を融通するなど、さまざまな実フィールド試験を実施した。

図 10.8犬山 STATCOM の設置された電力系統（2）東信 STATCOM
中部電力では、大容量の火力発電所として新潟県あった。一方、この送電線の末端、名古屋地区で送電の 上 越 火 力 発 電 所の新設備計画があがった。 こ れ線の 2 回線断線が起こると、上越火力側の送電系統には、名古屋を中心とする 500 kV 基幹ループ系統からは、大量に並列コンデンサが残り、電圧を過剰にあげてし300 km 離れた地点に位置し、500 kV および 275 kV

まうことになる。そうなると上越火力発電所は運転が不可の送電線を介して中部電力の電力系統につながれるこ能となる。

ととなった。上越火力発電所の出力は 2,380 MW と大こうした問題を解決するために、STATCOM が導容量であり、長距離送電線にともなう定態安定度上の入されることとなった。解析の結果、世界最大容量と問題があった。この問題を解決し、大容量長距離送電

なる± 450MVA の STATCOM を東信変電所に設置線の電圧を安定にするためには、送電線の途中にあする必要のあることが分かった（図 10.9）。技術的にる多くの変電所に並列コンデンサを置いて、無効電力

は± 150MVA の装置を三並列設置することとした。

を供給し、電圧を保ち、定態安定度を維持する必要がその回路図は図 10.10 のとおりであった。

電力系統技術の系統化調査

259

組んでも欧州には勝てなかったことになる。（その後、IEC において、低圧の電圧に関する標準化の議論においても、米国の 120 V と日本の 100V が欧州中心の
220/240V に勝てなかったことにもつながっている。
IEC では、低圧の電圧としては 220～240V が対象で
図 10.9中部電力東信変電所におかれた STATCOM の位置あり、特殊な電圧として 100V が許容されている）。
その後、この作業部会が終了したのちに、新たな議論が起こり、名称は STATCOM（Static SynchronousCompensator）に決定して今日に至っている。

10.3 シミュレータ技術（7.1）

電力系統においては、安定性を保つために、系統構成を工夫したり、新たな制御システムを導入したりすることが行われてきた。その新しい提案の試験を実際の電力系統で行うことは不可能である。そこで、実際の電力系統を模擬したシミユレータでその試験を行うこととなる。近年利用されているデジタルシミュレー
図 10.10

東信変電所 STATCOM の± 150MVA 回路図

タに至る道のりと、デジタルシミュレータの開発の歴史をまとめる。

10.2.2STATCOM 名称の歴史

10.3.1

模擬送電線の時代

CIGRE（国際大電力システム会議）の中に AdHoc TF

電力系統のリアルタイムのシミュレーションの方法（ 特 別 作 業 部 会 ）として“Static Var Compensator”には、小規模な発電機を実際に回転させで電力を供給

が 設 置された（1985 年ごろ）
。 主 査は英 国の電 力 会

し、電圧の低い送電線や変圧器の等価回路にそれを流社 CEGB（ 現 在 の National Grid）の I.A. エリンメッツ

し、電球やモータなどの負荷をつないだものが開発さ（Erinmetz）であった。この電力会社のマネージャが主れ、今でも用いられている。この装置を模擬送電線と査となりメーカー間の取りまとめ役を行った。日本からは筆呼んでいる。その一例は、直列コンデンサの項で紹介者が代表委員として参加した。従来型のコンデンサとした。現在でも、電力中央研究所などで使われている。

リアクトルをスイッチングする方式の SVC に関しての規格などに関しては全委員の合意が得られ会議は順調に進んだ。しかし、インバータを用いる自励式
SVC の名前の付け方で議論があった。

260

10.3.2

交流計算盤の時代

電力系統が複雑になるにつれて模擬送電線では発電機台数などの能力が不足してきたため、アナログ

上述したように、すでにこの技術を開発し関西電力

回路による解析が主流になった。これは、実系統をで実証も行われていた日本の意見が通るものと筆者はそのまま L（リアクタンス）、R（抵抗）、C（キャパシタン

考えていた。欧州勢に対して、わが方は、WH（ウエス）などの電気回路要素や小型の発電機を組み合わせ

スティングハウス社）のジュジ（L. Gyugyi）と筆者

た縮小系統で模擬することで、実現象をほぼ忠実にでその主張は SVG（Static Var Generator）であった。

再現できるもので交流計算盤と呼ばれている。電力

一方の相手は ABB のフランクで、STATCON（Static

系統を等価交流回路網として模擬するもので、1929

Condenser）を提案してきた。お互いに譲らず、協議

年 に MIT（Massachusetts Institute of Technology）

は翌日に持ち越された。ところが翌日になると、多くと Westinghouse 社により初めて作られ、わが国にはの委員が STATCON を支持し我々は戦に負けること

1951 年に初めて電気試験所（現在の（国立研究開発となった。気が付けば、前の晩に、宿舎のコーナーで、法人）産業技術総合研究所）に導入された（10.2）。電気

何名かの委員が集まっていたのを思い出し、始めて欧試験所の交流計算盤は、それまで送電系統を 3 機系統

州流の事前根回しの仕方を知ることとなった。日米でに縮約して手計算で行っていた安定度計算を、8～12

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March機系統まで縮約せずに解析することができた。具体までであった。

的には三相回路を、対称座標系を用いて単相の L、R、

その後、1950 年代後半に、電力各社が交流計算盤

C で模擬し、電圧・位相調整が可能な電源を接続し、を相次いで導入した。図 10.11 は、電源開発が開発し実際に回路に現われる電圧・電流を計測している。後た交流計算盤 COM-21 で、624 本の真空管、ダイオーに発電機の動特性を設けて多機系統の安定度解析にもド 1,602 本、トランジスタ 114 本、リレー1,647 本が用いられたが、扱うことのできる発電機は 20 台程度使用されている（10.17）。関西電力が 1957 年に導入した交流計算盤（図 10.12）は、発電機モデルが 18 機、線路モデルが 98 ユニット、負荷モデルが 24 ユニット等の規模で基本周波数として 500 Hz を使用しているものである（10.18）。
10.3.3

デジタルシミュレータ開発の歴史

こうしたシミュレータの時代から、デジタルコン
ピュータの発展に伴い、そちらに技術が移ってきた。
図 10.11

電源開発の交流計算盤（10.18）

ここではデジタルコンピュータによるシミュレータの発達を見てみる。
デジタル技術が進展し、発電機を電子回路で実現するようになると、発電機を電子回路で模擬し、送電線を電気回路で組む装置が開発された。これをアナログシミュレータあるいはハイブリッドシミュレータと称している。すべての電子回路をソフトウエアで実現したものがデジタルシミユレータである。これまで述
べた模擬送電線、アナログ（ハイブリッドシミュレータ）、
全デジタルシミュレータの比較を表 10.1 に示す（7.1）。
コンピュータの大容量化・高速化・並列化が進むにつれて、直接電力系統の種々の現象をコンピュータ上

図 10.12 関西電力の交流計算盤（関西電力総合技術研究所パンフレット 1984 年）
表 10.1でシミュレーションする手法が主流となってきた。また、進歩するコンピュータのアーキテクチャに適し

模擬送電線、ハイブリッドシミュレータ、デジタルシミュレータの比較（7.1）

電力系統技術の系統化調査

261

たアルゴリズムが生み出され、精度よく高速に解析

能維持が困難になると、マイクロプロセッサ等の計算するためのシミュレーションソフトウェアが開発さ機で構成したデジタル型シミュレータに更新する事例れてきた。1977 年に米国の Electric Power Researchも多く見受けられるようになった。

Institute（EPRI）で並列処理に関するワークショッ

東京電力と三菱電機が共同開発し、1994 年に東京

プが開催されてから、一躍スーパーコンピュータやア

電力技術開発研究所に設置された電力系統シミュレー

レイプロセッサ、マルチプロセッサ等の利用が注目を

タは、CPU をハイパーキューブ（超立方体）のノー集め、以後各方面で研究開発、実用化が進められてきた。

ドに割り当てた計算機を適用し、母線と母線に繋がデジタルコンピュータによって電力系統解析を実現れた発電機を各ノードで演算することで、超立体構した最初のシミュレータとしては、東京電力と三菱電造の特徴を生かし、高速演算と系統規模の拡大を実機が共同開発した電力流通コンピュータ（EFCOM）

現している。図 10.14 に示す超並列コンピュータではがある（図 10.13）。直流（DC）フロー理論に基づく

nCUBE と呼ばれる CPU を使用して、母線数だけの（10.19）直流アナログ方式による計算装置である。初の並列処理により実現象と同じ速度で計算し、機器試験

電力流通用コンピュータの開発として昭和 45 年、三井恒夫、馬場準一が電気学会電気学術振興賞・進歩賞を受賞している。

図 10.14 ハイパーキューブによる超並列コンピュータ

図 10.13

電力流通コンピュータ（EFCOM）

デジタルシミュレータは、複数の CPU またはデジ
タルシグナルプロセッサを有する並列処理コンピュー
タとアナログ入出力機能やデジタル入出力機能を具備しており、リアルタイム演算能力を活かして、実際の図 10.15 ハイパーキューブによるデジタルリアルタイムシミュレータの構成

制御装置や保護装置を接続することができる点で、電子回路式アナログシミュレータとほぼ同等の機能を有している。アナログを用いるのに比べ設置面積が削減され、系統条件変更操作や保守が容易になるという特長を有する。また、柔軟性も増している。
1990 年頃よりデジタルシミュレータの開発が始まり、順次商品化された。デジタルシミュレータではモデル開発が比較的容易であることから、デジタルシミュレータのパワーエレクトロニクス機器モデルをア
ナログシミュレータに接続して用いる新しいハイブ
リッドの形態が現れた。また、アナログシミュレータに使用された電子回路基板の経年劣化によってその機

262

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March

図 10.16

TRANSPUTER 同士の接続が可能なインターフェースを備えている（10.20）。その本出ており、これらを平面や立体の形でつないでゆくことに構成のイメージを図 10.15 に示す。このシミュレータ

より並列計算を実施できる素子であった（図 10.16）。

では東京電力の電力系統を模擬し、各種の制御装置のTRANSPUTOR は、 高 速 の デ ー タ 通 信 に 適 し た
OCCAM という言語を用いていることもその特徴で試験に用いられてきた。
この nCube というハイパーキューブ（超立体）アー
キテクチャの素子に至る前には、TRANSPUTOR とあった。しかし、総合的に評価した結果、nCube によるリアルタイムシミュレータの実現となった。

いう素子が候補であった。この素子は、英国で開発さ引き続いて三菱電機が 1998 年に開発した PC クラ

れ、外との連携となる足が縦横方向に 1 本ずつ、計 4

スタシミュレータは、瞬時値解析をリアルタイムで実

表 10.2

国内外のデジタルシミュレータの一覧（7.1）

電力系統技術の系統化調査

263

行できるシミュレータで（10.21）、新たなリレーの試験の会社 TEQSIM を立ち上げ、国際的なビジネス展開

装置として使用されているほか、三菱電機とカナダのを図ったのである。利用者から供給者へ展開したユ

Hydro Québec 社が共同で開発した HYPERSIM としてニークな例となった。

（10.22）実用化された。現在は、OPAL-RT Technologies Inc.

社の製品の一部に引き継がれている。

文

献表 10.2 には、国内外で実用化された主なシミュレー（10.1） V. Shilov, S.Silantiev, "Computations Before

タを中心とした一覧を示す。表中の「回転機」は交流

Computers: Vladimir Karapetoff's Kinematic

計算盤、「電子回路方式」はアナログシミュレータ、Computing Devices", HISTELCON 2019,「デジタル方式」 はデジタルシミュレータのことである。

Session THIB, Glasgow.
（10.2） 山田太三郎「交流計算盤」電力、電気公論社、


10.3.4 ハイブリッドシミュレータのビジネス化の一例
交直並列運転のシミュレーションを行うために、カ（10.3） 高橋一弘、関根泰次「フロー直流法による潮ナダの IREQ に技術者を派遣し試験を行ったことを流計算」電気学会雑誌、88-10、961、1968 年

6.3 で述べた。このシミュレータは、アナログとデジ（10.4） J .B. Ward and H.W. Hale,“Digital Computer

タルを組み合わせたハイブリッドシミュレータであっSolution of Powerた。世界中の多くの電力会社、メーカーがこの装置をPower Apparatus and Systems of AIEE,

用いて、新しい制御システムの試験を行っており、そVol.75,（1956）の実用性、信頼性は確立していた。

Flow  Problems”Trans,（10.5） H .W. Dommel, W.F. Tinny, W.L. Powell,

三菱電機が、四国と関西を結ぶ紀伊水道直流送電の“Further Development in Newton’s Method

実現に当たり、自社に直流送電技術の試験を行う装置

for Power System Application,”IEEEが必要になったとき、自社開発と購入の二者選択がWinter Meeting, Paper no. CP161-PWR,

必要となった。その結果、実際に使用したことがあ1970.

り、世界的に信頼の高い IREQ のシミュレータを導入（10.6） 岩 本伸一・田村康男「非線形性を保存したすることになった。1995 年 7 月 20 日の電気新聞によ

高 速 潮 流 計 算 法 」 電 学 論 B、Vol.98、No.2、

れば、国内最大級の電力系統シミュレータであるとい

pp.192-198（1978）う。
「シミュレータは、送電系統に必要な変圧器、交流発電機、交直変換所、交流送電線、直流送電線、な（10.7） 戸 川隼人「マトリクスの数値計算」オーム社、
1971

どの縮小モデル、ワークステーション（SUN）を利（10.8） 梅 津照裕「一般送電系に於ける安定度理論」

用したシミュレータ制御装置を主体にハードウエアを

電 気 学 会 雑 誌、Vol.69、No.734、pp.390-392

構成している。ソフトウエアとして、系統情報データ（1950）

ベースなどの各種データベースを整備した。これに実（10.9） 内田直之「新しい固有値解析法の開発と動的系統の 5,000 分の 1 である、100V の電圧をかけ、電定態安定度への適用」、電力中央研究所報告、力系統で発生する様々な現象を模擬する仕組みであNo.179002（1979）

る。
」「制御盤は、36 面、発電機モデルは 6 台を備えたことで、系統シミュレータとしては国内でも最大（10.10）電気協同研究「電力系統の安定度」34、5（昭和 54 年）級としている。
」「従来のシミュレータでは実現できな（10.11）岡村正巳、大浦好文、石黒冨士雄「電力系統かった 20 キロヘルツまでの幅広い周波数領域を再現

安定化のための電力系統システム解析用プロできるなど、高速できめ細かな制御を模擬できる」とグラムの開発と応用」雑誌 OHM、オーム社、している。

59、8、1972 年 7 月

三菱電機では、このシミュレータを用いて、紀伊水（10.12）谷口治人、田中和幸、内田直也「電力系統解

道直流送電システムを実現、その他の電力系統技術の析システムの開発」エッセイ、電気学会論文試験を行った。そのために、多くの技術者がこの装置

誌 B、128 巻、2 号、2008 年を使い、新しい利用方法なども開発してきた。そこ（10.13）雨 谷 昭 弘「 汎 用 過 渡 現 象 解 析 プ ロ グ ラ ム

で、単にユーザーとしてこのシミュレータを使うのでEMTP」 電 学 誌、Vol.102、No.6、pp23-30

はなく、サプライヤーとして、このシステムを販売す（1982）

ることになった。すなわち、三菱電機は IREQ と合弁

264

vol.34、no.7、1950 年

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March（10.14）竹 田正俊「電力技術のイノベーション（20）自励式無効電力補償装置（STATCOM）の開（10.19）馬 場準一・迎久雄・山田郁夫「電力流通コ

発と製品化」電気学会論文誌 B 129 巻 7 号 p.

ンピュータ」三菱電機技報、Vol.43、No.11、

855-858（2009）

pp.1519-1523（1969）（10.15）
 伊与田功「電力用パワーエレクトロニクスの（10.20）H. Taoka, I. Iyoda, H. Noguchi, N. Sato, and歴史」電気計算、「電気の歴史をひもとけば」、

T. Nakazawa:“Real-Time Digital Simulator

電気書院、2018 年 8 月号

for Power System Analysis on a Hypercube（10.16）竹 田正俊「静止型無効電力補償装置の歴史」
電気計算、「電気の歴史をひもとけば」、電気
書院、2019 年 10 月号（10.17）
「交流計算盤 COM-21 を新設」電源開発社誌、
p.14（1961）（10.18）吉 田勝彦・福本昌弘・松浦宗一・徫藤隆憲

Computer”, IEEE Trans. Power Syste ms,
Vol.7, No.1 pp.1-10（1992）（10.21）山 本隆也・榎本博・黒田憲一・河野良之・
田岡久雄「PC クラスタによるリアルタイム
電力系統シミュレータ」、電気学会論文誌 B、Vol.124-B、No.5、pp.733-740（2004）「電子計算機ならびに交流計算盤による系統（10.22）ヴァルマ ･ スレシ ･ チャンド「電力系統解析用リ

解析経過報告」関西電力総合技術研究所総研

アルタイムディジタルシミュレータの導入」中部電報告、1968-04

力技術開発ニュース、no.84、2000-4

電力系統技術の系統化調査

265

11｜電力系統技術を支えてきた組織
これまで社会インフラとして我々の生活を豊かにしま た、 京 都 大 学 に お い て も 上 之 園 親 佐（1920－てきた電力系統とそれを支える電力系統技術の発展の2007）は昭和 46 年電力系統講座を開設し、林宗明

歴史を見てきた。本章では、こうした技術を発展させ（1927－2009）は発送配電工学を担当した。

てきた組織にはどのようなものがあったか、わが国に関係したものの記録を残しておきたい。

11.1 大学

11.2 国内学会
わが国では電気学会（図 11.3）がその中核である。
毎年開催される全国大会や電力エネルギー部門大会を

本文中にも記載したが、電力系統分野での大学とし通して、研究成果の発表の場を与えてきた。日常的にては、大きくは、東京大学と早稲田大学がその中核では電力系統技術委員会が、研究会の開催などを通じてあった。

研究成果の議論の場となってきた。また、系統解析用

東京大学では、福田節雄（1902－1971 年）とそのモデル系統の提供を行ない研究の基盤となっている。

後継の関根泰次（1931－現在、図 11.1）をあげるこ

また、電気学会では 2008 年から毎年「でんきの礎」とができる。福田は、1959 年（昭和 34 年）「電力系という顕彰（図 11.4）を行っており、その選考には筆統の発展と今後の動向」を電気学会誌に記述してい者が副委員長、委員長をつとめた。我々の生活を豊かる。ここでは、「電力系統に該当する英米語は Powerにしてきた電気の技術があまり知られていないのでそSystem, Power Pool, あるいは Grid System, Grid でれを広く喧伝することが目的である。本報告でも述べある」と記され、欧米の電力系統の状況を紹介し、電てきた技術としては。「500 kV 系送電実用化」（第 1（11.1）。その後、福回）、「電力系統安定化技術」（第 1 回）、「電力用酸化田、関根は「電力系統工学」を相次いで上梓し、電力

亜鉛型ギャップレス避雷器」（第 2 回）、「黒部川第 4系統を工学的にとらえている。関根の「電力系統解析

発電所」（第 6 回）「北海道本州間電力連系設備」（第理論（電気書院、1971）」は系統解析のバイブルとさ6 回）、「佐久間周波数変換所」（第 10 回）、「送電系統れている。

用 STATCOM」（第 10 回）、「ディジタル技術による力系統の基本的問題を指摘している

一方、早稲田大学では埴野一郎（1898－1987）の流送電線電流作動保護方式」（第 10 回）、「大容量短絡試

れを引く田村康男（1931－1993 年、図 11.2）である。
田村は、埴野研究室において 1961 年「電力系統における周波数制御に関する研究」で工学博士の学位を取得している。
彼らの教え子たちが教育、研究を通して、こうした技術を支えてきた。関根の教え子たちは電力会社や電図 11.3

電気学会

気メーカーの中で、主に、系統計画、系統解析の仕事についている。田村の教え子たちは、主に、系統運用、系統解析の分野で活躍している。

図 11.1266

関根泰次

国立科学博物館技術の系統化調査報告

図 11.2 田村康男

Vol.29 2020. March

図 11.4 でんきの礎の小冊子

験設備と超高圧衝撃発生装置」（第 10 回）、
「電力系統

は、隔年に開催される米国を中心とした国際会議での解析法とシミュレータ」（第 11 回）などがある。

あった。

11.3 海外の学会

11.4 海外のインターンシップ

IEEE（Institute of Electrical and Electronics

米国において電力系統技術を担ってきたメーカーは、エEngineers、旧名 American Institute of Electric Engineers）

ジソンに端を発する GE（ゼネラルエレクトリック）と WH（ 図 11.5） が そ の 中 核 で、 そ の 中 の PES（ 旧 Power（ウエスティングハウスエレクトリック）の 2 社であった。こEngineering Society、 後 の Power and Energy Society）の 2 社は、それぞれに電力系統技術のトレーニングコー

が研究発表の場となっている。また、系統解析用のモデスを設けていた。WH（図 11.7）は Advanced School

ル系統の提案をしており世界中で使用されている。

と称して、3 か月のコース（後に Advanced System
Technology で の 6ヶ 月 の 研 修 が 追 加 さ れ た。）、GE（図 11.8）は Power System Engineering Course と称する 9 か月のコースを持っていた。わが国の電力会社
やメーカーの技術者が毎年数名ずつ参加し、系統技術を磨いてきた。筆者は、三菱電機時代にこのうち WHのコースを卒業しているが、GE に転職後は、GE の図 11.5IEEE のロゴコースを卒業した技術者との交流も多かった。

一方、技術のオーソライズの場としては、フランス に 事 務 局 が あ る CIGRE（Council Internationale
de Grande Réaseux Electicite、 国 際 大 電 力 シ ス テム会議）（図 11.6）が中心的組織である。この学会
は、 電 気 機 器 の 規 格 を 決 め る IEC（International
Electrotechnical Commission）にガイドラインを提図 11.7 ウエスティングハウス
エレクトリックのロゴ

図 11.8 ゼネラル
エレクトリックのロゴ

案 する機能をおっている。1921 年に設立され、2 年
電力会社の中でこれらのコースに参加した技術者はに一度必ずパリで大会が開催され 3000 名近い技術者、経営者が集う。わが国からは、第 1 回に渋沢元治、西会社の中で電力系統の分野で活躍をしている。

健の 2 名が参加し、最近では 200 名近くが参加してい11.5 IERE、パワーアカデミー

る。現在は、16 の研究委員会が活動している。発電機、開閉器、変圧器などの機器関係、系統計画、系統
運用、系統制御、環境、新技術などをカバーしている。

前出の東京大学福田節雄が音頭を取り、1968 年世
界中の電力関係の研究所間の連絡組織として、IERE（11.1）（電力研究国際協力機構）が設立された。その後、参加組織の入れ替わりがあり、機能が低下しているのは残念である。
国内では、関根泰次が提唱したパワーアカデミー（Power Academy）が電力会社、メーカー、大学の支援により組織され、若手の研究の支援を行っている。
図 11.6

CIGRE のロゴ（2018 年）

文献

そ の ほ か に、3 年 に 一 度 開 か れ る PSCC（Power（11.1）福 田節雄「電力系統の発展と今後の動向」電

System and Computer Conference）は欧州が中心と気学会誌、79 巻、5 号、1959 年 5 月号

した会議である。
一方、PICA（Power Industry Computer Application）

電力系統技術の系統化調査267

12｜おわりに以上、わが国における電力系統と電力系統技術の歴するメーカーも、複数存在し、互いに協力したり、し史の体系化に取り組んだ。わが国の電力会社は、第二のぎを削ってきたりした。電力会社の厳しい仕様に次大戦後、民営化され、供給義務とひきかえに地域独占沿った最高の技術を用いた高性能の素子（たとえば酸となり、発送配電一体化で規制のもとで運営されてきた。

化亜鉛型避雷器など）、機器（たとえば STATCOM

本報告では、電力系統の発展の歴史を、東京電力、など）やシステム（たとえば系統安定化システムなど）

関西電力、中部電力を例として比較しながら紹介しを生んできた。この点で、わが国電力産業の構造は利た。各電力会社ともに、戦後からの電力需要の伸びに点であったと言える。

従って、電圧を上げながら送電系統を強化してきた。

一方で国際的にみると、わが国のメーカーの競争力

また、水主火従の時代には、山間部に発電所が置かれ、はこれまで強い力を有していたとはいえない。これを遠距離で需要中心地に電力を送っていたが、次第に火説明するために筆者が考えたモデルは図 12.1 の通り

力、原子力発電に変わり、送電線の引き方も変わってである。

きた点は共通であった。しかし、それぞれ、地形や、需要内容の違い、企業風土の違いなどにより、個々に特徴を持った展開となっている。すなわち、東京電力
では、東京湾を囲む形で三つの環状の基幹系統が構成され、これらをループの形で計画をしてきた。一方、
関西電力では、1967 年の御母衣事故の影響が長らく尾を引き、ループを用いない放射状系統で運用されてきた。中部電力は両者の中間的な電力系統構成となっている。
このように、各社で電力系統の構成の方針が異なるに至った背景として、大停電の経験が重要な要素であったことを、いくつかの事例を用いて説明した。

図 12.1

我が国電力系統技術適用システムの機能と価格の関係説明図

電力系統の構成には、各電力会社のそれまでの歴史

268

や、系統計画者の個性により、いろいろなタイプに分

すなわち、わが国では、電力会社の厳しい要求に基かれることが、全くの白紙の上で系統を計画するといづき、多機能 High-end なシステムの開発がメーカー

うチャレンジにより明らかとなった。

に委託されてきた。そのために、わが国のメーカーのまた、わが国の高度成長時代には、電力需要が引き製品は、多機能高価格のものとなった（図 12.1 にお続き伸びていくことを予想し、いくつかの新しい電力

ける A 点）。しかし、海外のメーカーは、客先要求の系統技術に挑戦してきた。本報告では、1,000 kV 送電

最低限の機能 Optimized を採用し、廉価なシステム

技術、交直並列運転、直列コンデンサ―を取り上げて、開発を行ってきた（図 12.1 における B 点）
。このこと

その技術の必要性と、なぜ採用に至らなかったかを述に気の付いたわが国のメーカーは、海外向けのシス

べた。こうした新たな技術開発においては電力会社とテムとして、機能を落としたシステムに切り替えてメーカーとの共同研究の形で実施されてきたことは、きた。すなわち、A 点から C 点への機能低減である。

わが国電力系統技術発達にとって有効であったといえる。

明らかに、C 点は B 点に比べて価格が高く、依然と次に、電力系統の運用において大切な制御技術の中してわが国メーカーは海外における競争力を持てな核となる、需給制御・周波数制御と、電圧制御、安定

かった。このことは、わが国の規制のもとでの電力産化制御について、必要となった社会的背景と、機能拡業の欠点といえよう。もちろん、現在では、このこと張への道のりを示した。

に気の付いたメーカーは、原点から積み上げにより機最後に、電力系統技術のうち、わが国が先頭に立っ能を付け加えてゆき、B 点でのビジネス展開ができるてリードしてきた系統解析技術、STATCOM、シミュようになってきたが、時間がかかってしまっている。

レータについて技術開発の歴史を系統だてて紹介した。

電力の自由化が、2020 年を以て新たな展開を終え

こうした電力産業に対応し、機器やシステムを提供

るが、こうした反省に立って、これまでの電力系統と

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.29 2020. March電力系統技術の発展において、負の効果を持たないよ会電気技術史技術委員会の委員長の時に、東京大学のうに、目を光らせておく必要があろう。

谷口治人氏にお願いし、調査専門委員会を立ち上げていただき、調査報告をまとめていただいた。技術的歴

謝辞
はじめに、本系統化調査への取り組みの機会をいた史の内容においては本報告書の中にその調査報告書からの引用をさせていただいている。

だいた元国立科学博物館主任調査員の永田宇征氏に謝また、多くの電力会社、メーカー、大学の電力系統意を示したい。また、筆者に電力系統の発展の歴史の技術者とはいろいろな場で議論させていただき、なか

系統化を検討するきっかけを与えてくださった元東京でも三菱電機では、多くの先輩・後輩たちにお世話に電力の三井恒夫氏に感謝する。

なった。

三菱電機時代に筆者のメンター的存在であった、三本報告書作成にあたっては元東京電力の山形芳文氏

菱電機の馬場準一氏には電力系統ビジネスに関してごにお世話になった。元三菱電機では伊与田功氏、田岡

指導、ご支援をいただいた。

久雄氏から情報提供頂いた。ここに御礼申しあげる。

電気技術史の調査目的の一つとして、筆者が電気学

電力系統技術の系統化調査

269

電力系統と電力系統技術発展の系統図
1940年代年代
社会経済

1950年代

終戦

1960年代

戦後復興

1970年代経済成長

電力系統の変遷
電源計画

0

送電最高電圧

154ｋV

送電計画

放射状系統

水主火従

0
水主火従

0

0

火主
水水
従
0従
火
主

0

275ｋV

500ｋV
基幹系統の導入

系統構成の見直し

連系の開始（中央給電連絡 60Ｈｚ系統連系 周波数変換所完成
指令所）

系統連系
系統事故

御母衣事故（1965年6月）

東北電力停電（1976年12月）
モハーベ軸ねじれ

直流送電

高島直流送電ニ ュ ーヨ ーク
大停電

佐久間周波数変換所

将来技術開発直列コンデンサ計画（実施せず）

電力系統技術の発展
需給制御

系統安定化制御

中央給電指令所設置（周波数制御）

ホス ト 型 シ ス テ ムの 採 用

経済負荷配分

電 力 流 通 コン ピ ュ ー タ 導 入事故波及防止シ ステム 脱調未然防止

電源制限･火力系統分離
B SS

系統解析技術簡易潮流計算米国からの導入

動 的 シミ ュ レ ーショ ン 技 術
シミ ュ レータ 技 術270

国立科学博物館技術の系統化調査報告

固有値法

交流計算盤

Vol.29 2020. March

SSC
S行 列 法M法 、 Y法 開 発
EFCOM1980年代

1990年代経済安定

2000年代2010年代2020年代

量から質へ

原子力導入 原子力導入

再生可能エネルギー導入と加速

基幹系統の確立

柔軟な 系統構成

北 本 連 系 で 5 0 Hz連 系
全国連系

電力広域的運営推進機構

東日本大震災（2011年3月）

東京電力停電（1987年7月）

北 海 道 ブラック ア ウ ト（2018年9月）

ハイドロケベック停電
北海道本州連系

南福光直流連系 紀伊水道直流連系

1000ｋV系統計画（実証試交験直） 並列運転計画（実施せず）

分 散 型 シ ス テ ムの 導 入
A I応用
揚水安定化シ ステム

磁気嵐計測装置

電圧安定化システムSTATCOM

オ ン ラ イン TSC
周波数応答法

超並列デジ タルシ ミ ュ レータ

PC ク ラ ス タ ー
シ ミ ュ レータ

電力系統技術の系統化調査

271

Vol.29 2020. March

1965

1972

9 城端開閉所直列コンデンサ

8 猪名川変電所

7 奥多々良⽊発電所

6 新古河変電所

1971

M法プログラムの発表論⽂

電⼒系統解析プログラム（1968）

5 房総変電所

4

3 系統安定化システム・BSS

2 ⾼電圧試験設備

稼働中

稼働中

稼働中

資料現状

1973

1973
Y法・S法プログラム

電⼒系統解析プログラム

稼働中

稼働中

1974

揚⽔安定化システム
1973

稼働中

稼働中

稼働中

2003

1

番号

稼働中

展⽰中

稼働中

稼働中

稼働中

稼働中

稼働中

稼働中

組織現状

東芝

公表していない

東芝

1995

稼働中

中部電⼒

⽇⽴

わが国初の500ｋV電源線向け変電所
⽇⽴における1,000kV変電機器の試験設備

⾸都圏の電⼒の安定供給を司る系統安定化システム
わが国初の超⾼圧送電⽤直列コンデンサで

⽇新電機

・三菱電機

MSK・静岡県沼津市

中部電⼒・愛知県名古屋市

関⻄電⼒⽝⼭開閉所・愛知県⽝⼭市

⽇⽴⾼電圧試験所・茨城県⽇⽴市

東京電⼒新⽊更津変電所・千葉県⽊更津市

東京電⼒新嘉瀬川発電所・⻑野県⼤町市

中部電⼒における系統安定化システム

わが国初の送電系統⽤静⽌型無効電⼒補償

⽇⽴における1,000kV変電機器の試験設備

⾸都圏の電⼒の安定供給を司る系統安定化

三菱電機における1,000kV変電機器の試験

選定理由

電⼒会社共有の1,000kV変電機器の試験設

1,000ｋV送電を可能にした⾼性能酸化亜鉛

わが国初の全国連系運⽤組織、現組織に機能が引き継がれている

東京電⼒城南変電所・東京都港区

三菱電機・兵庫県⾚穂市
現・東京都江東区

東京都中央区

所在地

わが国最⼤の直流連系設備

電⼒中央研究所・栃⽊県那須塩原市

四国電⼒阿南変換所・徳島県阿南市

関⻄電⼒紀北変換所・和歌⼭県伊都郡

東京電⼒新榛名変電所・群⾺県吾妻郡
1,000kV変電機器の⻑期実証試験を実施している
電⼒中央研究所・神奈川県横須賀市
わが国で開発された電⼒系統解析プログラ

東芝・⽇⽴

中部電⼒における系統安定化システム

九州電⼒⻄九州変電所・佐賀県伊万⾥市
九州電⼒における系統安定化システム
わが国初の送電系統⽤静⽌型無効電⼒補償装置

関⻄電⼒⽝⼭開閉所・愛知県⽝⼭市

⽇⽴⾼電圧試験所・茨城県⽇⽴市

東京電⼒新⽊更津変電所・千葉県⽊更津市

東京電⼒新嘉瀬川発電所・⻑野県⼤町市
関⻄電⼒・富⼭県南砺市

東京電⼒城南変電所・東京都港区

わが国初の500ｋV電源線向け変電所
三菱電機における1,000kV変電機器の試験設備

電⼒会社共有の1,000kV変電機器の試験設備

関⻄電⼒・兵庫県川辺郡猪名川町

三菱電機・兵庫県⾚穂市

関⻄電⼒・ 兵庫県朝来市

電⼒中央研究所・栃⽊県那須塩原市

1,000ｋV送電を可能にした⾼性能酸化亜鉛避雷器の開発
東京電⼒新古賀変電所・茨城県境町
わが国初の500ｋV送電線向け変電所

MSK・静岡県沼津市

中部電⼒・愛知県名古屋市

三菱電機

稼働中

1991

関⻄電⼒

⽇⽴

稼働中

1985

⽇⽴

東芝

2007

わが国で開発された初の系統解析シミュレ
九州電⼒における系統安定化システム

わが国初の超⾼圧送電⽤直列コンデンサで稼働中

わが国で開発された電⼒系統解析プログラムで幅広く使われている
東京電⼒房総変電所・千葉県市原市
わが国初の500ｋV送電線向け変電所

電⼒中央研究所・神奈川県横須賀市

三菱電機・兵庫県神⼾市

九州電⼒⻄九州変電所・佐賀県伊万⾥市

東京電⼒・東京都中央区

関⻄電⼒・富⼭県南砺市

関⻄電⼒・ 兵庫県朝来市

東芝・⽇⽴

三菱電機

９電⼒

関連先

関⻄電⼒
明電舎

わが国初の500ｋV送電線向け変電所

わが国初の500ｋV送電線向け変電所
関⻄電⼒新⽣駒変電所：奈良県⽣駒市
わが国初の500ｋV電源線向け変電所
わが国初のブロック化による電⼒系統安定関⻄電⼒・兵庫県川辺郡猪名川町
わが国初の500ｋV電源線向け変電所
関⻄電⼒猪名川変電所：兵庫県川辺郡

東京電⼒房総変電所・千葉県市原市
東京電⼒新古賀変電所・茨城県境町

⽇⽴

東京電⼒
電⼒中央研究所
・三菱電機・⽇本ガイシ

中部電⼒

関⻄電⼒

⽇⽴

公表していない
三菱電機

⽇⽴

東芝

三菱電機

東京電⼒
⽇新電機（東芝）・三菱電機

三菱電機

電⼒中央研究所 多数

明電舎
東芝・⾼岳

各電⼒会社

電⼒中央研究所
三菱電機・東芝、⾼岳

各電⼒会社

・東京電⼒

九州電⼒

⽇新電機

三菱電機

関⻄電⼒

関⻄電⼒

東芝・⾼岳

三菱電機・東芝、⾼岳

関⻄電⼒
三菱電機

東京電⼒

東京電⼒

わが国初のブロック化による電⼒系統安定化システム

選定理由

わが国で開発された初の系統解析シミュレーションプログラムの発表論⽂
三菱電機・兵庫県神⼾市
東芝エネルギーシステムズ・神奈川県川崎市 東芝における1,000kV変電機器の試験設備

東京電⼒・東京都中央区

・東京電⼒

三菱電機

三菱電機
・東京電⼒
東芝

関⻄電⼒猪名川変電所：兵庫県川辺郡

世界初の商⽤の周波数変換所

選定理由

東芝における1,000kV変電機器の試験設備

世界初の商⽤の周波数変換所

電源開発佐久間周波数変換所・静岡県浜松市

関⻄電⼒新⽣駒変電所：奈良県⽣駒市

東芝エネルギーシステムズ・神奈川県川崎市

所在地
電源開発佐久間周波数変換所・静岡県浜松市

所在地

関⻄電⼒
三菱電機
・⽇新電機

・三菱電機

（東芝）・三菱電機

東京電⼒

・⽇新電機

製造社
・三菱電機

1986

稼働中
三菱電機
2015

設⽴年

（1959）

製造社
東芝・⽇⽴

東芝・⽇⽴

東芝

電⼒中央研究所 多数

2000 稼働中
各電⼒会社

1995 試験中
各電⼒会社

1995

九州電⼒
1991 稼働中

1985

2007

1986 稼働中
関⻄電⼒

関⻄電⼒
1984

1981

関⻄電⼒
1981

（1961）

1975 展⽰中
東京電⼒

稼働中
東京電⼒
1980

1975

2003
・東京電⼒

稼働中

稼働中

稼働中

三菱電機

（1973）

1973

1974

稼働中

稼働中

保存中

稼働中

1974 稼働中
関⻄電⼒

1973

1973

1972

東芝

1972

1971
電源開発

（1968）

電源開発

発注先

東芝

稼働中

資料現状

1965 発注先
稼働中

納⼊年

電⼒系統と電⼒系統技術の歴史 産業資料所在確認
電⼒系統と電⼒系統技術の歴史
産業資料所在確認

1984

1981 稼働中
現・電⼒広域的運営推進機関

中央給電連絡指令所

組織名称
1981

（1961）

20 紀伊⽔道直流連系設備
1975

1980

19 新榛名UHV実証試験設備

1975

18 電⼒系統安定化システム・オンラインTSC

17 送電系統⽤STATCOM

稼働中

房総系統脱調未然防⽌システム

電⼒系統安定化システム・都⼼系統安定化システム

16 ⾼電圧試験設備 （1973）

15

14 ⾼電圧試験設備(UHVL)

1974

13 ⾼電圧試験設備（塩原実験場）

12 電⼒⽤酸化亜鉛避雷器

111972 保存中
10 電⼒系統安定化システム・SSC

オンラインTSC

ステム

名称

納⼊年
1 佐久間周波数変換所

番号

都⼼系統安定化システム

場）

SSC

国立科学博物館技術の系統化調査報告

⽂

称

272

「電力系統と電力系統技術発展の系統化調査」 正誤表
技術の系統化調査報告2020 年 3 月（誤）第 29 集

全文 PDF 版
2020 年 7 月
（正）

ページ

段落

行

198

右

8

最高技術顧問

最高顧問

199

右

8

http//www.ieee.or.jp/ishizue

https://www.iee.jp/foundation/

203

左

11

柏崎狩羽原子力発電所

柏崎刈羽原子力発電所

204

右

4

新信濃周波数変換所

新信濃変電所208

左下から 4 電力系統課

電力系統計画課229

右下から 2 起震機

起振機

251

エピソード 64

試験的に東京電力では