JP2002165367A - 電圧・無効電力制御システムおよび電圧・無効電力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力系統の運用状況、負荷状況に対応して、
需要家の電圧を適正に維持すると共に、送電損失低減な
ど経済運用が可能な電圧・無効電力制御システムを提供
する。 【解決手段】 電圧・無効電力制御システムは、中央Ｖ
ＱＣ装置１０１と複数の個別ＶＱＣ装置２０２とからな
る。中央ＶＱＣ装置１０１は複数の個別ＶＱＣ装置２０
２からの有効電力潮流Ｐを入力し、それに基づいて各ブ
ロック内の個別ＶＱＣ装置２０２の最適目標電圧である
基準電圧を算出し、個別ＶＱＣ装置２０２に伝達する。
個別制御部２００においては、ブロック２０１内の所定
の位置からの無効電力量Ｑが個別ＶＱＣ装置２０２に集
められ、中央ＶＱＣ装置１０１からの基準電圧を維持す
るように無効電力Ｑのバランスを取り自律分散的に制御
を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電力系統の電圧お
よび無効電力を許容範囲内に収める電圧・無効電力制御
システムおよび電圧・無効電力制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電圧・無効電力のオンライン制御（以
下、ＶＱＣと呼ぶ）は、電力系統の安定運用、電圧変動
の抑制、適正電圧の維持、送電損失の低減、動作機器の
最適化および運用者の負担軽減などの目的で導入されて
いる。

【０００３】現在、我国において行なわれているＶＱＣ
の方式には、「中央制御方式」と「個別制御方式」の２
つの方式がある。

【０００４】中央制御方式は、全電力系統（制御対象系
統）の変電所情報（Ｐ：有効電力、、Ｑ：無効電力、
Ｖ：電圧、系統構成など）を１ヶ所に集め、最適化計算
を行ない（送電損失最小化など）、その結果に基づいて
電圧・無効電力制御装置に動作指令を行なうものであ
る。この方式は、１ヶ所の制御システムによる系統全体
の電圧および無効電力の総合的な制御を目的としてお
り、目的関数の最適化といった統一的な目的で電圧制御
を行なうことができる。

【０００５】一方、個別制御方式は、中央制御方式のよ
うに系統全体を見渡した制御を行なうものではなく、系
統をいくつかのブロックの分割し、それぞれのブロック
系統において、予め与えられた基準電圧値を維持するよ
う無効電力のバランスを取り、自律的分散的に制御を行
なうものである。この方式は、基本的に当該変電所内の
情報のみに基づくため、高速な制御が可能である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記中央制御方式は、
最適化制御を行なうために全電力系統の情報を１ヶ所に
集めて一括処理（収集、解析、指令）するので、データ
の伝送量や処理量が非常に多くなること、精度の高い状
態推定を行なうために煩雑な計算が必要となることか
ら、特に負荷の急変時に制御の遅れが生じるという問題
点がある。また収集する情報量が膨大であるため、通信
回線のコストが非常に大きくなるという問題もある。

【０００７】一方、上記個別制御方式は、予めオフライ
ンで計算された基準電圧値をもとに制御を行なうもので
あるが、基準値設定時の系統条件が常に再現されるとは
限らず、たとえば送電損失が最小となるような、最適な
制御を行なうことは難しいという問題があった。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、少ない情報量で最適化制御が可
能な電圧・無効電力制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】この発明の他の目的は、負荷追従性にも優
れた電力系統における電圧・無効電力制御方法を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる電圧・
無効電力制御システムは、複数に分割された電力系統ブ
ロックがそれぞれ自立分散的に無効電力のバランスを取
りながら協調的に電圧制御を行なう個別制御部と各ブロ
ック毎の所定の条件を満たす制御目標電圧の最適値の算
定を行なう中央計算部とを含む。

【００１１】個別制御部は、自ブロックの情報のみで制
御を行なうので、高速で精度のよい制御が可能である。
また、個別制御部は各ブロック系統の無効電力バランス
を取ることにより、各目標電圧値から一定範囲に収まる
ように制御を行なっているので、中央計算部は各ブロッ
ク系統に流入（あるいは流出）する有効電力の情報のみ
で各ブロック系統の最適電圧値の算定が可能である。

【００１２】よって、電圧・無効電力の制御は各ブロッ
ク系統ごとに自ブロック情報のみで自立的に行なわれる
ため、系統の電圧変動や無効電力変動を速やかに抑制す
ることが可能であり、適宜中央計算部より有効電力潮流
の変化に応じて各ブロックの動作目標となる電圧値を目
的（送電損失最小、機器操作回数最小等）に応じて算定
することで、各ブロック系統の最適化も可能になる。

【００１３】この発明の他の局面においては、相互に接
続された複数の変電所ブロックからなる電力系統におい
て、無効電力を制御する電圧・無効電力制御システム
は、複数の変電所ブロックの各々に設けられる個別の電
圧・無効電力制御装置と、複数の電圧・無効電力制御装
置の制御目標値となる最適な電圧値を計算し、複数の前
記電圧・無効電力制御装置に配信する中央装置とを含
む。個別電圧・無効電力制御装置の各々は、相互に接続
された複数の個別電圧・無効電力制御装置間の無効電力
量が所定範囲内の値になるよう制御する手段を含む。中
央装置は、有効電力潮流に基づいて各変電所ブロックの
基準電圧を算出する基準電圧算出手段を含む。

【００１４】各変電所ブロックにおいては相互に接続さ
れた複数の個別電圧・無効電力制御装置間の無効電力量
が所定範囲内の値になるよう当該ブロックの情報のみで
制御を行なうので、高速で精度のよい制御が可能である
とともに、中央装置は各ブロック系統に流入する有効電
力の情報のみで各ブロック系統の最適電圧値の算定が可
能である。

【００１５】その結果、少ない情報量で最適化制御が可
能な電圧・無効電力制御装置を提供することができる。

【００１６】好ましくは、相互に接続された複数の個別
電圧・無効電力制御装置は相互に隣接して接続される。

【００１７】さらに好ましくは、変電所ブロックの各々
は自変電所内の無効電力を調整する調整機器を有し、個
別電圧・無効電力制御装置は自変電所内の無効電力調整
機器を制御する。自ブロック内の機器のみを調整するた
めより高速で精度のよい制御が可能になる。

【００１８】さらに好ましくは、基準電圧算出手段は各
変電所ブロックごとの制御目標電圧の最適値を算出す
る。各変電所ブロックごとに最適の目標電圧になるよう
制御するため、各変電所に適した制御が可能になる。

【００１９】さらに好ましくは、基準電圧算出手段の算
出する制御目標電圧の最適値は、送電損失量が最小とな
る値または各変電所ブロックにおける動作機器の数が最
小となる値を含む。

【００２０】この発明の他の局面においては、相互に隣
接した複数の変電所ブロックからなる電力系統におい
て、電圧・無効電力を制御する方法は、複数の変電所ブ
ロック間の無効電力量が最小になるよう制御するステッ
プと、各変電所ブロックごとの有効電力潮流に基づいて
各変電所ブロックの基準電圧を算出するステップと、算
出された基準電圧になるよう各変電所ブロックを制御す
るステップとを含む。

【００２１】各変電所ブロックがそれぞれ無効電力バラ
ンスを取り、その状態で、各変電所ブロックの制御目標
電圧の算出を行なうため、少ない情報量で最適化制御が
可能であり、負荷追従性にも優れた電圧・無効電力制御
方法を提供できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２３】図１はこの発明に係るＶＱＣのシステム構
成の全体を示すブロック図である。この実施の形態では
本発明に係るＶＱＣシステムが、複数の変電所である個
別制御部と、それらを制御する中央計算部とからなるシ
ステムに適用された場合について説明する。

【００２４】各ブロック２０１、２１１、２２１は、従
来の個別制御方式と同様、ブロック系統ごとに無効電力
バランスを取り、電圧目標範囲（たとえば、５００ｋＶ
±５ｋＶ）に収めるよう制御を行なう。その制御目標と
なる電圧値を算定し、各ブロック系統の制御装置に配信
するのが中央計算部１００である。中央計算部１００
は、各ブロック系統に流れる有効電力潮流Ｐの情報を受
取り、各ブロック系統の無効電力バランスが取れている
ことを前提に各ブロック系統の目標電圧値（最適電圧
値）を計算する。

【００２５】以下、具体的に説明する。図１を参照し
て、中央計算部１００は、個々のブロック２０１，２１
１，２２１からの有効電力潮流Ｐを収集して各ブロック
に含まれる個別の変電所の母線の制御目標となる最適な
電圧値である基準電圧値を演算する中央ＶＱＣ装置１０
１を含む。

【００２６】個々のブロック２０１，２１１，２２１
は、それぞれ中央ＶＱＣ装置１０１と交信する個別ＶＱ
Ｃ装置２０２，２１２，２２２を含む。

【００２７】リアクトルやコンデンサ等のブロック２０
１内の無効電力量Ｑを制御する所定の機器２０８が各ブ
ロックに含まれている。

【００２８】ブロック２０１内の所定の位置からの無効
電力量Ｑが個別ＶＱＣ装置２０２に集められ、上記した
中央ＶＱＣ装置１０１からの基準電圧を維持するように
無効電力Ｑのバランスを取り自律分散的に制御を行な
う。

【００２９】以下、具体的な制御内容について図２〜図
４を参照して説明する。図２は中央ＶＱＣ装置１０１と
個別ＶＱＣ装置２０２の要部を示すブロック図であり、
図３は個別ＶＱＣ装置２０２の動作手順を示すフローチ
ャートであり、図４は中央ＶＱＣ装置１０１の動作手順
を示すフローチャートである。

【００３０】図２〜図４を参照して、中央ＶＱＣ装置１
０１は個別ＶＱＣ装置２０２と交信するための送受信機
１０２に接続され、個別ＶＱＣ装置２０２からの有効電
力潮流Ｐの値に基づいて、各変電所ごとの最適目標電圧
を計算する基準電圧算出部１０３とを含む。

【００３１】個別ＶＱＣ装置２０２は、各変電所におけ
る隣接変電所系統から連系線２０４を介して流入する有
効電力潮流Ｐを検出するＰ検出部２０５ａおよび無効電
力Ｑを検出するＱ検出部２０５ｂとからなる検出部２０
５と、検出部２０５に接続され、中央ＶＱＣ装置１０１
と交信するための送受信機２０６と、送受信機２０６お
よび検出部２０５に接続され、中央ＶＱＣ装置１０１か
ら送られてきた最適目標電圧と検出部２０５の検出した
無効電力Ｑとに基づいて各変電所ごとで所定の無効電力
量になるよう制御する制御量を演算する無効電力制御量
算出部２０７とを含む。無効電力制御量算出部２０７で
算出された制御信号に基づいてリアクトルやコンデンサ
のような機器２０８が制御される。

【００３２】次に具体的な制御手順について説明する。
図３を参照して、個別ＶＱＣ装置２０２は、隣接ブロッ
ク系統から流入する有効電力量Ｐおよび無効電力量Ｑを
検出部２０５で検出し（ステップＳ１１、以下ステップ
を略す）、有効電力潮流Ｐを中央計算部１００へ送信す
る（Ｓ１２）。ついで、中央計算部１００から自ブロッ
ク２０１の有すべき基準電圧を受けとる（Ｓ１３）。こ
の基準電圧となるよう無効電力量Ｑを調整する（Ｓ１
４）。

【００３３】次に、中央計算部１００の動作について図
４を参照して説明する。中央ＶＱＣ装置１０１は、各個
別ＶＱＣ装置２０２の検出部２０５で検出した有効電力
潮流Ｐを送受信機を介して受信する（Ｓ２１）。同様
に、他の複数のブロック２１１，２２１からの有効電力
潮流Ｐも受信し、受信した有効電力潮流Ｐに応じて、各
ブロックの動作基準となる基準電圧の最適値を適宜の目
的に応じて算出し（Ｓ２２）、各個別制御部２００に配
信する（Ｓ２３）。ここで適宜の目的としては、たとえ
ば送電損失を最小にするとか、動作機器を最小にすると
いったことが考えられる。

【００３４】なお、上記実施の形態においては、中央計
算部は１つとして説明したが、これに限らず、複数設け
てもよい。この場合は、それぞれの中央計算部が所望の
個別制御部を制御する。

【００３５】また、上記実施の形態においては、制御の
対象となる電力系統が放射状の場合について説明した
が、これに限らず、ループ系統やメッシュ系統であって
もよい。

【００３６】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【００３７】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、従来の
中央制御方式のように最適電圧値の算定にあたって、制
御対象系統全体の情報（あるいは一部の情報による煩雑
な状態推定計算）が不要であり、各ブロック系統が無効
電力のバランスを取っていれば、各ブロック系統の連携
線に流れる有効電力値の情報のみで最適電圧値（たとえ
ば、送電損失最小、動作機器最小となる電圧値等）の算
定が可能である。このことにより、情報収集あるいは制
御支援のための通信コストが大幅に削減可能となる。

【００３８】また、各ブロック系統は自律的に制御を行
なっているので、各ブロック系統で異なった目的（たと
えば、あるブロック系統は送電損失最小を目的とし、あ
るブロック系統では機器操作回数最小を目的とする等）
で制御することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係るＶＱＣのシステム全体を示す
ブロック図である。

【図２】 この発明に係るＶＱＣシステムの要部を示す
ブロック図である。

【図３】 この発明に係るＶＱＣシステムの個別制御部
の動作手順を示すフローチャートである。

【図４】 この発明に係るＶＱＣシステムの中央計算部
の動作手順を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１００ 中央計算部、１０１ 中央ＶＱＣ装置、１０２
送受信機、１０３基準電圧算出部、２００ 個別制御
部、２０１ ブロック、２０２ 個別ＶＱＣ装置、２０
３ 母線、２０４ 連系線、２０５ 検出部、２０６
送受信機、２０７ 無効電力制御量算出部、２０８ 機
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 鉄雄 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 Ｆターム(参考） 5G066 DA04 FA01 FB01 FB07 FB20 FC11 5H420 BB12 BB16 CC05 DD04 EB26 FF06 FF07 FF08

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数に分割された電力系統ブロックがそ
   れぞれ自立分散的に無効電力のバランスを取りながら協
   調的に電圧制御を行なう個別制御部と前記各ブロック毎
   の所定の条件を満たす制御目標電圧の最適値の算定を行
   なう中央計算部とを含む、電圧・無効電力制御システ
   ム。
2. 【請求項２】 相互に接続された複数の変電所ブロック
   からなる電力系統において、無効電力を制御する電圧・
   無効電力制御システムであって、 前記複数の変電所ブロックの各々に設けられる個別の電
   圧・無効電力制御装置と、 複数の前記電圧・無効電力制御装置の制御目標値となる
   最適な電圧値を計算し、前記複数の前記電圧・無効電力
   制御装置に配信する中央装置とを含み、 前記個別電圧・無効電力制御装置の各々は、前記相互に
   接続された複数の個別電圧・無効電力制御装置間の無効
   電力量が所定範囲内の値になるよう制御する手段を含
   み、 前記中央装置は、有効電力潮流に基づいて前記各変電所
   ブロックの基準電圧を算出する基準電圧算出手段を含
   む、電力系統における電圧・無効電力制御システム。
3. 【請求項３】 前記相互に接続された複数の個別電圧・
   無効電力制御装置は相互に隣接して接続される、請求項
   ２に記載の電圧・無効電力制御システム。
4. 【請求項４】 前記変電所ブロックの各々は自変電所内
   の無効電力を調整する調整機器を有し、 前記個別電圧・無効電力制御装置は前記自変電所内の無
   効電力調整機器を制御する、請求項２に記載の電圧・無
   効電力制御システム。
5. 【請求項５】 前記基準電圧算出手段は前記各変電所ブ
   ロックごとの制御目標電圧の最適値を算出する、請求項
   ２に記載の電圧・無効電力制御システム。
6. 【請求項６】 前記基準電圧算出手段の算出する制御目
   標電圧の最適値は、送電損失量が最小となる値または前
   記各変電所ブロックにおける動作機器の数が最小となる
   値を含む、請求項２に記載の電圧・無効電力制御システ
   ム。
7. 【請求項７】 相互に接続された複数の変電所ブロック
   からなる電力系統において、無効電力を制御する方法で
   あって、 前記複数の変電所ブロック間の無効電力量が所定の量に
   なるよう制御するステップと、 前記各変電所ブロックごとの有効電力潮流に基づいて前
   記各変電所ブロックの基準電圧を算出するステップと、 前記算出された基準電圧になるよう前記各変電所ブロッ
   クを制御するステップとを含む、電圧・無効電力制御方
   法。