JP2006325380A

JP2006325380A - 電圧・無効電力制御システム及び電圧・無効電力制御方法

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Publication number: JP2006325380A
Application number: JP2005171582A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Sato; 恵一佐藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【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、複数の個別電圧・無効電力制御装置（以下、個別ＶＱＣ装置とする）とそれら装置間の情報伝送装置からなる。各個別ＶＱＣ装置は、自所内の送変電設備の運用状況を把握し、有効・無効電力値と電圧値を連続して検出する。それらの情報と運用状況変化時の情報の変化量とに基づいて、個別ＶＱＣ装置は、電力系統の系統定数と適切な目標電圧値と無効電力供給量とを算出すると共に、情報伝送装置を介して、隣接するすべての個別ＶＱＣ装置へ系統定数を伝達する。系統定数を伝達された隣接する個別ＶＱＣ装置は、運用状況が変化したと認識して系統定数を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は電力系統の電圧を許容範囲内に収め、且つ、無効電力のバランスを取るための、電圧・無効電力制御システム及び電圧・無効電力制御方法に関する。

電圧・無効電力の自動制御（以下、ＶＱＣと呼ぶ）は、電力系統の安定運用、適正電圧の維持、送電損失の低減、機器の動作回数の最小化、及び、送電系統運用者の負担軽減などの目的で導入されている。

現在、我が国において採用されている電圧・無効電力制御の方式には、「中央制御方式亅と「個別制御方式」の２つの方式がある。

「中央制御方式」は、制御対象となる全電力系統の変電所情報（Ｐ：有効電力、Ｑ：無効電力、Ｖ：電圧、及び、系統構成など）を中央制御装置１カ所に収集し、送電損失最小化などの最適化計算を行ない、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うものである。この方式は、１カ所の制御システムによる系統全体の電圧及び無効電力の総合的な制御を目的としており、特定の目的で電圧制御を行うことができる。

一方、「個別制御方式」は、中央制御方式のように電力系統全体の制御を行うものではなく、電圧・無効電力制御装置を持つ各変電所において、事前に想定された電力系統の利用状況に基づいて算定さ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、自律分散的に制御を行うものである。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。

上記「中央制御方式」では、中央制御装置が、最適化制御を行うために、全電力系統の情報を各変電所から収集し、分析を行った後に、各変電所の電圧・無効電力制御機器へ指令を伝送するので、情報量が多くなると、精度の高い状態推定を行うために煩雑な計算が必要となる。特に、電力系統の利用状況が急変した時に、制御の遅れが生じるという問題がある。

また、中央制御装置と各変電所における電圧・無効電力制御装置との間で収集する情報量が膨大であり、通信回線のコストが非常に大きくなるという問題がある。

さらに、１カ所に設置される中央制御装置は、故障時に全電力系統の制御に影響を及ぼすために、十分に高い信頼性が要求されるという問題がある。

一方、上記「個別制御方式」は、事前に想定された電力系統の利用状況に基づいて算定された基準電圧値をもとに制御を行うために、事前に想定された状況以外において、送電損失の最小化など、所定の条件を満たす適切な目標電圧値と無効電力供給量とを算出して、電圧と無効電力を制御することは難しいという問題がある。

また、各変電所の電圧・無効電力制御装置は、他変電所の制御状況を把握せず、他変電所における制御機器の動作に応じた電圧変動を抑制するように、逆の制御動作を行う問題がある。

この発明は前記の問題点を解消するためになされたもので、自律分散的に最適な電圧と無効電力を制御できる電圧・無効電力制御装置を提供することを目的とする。

この発明の他の目的は、電力系統において協調性のある電圧・無効電力制御方法を提供することである。

この発明にかかる電圧・無効電力制御システムは、電圧と無効電力を調整する機器を有する各変電所が、自律分散的に無効電力のバランスを取りながら、同時に電圧制御を行う個別電圧・無効電力制御装置と、隣接する変電所の電圧・無効電力制御装置に情報を伝達する情報伝送装置とを含む。

個別電圧・無効電力制御装置は、自所内の送変電設備の運用状況を把握し、有効・無効電力値と電圧値を連続して検出し、それらの情報と運用状況変化時の情報の変化量とに基づいて電力系統の系統定数と所定の条件を満たす最適な目標電圧値と無効電力供給量とを算出する制御方法を含む。

この発明の他の局面においては、隣接する変電所の個別電圧・無効電力制御装置から、電力系統の系統定数を伝達された各変電所の個別電圧・無効電力制御装置は、運用状況が変化したと認識して、電力系統の系統定数と所定の条件を満たす適切な目標電圧値と無効電力供給量とを算出する電圧・無効電力制御方法を含む。

好ましくは、適切な目標電圧値と無効電力供給量とを算出するための所定の条件として、送電損失量が最小となる値、または、各変電所における電圧と無効電力を調整する機器の動作回数が最小となる値を設定することが可能である。

よって、個別電圧・無効電力制御装置は、自所内の情報で制御を行うので、高速で精度の高い制御が可能である。

また、個別電圧・無効電力制御装置は、情報伝送装置を介して、電力系統の系統定数を伝達されるため、隣接する変電所と協調を取ることが可能である。

さらに、各変電所における従来の電圧・無効電力制御装置に、変電所間の送電線を保護するための装置に利用される従来の情報伝送装置を組み合わせることで、通信線コストを低くすることが可能である。

さらに、時々刻々と変化する電力系統の運用状況に合わせて連続して算出される電力系統の系統定数に基づくため、事前に想定された状況以外において、所定の条件を満たす適切な目標電圧値と無効電力供給量とを算出し、電圧と無効電力を制御することが可能である。

さらに、各変電所における個別電圧・無効電力制御装置は、自所内の電圧と無効電力を調整する機器を制御するため、故障時に全電力系統へ故障の影響を波及させないことが可能である。

その結果、電力系統において高速で、協調性のある、連続した電圧・無効電力制御方法を提供することが可能である。

以上のように本発明によれば、従来の「中央制御方式」と比べて、制御対象系統全体の情報が不要であり、通信コストが大幅に削減可能となると共に、「個別制御方式」と比べて、他変電所の制御状況を反映し、協調を図ることが可能である。

また、各変電所は、隣接する変電所から情報を収集しながら、自律分散的に電圧・無効電力制御を行っているので、電力系統における運用状況の情報が変化したとき（たとえば、変電所の系統接続切り替えによる需要の変化、送変電設備の事故停止、隣接変電所における変電設備の使用や停止）において、高速で、協調性のある、連続した制御を実施することが可能である。

以下に、図面を参照して、この発明の実施例を説明する。

図１は、この発明に関係する電圧・無効電力制御システムの構成を示すブロック図である。この実施の形態では、当該変電所１０１における本発明に関係する電圧・無効電力制御装置１００と、隣接する変電所２０１や３０１における同様の個別電圧・無効電力制御装置２００や３００との関係について説明する。

電力系統は一般的に、変電所を基準にした場合に、電力が変電所へ流れ込む電源側の系統と、電力が変電所から流れ出る需要側の系統に分けることができる。電源側と需要側の各系統は、全電力系統の系統定数を集約した値に等価な、特定の系統定数を有する。特定の系統定数は、電力系統に直列して配置されるインピーダンスと、並列して配置されるアドミタンスに分離できる。

需要側における特定の系統定数は、当該変電所１０１から流れ出る有効・無効電力の値と、当該変電所１０１の電圧値より求めることが可能である。同様にして、電源側における特定の系統定数は、当該変電所１０１へ流れ込む有効・無効電力の値と、当該変電所１０１の電圧値より求めることが可能である。

また、需要側と電源側の各特定の系統定数は、当該変電所１０１内における送変電設備の運用状況が変化（たとえば、送変電設備の使用や停止）した時の、情報変化量（たとえば、無効電力の変化量や電圧変動値）を利用して求めることが可能である。

さらに、需要側と電源側の各特定の系統定数は、隣接する変電所２０１及び３０１において算出された特定の系統定数を利用して求めることが可能である。

当該変電所１０１において、個別電圧・無効電力制御装置１００は、求めた需要側と電源側の各特定の系統定数に応じて、所定の条件を満たす最適な目標電圧値（たとえば、５００ｋＶ±５ｋＶ）と無効電力供給量（たとえば、１００ＭＶａｒ）とを算出することが可能であり、従来の個別制御方式と同様に、当該変電所において無効電力供給量を調整し、目標電圧値に近づけるように変電設備を制御する。

以下に、図１から図３を参照して、具体的な制御内容を説明する。図２は、図１の電力系統に等価な電圧・無効電力制御システムの系統定数を示すブロック図である。図３は、個別電圧・無効電力制御システムの動作手順を示すフローチャートである。

当該変電所１０１内には、分路リアクトルや分路コンデンサ等の無効電力量を制御する変電設備１２０と、負荷時タップ切換器等の電圧を制御する変電設備１１０が含まれている。また、当該変電所１０１と隣接する変電所２０１の間には、送電設備１０２が設置されている。

当該変電所１０１の個別電圧・無効電力制御装置１００は、当該変電所内の所定の位置から無効電力、有効電力、電圧値を取り込み（Ｓ１）、需要側と電源側の各特定の系統定数を算出する（Ｓ６）。

あるいは、当該変電所１０１において電力系統における運用状況の情報が変化したとき（Ｓ２）に、無効電力、有効電力、電圧値の各変化量を取り込み（Ｓ４）、当該変電所１０１における需要側と電源側の各特定の系統定数を算出する（Ｓ５）と同時に、隣接する変電所２０１や３０１における個別電圧・無効電力制御装置２００や３００へ各特定の系統定数を送信する（Ｓ７）。

さらに、隣接する変電所２０１や３０１における個別電圧・無効電力制御装置２００や３００で算出された系統定数を受信したときに（Ｓ３）、無効電力、有効電力、電圧値の各変化量を取り込み（Ｓ４）、当該変電所１０１における需要側と電源側の各特定の系統定数を算出する（Ｓ５）と同時に、隣接する個別電圧・無効電力制御装置２００や３００へ各特定の系統定数を送信する（Ｓ７）。

次に、当該変電所１０１における需要側と電源側の各特定の系統定数を利用して、所定の条件を満たす最適な目標電圧値と無効電力供給量を算出して（Ｓ８）、従来の個別制御方式と同様に、当該変電所１０１において電圧を制御する変電設備１１０を目標電圧値に近づけるように制御し、無効電力量を制御する変電設備１２０を用いて無効電力供給量を調整する（Ｓ９）。

状況変化に対応したＳ１からＳ９に至る一連の制御動作を繰り返すことにより、高速で、協調性のある、連続した電圧・無効電力制御を行うことが可能である。

なお、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、系統定数を集約する意味においては、ループ系統であってもよい。

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及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。

この発明に関係する電圧・無効電力制御のシステム全体を示したブロック図である。この発明に関係する電圧・無効電力制御システムの系統定数を示したブロック図である。この発明に関係する個別電圧・無効電力制御システムの動作手順を示したフローチャートである。

符号の説明

１００情報伝送装置を含めた個別電圧・無効電力制御装置、１０１当該変電所、１０２送電設備、１１０電圧を調整する変電設備、１２０無効電力を調整する変電設備、２００隣接する情報伝送装置を含めた個別電圧・無効電力制御装置、２０１隣接する変電所、３００隣接する情報伝送装置を含めた個別電圧・無効電力制御装置、３０１隣接する変電所。

Claims

相互に接続された複数の変電所からなる電力系統において、各変電所が、隣接する変電所と協調を取りながら、電圧と無効電力を同時に制御する電圧・無効電力制御システムであって、前記各変電所の個別電圧・無効電力制御装置と、隣接する変電所の電圧・無効電力制御装置に情報を伝達する情報伝送装置とを含み、且つ、前記個別電圧・無効電力制御装置が、自所内の送変電設備の運用状況を把握し、連続して検出した有効・無効電力値と電圧値の情報と運用状況変化時の情報の変化量とに基づいて、自律分散的に、電力系統の系統定数と所定の条件を満たす最適な目標電圧値と無効電力供給量とを算出する手段を含む、電圧・無効電力制御システム。
前記各変電所において、電力系統の系統定数と所定の条件を満たす適切な目標電圧値と無効電力供給量とを算出する、請求項１に記載の電圧・無効電力制御システム。
前記各変電所において算出された電力系統の系統定数を、隣接する変電所の電圧・無効電力制御装置に情報を伝達する情報伝送装置を含む、請求項１に記載の電圧・無効電力制御システム。
前記所定の条件を満たす適切な目標電圧値と無効電力供給量とは、系統定数を用いて算出した、送電損失量が最小となる値、または、前記各変電所における電圧と無効電力を調整する機器の動作回数が最小となる値を含む、請求項１に記載の電圧・無効電力制御方法。
前記各変電所の個別電圧・無効電力制御装置は、自所内の送変電設備の運用状況を把握し、有効・無効電力値と電圧値を連続して検出して、それらの情報と運用状況変化時の情報の変化量とに基づいて、電力系統の系統定数と所定の条件を満たす適切な目標電圧値と無効電力供給量とを算出し、自所内の電圧と無効電力を調整する機器を制御する、請求項１に記載の電圧・無効電力制御方法。
隣接する変電所の個別電圧・無効電力制御装置から、電力系統の系統定数を伝達された前記各変電所の個別電圧・無効電力制御装置は、運用状況が変化したと認識して、電力系統の系統定数と所定の条件を満たす適切な目標電圧値と無効電力供給量とを算出する、請求項１に記載の電圧・無効電力制御方法。