JP2007143313A - 配電線電圧制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分散型電源の出力変動に影響を受けることなく、分散型電源の変動を除いた配電線の負荷電流に見合った電圧を送出すること。
【解決手段】変電所内の配電用変圧器の母線から配電線を分岐し、配電線の幾つかに出力不安定な分散型電源を接続線を介して連系する配電系統用の配電線電圧制御方法において、母線に設けた母線用電圧・電流検出器１４、１５から配電用変圧器の電圧・電流値を出し、変電所の連系配電線に設けた連系用電流検出器１８から連系配電線の電流値を出し、制御装置１３では配電用変圧器の電流値から連系配電線の電流値を減じ、減じた電流値に対応する模擬インピーダンスと減じた電流値によって電圧降下値を求め、母線用電圧検出器からの電圧値と電圧降下値との差によってタップを切り換える。連系用電流検出器を、分散型発電所内の接続線又は、連系配電線の連系箇所ａと変電所との間に設けてもよい。
【選択図】 図１

Description

本発明は出力が不安定な分散型電源、例えば大型風力発電所などの発電機が連系された配電線における電圧制御方法に関する。

配電線の送出電圧は、配電用変圧器のタップを変更することで制御している。この制御方法には、時刻によって定められたプログラムによりタップを制御する方法と、ＬＤＣ制御とがある。

ＬＤＣ制御とは、配電用変圧器を通過する電流（以下、「変圧器電流」。）を観測しながら，変圧器電流が大きいときには、配電線の負荷が大きく、電圧降下も大きいと予測し、送出電圧を上げ、一方、変圧器電流が小さいときには、配電線の負荷が小さく、電圧降下も小さいと予測し、送出電圧を下げるように制御する方法である。実際には図４に示すように、変圧器電流を変流し、配電線の所定の位置までのインピーダンスを模擬した模擬回路９１にその変流した電流を流し電圧降下を模擬させ、所定の位置での電圧を算出し、その値が整定した値になるように配電用変圧器のタップを制御している（図４）。なお、配電用変圧器には、通常、複数（４回線から８回線）の配電線が接続されており、同一の配電用変圧器に接続された複数の配電線の送出し電圧は同一の値となる（図５）。

ところが大型風力発電所等、出力が安定しない分散型電源が配電線に接続された場合、同一の配電用変圧器に接続されている配電線において負荷が大きく電圧降下が大きい状態でも、分散型電源からの逆潮流が大きい場合には変圧器電流が小さくなるため、配電線の負荷が小さくなったと見なし、送出電圧を下げ、配電線の一部で電圧が低くなりすぎてしまうという問題点があった。

上記問題は、前記分散型電源が連系されていない配電線で特に問題であり、自らの配電線の負荷変動に応じた電圧で送出されるべきところが、分散型電源の出力が大きく変動すると、逆潮流の大きさに応じて送出し電圧も変動することになった。

さらに、変電所の送出し電圧を制御するために、変圧器においてタップ切換えを実施しているが、分散型電源の出力変動に伴い、タップ切換えを行う回数が増加し、タップの接触子の磨耗の度合いが大きくなり、修理費用が増加するという問題点があった。

本発明は上記実情を考慮してなされたもので、その目的は、少なくとも分散型電源が連系された連系配電線以外の配電線について、分散型電源の出力変動に影響を受けることなく、分散型電源の変動を除いた配電線の負荷電流に見合った電圧を送出する配電線電圧制御方法を提供することである。

本発明は、変電所内の配電用変圧器の二次側の母線から複数本の配電線を分岐し、全配電線のうち幾つかに出力不安定な分散型電源を接続線を介して連系し、分散型電源を接続した配電線を連系配電線とする配電系統に用いる配電線電圧制御方法に関する。

そして、母線に設置した母線用電圧検出器と母線用電流検出器から制御装置に配電用変圧器の電圧値と電流値を出力すると共に、変電所内の連系配電線に設置した連系用電流検出器から制御装置に連系配電線の電流値を出力し、制御装置では配電用変圧器の電流値から連系配電線の電流値を減算すると共に、減算した電流値に対応する模擬インピーダンスと減算した電流値によって電圧降下値を演算し、母線用電圧検出器から得られた電圧値と電圧降下値との差分に基づいて配電用変圧器のタップを切り換えるものである。

連系用電流検出器の設置箇所は変電所内とすることが最も容易であるが、分散型電源の逆潮流を正確に把握できれば、制御装置での計算精度の向上並びに計算の容易化を図れる。それには、請求項２の発明のように、連系用電流検出器を、変電所内の連系配電線に設置する代わりに、分散型発電所内の接続線に設置することが望ましい。また、次善の手法としては、請求項３の発明のように、連系用電流検出器を、変電所内の連系配電線に設置する代わりに、連系配電線の連系箇所と変電所との間に設置してもよい。

本発明によれば、連系配電線以外の他の配電線では、分散型電源の不安定な出力に影響されることなく、負荷の状況に応じた適切な電圧を配電用変圧器から出力できる。また、分散型電源の出力変動に伴うタップ切換えを防止でき、全体的なタップ切換え回数を減少できるため、タップ切換器を修理せずに運転できる期間が長くなる。

配電系統は図１に示すように、変電所５内に配電用変圧器６を有し、配電用変圧器６の二次側の母線７から複数本（図中４本）の配電線１，２，３，４を分岐してある。そして各配電線を変電所５外に延ばして、そのうちの一本に接続線８を介して分散型発電所９の分散型電源Ｇを接続してある。分散型電源Ｇを接続した配電線４を連系配電線と呼ぶものとする。

本発明の配電線電圧制御方法の第一実施形態に用いるシステムは図１に示すように、母線７に計器用変圧器１０と母線用変流器１１を設置して二次電圧と二次電流のアナログ値を取得し、母線用の計器用変圧器１０と母線用変流器１１の双方の二次側をデジタル値算出器１２に接続する。デジタル値算出器１２において，二次電圧と二次電流の実効値（デジタル値）を算出し、さらに，二次電圧と二次電流の位相差を検出することで、二次電圧を基準とした二次電流のベクトル値を算出する。ベクトル値の算出とは、電流の有効分と無効分をそれぞれ算出するということである。さらに、デジタル値算出器１２を制御装置１３に接続して、配電用変圧器６の二次側の電圧値Ｖと電流値Ｉｔをデジタル値として制御装置１３に出力する。電流値Ｉｔはベクトル値を必須とするが、電圧値Ｖは絶対値であっても計算精度上影響は殆どない。ここでは、母線用の計器用変圧器１０とデジタル値算出器１２をまとめて母線用電圧検出器１４とし、同様に母線用変流器１１とデジタル値算出器１２をまとめて母線用電流検出器１５とする。また、変電所５内の連系配電線４に設置した連系用変流器１６と母線用の計器用変圧器１０をデジタル値算出器１７を経て制御装置１３に接続して、連系配電線４のデジタル値の電流値Ｉｄ（ベクトル値）を制御装置１３に出力する。ここでは、連系用変流器１６とデジタル値算出器１７をまとめて連系用電流検出器１８とする。

変電所の形状に応じて、変電所５内の連系配電線４に設置した連系用変流器１６をデジタル値算出器１２に接続し、デジタル値算出器１２において、一括して、配電用変圧器６の二次側の電圧値Ｖと電流値Ｉｔのデジタル値、および連系配電線４の電流値Ｉｄのデジタル値を算出し，それらを制御装置１３に出力する方式でもよい。この方式では、デジタル値算出器１７を省力することができる。なお、変電所５内に既に設置されている母線用の変流器や計器用変圧器を利用すれば、計器用変圧器１０と母線用変流器１１を別途設置せずに兼用できる。

コンピュータからなる制御装置１３は、母線用変流器１１で入手した電流値Ｉｔから、連系用変流器１６で入手した電流値Ｉｄを減算する。即ち、配電用変圧器６の二次側の電流値から連系配電線４の電流値を減算する。減算の際には、電流値をベクトル値として扱い電流の向きおよび力率を考慮する点、すなわち、連系配電線４の電流が通常の潮流の場合には＋値として取り扱い、逆潮流の場合には−値として取り扱う点と、母線用計器用変圧器１０の変流比と連系用変流器１６の変流比が異なることから、変流比を統一する換算を行う点に注意を要する。また、制御装置１３は、ベクトル値としての模擬インピーダンスＺ（＝ｒ＋ｊｘ）が記憶部に設定されており、模擬インピーダンスＺと減算後の電流値から電圧降下値を算出し、配電用変圧器６の二次側の電圧値Ｖから電圧降下値を減算して、配電線の所定位置での電圧Ｖ１を計算する。即ち、下記式（１）の計算を行う。

ここでの模擬インピーダンスＺは、既知の手法で算出される標準的模擬インピーダンスＺ_０（＝ｒ_０＋ｊｘ_０）そのものの値ではなく、連系配電線４の電流値を減算した値を用いて、配電線の所定位置での適正な電圧を推定できる値に見直す必要がある。標準的模擬インピーダンスＺ_０とは、同一の配電用変圧器に接続されている配電線ごとの負荷の中心から、全ての配電線の全体としての負荷の中心までの電圧降下値（Ｖｄ（ベクトル値））を算出し、その電圧降下値（Ｖｄ）とその電圧降下値が発生する際の配電用変圧器の電流値（Ｉｔ（ベクトル値））から求める。即ち、下記式（２）で求める。なお、ここで言う全ての配電線の全体としての負荷の中心とは、配電線の所定位置を指す。

連系配電線４の電流値を減算した値を用いて、配電線の所定位置での電圧を推定するためには、標準的模擬インピーダンスＺ_０を電流値が減算されている分だけ補正して、模擬インピーダンスＺを算出する必要がある。補正は、連系配電線４と、連系配電線４を除いた残り（図中３本）の配電線１，２，３との負荷の比により計算することができる。連系配電線４と、連系配電線４を除いた残りの配電線１，２，３との負荷の比をａ：ｂと仮定すると，補正後の模擬インピーダンスＺ（＝ｒ＋ｊｘ）は，下記式（３）（４）により算出できる。
ｒ＝ｒ_０（ａ＋ｂ）／ｂ ・・・（３）
ｘ＝ｘ_０（ａ＋ｂ）／ｂ ・・・（４）
上記した２式によって抵抗成分とリアクタンス成分について見直した模擬インピーダンスＺを利用して、前述した上記式（１）の計算処理を行い、差分となる電圧値Ｖ１が設定電圧の範囲内にあるか、それよりも高いか低いかを判定し、設定電圧の範囲外にある場合には制御装置１３がタップの切換指令を出力して、差分となる電圧値Ｖ１が設定電圧範囲内にある制御をする。

本発明の配電線電圧制御方法の第二実施形態に用いる装置は図２に示すように、連系用変流器１６を分散型発電所９内の接続線８に設置してあることを特徴とする。ここでいう接続線８は、分散型電源Ｇと連系配電線４を接続する途中に施設されたケーブルや電気設備のことを指すため、一般的には、分散型電源用の電気設備が内蔵されたキュービクル内に連系用変流器１６が設置される。連系用変流器１６と連系用の計器用変圧器１９により、接続線８の電流および電圧のアナログ値を取得し、デジタル値算出器１７に接続する。デジタル値算出器１７において，接続線８を流れる電流の実効値（デジタル値）を算出し、さらに、接続線８を流れる電流と電圧の位相差を検出することで、電圧を基準とした電流のベクトル値を算出する。ここでは、連系用変流器１６とデジタル値算出器１７をまとめて連系用電流検出器１８とする。なお、分散型発電所９内に既に設置されている変流器や計器用変圧器を利用すれば、前記連系用変流器１６および連系用の計器用変圧器１９を別途設置せずに兼用できる。連系用変流器１６から得られる電流値は、分散型電源Ｇからの逆潮流のみである。それゆえ、母線用変流器１１で入手した電流値から、連系用変流器１６で入手した電流値を減算する処理を制御装置１３で行っても、この減算処理では連系配電線４の負荷電流を減算していないことになる。従って、ここで用いる模擬インピーダンスＺは、従来の既知の手法により得られる標準的模擬インピーダンスＺ_０を用いる。

本発明の配電線電圧制御方法の第三実施形態に用いる装置は図３に示すように、連系用変流器１６を連系配電線４の連系箇所ａと変電所５との間に設置してあることを特徴とする。連系用変流器１６と連系用の計器用変圧器１９により、連系配電線４の連系用変流器１６を設置した箇所の電流および電圧のアナログ値を取得し、デジタル値算出器１７に接続する。デジタル値算出器１７において、連系配電線４の連系用変流器１６を設置した箇所を流れる電流の実効値（デジタル値）を算出し、さらに、連系配電線４の連系用変流器１６を設置した箇所を流れる電流と電圧の位相差を検出することで、電圧を基準とした電流のベクトル値を算出する。ここでは、連系用変流器１６とデジタル値算出器１７をまとめて連系用電流検出器１８とする。連系用変流器１６から得られる電流値は、連系配電線４の連系用変流器１６を設置した箇所から負荷側の負荷電流から、分散型電源Ｇからの逆潮流を減算した電流値である。それゆえ、母線用変流器１１で入手した電流値から、連系用変流器１６で入手した電流値を減算する処理を制御装置１３で行うので、この減算処理では、連系配電線４の連系用変流器１６を設置した箇所から負荷側の負荷電流を減算していることになる。
従って、ここで用いる模擬インピーダンスＺ（＝ｒ＋ｊｘ）は、以下の通りに求める。連系配電線４の連系用変流器１６を設置した箇所から負荷側の負荷と、連系配電線４の連系用変流器１６を設置した箇所から電源側の負荷に連系配電線４を除いた残りの配電線１，２，３の負荷を加えた負荷の比をａ１：ｂ１と仮定すると、下記式（５）（６）により算出できる。
ｒ＝ｒ_０（ａ１＋ｂ１）／ｂ１ ・・・（５）
ｘ＝ｘ_０（ａ１＋ｂ１）／ｂ１ ・・・（６）
上記した２式によって抵抗成分とリアクタンス成分について見直した模擬インピーダンスＺを利用する。

配電線電圧制御方法の第一実施形態を示す説明図である。 配電線電圧制御方法の第二実施形態を示す説明図である。 配電線電圧制御方法の第三実施形態を示す説明図である。 従来の配電線電圧制御方法の一部を示す説明図である。 従来の配電線電圧制御方法を示す説明図である。

符号の説明

１ 配電線， ２ 配電線， ３ 配電線， ４ 配電線（連系配電線）、 ５ 変電所、 ６ 配電用変圧器、 ７ 母線、 ８ 接続線、 ９ 分散型発電所、 Ｇ 分散型電源、 １０ 母線用の計器用変圧器、 １１ 母線用変流器、 １２ デジタル値算出器、 １３ 制御装置、 １４ 母線用電圧検出器、 １５ 母線用電流検出器、 １６ 連系用変流器、 １７ デジタル値算出器、 １８ 連系用電流検出器、 ａ 連系箇所、 １９ 連系用の計器用変圧器

Claims (3)

1. 変電所（５）内の配電用変圧器（６）の二次側の母線（７）から複数本の配電線（１，２，３，４）を分岐し、全配電線のうち幾つかに出力不安定な分散型電源（Ｇ）を接続線（８）を介して連系し、分散型電源（Ｇ）を接続した配電線（４）を連系配電線とする配電系統に用いる配電線電圧制御方法において、
   母線（７）に設置した母線用電圧検出器（１４）と母線用電流検出器（１５）から制御装置（１３）に配電用変圧器（６）の電圧値と電流値を出力すると共に、変電所（５）内の連系配電線（４）に設置した連系用電流検出器（１８）から制御装置（１３）に連系配電線（４）の電流値を出力し、制御装置（１３）では配電用変圧器（６）の電流値から連系配電線（４）の電流値を減算すると共に、減算した電流値に対応する模擬インピーダンス（Ｚ）と減算した電流値によって電圧降下値を演算し、母線用電圧検出器（１４）から得られた電圧値（Ｖ）と電圧降下値との差分に基づいて配電用変圧器のタップを切り換える配電線電圧制御方法。
2. 連系用電流検出器（１８）を、変電所（５）内の連系配電線（４）に設置する代わりに、分散型発電所（９）内の接続線（８）に設置してあることを特徴とする請求項１記載の配電線電圧制御方法。
3. 連系用電流検出器（１８）を、変電所（５）内の連系配電線（４）に設置する代わりに、連系配電線（４）の連系箇所（ａ）と変電所（５）との間に設置してあることを特徴とする請求項１記載の配電線電圧制御方法。

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