JP2009240038A - 線路電圧降下補償器の整定方法、系統電圧管理の支障判定方法、線路電圧降下補償器の管理装置、および、配電自動化システム - Google Patents

Abstract

【課題】電圧上昇が生じる配電線を含む配電系統において、線路電圧降下補償器の整定を適切に行なうための技術を提供する。
【解決手段】複数の配電線の中に電圧上昇配電線が存在する場合において、電圧上昇配電線における最高電圧点での電圧と、配電用変圧器からの距離に応じて電圧が降下する電圧分布を有する配電線における最低電圧点での電圧とに基づいて、配電用変圧器からの仮の送出電圧を算出する。詳細には、変圧器の送出電圧から最高電圧点の電圧までの電圧上昇幅Ｖｋと、変圧器の送出電圧から最低電圧点の電圧までの電圧下降幅Ｖｊとを加算した電圧変動範囲の中心値が、Ｖｄｃとなるように、送出電圧Ｖａｃを選定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、配電用変電所に設けられた線路電圧降下補償器を整定するための技術に関し、特に、配電用変圧器に共通に接続された複数の配電線の中に電圧上昇配電線が含まれる場合の整定に関する。

変電所においては、配電線負荷への供給電圧をなるべく一定範囲に保つべく送出電圧（変圧器二次側電圧）が調整されている。通常、送出電圧の調整は、以下のように行なわれる。変圧器二次側の母線電圧を計測して、その計測電圧値が予め設定された整定電圧値よりも大きければ、変圧器のタップを母線電圧が低くなる側に切り換え、計測電圧値が整定電圧値よりも小さい場合には、変圧器のタップを母線電圧が高くなる側に切り換える。母線電圧の制御にあたっては、計測電圧値と整定電圧値とを比較し、その比較結果結果に基づいて変圧器タップに対する昇圧指令もしくは降圧指令信号を出力する電圧調整継電器が用いられている。

母線に接続される各配電線の需給点電圧を一定に保つためには、配電線に負荷電流が流れた際に線路インピーダンスにより生じる電圧降下を補償する必要がある。すなわち、母線電圧はその電圧降下分を上乗せした電圧となることが望ましい。このような電圧降下を補償する目的で、電圧調整継電器に線路電圧降下補償器（ＬＤＣ；Line Drop Compensator）が設けられる。

線路電圧降下補償器は、線路電流を検出して線路電流に比例した電流を流す変流器の二次側に設けられ、抵抗ＲとリアクタンスＸでなるインピーダンス回路として形成される。したがってインピーダンス回路両端に発生する電圧は、負荷電流に応じて変化する。抵抗Ｒの値およびリアクタンスＸの値は、変圧器の負荷中心点までのインピーダンスに対応する。

インピーダンス回路両端に発生する電圧と計器用変圧器の二次電圧とのベクトル和が、その時点の所定の需給点電圧に対応した模擬需給点電圧となるよう整定される。インピーダンス回路両端に発生する電圧により、負荷電流に応じて変化する変圧器二次側から需給点までの電圧降下分が補償される。

電圧調整継電器は、インピーダンス回路両端に電圧降下分が補償された模擬需給点電圧と、予め設定された整定電圧値とを比較することによって、変圧器タップに対する昇圧指令もしくは降圧指令信号を出力する。線路電圧降下補償器の整定は、抵抗Ｒの値またはリアクタンスＸの値を変更することによって行なわれる。

母線電圧の制御方法に関する技術が、たとえば特許第２６３１５４７号公報（特許文献１）に開示されている。この文献に開示される変電所においては、変圧器の二次側に負荷曲線が異なる複数の枝状配電線を持つ母線が接続される。変電所では、この母線に流れる負荷電流及び母線電圧が計測され、その計測された母線電圧値と負荷電流に対応する整定電圧値とが比較される。両者の偏差が予め定められた電圧不感帯幅を越えているときに、この偏差を小さくするように変圧器のタップが切り換わることにより母線電圧が調整される。

上記文献に開示された母線電圧制御方法は、任意の時間幅で複数に分けられた１日の各
時間帯毎の最高重負荷時の整定電圧値と整定電流値、および、各時間帯毎の最低軽負荷時の整定電圧値と整定電流値とが予め整定されており、上記母線の負荷電流が入力される時間の属する時間帯における最高重負荷時の整定電圧値と整定電流値、および、最低軽負荷時の整定電圧値と整定電流値、ならびに、その入力される負荷電流値とを用いて所定の演算を行なって、該当時間帯における負荷電流値に対応する整定電圧値を得ることを特徴とする。
特許第２６３１５４７号公報

従来、整定値の決定に際しては、変圧器二次側の全配電線（バンク）の力率が遅れ力率であり、かつ、負荷状態によらず、その力率が不変であることを前提としていた。しかしながら、現実には、配電線ごとの力率は個々に異なり、極端な場合、その力率が進み力率となる配電線がバンクに含まれる場合も存在する。したがって、上述した前提に基づいて整定値を設定した場合、現在の負荷の実態に応じた適切な整定値を求めることができなくなる可能性が考えられる。さらに、適切な整定値が得られないことにより、系統電圧を適切に制御できなくなる可能性も考えられる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電圧上昇が生じる配電線を含む配電系統において、線路電圧降下補償器の整定を適切に行なうための技術を提供することである。

本発明は要約すれば、配電線において生じる電圧降下を補償する線路電圧降下補償器の整定方法であって、配電用変圧器に対して共通に電気的に接続された複数の配電線の中に、配電用変圧器からの距離に応じて電圧が上昇する電圧分布を有する電圧上昇配電線が存在するか否かを判定するステップと、複数の配電線の中に電圧上昇配電線が存在する場合において、電圧上昇配電線における最高電圧点での電圧と、配電用変圧器からの距離に応じて電圧が降下する電圧分布を有する配電線における最低電圧点での電圧とに基づいて、配電用変圧器からの仮の送出電圧を算出するステップと、仮の送出電圧に基づいて、線路電圧降下補償器の整定値を算出するステップとを備える。

好ましくは、仮の送出電圧を算出するステップは、所定の時間における変圧器の送出電圧を基準電圧として、基準電圧から最高電圧点の電圧までの電圧上昇幅と、基準電圧から最低電圧点の電圧までの電圧下降幅とを算出するステップと、電圧上昇幅と、電圧下降幅と、所定の電圧目標値とに基づいて、仮の送出電圧からの電圧上昇幅と仮の送出電圧からの電圧下降幅とを加算した電圧変動範囲の中心値が、所定の電圧目標値となるように、仮の送出電圧を選定するステップとを含む。

好ましくは、線路電圧降下補償器の整定方法は、複数の配電線中に電圧上昇配電線が存在しない場合には、所定の時間において、配電用変圧器の送出電圧からの電圧降下が最小となる複数の配電線上の点の電圧と、配電用変圧器の送出電圧からの電圧降下が最大となる複数の配電線上の点の電圧とに基づいて、仮の送出電圧を算出するステップをさらに備える。

より好ましくは、整定値は、３つの整定対象値を含む。所定の時間は、配電用変圧器の負荷が最大となる第１の時間と、配電用変圧器の負荷が最小となる第２の時間と、第１および第２の時間と異なる第３の時間とを含む。整定値を算出するステップは、第１から第３の時間の各々において、仮の送出電圧と３つの整定対象値との関係を示す３つの方程式を作成するステップと、３つの方程式から３つの整定対象値を算出するステップとを含む
。

本発明の他の局面に従うと、系統電圧管理の支障判定方法であって、上述のいずれかに記載の線路電圧降下補償器の整定方法によって算出された整定値が所定の範囲に含まれない場合に、複数の配電線の電圧管理に支障が生じる可能性が高いと判定するステップを備える。

本発明のさらに他の局面に従うと、配電線において生じる電圧降下を補償する線路電圧降下補償器の管理装置であって、配電用変圧器に対して共通に電気的に接続された複数の配電線の中に、配電用変圧器からの距離に応じて電圧が上昇する電圧分布を有する電圧上昇配電線が存在するか否かを判定する第１の判定手段と、複数の配電線の中に電圧上昇配電線が存在する場合において、電圧上昇配電線における最高電圧点での電圧と、配電用変圧器からの距離に応じて電圧が降下する電圧分布を有する配電線における最低電圧点での電圧とに基づいて、配電用変圧器からの仮の送出電圧を算出する第１の算出手段と、仮の送出電圧に基づいて、線路電圧降下補償器の整定値を算出する第２の算出手段とを備える。

好ましくは、第１の算出手段は、所定の時間における変圧器の送出電圧を基準電圧として、基準電圧から最高電圧点の電圧までの電圧上昇幅と、基準電圧から最低電圧点の電圧までの電圧下降幅とを算出する手段と、電圧上昇幅と電圧下降幅とを加算した電圧変動幅の中心が、配電用変圧器からの送出電圧の目標値となるように、電圧上昇幅と、電圧下降幅と、目標値とに基づいて仮の送出電圧を選定する手段とを含む。

好ましくは、線路電圧降下補償器の管理装置は、第１の判定手段が、複数の配電線中に電圧上昇配電線が存在しないと判定した場合には、所定の時間において、配電用変圧器の送出電圧からの電圧降下が最小となる複数の配電線上の点の電圧と、配電用変圧器の送出電圧からの電圧降下が最大となる複数の配電線上の点の電圧とに基づいて、仮の送出電圧を算出する第３の算出手段をさらに備える。

より好ましくは、整定値は、３つの整定対象値を含む。所定の時間は、配電用変圧器の負荷が最大となる第１の時間と、配電用変圧器の負荷が最小となる第２の時間と、第１および第２の時間と異なる第３の時間とを含む。第２の算出手段は、第１から第３の時間の各々において、仮の送出電圧と３つの整定対象値との関係を示す３つの方程式を作成する手段と、３つの方程式から３つの整定対象値を算出する手段とを含む。

さらに好ましくは、線路電圧降下補償器の管理装置は、整定値が所定の範囲に含まれない場合に、複数の配電線の電圧管理に支障が生じる可能性が高いと判定する第２の判定手段をさらに備える。

さらに好ましくは、算出された整定値を用いて、線路電圧降下補償器を整定する整定手段をさらに備える。

本発明のさらに他の局面に従うと、配電自動化システムであって、上述の管理装置を備える。

本発明によれば、電圧上昇が生じる配電線を含む配電系統において、配電線路電圧の電圧降下を補償するための電圧調整装置の整定値を適切に定めることが可能になる。

この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、配電用変電所における配電系統電圧の制御に関する構成の概略を示した図である。図１を参照して、配電用変電所には、発電所の発電機から送電線を介して送電された電力を降圧する配電用変圧器１１が設けられる。配電用変圧器１１には母線１２が接続される。配電用変電所には、さらに、電圧調整継電器１００と、計器用変圧器１０１と、線路電圧降下補償器１０３と、変流器１０４とが設けられる。

電圧調整継電器１００は、計器用変圧器１０１の二次側から取り出される入力電圧値Ｖｐと、予め設定された整定電圧値Ｖｓとを比較して、その比較結果に基づいて昇圧指令信号または降圧指令信号を出力する。電圧調整継電器１００は、入力電圧Ｖｐが整定電圧値Ｖｓより高い場合には、配電用変圧器１１のタップ（図示せず）を電圧降圧側に切り換えるための降圧指令信号を出力する。一方、電圧調整継電器１００は、入力電圧Ｖｐが整定電圧値Ｖｓより低い場合には、タップを電圧昇圧側に切り換えるための昇圧指令信号を出力する。

図示しないが、母線１２からは遮断器を介して配電線が引き出されている。線路電圧降下補償器１０３は、配電線に負荷電流が流れた際に、配電線のインピーダンスにより降下する電圧を補償するために設けられる。なお、１つの変圧器に対して共通に電気的に接続される一群の配電線を以下の説明では「バンク」と呼ぶことにする。

変流器１０４は、配電用変圧器１１の二次電流を所定比率で変流する。線路電圧降下補償器１０３は、変流器１０４の二次側に設けられ、抵抗ＲとリアクタンスＸでなるインピーダンス回路として形成されている。このインピーダンス回路両端に発生する電圧は負荷電流に応じて変化する。抵抗Ｒの値とリアクタンスＸの値とは、配電用変圧器１１の負荷中心点までのインピーダンスに対応する。インピーダンス回路両端に発生する電圧と計器用変圧器１０１の二次電圧とのベクトル和は、その時点の所定の需給点電圧に対応した模擬需給点電圧となるよう整定されている。変圧器二次側から需給点までの電圧降下分は負荷電流に応じて変化するが、この電圧降下分はインピーダンス回路両端に発生する電圧によって補償される。このようにして電圧降下分を補償された模擬需給点電圧値すなわち入力電圧値Ｖｐが、電圧調整継電器１００において所定の整定電圧値Ｖｓと比較される。

バンクの最大負荷時およびバンクの最小負荷時の各々において、配電線の最大電圧点での電圧と、最低電圧点での電圧とが、ともに管理値内に入るように、線路電圧降下補償器（インピーダンス回路）における整定値（Ｒ，Ｘ）ならびに基準電圧値Ｖｒｅｆが決定される。線路電圧降下補償器１０３には、たとえば抵抗Ｒの値およびリアクタンスＸの値ならびに基準電圧値Ｖｒｅｆの各々を変更するためのつまみが設けられ、そのつまみが操作されることによって整定値が調整される。

＜バンクの全配電線の力率が一定の遅れ力率である場合の整定方法＞
図２は、バンクの全配電線の力率が一定の遅れ力率である場合の電圧分布を示した図である。図２を参照して、直線ｋ１は、バンクの負荷が最大となる時間帯（ｔ１）における配電線上の電圧分布を示し、直線ｋ２は、バンクの負荷が最小となる時間帯（ｔ２）における配電線上の電圧分布を示す。

送出電圧Ｖａｃ１，Ｖａｃ２は、それぞれ、時間帯ｔ１，ｔ２における配電用変電所（配電用変圧器１１）からの送出電圧を表す。α（ｔ１），β（ｔ１），α（ｔ２），β（ｔ２）はいずれも送出電圧からの電圧降下分であり、下記のように定義される。

α（ｔ１）：変圧器に最も近い配電線上の端点（最近端点）における送出電圧Ｖａｃ１からの電圧降下分
β（ｔ１）：変圧器から最も遠い配電線上の端点（最遠端点）における送出電圧Ｖａｃ１からの電圧降下分
α（ｔ２）：最近端点における送出電圧Ｖａｃ２からの電圧降下分
β（ｔ２）：最遠端点における送出電圧Ｖａｃ２からの電圧降下分
なおα（ｔ１），β（ｔ１），α（ｔ２），β（ｔ２）は、たとえば、送出電圧を基準として、その基準電圧と配電線の電圧との電圧差を計測する電圧センサによって把握できる。

直線ｋ１，ｋ２の交点に対応する配電線上の点を電圧降下中心点とし、電圧降下中心点における電圧をＶｄｃとする。送出電圧Ｖａｃと、最近端における電圧降下分αと、最遠端における電圧降下分βと、電圧Ｖｄｃとの間には、以下の式（１）に示す関係が成立する。

Ｖａｃ＝Ｖｄｃ＋（１／２）×（α＋β） …（１）
式（１）から、送出電圧Ｖａｃ１，Ｖａｃ２は、それぞれ以下の式（２）および式（３）に従って表される。

Ｖａｃ１＝Ｖｄｃ＋（１／２）×｛α（ｔ１）＋β（ｔ１）｝ …（２）
Ｖａｃ２＝Ｖｄｃ＋（１／２）×｛α（ｔ２）＋β（ｔ２）｝ …（３）
Ｖｄｃは固定値であり、たとえば以下のようにして求められる。日本では電気事業法により、引込口における電灯線電圧を１０１Ｖ±６Ｖ以内に維持することが定められている。また、この配電系統におけるすべての柱上変圧器タップが６６００Ｖ：１０５Ｖに設定されているとする。これらによって、電圧Ｖｄｃは以下の式（４）により表すことができる。

Ｖｄｃ＝１０１×（６６００／１０５） …（４）
一方、送出電圧Ｖａｃとバンクの負荷状態との間には、以下の式（５）に示した電圧降下推定式が成立するものと推定される。

Ｖａｃ＝Ｚ×Ｉ＋Ｖｒｅｆ …（５）
Ｚは、線路電圧降下補償器１０３のインピーダンスであり、Ｒ，Ｘにより構成される。Ｖｒｅｆは、配電用変圧器１１の負荷中心点の目標電圧である。インピーダンスＺをＲおよびＸに分解することにより、式（５）は近似的に式（６）のように表される。

Ｖａｃ＝√３（Ｒｃｏｓθ＋Ｘｓｉｎθ）×Ｉ＋Ｖｒｅｆ …（６）
θは力率角である。この整定方法では力率を不変としているので力率角θはある固定値となる。

等価配電線の抵抗値をＲｅｆｆとし、等価配電線のリアクタンス値をＸｅｆｆとする。式（２），（３），（６）から、以下の式（７），（８）が成立する。

Ｒｅｆｆ＝（Ｖａｃ１−Ｖａｃ２）×ｃｏｓθ／｛√３（Ｉａ１−Ｉａ２）｝ …（７）
Ｘｅｆｆ＝（Ｖａｃ１−Ｖａｃ２）×ｓｉｎθ／｛√３（Ｉａ１−Ｉａ２）｝ …（８）
Ｉａ１，Ｉａ２は、送出電圧がそれぞれＶａｃ１，Ｖａｃ２であるときのバンク電流であり、たとえば計測によって求められる。式（７），（８）からＲｅｆｆおよびＸｅｆｆを求めることができる。

このように、バンクの全配線の力率が遅れ力率であり、かつ負荷状態によらず力率が不変であれば、式（７），（８）に従って、整定値（Ｒ，Ｘ）を求めることができる。しかしながら、現実には同一バンクにおいて時間帯により力率が変化することが起こりうる。

図３は、同一バンクに属する配電線の電圧分布の一例を示す図である。図３（Ａ）は、バンクの負荷が最大時の配電線の電圧分布の例を示した図である。図３（Ａ）に示されるように、どの配電線においても送出電圧からの電圧降下が生じている。図３（Ａ）に示した状態では、バンクの力率および配線力率ともに遅れ力率である。したがって、図３（Ａ）に示される電圧分布では、最近端の電圧が最大となり、最遠端の電圧が最小となる。この場合には、配電線の電圧分布の傾向が、整定の前提事項とほぼ同じとなる。したがって、整定に際しては、最近端電圧と最遠端電圧との差および電圧降下分の総和のみを考慮すればよい。

図３（Ｂ）は、バンクの負荷が最小時の配電線の電圧分布の例を示した図である。この例においては、配電線の力率に進み力率と遅れ力率とが混在するとともに、バンク力率は進み力率となる。このため、送出電圧からの電圧上昇が生じる配電線と、送出電圧からの電圧降下が生じる配電線とが混在する。図３（Ｂ）に示される電圧分布では、負荷力率に応じて配電線の電圧分布が異なるとともに、同一バンク内で配電線の電圧分布のばらつきが大きくなる。

たとえば工場においては、力率悪化を改善するために、容量性リアクタンスである進相コンデンサを負荷に並列に配電線に接続して、進相コンデンサの進み電力で負荷の遅れ電力を打ち消す方法が採用されている。しかし軽負荷時（たとえば夜間）においてもコンデンサが配電線に接続されたままとなると、配電線力率が進み力率となってしまう。この場合、フェランチ効果によって配電線の電圧が上昇する。したがって、図３（Ｂ）に示したような電圧分布が得られることがある。

図３（Ｂ）に示したような電圧分布が得られる状態においては、整定の前提事項（バンクの全配線の力率が遅れ力率であり、かつ負荷状態によらず力率が不変）と、配電線の電圧分布の現実の傾向とが乖離している。したがって、系統電圧の適切な制御のためには、この乖離を補償する必要がある。

本実施の形態によれば、進み力率となる配電線を含む場合においては、下記の方法により送出電圧を算出し、その算出した送出電圧に基づいて、線路電圧降下補償器の整定値を算出する。

＜進み力率となる配電線を含む場合の送出電圧の算出方法＞
図４は、進み力率となる配電線の電圧分布と遅れ力率となる配電線の電圧分布とを示した図である。図４を参照して、直線ｋ３は進み力率となる配電線の電圧分布を示し、直線ｋ４は遅れ力率となる配電線の電圧分布を示す。Ｖｋは、送出電圧Ｖａｃ＃から最高電圧点における電圧までの電圧上昇幅を示し、Ｖｊは、送出電圧Ｖａｃ＃から最低電圧点における電圧までの電圧降下幅を示す。Ｖｋ，Ｖｊは、たとえばα，βと同様に、送出電圧Ｖａｃ＃を基準として、その基準電圧と配電線の電圧との電圧差を計測する電圧センサによって把握される。

この算出方法では、電圧上昇幅Ｖｋと、電圧下降幅Ｖｊと、電圧Ｖｄｃ（電圧目標値）とに基づいて、送出電圧Ｖａｃを選定する。具体的には、送出電圧Ｖａｃからの電圧上昇幅Ｖｋと、送出電圧Ｖａｃからの電圧下降幅Ｖｊとを加算した電圧変動範囲の中心値が電圧Ｖｄｃとなるように、送出電圧Ｖａｃを選定する。この送出電圧Ｖａｃは整定値の算出
に用いられる送出電圧であり、本発明の「仮の送出電圧」に相当する。

送出電圧Ｖａｃは、電圧変動範囲の中心である電圧Ｖｄｃから電圧Ｖｓｉｆだけずれた電圧に相当する。送出電圧Ｖａｃは以下の式（９）および式（１０）に従って表される。

Ｖａｃ＝Ｖｄｃ−Ｖｓｉｆ …（９）
Ｖｓｉｆ＝（Ｖｋ−Ｖｊ）／２ …（１０）
これにより、図４に示されるように、配電線の電圧はＶｄｃ±（Ｖｋ＋Ｖｊ）／２の範囲で変動することになる。

式（１）に従う送出電圧の算出方法は、「電圧降下」の中心点がＶｄｃとなるように、送出電圧Ｖａｃを算出するものである。これに対し、本算出方法は、「電圧降下」が生じる配電線と「電圧上昇」とが生じる配電線が存在するため、「電圧降下」と「電圧上昇」との中心点がＶｄｃとなるように、送出電圧Ｖａｃを決定するものである。このようにして送出電圧Ｖａｃを決定することにより、バンクに進み力率となる配電線を含む場合においても、電圧降下推定式（式（５））から整定値を算出することが可能になる。

＜本実施の形態に係る整定方法＞
本実施の形態に係る整定方法では、バンク負荷および配電線負荷の傾向から、特徴的な３つの時間帯を抽出する。具体的には、バンク負荷が最大となる時間帯、バンク負荷が最小となる時間帯、これら２つのいずれとも異なるが配電線が重負荷となる時間帯の３つである。

図５は、日負荷曲線の一例を示す図である。図５（Ａ）は、工場負荷の変動を示す日負荷曲線の例を示した図である。図５（Ｂ）は、住宅負荷の変動を示す日負荷曲線の例を示した図である。図５を参照して、たとえば「１４時」を、バンク負荷の最大の時間帯として抽出する。また、たとえば「３時」をバンク負荷が最小の時間帯として抽出する。また、配電線の負荷が大きくなる時間帯として、たとえば、配電線固有の最大負荷（工場負荷および住宅負荷がともに最大となる）を示す時間帯である「１８時」が抽出される。

次に、式（５）に示した電圧降下の推定式を上記３つの時間帯に適用する。これにより以下の式（１１）から式（１３）が成立する。

Ｖａｃ１＝√３（Ｒｃｏｓθ１＋Ｘｓｉｎθ１）×Ｉ１＋Ｖｒｅｆ …（１１）
Ｖａｃ２＝√３（Ｒｃｏｓθ２＋Ｘｓｉｎθ２）×Ｉ２＋Ｖｒｅｆ …（１２）
Ｖａｃ３＝√３（Ｒｃｏｓθ３＋Ｘｓｉｎθ３）×Ｉ３＋Ｖｒｅｆ …（１３）
ここで、θ１〜θ３は、各時間帯におけるバンク力率の力率角であり、Ｉ１〜Ｉ３は各時間帯におけるバンク電流であり、たとえば計測により求められる。

送出電圧Ｖａｃ１〜Ｖａｃ３の各々は、式（９）および式（１０）に従って算出される。なお、力率角θ１〜θ３は、たとえば電圧および電流を計測しておき、それら電圧および電流の位相差から求められる。

式（１１）から式（１３）は、Ｒ，Ｘ，Ｖｒｅｆを用いた３元１次連立方程式となる。この方程式を解くことによって、整定値（Ｒ，Ｘ，Ｖｒｅｆ）を求めることができる。

なお、３つの時間帯のいずれにおいても、進み力率となる配電線が含まれない場合も考えられる。この場合には、式（１）に従って、各時間帯における送出電圧を算出し、その送出電圧と、各時間帯におけるバンク電流Ｉ１〜Ｉ３と、力率角θ１〜θ３とを式（１１）〜式（１２）に代入する。この場合にも式（１１）から式（１３）を解くことによって
整定値（Ｒ，Ｘ，Ｖｒｅｆ）を求めることができる。

このようにして求められた整定値を用いて線路電圧降下補償器の整定を行なうことによって、電圧上昇配電線を含むバンクにおける電圧を適切に制御できる。たとえば電圧上昇配電線がバンクに存在する場合において、その最高点での電圧を目標範囲内に制御することが可能になる。

＜系統電圧管理の支障判定方法＞
バンクに電圧上昇配電線が含まれる場合、式（１１）〜式（１３）より求められた整定値（Ｒ，Ｘ，Ｖｒｅｆ）が、現実の線路電圧降下補償器１０３における整定値の設定範囲を逸脱することが考えられる。したがって、算出された整定値が設定範囲に含まれるか否かを判定することによって、系統電圧管理の支障の有無の可能性を判定することが可能になる。

＜装置の構成＞
図６は、本発明の実施の形態に従う整定方法および支障判定方法を実行するコンピュータ１１０の構成の一例を示した図である。図６を参照して、コンピュータ１１０には、ユーザによる各種情報や指示の入力装置として、マウス１２４と、キーボード１２６が接続される。また、コンピュータ１１０には、出力装置として、ディスプレイ１２８が接続される。

コンピュータ１１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１２と、オペレーティングシステムに送られたプログラムなどを不揮発的に記憶したＲＯＭ（Read Only Memory）１１４と、実行されるプログラムをロードするための、およびプログラム実行中のデータを一時的に記憶するためのＲＡＭ（Random Access Memory）１１６と、ハードディスク（ＨＤＤ）１１８と、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）ドライブ１２０とを備える。ＣＤ−ＲＯＭドライブ１２０には、ＣＤ−ＲＯＭ１２２が装着される。ＣＰＵ１１２と、ＲＯＭ１１４と、ＲＡＭ１１６と、ハードディスク１１８と、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１２０とは、バス１３０を介して相互に情報を授受する。

整定値を演算するためのプログラムおよび、電圧管理の支障判定プログラムはＣＤ−ＲＯＭ１２２に記録される。一般的にこうしたプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ１２２などの記録媒体に記憶されて流通し、ＣＤ−ＲＯＭドライブ１２０などにより記録媒体から読取られてハードディスク１１８に一旦記憶される。プログラムは、ハードディスク１１８からＲＡＭ１１６に読出されてＣＰＵ１１２により実行される。

コンピュータ１１０は、そのプログラムがＣＰＵ１１２で実行されることにより、本実施の形態に従う整定装置あるいは判定装置として機能する。従って以下に示す処理はＣＰＵ１１２の処理であるとして説明する。なお、整定値を演算するためのプログラム、電圧管理の支障判定プログラム、および、これらのプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭも本発明の１つの実施態様である。

図７は、図６に示したコンピュータ１１０により実行される整定方法を示すフローチャートである。図７に示したフローチャートを実行するためのプログラムは、ＣＰＵ１１２に予め格納されているものとする。

図７および図６を参照して、処理が開始されると、ステップＳ１において、負荷曲線（図５参照）から、バンク負荷が最大となる時間帯、バンク負荷が最小となる時間帯、およびこれらの時間帯と異なる時間帯（配電線が重負荷となる時間帯）が決定される。なお、これらの時間帯は、日負荷曲線に対応するデータ（時間帯と負荷電力とが対応付けられた
データ）に基づいてＣＰＵ１１２が決定してもよいし、コンピュータ１１０のユーザが入力装置を介してＣＰＵ１１２に入力してもよい。

ステップＳ２では、ＣＰＵ１１２は、配電線力率（遅れ力率または進み力率）に応じた方法に従って、上記の３つの時間帯に対応した送出電圧Ｖａｃを算出する。なお、ステップＳ２の処理については後に詳しく説明する。

ステップＳ３において、ＣＰＵ１１２は、ステップＳ２において算出された送出電圧Ｖａｃおよび、電圧降下推定式（式（５））から、式（１１）から式（１３）に示した、整定値（Ｒ，Ｘ，Ｖｒｅｆ）を含む３元１次連立方程式を立てる。ステップＳ４において、ＣＰＵ１１２は、その３元１次連立方程式を解くことにより、整定値（Ｒ，Ｘ，Ｖｒｅｆ）を算出する。なお、ＣＰＵ１１２による３元１次連立方程式の解法については、種々の公知の方法（たとえば行列式を用いる方法）を用いることができる。

ステップＳ５において、ＣＰＵ１１２は算出した整定値（Ｒ，Ｘ，Ｖｒｅｆ）を、たとえばディスプレイ１２８を介して出力する。ステップＳ５の処理が終了すると、全体の処理が終了する。

図８は、図７のフローチャートにおけるステップＳ２の処理を説明するフローチャートである。図８および図６を参照して、処理が開始されると、ステップＳ１１においてＣＰＵ１１２は、バンクの全配電線の力率が遅れ力率であるかどうかを判定する。バンクの全配線の力率が遅れ力率である場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、処理はステップＳ１２，Ｓ１３の順に進む。一方、バンクの全配電線の中に、その力率が進み力率である配電線が含まれる場合（ステップＳ１１においてＮＯ）、処理はステップＳ１４，Ｓ１５の順に進む。

ステップＳ１２において、ＣＰＵ１１２は、たとえばコンピュータ１１０のユーザから入力装置を介して、最近端点における電圧降下分α、および、最遠端点における電圧降下分βを受付ける。続いてステップＳ１３において、ＣＰＵ１１２は、第１の算出パターンに従って送出電圧を算出する。この場合、ＣＰＵ１１２は式（１）に従って、各時間帯における送出電圧を算出する。

一方、ステップＳ１４において、ＣＰＵ１１２は、たとえばコンピュータ１１０のユーザから入力装置を介して送出電圧からの電圧上昇幅Ｖｋ、および、送出電圧からの電圧下降幅Ｖｊを受付ける。続いてステップＳ１５において、ＣＰＵ１１２は、第２の算出パターンに従って送出電圧を算出する。この場合、ＣＰＵ１１２は式（９）および式（１０）に従って、各時間帯における送出電圧を算出する。

ステップＳ１３またはステップＳ１５の処理が終了すると、ステップＳ２の処理が終了する。

図９は、図６に示したコンピュータ１１０により実行される系統電圧管理の支障判定方法を示すフローチャートである。図９に示したフローチャートを実行するためのプログラムは、ＣＰＵ１１２に予め格納されているものとする。図９および図６を参照して、処理が開始されると、ステップＳ２１において、ＣＰＵ１１２は、図７および図８のフローチャートに示される処理を実行することにより算出された整定値（Ｒ，Ｘ，Ｖｒｅｆ）の各々が、設定可能な整定値の範囲内に入っているか否かを判定する。この設定範囲の情報は、たとえばハードディスク１１８に予め記憶されている。

各整定値が設定範囲内に入っている場合（ステップＳ２１においてＹＥＳ）、ステップ
Ｓ２２において、ＣＰＵ１１２は、系統電圧管理に支障が生じる可能性がないと判断する。一方、Ｒ，Ｘ，Ｖｒｅｆの少なくとも１つがその設定範囲内に入っていない場合（ステップＳ２１においてＮＯ）、ステップＳ２３において、ＣＰＵ１１２は系統電圧管理に支障が生じる可能性があると判断する。ステップＳ２２またはステップＳ２３の処理が終了すると、ステップＳ２４において、ＣＰＵ１１２は、その判断結果を、たとえばディスプレイ１２８を介して出力する。ステップＳ２４の処理が終了すると全体の処理が終了する。

以上のように、本実施の形態によれば、線路電圧の上昇、時間帯による力率の変化に対して整定を的確に実行できる。工場負荷が接続された配電線では、軽負荷時（たとえば夜間）において、その力率が顕著な進み力率になっているために配電線の電圧上昇が生じる場合が多い。さらに、近年では電力自由化の進展に伴い、たとえば風力発電や太陽光発電などといった種々の分散型電源が、配電系統に多数台連系されている。これらの分散電源からの逆方向の潮流（逆潮流）によっても配電線の電圧が上昇する。このような場合においても、本実施の形態では、的確な整定を実行することによって、従来より高品質の電圧供給が可能になる。したがって、本実施の形態によれば、配電用変電所からの電圧供給の支障が生じる可能性を減少させることが可能になる。

さらに、本実施の形態によれば、算出された整定値が、線路電圧降下補償器の設定範囲に含まれるか否かが判定される。これにより、配電用変電所では、供給電圧の支障が生じる可能性を低くするための適切な処置を行なうことができる。たとえば算出された整定値が線路電圧降下補償器の設定範囲内であれば、その整定値がそのまま採用される。一方、算出された整定値が設定範囲外であれば、整定以外の方策を検討することが可能になる。これによって、配電用変電所からの電圧供給の支障が生じる可能性をより減少させることが可能になる。

なお、本発明の「第１の算出手段」は、ステップＳ１３の処理によって実現され、本発明の「第２の算出手段」は、ステップＳ３，Ｓ４の処理によって実現され、本発明の「第３の算出手段」は、ステップＳ１５の処理によって実現される。また、本発明の「第１の判定手段」は、ステップＳ１１の処理によって実現され、本発明の「第２の判定手段」は、ステップＳ２１〜Ｓ２３の処理によって実現される。

＜応用例＞
図１０は、本実施の形態に従う整定方法および系統電圧管理の支障判定方法を実行する装置を含む配電自動化システム１の構成を概略的に示す図である。

図１０を参照して、配電系統２００は、発電所の発電機２から送電線３を介して送電された電力を降圧する配電用変圧器１１と、配電用変圧器１１に接続された母線１２と、母線１２に接続された複数の遮断器ＣＢと、継電器１４とを含む。配電用変圧器１１、母線１２、継電器１４、および遮断器ＣＢは変電所に設置される。遮断器ＣＢは、配電線Ｆに短絡または地絡などの故障が生じたときに、配電線Ｆに供給される電力を遮断する。故障時における遮断器ＣＢの遮断および再閉路を制御するために継電器１４が設けられる。

配電系統２００は、さらに、母線１２から遮断器ＣＢを介して引き出された複数の配電線Ｆと、各配電線Ｆに設けられた複数の区分開閉器ＳＷと、各配電線Ｆを相互に連系するための結合開閉器ＴＳＷとを含む。

区分開閉器ＳＷは、電磁石の励磁により閉路し、減磁により開路する接点を有する。通常の送電時は、接点が閉路したオン状態（入状態、投入状態）になる。配電線Ｆの故障時に、配電線電圧が消滅すると減磁によって接点が開路して、区分開閉器ＳＷはオフ状態（
切状態、開放状態）になる。

この区分開閉器ＳＷによって、配電線Ｆは複数の区間Ｓに分割される。図１０の例では、３回線の配電線ＦＩ，ＦＩＩ，ＦＩＩが、母線１２から遮断器ＣＢＩ，ＣＢＩＩ，ＣＢＩＩＩを介してそれぞれ引き出される。そして、引き出された各配電線Ｆは、２個の区分開閉器ＳＷによって、３区間Ｓに分割される。たとえば、第１番目の配電線ＦＩでは、遮断器ＣＢＩに近接する側から、区分開閉器ＳＷＩ−１および区分開閉器ＳＷＩ−２が設置される。これによって、配電線ＦＩは、遮断器ＣＢＩに近接する側から、区間ＳＩ−１、区間ＳＩ−２、区間ＳＩ−３の３区間に分割される。配電線ＦＩＩ，ＦＩＩＩについても同様である。ローマ数字Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩによって、回線番号を区別する。

結合開閉器ＴＳＷは、通常はオフ状態で用いられる。結合開閉器ＴＳＷは、配電線の故障時に故障区間を回避して健全区間へ送電するために接点が閉路する。結合開閉器ＴＳＷを介して、複数の配電線Ｆは相互に接続される。図１０の例では、区間ＳＩ−２と区間ＳＩＩ−２とは、結合開閉器ＴＳＷ−１を介して接続される。また、区間ＳＩＩ−３と区間ＳＩＩＩ−２とは、結合開閉器ＴＳＷ−２を介して接続される。また、区間ＳＩ−３と区間ＳＩＩＩ−３とは、結合開閉器ＴＳＷ−３を介して接続される。

電圧調整継電器１００と、計器用変圧器１０１と、線路電圧降下補償器１０３と、変流器１０４とは、図１に示したものと同様である。したがって、これらについての詳細な説明は繰返さない。

配電自動化システム１は、このような配電系統２００に配備される複数の区分開閉器ＳＷおよび結合開閉器ＴＳＷのそれぞれに対応して設けられる複数の子局２０，３０と、複数の区分開閉器ＳＷにそれぞれ対応して設けられる複数の計測ユニット４５と、コンピュータ１１０と、子局２０，３０とコンピュータ１１０との間を接続する通信路である自動化伝送路４１とを含む。

子局２０，３０はコンピュータ１１０によって制御され、区分開閉器ＳＷおよび結合開閉器ＴＳＷの開閉を監視および制御する。さらに、子局２０は、計測ユニット４５を介して配電線の電流および電圧を計測する。子局２０は、その計測結果を、自動化伝送路４１を介してコンピュータ１１０に送信する。

自動化伝送路４１には、光ファイバケーブル、メタルケーブルなどが用いられる。通信用の専用線である自動化伝送路４１を用いる代わりに、インターネット情報網、電力線搬送または無線方式によってコンピュータ１１０と子局２０，３０との間の通信を行なってもよい。

コンピュータ１１０は、子局２０が計測した配電線の電流および電圧に基づいて力率を算出する。さらに、コンピュータ１１０は、子局２０が計測した配電線の電流および電圧を受ける。コンピュータ１１０は、これらの電流、電圧に基づいて、子局２０，３０を監視制御する。さらに、コンピュータ１１０は、これらの電流、電圧、および力率に基づいて、図７および図８のフローチャートに示した整定処理を実行する。変圧器母線における同様の情報についても、変流器１０４、計器用変圧器１０１により計測し、整定処理に使用される。

線路電圧降下補償器１０３は、その整定値が、コンピュータ１１０により調整可能なように構成される。

この配電自動化システムでは、整定処理として、データ取得による配電系統の状態把握
（電圧上昇配電線の発見、電圧上昇あるいは降下幅の把握等）、そのデータの使用による整定値の算出、整定値の判定、および整定値の変更が実行される。これらの処理は主としてコンピュータ１１０により実行される。

図１１は、コンピュータ１１０による整定処理を示すフローチャートである。図１１に示したフローチャートを実行するためのプログラムは、ＣＰＵ１１２に予め格納されているものとする。図１１および図６を参照して、処理が開始されると、配電自動化システムによるデータ取得およびその取得したデータによる配電系統全体の状態の把握が行なわれる（ステップＳ３０）。次に、コンピュータ１１０は、図７および図８のフローチャートに示した処理を実行することによって、整定値を算出する。そして、算出した整定値が設定範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ３１）。算出した整定値が設定範囲内にある場合（ステップＳ３１においてＹＥＳ）、コンピュータ１１０は、その算出した整定値に従って線路電圧降下補償器１０３を制御することにより整定を行なう（ステップＳ３２）。これにより、実際の整定値（Ｒ，Ｘ，Ｖｒｅｆ）は、その算出した整定値となる。一方、算出した整定値が設定範囲内にない場合（ステップＳ３１においてＮＯ）、コンピュータ１１０はディスプレイ１２８に警告を出力する（ステップＳ３３）。この場合には、たとえば整定以外の方法を実行することにより、送出電圧の管理が行なわれる。ステップＳ３１またはステップＳ３２の処理が終了すると、全体の処理が終了する。なお、本発明の「整定手段」は、ステップＳ３２の処理によって実現される。

このように、本実施の形態に従う整定方法および判定方法を実行する装置を配電自動化システム１に含めることによって、たとえば所定の期間ごと（あるいは任意のタイミング）で整定を行なうことが可能になる。これにより、配電用変電所からの電圧供給の支障が発生する可能性をより小さくすることができるので、高品質の電力供給を可能にすることができる。

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。

配電用変電所における配電系統電圧の制御に関する構成の概略を示した図である。 バンクの全配電線の力率が一定の遅れ力率である場合の電圧分布を示した図である。 同一バンクに属する配電線の電圧分布の一例を示す図である。 進み力率となる配電線の電圧分布と遅れ力率となる配電線の電圧分布とを示した図である。 日負荷曲線の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に従う整定方法および支障判定方法を実行するコンピュータ１１０の構成の一例を示した図である。 図６に示したコンピュータ１１０により実行される整定方法を示すフローチャートである。 図７のフローチャートにおけるステップＳ２の処理を説明するフローチャートである。 図６に示したコンピュータ１１０により実行される系統電圧管理の支障判定方法を示すフローチャートである。 本実施の形態に従う整定方法および系統電圧管理の支障判定方法を実行する装置を含む配電自動化システム１の構成を概略的に示す図である。 コンピュータ１１０による整定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 配電自動化システム、２ 発電機、３ 送電線、１１ 配電用変圧器、１２ 母線、１４ 継電器、２０，３０ 子局、４１ 自動化伝送路、４５ 計測ユニット、１００
電圧調整継電器、１０１ 計器用変圧器、１０３ 線路電圧降下補償器、１０４ 変流器、１１０ コンピュータ、１１２ ＣＰＵ、１１４ ＲＯＭ、１１６ ＲＡＭ、１１８
ハードディスク、１２０ ＣＤ−ＲＯＭドライブ、１２２ ＣＤ−ＲＯＭ、１２４ マウス、１２６ キーボード、１２８ ディスプレイ、１３０ バス、２００ 配電系統、ＣＢ，ＣＢＩ，ＣＢＩＩ，ＣＢＩＩＩ 遮断器、Ｆ，ＦＩ，ＦＩＩ，ＦＩＩ 配電線、ｋ１〜ｋ４ 直線、ＳＷ 区分開閉器、ＴＳＷ 結合開閉器。

Claims (12)

1. 配電線において生じる電圧降下を補償する線路電圧降下補償器の整定方法であって、
   配電用変圧器に対して共通に電気的に接続された複数の配電線の中に、前記配電用変圧器からの距離に応じて電圧が上昇する電圧分布を有する電圧上昇配電線が存在するか否かを判定するステップと、
   前記複数の配電線の中に前記電圧上昇配電線が存在する場合において、前記電圧上昇配電線における最高電圧点での電圧と、前記配電用変圧器からの距離に応じて電圧が降下する電圧分布を有する配電線における最低電圧点での電圧とに基づいて、前記配電用変圧器からの仮の送出電圧を算出するステップと、
   前記仮の送出電圧に基づいて、前記線路電圧降下補償器の整定値を算出するステップとを備える、線路電圧降下補償器の整定方法。
2. 前記仮の送出電圧を算出するステップは、
   所定の時間における前記変圧器の送出電圧を基準電圧として、前記基準電圧から前記最高電圧点の電圧までの電圧上昇幅と、前記基準電圧から前記最低電圧点の電圧までの電圧下降幅とを算出するステップと、
   前記電圧上昇幅と、前記電圧下降幅と、所定の電圧目標値とに基づいて、前記仮の送出電圧からの前記電圧上昇幅と前記仮の送出電圧からの前記電圧下降幅とを加算した電圧変動範囲の中心値が、前記所定の電圧目標値となるように、前記仮の送出電圧を選定するステップとを含む、請求項１に記載の線路電圧降下補償器の整定方法。
3. 前記複数の配電線中に前記電圧上昇配電線が存在しない場合には、所定の時間において、前記配電用変圧器の送出電圧からの電圧降下が最小となる前記複数の配電線上の点の電圧と、前記配電用変圧器の送出電圧からの電圧降下が最大となる前記複数の配電線上の点の電圧とに基づいて、前記仮の送出電圧を算出するステップをさらに備える、請求項１に記載の線路電圧降下補償器の整定方法。
4. 前記整定値は、３つの整定対象値を含み、
   前記所定の時間は、
   前記配電用変圧器の負荷が最大となる第１の時間と、
   前記配電用変圧器の負荷が最小となる第２の時間と、
   前記第１および第２の時間帯と異なる第３の時間とを含み、
   前記整定値を算出するステップは、
   前記第１から第３の時間の各々において、前記仮の送出電圧と前記３つの整定対象値との関係を示す３つの方程式を作成するステップと、
   前記３つの方程式から前記３つの整定対象値を算出するステップとを含む、請求項２または３に記載の線路電圧降下補償器の整定方法。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の線路電圧降下補償器の整定方法によって算出された前記整定値が所定の範囲に含まれない場合に、前記複数の配電線の電圧管理に支障が生じる可能性が高いと判定するステップを備える、系統電圧管理の支障判定方法。
6. 配電線において生じる電圧降下を補償する線路電圧降下補償器の管理装置であって、
   配電用変圧器に対して共通に電気的に接続された複数の配電線の中に、前記配電用変圧器からの距離に応じて電圧が上昇する電圧分布を有する電圧上昇配電線が存在するか否かを判定する第１の判定手段と、
   前記複数の配電線の中に前記電圧上昇配電線が存在する場合において、前記電圧上昇配電線における最高電圧点での電圧と、前記配電用変圧器からの距離に応じて電圧が降下する電圧分布を有する配電線における最低電圧点での電圧とに基づいて、前記配電用変圧器
   からの仮の送出電圧を算出する第１の算出手段と、
   前記仮の送出電圧に基づいて、前記線路電圧降下補償器の整定値を算出する第２の算出手段とを備える、線路電圧降下補償器の管理装置。
7. 前記第１の算出手段は、
   所定の時間における前記変圧器の送出電圧を基準電圧として、前記基準電圧から前記最高電圧点の電圧までの電圧上昇幅と、前記基準電圧から前記最低電圧点の電圧までの電圧下降幅とを算出する手段と、
   前記電圧上昇幅と前記電圧下降幅とを加算した電圧変動幅の中心が、前記配電用変圧器からの送出電圧の目標値となるように、前記電圧上昇幅と、前記電圧下降幅と、前記目標値とに基づいて前記仮の送出電圧を選定する手段とを含む、請求項６に記載の線路電圧降下補償器の管理装置。
8. 前記第１の判定手段が、前記複数の配電線中に前記電圧上昇配電線が存在しないと判定した場合には、所定の時間において、前記配電用変圧器の送出電圧からの電圧降下が最小となる前記複数の配電線上の点の電圧と、前記配電用変圧器の送出電圧からの電圧降下が最大となる前記複数の配電線上の点の電圧とに基づいて、前記仮の送出電圧を算出する第３の算出手段をさらに備える、請求項６に記載の線路電圧降下補償器の管理装置。
9. 前記整定値は、３つの整定対象値を含み、
   前記所定の時間は、
   前記配電用変圧器の負荷が最大となる第１の時間と、
   前記配電用変圧器の負荷が最小となる第２の時間と、
   前記第１および第２の時間帯と異なる第３の時間とを含み、
   前記第２の算出手段は、
   前記第１から第３の時間の各々において、前記仮の送出電圧と前記３つの整定対象値との関係を示す３つの方程式を作成する手段と、
   前記３つの方程式から前記３つの整定対象値を算出する手段とを含む、請求項７または８に記載の線路電圧降下補償器の管理装置。
10. 前記整定値が所定の範囲に含まれない場合に、前記複数の配電線の電圧管理に支障が生じる可能性が高いと判定する第２の判定手段をさらに備える、請求項６から９のいずれか１項に記載の線路電圧降下補償器の管理装置。
11. 算出された前記整定値を用いて、前記線路電圧降下補償器を整定する整定手段をさらに備える、請求項６から１０のいずれか１項に記載の線路電圧降下補償器の管理装置。
12. 請求項１１に記載の線路電圧降下補償器の管理装置を備える、配電自動化システム。

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