JP2012175778A - 電圧無効電力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で最適な電圧及び無効電力の制御が可能な電圧無効電力制御装置を提供することを課題とする。
【解決手段】調相設備ＳＣ，ＳｈＲ及び変圧器ＴＲ−Ｓを有する所定変電所Ｓに設置する電圧無効電力制御装置１であって、前記所定変電所Ｓおよび該所定変電所Ｓよりも下流側の回路を模擬した回路モデルに、該所定変電所Ｓの上流側の電圧と該所定変電所が供給する有効電力および無効電力を入力し、該所定変電所Ｓの下流側の電圧と該所定変電所Ｓが供給する無効電力が規定の条件を満たすこととなる前記変圧器ＴＲ−Ｓのタップと前記調相設備ＳＣ，ＳｈＲの制御量を算出する演算部３と、前記演算部３が決定した制御量に基づいて前記調相設備ＳＣ，ＳｈＲと前記タップとを制御する制御部５と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、電圧無効電力制御装置に関する。

電力系統は、調相設備で系統の無効電力のバランスを図りながら、電圧調整器で需要家電圧を適正に維持している。系統の無効電力は系統構成や負荷潮流の変化によって絶えず変動し、無効電力が不足すれば系統電圧は低下するし、過剰になれば上昇する。そこで、系統の電圧および無効電力を適正に制御すべく、各種技術が開発されている（例えば、特許文献１〜６を参照）。

特開２０００−２６１９６５号公報 特開昭５９−６１４３３号公報 特開２００２−１６５３６７号公報 特開２００４−３２０８６０号公報 特開２００６−３２５３８０号公報 特開２０１０−０５７３１１号公報

電力系統にとって適正な無効電力量は系統構成や負荷潮流の変化によって時々刻々と変動している。このため、各変電所の電圧無効電力制御装置（ＶＱＣ）では、例えば、２次側の電圧変動に応じてタップを切り替え、１次側の電圧変動に応じて調相設備を制御している。しかし、この場合、実需要が想定した需要曲線と乖離し得るため、最適な電圧調整や調相制御が実現されるとは言い難い。特に、先行技術文献においては、特許文献２で変圧器のタップの検討がなされているが、目標とする無効電力と電圧に収めるための制御量を議論しているに過ぎず、すべての特許文献で調相設備と変圧器のタップの関係について整理されたものはない。また、無効電力Ｑや電圧Ｖを独立して検出して調相設備や変圧器のタップを制御する場合には、昼と夜の感度、つまり送電線の有効電力や変電所の無効電力の変化量に対する、送電線の無効電力や変電所の電圧値の変化率が異なるために、同じ有効電力の変化量に対して制御すべき対象が無効電力であったり電圧であったりと、適切に制御できないこととなる。

これらを是正するため、各変電所のＶＱＣを集中制御型とする方策も考えられる。しかし、この場合は、各変電所と中央給電指令所等との間で、外乱やセキュリティ等の側面で信頼性の高い通信手段を構築する必要がある。また、中央装置においても故障時を想定して冗長性を持たせた複数台運用が必要である。加えて、電力系統の設備は常に更新されており、更新に応じたＶＱＣのソフトウエアの書き換えなどのメンテナンスも欠かせないため、莫大なイニシャルコストやランニングコストが掛かる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で最適な電圧及び無効電力の制御が可能な電圧無効電力制御装置を提供することを課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、変電所の構内およびこれよりも下流側の回路を模擬した回路モデルに基づいて変圧器のタップと調相設備の制御量を演算し、これに基づい
て制御することにした。

詳細には、調相設備及び変圧器を有する所定変電所に設置する電圧無効電力制御装置であって、前記所定変電所および該所定変電所よりも下流側の回路を模擬した回路モデルに、該所定変電所の上流側の電圧と該所定変電所が供給する有効電力および無効電力を入力し、該所定変電所の下流側の電圧と該所定変電所が供給する無効電力が規定の条件を満たすこととなる前記変圧器のタップと前記調相設備の制御量を算出する演算部と、前記演算部が決定した制御量に基づいて前記調相設備と前記タップとを制御する制御部と、を備える。

上記電圧無効電力制御装置であれば、既設のハードウェアをほとんどそのまま流用しつつも、従来のように単純な電圧あるいは無効電力の一定制御でなく、回路モデルに基づいて適正に算出された最適な制御を行うことができる。

なお、前記演算部は、前記所定変電所内の開閉器の状態に基づいて前記回路モデルのパラメータを修正するものであってもよい。これによれば、従来よりも広い情報認識範囲に基づく制御量の算出が行われるので、より最適な制御量を算出できる。

また、前記演算部は、前記所定変電所と系統上隣接する供給先から該供給先における有効電力と無効電力との相関関係を取得し、取得した該相関関係および該所定変電所における有効電力と無効電力との相関関係に基づいて所定時間経過後の相関関係を推定し、該推定結果と前記回路モデルとから前記変圧器のタップと前記調相設備の制御量を算出するものであってもよい。これによれば、自立分散型を基調としつつ、各変電所における電圧及び無効電力の制御に必要な情報がバケツリレー方式で重畳的に伝達されるため、集中制御型のような大規模な設備を導入しなくても系統全体の電圧及び無効電力の制御が最適化される。そして、調相設備の制御が所定時間経過後の状態を先取りして行なわれるため、調相設備の頻繁な作動を防いで機器の作動回数を削減できる。これにより、保守の頻度や設備の更新頻度を削減することができる。

簡易な構成で最適な電圧及び無効電力の制御が可能となる。

実施形態に係るＶＱＣを備えた変電所を取り巻く系統構成図である。 変電所の概略構成図である。 ＶＱＣ、及び調相設備の構成図である。 実施形態に係るＶＱＣが実行する第一の制御フローである。 変電所と需要家を模擬した簡易なモデル回路構成である。 負荷インダクタンスと変圧比との関係を示した第一のグラフである。 負荷インダクタンスと変圧比との関係を示した第二のグラフである。 仮想の需要曲線とこれに基づくＶＱＣの制御パターン、及び実需要曲線の関係を示した図である。 系統構成の変更例を示した図である。 ＶＱＣの情報認識範囲を示した図である。 実施形態に係るＶＱＣが認識する情報と系統構成との関係を示した表である。 変形例に係るＶＱＣが実行する第二の制御フローである。 系統構成の変更前後の変化を示した図である。 系統構成の変更前後のＰＱ相関の変化を示したグラフである。 変形例に係るＶＱＣが実行する第一の制御フローである。 変圧器を４台備えた変電所における第一の運用状態を示す図である。 変圧器を４台備えた変電所における第二の運用状態を示す図である。 変圧器を４台備えた変電所における第三の運用状態を示す図である。

以下、本願発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る電圧無効電力制御装置（以下、単にＶＱＣ（Voltage Q (reactive power) Control）という）を備えた変電所を取り巻く系統構成図である。以下の説明では、本実施形態に係るＶＱＣが変電所Ｓに設けられていることを前提に説明するが、このＶＱＣは、何れの変電所にも適用可能である。

＜システム構成＞
本実施形態に係るＶＱＣを備えた変電所Ｓは、変電所Ｇや需要家Ａ，Ｂと送電線で繋がっており、上位の変電所Ｇから送電された電気を変電して需要家Ａや需要家Ｂへ送ることが可能である。電力系統には、変電所Ｓと同様の変電所が多数設けられており、例えば、図１の例であれば、変電所Ｇから送電された電気を変電して需要家Ｂ，Ｃへ送ることが可能な変電所Ｔ、変電所Ｇあるいは変電所Ｈから送電された電気を変電して需要家Ｄへ送ることが可能な変電所Ｕ、変電所Ｇから変電所Ｈを介して送電された電気を変電して需要家Ｅへ送ることが可能な変電所Ｒが設けられている。なお、図１の例では、変電所Ｔと需要家Ｂとを繋ぐ送電線Ｔ−Ｂ（以下、各送電線名を両端の変電所や需要家の記号で示す）や送電線Ｈ−Ｕが開いているが、電力系統の系統構成は供給信頼度や各種の工事計画等に基づいて適宜変更される。

変電所Ｓの構内には、図２に示すように、電圧を変換する変圧器ＴＲ−Ｓ、送電線Ｇ−Ｓと変圧器ＴＲ−Ｓの１次側の母線との電路を開閉する遮断器ＣＢ−ＳＧ、変圧器ＴＲ−Ｓの２次側の母線と送電線Ｓ−Ａとの電路を開閉する遮断器ＣＢ−ＳＡ、及び変圧器ＴＲ−Ｓの２次側の母線と送電線Ｓ−Ｂとの電路を開閉する遮断器ＣＢ−ＳＢが備わっている。電力系統の系統構成は、変電所等に設けられた多数の遮断器が中央給電指令所や地域の給電指令所等からの指令で開閉されることにより、適宜変更される。変電所Ｓの構内にある遮断器ＣＢ−ＳＧ，ＳＡ，ＳＢについても同様であり、中央給電指令所や地域の給電指令所等からの指令で開閉される。もっとも、遮断器ＣＢ−ＳＧ，ＳＡ，ＳＢは、系統事故等の際に保護継電器が作動して開閉されることもある。

また、変電所Ｓの構内には、図３に示すように、進相無効電力を供給する電力コンデンサＳＣや進相無効電力を吸収する分路リアクトルＳｈＲが設けられており、系統電圧を調整可能なようになっている。本実施形態に係るＶＱＣ１は、系統電圧を基準値に保つと共に送電損失を小さくするべく、変圧器ＴＲ−Ｓの１次側の電圧や無効電力、２次側の電圧、遮断器ＣＢ−ＳＡ，ＳＢの開閉状態に基づいて、電力コンデンサＳＣや分路リアクトルＳｈＲの遮断器の開閉や変圧器ＴＲ−Ｓにおける負荷時タップ切替器（ＬＴＣ）のタップ切り替えを行う。

ＶＱＣ１は、日中の電力需要の増加により無効電力が不足している場合、すなわち、変圧器ＴＲ−Ｓの１次側の母線電圧あるいは通過無効電力量が基準値よりも低下した場合には、電力コンデンサＳＣの遮断器を投入する。これにより、系統電圧の回復が図られる。また、ＶＱＣ１は、夜間の電力需要の減少により無効電力が過剰な場合、すなわち、変圧器ＴＲ−Ｓの１次側の母線電圧あるいは通過無効電力量が基準値よりも上昇した場合には、分路リアクトルＳｈＲの遮断器を投入する。また、ＶＱＣ１は、変圧器ＴＲ−Ｓの２次側の母線電圧が基準値よりも低下した場合には、変圧器ＴＲ−ＳのＬＴＣを動作させる。

ＶＱＣ１は、プロセッサやメモリ、入出力インターフェース等によって構成されており
、各種データを演算して各種制御信号を出力する。ＶＱＣ１は、メモリ上にロードしたプログラムをプロセッサやメモリ、入出力インターフェースが協働して実行することにより、図３に示すように、無効電力検出部２や演算部３、設定部４、制御部５を実現する。無効電力検出部２はその名の通り、変圧器ＴＲ−Ｓの通過無効電力を検出する。また、演算部３は、取得した有効電力Ｐや無効電力Ｑ、或いは構内遮断器の状態に関する情報等に基づいて各種の演算を行う。設定部４は、ＶＱＣ１がＬＴＣやＳＣ，ＳｈＲの制御に際して用いる、基準となるべき電圧値や無効電力値等に関するデータを提供する。制御部５は、設定部４から与えられるデータに基づいてＬＴＣやＳＣ、ＳｈＲを制御する。

＜ＶＱＣが実行する制御の内容＞
以下、本実施形態に係るＶＱＣ１が実行する制御について説明する。図４は、ＶＱＣ１が実行する制御のフローチャートである。ＶＱＣ１は、図４のフローチャートに示す制御を常に実行しており、電力系統の状態に応じたＳＣやＳｈＲ、ＬＴＣの制御を行う。

（ステップＳ１０１）ＶＱＣ１は、ＳＣやＳｈＲの遮断器の開閉状態、ＬＴＣのタップ位置の状態、及び変電所Ｓの母線構成に関する情報を取得する。

（ステップＳ１０２）次に、ＶＱＣ１は、変圧器ＴＲ−Ｓの１次側の電圧Ｖｐや有効電力Ｐ（Ｔ）、無効電力Ｑ（Ｔ）に関する情報を取得する。なお、有効電力Ｐ（Ｔ）や無効電力Ｑ（Ｔ）の代わりに電流Ｉと位相角θに関する情報を取得して有効電力や無効電力を算出してもよい。有効電力や無効電力は日負荷変動によって変化するため、ここでは有効電力をＰ（Ｔ）と表し、無効電力をＱ（Ｔ）と表すことで、有効電力および無効電力が時刻Ｔに依存することを明らかにしている。

（ステップＳ１０３）次に、ＶＱＣ１は、ステップＳ１０２で取得した各プロセス値（Ｖｐ，Ｐ（Ｔ），Ｑ（Ｔ））から、電力コンデンサＳＣや分路リアクトルＳｈＲの最適な投入量（Ｙｒ）やＬＴＣの最適な位置（ｎｒ）を算出する。

ここで、本実施形態に係るＶＱＣ１は、ステップＳ１０２で取得した各プロセス値に基づいて電力コンデンサＳＣや分路リアクトルＳｈＲの遮断器を開閉したり変圧器ＴＲ−Ｓのタップを切り替えたりするが、電力系統の状態は系統構成や時々刻々と変化する電力潮流に依存する。

図５は、変電所と需要を模擬した簡易なモデル回路である。以下の各数式において、Ｖｐは変電所１次電圧、Ｖｓは変電所２次電圧、Ｚｔは変電所１次側から負荷側を見たインピーダンス、ｎは変圧器の変圧比率（タップ比）、Ｘは変電所内の直列リアクタンス、ＹとＺは変電所２次側からみた並列リアクタンスと負荷インピーダンスである。変電所の調相設備もＹに含めている。Ｐ，Ｑは変圧器１次側通過有効電力及び無効電力である。

このとき、Ｚｔは各変数を用いて次式で表現される。一般的には、Ｘは正の値であり、無効電力ＱをゼロにするためにはＹが負の値を取ることを条件としている。

ここで最適な自動制御とは、変圧器通過無効電力を規定の範囲内に収め、変圧器の２次側母線電圧を規定の基準値に維持することにあるが、例えば、変圧器１次側通過無効電力をゼロにするには、換言すると、虚数部をゼロにするということは、以下の条件を満たすことになる。

この式から、どのような負荷インピーダンスＹ，Ｚをとっても、次式のようにｎを制御すればよいことが判る。

また、変圧器の２次側母線電圧を一定に維持するためには、以下の数式が成立することになる。

この式に上記Ｚｔを代入することで次式の条件が得られる。

但し、代入するＺｔは以下の通りである。

図６は、上記条件式において、Ｖｐ（絶対値）＝１．０［ｐ．ｕ．］、Ｖｓ（絶対値）＝１．０［ｐ．ｕ．］、且つＸ＝１．０［ｐ．ｕ．］としたＹとｎとの関係を示したグラフである。細線は無効電力Ｑをゼロとする条件式の曲線であり、太線はＶｓ一定を条件とする曲線である。実線はＺ＝１０［ｐ．ｕ．］の場合、点線はＺ＝８［ｐ．ｕ．］の場合である。太線と細線のそれぞれの交点は最適運用となる条件であり、Ｚ＝１０［ｐ．ｕ．］において運転点ｎ＝１．００５、Ｙ＝−１００［ｐ．ｕ．］が最適となるが、需要が増加してＺ＝８［ｐ．ｕ．］となれば運転点ｎ＝１．００８，Ｙ＝−６４［ｐ．ｕ．］が最適となり、変圧器タップの上昇と並列コンデンサの投入などが必要となる。よって、最適運用となるＹとｎは、Ｚの値、つまり電力需要に応じて変化することが判る。

また、図７は、図６と同様、Ｖｐ（絶対値）＝１．０［ｐ．ｕ．］、Ｖｓ（絶対値）＝１．０［ｐ．ｕ．］且つＺ＝１０［ｐ．ｕ．］としたＹとｎの関係を示すグラフである。実線はＶｓが一定の曲線であり、点線は無効電力Ｑをゼロとする条件式の曲線である。点線において太線はＸ＝１［ｐ．ｕ．］とした場合、細線はＸ＝２［ｐ．ｕ．］とした場合の無効電力Ｑをゼロとする条件式の曲線である。上記変電所Ｓでは構内に１台の変圧器ＴＲ−Ｓのみを図示しているが、例えば、変電所内において、並列運用する変圧器の台数が遮断器の入切によって変化すれば、Ｘも変化することになる。

例えば、変圧器１台でＸ＝２［ｐ．ｕ．］の場合に、同じ変圧器を２台並列運用すると、Ｘ＝１［ｐ．ｕ．］となることから、変電所内の系統構成によっても最適運用は影響を受けることが判る。このグラフから、例えばＸ＝１［ｐ．ｕ．］の場合においては、両曲線の交点である運転点ｎ＝１．００５，Ｙ＝−１００［ｐ．ｕ．］が最適運用であるが、Ｘ＝２［ｐ．ｕ．］の場合においては、両曲線の交点である運転点ｎ＝１．０２，Ｙ＝−５０［ｐ．ｕ．］が最適運用となり、変圧器タップの上昇と並列コンデンサの投入などが必要となる。最適運用の状態はＸの値でも変化することが判る。

上記より、電力系統にとって最適なＬＴＣの切り替えや電力コンデンサＳＣ、分岐リアクトルＳｈＲの投入や開放は、系統構成の状態や負荷の潮流状態に依存することが判る。よって、従来から行われているように、代表的な電力潮流のシミュレーションから得た、ＬＴＣ，ＳＣ，ＳｈＲの自動制御を行うためのＶＱＣのパターン基準値では、図８に示すように、実際の需要曲線（図８（Ｂ）を参照）が、ＶＱＣに設定されたパターン基準値が想定している需要曲線（図８（Ａ）を参照）から乖離しているような場合や、系統構成が変更されているような場合に、最適なＬＴＣの切り替えやＳＣ，ＳｈＲの投入解放の運用が行われ得ないことを意味する。

例えば、従来からあるＶＱＣのように設定されている電圧パターン基準値が一定な状態において、図１に示した系統構成が変更された場合を考える。需要家Ａの昼の消費電力Ｐａが５．０［ｐ．ｕ．］で無効電力Ｑａが１．０［ｐ．ｕ．］、需要家Ｂの昼の消費電力Ｐｂが５．０［ｐ．ｕ．］で無効電力Ｑｂが４．０［ｐ．ｕ．］であり、夜間は共に半減するものとする。なお、需要家Ａの消費電力Ｐａと無効電力Ｑａとは、供給する送電線以下で消費される有効電力と無効電力であり、送電線以下の系統内に設けられた調相設備の稼動や系統構成の切り替えに伴う需要変動に起因するものも含む。

この場合、変電所ＳのＶＱＣは、昼の有効電力Ｐｓが１０．０［ｐ．ｕ．］で無効電力Ｑｓが５．０［ｐ．ｕ．］、夜の有効電力Ｐｓが５．０［ｐ．ｕ．］で無効電力Ｑｓが２．５［ｐ．ｕ．］という設定のパターン基準値に基づいて無効電力制御と変圧比の制御を行うことになる。ところが、例えば、ＣＢ−ＳＢが開放されたりすることにより、系統構成が図９のように変更されて、変電所Ｓから需要家Ｂへの送電が無くなると、昼の有効電力Ｐｓは夜の有効電力と同じ値５．０［ｐ．ｕ．］で無効電力Ｑｓは１．０［ｐ．ｕ．］となることから、ＶＱＣの制御パターンが系統構成の変更によって変化してしまい、この制御パターンでは系統構成変更後に最適なＬＴＣやＳＣ、ＳｈＲの自動制御が行えなくなることが判る。

ここで、系統状態を把握するための方法としては、ＶＱＣを集中制御型とする方策も考えられる。但し、この場合は、各変電所に設置される端末としてのＶＱＣと、中央給電指令所等に設置されるＶＱＣの中央装置との間で信頼性の高い電力用通信手段を構築する必要がある。また、中央装置においても故障時を想定して冗長性を持たせた複数台運用が必要である。加えて、電力系統の設備は常に更新されており、更新に応じたＶＱＣのソフトウエアの書き換えなどのメンテナンスも欠かせない。

そこで、本実施形態に係るＶＱＣ１は、このような集中制御型を採らないものの、自律分散制御を指向するものであり、具体的には、ＶＱＣの制御対象は従来通りＬＴＣやＳＣ，ＳｈＲのみとしつつ、図１０に示すように、従来例ではＶＱＣの情報認識範囲が同一構内にある変圧器の１次側電圧や無効電力、２次側の電圧だけであったものを、本実施形態に係るＶＱＣでは同一構内にある遮断器の開閉状態にまで拡大し、変電所Ｓに需要家Ａや需要家Ｂへの送電線が接続されているか否かまで含めることとする。ＶＱＣの制御対象範囲は従来通りとすることで、既存のＶＱＣを利用でき、集中制御型の通信設備や中央装置の新設が不要である。

上述したように、最適運用となるＬＴＣやＳＣ、ＳｈＲの制御量は、電力需要の変動、或いは並列運用する構内変圧器の台数や下位変電所へ繋がる線路の接続状態といった変電所内の系統構成によって影響を受けるが、本実施形態に係るＶＱＣ１は、情報認識範囲を図１０の「実施例」として示す範囲に拡大することで上記条件式におけるＸやＺを特定し、各条件式から得られるグラフの交点から最適運用となるＹおよびｎを算出できる。ＶＱＣ１は、算出したＹおよびｎを、ＳＣやＳｈＲ、ＬＴＣの最適な制御量（ｎｒ，Ｙｒ）として決定する。

（ステップＳ１０４）次に、ＶＱＣ１は、ステップＳ１０１で取得したＳＣやＳｈＲの遮断器の開閉状態やＬＴＣのタップ位置に関する情報に基づく、現状のＳＣやＳｈＲの投入量（Ｙ）及びＬＴＣの位置（ｎ）と、ステップＳ１０３で算出したＳＣやＳｈＲ、ＬＴＣの最適な制御量（ｎｒ，Ｙｒ）とを比較する。ＶＱＣ１は、ＳＣやＳｈＲ、ＬＴＣの調整が不要な場合、すなわち、現状の制御量と最適な制御量とが一致しており、ｎ，Ｙに過不足が無ければ、再びステップＳ１０２以降の処理を実行する。一方、ＶＱＣ１は、ＳＣやＳｈＲ、ＬＴＣの調整が必要な場合、すなわち、現状の制御量（ｎ，Ｙ）と最適な制御量（ｎｒ，Ｙｒ）とが一致しておらず、ｎ，Ｙに過不足が有れば、ステップＳ１０５以降の処理を実行する。

（ステップＳ１０５）ＶＱＣ１は、ステップＳ１０５でｎ，Ｙに過不足が有ると判定した場合、現状のＳＣ，ＳｈＲ、ＬＴＣの制御量（ｎ，Ｙ）が最適な制御量（ｎｒ，Ｙｒ）と一致するように、ＳＣやＳｈＲの遮断器の投入や開放、或いはＬＴＣのタップ位置の変更を行う。そして、ＶＱＣ１は、再びステップＳ１０１以降の処理を実行する。

＜ＶＱＣの効果＞
以上、本実施形態に係るＶＱＣ１によれば、情報認識範囲を拡張することで電力需要の変動や変電所内の系統構成から最適運用となるＹおよびｎを数式から算出し、算出した制御量に基づいてＳＣやＳｈＲ、ＬＴＣを動かしているので、最適な電圧及び無効電力の制御が可能となる。

＜変形例１＞
なお、上記ＶＱＣ１は次のように変形してもよい。例えば、特定の変電所に設置されているＶＱＣの情報認識範囲は、必ずしも隣接する下位の変電所に設置されているＶＱＣの情報認識範囲に接しているわけではない。ここで上位と下位は、送電線を流れる電力潮流方向が上位から下位となる向きに定義している。これは、先のモデル等価回路において説明したとおり、ＶＱＣは変電所から負荷側を見ていることに依る。ＶＱＣが負荷側に対して最適な制御を行うためには電力潮流の向きが重要な情報要素となり、この意味において、変電所から電力潮流が出て行く送電線接続状況だけではなく、送電線の先において受電している変電所の電力潮流や系統状況を把握し、隣接する変電所の負荷側のインピーダンスと送電線の電力潮流状況を認識する必要がある。

例えば、図１の変電所Ｇ，Ｔ，Ｕの関係において説明すると、最適な制御を行うためには、送電線が途中で分岐している場合に、変電所Ｇの下位に変電所ＴやＵが接続されているのか、また、その場合の電力潮流の向きは変電所Ｇからみて負荷側となる向きであるのかも含めて、変電所ＧのＶＱＣは情報を認識する必要がある。例えば、変電所Ｕが負荷側に含まれない場合、すなわち、電力潮流が変電所ＧとＵから変電所Ｔに向いている場合、これを変電所ＧのＶＱＣが認識するためには、隣接する変電所Ｔ，Ｕの情報が欠かせない。これは、送電線で消費される無効電力も送電線の電力潮流状況に応じて変化するために、各送電線のブランチの電力潮流状況を推定する必要があることによる。なお、各送電線のブランチの電力潮流状況は、隣接する送電設備の系統定数（線路インピーダンス）が既知であるため、推定可能である。

そこで、図１１の表に基づき、ＶＱＣ１に隣接する変電所の情報を認識させる変形例を説明する。図１１の表の下段においては、上位の変電所から負荷（需要）側を見たときの記号を「＞」で表し、その隣接変電所名を括弧で囲んでいる。負荷側に位置しない上位変電所は、その括弧の中において「＊」と表現する。電力潮流方向は電流値から特定し、供給先の変電所あるいは需要家の有無は変電所内の遮断器の開閉状態から特定する。ＶＱＣ１は、このように情報を管理することにより、負荷側ではないが情報送信先が存在することを認識できる。情報の送信は、送電線保護継電器用の伝送回線などを経由して行なう。

例えば、図１１の表の「系統構成１」において、変電所ＳのＶＱＣ１は、需要家Ａの送電線Ｓ−Ａと需要家Ｂの送電線Ｓ−Ｂを認識しており、送電線Ｓ−ＡとＳ−Ｂの線路インピーダンスによる無効電力消費量を含めて集約した需要家ＡとＢの負荷インピーダンスを情報「Ｓ＞（＊，Ａ，Ｂ）」として認識する。図１１の「系統構成１」では変電所Ｇが変電所Ｓの上流側に位置しており、負荷側には位置していないため、情報「Ｓ＞（＊，Ａ，Ｂ）」には「Ｇ」が示されていないが、変電所Ｇは系統に連系されているため、電力潮流の方向によっては変電所Ｇが変電所Ｓよりも負荷側に位置する可能性もあるため、変電所Ｇを「＊」で表している。電力潮流が逆向きになれば、「＊」が「Ｇ」になる。変電所Ｇは、負荷側として変電所Ｈ、Ｓ、ＴそしてＵを下位の変電所として持つことから、変電所ＧのＶＱＣ１は、送電線Ｇ−Ｓの線路インピーダンスと変電所Ｓの１次側から負荷側を見た負荷インピーダンスによる無効電力消費量を含めて集約した負荷インピーダンスをはじめとして、送電線Ｇ−Ｔ−Ｕや送電線Ｇ−Ｈを並列回路とするすべてを集約した負荷インピーダンスを情報「Ｇ＞（Ｈ，Ｓ，Ｔ，Ｕ）」として認識し、最適制御を行う。これにより、算出されるＳＣやＳｈＲ、ＬＴＣの制御量がより適正な値になるので、最適な電圧及び無効電力の制御が実現される。

図１１の表の「系統構成２」は、「系統構成１」の電力系統の系統切り替えを実施した例である。需要家Ｂは変電所Ｓから変電所Ｔに、変電所Ｕは変電所Ｇから変電所Ｈに系統を切り替えている。この系統構成で各ＶＱＣ１が認識する情報としては、「系統構成１」では［Ｇ＞（Ｈ，Ｓ，Ｔ，Ｕ）， Ｈ＞（＊，＊，Ｒ）， Ｓ＞（＊，Ａ，Ｂ）， Ｔ＞（＊，＊，＊，Ｃ）， Ｕ＞（＊，＊，Ｄ）， Ｒ＞（＊，Ｅ）］であったものが、「系統構成２」では［Ｇ＞（Ｈ，Ｓ，Ｔ，＊）， Ｈ＞（＊，Ｕ，Ｒ）， Ｓ＞（＊，Ａ，＊）， Ｔ＞（＊，＊，Ｂ，Ｃ）， Ｕ（＊，＊，Ｄ）， Ｒ（＊，Ｅ）］に変化する。

更には、「系統構成１」において送電線Ｇ−Ｈと送電線Ｈ−Ｒの各電力潮流方向が逆転した場合には、「系統構成３」のようになり、先の情報は［Ｇ＞（＊，Ｓ，Ｔ，＊）， Ｈ＞（Ｇ，Ｕ，＊）， Ｒ＞（Ｈ，Ｅ）， Ｓ＞（＊，Ａ，＊）， Ｔ＞（＊，＊，Ｂ，Ｃ）， Ｕ＞（＊，＊，Ｄ）］に変更となる。

なお、情報認識範囲は限定的であり、例えば「系統構成３」において、変電所Ｒが変電所Ｇの状況を認識することはない。認識させるためには、先に述べたとおり、集中型のように変電所Ｇから変電所Ｒに向けての情報伝達手段が必要になるが、この場合、例えば、変電所間の線路インピーダンスが設備更新などで変更され若しくは新設されるような場合には、各ＶＱＣに登録される情報をすべて書き換える必要性が出てくる。

＜変形例２＞
なお、上記ＶＱＣ１は次のように変形してもよい。図１２は、変形例に係るＶＱＣ１が図４の処理フローと並列に実行する別処理フローである。以下、本変形例に係るＶＱＣ１が実行する処理について説明する。

（ステップＳ２０１）ＶＱＣ１は、上述したステップＳ１０２の処理を実行後、取得したプロセス値、すなわち、有効電力Ｐの履歴記録Ｐ（Ｔ）や無効電力Ｑの履歴記録Ｑ（Ｔ）、ｎやＹを基に、有効電力と無効電力との相関関係であるＰＱ相関を作成する。ＰＱ相関は、データ列によって特定されたものであってもよいし数式によって特定されたものであってもよい。

（ステップＳ２０２）次に、ＶＱＣ１は、送電線保護継電器用の伝送回線を経由して送られる下位の変電所や需要家からＰＱ相関を取得する。

例えば、図１３に示すように、送電線Ａ−Ｂと繋がっているＡ変電所のＶＱＣが、有効電力Ｐが（Ｐａ＋Ｐｂ）、無効電力Ｑが（Ｑａ＋Ｑｂ）となるＰＱ相関Ｑ＝αａｂ×Ｐ＋βａｂに基づいて電圧・無効電力制御を行っていたものとする。αａｂはＰに対する比例係数、βａｂは送電線Ａ−Ｃに固有の無効電力成分と送電線Ａ−Ｂに固有の無効電力成分とＡ変電所に固有の無効電力成分の和であり、有効電力成分に依存しない。ここで、系統構成の変更によって送電線Ａ−ＢがＢ変電所からの送電系統となった場合、従来例に係るＶＱＣは各送電線のＰＱ相関を知り得ない状況から、（Ｐａ＋Ｐｂ）が最大電力需要断面とした上で、前記ＰＱ相関をＱ＝αａ’×Ｐ＋βａ’、αａ’＝αａｂ、βａ’＝ βａ
ｂ×Ｐａ／（Ｐａ＋Ｐｂ）＋βｃとして処理していた。なお、βｃは系統変更などに依らない一定の無効電力成分である。しかしながら、本来は、各送電線の実績に応じて求まるＰＱ相関式Ｑ＝αａ×Ｐ＋βａ＋ＱｃとＱ＝αｂ×Ｐ＋βｂに基づき、Ａ変電所ではＰＱ相関Ｑ＝αａ×Ｐ＋βａに基づいて電圧・無効電力制御を行うべきであり、図１４のグラフに示すように、必ずしも直線の傾きαａ’は実績の値αａに一致せず、また、Ａ変電所の有効電力Ｐａに応じて従来方式のＶＱＣが認識する無効電力Ｑａ’も実績の値Ｑａと異なることとなり、系統構成変更前に参照していた無修正のＰＱ相関では適切な電圧・無効電力制御が実現できないことが判る。なお、ＰＱ相関の関係においては、ＱがＰの１次式
であるとして説明したが、多項式（ｎ次式）であっても良い。

（ステップＳ２０３）そこで、本実施形態に係るＶＱＣ１は、下位の変電所あるいは需要家から送られたＰＱ相関に基づいて、自身のＰＱ相関を修正する。

（ステップＳ２０４）また、ＶＱＣ１は、修正したＰＱ相関を上位変電所である変電所Ｇへ送信する。

（ステップＳ２０５）ＶＱＣ１は、修正済のＰＱ相関と規定の日負荷変動曲線とに基づいて、ｔ時間経過後の有効電力Ｐと無効電力Ｑを推定する。ここで、時間ｔとは、有効電力Ｐと無効電力Ｑの推定結果に基づくＳＣ，ＳｈＲの投入開放やＬＴＣの切り替えを現時点で実行することが妥当であるのか否かの判定のための設定時間であり、電圧・無効電力制御を行う機器の作動回数を削減する目的で設定される時間である。ＶＱＣ１は、規定の日負荷変動曲線に基づいてｔ時間経過後の有効電力Ｐを推定する。そして、ＶＱＣ１は、推定した有効電力Ｐと修正済のＰＱ相関との関係に基づいて、ｔ時間経過後の無効電力Ｑを推定する。

（ステップＳ２０６）ＶＱＣ１は、推定したｔ時間経過後の有効電力Ｐと無効電力Ｑに基づいて、ＳＣやＳｈＲ、ＬＴＣの最適な制御量（ｎｒ’，Ｙｒ’）を算出する。

以上に示した一連の処理フロー（Ｓ２０１〜Ｓ２０６）が実行されることによって算出されたｔ時間後の最適な制御量（ｎｒ’，Ｙｒ’）は、以下の処理によってＶＱＣ１の制御フローに反映される。

図１５は、本変形例に係るＶＱＣ１が実行する制御のフローチャートであり、図４に示したフローチャートを改変したものである。図４に示したフローチャートとの相違点は、新たなステップＳ１０６をステップＳ１０４とステップＳ１０５との間に挿入した点であり、その他のステップで実行される処理の内容は既述のものと同様なため、それらの詳細な説明は省略する。

（ステップＳ１０６）本変形例に係るＶＱＣ１は、ステップＳ１０４で肯定判定を下した場合、ステップＳ１０１で取得したＳＣやＳｈＲの遮断器の開閉状態、ＬＴＣのタップ位置に関する情報に基づく現状のＳＣ，ＳｈＲ、ＬＴＣの制御量（ｎ，Ｙ）と、上記別フローのステップＳ２０６で算出したｔ時間経過後の最適な制御量（ｎｒ’，Ｙｒ’）とを比較する。

ＶＱＣ１は、ｔ時間経過後にはＳＣやＳｈＲ、ＬＴＣの調整が不要と推定される場合、すなわち、現状の制御量（ｎ，Ｙ）とｔ時間経過後の最適な制御量（ｎｒ’，Ｙｒ’）とが一致しており、ｎ，Ｙに過不足が無ければ、再びステップＳ１０２以降の処理を実行する。

一方、ＶＱＣ１は、ｔ時間経過後もＳＣやＳｈＲ、ＬＴＣの調整が必要と推定される場合、すなわち、現状の制御量（ｎ，Ｙ）とｔ時間経過後の最適な制御量（ｎｒ’，Ｙｒ’）とが一致しておらず、ｎ，Ｙに過不足が有れば、最適な制御量（ｎｒ’，Ｙｒ’）に基づくステップＳ１０５の処理を実行する。この場合、ＶＱＣ１は、上述したステップＳ１０５の処理において、現状のＳＣ，ＳｈＲ、ＬＴＣの制御量（ｎ，Ｙ）がｔ時間経過後の最適な制御量（ｎｒ’，Ｙｒ’）と一致するように、ＳＣやＳｈＲの遮断器の投入や開放、或いはＬＴＣのタップ位置の変更を行うことになる。そして、ＶＱＣ１は、再びステップＳ１０１以降の処理を実行する。

本変形例に係るＶＱＣ１は、このように下位変電所のＰＱ相関を記憶しておき、系統切り替えやＰの変化に応じて必要なＱを予見することで、不要なタップ操作や調相設備の入切を無くして機器の操作回数を減らし、予測制御を可能にしている。

なお、本実施形態に係るＶＱＣは、複数の変圧器を有する変電所にも設置できる。この場合、本実施形態に係るＶＱＣは、例えば、図１６に示すように、同一変電所内に１つのみ設置し、各変圧器を並列運用により１つのユニットとして取り扱い、送電線Ａの代表的な電力潮流状態を想定して最適制御を行ってもよい。

また、本実施形態に係るＶＱＣは、例えば、図１７に示すように、同一変電所内に２つのＶＱＣを設置し、ＶＱＣ１が制御する変圧器群とＶＱＣ２が制御する変圧器群とを分けた分割系統として、ＶＱＣ１が送電線Ａを、ＶＱＣ２が送電線Ｂを制御してもよい。

なお、電力潮流が反転し、例えば、図１８に示すような状態になれば、ＶＱＣ１の制御範囲はＶＱＣ２の制御範囲の上位に位置することになるため、同じ変電所Ｓの構内にありながら２つの変電所を含むように、各ＶＱＣが隣接するＶＱＣと協調をとって制御を行うことになる。

１・・ＶＱＣ
２・・無効電力検出部
３・・演算部
４・・設定部
５・・制御部

Claims (3)

1. 調相設備及び変圧器を有する所定変電所に設置する電圧無効電力制御装置であって、
   前記所定変電所および該所定変電所よりも下流側の回路を模擬した回路モデルに、該所定変電所の上流側の電圧と該所定変電所が供給する有効電力および無効電力を入力し、該所定変電所の下流側の電圧と該所定変電所が供給する無効電力が規定の条件を満たすこととなる前記変圧器のタップと前記調相設備の制御量を算出する演算部と、
   前記演算部が決定した制御量に基づいて前記調相設備と前記タップとを制御する制御部と、を備える、
   電圧無効電力制御装置。
2. 前記演算部は、前記所定変電所内の開閉器の状態に基づいて前記回路モデルのパラメータを修正する、
   請求項１に記載の電圧無効電力制御装置。
3. 前記演算部は、前記所定変電所と系統上隣接する供給先から該供給先における有効電力と無効電力との相関関係を取得し、取得した該相関関係および該所定変電所における有効電力と無効電力との相関関係に基づいて所定時間経過後の相関関係を推定し、該推定結果と前記回路モデルとから前記変圧器のタップと前記調相設備の制御量を算出する、
   請求項１または２に記載の電圧無効電力制御装置。

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