JP2015008610A - 電圧調整装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電圧調整装置1は、電力系統に接続される変圧器2のタップを切り替える負荷時タップ切替器4を制御して電力系統の線路91による電圧降下を補償する電圧降下補償部52を有する電圧調整継電器5と、電力系統の潮流方向を判断し、逆潮流ならば電圧降下補償部52を不使用とする電力方向継電器7とを有する。
【選択図】図1
Description
近年の二酸化炭素の排出の問題や化石燃料の枯渇の問題などにより、火力発電に代替する発電技術に対する要望が高っている。そして、安全性の問題により、原子力発電に代替する発電技術に対する要望も高まっている。この要望に対して、自然エネルギを利用した太陽光発電や風力発電が注目されている。これらの発電技術は、電力会社で用いられるだけではなく、一般企業や一般家庭などの需要家側に於いても分散電源として用いられている。そして、電力会社が、一般企業や一般家庭などの需要家側の分散電源で発電された電力を買い取る売電事業が一般化しつつある。
そこで、本発明は、分散電源から、より多くの電力を融通することができるように電圧を制御する電圧調整装置を提供することを課題とする。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
図1は、本実施形態に於ける電圧調整装置1の構成を示す図である。
図1に示すように、電圧調整装置1は、変成器PT(Potential Transformer)と、変流器CT1,CT2と、電流制限抵抗CLR(Current Limit Resistor)およびヒューズFUSEと、電圧調整継電器(90リレー)5と、線路電圧降下補償器6と、電力方向継電器7とを有する。この電圧調整装置1は、負荷時タップ切替器4を制御して、線路91の電圧を調整するものである。
油入遮断器3は、変圧器2の二次側のタップに接続されており、タップ切り替え時の放電などの不具合を防止するものである。
線路91は、負荷時タップ切替器4および油入遮断器3を介して変圧器2の二次側のタップに接続されている。線路91は、始端側である変圧器2と、終端側である不図示の負荷やメガソーラ発電機や風力発電機などの分散電源との間を電気的に接続するものである。線路91は、例えば、三相交流電力を送電するa相、b相、c相の送電線である。a相の送電線には、変圧器2側(始端側)から終端側に電流Iaが流れる。b相の送電線には、変圧器2側(始端側)から終端側に電流Ibが流れる。c相の送電線には、変圧器2側(始端側)から終端側に電流Icが流れる。
電圧調整継電器5は、一般的に「90リレー」とも呼ばれており、入力された電圧に応じて負荷時タップ切替器4を制御して、線路91の電圧を調整するものである。
変成器PTは、線路91の接続ノードPの電圧を検出し、検出した電圧の(1/Kv)倍に降圧した電圧を二次側に出力するものである。変成器PTの一次巻線と二次巻線の巻線比は、Kv:1である。変成器PTの一次側は、大電流から回路を保護する電流制限抵抗CLRおよびヒューズFUSEを介して、線路91の接続ノードPのa相とc相とに接続されている。変成器PTの二次側は、線路電圧降下補償器6に直列接続されている。
変流器CT2は、線路91のc相に設置される。変流器CT2の一次側は、線路91の送電線のc相に接続されている。変流器CT2の一次巻線と二次巻線の巻線比は、Ki:1である。変流器CT1は、一次側であるc相に流れる電流Icを検出して、二次側に、電流(Ic/Ki)を出力するものである。
変流器CT1および変流器CT2の二次側は互いに交差して接続され、更に電圧調整装置1と電力方向継電器(91リレー)7に接続されている。これにより、電流((Ic−Ia)/Ki)が電圧調整装置1に出力される。なお、潮流方向が順潮流である場合と、逆潮流である場合とでは、電流の向きは逆となる。
A/D変換部71(第1アナログディジタル変換手段)は、変成器PTで降圧された線路91のa相−c相間の電圧を、ディジタル量である系統電圧データに変換するものである。
A/D変換部72(第2アナログディジタル変換手段)は、変流器CT1および変流器CT2にて変流された線路91のc相の電流Icとa相の電流Iaとの差を、ディジタル量である系統電流データに変換するものである。
潮流方向判断部73は、A/D変換部71が変換した系統電圧データ、および、A/D変換部72が変換した系統電流データに基づいて、電力の位相Θを算出する。潮流方向判断部73は、算出した電力の位相Θに基づいて、潮流方向を判断する。潮流方向判断部73は、逆潮流と判断したならば、電圧降下補償部52を不使用とするものである。
変流器CT3の一次側は、線路電圧降下補償器6の入力側と共通であり、電流((Ic−Ia)/Ki)が流れる。変流器CT3の二次側には、電流((Ic−Ia)/(Ki・Kj))が流れる。
A/D変換部51は、直列接続された線路電圧降下補償器6と変成器PTに接続されている。A/D変換部51には、変成器PTにて検出された線路91の接続ノードPに印加された電圧から、線路電圧降下補償器6にて算出された電圧降下ΔEを加えた電圧が印加される。A/D変換部51は、負荷(不図示)が接続された線路91の終端側に於ける電圧をディジタル量に変換するものである。
電圧降下補償部52は、線路91の終端側に於ける電圧のディジタル量に基づいて、負荷時タップ切替器4を制御して、線路91による電圧降下を補償するものである。電圧降下補償部52は、電力方向継電器(91リレー)7の潮流方向判断部73により不使用とされた場合、負荷時タップ切替器4を制御して、変圧器2のタップを初期状態とする。
図2(a)は、比較例の配電系統を示す図である。
比較例の配電系統は、電力系統8と、電力系統9を備えている。
電力系統8は、一次側母線81と、一次側母線81に接続された複数の発電所82とを備えている。一次側母線81は、例えば、三相の送電線である。この一次側母線81に、複数の発電所82および変圧器2の一次側が接続されている。電力系統8は、複数の発電所82が発電した電力を、変圧器2の一次側に供給するものである。
変圧器2は、一次側母線81および線路91に接続される。変圧器2の一次側には、一次側母線81が接続され、変圧器2の二次側には、線路91を介して二次側母線94が接続されている。変圧器2は、例えば、変電所などに設置され、管理される。
本実施形態の配電系統は、電力系統8と、電力系統9とを備えている。
本実施形態の電力系統8は、比較例の電力系統8と同様に構成されている。
電力系統9は、二次側母線94と、複数の線路91と、複数の負荷92とを備え、更に分散電源93を備えている。電力系統9の線路91の終端側には、複数の負荷92が接続され、さらに、分散電源93が連係されている。分散電源93は、例えば、メガソーラ発電機や風力発電機などである。
電力方向継電器(91リレー)7は、電圧調整継電器(90リレー)5に接続されており、変成器PTにて検出された電圧と、変流器CT1および変流器CT2にて検出された電流とに基づいて電力の位相Θを算出する。電力方向継電器(91リレー)7は、算出した電力の位相Θに基づいて、潮流方向を判断し、逆潮流であったならば、電圧調整継電器(90リレー)5の電圧降下補償部52(図1参照)を不使用とする。なお、逆潮流は、分散電源93からの発電量が増大した場合などに生ずる。
図3(a)は、電圧調整装置1の通常時の動作を示す図である。
発電所82は、一次側母線81を介して、変圧器2の一次側に接続されている。変圧器2の二次側は、線路91と不図示の二次側母線94とを介して電圧調整装置1と負荷92とに接続されている。線路91の接続ノードPに於いて、電圧調整装置1が接続されている。線路91の変圧器2の二次側から接続ノードPまでの線路抵抗は、0.1[Ω]である。線路91の接続ノードPから負荷92までの線路抵抗は、1[Ω]である。
発電所82は、変圧器2の一次側に1011[V]を印加する。通常時の負荷92の抵抗は、100[Ω]である。このとき、線路91には終端側に向けて10[A]の電流が流れる。接続ノードPから負荷92までの電圧降下ΔEは、1[Ω]と−10[A]との積である−10[V]である。接続ノードPに印加された電圧は、1010[V]である。負荷92に印加された電圧は、1010[V]から10[V]を減じた1000[V]である。
電力の需要が増大すると、負荷92の抵抗は、100Ωから50[Ω]に減少する。このとき、線路91に流れる電流は20[A]に増大し、かつ、接続ノードPに印加された電圧は1009Vに低下する。電圧調整装置1は、線路91に流れる電流により、接続ノードPから負荷92までの電圧降下ΔEを、1[Ω]と−20[A]との積である−20[V]と算出し、線路91の終端側である負荷92に印加される電圧が1000[V]になるように補償する。これにより、接続ノードPに印加された電圧は、1020[V]に上昇する。
電力の需要が増大すると、負荷92の抵抗は、100Ωから50[Ω]に減少する。このとき、線路91に流れる電流は20[A]に増大し、かつ、接続ノードPに印加された電圧は1009Vに低下する。しかし、電圧調整装置1は、図示しない分散電源から流れる電流による逆潮流を検知したので、電圧降下の補償をロックして、変圧器2のタップを1:1の初期値に切り替える。これにより、これにより、接続ノードPに印加された電圧は、1011[V]となる。線路91による電圧降下ΔEは、1[Ω]と−20[A]との積である−20[V]である。負荷92に印加された電圧は、991[V]となる。
電圧調整装置1は、例えば電力系統8と電力系統9とが連系しているときに、以下の処理を繰り返し行う。
ステップS10に於いて、電力方向継電器7のA/D変換部71は、線路91の接続ノードPに印加された電圧を変成器PTで検知し、ディジタル量である系統電圧データに変換する。
ステップS11に於いて、電力方向継電器7のA/D変換部72は、変流器CT1,CT2を介して入力された線路91に流れる電流を、ディジタル量である系統電流データに変換する。
ステップS12に於いて、電力方向継電器7の潮流方向判断部73は、系統電圧データおよび系統電流データに基づいて電力の位相Θを算出する。
ステップS14に於いて、電圧調整継電器5は、線路電圧降下補償器6にて電圧降下ΔEを算出する。
ステップS16に於いて、負荷時タップ切替器4は、このタップ切替信号に基づいて変圧器2のタップを切り替える。これにより、電圧調整装置1は、変圧器2の二次側の電圧を制御することができる。ステップS16の処理が終了すると、電圧調整装置1は、ステップS10に戻って処理を繰り返す。
ステップS18に於いて、電圧調整継電器5は、「補償無し」を指示するタップ切替信号を生成し、負荷時タップ切替器4に出力する。
ステップS19に於いて、負荷時タップ切替器4は、「補償無し」を指示するタップ切替信号を受信すると、変圧器2のタップを初期状態に切り替える。ステップS19の処理が終了すると、電圧調整装置1は、ステップS10に戻って処理を繰り返す。
以上、説明した本実施形態では、次の(A)〜(C)のような効果がある。
(A) 潮流方向判断部73は、電力系統9の潮流方向を判断し、逆潮流ならば電圧降下補償部52を不使用とする。このようにすることで、電圧調整装置1は、分散電源93の発電により逆潮流が発生した場合、分散電源93が接続されているノードに於ける電圧が高くなりすぎることを防止できる。分散電源93は、発電した電力を無駄にすることなく、線路91に逆潮流することができる。よって、電圧調整装置1は、分散電源93から、より多くの電力を融通することができる。
(C) 潮流方向判断部73は、電圧降下補償部52を不使用とした際に、負荷時タップ切替器4により、変圧器2のタップを初期状態とする。このようにすることで、電圧調整装置1は、電圧降下補償部52を不使用としてから、変圧器2の二次側の線路91の始端側の電圧が適切な電圧に収束するまでの時間を短縮することができる。更に分散電源93が、逆潮流により線路91に電力を供給することができる時間をより長くすることができる。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の(a)〜(c)のようなものがある。
(a) 図1の油入遮断器3、電流制限抵抗CLR、およびヒューズFUSEは、本発明の必須の構成要件ではない。
(b) 上記実施形態の電圧調整装置1は、各要素がディジタル回路で実現されていてもよい。
(c) 上記実施形態の電圧調整装置1は、逆潮流を検知すると、変圧器2のタップを初期状態に切り替えている。しかし、これに限られず、電圧調整装置1は、逆潮流を検知すると、線路電圧降下補償器6による線路91の終端側の電圧を規格値の範囲、かつ、標準値(例えば1000[V])から所定の電圧だけ降下するように制御してもよい。これにより、電圧調整装置1は、線路91の終端側の電圧が規格値内になるように制御し、かつ、分散電源93から電力を好適に融通することができる。
2 変圧器
3 油入遮断器
4 負荷時タップ切替器
5 電圧調整継電器
6 線路電圧降下補償器
7 電力方向継電器
8,9 電力系統
51 A/D変換部 (アナログディジタル変換手段)
71 A/D変換部 (第1アナログディジタル変換手段)
72 A/D変換部 (第2アナログディジタル変換手段)
52 電圧降下補償部
73 潮流方向判断部
81 一次側母線
82 発電所
91 線路
92 負荷
93 分散電源
94 二次側母線
PT 変成器
CT1〜CT3 変流器
Claims (5)
- 電力系統に接続される変圧器のタップを切り替える負荷時タップ切替器を制御して前記電力系統の線路による電圧降下を補償する電圧降下補償部を有する電圧調整継電器と、
前記電力系統の潮流方向を判断し、逆潮流ならば前記電圧降下補償部を不使用とする電力方向継電器と、
を有することを特徴とする電圧調整装置。 - 前記電力方向継電器は、
前記電力系統の電圧と電流とに基づいて電力の位相を計算し、当該電力の位相に基づいて潮流方向を判断し、前記電圧降下補償部を不使用とする潮流方向判断部、
を有することを特徴とする請求項1に記載の電圧調整装置。 - 前記電圧降下補償部を不使用とした際に、前記負荷時タップ切替器は、前記変圧器のタップを初期状態とする、
ことを特徴とする請求項2に記載の電圧調整装置。 - 前記電力方向継電器は、
前記電力系統の電圧をディジタル量に変換する第1アナログディジタル変換手段と、
前記電力系統の電流をディジタル量に変換する第2アナログディジタル変換手段と、
を有しており、
前記潮流方向判断部は、
前記第1アナログディジタル変換手段が変換するディジタル量の電圧値および前記第2アナログディジタル変換手段が変換するディジタル量の電流値に基づき、前記電力の位相を計算する、
ことを特徴とする請求項2に記載の電圧調整装置。 - 前記電圧調整継電器は、
前記電力系統の電圧をディジタル量に変換するアナログディジタル変換手段を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の電圧調整装置。
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2013
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