JP2017135904A

JP2017135904A - 電圧無効電力制御システム

Info

Publication number: JP2017135904A
Application number: JP2016015127A
Authority: JP
Inventors: 雅史齋藤; Masafumi Saito; 俊太郎松崎; Shuntaro Matsuzaki; 亮小手川; Ryo Kotegawa; 健桝井; Takeshi Masui; 明神志那; Akira Kamishina
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; East Japan Railway Co
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; East Japan Railway Co
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-08-03

Abstract

【課題】遮断器による調相設備の操作を行うことなく、１次側及び２次側電圧を一定範囲に制御することができる電圧無効電力制御システムを提供する。【解決手段】１次側１と２次側２の間に接続され１次巻線側にタップを有するタップ付変圧器３と、１次側１の電圧を測定する第１次電圧測定装置６ａ及び２次側２の電圧を測定する第２次電圧測定装置６ｂと、第２次電圧測定装置６ｂの測定値に基づき無効電力を供給して２次側２の電圧を所定の電圧値に補償する無効電力補償装置４と、第１次電圧測定装置６ａの測定値に基づきタップ付変圧器３のタップを切り換える電圧無効電力制御装置５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、交流変電所における受電端電圧の変動を抑えることができる電圧無効電力制御システムに関する。

従来、交流変電所では、発電所から送電線を介して受電した高圧（例えば、１５４ｋＶ）の１次側の電圧を、低圧（例えば、６６ｋＶ）の２次側の電圧に降圧する。また、電力系統の負荷の状態に起因して１次側及び２次側の電圧が変動するため、交流変電所では、電圧無効電力制御（ＶＱＣ：Voltage and reactive power Control）システムを用いて、１次側電圧及び２次側の電圧を一定の値に制御している。

このような交流変電所における電圧無効電力制御システムとして、電力系統の電圧レベルが異なる１次側と２次側に接続されたタップ付変圧器と、タップ付変圧器の３次側に接続された調相設備（例えば、電力用コンデンサや分路リアクトル）を備えている。そして、電圧無効電力制御装置は、１次側及び２次側の電圧値に応じて、タップの切り換え、若しくは調相設備の操作（例えば、電力用コンデンサや分路リアクトルを接続又は遮断）して、電圧自身や無効電力を調整することで、１次側及び２次側の電圧を制御する電圧無効電力制御システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−０３９８１８号公報

特許文献１では、１次側及び２次側の電圧を制御するため、１次側及び２次側の電圧値に応じて、調相設備を操作（例えば、電力用コンデンサや分路リアクトルを接続又は遮断）している。

このような電力用コンデンサや分路リアクトル等の接続又は遮断の操作は、例えば、遮断器により行われることになり、特許文献１のように、１次側及び２次側の電圧値に応じて遮断器を動作させた場合、負荷変動が集中した場合には、遮断器の動作が頻繁になって、当該遮断器の交換時期を早めてしまうといった問題点があった。

本発明の課題は、遮断器による調相設備の操作を行うことなく、１次側及び２次側の電圧（受電端電圧）を一定の範囲に制御できる電圧無効電力制御システムを提供することにある。

上記課題を達成するため、この発明に係る電圧無効電力制御システムは、
前記１次側と前記２次側との間に接続されるタップ付変圧器と、
前記１次側の電圧を測定する第１次電圧測定装置及び前記２次側の電圧を測定する第２次電圧測定装置と、
前記第２次電圧測定装置の測定値に基づき無効電力を供給して前記２次側の電圧を所定の電圧値に補償する無効電力補償装置と、
前記第１次電圧測定装置の測定値に基づき前記タップ付変圧器のタップを切り換える電圧無効電力制御装置を備えるようにしたものである。

第１次電圧測定装置の測定値に基づきタップ付変圧器のタップを切り換えることにより、増減しようとする２次側の電圧を、無効電力補償装置が無効電力を供給して所定の電圧値になるように補償するので、１次側の電圧が当該補償に伴い増減することになり、遮断器による調相設備の操作を行うことなく、１次側の電圧を一定の範囲に制御することができる。

また、前記電圧無効電力制御装置は、前記第１次電圧測定装置の測定値が所定の下限値よりも低い場合は、前記タップを切り換えて前記タップ付変圧器の変圧比を大きくし、前記第１次電圧測定装置の測定値が所定の上限値よりも高い場合は、前記タップを切り換えて前記タップ付変圧器の変圧比を小さくするようにしたものである。
タップ付変圧器の変圧比を大きくすることにより低下しようとする２次側の電圧を無効電力補償装置が補償することにより、１次側の電圧が上昇する。また、タップ付変圧器の変圧比を小さくすることにより上昇しようとする２次側の電圧を無効電力補償装置が補償することにより、１次側の電圧が低下する。このため、遮断器による調相設備の操作を行うことなく、１次側の電圧（受電端電圧）を一定の範囲に制御することができる。

また、前記無効電力補償装置は、前記第２次電圧測定装置の測定値が所定の電圧値よりも低い場合は、進み無効電力を供給し、前記第２次電圧測定装置の測定値が所定の電圧値よりも高い場合は、遅れ無効電力を供給するようにしたものである。
無効電力補償装置が、２次側の電圧に応じて進み無効電力、或いは、遅れ無効電力を電力系統に供給することにより、２次側の電圧を所定の電圧値に補償することができる。

また、前記タップ付変圧器は、前記無効電力補償装置の補償範囲を逸脱した場合はタップを切り換えて、前記無効電力補償装置の補償範囲内に抑制することにより、２次側の電圧を所定の電圧値に補償することができる。

また、望ましくは、電力用コンデンサや分路リアクトルと、前記電力用コンデンサや前記分路リアクトルとをそれぞれ前記３次側に接続又は遮断する接続遮断手段とを有する調相設備を備え、前記無効電力補償装置の進み無効電力の補償範囲を逸脱する前に、分路リアクトル遮断や電力用コンデンサ接続し、逆に遅れ無効電力の補償範囲を逸脱する前に、電力用コンデンサ遮断や分路リアクトル接続することで、前記無効電力補償装置の無効電力を補償することができる。

本発明によれば、１次側の電圧に基づきタップ付変圧器のタップを切り換えることにより、増減しようとする２次側の電圧を、無効電力補償装置が無効電力を供給して所定の電圧値になるように補償するので、１次側の電圧が当該補償に伴い増減することになり、遮断器による調相設備の操作を行うことなく、１次側及び２次側の電圧を一定の範囲に制御して、送電損失の低減や電源品質を向上することができる。

本実施の形態に係る電圧無効電力制御システムの構成の一例を示す概略構成図である。静止形無効電力補償装置の動作の一例を示すフローチャートである。静止形無効電力補償装置の動作の一例を示す説明図である。電圧無効電力制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。電圧無効電力制御の条件の一例を示す説明図である。電圧無効電力制御のイメージを示す説明図である。電圧無効電力制御時の電力系統の電圧及び静止形無効電力補償装置の無効電力変動のシミュレーション結果の一例を示す説明図である。

（実施形態）
［１．構成の説明］
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態である電圧無効電力制御システムを詳細に説明する。但し、発明の範囲は、図示例に限定されない。

［１−１．システム構成の説明］
本発明の実施形態の電圧無効電力制御システムの構成について図１を参照して説明する。図１は、電圧無効電力制御システム１００（以下、単にシステム１００と呼ぶ。）の機能をブロック図として表した概略構成図である。

図１に示すように、システム１００は、高圧電圧が印加される１次側１と、低圧電圧が印加される２次側２とを有する。そして、１次側１と２次側２との間に接続され、高圧電圧を低圧電圧に降圧するタップ付変圧器３と、２次側２の電圧を補償する静止形無効電力補償装置４と、１次側１と２次側２の電圧とをそれぞれ制御する電圧無効電力制御装置５と、１次側１と２次側２の電圧をそれぞれ測定する電圧測定装置６ａ及び６ｂ、調相設備７とから構成される。

システム１００において、電圧測定装置６ｂの測定信号は、静止形無効電力補償装置４と電圧無効電力制御装置５とに供給され、電圧測定装置６ａの測定信号は、電圧無効電力制御装置５に供給される。また、電圧無効電力制御装置５からの２つの制御信号は、タップ付変圧器３のタップの切換手段（不図示）の制御入力端子と、調相設備７の遮断器（不図示）の制御入力端子にそれぞれ接続される。また、静止形無効電力補償装置４の無効電力出力量は、通信等の手段（不図示）で電圧無効電力制御装置５にリアルタイムで情報伝達される。

１次側１は、遠方の発電所で発電され、送電線を介して供給されてくる高圧電圧（例えば、１５４ｋＶ）を受電する受電端である。

２次側２は、下流側に設けられる負荷用変電所に安定した低圧電圧（例えば、６６ｋＶ）を供給し、当該変電所から例えば電車線を介して電車に直流電圧を供給することにより、電車を運行可能にする。

タップ付変圧器３は、高圧電圧（例えば、１５４ｋＶ）を低圧電圧（例えば、６６ｋＶ）に降圧する装置である。例えば、タップ付変圧器３は、３相３巻線変圧器であり、定格１次電圧を中心に複数個のタップ（例えば、１．７５ｋＶ刻みで１７タップ）が設けられており、タップの切換手段（不図示）により、任意のタップに切り換えることができる。

また、図１においては、タップ付変圧器３の１次巻線側は１次側１に接続され、２次巻線側は２次側２に接続される。また、３次巻線側は、静止形無効電力補償装置４と調相設備７とがそれぞれ接続される。

静止形無効電力補償装置４（例えば、ＳＴＡＴＣＯＭ（STATic synchronous COMpensator））は、無効電力を連続的に変化させて出力することにより、無効電力の補償を行う装置である。例えば、静止形無効電力補償装置４は、電圧測定装置６ｂで測定された２次側２の電圧値に基づき無効電力を供給して２次側２の電圧を所定の電圧値（例えば、６６ｋＶ）に補償する。

電圧無効電力制御装置５は、通常、１次側１の測定電圧値に基づきタップ付変圧器３のタップを切り換えることにより、１次側１の電圧を所定の電圧範囲に制御し、万一、静止形無効電力補償装置４の無効電力補償範囲を逸脱した場合には、２次側２の測定電圧値に基づき、２次側２の電圧のみ制御する。

電圧測定装置６ａ及び６ｂは、電力系統の電圧を測定する装置である。例えば、電圧測定装置６ａは、１次側１の電圧を測定し、電圧測定装置６ｂは、２次側２の電圧を測定して測定信号をそれぞれ出力する。

調相設備７は、不図示の複数台の電力用コンデンサや複数台の分路リアクトル、これらの電力用コンデンサや分路リアクトルを３次巻線側に接続又は遮断する複数台の遮断器（接続遮断手段）を含み、電圧無効電力制御装置５からの制御信号に基づき遮断器を動作させることにより、静止形無効電力補償装置４の無効電力を補償する。

［１−２．電圧無効電力制御装置５の構成の説明］
次に、電圧無効電力制御装置５の詳細について説明する。
電圧無効電力制御装置５は、制御部５１、記憶部５２、測定信号入力部５３、タップ操作部５４、調相設備操作部５５を有する。また、電圧無効電力制御装置５において、制御部５１、記憶部５２、測定信号入力部５３、タップ操作部５４及び調相設備操作部５５は内部バス等により互いに接続される。

制御部５１は、電圧無効電力制御装置５の動作を中央制御する。具体的には、制御部５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを有しており、ＲＡＭの作業領域に展開されたＲＯＭや記憶部５２に記憶されたプログラムデータとＣＰＵとの協働により各部を統括制御する。

記憶部５２は、プログラムデータや各種設定データ等のデータを制御部５１から読み書き可能に記憶する。例えば、記憶部５２は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、半導体メモリなどであってよい。また、記憶部５２には、予め、１次側１の所定の上限値及び下限値、静止形無効電力補償装置４の無効電力補償範囲の上限値及び下限値等の情報が記憶されている。

測定信号入力部５３は、制御部５１の制御により電圧測定装置６ａ及び６ｂから出力される測定信号を取り込み、制御部５１に出力する手段である。なお、図１においては、１つの測定信号入力部５３として例示されているが、測定信号毎に別個の測定信号入力部を設けるものであってもよい。

タップ操作部５４は、制御部５１の制御により制御信号を、タップ付変圧器３のタップの切換手段（不図示）に出力することにより、タップ付変圧器３の１次巻線側に設けられた任意のタップから選択してタップを切り換えさせる。このようなタップの切り換えにより、タップ付変圧器３の変圧比を変化させる。

調相設備操作部５５は、制御部５１の制御により制御信号を、調相設備７を構成する複数台の遮断器（接続遮断手段）に出力することにより、調相設備７を構成する電力用コンデンサ、或いは、分路リアクトルから任意の台数だけ選択して接続又は遮断することにより、必要とされる進み無効電力、或いは、遅れ無効電力を３次巻線を介して電力系統に供給させる。

［２．動作の説明］
本発明の実施形態におけるシステム１００の具体的な動作の説明を図２〜図７を用いて詳細に行う。以下、説明の便宜上、電圧無効電力制御装置５の制御部５１が主体となる処理は、「電圧無効電力制御装置５」をその処理の主体として説明する。

［２−１．静止形無効電力補償装置４の動作の説明］
ここで、静止形無効電力補償装置４の動作について図２のフローチャートを用いて説明する。
静止形無効電力補償装置４は、電圧測定装置６ｂの測定信号を取り込み２次側２の電圧値が所定の電圧値（例えば、６６ｋＶ）より低いか否かを判断し（ステップＳ２１）、２次側２の電圧値が所定の電圧値より低いと判断した場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、その補償範囲において、進み無効電力をタップ付変圧器３の３次巻線を介して電力系統に供給し（ステップＳ２２）、ステップＳ２１に戻る。

静止形無効電力補償装置４は、２次側２の電圧値が所定の電圧値より低くないと判断した場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、２次側２の電圧値が所定の電圧値（例えば、６６ｋＶ）より高いか否かを判断する（ステップＳ２３）。

そして、静止形無効電力補償装置４は、２次側２の電圧値が所定の電圧値より高いと判断した場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、その補償範囲において、遅れ無効電力をタップ付変圧器３の３次巻線を介して電力系統に供給し（ステップＳ２４）、ステップＳ２３に戻る。

最後に、静止形無効電力補償装置４は、２次側２の電圧値が所定の電圧値より高くないと判断した場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、無効電力の補償を終了するか否かを判断し（ステップＳ２５）、終了しないと判断した場合（ステップＳ２５：Ｎｏ）、ステップＳ２１に戻り、終了すると判断した場合（ステップＳ２５：Ｙｅｓ）、無効電力の補償を終了する。

なお、静止形無効電力補償装置４は、図３に示すように、無効電力出力に対するスロープ特性（例えば、０．５％）を有しており、前記所定の電圧値（例えば、６６ｋＶ）は、静止形無効電力補償装置４の無効電力出力により、実際にはΔＶ２（例えば、最大±０．３３ｋＶの範囲で出力比例変化）のずれを生じさせている。これは２次側２の電圧のわずかな変動に対し、無効電力出力が過剰に変動することを抑制するためのものである。

［２−２．電圧無効電力制御装置５の動作の説明］
ここで、電圧無効電力制御装置５の動作について図４のフローチャートを用いて説明する。なお、図６は動作原理のイメージを示す波形の一例であり、実際の波形は図７に示すように諸条件が複合した過渡的な波形になる。

電圧無効電力制御装置５は、図４に示すように、電圧測定装置６ａの測定信号を取り込み１次側１の電圧値が所定の下限値より低いか否かを判断し（ステップＳ４１）、１次側１の電圧値が所定の下限値より低いと判断した場合（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、タップ操作部５４を制御して制御信号を出力させ、タップ付変圧器３のタップを切り換えてタップ付変圧器３の変圧比を大きくして（ステップＳ４２）、ステップＳ４１に戻る。

例えば、図５（ａ）に示すように、１次側１の電圧値が所定の下限値ＶＬ５１（例えば、１５４ｋＶ−Ｖ_１ＤＢ）より低いと判断した場合に、図６（ａ）のＴＣ６１のタイミングでタップ付変圧器３のタップを切り換えてタップ付変圧器３の変圧比を大きくすると、２次側２の電圧ＣＨ６２が下降しようとする。なお、図５（ａ）、図６（ａ）、図６（ｂ）中の斜線部分（Ｖ_１ＤＢ）は１次側１の電圧の不感帯である。

このような状態では、静止形無効電力補償装置４は、補償期間ＲＣ６１において、当初より進み寄りの無効電力をタップ付変圧器３の３次巻線を介して電力系統に供給して、２次側２の電圧ＣＨ６２を補償するので、２次側２の電圧ＣＨ６２は当該補償により電圧が上がり、ほぼ当初（≒所定）の電圧値（例えば、当初：６６ｋＶ+ΔＶ_２→所定の電圧値：６６ｋＶ）に戻る。

一方、１次側１の電圧ＣＨ６１もまた、２次側２の電圧ＣＨ６２の上昇に伴い、電圧が上がって１次側１の電圧値の所定の範囲（例えば、１５４ｋＶ±Ｖ_１ＤＢ）に収束する。

ここで、図７に示す電圧無効電力制御時の１次側１及び２次側２の電圧のシミュレーション結果の一例を示す説明図を用いて、より具体的に説明する。図７において、実線は電圧無効電力制御（ＶＱＣ）有、破線は電圧無効電力制御（ＶＱＣ）無の電圧波形を示している。

例えば、電圧無効電力制御（ＶＱＣ）有の場合、図７（ａ）に示すように、１次側１の電圧値が所定の下限値より低いと判断した場合に、図７（ａ）のＴＣ７１、ＴＣ７２、或いは、ＴＣ７３のタイミングでタップ付変圧器３のタップを切り換えてタップ付変圧器３の変圧比を大きくすると、図７（ｂ）に示すように、２次側２の電圧が図３に示す静止形無効電力補償装置４のスロープ特性に従い、ΔＶ_２だけ低下することになる。

そして、図７（ｃ）に示すように、静止形無効電力補償装置４は、２次側２の電圧の変動を補償するために、進み無効電力をタップ付変圧器３の３次巻線を介して電力系統に供給しているので、１次側１の電圧が図７（ａ）に示すように上昇する。

次に、電圧無効電力制御装置５は、図４に示すように、１次側１の電圧値が所定の下限値より低くないと判断した場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）、１次側１の電圧値が所定の上限値より高いか否かを判断する（ステップＳ４３）。

そして、電圧無効電力制御装置５は、１次側１の電圧値が所定の上限値より高いと判断した場合（ステップＳ４３：Ｙｅｓ）、タップ操作部５４を制御して制御信号を出力させ、タップ付変圧器３のタップを切り換えてタップ付変圧器３の変圧比を小さくして（ステップＳ４４）、ステップＳ４３に戻る。

例えば、図５（ａ）に示すように、１次側１の電圧値が所定の上限値ＶＨ５１（例えば、１５４ｋＶ+Ｖ_１ＤＢ）より高いと判断した場合に、図６（ｂ）のＴＣ６２のタイミングでタップ付変圧器３のタップを切り換えてタップ付変圧器３の変圧比を小さくすると、２次側２の電圧ＣＨ６４が上昇しようとする。

このような状態では、静止形無効電力補償装置４は、補償期間ＲＣ６２において、当初より遅れ寄りの無効電力をタップ付変圧器３の３次巻線を介して電力系統に供給して、２次側２の電圧ＣＨ６４を補償するので、２次側２の電圧ＣＨ６４は当該補償により電圧が下がってほぼ当初（≒所定）電圧値（例えば、当初：６６ｋＶ−ΔＶ_２→６６ｋＶ）に戻る。

一方、１次側１の電圧ＣＨ６３もまた、２次側２の電圧ＣＨ６４の下降に伴い、電圧が下がって１次側１の電圧値の所定の範囲（例えば、１５４ｋＶ±Ｖ_１ＤＢ）に収束する。

ここで、図７に示す電圧無効電力制御時の１次側１及び２次側２の電圧のシミュレーション結果の一例を示す説明図を用いて、より具体的に説明する。

例えば、電圧無効電力制御（ＶＱＣ）有の場合、図７（ａ）に示すように、１次側１の電圧値が所定の上限値より高いと判断した場合に、図７（ａ）のＴＣ７４、ＴＣ７５、或いは、ＴＣ７６のタイミングでタップ付変圧器３のタップを切り換えてタップ付変圧器３の変圧比を小さくすると、図７（ｂ）に示すように、２次側２の電圧が図３に示す静止形無効電力補償装置４のスロープ特性に従い、ΔＶ_２だけ上昇することになる。

そして、図７（ｃ）に示すように、静止形無効電力補償装置４は、２次側２の電圧の変動を補償するために、遅れ無効電力をタップ付変圧器３の３次巻線を介して電力系統に供給しているので、１次側１の電圧が図７（ａ）に示すように低下する。

これに対して、電圧無効電力制御（ＶＱＣ）無の場合、図７（ａ）の破線の電圧波形に示すように、１次側１の電圧値が大幅に低下してしまうことになる。

一方、電圧無効電力制御装置５は、図４に示すように、１次側１の電圧値が所定の上限値より高くないと判断した場合（ステップＳ４３：Ｎｏ）、続いて静止形無効電力補償装置４の進み無効電力出力が補償範囲の上限値に達しているか否かを判断する（ステップＳ４５）。

そして、電圧無効電力制御装置５は、静止形無効電力補償装置４の進み無効電力が補償範囲の上限値に達したと判断した場合（ステップＳ４５：Ｙｅｓ）、分路リアクトルが調相設備７の遮断器により接続されているか否かを判断する（ステップ４６）。

さらに、電圧無効電力制御装置５は、分路リアクトルが接続されていると判断した場合（ステップ４６：Ｙｅｓ）、静止形無効電力補償装置４の進み無効電力補償負担を減ずるために、調相設備操作部５５を制御して制御信号を出力、調相設備７の遮断器を動作させて分路リアクトルを遮断し（ステップＳ４７）、ステップ４５に戻る。

そして、電圧無効電力制御装置５は、再度、静止形無効電力補償装置４の進み無効電力が補償範囲の上限値に達したと判断した場合（ステップＳ４５：Ｙｅｓ）、分路リアクトルは既に遮断しているので（ステップＳ４６：Ｎｏ）、今度は電力用コンデンサが調相設備７の遮断器により遮断されていることを確認し（ステップＳ４８：Ｙｅｓ）、静止形無効電力補償装置４の進み無効電力補償負担をさらに減ずるため、調相設備操作部５５を制御して制御信号を出力、調相設備７の遮断器を動作させて電力用コンデンサを接続し（ステップＳ４９)、ステップ４５に戻る。

そして、電圧無効電力制御装置５は、三度、静止形無効電力補償装置４の進み無効電力が補償範囲の上限値に達したと判断した場合（ステップＳ４５：Ｙｅｓ）、電力用コンデンサも既に接続しているので（ステップＳ４８：Ｎｏ)、今度は２次側２の電圧が所定の下限値よりも低いか否かを判断する（ステップ５０）。

電圧無効電力制御装置５は、２次側２の電圧が所定の下限値よりも低いと判断した場合（ステップＳ５１：Ｙｅｓ）、静止形無効電力補償装置４の進み無効電力補償負担を一層減ずるため、負荷側である２次側２の電圧制御を優先してタップ付変圧器３による１次側１の電圧制御を中断し（不図示）、タップ操作部５４を制御して制御信号を出力、タップを切り換え、変圧比を小さくして２次側２の電圧を昇圧し（ステップＳ５１）、ステップ４５に戻る。

例えば、図５（ｂ）に示すように、電圧無効電力制御装置５は、２次側２の電圧値が所定の下限値ＶＬ５２（例えば、６６ｋＶ−Ｖ_２ＤＢ）より低いと判断した場合に、タップ付変圧器３のタップを切り換えて変圧比を小さくし、２次側２の電圧を上昇させる。静止形無効電力補償装置４の進み無効電力補償範囲を最大とするためには、Ｖ_２ＤＢを図３に示すΔＶ_２最大値（例えば、０．３３ｋＶ）以上に設定し、領域ＲＰ３１においてタップ付変圧器３のタップを切り換える。なお、図５（ｂ）中の斜線部分（±Ｖ_２ＤＢ）は２次側２の電圧の不感帯である。

そして、電圧無効電力制御装置５は、２次側２の電圧値が所定の下限値ＶＬ５２以上になるまで制御を行う。

一方、電圧無効電力制御装置５は、図４に示すように、進み無効電力が補償範囲の上限値に達していないと判断した場合（ステップＳ４５：Ｎｏ）、続いて静止形無効電力補償装置４の遅れ無効電力出力が補償範囲の上限値に達しているか否かを判断する（ステップＳ５２）。

そして、電圧無効電力制御装置５は、静止形無効電力補償装置４の遅れ無効電力が補償範囲の上限値に達したと判断した場合（ステップＳ５２：Ｙｅｓ）、電力用コンデンサが調相設備７の遮断器により接続されているか否かを判断する（ステップ５３）。

さらに、電圧無効電力制御装置５は、電力用コンデンサが接続されていると判断した場合（ステップ５３：Ｙｅｓ）、静止形無効電力補償装置４の遅れ無効電力補償負担を減ずるために、調相設備操作部５５を制御して制御信号を出力、調相設備７の遮断器を動作させて電力用コンデンサを遮断し（ステップＳ５４）、ステップ５２に戻る。

そして、電圧無効電力制御装置５は、再度、静止形無効電力補償装置４の遅れ無効電力が補償範囲の上限値に達したと判断した場合（ステップＳ５２：Ｙｅｓ）、電力用コンデンサは既に遮断しているので（ステップＳ５３：Ｎｏ）、今度は分路リアクトルが調相設備７の遮断器により遮断されていることを確認し（ステップＳ５５：Ｙｅｓ）、静止形無効電力補償装置４の遅れ無効電力補償負担をさらに減ずるため、調相設備操作部５５を制御して制御信号を出力、調相設備７の遮断器を動作させて分路リアクトルを接続し（ステップＳ５６)、ステップ５２に戻る。

そして、電圧無効電力制御装置５は、三度、静止形無効電力補償装置４の遅れ無効電力が補償範囲の上限値に達したと判断した場合（ステップＳ５２：Ｙｅｓ）、分路リアクトルも既に接続しているので（ステップＳ５５：Ｎｏ)、今度は２次側２の電圧が所定の上限値よりも高いか否かを判断する（ステップ５７）。

電圧無効電力制御装置５は、２次側２の電圧が所定の上限値よりも高いと判断した場合（ステップＳ５７：Ｙｅｓ）、静止形無効電力補償装置４の遅れ無効電力補償負担を一層減ずるため、負荷側である２次側２の電圧制御を優先してタップ付変圧器３による１次側１の電圧制御を中断し（不図示）、タップ操作部５４を制御して制御信号を出力、タップを切り換え、変圧比を大きくして２次側２の電圧を降圧し（ステップＳ５８）、ステップ５２に戻る。

例えば、図５（ｂ）に示すように、電圧無効電力制御装置５は、２次側２の電圧値が所定の上限値ＨＬ５２（例えば、６６ｋＶ＋Ｖ_２ＤＢ）より高いと判断した場合に、タップ付変圧器３のタップを切り換えて変圧比を大きくし、２次側２の電圧を低下させる。静止形無効電力補償装置４の遅れ無効電力補償範囲を最大とするためには、Ｖ_２ＤＢを図３に示すΔＶ_２最大値（例えば、０．３３ｋＶ）以上に設定し、領域ＲＰ３２においてタップ付変圧器３のタップを切り換える。

そして、電圧無効電力制御装置５は、２次側２の電圧値が所定の上限値ＶＨ５２以下になるまで制御を行う。

最後に、電圧無効電力制御装置５は、遅れ無効電力が補償範囲の上限値に達していないと判断した場合（ステップＳ５２：Ｎｏ）、電圧無効電力制御を終了するか否かを判断し（ステップＳ５９）、終了しないと判断した場合（ステップＳ５９：Ｎｏ）、ステップＳ４１に戻り、終了すると判断した場合（ステップＳ５９：Ｙｅｓ）、電圧無効電力制御を終了する。

以上のように、電力系統の電圧レベルが異なる１次側１及び２次側２と、１次側１と２次側２との間に接続されたタップ付変圧器３と、１次側１及び２次側２の電圧をそれぞれ測定する電圧測定装置６ａ及び電圧測定装置６ｂと、電圧測定装置６ｂの測定値に基づき無効電力を供給して２次側２の電圧を所定の電圧値に補償する静止形無効電力補償装置４と、電圧測定装置６ａの測定値に基づきタップ操作部５４を制御して制御信号を出力させてタップ付変圧器３のタップを切り換える電圧無効電力制御装置５とを備えることにより、遮断器による調相設備７の操作を行うことなく、１次側及び２次側の電圧を一定の範囲に制御して、送電損失の低減や電源品質を向上することができる。

また、２次側２の電圧値が静止形無効電力補償装置４の無効電力補償範囲を逸脱した場合、電圧無効電力制御装置５がタップ操作部５４を制御して、タップを切り換えたり、調相設備操作部５５を制御して、調相設備７を操作することにより、２次側２の電圧値が静止形無効電力補償装置４の無効電力補償範囲内、すなわち所定の電圧値上下限範囲内に収束するように制御することができる。

なお、実施形態等の説明に際しては、電圧無効電力制御装置５は、通常のコンピュータ等の制御装置として説明しているが、制御用のスイッチ類（例えば、リレー等）、計器類、ＰＬＣ（programmable logic controller）等のコントローラ及び表示器等から構成される、所謂、制御盤により構成されるものであってもよい。

また、実施形態等の説明に際しては、静止形無効電力補償装置４及び調相設備７は、タップ付変圧器３の３次巻線側に接続しているが、静止形無効電力補償装置４及び調相設備７は、タップ付変圧器３の２次巻線側、或いは、３次巻線側のいずれか一方に接続されていればよい。

また、実施形態等の説明に際しては、静止形無効電力補償装置４の無効電力補償範囲を逸脱した場合の電圧無効電力制御装置５による制御が記載されているが、静止形無効電力補償装置４の無効電力補償範囲を逸脱しなければ、当該制御及び調相設備７関連は不要である。

また、実施形態等の説明に際しては、静止形無効電力補償装置４を例示して説明しているが、何ら、静止形の無効電力補償装置に限定されるものではない。

１００電圧無効電力制御システム
１交流変電所電源系統１次側
２交流変電所電源系統２次側
３タップ付変圧器
４静止形無効電力補償装置（無効電力補償装置）
５電圧無効電力制御装置
５１制御部
５２記憶部
５３測定信号入力部
５４タップ操作部
５５調相設備操作部
６ａ、６ｂ電圧測定装置
７調相設備

Claims

電力系統の電圧レベルが１次側と２次側で異なる交流変電所において、
前記１次側及び前記２次側との間に接続されるタップ付変圧器と、
前記１次側電圧を測定する第１次電圧測定装置及び前記２次側電圧を測定する第２次電圧測定装置と、
前記第２次電圧測定装置の測定値に基づき無効電力を供給して前記２次側電圧を所定の電圧値に補償する無効電力補償装置と、
前記第１次電圧測定装置の測定値に基づき前記タップ付変圧器のタップを切り換える電圧無効電力制御装置を
備えたことを特徴とする電圧無効電力制御システム。
前記電圧無効電力制御装置は、前記第１次電圧測定装置の測定値が所定の下限値よりも低い場合は、前記タップを切り換えて前記タップ付変圧器の変圧比を大きくし、前記第１次電圧測定装置の測定値が所定の上限値よりも高い場合は、前記タップを切り換えて前記タップ付変圧器の変圧比を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の電圧無効電力制御システム。
前記無効電力補償装置は、前記第２次電圧測定装置の測定値が所定値よりも低い場合は、進み無効電力を供給し、前記第２次電圧測定装置の測定値が所定値よりも高い場合は、遅れ無効電力を供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧無効電力制御システム。
前記電圧無効電力制御装置は、前記無効電力補償装置の補償範囲を逸脱した場合、前記タップ付変圧器のタップを切り換え、前記無効電力補償装置の補償範囲内に抑制することで、第２次側電圧を所定の電圧値に補償することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電圧無効電力制御システム。
前記電圧無効電力制御装置は、電力用コンデンサや分路リアクトルを備え、前記無効電力補償装置の進み無効電力補償範囲を逸脱する前に、分路リアクトル遮断や電力用コンデンサ接続し、逆に遅れ無効電力補償範囲を逸脱する前に、電力用コンデンサ遮断や分路リアクトル接続することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電圧無効電力制御システム。