JP2024007268A - Charging current compensation method for power cable and power generation system using power cable - Google Patents

Charging current compensation method for power cable and power generation system using power cable Download PDF

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捷敏 山本
Katsutoshi Yamamoto
葉子 小坂
Yoko Kosaka
宏行 前嶋
Hiroyuki Maejima
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charging current compensation method for a power cable capable of reducing a cable size.
SOLUTION: A charging current compensation method according to an embodiment compensates for a charging current of a first power cable that transmits power generated by a generator to a power system. With this charging current compensation method, by using a reactive power adjustment apparatus installed on a starting end side of the first power cable electrically connected to the power system, reactive power generated in the first power cable is adjusted, and the charging current is compensated by using a first shunt reactor that is installed on a terminal end side of the first power cable electrically connected to the generator and in which a compensation rate for the charging current is set to 50%.
SELECTED DRAWING: Figure 1
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Description

本発明の実施形態は、電力ケーブルの充電電流補償方法、および電力ケーブルを用いた発電システムに関する。 Embodiments of the present invention relate to a charging current compensation method for a power cable and a power generation system using the power cable.

再生エネルギー利用のため、大容量洋上風力発電系統では、例えば数十キロメートルから100キロメートルを超える長距離の電力ケーブルによる送電が計画されている。送電電圧は、例えば187~275kVの超高圧や66~154kVの特別高圧が利用される。このような高電圧かつ長距離のケーブル送電では、充電電流に関係する技術課題が幾つか存在する。この技術課題には、例えば、電力系統に悪影響を及ぼす大きな無効電力が発生することや、フェランチ効果による電圧上昇が発生することなどが該当する。 In order to utilize renewable energy, large-capacity offshore wind power generation systems are planned to transmit power using long-distance power cables ranging from several tens of kilometers to more than 100 kilometers, for example. As the power transmission voltage, for example, an ultra-high voltage of 187 to 275 kV or an extra high voltage of 66 to 154 kV is used. In such high-voltage, long-distance cable power transmission, there are several technical issues related to charging current. This technical problem includes, for example, the generation of large amounts of reactive power that adversely affects the power system, and the generation of voltage increases due to the Ferranti effect.

そこで、上記のような技術課題を解決する技術として、電力ケーブルの始端、終端、または両端に無効電力を補償する分路リアクトルを接続する技術が知られている。電力ケーブルを流れる充電電流は、進み90°の位相を有するため、分路リアクトルは、遅れ90°の位相電流を供給する。これにより、無効電力を低減し、フェランチ効果による電圧上昇を抑制することができる。 Therefore, as a technique for solving the above-mentioned technical problems, a technique is known in which a shunt reactor for compensating for reactive power is connected to the starting end, the terminal end, or both ends of a power cable. Since the charging current flowing through the power cable has a 90° leading phase, the shunt reactor provides a 90° lagging phase current. Thereby, reactive power can be reduced and voltage rise due to the Ferranti effect can be suppressed.

特開特開2015-80404号公報Unexamined Japanese Patent Publication No. 2015-80404

Wojciech Wiechowski et al, Power System Technical Performance Issues Related to the Application of Long HVAC Cables, CIGRE Technical Brochure 556, 2013,pp.13-23Wojciech Wiechowski et al, Power System Technical Performance Issues Related to the Application of Long HVAC Cables, CIGRE Technical Brochure 556, 2013, pp.13-23 Maria Zouraraki et al, Hornsea projects 1 and 2 - Design and Optimization of the Cables for the World Largest Offshore Wind Farms, 10th International Conference on insulated power Cables,2019Maria Zouraraki et al, Hornsea projects 1 and 2 - Design and Optimization of the Cables for the World Largest Offshore Wind Farms, 10th International Conference on insulated power Cables, 2019

しかし、電力ケーブルが長距離の場合、単に分路リアクトルを電力ケーブルに接続しただけでは、充電電流を十分に低減することができない可能性が高い。そのため、過大なサイズの電力ケーブルが必要になる。この場合、現実的には電力ケーブルを製造できず、送電が実現困難になる事態が想定され得る。また、仮に実現できたとしても、電力ケーブルのコストが非常に高くなってしまう。 However, if the power cable is long distance, it is highly likely that simply connecting a shunt reactor to the power cable will not be able to sufficiently reduce the charging current. Therefore, an oversized power cable is required. In this case, it can be assumed that a power cable cannot actually be manufactured, making it difficult to realize power transmission. Furthermore, even if this were possible, the cost of the power cable would be extremely high.

そこで、本発明が解決しようする課題は、ケーブルサイズを削減することが可能な電力ケーブルの充電電流補償方法、および電力ケーブルを用いた発電システムを提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a charging current compensation method for a power cable that can reduce the cable size, and a power generation system using the power cable.

一実施形態に係る充電電流補償方法は、発電機で発電された電力を電力系統へ送電する第1電力ケーブルの充電電流を補償する。この充電電流補償方法では、電力系統と電気的に接続される第1電力ケーブルの始端側に設置された無効電力調整機器を用いて、第1電力ケーブルで発生した無効電力を調整し、発電機と電気的に接続される第1電力ケーブルの終端側に設置され、充電電流に対する補償率が50%に設定された第1分路リアクトルを用いて、充電電流を補償する。 A charging current compensation method according to an embodiment compensates for a charging current of a first power cable that transmits power generated by a generator to a power grid. This charging current compensation method uses a reactive power adjustment device installed at the starting end of the first power cable that is electrically connected to the power grid to adjust the reactive power generated in the first power cable, and The charging current is compensated using a first shunt reactor installed at the terminal end of the first power cable electrically connected to the charging current and having a compensation rate for the charging current set to 50%.

本実施形態によれば、ケーブルサイズを削減することが可能となる。 According to this embodiment, it is possible to reduce the cable size.

第1実施形態に係る発電システムの概略的な構成を示す結線図である。FIG. 1 is a wiring diagram showing a schematic configuration of a power generation system according to a first embodiment. ケーブルに流れる電流と必要なケーブルサイズとの関係の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the relationship between the electric current which flows into a cable, and a required cable size. 比較例1における第1電力ケーブル内の充電電流の分布を示す図である。7 is a diagram showing the distribution of charging current in the first power cable in Comparative Example 1. FIG. 比較例2における第1電力ケーブル内の充電電流の分布を示す図である。7 is a diagram showing the distribution of charging current in the first power cable in Comparative Example 2. FIG. 比較例3における第1電力ケーブル内の充電電流の分布を示す図である。7 is a diagram showing the distribution of charging current in the first power cable in Comparative Example 3. FIG. 比較例4における第1電力ケーブル内の充電電流の分布を示す図である。7 is a diagram showing the distribution of charging current in the first power cable in Comparative Example 4. FIG. 第1分路リアクトルおよび第2分路リアクトルの補償率の合計が60%であるときの第1電力ケーブル内の充電電流の分布を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the distribution of charging current in the first power cable when the sum of the compensation factors of the first shunt reactor and the second shunt reactor is 60%. 第1分路リアクトルおよび第2分路リアクトルの補償率の合計が75%であるときの第1電力ケーブル内の充電電流の分布を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the distribution of charging current in the first power cable when the sum of the compensation factors of the first shunt reactor and the second shunt reactor is 75%. 第1分路リアクトルおよび第2分路リアクトルの補償率の合計が90%であるときの第1電力ケーブル内の充電電流の分布を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the distribution of charging current in the first power cable when the sum of the compensation rates of the first shunt reactor and the second shunt reactor is 90%. 第1電力ケーブルについて、送電電力と必要なケーブルサイズとの関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between transmitted power and required cable size for the first power cable. 比較例5に係る発電システムの概略的な構成を示す結線図である。3 is a wiring diagram showing a schematic configuration of a power generation system according to Comparative Example 5. FIG. 第3実施形態に係る発電システムの概略的な構成を示す結線図である。FIG. 3 is a wiring diagram showing a schematic configuration of a power generation system according to a third embodiment. タップ付きの第1分路リアクトル内部の3線結線図である。FIG. 3 is a three-line wiring diagram inside a tapped first shunt reactor. 変形例2に係る発電システムの概略的な構成を示す結線図である。7 is a wiring diagram showing a schematic configuration of a power generation system according to modification 2. FIG. 変形例2における第1電力ケーブル内の充電電流の分布を示す図である。7 is a diagram showing the distribution of charging current in the first power cable in Modification 2. FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。下記の実施形態は、本発明を限定するものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The embodiments described below are not intended to limit the invention.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る発電システムの概略的な構成を示す結線図である。本実施形態に係る発電システム1は、第1電力ケーブル10および第2電力ケーブル20を用いた洋上風力長距離ケーブル発電系統の一例である。この発電システム1は、第1電力ケーブル10と、発電機11と、昇圧変電所12と、連系変電所13と、第2電力ケーブル20と、母線30と、を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a wiring diagram showing a schematic configuration of a power generation system according to a first embodiment. The power generation system 1 according to the present embodiment is an example of an offshore wind long distance cable power generation system using the first power cable 10 and the second power cable 20. This power generation system 1 includes a first power cable 10, a generator 11, a step-up substation 12, an interconnection substation 13, a second power cable 20, and a bus bar 30.

発電機11には、例えば、洋上に設置された風車の回転によって発電する風力発電機を適用できる。なお、発電機11は、風力発電機に限定されず、例えば、洋上に設置された太陽光パネルで発電する太陽光発電機であってもよい。 As the generator 11, for example, a wind power generator that generates electricity by rotating a windmill installed on the ocean can be applied. Note that the generator 11 is not limited to a wind power generator, and may be, for example, a solar power generator that generates power using a solar panel installed on the ocean.

また、図1には、20台の発電機11が記載されているが、発電機11の数は特に限定されない。さらに、1本の第2電力ケーブル20に対して4台の発電機11が接続されているが、1本の第2電力ケーブル20に対する発電機11の接続数、および第2電力ケーブル20の本数も特に限定されない。 Further, although 20 generators 11 are shown in FIG. 1, the number of generators 11 is not particularly limited. Furthermore, although four generators 11 are connected to one second power cable 20, the number of connected generators 11 to one second power cable 20 and the number of second power cables 20 is not particularly limited.

複数の発電機11で発生した電力は、まず、複数の第2電力ケーブル20にそれぞれ集められ、その後、各第2電力ケーブル20から母線30に集められる。母線30に集められた電力は、昇圧変電所12に供給される。 Electric power generated by the plurality of generators 11 is first collected into the plurality of second power cables 20, and then collected from each second power cable 20 to the bus bar 30. The power collected on the busbar 30 is supplied to the step-up substation 12.

昇圧変電所12は、第1分路リアクトル121および昇圧変圧器122を有する。第1分路リアクトル121の一端は、第1電力ケーブル10の終端に接続されている。一方、第1分路リアクトル121の他端は、接地されている。第1分路リアクトル121では、第1電力ケーブル10を流れる無効電流の補償率が50%に設定されている。 Step-up substation 12 includes a first shunt reactor 121 and a step-up transformer 122 . One end of the first shunt reactor 121 is connected to the terminal end of the first power cable 10. On the other hand, the other end of the first shunt reactor 121 is grounded. In the first shunt reactor 121, the compensation rate for the reactive current flowing through the first power cable 10 is set to 50%.

昇圧変圧器122の一端は、母線30に接続されている。一方、昇圧変圧器122の他端は、第1電力ケーブル10の終端に接続されている。昇圧変圧器122は、母線30から供給された電力の電圧値を、第1電力ケーブル10の送電に適した電圧値に昇圧する。昇圧された電力は、第1電力ケーブル10によって送電されて、連系変電所13に供給される。 One end of the step-up transformer 122 is connected to the bus bar 30. On the other hand, the other end of the step-up transformer 122 is connected to the terminal end of the first power cable 10. The step-up transformer 122 steps up the voltage value of the power supplied from the bus bar 30 to a voltage value suitable for power transmission through the first power cable 10 . The boosted power is transmitted by the first power cable 10 and supplied to the interconnection substation 13.

連系変電所13は、第2分路リアクトル131および連系変圧器132を有する。第2分路リアクトル131は、第1電力ケーブル10で発生した無効電力を調整する無効電力調整機器の一例である。第2分路リアクトル131の一端は、第1電力ケーブル10の始端に接続されている。一方、第2分路リアクトル131の他端は、接地されている。第2分路リアクトル131では、無効電流の補償率が、第1分路リアクトル121の補償率よりも低い値に設定されている。 The interconnection substation 13 includes a second shunt reactor 131 and an interconnection transformer 132. The second shunt reactor 131 is an example of a reactive power adjustment device that adjusts the reactive power generated in the first power cable 10. One end of the second shunt reactor 131 is connected to the starting end of the first power cable 10. On the other hand, the other end of the second shunt reactor 131 is grounded. In the second shunt reactor 131, the compensation rate for reactive current is set to a lower value than the compensation rate of the first shunt reactor 121.

連系変圧器132の一端は、第1電力ケーブル10の始端に接続されている。一方、連系変圧器132の他端は、電力会社の電力系統40に接続されている。連系変圧器132は、第1電力ケーブル10で送電された電力を変圧する。変圧された電力は、電力系統40に供給される。 One end of the interconnection transformer 132 is connected to the starting end of the first power cable 10. On the other hand, the other end of the interconnection transformer 132 is connected to the power system 40 of the power company. The interconnection transformer 132 transforms the power transmitted by the first power cable 10. The transformed power is supplied to the power system 40.

上記のように構成された発電システム1において、例えば、下記の系統条件1を想定する。
(系統条件1)
(1)送電電力:発電機11の発電容量の合計発電容量は260MW
(2)第1電力ケーブル10の送電電圧:275kV
(3)第1電力ケーブル10の長さ:100km
(4)第1電力ケーブル10の種別:架橋ポリエチレンケーブル、銅導体、1200mm、3心、
(5)第1電力ケーブル10の静電容量:0.149μF/km
(6)周波数:50Hz
In the power generation system 1 configured as described above, for example, the following system condition 1 is assumed.
(System condition 1)
(1) Transmission power: Total power generation capacity of generator 11 is 260MW
(2) Transmission voltage of first power cable 10: 275kV
(3) Length of first power cable 10: 100km
(4) Type of first power cable 10: cross-linked polyethylene cable, copper conductor, 1200 mm 2 , 3 cores,
(5) Capacitance of first power cable 10: 0.149μF/km
(6) Frequency: 50Hz

大容量の洋上風力発電系統の特徴に、多数台の発電機11が設置され、合計送電容量が100MWから原子力発電所なみの1000MW以上と大きいこと、そのため、使われる第1電力ケーブル10の断面積が数百mmから数千mmと大きくなること、長さが数十kmから100km程度の長距離になることが挙げられる。 A feature of a large-capacity offshore wind power generation system is that a large number of generators 11 are installed, and the total power transmission capacity is large, ranging from 100 MW to over 1000 MW, which is equivalent to a nuclear power plant.Therefore, the cross-sectional area of the first power cable 10 used is For example, the distance may become large, from several hundred mm2 to several thousand mm2 , and the length may become long, from several tens of kilometers to about 100 km.

第1電力ケーブル10は、地点によって海底ケーブルになることも、陸上ケーブルになることもある。いずれの場合も、長距離ケーブルになることからその充電電流が大きくなり、数十kmになると発電電力に対応した電流を上回る。例えば、系統条件1の場合、有効分電流が546Aであるのに対して、無効分電流である充電電流は、948Aとなる。この場合、充電電流は、有効分電流の1.74倍になる。また、有効分電流とケーブル充電電流とを加算した合成電流は、1094Aであり、有効分電流の約2倍にもなってしまう。 The first power cable 10 may be a submarine cable or a land cable depending on the location. In either case, since it is a long-distance cable, the charging current becomes large, and when the distance is several tens of kilometers, it exceeds the current corresponding to the generated power. For example, in the case of system condition 1, the effective current is 546A, whereas the charging current, which is the reactive current, is 948A. In this case, the charging current is 1.74 times the effective current. Further, the combined current obtained by adding the effective current and the cable charging current is 1094 A, which is about twice the effective current.

発電機11で発生した電力を電力系統40へ送電するために使用される第1電力ケーブル10の断面積は、電流の2乗以上で大きくする必要があるので、有効分電流を流せるサイズの少なくとも2の2乗、すなわち、4倍以上の断面積が必要になる。さらに、第1電力ケーブル10には、表皮効果や近接効果があるため、実際には4倍を大幅に上回る断面積が必要になり得る。 The cross-sectional area of the first power cable 10 used to transmit the power generated by the generator 11 to the power grid 40 must be larger than the square of the current, so it must be at least as large as the square of the current. A cross-sectional area of 2 squared, that is, four times or more, is required. Additionally, the first power cable 10 may actually require a cross-sectional area significantly greater than four times due to skin and proximity effects.

図2は、ケーブルに流れる電流と必要なケーブルサイズとの関係の一例を示す図である。図2において、横軸の電流は、第1電力ケーブル10に流れる電流を示し、縦軸のケーブルサイズは、その電流を流すために必要な第1電力ケーブル10の断面積を示す。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship between the current flowing through the cable and the required cable size. In FIG. 2, the current on the horizontal axis indicates the current flowing through the first power cable 10, and the cable size on the vertical axis indicates the cross-sectional area of the first power cable 10 required to flow the current.

図2に示すように、例えば電流が900Aからおよそ10%増加して、1000Aになると、ケーブルサイズは43%も大きくしなければならない。換言すると、電流を1000Aから900Aに10%低減できれば、ケーブルサイズを43%も低減することができる。 As shown in FIG. 2, for example, if the current increases from 900A to approximately 1000A to 1000A, the cable size must increase by 43%. In other words, if the current can be reduced by 10% from 1000A to 900A, the cable size can be reduced by 43%.

さらに、電流が800Aからおよそ20%増加して、1000Aになると、ケーブルサイズは67%も大きくしなければならない。換言すると、電流を1000Aから800Aに20%低減できれば、ケーブルサイズは67%も低減できる。電流の低減が20%であるにも関わらず、ケーブルサイズの低減は67%と3倍以上の効果がある。大電流領域では、サイズが急増するというケーブル特有の特性があるためである。 Additionally, as the current increases from 800A to approximately 20% to 1000A, the cable size must increase by 67%. In other words, if the current can be reduced by 20% from 1000A to 800A, the cable size can be reduced by 67%. Although the current reduction is 20%, the cable size reduction is 67%, more than three times as effective. This is because cables have a characteristic that their size increases rapidly in a large current region.

上記系統条件1の場合、合成電流、すなわち第1電力ケーブル10を流れる電流は、1000A程度になる。この場合、図2に示すように、必要なケーブルサイズは、5000mm程度になる。現実にはこのような断面積のケーブルは製造されていないから、発電機11の電力を電力系統40まで送電することは、実現困難である。仮に実現できたとしても、第1電力ケーブル10のコストは、非常に高くなってしまう。そのため、例えば、1条の第1電力ケーブル10でなく、何条かの第1電力ケーブル10を並列にするなどが必要となる。この場合も、コストが高くなってしまう。 In the case of the above-mentioned system condition 1, the combined current, that is, the current flowing through the first power cable 10, is about 1000A. In this case, as shown in FIG. 2, the required cable size is approximately 5000 mm2 . In reality, cables with such a cross-sectional area are not manufactured, so it is difficult to transmit the power from the generator 11 to the power grid 40. Even if it could be realized, the cost of the first power cable 10 would be extremely high. Therefore, for example, instead of using one first power cable 10, it is necessary to connect several first power cables 10 in parallel. In this case as well, the cost will increase.

そのため、第1電力ケーブル10の充電電流を低減することは、第1電力ケーブル10のコスト低減に大きく寄与する。また、第1電力ケーブル10のサイズを製作可能な範囲のケーブルサイズにすることができる。本実施形態では、第1分路リアクトル121が第1電力ケーブル10の充電電流を50%補償し、負荷電流との合成電流を大幅に低減することができる。これによって、大電流領域での急激なケーブルサイズの増大を、大幅に軽減することが可能となる。 Therefore, reducing the charging current of the first power cable 10 greatly contributes to reducing the cost of the first power cable 10. Further, the size of the first power cable 10 can be set within a manufacturable range. In this embodiment, the first shunt reactor 121 compensates for 50% of the charging current of the first power cable 10, and the combined current with the load current can be significantly reduced. This makes it possible to significantly reduce the rapid increase in cable size in the high current range.

ここで、第1電力ケーブル10の充電電流の補償率について説明する。第1電力ケーブル10の充電容量QC1、充電電流IC1、および充電電流の補償率Hは、下記の式(1)~式(3)でそれぞれ表される。

Figure 2024007268000002
Figure 2024007268000003
Figure 2024007268000004
ここで、
:第1電力ケーブルの対地静電容量(F/m)
f:周波数(Hz)
:第1電力ケーブルの補償率(%)
C1:第1電力ケーブル全長に対する充電電流(A)
:第1電力ケーブルの長さ(m)
C1:第1電力ケーブルの充電容量(var)
SR1:第1分路リアクトルの容量(var)
SR2:第2分路リアクトルの容量(var)
V:線間電圧(V) Here, the compensation rate of the charging current of the first power cable 10 will be explained. The charging capacity Q C1 , the charging current I C1 , and the charging current compensation rate H 1 of the first power cable 10 are expressed by the following equations (1) to (3), respectively.
Figure 2024007268000002
Figure 2024007268000003
Figure 2024007268000004
here,
C 1 : Ground capacitance of the first power cable (F/m)
f: Frequency (Hz)
H1 : Compensation rate (%) of the first power cable
I C1 : Charging current (A) for the entire length of the first power cable
l 1 : Length of the first power cable (m)
Q C1 : Charging capacity of the first power cable (var)
Q SR1 : Capacity of the first shunt reactor (var)
Q SR2 : Capacity of second shunt reactor (var)
V: line voltage (V)

図3は、比較例1における第1電力ケーブル10内の充電電流の分布を示す図である。比較例1では、第1電力ケーブル10の両端のいずれにも分路リアクトルが接続されていない。なお、第1電力ケーブル10に流れる電流には、有効電力に対応した有効分電流と、無効分電力に対応した無効分電流とがあるが、図3およびそれ以降の図において、第1電力ケーブル10内の電流分布は、無効分電流のみを示している。 FIG. 3 is a diagram showing the distribution of charging current within the first power cable 10 in Comparative Example 1. In Comparative Example 1, no shunt reactor is connected to either end of the first power cable 10. Note that the current flowing through the first power cable 10 includes an active current corresponding to the active power and a reactive current corresponding to the reactive power. The current distribution in 10 shows only the reactive current.

図3において、充電電流すなわち位相が有効分電流の位相に対して90°進んだ進み電流は、第1電力ケーブル10の連系変圧器132側、すなわち第1電力ケーブル10の始端では100%が流れ込む。一方、昇圧変圧器122側、すなわち第1電力ケーブル10の終端では、進み電流がゼロになる。第1電力ケーブル10の始端には、100%の充電電流が流れるので、第1電力ケーブル10に流れる無効分電流、すなわち充電電流は全く削減されない。 In FIG. 3, the charging current, that is, the leading current whose phase is 90 degrees ahead of the phase of the active current, is 100% at the interconnection transformer 132 side of the first power cable 10, that is, at the starting end of the first power cable 10. Flow into. On the other hand, on the step-up transformer 122 side, that is, at the end of the first power cable 10, the lead current becomes zero. Since 100% of the charging current flows through the starting end of the first power cable 10, the reactive current flowing through the first power cable 10, that is, the charging current is not reduced at all.

図4は、比較例2における第1電力ケーブル10内の充電電流の分布を示す図である。比較例2では、第1電力ケーブル10の始端に第2分路リアクトル131が接続されている一方で、第1電力ケーブル10の終端には、第1分路リアクトル121が接続されていない。 FIG. 4 is a diagram showing the distribution of charging current within the first power cable 10 in Comparative Example 2. In Comparative Example 2, while the second shunt reactor 131 is connected to the starting end of the first power cable 10, the first shunt reactor 121 is not connected to the terminal end of the first power cable 10.

比較例2では、第2分路リアクトル131が、第1電力ケーブル10への充電電流を100%補償する。そのため、電力系統40および連系変圧器132を流れる無効分電流はゼロになる。しかし、第1電力ケーブル10の連系変圧器132側、すなわち、始端では、100%の充電電流が流れてしまう。一方、昇圧変圧器122側、すなわち第1電力ケーブル10の終端では、充電電流はゼロになる。 In Comparative Example 2, the second shunt reactor 131 compensates for 100% of the charging current to the first power cable 10. Therefore, the reactive current flowing through power system 40 and interconnection transformer 132 becomes zero. However, 100% of the charging current flows at the interconnection transformer 132 side of the first power cable 10, that is, at the starting end. On the other hand, on the step-up transformer 122 side, that is, at the end of the first power cable 10, the charging current becomes zero.

比較例2では、電力系統40および連系変圧器132に流れる進み電流は補償される。すなわち、この補償方法では、電力系統40および連系変圧器132に流れる進みの無効電力は無くなる。そのため、電力系統40に悪影響を及ぼす無効電力を無くし、フェランチ効果による電圧上昇を抑制することができる。しかし、第1電力ケーブル10に流れる無効分電流、すなわち充電電流は低減されないので、ケーブルサイズを削減することができない。 In Comparative Example 2, the lead current flowing through the power system 40 and the interconnection transformer 132 is compensated. That is, in this compensation method, the leading reactive power flowing to the power system 40 and the interconnection transformer 132 is eliminated. Therefore, it is possible to eliminate reactive power that adversely affects the power system 40, and to suppress voltage increases due to the Ferranti effect. However, since the reactive current flowing through the first power cable 10, that is, the charging current, is not reduced, the cable size cannot be reduced.

図5は、比較例3における第1電力ケーブル10内の充電電流の分布を示す図である。比較例3では、第1電力ケーブル10の終端に第1分路リアクトル121が接続されている一方で、第1電力ケーブル10の始端には、第2分路リアクトル131が接続されていない。 FIG. 5 is a diagram showing the distribution of charging current within the first power cable 10 in Comparative Example 3. In Comparative Example 3, the first shunt reactor 121 is connected to the terminal end of the first power cable 10, while the second shunt reactor 131 is not connected to the starting end of the first power cable 10.

比較例3では、第1分路リアクトル121が、第1電力ケーブル10への充電電流を100%補償する。そのため、比較例2と同様に、電力系統40および連系変圧器132を流れる無効分電流はゼロになる。しかし、第1電力ケーブル10の昇圧変圧器122側、すなわち終端では100%の遅れ電流が流れてしまう。そのため、この補償方法でも、電力系統40および連系変圧器132に流れる進み電流は補償されるものの、第1電力ケーブル10に流れる無効分電流は低減されない。すなわち、電力系統40に悪影響を及ぼす無効電力を無くし、フェランチ効果による電圧上昇を抑制することができるものの、ケーブルサイズを削減することができない。 In Comparative Example 3, the first shunt reactor 121 compensates for 100% of the charging current to the first power cable 10. Therefore, similarly to Comparative Example 2, the reactive current flowing through the power system 40 and the interconnection transformer 132 becomes zero. However, a 100% delayed current flows at the step-up transformer 122 side of the first power cable 10, that is, at the terminal end. Therefore, even with this compensation method, although the lead current flowing through the power system 40 and the interconnection transformer 132 is compensated for, the reactive current flowing through the first power cable 10 is not reduced. That is, although it is possible to eliminate reactive power that adversely affects the power system 40 and suppress the voltage rise due to the Ferranti effect, it is not possible to reduce the cable size.

図6は、比較例4における第1電力ケーブル10内の充電電流の分布を示す図である。比較例4では、第1電力ケーブル10の終端に第1分路リアクトル121が接続され、かつ、第1電力ケーブル10の始端に第2分路リアクトル131が接続されている。また、第1分路リアクトル121および第2分路リアクトル131の補償率は、第1電力ケーブル10の充電容量の30%にそれぞれ設定されている。すなわち、比較例4では、補償率が、第1分路リアクトル121の補償率と第2分路リアクトル131の補償率との合計である60%に設定されている。 FIG. 6 is a diagram showing the distribution of charging current within the first power cable 10 in Comparative Example 4. In Comparative Example 4, the first shunt reactor 121 is connected to the terminal end of the first power cable 10, and the second shunt reactor 131 is connected to the starting end of the first power cable 10. Further, the compensation rates of the first shunt reactor 121 and the second shunt reactor 131 are each set to 30% of the charging capacity of the first power cable 10. That is, in Comparative Example 4, the compensation rate is set to 60%, which is the sum of the compensation rate of the first shunt reactor 121 and the compensation rate of the second shunt reactor 131.

比較例4では、図6に示すように、進み電流および遅れ電流、すなわち無効分電流の分布は、第1電力ケーブル10の始端で進み70%になり、第1電力ケーブル10の終端で遅れ30%になる。第1電力ケーブル10のケーブルサイズは、最大電流で決まる。そのため、比較例4では、第1電力ケーブル10には、充電電流の70%を流せるケーブルサイズが必要になる。この補償方法によれば、上述した比較例1、比較例2、および比較例3に比べて、無効分充電容量を低減することができる。しかし、第1電力ケーブル10に流れる充電電流の大きさを低減する効果は、限定的になる。 In Comparative Example 4, as shown in FIG. 6, the distribution of leading current and lagging current, that is, reactive current, leads by 70% at the starting end of the first power cable 10 and lags by 30% at the terminal end of the first power cable 10. %become. The cable size of the first power cable 10 is determined by the maximum current. Therefore, in Comparative Example 4, the first power cable 10 needs to have a cable size that allows 70% of the charging current to flow therethrough. According to this compensation method, the reactive charge capacity can be reduced compared to Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 3 described above. However, the effect of reducing the magnitude of the charging current flowing through the first power cable 10 is limited.

これに対し、本実施形態では、第1分路リアクトル121の補償率および第2分路リアクトル131の補償率の合計が60%であっても、第1分路リアクトル121の補償率を50%に設定することによって、比較例4よりもさらに第1電力ケーブル10のケーブルサイズを低減することができる。以下に、その理由について説明する。 In contrast, in this embodiment, even if the sum of the compensation rate of the first shunt reactor 121 and the compensation rate of the second shunt reactor 131 is 60%, the compensation rate of the first shunt reactor 121 is set to 50%. By setting this, the cable size of the first power cable 10 can be further reduced than in Comparative Example 4. The reason for this will be explained below.

第1電力ケーブル10の補償率H(%)は、上記式(3)に示すように、第1分路リアクトル121の容量QSR1、第2分路リアクトル131の容量QSR2、および第1電力ケーブル10の充電容量QC1を用いて表すことができる。ここで、第1分路リアクトル121の補償率を50%に設定すると、上記式(3)を変形することによって、第1分路リアクトル121の容量QSR1、は下記の式(4)で表され、第2分路リアクトル131の容量QSR2は下記の式(5)で表される。

Figure 2024007268000005
Figure 2024007268000006
The compensation rate H 1 (%) of the first power cable 10 is determined by the capacity Q SR1 of the first shunt reactor 121, the capacity Q SR2 of the second shunt reactor 131, and the first It can be expressed using the charging capacity QC1 of the power cable 10. Here, if the compensation rate of the first shunt reactor 121 is set to 50%, the capacity Q SR1 of the first shunt reactor 121 is expressed by the following formula (4) by transforming the above formula (3). The capacity QSR2 of the second shunt reactor 131 is expressed by the following equation (5).
Figure 2024007268000005
Figure 2024007268000006

本実施形態では、第1分路リアクトル121と第2分路リアクトル131との間で補償率が不均等である。また、第1分路リアクトル121の補償率が50%に設定されるため、第2分路リアクトル131の補償率がH-50%となる。 In this embodiment, the compensation rates are unequal between the first shunt reactor 121 and the second shunt reactor 131. Furthermore, since the compensation rate of the first shunt reactor 121 is set to 50%, the compensation rate of the second shunt reactor 131 is H 1 -50%.

図7は、第1分路リアクトル121および第2分路リアクトル131の補償率の合計が60%であるときの第1電力ケーブル10内の充電電流の分布を示す図である。本実施形態では、第1分路リアクトル121の補償率が50%に設定されているため、第2分路リアクトル131の補償率は10%(=60%-50%)になる。 FIG. 7 is a diagram showing the distribution of charging current in the first power cable 10 when the sum of the compensation rates of the first shunt reactor 121 and the second shunt reactor 131 is 60%. In this embodiment, since the compensation rate of the first shunt reactor 121 is set to 50%, the compensation rate of the second shunt reactor 131 is 10% (=60%-50%).

また、電力系統40および連系変圧器132を流れる無効分電流は、第1電力ケーブル10の充電電流の40%(=100%-60%)となる。そのため、第1電力ケーブル10の始端における補償率は、50%(=40%+10%)となる。一方、第1電力ケーブル10の終端における補償率も50%となる。これにより、本実施形態では、第1電力ケーブル10は、充電電流の50%を流せるケーブルサイズを有していればよい。そのため、本実施形態では、充電電流の70%のケーブルサイズを必要とする比較例4よりも第1電力ケーブル10のケーブルサイズを大幅に削減することができる。 Further, the reactive current flowing through the power system 40 and the interconnection transformer 132 is 40% (=100%−60%) of the charging current of the first power cable 10. Therefore, the compensation rate at the starting end of the first power cable 10 is 50% (=40%+10%). On the other hand, the compensation rate at the terminal end of the first power cable 10 is also 50%. Accordingly, in this embodiment, the first power cable 10 only needs to have a cable size that allows 50% of the charging current to flow therethrough. Therefore, in this embodiment, the cable size of the first power cable 10 can be significantly reduced compared to Comparative Example 4, which requires a cable size that is 70% of the charging current.

図8は、第1分路リアクトル121および第2分路リアクトル131の補償率の合計が75%であるときの第1電力ケーブル10内の充電電流の分布を示す図である。 FIG. 8 is a diagram showing the distribution of charging current in the first power cable 10 when the sum of the compensation rates of the first shunt reactor 121 and the second shunt reactor 131 is 75%.

本実施形態では、第1分路リアクトル121の補償率は50%に設定されているため、第2分路リアクトル131の補償率は25%(=75%-50%)になる。また、電力系統40および連系変圧器132を流れる無効分電流は、第1電力ケーブル10の充電電流の25%(=100%-75%)となる。そのため、第1電力ケーブル10の始端における補償率は、50%(=25%+25%)となる。一方、第1電力ケーブル10の終端における補償率も50%となる。そのため、補償率の合計が75%であっても、第1電力ケーブル10は充電電流の50%を流せるケーブルサイズを有していればよい。 In this embodiment, the compensation rate of the first shunt reactor 121 is set to 50%, so the compensation rate of the second shunt reactor 131 is 25% (=75%-50%). Further, the reactive current flowing through the power system 40 and the interconnection transformer 132 is 25% (=100%−75%) of the charging current of the first power cable 10. Therefore, the compensation rate at the starting end of the first power cable 10 is 50% (=25%+25%). On the other hand, the compensation rate at the terminal end of the first power cable 10 is also 50%. Therefore, even if the total compensation rate is 75%, the first power cable 10 only needs to have a cable size that allows 50% of the charging current to flow.

上述した比較例4では、第1分路リアクトル121の補償率と第2分路リアクトル131の補償率とは、互いに等しい。そのため、補償率の合計が75%である場合、各分路リアクトルの補償率は、それぞれ37.5%となる。その結果、第1電力ケーブル10の始端における補償率は、62.5%(25%+37.5%)となってしまう。よって、第1分路リアクトル121および第2分路リアクトル131の補償率の合計が75%であっても、第1電力ケーブル10のケーブルサイズを比較例4よりも削減することができる。 In Comparative Example 4 described above, the compensation rate of the first shunt reactor 121 and the compensation rate of the second shunt reactor 131 are equal to each other. Therefore, when the total compensation rate is 75%, the compensation rate of each shunt reactor is 37.5%. As a result, the compensation rate at the starting end of the first power cable 10 ends up being 62.5% (25%+37.5%). Therefore, even if the sum of the compensation rates of the first shunt reactor 121 and the second shunt reactor 131 is 75%, the cable size of the first power cable 10 can be reduced compared to the fourth comparative example.

図9は、第1分路リアクトル121および第2分路リアクトル131の補償率の合計が90%であるときの第1電力ケーブル10内の充電電流の分布を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing the distribution of charging current in the first power cable 10 when the sum of the compensation rates of the first shunt reactor 121 and the second shunt reactor 131 is 90%.

本実施形態では、第1分路リアクトル121の補償率は50%に設定されているため、第2分路リアクトル131の補償率は40%(=90%-50%)になる。また、電力系統40および連系変圧器132を流れる無効分電流は、第1電力ケーブル10の充電電流の10%(=100%-90%)となる。そのため、第1電力ケーブル10の始端における補償率は、50%(=10%+40%)となる。一方、第1電力ケーブル10の終端における補償率も50%となる。そのため、補償率の合計が90%であっても、第1電力ケーブル10は充電電流の50%を流せるケーブルサイズを有していればよい。 In this embodiment, the compensation rate of the first shunt reactor 121 is set to 50%, so the compensation rate of the second shunt reactor 131 is 40% (=90%-50%). Further, the reactive current flowing through the power system 40 and the interconnection transformer 132 is 10% (=100%−90%) of the charging current of the first power cable 10. Therefore, the compensation rate at the starting end of the first power cable 10 is 50% (=10%+40%). On the other hand, the compensation rate at the terminal end of the first power cable 10 is also 50%. Therefore, even if the total compensation rate is 90%, the first power cable 10 only needs to have a cable size that allows 50% of the charging current to flow.

上述した比較例4では、第1分路リアクトル121の補償率と第2分路リアクトル131の補償率とは、それぞれ45%となる。その結果、第1電力ケーブル10の始端における補償率は、55%(10%+45%)となってしまう。よって、第1分路リアクトル121および第2分路リアクトル131の補償率の合計が90%であっても、第1電力ケーブル10のケーブルサイズを比較例4よりも削減することができる。 In Comparative Example 4 described above, the compensation rate of the first shunt reactor 121 and the compensation rate of the second shunt reactor 131 are each 45%. As a result, the compensation rate at the starting end of the first power cable 10 ends up being 55% (10%+45%). Therefore, even if the sum of the compensation rates of the first shunt reactor 121 and the second shunt reactor 131 is 90%, the cable size of the first power cable 10 can be reduced compared to the fourth comparative example.

上述した本実施形態によれば、第1電力ケーブル10の補償率とは無関係に、第1電力ケーブル10に流れる無効分電流を50%に低減できる。すなわち、第1電力ケーブル10に流れる無効分電流は、下記の式(6)で求めることができる。

Figure 2024007268000007
ここで、
Q-max: 第1電力ケーブル10に流れる無効分電流の最大値(A) According to the embodiment described above, the reactive current flowing through the first power cable 10 can be reduced to 50% regardless of the compensation rate of the first power cable 10. That is, the reactive current flowing through the first power cable 10 can be determined using the following equation (6).
Figure 2024007268000007
here,
IQ-max : Maximum value (A) of reactive current flowing through the first power cable 10

この電流IQ-maxは、第1電力ケーブル10の始端および終端に流れる電流の大きさを示しており、始端と終端とに同じ大きさの電流が流れる。図7~図9に示すように、始端を流れる電流の位相は、終端を流れる電流の位相とは逆位相、すなわち、始端は進み90°の電流であり、終端は遅れ90°の電流である。 This current I Q-max indicates the magnitude of the current flowing at the starting end and the terminal end of the first power cable 10, and the same magnitude of current flows at the starting end and the terminal end. As shown in Figures 7 to 9, the phase of the current flowing at the start end is opposite to the phase of the current flowing at the end, that is, the start end is a leading current of 90°, and the terminal end is a current of 90° delay. .

第1電力ケーブル10の途中位置xにおける電流IQ-xは、下記の式(7)で表される。

Figure 2024007268000008
ここで、
Q-x: 第1電力ケーブルの始端から終端の途中の位置xにおける無効分電流(A) The current IQ-x at the midway position x of the first power cable 10 is expressed by the following equation (7).
Figure 2024007268000008
here,
IQ-x : Reactive current (A) at position x midway from the start end to the end of the first power cable

負の符号は90°遅れ電流、正の符号は90°進み電流を示す。任意の位置の無効分電流の大きさ、および符号は、図7~図9に示すように位置によって変化する。 A negative sign indicates a 90° lagging current, and a positive sign indicates a 90° leading current. The magnitude and sign of the reactive current at any position change depending on the position, as shown in FIGS. 7 to 9.

以下、図10を参照して、第1実施形態の効果を説明する。図10は、第1電力ケーブル10について、送電電力と必要なケーブルサイズとの関係を示す図である。図10は、上述した系統条件1に基づく関係を示す。ただし、送電容量は260MWだけでなく、180~300MWまで変化させた。これに伴って、必要なケーブルサイズは変化し、また、静電容量も変化する。 The effects of the first embodiment will be described below with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between transmitted power and required cable size for the first power cable 10. FIG. 10 shows the relationship based on the above-mentioned system condition 1. However, the power transmission capacity was varied from 180 to 300 MW instead of just 260 MW. Along with this, the required cable size changes and the capacitance also changes.

図10において、点線で表された特性Aは、上述した比較例4において、第1分路リアクトル121および第2分路リアクトル131の補償率の合計が75%に設定されている場合の送電電力に対するケーブルサイズ特性を示す。また、一点鎖線で表された特性Bは、上述した比較例4において、上記補償率の合計が90%に設定されている場合の送電電力に対するケーブルサイズ特性を示す。さらに、実線で表された特性Cは、第1実施形態における送電電力に対するケーブルサイズ特性を示す。 In FIG. 10, characteristic A represented by a dotted line represents the transmitted power when the sum of the compensation rates of the first shunt reactor 121 and the second shunt reactor 131 is set to 75% in the above-mentioned comparative example 4. The cable size characteristics are shown below. Characteristic B represented by a dashed-dotted line indicates the cable size characteristic with respect to the transmitted power when the sum of the compensation rates is set to 90% in Comparative Example 4 described above. Further, a characteristic C represented by a solid line indicates a cable size characteristic with respect to transmitted power in the first embodiment.

図10において、特性Bでは、送電電力が260MWである場合には、約3000mmのケーブルサイズが必要になる。一方、本実施形態では、特性Cに示すように、260MWを送電するのに必要なケーブルサイズは約1000mmとなる。そのため、ケーブルサイズが、比較例4に比べて3分の1になる。 In FIG. 10, in characteristic B, when the transmitted power is 260 MW, a cable size of approximately 3000 mm 2 is required. On the other hand, in this embodiment, as shown in characteristic C, the cable size required to transmit 260 MW is approximately 1000 mm 2 . Therefore, the cable size is reduced to one-third of that of Comparative Example 4.

また、図10において、特性Aでは、送電電力が200MWである場合には、約1000mmのケーブルサイズが必要になる。一方、本実施形態では、特性Cに示すように、200MWを送電するのに必要なケーブルサイズは約400mmとなる。そのため、ケーブルサイズを、比較例4の40%に削減することができる。 Further, in FIG. 10, in characteristic A, when the transmitted power is 200 MW, a cable size of approximately 1000 mm 2 is required. On the other hand, in this embodiment, as shown in characteristic C, the cable size required to transmit 200 MW is approximately 400 mm 2 . Therefore, the cable size can be reduced to 40% of Comparative Example 4.

また、送電電力が270MWである場合、比較例4では補償率を75%から90%に大きくしても、送電可能なケーブルサイズは図10からスケールアウトし、図中には存在しない。一方、本実施形態によれば、ケーブルサイズが約1200mmであれば、270MWを送電可能である。 Further, when the transmitted power is 270 MW, even if the compensation rate is increased from 75% to 90% in Comparative Example 4, the cable size that can transmit power is scaled out from FIG. 10 and does not exist in the diagram. On the other hand, according to this embodiment, if the cable size is approximately 1200 mm 2 , it is possible to transmit 270 MW.

また、図10において、系統条件1に含まれる第1電力ケーブル10の長さが100kmである送電に対し、本実施形態に係る補償方法であれば、270MWの送電が可能である。しかし、比較例4に係る補償方法では送電できない。したがって、本実施形態に係る補償方法は、比較例4に係る補償方法に比べて優れている。 Further, in FIG. 10, for power transmission in which the length of the first power cable 10 included in system condition 1 is 100 km, the compensation method according to the present embodiment allows power transmission of 270 MW. However, power cannot be transmitted using the compensation method according to Comparative Example 4. Therefore, the compensation method according to this embodiment is superior to the compensation method according to Comparative Example 4.

さらに、第1電力ケーブル10の長さが100km、送電電力が270MWである場合、本実施形態に係る補償方法であれば、1回線、すなわち1本の第1電力ケーブル10で送電可能である。しかし、比較例4に係る補償方法では、補償率が90%であっても、2回線、すなわち2本の第1電力ケーブル10が必要になる。数十kmに及ぶ長距離ケーブルの建設費は非常に大きな金額になるため、ケーブル本数の差は、非常に大きなものとなる。特に、本実施形態では、比較例4に比べて建設費を半減することができる。 Further, when the length of the first power cable 10 is 100 km and the transmitted power is 270 MW, the compensation method according to the present embodiment allows power to be transmitted through one line, that is, one first power cable 10. However, in the compensation method according to Comparative Example 4, even if the compensation rate is 90%, two lines, that is, two first power cables 10 are required. The cost of constructing a long-distance cable spanning several tens of kilometers is very large, so the difference in the number of cables becomes very large. In particular, in this embodiment, construction costs can be halved compared to Comparative Example 4.

なお、無効電力の削減量Mvar値は、補償率に比例するので、比較例に係る補償方法でも本実施形態に係る補償方法でも、補償率が同じなら、削減量Mvarは同一である。本実施形態に係る補償方法では、第1分路リアクトル121の容量を補償率50%にすれば、第1電力ケーブル10を流れる無効分電流の最大値IQ-maxは、上記の式(6)の通り、50%削減が可能となる。したがって、本実施形態によれば、第1電力ケーブル10のケーブルサイズを効果的に削減することが可能となる。 Note that since the reactive power reduction amount Mvar value is proportional to the compensation rate, the reduction amount Mvar is the same in both the compensation method according to the comparative example and the compensation method according to the present embodiment if the compensation rate is the same. In the compensation method according to the present embodiment, if the capacity of the first shunt reactor 121 is set to a compensation rate of 50%, the maximum value IQ-max of the reactive current flowing through the first power cable 10 is calculated by the above equation (6 ), a 50% reduction is possible. Therefore, according to this embodiment, it is possible to effectively reduce the cable size of the first power cable 10.

(第2実施形態)
まず、図11を参照して、第2実施形態と比較する比較例5の補償方法について説明する。図11は比較例5に係る発電システムの概略的な構成を示す結線図である。図11では、上述した第1実施形態に係る発電システム1と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Second embodiment)
First, with reference to FIG. 11, a compensation method of Comparative Example 5 to be compared with the second embodiment will be described. FIG. 11 is a wiring diagram showing a schematic configuration of a power generation system according to Comparative Example 5. In FIG. 11, the same components as those of the power generation system 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図11に示す発電システム200では、第3分路リアクトル123が母線30に接続されている。発電システム200では、多数台の発電機11で発電された電力が、多数の第2電力ケーブル20に集められる。このため、第2電力ケーブル群の対地静電容量のために大きな進み電流が流れ、これにより進みの無効電力QC2が発生する。そこで、第3分路リアクトル123の容量QSR3は、上記無効電力QC2を補償する大きさに設定される。容量QSR3は、第3分路リアクトル123の補償率Hを用いて、下記の式(8)で表される。

Figure 2024007268000009
In the power generation system 200 shown in FIG. 11, the third shunt reactor 123 is connected to the bus bar 30. In the power generation system 200 , power generated by a large number of generators 11 is collected into a large number of second power cables 20 . Therefore, a large lead current flows due to the ground capacitance of the second power cable group, which generates lead reactive power QC2 . Therefore, the capacity Q SR3 of the third shunt reactor 123 is set to a size that compensates for the reactive power Q C2 . The capacity Q SR3 is expressed by the following equation (8) using the compensation rate H 2 of the third shunt reactor 123.
Figure 2024007268000009

次に、第2実施形態を説明する。本実施形態に係る発電システムは、図11に示す発電システム200から第3分路リアクトル123を無くした構成である。また、本実施形態では、第3分路リアクトル123の補償容量QSR3が第1分路リアクトル121の補償容量QSR1に加算されている。すなわち、本実施形態における第1分路リアクトル121の容量QSR13は、下記の式(9)で表される。

Figure 2024007268000010
ここで、
:第2電力ケーブルの多回線の補償率(%)
C1:第1電力ケーブルの充電容量(var)
C2:第2電力ケーブルの多回線の充電容量(var)
SR3:第3分路リアクトルの容量(var)
SR13:第2実施形態における第2分路リアクトルの容量(var) Next, a second embodiment will be described. The power generation system according to this embodiment has a configuration in which the third shunt reactor 123 is removed from the power generation system 200 shown in FIG. 11. Further, in this embodiment, the compensation capacity Q SR3 of the third shunt reactor 123 is added to the compensation capacity Q SR1 of the first shunt reactor 121. That is, the capacity QSR13 of the first shunt reactor 121 in this embodiment is expressed by the following equation (9).
Figure 2024007268000010
here,
H2 : Compensation rate (%) for multiple lines of the second power cable
Q C1 : Charging capacity of the first power cable (var)
Q C2 : Multi-line charging capacity of the second power cable (var)
Q SR3 : Capacity of third shunt reactor (var)
Q SR13 : Capacity (var) of the second shunt reactor in the second embodiment

本実施形態によれば、第1分路リアクトル121が、第2電力ケーブル20の多回線の充電電流を補償するので、電力系統40に流れ込む第2電力ケーブル20の充電電流を十分に低減できる。これにより、電力系統40に悪影響を及ぼす無効電力を低減することができる。また、第1電力ケーブル10の充電電流が連系変圧器132や昇圧変圧器122を通過することによって発生するフェランチ効果を電力系統40に影響がない範囲にまで低減することができる。さらに、第1電力ケーブル10の充電電流だけでなく、多回線の第2電力ケーブル20の充電電流も十分に削減できる。 According to this embodiment, the first shunt reactor 121 compensates for the charging current of the multiple lines of the second power cable 20, so that the charging current of the second power cable 20 flowing into the power system 40 can be sufficiently reduced. Thereby, reactive power that adversely affects the power system 40 can be reduced. Moreover, the Ferranti effect that occurs when the charging current of the first power cable 10 passes through the interconnection transformer 132 and the step-up transformer 122 can be reduced to the extent that it does not affect the power system 40. Furthermore, not only the charging current of the first power cable 10 but also the charging current of the multi-line second power cable 20 can be sufficiently reduced.

加えて、第2実施形態によれば、第3分路リアクトル123が無くなるため、第3分路リアクトル123用の開閉設備が不要になる。また、第3分路リアクトル123が油絶縁の場合には、消火設備も不要になる。よって、発電システムの設置に必要なコストを削減することが可能となる。また、発電システムの設置スペースを削減することも可能となる。さらに、発電システムの工期を短縮することも可能となる。 In addition, according to the second embodiment, since the third shunt reactor 123 is eliminated, switching equipment for the third shunt reactor 123 is not required. Moreover, when the third shunt reactor 123 is oil-insulated, fire extinguishing equipment is also not required. Therefore, it is possible to reduce the cost required for installing the power generation system. It also becomes possible to reduce the installation space for the power generation system. Furthermore, it will also be possible to shorten the construction period for the power generation system.

(第3実施形態)
図12は、第3実施形態に係る発電システムの概略的な構成を示す結線図である。図12では、上述した第1実施形態に係る発電システム1と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 12 is a wiring diagram showing a schematic configuration of a power generation system according to a third embodiment. In FIG. 12, the same components as those of the power generation system 1 according to the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

本実施形態に係る発電システム3は、第1分路リアクトル121の代わりにタップ付きの第1分路リアクトル121Aを有する点で、第1実施形態に係る発電システム1と異なる。ここで、図13を参照して第1分路リアクトル121Aの内部構成を説明する。 The power generation system 3 according to this embodiment differs from the power generation system 1 according to the first embodiment in that it includes a tapped first shunt reactor 121A instead of the first shunt reactor 121. Here, the internal configuration of the first shunt reactor 121A will be described with reference to FIG. 13.

図13は、タップ付きの第1分路リアクトル121A内部の3線結線図である。図130に示すように、第1分路リアクトル121Aの巻線の端部の一方には、タップ121Bが設けられている。また、この巻線の端部の他方には、第1電力ケーブル10に接続される線路側端子121Cが設けられている。第1分路リアクトル121Aでは、タップ121Bの幅を調整することによって、第1分路リアクトル121Aの補償容量を調整することができる。 FIG. 13 is a three-line wiring diagram inside the tapped first shunt reactor 121A. As shown in FIG. 130, a tap 121B is provided at one end of the winding of the first shunt reactor 121A. Further, a line side terminal 121C connected to the first power cable 10 is provided at the other end of the winding. In the first shunt reactor 121A, the compensation capacity of the first shunt reactor 121A can be adjusted by adjusting the width of the tap 121B.

以下に、タップ幅の設計方法を説明する。 The method of designing the tap width will be explained below.

第1電力ケーブル10の補償率H、第1分路リアクトル121Aの容量QSR1、第2分路リアクトル131の容量QSR2、および第1電力ケーブル10を流れる無効分電流IQ-maxは、第1実施形態で説明した式(3)、式(4)、式(5)、および式(6)でそれぞれ表すことができる。 The compensation factor H 1 of the first power cable 10, the capacity Q SR1 of the first shunt reactor 121A, the capacity Q SR2 of the second shunt reactor 131, and the reactive current I Q-max flowing through the first power cable 10 are as follows: It can be expressed by Equation (3), Equation (4), Equation (5), and Equation (6) explained in the first embodiment, respectively.

ただし、厳密には、第1電力ケーブル10の充電容量QC1に誤差ΔQC1(%)が存在する。充電容量QC1は、第1実施形態で説明した式(1)および式(2)で表されるが、式(1)および式(2)に示された第1電力ケーブル10の対地静電容量Cには、単位長さ当たりで±10%程度の誤差ΔCがある。また、第1電力ケーブル10の長さlには、±5%程度の誤差Δlがある。したがって、充電容量QC1の誤差ΔQC1は、最大で±15%程度になる。 However, strictly speaking, there is an error ΔQ C1 (%) in the charging capacity Q C1 of the first power cable 10. The charging capacity Q C1 is expressed by the equations (1) and (2) described in the first embodiment, and the ground electrostatic charge of the first power cable 10 shown in the equations (1) and (2) The capacitance C 1 has an error ΔC 1 of about ±10% per unit length. Further, the length l 1 of the first power cable 10 has an error Δl 1 of about ±5%. Therefore, the error ΔQ C1 in the charging capacity Q C1 is approximately ±15% at maximum.

また、第1分路リアクトル121Aおよび第2分路リアクトル131にも、JEC規格で規定されている±5%程度の製造誤差ΔQSR1、ΔQSR2がそれぞれ存在する。 Further, the first shunt reactor 121A and the second shunt reactor 131 also have manufacturing errors ΔQ SR1 and ΔQ SR2 of about ±5%, respectively, as defined by the JEC standard.

上記の誤差を考慮した第1電力ケーブル10の真の補償率をHS1(%)は、式(10)で表される。

Figure 2024007268000011
The true compensation rate H S1 (%) of the first power cable 10 in consideration of the above error is expressed by equation (10).
Figure 2024007268000011

第1実施形態で説明した式(3)で表される補償率Hは、系統設計時点での補償率、すなわち、設計補償率であり、対地静電容量C、長さl、容量QSR1、および容量QSR2などの各値は設計値である。そのため、実際の値に対して、各設計値を合計した総誤差は、最大では、±20%程度にもなる。本実施形態では、第1分路リアクトル121Aのタップは、総誤差の±20%に安全率に基づく余裕度を加えて、±25%に設定される。例えば、図13に示すタップ12Bの中心値が、設計補償率Hにおける容量であり、1タップの幅が5%である場合、上下に5タップとすれば±25%の容量を調整することができる。 The compensation rate H 1 expressed by the formula (3) described in the first embodiment is the compensation rate at the time of system design, that is, the design compensation rate, and includes ground capacitance C 1 , length l 1 , and capacitance Each value of Q SR1 , capacity Q SR2, etc. is a design value. Therefore, the total error, which is the sum of each design value with respect to the actual value, is about ±20% at maximum. In this embodiment, the tap of the first shunt reactor 121A is set to ±25%, which is the sum of ±20% of the total error and a margin based on the safety factor. For example, if the center value of tap 12B shown in FIG. 13 is the capacity at a design compensation rate of H 1 and the width of one tap is 5%, if there are 5 taps above and below, the capacity can be adjusted by ±25%. I can do it.

第1分路リアクトル121Aの容量を調整可能な範囲を示すタップ幅Qtapは、下記の式(11)で表す関係を満たしている。

Figure 2024007268000012
The tap width Q tap indicating the range in which the capacity of the first shunt reactor 121A can be adjusted satisfies the relationship expressed by the following equation (11).
Figure 2024007268000012

なお、誤差は、プラス側とマイナス側のいずれにも成り得るので、それぞれの誤差、すなわち、誤差ΔC、誤差Δl1、誤差ΔQSR2およびタップ容量Qtapには、±の符号が付く。 Note that since the error can be on either the plus side or the minus side, each error, that is, the error ΔC 1 , the error Δl 1 , the error ΔQ SR2 , and the tap capacitance Q tap is given a ± sign.

タップ付きの第1分路リアクトル121Aには、タップ容量±Qtapが調整できるタップ121Bを設ける。例えば、タップ121Bの中心が、定格容量QSR1となる場合、タップ上端における最高容量QSR1-maxおよびタップ下端における最低容量QSR1-minは、下記の式(12)、(13)でそれぞれ表される。

Figure 2024007268000013
Figure 2024007268000014
The tapped first shunt reactor 121A is provided with a tap 121B whose tap capacity ±Q tap can be adjusted. For example, if the center of the tap 121B is the rated capacity Q SR1 , the maximum capacity Q SR1-max at the top end of the tap and the minimum capacity Q SR1-min at the bottom end of the tap are expressed by the following equations (12) and (13), respectively. be done.
Figure 2024007268000013
Figure 2024007268000014

タップ121Bは、第1分路リアクトル121Aに設ければよく、第2分路リアクトル131には設ける必要はない。 The tap 121B may be provided in the first shunt reactor 121A, and does not need to be provided in the second shunt reactor 131.

第1実施形態で説明した系統条件1に、下記の誤差条件(7)、(8)、および(9)を加えた系統条件2で第1電力ケーブル10の充電容量QC1、第1分路リアクトル121Aの容量QSR1、誤差分の合計容量Qsum、およびタップ容量±Qtapに対応した調整容量Qtap1を計算すると、以下の通りとなる。
(系統条件2)
(7)±誤差ΔC: ±10%
(8)±誤差Δl1: ±5%
(9)±誤差ΔQSR1: ±5%
C1:451Mvar
SR1:226Mvar
sum:±90Mvar
tap1:±45Mvar
Under system condition 2, which is obtained by adding the following error conditions (7), (8), and (9) to system condition 1 described in the first embodiment, the charging capacity Q C1 of the first power cable 10, the first shunt The capacitance Q SR1 of the reactor 121A, the total capacitance Q sum of errors, and the adjustment capacitance Q tap1 corresponding to the tap capacitance ±Q tap are calculated as follows.
(System condition 2)
(7) ±Error ΔC 1 : ±10%
(8) ±Error Δl 1 : ±5%
(9) ±Error ΔQ SR1 : ±5%
Q C1 : 451Mvar
Q SR1 : 226Mvar
Qsum : ±90Mvar
Q tap1 : ±45Mvar

本実施形態によれば、式(10)に示すように、調整容量Qtap1は、合計容量Qsumのその2分の1でよい。すなわち、調整容量Qtap1を、合計容量Qsumの半分に低減することが可能となる。 According to the present embodiment, as shown in equation (10), the adjustment capacity Q tap1 may be one half of the total capacity Q sum . That is, it becomes possible to reduce the adjustment capacitance Q tap1 to half of the total capacitance Q sum .

本実施形態に係る発電システム3において、第1電力ケーブル10の補償率Hを設計する際、充電容量QC1、容量QSR1、および容量QSR2は誤差を含んだ設計値である。しかし、本実施形態では、第1分路リアクトル121Aがタップ121Bを有している。そのため、製品の完成後、または現地据え付け後に設計値との誤差の値を測定することによって、実測値に基づいた目標通りの補償率Hを正確に実現させることができる。数十km以上の長距離ケーブル系統では、この誤差がケーブル長さに比例して大きくなる。タップ付きの第1分路リアクトル121Aのタップ121Bの幅を調整することによって、これを実現させることができる。 In the power generation system 3 according to the present embodiment, when designing the compensation rate H 1 of the first power cable 10, the charging capacity Q C1 , the capacity Q SR1 , and the capacity Q SR2 are designed values that include errors. However, in this embodiment, the first shunt reactor 121A has a tap 121B. Therefore, by measuring the error value from the design value after the product is completed or installed on site, it is possible to accurately achieve the target compensation rate H1 based on the actual measurement value. In long-distance cable systems of several tens of kilometers or more, this error increases in proportion to the cable length. This can be achieved by adjusting the width of the tap 121B of the tapped first shunt reactor 121A.

なお、本実施形態では、必要に応じてタップ121Bのタップ幅やタップ数を増減させることもできる。また、系統の定数が3相間で異なる場合には、3相間でタップを異なる位置とすることもできる。 In addition, in this embodiment, the tap width and the number of taps of the tap 121B can be increased or decreased as necessary. Furthermore, if the constants of the system are different between the three phases, the taps can be placed at different positions between the three phases.

第1実施形態で説明した図2には、第1電力ケーブル10に関して、系統条件1における電流値とケーブルサイズとの関係が示されている。図2によれば、電流が大きくなると必要なケーブルサイズが急増する。このような特性になる原因は、第1電力ケーブル10は、電流の2乗で発熱することと、第1電力ケーブル10の表皮効果および近接効果によるものである。 FIG. 2 described in the first embodiment shows the relationship between the current value and cable size under system condition 1 with respect to the first power cable 10. According to FIG. 2, as the current increases, the required cable size increases rapidly. The reason for this characteristic is that the first power cable 10 generates heat according to the square of the current, and the skin effect and proximity effect of the first power cable 10.

特に、3心構造のケーブルでは、近接効果の影響が大きい。図2では、1000A近傍では、電流が10%大きくなると、ケーブルサイズは43%も大きくする必要がある。また、電流が20%大きくなると、ケーブルサイズサイズは67%も大きくする必要がある。さらに、図2は、1000A近傍になると、実用的なケーブルサイズが存在しないことを示している。 In particular, cables with a three-core structure are greatly affected by the proximity effect. In FIG. 2, near 1000A, if the current increases by 10%, the cable size needs to increase by 43%. Also, if the current increases by 20%, the cable size needs to increase by 67%. Furthermore, FIG. 2 shows that there is no practical cable size near 1000A.

前記の式(9)で説明したように、設計時点の補償率には、最大で±20%の誤差が含まれている。そのため、予測よりも大きな電流が第1電力ケーブル10に流れると、第1電力ケーブル10が過熱される。その結果、第1電力ケーブル10の寿命が短くなったり、地絡したりする可能性が生じる。また、この誤差をカバーするような余裕のあるケーブルサイズを選定すると、コスト的に不利になる。本実施形態のようにタップ121Bが第1分路リアクトル121A内に設けられていると、第1分路リアクトル121Aの補償率を正確に50%にできる。これにより、第1電力ケーブル10に流れる無効分電流の最大値IQ-maxも確実に50%に低減することができる。 As explained in equation (9) above, the compensation rate at the time of design includes an error of ±20% at maximum. Therefore, if a larger current than expected flows through the first power cable 10, the first power cable 10 will be overheated. As a result, the life of the first power cable 10 may be shortened or a ground fault may occur. Furthermore, selecting a cable size with enough margin to cover this error will be disadvantageous in terms of cost. When the tap 121B is provided in the first shunt reactor 121A as in this embodiment, the compensation rate of the first shunt reactor 121A can be exactly 50%. Thereby, the maximum value IQ-max of the reactive current flowing through the first power cable 10 can also be reliably reduced to 50%.

以上説明した本実施形態よれば、第1分路リアクトル121A内にタップ121Bを設け、ケーブル充電容量や分路リアクトル容量の実測値によって正確な補償率を実現させることができる。これにより、経済的なケーブルサイズを適用できる。また、ケーブル過熱事故を防止することができる。さらに、タップ付きの第1分路リアクトル121Aの容量を削減することができる。 According to this embodiment described above, the tap 121B is provided in the first shunt reactor 121A, and an accurate compensation rate can be realized based on the actual measured values of the cable charging capacity and the shunt reactor capacity. This allows economical cable sizes to be applied. Moreover, cable overheating accidents can be prevented. Furthermore, the capacity of the tapped first shunt reactor 121A can be reduced.

(変形例1)
変形例1では、上述した第2実施形態と第3実施形態とを組み合わせている。すなわち本変形例に係る発電システムは、第3実施形態で説明したタップ付きの第1分路リアクトル121Aを有する。また、この第1分路リアクトル121Aの容量は、第2実施形態の式(8)で説明したように、第1電力ケーブル10の充電容量の50%と、第2電力ケーブル20の補償容量と、を加算した値に設定される。
(Modification 1)
Modification 1 combines the second and third embodiments described above. That is, the power generation system according to this modification includes the tapped first shunt reactor 121A described in the third embodiment. Further, as explained in equation (8) of the second embodiment, the capacity of the first shunt reactor 121A is equal to 50% of the charging capacity of the first power cable 10 and the compensation capacity of the second power cable 20. , is set to the value added.

本変形例によれば、第2電力ケーブル20に接続される第3分路リアクトル123(図11参照)が不要になるため、発電システムの設置に必要なコストおよび設置スペースを削減し、さらに、発電システムの工期を短縮することも可能となる。 According to this modification, the third shunt reactor 123 (see FIG. 11) connected to the second power cable 20 is not required, so the cost and installation space required for installing the power generation system are reduced, and further, It will also be possible to shorten the construction period for the power generation system.

加えて、タップ付きの第1分路リアクトル121Aを用いることによって、第1電力ケーブル10の充電容量や第1分路リアクトル121Aの容量の実測値に応じて正確な充電電流の補償率を実現させることができる。 In addition, by using the first shunt reactor 121A with a tap, an accurate charging current compensation rate can be realized according to the actual measured value of the charging capacity of the first power cable 10 and the capacity of the first shunt reactor 121A. be able to.

(変形例2)
図14は、変形例2に係る発電システムの概略的な構成を示す結線図である。図14では、上述した第3実施形態に係る発電システム3と同様の構成要素には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Modification 2)
FIG. 14 is a wiring diagram showing a schematic configuration of a power generation system according to modification 2. In FIG. 14, the same components as those of the power generation system 3 according to the third embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

図14に示す発電システム4は、第2分路リアクトル131の代わりに無効電力補償装置14を有する点で、第3実施形態に係る発電システム3と異なる。無効電力補償装置14は、電力系統40と連系変圧器132との連系点に接続されている。 The power generation system 4 shown in FIG. 14 differs from the power generation system 3 according to the third embodiment in that it includes a reactive power compensator 14 instead of the second shunt reactor 131. The reactive power compensator 14 is connected to an interconnection point between the power system 40 and the interconnection transformer 132.

大きな有効電力が発電システム4から電力会社の電力系統40へ供給されるとき、必要とされる遅れおよび進みの無効電力を自動的に電力系統40へ供給することが要求される場合がある。本実施形態では、この要求に応えるために、無効電力補償装置14が設置されている。 When large amounts of active power are supplied from power generation system 4 to power grid 40 of a power company, it may be required to automatically supply the required lagging and leading reactive power to power grid 40 . In this embodiment, a reactive power compensator 14 is installed to meet this demand.

無効電力補償装置14は、第1電力ケーブル10で発生した無効電力を調整する無効電力調整機器の他の一例である。ただし、無効電力補償装置14は、位相の遅れおよび進みや、大きさに関して任意の無効電力Qを出力することもできる。また、無効電力補償装置14は、連系点電圧を任意の値に調整でき、さらに、これらを瞬時(数サイクル以内)に調整できる。無効電力補償装置14は、例えば、他励式SVC(Static Var Compensator)、または自励式STATCOM(Static Synchronous Compensator)で構成されている。他励式SVCには、例えばサイリスタ等の半導体素子が用いられている。一方、STATCOMには、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の半導体素子が用いられている。無効電力補償装置14では、上記の半導体素子を駆動することによって、系統側から要求される進み無効電力または遅れ無効電力を上記連系点へ供給する。また、無効電力補償装置14は、前記連系点電圧が低下しているときには、有効電力よりも位相が進んだ進み無効電力を供給し、連系点電圧が上昇しているときには有効電力よりも位相が遅れた遅れ無効電力を供給することによって、適切な電圧にするという電圧調整機能を持たせることもできる。 The reactive power compensator 14 is another example of a reactive power adjustment device that adjusts the reactive power generated in the first power cable 10. However, the reactive power compensator 14 can also output arbitrary reactive power Q in terms of phase delay and lead, and magnitude. Further, the reactive power compensator 14 can adjust the interconnection point voltage to any value, and can also adjust these instantaneously (within several cycles). The reactive power compensator 14 includes, for example, a separately excited SVC (Static Var Compensator) or a self-excited STATCOM (Static Synchronous Compensator). For example, a semiconductor element such as a thyristor is used in the separately excited type SVC. On the other hand, a semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used in the STATCOM. The reactive power compensator 14 drives the semiconductor element described above to supply leading reactive power or delayed reactive power requested from the grid to the interconnection point. Further, the reactive power compensator 14 supplies advanced reactive power whose phase is more advanced than the active power when the interconnection point voltage is decreasing, and supplies more advanced reactive power than the active power when the interconnection point voltage is increasing. By supplying delayed reactive power whose phase is delayed, it is also possible to provide a voltage adjustment function of adjusting the voltage to an appropriate level.

この無効電力補償装置14によれば、電力系統40から要求される無効電力を供給することによって、長距離ケーブルである第1電力ケーブル10で発生する大きな無効電力を電力系統40へ流出させることを制限できる。その結果、無効電力を低減する観点では、第2分路リアクトル131は不要になる。 According to this reactive power compensator 14, by supplying the reactive power required by the power system 40, it is possible to prevent large reactive power generated in the first power cable 10, which is a long-distance cable, from flowing out to the power system 40. Can be restricted. As a result, the second shunt reactor 131 becomes unnecessary from the viewpoint of reducing reactive power.

しかし、第2分路リアクトル131を無効電力補償装置14へ単に置き換えただけでは、第1電力ケーブル10を流れる無効分電流の大きさを削減できない。 However, simply replacing the second shunt reactor 131 with the reactive power compensator 14 cannot reduce the magnitude of the reactive current flowing through the first power cable 10.

そこで、本実施形態では、第3実施形態と同様に第1分路リアクトル121Aが第1電力ケーブル10の終端に接続されている。 Therefore, in this embodiment, the first shunt reactor 121A is connected to the terminal end of the first power cable 10, as in the third embodiment.

図15は、変形例2における第1電力ケーブル10内の充電電流の分布を示す図である。本変形例でも、第1分路リアクトル121Aの補償率は、第1電力ケーブル10を流れる無効分電流の50%である。そのため、図15に示すように、無効分電流を50%に削減することができる。また、第1分路リアクトル121Aは、タップ121Bを有するため、補償率を正確な値に調整することができる。 FIG. 15 is a diagram showing the distribution of charging current within the first power cable 10 in Modification 2. Also in this modification, the compensation rate of the first shunt reactor 121A is 50% of the reactive current flowing through the first power cable 10. Therefore, as shown in FIG. 15, the reactive current can be reduced to 50%. Moreover, since the first shunt reactor 121A has the tap 121B, the compensation rate can be adjusted to an accurate value.

以上説明した本変形例によれば、無効電力補償装置14が、無効電力の削減対策を担うため、第2分路リアクトル131が不要になる。また、第1分路リアクトル121Aが第1電力ケーブル10に流れる無効分電流の削減対策を担うため、無効分電流を半減させることができる。これにより、第1電力ケーブル10のサイズを削減することが可能となる。 According to this modification described above, the reactive power compensator 14 takes charge of reducing reactive power, so the second shunt reactor 131 becomes unnecessary. Moreover, since the first shunt reactor 121A takes a measure to reduce the reactive current flowing through the first power cable 10, the reactive current can be halved. This makes it possible to reduce the size of the first power cable 10.

(変形例3)
第1電力ケーブル10のような長距離ケーブルを用いる発電システムでは、共振が発生する場合がある。この場合、過電圧、過電流が発生し得る。そこで、本変形例では、第1分路リアクトル121の補償率および第2分路リアクトル131の補償率の合計を100%よりも小さい値に設定することによって、共振を回避する。
(Modification 3)
In a power generation system using a long distance cable like the first power cable 10, resonance may occur. In this case, overvoltage and overcurrent may occur. Therefore, in this modification, resonance is avoided by setting the sum of the compensation rates of the first shunt reactor 121 and the second shunt reactor 131 to a value smaller than 100%.

以下に、補償率の合計が100%のときに、共振が発生する可能性があることを説明する。 Below, it will be explained that resonance may occur when the total compensation rate is 100%.

図1に示す発電システム1において、第1電力ケーブル10と、第1分路リアクトル121と、第2分路リアクトル131とで構成される回路の共振周波数は、下記の式(14)で表される。

Figure 2024007268000015
ここで、
: 第1電力ケーブルの静電容量(F)
12: 第1分路リアクトルと第2分路リアクトルの並列のインダクタンス(H) In the power generation system 1 shown in FIG. 1, the resonant frequency of the circuit composed of the first power cable 10, the first shunt reactor 121, and the second shunt reactor 131 is expressed by the following equation (14). Ru.
Figure 2024007268000015
here,
C 1 : Capacitance (F) of the first power cable
L12 : Parallel inductance (H) of the first shunt reactor and the second shunt reactor

上記回路の補償率Hを100%とすると、下記の式(15)が成立する。

Figure 2024007268000016
ここで、
: 商用周波数(Hz) If the compensation rate H1 of the above circuit is 100%, the following equation (15) holds true.
Figure 2024007268000016
here,
f0 : Commercial frequency (Hz)

さらに、式(14)と式(15)とから、下記の式(16)が成立する。

Figure 2024007268000017
Furthermore, the following equation (16) is established from equations (14) and (15).
Figure 2024007268000017

すなわち、補償率を100%に設定すると、この回路の共振周波数fは、商用周波数fになる。これを避けるため、例えば、設計上の補償率を、余裕を見て95%としても、第2実施形態で説明したように、各種の誤差、すなわち、±ΔC、±Δl1、±ΔQSR1、±ΔQSR2の誤差が存在するため、最大±20%程度の誤差を生じる。その結果、共振を避けるために、実際の補償率を95%以下にしようとしても、誤差によって、共振領域に入ってしまう。つまり、共振周波数が商用周波数に一致してしまう可能性がある。共振現象は商用周波数と共振周波数が一致、または、ほぼ一致すれば発生する。 That is, when the compensation rate is set to 100%, the resonant frequency f r of this circuit becomes the commercial frequency f 0 . In order to avoid this, for example, even if the design compensation rate is set to 95% with a margin in mind, various errors such as ±ΔC 1 , ±Δl 1 , ±ΔQ SR1 will occur, as explained in the second embodiment. , ±ΔQ SR2 exists, resulting in an error of about ±20% at maximum. As a result, even if an attempt is made to set the actual compensation rate to 95% or less in order to avoid resonance, the error will cause the compensation rate to fall into the resonance region. In other words, there is a possibility that the resonant frequency will match the commercial frequency. A resonance phenomenon occurs when the commercial frequency and the resonant frequency match or almost match.

これに対して、第3実施形態で説明したように、タップ付きの第1分路リアクトル121Aを第1電力ケーブル10の終端に接続すれば、誤差を補正し、補償率を、例えば90%に正確に調整することができる。これにより、共振条件を回避することができる。 On the other hand, as described in the third embodiment, if the tapped first shunt reactor 121A is connected to the terminal end of the first power cable 10, the error is corrected and the compensation rate is increased to, for example, 90%. Can be adjusted accurately. This allows resonance conditions to be avoided.

また、タップ付きの第1分路リアクトル121Aによれば、第3実施形態で説明した式(10)に示すように、各種誤差による合計の容量全部を補正する必要はなく、その2分の1で済むので、分路リアクトル容量を削減することができる。上述した系統条件1と系統条件2では、第1分路リアクトル121Aの補償率は50%なので、タップ121Bの調整容量は、第3実施形態で説明したように、±45Mvarであればよい。 Further, according to the tapped first shunt reactor 121A, as shown in equation (10) described in the third embodiment, it is not necessary to correct the entire total capacity due to various errors, but only half of it. Therefore, the shunt reactor capacity can be reduced. Under system condition 1 and system condition 2 described above, the compensation rate of the first shunt reactor 121A is 50%, so the adjustment capacity of the tap 121B may be ±45 Mvar, as described in the third embodiment.

以上説明した本変形例によれば、第1分路リアクトル121Aの補償率および第2分路リアクトル131の補償率の合計を95%以下に設定することによって、共振の発生を回避することができる。また、第1分路リアクトル121Aがタップ付きであることによって、補償率の合計が正確に95%以下になるように第1分路リアクトル121Aの容量を調整することができる。 According to this modification described above, the occurrence of resonance can be avoided by setting the sum of the compensation rates of the first shunt reactor 121A and the second shunt reactor 131 to 95% or less. . Moreover, since the first shunt reactor 121A is equipped with a tap, the capacity of the first shunt reactor 121A can be adjusted so that the total compensation rate is exactly 95% or less.

以上、実施形態および変形例を幾つか説明したが、これらの実施形態および変形例は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規なシステムは、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明したシステムの形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。 Although several embodiments and modifications have been described above, these embodiments and modifications are presented only as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel system described herein can be implemented in a variety of other forms. Furthermore, various omissions, substitutions, and changes can be made to the form of the system described in this specification without departing from the gist of the invention. The appended claims and their equivalents are intended to cover such forms and modifications as fall within the scope and spirit of the invention.

1、3、4:発電システム
10:第1電力ケーブル
11:発電機
14:無効電力補償装置
20:第2電力ケーブル
40:電力系統
121、121A:第1分路リアクトル
131:第2分路リアクトル
1, 3, 4: Power generation system 10: First power cable 11: Generator 14: Reactive power compensator 20: Second power cable 40: Power system 121, 121A: First shunt reactor 131: Second shunt reactor

Claims (8)

発電機で発電された電力を電力系統へ送電する第1電力ケーブルの充電電流を補償する方法であって、
前記電力系統と電気的に接続される前記第1電力ケーブルの始端側に設置された無効電力調整機器を用いて、前記第1電力ケーブルで発生した無効電力を調整し、
前記発電機と電気的に接続される前記第1電力ケーブルの終端側に設置され、前記充電電流に対する補償率が50%に設定された第1分路リアクトルを用いて、前記充電電流を補償する、充電電流補償方法。
A method for compensating a charging current of a first power cable that transmits power generated by a generator to a power grid, the method comprising:
Adjusting the reactive power generated in the first power cable using a reactive power adjustment device installed on the starting end side of the first power cable electrically connected to the power system,
Compensating the charging current using a first shunt reactor installed at a terminal end of the first power cable electrically connected to the generator and having a compensation rate for the charging current set to 50%. , Charging current compensation method.
前記無効電力調整機器として、前記充電電流に対する補償率が前記第1分路リアクトルの補償率よりも低い値に設定された第2分路リアクトルを設置し、
前記第2分路リアクトルも用いて、前記充電電流を補償する、請求項1に記載の充電電流補償方法。
A second shunt reactor is installed as the reactive power adjustment device, and the compensation rate for the charging current is set to a lower value than the compensation rate of the first shunt reactor;
The charging current compensation method according to claim 1, wherein the second shunt reactor is also used to compensate the charging current.
複数の前記発電機で発電された電力を、前記第1電力ケーブルの終端側に設置された第2電力ケーブルに集め、
前記第1分路リアクトルの容量を、前記第1電力ケーブルの容量の50%と、前記第2電力ケーブルの容量とを加算した値に設定する、請求項1に記載の充電電流補償方法。
Collecting the power generated by the plurality of generators to a second power cable installed at the terminal end of the first power cable,
The charging current compensation method according to claim 1, wherein the capacity of the first shunt reactor is set to a value that is the sum of 50% of the capacity of the first power cable and the capacity of the second power cable.
前記第1分路リアクトルの容量をタップで調整し、
前記容量を調整可能な範囲を示すタップ幅Qtapが、下記の式で表される関係を満たす、請求項1に記載の充電電流補償方法。
Figure 2024007268000018
Δl:第1電力ケーブルの長さの誤差
ΔC:単位長さ当たりの第1電力ケーブルの静電容量の誤差
ΔQSR1:第1分路リアクトルの容量の誤差
Adjusting the capacity of the first shunt reactor with a tap,
The charging current compensation method according to claim 1, wherein a tap width Qtap indicating a range in which the capacitance can be adjusted satisfies a relationship expressed by the following formula.
Figure 2024007268000018
Δl: Error in the length of the first power cable ΔC 1 : Error in the capacitance of the first power cable per unit length ΔQ SR1 : Error in the capacitance of the first shunt reactor
前記無効電力調整機器として、前記電力系統から要求される無効電力を供給する無効電力補償装置を設置する、請求項1に記載の充電電流補償方法。 2. The charging current compensation method according to claim 1, wherein a reactive power compensator that supplies reactive power required from the power system is installed as the reactive power adjusting device. 前記第1分路リアクトルの補償率と前記第2分路リアクトルの補償率との合計が95%以下である、請求項2に記載の充電電流補償方法。 The charging current compensation method according to claim 2, wherein the sum of the compensation rate of the first shunt reactor and the compensation rate of the second shunt reactor is 95% or less. 発電機と、
前記発電機で発電された電力を電力系統へ送電する第1電力ケーブルと、
前記電力系統と電気的に接続される前記第1電力ケーブルの始端側に設置され、前記第1電力ケーブルで発生した無効電力を調整する無効電力調整機器と、
前記発電機と電気的に接続される前記第1電力ケーブルの終端側に設置され、前記第1電力ケーブルの充電電流に対する補償率が50%に設定された1分路リアクトルと、
を備える発電システム。
generator and
a first power cable that transmits the power generated by the generator to the power grid;
a reactive power adjustment device installed on the starting end side of the first power cable electrically connected to the power system, and adjusting reactive power generated in the first power cable;
a 1-shunt reactor installed at a terminal end of the first power cable electrically connected to the generator, and having a compensation rate of 50% for the charging current of the first power cable;
A power generation system equipped with
前記発電機が、洋上に設置された風車の回転によって発電する風力発電機、または洋上に設置された太陽光パネルで発電する太陽光発電機である、請求項7に記載の発電システム。 The power generation system according to claim 7, wherein the power generator is a wind power generator that generates power by rotating a windmill installed on the ocean, or a solar power generator that generates power using a solar panel installed on the ocean.
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