JP3723032B2 - ループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラ - Google Patents
ループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配電用変電所の放射状配電系統に対して接続される各種の発電システムとしての分散電源群等から電力供給が行われる場合、この供給電力を効果的に利用するためのループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自然エネルギー，未利用エネルギーの活用の増大、エネルギー効率向上のための熱併給発電の活用、規制緩和による独立発電事業者の参入など、電力の配電，給電の流動化が促進されつつある。そのため、今後の配電系統では分散型電源の増加により電圧の管理が困難になることが予想される。このため、電圧管理を簡素化する手法の開発およびループ化・メッシュ化を含む系統構成の柔軟化などの対策が必要になる。
【０００３】
現在の高圧配電線は、例えば図８の模式図として示す放射状配電系統により行われている。図８において、１ａはＡ配電用変電所，１ｂはＢ配電用変電所，２は変圧器を含む電圧調整装置，３は配電線で各電圧調整装置２からそれぞれ放射状に敷設されている。４は送電線でＡ，Ｂ配電用変電所１ａ，１ｂに電力を供給する。５は通常は開いている開閉器で、各配電線３の相互間に設けられている。６はＡ，Ｂ配電用変電所１ａ，１ｂの配電線３の接続部に設けられた通常は開いている開閉器で、機能的には開閉器５と同様である。７は各配電線３の中間部に設けられた通常は閉じている開閉器、８は故障が発生した配電系統、９は配電線３に接続された分散型電源である。
【０００４】
この放射状配電系統は、配電線故障が例えば配電系統８に発生した場合、この配電系統８に対応する電圧調整装置２の根幹で、又は開閉器７により故障部分を切り離すことにより、他の配電系統に影響を及ぼさせず故障に伴う支障範囲を最小に出来る特徴がある。また、各フィーダ（配電線）の負荷不均一により数フィーダ毎に一括した送り出し電圧は、各フィーダで電圧の不安定を発生することがあるが、関係する配電系統の開閉器５及び開閉器７の閉成と開放操作により系統切り替えを行い負荷の均一化を計っている。
ただし、この配電系統の切り替えは、開閉器５及び開閉器７との構造から切り替え回数には限界がある。また、異バンクおよび異系統では、電圧および位相の差異により切り替えが限定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この図８に示す従来の放射状配電系統に分散型電源９を導入した場合は、前述のフィーダ負荷不均一による潮流不均一の不確定要素を増す可能性があると共に、分散型電源群９が接続されたフィーダ３ａ又は３ｂの潮流１，３のように方向が変化するため、通常状態の潮流２，４の方向に基づく配電用変電所から末端に向かって電圧が降下するという仮定に基づく配電用変電所における変圧器出口での電圧調整に支障を来すという問題がある。特に、太陽光発電をはじめとする自然エネルギー利用の分散型電源の導入を促進する動き、電力自由化により様々な電源を受け入れの要求などからこれら分散型電源の受け入れが重要な役割を果せしめるうえで障害となっている。
【０００６】
また、図８に示した放射状配電系統をループ状配電系統として運用する場合、即ち通常状態で開放している開閉器５又は６を閉成してループ化した場合は、ゼロ相環流電流による保護装置が誤動作する問題がある。更に、一旦故障が発生すると故障による支障範囲は、故障が発生した配電系統から開閉器５を介して他の配電系統にも波及して拡大する。また、開閉器５又は６の単なる開閉の接続では、潮流の方向を積極的に制御することが困難であると共に、放射状配電系統からループ状配電系統への移行は、柱上変圧器のタップ設定及びＳＶＲ（線路用電圧調整器）などの電圧不連続点が存在するため、単純に線路末端同士を接続することが出来ない現状にある。
【０００７】
本発明は、配電用変電所の放射状配電系統システムの分岐配電線間又は当該配電用変電所と他の配電用変電所の放射状配電線との間に設けられる通常は開放状態の開閉器の設置箇所に特殊な機能を有する配電線ループコントローラを挿入することによって、ループ系統配電システムに変更できるようにして、従来の問題を解決するようにしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明によるループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラは、２つの配電線間に設置されるものであって、前記各配電線のそれぞれの連系点に接続された三相交流の連系リアクトル及び該各連系リアクトルの片端にそれぞれ接続された三相ブリッジ構造のスイッチを有する電圧型三相インバータで構成された電圧型電力変換装置と、前記各配電線の電圧、電流を正相成分と逆相成分に分けた各相電圧、各相電流及び前記両電圧型電力変換装置間の直流電圧，直流電流に基づく無効電力制御と有効電力制御とにより、前記各電圧型電力変換装置の前記電圧型三相インバータのスイッチのオン・オフを制御せしめて前記両配電線間の電圧の整合をとる制御手段とを備えた配電線ループコントローラにおいて、前記制御手段は、前記正相成分の電圧を予め定められた設定電圧の上限値と下限値との間に保つため、該設定電圧の上限値と下限値とからリミッタ出力を求めるリミッタ回路と、該リミッタ回路のリミッタ出力と前記正相成分電圧との差から前記無効電力制御を行うための無効電力指令値を求める比例積分回路とから成る連系点電圧制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
本願の第２の発明によるループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラは、第１の発明における前記電圧型電力変換回路の前記制御手段が、前記三相交流の一方の前記連系点の正相成分の位相と、他方の前記連系点の正相成分の位相との位相差に応じて前記有効電力制御を行うための有効電力指令値を発生せしめる有効電力指令演算手段を備えていることを特徴とするものである。
また、本願の第３の発明によるループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラは、第１の発明又は第２の発明における前記電圧型電力変換回路の前記制御手段が、前記三相交流の前記連系点における逆相成分の逆相電圧を零にせしめるために、前記連系点の両座標軸の逆相成分の逆相電圧からそれぞれ逆相電流指令値を求める一対の比例積分回路から成る逆相電圧補償手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のループ系統配電システムの系統図を示す模式図で、従来例として示した図８と同一部分は同一符号で示しその説明を省略する。なお、図１の系統図は部分的にループ系統配電線接続を行っている状態を示しているもので、このループ系統配電線接続は必要に応じて適宜選択してループ接続を行ってもよいし、また全体をループ系統配電線接続を行ってもよい。
図１のループ系統配電システムにおいては、分散型電源９ａ，９ｂの接続されている、太線で示されている配電線３ａ又は３ｂと他の配電線３ｃ又は３ｄとの間に、本発明の配電線ループコントローラ１０ａ，１０ｂを設置すると共に、前記配電線３ｂと他の配電用変圧所１ｂの配電線３ｅとの間も本発明の配電線ループコントローラ１０ｃを介して接続されている。
【００１１】
従って、他の配電線３に分散型電源９が接続される場合は、当該配電線３に関係する他の配電線３との間に配電線ループコントローラ１０を設けることによってループ系統配電線接続を拡大することができる。
図２は、三相交流の配電系統の分散型電源９が接続されている配電線１１と、他の三相交流の配電系統の配電線１２との間に接続された配電線ループコントローラ１０とを示すもので、その両側の配電線１１の連系点１１ａ，１１ｂ，１１ｃと配電線１２の連系点１２ａ，１２ｂ，１２ｃとに接続されている。
【００１２】
図２は配電線ループコントローラ１０の基本構成図を示すもので、配電線１１と１２に接続されるそれぞれ三相交流の連系リアクトル（Ｌａ１，Ｌｂ１，Ｌｃ１及びＬａ２，Ｌｂ２，Ｌｃ２）と電圧型三相インバータのスイッチ（ｓ１１，ｓ２１，ｓ３１，ｓ４１，ｓ５１，ｓ６１及びｓ１２，ｓ２２，ｓ３２，ｓ４２，ｓ５２，ｓ６２）とからなる第１の電圧型電力変換装置１３と第２の電圧型電力変換装置１４と、配電線１１，１２の電圧（Ｖａｂ１，Ｖｂｃ１又はＶａｂ２，Ｖｂｃ２）、電流（ｉａ１，ｉｂ１又はｉａ２，ｉｂ２）及び直流電圧（Ｖｄｃ），電流（ｉｄｃ）によって第１及び第２の電圧型電力変換装置１３，１４のスイッチ（ｓ１１，ｓ２１，……ｓ５２，ｓ６２）をそれぞれ制御する第１の電圧型電力変換装置制御回路１６と第２の電圧型電力変換装置制御回路１７とからなる配電線ループコントローラ制御回路１５とから構成されている。
【００１３】
なお、前述のスイッチ（ｓ１１，ｓ２１，……ｓ５２，ｓ６２）は、例えばゲートターンオフサイリスタとダイオードとにより構成されるスイッチ素子が用いられる。また、配電線１１，１２と第１又は第２の電圧型電力変換装置１３，１４との間にそれぞれ設けられる交流スイッチ、或いは第１と第２の電圧型電力変換装置１３，１４の相互間に必要に応じて設けられる直流スイッチなどは省略してある。
【００１４】
この配電線ループコントローラ１０の基本制御動作は、図３の模式図により示される。即ち、配電線ループコントローラ１０の両側にそれぞれ接続された各配電用変電所１ａ，１ｂの線路電圧Ｖ１とＶ２は、末端側に向かって徐々に降下する。そして、この末端側に接続される配電線ループコントローラ１０で両側の電圧を検出し、それぞれ所定の基準電圧範囲である上限電圧ｖＨ１，ｖＨ２と下限電圧ｖＬ１，ｖＬ２との間にあるか、或いは一方又は両方が上限電圧又は下限電圧から外れているか否かを判定する。この判定結果等に基づき無効電力（Ｑｒ１，Ｑｒ２）制御及び有効電力（Ｐｒ１，Ｐｒ２）制御を行い配電線ループコントローラ制御回路１５でスイッチ素子（ｓ１１，ｓ２１，……ｓ５２，ｓ６２）の制御を行うものである。
【００１５】
次に第１及び第２の電圧型電力変換装置１３，１４をそれぞれ制御する第１の電圧型電力変換装置制御回路１６と、第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の具体的なブロック回路構成例を説明する。
図４は第１の電圧型電力変換装置制御回路１６のブロック回路図で、配電線１１の連系点１１ａ，１１ｂ，１１ｃの連系点電圧Ｖａｂ１，Ｖｂｃ１から各相電圧Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１を求める相電圧演算手段２１と、相電流ｉａ１，ｉｂ１から各相電流ｉａ１，ｉｂ１，ｉｃ１を求める相電流演算手段２２と、各相電圧Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１と位相信号θ１から正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１，Ｖｑｐ１を求める正相回転座標系電圧変換手段２３と、各相電流ｉａ１，ｉｂ１，ｉｃ１と位相信号θ１から正相回転座標系電流ｉｄｐ１，ｉｑｐ１を求める正相回転座標系電流変換手段２４を有している。
【００１６】
なお、前述の位相信号θ１は正相回転座標系電圧Ｖｑｐ１から位相同期手段２５によって求められる。
更に、各相電圧Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１と位相信号θ１から逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ１，Ｖｑｎ１を求める逆相回転座標系電圧変換手段２６と、各相電流ｉａ１，ｉｂ１，ｉｃ１と位相信号θ１から逆相回転座標系電流ｉｄｎ１，ｉｑｎ１を求める逆相回転座標系電流変換手段２７と、第１又は第２の電圧型電力変換装置１３，１４の直流電圧ｖｄｃ、第２の電圧型電力変換装置１４の直流電流ｉｄｃ及び直流電圧基準ｖｄｃｒｅｆから有効電力指令Ｐｒ１を求める直流電圧一定制御手段２８と、配電線１１の連系点電圧上限値ｖＨ１、連系点電圧下限値ｖＬ１と正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１から無効電力指令Ｑｒ１を求める連系点電圧制御手段２９とを有している。
【００１７】
また、有効電力指令Ｐｒ１及び無効電力指令Ｑｒ１から正相回転座標系電流指令ｉｄｐｒｅｆ１とｉｑｐｒｅｆ１を求める電流指令演算手段３０と、正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１，Ｖｑｐ１、正相回転座標系電流ｉｄｐ１，ｉｑｐ１及び正相回転座標系電流指令ｉｄｐｒｅｆ１，ｉｑｐｒｅｆ１から正相回転座標系電圧指令値ｅｄｐ１，ｅｑｐ１を求める正相回転座標系電流制御手段３１と、逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ１，Ｖｑｎ１から逆相回転座標系電流指令ｉｄｎｒｅｆ１，ｉｑｎｒｅｆ１を求める逆相電圧補償手段３２と、逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ１，Ｖｑｎ１、逆相回転座標系電流ｉｄｎｌ，ｉｑｎｌ、逆相回転座標系電流指令値ｉｄｎｒｅｆ１，ｉｑｎｒｅｆ１から逆相回転座標系電圧ｅｄｎ１，ｅｑｎ１を求める逆相回転座標系電流制御手段３３を有している。
【００１８】
更に、正相回転座標系電圧指令値ｅｄｐ１，ｅｑｐ１と位相信号θ１から正相静止座標系電圧ｅａｐ１，ｅｂｐ１，ｅｃｐ１を求める正相静止座標系電圧変換手段３４と、逆相回転座標系電圧指令値ｅｄｎ１，ｅｑｎ１と位相信号θ１から逆相静止座標系電圧ｅａｎ１，ｅｂｎ１，ｅｃｎ１を求める逆相静止座標系電圧変換手段３５と、正相静止座標系電圧ｅａｐ１，ｅｂｐ１，ｅｃｐ１と逆相静止座標系電圧ｅａｎ１，ｅｂｎ１，ｅｃｎ１の和のｅａ１，ｅｂ１，ｅｃ１から各スイッチｓ１１，ｓ２１，ｓ３１，ｓ４１，ｓ５１，ｓ６１の動作を制御する信号を発生するスイッチ制御信号発生手段３６とを備えている。なお、スイッチ制御信号発生手段３６は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）による制御を行うものである。
【００１９】
図５は第２の電圧型電力変換装置制御回路１７のブロック回路図で、配電線１２の連系点１２ａ，１２ｂ，１２ｃの連系点電圧Ｖａｂ２，Ｖｂｃ２から各相電圧Ｖａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２を求める相電圧演算手段４１と、相電流ｉａ２，ｉｂ２から各相電流ｉａ２，ｉｂ２，ｉｃ２を求める相電流演算手段４２と、各相電圧Ｖａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２と位相信号θ２から正相回転座標系電圧Ｖｄｐ２，Ｖｑｐ２を求める正相回転座標系電圧変換手段４３と、各相電流ｉａ２，ｉｂ２，ｉｃ２と位相信号θ２から正相回転座標系電流ｉｄｐ２，ｉｑｐ２を求める正相回転座標系電流変換手段４４を有している。
【００２０】
なお、前述の位相信号θ２は正相回転座標系電圧Ｖｑｐ２から位相同期手段４５によって求められる。
更に、各相電圧Ｖａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２と位相信号θ２から逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ２，Ｖｑｎ２を求める逆相回転座標系電圧変換手段４６と、各相電流ｉａ２，ｉｂ２，ｉｃ２と位相信号θ２から逆相回転座標系電流ｉｄｎ２，ｉｑｎ２を求める逆相回転座標系電流変換手段４７と、第１又は第２の電圧型電力変換装置制御回路１６，１７の正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１，Ｖｄｐ２、又は位相信号θ１，θ２から有効電力指令Ｐｒ２を求める有効電力指令演算手段４８と、配電線１２の連系点電圧上限値ｖＨ２、連系点電圧下限値ｖＬ２及び正相回転座標系電圧Ｖｄｐ２から無効電力指令Ｑｒ２を求める連系点電圧制御手段４９とを有している。
【００２１】
また、有効電力指令Ｐｒ２及び無効電力指令Ｑｒ２から正相回転座標系電流指令ｉｄｐｒｅｆ２とｉｑｐｒｅｆ２を求める電流指令演算手段５０と、正相回転座標系電圧Ｖｄｐ２，Ｖｑｐ２、正相回転座標系電流ｉｄｐ２，ｉｑｐ２及び正相回転座標系電流指令ｉｄｐｒｅｆ２，ｉｑｐｒｅｆ２から正相回転座標系電圧指令値ｅｄｐ２，ｅｑｐ２を求める正相回転座標系電流制御手段５１と、逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ２，Ｖｑｎ２から逆相回転座標系電流指令ｉｄｎｒｅｆ２，ｉｑｎｒｅｆ２を求める逆相電圧補償手段５２と、逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ２，Ｖｑｎ２、逆相回転座標系電流ｉｄｎ２，ｉｑｎ２、逆相回転座標系電流指令値ｉｄｎｒｅｆ２，ｉｑｎｒｅｆ２から逆相回転座標系電圧ｅｄｎ２，ｅｑｎ２を求める逆相回転座標系電流制御手段５３を有している。
【００２２】
更に、正相回転座標系電圧指令値ｅｄｐ２，ｅｑｐ２と位相信号θ２から正相静止座標系電圧ｅａｐ２，ｅｂｐ２，ｅｃｐ２を求める正相静止座標系電圧変換手段５４と、逆相回転座標系電圧指令値ｅｄｎ２，ｅｑｎ２と位相信号θ２から逆相静止座標系電圧ｅａｎ２，ｅｂｎ２，ｅｃｎ２を求める逆相静止座標系電圧変換手段５５と、正相静止座標系電圧ｅａｐ２，ｅｂｐ２，ｅｃｐ２と逆相静止座標系電圧ｅａｎ２，ｅｂｎ２，ｅｃｎ２の和のｅａ２，ｅｂ２，ｅｃ２から各スイッチｓ１２，ｓ２２，ｓ３２，ｓ４２，ｓ５２，ｓ６２の動作を制御する信号を発生するスイッチ制御信号発生手段５６とを備えている。
【００２３】
前述した第１及び第２の電圧型電力変換装置制御回路１６、１７の連系点電圧制御手段２９，４９は、図６に示すように正相回転座標系変換手段２３，４３から出力される正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１，Ｖｄｐ２（Ｖｄｐ）と、この正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１，Ｖｄｐ２（Ｖｄｐ）の連系点電圧上限ｖＨ１，ｖＨ２（ｖＨ）と連系点電圧下限ｖＬ１，ｖＬ２（ｖＬ）とするリミッタ回路６１のリミッタ出力との差から無効電力指令Ｑｒ１，Ｑｒ２（Ｑｒ）を求める比例積分回路６２とから構成されている。従って、正相回転座標系電圧ＶｄｐがｖＨ以上の場合はｖＨに、また正相回転座標系電圧ＶｄｐがｖＬ以下の場合はｖＬに保たれるため、第１及び第２の電圧型電力変換装置制御回路１６、１７で独立に設定できるので、２つの配電線の電位差と無関係にループ化を行うことができる。なお、比例積分回路６２のｋｐＱは比例係数、ｋｉＱは積分係数である。
【００２４】
次に、図５に示した第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の電流指令演算手段５０の入力である有効電力指令Ｐｒ２を求める２つの有効電力指令演算手段４８を説明する。
第１の手段は、第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の正相回転座標系電圧変換手段２３の出力である正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１と、第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の正相回転座標系電圧変換手段４３の出力である正相回転座標系電圧Ｖｄｐ２とから、次の式１からなる電位差潮流制御でもって求めることができる。ただし、Ｖ１Ｃは第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の電圧基準値、Ｖ２Ｃは第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の電圧基準値、ＫＶ１は第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の有効電力に変換するための係数、ＫＶ２は第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の有効電力に変換するための係数である。
【００２５】
【数１】
Ｐｒ２＝−ＫＶ１×（Ｖｄｐ１−Ｖ１Ｃ）＋ＫＶ２×（Ｖｄｐ２−Ｖ２Ｃ）……１
【００２６】
第２の手段は、第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の位相同期手段２５の出力である位相信号θ１と、第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の位相同期手段４５の出力である位相信号θ２とから、次の式２からなる位相差潮流制御でもって求めることができる。ただし、θ１Ｃは第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の位相基準値、θ２Ｃは第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の位相基準値、Ｋθ１は第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の有効電力に変換するための係数、Ｋθ２は第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の有効電力に変換するための係数である。
【００２７】
【数２】
Ｐｒ２＝−Ｋθ１×（θ１−θ１Ｃ）＋Ｋθ２×（θ２−θ２Ｃ）……２
【００２８】
次に前述した第１及び第２の電圧型電力変換装置制御回路１６、１７の逆相電圧補償手段３２，５２は、図７に示すように逆相回転座標系電圧変換手段２６，４６の出力である逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ１，Ｖｄｎ２（Ｖｄｎ）とＶｑｎ１，Ｖｑｎ２（Ｖｑｎ）とから、逆相回転座標系電流指令ｉｄｎｒｅｆ１，ｉｄｎｒｅｆ２（ｉｄｎｒｅｆ）とｉｑｎｒｅｆ１，ｉｑｎｒｅｆ２（ｉｑｎｒｅｆ）とを求める比例積分回路６３，６４とから構成されている。なお、比例積分回路６３，６４のｋｐｄｎ，ｋｐｑｎは比例係数、ｋｉｄｎ，ｋｉｑｎは積分係数である。
【００２９】
本発明は図示した実施例に基いて説明したように、放射状配電系統において配電用変電所から放射状に延びる２つの異なる配電線間を接続する２つの電圧型電力変換装置１３，１４と、各連系点１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１１ｃの電圧，電流及び電圧型電力変換装置１３又は１４の直流電圧と片方の電圧型電力変換装置１４の直流電流を基に電圧型電力変換装置１３，１４の各スイッチｓ１１，ｓ２１……ｓ５２，ｓ６２の動作を決定する配電線ループコントローラ制御回路１５により、２つの異なる配電線間で電力及び各連系点の電圧を制御するようにして、放射状配電系統を部分的にループ系統配電システムに変更することができるようにしたものである。即ち、本発明は電圧型電力変換装置１３，１４により一度直流に変換し接続されるため、ループ化によりゼロ相環流電流が発生することなく２つの配電線を接続できる。
【００３０】
また、各電圧型電力変換装置１３，１４をそれぞれ制御する電圧型電力変換装置制御回路１６，１７は、各連系点の電圧，電流を正相成分と逆相成分とに分けて、無効電力制御（Ｑｒ）と有効電力制御（Ｐｒ）とにより前記各電圧型電力変換回路１３，１４の電圧型三相インバータのスイッチｓ１１，ｓ２１……ｓ５２，ｓ６２のオン・オフを制御するようにして、異なる電圧を有する２つの配電線間を接続しループ系統に変更することのできる配電線ループコントローラを得ることができたものである。
【００３１】
また、第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の電流指令演算手段５０に入力される有効電力指令Ｐｒ２は、その第１の手段である式１から明らかなように、２つの配電線路間に有効電力の流れが生じるため、当該配電線路間で配電用変電所フィーダ送り出しの有効電力の不平衡は減少する。そして、第１及び第２の電圧型電力変換装置１３，１４で基準電圧値Ｖ１ＣとＶ２Ｃをそれぞれ独立に設定できるので、２つの配電線の電位差と無関係にループ化を行うことができる。また、第２の手段による有効電力指令Ｐｒ２は、式２から明らかなように第１の手段と同様に２つの配電線路間に有効電力の流れが生じるため、当該配電線路間で配電用変電所フィーダ送り出しの有効電力の不平衡は減少する。そして、第１及び第２の電圧型電力変換装置１３，１４で位相基準値θ１Ｃとθ２Ｃをそれぞれ独立に設定できるので、２つの配電線の位相差と無関係にループ化を行うことができる。
【００３２】
更に、第１及び第２の電圧型電力変換装置制御回路１６、１７の逆相電圧補償手段３２，５２は、図７に示すように比例積分回路６３，６４により逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ１，Ｖｄｎ２（Ｖｄｎ）とＶｑｎ１，Ｖｑｎ２（Ｖｑｎ）が零になるように逆相回転座標系電流指令ｉｄｎｒｅｆ１，ｉｄｎｒｅｆ２（ｉｄｎｒｅｆ）とｉｑｎｒｅｆ１，ｉｑｎｒｅｆ２（ｉｑｎｒｅｆ）を逆相回転座標系電流制御手段３３，５３に与えるため、連系点における逆相電圧を零にし、三相電圧の不平衡を補償することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のループ系統配電システムは、例えば従来の放射状配電系統の配電線相互間、或いは異なる配電用変電所の配電線相互間に設けられる通常開放状態にある開閉器に換えて、本発明による配電線ループコントローラを設けることにより、放射状配電系統に分散型電源を導入した場合においても、フィーダー負荷不均一による潮流不均一の問題が生ずることはない。また放射状配電系統をループ状配電系統として運用する場合においても、一度直流に変換し接続されるため、ループ化によりゼロ相環流電流が発生することがないため、２つの放射状配電系統間又は異なる配電用変電所の配電線相互間を接続し得るもので、分散型電源を効率的に運用することができると共に、図２に示すように潮流６により潮流５は軽減され、潮流７を増加せしめることができ、電力の送電，配電関係設備を有効に活用することができるなどの効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により放射状配電系統システムの一部をループ系統配電システムに変更した状態を示す模式図である。
【図２】本発明の配電線ループコントローラの一実施例回路を示すブロック回路図である。
【図３】本発明による配電線ループコントローラの基本制御動作を説明するための模式図である。
【図４】本発明の配電線ループコントローラの要部である第１の電圧型電力変換装置制御回路の一実施例を示すブロック回路図である。
【図５】本発明の配電線ループコントローラの要部である第２の電圧型電力変換装置制御回路の一実施例を示すブロック回路図である。
【図６】本発明の配電線ループコントローラに使用する連系点電圧制御手段を示すブロック図である。
【図７】同配電線ループコントローラに使用する逆相電圧補償手段を示すブロック図である。
【図８】従来の放射状配電系統システムの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ 配電用変電所
２ 電圧調整装置
３，１１，１２ 配電線
４ 送電線
５，６ 通常は開いている開閉器
７ 通常は閉じている開閉器
８ 故障が発生した配電系統
９ 分散型電源
１０ 配電線ループコントローラ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 配電線１１の連系点
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 配電線１２の連系点
１３ 第１の電圧型電力変換装置
１４ 第２の電圧型電力変換装置
１５ 配電線ループコントローラ制御回路
１６ 第１の電圧型電力変換装置制御回路
１７ 第２の電圧型電力変換装置制御回路
２１，４１ 相電圧演算手段
２２，４２ 相電流演算手段
２３，４３ 正相回転座標系電圧変換手段
２４，４４ 正相回転座標系電流変換手段
２５，４５ 位相同期手段
２６，４６ 逆相回転座標系電圧変換手段
２７，４７ 逆相回転座標系電流変換手段
２８ 直流電圧一定制御手段
２９，４９ 連系点電圧制御手段
３０，５０ 電流指令演算手段
３１，５１ 正相回転座標系電流制御手段
３２，５２ 逆相電圧補償手段
３３，５３ 逆相回転座標系電流制御手段
３４，５４ 正相静止座標系電圧変換手段
３５，５５ 逆相静止座標系電圧変換手段
３６，５６ スイッチ制御信号発生手段
４８ 有効電力指令演算手段
６１ リミッタ回路
６２，６３，６４ 比例積分回路
Ｖａｂ，Ｖｂｃ 連系点電圧
ｉａ，ｉｂ，ｉｃ 相電流
Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ リアクトル
ｓ１１，ｓ２１，ｓ３１，ｓ４１，ｓ５１，ｓ６１，ｓ１２，ｓ２２，ｓ３２，ｓ４２，ｓ５２，ｓ６２ スイッチ
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
Ｖｄｃ 直流電圧
ｉｄｃ 直流電流
Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ 相電圧
θ 位相信号
Ｖｄｐ，Ｖｑｐ 正相回転座標系電圧
ｉｄｐ，ｉｑｐ 正相回転座標系電流
ｖＨ 連系点電圧上限値
ｖＬ 連系点電圧下限値
Ｑｒ 無効電力指令
Ｐｒ 有効電力指令
ｉｄｐｒｅｆ，ｉｑｐｒｅｆ 正相回転座標系電流指令
ｅｄｐ，ｅｑｐ 正相回転座標系電圧指令値
ｅａｐ，ｅｂｐ，ｅｃｐ 正相静止座標系電圧
Ｖｄｎ，Ｖｑｎ 逆相回転座標系電圧
ｉｄｎ，ｉｑｎ 逆相回転座標系電流
ｉｄｎｒｅｆ，ｉｑｎｒｅｆ 逆相回転座標系電流指令
ｅｄｎ，ｅｑｎ 逆相回転座標系電圧指令値
ｅａｎ，ｅｂｎ，ｅｃｎ 逆相静止座標系電圧
【発明の属する技術分野】
本発明は、配電用変電所の放射状配電系統に対して接続される各種の発電システムとしての分散電源群等から電力供給が行われる場合、この供給電力を効果的に利用するためのループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自然エネルギー，未利用エネルギーの活用の増大、エネルギー効率向上のための熱併給発電の活用、規制緩和による独立発電事業者の参入など、電力の配電，給電の流動化が促進されつつある。そのため、今後の配電系統では分散型電源の増加により電圧の管理が困難になることが予想される。このため、電圧管理を簡素化する手法の開発およびループ化・メッシュ化を含む系統構成の柔軟化などの対策が必要になる。
【０００３】
現在の高圧配電線は、例えば図８の模式図として示す放射状配電系統により行われている。図８において、１ａはＡ配電用変電所，１ｂはＢ配電用変電所，２は変圧器を含む電圧調整装置，３は配電線で各電圧調整装置２からそれぞれ放射状に敷設されている。４は送電線でＡ，Ｂ配電用変電所１ａ，１ｂに電力を供給する。５は通常は開いている開閉器で、各配電線３の相互間に設けられている。６はＡ，Ｂ配電用変電所１ａ，１ｂの配電線３の接続部に設けられた通常は開いている開閉器で、機能的には開閉器５と同様である。７は各配電線３の中間部に設けられた通常は閉じている開閉器、８は故障が発生した配電系統、９は配電線３に接続された分散型電源である。
【０００４】
この放射状配電系統は、配電線故障が例えば配電系統８に発生した場合、この配電系統８に対応する電圧調整装置２の根幹で、又は開閉器７により故障部分を切り離すことにより、他の配電系統に影響を及ぼさせず故障に伴う支障範囲を最小に出来る特徴がある。また、各フィーダ（配電線）の負荷不均一により数フィーダ毎に一括した送り出し電圧は、各フィーダで電圧の不安定を発生することがあるが、関係する配電系統の開閉器５及び開閉器７の閉成と開放操作により系統切り替えを行い負荷の均一化を計っている。
ただし、この配電系統の切り替えは、開閉器５及び開閉器７との構造から切り替え回数には限界がある。また、異バンクおよび異系統では、電圧および位相の差異により切り替えが限定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この図８に示す従来の放射状配電系統に分散型電源９を導入した場合は、前述のフィーダ負荷不均一による潮流不均一の不確定要素を増す可能性があると共に、分散型電源群９が接続されたフィーダ３ａ又は３ｂの潮流１，３のように方向が変化するため、通常状態の潮流２，４の方向に基づく配電用変電所から末端に向かって電圧が降下するという仮定に基づく配電用変電所における変圧器出口での電圧調整に支障を来すという問題がある。特に、太陽光発電をはじめとする自然エネルギー利用の分散型電源の導入を促進する動き、電力自由化により様々な電源を受け入れの要求などからこれら分散型電源の受け入れが重要な役割を果せしめるうえで障害となっている。
【０００６】
また、図８に示した放射状配電系統をループ状配電系統として運用する場合、即ち通常状態で開放している開閉器５又は６を閉成してループ化した場合は、ゼロ相環流電流による保護装置が誤動作する問題がある。更に、一旦故障が発生すると故障による支障範囲は、故障が発生した配電系統から開閉器５を介して他の配電系統にも波及して拡大する。また、開閉器５又は６の単なる開閉の接続では、潮流の方向を積極的に制御することが困難であると共に、放射状配電系統からループ状配電系統への移行は、柱上変圧器のタップ設定及びＳＶＲ（線路用電圧調整器）などの電圧不連続点が存在するため、単純に線路末端同士を接続することが出来ない現状にある。
【０００７】
本発明は、配電用変電所の放射状配電系統システムの分岐配電線間又は当該配電用変電所と他の配電用変電所の放射状配電線との間に設けられる通常は開放状態の開閉器の設置箇所に特殊な機能を有する配電線ループコントローラを挿入することによって、ループ系統配電システムに変更できるようにして、従来の問題を解決するようにしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明によるループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラは、２つの配電線間に設置されるものであって、前記各配電線のそれぞれの連系点に接続された三相交流の連系リアクトル及び該各連系リアクトルの片端にそれぞれ接続された三相ブリッジ構造のスイッチを有する電圧型三相インバータで構成された電圧型電力変換装置と、前記各配電線の電圧、電流を正相成分と逆相成分に分けた各相電圧、各相電流及び前記両電圧型電力変換装置間の直流電圧，直流電流に基づく無効電力制御と有効電力制御とにより、前記各電圧型電力変換装置の前記電圧型三相インバータのスイッチのオン・オフを制御せしめて前記両配電線間の電圧の整合をとる制御手段とを備えた配電線ループコントローラにおいて、前記制御手段は、前記正相成分の電圧を予め定められた設定電圧の上限値と下限値との間に保つため、該設定電圧の上限値と下限値とからリミッタ出力を求めるリミッタ回路と、該リミッタ回路のリミッタ出力と前記正相成分電圧との差から前記無効電力制御を行うための無効電力指令値を求める比例積分回路とから成る連系点電圧制御手段を備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
本願の第２の発明によるループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラは、第１の発明における前記電圧型電力変換回路の前記制御手段が、前記三相交流の一方の前記連系点の正相成分の位相と、他方の前記連系点の正相成分の位相との位相差に応じて前記有効電力制御を行うための有効電力指令値を発生せしめる有効電力指令演算手段を備えていることを特徴とするものである。
また、本願の第３の発明によるループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラは、第１の発明又は第２の発明における前記電圧型電力変換回路の前記制御手段が、前記三相交流の前記連系点における逆相成分の逆相電圧を零にせしめるために、前記連系点の両座標軸の逆相成分の逆相電圧からそれぞれ逆相電流指令値を求める一対の比例積分回路から成る逆相電圧補償手段を備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のループ系統配電システムの系統図を示す模式図で、従来例として示した図８と同一部分は同一符号で示しその説明を省略する。なお、図１の系統図は部分的にループ系統配電線接続を行っている状態を示しているもので、このループ系統配電線接続は必要に応じて適宜選択してループ接続を行ってもよいし、また全体をループ系統配電線接続を行ってもよい。
図１のループ系統配電システムにおいては、分散型電源９ａ，９ｂの接続されている、太線で示されている配電線３ａ又は３ｂと他の配電線３ｃ又は３ｄとの間に、本発明の配電線ループコントローラ１０ａ，１０ｂを設置すると共に、前記配電線３ｂと他の配電用変圧所１ｂの配電線３ｅとの間も本発明の配電線ループコントローラ１０ｃを介して接続されている。
【００１１】
従って、他の配電線３に分散型電源９が接続される場合は、当該配電線３に関係する他の配電線３との間に配電線ループコントローラ１０を設けることによってループ系統配電線接続を拡大することができる。
図２は、三相交流の配電系統の分散型電源９が接続されている配電線１１と、他の三相交流の配電系統の配電線１２との間に接続された配電線ループコントローラ１０とを示すもので、その両側の配電線１１の連系点１１ａ，１１ｂ，１１ｃと配電線１２の連系点１２ａ，１２ｂ，１２ｃとに接続されている。
【００１２】
図２は配電線ループコントローラ１０の基本構成図を示すもので、配電線１１と１２に接続されるそれぞれ三相交流の連系リアクトル（Ｌａ１，Ｌｂ１，Ｌｃ１及びＬａ２，Ｌｂ２，Ｌｃ２）と電圧型三相インバータのスイッチ（ｓ１１，ｓ２１，ｓ３１，ｓ４１，ｓ５１，ｓ６１及びｓ１２，ｓ２２，ｓ３２，ｓ４２，ｓ５２，ｓ６２）とからなる第１の電圧型電力変換装置１３と第２の電圧型電力変換装置１４と、配電線１１，１２の電圧（Ｖａｂ１，Ｖｂｃ１又はＶａｂ２，Ｖｂｃ２）、電流（ｉａ１，ｉｂ１又はｉａ２，ｉｂ２）及び直流電圧（Ｖｄｃ），電流（ｉｄｃ）によって第１及び第２の電圧型電力変換装置１３，１４のスイッチ（ｓ１１，ｓ２１，……ｓ５２，ｓ６２）をそれぞれ制御する第１の電圧型電力変換装置制御回路１６と第２の電圧型電力変換装置制御回路１７とからなる配電線ループコントローラ制御回路１５とから構成されている。
【００１３】
なお、前述のスイッチ（ｓ１１，ｓ２１，……ｓ５２，ｓ６２）は、例えばゲートターンオフサイリスタとダイオードとにより構成されるスイッチ素子が用いられる。また、配電線１１，１２と第１又は第２の電圧型電力変換装置１３，１４との間にそれぞれ設けられる交流スイッチ、或いは第１と第２の電圧型電力変換装置１３，１４の相互間に必要に応じて設けられる直流スイッチなどは省略してある。
【００１４】
この配電線ループコントローラ１０の基本制御動作は、図３の模式図により示される。即ち、配電線ループコントローラ１０の両側にそれぞれ接続された各配電用変電所１ａ，１ｂの線路電圧Ｖ１とＶ２は、末端側に向かって徐々に降下する。そして、この末端側に接続される配電線ループコントローラ１０で両側の電圧を検出し、それぞれ所定の基準電圧範囲である上限電圧ｖＨ１，ｖＨ２と下限電圧ｖＬ１，ｖＬ２との間にあるか、或いは一方又は両方が上限電圧又は下限電圧から外れているか否かを判定する。この判定結果等に基づき無効電力（Ｑｒ１，Ｑｒ２）制御及び有効電力（Ｐｒ１，Ｐｒ２）制御を行い配電線ループコントローラ制御回路１５でスイッチ素子（ｓ１１，ｓ２１，……ｓ５２，ｓ６２）の制御を行うものである。
【００１５】
次に第１及び第２の電圧型電力変換装置１３，１４をそれぞれ制御する第１の電圧型電力変換装置制御回路１６と、第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の具体的なブロック回路構成例を説明する。
図４は第１の電圧型電力変換装置制御回路１６のブロック回路図で、配電線１１の連系点１１ａ，１１ｂ，１１ｃの連系点電圧Ｖａｂ１，Ｖｂｃ１から各相電圧Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１を求める相電圧演算手段２１と、相電流ｉａ１，ｉｂ１から各相電流ｉａ１，ｉｂ１，ｉｃ１を求める相電流演算手段２２と、各相電圧Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１と位相信号θ１から正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１，Ｖｑｐ１を求める正相回転座標系電圧変換手段２３と、各相電流ｉａ１，ｉｂ１，ｉｃ１と位相信号θ１から正相回転座標系電流ｉｄｐ１，ｉｑｐ１を求める正相回転座標系電流変換手段２４を有している。
【００１６】
なお、前述の位相信号θ１は正相回転座標系電圧Ｖｑｐ１から位相同期手段２５によって求められる。
更に、各相電圧Ｖａ１，Ｖｂ１，Ｖｃ１と位相信号θ１から逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ１，Ｖｑｎ１を求める逆相回転座標系電圧変換手段２６と、各相電流ｉａ１，ｉｂ１，ｉｃ１と位相信号θ１から逆相回転座標系電流ｉｄｎ１，ｉｑｎ１を求める逆相回転座標系電流変換手段２７と、第１又は第２の電圧型電力変換装置１３，１４の直流電圧ｖｄｃ、第２の電圧型電力変換装置１４の直流電流ｉｄｃ及び直流電圧基準ｖｄｃｒｅｆから有効電力指令Ｐｒ１を求める直流電圧一定制御手段２８と、配電線１１の連系点電圧上限値ｖＨ１、連系点電圧下限値ｖＬ１と正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１から無効電力指令Ｑｒ１を求める連系点電圧制御手段２９とを有している。
【００１７】
また、有効電力指令Ｐｒ１及び無効電力指令Ｑｒ１から正相回転座標系電流指令ｉｄｐｒｅｆ１とｉｑｐｒｅｆ１を求める電流指令演算手段３０と、正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１，Ｖｑｐ１、正相回転座標系電流ｉｄｐ１，ｉｑｐ１及び正相回転座標系電流指令ｉｄｐｒｅｆ１，ｉｑｐｒｅｆ１から正相回転座標系電圧指令値ｅｄｐ１，ｅｑｐ１を求める正相回転座標系電流制御手段３１と、逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ１，Ｖｑｎ１から逆相回転座標系電流指令ｉｄｎｒｅｆ１，ｉｑｎｒｅｆ１を求める逆相電圧補償手段３２と、逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ１，Ｖｑｎ１、逆相回転座標系電流ｉｄｎｌ，ｉｑｎｌ、逆相回転座標系電流指令値ｉｄｎｒｅｆ１，ｉｑｎｒｅｆ１から逆相回転座標系電圧ｅｄｎ１，ｅｑｎ１を求める逆相回転座標系電流制御手段３３を有している。
【００１８】
更に、正相回転座標系電圧指令値ｅｄｐ１，ｅｑｐ１と位相信号θ１から正相静止座標系電圧ｅａｐ１，ｅｂｐ１，ｅｃｐ１を求める正相静止座標系電圧変換手段３４と、逆相回転座標系電圧指令値ｅｄｎ１，ｅｑｎ１と位相信号θ１から逆相静止座標系電圧ｅａｎ１，ｅｂｎ１，ｅｃｎ１を求める逆相静止座標系電圧変換手段３５と、正相静止座標系電圧ｅａｐ１，ｅｂｐ１，ｅｃｐ１と逆相静止座標系電圧ｅａｎ１，ｅｂｎ１，ｅｃｎ１の和のｅａ１，ｅｂ１，ｅｃ１から各スイッチｓ１１，ｓ２１，ｓ３１，ｓ４１，ｓ５１，ｓ６１の動作を制御する信号を発生するスイッチ制御信号発生手段３６とを備えている。なお、スイッチ制御信号発生手段３６は、例えばパルス幅変調（ＰＷＭ）による制御を行うものである。
【００１９】
図５は第２の電圧型電力変換装置制御回路１７のブロック回路図で、配電線１２の連系点１２ａ，１２ｂ，１２ｃの連系点電圧Ｖａｂ２，Ｖｂｃ２から各相電圧Ｖａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２を求める相電圧演算手段４１と、相電流ｉａ２，ｉｂ２から各相電流ｉａ２，ｉｂ２，ｉｃ２を求める相電流演算手段４２と、各相電圧Ｖａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２と位相信号θ２から正相回転座標系電圧Ｖｄｐ２，Ｖｑｐ２を求める正相回転座標系電圧変換手段４３と、各相電流ｉａ２，ｉｂ２，ｉｃ２と位相信号θ２から正相回転座標系電流ｉｄｐ２，ｉｑｐ２を求める正相回転座標系電流変換手段４４を有している。
【００２０】
なお、前述の位相信号θ２は正相回転座標系電圧Ｖｑｐ２から位相同期手段４５によって求められる。
更に、各相電圧Ｖａ２，Ｖｂ２，Ｖｃ２と位相信号θ２から逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ２，Ｖｑｎ２を求める逆相回転座標系電圧変換手段４６と、各相電流ｉａ２，ｉｂ２，ｉｃ２と位相信号θ２から逆相回転座標系電流ｉｄｎ２，ｉｑｎ２を求める逆相回転座標系電流変換手段４７と、第１又は第２の電圧型電力変換装置制御回路１６，１７の正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１，Ｖｄｐ２、又は位相信号θ１，θ２から有効電力指令Ｐｒ２を求める有効電力指令演算手段４８と、配電線１２の連系点電圧上限値ｖＨ２、連系点電圧下限値ｖＬ２及び正相回転座標系電圧Ｖｄｐ２から無効電力指令Ｑｒ２を求める連系点電圧制御手段４９とを有している。
【００２１】
また、有効電力指令Ｐｒ２及び無効電力指令Ｑｒ２から正相回転座標系電流指令ｉｄｐｒｅｆ２とｉｑｐｒｅｆ２を求める電流指令演算手段５０と、正相回転座標系電圧Ｖｄｐ２，Ｖｑｐ２、正相回転座標系電流ｉｄｐ２，ｉｑｐ２及び正相回転座標系電流指令ｉｄｐｒｅｆ２，ｉｑｐｒｅｆ２から正相回転座標系電圧指令値ｅｄｐ２，ｅｑｐ２を求める正相回転座標系電流制御手段５１と、逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ２，Ｖｑｎ２から逆相回転座標系電流指令ｉｄｎｒｅｆ２，ｉｑｎｒｅｆ２を求める逆相電圧補償手段５２と、逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ２，Ｖｑｎ２、逆相回転座標系電流ｉｄｎ２，ｉｑｎ２、逆相回転座標系電流指令値ｉｄｎｒｅｆ２，ｉｑｎｒｅｆ２から逆相回転座標系電圧ｅｄｎ２，ｅｑｎ２を求める逆相回転座標系電流制御手段５３を有している。
【００２２】
更に、正相回転座標系電圧指令値ｅｄｐ２，ｅｑｐ２と位相信号θ２から正相静止座標系電圧ｅａｐ２，ｅｂｐ２，ｅｃｐ２を求める正相静止座標系電圧変換手段５４と、逆相回転座標系電圧指令値ｅｄｎ２，ｅｑｎ２と位相信号θ２から逆相静止座標系電圧ｅａｎ２，ｅｂｎ２，ｅｃｎ２を求める逆相静止座標系電圧変換手段５５と、正相静止座標系電圧ｅａｐ２，ｅｂｐ２，ｅｃｐ２と逆相静止座標系電圧ｅａｎ２，ｅｂｎ２，ｅｃｎ２の和のｅａ２，ｅｂ２，ｅｃ２から各スイッチｓ１２，ｓ２２，ｓ３２，ｓ４２，ｓ５２，ｓ６２の動作を制御する信号を発生するスイッチ制御信号発生手段５６とを備えている。
【００２３】
前述した第１及び第２の電圧型電力変換装置制御回路１６、１７の連系点電圧制御手段２９，４９は、図６に示すように正相回転座標系変換手段２３，４３から出力される正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１，Ｖｄｐ２（Ｖｄｐ）と、この正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１，Ｖｄｐ２（Ｖｄｐ）の連系点電圧上限ｖＨ１，ｖＨ２（ｖＨ）と連系点電圧下限ｖＬ１，ｖＬ２（ｖＬ）とするリミッタ回路６１のリミッタ出力との差から無効電力指令Ｑｒ１，Ｑｒ２（Ｑｒ）を求める比例積分回路６２とから構成されている。従って、正相回転座標系電圧ＶｄｐがｖＨ以上の場合はｖＨに、また正相回転座標系電圧ＶｄｐがｖＬ以下の場合はｖＬに保たれるため、第１及び第２の電圧型電力変換装置制御回路１６、１７で独立に設定できるので、２つの配電線の電位差と無関係にループ化を行うことができる。なお、比例積分回路６２のｋｐＱは比例係数、ｋｉＱは積分係数である。
【００２４】
次に、図５に示した第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の電流指令演算手段５０の入力である有効電力指令Ｐｒ２を求める２つの有効電力指令演算手段４８を説明する。
第１の手段は、第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の正相回転座標系電圧変換手段２３の出力である正相回転座標系電圧Ｖｄｐ１と、第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の正相回転座標系電圧変換手段４３の出力である正相回転座標系電圧Ｖｄｐ２とから、次の式１からなる電位差潮流制御でもって求めることができる。ただし、Ｖ１Ｃは第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の電圧基準値、Ｖ２Ｃは第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の電圧基準値、ＫＶ１は第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の有効電力に変換するための係数、ＫＶ２は第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の有効電力に変換するための係数である。
【００２５】
【数１】
Ｐｒ２＝−ＫＶ１×（Ｖｄｐ１−Ｖ１Ｃ）＋ＫＶ２×（Ｖｄｐ２−Ｖ２Ｃ）……１
【００２６】
第２の手段は、第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の位相同期手段２５の出力である位相信号θ１と、第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の位相同期手段４５の出力である位相信号θ２とから、次の式２からなる位相差潮流制御でもって求めることができる。ただし、θ１Ｃは第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の位相基準値、θ２Ｃは第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の位相基準値、Ｋθ１は第１の電圧型電力変換装置制御回路１６の有効電力に変換するための係数、Ｋθ２は第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の有効電力に変換するための係数である。
【００２７】
【数２】
Ｐｒ２＝−Ｋθ１×（θ１−θ１Ｃ）＋Ｋθ２×（θ２−θ２Ｃ）……２
【００２８】
次に前述した第１及び第２の電圧型電力変換装置制御回路１６、１７の逆相電圧補償手段３２，５２は、図７に示すように逆相回転座標系電圧変換手段２６，４６の出力である逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ１，Ｖｄｎ２（Ｖｄｎ）とＶｑｎ１，Ｖｑｎ２（Ｖｑｎ）とから、逆相回転座標系電流指令ｉｄｎｒｅｆ１，ｉｄｎｒｅｆ２（ｉｄｎｒｅｆ）とｉｑｎｒｅｆ１，ｉｑｎｒｅｆ２（ｉｑｎｒｅｆ）とを求める比例積分回路６３，６４とから構成されている。なお、比例積分回路６３，６４のｋｐｄｎ，ｋｐｑｎは比例係数、ｋｉｄｎ，ｋｉｑｎは積分係数である。
【００２９】
本発明は図示した実施例に基いて説明したように、放射状配電系統において配電用変電所から放射状に延びる２つの異なる配電線間を接続する２つの電圧型電力変換装置１３，１４と、各連系点１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１１ｃの電圧，電流及び電圧型電力変換装置１３又は１４の直流電圧と片方の電圧型電力変換装置１４の直流電流を基に電圧型電力変換装置１３，１４の各スイッチｓ１１，ｓ２１……ｓ５２，ｓ６２の動作を決定する配電線ループコントローラ制御回路１５により、２つの異なる配電線間で電力及び各連系点の電圧を制御するようにして、放射状配電系統を部分的にループ系統配電システムに変更することができるようにしたものである。即ち、本発明は電圧型電力変換装置１３，１４により一度直流に変換し接続されるため、ループ化によりゼロ相環流電流が発生することなく２つの配電線を接続できる。
【００３０】
また、各電圧型電力変換装置１３，１４をそれぞれ制御する電圧型電力変換装置制御回路１６，１７は、各連系点の電圧，電流を正相成分と逆相成分とに分けて、無効電力制御（Ｑｒ）と有効電力制御（Ｐｒ）とにより前記各電圧型電力変換回路１３，１４の電圧型三相インバータのスイッチｓ１１，ｓ２１……ｓ５２，ｓ６２のオン・オフを制御するようにして、異なる電圧を有する２つの配電線間を接続しループ系統に変更することのできる配電線ループコントローラを得ることができたものである。
【００３１】
また、第２の電圧型電力変換装置制御回路１７の電流指令演算手段５０に入力される有効電力指令Ｐｒ２は、その第１の手段である式１から明らかなように、２つの配電線路間に有効電力の流れが生じるため、当該配電線路間で配電用変電所フィーダ送り出しの有効電力の不平衡は減少する。そして、第１及び第２の電圧型電力変換装置１３，１４で基準電圧値Ｖ１ＣとＶ２Ｃをそれぞれ独立に設定できるので、２つの配電線の電位差と無関係にループ化を行うことができる。また、第２の手段による有効電力指令Ｐｒ２は、式２から明らかなように第１の手段と同様に２つの配電線路間に有効電力の流れが生じるため、当該配電線路間で配電用変電所フィーダ送り出しの有効電力の不平衡は減少する。そして、第１及び第２の電圧型電力変換装置１３，１４で位相基準値θ１Ｃとθ２Ｃをそれぞれ独立に設定できるので、２つの配電線の位相差と無関係にループ化を行うことができる。
【００３２】
更に、第１及び第２の電圧型電力変換装置制御回路１６、１７の逆相電圧補償手段３２，５２は、図７に示すように比例積分回路６３，６４により逆相回転座標系電圧Ｖｄｎ１，Ｖｄｎ２（Ｖｄｎ）とＶｑｎ１，Ｖｑｎ２（Ｖｑｎ）が零になるように逆相回転座標系電流指令ｉｄｎｒｅｆ１，ｉｄｎｒｅｆ２（ｉｄｎｒｅｆ）とｉｑｎｒｅｆ１，ｉｑｎｒｅｆ２（ｉｑｎｒｅｆ）を逆相回転座標系電流制御手段３３，５３に与えるため、連系点における逆相電圧を零にし、三相電圧の不平衡を補償することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のループ系統配電システムは、例えば従来の放射状配電系統の配電線相互間、或いは異なる配電用変電所の配電線相互間に設けられる通常開放状態にある開閉器に換えて、本発明による配電線ループコントローラを設けることにより、放射状配電系統に分散型電源を導入した場合においても、フィーダー負荷不均一による潮流不均一の問題が生ずることはない。また放射状配電系統をループ状配電系統として運用する場合においても、一度直流に変換し接続されるため、ループ化によりゼロ相環流電流が発生することがないため、２つの放射状配電系統間又は異なる配電用変電所の配電線相互間を接続し得るもので、分散型電源を効率的に運用することができると共に、図２に示すように潮流６により潮流５は軽減され、潮流７を増加せしめることができ、電力の送電，配電関係設備を有効に活用することができるなどの効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により放射状配電系統システムの一部をループ系統配電システムに変更した状態を示す模式図である。
【図２】本発明の配電線ループコントローラの一実施例回路を示すブロック回路図である。
【図３】本発明による配電線ループコントローラの基本制御動作を説明するための模式図である。
【図４】本発明の配電線ループコントローラの要部である第１の電圧型電力変換装置制御回路の一実施例を示すブロック回路図である。
【図５】本発明の配電線ループコントローラの要部である第２の電圧型電力変換装置制御回路の一実施例を示すブロック回路図である。
【図６】本発明の配電線ループコントローラに使用する連系点電圧制御手段を示すブロック図である。
【図７】同配電線ループコントローラに使用する逆相電圧補償手段を示すブロック図である。
【図８】従来の放射状配電系統システムの一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ 配電用変電所
２ 電圧調整装置
３，１１，１２ 配電線
４ 送電線
５，６ 通常は開いている開閉器
７ 通常は閉じている開閉器
８ 故障が発生した配電系統
９ 分散型電源
１０ 配電線ループコントローラ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 配電線１１の連系点
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 配電線１２の連系点
１３ 第１の電圧型電力変換装置
１４ 第２の電圧型電力変換装置
１５ 配電線ループコントローラ制御回路
１６ 第１の電圧型電力変換装置制御回路
１７ 第２の電圧型電力変換装置制御回路
２１，４１ 相電圧演算手段
２２，４２ 相電流演算手段
２３，４３ 正相回転座標系電圧変換手段
２４，４４ 正相回転座標系電流変換手段
２５，４５ 位相同期手段
２６，４６ 逆相回転座標系電圧変換手段
２７，４７ 逆相回転座標系電流変換手段
２８ 直流電圧一定制御手段
２９，４９ 連系点電圧制御手段
３０，５０ 電流指令演算手段
３１，５１ 正相回転座標系電流制御手段
３２，５２ 逆相電圧補償手段
３３，５３ 逆相回転座標系電流制御手段
３４，５４ 正相静止座標系電圧変換手段
３５，５５ 逆相静止座標系電圧変換手段
３６，５６ スイッチ制御信号発生手段
４８ 有効電力指令演算手段
６１ リミッタ回路
６２，６３，６４ 比例積分回路
Ｖａｂ，Ｖｂｃ 連系点電圧
ｉａ，ｉｂ，ｉｃ 相電流
Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ リアクトル
ｓ１１，ｓ２１，ｓ３１，ｓ４１，ｓ５１，ｓ６１，ｓ１２，ｓ２２，ｓ３２，ｓ４２，ｓ５２，ｓ６２ スイッチ
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
Ｖｄｃ 直流電圧
ｉｄｃ 直流電流
Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ 相電圧
θ 位相信号
Ｖｄｐ，Ｖｑｐ 正相回転座標系電圧
ｉｄｐ，ｉｑｐ 正相回転座標系電流
ｖＨ 連系点電圧上限値
ｖＬ 連系点電圧下限値
Ｑｒ 無効電力指令
Ｐｒ 有効電力指令
ｉｄｐｒｅｆ，ｉｑｐｒｅｆ 正相回転座標系電流指令
ｅｄｐ，ｅｑｐ 正相回転座標系電圧指令値
ｅａｐ，ｅｂｐ，ｅｃｐ 正相静止座標系電圧
Ｖｄｎ，Ｖｑｎ 逆相回転座標系電圧
ｉｄｎ，ｉｑｎ 逆相回転座標系電流
ｉｄｎｒｅｆ，ｉｑｎｒｅｆ 逆相回転座標系電流指令
ｅｄｎ，ｅｑｎ 逆相回転座標系電圧指令値
ｅａｎ，ｅｂｎ，ｅｃｎ 逆相静止座標系電圧
Claims (3)
- ２つの配電線間に設置されるものであって、前記各配電線のそれぞれの連系点に接続された三相交流の連系リアクトル及び該各連系リアクトルの片端にそれぞれ接続された三相ブリッジ構造のスイッチを有する電圧型三相インバータで構成された電圧型電力変換装置と、前記各配電線の電圧、電流を正相成分と逆相成分に分けた各相電圧、各相電流及び前記両電圧型電力変換装置間の直流電圧，直流電流に基づく無効電力制御と有効電力制御とにより、前記各電圧型電力変換装置の前記電圧型三相インバータの前記スイッチのオン・オフを制御せしめて前記両配電線間の電圧の整合をとる制御手段とを備えた配電線ループコントローラにおいて、
前記制御手段は、前記正相成分の電圧を予め定められた設定電圧の上限値と下限値との間に保つため、該設定電圧の上限値と下限値とからリミッタ出力を求めるリミッタ回路と、該リミッタ回路のリミッタ出力と前記正相成分電圧との差から前記無効電力制御を行うための無効電力指令値を求める比例積分回路とから成る連系点電圧制御手段を備えていることを特徴とするループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラ。 - 前記電圧型電力変換回路の前記制御手段は、前記三相交流の一方の前記連系点の正相成分の位相と、他方の前記連系点の正相成分の位相との位相差に応じて前記有効電力制御を行うための有効電力指令値を発生せしめる有効電力指令演算手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラ。
- 前記電圧型電力変換回路の前記制御手段は、前記三相交流の前記連系点における逆相成分の逆相電圧を零にせしめるために、前記連系点の両座標軸の逆相成分の逆相電圧からそれぞれ逆相電流指令値を求める一対の比例積分回路から成る逆相電圧補償手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のループ系統配電システムにおける配電線ループコントローラ。
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