JP4107783B2

JP4107783B2 - Voltage control method for distribution lines

Info

Publication number: JP4107783B2
Application number: JP2000075506A
Authority: JP
Inventors: 尚明深津; 信行藤原; 一朗炭谷; 隆章甲斐; 達則佐藤
Original assignee: Meidensha Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Meidensha Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2020-03-17
Also published as: JP2001268795A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直列型電圧制御装置およびこれとステップ電圧制御装置とを組み合わせた配電線路の電圧制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は先にステップ電圧制御装置（ＳＶＲ装置）と直列型電圧制御装置（直列型ＳＶＣ装置）とを組み合わせた電力系統の電圧制御方式を提案した。（特願平１０−１６８０５１号）。
【０００３】
上記電圧制御方式を図１について説明する。なお、本文中電圧電流のベクトル記号は省略してある。系統電源（配電用変電所）ＰＳからの配電線にＳＶＲ装置１を接続し、その下流側に直列型ＳＶＣ装置２を近接設置する。ＳＶＲ装置１は緩慢な電圧変動補償しかできないので、直列型ＳＶＣ装置２により急激な電圧変動補償を行わせる。
【０００４】
ＳＶＲ装置１は図１３に示すように、タップ切換変圧器１ａと９０リレー１ｂからなり、９０リレー１ｂは、ＳＶＲ装置１の２次側電圧Ｖ２からみた負荷中心点ａの電圧Ｖ_L＝｛Ｖ₂−（Ｒ＋ｊＸ）Ｉ｝の大きさに対して、基準電圧Ｖｒｅｆとの差をとり、これを積分回路１１で積分してその大きさが動作時間整定値を超えるとタップ上げ（または下げ）指令をタップ切換変圧器１ａに出力して負荷側の電圧を制御する。ただし、この差の大きさが不感帯を超えなければ積分は行わない。
【０００５】
図１５はＳＶＲ装置１で負荷中心点電圧を制御する場合の負荷中心点電圧の変化を示す。ＳＶＲ装置は原理上タップ上げ（下げ）指令出力に対し数分かかり、タップ制御後も負荷中心点電圧と基準電圧とに差（不感帯以上）があるとさらにタップ上げ（下げ）指令出力に対して数分要する。
【０００６】
直列型ＳＶＣ装置２は図１４に示すように、配電線に接続された並列変圧器Ｔａと直列変圧器Ｔｂおよび変圧器Ｔａ，Ｔｂ間に接続された自励式コンバータ２ａと自励式インバータ２ｂとで構成されている。
【０００７】
直列型ＳＶＣ装置２はその１次側電圧Ｖ₁と２次側の電流Ｉを自励式インバータの制御回路に入力して電圧制御を行う。即ち、電圧Ｖ₁を基準電圧Ｖｒｅｆにして、電圧を上げる場合は電圧Ｖ₁と同相の電圧Ｖ_Cを発生させ、電圧を下げる場合は電圧Ｖ₁と反対位相の電圧Ｖ_Cを発生させる。発生させる電圧Ｖ_Cの大きさは直列型ＳＶＣ装置２の２次側電圧Ｖ₂から求めた負荷中心点ａの電圧Ｖ_Lの大きさが基準電圧Ｖｒｅｆ（＝Ｖ₁）になるように制御する。
【０００８】
【数１】

【０００９】
電圧Ｖ₁，Ｖ₂は同位相とし、ＳＶＲ装置１と直列型ＳＶＣ装置２の負荷中心点の位置ａ及び基準電圧Ｖｒｅｆと不感帯の大きさは同じ値としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記電圧制御方式は、ＳＶＲ装置と直列型ＳＶＣ装置とを併用し、緩慢な電圧変動に対してはＳＶＲ装置だけで補償し、急激な電圧変動に対してはＳＶＲ装置で不足する補償電圧を直列型ＳＶＣ装置で補完する。この直列型ＳＶＣ装置はその１次側電圧を基準電圧として制御している。そのためにＳＶＲ装置の負荷側（下流側）に直列型ＳＶＣ装置を近接設置することが条件となっている。
【００１１】
ところで、配電線の電圧補償をする場合、ＳＶＲ装置、直列型ＳＶＣ装置いずれもが、配電柱に装柱されることになる。このため、これらを近接設置させる条件は制約が多く現実的に困難なケースが生ずるものと思われる。
【００１２】
この発明は、直列型ＳＶＣ装置がその１次側電圧を基準とすることなく負荷中心点電圧変動分を一定に制御でき、またＳＶＲ装置と直列型ＳＶＣ装置の協調制御する場合、上記条件を課せることなく、ＳＶＲ装置と直列型ＳＶＣ装置とで配電線の電圧補償ができる配電線路の電圧制御方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の配電線路の電圧制御方法は、配電線路にタップ変圧器とタップ切換指令を出力する電圧調整リレーとからなるステップ電圧制御装置および直列型電圧制御装置とを設置し、直列型電圧制御装置を負荷中心点電圧変動分が予め定められた変動許容範囲内となるよう制御すると共に、ステップ電圧制御装置の整定値からタップ制御時間を予測し、これを考慮して直列型電圧制御装置の変動値基準時間を定めて基準電圧を算出し、電圧を発生して補償することにより協調制御ができることを特徴としたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１
図１に示すように配電線にＳＶＲ装置１を設けその下流側に直列型ＳＶＣ装置２を設け、電圧を補償すべき負荷中心点（目標地点）ａを定める。ＳＶＲ装置１、直列型ＳＶＣ装置２は従来の技術で説明した図１３、図１４の構成となっている。
【００２４】
まず、直列型ＳＶＣ装置２による負荷中心点電圧の制御方法について説明する。負荷中心点ａの電圧変動率が許容値αを超えると、直列型ＳＶＣ装置２を起動させて、負荷中心点ａの電圧変動率をαに維持するように直列型ＳＶＣ装置２の発生電圧を制御する。そのため、次のように直列型ＳＶＣ装置２の１次側電圧Ｖ₁からみた負荷中心点の電圧Ｖ_Lの電圧変動率を装置起動条件とする。
【００２５】
【数２】

【００２６】
また、緩慢な電圧変動による直列型ＳＶＣ装置２の起動を避け、急激な電圧変動だけを確実に補償するために、負荷中心点電圧を移動平均処理して得られる変動値基準時間△Ｔ時間前の負荷中心点電圧の大きさを基準電圧Ｖ_Lｒｅｆとして、現在の負荷中心点電圧Ｖ_Lの大きさの電圧変動率ε（％）を求める。
【００２７】
【数３】

【００２８】
この電圧変動率εを許容値αと比較し、ε＞αとなった場合、直列型ＳＶＣ装置を起動させる。この装置の２次側からみた負荷中心点電圧Ｖ_L′は、
【００２９】
【数４】

【００３０】
この負荷中心点電圧Ｖ_L′の上記基準電圧Ｖ_Lｒｅｆに対する電圧変動率ε′を求める。
【００３１】
【数５】

【００３２】
この電圧変動率ε′が許容値αになるように、直列型ＳＶＣ装置の発生電圧Ｖ_Cの大きさを制御する。
【００３３】
負荷中心点電圧Ｖ_Lについて、現在電圧と基準電圧を図２に示す。現在電圧Ｖ_Lは現在時点でこれより数サイクル間の負荷中心点電圧の大きさの平均値、基準電圧Ｖ_Lｒｅｆは現在より△Ｔ時間（変動値基準時間）前の時点において、これよりＴ₀時間（基準電圧平均時間）の負荷中心点電圧の大きさの平均値である。
【００３４】
直列型ＳＶＣ装置２の発生電圧Ｖ_Cは次のように求める。図３にベクトル図を示す。直列型ＳＶＣ装置２の１次電圧Ｖ₁と同相成分をｑ軸成分、これより９０°進みの成分をｄ軸成分として表現する。
【００３５】
直列型ＳＶＣ装置２の２次側電圧Ｖ₂からみた負荷中心点の電圧Ｖ_L′について、ｄ・ｑ軸成分で表すと、
【００３６】
【数６】
V_L′_q＋V_L′_d＝（V_1q＋jV_1d）＋（V_Cq＋jV_Cd）−（r＋jx）（I_q＋jI_d）
Ｖ_Cは、Ｖ₁と同相または反対位相であり、Ｖ₁はｑ軸成分なので、Ｖ₁ｄ＝０、Ｖ_Cd＝０である。
【００３７】
【数７】

【００３８】
【数８】

【００３９】
負荷急変により電圧が低下した場合の負荷中心点の基準電圧Ｖ_Lｒｅｆ、現在電圧と基準電圧との電圧偏差△Ｖおよび直列型ＳＶＣ装置２の１次側と２次側電圧よりみた電圧変動率ε，ε′を図４に示す。
【００４０】
図４について、負荷急変動が発生し負荷中心点電圧Ｖ_Lが低下する。基準電圧Ｖ_Lｒｅｆは現在より△Ｔ時間前の負荷中心点電圧の大きさの平均値であるから、△Ｔ時間変化せずにその後直線的に低下してＴ₀秒後負荷中心点電圧Ｖ_Lと等しくなる。また電圧偏差△Ｖ＝Ｖ_L−Ｖ_Lｒｅｆも△Ｔ時間変化せずその後直線的に減少してＴ₀秒後△Ｖ＝０となる。
【００４１】
したがって、電圧変動率ε′（％）は負荷急変と同時に増加する。図４の場合、負荷急変時の電圧変動率εは許容値αを超えているので、負荷急変と同時に直列型ＳＶＣ装置２が起動し、直列型ＳＶＣ装置２の２次側からみた負荷中心点の電圧変動率ε′（％）を許容値αに維持するように直列型ＳＶＣ装置２は電圧Ｖ_Cを発生する。
【００４２】
上記電圧変化から△Ｔ時間（変動値基準時間）を超える基準電圧Ｖ_Lｒｅｆは電圧変化後の値を平均値計算に取り始めるので、その値は徐々に零に近づいていき、これよりＴ₀時間（基準電圧平均時間）後には零になる。
【００４３】
この間に電圧変動率εは許容値αより小さくなり、直列型ＳＶＣ装置２は停止する。直列型ＳＶＣ装置２が停止すると電圧変動率ε，ε′はやがて零になる。配電線電圧は直列型ＳＶＣ装置２の停止とともに電圧低下が継続するが後述のようにＳＶＲ装置１と動作協調を取り△Ｔ時間をＳＶＲ装置１が動作できる時間より大きくするので、電圧変動率εを許容値α以下に維持できる。
【００４４】
図５は直列型ＳＶＣ装置２の設置位置と配電線各点の電圧変動率ε，ε′との関係を示すもので、直列型ＳＶＣ装置２では装置負荷側を補償して配電用変電所（系統電源）から負荷中心点の電圧変動率を許容値以下にする。直列型ＳＶＣ装置２は設置位置に拘わらず上述の電圧算出方法により、負荷中心点の電圧変動分を許容値αに維持できる。
【００４５】
次にＳＶＲ装置１と直列型ＳＶＣ装置２との動作協調について説明する。図６にＳＶＲ装置１の負荷側に直列型ＳＶＣ装置２を配置した配電線の電圧変動率の時間推移を示す。なお、ともに負荷中心点は末端としている。
【００４６】
図６について、電圧変動発生直後▲１▼は、ＳＶＲ装置１は応答できないため、直列型ＳＶＣ装置２が電圧Ｖ_Cを出力して負荷中心点ａの電圧変動率εを許容値αに維持する。
【００４７】
その後▲２▼で、ＳＶＲ装置１は負荷側電圧からみた負荷中心点電圧と基準電圧（設定値）との偏差に応じた積分時間が整定値に達するため、タップを上昇させる。このＳＶＲ装置１の動作により直列型ＳＶＣ装置２の電源側電圧はＳＶＲ装置１の１タップ分だけ電圧が補償されるので、直列型ＳＶＣ装置２の補償電圧Ｖ_Cが減少する。
【００４８】
以後、ＳＶＲ装置１のタップ動作が進むにつれて直列型ＳＶＣ装置２の補償電圧Ｖ_Cは減少する。▲３▼に示すように負荷中心点の電圧変動率が許容値以下になると、直列型ＳＶＣ装置２の補償電圧Ｖ_Cは零になる。
【００４９】
以上のように、ＳＶＲ装置１のタップ動作と直列型ＳＶＣ装置２の補償動作は独立しているため、電圧変動直後は直列型ＳＶＣ装置２が、その後段階的にＳＶＲ装置が電圧変動を補償する動作協調が可能となる。
【００５０】
上記は直列型ＳＶＣ装置２がＳＶＲ装置の負荷側に設置された場合であるが、直列型ＳＶＣ装置２がＳＶＲ装置１に対して電源側に設置された場合の動作協調は上述とは異なる。この場合は移動平均値の基準時間△Ｔ、即ち図２の変動値基準時間△Ｔを適当に整定することにより協調制御が可能となる。
【００５１】
上記の方法はＳＶＲ装置が同一線路に複数台設置されている場合にも適用できる。
【００５２】
ＳＶＲ装置１の負荷側に直列型ＳＶＣ装置２を設置した場合の動作協調性能についてのディジタルシミュレーション結果について述べる。解析対象回路は図７に示すように、急変動負荷として変電所より１０ｋｍの配電線末端（＃７）に同期発電機Ｇを選定し、出力１［ＭＷ］（力率１）運転時の発電機脱落を模擬した。ＳＶＲ装置（ＳＶＲ）と直列型ＳＶＣ装置（ＳＶＣ）の負荷中心点は配電線末端とし、電圧変動率許容値（整定値）を５％とした。また、ＳＶＲ、ＳＶＣの設置点は変電所よりそれぞれ４ｋｍ、６ｋｍの地点とした。
【００５３】
シミュレーション結果を図８に示す。急変負荷である同期発電機脱落直後の▲１▼ではＳＶＲ装置の１次側（＃４）電圧よりみた負荷中心点（＃７）の電圧変動率εは、７．７％である。電圧変動率εの許容値は５％なので、直列型ＳＶＣ装置は起動し、その装置の２次側（＃５）電圧よりみた負荷中心点の電圧変動率ε′を許容値の５％になるように直列型ＳＶＣ装置は発生電圧を制御する。その結果、負荷中心点の電圧変動率ε′は４．９％になり、配電線全体の電圧変動率は許容値の５％以下になる。
【００５４】
同期発電機脱落後から約８秒経過の▲２▼では、ＳＶＲ装置は動作してタップ制御（電圧変動率で１．５％相当）される。直列型ＳＶＣ装置の１次側電圧からみた負荷中心点の電圧変動率は６．１％であるので、直列ＳＶＣ装置は起動し続け、この装置の２次側電圧からみた負荷中心点の電圧変動率ε′を５％に維持するよう発生電圧を制御するが、ＳＶＲ装置で電圧制御された（電圧変動率で１．５％相当）発生電圧は小さくなる。
【００５５】
ＳＶＲ装置が１タップ制御してからさらに１０秒（同期発電機脱落後から１８秒）経過の▲３▼で、ＳＶＲ装置は動作し、２タップ制御されると、直列型ＳＶＣ装置の１次電圧からみた負荷中心点の電圧変動率は４．２％になるのでＳＶＲ装置は停止する。しかし、ＳＶＲ装置の動作により配電線全体の電圧変動率は許容値の５％以下なので、目的とする電圧制御は果たされており、ＳＶＲ装置と直列型ＳＶＲ装置の動作協調は良好になされている。
【００５６】
この動作協調はＳＶＲ装置の整定値などから電圧変動に対するタップ制御時間を予測し、これを考慮して直列型ＳＶＣ装置の△Ｔ時間（変動値基準時間）を決めることによって良好になされる。
【００５７】
実施の形態２
直列型ＳＶＣ装置の通常負荷電流は電源端（配電用変電所）から負荷の方へ電流が流れる。しかし最近配電系統へ分散型電源が導入されており、この電源によって直列型ＳＶＣ装置からみて電流方向が電源端へなることがある。これを逆潮流と呼んでいる。
【００５８】
図９の（ａ）、（ｂ）は順送状態での逆流なし、ありの状態を示す。順送とは常時の配電用変電所ＰＳ１から電力供給される状態をいう。これに対して常時の配電用変電所ＰＳ１から事故などで電力供給できない場合、別の配電用変電所（分散型電源）ＰＳ２から電力供給することがあり、この配電用変電所ＰＳ１からの電流の流れが順送時とは逆になる状態を逆送と呼んでいる。図１０の（ａ），（ｂ）は逆送状態での逆潮流なし、ありの状態を示す。
【００５９】
実施の形態２は逆潮流のあり、なしに拘わらず順送、逆送条件を自動的に判定して順送時のみ直列型ＳＶＣ装置を機能させる。逆送時に直列型ＳＶＣ装置を機能させないのは、電源端ＰＳ１からみて負荷端が逆方向になるからである。逆潮流がなければ常時の電流方向で順送か逆送判定は可能である。しかし逆潮流を考慮するとその順送・逆送判別方法では判定不可能である。
【００６０】
図１１について、配電線の分散型電源ＰＳ２の上流側（配電用変電所ＰＳ１側）に直列型ＳＶＣ装置２を設けて負荷Ｌ２の投入時などの過渡的な電圧変動補償をする。負荷Ｌ２投入時の電流は配電用変電所ＰＳ１と分散型電源ＰＳ２から供給される。従って図１１にしめすように、直列型ＳＶＣ装置２より負荷Ｌ２側にある負荷投入による電流変化△Ｉ方向は逆潮流有りでも逆潮流がない場合と同様に配電用変電所ＰＳ１から投入負荷方向になる。負荷遮断はこれとは電流変化方向は逆になる。
【００６１】
この場合の直列型ＳＶＣ装置２の電源側電圧Ｖ₁の変化分△Ｖ₁の符号を求める。急変動負荷投入による電流変化分の有効分を△Ｉｐ、無効分を△Ｉｑとすると△Ｖ₁は［数９］となる。
【００６２】
【数９】
△Ｖ₁＝−√３（Ｒｅ△Ｉｐ＋Ｘｅ△Ｉｑ）（電圧低下方向を負とした）
ただし、Ｒｅ，Ｘｅ：配電用変電所からＳＶＣ設置点までの配電線抵抗、リアクタンス
△Ｉｐ，△Ｉｑ：有効、無効電流変化分（増加方向を正とする。無効電流は遅れを正）
アルミ線１２０ｍｍ²は単位長あたりＲｅ＝０．２５Ω／ｋｍ、Ｘｅ＝０．３５Ω／ｋｍである。よって負荷力率進み０．８０（位相角４０°）の負荷投入のときには有効電流による電圧降下と進み無効電流による電圧上昇が打ち消し合い電圧変化が零になる。これより力率（進み）が低下すると進み無効電流による電圧上昇が有効分による電圧降下を上回り電圧変化分の符号は正となる（電圧増加）。
【００６３】
一方、負荷力率進み０．８０より力率が大きくなるとき、または負荷遅れのときは進み無効電流による電圧上昇が小さくなる、または遅れ無効電流による電圧降下が大きくなるので、電圧変化分の符号は負になる（電圧低下）。
【００６４】
この性質は分散型電圧によりＳＶＣ装置箇所の潮流状態（逆潮流あり・なし）と無関係に成立する。（図１２（ａ）の右半面）。負荷遮断時は投入時の関係と反対になる（図１２（ａ）の左半面）。
【００６５】
逆送条件でのこれらの関係は図１２（ｂ）に示すように順送時と対称となる。
【００６６】
【表１】

【００６７】
よって、表１に示すように直列型ＳＶＣの１次電圧Ｖ₁と電流変化分△Ｉとの位相関係とこの電圧の大きさの変化した符号（電圧上昇で正、電圧低下で負）によって順送・逆送判定を行うことができる。この順送・逆送判定結果が順送の場合のみ直列型ＳＶＣ装置を機能可能としておき、順送時の負荷点の電圧変動を実施の形態１の場合と同様に制御する。
【００６８】
【発明の効果】
本願の発明は、上述のとおり構成されているので、次に記載する効果を奏する。
【００６９】
（１）設置箇所を制約することなく負荷中心点電圧変動率を許容値以下にできる。
【００７０】
（２）直列型ＳＶＣ装置は負荷中心点電圧変動分の大きさが整定値以上の条件で起動する。
【００７１】
（３）直列型ＳＶＣ装置の負荷中心点の電圧の変動分を負荷中心点電圧の移動平均値の常時一定時間（変動値基準時間）から求めた基準電圧から算出した場合、変動値基準時間を超えると電圧変動率は許容値より小さくなり、直列型ＳＶＣ装置は停止する。
【００７２】
（４）ＳＶＲ装置と直列型ＳＶＣ装置との協調制御が容易となる。
【００７３】
（５）順送時の電圧変動に対して確実に起動し、補償電圧を発生する。
【００７４】
（６）電圧変動分だけを補償するので装置小容量化が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＶＲ装置と、直列型ＳＶＣ装置の協調制御説明図。
【図２】演算に使用する電圧の説明図。
【図３】直列型ＳＶＣ装置の発生電圧を説明するベクトル図。
【図４】直列型ＳＶＣ装置の１次側と２次側電圧よりみた電圧変動率を示すグラフ。
【図５】直列型ＳＶＣ装置設置位置と配電線各点の電圧変動率を示すグラフ。
【図６】ＳＶＲ装置と直列型ＳＶＣ装置の協調制御における配電線の電圧変動率の時間推移を示す概念図。
【図７】解析対象回路図。
【図８】シミュレーション結果を示すグラフ。
【図９】順送状態を示す直列型ＳＶＣ装置設置の配電線路図。
【図１０】逆送状態を示す直列型ＳＶＣ装置設置の配電線路図。
【図１１】順送条件逆潮流ありでの負荷投入による電流変化方向の説明図。
【図１２】電圧・電流の位相関係を示すグラフ。
【図１３】ＳＶＲ装置の構成を示すブロック図。
【図１４】直列型ＳＶＣ装置の構成を示すブロック図。
【図１５】従来ＳＶＲ装置配電線路の負荷投入による電圧降下説明図。
【符号の説明】
１…ＳＶＲ装置（ステップ電圧制御装置）
２…直列型ＳＶＣ装置（直列型電圧制御装置）
ε…直列型ＳＶＣ装置の１次側電圧よりみた負荷中心点の電圧変動率
ε′…直列型ＳＶＣ装置の２次側電圧よりみた負荷中心点の電圧変動率[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a series voltage control device and a voltage control method for a distribution line in which the voltage control device is combined with a step voltage control device.
[0002]
[Prior art]
The present applicant has previously proposed a voltage control method for an electric power system in which a step voltage control device (SVR device) and a series voltage control device (series SVC device) are combined. (Japanese Patent Application No. 10-168051).
[0003]
The voltage control method will be described with reference to FIG. In the text, the vector symbol of voltage / current is omitted. The SVR device 1 is connected to the distribution line from the system power supply (distribution substation) PS, and the serial SVC device 2 is installed in the vicinity thereof on the downstream side. Since the SVR device 1 can only perform slow voltage fluctuation compensation, the series-type SVC device 2 causes sudden voltage fluctuation compensation.
[0004]
As shown in FIG. 13, the SVR device 1 includes a tap switching transformer 1 a and a 90 relay 1 b, and the 90 relay 1 b has a voltage V _L = {V at the load center point a viewed from the secondary side voltage V <b> 2 of the SVR device 1. ₂₋ (R + jX) I} is taken as a difference from the reference voltage Vref and integrated by the integration circuit 11, and when the magnitude exceeds the operating time set value, a tap raising (or lowering) command is issued. Is output to the tap switching transformer 1a to control the voltage on the load side. However, integration is not performed unless the magnitude of this difference exceeds the dead zone.
[0005]
FIG. 15 shows a change in the load center voltage when the SVR device 1 controls the load center voltage. In principle, the SVR device takes several minutes for the tap up (down) command output, and if there is a difference between the load center voltage and the reference voltage (over the dead band) even after tap control, the tap up (down) command output It takes a few minutes.
[0006]
As shown in FIG. 14, the series-type SVC device 2 includes a parallel transformer Ta connected to the distribution line, a series transformer Tb, a self-excited converter 2a connected between the transformers Ta and Tb, and a self-excited inverter 2b. It is configured.
[0007]
The series-type SVC device 2 performs voltage control by inputting the primary side voltage V ₁ and the secondary side current I to the control circuit of the self-excited inverter. That is, the voltages V ₁ to the reference voltage Vref, when raising the voltage to generate a voltage V _C of the voltage V ₁ and phase, when lowering the voltage to generate a voltage V _C of the voltages V ₁ and opposite phase. The magnitude of the voltage V _C to be generated is controlled so that the magnitude of the voltage V _{L at} the load center point a obtained from the secondary side voltage V ₂ of the series SVC device 2 becomes the reference voltage Vref (= V ₁ ). .
[0008]
[Expression 1]

[0009]
The voltages V ₁ and V ₂ have the same phase, and the position a of the load center point of the SVR device 1 and the serial type SVC device 2 and the size of the dead band are the same as the reference voltage Vref.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The above voltage control method uses both an SVR device and a series SVC device, and compensates for a slow voltage variation only by the SVR device, and for a sudden voltage variation, a compensation voltage that is insufficient by the SVR device is serially connected. Complement with type SVC device. This series-type SVC device controls the primary side voltage as a reference voltage. Therefore, it is a condition that a series-type SVC device is installed close to the load side (downstream side) of the SVR device.
[0011]
By the way, when compensating the voltage of the distribution line, both the SVR device and the series-type SVC device are mounted on the distribution column. For this reason, there are many restrictions on the conditions for installing them close to each other, and it seems that a practically difficult case may occur.
[0012]
In the present invention, the series SVC device can control the load center point voltage fluctuation constant without using the primary side voltage as a reference, and the above condition is imposed when the SVR device and the series SVC device perform coordinated control. It is providing the voltage control method of the distribution line which can compensate the voltage of a distribution line with a SVR apparatus and a serial type SVC apparatus, without making it.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
A voltage control method for a distribution line according to the present invention includes a step voltage control device and a series voltage control device each including a tap transformer and a voltage adjustment relay that outputs a tap switching command to the distribution line, and the series voltage control device. Is controlled so that the voltage fluctuation at the load center point is within a predetermined allowable fluctuation range, and the tap control time is predicted from the set value of the step voltage controller, and the fluctuation of the series voltage controller is taken into consideration. It is characterized in that cooperative control can be performed by calculating a reference voltage by setting a value reference time, and generating and compensating the voltage.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1
As shown in FIG. 1, an SVR device 1 is provided on the distribution line, and a serial SVC device 2 is provided on the downstream side thereof, and a load center point (target point) a at which the voltage should be compensated is determined. The SVR device 1 and the serial type SVC device 2 have the configurations shown in FIGS. 13 and 14 described in the prior art.
[0024]
First, a method of controlling the load center point voltage by the series SVC device 2 will be described. When the voltage fluctuation rate at the load center point a exceeds the allowable value α, the series-type SVC device 2 is started and the voltage generated by the series SVC device 2 is set so as to maintain the voltage fluctuation rate at the load center point a at α. Control. Therefore, the voltage variation rate of the voltage V _{L at} the load center point as seen from the primary side voltage V ₁ of the series-type SVC device 2 is set as the device activation condition as follows.
[0025]
[Expression 2]

[0026]
Further, in order to avoid the start-up of the series-type SVC device 2 due to slow voltage fluctuations, and to reliably compensate for only sudden voltage fluctuations, the fluctuation value reference time ΔT hours before obtained by moving average processing of the load center point voltage The voltage fluctuation rate ε (%) of the current load center point voltage V _{L is obtained with} the magnitude of the load center point voltage as the reference voltage V _L ref.
[0027]
[Equation 3]

[0028]
This voltage fluctuation rate ε is compared with the allowable value α, and when ε> α, the series SVC device is started. The load center point voltage V _L ′ seen from the secondary side of this device is
[0029]
[Expression 4]

[0030]
A voltage fluctuation rate ε ′ of the load center point voltage V _L ′ with respect to the reference voltage V _L ref is obtained.
[0031]
[Equation 5]

[0032]
The magnitude of the generated voltage V _C of the series SVC device is controlled so that the voltage fluctuation rate ε ′ becomes an allowable value α.
[0033]
FIG. 2 shows the current voltage and the reference voltage for the load center point voltage V _L. The current voltage V _L is an average value of the magnitude of the load center point voltage over several cycles at the present time point, and the reference voltage V _L ref is T T at a time point before ΔT time (variation value reference time) from the present time. _This is the average value of the load center point voltage for ₀ hours (reference voltage average time).
[0034]
The generated voltage V _C of the serial SVC device 2 is obtained as follows. FIG. 3 shows a vector diagram. A component in phase with the primary voltage V ₁ of the series-type SVC device 2 is expressed as a q-axis component, and a component advanced by 90 ° is expressed as a d-axis component.
[0035]
The voltage V _L 'of the tandem SVC 2-side voltage V ₂ viewed from the load center point of the device 2, is represented by d · q-axis component,
[0036]
[Formula 6]
V _L ′ _q + V _L ′ _d = (V _1q + jV _1d ) + (V _Cq + jV _Cd ) − (r + jx) (I _q + jI _d )
V _C is V ₁ and phase or opposite phase, V ₁ is so q-axis component, a _{_{V 1 d = 0, V Cd}} = 0.
[0037]
[Expression 7]

[0038]
[Equation 8]

[0039]
Voltage fluctuation rate as seen from the reference voltage V _L ref at the load center point when the voltage drops due to sudden load change, the voltage deviation ΔV between the current voltage and the reference voltage, and the primary side and secondary side voltages of the series SVC device 2 ε and ε ′ are shown in FIG.
[0040]
In FIG. 4, a sudden load change occurs and the load center point voltage V _L decreases. Since the reference voltage V _L ref is the average value of the load center point voltage ΔT time before the present time, it does not change ΔT time and then decreases linearly, and then the load center point voltage V after T ₀ seconds. _Equal to _L Also, the voltage deviation ΔV = V _L −V _L ref does not change for ΔT time and then decreases linearly and becomes ΔV = 0 after T ₀ seconds.
[0041]
Therefore, the voltage fluctuation rate ε ′ (%) increases simultaneously with the sudden load change. In the case of FIG. 4, since the voltage fluctuation rate ε at the time of sudden load change exceeds the allowable value α, the series-type SVC device 2 is activated simultaneously with the sudden load change, and the load center point as seen from the secondary side of the series-type SVC device 2 The serial SVC device 2 generates the voltage V _C so that the voltage fluctuation rate ε ′ (%) of the current is maintained at the allowable value α.
[0042]
Since the reference voltage V _L ref that exceeds ΔT time (variation value reference time) from the voltage change starts to take the value after voltage change in the average value calculation, the value gradually approaches zero, and from this, T ₀ After time (reference voltage average time), it becomes zero.
[0043]
During this time, the voltage fluctuation rate ε becomes smaller than the allowable value α, and the series SVC device 2 stops. When the serial SVC device 2 stops, the voltage fluctuation rates ε and ε ′ eventually become zero. The voltage of the distribution line continues to decrease as the series-type SVC device 2 stops. However, as described later, the operation coordination with the SVR device 1 is taken and the ΔT time is made longer than the time during which the SVR device 1 can operate. Can be maintained below the allowable value α.
[0044]
FIG. 5 shows the relationship between the installation position of the series-type SVC device 2 and the voltage fluctuation rates ε, ε ′ at each point of the distribution line. The series-type SVC device 2 compensates the device load side and distributes the distribution substation ( Set the voltage fluctuation rate at the load center to the allowable value or less. The serial SVC device 2 can maintain the voltage fluctuation at the load center point at the allowable value α by the above-described voltage calculation method regardless of the installation position.
[0045]
Next, operation cooperation between the SVR device 1 and the serial SVC device 2 will be described. FIG. 6 shows the time transition of the voltage fluctuation rate of the distribution line in which the serial SVC device 2 is arranged on the load side of the SVR device 1. In both cases, the load center point is at the end.
[0046]
In FIG. 6, immediately after the occurrence of the voltage fluctuation (1), since the SVR device 1 cannot respond, the series-type SVC device 2 outputs the voltage V _C and maintains the voltage fluctuation rate ε at the load center point a at the allowable value α. .
[0047]
After that, at (2), the SVR device 1 raises the tap because the integration time corresponding to the deviation between the load center point voltage and the reference voltage (set value) viewed from the load side voltage reaches the set value. The operation of the SVR device 1 compensates the voltage of the power supply side voltage of the series-type SVC device 2 by one tap of the SVR device 1, so that the compensation voltage V _C of the series-type SVC device 2 decreases.
[0048]
Thereafter, as the tap operation of the SVR device 1 proceeds, the compensation voltage V _C of the serial SVC device 2 decreases. As shown in (3), when the voltage fluctuation rate at the load center point is less than the allowable value, the compensation voltage V _C of the series SVC device 2 becomes zero.
[0049]
As described above, since the tap operation of the SVR device 1 and the compensation operation of the series SVC device 2 are independent, the series SVC device 2 compensates for the voltage variation immediately after the voltage variation, and the SVR device compensates for the voltage variation thereafter. Motion coordination is possible.
[0050]
The above is the case where the serial SVC device 2 is installed on the load side of the SVR device, but the operation coordination when the serial SVC device 2 is installed on the power supply side with respect to the SVR device 1 is different from the above. In this case, the coordinated control can be performed by appropriately setting the reference time ΔT of the moving average value, that is, the fluctuation value reference time ΔT of FIG.
[0051]
The above method can also be applied when a plurality of SVR devices are installed on the same line.
[0052]
The digital simulation result about the operation cooperative performance when the serial SVC device 2 is installed on the load side of the SVR device 1 will be described. As shown in Fig. 7, the analysis target circuit selects a synchronous generator G from the substation as a sudden variable load at the terminal end (# 7) of 10km from the substation, and generates power during operation of output 1 [MW] (power factor 1). Simulated machine dropout. The load center point of the SVR device (SVR) and the serial type SVC device (SVC) was the distribution line end, and the voltage fluctuation rate allowable value (settling value) was 5%. The installation points of SVR and SVC were 4 km and 6 km respectively from the substation.
[0053]
The simulation result is shown in FIG. In (1) immediately after the synchronous generator is dropped, which is a sudden change load, the voltage fluctuation rate ε at the load center point (# 7) viewed from the primary side (# 4) voltage of the SVR device is 7.7%. Since the allowable value of the voltage fluctuation rate ε is 5%, the series-type SVC device starts up, and the voltage fluctuation rate ε ′ at the load center point as seen from the secondary (# 5) voltage of the device becomes 5% of the allowable value. Thus, the serial type SVC device controls the generated voltage. As a result, the voltage fluctuation rate ε ′ at the load center point is 4.9%, and the voltage fluctuation rate of the entire distribution line is 5% or less of the allowable value.
[0054]
In (2) after about 8 seconds have elapsed since the synchronous generator was dropped, the SVR device is operated and tap-controlled (corresponding to 1.5% in terms of voltage fluctuation rate). Since the voltage fluctuation rate at the load center point as viewed from the primary side voltage of the series-type SVC device is 6.1%, the series SVC device continues to start up, and the voltage fluctuation at the load center point as seen from the secondary side voltage of this device. The generated voltage is controlled so as to maintain the rate ε ′ at 5%, but the generated voltage that is voltage controlled by the SVR device (corresponding to 1.5% in terms of voltage fluctuation rate) becomes small.
[0055]
In (3), when 10 seconds (18 seconds after the synchronous generator is dropped) after the SVR device has been controlled by one tap, the SVR device operates and when the two-tap control is performed, the primary voltage of the serial SVC device is increased. Since the voltage fluctuation rate at the load center point is 4.2%, the SVR device stops. However, since the voltage fluctuation rate of the entire distribution line is 5% or less of the allowable value due to the operation of the SVR device, the target voltage control is achieved, and the SVR device and the series-type SVR device are well coordinated. Yes.
[0056]
This operation coordination is favorably achieved by predicting the tap control time for voltage fluctuation from the set value of the SVR device, etc., and determining the ΔT time (fluctuation value reference time) of the serial SVC device in consideration of this.
[0057]
Embodiment 2
The normal load current of the series SVC device flows from the power supply end (distribution substation) toward the load. Recently, however, a distributed power source has been introduced into the power distribution system, and this power source may cause the current direction to reach the power source end when viewed from the serial SVC device. This is called reverse current.
[0058]
(A) and (b) of FIG. 9 show a state where there is no backflow in the progressive state. Progressive transmission refers to a state in which electric power is supplied from the normal distribution substation PS1. On the other hand, if power cannot be supplied from the normal distribution substation PS1 due to an accident or the like, power may be supplied from another distribution substation (distributed power source) PS2, and the current from the distribution substation PS1 A state in which the flow is opposite to that at the time of progressive feeding is called reverse feeding. (A) and (b) of FIG. 10 show a state where there is no reverse power flow in the reverse feed state.
[0059]
The second embodiment automatically determines forward / reverse feed conditions regardless of whether there is a reverse power flow, and allows the serial SVC device to function only during forward feed. The reason why the serial SVC device does not function at the time of reverse feeding is that the load end is in the reverse direction when viewed from the power supply end PS1. If there is no reverse power flow, forward or reverse determination can be made in the normal current direction. However, when the reverse power flow is taken into account, it cannot be determined by the forward / backward discrimination method.
[0060]
As shown in FIG. 11, a series-type SVC device 2 is provided on the upstream side (distribution substation PS1 side) of the distributed power source PS2 of the distribution line to compensate for transient voltage fluctuations such as when the load L2 is turned on. The current when the load L2 is turned on is supplied from the distribution substation PS1 and the distributed power source PS2. Accordingly, as shown in FIG. 11, the current change ΔI direction due to the loading of the load on the load L2 side from the series-type SVC device 2 is in the direction of the loading load from the distribution substation PS1 in the same manner as in the case where there is no reverse flow even with the reverse flow. Become. In the case of load shedding, the direction of current change is reversed.
[0061]
Request tandem SVC device 2 of the sign of the changed amount △ V ₁ of the power source side voltages V ₁ in this case. ΔV ₁ is given by [Equation 9] where ΔIp is an effective portion of a current change due to sudden change load application and ΔIq is an ineffective portion.
[0062]
[Equation 9]
ΔV ₁ = −√3 (ReΔIp + XeΔIq) (voltage drop direction is negative)
However, Re, Xe: Distribution line resistance from distribution substation to SVC installation point, reactance ΔIp, ΔIq: Effective, reactive current change (Increase direction is positive. Reactive current has positive delay)
For the aluminum wire 120 mm ^2, Re = 0.25Ω / km and Xe = 0.35Ω / km per unit length. Therefore, when the load is applied with a load power factor advance of 0.80 (phase angle 40 °), the voltage drop due to the active current cancels the voltage increase due to the advance reactive current, and the voltage change becomes zero. When the power factor (advance) decreases, the voltage increase due to the reactive current exceeds the voltage drop due to the effective component, and the sign of the voltage change becomes positive (voltage increase).
[0063]
On the other hand, when the power factor becomes larger than 0.80 of the load power factor, or when the load is delayed, the voltage increase due to the reactive current becomes small or the voltage drop due to the delayed reactive current becomes large. Becomes negative (voltage drop).
[0064]
This property is established regardless of the power flow state (with or without reverse power flow) at the SVC device location due to the distributed voltage. (The right half of FIG. 12A). When the load is interrupted, the relationship at the time of turning on is opposite (the left half of FIG. 12A).
[0065]
These relationships under reverse feed conditions are symmetric with those during forward feed as shown in FIG.
[0066]
[Table 1]

[0067]
Therefore, as shown in Table 1, the phase relationship between the primary voltage V ₁ of the series-type SVC and the current change ΔI and the sign of the change in the magnitude of the voltage (positive when the voltage rises and negative when the voltage falls). Forward / backward judgment can be performed. The serial SVC device is made functional only when the forward / reverse determination result is forward, and the voltage variation at the load point during forward transmission is controlled in the same manner as in the first embodiment.
[0068]
【The invention's effect】
Since the invention of the present application is configured as described above, the following effects can be obtained.
[0069]
(1) The load center point voltage fluctuation rate can be made below the allowable value without restricting the installation location.
[0070]
(2) The series-type SVC device is activated under the condition that the magnitude of the voltage fluctuation at the load center point is equal to or greater than the set value.
[0071]
(3) When the fluctuation of the voltage at the load center point of the series type SVC device is calculated from the reference voltage obtained from the constant time (variation value reference time) of the moving average value of the load center point voltage, the fluctuation value reference time is If exceeded, the voltage fluctuation rate becomes smaller than the allowable value, and the series SVC device stops.
[0072]
(4) Cooperative control between the SVR device and the serial SVC device is facilitated.
[0073]
(5) Starts up reliably against voltage fluctuations during progressive feeding and generates compensation voltage.
[0074]
(6) Since only the voltage fluctuation is compensated, the device capacity can be expected to be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of cooperative control of an SVR device and a serial SVC device.
FIG. 2 is an explanatory diagram of voltages used for calculation.
FIG. 3 is a vector diagram for explaining a generated voltage of a series SVC device.
FIG. 4 is a graph showing a voltage variation rate as seen from a primary side voltage and a secondary side voltage of a series SVC device.
FIG. 5 is a graph showing the voltage fluctuation rate at each point of the distribution line and the series type SVC device installation position.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a time transition of a voltage fluctuation rate of a distribution line in cooperative control of an SVR device and a series SVC device.
FIG. 7 is a circuit diagram to be analyzed.
FIG. 8 is a graph showing simulation results.
FIG. 9 is a distribution line diagram of a serial SVC device installed showing a progressive state.
FIG. 10 is a distribution line diagram of a series-type SVC device showing a reverse feed state.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a current change direction due to load application under a forward flow condition and reverse flow.
FIG. 12 is a graph showing a phase relationship between voltage and current.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of an SVR device.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a serial SVC device.
FIG. 15 is an explanatory diagram of a voltage drop due to loading of a conventional SVR device distribution line.
[Explanation of symbols]
1 ... SVR device (step voltage control device)
2 ... Series SVC device (series voltage controller)
ε ... Voltage fluctuation rate at the load center point as seen from the primary side voltage of the series type SVC device ε '... Voltage fluctuation rate at the load center point as seen from the secondary side voltage of the series type SVC device

Claims

A step voltage control device and a series voltage control device comprising a tap transformer and a voltage adjustment relay that outputs a tap switching command are installed on the distribution line,
The series type voltage control device is controlled so that the voltage fluctuation at the load center point is within a predetermined fluctuation allowable range, and the tap control time is predicted from the set value of the step voltage control device, and this is taken into consideration. A voltage control method for a distribution line characterized in that cooperative control can be performed by calculating a reference voltage by setting a reference time for a fluctuation value of the voltage control device, and generating and compensating for the voltage.