JP5244501B2

JP5244501B2 - 電圧無効電力制御システム

Info

Publication number: JP5244501B2
Application number: JP2008213324A
Authority: JP
Inventors: 正志西村; 秀幸吉岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-08-21
Also published as: JP2010051097A

Description

本発明は、電圧無効電力制御システムに関する。

一般に、電力系統においては負荷の状態によって電力系統の電圧及び無効電力が変化する。このことから電力系統の運用にあたっては電圧及び無効電力を目標値内に調整するようにしている。電圧及び無効電力の調整は、電圧無効電力制御（ＶｏｌｔａｇｅＲｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ。以下、ＶＱＣという。）装置で電圧無効電力制御機器を制御することにより行われ、例えば特許文献１に記載される方法が知られている。

特開２００３−２５９５５５公報

電圧無効電力制御機器としては、電力系統に設けられた電力用コンデンサ（ＳＣ）や分路リアクトル（ＳｈＲ）等の調相設備、タップ付変圧器のタップが用いられる。ＶＱＣ装置は、電力系統の電圧及び無効電力とタップ付変圧器のタップ位置と調相設備の動作情報とに基づいて、タップ付変圧器のタップ位置と調相設備をそれぞれ制御して電圧及び無効電力を目標値内に調整するように構成されている。

ところで、３つ以上の電圧レベルを有する変電所に上記ＶＱＣを設置する場合、少なくとも高中圧用ＶＱＣ装置と中低圧用ＶＱＣ装置の２つを用い、それぞれが独立に電圧無効電力制御機器を操作するように構成される。この場合、中圧母線電圧を２つのＶＱＣ装置にて制御するため、母線電圧の状況によっては、ほぼ同一時間に制御指令を出力する可能性がある。また、一方のＶＱＣ装置が出力した制御指令による電力系統のじょう乱が収まる前に、他方のＶＱＣ装置が制御指令を出力する可能性がある。その際、電圧及び無効電力が目標値内に収まらないことがある。そのため、高中圧用ＶＱＣ装置又は中低圧用ＶＱＣ装置のいずれかが再度制御指令を出して、電圧及び無効電力を目標値内に収めることになる。電圧無効電力制御機器の操作は１日に数十回と頻繁に行われる。電圧無効電力制御機器は、操作回数を目安にメンテナンスを実施するため、不要な操作回数が増えるとメンテナンス間隔が短くなるという問題がある。また、前述したように、不要な操作により電力系統に不要なじょう乱を与えてしまう。

本発明が解決しようとする課題は、ＶＱＣ装置による電圧無効電力制御機器の不要な操作回数を減らすことができるＶＱＣシステムを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明のＶＱＣシステムは、電力系統の電圧レベルが異なる複数の母線のうち同一の母線と他の母線の間に接続された第１及び第２のタップ付変圧器と、第１及び第２のタップ付変圧器の１次側及び２次側の状態量をそれぞれ制御する第１及び第２の調相設備と、状態量をそれぞれ監視する第１及び第２のＶＱＣ装置とを備え、第１及び第２のＶＱＣ装置は、状態量情報と第１及び第２のタップ付変圧器のタップ位置と第１及び第２の調相設備の動作情報とに基づいて、第１及び第２のタップ付変圧器のタップ位置と第１及び第２の調相設備とにそれぞれ制御指令を出力して状態量を目標値内に調整するＶＱＣシステムにおいて、各ＶＱＣ装置は、状態量と目標値との偏差に基づいて制御指令を出力する出力予定時間を演算し、一のＶＱＣ装置は、他方のＶＱＣ装置の制御指令の出力予定時間を取り込んで自己の制御指令の出力予定時間との時間差を演算し、時間差が設定値以上なら出力予定時間通りに制御指令を出力し、時間差が設定値未満なら時間差と設定値との差を演算し、定められた優先順位がある場合は、優先順位に基づいて選択されたＶＱＣ装置の制御指令の出力時間を差の分だけ遅延させ、優先順位がない場合は、制御指令の出力時間が遅いほうのＶＱＣ装置の制御指令の出力時間を差の分だけ遅延させることを特徴とする。

本発明によれば、２つのＶＱＣ装置から制御指令が同一時に出力されることはない。また、上記設定値を、電力系統が定常状態に戻る時間以上の値としておけば、一方のＶＱＣ装置が出力した制御指令による電力系統のじょう乱が収まった後に、他方のＶＱＣ装置が制御指令を出力するので、電圧及び無効電力を確実に目標値内に調整することができ、電圧無効電力制御機器の不要な操作回数を減らすことができる。また、電力系統に不要なじょう乱を与えずに安定させることができる。なお、本発明は、第１及び第２のＶＱＣ装置の状態量の目標値の範囲が狭い場合により効果的である。すなわち、第１及び第２のＶＱＣ装置の状態量の目標値の範囲が狭いと、それぞれの制御指令が同時に出力される可能性が高くなるためである。

この場合において、制御指令の出力予定時間を遅延させたＶＱＣ装置は、他方のＶＱＣ装置により先に出力された制御指令によって状態量が目標値内となった場合には、制御指令の出力を停止するように構成することができる。これにより、さらに確実に電圧無効電力制御機器の不要な操作回数を減らすことができる。

また、状態量が目標値を越える時間を推定し、推定した時間を制御指令の出力予定時間とすることが望ましい。一般に、出力予定時間の演算には積分演算が用いられる。さらに、状態量は電圧及び無効電力であり、調相設備は電力コンデンサ及び分路リアクトルであって、各ＶＱＣ装置は、電力コンデンサ又は分路リアクトルの入り切りによって１次側電圧及び１次側無効電力を目標値内に調整し、タップ付変圧器のタップの上げ下げによって２次側電圧を目標値内に調整するように構成することが望ましい。

本発明によれば、ＶＱＣ装置による電圧無効電力制御機器の不要な操作回数を減らすことができるＶＱＣシステムを提供できる。

以下、本発明のＶＱＣシステムを実施例に基づいて図面を参照して説明する。

図１は、本発明のＶＱＣシステムの実施例を示す構成図である。本発明のＶＱＣシステムは、３つの電圧レベルを有する変電所に設置される。図１に示すように、ＶＱＣシステムは、高圧母線２と、中圧母線４と、低圧母線６と、高圧母線２と中圧母線４との間に接続された降圧のためのタップ付変圧器８，１０と、中圧母線４と低圧母線６との間に接続された降圧のためのタップ付変圧器１２と、タップ付変圧器８，１０，１２の３次側にそれぞれ接続された調相設備１４，１６，１８と、高圧母線２及び中圧母線４を監視するＶＱＣ装置２０と、中圧母線４及び低圧母線６を監視するＶＱＣ装置２１とを備えて構成されている。調相設備１４，１６，１８は、複数の分路リアクトル及び電力コンデンサで構成されている。また、タップ付変圧器８，１０の１次側にはそれぞれ電流検出手段２４，２６が接続され、高圧母線２と中圧母線４にはそれぞれ電圧検出手段２８，３０が接続されており、測定した値はＶＱＣ装置２０で周期的に取り込まれるようになっている。タップ付変圧器１２の１次側には電流検出手段３２が接続され、中圧母線４と低圧母線６にはそれぞれ電圧検出手段３４，３６が接続されており、測定した値はＶＱＣ装置２１で周期的に取り込まれるようになっている。図１のＶＱＣ装置２０，２１内に記載の実効値演算３８等は、ＶＱＣ装置２０，２１が行う処理を示しており、図２を参照して説明する。

図２は、ＶＱＣ装置２０が行う処理工程である。破線は、ＶＱＣ装置２０とＶＱＣ装置２１との境界を示す。なお、ＶＱＣ装置２０，２１は、監視する母線及び取り込む電圧、電流が違うのみで、構成及び動作は同じなので以降はＶＱＣ装置２０についてのみ説明する。ＶＱＣ装置２０は、電圧検出手段２８で測定された高圧母線２の電圧Ｖ１と、電圧検出手段３０で測定された中圧母線４の電圧Ｖ２と、電流検出手段２４で測定されたタップ付変圧器８の１次側の電流Ｉ１を周期的に取り込み、電圧Ｖ１，Ｖ２の実効値とタップ付変圧器８の１次側通過無効電力Ｑ１の実効値の演算を行う（実効値演算３８）。なお、無効電力Ｑ１は、電圧Ｖ１と電流Ｉ１から演算する。

次に、求めた電圧Ｖ１，Ｖ２、無効電力Ｑ１の実効値と目標値との偏差を目標偏差検出４０にて検出する。目標値は、基準電圧又は基準無効電力±不感帯幅で表され、整定値として予めＶＱＣ装置２０内に記憶させてもよいし、図示しない上位の系統監視装置が近隣の変電所も含めて一括して潮流計算等により損失を最小とするような値を演算し、ＶＱＣ装置２０に逐次送信してもよい。

制御対象選択４２では、目標偏差検出４０の結果と調相設備１４の動作状態及びタップ付変圧器８のタップ位置状態を示す状態情報５４から、調相設備１４及びタップ付変圧器８のうち、目標偏差を小さくするのに最も適したものを制御対象として選択する。選択のしかたについて図３を参照して説明する。図３（ａ）は制御平面として電圧Ｖ１，Ｖ２とした場合を示している。破線の内部が不感帯幅であり、電圧Ｖ１，Ｖ２をこの範囲内に調整する。図３（ａ）では、電圧Ｖ１，Ｖ２ともに目標値よりも高い場合は、調相設備１４の電力コンデンサの一部を切るか又は分路リアクトルの一部を入れるかにより、電圧Ｖ１，Ｖ２を目標値内に収めることを示している。他の領域も同様であり、電圧Ｖ１，Ｖ２ともに目標値よりも低い場合は、調相設備１４の電力コンデンサの一部を入れるか又は分路リアクトルの一部を切るかにより、電圧Ｖ１，Ｖ２を目標値内に収める。電圧Ｖ１が目標値より低く、電圧Ｖ２が目標値よりも高い場合は、タップ付変圧器８のタップを適宜下げ、電圧Ｖ１が目標値より高く、電圧Ｖ２が目標値よりも低い場合は、タップ付変圧器８のタップを適宜上げることにより、電圧Ｖ１，Ｖ２を目標値内に収める。このように電圧Ｖ１，Ｖ２が制御平面上のどの位置にあるかにより制御対象及び制御内容を決定している。各制御内容の境界の決め方に関してはいくつもの方法があるが、ＶＱＣ装置２０にてハンチング現象がおきにくいように設定すればよい。図３（ｂ）は、制御平面として電圧Ｖ２、無効電力Ｑ１とした場合を示しており、図３（ａ）と主旨は同様である。破線の内部が不感帯幅であり、電圧及び無効電力をこの範囲内に調整する。

次に、図２の出力時間演算５６について、図４（ａ）を参照して説明する。出力時間演算５６は、目標偏差検出４０の結果を周期的に取り込んで積分し、その結果を用いて、電圧Ｖ１，Ｖ２、無効電力Ｑ１が目標値を越える時間を演算して推定し、推定した時間を制御指令を出力する出力予定時間として算出する。一般的に、ＶＱＣ装置２０の出力予定時間の演算には積分演算が用いられ、その積分量が例えば不感帯幅×積分時間のような積分満了レベル（電圧Ｖ１，Ｖ２、無効電力Ｑ１が目標値を越えるレベル）に達した時に、制御指令を制御対象、すなわち、調相設備１４やタップ付変圧器８に出力するようにしている。そのため、現在時刻の積分量と単位時間あたりの積分増加量と積分満了レベルが分かれば、直線外挿することにより出力予定時間を演算することが可能である。出力予定時間ｔ＝（ΔＸ／ΔＳ）×Δｔである。直線外挿の方法として、１日の電圧変動をデータベース化しておき、各時間帯における電圧変動のトレンドを勘案してもよい。ＶＱＣ装置２１の出力時間演算５７でも同様にして、調相設備１８やタップ付変圧器１２に対する制御指令の出力予定時間の演算が行われる。

次に本発明の特徴部である出力調整４４について、図２及び図４（ｂ）を参照して説明する。図４（ｂ）は、出力調整４４の処理工程を示す。出力調整４４では、出力時間演算５６とＶＱＣ装置２１の出力時間演算５７の結果を取り込み、ＶＱＣ装置２０の制御指令の出力予定時間とＶＱＣ装置２１の制御指令の出力予定時間との時間差の絶対値Ａを演算する。次に絶対値Ａと予め設定しておく操作間隔設定値Ｂとを比較器６２で比較する。操作間隔設定値Ｂは、ＶＱＣ装置２０，２１のいずれか一方が、タップ付変圧器のタップ又は調相設備を操作した後に、電力系統が定常状態に戻る時間以上の値であり、オフラインの計算等により決定される。

切替器６４では、タップ付変圧器のタップ又は調相設備の操作間隔が操作間隔設定値Ｂ以上になるように、操作間隔設定値Ｂから絶対値Ａの結果を引いた値を演算し、この演算結果を遅延時間Ｃとする。ＶＱＣ装置２０の制御指令は、遅延時間Ｃの分だけ遅延させて出力される。よって、絶対値Ａが操作間隔設定値Ｂよりも大きい場合は、遅延時間Ｃは０となるので、ＶＱＣ装置２０の制御指令は、出力予定時間を変えることなくそのまま出力される。絶対値Ａが操作間隔設定値Ｂよりも小さい場合、ＶＱＣ装置２０の制御指令は、遅延時間Ｃの分だけ遅延することになる。

ここで、電圧調整上の必要性からＶＱＣ装置２０，２１に優先順位をつける必要がある場合は、優先設定６８を設ける。優先設定６８は、ＶＱＣ装置２０が優先であれば、ＶＱＣ装置２１は非優先となる設定である。例えば、ＶＱＣ装置２０が優先設定となっていて、かつ、絶対値Ａが操作間隔設定値Ｂよりも小さい場合、ＶＱＣ装置２０の遅延時間Ｃは０にセットされ、ＶＱＣ装置２０がＶＱＣ装置２１よりも先に制御指令を出力される。ＶＱＣ装置２１はＶＱＣ装置２０の出力より遅延時間Ｃの後に制御指令を出力する。これにより、ＶＱＣ装置２０の制御指令が常にＶＱＣ装置２１よりも先に出力される。

ＶＱＣ装置２０とＶＱＣ装置２１の優先設定をする必要がない場合には、優先設定を用いずに制御指令を調整することができる。例えば、ＶＱＣ装置２１よりも先にＶＱＣ装置２０の制御指令が出力予定で、かつ、絶対値Ａが操作間隔設定値Ｂよりも小さい場合は、ＶＱＣ装置２０の遅延時間Ｃは０にセットされ、ＶＱＣ装置２０は出力予定時間通りそのまま出力され、その出力時間から遅延時間Ｃの後にＶＱＣ装置２１が制御指令を出力する。ＶＱＣ装置２１よりも後にＶＱＣ装置２０の制御指令が出力予定の場合は、ＶＱＣ装置２１は出力予定時間通りそのまま出力され、その出力時間から遅延時間Ｃの後にＶＱＣ装置２０が制御指令を出力する。

ところで、制御指令を遅延させたのがＶＱＣ装置２１であるとすると、ＶＱＣ装置２０の制御指令により、電圧Ｖ１，Ｖ２がともに目標値範囲内に移動した場合には、基本的には次の操作がなされない。しかし、出力時間演算５７において、積分の減算途中で短時間の電圧変動があった場合に、不要に制御指令を出力してしまう可能性もあるため、ＶＱＣ装置２１の積分をリセットするようになっている。

以上説明したように、本実施例によれば、ＶＱＣ装置２０，２１から制御指令が同一時に出力されることはない。また、操作間隔設定値Ｂを、電力系統が定常状態に戻る時間以上の値としているので、ＶＱＣ装置２０が出力した制御指令による電力系統のじょう乱が収まった後に、ＶＱＣ装置２１が制御指令を出力するようになり、電圧Ｖ１，Ｖ２及び無効電力Ｑ１を確実に目標値内に調整することができ、タップ付変圧器８のタップや調相設備１４等電圧無効電力制御機器の不要な操作回数を減らすことができる。また、電力系統に不要なじょう乱を与えずに安定させることができる。

また、制御指令の出力予定時間を遅延させたＶＱＣ装置２１を、ＶＱＣ装置２０により先に出力された制御指令によって状態量が目標値内となった場合に、制御指令の出力を停止するように構成したので、さらに確実に電圧無効電力制御機器の不要な操作回数を減らすことができる。

以上、本実施例のＶＱＣシステムについて説明したが、本発明は、この実施例に限らず適宜構成を変更して適用することができる。

例えば、本実施例では、制御対象の選択の基準として母線電圧を使用しているが、各ＶＱＣ装置の電圧が低い側の母線電圧と、各ＶＱＣ装置が取り込むタップ付変圧器の１次側通過無効電力との総和を制御対象の選択の基準とすることも可能である。

また、本実施例では、高圧母線２と中圧母線４との間に２つのタップ付変圧器を設けたが、３つ以上設けてもよい。同様に、中圧母線４と低圧母線６との間にも複数のタップ付変圧器を設けてもよい。また、本発明は、４つ以上の電圧レベルを有する変電所の場合にも適用できる。

さらに、本実施例では、ＶＱＣ装置２０，２１ともに出力調整４４を行っているが、どちらか一方のみに出力調整４４の機能を持たせることもできる。また、ＶＱＣ装置２０，２１にこの機能を持たせず、この機能を備えた別の機器を構成してもよい。

本発明の実施例であるＶＱＣシステムの構成図である。ＶＱＣ装置の処理工程である。（ａ）は、制御平面として電圧Ｖ１，Ｖ２とした場合を示し、（ｂ）は、制御平面として電圧Ｖ２、無効電力Ｑ１とした場合を示している。（ａ）は、出力時間演算が行う積分演算の図であり、（ｂ）は、出力調整の処理工程である。

符号の説明

２高圧母線
４中圧母線
６低圧母線
８，１０，１２タップ付変圧器
１４，１６，１８調相設備
２０，２１ＶＱＣ装置
３８，３９実効値演算
４０，４１目標偏差検出
４２，４３制御対象選択
４４，４５出力調整
５６，５７出力時間演算

Claims

電力系統の電圧レベルが異なる複数の母線のうち同一の母線と他の母線の間に接続された第１及び第２のタップ付変圧器と、第１及び第２のタップ付変圧器の１次側及び２次側の状態量をそれぞれ制御する第１及び第２の調相設備と、前記状態量をそれぞれ監視する第１及び第２の電圧無効電力制御装置とを備え、第１及び第２の電圧無効電力制御装置は、前記状態量情報と第１及び第２のタップ付変圧器のタップ位置と第１及び第２の調相設備の動作情報とに基づいて、第１及び第２のタップ付変圧器のタップ位置と第１及び第２の調相設備とにそれぞれ制御指令を出力して前記状態量を目標値内に調整する電圧無効電力制御システムにおいて、
前記各電圧無効電力制御装置は、前記状態量と前記目標値との偏差に基づいて前記制御指令を出力する出力予定時間を演算し、一の電圧無効電力制御装置は、他方の電圧無効電力制御装置の制御指令の出力予定時間を取り込んで自己の制御指令の出力予定時間との時間差を演算し、該時間差が設定値以上なら前記出力予定時間通りに制御指令を出力し、前記時間差が設定値未満なら前記時間差と前記設定値との差を演算し、定められた優先順位がある場合は、該優先順位に基づいて選択された電圧無効電力制御装置の制御指令の出力時間を前記差の分だけ遅延させ、前記優先順位がない場合は、前記制御指令の出力時間が遅いほうの電圧無効電力制御装置の制御指令の出力時間を前記差の分だけ遅延させることを特徴とする電圧無効電力制御システム。
請求項１に記載の電圧無効電力システムにおいて、
前記制御指令の出力予定時間を遅延させた電圧無効電力制御装置は、他方の電圧無効電力制御装置により先に出力された制御指令によって前記状態量が目標値内となった場合には、前記制御指令の出力を停止することを特徴とする電圧無効電力制御システム。
請求項１又は２に記載の電圧無効電力システムにおいて、
前記状態量が前記目標値を越える時間を推定し、該推定した時間を前記制御指令の出力予定時間とすることを特徴とする電圧無効電力制御システム。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電圧無効電力システムにおいて、
前記状態量は電圧及び無効電力であり、前記調相設備は電力コンデンサ及び分路リアクトルであって、前記各電圧無効電力制御装置は、電力コンデンサ又は分路リアクトルの入り切りによって１次側電圧及び１次側無効電力を目標値内に調整し、タップ付変圧器のタップの上げ下げによって２次側電圧を目標値内に調整することを特徴とする電圧無効電力制御システム。