JP5464908B2 - 電力系統インピーダンス推定装置および電力系統インピーダンス推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統インピーダンスを推定する電力系統インピーダンス推定装置および電力系統インピーダンス推定方法に関する。

従来から、電力系統インピーダンス（以下、系統インピーダンスと称する）を推定する方法が知られている。例えば、特許文献１には、電力系統との連系点に有効電力及び無効電力を出力し、有効電力及び無効電力を意図的に変動させたときの連系点電圧実効値などのデータを時系列的に順次検出し、連立方程式を解くことにより系統インピーダンスを推定する方法が開示されている。

特開２００６−２３００５０号公報

しかしながら、ＳＶＣやＳＴＡＴＣＯＭ等の無効電力補償装置が連系された点においては、無効電力補償装置自身が系統電圧を一定に保つような制御を行っている。このため、無効電力補償装置が連系された点において、上述の方法により無効電力を意図的に変動させた場合の電圧実効値を計測したとしても、無効電力補償装置の制御により系統電圧の変動が抑えられるため、系統インピーダンスを精度よく推定できないという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無効電力補償装置が連系された点においても精度よく系統インピーダンスを推定することのできる電力系統インピーダンス推定装置および電力系統インピーダンス推定方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、負荷に電力を供給する電力系統との連系点の電圧を測定する電圧測定手段と、前記電圧が予め設定された特定範囲内の値である場合に、前記連系点に接続された無効電力補償装置の出力を禁止する制御手段と、前記無効電力補償装置が無効電力の出力を中止している間に、前記電力系統のインピーダンスを推定する推定手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、無効電力補償装置が連系された点においても精度よく系統インピーダンスを推定することができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる系統インピーダンス推定装置４の構成を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかる系統インピーダンス推定処理を示すフローチャートである。 図３は、連系点電圧と無効電力補償装置が出力する無効電力の関係を示す図である。 図４は、実施の形態２にかかる系統インピーダンス推定装置１１の構成を示す図である。 図５は、実施の形態２にかかる系統インピーダンス推定処理を示すフローチャートである。

以下に、本発明にかかる電力系統インピーダンス推定装置および電力系統インピーダンス推定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる系統インピーダンス推定装置４の構成を示す図である。系統インピーダンス推定装置４は、既存の電力系統１に接続されている。電力系統１には、系統インピーダンス推定装置４が制御する無効電力補償装置２が接続されている。また、電力系統１には、負荷３が接続され、電力系統１は負荷３に電力を供給する。Ｅは、電力系統１の系統電圧である。連系点から負荷３が消費する負荷電力を「Ｐ＋ｊＱ」とする。ここで、負荷電力Ｐ＋ｊＱのうち、Ｐは負荷有効電力、Ｑは負荷無効電力を示している。また、ｊは、虚数単位の定数である。

無効電力補償装置２は、連系点の電圧である連系点電圧が低くなると進相無効電力を発生させ電圧を上げるように動作する。逆に連系点電圧が高くなると遅相無効電力を発生させ電圧を下げるように動作する。このように、無効電力補償装置２は、連系点電圧を制御し適正な値に保つ機器である。さらに、無効電力補償装置２は、系統インピーダンス推定装置４により無効電力の出力を制御される。

系統インピーダンス推定装置４は、電圧計５と、電流計６と、検出電力演算部７と、制御部８と、系統インピーダンス推定部９と、系統インピーダンス記憶部１０とを備えている。電圧計５は、連系点の電圧を検出して検出電力演算部７に出力する。電流計６は、連系点に流れ込む電流を検出して検出電力演算部７に出力する。検出電力演算部７は、電圧計５から受け取った電圧値及び電流計６から受け取った電流値に基づいて連系点に流れ込む有効電力及び無効電力を演算し、これらを検出電力として制御部８に出力する。検出電力演算部７はまた、電圧計５から入力された連系点の電圧瞬時値に基づいて連系点の電圧の実効値演算を行い、連系点電圧の実効値を制御部８に出力する。

制御部８は、検出電力演算部７から電力値及び電圧値を受け取り、電圧値に基づいて、系統インピーダンス推定部９にインピーダンス推定を指示し、また無効電力補償装置２の無効電力出力を制御する。

系統インピーダンス推定部９は、制御部８から推定を指示された場合に、検出電力演算部７により得られた電力値および電圧値に基づいて系統インピーダンスを推定し、推定して系統インピーダンスを系統インピーダンス記憶部１０に格納する。

図２は、実施の形態１にかかる系統インピーダンス推定処理を示すフローチャートである。まず、電圧計５は連系点電圧を測定し、検出電力演算部７に値を渡す（ステップＳ１）。次に、検出電力演算部７は、電圧計５から取得した電圧値から連系点電圧実効値Ｖを求め、制御部８に値を渡す（ステップＳ２）。次に、制御部８は、検出電力演算部７から受け取った電圧実効値Ｖが不感帯の範囲かどうかを判定する（ステップＳ３）。ここで、不感帯の範囲とは、連系点電圧の値の範囲であり、無効電力補償装置２が無効電力を出力しないような連系点電圧の値の範囲である。

電圧実効値Ｖが不感帯の範囲内である場合には（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、制御部８は、無効電力補償装置２に対し、無効電力を出力しないよう、無効電力出力禁止指令を送る（ステップＳ４）。無効電力補償装置２は、無効電力出力禁止指令を受け取ると、無効電力の出力を中止する。

次に、系統インピーダンスを推定する（ステップＳ５）。具体的には、まず電圧計５及び電流計６が連系点電圧及び電流を時系列的に順次検出する。そして、検出電力演算部７は、連系点電圧および電流に基づいて、有効電力・無効電力及び電圧実効値を算出する。そして、系統インピーダンス推定部９は、有効電力、無効電力、電圧実効値、負荷電力、系統インピーダンスからなる関係式に、各値を代入して得られる連立方程式を解くことで、系統インピーダンスを推定する。例えば、特許文献１に記載されている（式１）を利用することができる。なお、系統インピーダンスを推定する処理の詳細は特許文献１に記載されている。
ΔＶ＝Ｒ（Ｐ−Ｐ_Ｇ）＋Ｘ（Ｑ−Ｑ_Ｇ） ・・・（式１）
ここで、ΔＶは、連系点電圧Ｖの電圧変動、Ｐ_ＧおよびＱ_Ｇはそれぞれ有効電力、無効電力である。

そして、系統インピーダンス推定部９は、推定した系統インピーダンスを系統インピーダンス記憶部１０に格納する（ステップＳ６）。

このように、本実施の形態にかかる系統インピーダンス推定装置４は、電圧実効値Ｖが不感帯のように特定範囲内の値である場合には、無効電力補償装置２からの無効電力の出力を中止させ、無効電力の出力が行われていない状態で、系統インピーダンスを推定する。これにより、無効電力補償装置２を除外することなく、連系点の高精度に系統インピーダンスを推定することができる。

一方、ステップＳ３において、電圧実効値Ｖが不感帯の範囲外である場合には（ステップＳ３，Ｎｏ）、制御部８は、無効電力補償装置２に対し無効電力を出力するよう無効電力出力指令を送出する（ステップＳ７）。この場合には、図３に示すように、無効電力補償装置２から連系点電圧に対応した無効電力が出力されており、精度の良い系統インピーダンスを推定することができない。そこで、この場合には、系統インピーダンス推定部９は、系統インピーダンス記憶部１０を参照し、ステップＳ６において既に系統インピーダンス記憶部１０に格納されている系統インピーダンスのうち最も新しいものを系統インピーダンスの値として推定する（ステップＳ８）。このように、電圧実効値Ｖが不感帯の範囲外である場合には、無効電力補償装置２から無効電力が出力されるので、電圧変動を抑制することができる。

電力系統１の電源により意図的に無効電力など潮流状態を変化させたときの連系点電圧を測定したとしても、無効電力補償装置２は連系点電圧の変動に伴い、連系点電圧を一定に保つように無効電力を出力して電圧変動を抑えているため、計測した電圧データからは精度の良い系統インピーダンスを推定することはできない。これに対し、本実施の形態にかかる系統インピーダンス制御装置４においては、連系点電圧の実効値が不感帯の範囲に収まっている場合に、無効電力補償装置２による無効電力の出力を中止させ、そのときの連系点の潮流状態や電圧を測定することで、無効電力補償装置２が常時連系している点においても、精度よく系統インピーダンスの推定を行うことができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２にかかる系統インピーダンス推定装置１１の構成を示す図である。実施の形態２にかかる系統インピーダンス推定装置１１は、実施の形態１にかかる系統インピーダンス推定装置４の構成に加えて無効電力計測器１２をさらに備えている。無効電力計測器１２は、無効電力補償装置２から出力された無効電力を測定し、測定結果を制御部８に送る。

実施の形態１にかかる系統インピーダンス推定装置４は、連系点電圧が不感帯の範囲内である場合に無効電力補償装置２からの無効電力の出力を止め、電力系統１の電源によって生じた電圧変動により系統インピーダンスを推定したが、実施の形態２にかかる系統インピーダンス推定装置１１は、連系点電圧が不感帯の範囲内である場合に、意図的に無効電力補償装置２から無効電力を出力させ、そのときの電圧変動により系統インピーダンスを推定する。

図５は、実施の形態２にかかる系統インピーダンス推定処理を示すフローチャートである。実施の形態２にかかる系統インピーダンス推定処理においては、電圧実効値Ｖが不感帯の範囲内である場合には（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、制御部８は、無効電力補償装置２に対し、無効電力を出力するよう指令を出し、無効電力補償装置２に意図的に無効電力を出力させる（ステップＳ１０）。次に、無効電力計測器１２は、制御部８からの指示により無効電力補償装置２から出力された無効電力Ｑを測定する（ステップＳ１１）。次に、系統インピーダンス推定部９は、無効電力計測器１２により得られた無効電力と、検出電力演算部７により得られた有効電力・無効電力及び電圧実効値に基づいて、系統インピーダンスを推定する（ステップＳ１２）。具体的には、実施の形態１において記載した（式１）等の関係式に、各値を代入して得られる連立方程式を解くことにより系統インピーダンスを算出する。そして、系統インピーダンス推定部９は推定した系統インピーダンスを系統インピーダンス記憶部１０に格納する（ステップＳ６）。

なお、実施の形態２にかかる系統インピーダンス推定装置１１のこれ以外の構成および処理は、実施の形態１にかかる系統インピーダンス推定装置４の構成および処理と同様である。

このように、実施の形態２にかかる系統インピーダンス推定装置１１は、連系点電圧が不感帯の範囲内である場合には、無効電力補償装置２から意図的に無効電力を出力させ、このときの電圧変動を用いて、無効電力補償装置２の連系点における系統インピーダンスを推定している。すなわち、実施の形態２にかかる系統インピーダンス推定装置１１は、実施の形態１にかかる系統インピーダンス推定装置４と異なる方法でインピーダンスを推定することができる。また、実施の形態２にかかる系統インピーダンス推定装置１１は、実施の形態１にかかる系統インピーダンス推定装置４と同様に、連系点電圧が不感帯の範囲外である場合には、系統インピーダンス記憶部１０が記憶している系統インピーダンスを推定値とするので、連系点においても系統インピーダンスの推定を行うことができる。

１ 電力系統
２ 無効電力補償装置
３ 負荷
４ 系統インピーダンス推定装置
５ 電圧計
６ 電流計
７ 検出電力演算部
８ 制御部
９ 系統インピーダンス推定部
１０ 系統インピーダンス記憶部

Claims (3)

1. 負荷に電力を供給する電力系統との連系点の電圧を測定する電圧測定手段と、
   前記電圧が予め設定された特定範囲内の値である場合に、前記連系点に接続された無効電力補償装置の出力を禁止する一方で前記電力系統のインピーダンスを推定するときには前記無効電力補償装置から無効電力を出力させる制御手段と、
   前記無効電力補償装置が無効電力の出力を中止している間において前記制御手段の制御によって前記無効電力補償装置から出力される無効電力の情報を少なくとも用いて、前記電力系統のインピーダンスを推定する推定手段と、
   推定手段により推定された前記インピーダンスを記憶する記憶手段と、
   を備え、
   前記制御手段が前記電圧が前記特定範囲外の値であると判定した場合に、前記推定手段は、前記記憶手段が記憶する前記インピーダンスのうち最も新しいものを前記電力系統のインピーダンスと推定することを特徴とする電力系統インピーダンス推定装置。
2. 前記特定範囲は、前記無効電力補償装置が前記無効電力を出力しないような前記連系点の電圧値の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の電力系統インピーダンス推定装置。
3. 電圧測定手段が、負荷に電力を供給する電力系統との連系点の電圧を測定する電圧測定ステップと、
   制御手段が、前記電圧が予め設定された特定範囲内の値である場合に、前記連系点に接続された無効電力補償装置の出力を禁止する一方で前記電力系統のインピーダンスを推定するときには前記無効電力補償装置から無効電力を出力させる制御ステップと、
   推定手段が、前記無効電力補償装置が無効電力の出力を中止している間において前記制御手段の制御によって前記無効電力補償装置から出力される無効電力の情報を少なくとも用いて、前記電力系統のインピーダンスを推定する推定ステップと、
   記憶手段が、前記推定手段により推定されたインピーダンスを記憶する記憶ステップと、
   前記電圧が前記特定範囲外の値であると判定された場合に、前記推定手段が、前記記憶手段が記憶する前記インピーダンスのうち最も新しいものを前記電力系統のインピーダンスと推定するステップと、
   を有することを特徴とする電力系統インピーダンス推定方法。

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