JP5480406B1

JP5480406B1 - 配電線送出電圧シミュレーションシステム

Info

Publication number: JP5480406B1
Application number: JP2013001442A
Authority: JP
Inventors: 和久林; 一郎宮下; 耕一郎黒田
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2013-01-09
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2033-01-09
Also published as: JP2014135810A

Abstract

【課題】作業系統での無効電力変化による配電線の送出電圧を目標値に維持できるかどうかを予測できるシミュレーションシステムを提供する。
【解決手段】総需要電力量の予測値と合った総需要電力量実績の日の配電用変圧器の日報データを実績データとして抽出し、転負荷先の電圧予想値を実績データと転負荷先の配電用変圧器のインピーダンスに基づき演算し、転負荷先の目標電圧に対してこの電圧予想値の逸脱幅を求め、配電用変圧器のタップ調整必要量を算出する。また、転負荷先の無効電力が無い場合の転負荷先の配電用変圧器の２次側電圧を演算し、算出された配電用変圧器の２次側電圧と実績データの一次側電圧とから変圧比を算出し、この算出された変圧比となるタップ値からタップ調整代を算出する。タップ調整必要量とタップ調整代とを比較してタップ調整可能量を算出し、このタップ調整可能量によりタップ制御した予測送出電圧を目標電圧と共にグラフ表示する。
【選択図】図６

Description

本発明は、作業系統における無効電力変化による配電線の送出電圧を目標値に維持させることができるかどうかを予測できるようにしたシミュレーションシステムに関するものである。

一般に、配電線の送り出し電圧は、無効電力の変化に応じて変化する。この無効電力は、配電線がもともとコンデンサ分（容量負荷）を有しており、また、顧客の負荷はリアクタンス分（誘導負荷）が多いため、これらの差し引きによって容量負荷が多ければ電圧は上昇し、誘導負荷が多ければ電圧が降下する。このため、日中は誘導負荷が多くなるため系統電圧が低下し、夜間は誘導負荷が少なくなるため系統電圧が上昇する。
そこで、配電用変電所などでは、需要地の受電電圧を一定に保つために、配電系統の電圧降下の大小に応じて、その影響を補償するように変電所からの送出電圧を調整する必要がある。
通常、この送出電圧は、変電所の配電系統に直列に接続された負荷時タップ切換変圧器の二次電圧を時間毎に予め設定された目標電圧に近づけるように、タップ切換装置によるタップの切り換えによって自動的に制御されるようになっている。
すなわち、送電系統電圧（二次電圧）を常時監視し、この二次電圧を目標電圧に対応して設定された基準電圧を中心とする不感帯の上限値および下限値とを比較し、不感帯の範囲を外れて送電系統電圧が目標電圧よりも高い場合には、変圧器のタップを１タップずつ下げる操作を行い、送電系統電圧が目標電圧よりも低い場合には、変圧器のタップを１タップずつ上げる操作を行うようにしている。
また、上述の送出電圧の調整のみでは、無効電力を補償できず、電力損失が大きくなるため、配電用変電所では、配電系統の負荷に並列に開閉器を介して電力用コンデンサや分路リアクトルなどの調相機を接続し、開閉器の開閉動作時刻が設定されたタイマーによって開閉器を開閉し、調相機を遮断または投入することで、無効電力を低減すると共に電圧を一定値に維持するようにしている（特許文献１参照）。

特開２００７−１８９８２１号公報

しかしながら、多数箇所の変電所から配電線を送り出している制御所において、配電用変圧器の作業を行う場合には、調相機の運転を停止した状態（調相機を切り離した状態）で、図８（ａ）に示されるように、配電線が接続されている母線を他の配電用変圧器へ接続する作業が行なわれるので、これに伴い接続された配電用変圧器に対して無効電力が増加し、配電線送出電圧が上昇する。

また、配電線が接続されている母線を作業する場合には、図８（ｂ）に示されるように、配電線に他の変電所の配電用変圧器から送電するようにしており、これらの作業を行うと，転負荷先の無効電力が多くなり、作業系統において配電線送出電圧が上昇する。

このため、上述のように配電線が接続されている母線を他の配電用変圧器へ接続する場合や配電線に他の変電所の配電用変圧器から送電する場合には、配電線に接続されている顧客への供給電圧を適正に維持するために，配電線の送出電圧を予想することが必要不可欠となる。しかし、上述した従来技術は、電圧逸脱が発生してから制御を行うフィードバック制御を基本とするため、配電用変圧器の作業系統および配電線が接続されている母線の作業系統においては、配電線の送出電圧を予想することができず、配電線の送出電圧が目標電圧に維持できないような場合には、急遽、作業を中止しなければならなかった。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、作業系統における無効電力変化による配電線の送出電圧を目標値に維持させることができるかどうかを予測することが可能な配電線送出電圧シミュレーションシステムを提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明にかかるシミュレーションシステムは、過去の総需要電力量実績が日単位で記録されると共に各配電用変圧器の二次側電圧、一次側電圧および無効電力を含む日報情報が記録された日報情報データベースと、前記各配電用変圧器のインピーダンスが記録された配電用変圧器インピーダンスデータベースと、前記各配電用変圧器の送出目標電圧が記録された目標電圧データベースと、前記各配電用変圧器の変圧比とタップ値との関係が格納された変圧比データベースとを備え、これらデータベースを参照して配電線の送出電圧を予想する配電線送出電圧シミュレーションシステムであって、総需要電力量の予測値を入力する総需要電力量予測値入力手段と、転負荷元および転負荷先の配電用変圧器を選択する選択手段と、日報情報データベースを参照して、前記総需要電力量予測値入力手段により入力された前記総需要電力量の予測値と合致する、又は、これにもっとも近い過去の総需要電力量実績の日の前記転負荷元および前記転負荷先の配電用変圧器の日報情報を実績データとして抽出する手段と、前記転負荷元および前記転負荷先の配電用変圧器の前記実績データと前記配電用変圧器インピーダンスデータベースを参照して、転負荷先の電圧予想値を演算する転負荷先電圧予想値演算手段と、前記目標電圧データベースを参照して、転負荷先の目標電圧に対して前記転負荷先電圧予想値演算手段により演算された転負荷先の電圧予想値の逸脱幅を求め、転負荷先の配電用変圧器のタップ調整必要量を算出するタップ調整必要量演算手段と、前記転負荷先の配電用変圧器の前記実績データと前記配電用変圧器インピーダンスデータベースを参照して、転負荷先の無効電力が無い場合の転負荷先の配電用変圧器の２次側電圧を演算する二次側電圧算出手段と、前記転負荷先の配電用変圧器の前記二次側電圧算出手段で演算された配電用変圧器の二次側電圧と前記転負荷先の配電用変圧器の前記実績データの一次側電圧とから変圧比を算出する変圧比算出手段と、前記変圧比データベースを参照して、前記変圧比算出手段で算出された変圧比と合致する変圧比からタップ値を決定するタップ値決定手段と、決定されたタップ値から該当する配電用変圧器のタップ調整代を算出するタップ調整代算出手段と、前記タップ調整必要量と前記タップ調整代とを比較し、実際にタップを切り換えることが可能なタップ調整可能量を算出するタップ調整可能量算出手段と、前記タップ調整可能量によりタップ制御した場合の転負荷先の配電線送出電圧を演算するタップ切換後予想電圧演算手段と、を具備することを特徴としている。

したがって、過去の実績データに基づき、配電線が接続されている母線を他の配電用変圧器へ接続する場合や配電線を他の変電所の配電用変圧器から送電する場合において、作業系統の無効電力変化による配電線の送出電圧を過去の実績データに基づいて目標値に維持させることができるかどうかを予測することが可能となる。

ここで、転負荷先電圧予想値演算手段による転負荷先の電圧予想値の演算は、転負荷先への転負荷の割合に応じて算出されるようにすることで、転負荷先が複数ある場合にも適切なシミュレーションを行うことが可能となる。
また、シミュレーションをした結果、送出電圧が目標電圧になるかどうかを視覚的に把握するために、タップ切換後予想電圧演算手段で演算された転負荷先の配電線送出電圧を目標電圧と共にグラフ表示することが望ましい。
さらに、タップ切替の不感帯を考慮して、タップ切換後予想電圧演算手段による転負荷先の配電線送出電圧の演算は、前記電圧予想値が目標電圧に対して所定の範囲を超えた場合に行われるようにするとよい。

以上述べたように、本発明の配電線送出電圧シミュレーションシステムによれば、過去の実績データに基づき、作業系統における無効電力変化による配電線の送出電圧を目標電圧に維持することができるかどうかを予測することが可能となるので、作業系統において、適切な送出電圧を確保するために寄与することが可能となる。

また、作業系統での送出電圧が適切に維持できるか否かが予測できるため、作業系統において適切な電圧が維持できない場合には、事前に営業所へ配電線の転負荷先や転負荷量の変更について調整の依頼が可能となる。

また、作業系統において適切な電圧が維持できる場合には、作業当日の操作時において、安心して作業を行うことができ、急遽、作業を中止しなければならなくなる不都合を回避することが可能となる。

図１は、本発明に係る配電線送出電圧シミュレーションシステムのハードウエア構成の概要を示す図である。図２は、日報情報データベースの構成を示す図であり、（ａ）は、日々の総需要電力量実績を記録した構成、（ｂ）は、各配電用変圧器毎の毎時の状態を記録した構成を示す。図３は、変圧器インピーダンスデータベースの構成を示す図である。図４は、目標電圧データベースの構成を示す（時間毎に設定された目標電圧を示す）図である。図５は、変圧比データベースの構成を示す（各配電用変圧器のタップ値と変圧比との関係を示す）図である。図６は、配電線送出電圧シミュレーションの制御作動例を示すフローチャートである。図７は、ステップ７４によるグラフ出力の一例を示す図である。図８は、配電用変圧器の作業を行う場合（（a）の場合）と配電線が接続されている母線を作業する場合（（ｂ）の場合）を説明する説明図である。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１において、本発明に係る配電線送出電圧シミュレーションシステムは、例えばパソコン等のコンピュータ１によって構成され、日々の総需要電力量実績や各配電用変圧器の日報情報が格納されている日報情報データベース２と、各配電用変圧器のインピーダンス情報が格納されている変圧器インピーダンスデータベース３と、各配電用変圧器の時間ごとの目標電圧が格納されている目標電圧データベース４と、各配電用変圧器の変圧比データがタップ値ごとに格納されている変圧比データベース５とを備えている。

日報情報データベース２は、図２（ａ）に示されるような日々の総需要電力量実績（ＭＷ）データや、図２（ｂ）に示されるような日々の１時間単位ごとの各配電用変圧器の２次側電圧、１次側電圧、無効電力等が記録されたものである。

変圧器インピーダンスデータベース３は、図３に示されるように、各電気所（Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）のそれぞれの配電用変圧器のインピーダンス（％Ｘ）が記録されたものである。

目標電圧データベース４は、図４に示されるように、各電気所の配電用変圧器毎に１時間単位で設定された送出目標電圧が格納されたものである。

変圧比データベースには、図５に示されるように、各電気所（Ａ，Ｂ，Ｃ・・・）のそれぞれの配電用変圧器の変圧比がタップ値と対応させて格納されているものである。

図６に、作業系統における無効電力変化による配電線の送出電圧を目標値に維持することができるかどうかを予測するシミュレーション手法を示したフローチャートが示されており、以下、このフローチャートに基づき、送出電圧のシミュレーション例について説明する。

先ず、コンピュータ１は、総需要電力量の予想値が入力されると（ステップ４０）、この総需要電力量の予想値と合致する、または、これに一番近い総需要電力量実績の日の日報情報のデータを電圧予想に使用するデータとして読み込む（ステップ５０）。
例えば、総需要電力量の予想値が７７００ＭＷであれば、日報情報データベースに記録された総需要電力量実績のデータ（図２（ａ）で示す）を参照して、この総需要電力量予想と一致又は最も近い総需要電力量実績の日付け（この例では、１０月８日）を抽出し、この１０月８日の全配電用変圧器の日報情報（図２（ｂ）で示す）を実績データとして読み込む。

その後、転負荷元の電気所・バンクと転負荷先の電気所・バンクを、例えば、画面上に表示されたドロップダウンによりそれぞれ選択する（ステップ５２，５４）。それぞれのバンクが特定されると、対応する配電用変圧器が特定されるので、このステップによるバンク選択は、配電用変圧器の選択となる。
これにより、転負荷元として選択された配電用変圧器のインピーダンスや無効電力、転負荷先として選択された配電用変圧器のインピーダンスや無効電力等が特定されることとなる。

なお、上述の例では、使用するデータ日の全配電用変圧器の日報情報を読み込み、その後に、ドロップダウンで選択した配電用変圧器のデータを選択するようにしたが、ドロップダウンで転負荷元の配電用変圧器と転負荷先の配電用変圧器を選択し、その選択された配電用変圧器のみの日報情報を、総需要予想と合致する、または、これに一番近い総需要電力量実績の日のデータの中から抽出して読み込むようにしてもよい。

以上により転負荷元と転負荷先が選択された後に、タップの調整必要量を算出する処理と、現在のタップ値に対してタップ調整代がどれくらいあるのかを算出する処理を行う。

まず、タップの調整必要量を算出する処理においては、営業所から得られた転負荷先への転負荷割合を入力し（ステップ５６）、これに基づき、前記ステップ５０で読み込んだ実績データと、変圧器インピーダンスデータベース３を参照して、転負荷先の配電用変圧器の２次側の電圧予想値を算出する（ステップ５８）。
例えば、転負荷先が１箇所であれば、転負荷割合は１００％であるので、次式（１式）によって転負荷先の２次側の電圧予想値を算出する。

Ｖ＝実績電圧＋ΔＱ×％Ｘ／１０００×６．６・・・（１）
ここで、実績電圧は、ステップ５４で選択された転負荷先の電気所の該当変圧器の２次側電圧（図２（ｂ）で示される実績データの二次側電圧）である。ΔＱは、ステップ５２で選択された転負荷元の変圧器について、「転負荷元の変圧器の無効電力」×「転負荷先への転負荷割合」として算出される値である。また、％Ｘは、変圧器インピーダンスデータベースから得られる転負荷先の該当変圧器のインピーダンスである。

したがって、a変電所への転負荷割合を５０％とし、ｂ変電所への転負荷割合を５０％とした場合には、a変電所の電圧予想値は、a変電所の該当変圧器の実績電圧＋転負荷元の該当変圧器の無効電力×転負荷先への転負荷割合（１／２）×a変電所の該当変圧器のインピーダンス／１０００×６．６として得られ、また、ｂ変電所の電圧予想値は、ｂ変電所の該当変圧器の実績電圧＋転負荷元の該当変圧器の無効電力×転負荷先への転負荷割合（１／２）×ｂ変電所の該当変圧器のインピーダンス／１０００×６．６として得られる。

そして、目標電圧データベース４から転負荷先での該当配電用変圧器の目標電圧を抽出し、ステップ５８で得られた電圧予想値の目標電圧からの逸脱幅を求め、タップ調整に必要なタップ調整必要量を算出する（ステップ６０）。このタップ調整必要量の演算は、目標電圧が±１．５％を超過した場合に次式（２式）により算出される。ここで、±１．５％は、タップ切換の不感帯の領域を表すもので、したがって、目標電圧が±１．５％を超過しない場合には、タップ調整の必要はなく、現状が維持される。
タップ調整必要量=（電圧予想値±目標電圧)／０．０５・・・（２）

以上のタップ調整必要量を算出する処理と同時に、又は、これと前後させて、タップ調整代を算出する処理が行われる。このタップ調整代の算出においては、先ず、選択された転負荷先の無効電力が「０」の場合の配電用変圧器２次側の送り電圧を次式（３式）によって算出する（ステップ６２）。

Ｖ＝実績電圧−実績無効電力×％Ｘ／１０００×６．６・・・（３）
ここで、実績電圧は、前述と同様、ステップ５４で選択された転負荷先の電気所の該当変圧器の２次側電圧である。また、実績無効電力は、ステップ５４で選択された転負荷先の該当変圧器の無効電力、％Ｘは、変圧器インピーダンスデータベース３から得られた転負荷先の該当変圧器のインピーダンスである。

その後、転負荷先の1次側電圧と２次側電圧とで変圧比を算出する（ステップ６４）。すなわち、日報情報データベース２から読み込んだ転負荷先の該当配電用変圧器の一次側電圧と前記（３）式で算出された２次側電圧とに基づいて変圧比を算出し、その後、変圧比データベース５を参照して、前記算出した変圧比から該当変圧器のタップ値を算出する（変圧比データベースに記録されている該当変圧器の変圧比と前記算出した変圧比とを比較し、変圧比が一致するタップ値を算出する）（ステップ６６）。

そして、求めた変圧比からタップ調整代を算出する（ステップ６８）。ここで、タップ調整代は、求めたタップ値から次式により算出される。
調整代（下げ）＝タップ値−１（ただしタップ値が１の場合は，０）
調整代（上げ）＝最大タップ値−タップ値（ただしタップ値が１７の場合は，０）

以上のようにして、タップ調整必要量とタップ調整代とが算出された後に、コンピュータ１は、これらタップ調整必要量とタップ調整代とからタップ調整可能量を算出する（ステップ７０）。具体的には、
調整代（下げ）＜タップ調整必要量×−１の場合には、
タップ調整可能量＝調整代（下げ）とし、
調整代（下げ）＞タップ調整必要量×−１の場合には、
タップ調整可能量＝タップ調整必要量とし、
調整代（上げ）＜タップ調整必要量の場合には、
タップ調整可能量＝調整代（上げ）とし、
調整代（上げ）＞タップ調整必要量の場合には、
タップ調整可能量＝タップ調整必要量とする。

以上のようにしてタップ調整可能量が算出されると、電圧予想値が目標電圧を１．５％超過する場合は、タップ調整可能量により目標電圧に近づけた値を次式（５）により算出し、目標予想値が目標電圧の１．５％以下であれば、現状の状態を維持する（ステップ７２）。
電圧計算値＋タップ調整可能量×０．０５・・・（５）
このため、タップ調整可能量以上に目標電圧が逸脱している場合は、目標電圧に近づかないこととなる。

その後、以上のシミュレーションの結果である予想電圧は、図７に示されるように、予想タップ値、目標電圧、目標電圧の上限及び下限と共に表およびグラフによってモニタ上又はプリントにて出力表示される（ステップ７４）。

なお、この結果を受けて、判定結果において目標電圧を維持できないことが判明した場合には、事前に営業所へ配電線の転負荷先や転負荷量の変更について調整の依頼が可能となる。

したがって、以上の構成によれば、配電線が接続されている母線を他の配電用変圧器に接続する場合や配電線を他の変電所の配電用変圧器から送電する場合においても、過去の実績データから無効電力変化による配電線の送出電圧を目標値に維持することができるかどうかを予測することができるので、作業系統において適切に電圧が維持されるか否かを容易に判別することが可能となる。

２日報情報データベース
３変圧器インピーダンスデータベース
４目標電圧データベース
５変圧比データベース

Claims

過去の総需要電力量実績が日単位で記録されると共に各配電用変圧器の二次側電圧、一次側電圧および無効電力を含む日報情報が記録された日報情報データベースと、前記各配電用変圧器のインピーダンスが記録された配電用変圧器インピーダンスデータベースと、前記各配電用変圧器の送出目標電圧が記録された目標電圧データベースと、前記各配電用変圧器の変圧比とタップ値との関係が格納された変圧比データベースとを備え、これらデータベースを参照して配電線の送出電圧を予想する配電線送出電圧シミュレーションシステムであって、
総需要電力量の予測値を入力する総需要電力量予測値入力手段と、
転負荷元および転負荷先の配電用変圧器を選択する選択手段と、
日報情報データベースを参照して、前記総需要電力量予測値入力手段により入力された前記総需要電力量の予測値と合致する、又は、これにもっとも近い過去の総需要電力量実績の日の前記転負荷元および前記転負荷先の配電用変圧器の日報情報を実績データとして抽出する手段と、
前記転負荷元および前記転負荷先の配電用変圧器の前記実績データと前記配電用変圧器インピーダンスデータベースを参照して、転負荷先の電圧予想値を演算する転負荷先電圧予想値演算手段と、
前記目標電圧データベースを参照して、転負荷先の目標電圧に対して前記転負荷先電圧予想値演算手段により演算された転負荷先の電圧予想値の逸脱幅を求め、転負荷先の配電用変圧器のタップ調整必要量を算出するタップ調整必要量演算手段と、
前記転負荷先の配電用変圧器の前記実績データと前記配電用変圧器インピーダンスデータベースを参照して、転負荷先の無効電力が無い場合の転負荷先の配電用変圧器の２次側電圧を演算する二次側電圧算出手段と、
前記転負荷先の配電用変圧器の前記二次側電圧算出手段で演算された配電用変圧器の二次側電圧と前記転負荷先の配電用変圧器の前記実績データの一次側電圧とから変圧比を算出する変圧比算出手段と、
前記変圧比データベースを参照して、前記変圧比算出手段で算出された変圧比と合致する変圧比からタップ値を決定するタップ値決定手段と、
決定されたタップ値から該当する配電用変圧器のタップ調整代を算出するタップ調整代算出手段と、
前記タップ調整必要量と前記タップ調整代とを比較し、実際にタップを切り換えることが可能なタップ調整可能量を算出するタップ調整可能量算出手段と、
前記タップ調整可能量によりタップ制御した場合の転負荷先の配電線送出電圧を演算するタップ切換後予想電圧演算手段と、
を具備することを特徴とする配電線送出電圧シミュレーションシステム。
転負荷先電圧予想値演算手段による転負荷先の電圧予想値の演算は、転負荷先への転負荷の割合に応じて算出されることを特徴とする請求項１記載の配電線送出電圧シミュレーションシステム。
前記タップ切換後予想電圧演算手段で演算された転負荷先の配電線送出電圧を目標電圧と共にグラフ表示することを特徴とする請求項１又は２記載の配電線送出電圧シミュレーションシステム。
前記タップ切換後予想電圧演算手段による転負荷先の配電線送出電圧の演算は、前記電圧予想値が目標電圧に対して所定の範囲を超えた場合に行われることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の配電線送出電圧シミュレーションシステム。