JP5502504B2 - 変電所自動制御システム - Google Patents

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Description

本発明は、電圧調整機能と有効電力調整機能とを共に備えた電圧・有効電力調整機能付変圧器が設置された変電所の自動制御を行う変電所自動制御システムに関する。
変電所の変圧器の位相調整による有効電力の調整機能に加え電圧調整機能にて調整制御する電力調整装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、変圧器が励磁されている状態または負荷をかけた状態で巻線のタップを切換え、電圧値の調整制御を行う負荷時タップ切換装置がある（例えば、非特許文献１参照）。さらに、負荷時タップ切換変圧器にて連系される電力系統において、電力系統の電圧値が許容範囲内に収まるように、負荷時タップ切換変圧器のタップを自動制御するようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
一方、電圧調整機能と有効電力調整機能とを共に備えた電圧・有効電力調整機能付変圧器を変電所の母線と送電線との間に設置し、広域の電力送電系統網における時々の系統運用状態を運用員が判断し、電圧・有効電力調整機能付変圧器の電圧タップ及び位相タップの上げ下げを手動制御（操作）することで、電力系統の電圧値を許容範囲内に維持しつつ、当該送電回線に生じる過負荷の抑制や有効電力（潮流）の最適化を図る変電所制御システムがある（例えば、非特許文献２参照）。
電圧・有効電力調整機能付変圧器を用いた変電所制御システムにおいては、運転員が周辺系統網の事故や操作によって当該送電線に重畳される送電線の有効電力（潮流）が許容範囲内にあるのかを速やかに判断し、運転員の手動操作によって電圧調整と有効電力調整機能付変圧器の電圧タップ及び位相タップの操作を繰り返し、電力系統の電圧値を許容範囲内に維持しつつ所定の送電有効電力値にまで抑制する。この緊急時の判断及び速やかな手動操作を行う必要があるために運転員に高度な運転操作が求められる。
また、運転員の判断によらず、自動電力調整装置（Automatic Power Regulator）と自動電圧調整装置（Automatic Voltage Regulator）を設置し、事前の演算結果によって得られた送電線の有効電力の結果から自動制御を行うこともある。
特開２０００−１２５４７３号公報 特開２００４−１７３３８４号公報
JEC-2220 東北電力（株）ホームページ（http://www.tohoku-epco.co.jp/whats/news/1997/71030.htm）
しかし、自動電力調整装置と自動電圧調整装置とで自動制御を行う場合、自動電力調整装置及び自動電圧調整装置の相互間で協調を取らないと、電圧タップと位相タップとが同時に制御される場合がある。
通常の運用系統では、送電線の有効電力を抑制することで系統電圧が上昇する。従って、系統電圧が所定の電圧範囲の上限を超えているときに、電圧タップを下げる制御を行い同時に有効電力を下げるために位相タップを制御すると、系統電圧を下げようと電圧タップを制御したにも拘らず系統電圧が思うように下がらない場合がある。その結果、不安定かつ過渡なタップ制御を行う場合がある。
本発明の目的は、自動電力調整装置及び自動電圧調整装置の相互間で協調を取りながら、送電線の系統電圧を維持しつつ有効電力を所定の抑制値にまで抑制できる変電所自動制御システムを提供することである。
本発明に係る変電所自動制御システムは、変電所からの主母線と送電線との間に配置され電圧タップと位相タップとを備えた電圧・有効電力調整機能付変圧器と、前記送電線の電気量を計器用変成器を介して取り込み送電線の有効電力を演算しその送電線の有効電力が所定の制限値を超えたとき所定の抑制値未満になるように前記電圧・有効電力調整機能付変圧器の位相タップに対して位相タップ制御指令を出力する自動電力調整装置と、前記送電線の電気量を計器用変成器を介して取り込み送電線の系統電圧を演算しその送電線の系統電圧が所定の系統電圧範囲内になるように前記電圧・有効電力調整機能付変圧器の電圧タップに対して電圧タップ制御指令を出力する自動電圧調整装置とを備え、自動電力調整装置と自動電圧調整装置との間は専用通信線で接続され、位相タップと電圧タップの制御を行う権利を前記専用通信線を用いて自動電圧調整装置と自動電力調整装置との間で交互に受け渡し、前記自動電力調整装置は自己のタップ制御のための条件のときは位相タップの制御を行ってから前記自動電圧調整装置を起動し、前記自動電圧調整装置は自己のタップ制御のための条件のときは電圧タップの制御を行ってから前記自動電力調整装置を起動し、前記自動電圧調整装置による自動制御にて送電端系統電圧を系統電圧範囲内に維持しつつ、前記自動電力調整装置によって送電線の有効電力を所定の抑制値未満まで抑制することを特徴とする。
本発明によれば、自動電力調整装置及び自動電圧調整装置の相互間で協調を取りながら、送電線の系統電圧を維持しつつ有効電力を所定の抑制値にまで抑制できる変電所自動制御システムを提供できる。
本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの一例を示す構成図。 本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの他の一例を示す構成図。 本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの実施例１による処理内容を示すフローチャート。 本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの実施例２による処理内容を示すフローチャート。 本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの実施例３による処理内容を示すフローチャート。 本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの実施例４による処理内容を示すフローチャート。 本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの実施例５による処理内容を示すフローチャート。
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの一例を示す構成図である。変電所にある主母線１１と送電線１２との間に電圧・有効電力調整機能付変圧器１３が配置される。電圧・有効電力調整機能付変圧器１３は電圧調整を行う電圧タップ１４と有効電力調整を行う位相タップ１５とを備えている。電圧・有効電力調整機能付変圧器１３の１次側には計器用変成器としてのＣＴ１６及びＶＴ１７が設けられ、ＣＴ１６は送電線の電気量である電流値を検出し、ＶＴ１７は送電線の電気量である電圧値を検出する。
自動電力調整装置１８にはＣＴ１６で検出された送電線の電流及びＶＴ１７で検出された送電線の電圧が入力され、自動電圧調整装置１９にはＶＴ１７で検出された送電線の電圧が入力される。自動電力調整装置１８では送電線の有効電力を演算する。その演算結果から所定の有効電力に抑制することを目的として電圧・有効電力調整機能付変圧器１３に対して位相タップ制御指令Ｓ１を出力する。自動電圧調整装置１９では系統電圧を演算する。その演算結果から所定の系統電圧範囲内に収めることを目的として、電圧・有効電力調整機能付変圧器１３に対して電圧タップ制御指令Ｓ２を出力する。
また、自動電力調整装置１８と自動電圧調整装置１９との自動制御の協調を行うことを目的として、自動電力調整装置１８と自動電圧調整装置１９との間は専用通信線２０で接続され、自動電力調整装置１８及び自動電圧調整装置１９は、相互間で協調を取りながら、送電線の系統電圧を維持しつつ有効電力を所定の抑制値にまで抑制する。具体的には、位相タップと電圧タップの制御を行う権利を交互に受け渡し、いずれかの調整装置が自己のタップ制御のための条件であれば、制御を行ってから他方の調整装置に制御を行う権利を譲る。自己の制御を行う条件で無ければ制御を行うことを放棄して他方の調整装置へ制御を行う権利を譲る。このような自動制御を繰り返すことで、系統電圧を維持しつつ、所定の有効電力の値にまで抑制する。
図２は本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの他の一例を示す構成図である。これは、図１に示したものに対し、計器用変成器であるＣＴ１６及びＶＴ１７を電圧・有効電力調整機能付変圧器１３の２次側に設けたものである。
図３は本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの実施例１による処理内容を示すフローチャートである。まず、自動電力調整装置１８を起動し（Ｓ１）、送電線１２の有効電力Ｐが予め整定された有効電力の制限値Ｐset1を超えたか否かを判定する（Ｓ２）。送電線１２の有効電力Ｐが制限値Ｐset1を超えていない場合は処理は終了する。
一方、送電線１２の有効電力Ｐが制限値Ｐset1を超えていた場合は、自動電力調整装置１８は、初回位相タップ制御（１タップ）として位相タップ制御指令Ｓ１を出力する（Ｓ３）。その結果、電圧・有効電力調整機能付変圧器１３の位相タップ１５が制御され有効電力が抑制される。そして、自動電力調整装置１８は自動電圧調整装置１９を起動し（Ｓ４）、自動電圧調整装置１９へ制御を行う権利を譲る。この権利は自動電圧調整装置１９と自動電力調整装置１８との間の専用通信線２０を経由して受け渡す。
次に、権利を譲られた自動電圧調整装置１９は、系統電圧Ｖと予め定められた電圧値Ｖsetとの電圧差絶対値｜Ｖ−Ｖset｜が予め定められた許容差dVset（＝Ｖset×許容%）未満であるか否かを判定する。電圧差絶対値｜Ｖ−Ｖset｜が許容電圧範囲（dVset＞｜Ｖ−Ｖset｜）外である場合には、自動電圧調整装置１９は電圧タップ制御（１タップ）として電圧タップ制御指令Ｓ２を出力する（Ｓ６）。その結果、電圧・有効電力調整機能付変圧器１３の電圧タップ１４が制御され、許容電圧範囲（Ｖset±dVset）内に達するまでステップＳ４〜ステップＳ６を繰り返す。
そして、ステップＳ５の判定で、許容電圧範囲（Ｖset±dVset）内に達したことを条件に、再び自動電力調整装置１８を起動し（Ｓ７）、再び自動電力調整装置１８へ制御を行う権利を譲る。
自動電力調整装置１８は、送電線の有効電力Ｐが予め設定されたされた送電線の有効電力の抑制値Ｐset2以下に達したか否かを判定し（Ｓ８）、抑制値Ｐset２以下に達した場合は処理を終了する。一方、抑制値Ｐset2以下に達していない場合は位相タップ制御（１タップ）を行い（Ｓ９）、有効電力が抑制値Ｐset2以下に達するまでステップＳ４〜ステップＳ９を繰り返し行う。なお、系統電圧が急激に変化して広域系統全体に悪影響を与えないように、位相タップ制御は１タップ毎に実施する。
実施例１によれば、自動電力調整装置１８によって電圧・有効電力調整機能付変圧器１３の位相タップを自動制御し、所定の送電有効電力の値Ｐset2にまで、送電線の有効電力Ｐを抑制し、その間は、自動電圧調整装置１９によって電圧・有効電力調整機能付変圧器１３の電圧タップを自動制御し系統電圧Ｖを維持するので、送電線の系統電圧を維持しつつ有効電力を所定の抑制値にまで抑制できる。
図４は本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの実施例２による処理内容を示すフローチャートである。この実施例２は、図３に示した実施例１に対し、ステップＳ１０〜ステップＳ１２を追加し、最初に自動電圧調整装置１９を起動して（Ｓ１０）、電圧判定処理（Ｓ１１）及び電圧タップ制御処理（Ｓ１２）を追加したものである。図３と同一ステップには同一符号を付し重複する説明は省略する。
まず、自動電圧調整装置１９を起動する（Ｓ１０）。自動電圧調整装置１９は、系統電圧Ｖと予め設定された電圧値Ｖsetとの電圧差絶対値｜Ｖ−Ｖset｜を求め、電圧値Ｖsetに対する許容差dVset（＝Ｖset×許容%）による判定処理（dVset＞｜Ｖ−Ｖset｜）を行う（Ｓ１１）。
そして、自動電圧調整装置１９は、系統電圧Ｖが電圧値Ｖsetを基準とする許容電圧範囲（Ｖset±dVset）外であれば、電圧タップ制御（１タップ）を行い（Ｓ１２）、これにより、自動電圧調整装置１９から電圧タップ制御指令Ｓ２が出力され、その結果、電圧・有効電力調整機能付変圧器１３の電圧タップ１４が制御される。系統電圧Ｖが許容電圧範囲（Ｖset±dVset）内に達するまでステップＳ１１〜Ｓ１２が繰り返し行われる。そして、系統電圧Ｖが許容電圧範囲（Ｖset±dVset）内に達すると、自動電圧調整装置１９から自動電力調整装置１８に制御を行う権利を譲り、図３と同様のステップＳ１〜ステップＳ９の処理が行われる。
実施例２によれば、実施例１と同様に、自動電力調整装置１８と自動電圧調整装置１９の組合せにより、運転員の判断によらず自動制御が行え、かつ、自動電力調整装置１８と自動電圧調整装置１９との同時制御を回避して、制御を行う権利を交互に譲りながら、効率的で安定性のある変電所の自動制御が行える。
図５は本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの実施例３による処理内容を示すフローチャートである。この実施例３は、図３に示した実施例１に対し、ステップＳ１３〜ステップＳ１５を追加し、送電線の有効電力Ｐが一定時限Ｔset以上に亘って所定の制限値Ｐset1を超えたときに、電圧・有効電力調整機能付変圧器１３の位相タップ１５に対して位相タップ制御指令Ｓ１を出力するようにしたものである。図３と同一ステップには同一符号を付し重複する説明は省略する。
まず、自動電力調整装置１８を起動し（Ｓ１）、送電線１２の有効電力Ｐが予め整定された有効電力の制限値Ｐset1を超えたか否かを判定する（Ｓ２）。送電線１２の有効電力Ｐが制限値Ｐset1を超えていない場合は処理は終了する。
一方、送電線１２の有効電力Ｐが制限値Ｐset1を超えていた場合は、自動電力調整装置１８は、タイマーをリセット処理し（Ｓ１３）、タイマーのカウントをスタートさせる（Ｓ１４）。そして、タイマーのカウント時間ｔが一定時限Ｔsetを超えたか否かを判定し（Ｓ１５）、タイマーのカウント時間ｔが一定時限Ｔsetを超えたときは、図３のステップＳ３以降の処理に移行する。
なお、ステップＳ２の判定で送電線の有効電力Ｐが制限値Ｐset1以下に復帰すれば処理は終了する。また、ステップＳ１３のタイマー”ｔ”リセット処理は、再び送電線の有効電力Ｐの判定処理（Ｐ＞Ｐset1）結果にて、ステップＳ１５でのタイマー判定処理（ｔ＞Ｔset）を起動する際に備えて、タイマー”ｔ”の時限を一旦リセットさせるものである。
実施例３によれば、一旦、変電所自動制御システムを起動してしまうと、位相タップ１５と電圧タップ１４との制御を繰り返すので、送電線の有効電力を抑制するまでに時間を要するが、実施例３の判定処理を加えることで、変電所自動制御システムが起動する以前に、事故発生後の送電復旧や再閉路の成功等により電力送電系統網の安定運転への復旧が可能になった場合には、変電所自動制御システムを起動する必要がないので、変電所自動制御システムの無用な起動を回避できる。
図６は本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの実施例４による処理内容を示すフローチャートである。この実施例４は、図３に示した実施例１に対し、ステップＳ１６〜ステップＳ２１を追加し、送電線の有効電力の抑制後に外部から起動条件があったときは、前記自動電圧調整装置による電圧タップの自動制御にて送電端系統電圧を維持しつつ、送電線の有効電力抑制前の位相タップの値にまでに戻すようにしたものである。図３と同一ステップには同一符号を付し重複する説明は省略する。
図６において、ステップＳ１〜ステップＳ９の処理で送電線の有効電力の抑制した後に、自動電力調整装置１８は外部からの起動条件があるか否かを判定する（Ｓ１６）。すなわち、周辺系統網の送電線復旧等の外部条件があるか否かを判定し、外部からの起動条件がない場合には処理を終了する。
外部からの起動条件がある場合には、電圧・有効電力調整機能付変圧器１３の位相タップ１５の位置と予め設定された位相タップset０とが等しいか否かを判定し（Ｓ１７）、位相タップ１５の位置と予め設定された位相タップset０とが等しいときは処理を終了する。位相タップ１５の位置と予め設定された位相タップset０とが異なる場合は、自動電力調整装置１８は位相タップ１５の制御を１タップ分のみ実施し（Ｓ１８）、自動電力調整装置１８は自動電圧調整装置１９を起動し（Ｓ１９）、自動電圧調整装置１９へ制御を行う権利を譲る。
自動電圧調整装置１９では、系統電圧Ｖと予め定められた電圧値Ｖsetとの電圧差絶対値｜Ｖ−Ｖset｜が電圧値Ｖsetに対する許容差dVset（＝Ｖset×許容%）未満であるか否かを判定し（Ｓ２０）、系統電圧Ｖが予め定めた電圧値Ｖsetを基準とする許容電圧範囲（Ｖset±dVset）内であるときはステップＳ１７に戻る。
一方、系統電圧Ｖが予め定めた電圧値Ｖsetを基準とする許容電圧範囲（Ｖset±dVset）外であるときは、自動電圧調整装置１９は電圧タップ１４の制御を１タップ毎に実施しステップＳ２０に戻り、許容電圧範囲（Ｖset±dVset）内に達するまで、ステップＳ２０〜ステップＳ２１を繰り返す。
そして、系統電圧Ｖが許容電圧範囲（Ｖset±dVset）内に達すると、再びステップＳ１７に戻り、位相タップ１５の位置が位相タップset０と一致するまでステップＳ１７〜ステップＳ２１を繰り返す。
これにより、自動電圧調整装置１９による電圧タップ１４の自動制御にて系統電圧を維持しつつ、自動電力調整装置１８によって送電線の有効電力抑制前の位相タップset０の位置にまで自動制御する。
実施例４によれば、電圧タップ１４による系統電圧を維持しつつ、位相タップ１５の位置を抑制前の値に自動で戻すことが可能となる。一旦、変電所自動制御システムの起動により位相タップ１５の位置を変化させたときは、後に位相タップ１５の位置を抑制前の位置に戻しておくことが必要になるが、従来では、これを運転員が手動操作により行っていたが、実施例４では、位相タップ１５の位置を抑制前の値に自動で戻すことが可能となる。
図７は本発明の実施の形態に係る変電所自動制御システムの実施例５による処理内容を示すフローチャートである。この実施例５は、図３に示した実施例１に対し、ステップＳ５とステップＳ６との間にステップＳ２２を追加するとともに、ステップＳ８とステップＳ９との間にステップＳ２３を追加したものである。図３と同一ステップには同一符号を付し重複する説明は省略する。
自動電圧調整装置１９または自動電力調整装置１８、あるいはその両方がタップ操作を行う系統電圧値及び送電線の有効電力値にある場合、そのタップ制御の結果、電圧タップ１４及び位相タップ１５の位置が電圧・有効電力調整機能付変圧器１３において禁止されるタップ位置の組合せになる場合がある。その場合には、当該タップ操作は実行することができない。
そこで、図７に示すように、電圧タップ１４の制御を行うステップＳ６の前に、電圧・有効電力調整機能付変圧器１３の本体の電圧タップが禁止タップの上下限に達しているか否かを判定するステップＳ２２を設け、同様に、位相タップ１５の制御を行うステップＳ９の前に、電圧・有効電力調整機能付変圧器１３の本体の位相タップが禁止タップの上下限に達しているか否かを判定するステップＳ２３を設ける。
禁止タップの上下限に達していなければ、電圧タップ１４は自動電圧調整装置１９から１タップ分のみ制御を行う。同じく、位相タップ１５の制御は１タップ分のみ自動電力調整装置１８から１タップ分のみ制御を行う。各タップが禁止タップの上下限に達していれば、他方の調整装置に制御する権利を譲る。
実施例５によれば、変電所自動制御システムの起動時における電圧タップ１４の位置と位相タップ１５の位置が禁止タップ領域に達することを回避しながら送電線の有効電力を抑制できる。
１１…主母線、１２…送電線、１３…電圧・有効電力調整機能付変圧器、１４…電圧タップ、１５…位相タップ、１６…ＣＴ、１７…ＶＴ、１８…自動電力調整装置、１９…自動電圧調整装置、２０…専用通信線

Claims (5)

  1. 変電所からの主母線と送電線との間に配置され電圧タップと位相タップとを備えた電圧・有効電力調整機能付変圧器と、前記送電線の電気量を計器用変成器を介して取り込み送電線の有効電力を演算しその送電線の有効電力が所定の制限値を超えたとき所定の抑制値未満になるように前記電圧・有効電力調整機能付変圧器の位相タップに対して位相タップ制御指令を出力する自動電力調整装置と、前記送電線の電気量を計器用変成器を介して取り込み送電線の系統電圧を演算しその送電線の系統電圧が所定の系統電圧範囲内になるように前記電圧・有効電力調整機能付変圧器の電圧タップに対して電圧タップ制御指令を出力する自動電圧調整装置とを備え、自動電力調整装置と自動電圧調整装置との間は専用通信線で接続され、位相タップと電圧タップの制御を行う権利を前記専用通信線を用いて自動電圧調整装置と自動電力調整装置との間で交互に受け渡し、前記自動電力調整装置は自己のタップ制御のための条件のときは位相タップの制御を行ってから前記自動電圧調整装置を起動し、前記自動電圧調整装置は自己のタップ制御のための条件のときは電圧タップの制御を行ってから前記自動電力調整装置を起動し、前記自動電圧調整装置による自動制御にて送電端系統電圧を系統電圧範囲内に維持しつつ、前記自動電力調整装置によって送電線の有効電力を所定の抑制値未満まで抑制することを特徴とする変電所自動制御システム。
  2. 前記自動電力調整装置及び前記自動電圧調整装置に前記送電線の電気量を取り込む計器用変成器は、前記電圧・有効電力調整機能付変圧器の１次側または２次側に設置されることを特徴とする請求項１に記載の変電所自動制御システム。
  3. 前記自動電力調整装置は、送電線の有効電力が一定時限以上に亘って所定の制限値を超えたときに、送電線の有効電力が所定の抑制値未満になるように前記電圧・有効電力調整機能付変圧器の位相タップに対して位相タップ制御指令を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の変電所自動制御システム。
  4. 前記自動電力調整装置は、送電線の有効電力の抑制後に外部から起動条件があったときは、前記自動電圧調整装置による電圧タップの自動制御にて送電端系統電圧を維持しつつ、送電線の有効電力抑制前の位相タップの値にまで戻すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の変電所自動制御システム。
  5. 前記自動電圧調整装置は前記電圧・有効電力調整機能付変圧器にて禁止される電圧タップの位置となるときは電圧タップ制御指令を出力せずに前記自動電力調整装置を起動し、前記自動電力調整装置は前記電圧・有効電力調整機能付変圧器にて禁止される位相タップの位置となるときは位相タップ制御指令を出力せずに前記自動電圧調整装置を起動することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の変電所自動制御システム。
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