JP6071310B2 - 配電系統の電圧調整装置、電圧調整方法および電力制御システム - Google Patents

Description

本発明は、配電系統の電圧調整装置、電圧調整方法および電力制御システムに係り、特に配電系統の電圧変動に対応し、電圧調整装置と無効電力補償装置を協調して適切に動作させ、電圧維持や運用効率化を可能とする配電系統の電圧調整装置、電圧調整方法および電力制御システムに関する。

配電系統の電圧は、配電用変電所に設置された変圧器（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴ：Ｌｏａｄ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）のタップ切替や、配電線上に設置された自動電圧調整器（ＳＶＲ：Ｓｔｅｐ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）などのタップ切替によって制御される。これらの負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや自動電圧調整器ＳＶＲは、機械機構（タップ）により電圧調整を行うものであり、以後これらを総称して電圧調整装置ＳＶＲということにする。

これらの電圧調整装置ＳＶＲは、タップの切替までに一般的に数十秒の応答時定数で動作するように設定されている。また複数の電圧調整装置が配電線路に直列に設置される場合、配電線路（フィーダ）の末端側に設置される電圧調整装置は、変電所側（送出し側）に設置される電圧調整装置よりも応答時定数を遅く設定するのが一般的である。これにより、末端側の電圧調整装置の不要な動作を少なくしている。

ところで、近年の配電系統では太陽光発電装置を備えた需要家が増大している。この場合に、太陽光発電装置の発電出力は天候変動に左右され配電系統の急激な電圧変動を生じさせる原因となっている。

これに対し、高速な無効電力出力制御によって電圧変動を抑制する機能を持つ無効電力補償装置ＳＶＣ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）、あるいはＳＴＡＴＣＯＭ（Ｓｔａｔｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）を配電系統に接続することによって、急激な電圧変動の抑制が期待されている。これらの無効電力補償装置ＳＶＣやＳＴＡＴＣＯＭは、静止機構（ＩＧＢＴなど）により無効電力補償を行うものであり、以後これらを総称して無効電力補償装置ＳＶＣということにする。

配電系統に電圧調整装置ＳＶＲおよび無効電力補償装置ＳＶＣを設置する場合、機械機構を備える電圧調整装置ＳＶＲが変電所側（送出し側）に設置され、静止機構で作動する無効電力補償装置ＳＶＣが配電線路（フィーダ）の末端側に設置されることになる。このことは、フィーダ末端ほど応答時定数を遅く設定するという従来の時間協調制御の考えに反することになる。

このため、配電系統に電圧調整装置ＳＶＲと無効電力補償装置ＳＶＣを同時に設置する場合、電圧変動に対して、無効電力補償装置ＳＶＣが電圧調整装置ＳＶＲよりも先に動作し、定常的な電圧変動も無効電力補償装置ＳＶＣが抑制することで、電圧調整装置ＳＶＲが動作しない現象が発生することが懸念されている。

このような場合、無効電力補償装置ＳＶＣは最大出力で運転し続けることになり、急峻な電圧変動を抑制するための出力の余裕がなくなってしまい、結果として急峻な電圧変動を抑制できなくなる場合が発生する。つまり無効電力補償装置ＳＶＣの本来の設置目的であった、太陽光発電出力の急変に対する電圧変動抑制の機能が、本来実行すべき天候急変時に果たせなくなる恐れがある。

然るに、電圧調整装置ＳＶＲと無効電力補償装置ＳＶＣを同時に設置する場合は、双方が適切に電圧変動抑制制御を行うことが重要となる。

電圧調整装置ＳＶＲと無効電力補償装置ＳＶＣを協調して動作させる制御方法として、次のような手法が示されている。例えば、特許文献１には、最適電圧調整装置において電圧調整装置ＳＶＲと無効電力補償装置ＳＶＣの制御量を、最適化問題を解くことで決定して各機器の制御指令値とする方法が示されている。

また、特許文献２には、無効電力補償装置ＳＶＣの無効電力出力を時間とともに減じていくことで電圧調整装置ＳＶＲに制御分担を移す方法が示されている。

特開２００９−６５７８８公報 特開２００６−１６６６８３公報

前述の特許文献１に記載の方法では、無効電力補償装置ＳＶＣと電圧調整装置ＳＶＲの制御量を決定するために系統の潮流計算が可能な情報を集める必要がある。そのために系統状態を把握するセンサや伝送ネットワークの設置や、最適電圧調整装置を用意する必要がある。また、データ収集、最適計算周期よりも早い制御が困難となり、急激な電圧変動に対する動作追従遅れが生じ、電圧逸脱時間の増大につながる問題がある。

また、特許文献２に記載の方法では、無効電力補償装置ＳＶＣの出力を一旦減少させるために、電圧目標値に対し制御誤差が発生する課題がある。

以上のことから本発明は、電圧調整装置と無効電力補償装置を協調して適切に動作させ、電圧維持や運用効率化を可能とする配電系統の電圧調整装置、電圧調整方法および電力制御システムを提供するものである。

以上のことから本発明においては、末端側に無効電力補償装置を備えた配電系統に設置され、タップ位置を調整して二次側電圧を所定の制限値内に調整する配電系統の電圧調整装置において、
二次側電圧を推定する第１の手段、推定した二次側電圧を無効電力補償装置の出力から求めた補正分により補正した補正電圧を得る第２の手段、補正電圧と所定の制限値を比較し、補正電圧が所定の制限値を逸脱するときにタップ位置の操作を実行する第３の手段を備える。

また第２の手段の補正電圧は、無効電力補償装置の出力が進み側に増大する時により小さな値に補正修正され、無効電力補償装置の出力が遅れ側に増大する時により大きな値に修正される。

また第３の手段のタップ位置の操作は、無効電力補償装置の出力が進み側に増大する時に二次側電圧を上げる方向のタップ位置となり、無効電力補償装置の出力が遅れ側に増大する時に二次側電圧を下げる方向のタップ位置とされる。

また第２の手段の補正電圧は、無効電力補償装置の出力がないときの二次側電圧を求めたものである。

本発明の配電系統の電圧調整装置、電圧調整方法および電力制御システムにより、太陽光発電装置などが大量に導入された系統でも、配電系統の電圧逸脱の可能性を小さくでき、また早い周期の電圧変動を抑制するために必要となる無効電力補償装置ＳＶＣなどの高速応答可能な電圧制御機器の必要容量を削減できる効果がある。

また、本発明のそれ以外の効果については、明細書中で説明する

本発明にかかる自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御装置の構成を示す図。 電圧調整装置や無効電力補償装置が設置された配電系統の一例を示す図。 タップによって電圧を下げる場合の電圧経過を示す図。 タップ制御動作に無効電力補償装置の要素を反映させる考え方を示す図。 無効電力補償装置の出力履歴データの考え方を示す図。 本発明の自動電圧調整装置ＳＶＲの制御処理フローを示す図。 自動電圧調整装置ＳＶＲのタップ指令値計算処理フロー図。 無効電力補償装置ＳＶＣの出力データ送信処理フローを示す図。 従来手法による自動電圧調整器、無効電力補償装置の制御動作を示す図。 本発明による自動電圧調整器、無効電力補償装置の制御動作を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図２は、電圧調整装置３００（負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや自動電圧調整器ＳＶＲ）および無効電力補償装置１６０（ＳＶＣやＳＴＡＴＣＯＭ）が設置された配電系統１００（フィーダ）の一例を示した図である。但しここでは、電圧調整装置３００として自動電圧調整器ＳＶＲを配置した例を示しているが、これは負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴとしてもよい。

この図で示される典型的な配電系統１００は、ノード（母線）１２０およびそれらを接続する配電線路１４０、ノード１２０に接続される負荷１５０や太陽光発電装置１３０、配電線路に設置されるセンサ１７０、配電用変電所１１０などで構成される。

ここで、配電用変電所１１０のある図示左側をフィーダの送出し側、右側をフィーダの末端側と呼ぶこととする。自動電圧調整器３００は、線路１４０に直列に設置され、線路電圧を調整する電圧調整装置である。

自動電圧調整器ＳＶＲは、配電用変電所１１０における負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴであってもよいが、例えば自動電圧調整器３００に例示されるように、単巻変圧器とタップチェンジャで構成される変圧器３０５と、制御部分を備える。

図２の自動電圧調整器ＳＶＲの制御部分は、配電線路の電気量を測定するセンサ１７０、変圧器のタップを制御するタップ制御装置３１０で構成される。本発明に係る変圧器３０５と、制御部分の具体的な回路構成例を図１に示す。

図１において、本発明では従来からのタップ制御装置３１０にＳＶＣ出力履歴把握装置３４０を追加し、無効電力補償装置ＳＶＣの出力履歴の情報を元に、線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０によってタップ値を制御する。ここで、線路電圧降下補償装置ＬＤＣ（Ｌｉｎｅ Ｄｒｏｐ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）は、系統の電圧低下を補償するように負荷時タップ切替変圧器ＬＲＴや、自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧を決定する制御装置である。本発明の線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０は、タップ制御装置３１０とＳＶＣ出力履歴把握装置３４０の情報を元に作動する。

図１を用いてまず従来のタップ制御の考え方を説明し、その後に本発明により追加されたＳＶＣ出力履歴把握装置３４０との関わりについて説明する。図１には、自動電圧調整器３００の主回路である単巻変圧器３０３、タップチェンジャ３０２と、制御装置であるタップ制御装置３１０が記載されている。

タップ制御装置３１０は、計測部３２０、線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０、ＳＶＣ出力履歴把握装置３４０、データベース３５０を備え、単巻変圧器３０３の二次側電圧を所定値に制御すべくタップチェンジャ３０２を操作している。

タップ制御装置３１０の計測部３２０には、配電線路の二次側電流Ｉｓｖｒを測定する電流センサＣＴ、および二次側電圧Ｖｓｖｒを測定する電圧センサＰＴが接続される。

線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０では、計測部３２０で測定された二次側電圧Ｖｓｖｒが、所定の制限値を逸脱していることを検出し、この状態が所定の計測時間以上継続していることをもって、切替制御を実行する。

タップ制御装置３１０における上記の切替制御については、従来から種々の方式が提案されている。本発明ではこの方式に限定されるものではないが、例えば以下のように行うことができる。

タップ切替の典型的な一例では、線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０は、計測部３２０で測定された二次側電流Ｉｓｖｒ、二次側電圧Ｖｓｖｒから、有効電力Ｐｓｖｒ、無効電力Ｑｓｖｒ、力率ｃｏｓθを計算する。

また線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０は、データベース３５０から（１）式の実行に使用するパラメータ（Ｒ、Ｘ、Ｖｒｅｆ）を読み込む。タップ制御装置３１０における（１）式の実行により、タップ動作判定基準値Ｖｓが計算される。
［数１］
Ｖｓ＝Ｖｒｅｆ＋Ｒ・Ｉｒ＋Ｘ・Ｉｉ （１）
ここで、Ｒ、Ｘ、Ｖｒｅｆは、予め設定されたパラメータであり、ＩｒとＩｉは、計測した通過電流Ｉｓｖｒと力率ｃｏｓθから求めた通過電流の実部と、通過電流の虚部である。そして、Ｒは自動電圧調整器ＳＶＲの通過電流の実部Ｉｒに対する係数、Ｘは自動電圧調整器ＳＶＲの通過電流の虚部Ｉｉに対する係数、Ｖｒｅｆは基準電圧である。

自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧は、有効電力Ｐｓｖｒあるいは無効電力Ｑｓｖｒによって変動するが、（１）式はその変動の大きさを基準値Ｖｓとして計算したものである。基準値Ｖｓは、自動電圧調整器ＳＶＲの二次側の配電線路各所における電圧（二次側電圧）のうち、当該配電線路の負荷重心点の電圧を算出したものということができる。

またこの値は負荷状況（有効電力変動、あるいは無効電流変動）を反映した可変の値である。二次側電圧は、単巻変圧器３０３のタップチェンジャ３０２のタップ位置が同じであっても、有効電力Ｐｓｖｒあるいは無効電力Ｑｓｖｒによって変動する。二次側電圧が（１）式で定まる範囲を逸脱するときには、タップ位置を修正する必要がある。

このため、（１）式で求めた基準値Ｖｓに対して自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧Ｖｓｖｒが、所定の制限値εを超えるという条件を満たす時間をタップ制御装置内に設けられたタイマで積算し、その値が一定時間Ｔｓｖｒを超えた場合にタップへ切換え指令が出される。

例えば、自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧Ｖｓｖｒが、この基準値Ｖｓより一定値ε以上小さい状態で一定時間（例えば、Ｔｓｖｒ秒）経過すると、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ３０２を上げ方向に変更し、二次側電圧を上昇させる。逆に、自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧Ｖｓｖｒがこの基準値Ｖｓより一定値ε以上大きい状態で一定時間経過すると、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ３０２を下げ方向に変更し、二次側電圧を下降させる。

図３に、タップによって電圧を下げる場合の電圧経過グラフを示す。図３は横軸に時間ｔ、縦軸に二次側電圧Ｖｓｖｒを示しており、二次側電圧Ｖｓｖｒが時間の経過と共に増加していったとする。そして、時刻ｔ１で自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧Ｖｓｖｒが基準値プラス一定値（Ｖｓ＋ε）を超えたとする。

この場合に、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御装置３１０は、所定の設定時間Ｔｓｖｒ秒経過しても二次側電圧Ｖｓｖｒが基準値プラス一定値（Ｖｓ＋ε）を超えた状態が継続していることを確認する。タップ制御装置３１０は、所定の設定時間Ｔｓｖｒ秒経過した時刻ｔ２においてタップ動作させる。

これにより、（ｂ）の点線波形のように自動電圧調整器ＳＶＲ二次側電圧Ｖｓｖｒは、基準値プラス一定値（Ｖｓ＋ε）以下まで下降する。ここで、一定値εは不感帯を設けるための定数であり、（ａ）は、タップ動作させない場合を示している。

このように、タップ制御装置３１０における従来知られた一例では、線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０は、自動電圧調整器ＳＶＲの通過電流情報と線路電圧降下補償回路ＬＤＣに設定されたパラメータを元に、二次側電圧Ｖｓｖｒの制御を行う。

これに対し本発明では、通常の自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御装置のタップ動作判定基準値Ｖｓ以外に、自動電圧調整器ＳＶＲより末端側に設置された無効電力補償装置（ＳＶＣ）１６０の出力履歴データを勘案して、タップ制御動作の判定を行う。

図１に示すように、タップ制御装置３１０は、線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０、計測部３２０、ＳＶＣ出力履歴把握装置３４０、データベース３５０で構成される。

データベース３５０には、各種パラメータ（ＬＤＣパラメータ）として、（１）式で用いるＶｒｅｆ、Ｒ、Ｘ以外に、不感帯ε、タイマ時定数Ｔｓｖｒ、感度係数Ｘｓ、が記憶されている。

このうち本発明により追加されたＳＶＣ出力履歴把握装置３４０は、自動電圧調整器ＳＶＲより末端側に設置された無効電力補償装置（ＳＶＣ）１６０の出力履歴に関するデータを把握する。例えば、現時点を時刻ｔ２、適宜の過去時刻をｔ１とすると、時刻ｔ１からｔ２までの期間に無効電力補償装置ＳＶＣが与えた出力電流Ｉｓｖｃの時系列データ（Ｉｓｖｃ（ｔ））を収集する。時系列データＩｓｖｃ（ｔ）は、例えば無効電力補償装置ＳＶＣから直接通信網を介して受け取ればよい。

また、ＳＶＣ出力履歴把握装置３４０は、一定期間毎に（例えば、時刻Ｔ（＝ｔ２−ｔ１）毎に）時系列データＩｓｖｃ（ｔ）を受け取り、線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０にタップ計算指令開始を指示する。

線路電圧降下補償回路（ＬＤＣ）３３０は、データベース３５０内の各種パラメータと、ＳＶＣ出力履歴把握装置３４０のＳＶＣ出力履歴電流Ｉｓｖｃ（ｔ）に応じて、過去の一定期間Ｔ時間の間に自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御を行う必要があったか、動作判定を行い、タップ指令値を求める。タップ制御を行う必要があることが分かった場合、自動電圧調整器ＳＶＲにタップ切換指令を送る。

以下本発明装置の動作説明に入る前に、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御動作に無効電力補償装置ＳＶＣの出力を考慮して、協調動作させるときの考え方について、図４と図５により説明しておく。

図４は自動電圧調整器ＳＶＲと無効電力補償装置ＳＶＣが設置された配電系統の例を示している。また図４の下部に示すグラフは、横軸に配電線の距離（配電系統の例の場所に対応）を、縦軸に配電線の電圧を示している。

ここでは、無効電力補償装置ＳＶＣが自端の電圧Ｖｃを一定値に制御するように出力している状況の電圧分布を点線で、無効電力補償装置ＳＶＣが出力なしの場合（出力Ｉｓｖｃ＝０の場合）の電圧分布を実線で、模式的に示している。

先にも述べたように、静止機構で作動する無効電力補償装置ＳＶＣは、機械機構を有する自動電圧調整器ＳＶＲより高速に動作する。そして無効電力補償装置ＳＶＣが機能している状態では、自端の電圧Ｖｃを一定値に制御し、点線で示す配電線路の電圧分布を実現している。この状態では線路状態が一定に保持されるので、自動電圧調整器ＳＶＲは自端情報（Ｖｓｖｒなど）から自己が動作すべき状況にあることを検知することができない。

これに対し、自動電圧調整器ＳＶＲは、無効電力補償装置ＳＶＣが出力なしの場合を想定して動作すれば、無効電力補償装置ＳＶＣの出力を少なくできることになり、適切な動作分担となると考えられる。言い換えると、長時間の電圧変動を自動電圧調整器ＳＶＲが分担し、短時間の電圧変動を無効電力補償装置ＳＶＣが分担するような、適切な協調電圧制御が可能となると言える。

このような制御を実現するためには、無効電力補償装置ＳＶＣが出力なしの場合の自動電圧調整器ＳＶＲの自端情報がわかればよい。具体的には例えば、無効電力補償装置ＳＶＣの出力あり、なしの場合の、自動電圧調整器ＳＶＲ自端情報の電圧の差分である、ΔＶｓがわかれば、自端の電圧計測値ＶｓｖｒからΔＶｓを減じることで、無効電力補償装置ＳＶＣ出力なしの場合を想定した自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御が可能となる。

本発明の基本概念においては以下のように操作することを提案する。自動電圧調整器ＳＶＲは、無効電力補償装置ＳＶＣの出力現在値または出力履歴情報を把握し、その情報を元に無効電力補償装置ＳＶＣが出力なしの場合を想定した自端の電圧値を推定し、推定した自端の電圧値を元にタップ値を決定する。自端の電圧値の推定には、例えば無効電力補償装置ＳＶＣの出力電流Ｉｓｖｃと、自動電圧調整器ＳＶＲから配電用変電所側の短絡リアクタンスに相当するパラメータＸｓを用いて、電圧補正量ΔＶｓを計算する。

ここで、無効電力補償装置ＳＶＣの出力電流Ｉｓｖｃが、例えば無効電力補償装置ＳＶＣからある時間間隔をおいて情報が送られてくるなど、連続的に得られない場合は、次のような制御を行えばよい。まず、現在値の代わりに、受け取る情報を前回受け取った時間以降の、時系列データ（履歴情報）Ｉｓｖｃを受け取る。自動電圧調整器ＳＶＲでも、前回受けとった時刻以降の自端計測情報を保存しておく。無効電力補償装置ＳＶＣの出力電流Ｉｓｖｃの情報を受け取った時点で、前回受け取った時刻まで自動電圧調整器ＳＶＲのタップ制御が必要であったかどうかをさかのぼって計算し、その結果をもとに現在の自動電圧調整器ＳＶＲタップを決定する。

図５に一定期間毎にやり取りする無効電力補償装置ＳＶＣの出力電流Ｉｓｖｃのイメージを示す。グラフはいずれも横軸に時刻を表す。上のグラフの縦軸は自動電圧調整器ＳＶＲ二次側電圧のＶｓｖｒを、下のグラフの縦軸は無効電力補償装置ＳＶＣの出力Ｉｓｖｃを示す。上のグラフは、実際のＶｓｖｒを実線で、無効電力補償装置ＳＶＣの出力がない場合の二次側電圧推定値Ｖｓｖｒ’を点線で示す。

このグラフの事例によれば、時刻ｔ３付近まで無効電力補償装置ＳＶＣの出力がない（Ｉｓｖｃ＝０）状態が継続し、この間自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧Ｖｓｖｒは変動を繰り返しながら電圧増加していったとする。

ところで無効電力補償装置ＳＶＣは自端電圧を配電線の上限値以下に制御しようとしており、時刻ｔ３で上限に達したことから無効電力補償装置ＳＶＣの出力Ｉｓｖｃを遅れ側に操作開始した。この結果、自動電圧調整器ＳＶＲの二次側電圧Ｖｓｖｒは上限に固定された。この間の様子が時刻ｔ３から時刻ｔ２に実線で実際のＶｓｖｒとして示されている。このように、ここでは無効電力補償装置ＳＶＣが出力している場合には、Ｖｓｖｒの値は、配電線の電圧の上限近くの値となっている例を示している。

これに対し無効電力補償装置ＳＶＣが出力なしの場合を想定すると、自動電圧調整器ＳＶＲ二次側電圧Ｖｓｖｒ’は、点線のように電圧上限を超えた値として計測されるであろうことが推定される。この推定される時系列データから、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ値はどのような値であるべきであったかが、過去にさかのぼって計算することが可能となる。

なお、無効電力補償装置ＳＶＣから自動電圧調整器ＳＶＲへのデータ伝送は、現時点をｔ２とすると、ｔ１〜ｔ２の期間のＩｓｖｃ情報がまとめてｔ２の時刻（現時点）に伝送される。

以上の考えに基づく自動電圧調整器ＳＶＲのタップ切換え処理フローを、図６に示し、以下、ステップＳ１〜ステップＳ４までの各ステップの処理概要を説明する。

図６のステップＳ１では、図５の時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間のＩｓｖｃ履歴データを無効電力補償装置ＳＶＣより受け取る。

ステップＳ２では、自動電圧調整器ＳＶＲタップ指令値計算を行う。具体的には、過去のｔ１〜ｔ２の期間にさかのぼり、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ指令値を計算する。この計算処理の詳細を、図７を用いて後ほど説明する。

ステップＳ３では、自動電圧調整器ＳＶＲのタップを変更すべきであればステップＳ４へ進み、そうでなければ、最初に戻る判定を行う。

ステップＳ４では、指令値に基づき自動電圧調整器ＳＶＲのタップを変更する操作を行う。

次に、図６のステップＳ２の、自動電圧調整器ＳＶＲタップ指令値計算処理について、図７を用いてステップＳ２０〜ステップＳ２８までの各ステップの処理概要を詳細に説明する。

最初のステップＳ２０では、処理対象とするデータの時刻ｔをｔ１（過去の履歴の前回計算直後の値）に設定する。

ステップＳ２１では、時刻ｔにおけるタップ制御に使用するＳＶＲ二次側電圧Ｖｓｖｒ、通過電流Ｉｓｖｒ、通過電流力率ｃｏｓθ、ＳＶＣ出力電流Ｉｓｖｃを読み込み、取得する。

ステップＳ２２では、タップ動作判定基準値Ｖｓ、電圧補正量ΔＶｓを、（２）、（３）、（４）式に従って計算する。なおこれらの式の実行に当たって使用するパラメータなどは適宜データベース３５０を参照する。
［数２］
ΔＶｓ＝Ｘｓ×Ｉｓｖｃ （２）
（２）式で求めた電圧補正量ΔＶｓの概念を図４に図示しているが、これは自動電圧調整器ＳＶＲの端子電圧が、無効電力補償装置ＳＶＣが出力なしの場合と、出力ありの場合とで生じる電圧差分を求めたものである。

タップ動作判定基準値Ｖｓは、（１）式を具体的にあらわした（３）式を演算して求められる。
［数３］
Ｖｓ＝Ｖｒｅｆ＋Ｒ・Ｉｓｖｒ・ｃｏｓθ＋Ｘ・Ｉｓｖｒ・ｓｉｎθ
（３）
（３）式のタップ動作判定基準値Ｖｓは無効電力補償装置ＳＶＣの出力による電圧変動分を含んでいるので、（４）式によりこの影響分を除外する。これにより、無効電力補償装置ＳＶＣがないことを想定したタップ動作判定基準値Ｖｓ’が求められる。
［数４］
Ｖｓ’＝Ｖｓ−ΔＶｓ （４）
次のステップＳ２３では、電圧変化量が不感帯の上下限値を逸脱していることを判定する。図７の右側の列では下限値側の逸脱を、左側の列では上限値側の逸脱を判定する。このうち、ステップＳ２３ａでは、不感帯の上限逸脱判定を（５）式によって行う。
［数５］
Ｖｓｖｒ＞Ｖｓ’＋ε （５）
なお、（５）式が満たされなければステップＳ２１に戻り、次の処理時刻の新たな入力をもとに上記処理を繰り返し実行する。

（５）式が成立（不感帯の上限逸脱）するときには、ステップＳ２４ａへ移り、タイマτ１のカウントを増やす。続いてステップＳ２５ａでは、タイマτ１のカウント値を逸脱確認時間Ｔｓｖｒの設定値と比較する。カウント値が設定時間を超過しているとき、ステップＳ２６ａへ移る。

ステップＳ２６ａでは、自動電圧調整器ＳＶＲのタップを、二次側電圧が下がる方向へ変更する。

他方、ステップＳ２３ｂでは不感帯の下限逸脱判定を式（６）によって行う
［数６］
Ｖｓｖｒ＜Ｖｓ’−ε （６）
なお、（６）式が満たされなければステップＳ２１に戻り、次の処理時刻の新たな入力をもとに上記処理を繰り返し実行する。

（６）式が成立（不感帯の下限逸脱）するときには、ステップＳ２４ｂへ移り、タイマτ２のカウントを増やす。続いてステップＳ２５ｂでは、タイマτ２のカウント値を逸脱確認時間Ｔｓｖｒの設定値と比較する。カウント値が設定時間を超過しているとき、ステップＳ２６ｂへ移る。

ステップＳ２６ｂでは、自動電圧調整器ＳＶＲのタップを、二次側電圧が上がる方向へ変更する。

ステップＳ２７は、タップ変更処理後に行われ、タイマτ１およびτ２の値を０に設定し、リセットする。

ステップ２８では、時刻がｔ２（現在値）に至ったら終了とし（図６のステップ３へ移り）、そうでなければステップ２１へ戻る。

以上の一連の処理を通じて自動電圧調整器ＳＶＲのタップ動作判定基準値Ｖｓ’は、無効電力補償装置ＳＶＣの出力が進み側に増大する時により小さな値に修正される。この結果、自動電圧調整器ＳＶＲのタップを上げるように（二次電圧を高くするように）操作することになる。逆に、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ動作判定基準値Ｖｓ’は、無効電力補償装置ＳＶＣの出力が遅れ側に増大する時により大きな値に修正される。この結果、自動電圧調整器ＳＶＲのタップを下げるように（二次電圧を低くするように）操作することになる。

さらにこれらの自動電圧調整器ＳＶＲのタップ操作の影響により、無効電力補償装置ＳＶＣの出力の変動幅を小さくすることができる。このことは、無効電力補償装置ＳＶＣがその出力限界点まで運転する必要がないことを意味する。

次に自動電圧調整器ＳＶＲにデータを送る無効電力補償装置ＳＶＣの動作処理について図８を用いてステップＳ３１〜ステップＳ３５までの各ステップの処理概要を説明する。

ステップＳ３１では、無効電力補償装置ＳＶＣの制御ロジックに従って、例えば電圧一定制御によって出力Ｉｓｖｃを決定する。

ステップＳ３２では、無効電力補償装置ＳＶＣ出力のＩｓｖｃを記憶する。

ステップＳ３３では、通信タイミングであるか（前回の通信実施時刻からΔｔほど経過したか）を判定し、そうであれば、ステップＳ３４へ、それ以外はステップＳ３１へ戻る。

ステップＳ３４では、通信間隔における対象期間（ｔ＝ｔ１〜ｔ２）のＩｓｖｃを、ＳＶＲに送信する。

ステップＳ３５では、記憶しているＩｓｖｃ（ｔ）の時系列データをリセットし、ステップＳ３１へ戻る。

次に図９および図１０を用いて、従来手法による自動電圧調整器ＳＶＲおよび無効電力補償装置ＳＶＣの制御動作例と、本発明による制御動作波形例を示す。

図９は従来手法による系統電圧、自動電圧調整器ＳＶＲタップ、無効電力補償装置ＳＶＣ出力電流に比例する無効電力出力の制御動作波形例を示す。同図上は時間経過に対する自動電圧調整器ＳＶＲ端および無効電力補償装置ＳＶＣ端の電圧値を、同図中は時間経過に対する自動電圧調整器ＳＶＲのタップ番号の移動の変遷を、同図下は時間経過に対する無効電力補償装置ＳＶＣの無効電力出力の変遷を示す。

本事例では、横軸の時間経過として６００秒間（１０分）の期間、無効電力補償装置ＳＶＣの出力上限を±６００ｋｖａｒとし、配電線の負荷が２００秒および４００秒の時点で増加するケースを示している。またこの操作事例では、無効電力補償装置ＳＶＣ端の電圧を、下限電圧ＶＬ（６６００ボルト）から、上限電圧ＶＵ（６８００ボルト）の範囲に制御すべく自動電圧調整器ＳＶＲおよび無効電力補償装置ＳＶＣが制御されている。

この事例では時刻０からの２００秒間は、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ番号が４、無効電力補償装置ＳＶＣの無効電力出力が−１５０（ｋｖａｒ）であり、これにより系統電圧が６６５０ボルトに保持されていた。

これに対し、時刻２００秒での負荷増加に対応して無効電力補償装置ＳＶＣが系統電圧一定を保持すべく作動し、その無効電力出力を下限の−６００（ｋｖａｒ）まで低減させたが、直前の６６５０ボルトには保持できず、若干の電圧低下を生じた。但し、下限電圧ＶＬ（６６００ボルト）には達しないので、自動電圧調整器ＳＶＲはタップ変更制御を行わない。

この状態は、無効電力補償装置ＳＶＣの出力は下限の−６００ｋｖａｒに達しているが、自動電圧調整器ＳＶＲのタップは変更されていない状態である。ここからさらに時刻４００秒において２回目の負荷増加が生じるが、無効電力補償装置ＳＶＣはこれに対応することができない。このため、系統電圧は下限電圧ＶＬ（６６００ボルト）以下となり、自動電圧調整器ＳＶＲでは、その継続時間の監視に入る。

このため、自動電圧調整器ＳＶＲのタップが段階５に切り替わる確認時間の間、自動電圧調整器ＳＶＲ端電圧Ｖｓｖｒおよび無効電力補償装置ＳＶＣ端電圧Ｖｓｖｃともに、下限電圧ＶＬ（６６００ボルト）に対する電圧逸脱が発生している。なお、タップが段階５に切り替わった状態で、自動電圧調整器ＳＶＲ端電圧Ｖｓｖｒは下限電圧以上に回復しても、無効電力補償装置ＳＶＣ端電圧Ｖｓｖｃは下限電圧以上に回復できないこともある。

図１０は、図９と同じ条件下での本発明による自動電圧調整器ＳＶＲおよび無効電力補償装置ＳＶＣの制御動作波形例を示す。図１０の波形を図９の波形と比較しながら説明する。

時刻０からの２００秒間は、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ番号が４、無効電力補償装置ＳＶＣの無効電力出力が−１５０（ｋｖａｒ）であり、これにより系統電圧が６６５０ボルトに保持されていた。このあと、時刻２００秒で負荷増加が発生し、これに対応して無効電力補償装置ＳＶＣが系統電圧一定を保持すべく作動した。ここまでの、前提とする状態は図９の従来事例と同じである。

本発明の場合には、以後の操作において自動電圧調整器ＳＶＲは、無効電力補償装置ＳＶＣが作動していないという想定のもとに二次電圧を推定している。この推定では、時刻２００秒に発生した負荷増加により、二次電圧が下限電圧ＶＬ以下となり、その結果時刻２００秒以後の確認時間が経過した時刻で、自動電圧調整器ＳＶＲはタップ操作を行い、４段階から５段階に引き上げる。

この確認時間の期間中、無効電力補償装置ＳＶＣは、その無効電力出力を下限の−６００（ｋｖａｒ）まで低減させるが、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ変更により、最終的には無効電力出力を例えば−３００（ｋｖａｒ）まで低減させたところで安定化する。またこの確認時間の期間中、系統電圧は無効電力補償装置ＳＶＣが下限の−６００（ｋｖａｒ）まで低減させたことで、下限電圧ＶＵ以上に保持され、その後はタップ操作の影響もあり、例えば６７００ボルトに維持されている。

無効電力補償装置ＳＶＣの出力が−３００ｋｖａｒ、自動電圧調整器ＳＶＲのタップが５段階の状態で、さらに時刻４００秒において２回目の負荷増加が生じる。このときも、無効電力補償装置ＳＶＣは即座に対応してその無効電力出力を下限の−６００（ｋｖａｒ）まで低減させる。

またこのときも自動電圧調整器ＳＶＲは、無効電力補償装置ＳＶＣが作動していないという想定のもとに二次電圧を推定している。この推定では、時刻４００秒に発生した２回目の負荷増加により、二次電圧が下限電圧ＶＬ以下となり、その結果時刻４００秒以後の確認時間が経過した時刻で、自動電圧調整器ＳＶＲはタップ操作を行い、５段階から６段階に引き上げる。

自動電圧調整器ＳＶＲのタップが段階６に切り替わる確認時間の間、自動電圧調整器ＳＶＲ端電圧Ｖｓｖｒは、電圧逸脱が発生している。しかし、タップが段階６に切り替わった状態では、無効電力補償装置ＳＶＣ端電圧Ｖｓｖｃも下限電圧ＶＵ以上に回復している。

このように、無効電力補償装置ＳＶＣ出力時に、自動電圧調整器ＳＶＲタップ動作によって電圧制御分担を適切におこなうことで、電圧逸脱の大きさと継続時間を縮小することが可能となることが伺える。また、この結果より、無効電力補償装置ＳＶＣの必要容量が小さくても電圧逸脱時間を短縮できる効果があることが伺える。

本発明による以上のような制御により、電圧逸脱の可能性を小さくでき、また早い周期の電圧変動を抑制するために必要となる他の高速応答可能な電圧制御機器の必要容量を削減できる効果がある。

また、無効電力補償装置ＳＶＣの出力履歴を、間隔をおいてまとめて自動電圧調整器ＳＶＲで取得することで、通信網の伝送容量や通信間隔などの性能が低い場合でも、協調制御が可能となり、通信設備コストや必要な通信帯域を削減できる効果がある。

以上のように、無効電力補償装置ＳＶＣの状態に応じて、自動電圧調整器ＳＶＲのタップ変更制御を行うことで、電圧維持を効率的に行うこと可能となる。

配電系統の電圧を調整する電圧調整装置として活用することができる。また、電圧調整装置であるＳＶＲや配電用変電所ＬＲＴの制御システムや無効電力補償装置ＳＶＣの制御システムとして活用することがきる。また、配電系統において、太陽光発電などの分散電源の増設に対応した、電圧維持対策、配電設備利用率向上対策として活用することが可能となる。

１００：配電系統
１１０：配電用変電所
１２０：ノード
１３０：太陽光発電装置
１４０：配電線路
１５０：負荷
１６０：ＳＶＣ
１７０：センサ
３００：ＳＶＲ
３０２：タップチェンジャ
３０３：単巻変圧器
３０５：変圧器
３１０：タップ制御装置
ＣＴ：電流センサ
ＰＴ：電圧センサ
３２０：制御装置の計測部
３３０：ＬＤＣ
３４０：ＳＶＣ出力履歴把握装置
３５０：データベース

Claims (11)

1. 末端側に無効電力補償装置を備えた配電系統に設置され、タップ位置を調整して二次側電圧を所定の制限値内に調整する配電系統の電圧調整装置において、
   前記二次側電圧を推定する第１の手段、推定した二次側電圧を前記無効電力補償装置の出力から求めた補正分により補正した補正電圧を得る第２の手段、前記補正電圧と前記所定の制限値を比較し、前記補正電圧が前記所定の制限値を逸脱するときに前記タップ位置の操作を実行する第３の手段を備えることを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
2. 請求項１に記載の配電系統の電圧調整装置において、
   前記第２の手段の補正電圧は、前記無効電力補償装置の出力が進み側に増大する時により小さな値に補正修正され、前記無効電力補償装置の出力が遅れ側に増大する時により大きな値に修正されることを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
3. 請求項１に記載の配電系統の電圧調整装置において、
   前記第３の手段のタップ位置の操作は、前記無効電力補償装置の出力が進み側に増大する時に前記二次側電圧を上げる方向のタップ位置となり、無効電力補償装置の出力が遅れ側に増大する時に前記二次側電圧を下げる方向のタップ位置とされることを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
4. 請求項１に記載の配電系統の電圧調整装置において、
   前記第２の手段の補正電圧は、前記無効電力補償装置の出力がないときの前記二次側電圧を求めたものであることを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
5. 請求項１に記載の配電系統の電圧調整装置において、
   前記第２の手段は、前記推定した二次側電圧に前記無効電力補償装置の出力から求めた補正分を加算した補正電圧を求め、前記第３の手段は、前記補正電圧が所定の上限値以上の期間が所定時間以上継続することをもって前記タップ位置のタップ下げ操作を実行し、また補正電圧が所定の下限値以下の期間が所定時間以上継続することをもって前記タップ位置のタップ上げ操作を実行することを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
6. 請求項１から請求項２のいずれかに記載の配電系統の電圧調整装置において、無効電力補償装置の出力履歴データを受け取り、過去の一定期間内のタップ指令値を求めることを特徴とする配電系統の電圧調整装置。
7. 配電系統末端側に備えた無効電力補償装置により電圧制御を行うとともに、配電系統上流側に備えた電圧調整装置のタップ位置調整により電圧制御を行う配電系統の電圧調整方法において、
   前記電圧調整装置のタップ位置調整は、前記電圧調整装置の二次側電圧を推定し、推定した二次側電圧を前記無効電力補償装置の出力から求めた補正分により補正した補正電圧を得、前記補正電圧と所定の制限値を比較し、前記補正電圧が前記所定の制限値を逸脱するときに前記タップ位置の操作を実行することを特徴とする配電系統の電圧調整方法。
8. 請求項７に記載の配電系統の電圧調整方法において、
   前記補正電圧は、前記無効電力補償装置の出力が進み側に増大する時により小さな値に補正修正され、前記無効電力補償装置の出力が遅れ側に増大する時により大きな値に修正されることを特徴とする配電系統の電圧調整方法。
9. 請求項７に記載の配電系統の電圧調整方法において、
   前記タップ位置の操作は、前記無効電力補償装置の出力が進み側に増大する時に前記二次側電圧を上げる方向のタップ位置となり、無効電力補償装置の出力が遅れ側に増大する時に前記二次側電圧を下げる方向のタップ位置とされることを特徴とする配電系統の電圧調整方法。
10. 請求項７に記載の配電系統の電圧調整方法において、
    前記補正電圧は、前記無効電力補償装置の出力がないときの前記二次側電圧を求めたものであることを特徴とする配電系統の電圧調整方法。
11. 配電系統の上流側に設けられタップ位置を調整して二次側電圧を所定の制限値内に調整する電圧調整装置と、配電系統の下流側に設けられた無効電力補償装置を備えた配電系統の電力制御システムにおいて、
    前記無効電力補償装置は配電系統の電圧を一定に制御し、
    前記電圧調整装置は、タップ付変圧器の二次側電圧を推定する第１の手段、前記推定した二次側電圧を前記無効電力補償装置の発電出力から求めた補正分により補正した補正電圧を得る第２の手段、前記補正電圧と前記所定の制限値を比較し、前記補正電圧が前記所定の制限値を逸脱するときに前記タップ付変圧器のタップ操作を実行する第３の手段と、無効電力補償装置の発電出力情報を前記電圧調整装置に伝送する第４の手段を備えることを特徴とする配電系統の電力制御システム。

Images