JP6220438B1 - 電圧変動補償装置並びに送配電系統の運用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】系統操作等で予期できる電圧変動を補償するＳＴＡＴＣＯＭの出力電流を抑制できる電圧変動補償装置並びに送配電系統の運用方法を提供する。【解決手段】送配電系統の電源側からタップ付き変圧器を介しＳＴＡＴＣＯＭを接続した構成の電圧変動補償装置で、ＳＴＡＴＣＯＭは、無効電力の出力制御する無効電力制御部と無効電力補償装置連系点の電圧変動を補償する交流電圧制御部を備え、送配電系統の電圧と無効電力の第１の状態で、無効電力制御部により、発生予定の電圧変動を補償する無効電力とは逆符号の無効電力をＳＴＡＴＣＯＭから出力させる第１の手段と、第１の手段でＳＴＡＴＣＯＭから出力した無効電力による電圧変動をタップ付き変圧器のタップ位置操作で補償する第２の手段と、ＳＴＡＴＣＯＭを交流電圧制御部に切替え、電圧変動を補償する第３の手段により、電圧変動発生予定時刻前に、送配電系統の電圧と無効電力の第２の状態を形成する。【選択図】図６

Description

本発明は、送電系統や配電系統の電圧変動を補償する電圧変動補償装置並びに送配電系統の運用方法に関する。

送電系統や配電系統（以下、特に区別する必要がない場合には送配電系統と称する）の電圧変動は、タップ付き変圧器と無効電力補償装置の組み合わせにより補償されている。この組み合わせでは、急峻な電圧変動は、無効電力補償装置により補償し、緩やかな電圧変動は、タップ付き変圧器により補償することが一般的である。このことは、例えば、特許文献１に記載されている。

また近年では、無効電力補償装置に関して自励式変換器の普及に伴い、従来のサイリスタとリアクトルから構成されているＴＣＲ（Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅａｃｔｏｒ）に、並列に進相コンデンサを接続した設備に代わり、より高速に制御が可能であり、かつ急峻な電圧変動に対して、補償をより高速に実現できる自励式変換器を使用したＳＴＡＴＣＯＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）が用いられるようになってきている。なお、ＳＴＡＴＣＯＭは一般には、無効電力補償装置と呼ばれているが、本発明ではＳＴＡＴＣＯＭとして説明する。

特開２００２−２８１６６９号公報

送配電系統の電圧変動補償を高速に実現するためには、ＳＴＡＴＣＯＭの採用が好ましいが、ＳＴＡＴＣＯＭには以下に述べる特質があることを考慮する必要がある。

まず、ＳＴＡＴＣＯＭの無効電力の制御範囲は、一般にその変換器の定格容量から決まり、ＳＴＡＴＣＯＭは有効電力をほとんど融通しないため、定格容量が出力可能な最大無効電力となる。

また、進み位相の電流を流す際の変換器の電圧耐量を考慮した設計とすれば、進相無効電力と遅相無効電力はどちらも同じ範囲で制御が可能である。そのため、ＳＴＡＴＣＯＭで制御できる無効電力の範囲は、進相の最大無効電力から遅相の最大無効電力の範囲となるため、大きさで考えれば出力可能な最大無効電力の２倍の無効電力が制御可能ということになる。

他方、送配電系統の電圧変動には、系統事故などの電圧変動量も毎回異なる予期せぬ電圧変動と、ある特定の系統操作などにより、ほぼ一定の大きさで発生する予期できる電圧変動がある。ここで、予期できる電圧変動の具体的な事例としては、揚水発電所における揚水始動がある。揚水発電所では、ほぼ毎日発電と揚水をほぼ同じ時刻に繰り返しており、かつ揚水始動では大容量の発電電動機を電動機として始動することから、送配電系統の電圧変動に与える影響の大きい操作である。

ここで、後者の一定の大きさで発生する電圧変動を補償することを主な目的として使用する電圧変動補償装置においては、発生する電圧変動が電圧上昇もしくは電圧低下の大きさも事前にわかっているとすると、出力すべき進相無効電力や遅相無効電力の大きさの判断が可能である。ＳＴＡＴＣＯＭの採用は、係る用途での電圧変動補償に有効であるといえる。

しかし、ＳＴＡＴＣＯＭは上記したように、最大無効電力の２倍の無効電力が制御可能であるにも関わらず、進相もしくは遅相のどちらかに対しては、定格容量分しか出力できないという課題を有している。

そのため、事前に出力すべき無効電力が進相か遅相かがわかっていたとしても、電圧補償に必要な進相もしくは遅相の無効電力が出力できるような容量のＳＴＡＴＣＯＭとする必要がある。さらに、容量が大きくなると電圧変動を補償するために必要な無効電流も必然的に大きくなってしまう。

また、変圧器の上位系統側で発生した電圧低下について、変圧器の負荷側のみを電圧補償すればよいような場合のとき、変圧器の負荷側に連系されたＳＴＡＴＣＯＭが出力した電流は、変圧器を介して、上位系統側に流れることになる。したがって、変圧器には、負荷電流とＳＴＡＴＣＯＭの和電流が流れることになるので、ＳＴＡＴＣＯＭの出力電流は極力小さいことが望まれる。

以上のことから本発明の目的は、系統操作などによる予期できる急峻な電圧変動に対して、電圧変動を補償するＳＴＡＴＣＯＭの出力電流を従来に比べて低電流に抑えることができる電圧変動補償装置並びに送配電系統の運用方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明においては送配電系統の電源側からタップ付き変圧器を介してＳＴＡＴＣＯＭを接続して構成された電圧変動補償装置であって、ＳＴＡＴＣＯＭは、その出力する無効電力を制御する無効電力制御部と無効電力補償装置連系点の電圧変動を補償する交流電圧制御部を備え、送配電系統における電圧と無効電力の第１の状態において、ＳＴＡＴＣＯＭの無効電力制御部により、発生する予定の電圧変動を補償する無効電力とは逆符号の無効電力をＳＴＡＴＣＯＭから出力させる第１の手段と、第１の手段によりＳＴＡＴＣＯＭから出力した無効電力による電圧変動をタップ付き変圧器のタップ位置操作により補償する第２の手段と、ＳＴＡＴＣＯＭを交流電圧制御部に切り替えて、電圧変動を補償する第３の手段を用いて、送配電系統の電圧変動発生予定時刻前に、送配電系統における電圧と無効電力の第２の状態を形成しておくことを特徴とする。

また本発明においては、電源側からタップ付き変圧器を介してＳＴＡＴＣＯＭを接続して構成されるとともに、電圧変動の発生予定が知られている送配電系統の運用方法であって、送配電系統における電圧と無効電力の第１の状態において、ＳＴＡＴＣＯＭにより、発生する予定の電圧変動を補償する無効電力とは逆符号の無効電力を出力させ、ＳＴＡＴＣＯＭから出力した無効電力による電圧変動を前記タップ付き変圧器のタップ位置操作により補償し、ＳＴＡＴＣＯＭにより電圧変動を補償することで、送配電系統の電圧変動の発生予定時刻前に、送配電系統における電圧と無効電力の第２の状態を形成しておくことを特徴とする。

また本発明においては、電源側からタップ付き変圧器を介してＳＴＡＴＣＯＭを接続して構成されるとともに、揚水発電所の発電電動機を電動機として揚水始動する送配電系統の運用方法であって、送配電系統における電圧と無効電力の第１の状態において、揚水始動により発生する電圧変動を補償する無効電力とは逆符号の無効電力をＳＴＡＴＣＯＭから出力させ、ＳＴＡＴＣＯＭから出力した無効電力による電圧変動をタップ付き変圧器のタップ位置操作により補償し、ＳＴＡＴＣＯＭにより電圧変動を補償することで、揚水始動により発生する電圧変動の発生予定時刻前に、送配電系統における電圧と無効電力の第２の状態を形成しておくことを特徴とする。

本発明によれば、系統操作などによる予期できる急峻な電圧変動に対して、変圧器のタップを利用することで、ＳＴＡＴＣＯＭの出力電流を従来に比べて低電流で電圧変動を補償することができる。

本発明の電圧変動補償装置が適用可能な送配電系統の全体構成を示す図。 ＳＴＡＴＣＯＭの回路構成の一例を示す図。 ＳＴＡＴＣＯＭ制御装置の制御回路構成の一例を示す図。 一般的なＳＴＡＴＣＯＭの出力無効電力と電圧補償量の関係を示す図。 本発明の制御を行ったＳＴＡＴＣＯＭの出力無効電力と電圧補償量の関係を示す図。 本発明の制御を実施するためのフローチャートを示す図。 処理ステップＳ６０３，６０４実行時のＳＴＡＴＣＯＭの出力無効電力と電圧補償量の関係を示す図。 処理ステップＳ６０５実行時のＳＴＡＴＣＯＭの出力無効電力と電圧補償量の関係を示す図。 処理ステップＳ６０７実行時のＳＴＡＴＣＯＭの出力無効電力と電圧補償量の関係を示す図。 処理ステップＳ６０７実行時のＳＴＡＴＣＯＭの出力無効電力と電圧補償量の関係を示す図。 送配電系統上の無効電力、電圧及びタップ位置の関係を時系列的に纏めた図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明の電圧変動補償装置が適用可能な送配電系統の全体構成を表している。送配電系統は、交流系統１０１からタップ付き変圧器１０２を介して電圧が変圧されて、送電線または配電線１０３（以下特に区別する必要がない場合には送配電線と称する）を通じて、他の変電所や需要家に電力が供給される。

本発明に係る電圧変動補償装置は、タップ付き変圧器１０２とＳＴＡＴＣＯＭ１０６（無効電力補償装置）の協調動作により運用される。

タップ付き変圧器１０２の負荷側には計器用変成器１０４が設けられており、計器用変成器１０４で検出した系統電圧がタップ位置調整器１０５に入力されて、系統電圧が上昇もしくは低下した際に、その電圧変動を補償するようにタップ付き変圧器１０２のタップ位置を調整する。

ＳＴＡＴＣＯＭ１０６は、タップ付き変圧器１０２の負荷側の系統に接続される。後述するＳＴＡＴＣＯＭ１０６の電圧や電流の信号が信号線１０８から、ＳＴＡＴＣＯＭ制御装置１０７に入力される。ＳＴＡＴＣＯＭ制御装置１０７では、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６を制御するための演算を行い、生成された制御信号がゲート信号線１０９を介して、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６に伝送されて、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力が制御される。

図２はＳＴＡＴＣＯＭ１０６の回路構成の一例を示している。一般的にＳＴＡＴＣＯＭ１０６は、タップ付き変圧器１０２の負荷側の系統に接続された変換用変圧器２０２と、交直変換を行う自励式変換器２０１と、自励式変換器２０１の直流側に設けられた平滑コンデンサ２０５を主回路の主たる構成要素として構成されている。

また、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の制御のために、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の各部から適宜信号が計測されている。例えば、変換用変圧器２０２の１次側（交流系統側）には、計器用変成器２０３および計器用変流器２０４が設けられている。計器用変成器２０３は系統電圧を検出し、計器用変流器２０４はＳＴＡＴＣＯＭ１０６が交流系統へ出力する電流を検出しており、信号線１０８を通じて図３に詳細構成を示すＳＴＡＴＣＯＭ制御装置１０７に伝送される。

自励式変換器２０１の直流側に接続されている平滑コンデンサ２０５は、自励式変換器２０１の直流出力を平滑する目的で設置されている。このため、自励式変換器２０１の直流側には直流電圧検出器２０６が設けられており、検出した直流電圧が信号線１０８を通じて、ＳＴＡＴＣＯＭ制御装置１０７に伝送される。

ＳＴＡＴＣＯＭ制御装置１０７は信号線１０８より伝送された信号から、後述するＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力無効電力を制御するための演算を行い、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６のゲート信号を生成する。生成されたゲート信号は、ゲート信号線１０９より自励式変換器２０１へ伝送され、自励式変換器２０１のスイッチング素子のゲートに入力される。

図３はＳＴＡＴＣＯＭ制御装置１０７の制御回路構成の一例を示している。以下、図３を用いて、変換器の制御方法について説明する。

ＳＴＡＴＣＯＭ制御装置１０７には、信号線１０８により、計器用変成器２０３の出力である交流系統電圧Ｖ_Ｓ（Ｖ_ＳＵ，Ｖ_ＳＶ，Ｖ_ＳＷ）と、計器用変流器２０４の出力であるＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力電流Ｉ_Ｓ（Ｉ_ＳＵ，Ｉ_ＳＶ，Ｉ_ＳＷ）と、直流電圧検出器２０６の出力である直流電圧Ｖ_ＤＣが入力される。なお電流Ｉ_Ｓ，電圧Ｖ_Ｓの記号に付したＵ，Ｖ，Ｗは、交流の３相を示している。

交流系統電圧Ｖ_Ｓと出力電流Ｉ_Ｓに関しては、制御を行いやすくするため、αβ変換部３０１を介して、１２０°ずつ位相のずれた３相信号から、９０°位相ずれた２相信号に変換する。

その後、αβ変換部３０１にて変換された系統電圧信号（Ｖ_Ｓα，Ｖ_Ｓβ）と出力電流信号（Ｉ_Ｓα，Ｉ_Ｓβ）と直流電圧Ｖ_ＤＣは直流電圧制御部及び交流出力電流制御部及びＰＷＭ制御部３０２に入力され、演算により自励式変換器２０１のゲート信号が生成され、ゲート信号線１０９を通じて出力する。

また無効電力演算部３０３では、αβ変換部３０１にて演算された交流系統電圧（Ｖ_Ｓα，Ｖ_Ｓβ）と出力電流（Ｉ_Ｓα，Ｉ_Ｓβ）から（１）式により、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力無効電力Ｑを算出する。
［数１］
Ｑ＝−Ｖ_Ｓα・Ｉ_Ｓβ＋Ｖ_Ｓβ・Ｉ_Ｓα …（１）
無効電力一定制御部（ＡＱＲ）３０４では、無効電力演算部３０３で算出されたＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力無効電力がフィードバックとして入力され、ＰＩ制御によってフィードバック値Ｑ_ＦＢが無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆと一致するように制御量を出力する。

また交流電圧振幅演算部３０５では、αβ変換部３０１にて演算された交流系統電圧（Ｖ_Ｓα，Ｖ_Ｓβ）から（２）式により、交流系統電圧の振幅Ｖ_ａｍｐを算出する。
［数２］
Ｖ_ａｍｐ＝√（Ｖ_Ｓα ^２＋Ｖ_Ｓβ ^２） …（２）
交流電圧一定制御部（ＡＣ−ＡＶＲ）３０６では、交流電圧振幅演算部３０５で算出された交流系統電圧の振幅Ｖ_ａｍｐがフィードバックとして入力され、ＰＩ制御によってフィードバック値Ｖ_ＦＢ（＝Ｖ_ａｍｐ）が系統電圧指令値Ｖ_ｒｅｆと一致するように制御量を出力する。

選択回路３０７では、無効電力一定制御部（ＡＱＲ）３０４で演算された制御量と交流電圧一定制御部（ＡＣ−ＡＶＲ）３０６で演算された制御量を選択できるようになっており、どちらか任意の制御量を選択して、有効となった制御量を無効電流指令値Ｉ_ｑｒｅｆとして出力し、直流電圧制御部及び交流電流制御部及びＰＷＭ制御部３０２に入力される。

無効電力一定制御部（ＡＱＲ）３０４の制御量が選択されれば、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力無効電力は、無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆとなるように制御され、交流電圧一定制御部（ＡＣ−ＡＶＲ）３０６の制御量が選択されれば、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力無効電力は、交流系統電圧が系統電圧指令値Ｖ_ｒｅｆとなるように制御される。

直流電圧制御部及び交流電流制御部及びＰＷＭ制御部３０２では、平滑コンデンサ２０５の直流電圧を一定とし、さらに上記した選択回路３０７によって、選択された無効電流指令値Ｉ_ｑｒｅｆとなるように、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力電流を制御する。最終的な制御量は、パルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）により自励式変換器のゲート信号が生成され、ゲート信号線１０９を通じて出力する。

一般的なＳＴＡＴＣＯＭにおいて、電圧変動を補償する場合、交流電圧を一定に保つために交流電圧一定制御部（ＡＣ−ＡＶＲ）３０６が用いられる。図４は、そのときのＳＴＡＴＣＯＭの出力無効電力と電圧補償可能量の関係を示したものである。

図４において、左側はＳＴＡＴＣＯＭの出力無効電力を示し、右側は電圧補償可能量を示している。左側のＳＴＡＴＣＯＭの出力無効電力の図は、０を基準として出力できる進相無効電力と遅相無効電力の最大の制御可能量Ｑ_ＭＡＸの絶対値を表している。また右側のＳＴＡＴＣＯＭの電圧補償可能量の図は、Ｖ_Ｓを基準として出力できる上げ側電圧補償可能量と下げ側電圧補償可能量ΔＶの絶対値を表している。

図４に示すようにＳＴＡＴＣＯＭは、出力できる進相無効電力と遅相無効電力の大きさはどちらも同じであり、（３）式の近似式により無効電力が制御できる範囲の電圧変動を電圧補償量として算出することができる。但し、（３）式において、ΔＶはＳＴＡＴＣＯＭの電圧補償可能量、Ｘは交流系統リアクタンスとタップ付き変圧器リアクタンスの和、ΔＱはＳＴＡＴＣＯＭの出力無効電力である。
［数３］
ΔＶ≒Ｘ・ΔＱ…（３）
図４で示しているのは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力無効電力が０のとき、交流系統電圧がＶ_ｓ（電圧変動量が０）であったとすると、交流系統電圧がＶ_ｓから｜ΔＶ｜分の電圧低下が発生しても、ＳＴＡＴＣＯＭが＋Ｑ_ＭＡＸの進相無効電力を出力して、｜ΔＶ｜分の電圧低下を補償して、交流系統電圧としてはＶ_ｓを維持できるということである。

ただし、そのときは、遅相無効電力側は、全く使用されないことになる。例えば、下げ側の電圧補償量は少なくて良く、遅相無効電力側の必要容量が進相無効電力側の容量に対して小さくて良かったとしても、上げ側に電圧補償量が多く必要になるような箇所に設置する場合は、上げ側の電圧補償量相当の進相無効電力を出力できるようにする必要があり、ＳＴＡＴＣＯＭの容量は進相無効電力の容量に合わせて大きくなってしまう。また、ＳＴＡＴＣＯＭが出力する無効電力が大きくなるに合わせて出力電流も大きくなってしまう。

そこで、上記したように下げ側の電圧補償量は少なくて良く、上げ側に電圧補償量が多く必要になるといった電圧変動の補償では、電圧変動が発生する前に、あらかじめ図５に示すような交流系統電圧がＶ_ｓ（電圧変動量が０）のときに、ＳＴＡＴＣＯＭが−Ｑ_βの遅相無効電力を出力している状態とすればよい。具体的には、先に述べた揚水始動が毎日午後９時に開始されることが予め判明しているので、その前に図５の状態にタップ付き変圧器とＳＴＡＴＣＯＭの関係を移しておくのがよい。

図５の状態では、左側のＳＴＡＴＣＯＭの出力無効電力は、―Ｑ_βを基準として出力できる進相無効電力と遅相無効電力の最大の制御可能量Ｑ_ＭＡＸの絶対値を表している。この場合には、進相無効電力の疑似的な制御可能量は｜Ｑ_ＭＡＸ＋Ｑ_β｜であり、遅相無効電力の疑似的な制御可能量は｜Ｑ_ＭＡＸ−Ｑ_β｜である。また右側のＳＴＡＴＣＯＭの電圧補償可能量の図は、この時にＶ_Ｓを基準として出力できる上げ側電圧補償可能量と下げ側電圧補償可能量の絶対値を表している。この場合には、上げ側電圧補償可能量は｜ΔＶ＋ΔＶ_β｜であり、下げ側電圧補償可能量は｜ΔＶ−ΔＶ_β｜である。

図５の関係によれば、交流系統電圧がＶ_ｓ（電圧変動量が０）のときに、−Ｑ_βの遅相無効電力を出力していると、その遅相無効電力を０にしたとき、交流系統の電圧をＶｓから｜ΔＶ_β｜分上昇することになるので、無効電力を０から＋Ｑ_βの進相無効電力としたときと同等の電圧補償が可能となる。

したがって、−Ｑ_βの遅相無効電力を上げ側電圧補償分（擬似的な進相無効電力分）として利用して、上げ側電圧補償量を大きくし、その分遅相無効電力の制御可能な量が減るようにＳＴＡＴＣＯＭが無効電力を出力できれば、ＳＴＡＴＣＯＭを効率的に利用でき、ＳＴＡＴＣＯＭの容量の大型化を招かないということが言える。また、容量の大型化を招かないということは、その分、ＳＴＡＴＣＯＭの出力する電流も低減されることになる。

本発明は、図５に示すような無効電力の制御ができるような電圧変動補償装置の制御方法を検討したものであり、以下にその制御方法の概要について説明する。図６は、その制御のフローチャートである。

本発明に係る電圧変動補償装置の制御方法を示す図６のフローチャートの最初の処理ステップＳ６０１では、電圧変動発生前の段階において、以下に示す処理ステップＳ６０２から処理ステップＳ６０７までを実行完了させる。この電圧変動発生前の状態は、図４に示すようにＳＴＡＴＣＯＭ１０６の初期出力無効電力は０であり、交流系統電圧がＶ_ｓ（電圧変動量が０）であったとし、処理ステップＳ６０１にあるように電圧変動補償装置によって補償したい電圧変動が発生する前に、以下の制御をあらかじめ実施する必要がある。

電圧変動発生前の、具体的な最初の処理ステップＳ６０２では、図３に示したＳＴＡＴＣＯＭ１０６のＳＴＡＴＣＯＭ制御装置１０７において、無効電力一定制御部（ＡＱＲ）３０４を選択する。

次に処理ステップＳ６０３において、無効電力一定制御部（ＡＱＲ）３０４の無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆを−Ｑ_αの遅相無効電力となるように設定し、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６に−Ｑ_αの遅相無効電力を出力させる。このとき（３）式により、その−Ｑ_αの遅相無効電力に応じて、交流系統電圧がＶｓから｜ΔＶ_α｜分低下する。この時の遅相無効電力制御量−Ｑ_αと、遅相無効電力制御量による電圧低下分｜ΔＶ_α｜の関係が図７に示されている。

その際、無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆの−Ｑ_αは、交流系統電圧の低下量｜ΔＶ_α｜が、タップ位置調整器１０５の負側不感帯整定値−Ｖ_ｔｈを超えるレベルとなるような値とする。また、無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆを最終目標値である−Ｑ_αとするまでに一定の傾きでゆっくりと変化させれば、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力する無効電力による急峻な電圧変動を避けることが可能である。

処理ステップＳ６０４において、無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆが−Ｑ_αとなり、実際にＳＴＡＴＣＯＭ１０６から出力される無効電力の値も−Ｑ_αとなれば、無効電力調整完了となる。

他方、タップ位置調整器１０５側についてみると、処理ステップＳ６０４までの制御でＳＴＡＴＣＯＭ１０６が出力した無効電力による電圧変動によって、タップ位置調整器１０５で設定した不感帯を超え、かつこの状態の継続時間が整定時間を経過すると、処理ステップＳ６０５にあるようにタップ位置調整器１０５が交流系統電圧を不感帯内となるようにタップ付き変圧器１０２のタップを調整する。

なお、タップ位置調整器１０５の整定時間の設定により、タップが動作して交流系統電圧が不感帯内になるまでには一定の時間が必要なため、処理ステップＳ６０６にあるように一定時間が経過する待ち時間を設けている。

タップ付き変圧器とＳＴＡＴＣＯＭによる上記の電圧変動発生前の処理操作によって、最終的に、図８のように変圧器の負荷側の交流系統電圧が｜ΔＶ_Ｔ｜分上昇する。したがって、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６が−Ｑ_αの遅相無効電力をしている状態で、変圧器の負荷側の交流系統電圧をタップ位置調整器１０５の不感帯内の電圧レベルＶｓ’とすることができる。なおＶｓ’は、（Ｖ_Ｓ−ΔＶ_α＋ΔＶ_Ｔ）である。

続いて、処理ステップＳ６０７では、図３のＳＴＡＴＣＯＭ制御装置１０７の選択回路３０７において、無効電力一定制御部（ＡＱＲ）３０４から交流電圧一定制御部（ＡＣ−ＡＶＲ）３０６に制御を切り替える。

交流電圧一定制御部（ＡＣ−ＡＶＲ）３０６では、その系統電圧指令値Ｖ_ｒｅｆをＶｓに設定する。これにより図９のように、現在の電圧レベルＶｓ’から系統電圧指令値Ｖ_ｒｅｆのＶｓになるように、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の無効電力が−Ｑ_αから−Ｑ_βに｜Ｑ_ＡＶＲ｜分調整される。

このとき、図１０に示すように、先述したＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力している−Ｑ_βの遅相無効電力を０に戻そうとしたとき、変圧器の負荷側の交流系統電圧がＶｓから｜ΔＶ_β｜分上昇することになるので、無効電力を０から＋Ｑ_βの進相無効電力としたときと同等の電圧補償が可能となる。

したがって、擬似的な進相無効電力の制御可能量は｜Ｑ_ＭＡＸ＋Ｑ_β｜となり、上げ側の電圧補償可能量としては｜ΔＶ＋ΔＶ_β｜となるため、図４に示すような通常のＳＴＡＴＣＯＭに対して、｜ΔＶ_β｜分増加させることができる。

一方、擬似的な遅相無効電力の制御可能量は｜Ｑ_ＭＡＸ−Ｑ_β｜となるため、下げ側の電圧補償可能量としては、逆に｜ΔＶ_β｜分減ることになり｜ΔＶ−ΔＶ_β｜となる。

なお、図１０の−Ｑ_βの遅相無効電力と変圧器の負荷側の交流系統電圧Ｖｓ（電圧変動量が０）の状態を同じ高さとなるように調整すると図５になる。

処理ステップＳ６０１における電圧発生変動前の段階では、処理ステップＳ６０７までを順次実行して、最終的に図５の無効電力と電圧の関係に送配電系統を保持しておく。この状態のまま、予定時刻に電圧変動が発生するのを待つ。

図６のフローチャートの処理ステップＳ６０８では、電圧変動発生時に、電圧変動補償処理を実行完了させる。処理ステップＳ６０８における電圧変動補償処理により、例えば、交流系統１０１において電圧変動が発生し、上記したＳＴＡＴＣＯＭ１０６の状態で、従来に比べて電流を低減しつつ電圧変動を補償することができる。処理ステップＳ６０８の電圧変動補償処理は、処理ステップＳ６０９において電圧変動終了が確認されるまで実行継続される。

電圧変動開始前の状態では、無効電力と電圧の関係は図５に示された状態にあるが、電圧変動終了が確認された状態では、初期の状態である図４の状態に復帰できていないと考えられる。このため、図６のフローチャートのその後の処理ステップＳ６１０から処理ステップＳ６１２では、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６をもとの状態へ戻すことを考える。

復旧処理の最初の処理ステップＳ６１０では、図３のＳＴＡＴＣＯＭ制御装置１０７の選択回路３０７において、交流電圧一定制御部（ＡＣ−ＡＶＲ）３０６から無効電力一定制御部（ＡＱＲ）３０４に制御を切り替える。

次に、処理ステップ６１１では、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆを０に設定し、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力無効電力を０に絞っていく。ここで、無効電力指令値を最終目標値である０とするまでに一定の傾きでゆっくりと変化させれば、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６の出力する無効電力による急峻な電圧変動を避けることが可能である。

その後処理ステップ６１２において、無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆが０となり、実際にＳＴＡＴＣＯＭ１０６から出力される無効電力の値も０となれば、無効電力調整完了となる。

他方、タップ位置調整器１０５側についてみると、処理ステップＳ６１２までの制御でＳＴＡＴＣＯＭ１０６が絞った出力無効電力による電圧変動によって、タップ位置調整器１０５で設定した不感帯を超え、かつこの状態の継続時間が整定時間を経過すると、処理ステップＳ６１３にあるようにタップ位置調整器１０５が交流系統電圧を不感帯内となるようにタップ付き変圧器１０２のタップを調整する。

なお、タップ位置調整器１０５の整定時間の設定により、タップが動作して交流系統電圧が不感帯内になるまでには一定の時間が必要なため、処理ステップＳ６１４にあるように一定時間が経過する待ち時間を設けている。
以上の制御の流れで、ＳＴＡＴＣＯＭ１０６をもとの状態に戻すことができる。ステップ６１５で復旧を確認して終了とする。

以上が、本発明による制御の概要である。図１１は、以上の処理を実行した場合に、送配電系統上の無効電力、電圧及びタップ位置の関係などを時系列的に纏めた図である。電圧変動予定時刻Ｔ以前の段階のＴ１ではＳＴＡＴＣＯＭ１０６の無効電力一定制御３０４の機能により連続的に無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆを下げ、この時電圧も連続的に低下していく。次いで時刻Ｔ２ではタップ付き変圧器のタップ上げ操作を実施し、電圧を急増させる。以降、同様の制御を繰り返し実行して、電圧変動発生予定時刻前の段階では遅れ無効電力が最大となる位置までＳＴＡＴＣＯＭ１０６を操作しておく。予定の電圧変動に対しては、急速に進み無効電力側に移行することで電圧変動を補償する。

変圧変動後の処理は、上記と逆の処理を逐次実行することになる。電圧変動終了予定時刻Ｔ´以後の段階のＴ３ではＳＴＡＴＣＯＭ１０６の無効電力一定制御部３０４の機能により連続的に無効電力指令値Ｑ_ｒｅｆを上げ、この時電圧は連続的に上昇していく。次いで時刻Ｔ４ではタップ付き変圧器のタップ下げ操作を実施し、電圧を急減させる。以降、同様の制御を繰り返し実行して、初期状態に戻しておく。

１０１：交流系統
１０２：タップ付き変圧器
１０３：送配電線
１０４：計器用変成器
１０５：タップ位置調整器
１０６：ＳＴＡＴＣＯＭ
１０７：ＳＴＡＴＣＯＭ制御装置
１０８：信号線
１０９：ゲート信号線
２０１：自励式変換器
２０２：変換用変圧器
２０３：計器用変成器
２０４：計器用変流器
２０５：平滑コンデンサ
２０６：直流電圧検出器
３０１：αβ変換部
３０２：直流電圧制御部及び交流電流制御部及びＰＷＭ制御部
３０３：無効電力演算部
３０４：無効電力一定制御（ＡＱＲ）部
３０５：交流電圧振幅演算部
３０６：交流電圧一定制御（ＡＣ−ＡＶＲ）部
３０７：選択回路
Ｉ_ｑｒｅｆ：無効電流指令値

Claims (9)

1. 送配電系統の電源側からタップ付き変圧器を介してＳＴＡＴＣＯＭを接続して構成された電圧変動補償装置であって、
   前記ＳＴＡＴＣＯＭは、その出力する無効電力を制御する無効電力制御部と無効電力補償装置連系点の電圧変動を補償する交流電圧制御部を備え、
   前記送配電系統における電圧と無効電力の第１の状態において、前記ＳＴＡＴＣＯＭの前記無効電力制御部により、発生する予定の電圧変動を補償する無効電力とは逆符号の無効電力を前記ＳＴＡＴＣＯＭから出力させる第１の手段と、該第１の手段により前記ＳＴＡＴＣＯＭから出力した無効電力による電圧変動を前記タップ付き変圧器のタップ位置操作により補償する第２の手段と、前記ＳＴＡＴＣＯＭを前記交流電圧制御部に切り替えて、電圧変動を補償する第３の手段を用いて、送配電系統の電圧変動発生予定時刻前に、前記送配電系統における電圧と無効電力の第２の状態を形成しておくことを特徴とする電圧変動補償装置。
2. 請求項１に記載の電圧変動補償装置であって、
   予定時刻に発生した電圧変動に対して、前記ＳＴＡＴＣＯＭは、発生する予定の電圧変動を補償する無効電力を与える第４の手段を備えることを特徴とする電圧変動補償装置。
3. 請求項２に記載の電圧変動補償装置であって、
   前記ＳＴＡＴＣＯＭが、発生予定の電圧変動を補償する無効電力を与えたのち、前記送配電系統における電圧と無効電力の第１の状態に復旧すべく、前記タップ付き変圧器及びＳＴＡＴＣＯＭを操作する第５の手段を備えることを特徴とする電圧変動補償装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電圧変動補償装置であって、
   前記ＳＴＡＴＣＯＭは、前記タップ付き変圧器側に設けられた変換用変圧器と、交直変換を行う自励式変換器と、自励式変換器２０１の直流側に設けられた平滑コンデンサを主回路の主たる構成要素として構成されていることを特徴とする電圧変動補償装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電圧変動補償装置であって、
   送配電系統は揚水発電所を含み、前記発生する予定の電圧変動は、揚水発電機の発電電動機を電動機として揚水始動することにより生じる電圧変動であることを特徴とする電圧変動補償装置。
6. 電源側からタップ付き変圧器を介してＳＴＡＴＣＯＭを接続して構成されるとともに、電圧変動の発生予定が知られている送配電系統の運用方法であって、
   送配電系統における電圧と無効電力の第１の状態において、前記ＳＴＡＴＣＯＭにより、発生する予定の電圧変動を補償する無効電力とは逆符号の無効電力を出力させ、前記ＳＴＡＴＣＯＭから出力した無効電力による電圧変動を前記タップ付き変圧器のタップ位置操作により補償し、前記ＳＴＡＴＣＯＭにより電圧変動を補償することで、送配電系統の電圧変動の発生予定時刻前に、送配電系統における電圧と無効電力の第２の状態を形成しておくことを特徴とする送配電系統の運用方法。
7. 請求項６に記載の送配電系統の運用方法であって、
   予定時刻に発生した電圧変動に対して、前記ＳＴＡＴＣＯＭは、発生する予定の電圧変動を補償する無効電力を与えることを特徴とする送配電系統の運用方法。
8. 請求項７に記載の送配電系統の運用方法であって、
   前記ＳＴＡＴＣＯＭが、発生予定の電圧変動を補償する無効電力を与えたのち、前記送配電系統における電圧と無効電力の第１の状態に復旧すべく、前記タップ付き変圧器及びＳＴＡＴＣＯＭを操作することを特徴とする送配電系統の運用方法。
9. 電源側からタップ付き変圧器を介してＳＴＡＴＣＯＭを接続して構成されるとともに、揚水発電所の発電電動機を電動機として揚水始動する送配電系統の運用方法であって、
   送配電系統における電圧と無効電力の第１の状態において、前記揚水始動により発生する電圧変動を補償する無効電力とは逆符号の無効電力を前記ＳＴＡＴＣＯＭから出力させ、前記ＳＴＡＴＣＯＭから出力した無効電力による電圧変動を前記タップ付き変圧器のタップ位置操作により補償し、前記ＳＴＡＴＣＯＭにより電圧変動を補償することで、前記揚水始動により発生する電圧変動の発生予定時刻前に、送配電系統における電圧と無効電力の第２の状態を形成しておくことを特徴とする送配電系統の運用方法。

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