JP6462545B2

JP6462545B2 - 電圧調整機器の整定値算出装置及び方法

Info

Publication number: JP6462545B2
Application number: JP2015190616A
Authority: JP
Inventors: 健太古川; 陽平片山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2015-09-29
Filing date: 2015-09-29
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-09-29
Also published as: JP2017070025A

Description

本発明は、電圧自動調整器の整定値を設定する電圧自動調整器の整定値算出装置及び方法に関する。

配電系統の電圧は、配電用変電所の変圧器（ＬＲＴ：ＬｏａｄＲａｔｉｏＴａｐ‐ｃｈａｎｇｅｒ）のタップ切替や電圧自動調整器（ＳＶＲ：ＳｔｅｐＶｏｌｔａｇｅＲｅｇｕｌａｔｏｒ）のタップ切替によって制御される。これらの装置には、系統の電圧低下を補償するようにＬＲＴ、ＳＶＲの二次側電圧（出力電圧）を決定する制御装置であるＬＤＣ（ＬｉｎｅＤｒｏｐＣｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）が設置されている。このＬＤＣのパラメータの決定手法として、次のような手法が示されている。

特許文献１では計測データを利用し、ＳＶＲ通過有効電力Ｐｓｖｒ、無効電力Ｑｓｖｒに相当する計測データを基に、まず、分析対象期間内では配電系統の分析対象ノードの電圧上下限値範囲内となるような電圧自動調整器の出力電圧理想値Ｖｓを求め、次に、この理想値Ｖｓと配電系統の電気量の計測値との相関を重回帰分析することによって、電圧自動調整器の整定値を決定する手法が開示されている。

特開２０１０‐２２０２８３

上記特許文献１に記載の方法を用いて、通年あるいは期間毎のＬＤＣ最適整定値を算出し、電圧余裕度の高くなる運用方法を見出すことができる。これに加えてさらに運用期間の分割を行うことで精度の高い運用を可能とすることができる。しかし、現在のところ運用期間の分割位置の決め方に関する方法はなく、また計画問題としても組み合わせ問題と定義され、既存手法による計算手法では分割位置の解を導出することは精度の点で課題がある。

本発明は、電圧調整機器を適切に運用可能な運用期間を決定し、各運用期間における整定値を求めることを目的とする。

上記課題を解決する為に本発明は、電力系統に設置される電圧調整機器の制御に係る整定値を算出する電圧調整機器の整定値算出装置において、前記電力系統に設置される計測機器から実測データを収集する計測値収集部と、所定の運用期間における複数の負荷断面の実測データに基づいて潮流計算を行い、前記潮流計算の結果に基づいて前記整定値の制約条件を求め、前記制約条件を満たす前記運用期間を算出する整定値運用期間算出計算部と、前記で算出した各運用期間の制約条件に基づいて前記整定値を算出する整定値算出計算部と、を備えることを特徴とする。

本発明で分割した運用期間に基づき、各運用期間での適切な整定値で電圧調整機器を運用することにより、電圧を適正範囲内に収めた配電系統の運用が可能となる。

本発明の関わるシステム構成例を示す。整定値運用期間導出処理フローを示す。送出電圧許容範囲説明図を示す。運用期間決定イメージ図を示す。各運用期間における整定値決定イメージ図を示す。

以下に、電圧調整機器の整定値パラメータをＬＤＣ抵抗値Ｚ、ＬＤＣ基準電圧Ｖｒｅｆを例とし、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明が関わるシステム構成例である。

本発明を構成する電圧調整機器の整定値算出装置１０は、計測機器１０５から計測値収集部１０２が収集して計測値記憶部１０３に記録された実測データを用いて、整定値運用期間算出計算部１００が、時刻ｔの負荷断面において潮流計算等によって算出される電圧調整機器の通過電流Ｉｖｒ（ｔ）（ｖｒ：ＶｏｌｔａｇｅＲｅｇｕｌａｔｏｒ）、力率Ｐｈｖｒ（ｔ）、送出電圧Ｖｖｒ（ｔ）、電圧調整機器Ａ１０６が管理する電圧管理範囲１０８の各点ｉにおける電圧Ｖ（ｉ,ｔ）、各点における上限電圧ＶＵ（ｉ）、下限電圧ＶＬ（ｉ）を元に運用期間の分割を行うものである。

系統の接続情報や線路インピーダンスなどの潮流計算等に必要なデータは系統情報記憶部１０４に保存されているものとする。

整定値運用期間算出計算部１００が算出した結果を元に、整定値算出計算部１０１が各期間の最適整定値を算出し、自動又はユーザにより電圧調整機器Ａ１０６の整定を変更する。

整定値算出計算部１０１が算出した各期間の最適整定値を表示し、表示内容を確認したユーザが電圧調整機器Ａ１０６の整定値を変更する場合や、通信等を用いて直接電圧調整機器Ａ１０６に対して整定値変更の指令を行う場合等が考えられる。

尚、電圧調整機器の整定値算出装置１０は、ハードディスク、メモリ、ＣＰＵ、入出力装置、及び装置間を接続する通信バス等で構成される。

次に、整定値運用期間算出計算部１００における電圧調整機器Ａ１０６の整定値の運用期間の分割方法を図２に示し、主な処理手順を以下のステップ毎に説明する。

ステップ０でデータセットの作成を行う。

運用期間の分割を開始する日時を基点として、最小単位の運用期間Ｊ_０（年間、月間、日間、時間など）に含まれる全ての時刻ｔの負荷断面において、過去の実測、又は推定値から潮流計算等を行い、Ｖｖｒ（ｔ）、Ｉｖｒ（ｔ）、Ｐｈｖｒ（ｔ）、Ｖ（ｉ,ｔ）、ＶＵ（ｉ）、ＶＬ（ｉ）のデータセットを作成する。

ステップ１で電圧尤度計算を行う。

運用期間Ｊ_０に含まれる全ての負荷断面ｔにおける電圧管理範囲において、地点ｉのＶＵ（ｉ）とＶ（ｉ、ｔ）の差分の最小値を上限電圧尤度と定義し、ΔＶＵ（ｔ）と表す。また、地点ｉのＶ（ｉ、ｔ）とＶＬ（ｉ）の差分の最小値を下限電圧尤度と定義し、ΔＶＬ（ｔ）と表す。ΔＶＵ（ｔ）とΔＶＬ（ｔ）は下記のように計算することができる。

（数１）
ΔＶＵ（ｔ）＝ｍｉｎ（ＶＵ（ｉ）−Ｖ（ｉ,ｔ））
ΔＶＬ（ｔ）＝ｍｉｎ（Ｖ（ｉ,ｔ）−ＶＬ（ｉ））

ステップ２で電圧調整機器設置点における送出電圧許容範囲の算出を行う。

運用期間Ｊ_０に含まれる全ての負荷断面ｔの電圧調整機器の設置点における電圧上下限に対する送出電圧許容範囲の上限Ｖｖｒｍａｘ（ｔ）と下限Ｖｖｒｍｉｎ（ｔ）は、ステップ１で算出した上限電圧尤度ΔＶＵ（ｔ）と下限電圧尤度ΔＶＬ（ｔ）を用いて、次のように計算することができる。

（数２）
Ｖｖｒｍａｘ（ｔ）＝Ｖｖｒ（ｔ）＋ΔＶＵ（ｔ）
Ｖｖｒｍｉｎ（ｔ）＝Ｖｖｒ（ｔ） −ΔＶＬ（ｔ）

ステップ３で各負荷断面における不等式制約条件を設定する。

運用期間Ｊ_０に含まれる全ての負荷断面ｔにおいて、整定値をＺ、Ｖｒｅｆと設定した場合の電圧調整機器が制御する送出電圧の想定値Ｖｖｒ´（ｔ）は、以下のように表すことができる。

（数３）
Ｖｖｒ´（ｔ）＝Ｚ×Ｉｖｒ（ｔ）＋Ｖｒｅｆ

ここで、Ｖｖｒ´（ｔ）がステップ２で算出した送出電圧許容範囲内であれば、電圧維持が可能と見なし、整定値Ｚ、Ｖｒｅｆについて以下の不等式によって制約条件を設定する。

（数４）
Ｚ×Ｉｖｒ（ｔ）＋Ｖｒｅｆ＜Ｖｖｒｍａｘ（ｔ）
Ｚ×Ｉｖｒ（ｔ）＋Ｖｒｅｆ≧Ｖｖｒｍｉｎ（ｔ）

送出電圧許容範囲を示した図を図３に示す。

ステップ４で運用期間の決定を行う。

運用期間Ｊ_０において、全ての負荷断面ｔにおける不等式制約を満たす整定値（Ｚ及びＶｒｅｆ）が存在しない場合、運用期間を短縮するか、系統対策により上下限電圧尤度を拡大させる必要があるため、処理を中断する。整定値が存在する場合、さらに運用期間を拡大して運用期間Ｊ_ｋ＝Ｊ_ｋ−１＋Ｎ（ｋ＝１、２、３…、Ｎは期間分割幅であり、年間、月間、日間、時間など)の全ての負荷断面ｔについて、ｋ＝１から順に制約条件を満たす整定値(Ｚ及びＶｒｅｆ)の有無の判定をステップ１〜ステップ３のＪ_０をＪｋとして繰り返す。

ステップ５で次の運用期間の決定を行う。

運用期間Ｊｋ（ｋ＝１、２、３…）において、整定値が存在しない場合は運用期間Ｊ_ｋ−１を一つの整定値で運用を行う期間と決定し、運用期間Ｊ_ｋ−１の次の期間を新たな整定値で運用する検討対象の運用期間Ｊ_０とし、以下ステップ０〜ステップ４を繰り返す。

運用期間Ｊ_１と運用期間Ｊ_２で運用期間を分割したイメージを図４に示す。

図４は、運用期間Ｊ_０と運用期間Ｊ_１を含めた送出電圧許容範囲、運用期間Ｊ_２の送出電圧許容範囲を示している。尚、運用期間Ｊ_０Ｊ_１Ｊ_２を含めた整定値の解は存在せず、このように期間分割を行うことで、適正電圧を維持する整定値の設定が可能となる。

整定値算出計算部１０１で分割後の運用期間における整定値の決定を行う。

整定値の運用を分割した期間毎にステップ３で設定した制約条件下において、最適計算等で各運用期間における整定値を算出する。算出方法は、例えば特許文献１に記載された方法等を用いる。図５のように、運用期間Ｊ_０と運用期間Ｊ_１を含めた送出電圧許容範囲においては、整定値Ｚ_１、Ｖｒｅｆ_１を計算し、運用期間Ｊ_２の送出電圧許容範囲においては、Ｚ_２、Ｖｒｅｆ_２を計算して求める。

以上のように、適性電圧内の制約条件を運用期間の分割の際の必要条件とし、それによって決定された各運用期間において制約条件内（適性電圧維持内）の電圧維持の指標に関わる目的関数を立てることで、必要最低限の整定値変更によって電力系統における電圧品質を向上させることが可能となる。

１０電圧調整機器の整定値算出装置
１００整定値運用期間算出計算部
１０１整定値算出計算部
１０２計測値収集部
１０３計測値記憶部
１０４系統情報記憶部
１０５計測機器
１０６電圧調整機器Ａ
１０７電圧調整機器Ｂ
１０８電圧調整機器Ａの電圧管理範囲

Claims

電力系統に設置される電圧調整機器の制御に係る整定値を算出する電圧調整機器の整定値算出装置において、
前記電力系統に設置される計測機器から実測データを収集する計測値収集部と、
所定の運用期間における複数の負荷断面の実測データに基づいて潮流計算を行い、前記潮流計算の結果に基づいて前記整定値の制約条件を求め、前記制約条件を満たす前記運用期間を算出する整定値運用期間算出計算部と、
前記で算出した各運用期間の制約条件に基づいて前記整定値を算出する整定値算出計算部と、
を備えることを特徴とする電圧調整機器の整定値算出装置。
請求項１に記載の電圧調整機器の整定値算出装置は、
前記実測データを保存する計測値記憶部を更に備え、
前記整定値運用期間算出計算部は、
前記計測値記憶部に保存される実測データ、及び前記実測データから推定した値に基づいて前記潮流計算を行うことを特徴とする電圧調整機器の整定値算出装置。
請求項１に記載の電圧調整機器の整定値算出装置において、
前記整定値運用期間算出計算部は、
前記電圧調整機器が管理する電力系統の電圧管理範囲の各点における電圧、前記各点における上限電圧及び下限電圧を前記潮流計算によって求め、
各点における前記上限電圧と前記電圧との差分の最小値から上限電圧尤度、及び前記電圧と前記下限電圧との差分の最小値から下限電圧尤度を求め、前記上限電圧尤度及び前記下限電圧尤度に基づいて前記電圧調整機器の送出電圧の範囲を規定する前記制約条件を求めること
を特徴とする電圧調整機器の整定値算出装置。
請求項１に記載の電圧調整機器の整定値算出装置において、
前記潮流計算の結果には、前記電圧調整機器の通過電流、前記電圧調整機器の力率、前記電圧調整機器の送出電圧、前記電圧調整機器が管理する電力系統の電圧管理範囲の各点における電圧、前記各点における上限電圧、及び前記各点における下限電圧が含まれることを特徴とする電圧調整機器の整定値算出装置。
請求項１に記載の電圧調整機器の整定値算出装置において、
前記整定値運用期間算出計算部は、
所定の運用期間において前記制約条件を満たす場合は、前記所定の運用期間を拡大した運用期間で再度前記制約条件の計算を行うことを特徴とする電圧調整機器の整定値算出装置。
請求項５に記載の電圧調整機器の整定値算出装置において、
前記整定値運用期間算出計算部は、
前記拡大した運用期間において前記制約条件を満たさない場合は、一つの前記整定値を算出する運用期間を前記所定の運用期間と決定し、新たな前記整定値を算出する運用期間について、前記制約条件の計算を行うことを特徴とする電圧調整機器の整定値算出装置。
請求項５に記載の電圧調整機器の整定値算出装置において、
前記整定値運用期間算出計算部は、
前記拡大した運用期間において前記制約条件を満たす場合は、前記拡大した運用期間をさらに拡大した運用期間で再度前記制約条件の計算を行うことを特徴とする電圧調整機器の整定値算出装置。
請求項１に記載の電圧調整機器の整定値算出装置は、
前記電力系統の接続情報、線路インピーダンスを含む系統情報を保存する系統情報記憶部を更に備えることを特徴とする電圧調整機器の整定値算出装置。
請求項１に記載の電圧調整機器の整定値算出装置において、
前記整定値には、ＬＤＣ抵抗値Ｚ及びＬＤＣ基準電圧Ｖｒｅｆを含むことを特徴とする電圧調整機器の整定値算出装置。
電力系統に設置される電圧調整機器の制御に係る整定値を算出する電圧調整機器の整定値算出方法において、
前記電力系統に設置される計測機器から実測データを収集し、所定の運用期間における複数の負荷断面の実測データに基づいて潮流計算を行い、前記潮流計算の結果に基づいて前記整定値の制約条件を求め、前記制約条件を満たす前記運用期間を算出し、前記で算出した各運用期間の制約条件に基づいて前記整定値を算出することを特徴とする電圧調整機器の整定値算出方法。