JP6786423B2 - 送電システム - Google Patents
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Description
また、従来の送電システムの一形態のように、直流送電と交流送電の組合せが用いられた場合、直流送電方式のコストが高いという問題点があった。
(1)系統の結線: 単線結線図を図3に示す。
(2)電源系統の電圧: 220kV
(3)電源系統の短絡容量: 9500MVA(短絡電流25kA)
(4)低圧側母線の電圧: 66kV
(5)第1の変圧器の定格容量: 100MVA
(6)第1の変圧器のバンク数: 2バンク
(7)第1の変圧器の1次/2次定格電圧: 220/66kV
(8)第1の変圧器の短絡インピーダンス(以下、%Zと略す): 上記電圧クラスで標準的に採用されている15%(以下、標準%Zと呼ぶ)とする。
(9)定格周波数: 60Hz
(10)長距離ケーブルの電圧: 66kV
(11)長距離ケーブルの長さ: 100km
(12)長距離ケーブルの種別: 架橋ポリエチレンケーブル、325mm2、3心、海底ケーブル
(13)長距離ケーブルの回線数: 2回線
(14)第1の変圧器のバンク数とケーブル回線数の組合せ: 4ケース、図4に4ケースを示す。
(15)共振周波数の変化幅: 第1の変圧器タップ変化、電源系統の短絡容量の変動、各機器、設備の製作誤差、電力ケーブル長さの敷設誤差、その他の誤差を考慮した、求めた共振周波数に対する±10%
ケース(A): 全設備が運転されている状態[バンク数2・ケーブル数2の状態]
ケース(B): 変圧器1バンクが停止した状態[バンク数1・ケーブル数2の状態]
ケース(C): ケーブル1回線が停止した状態[バンク数2・ケーブル数1の状態]
ケース(D): 変圧器1バンクとケーブル1回線が停止した状態[バンク数1・ケーブル数1の状態]
図6(a)に、図4のケース(A)の共振に関する等価回路を示す。なお,分布定数回路である電力ケーブル7は、インダクタンスを2分割しLc/2を2つ直列に設け、中間に電力ケーブルの対地静電容量Ccが接続されたT形回路で表現される。電源系統2の対地静電容量CG、第1の変圧器5の対地静電容量CTR、第2の変圧器10の対地静電容量CD等の他の静電容量は、電力ケーブル7の対地静電容量Ccに比べ、十分に小さいので無視することができる。
(定数1) ・・・ (系統条件1)における系統定数、1回線の場合
L0:(式1)で求める高調波領域でのインダクタンス合成値 ・・・ 35.04mH
LG: 電源系統のインダクタンス ・・・ 66kV換算 1.21mH
LTR: 第1の変圧器の漏れインダクタンス ・・・ 17.33mH
Lc: 電力ケーブルのインダクタンス
・・・ 高調波領域にて33.0mH、0.330mH/km
商用周波領域にて39.6mH、0.396mH/km
Cc: ケーブルの静電容量 ・・・ 20.10μF、0.201μF/km
(1)以下を有する複数の共振回避ユニット。
(1−1)電源高圧を低圧に変換する第1の変圧器。
(1−2)前記第1の変圧器の低圧側に直列に接続された直列リアクトル。
(1−3)前記直列リアクトルに直列に接続された電力ケーブル。
(2)複数の前記共振回避ユニットは、以下の特徴を有する。
(2−1)複数の前記共振回避ユニットの前記直列リアクトルは、前記電源系統の第3次高調波、第5次高調波および第7次高調波との共振を避けたインダクタンス値に設定される。
(2−2)複数の前記共振回避ユニットは、前記第1の変圧器と前記直列リアクトルの接続点および前記直列リアクトルと前記電力ケーブルの接続点で、相互に電気的に接続されない。
(2−3)複数の前記共振回避ユニットにより、電源供給側の電源と負荷側に設置された第2の変圧器が接続される。
[1.構成]
図1を参照して本実施形態の一例としての送電システムについて説明する。なお、本実施形態において、同一構成の装置や部材が複数ある場合にはそれらについて同一の番号を付して説明を行い、また、同一構成の個々の装置や部材についてそれぞれを説明する場合に、共通する番号にアルファベットの添え字を付けることで区別する。
[1−2−1.送電システム全体の作用]
本送電システムにおいて、電源1からの電力は、電源送電線2を介し第1の変電所3に送電される。第1の変電所3に送電された電力は、高圧側母線4の電圧が、第1の変圧器5により送電に適した電圧に降圧される。第1の変圧器5は、2台以上である。
LS: 直列リアクトル11のインダクタンス
LS−max: 電圧降下の面から送電限界となる直列リアクトル11のインダクタンス
LTR: 第1の変圧器5の漏れインダクタンス
LG: 電源系統のインダクタンス
Lc: 電力ケーブル7のインダクタンス
Cc: 電力ケーブル7の静電容量
k: 系統定数の誤差や変動があるため考慮すべき共振周波数の変化幅。%で表す。
f3: 第3次高調波周波数
fΔ3: 第3次高調波に対して共振が発生しないための周波数余裕度(例:15Hz)
f5: 第5次高調波周波数
fΔ5: 第5次高調波に対して共振が発生しないための周波数余裕度(例:15Hz)
最初に、直列リアクトル11のインダクタンスLSの%表現と変圧器漏れインダクタンスLTRの関係を定義する。直列リアクトル11のインダクタンスLSと、それを換算したインピーダンスZLの関係は、(式11)のとおりとなる。なお、抵抗分は十分に小さいので無視することができる。
次に、図15〜図17を用いて、第1実施形態における共振周波数について説明する。図15は、本実施形態における第1の変圧器5が2バンクの場合である。本実施形態の送電システムでは、下記の(回路構成の種類2)に示すケース(X)とケース(Y)2つの回路構成が発生する。
ケース(X) 全設備が運転されている状態(2B+2L)
ケース(Y) 変圧器1バンクとケーブル1回線が停止した状態(1B+1L)
すなわち、ケース(X)は共振回避ユニットが2組、ケース(Y)は1組の状態である。
次に直列リアクトル11のインダクタンス値LSの決定方法を説明する。直列リアクトル11のインダクタンスが電圧降下を引き起こし送電限界に達する場合と、直列リアクトル11による電圧降下が送電限界に達しない場合とでは、直列リアクトル11のインダクタンス値LSの算出方法は、異なる。以下に上記の場合ごとの算出方法を説明する。
直列リアクトル11のインダクタンスが電圧降下を引き起こし送電限界になる場合、(式9)によりLSが決定される。(式9)を再掲する。
(系統条件2)
(1)系統の結線: 単線結線、結線図を図1に示す。
(14)第1の変圧器のバンク数とケーブル回線数の組合せ: 2ケース、図15に2ケースを示す。
(16)直列リアクトルのインダクタンス: 0%から送電限界となる数十%まで変化させる。
上記の条件以外は、(系統条件1)と同じとする。条件(16)が新たに追加される。
次に、第3次高調波を回避するための(式9)左辺の直列リアクトル11のインダクタンス値LSの作用と決定方法を説明する。(式9)右辺については後述する。
以上が共振を回避するための(式9)左辺のLSの作用とその決定方法である。
次に(式9)右辺のLSの作用とその決定方法を説明する。
次に直列リアクトル11のインダクタンスが電圧降下を引き起こさず送電限界にならない場合の(式10)について説明する。(式10)を再掲する。
(11)長距離ケーブルの長さ: 50km
上記以外の項目は,(系統条件2)と同じとする。
(定数2) ・・・ (系統条件3)における系統定数
L0:(式1)で求める高調波領域のインダクタンスの合成値・・・ 26.79mH
LG:電源系統のインダクタンス ・・・ 66kV換算 1.21mH
LTR:第1の変圧器5の漏れインダクタンス ・・・ 17.33mH
Lc:電力ケーブル7のインダクタンス
・・・ 高調波領域にて16.5mH,0.330mH/km
商用周波領域にて19.8mH,0.396mH/km
Cc: ケーブルの静電容量 ・・・ 10.05μF,0.201μF/km
次に、第5次高調波を回避するための(式10)左辺の直列リアクトル11のインダクタンス値LSの作用と決定方法を説明する。
以上が共振を回避するための(式10)左辺のLSの作用および決定方法である。
次に(式10)右辺のLSの作用および決定方法を説明する。
以上説明したとおり、送電システムの構成を図1の系統構成とし、直列リアクトル11のインダクタンスを(式9)または(式10)のとおりとし、高調波共振を回避する。また、長距離ケーブルによる送電が可能な電圧降下範囲内の直列リアクトル11のインダクタンスを選択する。前述の(式19)のとおり、共振回避ユニットが複数組並列に接続されても、共振周波数はほぼ変わらない。従って、送電容量を増加させる目的や系統の信頼性を向上させる目的でユニット数を任意に増加させることができる。
(1)本実施形態によれば、高調波共振を回避することができ、かつ、直列リアクトル11のインダクタンスを小さくできる。
(2)本実施形態によれば、所望の負荷に送電した場合に、送電可能な電圧降下にとどめることができる。その結果、従来よりも長距離、すなわち100kmに及ぶ交流長距離ケーブル送電を実現できる。
[2−1.構成]
第2実施形態にかかる送電システムについて図24を参照して説明する。なお、この第2実施形態の各部の構成において、図1に示す第1実施形態の送電システムの各部と同一部分は同一符号で示す。
次に、本実施形態の作用を図24〜26に基づき説明する。対象とする回路構成は、図15のケース(X)および(Y)とする。
本実施形態によれば、第1実施形態に加え以下の効果がある。
(1)本実施形態によれば、長距離の電力ケーブル7の系統に加え、複数の架空送電線13を接続することができる。共振周波数は、複数の架空送電線13が接続された場合でも、複数の架空送電線13が接続されない場合と同様であり1種類である。従って、共振回避ユニット12の直列リアクトル11は、複数の架空送電線13が接続された場合と、接続されない場合と同じ定数とすることができる。後発的に複数の架空送電線13が接続された場合であっても共振回避ユニット12の直列リアクトル11の定数変更は必要とされない。
[3−1.構成]
第3実施形態にかかる送電システムについて図28を参照して説明する。なお、この第3実施形態の各部の構成において、図24に示す第2実施形態の送電システムの各部と同一部分は同一符号で示す。
次に、本実施形態の作用を図28〜31に基づき説明する。図29(a)において電力ケーブル7の1回線、例えば7bが停止した場合には、等価回路は、図30(a)に示すようになる。
(1)系統の結線:結線図を図28に示す。ただし、母線15は有、無の2ケース
(14)主要変圧器のバンク数とケーブル回線数の組合せ:2種類
図29(a)の[バンク数2、ケーブル数2の状態]、および
図29(b)の[バンク数2、ケーブル数1の状態]
(16)直列リアクトル11のインダクタンス:20.4%、すなわち23.6mH
(定数3) ・・・ ケーブル長100km、母線15有りの場合のLBC,LABを{ }内に、母線15無しの場合のLBC,LABを[ ]内に示す。すなわち、LBCのうち、{ }内の値は、上記(式52)のLBC1であり、また,[ ]内の値は、上記(式53)のLBC0である。
上記の条件以外は、(系統条件2)と同じとする。
(16)直列リアクトル11のインダクタンス:13.2%、すなわち15.2mH
従って、系統定数は(定数4)のとおりとなる。上記条件以外は,(系統条件4)と同じとする。
LBC={20.0},[193.4]mH、LAB={11.8},[16.0]mH、LS=15.2mH、Lc/2=8.3mH、Cc=10.05μF
本実施形態によれば、第1実施形態および第2実施形態に加え以下の効果がある。
(1)本実施形態によれば、第3の変電所14に母線15が設けられないので、長距離の電力ケーブル7の2回線のうち1回線が停止し共振周波数が変化した場合でも、共振領域に入る可能性を軽減することができる。
[4−1.構成]
第4実施形態にかかる送電システムについて図32を参照して説明する。なお、この第4実施形態の各部の構成において、図1に示す第1実施形態の送電システムの各部と同一部分は同一符号で示す。
本実施形態は、共振回避ユニット12の中の変圧器5a,5b、直列リアクトル11a,11bおよび電力ケーブル7a,7bの3種類の設備機器が停止した場合であっても、停電が発生しないようにする。例えば実施形態1の場合には、図1の変圧器5a側の設備機器と変圧器5b側の設備機器の1つが停止すると、2回線とも停止となり、送電ができなくなる。これに対し、本実施形態では、変圧器5、直列リアクトル11、電力ケーブルの1つが停止しても停電が発生しないようにする。
本実施形態によれば、第1実施形態に加え以下の効果がある。
(1)本実施形態によれば、複数の共振回避ユニット12の変圧器5、直列リアクトル11、電力ケーブル7をバイパスする遮断器18〜23、ユニット区分遮断器24,25を有するので、変圧器5、直列リアクトル11,電力ケーブル7のうち1つまたは異なる種類の2つが停止しても、遮断器の接続状態を制御し、共振を回避した状態で送電を行うことが可能となる。
いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。以下は、その一例である。
2・・・電源送電線
3・・・第1の変電所
4・・・高圧側母線
5,5a,5b,5c・・・第1の変圧器
6・・・低圧側母線
7,7a,7b,7c・・・電力ケーブル
8・・・第2の変電所
9・・・母線
10・・・第2の変圧器
11,11a,11b,11c・・・直列リアクトル
12・・・共振回避ユニット
13a,13b・・・架空送電線
14・・・第3の変電所
15・・・高圧側母線
16,16a,16b・・・配電用変圧器
17・・・低圧側母線
18a,18b,19a,19b,20a,20b,21a,21b,22a,22b,23a,23b,24,25・・・遮断器
26,27・・・架空送電線
28・・・タップ
Claims (6)
- 電源高圧を低圧に変換する第1の変圧器と、
前記第1の変圧器の低圧側に直列に接続された直列リアクトルと、
前記直列リアクトルに直列に接続された電力ケーブルと、
を有する共振回避ユニットを複数備え、
複数の前記共振回避ユニットの前記直列リアクトルは、前記電源の電源周波数の第3次高調波、第5次高調波および第7次高調波との共振を避けたインダクタンス値に設定され、
複数の前記共振回避ユニットは、前記第1の変圧器と前記直列リアクトルの接続点および前記直列リアクトルと前記電力ケーブルの接続点で、相互に電気的に接続されず、
複数の前記共振回避ユニットにより、電源供給側の電源と負荷側に設置された第2の変圧器が接続される送電システム。 - 前記直列リアクトルの前記インダクタンス値は、
前記電源の電源周波数の第3次高調波および第5次高調波との共振を避けたインダクタンス値であって、
第3次高調波の周波数余裕度および予め設定された共振周波数の変化幅を含めて算出された第1の値と、第5次高調波の周波数余裕度および予め設定された共振周波数の変化幅を含めて算出された第2の値、との間の値に設定された
請求項1記載の送電システム。 - 前記直列リアクトルの前記インダクタンス値は、
前記電源の電源周波数の第5次高調波および第7次高調波との共振を避けたインダクタンス値であって、
第5次高調波の周波数余裕度および予め設定された共振周波数の変化幅を含めて算出された第1の値と、第7次高調波の周波数余裕度および予め設定された共振周波数の変化幅を含めて算出された第2の値、との間の値に設定された
請求項1記載の送電システム。 - 前記直列リアクトルの前記インダクタンス値は、
前記共振回避ユニットにおける電圧降下が、送電可能な予め定められた電圧内となる第3の値を満足する値に設定された
請求項2又は3のいずれか1項記載の送電システム。 - 前記第1の変圧器の低圧側に接続された複数の架空送電線を有し、
前記複数の架空送電線は、電圧をさらに低圧に変換する第3の変圧器に接続され、
前記複数の架空送電線は、前記複数の共振回避ユニットに均等に分散された、
請求項1乃至4のいずれか1項記載の送電システム。 - 複数の前記共振回避ユニットは、前記第1の変圧器と前記直列リアクトルの接続点および前記直列リアクトルと前記電力ケーブルの接続点で、相互に電気的に開閉される開閉ユニットを有し、
複数の前記共振回避ユニットの運転停止時に、前記開閉ユニットが開閉されることによりバイパス回路が形成される
請求項1乃至4のいずれか1項記載の送電システム。
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