JPH024924B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電圧一定制御を通して電力系統の安
定度向上を図り得るようにした無効電力補償装置
に関する。

〔発明の技術的背景〕

近年、電力系統の拡大、複雑化や発電ユニツト
の大容量化とともに電源立地地点の入手難、送電
ルートの確保難等の技術的、社会的要因から、大
容量かつ長距離送電を強いられる傾向があり、こ
れに伴つて電力系統の安定運用問題がクローズア
ツプされてきている。

この電力系統の安定度向上の施策として具体的
に種々取上げられて研究されているが、以下に述
べる無効電力補償装置もその１つである。そし
て、この無効電力補償装置としては、古くから同
期調相機が使用されているが、最近では保守が容
易で応答特性の秀れた静止形無効電力補償装置
（以下、SVC，Static Var Compensatorと称す
る）が実用化されつつある。

次に、SVCの系統安定度への寄与について第
１図および第２図ａ、ｂを用いて説明する。第１
図は、SVCの適用形態を示すものである。図に
おいて、１は同期発電機、２は残りの電力系統を
表わす無限大母線、３は中間母線、４は同期発電
機１と中間母線３とを接続する送電線、５は中間
母線３と無限大母線２とを接続する送電線、６は
中間母線３に接続されている系統負荷、７は本発
明の対象としているSVCである。ここで、SVC
７は中間母線３の電圧を検出して設定値と比較
し、フイードバツク制御によつて系統への無効電
力の注入量を調節することで、中間母線３電圧の
大きさを常に設定値と等しくしようとするもので
ある。

さて、いまSVCが無い場合を考える。いま、
同期発電機１と無限大母線２の電圧ベクトルをそ
れぞれVg、Vsとすると、その関係は第２図ａに
示すようになる。なお、第２図では簡単のため系
統負荷６の影響は無視している。交流理論からよ
く知られているように、発電電力Peは第２図ａ
の場合、 Pe＝｜Vg｜・｜Vs｜／Xe₁＋Xe₂sinδ ……(1) の如く表わされる。ここで、Xe₁，Xe₂はそれぞ
れ送電線４、送電線５を純リアクタンス線路とみ
なした時のリアクタンス値を、δは電圧ベクトル
VgのVsに対する位相差である。(1)式から分かる
ように、送電電力Peはδ＜90゜の時はδとともに
増加するが、δ＝90゜にて最大値をとり、δ＞90゜
では逆にδとともに減少してゆく。すなわち、
SVCなしの場合にはδ＝90゜で定態安定限度とな
り、定常的にこれ以上の送電を行なうことは不可
能である。

一方SVCを適用すると、第２図ｂに示すよう
に中間母線の電圧ベクトルVcは低下することな
く一定値に保持されるため、送電電力Peの最大
値はδ＞90゜となり定態安定限界が増加する。こ
れは、(1)式の送電電力の関係式は今度はV′gと
V′c、あるいはV′cとV′sとの間に適用されるた
め、V′g〜V′cまたはV′c〜V′sのいずれかの位相
差が90゜を越えない限り、送電電力Peがδととも
に増加するからである。

このように、SVCを設置すると中間母線３の
電圧の大きさが保持されるので、安定に送電でき
る電力が増加し、定態安定度の向上を図り得る。
また、系統事故の発生に伴つて同期発電機１が加
速される場合にも、SVCの過渡応答速度が早い
ので、電圧保持効果が期待できて相差角第１波の
加速脱調抑制が可能となり過渡安定度へも十分に
寄与することができる。

〔背景技術の問題点〕

従来のSVCは、上述したように電圧一定制御
を通して、定態安定度や過渡安定度の向上に寄与
するものであるが、最近ではより安定度向上能力
の高いSVCが要望されてきている。

〔発明の目的〕

本発明は電力系統の安定度向上の能力をより一
層高めることができる無効電力補償装置を提供す
ることにある。

〔発明の概要〕 上記目的を達成するために本発明では、電力系
統の電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検
出手段により検出された電圧を設定値電圧と比較
し、この比較結果を基に系統への無効電力の補償
量を調整することで前記系統電圧を設定値電圧と
する如く制御する定電圧制御回路と、前記電力系
統の周波数を検出し、この検出値が予定値以内で
は出力を生じず、予定値を越えると出力を生じ、
この出力により前記定電圧制御回路に供給される
設定値電圧の大きさを等価的に変更する設定値電
圧変更手段とを具備したことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第３図および第４図に示す一実
施例について説明する。第３図は、本発明による
SVCの構成例をブロツク的に示したものである。
第３図においてまず主回路構成要素から説明す
る。１０１は調相用コンデンサ、１０２はこのコ
ンデンサ１０１と直列接続されたフイルタ用リア
クトル、１０３は降圧用変圧器、１０４はサイリ
スタ、１０５はこれら降下用変圧器１０３および
サイリスタ１０４と共に直列接続された調相用リ
アクトルである。これらの回路要素１０１〜１０
５によりSVCの主回路を構成し、系統の中間母
線３に図示の如く接続している。尚、サイリスタ
は必ずしも双方向のスイツチ機能を有する必要は
なく片方向のスイツチ機能でも差支えない。

一方、１０６は計器用変圧器、１０７は電圧検
出器、Vrefは設定電圧、１０８は比較器、１０
９は電圧調整器であり、中間母線３の電圧値であ
る電圧検出器１０７の出力Vcと、設定電圧Vref
との差電圧すなわち比較器１０８の出力を入力と
し、この差電圧を零とする如くサイリスタ１０４
の点弧制御を行なうものである。これら１０６〜
１０９までの制御要素により、本SVCの定電圧
制御系を構成する。尚、便宜上比較器１０８、電
圧調整器１０９から成る部分を定電圧制御回路と
呼ぶ。

また、１１０は計器用変圧器１０６の出力信号
から母線電圧周波数を得る周波数変換器（Ｖ／
Ｆ）、１１１はこの周波数より定常値を除去し
て周波数変化分のみΔを得る不完全微分回路、
１１２は一種の非線形要素であり次の機能を有す
る。

a_H≦Δのとき、ΔVf＝V_H a_L＜Δ＜a_Hのとき、ΔVf＝０ Δ≦a_Lのとき、ΔVf＝V_L なお、V_L＜０，V_H＞０である。

すなわち、周波数変化Δが小さくa_L〜a_Hの間
にあれば、非線形要素１１２の出力は零であり、
Δが上限設定値a_Hよりも大きい時は出力V_Hを送
出して、SVCは中間母線３の電圧を上げる如く
制御する。しかし、逆にΔが下限設定値a_Lより
も小さい時は出力V_Lを送出して、SVCは中間母
線３の電圧を下げる如く制御するものである。そ
して、破線にて囲んだ部分のこれらの要素１１０
〜１１２から設定値電圧変更回路を構成する。

すなわち、本SVCは母線周波数の変化に応じ
て、等価的にSVCの定電圧制御回路の電圧設定
値を変更し、中間母線３の電圧調整を行なわしめ
るように構成したものである。

第４図は、中間母線３の周波数変化Δと非線
形要素１１２の出力ΔVfとの関係を示したもので
ある。

次に、上記のように構成したSVCの作用につ
いて説明する。

まず、今電力系統に系統故障等の大きな外乱が
加えられた場合、系統内の発電機の動揺は次の運
動方程式にて表わされる。

Ｍd²δ／dt²＋Ｄdδ／dt＝P_M−Pe ……(2) ここで、Ｍ：発電機の慣性モーメント、 δ：相差角、P_M：発電機への機械入力、 Pe：発電機からの電気出力、Ｄ：発電機の等価
ダンピング定数である。

かかる外乱発生後、相差角第１波の過渡安定度
が確保された後、系統内の各発電機は上記２式の
運動方程式で表わされるように振動を繰返しなが
ら、ダンピングの存在によりやがては定常状態へ
移行してゆく。

一方、このとき系統が外部系統と比較的送電容
量の弱い連けい線（長距離線、数少ない回線等）
で連けいされている場合には、外乱の発生に伴い
系統動揺の長周期成分が励起され、かつその収束
が遅くなる傾向がみられる。そして、上記によつ
て相差角第１波の過渡安定度が確保されるもの
の、その後の長周期の系統動揺が長時間収束しな
いことは系統運用上好ましいことではない。

この点、上記構成のSVCにおいては、設置母
線である中間母線３の周波数変化Δを、周波数
変換器１１０、不完全微分回路１１１により検出
し、その変化Δが設定値a_Hよりも大のときには
SVCの電圧調整器１０９によつて中間母線３の
電圧を上げ、逆に変化Δが設定値a_Cよりも小の
ときには同様に電圧を下げるように制御される。
この場合、母線電圧を上げるとその母線に接続さ
れた系統負荷６の消費電力が増加し、母線電圧を
下げると逆に系統負荷６の消費電力は減少する。
また、第１図の系統例から明らかなように、送電
電力（この場合には発電機の電気出力）Peは(1)
式より発電機電圧Vgの大きさが一定であれば、
相手側母線の電圧の大きさ｜V_S｜に比例するた
め、この電圧が上がるとPeも増加し、下がれば
減少する。すなわち、系統負荷６の消費電力およ
び送電電力Peは中間母線３の電圧の大きさの変
化と同一極性にて変化する。

一方、系統周波数の変化Δは各発電機の回転
数変化ΔWの平均値とみなせるため、平均値
ΔWとΔとは同一極性の比例関係にある。そし
て、本SVCでは制御系の応答速度が十分速いの
で、各発電機の回転数変化の平均値にほぼ比
例して中間母線３の電圧を上げ下げし、系統負荷
６の消費電力や送電電力を増減させ、この結果は
(2)式で示したダンピング項Ｄdδ／dtの効果と同一作 用となる。すなわち、電力系統の発電機の動揺の
ダンピング効果を高め、収束を早めることができ
る。

このように、電力系統の電圧を検出する電圧検
出手段１０６，１０７と、上記電力系統の周波数
を検出する周波数検出手段１０６，１１０と、上
記電圧検出手段１０６，１０７により検出された
電圧を設定値電圧Vrefと比較し、この比較結果
を基に系統への無効電力の補償量を調整１０４，
１０５することで上記系統電圧を設定値電圧
Vrefとする如く制御する定電圧制御回路１０７，
１０９と、上記周波数検出手段１０６，１１０に
より検出された周波数の変化Δを検出しその大
きさに応じて補正電圧信号ΔVを与えて上記設
定値電圧Vrefの大きさを変更する設定値電圧変
更手段１１１，１１２とから、SVCを構成した
ものである。

従つて、つぎのような効果が得られるものであ
る。

(a) 母線電圧を検出し設定値との比較を行なう定
電圧制御機能を有しているので、送電区間の中
間点に設置すれば中間電圧を保持し得るため、
安定に送電電力を増加することが可能である。
すなわち、系統の定態安定度の確保に極めて有
効的である。

(b) 母線周波数の変化に応じて母線電圧を制御す
る回路を備え、周波数変化Δと同一極性にて
母線電圧の大きさを変化させるようにしている
ので、等価的に系統動揺のダンピング効果を早
期に収束させることができる効果を有する。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
ない。本発明は、上述したようにそのポイント
は、系統周波数変化Δの変化と同一極性をもつ
て、電圧調整器１０９を介して母線電圧を調整す
ることにあるが、この場合系統周波数変化Δに
応じて母線電圧を調整する方法としては、他にも
いくつか考えられる。

第５図ａ，ｂは、他の方法を示すもので、つま
り非線形要素１１２を他の要素に代替するもので
ある。第５図ａは不感帯要素であり、 a_H≦Δのとき、ΔVf＝Δ a_L＜Δ＜a_Hのとき、ΔVf＝０ Δ≦a_Lのとき、ΔVf＝Δとなる。

また、同図ｂは第３図の実施例の非線形要素の
拡張で、出力ΔVfを２段階に分けたものであり、
かかる要素を適用しても、同様に実施することが
できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、系統周波
数の変化に応じて等価的に定電圧制御回路の設定
値電圧の大きさを変更するようにしたので、電力
系統の安定度向上能力を一般と高めることができ
る極めて信頼性の高い無効電力補償装置が提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はSVCの適用形態を示す概要図、第２
図ａ，ｂはSVC適用の有無による効果の相違を
示す説明図、第３図は本発明の一実施例を示す構
成図、第４図は本発明の作用を示す説明図、第５
図ａ，ｂは本発明の他の実施例の一要素を示すブ
ロツク図である。 １…同期発電機、２…無限大母線、３…中間母
線、４，５…送電線、６…系統負荷、７…SVC、
１０１…調相用コンデンサ、１０２…フイルタ用
リアクトル、１０３…降圧用変圧器、１０４…サ
イリスタスイツチ、１０５…調相用リアクトル、
１０６…計器用変圧器、１０７…電圧検出器、１
０８…設定電圧、１０９…電圧調整器、１１０…
周波数変換器、１１１…不完全微分回路、１１２
…非線形要素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電力系統の電圧を検出する電圧検出手段と、
   この電圧検出手段により検出された電圧を設定値
   電圧と比較し、この比較結果を基に系統への無効
   電力の補償量を調整することで前記系統電圧を設
   定値電圧とする如く制御する定電圧制御回路と、
   前記電力系統の周波数を検出し、この検出値が予
   定値以内では出力を生じず、予定値を越えると出
   力を生じ、この出力により前記定電圧制御回路に
   供給される設定値電圧の大きさを等価的に変更す
   る設定値電圧変更手段とを具備したことを特徴と
   する無効電力補償装置。