JP2012039818A - 電圧無効電力制御システム - Google Patents
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Abstract
【課題】電圧無効電力制御装置により定常的に無効電力補償装置が機器容量に近い出力をできるだけゼロに近づけることができる電圧無効電力制御装置システムを提供する。
【解決手段】無効電力補償装置9の電力系統への出力を計測し、その変動幅がある一定範囲内にあり規定の時間継続している場合には、定常的な出力を行っていると判断して、該出力に見合った調相設備4(例えば、電力コンデンサや分路リアクトル)を操作する。これにより、無効電力補償装置9の定常的な出力をキャンセルする。
【選択図】図1
【解決手段】無効電力補償装置9の電力系統への出力を計測し、その変動幅がある一定範囲内にあり規定の時間継続している場合には、定常的な出力を行っていると判断して、該出力に見合った調相設備4(例えば、電力コンデンサや分路リアクトル)を操作する。これにより、無効電力補償装置9の定常的な出力をキャンセルする。
【選択図】図1
Description
本発明は、電圧無効電力制御システムに係り、変電所に設置される電圧無効電力制御装置と無効電力補償装置の協調制御に関する。
一般に、電力系統においては負荷の状態によって電力系統の電圧及び無効電力が変化する。このことから電力系統の運用にあたっては電圧及び無効電力を目標値内に調整するようにしている。電圧及び無効電力の調整は、電圧無効電力制御(以下、VQCという。)装置で電圧無効電力制御機器を制御することにより行われ、例えば特許文献1に記載される方法が知られている。
電圧無効電力制御機器としては、電力系統に設けられた電力用コンデンサ(SC)や分路リアクトル(ShR)等の調相設備、タップ付変圧器のタップが用いられる。VQC装置は、電力系統の電圧及び無効電力とタップ付変圧器のタップ位置と調相設備の動作情報に基づいて、タップ付変圧器のタップ位置と調相設備をそれぞれ制御して電圧及び無効電力を目標値内に調整するように構成されている。
変電所の電圧無効電力制御に高速な応答が必要な場合には、VQC装置の応答速度は遅いため、無効電力補償装置が別途設置されることがある。無効電力補償装置は電力系統の変動や電圧維持のため高速に出力するが、定常的に機器容量に近い出力を行っていると、次の電力系統の変動に対して機器容量いっぱいの出力となってしまい、十分に機能を果たすことができなくなることがある。
本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、VQC装置により無効電力補償装置の定常的な出力をできるだけゼロに近づけることができるVQCシステムを提供することを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明のVQCシステムは、無効電力補償装置の電力系統への出力を計測し、その変動幅がある一定範囲内にあり規定の時間継続している場合には、定常的な出力を行っていると判断して、該出力に見合った調相機器(電力コンデンサ又は分路リアクトル)を操作する。これにより、無効電力補償装置の定常的な出力をキャンセルする。
VQC装置としては通常積分制御を行っているが、無効電力補償装置の電力系統への出力値に基づいた調相機器を操作する制御は指令値との偏差量に基づいて実施されないため、割り込み指令として出力することにする。但し、大量の調相設備を同時に制御すると、系統への擾乱を引き起こすだけであるため、調相設備を1台づつ制御し、必要量に到達するまで順次制御を続ける。必要量が制御対象設備よりも多い場合は、制御対象設備すべてを制御したところまでの制御となるが、隣接する変電所と連携が取れる場合は、不足容量分を隣接変電所にて制御することで必要量を確保することも可能である。また、VQCシステムを対象にしているがタップ制御による効果は少ないため、タップ制御がない調相制御装置にて代替することも可能である。
本発明によれば、VQC装置により無効電力補償装置の定常的な出力をできるだけゼロに近づけることができる。
以下、本発明のVQCシステムを図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明のVQCシステムの実施形態を示す構成図である。本発明のVQCシステムは、無効電力補償装置(例えば、STATCOM(STATic synchronous COMpensator)、SVC(Static Var Compensator))が併設される変電所に設置される。VQCシステムは、図1に示すように、高圧母線1と低圧母線2に接続された降圧のためのタップ付変圧器3と、該タップ付変圧器3の3次側に接続された調相設備4と、低圧母線2に接続された無効電力補償装置9と、VQC装置10とから構成されている。調相設備4は、複数の分路リアクトル(ShR)及び電力コンデンサ(SC)で構成されている。
図1は、本発明のVQCシステムの実施形態を示す構成図である。本発明のVQCシステムは、無効電力補償装置(例えば、STATCOM(STATic synchronous COMpensator)、SVC(Static Var Compensator))が併設される変電所に設置される。VQCシステムは、図1に示すように、高圧母線1と低圧母線2に接続された降圧のためのタップ付変圧器3と、該タップ付変圧器3の3次側に接続された調相設備4と、低圧母線2に接続された無効電力補償装置9と、VQC装置10とから構成されている。調相設備4は、複数の分路リアクトル(ShR)及び電力コンデンサ(SC)で構成されている。
また、タップ付変圧器3の1次側には電流検出部7(電流検出手段)が接続され、高圧母線1と低圧母線2にはそれぞれ電圧検出部5,6(電圧検出手段)が接続され、無効電力補償装置9の低圧母線2側には電流検出部8(電流検出手段)が接続されており、計測した値はVQC装置10に周期的に取り込まれるようになっている。
図1に示すVQC装置10には、実効値演算部11、目標偏差検出部12、制御対象選択部13、制御出力部13a、出力切替部14、積分制御部15、無効電力補償装置出力演算部16、制御台数演算部17、制御調相選択部18を含んで構成されている。各部の処理については、図2を参照して後述する。
VQCシステムと、無効電力補償装置9と、従来のVQC装置との関係を説明する。系統保護、安定化のため、高速な系統電圧変動に対してはSTATCOMやSVCなどの無効電力補償装置9が高速に動作し、変動分を吸収する。一方、従来のVQC装置はSCやShRなどの調相設備の遮断器を操作し、定常的な電圧変動(例えば1分程度の変動)に対して既定の電圧範囲内に追い込むように動作させる。
系統事故が発生した場合、事故期間及び事故除去後も無効電力補償装置9が動作し、VQC装置は動作しないのが通例である。VQC装置には、通常電圧低下検出リレー並びに無電圧検出リレーが実装され、電圧低下検出リレーが動作している場合は、積分演算における加算をロック、無電圧検出時は積分演算をリセットすることで事故期間中に不用意に出力が出ないようにしている。
そのため、事故の影響により動作した無効電力補償装置9が定常的に無効電力を出力した状態で定常状態となることが多々ある。VQC装置は事故除去後の電圧値の変動に対して、設定値と電圧値の偏差を積分(積分時定数が30秒〜1分程度)し、調相設備4を制御しようとする。無効電力補償装置9が併設されていて、定常的な変動に対しても十分な容量を確保していれば、VQC装置での電圧制御は不要になる。しかしながら、現実的には、定常的な電圧変動(日負荷変動に伴う変化)に十分な容量を無効電力補償装置で確保することは不経済であり、調相設備4との組み合わせにより運転される。
通常は各変電所において、
無効電力補償装置9の容量<調相設備4の総容量
となるのが実情である。
通常は各変電所において、
無効電力補償装置9の容量<調相設備4の総容量
となるのが実情である。
本実施形態のVQCシステムは、事故時など数秒程度の変動に対する応動は無効電力補償装置9が行い、定常的な変動に関してはVQC装置10が制御を行うことを前提として、あくまでも定常的な変動をある電圧範囲内に追い込むVQC装置の機能として、無効電力補償装置9の定常的な出力をゼロ(現実的には、調相設備の1台の容量以下)にする制御を追加することにより、無効電力補償装置9に手を加えずに事故時の応動可能容量を確保しようとするものである。
図2は、VQC装置の処理工程を示す説明図である。VQC装置10は、電圧検出部5で測定された高圧母線1の電圧V1(状態量)と、電圧検出部6で測定された低圧母線2の電圧V2(状態量)と、電流検出部7で測定されたタップ付変圧器3の1次側電流I1と、電流検出部8で測定された無効電力補償装置9の出力電流Icを周期的に取り込む。
実効値演算部11は、電圧V1,V2、電流I1の実効値を出力し、タップ付変圧器3の1次側通過無効電力Q1の実効値を出力する。実効値演算部161は、無効電力補償装置9の出力無効電力Qcの実効値を出力する。なお、無効電力Q1は、電圧V1と電流I1から、無効電力Qcは電圧V2と電流Icから演算される。
次に、目標偏差検出部12は、実効値演算部11で求めた電圧V1,V2、無効電力Q1の実効値と目標値との偏差を検出する。目標値は、基準電圧又は基準無効電流値±不感帯幅で表され、整定値としてあらかじめVQC装置10内に記憶させてもよいし、図示しない系統監視装置が近隣の変電所を含めて一括して潮流計算等により損失を最小とするような値を演算して、VQC装置10に逐次送信してもよい。
制御対象選択部13では、目標偏差検出部12の結果と調相設備4の動作状態及びタップ付変圧器3のタップ位置状態を示す状態情報20から、調相設備4及びタップ付変圧器3のうち、目標偏差を小さくするのに最も適したものを制御対象として選択する。制御対象の選択方法について図3を参照して説明する。
図3は、制御対象選択部の制御対象の選択方法を示す説明図である。図3(a)は制御平面として電圧V1,V2とした場合を示している。破線の内部が不感帯幅であり、電圧V1,V2をこの範囲内に調整する。図3(a)では、電圧V1,V2ともに目標値よりも高い場合は、調相設備4の電力コンデンサの一部を切るか又は分路リアクトルの一部を入れるかにより、電圧V1,V2を目標値内に収めることを示している。他の領域も同様であり、電圧V1,V2ともに目標値よりも低い場合は、調相設備4の電力コンデンサの一部を入れるか又は分路リアクトルの一部を切るかにより、電圧V1,V2を目標値内に収める。電圧V1が目標値より低く、電圧V2が目標値よりも高い場合は、タップ付変圧器3のタップを適宜下げ、電圧V1が目標値より高く、電圧V2が目標値よりも低い場合は、タップ付変圧器3のタップを適宜上げることにより、電圧V1,V2を目標値内に収める。このように電圧V1,V2が制御平面上のどの位置にあるかにより制御対象及び制御内容を決定している。各制御内容の境界の決め方に関してはいくつもの方法があるが、VQC装置10にてハンチング現象がおきにくいように設定すればよい。図3(b)は、制御平面として電圧V2、無効電力Q1とした場合を示しており、図3(a)と主旨は同様である。破線の内部が不感帯幅であり、電圧及び無効電力をこの範囲内に調整する。
積分制御部15は、目標偏差検出12により検出された偏差量を次々刻々積分し、その積分量が不感帯幅×積分時間のような積分満了レベルに達したときに、制御出力部13aに操作指令する。制御出力部13aは、制御対象選択部13にて選択されていた調相設備4やタップ付変圧器3に対し、積分制御部15の操作指令により出力切替部14に出力の切替指令をする。
無効電力補償装置出力演算部16は、実効値演算部161で出力された無効電力Qcの実効値と平均化演算部162で該無効電力Qcに基づいて算出された平均値との差を計算し、定常状態判定部163でその偏差があらかじめ整定等で決めておいた変化幅以内であり、かつ、その状態が定常状態と認識するための確認時間以上の期間継続したことにより補正制御指令の出力を行う。
制御台数演算部17は、制御指令を出力する制御台数を、該無効電力Qcを上回らない範囲で、調相容量情報164に基づいて各調相設備の定格容量を足し合わせることで決定する。各調相設備の定格容量がほぼ同一であれば、特定の調相設備に制御が集中しないようにあらかじめ決められた順番で調相設備を制御してもよい。
制御調相選択部18は、補正制御指令により、演算した制御台数の制御が終了するまでは、積分制御の出力が実施されるとハンチングする可能性が高いため、積分制御の積分値をゼロにリセットし続ける。また、制御調相選択部18は、制御台数演算部17で算出した制御台数に基づいて、制御対象の調相設備を選定し、制御出力を出力切替部14に操作指令する。
図4は、VQC装置による無効電力補償装置の出力調整の処理を示すフローチャートである。図4を参照して、図2に示した処理についてさらに具体的に説明する。無効電力補償装置出力演算部16は、無効電力補償装置9の出力を計測し(ステップS31)、計測値は定常状態であるか否かを判定する(ステップS32)。定常状態である場合には(ステップS32,Yes)、ステップS33に進み、定常状態でない場合には(ステップS32,No)、ステップS31に戻る。
ステップS33において、無効電力補償装置出力演算部16は、その定常状態が設定した期間以上継続したか判定し、その定常状態が設定した期間以上継続した場合(ステップS33,Yes)、ステップS34に進み、その定常状態が設定した期間以上継続していない場合(ステップS33,No)、ステップS31に戻る。
ステップS34において、制御台数演算部17は、無効電力補償装置9の出力が、調相設備1台以上の出力であるか否かを判定する。調相設備1台以上の出力である場合(ステップS34,Yes)、ステップS35に進み、調相設備1台以上の出力でない場合(ステップS34,No)、ステップS31に戻る。
ステップS35において、制御調相選択部18を介して、従来のVQC制御のロック指令を、積分制御部15に指令する。そして、制御調相選択部18は、制御台数演算部17で算出した制御台数に基づいて、制御対象の調相設備4を選定し(ステップS36)、制御出力を出力切替部14に指令する(ステップS37)。制御調相選択部18は、調相設備の遮断器パレットが反転したか否かを判定し(ステップS38)、遮断器パレットが反転した場合(ステップS38,Yes)、ステップS39に進み、遮断器パレットが反転していない場合(ステップS38,No)、ステップS38に戻る。なお、遮断器パレットとは、遮断器の開閉に伴ってオン、オフするパレット接点のパレット情報を意味する。
ステップS39において、制御調相選択部18は、、従来のVQC制御のロック解除を、積分制御部15に指令し、ステップS31に戻る。
以上をまとめると、本実施形態では、VQC装置10は、設定値と電圧検出値との偏差を積分し、積分値がある一定の値以上となった場合に制御出力をし、調相設備4(電圧コンデンサ(SC)又は分路リアクトル(ShR))の遮断器を操作する。そのため、無効電力補償装置9が出力している無効電力分を肩代わりするように、調相設備4の遮断器を強制的に操作すると、従来のVQC装置10の機能と競合し、調相設備4の遮断器の操作がハンチングにより過剰になる可能性がある。
そこで、VQC装置10は、無効電力補償装置9の出力が定常的な出力になっていることを確認(一定の変動幅内に、設定した時間以上滞留することで確認)し、その出力がVQC装置10が制御対象としている調相設備4の1台分以上の無効電力量であれば、従来のVQC装置10の機能による出力をロック(積分をリセットすることで実現)したうえで調相設備4の遮断器を操作する。
複数の調相設備4がある場合の対象の選定は、
(1)できるだけ無効電力補償装置9が出力している値に近い値となる調相設備4の組み合わせを選定
(2)同容量の設備や、複数の組み合わせで同じ容量となる場合は、当該の調相用の遮断器の操作回数が少ないものを選定
を指針として採用する。
(1)できるだけ無効電力補償装置9が出力している値に近い値となる調相設備4の組み合わせを選定
(2)同容量の設備や、複数の組み合わせで同じ容量となる場合は、当該の調相用の遮断器の操作回数が少ないものを選定
を指針として採用する。
調相設備4の遮断器は1台ずつを原則とし、調相設備4の投入による系統電圧の変動がおさまるまでの時間を空けて、次の調相設備4の遮断器を操作する。調相設備4の遮断器を操作しても、系統に与える影響が少ないことが明らかな場合は、あらかじめ複数台の同時操作を許可する設定をVQC装置10に設けておき、複数台を同時操作してもよい。また、従来のVQC装置10の機能による出力のロックは、VQC装置10が制御対象とした調相用遮断器のパレットがすべて反転するまで継続させることとする。
本実施形態の電圧無効電力制御システムは、電力系統の電圧レベルが異なる母線1,2とその間に接続されたタップ付変圧器3と、タップ付変圧器3の1次側及び2次側の状態量(例えば、電圧V1,V2)をそれぞれ制御する調相設備4と、状態量をそれぞれ監視する電圧無効電力制御装置10と、母線2に接続される無効電力を制御可能な無効電力補償装置9とを有するシステムにおいて、電圧無効電力制御装置10が、状態量の情報と、タップ付変圧器3のタップ位置と調相設備4の動作情報である状態情報20とに基づいて、タップ付変圧器3と調相設備4とにそれぞれ制御指令を出力して状態量を目標値内に調整する電圧無効電力制御システムである。
電圧無効電力制御装置10は、無効電力補償装置9による無効電力補償の出力を監視し、無効電力補償の出力が定常状態にあり、かつ、定常的に調相設備4の1台分以上の容量が出力されている場合には、状態量と目標値との偏差に基づいて制御する制御指令がでないようにロックするとともに、前記無効電力補償の出力を低減するために、無効電力補償装置9の出力から制御すべき調相設備4の台数を演算し、該調相設備台数を満たすまで順次調相設備4に対して制御指令を出力することができる。
電圧無効電力制御システムにおいて、定常状態の無効電力補償装置9の出力が制御可能対象設備の容量以上である場合には、制御可能対象設備すべてを制御した上で、隣接の変電所に容量を超えた量の制御依頼をするとよい。
電圧無効電力制御システムにおいて、電圧無効電力制御装置10にて制御した調相容量を無効電力補償装置9に伝送し、無効電力補償装置9の無効電力制御の目標値を制御した調相容量分を強制的に削減させるとよい。
本実施形態によれば、系統への影響を最小限にしながら無効電力補償装置9の出力を低減してできる限りゼロに近づけることができ、次の電力系統の変動に対して無効電力補償装置9が十分に機能を果たすことができる。
1 高圧母線
2 低圧母線
3 タップ付変圧器
4 調相設備
9 無効電力補償装置
10 VQC装置
11 実効値演算部
12 目標偏差検出部
13 制御対象選択部
14 出力切替部
15 積分制御部
16 無効電力補償装置出力演算部
17 制御台数演算部
18 制御調相選択部
20 状態情報
161 実効値演算部
162 平均化演算部
163 定常状態判定部
164 調相容量情報
I1 電流
Ic 出力電流
Q1 無効電力
Qc 出力無効電力
V1,V2 電圧(状態量)
2 低圧母線
3 タップ付変圧器
4 調相設備
9 無効電力補償装置
10 VQC装置
11 実効値演算部
12 目標偏差検出部
13 制御対象選択部
14 出力切替部
15 積分制御部
16 無効電力補償装置出力演算部
17 制御台数演算部
18 制御調相選択部
20 状態情報
161 実効値演算部
162 平均化演算部
163 定常状態判定部
164 調相容量情報
I1 電流
Ic 出力電流
Q1 無効電力
Qc 出力無効電力
V1,V2 電圧(状態量)
Claims (3)
- 電力系統の電圧レベルが異なる母線とその間に接続されたタップ付変圧器と、前記タップ付変圧器の1次側及び2次側の状態量をそれぞれ制御する調相設備と、前記状態量をそれぞれ監視する電圧無効電力制御装置と、前記母線に接続される無効電力を制御可能な無効電力補償装置とを有するシステムにおいて、前記電圧無効電力制御装置が、前記状態量の情報と、前記タップ付変圧器のタップ位置と前記調相設備の動作情報である状態情報とに基づいて、前記タップ付変圧器と前記調相設備とにそれぞれ制御指令を出力して前記状態量を目標値内に調整する電圧無効電力制御システムであって、
前記電圧無効電力制御装置は、前記無効電力補償装置による無効電力補償の出力を監視し、前記無効電力補償の出力が定常状態にあり、かつ、定常的に調相設備の1台分以上の容量が出力されている場合には、前記状態量と前記目標値との偏差に基づいて前記状態量を制御する制御指令がでないようにロックするとともに、前記無効電力補償の出力を低減するために、前記無効電力補償装置の出力から制御すべき調相設備台数を演算し、該調相設備台数を満たすまで順次調相設備に対して制御指令を出力する
ことを特徴とする電圧無効電力制御システム。 - 請求項1に記載の電圧無効電力制御システムにおいて、
定常状態の前記無効電力補償装置の出力が制御可能対象設備の容量以上である場合には、制御可能対象設備すべてを制御した上で、隣接の変電所に容量を超えた量の制御依頼をする
ことを特徴とする電圧無効電力制御システム。 - 請求項1に記載の電圧無効電力制御システムにおいて、
前記電圧無効電力制御装置にて制御した調相容量を前記無効電力補償装置に伝送し、前記無効電力補償装置の無効電力制御の目標値を制御した調相容量分を強制的に削減させる
ことを特徴とする電圧無効電力制御システム。
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