JP3955758B2

JP3955758B2 - 無効電力補償装置

Info

Publication number: JP3955758B2
Application number: JP2001401165A
Authority: JP
Inventors: 功伊与田; 耕司天満; 克彦松野; 義尚松下
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2001-12-28
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2021-12-28
Also published as: EP1324459A2; EP1324459A3; US20030122528A1; US6680602B2; EP1324459B1; JP2003199253A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、系統の電圧を安定化させるために有効な無効電力補償装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発電機や変圧器（発電所や変電所でも同じ、以下電源装置という）から負荷に電力を安定に供給するため、負荷に供給される電圧を所定の範囲内に保持することは極めて重要である。勿論、電源装置の出力電圧は大抵制御可能であるが、途中の配電線や変圧器などによる電圧の低下もあるし、他の系統と系統連携して運転している場合には、他系統との連携の都合上、必ずしも任意に電圧を調整することができず、負荷に供給する電圧が変動してしまうことがある。
このような電圧変動を極力低減するために、従来から、系統の電圧を調整することができる機器が系統の途中に挿入されて用いられている（説明の都合上、電圧調整装置という）。そしてその代表的な機器として、例えばタップ切り替え変圧器のごとく、不連続的に電圧を変更しうる機器（所定の幅づつ異なる離散値に調整動作する）がある。
図７は、このような従来の電圧調整装置を含む系統の構成と動作について説明するための系統図である。図において、１５は系統の電源装置であり、具体的には単独の発電機でも良いし、また、変電所の出力変圧器であっても良い。１６は電源装置１５とこれに接続された配電線などの系統のインピーダンスを説明の都合上１カ所に集中して示したものである。１７は電圧調整装置の一例であるタツプ制御装置１７ａが２次側に付加されたタップ切り替え変圧器、２０はタップ切り替え変圧器１７の２次側に接続された無効電力補償装置、２１は負荷である。
【０００３】
ここで、電源装置１５の電圧をＶｏ、
インピーダンス１６に流れる電源電流をＩｓ、
タップ切り替え変圧器１７の１次側の電圧をＶｓ、
タップ切り替え変圧器１７の２次側の電圧（負荷２１の電圧という
場合もある）をＶｔ
タップ切り替え変圧器１７の変圧比（基準電圧出力時）を１対ｋ、
負荷３に流れる電流をＩ、
無効電力補償装置２０の補償電流をＩｑとする。
このとき、インピーダンス１６に流れる電源の電流Ｉｓは、負荷２１に流れる負荷電流Ｉから、無効電力補償装置２０の補償電流Ｉｑを引いたものに、タップ切り替え変圧器１７のタップ比ｋを掛けた値となる。
即ち、Ｉｓ＝（Ｉ−Ｉｑ）・ｋである。・・・・（１）
そして、負荷電圧Ｖｔは
Ｖｔ＝（Ｖｏ−Ｘ・Ｉｓ）・ｋ
＝｛Ｖｏ−ｋ（Ｉ−Ｉｑ）｝・ｋ・・・・（２）となる。
【０００４】
次に図７の系統の電圧安定化動作について説明する。説明を簡単にするため、負荷２１は完全な誘導性負荷であるものとする。
理解を助けるため、図８に図７の系統図を負荷端子電圧Ｖｔと負荷電流Ｉ等の関係を示すブロック線図としたものを示す。なお、タップ制御装置１７ａの動作については公知なので詳細な説明を省略するが、基本的に図９に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆより高い値に設定された電圧Ｖｍａｘを負荷電圧Ｖｔが上回れば切り下げ動作、低い側に設定されたＶｍｉｎを下回れば切り上げ動作を行なうものである。このとき切り上げ後の値も切り下げ後の値もＶｍａｘとＶｍｉｎの間に収まるように、タップ切り替え変圧器１７のタップ電圧が予め設定されている。ここでＶｍａｘとＶｍｉｎを境界電圧、ＶｍａｘとＶｍｉｎの間を不感帯という。
【０００５】
図１０は説明のため、負荷電流Ｉと負荷２１の端子電圧Ｖｔとの関係を示す特性図である。理解しやすくするため、まず、仮に無効電力補償装置２０が接続されていない（即ちＩｑ＝０）と仮定して系統の動きを説明する。
今、タップ制御装置１７ａのタップ切り替え動作の基準電圧Ｖｒｅｆが、電源１５の電圧Ｖｏと同じであったとし、また、図１０のＡ点（負荷電流Ｉ＝０でＶｔ＝Ｖｒｅｆのとき）を初期状態とする。負荷電流Ｉが０のときは、負荷電圧Ｖｔが前記タップ切り替え動作の基準値と同じＶｏであるので、負荷電流Ｉが増加すると、タップ切り替え変圧器１７の１次側電圧Ｖｓは、電源電圧Ｖｏより、Ｘ・Ｉｓだけ低下し、負荷電圧Ｖｔも、図１０に示すようにＡ点から右側（負荷電流Ｉが増加する側）に行けば低下する。このときの低下した電圧はｋ＝１なら（２）式から
Ｖｔ＝Ｖｏ−Ｘ・Ｉｓ・・・・・・（３）となる。
【０００６】
そして、Ｖｔが、Ｖｒｅｆよりもタップ制御装置１７ａが特性として有している不感帯の幅ＶＤだけ低下した電圧Ｖｍｉｎより、さらに低下した状態が続くと（詳細は後述するが、例えばＶｍｉｎを逸脱した量を時間積分した量Ｓが所定の量Ｓｒｅｆに達すると）、タップ制御装置１７ａによりタップ切り替え変圧器１７のタップ位置が電圧上昇側に１段変更され、図１０のＢ点に示すようにＶｔは、Ｖｍａｘに至らない値の範囲で上昇する。
さらにＩが増加すると、再びＶｔがＶｍｉｎに至るまで低下して、タップ位置が再び変更され、Ｖｔが再び上昇する。このような動作をタップの位置の限界まで繰り返すことになる。
詳細な説明は省略するが、負荷電流Ｉが逆方向（電力回生方向）になり、負荷電圧Ｖｔが上昇した場合も、基本的には同様な動作となり、異なるのはタップ制御装置１７ａの動作電圧がＶｍａｘ側に変わり、動作点で電圧が切り下げられる点である。この場合、勿論、電圧はＶｍｉｎに達しない範囲で切り下げられる。
【０００７】
次に、無効電力補償装置２０が接続されている場合について説明する。説明を簡単にするため、初期状態は、前述の無効電力補償装置２０が無い場合の説明と同じく、Ｉが０、Ｖｔ＝Ｖｒｅｆ＝Ｖｏであったとする。
電源電流Ｉｓは、ｋ＝１のとき（Ｉ−Ｉｑ）となるので、無効電力補償装置２０がない場合に比べＩｓは無効電力補償装置２０の補償電流分だけ小さくなる。従って、系統インピーダンスＸによる電圧低下（Ｘ・Ｉｓ）は小さくなるので、Ｖｓはそれほど低くはならず、Ｖｔもその分低下の程度が少なくなる。無効電力補償装置２０が、電圧安定化のために用いられる場合は、この原理を用いて負荷電圧Ｖｔを維持するのである。
【０００８】
無効電力補償装置２０の出力電流Ｉｑ特性は、一般に図１１に示すように、無効電力補償装置２０に設定されている動作基準電圧Ｖｔｒｅｆと、負荷電圧Ｖｔの差にゲインＧを掛けたものとなるが、初期状態では無効電力補償装置２０の電圧指令値ＶｔｒｅｆもＶｒｅｆと等しいとすれば、ＶｔｒｅｆとＶｔの差がないので、Ｉｑは０である。なお、図中に示すＩｑｌｉｍｉｔは一般に装置保護の目的で設けられた電流制限値（リミッタ）であり、以上は、この範囲内での話である。
【０００９】
ここで、Ｉが増加すると、Ｖｔが低下する。すると、ＶｔｒｅｆとＶｔの差をＧ倍した電流Ｉｑが系統に供給される。
Ｖｔは、（２）式で示したように
Ｖｔ＝ｋ｛Ｖｏ−Ｘ・ｋ・（Ｉ−Ｉｑ）｝であり、ここで、
Ｉｑ＝（Ｖｔｒｅｆ−Ｖｔ）・Ｇ
ｋ＝１
Ｖｔｒｅｆ＝Ｖｒｅｆ＝Ｖｏ
だから、これらを（２）に代入して整理すると、
Ｖｔ＝Ｖｏ−Ｘ・｛Ｉ−Ｉｑ｝
＝Ｖｏ−Ｘ・Ｉ＋Ｘ・Ｉｑ
＝Ｖｏ−Ｘ・Ｉ＋Ｘ・Ｇ（Ｖｔｒｅｆ−Ｖｔ）
Ｖｔ＋Ｖｔ・Ｘ・Ｇ＝Ｖｏ−Ｘ・Ｉ＋Ｘ・Ｇ・Ｖｔｒｅｆ
Ｖｔ（１＋ＸＧ）＝Ｖｏ−Ｘ・Ｉ＋Ｘ・Ｇ・Ｖｏ
Ｖｔ＝｛Ｖｏ（１＋ＸＧ）−ＸＩ｝／（１＋ＸＧ）
Ｖｔ＝Ｖｏ−Ｘ・Ｉ／（１＋ＸＧ）・・・・・・（４）
となり、無効電力補償装置２０が無いときの電圧（３）式と比べてみると、Ｉの増加に対するＶｔの低下の度合いが１／（１＋ＸＧ）に縮小されたことがわかる。図１２に負荷電流Ｉの変化に対する負荷電圧Ｖｔの変化と、無効電力補償装置２０の出力電流の様子を示す。この図の左端はタップ切り替えの限界を示している。
【００１０】
一般にＧは容易に大きな値を取ることができるので、無効電力補償の制御範囲内（図１２のＩｑが変化している範囲内）では、Ｖｔの低下は非常に少なくなっている（図１２のＶｔ特性の傾斜が緩やか）が、無効電力補償装置２０は電力半導体を用いて構成されているものが多いので、装置容量によって決まった限界値Ｉｑｍａｘ以上には増加できない。ＩｑがＩｑｍａｘに達すると（図１２のＣ点）、それ以上では、ＩｑがＩｑｍａｘ一定なので
Ｖｔ＝Ｖｏ−Ｘ・Ｉ＋Ｘ・Ｉｑｍａｘ・・・・・（５）
となる。ここでＶｏとＸ・Ｉｑｍａｘは一定の値であるので、Ｖｔは無効電力補償装置２０がない場合の式（３）の傾斜と同じ傾きで低下していく。そしてＶｔが変圧器のタップ制御の切り上げ側動作値Ｖｍｉｎ以下になった時、タップ位置が切り替えられ、Ｖｔは上昇し、Ｉｑは減少する。そしてさらにＩが増加すれば再びＶｔが低下し、Ｉｑは増加する。
【００１１】
無効電力補償装置２０が、以上に説明したように動作できるよう、そのパラメータが正確に設定されなければならないが、タップ切り替え変圧器１７や、タップ制御装置１７ａの特性は、その容量や挿入点の系統の状態によって様々なものがあるので、無効電力補償装置２０を接続する系統内の位置が定まり、接続されているタップ制御装置１７ａなどの特性がはっきりわかった後でなければ、正確に設定することができず、結局現場での設定にならざるを得ず、設定に手間がかかるという課題があった。
【００１２】
そもそも、タップ切り替えは応答が遅く、系統電圧のゆっくりした変動にしか対処できないものであるのに対し、無効電力制御装置は応答が早く、系統電圧の急激な変動に対処することができるから、この特性を生かすような設定を行なう必要がある。しかし、図１２の特性の場合、系統電圧Ｖｔの変動に対してタップ制御が行なわれる前に、無効電力補償装置２０が無効電力を出力して電圧を調整し、無効電力補償装置の出力が最大値になった状態（すなわち図１２のＣ点からＤ点）で運転されていることが多いと考えられる。この場合、系統状況が急変してタップ切り替え制御が応答できない早い電圧変化があると、無効電力を緊急に発生させて系統電圧の安定化を図ろうとしても、すでに無効電力補償装置２０の出力が最大出力状態でそれ以上出力を出せないということになる。そこで、例えば平成１２年度電気学会全国大会に発表された、「変圧器タップを考慮したＳＴＡＴＣＯＭ電圧制御方式」には、無効電力補償装置の一種であるＳＴＡＴＣＯＭのゲインＧを２段階に変化、即ち、電圧偏差が小さい場合は、Ｇを小さい値Ｇ１とし、電圧偏差がある程度大きくなった段階でＧを大きな値Ｇ２にするというものが示されている。
これにより、ある範囲内の電圧偏差では、無効電力補償装置２０の出力は最大値に達することはなく、無効電力をそれ以上に急変させる必要が発生した場合にも対応できるとされている。しかし、Ｇの値を具体的にいかなる電圧偏差の範囲内で、どのようなレベルに設定すればよいかということは明確になっていないため、試行錯誤的にやってみるしかなく、時間がかかるという課題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無効電力補償装置は、以上のように構成されていたので、接続されているタップ切り替え変圧器などの特性が明確でなければ設定ができないという課題があった。
また、タップ切り替えの範囲内で、負荷電流Ｉの変動をある範囲内でカバーし、タップ切り替えが応答できないような過渡的な、大きい変動に対してもカバーできるようにする方法は示されているとはいうものの、具体的にそのゲインをどのように設定すればよいのか明確でなかったので、試行錯誤的にやってみるしかなく、時間がかかるという課題があった。
【００１４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、無効電力補償装置のパラメータの設定方法を明確にして、パラメータの設定に要する時間を短縮すると共に、この設定を自動化した無効電力補償装置を提供しようとするするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の無効電力補償装置は、出力側に接続された負荷に供給する電圧が、予め定めた基準値の上下に境界電圧を持つ不感帯を逸脱するごとに、前記電圧を予め定めた所定の幅づつ異なる離散値に調整する電圧調整装置の出力側に接続され、前記負荷に供給する電圧と前記基準値との差に、前記境界電圧または前記所定の離散値をもとに算出した乗率を乗じて電流を算出する演算装置を備え、
演算された前記電流を前記電力系統に入出力するとともに、前記乗率は、前記系統の電圧が前記不感帯の中央値より高い側では、前記中央値に前記不感帯の半値幅の１０／１０を加えたものより大きく１５／１０を加えたもの以下の範囲、及び、前記不感帯の中央値より低い側では、前記不感帯の外側で前記境界電圧の近傍にあるときの第１の乗率と、前記系統の電圧が前記不感帯の外側で前記境界電圧の近傍にはないときの第２の乗率とを含む少なくとも２段階とし、かつ、前記第２の乗率は前記第１の乗率より大きく、第１の乗率の２０倍より小さくしたものである。
【００１６】
また、出力側に接続された負荷に供給する電圧が、予め定めた基準値の上下に境界電圧を持つ不感帯を逸脱するごとに、前記電圧を予め定めた所定の幅づつ異なる離散値に調整する電圧調整装置の出力側に接続され、前記負荷に供給する電圧と前記基準値との差に、前記境界電圧または前記所定の離散値をもとに算出した乗率を乗じて電流を算出する演算装置を備え、
演算された前記電流を前記電力系統に入出力するとともに、前記乗率は、前記系統の電圧が前記不感帯の中央値より低い側では、前記中央値から前記不感帯の半値幅の１５／１０を減じたもの以上で１０／１０を減じたものより小さい範囲、及び、前記不感帯の中央値より高い側では、前記不感帯の外側で前記境界電圧の近傍にあるときの第１の乗率と、前記系統の電圧が前記不感帯の外側で前記境界電圧の近傍にはないときの第２の乗率とを含む少なくとも２段階とし、かつ、前記第２の乗率は前記第１の乗率より大きく、第１の乗率の２０倍より小さくしたものである。
【００１７】
また、前記演算装置は、前記演算に必要な前記電圧調整装置の前記境界電圧、又は前記不感帯の幅、又は前記離散値を、前記電圧調整装置から通信手段を介して得る第１の演算装置としたものである。
【００１８】
また、前記演算装置は、前記演算に必要な前記電圧調整装置の前記境界電圧、又は前記不感帯の幅、又は前記離散値を、前記系統の電圧の変化から演算して求める第２の演算装置としたものである。
【００１９】
また、前記第２の演算装置は、前記系統の電圧が急変する直前の所定の時間長さにわたって、仮定した境界電圧と前記系統の電圧との差を時間積分し、この積分値が、予め入力された前記積分値の標準値に一致するように前記境界電圧を仮定することによって、前記境界電圧を求めるものである。
【００２０】
また、前記電圧調整装置は、タップ切り替え変圧器である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１の無効電力補償装置を図１の系統図に基づいて説明する。図において、従来と同じ又は相当する部分には同じ符号を付して、その詳細な説明は省略する。１はこの発明の無効電力補償装置で、無効電力補償装置の本体１１と、後述するタップ制御装置１７ａの設定値（動作基準電圧Ｖｒｅｆ，タップ切り下げ電圧Ｖｍａｘ，タップ切り上げ電圧Ｖｍｉｎなど）を元に、無効電力補償装置本体１１のゲインの切替点の電流値Ｉｑと、電圧設定値Ｖｔなど（詳細後述）を演算して出力する第１演算装置１２とを備えている。
１５は系統の電源であり、具体的には単独の発電機でも良いし、また、変電所の出力変圧器であっても良い。１６は電源１５とこれに接続された配電線などの系統のインピーダンスを説明の都合上１カ所に集中して示したものである。１７は電圧調整装置の一例であるタツプ制御装置１７ａが２次側に付加されたタップ切り替え変圧器、２１は負荷である。
６は、前記タップ制御装置１７ａの現在の設定値を無効電力補償装置１の第１演算装置１２に電圧する伝達手段であり、例えば信号をデータとして伝送する伝送ラインである。
【００２２】
次に動作について説明する。まず、図２（ａ）図に本発明の場合の負荷電流Ｉに対する負荷電圧Ｖｔの変化特性を、また、図２（ｂ）図に対応する無効電力補正装置２０の出力電流値を示し、この（ａ）（ｂ）図に基づいて基本的なパラメータ設定例を説明する。図２（ａ）において、無効電力補償装置１の電圧設定値Ｖｔｒｅｆは変圧器のタップ制御装置１７ａの電圧基準値Ｖｒｅｆと同じ値に設定する。次に、無効電力補償装置１の定常状態（過渡時などの急変時を含まない）における出力の最大値（Ｉｑ１）を、許容出力の何％程度に抑制しておくかを決める。例えば、これを１０％とすれば、
Ｉｑ１＝（１０／１００）・Ｉｑｍａｘとなる。
そして、変圧器のタップ切り替え制御が正常に行なわれている範囲内（不感帯の範囲内）では、無効電力補償装置１の出力電流はこのＩｑ１以下のレベルに保持されるように、ゲインＧ１を設定する。
ただしゲインＧ１は、Ｉｑ＝Ｇ１・（Ｖｒｅｆ−Ｖｔ）で定義するものである。
そして、ＶｔがＶｍｉｎに達したときのＩｑがＩｑ１以下となるように設定する。即ち
Ｇ１・（Ｖｒｅｆ−Ｖｍｉｎ）≦Ｉｑ１・・・・（６）
Ｇ１≦Ｉｑ１／（Ｖｒｅｆ−Ｖｍｉｎ）・・・（７）
（７）式は次のように表すこともできる。
Ｇ１≦Ｉｑｌ／ＶＤ・・・・・（８）
【００２３】
（８）式を満足する範囲内でＧ１を設定すれば、負荷端電圧Ｖｔが下がるとＩｑは増加していくが、ＶｔがＶｍｉｎまで下がったとき、ＩｑはまだＩｑ１より小さい値である。そして、変圧器のタップ制御が動作して変圧器タップが変化し、その結果Ｖｔが増加して、Ｉｑは減少することになる。このように設定すれば、Ｇ１とＧ２の切替点は、変圧器タップ制御の動作限界電圧Ｖｍｉｎよりも低い側になる。この場合、通常はＩｑはＩｑ１すなわちＩｑｍａｘの１０％以上には増加しないことになるので、応答速度の遅いタップ制御では応答できない急激な電圧変化があった場合には、無効電力補償装置１が残りの９０％のＩｑを急速に増加させて負荷端子電圧の変化を抑制できる。
【００２４】
演算によって求められた各特性定数は、無効電力補償装置１に送られて自動的に設定されるようにしてもよいが、勿論、演算によって得られた数値を操作員が読取って、改めて手動で設定するようにしても良い。
ここまでの説明は、負荷電流Ｉが増加しＶｔが低下する例で説明したが、負荷電流Ｉが減少してＶｔが増加する場合も、動作の極性が変わるだけで同様な動作をさせればよいことはいうまでもない。ただし、電流が増加する側と、減少する側の特性を、以上の説明のように、同時にしなければならないと言うことはなく、上側だけ、あるいは下側だけのいずれか片側だけでも、それなりの効果は得られる。また、以上の説明では、ＶｒｅｆがＶｍａｘとＶｍｉｎの中問であるとして説明した。この場合は、Ｖｔが増大する側のゲイン（Ｇ１１とする）を減少する側のゲインＧ１と同じ値としてよいが、そうでない場合（即ちＶｒｅｆが偏っている場合）は、
Ｇ１１≦Ｉｑｌ／（Ｖｍａｘ−Ｖｒｅｆ）・・・・（９）
をＧ１の代わりに用いる必要がある。
タップ制御の切り替えが行なわれる電圧Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｎは境界電圧である。ゲインＧ１は第１の乗率、ゲインＧ２は第２の乗率である。タップ切り替え変圧器１７は電圧調整装置である。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態１では、不感帯の範囲内でのゲインＧ１の大きさについて最適の設定値を説明した。しかしながら、このような設定値には許容幅があり、異なる設定としてもそれなりの効果は得ることができる。本実施の形態では、このような許容幅について説明する。
図２に示すごとく、ゲインＧ１とゲインＧ２の切替点（折れ点）を不感帯（Ｖｍｉｎ〜Ｖｍａｘ）の範囲を逸脱したところに設定する場合と、逆に不感帯の内側に設定する場合が考えられる。このうち、折れ点を内側に設定する場合は、電圧変動が折れ点の電圧を超えた段階でゲインがＧ２となり、無効電力補償装置による電圧変動抑制が強化されるので、電圧調整装置への電圧変動入力は抑制され、その動作も抑制される。その間、無効電力補償装置が大きな出力を出した状態が継続することになり、本発明の目的を達成できない。従って、折れ点は不感帯を逸脱したところに設定する必要がある。一方で、折れ点を不感帯からあまり離れたところに設定すると、折れ点までは無効電力補償装置のゲインはＧ１と低く、無効電力補償装置の本来の機能である高速でかつゲインの高い電圧変動抑制機能が発揮できない。従って、折れ点の設定範囲としては、
低い側ではＶｒｅｆ−（１５０／１００）ＶＤ〜Ｖｒｅｆ−（７０／１００）ＶＤの範囲に、また、高い方の側はＶｒｅｆ＋（７０／１００）ＶＤ〜Ｖｒｅｆ＋（１５０／１００）ＶＤの範囲に折れ点を設定することである。
そしてこの範囲内でのゲインＧ１は、実施の形態１の（８）式では、
Ｇ１≦Ｉｑ１／ＶＤ＝（１０／１００）Ｉｑｍａｘ／ＶＤと説明したが、
（５／１００）Ｉｑｍａｘ／ＶＤ≦Ｇ１≦（３０／１００）Ｉｑｍａｘ／ＶＤの範囲でも十分な効果が得られる。
そして、ゲインＧ２については、無論、ゲインＧ１より大でなければならず、大きい方ではＧ１の２０倍程度までとするのがよい。
理解を助けるため、以上に説明したゲインなどの範囲を図３に示す。
【００２６】
実施の形態３．
実施の形態３の無効電力補償装置について説明する。
実施の形態１と２の図１の無効電力補償装置１は、タップ切り替え変圧器１７から、切り替え制御に必要なＶｒｅｆ，Ｖｍａｘ，Ｖｍｉｎなどの信号を受信して、これらにもとづき無効電力補償装置１の動作条件を決定していた。しかし、無効電力補償装置は、いつもタップ切り替え変圧器１７の間近に設けられているとは限らない（むしろ負荷２１に近いところに設けられることが多い）。そのため、経済性も考慮すれば、上記の信号を伝送する伝送手段６は容易には設置できない場合があるという課題があった。
本実施の形態の無効電力補償装置は、上記の課題を解消するため、上記の信号の伝送を必要としないようにしたものである。
【００２７】
図４に本実施の形態の無効電力補償装置１０を用いた電力系統図を示す。図において、実施の形態１の図１の構成と同じものは同じ符号を付してその説明を省略する。
１０は実施の形態２の無効電力補償装置であり、１１は無効電力補償装置本体、１３は負荷電圧Ｖｔの変化からタップ制御装置１７ａの設定値を推定し、負荷の電圧ＶｔとＶｒｅｆとの偏差が小さい場合のゲインＧ１と、大きい場合のゲインＧ２、ゲインの切替点の電流値Ｉｑｌ、電圧設定値Ｖｒｅｆなどを演算し、前記無効電力補償装置１０の本体１１に出力する第２演算装置である。第２演算装置は、無効電力補償装置本体１１の制御装置の１機能として、本体１１に内蔵させて実現される場合もあるが、ここでは説明の都合上、分離した形のものとして説明する。本体１１と第２演算装置１３で実施の形態３の無効電力補償装置１０を構成する。
【００２８】
第２演算装置１３が、タップ切り替え変圧器１７の動作設定値を伝送情報として知らされることなく、演算により求める方法を、図５に示す負荷電圧の変化図から、事例により説明する。一般に変圧器のタップ制御は、図５に示すように、負荷電圧Ｖｔが不感帯幅（Ｖｍａｘ以上またはＶｍｉｎ以下）を逸脱した場合に、その逸脱量を時間積分し、この積分量Ｓが一定値を越えた時にタップを変化させる。従って負荷電圧Ｖｔを監視中に図５のＥ点のように電圧が急変（この例では急上昇）した場合は、タップが切り上げ動作したと考えられるので、不感帯幅の下限値Ｖｍｉｎａを仮定し、Ｅ点以前でＶｔがＶｍｉｎａになった時間からタップ制御が動作したＥ点までの逸脱量の積分値Ｓを計算する。
一般に動作するまでの積分量Ｓｒｅｆは変圧器の種類や容量に関係なく標準化されて決まっているので、予め第２演算装置１３に記憶させておく。仮定値Ｖｍｉｎａを変化させてＳを演算し直すと、ＳをＶｍｉｎａに対する関数として図６に示すような関数曲線が得られるので、
Ｓ＝ＳｒｅｆとなるＶｍｉｎａ
を算定することができる。これが、タップ制御装置１７ａの不感帯の下限値Ｖｍｉｎとなる。
【００２９】
また、不感帯幅ＶＤも一般に標準化されているので、Ｖｍｉｎが明確になれば、Ｖｒｅｆ＝Ｖｍｉｎ＋ＶＤとして算定できる。同様にしてＶｍａｘも求めることができる。
このような演算を常時実施することで、Ｖｍｉｎ、Ｖｒｅｆ、Ｖｍａｘを算定し、これらにを用いて、電圧偏差が小さい場合の無効電力補償装置のゲインＧ１と、大きい場合のゲインＧ２、ゲインの切替点の電流値Ｉｑｌ、電圧設定値Ｖｔｒｅｆなどを算定して、前記本体１１に出力する。勿論、実施の形態２の図３で説明した範囲のどのあたりの設定を選択するかは、操作者が予め、負荷の性質や、当地の電力事情などを考慮して第２演算装置１３に与えておく。
なお、ここで説明に用いたタップ制御付き変圧器１７は、これに限らず、離散的な電圧制御手段で、不感帯制御を実施している電圧制御装置であれば、本発明を適用できることはいうまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、電圧調整装置が応答可能な範囲内の電圧変動に対しては、無効電力補償装置のゲインを低く設定したので出力を一定以下に抑制して制御余裕を確保する。そして確保した制御余裕を急な系統電圧変動に対して用いることにより、より幅広い電圧安定化特性を得ることができる。
【００３１】
無効電力補償装置のゲインを低く設定した電圧の範囲を、電圧調整装置の不感帯の外側まで広げているので、より幅広い電圧安定化特性を得ることができる。
【００３２】
第１の演算装置により、電圧調整装置から通信手段により所定のデータを得て、無効電力調整装置の設定値を演算するので、無効電力調整装置の設置位置を問わなくてよいものとすることができる。
【００３３】
第２の演算装置により、系統の電圧の変化から無効電力調整装置の設定値を得るので、通信手段を必要とせず、調整が容易である。
【００３４】
第２の演算装置は、電圧の急変があった直前の電圧変化の時間積分から境界電圧を算出するので、正確に境界電圧を求めることができる。
【００３５】
電圧調整装置はタップ切り替え変圧器なので、実用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の無効電力調整装置を用いた系統図である。
【図２】図1の特性説明図である。
【図３】実施の形態２の特性変化範囲を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態３の系統図である。
【図５】負荷電圧変動と偏差積分の説明図である。
【図６】偏差積分による数値決定方法の説明図である。
【図７】従来の系統構成例を示す図である。
【図８】無効電力補償装置の電圧制御機能を説明する伝達関数ブロツク線図である。
【図９】タップ制御付き変圧器単独での電圧制御特性図である。
【図１０】タップ制御付き変圧器の系統電圧の制御特性図である。
【図１１】従来の無効電力補償装置の電圧制御特性図である。
【図１２】タップ制御付き変圧器と従来の無効電力補償装置を組み合わせた場合の系統の電圧制御特性図である。
【符号の説明】
１、１０無効電力補償装置、２タップ切り替え変圧器、
３負荷、４系統のインピーダンス、５系統の電源、
６信号伝達手段、１１無効電力補償装置の本体、
１２第１演算装置、１３第２演算装置、
ＶＤ不感帯の半値幅、Ｖｔ系統の電圧（負荷電圧）、
Ｇ１第１のゲイン（第１の乗率）、
Ｇ２第２のゲイン（第２の乗率）。

Claims

出力側に接続された負荷に供給する電圧が、予め定めた基準値の上下に境界電圧を持つ不感帯を逸脱するごとに、前記電圧を予め定めた所定の幅づつ異なる離散値に調整する電圧調整装置の出力側に接続され、前記負荷に供給する電圧と前記基準値との差に、前記境界電圧または前記所定の離散値をもとに算出した乗率を乗じて電流を算出する演算装置を備え、
演算された前記電流を前記電力系統に入出力するとともに、前記乗率は、前記系統の電圧が前記不感帯の中央値より高い側では、前記中央値に前記不感帯の半値幅の１０／１０を加えたものより大きく１５／１０を加えたもの以下の範囲、及び、前記不感帯の中央値より低い側では、前記不感帯の外側で前記境界電圧の近傍にあるときの第１の乗率と、前記系統の電圧が前記不感帯の外側で前記境界電圧の近傍にはないときの第２の乗率とを含む少なくとも２段階とし、かつ、前記第２の乗率は前記第１の乗率より大きく、第１の乗率の２０倍より小さくしたことを特徴とする無効電力補償装置。
出力側に接続された負荷に供給する電圧が、予め定めた基準値の上下に境界電圧を持つ不感帯を逸脱するごとに、前記電圧を予め定めた所定の幅づつ異なる離散値に調整する電圧調整装置の出力側に接続され、前記負荷に供給する電圧と前記基準値との差に、前記境界電圧または前記所定の離散値をもとに算出した乗率を乗じて電流を算出する演算装置を備え、
演算された前記電流を前記電力系統に入出力するとともに、前記乗率は、前記系統の電圧が前記不感帯の中央値より低い側では、前記中央値から前記不感帯の半値幅の１５／１０を減じたもの以上で１０／１０を減じたものより小さい範囲、及び、前記不感帯の中央値より高い側では、前記不感帯の外側で前記境界電圧の近傍にあるときの第１の乗率と、前記系統の電圧が前記不感帯の外側で前記境界電圧の近傍にはないときの第２の乗率とを含む少なくとも２段階とし、かつ、前記第２の乗率は前記第１の乗率より大きく、第１の乗率の２０倍より小さくしたことを特徴とする無効電力補償装置。
前記演算装置は、前記演算に必要な前記電圧調整装置の前記境界電圧、又は前記不感帯の幅、又は前記離散値を、前記電圧調整装置から通信手段を介して得る第１の演算装置としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の無効電力補償装置。
前記演算装置は、前記演算に必要な前記電圧調整装置の前記境界電圧、又は前記不感帯の幅、又は前記離散値を、前記系統の電圧の変化から演算して求める第２の演算装置としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の無効電力補償装置。
前記第２の演算装置は、前記系統の電圧が急変する直前の所定の時間長さにわたって、仮定した境界電圧と前記系統の電圧との差を時間積分し、この積分値が、予め入力された前記積分値の標準値に一致するように前記境界電圧を仮定することによって、前記境界電圧を求めたものであることを特徴とする請求項４に記載の無効電力補償装置。
前記電圧調整装置は、タップ切り替え変圧器としたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無効電力補償装置。