JP5241208B2 - 電力系統制御装置および電力系統制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、電力系統制御装置および電力系統制御方法に関し、より特定的には、系統電圧の変動を抑制して電力系統の安定性を向上可能な電力系統制御装置および電力系統制御方法に関する。

特開平１０−２６８９５２号公報（特許文献１）には、電力系統の電圧変動に対応して無効電力を制御する無効電力補償装置が開示される。これによれば、無効電力補償装置は、電力系統の母線に第１スイッチを介して接続された静止形無効電力補償装置（Static Var Compensator：以下、ＳＶＣと略記）と、このＳＶＣに対して並列に接続された進相コンデンサとその直列スイッチとの直列回路とを有し、ＳＶＣの無効電力状態を検出する無効電力検出手段の出力信号により直列スイッチを制御するスイッチ制御手段を備えている。そして、無効電力検出手段は、ある一定期間、ＳＶＣの進相無効電力量が限界付近で運転された場合に、スイッチ制御手段に信号を出力して直列スイッチを「閉」とし、ＳＶＣのみで調整できる進相無効電力量の２倍の進相無効電力量を補償する。また、無効電力検出手段は、ある一定期間、ＳＶＣの無効電力量が遅相無効電力（進相コンデンサの進相無効電力量の補償が不要）の場合に、スイッチ制御手段に信号を出力して直列スイッチを「開」とする。

このようにＳＶＣの無効電力量に応じて該直列スイッチを断続的に開閉することにより、ＳＶＣのみで運用した場合よりも無効電力の調整範囲を広く補償している。なお、このようにＳＶＣの無効電力量に応じてＳＶＣと進相コンデンサ（または遅相リアクトル）とを協調動作させることによって系統電圧の変動を抑制する制御方式は、一般に協調制御とも呼ばれており、電力系統の電圧安定化制御において広く採用されている（たとえば特開平５−２７８５６号公報、特開昭６２−２６９２１３号公報および特開昭５９−８９５３１号公報参照）。
特開平１０−２６８９５２号公報 特開平５−２７８５６号公報 特開昭６２−２６９２１３号公報 特開昭５９−８９５３１号公報

しかしながら、上述した協調制御においては、変電所の至近端での事故発生時に系統電圧が大幅に低下した場合に事故回復後に系統電圧が過電圧となるという問題が生じる。

すなわち、至近端事故時には無効電力量の調整範囲を広く確保するために、進相コンデンサの進相無効電力量の大半が補償されるとともに、遅相リアクトルの遅相無効電力量の補償が遮断される。このような状態で電力系統の事故が回復すると、直ちに進相コンデンサを遮断するとともに、遅相リアクトルを投入する必要がある。しかしながら、遮断器が機械式の遮断器であり、半導体スイッチ等に比べて開閉速度が遅いことから、事故が回復してから進相コンデンサが遮断され、かつ遅相リアクトルが投入されるまでの期間において余剰の進相無効電力量が補償されることになる。その結果、電力系統が過電圧となってしまい、系統電圧の変動を確実に抑制することが困難となっていた。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、確実に系統電圧の安定化を図ることが可能な電力系統制御装置および電力系統制御方法を提供することである。

この発明のある局面に従えば、電力系統制御装置は、電力系統の変電所の母線に接続され、母線電圧の変動に応じて無効電力量を補償する静止形無効電力補償装置と、母線に遮断器を介して静止形無効電力補償装置と並列に接続される第１の進相コンデンサと、母線に遮断器を介して静止形無効電力補償装置と並列に接続される第１の遅相リアクトルと、母線電圧を検出する母線電圧検出手段と、検出された母線電圧に応じて、静止形無効電力補償装置が補償する無効電力量を調整する無効電力補償制御手段と、検出された母線電圧が予め設定された所定の電圧変動範囲を超えた場合に、第１の進相コンデンサの進相無効電力量または第１の遅相リアクトルの遅相無効電力量を補償するように遮断器を開閉操作するための制御指令を出力する協調制御手段と、検出された母線電圧が、所定の電圧変動範囲の下限値よりも低い所定の閾値電圧を下回る場合には、協調制御手段の制御指令の出力をロックする出力ロック手段とを備える。

この発明の別の局面に従えば、電力系統の制御方法であって、電力系統は、変電所の母線に接続され、母線電圧の変動に応じて無効電力量を補償する静止形無効電力補償装置と、母線に遮断器を介して静止形無効電力補償装置と並列に接続される第１の進相コンデンサと、母線に遮断器を介して静止形無効電力補償装置と並列に接続される第１の遅相リアクトルと、母線電圧を検出する母線電圧検出手段とを含む。電力系統の制御方法は、検出された母線電圧に応じて、静止形無効電力補償装置が補償する無効電力量を調整するステップと、検出された母線電圧が予め設定された所定の電圧変動範囲を超えた場合に、第１の進相コンデンサの進相無効電力量または第１の遅相リアクトルの遅相無効電力量を補償するように遮断器を開閉操作するための制御指令を出力するステップと、検出された母線電圧が、所定の電圧変動範囲の下限値よりも低い所定の閾値電圧を下回る場合には、制御指令の出力をロックするステップとを備える。

この発明によれば、確実に系統電圧の安定化を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に従う電力系統制御装置の概略構成図である。

図１を参照して、電力系統は、上位電力系統からの供給電力を受ける送電線ＰＬと、該送電線ＰＬに接続され、互いに近接する複数（たとえば３とする）の変電所内にそれぞれ配設された母線ＰＬ１〜ＰＬ３とを含んで構成されている。

かかる構成において、母線ＰＬ１〜ＰＬ３はそれぞれ、変電所内に設置された遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３を介して送電線ＰＬに接続されている。そして、母線ＰＬ１〜ＰＬ３の各々には、複数の配電線が遮断器（ともに図示せず）を介して接続されている。

このような電力系統において、本実施の形態に係る電力系統制御装置は、母線ＰＬ１に接続される静止形無効電力補償装置（以下、ＳＶＣとも称す）１０と、母線ＰＬ１に対してＳＶＣ１０と並列に接続される進相コンデンサＳＣ１と、母線ＰＬ１に対してＳＶＣ１０と並列に接続される遅相リアクトルＳｈｒ１と、母線ＰＬ１とＳＶＣ１０、進相コンデンサＳＣ１および遅相リアクトルＳｈｒ１との間にそれぞれ接続される遮断器ＣＢ１１，ＣＢ１２，ＣＢ１３と、計器用変成器（ＰＴ）ＰＴ１と、制御装置１００とを備える。これらは、後述するように、母線ＰＬ１の電圧を安定化するための電圧安定化制御手段を構成する。

電力系統制御装置は、さらに、母線ＰＬ２の電圧安定化制御手段として、母線ＰＬ２に接続される進相コンデンサＳＣ２と、母線ＰＬ２に接続される遅相リアクトルＳｈｒ２と、母線ＰＬ２と進相コンデンサＳＣ２および遅相リアクトルＳｈｒ２との間にそれぞれ接続される遮断器ＣＢ２２，ＣＢ２３と、計器用変成器ＰＴ２とをさらに備える。また、電力系統制御装置は、母線ＰＬ３の電圧安定化制御手段として、母線ＰＬ３に接続される進相コンデンサＳＣ３と、母線ＰＬ３に接続される遅相リアクトルＳｈｒ３と、母線ＰＬ３と進相コンデンサＳＣ３および遅相リアクトルＳｈｒ３との間にそれぞれ接続される遮断器ＣＢ３２，ＣＢ３３と、計器用変成器ＰＴ３とをさらに備える。

以上のような構成において、母線ＰＬ１の電圧安定化制御は、制御装置１００が、母線ＰＬ１の計器用変成器ＰＴ１から入力される母線ＰＬ１の電圧に応じて、ＳＶＣ１０、進相コンデンサＳＣ１および遅相リアクトルＳｈｒ１を協調動作させて無効電力量を補償することにより行なわれる。

このとき、進相コンデンサＳＣ１は、制御装置１００からの遮断制御信号に従って遮断器ＣＢ１２を閉状態とすることにより母線ＰＬ１に投入（接続）され、遮断制御信号に従って遮断器ＣＢ１２を開状態とすることにより母線ＰＬ１から解列（遮断）される。遅相リアクトルＳｈｒ１も同様に、遮断制御信号に従って遮断器ＣＢ１３を閉状態とすることにより母線ＰＬ１に投入され、遮断制御信号に従って遮断器ＣＢ１３を開状態とすることにより母線ＰＬ１から解列される。

さらに、制御装置１００は、このような母線ＰＬ１に接続される遮断器ＣＢ１２，ＣＢ１３を開閉操作するのに並行して、近接する他変電所の母線ＰＬ２に接続される遮断器ＣＢ２２，ＣＢ２３および母線ＰＬ３に接続される遮断器ＣＢ３２，ＣＢ３３の開閉操作も行なう。電力系統の擾乱時に急激な電圧変動が生じた場合には、通常、互い近接する複数の変電所の母線ＰＬ１〜ＰＬ３の各々に電圧変動が生じる可能性が高い。したがって、このような場合には、母線ＰＬ１のみならず、近接する他変電所の母線ＰＬ２，ＰＬ３においても無効電力量を補償することにより、母線ＰＬ１〜ＰＬ３の電圧変動を一体的に抑制することが可能となる。

（制御構造）
次に、図２を参照して、本実施の形態に従う電力系統制御装置における電圧安定化制御を実現するための制御構造について説明する。

図２は、この発明の実施の形態１に従う制御装置１００における制御構造を示すブロック図である。図２に示す各機能ブロックは、代表的には制御装置１００が予め格納されたプログラムを実行することで実現されるが、その機能の一部または全部を専用のハードウェアとして実装してもよい。

図２を参照して、制御装置１００は、ＳＶＣ制御部２０と、協調制御部３０と、電圧比較器４０と、電圧センサ（ＶＳ）４２と、遮断器制御部５０とをその機能として含む。

ＳＶＣ制御部２０は、計器用変成器ＰＴ１により母線電圧を検出し、その検出した母線電圧に応じてＳＶＣ１０が発生する無効電力量を調整する。

具体的には、ＳＶＣ１０は、変圧器ＴＲと、変圧器ＴＲを介して母線ＰＬに接続されるリアクトル１２，１６と、リアクトル１２に流れる電流を制御するサイリスタ１４と、コンデンサ１８とを含む。

リアクトル１２とサイリスタ１４とは、サイリスタ制御リアクトル（Thiristor Controlled Reactor：以下、ＴＣＲと略記）を構成し、後述する方法によってＳＶＣ制御部２０からの制御指令に従って遅相無効電力量を調整する。

コンデンサ１８は、進相無効電力を母線ＰＬ１に供給する。ＳＶＣ１０は、ＴＣＲとコンデンサ１８との組合せによって、進相無効電力量および遅相無効電力量を補償する。

協調制御部３０は、ＳＶＣ１０の発生する無効電力量と、計器用変成器ＰＴ１および電圧センサ４２により検出される母線ＰＬ１の電圧Ｖ１とに基づいて、進相コンデンサＳＣ１および遅相リアクトルＳｈｒ１の投入／解列を制御する。

具体的には、協調制御部３０は、計器用変成器ＰＴ１から母線ＰＬ１の電圧Ｖを受け、母線ＰＬ１とＳＶＣ１０との接続線に介挿された電流センサＣＴからＳＶＣ１０を流れる電流Ｉを受ける。さらに、協調制御部３０は、計器用変成器ＰＴ１とＳＶＣ制御部２０との接続線に設けられた電圧センサ４２から計器用変成器ＰＴ１の二次側電圧Ｖ１を受ける。なお、電圧センサ４２により検出される計器用変成器ＰＴ１の二次側電圧Ｖ１は、母線ＰＬ１の電圧（母線電圧）Ｖに等しい。

そして、協調制御部３０は、母線ＰＬ１の電圧Ｖおよび電流Ｉに基づいてＳＶＣ１０の発生する無効電力量Ｑｓｖｃを算出し、その算出した無効電力量Ｑｓｖｃと計器用変成器ＰＴ１の二次側電圧（以下、母線電圧とも称す）Ｖ１とに基づいて、後述する方法によって進相コンデンサＳＣ１の投入を指示するためのＳＣ投入指令および遅相リアクトルＳｈｒ１の解列を指示するためのＳｈｒ解列指令とを生成する。そして、協調制御部３０は、生成したこれらの指令を遮断器制御部５０へ出力する。

電圧比較器４０は、電圧センサ４２から計器用変成器ＰＴ１の二次側電圧（母線電圧）Ｖ１を受けると、母線電圧Ｖ１と予め設定された所定の閾値電圧ＶＬ２とを比較し、比較結果を示す検出信号を遮断器制御部５０へ出力する。なお、この検出信号は、母線電圧Ｖ１が所定の閾値電圧ＶＬ２以上の場合にはＨ（論理ハイ）レベルに活性化され、母線電圧Ｖ１が所定の閾値電圧ＶＬ２を下回る場合にはＬ（論理ロー）レベルに非活性化される。

遮断器制御部５０は、協調制御部３０から入力されるＳＣ投入指令およびＳｈｒ解列指令と電圧比較器４０から入力される検出信号に基づいて、遮断器ＣＢ１２，ＣＢ１３をそれぞれ開閉操作するための遮断器制御信号ＣＳ１２，ＣＳ１３を生成して各遮断器へ出力する。さらに、遮断器制御部５０は、他変電所の母線ＰＬ２に接続される遮断器ＣＢ２２，ＣＢ２３をそれぞれ開閉操作するための遮断器制御信号ＣＳ２２，ＣＳ２３を生成して各遮断器へ出力する。

図３は、図２に示す各機能ブロックの詳細な制御構造を示すブロック図である。
（ＳＶＣ制御部の制御構造）
図３を参照して、ＳＶＣ制御部２０は、電圧センサ２０２と、リセットフィルタ２００と、減算器２０８と、電圧制御部２１０と、ゲートパルス出力部２１２と、スロープリアクタンス（ＸＳ）２１４とを含む。

電圧センサ２０２は、計器用変成器ＰＴ１の二次側電圧（母線電圧）Ｖ１を検出し、その検出した母線電圧Ｖ１をリセットフィルタ２００へ出力する。

リセットフィルタ２００は、一次遅れ回路２０４と、減算器２０６とからなる。
一次遅れ回路２０４は、時定数をＴ_Ｒとしたローパスフィルタであり、電圧センサ２０２から入力される母線電圧Ｖ１の中間値のような電圧を出力する。

ここで、一次遅れ回路２０４には、出力電圧が予め設定された上限値ＶＨ１と下限値ＶＬ１との間の値に維持されるようにリミット機能が付加されている。なお、上限値ＶＨ１および下限値ＶＬ１は、母線ＰＬ１に負荷変動等で微小な電圧変動がある場合を含む定常時の電圧変動範囲（ＶＬ１≦Ｖ１≦ＶＨ１）の上限値および下限値にそれぞれ対応するように予め設定されている。

減算器２０６は、電圧センサ２０２からの母線電圧Ｖ１から一次遅れ回路２０４の出力電圧を減算する。さらに、減算器２０８が、減算値から電流センサＣＴで得られた電流Ｉにスロープリアクタンス（ＸＳ）２１４を積算して得られた値を減算することで、母線電圧Ｖ１の電圧変動成分が抽出される。

電圧制御部２１０は、母線電圧Ｖ１の電圧変動成分が零となるようにＳＶＣ１０の無効電力出力値を演算する。ゲートパルス出力部２１２は、ＳＶＣ１０が演算された無効電力出力値を発生するような位相制御角をもつゲートパルスをサイリスタ１４に与える。

このようにして定常時の電圧変動に対しては、ＳＶＣ制御部２０が母線電圧Ｖ１に応じて無効電力量を調整することにより、ＳＶＣ１０だけで電圧変動を抑制する。その一方で、擾乱時のように母線ＰＬ１に急激な電圧変動が発生した場合には、ＳＶＣ制御部２０内のリセットフィルタ２００の出力がリセット（＝出力が零となる）されないため、ＳＶＣ１０が継続して無効電力を発生することになる。この場合、ＳＶＣ１０の容量には限りがあることから、無効電力量を調整して電圧変動を抑制できない可能性がある。

そこで、母線電圧Ｖ１が定常時の電圧変動範囲を超えて変動した場合には、ＳＶＣ１０と進相コンデンサＳＣ１および遅相リアクトルＳｈｒ１とを協調動作させて無効電力量を補償することにより電圧変動を抑制する。具体的には、協調制御部３０は、以下に述べる方法によってＳＶＣ１０の無効電力量と母線電圧Ｖ１とに応じて、ＳＶＣ１０の無効電力量に加えて進相コンデンサＳＣ１の進相無効電力量または遅相リアクトルＳｈｒ１の遅相無効電力量を追加補償する。

（協調制御部の制御構造）
協調制御部３０は、無効電力検出部（ＱＳ）３０２と、比較部３０４〜３１０と、容量制御回路３１２とを含む。

無効電力検出部３０２は、計器用変成器ＰＴ１から母線ＰＬ１の電圧Ｖを受け、電流センサＣＴからＳＶＣ１０を流れる電流Ｉを受けると、これらの入力信号に基づいてＳＶＣ１０が発生する無効電力量Ｑｓｖｃを演算する。演算された無効電力量Ｑｓｖｃは、比較部３０４，３０６へ出力される。

比較部３０４は、予め設定された進相無効電力量の上限値ＱＣを有しており、演算された無効電力量Ｑｓｖｃが当該上限値ＱＣを上回るか否かを判定する。この進相無効電力量の上限値は、ＳＶＣ１０が補償可能な最大進相無効電力量よりも小さい値に設定されている。比較部３０４は、無効電力量Ｑｓｖｃが上限値ＱＣを上回る場合には、Ｈレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。一方、無効電力量Ｑｓｖｃが上限値ＱＣ以下となる場合には、比較部３０４は、Ｌレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。

比較部３０６は、予め設定された遅相無効電力量の上限値ＱＬを有しており、演算された無効電力量Ｑｓｖｃが当該上限値ＱＬを上回るか否かを判定する。この遅相無効電力量の上限値は、ＳＶＣ１０が補償可能な最大遅相無効電力量よりも小さい値に設定されている。比較部３０６は、無効電力量Ｑｓｖｃが上限値ＱＬを上回る場合には、Ｈレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。一方、無効電力量Ｑｓｖｃが上限値ＱＬ以下となる場合には、比較部３０４は、Ｌレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。

比較部３０８，３１０は、電圧センサ４２から母線電圧Ｖ１を受けると、母線電圧Ｖ１が定常時の電圧変動範囲（ＶＬ１≦Ｖ１≦ＶＨ１）内にあるか否かを判定する。

具体的には、比較部３０８は、母線電圧Ｖ１が定常時の電圧変動範囲の下限値ＶＬ１よりも低いか否かを判定する。母線電圧Ｖ１が該下限値ＶＬ１よりも低い場合には、比較部３０８は、Ｈレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。一方、母線電圧Ｖ１が該下限値ＶＬ１以上となる場合には、比較部３０８は、Ｌレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。

また、比較部３１０は、母線電圧Ｖ１が電圧変動範囲の上限値ＶＨ１を上回るか否かを判定する。母線電圧Ｖ１が該上限値ＶＨ１を上回る場合には、比較部３１０は、Ｈレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。一方、母線電圧Ｖ１が該上限値ＶＨ１以下となる場合には、比較部３１０は、Ｌレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。

容量制御回路３１２は、比較部３０４〜３１０の各々から比較結果信号を受けると、これらの信号に基づいて、進相コンデンサＳＣ１，ＳＣ２を母線ＰＬ１，ＰＬ２に接続（投入）するためのＳＣ投入指令と、遅相リアクトルＳｈｒ１，Ｓｈｒ２を母線ＰＬ１，ＰＬ２から遮断（解列）するためのＳｈｒ解列指令とを生成する。

具体的には、容量制御回路３１２は、比較部３０４から出力される比較結果信号および比較部３０８から出力される比較結果信号の少なくとも一方がＨレベルの場合には、Ｈレベルに活性化されたＳＣ投入指令およびＳｈｒ解列指令を生成する。生成されたＳＣ投入指令は、遮断器制御部５０のＡＮＤ回路５０２，５０６一方入力に入力される。また、生成されたＳｈｒ解列指令は、遮断器制御部５０のＡＮＤ回路５０４，５０８の一方入力に入力される。すなわち、容量制御回路３１２は、ＳＶＣ１０の発生する無効電力量が進相無効電力量の上限値ＱＣを超える場合、あるいは、母線電圧Ｖ１が定常時の電圧変動範囲の下限値ＶＬ１を下回る場合には、容量制御回路３１２は、ＳＶＣ１０の進相無効電力量に加えて進相コンデンサＳＣ１の進相無効電力量を追加補償するための制御指令を発する。また、近接する他変電所の母線ＰＬ２に対しても、進相コンデンサＳＣ２の進相無効電力量を補償するための制御指令を発する。

これに対して、比較部３０６から出力される比較結果信号および比較部３１０から出力される比較結果信号の少なくとも一方がＨレベルの場合には、容量制御回路３１２は、Ｈレベルに活性化されたＳｈｒ投入指令およびＳＣ解列指令を生成する。生成されたＳｈｒ投入指令は、遮断器制御部５０のＡＮＤ回路５０４，５０８の一方入力に入力される。また、生成されたＳＣ解列指令は、遮断器制御部５０のＡＮＤ回路５０２，５０６の一方入力に入力される。すなわち、容量制御回路３１２は、ＳＶＣ１０の無効電力量が遅相無効電力量の上限値ＱＬを上回る場合、あるいは母線電圧Ｖ１が定常時の電圧変動範囲の上限値ＶＨ１を上回る場合には、ＳＶＣ１０の遅相無効電力量に加えて遅相リアクトルＳｈｒ１の遅相無効電力量を追加補償するための制御指令を発する。また、近接する他変電所の母線ＰＬ２に対しても、遅相リアクトルＳｈｒ２の遅相無効電力量を補償するための制御指令を発する。

以上に述べたように、協調制御部３０は、ＳＶＣ１０の無効電力量Ｑｓｖｃと母線電圧Ｖ１とに基づいて、ＳＣ投入指令およびＳｈｒ解列指令、またはＳｈｒ投入指令およびＳＣ解列指令を生成する。したがって、母線電圧Ｖ１が定常時の電圧変動範囲を超えた場合には、積極的にＳＶＣ１０と進相コンデンサＳＣ１または遅相リアクトルＳｈｒ１との協調制御が実行される。これによれば、ＳＶＣ１０の無効電力量Ｑｓｖｃに応じて協調制御の実行／停止を切り換える従来の電圧安定化制御と比較して、次回以降の電力系統の擾乱時の急激な電圧変動に備えてＳＶＣ１０が余剰無効電力量を確保することができる。その結果、系統電圧の安定性を高めることが可能となる。

その一方で、変電所の至近端での事故の発生時に母線電圧Ｖ１が定常時の電圧変動範囲の下限値ＶＬ１よりも大幅に低下した場合においても上述した協調制御を行なう構成とすると、至近端事故が回復してから進相コンデンサＳＣ１が解列され、かつ遅相リアクトルＳｈｒ１が投入されるまでの期間において、母線電圧Ｖ１が過電圧となるという問題が発生する。

すなわち、至近端事故時には無効電力量の調整範囲を広く確保するために、進相コンデンサＳＣ１の進相無効電力量の大半が補償されるとともに、遅相リアクトルＳｈｒ１の遅相無効電力量の補償が遮断される。このような状態で電力系統の事故が回復すると、直ちに進相コンデンサＳＣ１を解列するとともに、遅相リアクトルＳｈｒ１を投入する必要がある。しかしながら、遮断器ＣＢ１２，ＣＢ１３が機械式の遮断器であり、半導体スイッチ等に比べて開閉速度が遅いことから、事故回復時に余剰の進相無効電力量が補償されることになる。その結果、事故が回復してから進相コンデンサＳＣ１が遮断され、かつ遅相リアクトルＳｈｒ１が投入されるまでの期間において、母線電圧Ｖ１が過電圧となってしまう。

そこで、本実施の形態による電圧安定化制御では、上述したようにＳＶＣ１０の無効電力量Ｑｓｖｃおよび母線電圧Ｖ１に応じて協調制御を行なう一方で、母線電圧Ｖ１が定常時の電圧変動範囲の下限値ＶＬ１よりも大幅に低下した場合には、協調制御部３０の出力をロックする構成とする。

ここで、本構成において「協調制御部３０の出力をロックする」とは、協調制御部３０からの制御指令の出力を一時的に停止することをいう。したがって、協調制御部３０の出力がロックされると、遮断器ＣＢ１２，ＣＢ１３の開閉操作が停止されるため、進相コンデンサＳＣ１および遅相リアクトルＳｈｒ１の投入／解列が停止することになる。その結果、至近端事故回復時に余剰の無効電力量を受けて母線電圧Ｖ１が過電圧となるのが抑制されるため、系統電圧の安定性をより一層高めることができる。

そして、このような構成は、以下に述べるように、電圧比較器４０からの検出信号が遮断器制御部５０からの遮断器制御信号の出力を阻止することによって実現される。

詳細には、電圧比較器４０は、電圧センサ４２からの母線電圧Ｖ１を受けると、母線電圧Ｖ１が所定の閾値電圧ＶＬ２を上回るか否かを判定する。所定の閾値電圧ＶＬ２は、母線ＰＬ１の定常時の電圧変動範囲の下限値ＶＬ１よりもさらに低い電圧に設定されている。具体的には、閾値電圧ＶＬ２は、変電所の至近端で事故が発生した場合における母線ＰＬ１の電圧レベルに設定されている。

電圧比較器４０は、母線電圧Ｖ１が閾値電圧ＶＬ２を上回る場合には、Ｈレベルの検出信号を生成し、その生成した検出信号を遮断器制御回路５０のＡＮＤ回路５０２〜５０８の他方入力に入力する。一方、母線電圧Ｖ１が閾値電圧ＶＬ２以下となる場合には、電圧比較器４０は、Ｌレベルの検出信号を生成し、その生成した検出信号を遮断器制御回路５０のＡＮＤ回路５０２〜５０８の他方入力に入力する。

遮断器制御部５０は、容量制御回路３１２に対して並列に設けられたＡＮＤ回路５０２〜５０８からなる。ＡＮＤ回路５０２〜５０８は、容量制御回路３１２からの制御指令と電圧比較器４０からの検出信号との論理積演算結果をそれぞれ出力する。ＡＮＤ回路５０２〜５０８の出力信号は、遮断器制御信号ＣＳ１２，ＣＳ１３，ＣＳ２２，ＣＳ２３として遮断器ＣＢ１２，ＣＢ１３，ＣＢ２２，ＣＢ２３に与えられる。

たとえば、ＡＮＤ回路５０２は、容量制御回路３１２からＳＣ投入指令を受け、電圧比較器４０から検出信号を受けると、これらの２信号の論理積を演算する。このとき、電圧比較器４０の検出信号がＬレベルであれば、すなわち、母線電圧Ｖ１が閾値電圧ＶＬ２以下であれば、ＳＣ投入指令の出力が阻止され、ＡＮＤ回路５０２からは、Ｌレベルの遮断器制御信号ＣＳ１２が出力されることになる。この結果、協調制御部３０からのＳＣ投入指令に反して、進相コンデンサＳＣ１の投入が阻止される。

また、ＡＮＤ回路５０４は、容量制御回路３１２からＳｈｒ解列指令を受け、電圧比較器４０から検出信号を受けると、これらの２信号の論理積を演算する。このとき、電圧比較器４０の検出信号がＬレベルであれば、すなわち、母線電圧Ｖ１が閾値電圧ＶＬ２以下であれば、Ｓｈｒ解列指令の出力が阻止され、ＡＮＤ回路５０４からは、Ｌレベルの遮断器制御信号ＣＳ１３が出力されることになる。この結果、協調制御部３０からのＳｈｒ解列指令に反して、遅相リアクトルＳｈｒ１の解列が阻止される。

なお、図３に示すこの発明の実施の形態と本願発明との対応関係については、計器用変成器ＰＴ１および電圧センサ４２が「母線電圧検出手段」に相当し、ＳＶＣ制御部２０が「無効電力補償制御手段」に相当し、協調制御部３０が「協調制御手段」に相当する。そして、電圧比較器４０および遮断器制御部５０が「出力ロック手段」を実現する。

以上の処理は、図４に示すような処理フローにまとめることができる。
（フローチャート）
図４は、この発明の実施の形態１に従う電圧安定化制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、図４に示す各ステップの処理は、制御装置１００（図１）が図３に示す各制御ブロックとして機能することで実現される。

図４を参照して、一連の制御が開始されると、協調制御部３０および電圧比較器４０として機能する制御装置１００は、計器用変成器ＰＴ１および電圧センサ４２より母線ＰＬ１の電圧Ｖ１を取得する（ステップＳ０１）。そして、協調制御部３０として機能する制御装置１００は、母線電圧Ｖ１が定常時の電圧変動範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ０２）。

母線電圧Ｖ１が定常時の電圧変動範囲内にある場合（ステップＳ０２においてＹＥＳの場合）には、ＳＶＣ１０単独で無効電力量を補償する。すなわち、ＳＶＣ制御部２０として機能する制御装置１００は、母線電圧Ｖ１の電圧変動成分が零となるようにＳＶＣ１０の無効電力量を調整する（ステップＳ０４）。

これに対して、母線電圧Ｖ１が定常時の電圧変動範囲内にない場合（ステップＳ０２においてＮＯの場合）には、電圧比較器４０として機能する制御装置１００は、母線電圧Ｖ１が、該電圧変動範囲の下限値ＶＬ１よりも低い所定の閾値電圧ＶＬ２を上回るか否かを判断する（ステップＳ０３）。

母線電圧Ｖ１が閾値電圧ＶＬ２を上回る場合（ステップＳ０３においてＹＥＳの場合）には、ＳＶＣ１０と進相コンデンサＳＣ１および遅相リアクトルＳｈｒ１とが無効電力量を補償する。すなわち、協調制御部３０として機能する制御装置１００は、ＳＶＣ１０の無効電力量と母線電圧Ｖ１とに応じて進相コンデンサＳＣ１および遅相リアクトルＳｈｒ１の投入／解列を制御することにより（ステップＳ０５）無効電力量を調整する。

これに対して、母線電圧Ｖ１が閾値電圧ＶＬ２以下となる場合（ステップＳ０３においてＮＯの場合）には、遮断器制御部５０として機能する制御装置１００は、協調制御部３０からの制御指令の出力をロックする（ステップＳ０６）。これにより、遮断器制御部５０からの遮断器制御信号の出力が阻止されるため、進相コンデンサＳＣ１および遅相リアクトルＳｈｒ１の投入／解列が停止される。

なお、上述の説明においては、母線ＰＬ１に対して設けられた進相コンデンサＳＣ１および遅相リアクトルＳｈｒ１の投入／解列について説明したが、他変電所の母線ＰＬ２に対して設けられた進相コンデンサＳＣ２および遅相リアクトルＳｈｒ２についても並行して投入／解列が行なわれる。さらには、近接する複数の変電所の母線の各々に対して設けられた進相コンデンサおよび遅相リアクトルについても並行して投入／解列を行なうことができる。

この発明の実施の形態によれば、ＳＶＣの無効電力量および母線電圧に応じてＳＶＣと進相コンデンサまたは遅相リアクトルとを協調動作させることにより、ＳＶＣの無効電力量を確保しながら系統電圧の変動を抑制する。これにより、擾乱時の急激な電圧変動に対しても安定して無効電力量を補償することができ、系統電圧の安定性を高めることができる。

また、この発明の実施の形態によれば、至近端事故時の大幅な電圧低下に対しては、協調制御をロックする。これにより、事故回復時に過剰な無効電力量が補償されることによって系統電圧に過電圧が発生するのを未然に回避することができる。その結果、系統電圧の安定性をより一層向上することが可能となる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に従う電力系統制御装置の制御装置における制御構造を示すブロック図である。本実施の形態に従う制御装置は、図３の制御装置における協調制御部３０および電圧比較器４０を、協調制御部３０Ａおよび電圧比較器４０Ａに置き換えたものである。よって、共通する機能ブロックについての詳細な説明は繰り返さない。

図５を参照して、協調制御部３０Ａは、図３の協調制御部３０における比較部３０８，３１０を、比較部３０８Ａ，３１０Ａに変更したものである。比較部３０８Ａ，３１０Ａは、母線電圧Ｖ１に代えて、近接する他変電所の母線ＰＬ２に設置された計器用変成器ＰＴ２および電圧センサ４４により母線ＰＬ２の電圧（以下、他変電所母線電圧とも称す）Ｖ２を受ける。

比較部３０８Ａは、他変電所母線電圧Ｖ２が定常時の電圧変動範囲の下限値ＶＬ１よりも低いか否かを判定する。他変電所母線電圧Ｖ２が該下限値ＶＬ１よりも低い場合には、比較部３０８Ａは、Ｈレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。一方、他変電所母線電圧Ｖ２が該下限値ＶＬ１以上となる場合には、比較部３０８Ａは、Ｌレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。

比較部３１０Ａは、他変電所母線電圧Ｖ２が電圧変動範囲の上限値ＶＨ１を上回るか否かを判定する。他変電所母線電圧Ｖ２が該上限値ＶＨ１を上回る場合には、比較部３１０Ａは、Ｈレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。一方、他変電所母線電圧Ｖ２が該上限値ＶＨ１以下となる場合には、比較部３１０Ａは、Ｌレベルの比較結果信号を容量制御回路３１２へ出力する。

容量制御回路３１２は、比較部３０４，３０６，３０８Ａ，３１０Ａの各々から比較結果信号を受けると、これらの信号に基づいて、進相コンデンサＳＣ１，ＳＣ２を母線ＰＬ１，ＰＬ２に投入するためのＳＣ投入指令と、遅相リアクトルＳｈｒ１，Ｓｈｒ２を母線ＰＬ１，ＰＬ２から解列するためのＳｈｒ解列指令とを生成して遮断器制御部５０のＡＮＤ回路５０２〜５０８の一方入力に入力する。

電圧比較器４０Ａは、計器用変成器ＰＴ２および電圧センサ４４により他変電所母線電圧Ｖ２を受けると、他変電所母線電圧Ｖ２が所定の閾値電圧ＶＬ２を上回るか否かを判定する。所定の閾値電圧ＶＬ２は、先の実施の形態１と同様に、母線ＰＬ２の定常時の電圧変動範囲の下限値ＶＬ１よりもさらに低い電圧であって、たとえば、変電所の至近端で事故が発生した場合における母線ＰＬ２の電圧レベルに設定されている。

電圧比較器４０Ａは、他変電所母線電圧Ｖ２が閾値電圧ＶＬ２を上回る場合には、Ｈレベルの検出信号を生成し、その生成した検出信号を遮断器制御回路５０のＡＮＤ回路５０２〜５０８の他方入力に入力する。一方、他変電所母線電圧Ｖ２が閾値電圧ＶＬ２以下となる場合には、電圧比較器４０Ａは、Ｌレベルの検出信号を生成し、その生成した検出信号を遮断器制御部５０のＡＮＤ回路５０２〜５０８の他方入力に入力する。

このような構成としたことにより、本実施の形態に従う電力系統制御装置においては、ＳＶＣ１０の無効電力量および他変電所母線電圧Ｖ２に応じて協調制御が実行される。これにより、他変電所母線電圧Ｖ２に急激な電圧変動が生じた場合には、母線ＰＬ２に遮断器を介して接続された進相コンデンサＳＣ２および遅相リアクトルＳｈｒ２が無効電力量を補償する。さらに、至近端事故の発生時には、進相コンデンサＳＣ２の投入および遅相リアクトルＳｈｒ２の解列が停止される。その結果、母線ＰＬ１の電圧変動に加えて、他変電所母線ＰＬ２の電圧変動も抑制することができる。

この発明の実施の形態によれば、特定の変電所内に設けられたＳＶＣと該変電所に近接する他変電所の母線電圧に応じて各変電所の母線の無効電力量を補償する。したがって、他変電所内にＳＶＣを設置するためのスペースを確保できない場合であっても、他変電所の母線の電圧変動を抑制することができる。

これは、言い換えれば、近接する複数の変電所のいずれかにＳＶＣを設置することで各々の変電所の母線電圧を調整することができるため、ＳＶＣの設置自由度を高めることが可能となる。特に、電圧安定化制御の制御性能を向上するために、複数のＳＶＣを設置する場合において有効となる。

以上の処理は、図６に示すような処理フローにまとめることができる。
図６は、この発明の実施の形態２に従う電圧安定化制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。なお、図６に示す各ステップの処理は、制御装置１００が図５に示す各制御ブロックとして機能することで実現される。

図６を参照して、一連の制御が開始されると、協調制御部３０Ａおよび電圧比較器４０Ａとして機能する制御装置１００は、計器用変成器ＰＴ２および電圧センサ４４より他変電所の母線ＰＬ１の電圧Ｖ２を取得する（ステップＳ１１）。そして、協調制御部３０Ａとして機能する制御装置１００は、他変電所母線電圧Ｖ２が定常時の電圧変動範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ１２）。

他変電所母線電圧Ｖ２が定常時の電圧変動範囲内にある場合（ステップＳ１２においてＹＥＳの場合）には、ＳＶＣ１０単独で母線ＰＬ１の無効電力量を補償する。すなわち、ＳＶＣ制御部２０として機能する制御装置１００は、母線電圧Ｖ１の電圧変動成分が零となるようにＳＶＣ１０の無効電力量を調整する（ステップＳ１４）。

これに対して、他変電所母線電圧Ｖ２が定常時の電圧変動範囲内にない場合（ステップＳ１２においてＮＯの場合）には、電圧比較器４０Ａとして機能する制御装置１００は、他変電所母線電圧Ｖ２が、該電圧変動範囲の下限値ＶＬ１よりも低い所定の閾値電圧ＶＬ２を上回るか否かを判断する（ステップＳ１３）。

他変電所母線電圧Ｖ２が閾値電圧ＶＬ２を上回る場合（ステップＳ１３においてＹＥＳの場合）には、ＳＶＣ１０と進相コンデンサＳＣ１および遅相リアクトルＳｈｒ１とが母線ＰＬ１の無効電力量を補償するように投入／解列される（ステップＳ１５）。すなわち、協調制御部３０Ａとして機能する制御装置１００は、ＳＶＣ１０の無効電力量と他変電所母線電圧Ｖ２とに応じて進相コンデンサＳＣ１および遅相リアクトルＳｈｒ１の投入／解列を制御することにより無効電力量を調整する。さらに、協調制御部３０Ａとして機能する制御装置１００は、進相コンデンサＳＣ２および遅相リアクトルＳｈｒ２の投入／解列を制御することにより他変電所の母線ＰＬ２の無効電力量を調整する。

これに対して、他変電所母線電圧Ｖ２が閾値電圧ＶＬ２以下となる場合（ステップＳ１３においてＮＯの場合）には、遮断器制御部５０として機能する制御装置１００は、協調制御部３０Ａからの制御指令の出力をロックする（ステップＳ１６）。これにより、遮断器制御部５０からの遮断器制御信号の出力が阻止されるため、進相コンデンサＳＣ１，ＳＣ２および遅相リアクトルＳｈｒ１，Ｓｈｒ２の投入／解列が停止される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１に従う電力系統制御装置の概略構成図である。 この発明の実施の形態１に従う制御装置における制御構造を示すブロック図である。 図２に示す各機能ブロックの詳細な制御構造を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に従う電圧安定化制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態２に従う電力系統制御装置の制御装置における制御構造を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に従う電圧安定化制御の処理手順を説明するためのフローチャートである。

符号の説明

１０ ＳＶＣ、１２，１６ リアクトル、１４ サイリスタ、１８ コンデンサ、２０
ＳＶＣ制御部、３０，３０Ａ 協調制御部、４０，４０Ａ 電圧比較器、４２，４４ 電圧センサ、５０ 遮断器制御部、１００ 制御装置、２００ リセットフィルタ、２０２ 電圧センサ、２０４ 一次遅れ回路、２０６，２０８ 減算器、２１０ 電圧制御部
、２１２ ゲートパルス出力部、３０２ 無効電力検出部、３０４〜３１０，３０８Ａ，３１０Ａ 比較部、３１２ 容量制御回路、５０２〜５０８ ＡＮＤ回路、ＣＢ１〜ＣＢ３，ＣＢ１１，ＣＢ１２，ＣＢ１３，ＣＢ２２，ＣＢ２３ 遮断器、ＣＴ 電流センサ、ＰＬ 送電線、ＰＬ１〜ＰＬ３ 母線、ＰＴ１〜ＰＴ３ 計器用変成器、ＳＣ１〜ＳＣ３
進相コンデンサ、Ｓｈｒ１〜Ｓｈｒ３ 遅相リアクトル、ＴＲ 変圧器。

Claims (8)

1. 電力系統の変電所の母線に接続され、母線電圧の変動に応じて無効電力量を補償する静止形無効電力補償装置と、
   前記母線に遮断器を介して前記静止形無効電力補償装置と並列に接続される第１の進相コンデンサと、
   前記母線に遮断器を介して前記静止形無効電力補償装置と並列に接続される第１の遅相リアクトルと、
   前記母線電圧を検出する母線電圧検出手段と、
   検出された前記母線電圧に応じて、前記静止形無効電力補償装置が補償する無効電力量を調整する無効電力補償制御手段と、
   検出された前記母線電圧が予め設定された所定の電圧変動範囲を超えた場合に、前記第１の進相コンデンサの進相無効電力量または前記第１の遅相リアクトルの遅相無効電力量を補償するように前記遮断器を開閉操作するための制御指令を出力する協調制御手段と、
   検出された前記母線電圧が、前記所定の電圧変動範囲の下限値よりも低い所定の閾値電圧を下回る場合には、前記協調制御手段の制御指令の出力をロックする出力ロック手段とを備える、電力系統制御装置。
2. 前記協調制御手段は、前記静止形無効電力補償装置の無効電力量を検出する無効電力検出手段を含み、検出された前記静止形無効電力補償装置の無効電力量が予め設定された所定の許容電力量を超えた場合、もしくは、検出された前記母線電圧が予め設定された所定の電圧変動範囲を超えた場合には、前記第１の進相コンデンサの進相無効電力量または前記第１の遅相リアクトルの遅相無効電力量を補償するように前記遮断器を開閉操作するための制御指令を出力する、請求項１に記載の電力系統制御装置。
3. 前記所定の電圧変動範囲は、前記電力系統が定常状態のときの電圧変動範囲に基づいて設定され、前記所定の閾値電圧は、前記電力系統に擾乱が発生したときの電圧変動範囲に基づいて設定される、請求項１または請求項２に記載の電力系統制御装置。
4. 前記電力系統における他変電所の母線に遮断器を介して接続される第２の進相コンデンサと、
   前記他変電所の母線に遮断器を介して接続される第２の遅相リアクトルと、
   前記他変電所の母線電圧を検出する他変電所母線電圧検出手段とをさらに備え、
   前記協調制御手段は、検出された前記他変電所の母線電圧が前記所定の電圧変動範囲を超えた場合に、前記第１および第２の進相コンデンサの進相無効電力量または前記第１および第２の遅相リアクトルの遅相無効電力量を補償するように前記遮断器を開閉操作するための制御指令を出力し、
   前記出力ロック手段は、検出された前記他変電所の母線電圧が前記所定の閾値電圧を下回る場合には、前記協調制御手段の制御指令の出力をロックする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力系統制御装置。
5. 電力系統の制御方法であって、
   前記電力系統は、
   変電所の母線に接続され、母線電圧の変動に応じて無効電力量を補償する静止形無効電力補償装置と、
   前記母線に遮断器を介して前記静止形無効電力補償装置と並列に接続される第１の進相コンデンサと、
   前記母線に遮断器を介して前記静止形無効電力補償装置と並列に接続される第１の遅相リアクトルと、
   前記母線電圧を検出する母線電圧検出手段とを含み、
   前記制御方法は、
   検出された前記母線電圧に応じて、前記静止形無効電力補償装置が補償する無効電力量を調整するステップと、
   検出された前記母線電圧が予め設定された所定の電圧変動範囲を超えた場合に、前記第１の進相コンデンサの進相無効電力量または前記第１の遅相リアクトルの遅相無効電力量を補償するように前記遮断器を開閉操作するための制御指令を出力するステップと、
   検出された前記母線電圧が、前記所定の電圧変動範囲の下限値よりも低い所定の閾値電圧を下回る場合には、前記制御指令の出力をロックするステップとを備える、電力系統制御方法。
6. 前記制御指令を出力するステップは、前記静止形無効電力補償装置の無効電力量を検出するステップを含み、検出された前記静止形無効電力補償装置の無効電力量が予め設定された所定の許容電力量を超えた場合、もしくは、検出された前記母線電圧が予め設定された所定の電圧変動範囲を超えた場合には、前記第１の進相コンデンサの進相無効電力量または前記第１の遅相リアクトルの遅相無効電力量を補償するように前記遮断器を開閉操作するための制御指令を出力する、請求項５に記載の電力系統制御方法。
7. 前記所定の電圧変動範囲は、前記電力系統が定常状態のときの電圧変動範囲に基づいて設定され、前記所定の閾値電圧は、前記電力系統に擾乱が発生したときの電圧変動範囲に基づいて設定される、請求項５または請求項６に記載の電力系統制御方法。
8. 前記電力系統は、
   他変電所の母線に遮断器を介して接続される第２の進相コンデンサと、
   前記他変電所の母線に遮断器を介して接続される第２の遅相リアクトルと、
   前記他変電所の母線電圧を検出する他変電所母線電圧検出手段とをさらに含み、
   前記制御指令を出力するステップは、検出された前記他変電所の母線電圧が前記所定の電圧変動範囲を超えた場合に、前記第１および第２の進相コンデンサの進相無効電力量または前記第１および第２の遅相リアクトルの遅相無効電力量を補償するように前記遮断器を開閉操作するための制御指令を出力し、
   前記制御指令の出力をロックするステップは、検出された前記他変電所の母線電圧が前記所定の閾値電圧を下回る場合には、前記制御指令の出力をロックする、請求項５〜７のいずれか１項に記載の電力系統制御方法。

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