特許 5814716 交流送電系統の高調波共振回避システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5814716

(24)【登録日】2015年10月2日

(45)【発行日】2015年11月17日

(54)【発明の名称】交流送電系統の高調波共振回避システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/01 20060101AFI20151029BHJP

   H02J 3/24 20060101ALI20151029BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/01

   H02J3/24

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-210883(P2011-210883)

(22)【出願日】2011年9月27日

(65)【公開番号】特開2013-74691(P2013-74691A)

(43)【公開日】2013年4月22日

【審査請求日】2014年8月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】395002434

【氏名又は名称】東芝変電機器テクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(72)【発明者】

【氏名】杉山 裕紀

(72)【発明者】

【氏名】山本 捷敏

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 浩二

【審査官】 大手 昌也

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−０５２０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 田村 裕治，遠隔地への交流ケーブル送電用静止型無効電力補償装置，東芝レビュー，日本，株式会社東芝，２００８年 ８月，Vol.63, No.8，48-52

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ３／０１

Ｈ０２Ｊ ３／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源と、
前記電源に接続され、前記電源からの電力を降圧する変圧器と、
前記変圧器に一方の端部が接続され、他方の端部に長さ１０ｋｍ以上の電力用ケーブルが接続された送電線と、を有する交流送電系統において、
前記変圧器と前記送電線との間に所定の値のインダクタンスを有する直列リアクトルが電気的に直列に接続され、
前記直列リアクトルのインダクタンスの値が、前記交流送電系統の主要な電気的要素の等価回路から計算される共振周波数が第３次・第５次・第７次など奇数次高調波と共振しない周波数となるように設定されていることを特徴とする送電系統の高調波共振回避システム。

【請求項2】

直列リアクトルがそのインダクタンスを調整するタップを備え、このタップが共振周波数を±５〜±３０％変更できるように直列リアクトルのインダクタンスを調整するものであることを特徴とする請求項１の送電系統の高調波共振回避システム。

【請求項3】

系統の共振周波数を検出する系統構成の検出部と、
この系統構成の検出部が検出した共振周波数に基づいて直列リアクトルのインダクタンスの値を演算する演算部と、
この演算部において演算したリアクトルの値に基づいて直列リアクトルのタップを変更する指令を出力するタップ切換指令部と、
を有するタップ切換自動演算装置を備え、
このタップ切換自動演算装置が系統の構成に基づいて自動的にタップを切り換えること
を特徴とする請求項２の送電系統の高調波共振回避システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、交流送電系統の高調波共振を回避するシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

送配電系統に発生する高調波電圧の許容限度については、電気技術指針ＪＥＡＧ−９７０２−１９９５「高調波抑制対策指針」にて、総合ひずみ率として“特別高圧系統にて３％”という高調波環境目標レベルを規定している。系統には通常０．１％〜３％以下の高調波電圧が存在しているが、共振が発生するとその数倍から２０倍程度に拡大する。

【0003】

高調波の過電圧が発生した場合の不具合としては、ケーブルの過熱、調相用コンデンサの過熱、また過電圧値によっては各種機器の絶縁の損傷が発生するなどの可能性がある。一般に、交流送電系統に発生する高調波としては、第３次・第５次・第７次などの奇数次高調波が存在し、偶数次調波はない。したがって、交流送電系統においては、奇数次高調波との共振を回避する必要がある。

【0004】

数十ｋｍに及ぶ長距離ケーブル送電系統では、高調波共振が発生する可能性が大きい。例えば、本州から数十ｋｍも離れた島（以下では離島と呼ぶ）への送電は、架空送電線では実現できないため、海底に敷設する電力ケーブルを利用することになる。すなわち、数十ｋｍの長距離海底ケーブルを利用することになる。

【0005】

このような長距離ケーブル系統の特徴は、インダクタンスおよび静電容量が非常に大きくなることである。このため、系統の共振周波数は、通常の架空送電線系統では数ｋＨｚであるのに対し、長距離ケーブル系統ではかなり低くなる。例えば、６０Ｈｚの長距離ケーブル系統では、第３次から第９次（１８０Ｈｚから５４０Ｈｚ）の高調波に共振しやすくなる。

【0006】

離島への長距離海底ケーブルを使用した送電系統は、下記の文献に示すように、すでに実現している。中でも、非特許文献１及び２には、高調波による共振を回避する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】平成１８年電気学会全国大会、７−１２７、長距離ケーブル系統の特殊現象の概要と体系化

【非特許文献2】平成１８年電気学会全国大会、７−１２８、わが国最長の交流長距離ケーブル系統における高調波共振とその対策

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

前記従来技術では、主要変圧器のインダクタンスを通常の２倍程度に大きくして高調波共振を回避している。その場合の欠点は、主要変圧器のインダクタンスを大きくしているために、主要変圧器の低圧側の系統における電圧降下が非常に大きくなることである。

【0009】

すなわち、この従来技術では、変電所の低圧側母線に接続された架空送電線の電圧降下が大きくなる。変電所には、多い場合には２０回線程度の送電線があり、それらのすべてが影響を受けることになる。このため、主要変圧器のインダクタンスを大きくする方法は得策ではない。

【0010】

また、従来技術では、長距離ケーブル系統を接続するためには、インダクタンスの大きい専用の主要変圧器が必要となる。そのため、このような主要変圧器を備えた新たな変電所を建設しなければならず、多大のコスト、スペース、期間などを要する。

【0011】

本発明の実施形態は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、送電線に電圧降下をもたらすことなく、長距離ケーブル系統における高調波共振を回避するシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明の実施形態は、次の構成を特徴とする。
（１）電源と、前記電源に接続され、前記電源からの電力を降圧する変圧器と、前記変圧器に一方の端部が接続され、他方の端部に長さ１０ｋｍ以上の電力用ケーブルが接続された送電線と、を有する交流送電系統に適用される。
（２）前記変圧器と前記送電線との間に所定の値のインダクタンスを有する直列リアクトルが電気的に直列に接続される。
（３）この直列リアクトルのインダクタンスの値が、前記交流送電系統の主要な電気的要素の等価回路から計算される共振周波数が第３次・第５次・第７次など奇数次高調波と共振しない周波数となるように設定されている。

【0013】

前記実施形態において、直列リアクトルがそのインダクタンスを調整するタップを備え、このタップが前記電力用ケーブルの共振周波数を±５〜±３０％変更できるように直列リアクトルのインダクタンスを調整することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】第１実施形態の単線結線図。

【図2】第１実施形態において、高調波共振に関連する電気的要素を示す単線結線図。

【図3】図２を簡略化した等価回路図。

【図4】第１実施形態の回路構成の種類を示す結線図。

【図5】第１実施形態における共振周波数の代表例を示す図

【図6】図４の回路構成において、直列リアクトルを設けなかった場合の共振周波数および共振の有無を示す図。

【図7】図４の回路構成において、直列リアクトルを設けた場合の共振周波数および共振の有無を示す図。

【図8】第２実施形態の単線結線図。

【図9】第３実施形態の単線結線図

【図10】第３実施形態に使用される演算装置の構成を示すブロック図。

【図11】第３実施形態に使用される演算装置の動作を示すフローチャート。

【図12】第３実施形態の共振周波数および共振の有無を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

［１．第１実施形態］
第１実施形態を図１〜図７に従って、説明する。

【0016】

［１−１．構成］
図１に示すように、第１実施形態の交流送電系統は、電源１からの電力を電源送電線２を経由して、第１の変電所３の高圧側母線４で受電する。第１の変電所３では、受電した電力を主要変圧器５で降圧し、低圧側母線６から第１の架空送電線７により外部に送電する。図１では、架空送電線７は２回線で示したが、最大では２０回線に及ぶ変電所もある。

【0017】

第１の変電所３から送電される電力の一部は、第１の変電所３の低圧側母線６に接続された一定の特性を有する直列リアクトル１５を経由して、第２の架空送電線８に送電され、この架空送電線８の第１の接続点９に接続されている電力ケーブル１０に送られる。この電力ケーブル１０は、例えば、離島へ送電するための長距離海底ケーブルである。電力ケーブル１０を通過した電力は、第２の接続点１１を経て、第２の変電所１２において受電される。第２の変電所１２で受電された電力は、その母線１３から配電用変圧器１４へと送電される。

【0018】

図２は、図１の配電系統において、高調波共振に関して主要な電気的要素を示したものである。この配電系統は、電源１から電源系統のインダクタンス２Ｌ、主要変圧器のインダクタンス５Ｌ、直列リアクトル１５のインダクタンス１５Ｌ、第２の架空送電線のインダクタンス８Ｌ、電力ケーブルのインダクタンス１０Ｌ、電力ケーブルの対地静電容量１０Ｃ、第２の変電所１２の変圧器のインダクタンス１４Ｌへと、順次接続されている。実際には、架空送電線にも対地静電容量や抵抗があるが、共振現象に及ぼす影響が小さいので、図示は省略する。

【0019】

［１−２．作用］
以上のような構成を有する第１実施形態の簡略化した等価回路は、図３のようになる。この回路の共振周波数は（式１）で表される。

【数1】

【0020】

一方、第１実施形態において、低圧側母線６に直列リアクトル１５を接続しない回路の共振周波数は（式２）で表される。

【数2】

【0021】

以下、本実施形態の回路の共振周波数と、直列リアクトル１５を接続しない回路の共振周波数を比較する。

【0022】

長距離ケーブル系統の共振周波数は、系統構成によっても変化する。本実施形態では、主要変圧器５及び電力ケーブル１０に接続された送電線は、それぞれ２組で構成されているので、回路構成は図４のとおり４つのケースが発生する。

【0023】

ケース(1) ：全設備が運転している状態（２Ｂ＋２Ｌ）
ケース(2) ：変圧器１バンクが停止した状態（１Ｂ＋２Ｌ）
ケース(3) ：送電線１回線が停止した状態（２Ｂ＋１Ｌ）
ケース(4) ：変圧器１バンクと送電線１回線が停止した状態（１Ｂ＋１Ｌ）

【0024】

これらの回路構成について、本実施形態の直列リアクトルを接続しない場合について、下記の解析条件１における系統の共振周波数の解析結果を、図５に示す。この解析条件においては、ケーブル長を５〜１００ｋｍと変化させている。また、第１の変電所３は臨海地域にあることは少ないので、第２の架空送電線８の長さは５ｋｍとした。

【0025】

（解析条件１）
（１）電源系統の電圧：２２０ｋＶ
（２）低圧側母線の電圧：６６ｋＶ
（３）主要変圧器の定格容量：１５０ＭＶＡ
（４）主要変圧器のバンク数：２バンク
（５）主要変圧器の１次／２次定格電圧：２２０／６６ｋＶ
（６）主要変圧器の短絡インピーダンス：１２％
（７）定格周波数：６０Ｈｚ
（８）第２の架空送電線の電圧および長さ：６６ｋＶ、５ｋｍ
（９）長距離ケーブルの電圧および長さ：６６ｋＶ、５〜１００ｋｍ
（１０）長距離ケーブルの種別：架橋ポリエチレンケーブル、１５０ｍｍ^２、３心、海底ケーブル
（１１）第２の架空送電線と長距離ケーブルの回線数：２回線
（１２）架空送電線の寸法および材料諸元：一般的な６６ｋＶ送電線モデルとした。
（１３）主要変圧器のバンク数と架空送電線・ケーブル回線数の組合せ：図４のとおり４ケース

【0026】

図５に示した解析結果において、横軸はケーブル長を、縦軸は共振周波数を示している。４本の曲線は、４ケースの回路構成における共振周波数を示している。図５から、ケーブル長が５ｋｍ程度では、系統の共振周波数は第１７次（１０２０Ｈｚ）以上であることが分かる。しかし、このような高調波電圧が系統に存在することは少ないので、あまり問題になることはない。

【0027】

一方、ケーブル長が１０ｋｍ程度では、回路構成のケースによって第１１次〜第１７次（６６０〜１０２０Ｈｚ）に共振する。第１１次〜第１７次は系統にある程度存在するので問題になる場合もある。ケーブルが長くなり、３０〜７０ｋｍの範囲では、共振周波数は第５次〜第９次（３００〜５４０Ｈｚ）となり、これらの次数の高調波は、高調波の中では系統に多く存在するので問題が発生しやすい。さらにケーブル長が長くなり、１００ｋｍになると第３次、すなわち１８０Ｈｚに共振する場合が出てくる。この次数の高調波も系統に多く存在するので問題が発生しやすい。

【0028】

以上のことから、長さ１０ｋｍ以上のケーブル系統では、高調波共振対策が必要になる可能性が大きくなる。

【0029】

ところで、計画段階の設備と実設備との間には、種々の誤差が生じる。具体的には、ケーブルや架空送電線の長さには敷設誤差があり、また、製造上の誤差によるインダクタンスや静電容量の誤差がある。変電所に設置される主要変圧器にも、製造上の誤差やタップ切換えに伴うインダクタンスの変化がある。さらに、各設備に関する定数などを解析する際の計算誤差もある。高調波による共振を回避する対策を立てる場合には、これらの誤差を考慮する必要がある。

【0030】

そこで、計算結果に±１０％の幅を考慮する。前記の解析条件１において、ケーブル長を５０ｋｍ、すなわち、下記の解析条件２のとおりとし、計画時設備と実設備との誤差を考慮した場合の共振周波数の解析結果を図６及び図７に示す。図６は、直列リアクトル１５を接続しない場合、図７は直列リアクトルを接続した場合の解析結果である。

【0031】

この解析条件２において、ケーブル長を５０ｋｍとする理由は、図５の説明で述べたとおり、３０〜７０ｋｍが第５次〜第９次に共振しやすく、５０ｋｍはその中心の長さであるからである。

【0032】

（解析条件２）
（１）解析条件１において、（９）のケーブル長：５０ｋｍ
（２）他の条件は、解析条件１と同じとする。

【0033】

図６において、横軸は回路構成のケース(1) 〜(4) を、縦軸は共振周波数を示している。各ケースの共振周波数には前記のとおり±１０％の幅を持たせている。高調波共振は、共振周波数に完全に一致しなくても発生するので、奇数次高調波±１５Ｈｚを共振領域とした。

【0034】

直列リアクトルを接続しない場合の解析結果によれば、ケース(1) (2) および(4) は３００Ｈｚすなわち第５次高調波に、ケース(3) は４２０Ｈｚすなわち第７次高調波に共振する。したがって、直列リアクトルを接続しない場合には、共振を回避するための対策が必要である。

【0035】

前記のように直列リアクトルを接続しない構成では、図６で説明したように、第５次および第７次高調波に共振する。これに対して、本実施形態では、直列リアクトル１５のインダクタンスＬ_ｓを加えることにより、前記（式２）のf_ｒを（式１）のf_ｒｓのように変更できる。具体的な例を下記の解析条件３の場合について述べる。

【0036】

（解析条件３）
（１）直列リアクトルのインダクタンス：Ｌｓ＝２９．０ｍＨ
（２）他の条件は、解析条件２と同じとする。

【0037】

本実施形態における共振周波数の解析結果を、図７に示す。図中では、直列リアクトルを入れない場合を格子模様の破線の棒グラフで示し、入れた場合を波線模様の実線の棒グラフで示している。前記のように直列リアクトル１５を入れない場合は、図６のように第５次または第７次高調波に共振していたが、直列リアクトル１５を入れることによって、回路構成のケース(1) 〜(4) のいずれも共振が回避できていることが、図７から分かる。

【0038】

［１−３．効果］
本実施形態によれば、主要変圧器のインダクタンスを大きくする必要がないので、他の送電系統に電圧変動をもたらさずに長距離ケーブル送電系統の高調波共振を回避することができる。また、インダクタンスを大きくした離島送電専用の変圧器を必要としないので、一般的な送電系統に離島への長距離ケーブル系統を接続することが可能となる。そのため、本実施形態は、従来技術に比べ、経済性、変電所のスペースや建設期間などの面でも優れている。

【0039】

［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態について、図８に従って、説明する。

【0040】

［２−１．構成］
第２実施形態は、前記直列リアクトル１５に、図８のとおり、一定の性能を有するタップ１５ａを付加したものである。この場合、直列リアクトルのタップ調整は、実系統に設置した後、高調波に共振しないタップを選定する。また、タップの切換方式は、無電圧タップ切換または負荷時タップ切換のいずれでも良い。

【0041】

本実施形態において、タップ１５ａを付加する理由は、次の通りである。
（１）長距離ケーブルのインダクタンスおよび静電容量は、計画時の設備と実設備とでは誤差が生じる。
（２）架空送電線の長さにも同様に誤差が生じる。
（３）変圧器のインダクタンスは設計値に対して製作誤差がある。
（４）電源回路のインダクタンスは系統構成が変われば変動する。
（５）主要変圧器のインダクタンスはタップ切換により変化する。
（６）解析値には誤差が含まれる。

【0042】

本実施形態では、前記（１）〜（６）などの定数の変動を考慮して、直列リアクトル１５にタップ１５ａを設ける。特に、これらの定数の変動に起因する共振周波数の変動は、系統によって異なるので、±５％〜±３０％の共振周波数調整を考慮する。すなわち、ある系統では±５％の調整ができれば良いし、また、別の系統では、±３０％の調整が必要な場合もある。この調整幅は、系統定数の変動幅の推定値によって変化させる。

【0043】

［２−２．作用］
以上のような構成を有する第２実施形態によれば、定数の差異や変動があった場合にも確実に高調波共振を回避できる。その点を、前記の解析条件３の場合を例にして説明する。
前記の解析条件３において、直列リアクトルのインダクタンスを２９．０ｍＨとすることにより、ケース(1) 〜(4) すべてにおいて共振を回避できることを説明した。

【0044】

しかし、前記（１）〜（６）の誤差に起因する定数の変動がある場合には、直列リアクトルのインダクタンスを２９．０ｍＨに固定しただけでは、ケース(1) 〜(4) すべてにおいて共振を回避できない場合も生じる。

【0045】

例えば、海底ケーブル長は計画段階では±３％程度の敷設誤差を見込むべきであり、製造時の誤差などもあるので、その静電容量の設計値と実際値とでは±数％程度の差異が生じると想定するのが適当である。架空送電線の長さについても誤差があるし、相間寸法の誤差によりインダクタンスに誤差が生じるので、±数％程度の誤差を見込むべきである。

【0046】

電源系統のインダクタンスは系統構成によって変動するので、±３０％程度の変動と見る必要がある。主要変圧器についても、タップ変化に伴いインダクタンスの変動は±数％程度とすべきである。また、設計・製作誤差によるインダクタンスの差異も規格では±７．５％〜±１５％の裕度が認められている。総合すると、計画時設備と実設備の共振周波数とでは、小さい場合は±５％、大きい場合は±３０％程度の差が生じる可能性がある。

【0047】

本実施形態では、これらの変動があっても共振を回避するために、直列リアクトル１５にタップ１５ａを付加し、インダクタンスの値を調整する。調整に当たっては、現地で実系統と直列リアクトル１５とを組合せた状態とし、共振周波数を測定し、第３次・第５次・第７次などの奇数次高調波共振を避ける。直列リアクトルなしでは、前記の（式２）の共振周波数であったものを、直列リアクトルを設置することにより（式１）の共振周波数に変化させることができる。

【0048】

具体的な例として解析条件３の場合について説明する。共振周波数を±１０％調整するための直列リアクトルは、中心値は２９．０ｍＨ、最小値は１７．１ｍＨ、最大値は４４．７ｍＨとなる。これを図８のように９タップに分割すると、１タップについて２．５％ずつ共振周波数を調整することができる。

【0049】

この直列リアクトル１５のインダクタンスは、中心値のインダクタンス２９．０ｍＨの±１０％ではなく、共振周波数を（式１）により±１０％調整できるように決定する。２９．０ｍＨの±１０％、すなわち、２６．１〜３１．９ｍＨとした場合について求めると、共振周波数は±３％しか調整できず、定数の差異や変動に対応できない。

【0050】

このように直列リアクトル１５のインダクタンスが共振周波数に与える効果が緩慢になる理由は、直列リアクトルのインダクタンスが（式１）のとおり平方根の中にあり、かつ、系統のインダクタンスとの和になるためである。

【0051】

［２−３．効果］
以上のような本実施形態によれば、計画時の設備と実設備との定数の差異、ならびに、実設備の系統構成変化や変圧器タップ変化に伴う定数の変動を吸収できる。その結果、送電系統における高調波共振を、より確実に回避することができる。

【0052】

［３．第３実施形態］
第３実施形態を図９〜図１２に従って、説明する。

【0053】

［３−１．構成］
本実施形態は、第２実施形態において、タップ１５ａが付加された直列リアクトル１５にさらに、図９のとおりタップ切換装置１５ｂおよびタップ切換用の自動演算装置１６を付加したものである。

【0054】

タップ切換用の自動演算装置１６は、図１０のとおり、系統が図４のケース(1) 〜(4) のどの構成であるかを検出する系統構成検出部１６ａ、リアクトル１５のタップ１５ａがどの位置にあるかを検出するタップ位置検出部１６ｂを備えている。また、タップ切換用の自動演算装置１６は、共振を回避するための適切なタップ位置を演算する演算部１６ｃ、および適切なタップ位置にタップを切り換えるための指令信号を出すタップ切換指令部１６ｄを備えている。このタップ切換指令部１６ｄからの指令信号は、図９のタップ切換装置１５ｂに与えられて、適切なタップ位置が選択される。

【0055】

［３−２．作用］
以上のような構成を有する本実施形態によれば、高調波共振を回避するための直列リアクトル１５の適切なタップを自動的に選択し、かつ、直列リアクトルのインダクタンスを、タップを自動的に選択しない場合よりも小さくできる。以下に、このような本実施形態の作用について、図１１〜図１２を用いて説明する。

【0056】

図１１は、図１０に示すタップ切換自動演算装置１６の演算内容を示すフロー図である。送電系統の操作者からタップ１５ａの切換指令が演算装置１６に入力されると、演算装置１６の系統構成検出部１６ａは、図４のケース(1) 〜(4) のいずれの系統構成かを検出する（ステップ１）。

【0057】

系統構成の検出は、各回線の遮断器および断路器の開閉状態や電圧の有無により判断される。また、タップ１５ａの切換指令は、操作者から入力されるものに必ずしも限定されない。特に指令を入力しなくても、系統の運転時に、常時あるいは一定時間ごとにステップ１の系統構成の検出を行うようにすることもできる。

【0058】

系統構成が検出された後は、検出された構成と既に演算装置１６が記憶している以前の構成と比較し、構成が変化したか否かを検出する（ステップ２）。系統の構成が変化していない場合には（ステップ２のＮｏ）、タップ１５ａの位置を変化する必要はないので、ステップ１の構成の変化の検出に戻り、次の切換指令を待つ。

【0059】

一方、構成が変化している場合には（ステップ２のＹｅｓ）、演算部１６ｃは、前記ステップ１において検出した系統構成に基づいて、前記（式１）によってあらかじめ分かっている系統定数から共振周波数を求め、系統が第３次・第５次・第７次などの奇数次高調波共振状態にあるか否かを演算する（ステップ３）。

【0060】

同時に、（式１）によって適切なリアクトルのインダクタンスＬｓとそれに対応するタップ位置を求める（ステップ４）。この場合、回路構成と適切なタップ位置の関係はあらかじめ決めておくこともできる。

【0061】

一方、タップ位置検出部１６ｂは、直列リアクトルのタップ１５ａがどの位置にあるかを検出する（ステップ５）。ステップ４において、適切なタップ位置が決定された後、決定されたタップ位置と検出部１６ｂによって検出された現在のタップ位置とを比較する。その結果、現在のタップ位置が適切な場合には（ステップ６のＹｅｓ）、ステップ１に戻り、次の切替指令を待つ。

【0062】

一方、現在のタップ位置が、適切なタップ位置でない場合には（ステップ６のＮｏ）、タップ切換指令部１６ｄから適切なタップへの切換信号を出し、これをタップ切換装置１５ｂで受け、タップ１５ａを切り換える（ステップ７）。この場合、タップ切換装置１５ｂは、変圧器で使用されている負荷時タップ切換器を使用することができる。あるいは、タップ数に等しい複数の開閉器で構成することもできる。

【0063】

ところで、タップ位置すなわち直列リアクトルのインダクタンスの大きさの決定に当たっては、系統定数の変動を考慮することが望ましい。変動する定数としては、図２の電源系統のインダクタンス２Ｌや主要変圧器のタップ変化によるインダクタンス５Ｌの変化がある。

【0064】

他方、計画時の変動要因であった電力ケーブル１０の静電容量１０Ｃやインダクタンス１０Ｌおよび第２の架空送電線のインダクタンス８Ｌは、タップ位置の自動制御を実施する時点で確定している。そのため、定数や共振周波数を実測することによって、製作誤差を考慮する必要がない。従って、共振周波数の変動幅は小さくなる。

【0065】

図１２は自動タップ制御を実施した結果の例を示している。横軸は系統構成の４つのケースを、縦軸は共振周波数を示している。タップ制御を実施しない場合を格子模様の破線の棒グラフで示し、自動制御した場合を波線模様の実線の棒グラフで示している。

【0066】

タップ制御を実施しない場合は、前述の図６に示したとおりとなり、ケースによって第５次または第７次高調波共振状態になるが、自動制御することにより、共振を回避できる。

【0067】

ケース(1) (2) (4) では中心周波数を２７１Ｈｚとし、上限は第５次高調波との共振を避けて１５Ｈｚ低い２８５Ｈｚに、下限は２５７Ｈｚとする。上限・下限は２７１Ｈｚの±５％とする。

【0068】

また、ケース(3) では中心周波数を３３２Ｈｚとし、上限は３４９Ｈｚ、下限は第５次高調波との共振を避けて１５Ｈｚ高い３１５Hzとする。上限・下限は３３２Ｈｚの±５％とする。これによって、たとえ系統定数の変動があっても共振は回避できる。

【0069】

各ケースの直列リアクトルのインダクタンスは、ケース(1) では１４．０ｍＨ、ケース(2) では４．３ｍＨ、ケース(3) では６．５５ｍＨ、ケース(4) では１６．０ｍＨである。これらの値と第１実施形態の図７、すなわち、タップ自動制御をしなかった場合のインダクタンス２９．０ｍＨを比較すると、ケース(1) は４８％に、ケース(2) は１５％に、ケース(3) は３１％に、ケース(4) は５５％に、それぞれ小さくなる。送電系統の電圧降下は、インダクタンスの大きさに比例するので、電圧降下を小さくできる。

【0070】

［３−３．効果］
以上のような本実施形態によれば、高調波共振を自動的に回避でき、かつ、直列リアクトルのインダクタンスを小さくすることで電圧降下を小さくできる。

【0071】

［４．他の実施形態］
本発明の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り、発明の範囲を限定することは意図していない。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、置き換え、変更を行うことができる。これら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。

【符号の説明】

【0072】

１…電源
２…電源送電線
２Ｌ…電源系統のインダクタンス
３…第１の変電所
４…高圧側母線
５…主要変圧器
５Ｌ…主要変圧器のインダクタンス
６…低圧側母線
７…第１の架空送電線
８…第２の架空送電線
８Ｌ…第２の架空送電線のインダクタンス
９…第１の接続点
１０…電力ケーブル
１０Ｌ…電力ケーブルのインダクタンス
１０Ｃ…電力ケーブルの対地静電容量
１１…第２の接続点
１２…第２の変電所
１３…母線
１４…配電用変圧器
１４Ｌ…配電用変圧器のインダクタンス
１５…直列リアクトル
１５Ｌ…直列リアクトルのインダクタンス
１５ａ…タップ
１５ｂ…タップ切換装置
１６…タップ切換自動演算装置
１６ａ…系統構成検出部
１６ｂ…タップ位置検出部
１６ｃ…演算部
１６ｄ…タップ切換指令部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】