JPH03183325A - 系統電圧安定化リレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電力系統の電圧不安定現象を監視して事前に系
統の安定化を図るようにした系統電圧安定化リレーに関
する。

（従来の技術） 最近、電力系統においては電力需要の増加につれて長距
離、大容量送電化が進む傾向にあり、系統の電圧安定性
を維持する上で系統設備計画時及び運用計画時に入念な
評価、チエツクを行なって大運用に備えている。

しかし、文運用時には例えば大きな需要変動、諸事数、
設備不具合等、あらゆる事態の発生の可能性があり、こ
れら全てのケースについて事前にチエツクを行なうこと
は事実上不可能である。

従って、事前の評価、チエツクの段階では予想し得なか
った運転条件となる可能性が考えられ、場合によっては
電圧不安定現象も起こり得る。

（発明が解決しようとする課題） ところで、従来の電圧不安定現象に対しては系統設備計
画時及び運用計画時に評価、チエツクを行なうだけなの
で、仮に電圧不安定現象が発生した場合、そのままでは
電圧が低下すると同時に負荷電流が増加し、不足電圧リ
レー、距離リレー等の動作を招く。この場合、距離リレ
ーは電圧低下及び電流増加という事態を遠方の短絡と認
識し動作するが、一般にこの保護動作は適切でない。

また、距離リレーが動作に至らなくても系統不安定現象
の発生時には設備過負荷や周波数動揺により、広域停電
に至る可能性がある。

本発明は丈時間における系統の不安定現象を検出して負
Ｇノ制御を行なうことにより、系統の電圧安定化を図る
ことができる系統電圧安定化リレーを提供することを目
的とする。

（課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するため、本発明による系統電圧安定
化リレーでは送電系統の受電端の母線電圧及び送電線電
流を取込む入力手段と、この入力手段により取込まれた
電圧、電流情報をもとに有効電力、無効電力を求める第
１の演算手段と、この第１の演算手段で求められた有効
電力、無効電力及び前記入力手段により取込まれた電圧
と系統定数、設備定数から運転点を求める第２の演算手
段と、負荷の電圧静特性をもとに系統の電圧安定領域を
求める安定領域設定手段と、前記第２の演算手段で求め
られた運転点が前記安定領域設定手段で求められた電圧
安定領域内か、又は電圧安定領域外かを判定する判定手
段と、この判定手段で系統の運転点が電圧安定領域外に
あると判定されると前記負荷を運転点が電圧安定領域内
に入るべく制限する負荷制御手段とを備えたものである
。

（作用） このような構成の系統電圧安定化リレーにあっては、丈
時間で刻々変化する有効電力、無効電力及び電圧と系統
定数、設備定数から求められた運転点が負荷の電圧静特
性をもとに設定された電圧安定領域の内外のいずれにあ
るかが判定され、電圧安定領域外であると判定されると
系統電圧が電圧安定領域内に入るように負荷が制限され
るので、従来のように不足電圧リレー、距離リレー等に
よる不適切な保護動作がなく、設備の過負荷や周波数動
揺による広域停電を未然に防止することができる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明が適用される電力系統の受電端側の構成
例を示すもので、ＢＧは変電所側の母線、ＢＬは受電端
側の母線で、これら両回線間は長距離大容量送電綿りに
より連系されている。また、受電端側の母線ＢＬには図
示しない複数の負荷フィーダが解列可能に接続されると
共に複数の無効電力補償用のコンデンサＣが解列可能に
接続されている。このような受電端側の送電線りに変流
器ＣＴを設け、また母線ＢＬに変圧器ＰＴを接続してこ
れら変流器ＣＴより得られる送電線電流Ｉおよび変圧器
ＰＴより得られる母線電圧Ｖを系統電圧安定化リレー１
に入力する。

この系統電圧安定化リレー１は第２図に示すように、送
電線電流Ｉおよび母線電圧Ｖが入力される入力変換部２
、各負荷フィーダの開閉器情報およびコンデンサの開閉
器情報が入力される入力変換部３、送電線インピーダン
ス、コンデンサ容量、負荷特性定数、負荷フィーダ順位
、母線電圧目標値等の整定値データが記憶されている整
定値メモリ４、入力変換部２．３によりデータ処理に必
要な信号にそれぞれ変換された電流データ、電圧データ
および開閉器情報をそれぞれ取込み、整定値メモリ４に
記憶された整定値情報を用いて詳細を後述する所定の演
算を実行すると共に電圧不安定現象の有無を判定する演
算部５、この演算部５より出力される判定結果の信号を
増幅し、これを負荷しゃ断信号またはコンデンサしゃ断
信号として出力する信号増幅部６および演算部５での演
算処理内容やデータ等を表示に必要な信号にして外部の
デイスプレー８に表示する表示制御部７から構成されて
いる。

次にこのように構成された系統電圧安定化リレーの作用
について述べる。

送電線りに流れる電流ｌおよび母線電圧■が系抗電圧安
定化リレー１に入力されると、入力変換部２では電流情
報および電圧情報を処理に必要な信号に変換して演算部
５に加えられる。また、このとき負Ｇｆフィーダおよび
無効電力補償用のコンデンサＣの開閉器情報が入力変換
部３に入力されており、これらの開閉器情報も処理に必
要な信号に変換されて演算部５に加えられている。

演算部５では、まず電流情報および電圧情報から運転点
の有効電力Ｐ１無効電力Ｑを次のような電力方程式に基
いて求める。

ｐ　−Ｖ　Ｉ　ｃｏｓψ　　　　　　　　　−（１）Ｑ
−ＶＩｓｉｎψ　　　　　　　　　−（，２＞但し、■
は母線電圧、■は送電線電流、ψはＶと１の位を日差で
ある。

また、演算部５ではかかる式により求められた４有効電
力Ｐ１無効電力Ｑと母線電圧Ｖ並びに整定値メモリ４に
格納されている送電線インピーダンス、コンデンサ容量
等の整定値データをもとに次式により規格化した特殊な
座標系で定義される運転点Ｐｖ、Ｑｖを求める。

Ｐｖ　　−Ｐ／　　（ｈＶ２　）　　　　　　　　　　
−（３）Ｑｖ　　＝Ｑ／　　（ｈ　Ｖ’　　）　　　　
　　　　　　−（４）ここで、ｈ−１／Ｘ−Ｃで、Ｘは
線路リアクタンス、Ｃは投入中のコンデンサ総容量を示
す。

ここで、受電端母線電圧が安定であるための条件を導く
と次の通りである。

いま、第３図のモデル系統図に示すように上位変電所の
電圧をＶｓ、送電線リアクタンスをＸ１受電端側のコン
デンサをＣ１受電端側の母線電圧をｖ１受電端側の母線
電圧の上位変電所の電圧に対する位相角をｅとして与え
られているものとすれば、電力方程式として Ｐ−Ｖ５Ｖ／　Ｘ５ｌｎ　ｅ　　　　　　　−（５）Ｑ
＝　（Ｖｓ　Ｖｃｏｓ　ｅ−Ｖ２）／Ｘ＋ＣＶ２・・・
（６） が成立する。

さらに、負荷へ流入する電力をＰＬ ると、 ＰＬ−ＰＬＣＶｋＰ Ｑ　ｔ　＝　Ｑ　ＬＣＶ　ＬＱ ＱＬとす （７） （８） で表される。

したがって、上記（５）、（６）、（７）。

（８）式を運転点のまわりで線形化すると、ΔＰ−（Ｑ
＋ｈＶ２）−Δｅ ＋（Ｐ／Ｖ）　　・Δ■　・・・（５ ΔＱ−Ｐ−Δｅ＋　（Ｑ−ｈＶ２）／Ｖ−ΔＶ・・・（
ＩＣ ΔＰ＋　−（Ｐｋｐ　／Ｖ）　　・ΔＶ　　・・・（１
１ΔＱｔ　＝　（Ｑｋｏ　／Ｖ）　　・ΔＶ　　　−（
１２となる。

ここで、受電端側の母線での微少量のバランヌを考え、
また外乱としてΔＰｄ、　ΔＱｄを定義すると、 ΔＰ−ΔＰＬ十ΔＰｄ　　　　　　　・・・（１３ΔＱ
−ΔＱ、＋ΔＱｄ　　　　　　　・・・（１４として表
すことができる。そこで、（１３）（１４）式に（９）
〜・（１２）式を代入して行ダ１形式で表すと、 ・・　（１５） が得られる。外乱に対し安定であるためには、諸文献よ
り（１５）式の右辺の［Δｅ、ΔＶ］Ｔの係数行列の行
列式の値が非負であればよい。よって、 Ｐ２　（ｋｐ　　１）＋　（Ｑ＋ｈＶ２）［Ｑ　（ｋｏ
　　１）　十ｈｖ’］　≧。

、゛、（Ｐ／　（ｈＶ’　）ｌ　２　（１−ｋｐ　）＋
　ｆＱ／　（ｈＶ２）＋　２　（１−ｋｏ）−ｔＱ／　
（ｈｖｚ）ｌ　ｋＱ≦１ ・・・　（１６） このようにして楕円特性の電圧安定領域が求められると
、前記した（３）、（４）式で求められた運転点［Ｐｖ
、Ｑｖ］が電圧安定領域内にあるか、電圧安定領域外に
あるかが上記（１６）式に基いて判定され、その判定結
果は演算部５より表示制御部７を通して外部のデイスプ
レー８に表示データとして出力され、デイスプレー８に
は例えば第４図に示すような楕円特性と運転点が表示さ
れる。

いま、演算部５の判定結果が第４図に楕円特性として示
す電圧安定領域に対しＡ点から徐々に移動したＢ点に運
転点があると判定されると、負荷に対して解列すべくし
ゃ断指令が出力される。この場合、負荷のしゃ断に際し
ては、演算部５にて次のような判定および演算によって
しゃ断すべき負Ｑが決定される。すなわち、しゃ断すべ
き負Ｇノは整定値メモリ４に記憶されている負荷しゃ断
順位に基きしゃ断するフィーダを選定して該当する負荷
のフィーダにしゃ断指令を出力することにより行われ、
間時にしゃ断後残存する負荷ｔｉＬＰＲ。

Ｑｎを求める。

また、しゃ断後の残存負荷（ＰＲ，ＱＲ）に対して母線
電圧を適性な値に保つためには、負荷しゃ断と同Ｉ４シ
にコンデンサもしゃ断する必要がある。

そこで、コンデンサをしゃ断するに際しては、演算部５
にて以下に述べるコンデンサ容量算出式によりＰＲ，Ｑ
Ｒに対応する電圧にするためのコンデンサ容量を求めて
しゃ断すべきコンデンサ容量定する。すなわち、しゃ断
するコンデンサ容量は、現在値としゃ断後の適正値との
差であり、実際のコンデンサ容量は連続量を取り得ない
ので、計算値に最も近いものをしゃ断することになる。

いま、送電端（」二色変電所）の母線電圧をＶｓとすれ
ば、系統の送電特性は Ｐ２＋（Ｑ十ｈＶ２　）２−Ｖ２ｖｓ’　／Ｘ２と表さ
れルノテ、このＰ、Ｑ、Ｖｉ：：Ｐｎ　、ＱＲ。

ＶＲ（母線電圧目標値）を代入してｈについて解けば、 ｈ−（ＶＲ２ＶＳ’／Ｘ２−ＰＲ”　　Ｑ）Ｒ／ＶＲ”
となるので、しゃ断後のコンデンサの適正値ＣＲとして
、 ＣＲ＝１／Ｘ−ｈ ＝１／Ｘ　　（ＶＲ’ＶＳ２／Ｘ２ＰＲ’　　ＱＲ）／
ＶＲ２を得る。

このように演算部５において、判定および演算により決
定された負荷およびコンデンサが解列されると運転点は
第４図のＢ点からＣ点に移動し、電圧安定領域内に入る
。

ここで、前述した演算部５での基本的な動作をフローチ
ャートで表すと第５図に示すようになる。

以上のように本実施例では、演算部５により有効電力、
無効電力及び電圧と整定値メモリ４に記憶されている系
統定数、設備定数から運転点を求めると共に整定値メモ
リ４に記憶されている負荷の電圧静特性をもとに電圧安
定領域を楕円特性として求め、運転点が電圧安定領域外
にあると判定されると、系統電圧が電圧安定領域内に入
るように、且つそのときの系統の目標電圧値に対応させ
て負荷および無効電力？＋［ｉ供用のコンデンサを解列
するようにしたので、系統電圧に不安定現象が発生して
も、距離リレー等が動作する前に系統電圧の安定化を図
ることができ、設備の過負荷や周波数動揺により広域停
電に至るようなことがなくなる。

また、本実施例では電圧安定領域を楕円特性としてデイ
スプレー８に現在の系統運転点と共に表示するようにし
たので、電圧安定領域に対して実時間で刻々変化する系
統電圧がいずれの点で運転されているかを視覚を通して
早期に把握することが可能となり、電力系統の運用を図
る上において事前にその動向を知ることができる。

なお、上記実施例において、デイスプレィ８に電圧安定
領域と系統の運転点を表示させる以外に演算部５での判
定データや演算データ等リレー動作時の諸データのプリ
ントアウト機能を持たせるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、実時間における系統
の電圧不安定現象を検出して系統電圧の目標値に対応さ
せて負荷制御を行なうようにしたので、別の保護リレー
が働く前に系統の電圧安定化を図ることができ、もって
信頼性の高い系統運用をなし得る系統電圧安定化リレー
を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される電力系統の一例を示す構成
図、第２図は本発明による系統電圧安定化リレーの一丈
施例を示すブロック図、第３図は同実施例の作用説明に
必要な系統モデル図、第４図は同実施例におけるデイス
プレーに表示された電江支定領域と運転点の関係の説明
図、第５図は本発明の基本動作を示すフローチャートで
ある。 ２．３・・・入力変換部、４・・・整定値メモリ、５・
・・清算部、６・・・信号増幅部、７・・・表示制御部
、８・・・デイスプレー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 送電系統の受電端の母線電圧及び送電線電流を取込む入
   力手段と、この入力手段により取込まれた電圧、電流情
   報をもとに有効電力、無効電力を求める第１の演算手段
   と、この第１の演算手段で求められた有効電力、無効電
   力及び前記入力手段により取込まれた電圧と系統定数、
   設備定数から運転点を求める第２の演算手段と、負荷の
   電圧静特性から系統の電圧安定領域を求める安定領域設
   定手段と、前記第２の演算手段で求められた運転点が前
   記安定領域設定手段で求められた電圧安定領域内か、又
   は電圧安定領域外かを判定する判定手段と、この判定手
   段で系統の運転点が電圧安定領域外にあると判定される
   と前記負荷を運転点が電圧安定領域内に入るべく制限す
   る負荷制御手段とを備えたことを特徴とする系統電圧安
   定化リレー。