JPH0832131B2 - 送配電線路模擬装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、系統計画，建設，運用等における基本的
動作の検討に必要な解析を簡便に行うための送配電線路
模擬装置に関するものである。

〔従来の技術〕 周知のように、この種、送配電線路模擬装置は電力系
統が高電圧化，大容量化するに従い、その振舞いも複雑
となり、従来にも増して詳細，綿密な解析検討が必要と
されるようになつた。

従来の送配電線路模擬装置は比較的単純な系統を想定
し、この系統を構成する各種機器の縮小規模模型を作成
して相互に接続し、動作させてその振舞いを計測するも
のが広く用いられて来た。

然るにこのような送配電線路模擬装置では比例縮小則
が必ずしも正確に成立しないので、模擬精度に限界があ
ることと、規模の大きい現今の系統を忠実に模擬するに
は不経済であること等の欠点を有し、定式化できる現象
については、デイジタル計算機によるシミユレーシヨン
が専ら用いられている。

一方、デイジタルシミユレーシヨンについては計算精
度は把握できるものの、前提となるモデルの適確さ、模
擬演算の時間間隔等については必ずしも十分とはいいが
たく、上記縮小型模擬方法とデイジタル計算機による定
式化模擬方法との両方が電力系統の詳細，綿密な解析に
用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の送配電線路模擬装置は以上のように構成されて
いるので、その模擬対象の特性定数の値を比較的広範囲
に、かつ容易に変更可能となるように、電力系統の各電
圧階級の定数を巾広くカバーできるようにした上、各電
圧階級の系統構成・接続が網状または放射状と混在して
電圧階級毎に使い分けられているために、一旦接続した
後に定数を変更し、更に各種の接続を変更するのは相当
大規模、かつ複雑な作業を必要とするという問題点があ
つた。

ことに我国の電力系統は、高電圧の系統が網状、低電
圧の系統が放射状となつているが、この２種の系統は電
圧階級により使い分けられており、かつ系統、特に線路
の定数は標準的な範囲にあることが知られている。

従つて、このような系統を模擬するように構成したも
のについてその内容を変更するには、接続の変更もさる
こと乍ら定数の変更が変更の難易を大いに左右してい
る。

特に、電力系統の基本的構成は各社ともほぼ固定化し
ており、その基本的構成の変更はほとんどなく、かつ設
備機器の設計も標準化方向にあるため多岐多様に亘る変
化はあり得ないのが一般的であり、その内容を変更する
ことは回路定数が固定した器具を複数個用意しなければ
ならず、しかも相互の間を接続替えするような煩雑な作
業や複雑な接続手段を必要とするために非常に困難であ
るという問題点があつた。

この発明は上記の問題点を解消するためになされたも
ので、特にこの発明では、系統運用により変化を生じや
すく、かつ簡略化の対象となりやすい送電線路の模擬手
段について効率的に設定操作が行え、定数設定を容易に
可変できるようにした送配電線路模擬装置を得ることを
目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る送配電線路模擬装置は、送配電線路の
構成部材から定まる単位長さ当りの電気回路定数を基準
とし、所定の変化範囲を持つ線路定数値を実現する前記
送配電線路１条または複数条当りの抵抗、自己インダク
タンス、キャパシタンス、導体間の相互インダクタン
ス、導体間のキャパシタンスをそれぞれ模擬する模擬部
と、この模擬部とは別置であって該模擬部へ定数調整指
令を与える遠隔操作部とを有し、前記模擬部は、前記遠
隔操作部からの定数調整指令を受けて制御信号を出力す
る制御回路と、可変ゲインアンプを介して可変空隙付入
力変成器に接続された受動回路素子を有し前記制御回路
からの制御信号に応じて抵抗、リアクタンス、キャパシ
タンスを模擬する複数の模擬回路と、前記制御回路から
の指示によって前記模擬回路からの計測対象量を選択す
る計測切換回路と、前記計測切換回路からの出力をパル
ス化して前記遠隔操作部へ出力するパルス列化回路とを
備えたものである。

〔作用〕

この発明における送配電線路模擬装置は、外部からの
指令に応じて入力変成器および受動回路素子の定数を設
定値に調整するようにし、系統計画，建設，運用等にお
ける基本的動作の検討に必要な解析が簡便に行えるもの
である。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図に基づいて説明する。
まず、この発明の原理について説明する。

第３図はこの発明の対象となる系統の最小構成を示す
系統図で、同図において、１は電源系統、２は変圧器、
３は電源側の母線、４は電源側の遮断器、５は２回線の
送電線、６は負荷側の遮断器、７は負荷側の母線、８は
負荷側の変圧器、９は負荷系統である。

一般に電力系統は上記電源系統1,電源側の変圧器2,送
電線5,負荷側の変圧器８および負荷系統９等の設備によ
り構成され、その運用により電源側の変圧器2,送電線５
および負荷側の変圧器８の組合せ変更が行われるもので
あつて、その設備台数の大巾なる変動はないのが普通で
ある。即ち、電源系統1,電源側の変圧器2,送電線5,負荷
側の変圧器８および負荷系統９についてその大きさ（基
準値に対する比）が一定範囲にあれば、その範囲を包含
する要素を所定個数だけ用意すれば模擬のための員数に
不足はないといえる。

また、その接続についても大巾な電力設備の移転，移
設はないのが普通であるから、配置が固定化されるのに
伴い準固定化されていると考えてよい。従つて、変更を
生じるのは変圧器並列運転台数、送電線併入回線数及び
連系経路であつて、主たる変化は変圧器及び送電線の定
数に生じることになる。

このうち、ここでは線路定数の変更方法について説明
する。線路定数について線路諸元に応じた変動巾をカバ
ーできる手段を準備して、線路定数の必要模擬精度を満
足させ、接続の変更による定数設定を極力少なくするよ
うにすれば、模擬定数の変更の際の手数を低減すること
ができる。

以下、対象となる送電線路の設定の自由度を向上させ
ることについて第４図（ａ），（ｂ）を用いて簡単に説
明する。通常、我国の送電線路は３相送電線で２回線分
を１基の鉄塔に装架していることが多い。従つて、線路
１条当り抵抗R,自己インダクタンスL,自己対地キヤパシ
タンスＣの他に、自回線の他相（含地線）の電流，電圧
により誘導される結合インダクタンスM,キヤパシタンス
Ｃ及び隣回線の電流，電圧により誘導される結合インダ
クタンスM,キヤパシタンスＣを持つている。

この抵抗R,自己インダクタンスL,結合インダクタンス
ＭおよびキヤパシタンスＣは線路の導体寸法，支持物の
構造できまる導体配置によつて左右されるが、使用電圧
階級によつて導体配置は大体の範囲があり、同じく送電
容量，電流によつて導体寸法がある程度の範囲内に分布
するので抵抗R,自己インダクタンスL,結合インダクタン
スＭおよびキヤパシタンスＣは一定の範囲内に収まる。

また、送電線路の亘長は様々な値を取りうるが、この
亘長も送電容量，送電電圧階級とある相関をもつてい
る。

従つて、この発明において対象として検討すべき送電
線路の等価回路は、第４図（ａ），（ｂ）のようにな
る。

第１図は、３相２回線送電線（含む地線）１本当りの
抵抗Ｒ及び自己インダクタンスL,対地キヤパシタンスＣ
より構成される模擬回路図、第２図は同じく３相２回線
送電線に対し、自回線他相，隣回線各相及び地線に流れ
る電流及び発生している電圧により生じる相互インダク
タンスM,キヤパシタンスＣを表わした模擬回路図であ
り、第１図および第２図の回路を縦属多相接続して使用
する。第１図において、10,11は４端子回路網の入出力
側端子、12,22,32,42は定数設定回路用の入力変成器、1
3,23,33,43は入力変成器12,22,32,42に対する負荷イン
ピーダンスを調整する可変ゲインの増巾器、14,24,34,4
4は送電線路の抵抗R,自己インダクタンスL,キヤパシタ
ンスＣを模擬する模擬回路を構成する受動回路素子で、
受動回路素子14が抵抗分を、受動回路素子24が自己イン
ダクタンス分を、受動回路素子34,44がキヤパシタンス
分を模擬する。

次に15は模擬回路の定数設定のための操作を司る制御
回路であり、この制御回路15内には外部からの指令を解
釈し、必要な定数を設定値に調整するための論理と設定
された定数値を計測するための計測切換回路16と計測器
具とを選択制御する論理とを内蔵する。16は定数設定後
の回路定数を計測するための計測切換回路であり、制御
回路15からの指令により計測対象量を選択する。30は計
測切換回路16で選択された計測対象からの電圧，電流を
受けてその値を計測し符号化して外部へ伝送する機能を
備えた符号化回路である。これら制御回路15,計測切換
回路16および符号化回路30は、マイクロプロセツサ等を
用いた自動化計測機器により容易に実現可能であり、自
動化計測機器間の情報伝送手段についてもアイイーイー
イー（IEEE）等により標準化された手続き方法を有して
いる。

上記により、線路の抵抗R,自己インダクタンスL,キヤ
パシタンスＣを変更調整する方法，原理について以下に
説明する。まず、抵抗分Ｒは受動回路素子14で実現され
ているが、この値を可変にするためには線路の抵抗を摺
動抵抗とする等、可変抵抗器を用いる。

次に、可変ゲインの増巾器13,23,33,43は、所謂プロ
グラマブルゲインアンプに電力増巾用アンプを組合せた
もので、外部から定数値をデイジタル信号化して与えれ
ば、見掛け上の利得が変更でき、入力変成器12,22,32,4
2の負荷分を変更できる。即ち、アンプへの入力を調整
することにより、負荷の抵抗値を見掛け上変更するもの
である。

最後に、入力（インピーダンス変換用）変成器12は巻
数を切換えることにより、入出力特性を変更できるが、
タツプにより巻数を変更する場合特性変化が段階状であ
るため、微調整ができない。従つて希望の設定値に対し
微細な加減ができず、設定精度が向上しにくい。そこ
で、更に微細な調整を行うためには第５図に示すような
構造の変成器を用い、その制御信号を制御回路15より与
えることにより微細な調整を可能にしている。その詳細
は後述する。

次に第２図について説明する。第２図において第３図
中と同一構成要素には同一符号を付す。20は切換回路
で、この切換回路20は模擬回路単位に対し自回線他相
（含地線），他回線各相の電流，電圧による電磁，静電
誘導結合を模擬するため他の模擬回路単位から上記各電
流もしくは電圧を導入し、接続切換えを行うものであ
る。電磁誘導模擬のためには切換回路20を介して自模擬
回路単位以外の他模擬回路単位からの電流を印加できる
よう切換回路20の内部に接続回路を形成する。また、静
電誘導模擬のためには同じく他模擬回路単位の電圧を印
加できるように切換回路20内部に接続回路を形成する。

12,22,32,42,52,62は詳細を後述するが、１次−２次
の入出力特性を外部遠方から変更できるようにした特殊
構造の変成器（第５図参照）であり、入力インピーダン
ス／入力電流調整回路18,28,38,48,58,68と相俟つて２
次に発生する上記各誘導電圧を所望の値に変更できるよ
うにしたものである。すなわち、入力インピーダンス／
電流調整回路18,28,38,48,58,68は切換回路16より電
流，電圧を導入した後、入力変成器12,22,32,42,52,62
と相俟つて、電磁もしくは静電各誘導係数が、所定の値
になるよう入力インピーダンス／電流を調整するもの
で、簡単な構成の場合は抵抗，インダクタンス，キヤパ
シタンスによる分流／分圧回路で実現できる。特に、誘
導結合実現のために切換回路16を含め他相，他回線から
の電流，電圧を導入する際に中途の損失が大きい場合
は、増巾器等を挿入して入力電流／入力インピーダンス
を調整しやすくすることもありうる。19,29,39,49,59,6
9は相互誘導の結果生じる電圧を調整するためのインダ
クタンスまたはキヤパシタンスである電圧調整回路で、
電磁誘導模擬に対してはインダクタンスを、静電誘導模
擬に対してはキヤパシタンスを使用し、上記入力変成器
12,22,32,42,52,62と入力インピーダンス／電流調整回
路18,28,38,48,58,68とを組合せ、所望の相互誘導結合
を模擬実現する。

この模擬の結果生じた各電圧を計測切換回路16に導入
し、直，並列に接続切換を行つて第４図（ａ），（ｂ）
の結合関係が実現できるようにする。

即ち、電磁誘導模擬の場合は、電圧調整回路19,29,3
9,49,59,69の出力を端子１から２へ向つて長手方向に直
列に接続するように切換える。また、静電誘導模擬の場
合には１−２間を直結する帰線を基準電位線として電圧
調整回路19,29,39,49,59,69に発生する電圧が第４図
（ｂ）と同様な関係を満足するよう計測切換回路16の内
部で並列的に接続する。

以上の構成をもつた第２図の動作について説明する。
第２図の回路部分は、３相２回線送電線につき１相当り
２組準備する。最初の１組については電磁誘導結合を模
擬するものである。遠方にある指令操作端から設定指令
が与えられると、制御回路15はその内容を解読し、切換
回路20を指令に満足するように隣り相（含む地線）３相
分，他回線各相（３相分）の電流を通電するよう構成す
る。切換回路20を介して導入された電流は入力インピー
ダンス／電流調整回路18,28,38,48,58,68および入力変
成器12,22,32,42,52,62を介して適当な値および位相に
変成され、電圧調整回路19,29,39,49,59,69のインダク
タンスに印加される。この際、電圧調整回路19,29,39,4
9,59,69の両端に発生する電圧及び電圧調整回路19から
見たインピーダンスが問題となるが、入力変成器12,22,
32,42,52,62、入力インピーダンス／電流調整器18,28,3
8,48,58,68および電圧調整回路19,29,39,49,59,69の各
可変部分を適切に組合せて満足できる値に変更する。電
圧調整回路19,29,39,49,59,69の両端に発生した電圧
は、計測切換回路16に加えられ、電圧調整回路29,39,4
9,59,69の両端に発生した各電圧と加算されるように直
列に接続され、端子1,2の間に接続された分だけの電圧
差が得られる。

ここで発生した６組の電圧は、計測切換回路16により
計測可能となるよう切換えられて符号化回路30に印加さ
れ、第２図と同様に変換符号化されて遠方操作端に伝送
される。

即ち、制御回路15に与えた定数設定指令で設定した入
力変成器，入力インピーダンス／電流調整回路および電
圧調整回路の各模擬部分の定数が所望の値通りになるか
確認するため、各模擬部分の電流，電圧をこの回路内で
計測し、相互インダクタンスM,キヤパシタンスＣを計算
して数値（２値）情報化し遠方の操作端まで伝送する。

以上により第１図と同様の方法で、自回線他相，他回
線各相および地線からの電磁誘導による結合を模擬し、
結合係数を所望の値に調整するような遠方設定が可能で
ある。

従つて、第１図と同様、電磁誘導係数が所望の値に一
致するように模擬回路や構造を直接人手で操作する必要
はなく、遠方からデイジタル信号を発し、精密な調整は
数値設定と増減のオン・オフ設定とをくり返して行うこ
とができるといつた効果が得られる。

次の１組については、静電誘導結合を模擬するもので
ある。遠方の指令操作端から設定指令を与えると制御回
路15により切換回路20を構成し、隣相２相分，他回線各
相分の電圧をこの要素部分に印加する。切換回路20を介
して導入した各電圧は入力変成器12,入力インピーダン
ス／電流調整回路18を介して電圧調整回路19の両端に電
圧降下を発生する。他相，他回線の入力変成器22,32,4
2,52,62、入力インピーダンス／電流調整回路28,38,48,
58,68および電圧調整回路29,39,49,59,69も組合せによ
り同様に電圧降下を発生する。この際、電圧調整回路19
の両端に発生した電圧は計測切換回路16に加えられる
が、電圧調整回路29,39,49,59に発生した電圧を端子1,2
を直結する共通帰線に対し適切な極性で該当相の誘導結
合電圧相当分を発生するようにする。

ここで発生した各電圧は、切換回路16によつて計測可
能となるよう切換えられて符号化回路30に印加され、第
１図と同様に変換符号化されることは電磁誘導結合の模
擬の場合と同様である。

このような動作により、自回線他相，他回線各相から
の静電誘導結合現象を模擬し、その係数を所望の値に調
整するような遠方設定が可能となり、静電誘導係数が所
望の値に一致するように遠方操作で定数設定ができると
いう効果が得られる。

この発明の一実施例として説明した第１図および第２
図において必要とした入出力特性の微細可変な入力変成
器12,22,32,42,52,62について説明する。

本入力変成器の構造具体例を第５図に示す。第５図は
上記入力変成器を示す側面図で、第５図における変成器
は、外鉄形構造の変成器の外側脚の部分に穴をあけ、磁
路のリラクタンスを変更するためのプランジヤー上下２
ケと、この位置を変更するために鉄心上下に設けたソレ
ノイドコイルをもつ。第５図において、70は変成器の鉄
心、71はこの変成器の内脚部に巻かれたコイル、72a,72
bはこのコイル71の口出線である。

鉄心70の外側脚の部分には少なくとも１個以上の穴73
があけられ、その穴73の中に磁性／非磁性の材料を組合
せ適当な空隙を持つたプランジヤー74が摺動自在に設け
られている。プランジヤー74は相互位置を変更して磁路
の空隙を変更しやすくするために上下２つの部分74a,74
bに分割してある。プランジヤー74の上下位置を調整す
るためのソレノイドコイル75,76は鉄心70の上下適当な
位置に置かれ、その口出線は端子4a,4b,4cに引出されて
いる（この図では図解の都合上近接させている）。77は
プランジヤー74の上部の動きを止めるストツパであり、
プランジヤー74の位置に基準を与えるバネ78が設けられ
ている。また、プランジヤー74の下部74bにはこのバネ7
8に基準長さを与える重錘が形成されている。79は変成
器を保持固定するための脚である。

しかして、端子4a,4b,4cより上下のソレノイドコイル
75,76に与える電流を適切に加減すれば、ソレノイドコ
イル75,76が発生する上下軸方向の磁束によりプランジ
ヤー74に電磁力が働き適当な位置で固定する。プランジ
ヤー74は非磁性部分を含んでいるから鉄心70の磁束の通
路に１部空隙が生じたことになる。この空隙の寸法はプ
ランジヤー74の位置によつて左右され、その位置自体は
ソレノイドコイル75,76によつて生じる電磁力に関係す
る。ソレノイドコイル75,76の電磁力はコイル71に通電
する電流によつて加減されるからこの電流を微細に調整
すれば、変成器の磁路のリラクタンスはより精細に調整
できる。

以上要するに、変成器に外部から長さが変更できる空
隙を設け、この空隙を電気的に変更して磁路のリラクタ
ンス（パーシアンス）を変更して変成器の入出力特性を
変更しようとするものである。これらより、第１図およ
び第２図に示す入力変成器12,22,32,42,52,62の１次−
２次電流／電圧特性は、ある範囲においてより微細に調
整可能となり、１次−２次巻線のタツプを切換えること
により段階的に変化させた同特性と相俟つて広範な変化
範囲を持たせることができる。

〔発明の効果〕

以上、この発明によれば、送配電線路模擬装置を１条
または複条の送電線路の抵抗，自己インダクタンス，キ
ヤパシタンス，導体間の相互インダクタンスおよびキヤ
パシタンスを広範囲に、かつ電気的に変化させられる回
路を構成したので、この回路を適当な個数直列（場合に
よつては並列）に接続すれば、各個の間の接続を複雑に
切換え変更することなく、比較的単純な操作で所望の回
路定数値を電気的に設定することが可能となり、従つて
従来のような回路定数が固定した器具を複数個用意し、
相互の間を接続替えするような煩雑な作業や複雑な接続
手段を必要としなくて済む。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による送配電線路模擬装置
の自己相損失模擬回路を示す回路図、第２図は同じく他
相，他回線からの誘導模擬回路を示す回路図、第３図は
この発明の対象となる系統を示す回路図、第４図はこの
発明の一実施例による送配電線路模擬装置の電磁結合と
静電結合の等価回路図、第５図はこれら実施例に用いら
れる入力変成器を示す側面図である。 12,22,32,42,52,62は入力変成器、14は受動回路素子、1
5は制御回路。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−86427（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−71648（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−1032（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送配電線路の構成部材から定まる単位長さ
   当りの電気回路定数を基準とし、所定の変化範囲を持つ
   線路定数値を実現する前記送配電線路１条または複数条
   当りの抵抗、自己インダクタンス、キャパシタンス、導
   体間の相互インダクタンス、導体間のキャパシタンスを
   それぞれ模擬する模擬部と、この模擬部とは別置であっ
   て該模擬部へ定数調整指令を与える遠隔操作部とを有
   し、 前記模擬部は、前記遠隔操作部からの定数調整指令を受
   けて制御信号を出力する制御回路と、可変ゲインアンプ
   を介して可変空隙付入力変成器に接続された受動回路素
   子を有し前記制御回路からの制御信号に応じて抵抗、リ
   アクタンス、キャパシタンスを模擬する複数の模擬回路
   と、前記制御回路からの指示によって前記模擬回路から
   の計測対象量を選択する計測切換回路と、前記計測切換
   回路からの出力をパルス化して前記遠隔操作部へ出力す
   るパルス列化回路とを備えた送配電線路模擬装置。
2. 【請求項２】前記模擬回路は、可変空隙付入力変成器に
   接続された入力インピーダンス／電流調整回路と相互誘
   導により生じる電圧を調整する電圧調整回路を有し、前
   記計測切換回路は前記電圧調整回路を直列、並列に接続
   切換を行うことを特徴とする特許請求の範囲（１）記載
   の送配電線路模擬装置。