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技術 電力系統の高調波計算用パラメータ解析装置及び高調波計算用パラメータ推定方法

出願人 東京電力ホールディングス株式会社
発明者 多田泰之
出願日 2011年2月14日 (9年10ヶ月経過) 出願番号 2011-028686
公開日 2012年6月7日 (8年6ヶ月経過) 公開番号 2012-108085
状態 特許登録済
技術分野 周波数測定,スペクトル分析 位相差の測定 交流の給配電
主要キーワード 需要状態 設備増強 線形近似式 高調波歪率 算用パラメータ 繰返し動作 等価静電容量 負荷環境
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年6月7日)のものです。
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図面 (11)

課題

高調波算用パラメータを精度よく推定し、高調波計算用パラメータの最悪値を推定するに足る精度の高い高調波計算用パラメータ解析装置及び高調波計算用パラメータ推定方法を提供する。

解決手段

送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統等価回路41を用いた回路接続情報を有する解析用ファイル22と、等価回路41の高調波計算用パラメータ及び高調波計算用パラメータの値を格納する高調波計算用パラメータファイル23を用いて解析部4において回路解析を行い、高調波計算用パラメータ中の求解すべき負荷側の高調波電圧電流推定計算結果の値と実測結果の値とを比較して、実測結果の値と解析結果データの中の負荷側の高調波電圧・電流推定計算結果の値とが所定の関係を満足する値を有する解析結果データ25をデータベース5から抽出する比較部6とを備えている。

概要

背景

需要者側(負荷側)でインバータ機器のような半導体電力変換器が増加して、電力系統における高調波歪の問題が顕著となり、負荷側において電子機器誤動作進相コンデンサ損傷等の障害を発生するおそれがある。これに対応して、半導体電力変換器をはじめとする高調波抑制対策ガイドラインの制定や電気料金力率割引割増制度導入等により、負荷側における高調波対策進展しているかに見える。

しかしながら、電力系統における高調波歪の状況は時々刻々変化し、同一地区で、略同一の負荷環境であると予想される場合であっても、20%程度も高調波歪率が変動している場合が観測されている。高い電力品質を確保して電力供給するため、送電系統側も含めた電力系統全体として、より正確な高調波計算用パラメータの測定又は推定をして、最悪の状況を考慮した設備運用をする必要性はますます増大している。

電力系統における高調波歪を推定するアプローチは、長年にわたりなされてきており、近年、パーソナルコンピュータの劇的な性能向上等とともに回路解析技術が進歩し、安価で容易に電力系統の高調波解析を実施できるようになってきている。

従来から、負荷側における高調波発生の状況を測定又は推定する方法として、SC開閉法や高調波電流を電力系統に注入する方法が提案されている。また、これらの欠点を改善するものとして、特開平11−14677号公報(以下、「特許文献1」という。)がある。特許文献1は、簡素化した等価回路を用いて主として負荷側の等価回路を設定し、各回路要素を実測したものを統計的に処理することで、高調波歪の最悪値等を計算により求めている。

特開2010−48707号公報(以下、「特許文献2」という。)は、負荷側の回路要素に限らず、送電側事情を考慮した高調波解析の技術が開示されている。

概要

高調波計算用パラメータを精度よく推定し、高調波計算用パラメータの最悪値を推定するに足る精度の高い高調波計算用パラメータ解析装置及び高調波計算用パラメータ推定方法を提供する。送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統の等価回路41を用いた回路接続情報を有する解析用ファイル22と、等価回路41の高調波計算用パラメータ及び高調波計算用パラメータの値を格納する高調波計算用パラメータファイル23を用いて解析部4において回路解析を行い、高調波計算用パラメータ中の求解すべき負荷側の高調波電圧電流推定計算結果の値と実測結果の値とを比較して、実測結果の値と解析結果データの中の負荷側の高調波電圧・電流推定計算結果の値とが所定の関係を満足する値を有する解析結果データ25をデータベース5から抽出する比較部6とを備えている。

目的

本発明は、高調波計算用パラメータを精度よく推定する高調波計算用パラメータ解析装置及び高調波計算用パラメータ推定方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統等価回路接続関係を示すデータを含む解析用ファイル、該等価回路の回路要素を含む高調波算用パラメータ及び該高調波計算用パラメータごとに1つ又は2つ以上の高調波計算用パラメータの値を格納する高調波計算用パラメータファイル、並びに負荷側の高調波電圧電流実測値である実測結果及び該実測結果の値を格納する実測結果ファイルを記憶する記憶部と、上記解析用ファイルから、上記データを読み込み、上記高調波計算用パラメータファイルから、上記高調波計算用パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を対応させた高調波計算用パラメータデータを順次読み込み、読み込んだ該データ及び該高調波計算用パラメータデータから生成した計算用ファイルを所定の解析プログラムにしたがって回路解析し、高調波計算用パラメータの値を変えた異なる高調波計算用パラメータデータごとに生成した計算用ファイルについて回路解析を繰り返して、負荷側の実測可能な高調波電圧・電流推定計算結果求解する解析部と、上記実測結果の値と、上記解析部から出力される高調波電圧・電流推定計算結果の値とを順次比較して、該実測結果の値と該高調波電圧・電流推定計算結果の値とが所定の関係を満足する高調波電圧・電流推定結果を有する高調波計算用パラメータを抽出する比較部とを備える高調波計算用パラメータ解析装置

請求項2

上記高調波計算用パラメータは、送電側高調波電圧と負荷側発生高調波電流との位相差を含むことを特徴とする請求項1記載の高調波計算用パラメータ解析装置。

請求項3

上記実際の電力系統に合わせた等価回路は、送電ケーブルの等価回路を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の高調波計算用パラメータ解析装置。

請求項4

上記高調波計算用パラメータは、送電側高調波電圧、負荷側発生高調波電流、送電側高調波電圧と負荷側発生高調波電流との位相差、調相設備容量及び該調相設備容量のうちのリアクトル接続容量比率を含むことを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の高調波計算用パラメータ解析装置。

請求項5

送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統の等価回路の接続関係を示すデータを含む解析用ファイル、該等価回路の回路要素を含む高調波計算用パラメータ及び該高調波計算用パラメータごとに1つ又は2つ以上の高調波計算用パラメータの値を格納する高調波計算用パラメータファイル、並びに負荷側の高調波電圧・電流の実測値である実測結果及び該実測結果の値を格納する実測結果ファイルを記憶部に記憶し、上記解析用ファイルから、上記データを読み込み、上記高調波計算用パラメータファイルから、上記高調波計算用パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を対応させた高調波計算用パラメータデータを順次読み込み、読み込んだ該データ及び該高調波計算用パラメータデータから生成した計算用ファイルを所定の解析プログラムにしたがって回路解析し、高調波計算用パラメータの値を変えた異なる高調波計算用パラメータデータごとに生成した計算用ファイルについて回路解析を繰り返して負荷側の実測可能な高調波電圧・電流推定結果を求解し、上記実測結果の値と、上記解析部から出力される高調波電圧・電流推定計算結果の値とを順次比較して、該実測結果の値と該高調波電圧・電流推定計算結果の値とが所定の関係を満足する高調波電圧・電流推定結果を有する高調波計算用パラメータを抽出する高調波計算用パラメータ推定方法

請求項6

送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統の等価回路の接続関係を示すデータを含む解析用ファイル、該等価回路の回路要素を含む高調波計算用パラメータ及び該高調波計算用パラメータごとに1つ又は2つ以上の高調波計算用パラメータの値を格納する高調波計算用パラメータファイル、並びに負荷側の基本波皮相電力、高調波電圧、高調波電流及び高調波電圧と高調波電流との位相差の実測結果及び該実測結果の複数の値を格納する実測結果ファイルを記憶する記憶部と、上記実測結果ファイルを読み込んで、上記負荷側の基本波皮相電力、高調波電圧、高調波電流及び高調波電圧と高調波電流との位相差のそれぞれの実測結果の値の間の関係から導出される線形近似式に基づく高調波電圧の値及び高調波電流の値をそれぞれ実測結果の値とする新たな実測結果ファイルを生成し、上記解析用ファイルから上記データを読み込み、該高調波パラメータファイルの負荷側発生高調波電流の値を0Aに、送電側高調波電圧と負荷側発生高調波電流との位相差を任意の固定値に設定した上記高調波計算用パラメータファイルを読み込んで、上記高調波計算用パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を対応させた高調波計算用パラメータデータを順次読み込み、読み込んだ該データ及び該高調波計算用パラメータデータから生成した計算用ファイルを所定の解析プログラムにしたがって回路解析し、高調波計算用パラメータの値を変えた異なる高調波計算用パラメータデータごとに生成した計算用ファイルについて回路解析を繰り返して、負荷側の実測可能な高調波電圧・電流推定計算結果を求解する解析部と、上記新たな実測結果ファイルの中の実測結果の値と、上記解析部から出力される高調波電圧・電流推定計算結果の値とを順次比較して、該実測結果の値と該高調波電圧・電流推定計算結果の値とが所定の関係を満足する高調波電圧・電流推定結果を有する高調波計算用パラメータを抽出する比較部とを備える高調波計算用パラメータ解析装置。

請求項7

上記高調波計算用パラメータは、送電側高調波電圧、調相設備容量及び該調相設備容量のうちのリアクトル接続容量比率を含むことを特徴とする請求項6記載の高調波計算用パラメータ解析装置。

請求項8

送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統の等価回路の接続関係を示すデータを含む解析用ファイル、該等価回路の回路要素を含む高調波計算用パラメータ及び該高調波計算用パラメータごとに1つ又は2つ以上の高調波計算用パラメータの値を格納する高調波計算用パラメータファイル、並びに負荷側の基本波皮相電力、高調波電圧、高調波電流及び高調波電圧と高調波電流との位相差の実測結果及び該実測結果の複数の値を格納する実測結果ファイルを記憶部に記憶し、上記実測結果ファイルを読み込んで、上記負荷側の基本波皮相電力、高調波電圧、高調波電流及び高調波電圧と高調波電流との位相差のそれぞれの実測結果の値の間の関係から導出される線形近似式に基づく高調波電圧の値及び高調波電流の値をそれぞれ実測結果の値とする新たな実測結果ファイルを生成し、上記解析用ファイルから上記データを読み込み、上記高調波パラメータファイルの負荷側発生高調波電流の値を0Aに、送電側高調波電圧と負荷側発生高調波電流との位相差を任意の固定値に設定した該高調波計算用パラメータファイルを読み込んで、上記高調波計算用パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を対応させた高調波計算用パラメータデータを順次読み込み、読み込んだ該データ及び該高調波計算用パラメータデータから生成した計算用ファイルを所定の解析プログラムにしたがって回路解析し、高調波計算用パラメータの値を変えた異なる高調波計算用パラメータデータごとに生成した計算用ファイルについて回路解析を繰り返して、負荷側の実測可能な高調波電圧・電流推定計算結果を求解し、上記新たな実測結果ファイルの中の実測結果の値と、上記解析部から出力される高調波電圧・電流推定計算結果の値とを順次比較して、該実測結果の値と該高調波電圧・電流推定計算結果の値とが所定の関係を満足する高調波電圧・電流推定結果を有する高調波計算用パラメータを抽出する高調波計算用パラメータ推定方法。

技術分野

0001

本発明は、電力系統調相設備投入量高調波電流等の高調波算用パラメータをより正確に推定する高調波計算用パラメータ解析装置及び高調波計算用パラメータ推定方法に関する。

背景技術

0002

需要者側(負荷側)でインバータ機器のような半導体電力変換器が増加して、電力系統における高調波歪の問題が顕著となり、負荷側において電子機器誤動作進相コンデンサ損傷等の障害を発生するおそれがある。これに対応して、半導体電力変換器をはじめとする高調波抑制対策ガイドラインの制定や電気料金力率割引割増制度導入等により、負荷側における高調波対策進展しているかに見える。

0003

しかしながら、電力系統における高調波歪の状況は時々刻々変化し、同一地区で、略同一の負荷環境であると予想される場合であっても、20%程度も高調波歪率が変動している場合が観測されている。高い電力品質を確保して電力供給するため、送電系統側も含めた電力系統全体として、より正確な高調波計算用パラメータの測定又は推定をして、最悪の状況を考慮した設備運用をする必要性はますます増大している。

0004

電力系統における高調波歪を推定するアプローチは、長年にわたりなされてきており、近年、パーソナルコンピュータの劇的な性能向上等とともに回路解析技術が進歩し、安価で容易に電力系統の高調波解析を実施できるようになってきている。

0005

従来から、負荷側における高調波発生の状況を測定又は推定する方法として、SC開閉法や高調波電流を電力系統に注入する方法が提案されている。また、これらの欠点を改善するものとして、特開平11−14677号公報(以下、「特許文献1」という。)がある。特許文献1は、簡素化した等価回路を用いて主として負荷側の等価回路を設定し、各回路要素を実測したものを統計的に処理することで、高調波歪の最悪値等を計算により求めている。

0006

特開2010−48707号公報(以下、「特許文献2」という。)は、負荷側の回路要素に限らず、送電側事情を考慮した高調波解析の技術が開示されている。

先行技術

0007

特開平11−14677号公報
特開2010−48707号公報

発明が解決しようとする課題

0008

特許文献1は、送電側には電圧源変電所変圧器等価モデルを置いたのみで、主として負荷側の回路要素に基づいて回路解析して高調波歪を推定するものである。しかしながら、上述したように、負荷側の需要状態が同じであっても、高調波歪に大きな差があることが実測によりわかっている。したがって、特許文献1の等価回路では、高調波歪をより正確に推定するには十分ではない。また、高調波歪の最悪値を予測することについても十分ではない。

0009

特許文献2は、送電側の等価回路として発電機の並入解列パターンを回路解析に算入することができるので、並入、解列パターン間の相対的な関係について解析することができる。しかしながら、解析結果と実測値との関係が十分示されておらず、それぞれの解析結果相互の相対的な傾向を知ることはできても、たとえば高調波歪率の最悪値を想定した対策を立てるには不十分である。

0010

このように、従来の方法では、負荷側の高調波の状態を正確に推定するには不十分であり、高調波計算用パラメータの値を決定するのは困難である。しかしながら、上述したように、電力会社は、高調波歪等の最悪値を予測して、高調波歪対策としてどの程度の規模の高調波対策用フィルタ投入するか否か、あるいは設備増強すべきか否か等について判断をしなければならない。

0011

そこで、本発明は、高調波計算用パラメータを精度よく推定する高調波計算用パラメータ解析装置及び高調波計算用パラメータ推定方法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

0012

上記課題を解決するため、高調波計算用パラメータ解析装置は、送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統の等価回路の接続関係を示すデータを含む解析用ファイル、上記等価回路の回路要素を含む高調波計算用パラメータ及び該高調波計算用パラメータごとに1つ又は2つ以上の高調波計算用パラメータの値を格納する高調波計算用パラメータファイル、並びに負荷側の高調波電圧電流の実測値である実測結果及び該実測結果の値を格納する実測結果ファイルを記憶する記憶部と、上記解析用ファイルから、データを読み込み、上記高調波計算用パラメータファイルから、上記高調波計算用パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を対応させた高調波計算用パラメータデータを順次読み込み、読み込んだ該データ及び該高調波計算用パラメータデータから生成した計算用ファイルを所定の解析プログラムにしたがって回路解析し、高調波計算用パラメータの値を変えた異なる高調波計算用パラメータデータごとに生成した計算用ファイルについて回路解析を繰り返して負荷側の実測可能な高調波電圧・電流推定計算結果求解する解析部と、上記実測結果の値と、上記解析部から出力される高調波電圧・電流推定計算結果の値とを順次比較して、該実測結果の値と該高調波電圧・電流推定計算結果の値とが所定の関係を満足する高調波電圧・電流推定計算結果を有する高調波計算用パラメータを抽出する比較部とを備えている。

0013

また、本発明に係る高調波計算用パラメータ推定方法は、送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統の等価回路の接続関係を示すデータを含む解析用ファイル、上記等価回路の回路要素を含む高調波計算用パラメータ及び該高調波計算用パラメータごとに1つ又は2つ以上の高調波計算用パラメータの値を格納する高調波計算用パラメータファイル、負荷側の高調波電圧・電流の実測値である実測結果及び該実測結果の値を格納する実測結果ファイルとを記憶し、上記解析用ファイルから、データを読み込み、上記高調波計算用パラメータファイルから、上記高調波計算用パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を対応させた高調波計算用パラメータデータを順次読み込み、読み込んだ該データ及び該高調波計算用パラメータから生成した計算用ファイルを所定の解析プログラムにしたがって回路解析し、高調波計算用パラメータの値を変えた異なる高調波計算用パラメータデータごとに、回路解析を繰り返して負荷側の実測可能な高調波電圧・電流推定計算結果を求解し、上記実測結果の値と、上記解析部から出力される高調波電圧・電流推定計算結果の値とを順次比較して、該実測結果の値と該高調波電圧・電流推定計算結果の値とが所定の関係を満足する高調波電圧・電流推定計算結果を有する高調波計算用パラメータを抽出する。

0014

本発明に係る高調波計算用パラメータ解析装置は、送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統の等価回路の接続関係を示すデータを含む解析用ファイル、該等価回路の回路要素を含む高調波計算用パラメータ及び高調波計算用パラメータごとに1つ又は2つ以上の高調波計算用パラメータの値を格納する高調波計算用パラメータファイル、並びに負荷側の基本波皮相電力、高調波電圧、高調波電流及び高調波電圧と高調波電流との位相差の実測結果及び該実測結果の複数の値を格納する実測結果ファイルを記憶する記憶部を備えている。

0015

そして、本発明に係る高調波計算用パラメータ解析装置は、実測結果ファイルを読み込んで、負荷側の基本波皮相電力、高調波電圧、高調波電流及び高調波電圧と高調波電流との位相差のそれぞれの実測結果の値の間の関係から導出される線形近似式に基づく高調波電圧の値及び高調波電流の値をそれぞれ実測結果の値とする新たな実測結果ファイルを生成し、解析用ファイルからデータを読み込み、高調波パラメータファイルの負荷側発生高調波電流の値を0Aに、送電側高調波電圧と負荷側発生高調波電流との位相差を任意の固定値に設定した高調波計算用パラメータファイルを読み込んで、高調波計算用パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を対応させた高調波計算用パラメータデータを順次読み込み、読み込んだデータ及び該高調波計算用パラメータデータから生成した計算用ファイルを所定の解析プログラムにしたがって回路解析し、高調波計算用パラメータの値を変えた異なる高調波計算用パラメータデータごとに生成した計算用ファイルについて回路解析を繰り返して、負荷側の実測可能な高調波電圧・電流推定計算結果を求解する解析部を備えている。

0016

さらに、本発明に係る高調波計算用パラメータ解析装置は、新たな実測結果ファイルの中の実測結果の値と、解析部から出力される高調波電圧・電流推定計算結果の値とを順次比較して、実測結果の値と高調波電圧・電流推定計算結果の値とが所定の関係を満足する高調波電圧・電流推定結果を有する高調波計算用パラメータを抽出する比較部とを備えている。

0017

また、本発明に係る高調波計算用パラメータ推定方法は、送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統の等価回路の接続関係を示すデータを含む解析用ファイル、等価回路の回路要素を含む高調波計算用パラメータ及び高調波計算用パラメータごとに1つ又は2つ以上の高調波計算用パラメータの値を格納する高調波計算用パラメータファイル、並びに負荷側の基本波皮相電力、高調波電圧、高調波電流及び高調波電圧と高調波電流との位相差の実測結果及び該実測結果の複数の値を格納する実測結果ファイルを記憶部に記憶する。

0018

そして、本発明に係る高調波計算用パラメータ推定方法は、実測結果ファイルを読み込んで、負荷側の基本波皮相電力、高調波電圧、高調波電流及び高調波電圧と高調波電流との位相差のそれぞれの実測結果の値の間の関係から導出される線形近似式に基づく高調波電圧の値及び高調波電流の値をそれぞれ実測結果の値とする新たな実測結果ファイルを生成する。

0019

本発明に係る高調波計算用パラメータ推定方法は、解析用ファイルからデータを読み込み、高調波パラメータファイルの負荷側発生高調波電流の値を0Aに、送電側高調波電圧と負荷側発生高調波電流との位相差を任意の固定値に設定した高調波計算用パラメータファイルを読み込んで、高調波計算用パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を対応させた高調波計算用パラメータデータを順次読み込み、読み込んだデータ及び該高調波計算用パラメータデータから生成した計算用ファイルを所定の解析プログラムにしたがって回路解析し、高調波計算用パラメータの値を変えた異なる高調波計算用パラメータデータごとに生成した計算用ファイルについて回路解析を繰り返して、負荷側の実測可能な高調波電圧・電流推定計算結果を求解する。

0020

本発明に係る高調波計算用パラメータ推定方法は、新たな実測結果ファイルの中の実測結果の値と、解析部から出力される高調波電圧・電流推定計算結果の値とを順次比較して、実測結果の値と高調波電圧・電流推定計算結果の値とが所定の関係を満足する高調波電圧・電流推定結果を有する高調波計算用パラメータを抽出する。

発明の効果

0021

本発明によれば、負荷側のみでなく、送電側も考慮した実際の電力系統に合わせた等価回路を構成して回路解析するので、より正確に高調波計算用パラメータの推定をすることができる。

0022

高調波計算用パラメータには、実測不可能又は実測困難なものがあるが、高調波計算用パラメータに仮の値を設定し、負荷側の実測可能な高調波電圧・電流を求解する。その求解された高調波電圧・電流の値と実測値との間に所定の関係があれば、その場合の高調波計算用パラメータは、真の値と所定の関係を有すると推定することができる。さらに、仮の値を入れ替えて多くの負荷側の実測可能な高調波電圧・電流を求解することで、実測値に近似する高調波電圧・電流の値が得られれば、その場合の高調波計算用パラメータは、真の値に近似するものと推定することができる。

0023

したがって、より正確に電力系統の高調波計算用パラメータを推定することができる。

0024

また、本発明によれば、負荷側の実測値に基づく線形近似式を用いて、推定すべき高調波計算用パラメータの数を減らすことができるので、さらに精度よく結果を得ることができるようになる。

図面の簡単な説明

0025

本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置の動作を説明するブロック図である。
本発明のための実際の電力系統に合わせた等価回路図である。
従来の簡素化された電力系統の等価回路図である。
本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置の動作を説明するためのフローチャートである。
送電ケーブルの等価回路を含む場合と含まない場合のそれぞれにおいて、本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置の動作により求めた、負荷側高調波電圧と負荷側高調波電流間の位相差と、負荷側高調波電圧歪率との関係を示す図である。
本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置に用いられた実測結果の値及びこれらに対応する高調波電圧・電流推定計算結果を示す図である。
本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置の動作により推定された各高調波計算用パラメータの値を示す図である。
本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置の動作により求めた負荷側高調波電圧と負荷側高調波電流間の位相差と、負荷側高調波電圧歪率の関係を示すプロット及びこれらの関係を実測したデータをプロットした図である。
本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置の変形例の動作を説明するブロック図である。
本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置の変形例の動作を説明するためのフローチャートである。

実施例

0026

以下、本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置及び高調波計算用パラメータ推定方法について、図面を参照して以下の順序で説明する。

0027

1.本発明の高調波計算用パラメータ解析装置の構成
2.実際の電力系統に合わせた等価回路の構成
3.高調波計算用パラメータ及び高調波電圧・電流推定計算結果の説明
(1)高調波計算用パラメータ
(2)高調波電圧・電流推定計算結果
4.本発明の高調波計算用パラメータ解析装置の動作原理
5.本発明の高調波計算用パラメータ解析装置の動作
6.本発明の高調波計算用パラメータ解析装置による高調波計算用パラメータ推定例と実測値との比較
7.本発明の高調波計算用パラメータ解析装置の変形例。

0028

1.本発明の高調波計算用パラメータ解析装置の構成
図1に示すように、本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置1は、解析用ファイル22、高調波計算用パラメータファイル23及び実測結果ファイル24を入力する入力部2と、入力部2により入力された各ファイルを記憶する記憶部3とを備えている。また、本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置1は、記憶部3に記憶された解析用ファイル22及び高調波計算用パラメータファイル23を読み込んで回路解析を行う解析部4を備えている。そして、解析部4により解析された解析結果データ25を順次保存するデータベース5と、解析結果データ25と実測結果ファイル24とを比較する比較部6と、比較部6で抽出された解析結果データ25を出力する出力部7とを備えている。

0029

具体的には、高調波計算用パラメータ解析装置1は、パーソナルコンピュータシステム(以下、PCシステムという。)により実現される。なお、高調波計算用パラメータ解析装置1は、PCシステムに限らず、ワークステーション等その他の計算機システムによっても実現可能である。

0030

ここで、解析用ファイル22は、送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統の等価回路41(図2)の接続関係を表す解析用データを含んでいる。高調波計算用パラメータファイル23は、等価回路41の回路要素である高調波計算用パラメータ及びその高調波計算用パラメータごとに1つ又は2つ以上の高調波計算用パラメータの値を格納している。実測結果ファイル24の実測結果は、実測された負荷側の高調波電圧・電流を含んでおり、高調波電圧・電流推定計算結果に対応している。

0031

入力部2は、解析用データ、高調波計算用パラメータ、実測結果等を本発明に係る高調波計算用パラメータ解析装置1に入力する。入力部は、PCシステムにおけるキーボード及び/又はマウスにより実現される。なお、キーボード、マウス以外にも、モニタ装置タッチセンサにより入力する場合、ローカル又はネットワーク上の外部補助記憶装置等からの入力によっても実現可能である。

0032

記憶部3は、入力部2により入力された解析用ファイル22、高調波計算用パラメータファイル23及び実測結果ファイル24を、次の処理で読み出すために一時的に記憶する。記憶部3は、PCシステムにおけるハードディスクドライブ等の記憶装置により実現される。なお、RAM(Random Access Memory)等の一時記憶装置や、ネットワーク上のファイルサーバ等により実現することもできる。

0033

解析部4は、記憶部3にアクセスして、解析用ファイル22から解析用データを読み込み、高調波計算用パラメータファイル23から1つの高調波計算用パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を組合せた高調波計算用パラメータデータを順次読み込む。解析部4は、これらのデータから計算用ファイルを生成し、この計算用ファイルを、回路解析プログラムであるEMTP(Electro−Magnetic Transients Program)の動作にしたがって回路解析する。そして、1つの高調波計算用パラメータデータに関する解析が終了したら、解析部4は、異なる高調波計算用パラメータの値の組合せを有する他の高調波計算用パラメータデータを記憶部3から読み込み、新たな計算用ファイルを生成して回路解析を繰り返す。解析部4は、PCシステムにおけるCPU、又はCPUの制御の下数値演算プロセッサ等により実現される。

0034

ここで、回路解析プログラムEMTPは、PCシステム上で動作する回路シミュレーションツールであり、パワーエレクトロニクス向けに特化されたモデルを備え、電力系統解析を含め広く電力システムの解析に用いられるコンピュータプログラムである。なお、電力系統解析プログラムとしては、回路解析プログラムEMTPに限らず、他のプログラム、たとえばMATLAB(商標)、SPICE(Simulation Program with IntegratedCircuit Emphasis)等さまざまなプログラムを利用することもできる。

0035

データベース5に保存される解析結果データ25には、高調波計算用パラメータ及びその値並びに負荷側の高調波電圧・電流推定計算結果及びその値が含まれる。データベース5は、PCシステムにおけるハードディスクドライブ等の外部記憶装置により実現される。また、他の記憶装置であってもよく、ネットワーク上のファイルサーバ等により実現することもできる。

0036

比較部6は、記憶部3にアクセスし実測結果ファイル24から実測結果及びその値を読み込み、データベース5にアクセスし保存されている解析結果データ25を順次読み込む。そして、実測結果の値と解析結果データ25の中の高調波電圧・電流推定計算結果の値とを比較して、実測結果の値と解析結果データ25の中の高調波電圧・電流推定計算結果の値とが所定の関係を満足する値を有する解析結果データ25を上記データベース5から抽出する。PCシステムにおいては、CPUの命令にしたがって実行される。

0037

出力部7は、比較部6により抽出された解析結果データ25の各高調波計算用パラメータの値等を出力する。出力部7は、PCシステムにおけるモニタプリンタ等の出力装置により実現される。

0038

2.実際の電力系統に合わせた等価回路の構成
図2は、実際の電力系統に合わせた等価回路図を示す。等価回路41は、第5次高調波を想定した場合のものである。等価回路41は、送電側において、送電側の高調波電圧V5を有する送電側高調波電圧源42と、高圧送電ケーブル及び変電所の変圧器のインピーダンスXCを有する送配電回路網43とを含んでいる。等価回路41は、負荷側において、需要者の使用状態を表す負荷回路網44を含んでいる。

0039

送電側高調波電圧源42は、一方の端子が送配電回路網43の1つの端子に接続され、他方の端子は接地される。送配電回路網43の他の1つの端子は、接地され、残りの1つの端子は、負荷回路網44に接続される。負荷回路網44の他方の端子は、接地される。

0040

送配電回路網43は、送配電線等価インダクタンスL1を有するインダクタ43aと、変電所の変圧器の等価インダクタンスL2を有するインダクタ43bと、高圧送電ケーブルの対地等価静電容量CXを有するキャパシタ43cとを含んでいる。

0041

インダクタ43aと、インダクタ43bと、キャパシタ43cとは、一方の端子が互いに接続される。インダクタ43aの他方の端子は、送電側高調波電圧源42に接続され、インダクタ43bの他方の端子は、負荷回路網44に接続され、キャパシタ43cの他方の端子は、接地される。

0042

負荷回路網44は、需要者が電力使用することにより発生している負荷側発生高調波電流I5を有する負荷側発生高調波電流源45と、需要者における調相設備合成アドミタンスのうち、直列リアクトルを伴わない合成アドミタンスY0を有するLなし調相設備合成アドミタンス46と、直列リアクトルを伴う合成アドミタンスY1を有するLあり調相設備合成アドミタンス47とを含んでいる。静電容量のみで構成されている調相設備を電力系統へ投入した場合には、高調波電圧が拡大する現象は良く知られている。JIS規格等においても、高調波拡大防止に効果のある、静電容量に直列に接続する直列リアクトルの規定がなされている。最近の調相設備は、直列リアクトルを伴うことが一般的になってきているが、過去に設置された調相設備の中には、直列リアクトルを伴わないものも多く、正確に高調波計算用パラメータを推定するためには、それぞれをモデル化することが不可欠である。また、負荷回路網44は、需要その他の要因により変動する高調波電圧歪を低減させるために、変電所の変圧器二次側に投入されるアドミタンスYf1を有する高調波フィルタ1群48aと、高調波フィルタ1群48aの投入有無を選択するスイッチ49aとを含んでいる。さらに、負荷回路網44は、アドミタンスYf2を有する高調波フィルタ2群48bと、高調波フィルタ2群48bの投入有無を選択するスイッチ49bとを含んでいる。

0043

負荷回路網44は、負荷側発生高調波電流源45と、Lなし調相設備合成アドミタンス46と、Lあり調相設備合成アドミタンス47とはすべて並列に接続されて構成される。高調波フィルタ1群48a及びスイッチ49aの直列に接続されたものと、高調波フィルタ2群48b及びスイッチ49bの直列に接続されたものとが、負荷回路網44にそれぞれ並列に接続される。

0044

なお、上述においては、電力系統の高調波のうち第5次高調波が最も大きいことから、第5次高調波を想定した場合として説明したが、第5次高調波以外の高調波、たとえば第7次高調波等についてもまったく同様の等価回路を利用することができる。以下の説明において、特に断らない限り、第5次高調波についての等価回路を用いた場合の説明である。

0045

3.高調波計算用パラメータ及び高調波電圧・電流推定計算結果の説明
(1)高調波計算用パラメータ
[送電側高調波電圧V5]
送電側高調波電圧V5を有する送電側高調波電圧源42は、送電側、すなわち基幹系統電圧を表す。たとえば、基幹系統の基本波電圧は、275kVである。

0046

[高圧送電ケーブル及び変電所の変圧器のインピーダンスXC]
送配電回路網43の送配電線の等価インダクタンスL1を有するインダクタ43a、変電所の変圧器の等価インダクタンスL2を有するインダクタ43b、及び高圧送電ケーブルの対地等価静電容量CXを有するキャパシタ43cは、それぞれ任意の値とすることができる。基幹系統に高圧送電ケーブルを使用していない場合は、キャパシタ43cの対地等価静電容量CXをゼロと近似することができる。

0047

[負荷側発生高調波電流I5]
需要者が電力使用することにより発生している負荷側発生高調波電流I5を有する負荷側発生高調波電流源45は、電力の需要動向によって変電所二次側に流れる第5次高調波電流である。

0048

[送電側高調波電圧V5と負荷側発生高調波電流I5間の位相差θ5]
送電側高調波電圧V5と需要者が電力使用することにより発生している負荷側発生高調波電流I5との位相差をθ5とする。

0049

[調相設備合成アドミタンスY0、Y1]
需要者(負荷側)における調相設備の合成アドミタンスは、Lなし調相設備合成アドミタンス46とLあり調相設備合成アドミタンス47の合成である。

0050

[高調波フィルタYf1、Yf2]
需要により変動する負荷側の高調波電圧歪を低減させるために、変電所の変圧器二次側において投入されるフィルタのアドミタンスYf1、Yf2は、電力会社が投入可否を判断するもので、スイッチ49a、49bにより投入有無を選択する。

0051

(2)高調波電圧・電流推定計算結果
[負荷側高調波電圧Vm5]
変圧器二次側電圧(すなわち、負荷回路網44の両端電圧)の第5次高調波成分をVm5とする。Vm5は負荷側の実測可能な高調波電圧であり、回路解析によって求解される。

0052

[負荷側高調波電流Im5]
変電所の変圧器二次側から負荷回路網44に流れる高調波電流のうち第5次高調波成分をIm5とする。Im5は負荷側の実測可能な高調波電流であり、回路解析によって求解される。

0053

[Vm5とIm5の位相差θm5]
θm5は負荷側の実測可能な、高調波電圧と高調波電流間の位相差である。

0054

4.本発明の高調波計算用パラメータ解析装置の動作原理
本発明に係る高調波計算用パラメータ解析装置1の高調波計算用パラメータ推定精度の有効性を評価するため、従来の高調波計算用パラメータ解析用の等価回路について説明する。

0055

図3は、従来の高調波計算用パラメータ解析用の等価回路図である。従来の等価回路61は、図2の場合と同様に第5次高調波を想定した場合のものである。従来の等価回路61は、送電側高調波電圧V5を有する送電側高調波電圧源62と、変電所の変圧器の等価インピーダンスXtを有するインダクタ63と、負荷回路網64とを含んでいる。

0056

送電側高調波電圧源62は、一方の端子がインダクタ63の1つの端子に接続され、他方の端子は接地される。インダクタ63の他の端子は、負荷回路網64に接続される。負荷回路網64の他方の端子は、接地される。

0057

この等価回路61では、変電所の変圧器を1つのインダクタ63に簡素化しており、図2における送配電回路網43と相違する。

0058

負荷回路網64は、需要者が電力使用することにより発生している負荷側発生高調波電流I5を有する負荷側発生高調波電流源65と、需要者における調相設備の合成アドミタンスYCを有する調相設備合成アドミタンス66と、需要により変動する高調波歪を低減させるために、変圧器二次側に投入されるアドミタンスYfを有する高調波フィルタ68と、高調波フィルタ68の投入有無を選択するスイッチ69とを含んでいる。

0059

負荷回路網64は、負荷側発生高調波電流源65と、調相設備合成アドミタンス66とが並列に接続されて構成される。高調波フィルタ68及びスイッチ69の直列に接続されたものが、負荷回路網64に並列に接続される。

0060

需要者における調相設備の合成アドミタンスYCについては、上述したようにLの有無が一般には不明であり、高調波計算用パラメータとして取り込まれていない点が図2の等価回路41と異なる。

0061

上述したように、負荷側の回路要素を考慮するのみでは、高調波計算用パラメータの正確な把握は困難であり、負荷状態等が同一条件であっても、高調波電圧歪率として約20%もの相違が生じる場合がある。また、高圧送電ケーブルを用いた送配電系統架空電線による送配電系統との高調波電圧歪率の相違を説明することができない。

0062

そこで、図2に示すような送電側及び負荷側を考慮した実際の電力系統の等価回路41を用いて回路解析を行う。

0063

一般に、コンピュータプログラムによる回路解析は、電圧源やインピーダンス素子等の回路要素に特定の定数を設定して、ある端子間の電圧、ある経路に流れる電流を求めるべき変数とし、変数である電圧、電流を求める。しかしながら、負荷側発生高調波電流I5のように回路要素、すなわち高調波計算用パラメータの値に未知のものがあると、上述の回路解析を行うことができない。そこで、高調波計算用パラメータに仮の固定値を設定する。また、変数である電圧、電流を実測可能な電圧、電流となるよう選択する。このような回路網について、回路解析を行って変数である電圧、電流、すなわち高調波電圧・電流推定計算結果を求める。そして、異なる仮の固定値を数多く用意して、これらの値を入れ替えて、異なる固定値の組合せによる回路網のそれぞれについて高調波電圧・電流推定結果を求める。求めた高調波電圧・電流推定結果の値を、実測した電圧、電流の値と比較して、それらが等しい又は所定の関係を満たせば、高調波計算用パラメータの値は、真の値に等しい又は所定の関係を満たすと推定することができる。

0064

さらに、発明者は、送電側の回路素子が負荷側の高調波歪等に影響を与えることを検討するうちに、いくつかの高調波計算用パラメータを導入することで、実測値に近い高調波電圧・電流推定値を得られるとの知見を得た。すなわち、送電側高調波電圧V5と需要者が電力使用することにより発生している負荷側発生高調波電流I5の間の位相差をθ5とすると、位相差θ5の変化に応じて負荷側高調波電圧Vm5が変化する。このことを利用して、θ5を0°〜360°と変化させて、本発明に係る高調波計算用パラメータ解析装置1は、負荷側高調波電圧Vm5の最悪値を精度よく推定する。

0065

図5は、負荷側高調波電圧Vm5と負荷側高調波電流Im5間の位相差θm5と、負荷側高調波電圧歪率との関係をプロットした図である。図5のうちのプロット101は、簡易な等価回路61(図3)において、位相差θ5を変化させ、他の高調波計算用パラメータ(V5、I5、YC、スイッチ69をオフ)を固定して、本発明の高調波計算用パラメータ解析装置1を動作させたときに、負荷側高調波電圧Vm5を高調波電圧歪率としてプロットしたものである。したがって、ここでは高圧送電ケーブルの等価静電容量CXを考慮していない。なお、後述するように、実測値との関係で比較するために、プロットしたのは、位相差θ5ではなく、Vm5とIm5の間の位相差θm5である。

0066

図5に示すように、送電側高調波電圧V5と負荷側発生高調波電流I5との間の位相差θ5と負荷側の電圧の高調波歪率の間に一定の関係があり、θm5が約90°程度のときに負荷側高調波電圧歪率が最大、すなわち最悪値になる。

0067

また、発明者は、高圧送電ケーブルで基幹系統配電をしている地域と、架空配電をしている地域とでは、高圧送電ケーブルでの配電を行っている地域の方が、高調波計算用パラメータの誤差が大きいとの知見も得ている。そこで、高圧送電ケーブルを考慮した図2の等価回路41において対地静電容量CXに適切な値を設定して解析したのが、図5のプロット102である。なお、プロット102では、他の高調波計算用パラメータについては、プロット101の場合の高調波計算用パラメータと同じ値を用いている。

0068

図5のプロット101とプロット102とでは、プロット102の方が、位相差θm5の変化(すなわち、θ5の変化)に対して負荷側高調波電圧Vm5が大きく変化しているのがわかる。つまり、送電側に存在する高圧送電ケーブルの対地静電容量CXにより、負荷側の高調波計算用パラメータが影響を受けていることになる。

0069

上述のとおり、本発明に係る高調波計算用パラメータ解析装置1は、従来、考慮されていなかった、高調波計算用パラメータを等価回路に組み込み、繰り返し回路解析を行うことで、真の値に近い高調波計算用パラメータを抽出し、さらに高調波計算用パラメータの最悪値をも予測する。つまり、従来は、最悪値を示していない実測結果に応じて設備対策を講じて、対策不足を招くことがあったが、本発明による最悪値の認知により、必要にして十分な設備対策を講じることが可能となる。

0070

5.本発明の高調波計算用パラメータ解析装置の動作
図1に示すように、等価回路41(図2)の回路接続情報を、入力部2であるマウスを利用したGUIによりコンピュータに入力する。コンピュータ処理により接続情報展開されて、解析用ファイル22として記憶部3に一時保存される。等価回路41に高調波計算用パラメータファイル23を設定する。高調波計算用パラメータファイル23に格納される高調波計算用パラメータは、以下のとおりとする。

0071

送電側高調波電圧V5、送配電回路網43のインピーダンスXC、負荷側発生高調波電流I5、Lなし調相設備合成アドミタンスをY0、Lあり調相設備合成アドミタンスをY1、高調波フィルタ1群のアドミタンスをYf1、高調波フィルタ2群のアドミタンスをYf2とする。

0072

また、実測可能な負荷側の高調波電圧・電流を高調波電圧・電流推定計算結果とし、負荷側高調波電圧をVm5、負荷側高調波電流をIm5とし、Vm5とIm5の位相差をθm5とする。

0073

上記高調波計算用パラメータのそれぞれに対して、値を設定して入力部2によりコンピュータに入力する。高調波計算用パラメータの値は、各高調波計算用パラメータに対して、1つ又は2つ以上設定する。高調波計算用パラメータとして既知の値があれば、その値を1つだけ入力する。既知の値ではなくても、解析時間短縮のために確からしい値として、その値を1つ入力することもできる。V5、XC、I5、Y0、Y1、Yf1、Yf2、θ5のうち、たとえばV5として1つの値を入力し、他の高調波計算用パラメータの値としては、2つ以上の値を入力して、以下に述べる繰返し処理により、それらの各高調波計算用パラメータに対する組合せのすべてを回路解析する。入力された高調波計算用パラメータ及びその値は、コンピュータ処理されて、高調波計算用パラメータファイル23として記憶部3に一時保存される。

0074

負荷側の実測可能な高調波電圧・電流を実測結果として、Vm5’、Im5’及びθm5’を設定し、それぞれの実測値を、入力部2によりコンピュータに入力する。コンピュータ処理されて、実測結果及びその値は、実測結果ファイル24として記憶部3に一時保存される。

0075

解析部4は、解析用ファイル22の解析用データ及び高調波計算用パラメータファイル23から1つの高調波計算用パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を組合せた高調波計算用パラメータデータを読み込んで、これらのデータから1つの回路解析ごとに計算用ファイルを生成する。解析部4は、この計算用ファイルを回路解析プログラムEMTPにより回路解析する。

0076

回路解析された結果である解析結果データ25は、データベース5に保存される。解析結果データ25には、各高調波計算用パラメータ(すなわち、V5、XC、I5、Y0、Y1、Yf1、Yf2、θ5)とその値及び求解した高調波電圧・電流推定計算結果(すなわち、Vm5、Im5及びθm5)とその値が含まれる。

0077

比較部6は、データベース5にアクセスし、データベース5に保存された1つ以上の解析結果データ25を1つずつ順次読み込む。比較部6は、記憶部3にアクセスし、実測結果ファイル24から実測結果及びその値を読み込む。そして、比較部6は、実測結果の値と、実測結果に相当する解析結果データ25中の高調波電圧・電流推定計算結果の値とを比較する。具体的には、解析結果データ25中の求解された高調波電圧・電流推定計算結果Vm5、Im5及びθm5の値と、実測結果ファイル24中のVm5’、Im5’及びθm5’の値とをそれぞれ比較する。そして、高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値が、所定の条件を満足するときに、その高調波電圧・電流推定計算結果の値を有する解析結果データ25を抽出する。ここで、所定の条件とは、たとえば高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値との比が所定の範囲内にある場合等であり、具体的には、高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値との比が±10%以内の場合等である。

0078

なお、解析結果データ25中の高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値との所定の関係は、上述した高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値との比を±10%とするものに限るものではなく、±5%や±1%等自由に設定することができるのはいうまでもない。また、高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値との関係は、これらの相対比に限られず、特定の数式を満足する等としてもよい。さらに、複数ある高調波電圧・電流推定計算結果のすべてについて、実測結果の値と所定の関係を満足する必要はなく、高調波電圧・電流推定計算結果のうち少なくとも1つ又は2つの値が、所定の関係を満たす等としてもよく、他の条件を設定することも自由にできる。

0079

出力部7は、抽出された解析結果データ25を、たとえば、すべての高調波計算用パラメータの値、高調波電圧・電流推定計算結果の値及び実測結果の値を、比較部6内のバッファ領域に一旦蓄積し、別途プリンタ等を用いて出力する。また、たとえば高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値との比が±10%以内の条件を満足する高調波電圧・電流推定計算結果の値を有する解析結果データ25にフラグを付与して、データベース5に書き戻し、フラグの付与された解析結果データ25のみを抽出して、別途データ処理を行うこともできる。

0080

本発明に係る高調波計算用パラメータ解析装置の動作を、図4に示すフローチャートにしたがって以下に説明する。

0081

入力部2(図1)は、ステップS1において、解析用ファイル22を入力し、ステップS2において、高調波計算用パラメータファイル23を入力し、ステップS3において、実測結果ファイル24を入力し、それぞれのファイルを記憶部3(図1)に記憶する。

0082

解析部4(図1)は、ステップS4において、記憶部3に記憶された解析用ファイル22から解析用データを読み込み、高調波計算用パラメータファイル23から高調波計算用パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を対応させた高調波計算用パラメータデータを順次読み込む。そして、読み込んだ解析用データ及び高調波計算用パラメータデータから生成された計算用ファイルを回路解析プログラムEMTPにしたがって回路解析する。

0083

データベース5(図1)は、ステップS5において、ステップS4で回路解析された結果である解析結果データ25を順次保存する。

0084

解析部4は、ステップS6において、異なる高調波計算用パラメータの値の組合せの高調波計算用パラメータデータすべてについて回路解析を終了するまで、高調波計算用パラメータデータを読み込み、計算用ファイルを生成して、回路解析を実行することを繰り返す。高調波計算用パラメータファイル23の各高調波計算用パラメータは、1つ又は2つ以上の高調波計算用パラメータの値を有しており、すべての高調波計算用パラメータの値の組合せについて回路解析を実行する。

0085

たとえば、V5、XC、Y0、Y1、Yf1、Yf2を固定とし、すなわち、それぞれ1つの高調波計算用パラメータの値を入力し、I5に適切な値を複数入力する。ここでは、V5の固定値をV5(0)、XCの固定値をXC(0)、Y0の固定値をY0(0)、Y1の固定値をY1(0)、Yf1の固定値をYf1(0)、Yf2の固定値をYf2(0)とする。I5の値をI5(1)、I5(2)、I5(3)・・・、I5(n)とする。また、θ5を0°から360°まで10°きざみで設定するものとする。なお、求解すべき高調波電圧・電流推定計算結果である、負荷側高調波電圧Vm5をVm5(var)、負荷側高調波電流Im5をIm5(var)とし、位相差θm5をθm5(var)とする。

0086

回目の回路解析における高調波計算用パラメータの値の組合せである高調波計算用パラメータデータを、{θ5,I5,V5,XC,Y0,Y1,Yf1,Yf2,Vm5(var),Im5(var),θm5(var)}={0°,I5(1),V5(0),XC(0),Y0(0),Y1(0),Yf1(0),Yf2(0),Vm5(var),Im5(var),θm5(var)}として、ステップS4により計算用ファイル生成し、回路解析を行う。ステップS5において、解析結果データ25(図1)をデータベース5に保存した後、高調波計算用パラメータのうちのI5の値をI5(2)に入れ替え、他の値はそのままにした高調波計算用パラメータデータをステップS4において記憶部3から解析部4に読み込んで解析プログラムEMTPを実行する。θ5及びI5の値のすべての組合せについて回路解析を繰返し実行し、解析結果データ25をデータベース5に保存する。上述の例の場合には、θ5が36通り、I5がn通りなので、ステップS4とステップS5の実行を36n回繰り返す。36n通りの回路解析を行ったか否かをステップS6において判断して、すべての回路解析が終了したときは、次のステップに移行させる。

0087

なお、上述においては、36n通りのすべての組合せを回路解析するものとして説明したが、すべての組合せについて回路解析を終了する前に次のステップに移行させることもできる。たとえば回路解析回数に上限を設けることにより実現できる。高調波計算用パラメータの値の数が大きい場合や、Y0等他の高調波計算用パラメータについても2つ以上の値を設定して、回路解析回数が多くなる場合等に結果を早く見たいとき等に設定する。高調波計算用パラメータの値の組合せ数拘束されず、別途繰返し解析回数を設定(たとえば、高調波計算用パラメータファイル23中に記述)することもできる。

0088

また、上述においては、θ5及びI5の値をすべての値を入力する場合を説明したが、これらの高調波計算用パラメータの値の上限及び下限を設定し、その増分を指定して、高調波計算用パラメータファイル23の読込みを行うステップS4において、増分を反映させて回路解析の繰返し動作をするようなスクリプトを高調波計算用パラメータファイル23中に記述することによっても実現することができる。たとえば、θ5の最小値を0°、最大値を360°、増分を10°とし、I5の最小値をI5min、最大値をI5max、増分をΔI5とすると、高調波計算用パラメータの値として、{0°/360°/10°,I5min/I5max/ΔI5,V5(0),XC(0),Y0(0),Y1(0),Yf1(0),Yf2(0),Vm5(var),Im5(var),θm5(var)}のように設定することができる。

0089

比較部6は、ステップS7において、データベース5から解析結果データ25を順次読み込み、記憶部3に記憶されている実測結果ファイル24中の実測結果及びその値を読み込む。そして、解析結果データ25の中の負荷側の高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値とをそれぞれ比較し、これらが所定の関係を満たす値を有する解析結果データ25をデータベース5から抽出する。

0090

上述の例においては、解析結果データ25中のVm5(var)、Im5(var)及びθm5(var)と、実測結果の値であるVm5’、Im5’及びθm5’とをそれぞれ比較する。高調波計算用パラメータの値が真の値に等しい又は近似するものと推定されるためには、これらの値のそれぞれが等しいことが望ましい。しかしながら、有限回数の回路解析においては、高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値のすべてが等しい結果になるとは限らない。そこで、解析の結果を見ながら、たとえば求解されたVm5(var)、Im5(var)及びθm5(var)の値と実測値であるVm5’、Im5’及びθm5’がそれぞれ±10%の範囲である場合にそれらの値を有する解析結果データ25を抽出する。そうすれば、高調波計算用パラメータの値は、真の値との誤差が±10%程度であると推定できる。このような所定の範囲内にある実測可能な高調波計算用パラメータの値を有する解析結果データ25を抽出して、そのデータ群の中から、たとえばI5の最悪値をさらに抽出することができる。

0091

なお、解析結果データ25中の高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値との所定の関係は、上述した高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値との比を±10%とするものに限るものではなく、±5%や±1%等自由に設定することができるのは上述と同様である。また、高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値との関係は、これらの相対比に限られず、特定の数式を満足する等としてもよいのも上述のとおりである。さらに、複数ある高調波電圧・電流推定計算結果のすべてについて、実測結果の値と所定の関係を満足する必要はなく、高調波電圧・電流推定計算結果のうち少なくとも1つ又は2つの値が、所定の関係を満たすとしてもよく、自由に他の条件を設定することもできるのも上述と同様である。

0092

6.本発明の高調波計算用パラメータ解析装置による高調波計算用パラメータ推定例と実測値との比較
図6は、負荷側高調波電圧Vm5、負荷側高調波電流Im5及び位相差θm5の値について、実測値と本発明の高調波計算用パラメータ解析装置により推定された値を比較して示す図である。図6の「実測結果」の列に示される値は、実測結果としてのVm5、Im5及びθm5の値を示している。「推定計算結果」の列に示される値は、図1及び図4の高調波計算用パラメータ解析により得られた解析結果データ25のうち、実測結果の値との比較により、実測結果の値に最も近い高調波電圧・電流推定計算結果の値を有する解析結果データ25を抽出したものである。Vm5、Im5及びθm5すべてについて略一致する値を有する解析結果データ25を得ることができなかったため、3つの実測結果のうち少なくとも2つとの差が±5%以下の値を有するか否かを比較後の抽出基準とした。Im5については、実測値に対して、+26%となったが、Vm5は略一致しており、θm5は、実測値に対して+3%以内となる解析結果データ25を得ることができた。

0093

図7は、図6に示す解析結果を有する解析結果データ25の各高調波計算用パラメータの値である。得られた高調波計算用パラメータは、送電側高調波電圧V5、負荷側発生高調波電流I5、V5とI5間の位相差θ5、基本波容量に換算した全調相設備容量、全調相設備容量におけるインダクタLありの調相設備容量の比率である。なお、ここで、送電側高調波電圧V5については、275kV系統において実測されている第5次高調波電圧含有率から固定値の834Vとした。したがって、図7では推定値としているが、実際には実測値に近い値である。

0094

基本波容量に換算した調相設備容量及び調相設備におけるインダクタLの有無は、設備台帳により管理されている。この実測例の場合においては、台帳管理されている調相設備容量は、8,844kVAであり、インダクタLの有無の比率は41%程度であった。本発明の高調波計算用パラメータ解析装置1による推定値は、それぞれ7,066kVA、28.7%であるから、推定値と管理台帳のよる値とが大きく乖離している。しかしながら、管理台帳が更新されていない場合も考えられ、解析結果を最悪値としてとらえるべきである。

0095

上述したとおり、送電側高調波電圧V5と負荷側発生高調波電流I5の位相差θ5の変動が高調波計算用パラメータに影響を及ぼすと考えられる。そこで、図6の実測結果の値を用い、さらに、θ5、送電側高調波電圧V5、調相設備容量及びLあり調相設備比率を図7の値に固定にして、θ5と負荷側発生高調波電流I5とを未知の高調波計算用パラメータとして、本発明の高調波計算用パラメータ解析装置1により解析した。

0096

図8に示すように、本発明に係る高調波計算用パラメータ解析装置1による高調波計算用パラメータの推定値と実測値とを比較するために、実測できないθ5ではなく、負荷側高調波電圧Vm5と負荷側高調波電流Im5の間の位相差θm5との関係で負荷側高調波歪率をプロットした。図8には、変圧器二次側(負荷側)に高調波フィルタを投入していない状態、高調波フィルタ1群を投入した状態、さらに高調波フィルタ2群を投入した状態のそれぞれにおける、θ5(θm5)に対する負荷側高調波電圧歪率の推定値をプロットした。また、本発明の高調波計算用パラメータ解析装置1による推定値と実測値とを比較するために、実測値も同時にプロットしている。

0097

図8において、「14:15実測投入直前」とは、高調波フィルタ1群を投入する直前の負荷側高調波電圧歪率と、Vm5とIm5間の位相差θm5との関係の実測データをプロットしたものである。「14:20実測」とは、高調波フィルタ1群を投入直後の負荷側高調波電圧歪率と位相差θm5との関係の実測データをプロットしたものである。「14:25実測投入直前」とは、高調波フィルタ1群投入後であって、高調波フィルタ2群投入直前の負荷側高調波電圧歪率と、位相差θm5との関係の実測データをプロットしたものである。「14:30実測」とは、高調波フィルタ2群投入直後の負荷側高調波電圧歪率と、位相差θm5との関係の実測データをプロットしたものである。

0098

これらの実測値において、「14:20実測」と「14:25実測投入直前」とでは、いずれも高調波フィルタ1群を投入した状態であり、他の負荷条件も一定であると考えられるから本来は同一の値となるべきところが若干相違している。これは、θ5が時間に対して変動しているものと考えられ、θ5に応じて位相差θm5及び高調波電圧歪率が変化しているものと考えられる。

0099

また、いずれの実測値についても、本発明の高調波計算用パラメータ解析装置1による推定値とよく一致しているので、推定値としては妥当であると考えられる。

0100

θ5は、実測できない高調波計算用パラメータであるが、上述のように時間的に変化していると考えられ、他の高調波計算用パラメータの値に影響を与えている。本発明に係る高調波計算用パラメータ解析装置1は、θ5を変化させることにより、図8に示すように高調波歪率等、負荷側における高調波計算用パラメータの最悪値を推定し、高調波フィルタの投入効果も予測する。

0101

そして、本発明に係る高調波計算用パラメータ解析装置1は、送電側の高圧送電ケーブルの対地等価静電容量CXの存在を考慮しているので、実際の電力系統に合った等価回路とすることにより、さらに真の値に近い高調波計算用パラメータの推定値を求める。

0102

7.高調波計算用パラメータ解析装置の変形例
上述した高調波計算用パラメータ装置は、負荷側発生高調波電流I5、送電側高調波電圧V5と負荷側発生高調波電流I5との位相差θ5、調相設備容量及びLあり調相設備比率(調相設備合成アドミタンスY0、Y1)を推定すべき高調波計算用パラメータとしている。ここで、推定すべき高調波計算用パラメータの数を減らせば、高調波計算用パラメータの精度を上げることができ、計算時間の短縮を図ることが可能となる。

0103

本発明の高調波計算用パラメータ解析装置の変形例は、負荷側発生高調波電流I5が変電所の変圧器二次側を通過する基本波皮相電力P1に比例するとの測定結果に基づく知見に基づいて動作する。具体的には、本発明の高調波計算用パラメータ解析装置の変形例では、基本波皮相電力P1を0VAに仮定することにより、負荷側発生高調波電流I5を0Aと仮定している。また、負荷側発生高調波電流I5が0Aと仮定しているから、位相差θ5を考慮する必要がない。さらに、本発明の高調波計算用パラメータ解析装置の変形例では、実際の測定結果に基づいて、基本波皮相電力P1は、負荷側高調波電圧Vm5及び負荷側高調波電流Im5とそれぞれ線形近似することができる。つまり、基本波皮相電力P1が0VAと仮定したときの負荷側高調波電圧Vm5(0)及び負荷側高調波電流Im5(0)を線形近似式から計算できる。したがって、基本波皮相電力P1が0VAと仮定したときの回路解析をすることによって、基本波皮相電力P1や負荷側発生高調波電流I5の値に依存しない調相設備容量及びLあり調相設備比率(調相設備合成アドミタンスY0、Y1)のみを推定すべき高調波計算用パラメータとすることができる。

0104

図9を参照して、以下詳細に説明する。図9に示す高調波計算用パラメータ推定装置1aの構成は、図1に示したものと基本的には同じである。

0105

図9に示す本発明が適用された高調波計算用パラメータ解析装置1aは、解析用ファイル22a、高調波計算用パラメータファイル23a及び実測結果ファイル24aを入力する入力部2aと、入力部2aにより入力された各ファイルを記憶する記憶部3aとを備えている。

0106

高調波計算用パラメータ解析装置1aは解析部4aを備えているが、解析部4aの動作は、以下のように図1に示す高調波計算用パラメータ解析装置1と次の点で異なっている。

0107

実測結果ファイル24aには、基本波皮相電力P1、負荷側高調波電圧Vm5、負荷側高調波電流Im5及びVm5とIm5との位相差θm5の各実測データが複数格納されている。そして、解析部4aは、記憶部3aに記憶された実測結果ファイル24aを読み込んで、P1とVm5、及びP1とIm5のそれぞれの実測値の間の線形近似式を位相差θm5又は位相差θm5の範囲(以下、単に位相差θm5という。)ごとに計算する。この2つの線形近似式から、解析部4aは、P1=0VAと仮定したときの負荷側高調波電圧Vm5及び負荷側高調波電流Im5を計算して、それぞれ実測結果の値Vm5(0)及びIm5(0)として、修正実測結果ファイル27aを生成する。

0108

また、解析部4aは、読み込んだ高調波計算用パラメータファイル23aの負荷側発生高調波電流I5を0A、θ5を0°と仮定した修正高調波計算用パラメータファイル26aを生成する。なお、θ5の値自体は推定計算上、意味をもたないので、0°以外の任意の値とすることができる。

0109

解析部4aは、生成された修正高調波計算用パラメータファイル26aと、読み込んだ解析ファイル22a中のデータとにより生成された計算用ファイルを解析プログラムEMTPによって回路解析する。

0110

なお、上述では、解析部4aにおいて、負荷側発生高調波電流I5を0A、θ5を0°に仮定した修正高調波計算用パラメータファイル26aを生成することとしたが、入力部2aに入力する負荷側発生高調波電流I5を0A、θ5を0°とあらかじめ仮定した高調波計算用パラメータファイル23aを入力部1aに入力してもよい。

0111

また、図1の場合と同様に、高調波計算用パラメータ解析装置1aは、解析部4aにより解析された解析結果データ25aを順次保存するデータベース5aと、解析結果データ25aと修正実測結果ファイル27aとを比較する比較部6aと、比較部6aで抽出された解析結果データ25aを出力する出力部7aとを備えている。

0112

比較部6aは、解析結果データ25a中の高調波電圧・電流推定計算結果Vm5及びIm5のそれぞれの値と、修正実測結果ファイル27a中の実測結果Vm5(0)及びIm5(0)のそれぞれの値とを比較して所定の関係を満たすものを抽出し、そのデータを出力部7aにより出力する。なお、所定の関係とは、高調波電圧・電流推定計算結果の値と実測結果の値との比が±10%以内の条件を満足する関係であってもよく、±5%や±1%等自由に設定することができる。また、これらの相対比に限られず、特定の数式を満足する等としてもよいのも上述のとおりである。等価回路については、図2に示すものと同じものを用いることはいうまでもない。

0113

次に、改良された高調波計算用パラメータ解析装置1aの動作を、図10のフローチャートにしたがって以下に説明する。

0114

入力部2aは、ステップS11において、解析用ファイル22aを入力し、ステップS12において、高調波計算用パラメータファイル23aを入力し、ステップS13において、実測結果ファイル24aを入力し、それぞれのファイルを記憶部3aに記憶する。

0115

解析部4aは、ステップS14において、記憶部3aに記憶された実測結果ファイル24aから実測結果を読み込み、実測結果の複数の値に基づいて、位相差θm5ごとに、基本波皮相電力P1と高調波電圧Vm5、基本波皮相電力P1と高調波電流Im5それぞれの線形近似式を計算する。

0116

さらに、解析部4aは、ステップS15において、高調波計算用パラメータファイル23aを読み込んで、負荷側発生高調波電流I5に0Aを、位相差θ5に0°と仮定する。そして、解析部4aは、新たな高調波計算用パラメータファイルを修正高調波計算用パラメータファイル26aとして生成する。さらに、解析部4aは、ステップS14において生成された線形近似式に基づいて、基本波皮相電力P1=0VAと仮定したときの負荷側高調波電圧Vm5及び負荷側高調波電流Im5のそれぞれの値を計算して、その値であるVm5(0)及びIm5(0)をVm5及びIm5の実測結果の値として実測結果ファイルに設定した修正実測結果ファイル27aを生成する。

0117

解析部4aは、ステップS16において、記憶部3aに記憶された解析用ファイル22aから解析用データを読み込み、修正高調波計算用パラメータファイル26aから高調波パラメータごとに1つの高調波計算用パラメータの値を対応させた高調波計算用パラメータデータを順次読み込む。そして、読み込んだ解析用データ及び高調波計算用パラメータデータから生成された計算用ファイルを回路解析プログラムEMTPにしたがって回路解析を行う。

0118

データベース5aは、ステップS17において、ステップS16で回路解析された結果である解析結果データ25aを順次保存する。

0119

解析部4aは、ステップS18において、異なる高調波計算用パラメータの値の組合せの高調波計算用パラメータデータすべてについて回路解析を終了するまで、高調波計算用パラメータデータを読み込み、計算用ファイルを生成して、回路解析を実行することを繰り返す。

0120

比較部6aは、ステップS19において、解析結果データ25a内のVm5及びIm5の値と修正実測結果ファイル27a内のVm5(0)及びIm5(0)の値とをそれぞれ比較して所定の関係を満たす解析結果データ25aを抽出する。

0121

上述のように高調波計算用パラメータ推定装置1aを動作させれば、負荷側発生高調波電流I5を直接推定することなく、アドミタンスY0、Y1、すなわち調相設備容量とそのリアクトル接続容量比率(Y0とY1との比率)を推定することができる。

0122

なお、上述で推定計算されるのは、調相設備合成アドミタンスY0、Y1である。これらの値は、負荷側の高調波電圧Vm5、高調波電流Im5や発生高調波電流I5とは無関係に定まる定数であり、負荷側の条件には依存しない。所望の基本波皮相電力P1に対応する高調波電圧歪、すなわちVm5については、ステップ14で求めた線形近似式により、θm5を変数として手計算によって求めることもできるし、推定したY0、Y1を既知の値の高調波計算用パラメータとして固定し、図1に示す高調波計算用パラメータ推定装置1によって、θ5を可変することによって、図8のような特性図を描いて、最悪値を推定することも可能である。

0123

以上説明したように、本発明の高調波計算用パラメータ解析装置によれば、負荷側の基本波皮相電力、高調波電圧、高調波電流及びこれらの位相差の実測値に基づく線形近似式を用いて、推定すべき高調波計算用パラメータの数を減らすことにより、より精度よく結果を得ることができるようになる。また、推定すべき高調波計算用パラメータの数を減らすことで、高調波計算用パラメータの値の組合せの数が減少するので、結果を得るための時間を短縮することができる。

0124

なお、本発明は、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはもちろんである。

0125

1、1a高調波計算用パラメータ解析装置、2、2a 入力部、3、3a 記憶部、4、4a解析部、5、5aデータベース、6、6a比較部、7、7a 出力部、22、22a解析用ファイル、23、23a 高調波計算用パラメータファイル、24、24a実測結果ファイル、25、25a解析結果データ、26a修正高調波計算用パラメータファイル、27a 修正実測結果ファイル、41等価回路、42送電側高調波電圧源、43送配電回路網、43aインダクタ、43b インダクタ、43cキャパシタ、44負荷回路網、45負荷側発生高調波電流源、46 Lなし調相設備合成アドミタンス、47 Lあり調相設備合成アドミタンス、48a高調波フィルタ1群、48b 高調波フィルタ2群、49a スイッチ、49b スイッチ、61 従来の等価回路、62 送電側高調波電圧源、63 インダクタ、64 負荷回路網、65 負荷側発生高調波電流源、66 調相設備合成アドミタンス、68 高調波フィルタ、69 スイッチ、101プロット、102 プロット、201実測値、202 解析結果(フィルタなし)、203 解析結果(フィルタ1群)、204 解析結果(フィルタ2群)、S1−S7 ステップ、S11−S19 ステップ

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