潮流および角速度情報を用いた TCSC 制御

潮流および角速度情報を用いた TCSC 制御
E95047 菅沼 弘史
指導教員 藤田 吾郎
似的に計算することができる。図 1 の∆xV は TCSC
のインピーダンスの変化というパラメータに対応
している。また，PVSrC∆xV は TCSC を流れる有効
電力潮流である。なお，線形直流回路の補償によ
り，TCSC を PVSrC∆xV の等価電源で置き換えてい
る。図 1 の等価回路より，TCSC に対する感度係
数(∆ Pei /∆xV)は，発電機の内部状態にかかわらず，
TCSC を流れる有効電力潮流と系統構成によって
決まる定数の積となる。また，重ねあわせの理よ
り，複数の TCSC が系統内にある場合については，
各発電機の出力変化は，個々の機器のパラメータ
変化に対して計算した出力変化の和となる。
以上から，TCSC に対する制御系として，図 2
が導かれる。ただし，同図において，TCSC は一
次遅れの伝達関数で模擬している。また，同図に
おいて，直列コンデンサに対する各発電機のゲイ
ン Ki としては，定常状態に対して計算した感度係
数( σ ik)を用いる [3] 。
1. 研 究 背 景
この数十年において，電力の需要は増え続け，
また，今後も堅調に伸びていくと予想されている。
その一方で，電力会社における発送電設備の用地
確保は困難になってきている。そのため，連系強
化や長距離送電が行われるが，安定度の低下や，
併行線路のループ潮流の増加により系統運用上の
送電限界があり，増大する需要に対して余力をも
った設備を確保することが難しくなっている。ま
た，サイリスタ制御機器が直流送電などで実用化
されている点などの技術的背景もあり，1988 年に
アメリカの EPRI (Electric Power Research Institute)
の Narain G. Hingorani 氏より FACTS (Flexible AC
Transmission System:フレキシブル交流送電系統)が
提唱され，研究が進んでいる [1][2] 。FACTS によっ
て，送電電力の調整，安定度の向上，低コスト化，
低ロス化などが期待されている。
FACTS には，直列コンデンサ(TCSC)，移相器，
SVC(実用化済)などの種類があるが，本論文では，
直列コンデンサのインピーダンスを，ほぼ連続的
かつ，高速に制御できることを前提として，系統
の安定度の強化を計ることができるか試算を行っ
た。
ΔPe1
G1
ΔPe2
直列コンデンサ
送電網
G2
PVSrCΔxV
ΔPen
Gn
2. 理 論
図1
<2・1> 感度係数の推定 各発電機の角速度偏差
に感度係数( σ ik)を乗じて，これを機器に対する制
御入力とすることにより，安定化制御を可能にす
る。感度係数( σ ik)は系統のパラメータの変化に対
する，i 番目の発電機出力 Pei の変化の感度であり，
σ ik
TCSC のインピーダンス変化による等価回路
ω0
ω1
∂P
= ei
∂ηk
ω２
と定義される。一般にこの感度係数はすべての発
電機状態変数の関数となるので，過渡動揺時には
その値が時間とともに変化することになる。
<2・2> TCSC の挿入 発電機電気出力の変化は，
図 1 の等価線形直流回路を流れるフローとして近
ωn
+
+
+
PVSrC
K1
+
+
+
K
2
K
n
図2
1
Σ
制御系
直列コンデンサ
ｋV
1＋TVｓ
μ
Δxv
3. 検 討 事 項
0.7
前章で導いた制御系の構成法を，TCSC の制御系
に適用した場合の効果を MATLAB を用いてシミ
ュレーションする。モデルは図 3 の 3 機 9 母線系
統を使用した。その時定数 TV は 0.2 秒とした。ま
た，感度係数は表 1 の数値を使用し，発電機定数
および発電機制御系の定数については文献[4]の数
値を使用した。
<3・1> TCSC による効果 図 3 に示した系統の
A 地点において地絡故障が発生し，一回線開放に
よって 0.1 秒後に除去した場合について，シミュ
レーションを行った結果を図 4 に示した。この図
から，TCSC の制御を行うことで第一波動揺が抑
制され，系統が安定になることがわかる。
<3・2> TCSC と故障位置の関係の比較 図 3 に示
した系統において，TCSC をいずれか 1 つを制御
し，前項と同様の故障が発生した場合について，
シミュレーションを行った結果を図 5 に示した。
同様のシミュレーションを多数行ったが，いずれ
も，故障位置に近い地点にある TCSC が系統を一
番安定させることがわかった。
0.6
0.5
omega[Hz]
0.4
0
-0.1
-0.2
G2
2
8
18/230
230/13.8
0.032+j0.161
B/2=j0.179
5
Load A
omega[Hz]
3
6
B/2=j0.079
j0.0576
K1
2
0.2
0
0.5
1
1.5
2
文
1
[1]
[2]
表1
3 機系統モデル
直列コンデンサの制御系パラメータ
TCSC1
TCSC2
TCSC3
0.0275
-0.0269
-0.0055
K2
-0.002
0.0009
-0.0028
K3
-0.0052
-0.0005
0.0013
KV
4.444
16.667
15.0
5
4
2.5
time[s]
3
3.5
4
4.5
5
シミュレーションの結果，直列コンデンサを制御
することにより，系統が安定する。また，故障地
点に近いほど効果が発揮される。ただし，ある程
度，位置が離れてしまうと効果の差は現れない。
したがって，効率的に TCSC を配置することによ
り，かなりの効果が期待できると思われる。今後
もさらにシミュレーションを重ね，効果を検証し
ていきたい。
G1
図3
4.5
4. む す び
230ｋV
16.5ｋV
4
1：制御なし，2：TCSC1 のみ制御，
3：TCSC2 のみ制御，4：TCSC3 のみ制御
図 5 TCSC と故障位置の関係の比較
4
16.5/230
3.5
1
0.3
-0.1
0.017+j0.092
0.010+j0.085
3
3
Load B
B/2=j0.088
2.5
time[s]
0
TCSC3
故障発生地点 D
2
0.1
0.039+j0.170
B/2=j0.153
1.5
0.4
9
TCSC2
1
0.5
G3
B/2=j0.1045
0.5
0.6
TCSC1 0.0119+j0.1008
B/2=j0.0745
0
実線：制御なし，点線：制御あり
図 4 TCSC による効果 (発電機 G1)
230ｋV j0.0586 13.8ｋV
0.0085+j0.072
0.2
0.1
Load C
1 8ｋV j0.0625 230ｋV
0.3
[3]
[4]
2
献
栗田篤，『米国電力研究所の FACTS 構想』，電力中
央研究所報告，T92020，電力中央研究所 (1993-3)
藤田吾郎・P.K.GOSWAMI・横山隆一・白井五郎，
「ローカル潮流情報に基づく TCSC 制御」，電気学会
電力・エネルギー部門誌(B)，Vol.118-B, No.6 (19986)
岡本浩・横山明彦・関根泰次，「可変インピーダンス
型電力系統の安定化制御手法とその可変直列コンデン
サ補償系統への応用」，電気学会電力・エネルギー部
門誌(B)，Vol.113-B, No.3 (1993-3)
P. M.ANDERSON，A.A.FOUAD, ”Power System Control
and Stability”, pp.36-45 , IEEE PRESS (1993)
3