双方向自動電圧調整器の山岳配電網への応用

1. 概要

山間部の配電網には多数の小水力発電所が設置されており、その多くは調整能力のない川流れ式発電所です。これらの発電所は電力負荷と同じ線路に接続されており、これにより電力網の運転に一定の悪影響を及ぼします。最も顕著な問題は電圧品質の問題です。雨季には、小水力発電所が電力を電網に供給し、地域内の電力バランスが取れないため、線路の電圧が上昇します。

乾季には、線路が長く、導線径が小さく、負荷が低いことから、線路の末端ユーザーにおける電圧が非常に低くなります。発電と供給が同じ線路で行われるため、線路の潮流方向は変動しやすく、電圧が非常に不安定となります。長い配電線路に双方向フィーダ自動電圧調節器を設置することで、電圧品質の問題を解決できます。小水力発電所を持つ山間部の配電線路の電圧品質問題に焦点を当て、本論文ではある電力供給局のビベイ線を例に取り、新しいタイプの双方向自動電圧調節器ソリューションを提案します。

1.1 10kV ビベイ線の基本情報

山間部の配電網線路の典型的な代表として、10kV ビベイ線の基本情報は以下の表1に示されています。

2012年の供給エリア内の39の配電変圧器の電圧適正率指標の統計によると、最大値は99.8%、最小値は54.4%で、電圧適正率の基準を満たしているのは6つの配電変圧器のみであり、これは全体の15.3%に過ぎません。記録された最大電圧値は337Vで、許容値を超えて43%です。電圧問題が顕著で、ユーザー間での電化製品の故障や多くの電圧に関する苦情が頻繁に発生しています。

1.2 電圧異常の分析

ビベイ線における電圧品質問題の主な原因は以下の通りです：

(1) 湿潤季節と乾燥季節の間に顕著な矛盾がある。川流れ式水力発電ユニットの運転モードは流入水量と密接に関連している。小規模水力発電所の設置容量が負荷容量よりも遥かに大きいため、湿潤季節には大量の余剰電気エネルギーがグリッドに送られる。乾燥季節には、地元の電力供給負荷は主にグリッドからの補完に依存するため、湿潤季節と乾燥季節の間で運転モードに大きな変化があり、これにより電力品質に深刻な影響を与え、地域の電圧レベルが適正レベルに達することが難しくなる。

(2) 小規模水力発電所に対する効果的な調整と監視が不足している。単機容量が小さく、数が多く、分布が広く、所有権が多様で、季節による運転への影響が大きいことから、小規模水力発電所の統一的な監視と制御を行うことが困難である。そのため、個々の変圧器エリアに対する局所的な調整は、電圧品質の改善にほとんど効果がない。

(3) 変圧器の操作と調整が難しい。線路の潮流方向は頻繁に変化する。湿潤季節には、ネットワークに発電し、配電変圧器は降圧用のタップチェンジャーを調整して動作し、過度な電圧によりユーザー側の電化製品が焼損しないようにする。乾燥季節には、ネットワークから電力を吸収し、配電変圧器は昇圧用のタップチェンジャーを調整して動作し、ユーザー側の電圧が低すぎないように正常に使用できるようにする。したがって、変圧器の降圧と昇圧動作の要件は頻繁に変化し、潮流の変化に合わせて操作調整を行うことが困難である。

(4) 上位の電力供給の主変圧器は無負荷タップ切換方式を採用しており、タップ数が少なく、調整範囲も限られている。

2. 双方向電圧調整変圧器の適用

2.1 解決策の選択

多くの小規模水力発電所を持つ山岳配電網の運転特性を研究し、既存の電圧調整方法の適用性を分析した結果、本論文では操作性が高く実用性のある双方向自動電圧調整器ソリューションを選択しました。

2.2 電圧調整変圧器の双方向性の原理と効果

2.2.1 双方向フィーダ自動電圧調整器の動作原理

双方向フィーダ自動電圧調整器は主に4つの部分から構成されています：三相オートトランスフォーマ電圧調整器、三相負荷中タップチェンジャー、コントローラー、および電力フロー識別モジュール。電力フロー識別モジュールは、現在の方向を検出してラインの電力フロー方向を識別し、この信号をコントローラーに送信します。コントローラーは、電圧と電流の信号に基づいて昇圧または降圧するかどうかを判断し、その後、負荷中タップチェンジャー内のモーター操作を制御してタップチェンジャーをタップ間で切り替えます。これにより、変圧器の巻線比が変化し、負荷中の自動電圧調整が達成されます。三相負荷中タップチェンジャーは、変圧器の巻線比を調整して出力電圧を変更します。

2.2.2 理論的な効果分析

乾燥期：BSVR設置前後のライン電圧の変化は図1に示されています。

乾燥期には、BSVR双方向電圧調整器を設置することで、主线末端及び各支线的电压得到了提升。这解决了线路电压不合格的问题，确保了旱季线路上用户的用电质量。

湿季：BSVR设罝前后线路各点的电压如图2所示。

湿季期间，安装BSVR双向电压调节器后，主线末端及各分支线的电压得到改善。这不仅保证了小水电站向电网正常输电，也保证了线路中后段用户的用电质量。

2.3 応用効果

実際の線路条件に基づいて、容量3000kVAの双方向電圧調整器がメインラインのポール63に設置されました。乾燥期と湿潤期の実際の条件を総合的に考慮し、レギュレータの調整範囲は-15％から+15％に選択されました。

この線路の電圧品質は大幅に向上しました。これにより、小規模水力発電所が主電網に送電するための閾値電圧が低下（したがって、水力発電所は過度に電圧を上げる必要がない）し、また、レギュレータを通じて線路の開始セクションの電圧を引き上げることで、水力発電所が電網に電力を供給できることが保証され、同時に線路上の顧客の電圧適格率が向上し、電力網の安全かつ安定した運転が確保されます。

3. 結論

双方向自動電圧調整装置が小規模水力発電所からの供給線に適用される場合、理論計算と実際の応用の両方から、双方向フィーダ自動電圧調整器を設置することで、電圧品質が大きく向上し、湿潤期と乾燥期の電圧調整の矛盾を包括的に解決することが示されています。