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【発明の名称】 電力系統の負荷高調波特性測定方法
【発明者】 【氏名】元治 崇

【氏名】野崎 直幸

【氏名】澤田 賢良

【氏名】西村 荘治

【氏名】志方 俊彦
【要約】 【課題】ＳＣ開閉法において、測定期間中のコンデンサ開閉以外の要因による系統条件の変動の影響を排除して、負荷高調波特性を正しく測定する方法を提供する。

【解決手段】１０秒以内の間にコンデンサ８の開閉を行い、コンデンサ８の投入前（ａ）と投入後（ｂ）の系統条件を測定して当該系統条件から第１の負荷高調波特性（Ｙn1およびＩgn1 ）を求め、コンデンサ８の投入後（ｂ）と開放後（ｃ）の系統条件を測定して当該系統条件から第２の負荷高調波特性（Ｙn2およびＩgn2 ）を求める。そしてこの第１および第２の負荷高調波特性を互いに比較し、両特性が互いにほぼ等しい場合に当該第１または第２の負荷高調波特性を測定結果として採用する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 測定しようとする電力系統に設けたコンデンサの開閉によって系統条件を変動させて、この変動の前後の系統条件から電力系統の負荷高調波特性を測定する方法において、１０秒以内の間に前記コンデンサの開閉を行い、当該コンデンサの投入前と投入後の系統条件を測定して当該系統条件から第１の負荷高調波特性を求め、当該コンデンサの投入後と開放後の系統条件を測定して当該系統条件から第２の負荷高調波特性を求め、この第１および第２の負荷高調波特性を互いに比較し、両特性が互いにほぼ等しい場合に当該第１または第２の負荷高調波特性を測定結果として採用することを特徴とする電力系統の負荷高調波特性測定方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力系統に設けたコンデンサを開閉（入切）することによって、その前後の系統条件から、電力系統の負荷高調波特性（より具体的には負荷高調波アドミタンスおよび負荷高調波電流源電流）を測定する方法（いわゆるＳＣ開閉法）の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の測定方法はＳＣ（力率改善用コンデンサ）開閉法と呼ばれており、その概略は次のとおりである。
【０００３】図３に、電力系統の一例を簡略化して示し、図４にその等価回路を示す。上位系統２に変電所変圧器４を経由して幾つかの配電系統６が接続されている。図中の符号の意味は以下のとおりである。ｎは任意の正の整数である。
【０００４】Ｅsn：上位系統のｎ次調波相電圧（二次側換算値）
Ｖn ：配電系統のｎ次調波相電圧Ｉgn：配電線負荷のｎ次調波電流源電流Ｉn ：変電所変圧器の二次側を流れるｎ次調波電流Ｚtn：変電所変圧器を含んだ上位側のｎ次調波インピーダンス（二次側換算値）
Ｙn ：配電線負荷のｎ次調波アドミタンスＹsn：一定な容量性のｎ次調波アドミタンス【０００５】図４の等価回路において、次式が成立する。
【０００６】
【数１】Ｅsn＝Ｖn ＋ＺtnＩnＩn ＝（Ｙn ＋Ｙsn）Ｖn −ＩgnＶn ＝（Ｅsn＋ＺtnＩgn）／｛１＋Ｚtn（Ｙn ＋Ｙsn）｝
【０００７】ここで、Ｅsn、Ｖn およびＩn は実測することができ、ＺtnおよびＹsnは計算で求めることができるけれども、これらの値を数１のＶn の式に代入しても、Ｙn およびＩgnの二つが明らかでないため、Ｙn およびＩgnの値を個別に求めることはできない。従って、単に、Ｅsn、Ｖn およびＩn を計測するだけでは、配電線を適切な高調波等価回路にモデル化して、精度の高い高調波特性解析を行うことができない。
【０００８】この問題を解決するのがＳＣ開閉法であり、そのためのコンデンサ（力率改善用コンデンサ）８およびスイッチ１０を図３の電力系統に付加した電力系統を図５に、その等価回路を図６にそれぞれ示す。図６（ａ）はコンデンサ８の投入前、図６（ｂ）は投入後の等価回路である。なお、上記Ｙsnは一定で既知であるため、図５および図６においては（更に図２においても）それを省略している。
【０００９】コンデンサ８の投入前後において、Ｅsn、Ｙn およびＩgnが変化しないものと仮定すると、コンデンサ８の投入前は、図６（ａ）の等価回路より、次式が成立する。
【００１０】
【数２】Ｉna＝ＹnＶna−ＩgnＥsn＝Ｖna＋ＺtnＩna【００１１】コンデンサ８の投入後は、図６（ｂ）の等価回路より、次式が成立する。
【００１２】
【数３】Ｉnb＝ＹnＶnb＋ＹcnＶnb−ＩgnＥsn＝Ｖnb＋ＺtnＩnb【００１３】上記数２および数３において、Ｖn およびＩn の添字ａはコンデンサ８の投入前、添字ｂは投入後をそれぞれ表す。
【００１４】上記数２および数３より、次式が成立し、これによってｎ次調波アドミタンスＹn およびｎ次調波電流源電流Ｉgnの値を個別に求めることができる。
【００１５】
【数４】Ｙn ＝ＹcnＶnb／（Ｖna−Ｖnb）−１／ＺtnＩgn＝Ｅsn／Ｚtn−ＹcnＶnaＶnb／（Ｖna−Ｖnb）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上記測定方法において、コンデンサ８の投入前後の測定中に、コンデンサ８の開閉以外の要因によって系統条件が変化した場合、例えば何らかの原因で上位系統２の高調波条件が変動した場合、下位の配電系統６の高調波条件も変動し、コンデンサ８の投入による変動分以外の変動条件も加わるため、正しい負荷高調波特性（具体的には前述したＹn およびＩgn）を求めることができない。
【００１７】また、当然ながら、配電系統６の負荷変動等によって負荷高調波特性そのものが変動した場合も、それらの正しい値を求めることはできない。
【００１８】そこでこの発明は、ＳＣ開閉法において、測定期間中のコンデンサ開閉以外の要因による系統条件の変動の影響を排除して、負荷高調波特性を正しく測定する方法を提供することを主たる目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】この発明の測定方法は、１０秒以内の間に前記コンデンサの開閉を行い、当該コンデンサの投入前と投入後の系統条件を測定して当該系統条件から第１の負荷高調波特性を求め、当該コンデンサの投入後と開放後の系統条件を測定して当該系統条件から第２の負荷高調波特性を求め、この第１および第２の負荷高調波特性を互いに比較し、両特性が互いにほぼ等しい場合に当該第１または第２の負荷高調波特性を測定結果として採用することを特徴としている。
【００２０】上記測定方法によれば、１０秒以内という短時間の間にコンデンサの開閉を行うので、測定期間中に、コンデンサの開閉以外の要因によって系統条件が変動する可能性を小さくすることができる。
【００２１】しかも、第１および第２の負荷高調波特性を互いに比較してほぼ等しければ、測定期間中に、コンデンサの開閉以外の要因による系統条件の変動はなかったと言うことができる。反対に、第１および第２の負荷高調波特性がほぼ等しくなければ、測定期間中に、コンデンサの開閉以外の要因によって系統条件が変動したと考えられ、二つの負荷高調波特性の内のどちらかが、または両方共が、正しく測定されていないと言える。
【００２２】従って、第１および第２の負荷高調波特性が互いにほぼ等しいときのものを測定結果として採用することよって、測定期間中のコンデンサ開閉以外の要因による系統条件の変動の影響を排除して、負荷高調波特性を正しく測定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は、この発明に係る測定方法におけるコンデンサの開閉状況を示す図である。図２は、コンデンサの投入前（ａ）、投入後（ｂ）および開放後（ｃ）の電力系統の等価回路図である。電力系統の構成は、図５と同様であるのでそれを参照するものとする。図３〜図６の従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００２４】この発明に係る測定方法では、図１に示すように、短い時間ｔの間に、前述したコンデンサ８の開閉（具体的にはスイッチ１０の開閉）を行い、次のようにして、コンデンサ８の投入前（図１中の測定時点ａ）と投入後（図１中の測定時点ｂ）の系統条件を測定して当該系統条件から第１の負荷高調波特性（具体的には前述したアドミタンスＹn および電流源電流Ｉgn）を求め、コンデンサ８の投入後（図１中の測定時点ｂ）と開放後（図１中の測定時点ｃ）の系統条件を測定して当該系統条件から第２の負荷高調波特性（具体的にはアドミタンスＹn および電流源電流Ｉgn）を求める。
【００２５】経験によれば、１０秒を超えると電力系統の条件（具体的には上位系統２の高調波条件および／または下位側の配電系統６の負荷高調波特性）が変動する可能性が大きいので、コンデンサ８の開閉を行う上記時間ｔは、１０秒以内という短時間にするのが好ましく、その内でもこれまでの経験から、５秒以内であれば系統条件は殆ど変動しないので、５秒以内にするのがより好ましい。
【００２６】また、測定期間中の系統条件の変動をできるだけ排除するために、測定時点ａはコンデンサ８の投入時点に、測定時点ｃはコンデンサ８の開放時点に、それぞれ近づける（例えば５秒以内に近づける）のが好ましい。
【００２７】コンデンサ８の投入前、投入後および開放後の等価回路を図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）にそれぞれ示す。ここで、Ｙcnは、投入するコンデンサ８のｎ次調波アドミタンスである。また、添字ａ〜ｃは、コンデンサ８の投入前、投入後および開放後をそれぞれ表す。
【００２８】コンデンサ８の投入前（図２（ａ））および投入後（図２（ｂ））から、数２および数３の場合と同様に、次の数５の連立方程式が成立する。
【００２９】
【数５】
Ｖna＝（Ｅsna ＋ＺtnＩgna ）／（１＋ＺtnＹna）
Ｖnb＝（Ｅsnb ＋ＺtnＩgnb ）／｛１＋Ｚtn（Ｙnb＋Ｙcn）｝
【００３０】ここで、数６の条件が成立すると仮定したとき、即ちコンデンサ８の投入前および投入後で上位系統２の高調波条件および下位の配電系統６の負荷高調波特性が変化していないと仮定したとき、数７が成立する。このときの負荷高調波特性を表すｎ次調波アドミタンスをＹn1、ｎ次調波電流源電流をＩgn1 とする。
【００３１】
【数６】Ｙna＝Ｙnb＝Ｙn1Ｉgna ＝Ｉgnb ＝Ｉgn1Ｅsna ＝Ｅsnb ＝Ｅsn【００３２】
【数７】Ｙn1＝ＹcnＶnb／（Ｖna−Ｖnb）−１／ＺtnＩgn1 ＝Ｅsn／Ｚtn−ＹcnＶnaＶnb／（Ｖna−Ｖnb）
【００３３】同様に、コンデンサ８の投入後（図２（ｂ））および開放後（図２（ｃ））から、次の数８の連立方程式が成立する。
【００３４】
【数８】Ｖnb＝（Ｅsnb ＋ＺtnＩgnb ）／｛１＋Ｚtn（Ｙnb＋Ｙcn）｝
Ｖnc＝（Ｅsnc ＋ＺtnＩgnc ）／（１＋ＺtnＹnc）
【００３５】ここで、数９の条件が成立すると仮定したとき、即ちコンデンサ８の投入後および開放後で上位系統２の高調波条件および下位の配電系統６の負荷高調波特性が変化していないと仮定したとき、数１０が成立する。このときの負荷高調波特性を表すｎ次調波アドミタンスをＹn2、ｎ次調波電流源電流をＩgn2 とする。
【００３６】
【数９】Ｙnb＝Ｙnc＝Ｙn2Ｉgnb ＝Ｉgnc ＝Ｉgn2Ｅsnb ＝Ｅsnc ＝Ｅsn【００３７】
【数１０】Ｙn2＝ＹcnＶnb／（Ｖnc−Ｖnb）−１／ＺtnＩgn2 ＝Ｅsn／Ｚtn−ＹcnＶncＶnb／（Ｖnc−Ｖnb）
【００３８】そして、上記数７および数１０でそれぞれ求めた負荷高調波特性を互いに比較し、より具体的にはここでは、互いに対応するＹn1とＹn2とを互いに比較し、かつＩgn1 とＩgn2 とを互いに比較し、各特性がそれぞれ互いにほぼ等しい（即ちＹn1≒Ｙn2かつＩgn1 ≒Ｉgn2 ）場合に、数７または数１０で求めた負荷高調波特性（Ｙn およびＩgn）を測定結果として採用する。ほぼ等しくない場合は、正しい負荷高調波特性を求めたとは言えないので、どちらの特性も、測定結果として採用しない。この場合は、例えば再度測定を行う。
【００３９】これは、数７および数１０で求めた負荷高調波特性が互いに等しければ、数６および数９が同時に成り立ち、これは即ち、Ｅsn、Ｙn およびＩgnが、コンデンサ開閉による計測の間に変動がなく、従って求められた負荷高調波特性（Ｙn およびＩgn）も正しい結果を表していると言えるからである。
【００４０】
【実施例】関西電力株式会社の山崎実験センターの模擬配電線において行った実験の第５調波の結果を表１に示す。この実験は、図１に示したコンデンサの投入から開放までの時間ｔを５秒とし、測定時点ｂをコンデンサ投入後約１秒とし、測定時点ａを測定時点ｂの約５秒前、測定時点ｃを測定時点ｂの約５秒後とした。
【００４１】
【表１】

【００４２】この表から分かるように、１７時の計測では、前述した数７および数１０に従って算出した負荷高調波特性は、コンデンサの投入前および投入後の条件で求めた値と、投入後および開放後の条件で求めた値とでは、かなり差がある。これは、約１０秒間の計測期間中に、上位側高調波条件および／または下位側負荷特性が変動したためであると考えられ、正しい負荷高調波特性を算出しているとは言えない。従ってこのような場合の負荷高調波特性を、測定結果として採用してはいけない。
【００４３】これに対して、２１時の計測では、コンデンサの投入前および投入後の条件で求めた値と、投入後および開放後の条件で求めた値とは、ほぼ等しい。これは、約１０秒間の計測期間中に、上位側高調波条件および下位側負荷特性に変動が無かったためであると考えられ、正しい負荷高調波特性を算出していると言える。従ってこの場合の負荷高調波特性を、測定結果として採用すれば良い。
【００４４】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、１０秒以内という短時間の間にコンデンサの開閉を行うので、測定期間中に系統条件が変動する可能性を小さくすることができる。しかも、コンデンサの投入前と投入後の系統条件から求めた第１の負荷高調波特性と、コンデンサの投入後と開放後の系統条件から求めた第２の負荷高調波特性とを互いに比較して、両特性が互いにほぼ等しいときの負荷高調波特性を測定結果として採用することにしたので、測定期間中のコンデンサ開閉以外の要因による系統条件の変動の影響を排除して、負荷高調波特性を正しく測定することができる。
【出願人】 【識別番号】０００１５６９３８
【氏名又は名称】関西電力株式会社
【識別番号】０００００３９４２
【氏名又は名称】日新電機株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）７月３日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】山本 惠二
【公開番号】 特開平１１−２３６２３
【公開日】 平成１１年（１９９９）１月２９日
【出願番号】 特願平９−１９５１３１