電圧不平衡における配電系統の電力品質向上 E02058 杉山 潤 指導教員 1.はじめに 藤田 吾郎 るが,これは電気鉄道による電圧不平衡率であり,一般的 電気設備からみて高品質な電力とは,電圧・周波数が所 定の値に維持され,波形ひずみのないことである。社会シ な電力品質や系統においての電圧不平衡率は規定されて いない。 ステムが大規模化,複雑化している現在,停電,瞬時電圧 低下,電圧変動などの電源品質に起因した経済損失の大き さは,2003 年 8 月の北米・カナダ大停電事故でも明らか [1] 3.研究方法 図 1 のような 1MW 小規模需要家を想定して, A 系統 さらに最近では,パワーエレクトロニクス応 と B 系統の U,V,W の三相配電系統において単相負荷 用機器の普及に伴う高調波問題や電磁波障害が顕在化す を接続し,需要家構内の電圧不平衡率を図 2 の ることに加え,環境問題や化石燃料の枯渇化や電力の規制 MATLAB/simulimk を用いて算出する。単相負荷の接続 緩和に伴い次世代エネルギーとして風力,太陽光,燃料電 パターンを表 1 に示し,シミュレーション条件を表 2 に 池などといった「新エネルギー」の普及により需要化構内 示す。MATLAB/simulimk では図 3 に示すように Y 結線 においての電圧不平衡の増加により,いっそう電源品質の の三相交流において相電圧から線間電圧を求め,各イン 確保は困難となり重要な課題と認識されてきている。 ピーダンスで割り,線間電流を求め,相電流を出力すると である。 本研究では低圧系統において分散型電源(太陽光発電, いう一連の流れを一つのブロックで計算をしている。 燃料電池)が大規模導入された場合を想定して電圧不平衡 の発生,抑制と対策および調査を行っていき,低圧系統に 100m 100m 100m 200kVA 300kVA B C D Single 3-phase 3-phase Load Load Load 100m おける電力品質の向上を目的とする。 200kVA 2.電圧不平衡 300kVA 100m 三相交流電圧が三相間において振幅の大きさ,または A 位相差 120°が異なる状態である。電圧不平衡率は次式で 表すことができる。 Single Load 電圧不平衡率(%)=逆相電圧/正相電圧×100 図1 本研究では逆相電圧と正相電圧は対称座標法により算 1MW 小規模需要家モデル 出した。電圧不平衡率の発生原因として,送電線のイン 表 1 単相負荷接続 CASE ピーダンスの不平衡率,配電線の柱状変圧器や負荷のばら つき,需要家の大容量単相負荷の使用があげられる。電圧 CASE 不平衡の影響としては人災に繋がる様な大きな事故とい 1 2 3 4 5 6 7 8 9 うのは今現在報告されてないが,送電線の付近の通信線に 誘導障害,電気機器に対して誤作動を引き起こす。 [ 2] 系統における基準値としては電気設備の技術基準省令 第 55 条により,電技の解釈の第 260 条において,交流式 電気鉄道の単相負荷による電圧不平衡率の限度は,その変 電所の受電点において 3%以上であることとなっている。 この 3%が今現在日本での雄一の電圧不平衡の限度値であ U-V ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ System A V-W W-U ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ × ○ × × × × × × × U-V ○ ○ ○ × ○ ○ ○ × × System B V-W W-U ○ ○ ○ × × × × × ○ × × × × × ○ × × × 続している。これより,各系統における不平衡率というの は同じであったが,合計の不平衡率は CASE7 に比べて CASE8 の方が低下しており,同相に単相負荷を接続して いくと不平衡率が増大するという結果が得られた。 図 2 MATLAB/simulink モデル I& U U U V& U V&W V W V&V I& V W V I& W I& V& Load Block 図 4 シミュレーション結果 5.まとめ V&UV V&U 1 Z& I& UV I& U V& 同相に単相負荷が集中的に接続されると不平衡率が増 I& V&V Y-Δ V&VW 1 Z& I& VW Δ-Y I& V V&WU 1 Z& I& WU I& W V&W 大することがこのシミュレーションで判明した。 NEDO(新エネルギー・産業技術総合開発機構)でも太陽光 発電システムを配電系統に局所集中的に導入された場合 における検証を行っているが,そこでも同相に太陽光発電 が導入された場合に対しての検証を行っている。 図 3 MATLAB/simulink の三相不平衡の計算方法 [ 3] 今回のシミュレーションでは単相負荷のみでの検証を 行ったが,小規模な発電機(太陽光発電,燃料電池)を付け 表 2 シミュレーション条件 Standard power Standard voltage Standard impedance Single load volume High voltage system 1[MW] 6.6[kV] 43.56[Ω] 加えた場合を検証するとともに,電圧不平衡率を抑える調 Low voltage system 相設備を導入したシミュレーションを行い,現実的な大規 模モデルの構築に繋げていきたい。 200[V] 0.04[Ω] 50[kW] 4.検討結果 図 4 に今回のシミュレーション結果を示す。CASE5~9 では A 系統,B 系統で不平衡率が増大したとしても,合 計の不平衡率として換算すると減少していることがこの 結果からわかる。注目されるべき点が CASE7 と CASE8 である。CASE7 では A,B 系統共に同相に単相負荷を接 続しているのに対して,CASE8では異相に単相負荷を接 参考文献 [1]中島廣一,「電源品質問題の現状と対策」,電気設備学 会誌,Vol.24,No4,2004 [2]小西博雄,「電圧・電流の不平衡とその対策」,電気設 備学会誌,Vol.24,No.4,2004 [3]「集中連系型太陽光発電システム実証研究」,独立行政 法人 新エネルギー・産業技術総合開発機構の Web サ イト http://www.nedo.go.jp/
© Copyright 2024 ExpyDoc