送電線電圧安定性の計算経過 ( 送電線が R と X の時 ) 以下では受電電圧 Vrが変数 Pのどの様な関数になっているかを求めます Vr Vs 負荷設備 Z = R + jx Ir Is 調相設備送電端 Ic = jyvr 受電端第 1 図系統図 P - jq jy( モー ) Vr 受電端相電

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1 送電線電圧安定性の計算経過 ( 送電線が R と X の時 ) 以下では受電電圧 Vrが変数 Pのどの様な関数になっているかを求めます Vr Vs 負荷設備 Z = R + jx Ir Is 調相設備送電端 Ic = jyvr 受電端第 1 図系統図 P - jq jy( モー ) Vr 受電端相電圧 Vs 送電端相電圧 Z 送電線インピーダンス R 送電線抵抗分 X 送電線リアクタンス分 Is 送電線電流 Ir 負荷電流 Ic 調相電流 P 負荷有効電力 (1 相分 ) Q 負荷無効電力 (1 相分 ) Y 負荷設備サセプタンス Ic=jYVr Vs α Is θ Vr RIs jxis θ α VrとVsのなす角度 VrとIsのなす角度 Ir -Ic=-jYVr 第 2 図電圧電流ベクトル図 ( 以下では例えばVをベクトルとしVをVの絶対値として扱います ) 第 1 図及び第 2 図あるいは以下の計算式では全て受電電圧 Vrを基準ベクトルとします 第 1 図及び第 2 図から (1) から (4) が成り立ちます Vs = VsCOSθ + jvssinθ (1) Is = IsCOSα - jissinα (2) Vs = Vr + (R + jx)is (3) Ir = Is - Ic = Is - jyvr (4) (3) に (1)(2) を入れます VsCOSθ + jvssinθ = Vr + (R + jx)(cosα - jsinα)is (5) (5) から (VsCOSθ - Vr) + jvssinθ {(VsCOSθ - Vr) + jvssinθ}(r - jx) (COSα-jSINα)Is = = R + jx

2 (6) から R(VsCOSθ - Vr) + XVsSINθ X(VsCOSθ - Vr) - RVsSINθ = -j IsCOSα= R(VsCOSθ - Vr) + XVsSINθ (6) (7) IsSINα= X(VsCOSθ - Vr) - RVsSINθ (8) (2) を (4) にいれます Ir = Is - Ic = Is - jyvr = IsCOSα - j(issinα + YVr) (9) (9) に (7)(8) をいれます Ir= R(VsCOSθ - Vr) + XVsSINθ X(VsCOSθ - Vr) - RVsSINθ -j{ + YVr} (10) Vrを基準ベクトルとしますと Vr = Vr (11) として表せます またVrの共役のベクトルは Vr = Vr (12) となります この事から負荷電力 Wrは次の様になります Wr = IrVr = IrVr (13) (13) に (10) をいれます Wr= R(VsVrCOSθ - Vr 2 ) + XVsVrSINθ X(VsVrCOSθ - Vr 2 ) - RVsVrSINθ -j{ + YVr 2 } = P - jq (14) (14) から P= R(VsVrCOSθ - Vr 2 ) + XVsVrSINθ (15) X(VsVrCOSθ - Vr 2 Q= ) - RVsVrSINθ + YVr 2 (16) = Z 2 (17) (17) を (15)(16) にいれて (18)(19) の様にします

3 RVsVrCOSθ + XVsVrSINθ= PZ 2 + RVr 2 (18) XVsVrCOSθ - RVsVrSINθ= QZ 2 + (X - YZ 2 )Vr 2 (19) COSθと SINθを未知数として (18)(19) を連立方程式として解きます 先ずCOSθを求めます (18)*Rを(20) とします R 2 VsVrCOSθ + RXVsVrSINθ = PRZ 2 + R 2 Vr 2 (20) (19)*Xを(21) とします X 2 VsVrCOSθ - RXVsVrSINθ = QXZ 2 + X(X - YZ 2 )Vr 2 (21) (20)+(21)=(22) とします (R 2 + X2)VsVrCOSθ = (PR + QX)Z 2 + ( )(1 - XY)Vr 2 (22) (22) から COSθが (23) の様に求める事が出来ます COSθ= (RP + XQ) + (1 - XY)Vr 2 VsVr (23) 次にSINθを求めます (18)*Xを(24) とします RXVsVrCOSθ + X 2 VsVrSINθ = PXZ 2 + RXVr 2 (24) (19)*Rを(25) とします RXVsVrCOSθ - R 2 VsVrSINθ = QRZ 2 +R(X - YZ 2 )Vr 2 (25) (24)-(25)=(26) とします ( )VsVrSINθ = (XP -RQ)Z 2 + RYZ 2 Vr 2 (26) (26) から SINθが (27) の様に求める事が出来ます SINθ= (XP - RQ) + RYVr 2 VsVr (27) (23) の辺々を2 乗します {(RP + XQ) + (1 - XY)Vr 2 } 2 COS 2 θ= VsVr (28) (27) の辺々を2 乗します { (XP - RQ) + RYVr 2 } 2 SIN 2 θ= (29) VsVr (28)(29) の辺々の和をとりこれを整理すると (30) の様になります

4 (1-2XY + Y 2 Z 2 )Vr 4 + {2(RP + XQ - QYZ 2 ) - Vs 2 }Vr 2 + (P 2 + Q 2 )Z 2 = 0 (30) (30) をVrを未知数として解きます V = Vr 2 (31) と置いて (31) を (30) にいれます (1-2XY + Y 2 Z 2 )V 2 + {2(RP + XQ - QYZ 2 ) - Vs 2 }V + (P 2 + Q 2 )Z 2 = 0 (32) とすればVの2 次方程式となります ここで Q = βp (33) と置いて (33) を (32) にいれます (1-2XY + Y 2 Z 2 )V 2 + {2(R + βx - βyz 2 )P - Vs 2 }V + (1 + β 2 )Z 2 P 2 = 0 (34) (34) に於いて A = 1-2XY + Y 2 Z 2 (35) B = 2(R + βx - βyz 2 )P - Vs 2 (36) C = (1 + β 2 )Z 2 P 2 (37) とします (35)(36)(37) を (34) にいれます AV 2 + BV + C = 0 (38) (38) をVについて解きます V = -B ± B 2-4AC 2A (39) (31) で V = Vr 2 と置いたので Vr = V = -B ± B 2-4AC (40) 2A Vrに負値は無いので (40) では負値は除きます (40) が変数 Pに対するVrの式となります (40) の B 2-4AC の前の ± の中の + が電圧安定性の 高め電圧 を-が 低め電圧 を示します負荷限界有効電力 Pmax は B 2-4AC = 0 となる時のP 値で示されます 送電線電圧安定解析ソフトでは (40) 式の P を 0 から少しづつ Pmax まで増加させた時の Vr をプロットして描画したものです 高橋電気管理事務所高橋永次

5 送電線電圧安定性の計算経過 ( 送電線が X のみの時 ) 以下では受電電圧 Vrが変数 Pのどの様な関数になっているかを求めます Vr Vs 負荷設備 Z = jx Ir Is 調相設備送電端 Ic = jyvr 受電端第 1 図系統図 P - jq jy( モー ) Vr 受電端相電圧 Vs 送電端相電圧 Z 送電線インピーダンス X 送電線リアクタンス分 Is 送電線電流 Ir 負荷電流 Ic 調相電流 P 負荷有効電力 (1 相分 ) Q 負荷無効電力 (1 相分 ) Y 負荷設備サセプタンス Vs Ic=jYVr α Is θ Vr jxis θ α VrとVsのなす角度 VrとIsのなす角度 Ir -Ic=-jYVr 第 2 図電圧電流ベクトル図 ( 以下では例えばVをベクトルとしVをVの絶対値として扱います ) 第 1 図及び第 2 図あるいは以下の計算式では全て受電電圧 Vrを基準ベクトルとします 第 1 図及び第 2 図から (1) から (4) が成り立ちます Vs = VsCOSθ + jvssinθ (1) Is = IsCOSα - jissinα (2) Vs = Vr + jxis (3) Ir = Is - Ic = Is - jyvr (4) (3) に (1)(2) を入れます VsCOSθ + jvssinθ = Vr + jx(cosα - jsinα)is (5) (5) から (VsCOSθ - Vr) + jvssinθ VsSINθ- j(vscosθ - Vr) (COSα-jSINα)Is = = jx X

6 (6) から VsSINθ VsCOSθ - Vr = -j X X IsCOSα= VsSINθ X (6) (7) IsSINα= VsCOSθ - Vr X (8) (2) を (4) にいれます Ir = Is - Ic = Is - jyvr = IsCOSα - j(issinα + YVr) (9) (9) に (7)(8) をいれます Ir= VsSINθ VsCOSθ - Vr -j{ X X + YVr} (10) Vrを基準ベクトルとしますと Vr = Vr (11) として表せます またVrの共役のベクトルは Vr = Vr (12) となります この事から負荷電力 Wrは次の様になります Wr = IrVr = IrVr (13) (13) に (10) をいれます Wr= VsVrSINθ VsVrCOSθ - Vr 2 -j{ X X + YVr 2 } = P - jq (14) (14) から P= VsVrSINθ X (15) VsVrCOS 1 Q= - ( - Y) Vr 2 (16) X X (15)(16) を (17)(18) の様にします

7 VsVrSINθ= PX (17) VsVrCOSθ = QX + (1 - XY)Vr 2 (18) (17)(18) を辺々 2 乗します (VsVrSINθ) 2 = P 2 X 2 (19) (VsVrCOSθ) 2 ={ QX + (1 - XY)Vr 2 } 2 (20) (19) + (20) を行って整理します Vs 2 Vr 2 = P 2 X 2 + {QX + (1 - XY)Vr 2 } 2 (21) (21) を更に整理します (1 - XY) 2 Vr 4 + {2QX(1 - XY) - Vs 2 }Vr 2 + (P 2 + Q 2 )X 2 = 0 (22) (22) をVrを未知数として解きます V = Vr 2 (23) と置いて (23) を (22) にいれます (1 - XY) 2 V 2 + {2QX(1 - XY) - Vs 2 }V + (P 2 + Q 2 )X 2 = 0 (24) とすればVの2 次方程式となります ここで Q = βp (25) と置いて (25) を (24) にいれます (1 - XY) 2 V 2 + {2β(1 - XY)PX - Vs 2 }V + (1 + β 2 )P 2 X 2 = 0 (26) (26) に於いて A = (1 - XY) 2 (27) B = 2β(1 - XY)PX - Vs 2 (28) C = (1 + β 2 )P 2 X 2 (29) と置きます (27)(28)(29) を (26) にいれます AV 2 + BV + C = 0 (30) (30) をVについて解きます V = -B ± B 2-4AC (31) 2A (23) で V = Vr 2 と置いたので Vr = V = -B ± B 2-4AC (32) 2A Vrに負値は無いので (32) では負値は除きます (32) が変数 Pに対するVrの式となります

8 (32) の B 2-4AC の前の ± の中の + が電圧安定性の 高め電圧 を - が 低め電圧 を示します負荷限界有効電力 Pmax は B 2-4AC = 0 となる時の P 値で示されます 高橋電気管理事務所高橋永次

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Microsoft Word _3.2.1−î‚bfiI”Œ“•.doc 3. 電圧安定性に関する解析例 3.. 電圧安定性の基礎的事項 近年, 電力設備の立地難や環境問題などから電源の遠隔化 偏在化や送電線の大容量化の趨勢が顕著になって来ており, 電力系統の安定運用のために従来にも増して高度な技術が必要となっている 最近, なかでも電力系統の電圧不安定化現象は広く注目を集めており, 海外では CIGRE や IEEE において, また国内では電気協同研究会において幅広い検討が行われてきた

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