無効電力補償装置
【課題】有効電力及び無効電力の更なる変動に対応可能な無効電力補償装置を提供する。
【解決手段】無効電力補償装置は、電力系統の系統電圧を安定させるために力率一定制御方式によって電力系統に無効電力を出力する。無効電力補償装置は、出力無効電力ＱＯの上下に無効電力上限値ＱＨと無効電力下限値ＱＬとを設定するとともに、無効電力上限値ＱＨを上限、無効電力下限値ＱＬを下限とする無効電力設定域ＱＨ−Ｌを設定し、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内となるように段階的に変更する。よって、無効電力の定常的な出力を抑制して、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することが可能である。
【解決手段】無効電力補償装置は、電力系統の系統電圧を安定させるために力率一定制御方式によって電力系統に無効電力を出力する。無効電力補償装置は、出力無効電力ＱＯの上下に無効電力上限値ＱＨと無効電力下限値ＱＬとを設定するとともに、無効電力上限値ＱＨを上限、無効電力下限値ＱＬを下限とする無効電力設定域ＱＨ−Ｌを設定し、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内となるように段階的に変更する。よって、無効電力の定常的な出力を抑制して、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力系統に無効電力を出力して系統電圧を調整する無効電力補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電力が大きく変動する負荷が接続されている電力系統においては、その電力系統の電圧が負荷に流れる電流に応じて変動する。このような電圧電動を抑制するために設置される装置の一つに無効電力補償装置がある。この無効電力補償装置は、系統電圧が低下しているときには進み無効電力を電力系統に出力し、一方、系統電圧が上昇しているときには遅れ無効電力を電力系統に出力することで、電圧変動を調整する（例えば、特許文献１参照）。無効電力補償装置は、系統電圧と設定電圧との差に応じて常に動作しながら定常的な電圧変動を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２６８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、無効電力補償装置が、負荷による定常的な無効電力を補償するために運転している状況下において他の負荷による有効電力及び無効電力が更に生じると、無効電力補償装置の出力に余裕がなくなり、更なる有効電力及び無効電力を補償できないおそれがあった。そこで、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応可能な無効電力補償装置が求められていた。
【０００５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応可能な無効電力補償装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、電力系統の系統電圧を安定させるために電力系統に無効電力を出力する力率一定制御方式の無効電力補償装置において、出力無効電力の上下に無効電力上限値と無効電力下限値とを設定するとともに、当該無効電力上限値を上限、当該無効電力下限値を下限とする無効電力設定域を設定し、前記出力無効電力が前記無効電力設定域内となるように段階的に変更することをその要旨としている。
【０００７】
同構成によれば、出力無効電力の上下に無効電力上限値と無効電力下限値とを設定するとともに、無効電力上限値を上限、無効電力下限値を下限とする無効電力設定域を設定して、出力無効電力が無効電力設定域内となるように出力無効電力を段階的に変更する。このため、無効電力設定域内となるように出力無効電力を設定するので、設定無効電力の１点に合わせるのではなく余裕のある幅で無効電力を出力可能である。よって、無効電力の定常的な出力を抑制して、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することが可能である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無効電力補償装置において、前記出力無効電力の一定時間における平均値が前記無効電力設定域内に近づくように変更することをその要旨としている。
【０００９】
同構成によれば、一定時間の出力無効電力の平均値が無効電力設定域内に近づくように変更する。このため、出力無効電力を抑制でき、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することが可能である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の無効電力補償装置において、前記出力無効電力に裕度を持たせる出力裕度量を設定し、前記出力無効電力が前記無効電力設定域内であるときには前記出力裕度量を変更せず、前記出力無効電力が前記無効電力設定域外であるときには前記出力裕度量を段階的に変更することで前記出力無効電力を変更することをその要旨としている。
【００１１】
同構成によれば、出力無効電力が無効電力設定域内では出力裕度量を変更せず、出力無効電力が無効電力設定域外であるときに出力裕度量を段階的に変更することで出力無効電力を変更する。このため、無効電力の出力を抑制することが可能である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無効電力補償装置において、前記出力無効電力に裕度を持たせる出力裕度量を設定し、前記出力裕度量の上限値としての出力裕度量上限値と、前記出力裕度量の下限値としての出力裕度量下限値とを設定するとともに、前記出力裕度量上限値を上限と、前記出力裕度量下限値を下限とする出力裕度量設定域を設定し、前記出力無効電力の変更によって、前記出力裕度量が前記出力裕度量上限値以上となる場合には前記出力裕度量を前記出力裕度量上限値に設定し、前記出力裕度量が前記出力裕度量下限値以下となる場合には前記出力裕度量を前記出力裕度量下限値に設定することをその要旨としている。
【００１３】
同構成によれば、出力裕度量が出力裕度量上限値以上となる場合には出力裕度量を出力裕度量上限値に設定し、出力裕度量が出力裕度量下限値以下となる場合には出力裕度量を出力裕度量下限値に設定する。このため、出力無効電力の変動による出力裕度量の過剰な上昇、下降を抑制することが可能である。よって、負荷変動に応じて、無効電力補償装置が出力できる領域を有効に使うことができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の無効電力補償装置において、電圧上限値と電圧下限値とを設定するとともに、当該電圧上限値を上限、当該電圧下限値を下限とする電圧設定域を設定し、前記系統電圧が前記電圧設定域内から逸脱した場合に、前記電圧設定域内となるように電圧一定制御を行うことをその要旨としている。
【００１５】
同構成によれば、電圧上限値と電圧下限値とを設定するとともに、電圧上限値を上限、電圧下限値を下限とする電圧設定域を設定して、系統電圧が電圧設定域内となるように電圧一定制御を行う。このため、系統電圧が大きく変動することを防ぐことが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、無効電力補償装置において、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】無効電力補償装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】無効電力補償装置の制御を示すフローチャート。
【図３】無効電力補償装置の動作を示す図。
【図４】無効電力補償装置の動作を示す図。
【図５】無効電力補償装置の制御を示すフローチャート。
【図６】無効電力補償装置の動作を示す図。
【図７】無効電力補償装置の制御を示すフローチャート。
【図８】無効電力補償装置の動作を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に示されるように、無効電力補償装置１０は、電力系統１に対して開閉器２及び変圧器３を介して並列接続されている。無効電力補償装置１０は、電力系統１に接続された負荷４等によって電圧変動が発生する際に、無効電力を供給することにより電力系統１の系統電圧、例えば６６００Vを調整する装置である。本実施例の無効電力補償装置１０は、主回路にインバータ１１を備え、同インバータ１１には連系リアクトル１２が接続されている。連系リアクトル１２は、変圧器３に接続され、開閉器２を介して電力系統１に接続されている。インバータ１１には、電位確立用のコンデンサ１３が接続されている。開閉器２には、電力系統１の電流を検出する２つの電流センサＣＴと、電力系統１の電圧（以下、系統電圧という）を検出する電圧センサＰＴが設けられている。また、無効電力補償装置１０には、制御装置１４が設けられている。同制御装置１４には、２つの電流センサＣＴ及び電圧センサＰＴが接続されている。無効電力補償装置１０は、系統電圧とインバータ出力電圧との電圧差で連系リアクトル１２に流れる無効電力を調整しながら、連続的に出力を可変することで電力系統１の電圧を調整する。なお、本実施例の無効電力補償装置１０は、ＳＶＧ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）方式の装置である。
【００１９】
無効電力補償装置１０は、インバータ１１の出力電圧を系統電圧の位相と同期させ、大きさを変化させることにより、系統電圧から９０度遅れ、進みの電流が連系リアクトル１２に流れる。すなわち、無効電力補償装置１０は電力系統１から見ると、可変の進相コンデンサや分路リアクトルが接続されているように動作する。例えば、負荷４の変動により電力系統１の電圧が低下した場合には、電力系統１から見て進相コンデンサと同様な動作をして電圧を持ち上げる。また、電力系統１の電圧が上昇した場合には、電力系統１から見て分路リアクトルと同様な動作をして電圧を下げる。
【００２０】
無効電力補償装置１０は、連系点の力率を一定に管理する「力率一定制御」を行う。力率一定制御は、連系点の負荷側の無効電力を検出し、電源側の力率が一定になるように無効電力を連続的に発生する。そして、無効電力補償装置１０は、力率一定制御によって電圧変動を抑制する。
【００２１】
図２及び図３に示されるように、無効電力補償装置１０は、電力系統１の力率が一定となるように制御を行う。ここで、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内に安定するように出力無効電力ＱＯの制御を行う。すなわち、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯに裕度を持たせるべく、仮想負荷又は仮想電源が存在するかの如く振舞う出力裕度量Ｑｉを設定する。
【００２２】
図２に示されるように、まず、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、出力無効電力ＱＯが出力指令値Ａとなるように力率一定制御を行う（ステップＳ１０）。ここで、出力指令値Ａ＝−（負荷無効電力Ｑｒ）＋（負荷有効電力Ｐｒ）×ｔａｎθ−（出力裕度量Ｑｉ）である。出力裕度量Ｑｉを変更することによって、出力指令値Ａを変更する。
【００２３】
続いて、制御装置１４は、一定時間の出力無効電力ＱＯを測定するため、サンプリング時間ＴＳが経過したか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御装置１４は、サンプリング時間ＴＳが経過していない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、経過するまで待機する。一方、制御装置１４は、サンプリング時間ＴＳが経過した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、出力無効電力ＱＯの平均値Σに基づいて出力指令値Ａを変更する。すなわち、制御装置１４は、出力無効電力ＱＯの平均値Σを判別する（ステップＳ１２）。なお、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、サンプリング時間ＴＳにおける出力無効電力ＱＯの積分値ＱΣをサンプリング時間ＴＳで除した値である。また、サンプリング時間ＴＳが一定時間に相当する。
【００２４】
続いて、制御装置１４は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも大きい（Σ＞ＱＨ）場合には、出力裕度量Ｑｉを現在の出力裕度量Ｑｉに変更幅ΔＱｉを加えた値（Ｑｉ＝Ｑｉ＋ΔＱｉ）に変更する（ステップＳ１３）。すなわち、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上側で推移していると判断して、現在の出力裕度量Ｑｉを変更幅ΔＱｉだけ増加させることで、出力無効電力ＱＯが変更幅ΔＱｉだけ少なくなり、無効電力の出力に余裕を持たせる。
【００２５】
また、制御装置１４は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも小さい（Σ＜ＱＬ）場合には、出力裕度量Ｑｉを現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉを引いた値（Ｑｉ＝Ｑｉ−ΔＱｉ）に変更する（ステップＳ１４）。すなわち、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下側で推移していると判断して、現在の出力裕度量Ｑｉを変更幅ΔＱｉだけ減少させることで、出力無効電力ＱＯが変更幅ΔＱｉだけ多くなり、無効電力の出力に余裕を持たせる。
【００２６】
また、制御装置１４は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内である（ＱＬ≦Σ≦ＱＨ）場合には、出力無効電力ＱＯを現在の出力裕度量Ｑｉのまま（Ｑｉ＝Ｑｉ）とする（ステップＳ１５）。
【００２７】
次に、前述のように構成された無効電力補償装置１０を電力系統１に設置した際における無効電力補償装置１０の動作態様について説明する。図３に示されるように、電力系統１に無効電力が継続的に発生した場合について説明する。
【００２８】
まず、無効電力補償装置１０の出力裕度量Ｑｉは、零に設定されている。また、電力系統１の負荷無効電力Ｑｒは零である。そして、第１１サンプリング時間ＴＳ１１において電力系統１に遅れ（＋）の急峻な無効電力Ｑが発生する。この時、無効電力補償装置１０は、電力系統１に進み（−）の無効電力を出力する。すなわち、無効電力補償装置１０は、電力系統１の負荷無効電力Ｑｒと同等の大きさで逆の出力無効電力ＱＯを出力する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第１２サンプリング時間ＴＳ１２において設定する。
【００２９】
続いて、無効電力補償装置１０は、第１２サンプリング時間ＴＳ１２において出力無効電力ＱＯを第１１サンプリング時間ＴＳ１１と同じ値に維持する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下方となる（Σ＜ＱＬ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも大きい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を引いたＱｉ−ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯに変更幅ΔＱｉを加えたＱＯ＋ΔＱｉを第１３サンプリング時間ＴＳ１３において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００３０】
続いて、無効電力補償装置１０は、第１３サンプリング時間ＴＳ１３において出力無効電力ＱＯを第１２サンプリング時間ＴＳ１２よりも変更幅ΔＱｉだけ増加した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下方となる（Σ＜ＱＬ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも大きい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を引いたＱｉ−ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯに変更幅ΔＱｉを加えたＱＯ＋ΔＱｉを第１４サンプリング時間ＴＳ１４において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００３１】
更に、無効電力補償装置１０は、第１４サンプリング時間ＴＳ１４において出力無効電力ＱＯを第１３サンプリング時間ＴＳ１３よりも変更幅ΔＱｉだけ増加した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となるので、無効電力補償装置１０は現在の出力裕度量Ｑｉを変更しない。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第１５サンプリング時間ＴＳ１５においても設定する。以後、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となれば、現在の出力無効電力ＱＯを設定する。
【００３２】
ここで、需要家においては、急峻な電圧変動が発生するとフリッカ等が起きて問題である。このため、急峻な電圧変動に対応して急峻な電圧変動を抑制することが重要である。無効電力補償装置１０が電力系統１に無効電力を出力範囲の最大で出力していると、急峻な電圧変動に対応することができなくなる。そこで、本実施例の無効電力補償装置１０は、上記のように出力無効電力ＱＯを無効電力設定域ＱＨ‐Ｌに近づけることで、系統電圧が現在の値から大きく変動した際に即座に対応して無効電力を出力範囲の最大で出力することが可能となり、急峻な電圧変動を抑制することを可能とする。
【００３３】
次に、図４に示されるように、電力系統１に無効電力Ｑが発生している場合について説明する。なお、無効電力補償装置１０は無効電力Ｑのときに出力無効電力ＱＯが零に設定されている。
【００３４】
まず、無効電力補償装置１０の出力裕度量Ｑｉは、−Ｑに設定されている。また、電力系統１に遅れ（＋）の無効電力Ｑが発生している。このとき、無効電力補償装置１０の出力無効電力ＱＯは零である。そして、第２２サンプリング時間ＴＳ２２において電力系統１の負荷無効電力Ｑｒが無効電力Ｑから低下して零に近い値となる。よって、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯを増加する。ここで、出力無効電力ＱＯは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも大きくなる。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となるので、無効電力補償装置１０は現在の出力裕度量Ｑｉを変更しない。無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第２３サンプリング時間ＴＳ２３において設定する。
【００３５】
続いて、無効電力補償装置１０は、第２３サンプリング時間ＴＳ２３において出力無効電力ＱＯを第２２サンプリング時間ＴＳ２２と同じ値に維持する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となる（Σ＞ＱＨ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉに変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯから変更幅ΔＱｉを引いたＱＯ−ΔＱｉを第２４サンプリング時間ＴＳ２４において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００３６】
続いて、無効電力補償装置１０は、第２４サンプリング時間ＴＳ２４において出力無効電力ＱＯを第２３サンプリング時間ＴＳ２３よりも変更幅ΔＱｉだけ減少した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となる（Σ＞ＱＨ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉに変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯから変更幅ΔＱｉを引いたＱＯ−ΔＱｉを第２５サンプリング時間ＴＳ２５において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００３７】
更に、無効電力補償装置１０は、第２５サンプリング時間ＴＳ２５において出力無効電力ＱＯを第２４サンプリング時間ＴＳ２４よりも変更幅ΔＱｉだけ減少した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となるので、無効電力補償装置１０は現在の出力裕度量Ｑｉを変更しない。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第２６サンプリング時間ＴＳ２６においても設定する。以後、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となれば、現在の出力無効電力ＱＯを設定する。
【００３８】
上記のように、無効電力補償装置１０の出力無効電力に出力裕度量Ｑｉを設定して、出力無効電力ＱＯを無効電力設定域ＱＨ‐Ｌに近づけることで、無効電力の出力を抑制できる。そして、急峻な電圧変動に対して増加及び減少のどちらでも即座に無効電力を出力範囲の最大で出力することができるので、急峻な電圧変動を抑制することができる。
【００３９】
以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）出力無効電力ＱＯの上下に無効電力上限値ＱＨと無効電力下限値ＱＬとを設定するとともに、無効電力上限値ＱＨを上限、無効電力下限値ＱＬを下限とする無効電力設定域ＱＨ−Ｌを設定して、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内となるように出力無効電力ＱＯを段階的に変更する。このため、無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内となるように出力無効電力ＱＯを設定するので、設定無効電力の１点に合わせるのではなく余裕のある幅で無効電力を出力可能である。よって、無効電力の定常的な出力を抑制して、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することができる。
【００４０】
（２）サンプリング時間ＴＳの出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内に近づくように変更する。このため、出力無効電力ＱＯを抑制でき、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することができる。
【００４１】
（３）出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内では出力裕度量Ｑｉを変更せず、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ外であるときに出力裕度量Ｑｉを段階的に変更することで出力無効電力ＱＯを変更する。このため、無効電力の出力を抑制することができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。この実施形態の無効電力補償装置は、出力裕度量Ｑｉに上限と下限とを設け、これら上限と下限とに出力裕度量Ｑｉが達した際にはその値に設定する点が上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の無効電力補償装置は、図１に示す第１の実施形態の無効電力補償装置と同様の構成を備えている。
【００４３】
図５に示されるように、まず、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、サンプリング時間ＴＳが経過する毎に、ステップＳ１５まで第１の実施形態と同様の処理を行う。
次に、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、変更した出力裕度量Ｑｉが出力裕度量上限値ＱＭＡＸと出力裕度量下限値ＱＭＩＮとで設定された出力裕度量設定域ＱＭＡＸ−ＭＩＮ内にあるか否かを判定する。すなわち、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量設定域ＱＭＡＸ−ＭＩＮの出力裕度量下限値ＱＭＩＮよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１６）。そして、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量下限値ＱＭＩＮよりも小さい場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）には、出力裕度量Ｑｉを出力裕度量下限値ＱＭＩＮに設定する（ステップＳ１８）。
【００４４】
一方、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量下限値ＱＭＩＮよりも大きい場合（ステップＳ１６：ＮＯ）には、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量設定域ＱＭＡＸ−ＭＩＮの出力裕度量上限値ＱＭＡＸよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１７）。そして、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量上限値ＱＭＡＸよりも大きい場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）には、出力裕度量Ｑｉを出力裕度量上限値ＱＭＡＸに設定する（ステップＳ１９）。一方、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量上限値ＱＭＡＸよりも小さい場合（ステップＳ１７：ＮＯ）には、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量設定域ＱＭＡＸ−ＭＩＮ内であると判定して、出力無効電力ＱＯを現在の出力裕度量Ｑｉのまま（Ｑｉ＝Ｑｉ）とする。
【００４５】
次に、前述のように構成された無効電力補償装置１０を電力系統１に設置した際における無効電力補償装置１０の動作態様について説明する。図６に示されるように、電力系統１に無効電力が発生した場合について説明する。
【００４６】
まず、無効電力補償装置１０の出力裕度量Ｑｉは、進み（−）側に変位して設定されている。また、電力系統１には、遅れ（＋）の無効電力が少し発生している。そして、第３１サンプリング時間ＴＳ３１において電力系統１に遅れ（＋）の急峻な無効電力Ｑが発生する。この時、無効電力補償装置１０は、電力系統１に進み（−）の無効電力を出力する。すなわち、無効電力補償装置１０は、電力系統１の負荷無効電力Ｑｒと同等の大きさで逆の出力無効電力ＱＯを出力する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下方となるので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも大きい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を引いたＱｉ−ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。この設定された出力裕度量Ｑｉは、出力裕度量下限値ＱＭＩＮと一致する。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯに変更幅ΔＱｉを加えたＱＯ＋ΔＱｉを第３２サンプリング時間ＴＳ３２において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００４７】
続いて、無効電力補償装置１０は、第３２サンプリング時間ＴＳ３２において出力無効電力ＱＯを第３１サンプリング時間ＴＳ３１よりも変更幅ΔＱｉだけ増加した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下方となる（Σ＜ＱＬ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも大きい値とする。しかしながら、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を引くと、出力裕度量下限値ＱＭＩＮよりも小さくなるので、無効電力補償装置１０は現在の出力裕度量ＱｉをＱＭＩＮとする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第３３サンプリング時間ＴＳ３３においても設定する。
【００４８】
続いて、無効電力補償装置１０は、第３３サンプリング時間ＴＳ３３において出力無効電力ＱＯを第３２サンプリング時間ＴＳ３２と同じ値に維持する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下方となる（Σ＜ＱＬ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも大きい値とする。しかしながら、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を引くと、出力裕度量下限値ＱＭＩＮよりも小さくなるので、無効電力補償装置１０は現在の出力裕度量ＱｉをＱＭＩＮとする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第３４サンプリング時間ＴＳ３４においても設定する。
【００４９】
更に、無効電力補償装置１０は、第３４サンプリング時間ＴＳ３４において出力無効電力ＱＯを第３３サンプリング時間ＴＳ３３と同じ値に維持する。そして、第３４サンプリング時間ＴＳ３４において電力系統１の負荷無効電力Ｑｒが無効電力Ｑから低下した。よって、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯを増加する。ここで、出力無効電力ＱＯは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも大きくなる。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となる（Σ＞ＱＨ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉに変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯから変更幅ΔＱｉを引いたＱＯ−ΔＱｉを第３５サンプリング時間ＴＳ３５において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００５０】
続いて、無効電力補償装置１０は、第３５サンプリング時間ＴＳ３５において出力無効電力ＱＯを第３４サンプリング時間ＴＳ３４よりも変更幅ΔＱｉだけ減少した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第３６サンプリング時間ＴＳ３６において設定する。
【００５１】
上記のように、出力裕度量Ｑｉに無効電力設定域ＱＭＡＸ‐ＭＩＮを設定することで、電力系統の電圧変動によって限りなく出力裕度量Ｑｉが減少又は増加を続けることを抑制できる。
【００５２】
以上、説明した実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（３）の作用効果に加え、以下の作用効果を奏することができる。
（４）出力裕度量Ｑｉが出力裕度量上限値ＱＭＡＸ以上となる場合には出力裕度量Ｑｉを出力裕度量上限値ＱＭＡＸに設定し、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量下限値ＱＭＩＮ以下となる場合には出力裕度量Ｑｉを出力裕度量下限値ＱＭＩＮに設定する。このため、出力無効電力ＱＯの変動による出力裕度量Ｑｉの過剰な上昇、下降を抑制することができる。よって、負荷変動に応じて、無効電力補償装置１０が出力できる領域を有効に使うことができる。すなわち、電力系統の無効電力の更なる変動に対して裕度を持たせて確実に対応することができる。
【００５３】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。この実施形態の無効電力補償装置は、系統電圧Ｖに上限と下限とを設け、これら上限と下限とに系統電圧Ｖが達した際にはその値に設定する点が上記第２の実施形態と異なっている。以下、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の無効電力補償装置は、図１に示す第１の実施形態の無効電力補償装置と同様の構成を備えている。
【００５４】
図７に示されるように、まず、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、サンプリング時間ＴＳが経過する毎に、ステップＳ１９まで第２の実施形態と同様の処理を行う。
次に、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸと電圧下限値ＶＭＩＮとで設定された電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮ内にあるか否かを判定する。すなわち、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮの電圧下限値ＶＭＩＮよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２０）。そして、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧下限値ＶＭＩＮよりも小さい場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）には、電圧下限値ＶＭＩＮに電圧一定制御を行う。（ステップＳ２２）。
【００５５】
一方、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧下限値ＶＭＩＮよりも大きい場合（ステップＳ２０：ＮＯ）には、系統電圧Ｖが電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮの電圧上限値ＶＭＡＸよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２１）。そして、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸよりも大きい場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）には、電圧上限値ＶＭＡＸに電圧一定制御を行う（ステップＳ２３）。一方、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸよりも小さい場合（ステップＳ２１：ＮＯ）には、系統電圧Ｖが電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮ内であると判定して、力率一定制御を行う。
【００５６】
次に、前述のように構成された無効電力補償装置１０を電力系統１に設置した際における無効電力補償装置１０の動作態様について説明する。図８に示されるように、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸ以上である場合について説明する。
【００５７】
まず、無効電力補償装置１０の出力裕度量Ｑｉは、進み（−）側に変位して設定されている。そして、第４１サンプリング時間ＴＳ４１において電力系統１の系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸ以上となる。この時、無効電力補償装置１０は、電力系統１に遅れ（＋）の無効電力を出力する。なお、破線で示した系統電圧Ｖは、本例の無効電力補償装置１０による無効電力補償が行われなかった場合の状態を示している。
【００５８】
そして、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となるので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。しかしながら、無効電力補償装置１０は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸより大きい（Ｖ＞ＶＭＡＸ）ので、電圧上限値ＶＭＡＸに電圧一定制御を行う。なお、現在の出力無効電力ＱＯを第４２サンプリング時間ＴＳ４２において設定する。
【００５９】
続いて、無効電力補償装置１０は、第４２サンプリング時間ＴＳ４２において出力無効電力ＱＯを第４１サンプリング時間ＴＳ４１と同じ値に維持する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となるので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。しかしながら、無効電力補償装置１０は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸより大きい（Ｖ＞ＶＭＡＸ）ので、電圧上限値ＶＭＡＸに電圧一定制御を行う。なお、現在の出力無効電力ＱＯを第４３サンプリング時間ＴＳ４３において設定する。
【００６０】
続いて、無効電力補償装置１０は、第４３サンプリング時間ＴＳ４３において出力無効電力ＱＯを第４２サンプリング時間ＴＳ４２と同じ値に維持する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となるので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。しかしながら、無効電力補償装置１０は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸより大きい（Ｖ＞ＶＭＡＸ）ので、電圧上限値ＶＭＡＸに電圧一定制御を行う。なお、現在の出力無効電力ＱＯを第４４サンプリング時間ＴＳ４４において設定する。
【００６１】
更に、無効電力補償装置１０は、第４４サンプリング時間ＴＳ４４において出力無効電力ＱＯを第４３サンプリング時間ＴＳ４３と同じ値に維持する。ここで、第４４サンプリング時間ＴＳ４４において電力系統１の系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸよりも下方に減少する。よって、無効電力補償装置１０は、力率一定制御を行い、遅れ（＋）の出力無効電力ＱＯを減少する。
【００６２】
また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となる（Σ＞ＱＨ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉに変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯから変更幅ΔＱｉを引いたＱＯ−ΔＱｉを第４５サンプリング時間ＴＳ４５において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００６３】
続いて、無効電力補償装置１０は、第４５サンプリング時間ＴＳ４５において出力無効電力ＱＯを第４４サンプリング時間ＴＳ４４よりも変更幅ΔＱｉだけ減少した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第４６サンプリング時間ＴＳ４６において設定する。以後、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となれば、現在の出力無効電力ＱＯを設定する。
【００６４】
上記のように、系統電圧Ｖに電圧設定域ＶＭＡＸ‐ＭＩＮを設定することで、系統電圧Ｖが通常の電圧を逸脱することを抑制できる。
以上、説明した実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（３）、及び第２の実施形態の（４）の作用効果に加え、以下の作用効果を奏することができる。
【００６５】
（５）電圧上限値ＶＭＡＸと電圧下限値ＶＭＩＮとを設定するとともに、電圧上限値ＶＭＡＸを上限、電圧下限値ＶＭＩＮを下限とする電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮを設定して、系統電圧Ｖが電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮ内となるように電圧一定制御を行う。このため、系統電圧Ｖが大きく変動することを防ぐことができる。
【００６６】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態において、サンプリング時間ＴＳ、出力裕度量Ｑｉの変更幅ΔＱｉ、無効電力下限値ＱＬ、無効電力上限値ＱＨ、出力裕度量下限値ＱＭＩＮ、出力裕度量上限値ＱＭＡＸ、電圧下限値ＶＭＩＮ、電圧上限値ＶＭＡＸ等の値は設置場所に応じて任意に設定可能である。
【００６７】
・上記実施形態において、無効電力下限値ＱＬと無効電力上限値ＱＨとは零との絶対値の差を個々に任意の値に設定してもよい。
・上記第２の実施形態において、出力裕度量下限値ＱＭＩＮと出力裕度量上限値ＱＭＡＸとは零との絶対値の差を個々に任意の値に設定してもよい。
【００６８】
・上記実施形態では、出力裕度量Ｑｉを設定したが、出力裕度量Ｑｉを用いず、出力無効電力ＱＯを変更してもよい。
・上記実施形態では、サンプリング時間ＴＳにおける出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内であるか否かを判定して、出力無効電力ＱＯを段階的に変更した。しかしながら、サンプリング時間ＴＳにおける出力無効電力ＱＯの平均値Σに限らず、サンプリング時間ＴＳの特定時における出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内であるか否かを判定してもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内にあるか否かをサンプリング時間ＴＳにおいて行ったが、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内にあるか否かを随時判定してもよい。
【００７０】
・上記実施形態では、１つの電力系統１に１台の無効電力補償装置１０を設置したが、複数台設置しても同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１…電力系統、２…開閉器、３…変圧器、４…負荷、１０…無効電力補償装置（ＳＶＧ）、１１…インバータ、１２…連系リアクトル、１３…コンデンサ、１４…制御装置、ＣＴ…電流センサ、ＰＴ…電圧センサ、Ａ…出力指令値、Ｑｉ…出力裕度量、ΔＱｉ…出力裕度量の変更幅、ＱＨ…無効電力上限値、ＱＬ…無効電力下限値、ＱＨ−Ｌ…無効電力設定域、ＱＭＡＸ…出力裕度量上限値、ＱＭＩＮ…出力裕度量下限値、ＱＭＡＸ−ＭＩＮ…出力裕度量設定域、Ｖ…系統電圧、ＶＭＡＸ…電圧上限値、ＶＭＩＮ…電圧下限値、ＶＭＡＸ−ＭＩＮ…電圧設定域、ＴＳ…一定時間としてのサンプリング時間。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電力系統に無効電力を出力して系統電圧を調整する無効電力補償装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に電力が大きく変動する負荷が接続されている電力系統においては、その電力系統の電圧が負荷に流れる電流に応じて変動する。このような電圧電動を抑制するために設置される装置の一つに無効電力補償装置がある。この無効電力補償装置は、系統電圧が低下しているときには進み無効電力を電力系統に出力し、一方、系統電圧が上昇しているときには遅れ無効電力を電力系統に出力することで、電圧変動を調整する（例えば、特許文献１参照）。無効電力補償装置は、系統電圧と設定電圧との差に応じて常に動作しながら定常的な電圧変動を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２６８８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、無効電力補償装置が、負荷による定常的な無効電力を補償するために運転している状況下において他の負荷による有効電力及び無効電力が更に生じると、無効電力補償装置の出力に余裕がなくなり、更なる有効電力及び無効電力を補償できないおそれがあった。そこで、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応可能な無効電力補償装置が求められていた。
【０００５】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応可能な無効電力補償装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、電力系統の系統電圧を安定させるために電力系統に無効電力を出力する力率一定制御方式の無効電力補償装置において、出力無効電力の上下に無効電力上限値と無効電力下限値とを設定するとともに、当該無効電力上限値を上限、当該無効電力下限値を下限とする無効電力設定域を設定し、前記出力無効電力が前記無効電力設定域内となるように段階的に変更することをその要旨としている。
【０００７】
同構成によれば、出力無効電力の上下に無効電力上限値と無効電力下限値とを設定するとともに、無効電力上限値を上限、無効電力下限値を下限とする無効電力設定域を設定して、出力無効電力が無効電力設定域内となるように出力無効電力を段階的に変更する。このため、無効電力設定域内となるように出力無効電力を設定するので、設定無効電力の１点に合わせるのではなく余裕のある幅で無効電力を出力可能である。よって、無効電力の定常的な出力を抑制して、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することが可能である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無効電力補償装置において、前記出力無効電力の一定時間における平均値が前記無効電力設定域内に近づくように変更することをその要旨としている。
【０００９】
同構成によれば、一定時間の出力無効電力の平均値が無効電力設定域内に近づくように変更する。このため、出力無効電力を抑制でき、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することが可能である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の無効電力補償装置において、前記出力無効電力に裕度を持たせる出力裕度量を設定し、前記出力無効電力が前記無効電力設定域内であるときには前記出力裕度量を変更せず、前記出力無効電力が前記無効電力設定域外であるときには前記出力裕度量を段階的に変更することで前記出力無効電力を変更することをその要旨としている。
【００１１】
同構成によれば、出力無効電力が無効電力設定域内では出力裕度量を変更せず、出力無効電力が無効電力設定域外であるときに出力裕度量を段階的に変更することで出力無効電力を変更する。このため、無効電力の出力を抑制することが可能である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無効電力補償装置において、前記出力無効電力に裕度を持たせる出力裕度量を設定し、前記出力裕度量の上限値としての出力裕度量上限値と、前記出力裕度量の下限値としての出力裕度量下限値とを設定するとともに、前記出力裕度量上限値を上限と、前記出力裕度量下限値を下限とする出力裕度量設定域を設定し、前記出力無効電力の変更によって、前記出力裕度量が前記出力裕度量上限値以上となる場合には前記出力裕度量を前記出力裕度量上限値に設定し、前記出力裕度量が前記出力裕度量下限値以下となる場合には前記出力裕度量を前記出力裕度量下限値に設定することをその要旨としている。
【００１３】
同構成によれば、出力裕度量が出力裕度量上限値以上となる場合には出力裕度量を出力裕度量上限値に設定し、出力裕度量が出力裕度量下限値以下となる場合には出力裕度量を出力裕度量下限値に設定する。このため、出力無効電力の変動による出力裕度量の過剰な上昇、下降を抑制することが可能である。よって、負荷変動に応じて、無効電力補償装置が出力できる領域を有効に使うことができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の無効電力補償装置において、電圧上限値と電圧下限値とを設定するとともに、当該電圧上限値を上限、当該電圧下限値を下限とする電圧設定域を設定し、前記系統電圧が前記電圧設定域内から逸脱した場合に、前記電圧設定域内となるように電圧一定制御を行うことをその要旨としている。
【００１５】
同構成によれば、電圧上限値と電圧下限値とを設定するとともに、電圧上限値を上限、電圧下限値を下限とする電圧設定域を設定して、系統電圧が電圧設定域内となるように電圧一定制御を行う。このため、系統電圧が大きく変動することを防ぐことが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、無効電力補償装置において、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】無効電力補償装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】無効電力補償装置の制御を示すフローチャート。
【図３】無効電力補償装置の動作を示す図。
【図４】無効電力補償装置の動作を示す図。
【図５】無効電力補償装置の制御を示すフローチャート。
【図６】無効電力補償装置の動作を示す図。
【図７】無効電力補償装置の制御を示すフローチャート。
【図８】無効電力補償装置の動作を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１〜図４を参照して説明する。
図１に示されるように、無効電力補償装置１０は、電力系統１に対して開閉器２及び変圧器３を介して並列接続されている。無効電力補償装置１０は、電力系統１に接続された負荷４等によって電圧変動が発生する際に、無効電力を供給することにより電力系統１の系統電圧、例えば６６００Vを調整する装置である。本実施例の無効電力補償装置１０は、主回路にインバータ１１を備え、同インバータ１１には連系リアクトル１２が接続されている。連系リアクトル１２は、変圧器３に接続され、開閉器２を介して電力系統１に接続されている。インバータ１１には、電位確立用のコンデンサ１３が接続されている。開閉器２には、電力系統１の電流を検出する２つの電流センサＣＴと、電力系統１の電圧（以下、系統電圧という）を検出する電圧センサＰＴが設けられている。また、無効電力補償装置１０には、制御装置１４が設けられている。同制御装置１４には、２つの電流センサＣＴ及び電圧センサＰＴが接続されている。無効電力補償装置１０は、系統電圧とインバータ出力電圧との電圧差で連系リアクトル１２に流れる無効電力を調整しながら、連続的に出力を可変することで電力系統１の電圧を調整する。なお、本実施例の無効電力補償装置１０は、ＳＶＧ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）方式の装置である。
【００１９】
無効電力補償装置１０は、インバータ１１の出力電圧を系統電圧の位相と同期させ、大きさを変化させることにより、系統電圧から９０度遅れ、進みの電流が連系リアクトル１２に流れる。すなわち、無効電力補償装置１０は電力系統１から見ると、可変の進相コンデンサや分路リアクトルが接続されているように動作する。例えば、負荷４の変動により電力系統１の電圧が低下した場合には、電力系統１から見て進相コンデンサと同様な動作をして電圧を持ち上げる。また、電力系統１の電圧が上昇した場合には、電力系統１から見て分路リアクトルと同様な動作をして電圧を下げる。
【００２０】
無効電力補償装置１０は、連系点の力率を一定に管理する「力率一定制御」を行う。力率一定制御は、連系点の負荷側の無効電力を検出し、電源側の力率が一定になるように無効電力を連続的に発生する。そして、無効電力補償装置１０は、力率一定制御によって電圧変動を抑制する。
【００２１】
図２及び図３に示されるように、無効電力補償装置１０は、電力系統１の力率が一定となるように制御を行う。ここで、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内に安定するように出力無効電力ＱＯの制御を行う。すなわち、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯに裕度を持たせるべく、仮想負荷又は仮想電源が存在するかの如く振舞う出力裕度量Ｑｉを設定する。
【００２２】
図２に示されるように、まず、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、出力無効電力ＱＯが出力指令値Ａとなるように力率一定制御を行う（ステップＳ１０）。ここで、出力指令値Ａ＝−（負荷無効電力Ｑｒ）＋（負荷有効電力Ｐｒ）×ｔａｎθ−（出力裕度量Ｑｉ）である。出力裕度量Ｑｉを変更することによって、出力指令値Ａを変更する。
【００２３】
続いて、制御装置１４は、一定時間の出力無効電力ＱＯを測定するため、サンプリング時間ＴＳが経過したか否かを判定する（ステップＳ１１）。制御装置１４は、サンプリング時間ＴＳが経過していない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、経過するまで待機する。一方、制御装置１４は、サンプリング時間ＴＳが経過した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、出力無効電力ＱＯの平均値Σに基づいて出力指令値Ａを変更する。すなわち、制御装置１４は、出力無効電力ＱＯの平均値Σを判別する（ステップＳ１２）。なお、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、サンプリング時間ＴＳにおける出力無効電力ＱＯの積分値ＱΣをサンプリング時間ＴＳで除した値である。また、サンプリング時間ＴＳが一定時間に相当する。
【００２４】
続いて、制御装置１４は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも大きい（Σ＞ＱＨ）場合には、出力裕度量Ｑｉを現在の出力裕度量Ｑｉに変更幅ΔＱｉを加えた値（Ｑｉ＝Ｑｉ＋ΔＱｉ）に変更する（ステップＳ１３）。すなわち、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上側で推移していると判断して、現在の出力裕度量Ｑｉを変更幅ΔＱｉだけ増加させることで、出力無効電力ＱＯが変更幅ΔＱｉだけ少なくなり、無効電力の出力に余裕を持たせる。
【００２５】
また、制御装置１４は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも小さい（Σ＜ＱＬ）場合には、出力裕度量Ｑｉを現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉを引いた値（Ｑｉ＝Ｑｉ−ΔＱｉ）に変更する（ステップＳ１４）。すなわち、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下側で推移していると判断して、現在の出力裕度量Ｑｉを変更幅ΔＱｉだけ減少させることで、出力無効電力ＱＯが変更幅ΔＱｉだけ多くなり、無効電力の出力に余裕を持たせる。
【００２６】
また、制御装置１４は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内である（ＱＬ≦Σ≦ＱＨ）場合には、出力無効電力ＱＯを現在の出力裕度量Ｑｉのまま（Ｑｉ＝Ｑｉ）とする（ステップＳ１５）。
【００２７】
次に、前述のように構成された無効電力補償装置１０を電力系統１に設置した際における無効電力補償装置１０の動作態様について説明する。図３に示されるように、電力系統１に無効電力が継続的に発生した場合について説明する。
【００２８】
まず、無効電力補償装置１０の出力裕度量Ｑｉは、零に設定されている。また、電力系統１の負荷無効電力Ｑｒは零である。そして、第１１サンプリング時間ＴＳ１１において電力系統１に遅れ（＋）の急峻な無効電力Ｑが発生する。この時、無効電力補償装置１０は、電力系統１に進み（−）の無効電力を出力する。すなわち、無効電力補償装置１０は、電力系統１の負荷無効電力Ｑｒと同等の大きさで逆の出力無効電力ＱＯを出力する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第１２サンプリング時間ＴＳ１２において設定する。
【００２９】
続いて、無効電力補償装置１０は、第１２サンプリング時間ＴＳ１２において出力無効電力ＱＯを第１１サンプリング時間ＴＳ１１と同じ値に維持する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下方となる（Σ＜ＱＬ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも大きい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を引いたＱｉ−ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯに変更幅ΔＱｉを加えたＱＯ＋ΔＱｉを第１３サンプリング時間ＴＳ１３において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００３０】
続いて、無効電力補償装置１０は、第１３サンプリング時間ＴＳ１３において出力無効電力ＱＯを第１２サンプリング時間ＴＳ１２よりも変更幅ΔＱｉだけ増加した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下方となる（Σ＜ＱＬ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも大きい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を引いたＱｉ−ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯに変更幅ΔＱｉを加えたＱＯ＋ΔＱｉを第１４サンプリング時間ＴＳ１４において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００３１】
更に、無効電力補償装置１０は、第１４サンプリング時間ＴＳ１４において出力無効電力ＱＯを第１３サンプリング時間ＴＳ１３よりも変更幅ΔＱｉだけ増加した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となるので、無効電力補償装置１０は現在の出力裕度量Ｑｉを変更しない。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第１５サンプリング時間ＴＳ１５においても設定する。以後、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となれば、現在の出力無効電力ＱＯを設定する。
【００３２】
ここで、需要家においては、急峻な電圧変動が発生するとフリッカ等が起きて問題である。このため、急峻な電圧変動に対応して急峻な電圧変動を抑制することが重要である。無効電力補償装置１０が電力系統１に無効電力を出力範囲の最大で出力していると、急峻な電圧変動に対応することができなくなる。そこで、本実施例の無効電力補償装置１０は、上記のように出力無効電力ＱＯを無効電力設定域ＱＨ‐Ｌに近づけることで、系統電圧が現在の値から大きく変動した際に即座に対応して無効電力を出力範囲の最大で出力することが可能となり、急峻な電圧変動を抑制することを可能とする。
【００３３】
次に、図４に示されるように、電力系統１に無効電力Ｑが発生している場合について説明する。なお、無効電力補償装置１０は無効電力Ｑのときに出力無効電力ＱＯが零に設定されている。
【００３４】
まず、無効電力補償装置１０の出力裕度量Ｑｉは、−Ｑに設定されている。また、電力系統１に遅れ（＋）の無効電力Ｑが発生している。このとき、無効電力補償装置１０の出力無効電力ＱＯは零である。そして、第２２サンプリング時間ＴＳ２２において電力系統１の負荷無効電力Ｑｒが無効電力Ｑから低下して零に近い値となる。よって、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯを増加する。ここで、出力無効電力ＱＯは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも大きくなる。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となるので、無効電力補償装置１０は現在の出力裕度量Ｑｉを変更しない。無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第２３サンプリング時間ＴＳ２３において設定する。
【００３５】
続いて、無効電力補償装置１０は、第２３サンプリング時間ＴＳ２３において出力無効電力ＱＯを第２２サンプリング時間ＴＳ２２と同じ値に維持する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となる（Σ＞ＱＨ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉに変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯから変更幅ΔＱｉを引いたＱＯ−ΔＱｉを第２４サンプリング時間ＴＳ２４において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００３６】
続いて、無効電力補償装置１０は、第２４サンプリング時間ＴＳ２４において出力無効電力ＱＯを第２３サンプリング時間ＴＳ２３よりも変更幅ΔＱｉだけ減少した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となる（Σ＞ＱＨ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉに変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯから変更幅ΔＱｉを引いたＱＯ−ΔＱｉを第２５サンプリング時間ＴＳ２５において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００３７】
更に、無効電力補償装置１０は、第２５サンプリング時間ＴＳ２５において出力無効電力ＱＯを第２４サンプリング時間ＴＳ２４よりも変更幅ΔＱｉだけ減少した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となるので、無効電力補償装置１０は現在の出力裕度量Ｑｉを変更しない。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第２６サンプリング時間ＴＳ２６においても設定する。以後、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となれば、現在の出力無効電力ＱＯを設定する。
【００３８】
上記のように、無効電力補償装置１０の出力無効電力に出力裕度量Ｑｉを設定して、出力無効電力ＱＯを無効電力設定域ＱＨ‐Ｌに近づけることで、無効電力の出力を抑制できる。そして、急峻な電圧変動に対して増加及び減少のどちらでも即座に無効電力を出力範囲の最大で出力することができるので、急峻な電圧変動を抑制することができる。
【００３９】
以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）出力無効電力ＱＯの上下に無効電力上限値ＱＨと無効電力下限値ＱＬとを設定するとともに、無効電力上限値ＱＨを上限、無効電力下限値ＱＬを下限とする無効電力設定域ＱＨ−Ｌを設定して、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内となるように出力無効電力ＱＯを段階的に変更する。このため、無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内となるように出力無効電力ＱＯを設定するので、設定無効電力の１点に合わせるのではなく余裕のある幅で無効電力を出力可能である。よって、無効電力の定常的な出力を抑制して、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することができる。
【００４０】
（２）サンプリング時間ＴＳの出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内に近づくように変更する。このため、出力無効電力ＱＯを抑制でき、有効電力及び無効電力の更なる変動に対応することができる。
【００４１】
（３）出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内では出力裕度量Ｑｉを変更せず、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ外であるときに出力裕度量Ｑｉを段階的に変更することで出力無効電力ＱＯを変更する。このため、無効電力の出力を抑制することができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。この実施形態の無効電力補償装置は、出力裕度量Ｑｉに上限と下限とを設け、これら上限と下限とに出力裕度量Ｑｉが達した際にはその値に設定する点が上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の無効電力補償装置は、図１に示す第１の実施形態の無効電力補償装置と同様の構成を備えている。
【００４３】
図５に示されるように、まず、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、サンプリング時間ＴＳが経過する毎に、ステップＳ１５まで第１の実施形態と同様の処理を行う。
次に、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、変更した出力裕度量Ｑｉが出力裕度量上限値ＱＭＡＸと出力裕度量下限値ＱＭＩＮとで設定された出力裕度量設定域ＱＭＡＸ−ＭＩＮ内にあるか否かを判定する。すなわち、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量設定域ＱＭＡＸ−ＭＩＮの出力裕度量下限値ＱＭＩＮよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１６）。そして、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量下限値ＱＭＩＮよりも小さい場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）には、出力裕度量Ｑｉを出力裕度量下限値ＱＭＩＮに設定する（ステップＳ１８）。
【００４４】
一方、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量下限値ＱＭＩＮよりも大きい場合（ステップＳ１６：ＮＯ）には、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量設定域ＱＭＡＸ−ＭＩＮの出力裕度量上限値ＱＭＡＸよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１７）。そして、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量上限値ＱＭＡＸよりも大きい場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）には、出力裕度量Ｑｉを出力裕度量上限値ＱＭＡＸに設定する（ステップＳ１９）。一方、制御装置１４は、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量上限値ＱＭＡＸよりも小さい場合（ステップＳ１７：ＮＯ）には、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量設定域ＱＭＡＸ−ＭＩＮ内であると判定して、出力無効電力ＱＯを現在の出力裕度量Ｑｉのまま（Ｑｉ＝Ｑｉ）とする。
【００４５】
次に、前述のように構成された無効電力補償装置１０を電力系統１に設置した際における無効電力補償装置１０の動作態様について説明する。図６に示されるように、電力系統１に無効電力が発生した場合について説明する。
【００４６】
まず、無効電力補償装置１０の出力裕度量Ｑｉは、進み（−）側に変位して設定されている。また、電力系統１には、遅れ（＋）の無効電力が少し発生している。そして、第３１サンプリング時間ＴＳ３１において電力系統１に遅れ（＋）の急峻な無効電力Ｑが発生する。この時、無効電力補償装置１０は、電力系統１に進み（−）の無効電力を出力する。すなわち、無効電力補償装置１０は、電力系統１の負荷無効電力Ｑｒと同等の大きさで逆の出力無効電力ＱＯを出力する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下方となるので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも大きい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を引いたＱｉ−ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。この設定された出力裕度量Ｑｉは、出力裕度量下限値ＱＭＩＮと一致する。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯに変更幅ΔＱｉを加えたＱＯ＋ΔＱｉを第３２サンプリング時間ＴＳ３２において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００４７】
続いて、無効電力補償装置１０は、第３２サンプリング時間ＴＳ３２において出力無効電力ＱＯを第３１サンプリング時間ＴＳ３１よりも変更幅ΔＱｉだけ増加した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下方となる（Σ＜ＱＬ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも大きい値とする。しかしながら、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を引くと、出力裕度量下限値ＱＭＩＮよりも小さくなるので、無効電力補償装置１０は現在の出力裕度量ＱｉをＱＭＩＮとする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第３３サンプリング時間ＴＳ３３においても設定する。
【００４８】
続いて、無効電力補償装置１０は、第３３サンプリング時間ＴＳ３３において出力無効電力ＱＯを第３２サンプリング時間ＴＳ３２と同じ値に維持する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力下限値ＱＬよりも下方となる（Σ＜ＱＬ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも大きい値とする。しかしながら、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を引くと、出力裕度量下限値ＱＭＩＮよりも小さくなるので、無効電力補償装置１０は現在の出力裕度量ＱｉをＱＭＩＮとする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第３４サンプリング時間ＴＳ３４においても設定する。
【００４９】
更に、無効電力補償装置１０は、第３４サンプリング時間ＴＳ３４において出力無効電力ＱＯを第３３サンプリング時間ＴＳ３３と同じ値に維持する。そして、第３４サンプリング時間ＴＳ３４において電力系統１の負荷無効電力Ｑｒが無効電力Ｑから低下した。よって、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯを増加する。ここで、出力無効電力ＱＯは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも大きくなる。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となる（Σ＞ＱＨ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉに変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯから変更幅ΔＱｉを引いたＱＯ−ΔＱｉを第３５サンプリング時間ＴＳ３５において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００５０】
続いて、無効電力補償装置１０は、第３５サンプリング時間ＴＳ３５において出力無効電力ＱＯを第３４サンプリング時間ＴＳ３４よりも変更幅ΔＱｉだけ減少した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第３６サンプリング時間ＴＳ３６において設定する。
【００５１】
上記のように、出力裕度量Ｑｉに無効電力設定域ＱＭＡＸ‐ＭＩＮを設定することで、電力系統の電圧変動によって限りなく出力裕度量Ｑｉが減少又は増加を続けることを抑制できる。
【００５２】
以上、説明した実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（３）の作用効果に加え、以下の作用効果を奏することができる。
（４）出力裕度量Ｑｉが出力裕度量上限値ＱＭＡＸ以上となる場合には出力裕度量Ｑｉを出力裕度量上限値ＱＭＡＸに設定し、出力裕度量Ｑｉが出力裕度量下限値ＱＭＩＮ以下となる場合には出力裕度量Ｑｉを出力裕度量下限値ＱＭＩＮに設定する。このため、出力無効電力ＱＯの変動による出力裕度量Ｑｉの過剰な上昇、下降を抑制することができる。よって、負荷変動に応じて、無効電力補償装置１０が出力できる領域を有効に使うことができる。すなわち、電力系統の無効電力の更なる変動に対して裕度を持たせて確実に対応することができる。
【００５３】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について、図７及び図８を参照して説明する。この実施形態の無効電力補償装置は、系統電圧Ｖに上限と下限とを設け、これら上限と下限とに系統電圧Ｖが達した際にはその値に設定する点が上記第２の実施形態と異なっている。以下、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の無効電力補償装置は、図１に示す第１の実施形態の無効電力補償装置と同様の構成を備えている。
【００５４】
図７に示されるように、まず、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、サンプリング時間ＴＳが経過する毎に、ステップＳ１９まで第２の実施形態と同様の処理を行う。
次に、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸと電圧下限値ＶＭＩＮとで設定された電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮ内にあるか否かを判定する。すなわち、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮの電圧下限値ＶＭＩＮよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ２０）。そして、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧下限値ＶＭＩＮよりも小さい場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）には、電圧下限値ＶＭＩＮに電圧一定制御を行う。（ステップＳ２２）。
【００５５】
一方、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧下限値ＶＭＩＮよりも大きい場合（ステップＳ２０：ＮＯ）には、系統電圧Ｖが電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮの電圧上限値ＶＭＡＸよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２１）。そして、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸよりも大きい場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）には、電圧上限値ＶＭＡＸに電圧一定制御を行う（ステップＳ２３）。一方、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸよりも小さい場合（ステップＳ２１：ＮＯ）には、系統電圧Ｖが電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮ内であると判定して、力率一定制御を行う。
【００５６】
次に、前述のように構成された無効電力補償装置１０を電力系統１に設置した際における無効電力補償装置１０の動作態様について説明する。図８に示されるように、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸ以上である場合について説明する。
【００５７】
まず、無効電力補償装置１０の出力裕度量Ｑｉは、進み（−）側に変位して設定されている。そして、第４１サンプリング時間ＴＳ４１において電力系統１の系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸ以上となる。この時、無効電力補償装置１０は、電力系統１に遅れ（＋）の無効電力を出力する。なお、破線で示した系統電圧Ｖは、本例の無効電力補償装置１０による無効電力補償が行われなかった場合の状態を示している。
【００５８】
そして、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となるので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。しかしながら、無効電力補償装置１０は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸより大きい（Ｖ＞ＶＭＡＸ）ので、電圧上限値ＶＭＡＸに電圧一定制御を行う。なお、現在の出力無効電力ＱＯを第４２サンプリング時間ＴＳ４２において設定する。
【００５９】
続いて、無効電力補償装置１０は、第４２サンプリング時間ＴＳ４２において出力無効電力ＱＯを第４１サンプリング時間ＴＳ４１と同じ値に維持する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となるので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。しかしながら、無効電力補償装置１０は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸより大きい（Ｖ＞ＶＭＡＸ）ので、電圧上限値ＶＭＡＸに電圧一定制御を行う。なお、現在の出力無効電力ＱＯを第４３サンプリング時間ＴＳ４３において設定する。
【００６０】
続いて、無効電力補償装置１０は、第４３サンプリング時間ＴＳ４３において出力無効電力ＱＯを第４２サンプリング時間ＴＳ４２と同じ値に維持する。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となるので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉから変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。しかしながら、無効電力補償装置１０は、系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸより大きい（Ｖ＞ＶＭＡＸ）ので、電圧上限値ＶＭＡＸに電圧一定制御を行う。なお、現在の出力無効電力ＱＯを第４４サンプリング時間ＴＳ４４において設定する。
【００６１】
更に、無効電力補償装置１０は、第４４サンプリング時間ＴＳ４４において出力無効電力ＱＯを第４３サンプリング時間ＴＳ４３と同じ値に維持する。ここで、第４４サンプリング時間ＴＳ４４において電力系統１の系統電圧Ｖが電圧上限値ＶＭＡＸよりも下方に減少する。よって、無効電力補償装置１０は、力率一定制御を行い、遅れ（＋）の出力無効電力ＱＯを減少する。
【００６２】
また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌの無効電力上限値ＱＨよりも上方となる（Σ＞ＱＨ）ので、無効電力補償装置１０は出力無効電力ＱＯよりも小さい値とする。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力裕度量Ｑｉに変更幅ΔＱｉの無効電力を加えたＱｉ＋ΔＱｉを新たな出力裕度量Ｑｉとする。すなわち、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯから変更幅ΔＱｉを引いたＱＯ−ΔＱｉを第４５サンプリング時間ＴＳ４５において新たな出力無効電力ＱＯとする。
【００６３】
続いて、無効電力補償装置１０は、第４５サンプリング時間ＴＳ４５において出力無効電力ＱＯを第４４サンプリング時間ＴＳ４４よりも変更幅ΔＱｉだけ減少した値とする。また、出力無効電力ＱＯの平均値Σは、無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の出力無効電力ＱＯを第４６サンプリング時間ＴＳ４６において設定する。以後、無効電力補償装置１０は、出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ‐Ｌ内（ＱＬ＜Σ＜ＱＨ）となれば、現在の出力無効電力ＱＯを設定する。
【００６４】
上記のように、系統電圧Ｖに電圧設定域ＶＭＡＸ‐ＭＩＮを設定することで、系統電圧Ｖが通常の電圧を逸脱することを抑制できる。
以上、説明した実施形態によれば、第１の実施形態の（１）〜（３）、及び第２の実施形態の（４）の作用効果に加え、以下の作用効果を奏することができる。
【００６５】
（５）電圧上限値ＶＭＡＸと電圧下限値ＶＭＩＮとを設定するとともに、電圧上限値ＶＭＡＸを上限、電圧下限値ＶＭＩＮを下限とする電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮを設定して、系統電圧Ｖが電圧設定域ＶＭＡＸ−ＭＩＮ内となるように電圧一定制御を行う。このため、系統電圧Ｖが大きく変動することを防ぐことができる。
【００６６】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態において、サンプリング時間ＴＳ、出力裕度量Ｑｉの変更幅ΔＱｉ、無効電力下限値ＱＬ、無効電力上限値ＱＨ、出力裕度量下限値ＱＭＩＮ、出力裕度量上限値ＱＭＡＸ、電圧下限値ＶＭＩＮ、電圧上限値ＶＭＡＸ等の値は設置場所に応じて任意に設定可能である。
【００６７】
・上記実施形態において、無効電力下限値ＱＬと無効電力上限値ＱＨとは零との絶対値の差を個々に任意の値に設定してもよい。
・上記第２の実施形態において、出力裕度量下限値ＱＭＩＮと出力裕度量上限値ＱＭＡＸとは零との絶対値の差を個々に任意の値に設定してもよい。
【００６８】
・上記実施形態では、出力裕度量Ｑｉを設定したが、出力裕度量Ｑｉを用いず、出力無効電力ＱＯを変更してもよい。
・上記実施形態では、サンプリング時間ＴＳにおける出力無効電力ＱＯの平均値Σが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内であるか否かを判定して、出力無効電力ＱＯを段階的に変更した。しかしながら、サンプリング時間ＴＳにおける出力無効電力ＱＯの平均値Σに限らず、サンプリング時間ＴＳの特定時における出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内であるか否かを判定してもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内にあるか否かをサンプリング時間ＴＳにおいて行ったが、出力無効電力ＱＯが無効電力設定域ＱＨ−Ｌ内にあるか否かを随時判定してもよい。
【００７０】
・上記実施形態では、１つの電力系統１に１台の無効電力補償装置１０を設置したが、複数台設置しても同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１…電力系統、２…開閉器、３…変圧器、４…負荷、１０…無効電力補償装置（ＳＶＧ）、１１…インバータ、１２…連系リアクトル、１３…コンデンサ、１４…制御装置、ＣＴ…電流センサ、ＰＴ…電圧センサ、Ａ…出力指令値、Ｑｉ…出力裕度量、ΔＱｉ…出力裕度量の変更幅、ＱＨ…無効電力上限値、ＱＬ…無効電力下限値、ＱＨ−Ｌ…無効電力設定域、ＱＭＡＸ…出力裕度量上限値、ＱＭＩＮ…出力裕度量下限値、ＱＭＡＸ−ＭＩＮ…出力裕度量設定域、Ｖ…系統電圧、ＶＭＡＸ…電圧上限値、ＶＭＩＮ…電圧下限値、ＶＭＡＸ−ＭＩＮ…電圧設定域、ＴＳ…一定時間としてのサンプリング時間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の系統電圧を安定させるために電力系統に無効電力を出力する力率一定制御方式の無効電力補償装置において、
出力無効電力の上下に無効電力上限値と無効電力下限値とを設定するとともに、当該無効電力上限値を上限、当該無効電力下限値を下限とする無効電力設定域を設定し、
前記出力無効電力が前記無効電力設定域内となるように段階的に変更する
ことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無効電力補償装置において、
前記出力無効電力の一定時間における平均値が前記無効電力設定域内に近づくように変更する
ことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無効電力補償装置において、
前記出力無効電力に裕度を持たせる出力裕度量を設定し、
前記出力無効電力が前記無効電力設定域内であるときには前記出力裕度量を変更せず、前記出力無効電力が前記無効電力設定域外であるときには前記出力裕度量を段階的に変更することで前記出力無効電力を変更する
ことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の無効電力補償装置において、
前記出力無効電力に裕度を持たせる出力裕度量を設定し、
前記出力裕度量の上限値としての出力裕度量上限値と、前記出力裕度量の下限値としての出力裕度量下限値とを設定するとともに、
前記出力裕度量上限値を上限と、前記出力裕度量下限値を下限とする出力裕度量設定域を設定し、
前記出力無効電力の変更によって、前記出力裕度量が前記出力裕度量上限値以上となる場合には前記出力裕度量を前記出力裕度量上限値に設定し、前記出力裕度量が前記出力裕度量下限値以下となる場合には前記出力裕度量を前記出力裕度量下限値に設定する
ことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の無効電力補償装置において、
電圧上限値と電圧下限値とを設定するとともに、当該電圧上限値を上限、当該電圧下限値を下限とする電圧設定域を設定し、
前記系統電圧が前記電圧設定域内から逸脱した場合に、前記電圧設定域内となるように電圧一定制御を行う
ことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項１】
電力系統の系統電圧を安定させるために電力系統に無効電力を出力する力率一定制御方式の無効電力補償装置において、
出力無効電力の上下に無効電力上限値と無効電力下限値とを設定するとともに、当該無効電力上限値を上限、当該無効電力下限値を下限とする無効電力設定域を設定し、
前記出力無効電力が前記無効電力設定域内となるように段階的に変更する
ことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無効電力補償装置において、
前記出力無効電力の一定時間における平均値が前記無効電力設定域内に近づくように変更する
ことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無効電力補償装置において、
前記出力無効電力に裕度を持たせる出力裕度量を設定し、
前記出力無効電力が前記無効電力設定域内であるときには前記出力裕度量を変更せず、前記出力無効電力が前記無効電力設定域外であるときには前記出力裕度量を段階的に変更することで前記出力無効電力を変更する
ことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の無効電力補償装置において、
前記出力無効電力に裕度を持たせる出力裕度量を設定し、
前記出力裕度量の上限値としての出力裕度量上限値と、前記出力裕度量の下限値としての出力裕度量下限値とを設定するとともに、
前記出力裕度量上限値を上限と、前記出力裕度量下限値を下限とする出力裕度量設定域を設定し、
前記出力無効電力の変更によって、前記出力裕度量が前記出力裕度量上限値以上となる場合には前記出力裕度量を前記出力裕度量上限値に設定し、前記出力裕度量が前記出力裕度量下限値以下となる場合には前記出力裕度量を前記出力裕度量下限値に設定する
ことを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の無効電力補償装置において、
電圧上限値と電圧下限値とを設定するとともに、当該電圧上限値を上限、当該電圧下限値を下限とする電圧設定域を設定し、
前記系統電圧が前記電圧設定域内から逸脱した場合に、前記電圧設定域内となるように電圧一定制御を行う
ことを特徴とする無効電力補償装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７５７５３（Ｐ２０１２−１７５７５３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３３２３１（Ｐ２０１１−３３２３１）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００１０２６３６）エナジーサポート株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（０００１０２６３６）エナジーサポート株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
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