JP2001211551A - 電圧補償装置 - Google Patents

電圧補償装置

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JP2001211551A
JP2001211551A JP2000017358A JP2000017358A JP2001211551A JP 2001211551 A JP2001211551 A JP 2001211551A JP 2000017358 A JP2000017358 A JP 2000017358A JP 2000017358 A JP2000017358 A JP 2000017358A JP 2001211551 A JP2001211551 A JP 2001211551A
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Tomoshi Tada
知史 多田
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Nissin Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 逆潮流による連系点での電圧上昇を、他に悪
影響を及ぼすことなく抑制し得る電圧補償装置を提供す
ることにある。 【解決手段】 分散電源11を連系させた電力系統に接
続され、電力変換器14のインバータ運転により遅相無
効電力を供給することにより、逆潮流による連系点Bで
の電圧上昇を抑制する電圧補償装置において、前記電力
変換器14に分路リアクトル16を並列接続し、補償す
べき遅相無効電力のうちの固定分を分路リアクトル16
で補償し、その補償すべき遅相無効電力と分路リアクト
ル16の固定分との差分を前記電力変換器14で補償す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電圧補償装置に関
し、詳しくは、風力発電機を商用電源に連系させた電力
系統に設けられ、逆潮流による連系点での電圧上昇を抑
制する電圧補償装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、風力発電システムを分散電源と
した電力系統には、無効電力を補償することにより電圧
変動を抑制するための電圧補償装置を設置するのが一般
的であり、その電圧補償装置の一例を図3に示す。
【0003】この電圧補償装置は、分散電源1である風
力発電機を系統電源2である商用電源に連系させた電力
系統に設けられ、連系変圧器3を介して電力変換器4を
接続し、その電力変換器4の直流側にバッテリーまたは
コンデンサ等の電力貯蔵器5を設けた構成を具備してい
る。
【0004】この電力変換器4は、分散電源1又は系統
電源2からの交流電力を直流変換して電力貯蔵器5に充
電する際にはコンバータ運転され、電力貯蔵器5に充電
された直流電力を交流変換する際にはインバータ運転さ
れる双方向交直変換器である。
【0005】この電圧補償装置の無効電力補償機能は、
分散電源1の無効電力を検出し、前記電力変換器4のコ
ンバータ運転またはインバータ運転により、前記分散電
源1の無効電力がキャンセルされるように補償してい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、風力発電シ
ステムのような分散電源1を系統連系する場合、配電系
統の末端に分散電源1が接続されていることが多く、そ
の配電系統では系統インピーダンスの抵抗分Rが大き
い。しかも、このように系統インピーダンスの抵抗分R
が大きい配電系統の末端に大容量の分散電源1が接続さ
れていると、分散電源1の有効電力が系統電源2へ逆潮
流することがあり、この逆潮流の有効電力により分散電
源1の連系点Aでの電圧が上昇する。
【0007】この逆潮流による連系点Aでの電圧上昇
は、前述したように系統インピーダンスの抵抗分Rが大
きく、しかも、分散電源1が大容量である場合に顕著と
なる。そこで、従来の電圧補償装置では、電力変換器4
のインバータ運転により遅相無効電力を系統に供給する
ことで、逆潮流の有効電力を遅相無効電力でキャンセル
して電圧上昇を抑制するようにしている。連系点Aにお
いて、逆潮流電力による電圧上昇と遅相無効電力による
電圧低下は系統インピーダンス比で決まり、有効電力を
比例制御してその電圧上昇をキャンセルしてほぼ一定の
電圧を維持することができる。例えば、電力変換器4が
±100kVarの無効電力を出力するものであれば、
0〜遅相100kVarの無効電力を補償することによ
り電圧上昇を抑制することになる。
【0008】しかしながら、分散電源1が大容量であ
り、逆潮流による電圧上昇が大きいと、容量が大きい電
力変換器4を設置しなければならないため、システム全
体としてコストアップを招来するという問題があった。
【0009】一方、分散電源1が系統連系された配電系
統では、その分散電源1の力率が例えば0.85以上を
維持するように規制されている場合があり、この場合、
前述したように電圧補償装置で遅相無効電力を補償する
ことにより連系点Aでの電圧上昇を抑制するようにして
いるが、遅相無効電力を無制限に補償していたのでは、
分散電源1の力率が0.85より小さくなってしまうと
いう問題もあった。
【0010】また、配電系統の連系点Aでの電圧を検出
してフィードバックする無効電力補償方式もあるが、配
電系統に他の電圧補償機器(例えば、SVRやタップ変
圧器など)がある場合、お互いの電圧補償機能が干渉し
合う可能性があった。すなわち、前述した他の電圧補償
機器は、風力発電システムが配電系統の末端に設置され
ることから、配電系統での電圧降下に基づいて配電系統
途中で電圧を上昇させるためのものであるが、その他の
電圧補償機器による電圧上昇で従来の電圧補償装置が無
効電力補償動作を実行してしまい、逆潮流による連系点
Aでの電圧上昇を正確に抑制することが困難となる。
【0011】そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、逆潮流による
連系点での電圧上昇を、他に悪影響を及ぼすことなく抑
制し得る電圧補償装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の技術的手段として、本発明は、分散電源を連系させた
電力系統に接続され、電力変換器のインバータ運転によ
り遅相無効電力を供給することにより、逆潮流による連
系点での電圧上昇を抑制する電圧補償装置において、前
記電力変換器に分路リアクトルを並列接続し、補償すべ
き遅相無効電力のうちの固定分を分路リアクトルで補償
し、その補償すべき遅相無効電力と分路リアクトルの固
定分との差分を前記電力変換器で補償することを特徴と
する(請求項1)。
【0013】この発明における電圧補償装置では、補償
すべき遅相無効電力を電力変換器と分路リアクトルとで
分担することにより、電力変換器が負担する遅相無効電
力を軽減することができ、容量が小さい電力変換器を設
置することができてコスト低減が図れる。
【0014】また、本発明は、分散電源を連系させた電
力系統に接続され、電力変換器のインバータ運転により
遅相無効電力を供給することにより、逆潮流による連系
点での電圧上昇を抑制する電圧補償装置において、前記
分散電源の有効電力および無効電力を検出して力率を算
出し、分散電源の力率が遅れの力率指令値に合致するよ
うに遅相無効電力補償の指令値を出力する制御回路を具
備したことを特徴とする(請求項2)。
【0015】この発明の電圧補償装置では、分散電源の
力率に基づいて遅相無効電力を供給するため、分散電源
の力率が遅れの力率指令値に合致した状態で遅相無効電
力補償の指令値を出力することにより、分散電源の力率
を考慮した電圧補償機能を発揮させることができ、ま
た、電力系統に他の電圧補償機器があっても、お互いに
電圧補償機能が干渉し合うことなく、逆潮流による連系
点での電圧上昇のみを抑制することができる。
【0016】なお、前記制御回路は、分散電源の有効電
力および無効電力を検出して力率を算出し、分散電源の
力率が遅れの力率指令値に合致するように遅相無効電力
補償の指令値を出力すると共に、有効電力の変動分をハ
イパスフィルタで求め、変動有効電力補償の指令値を出
力することが望ましい(請求項3)。
【0017】このようにすれば、風速などにより出力が
微妙に変化する風力発電システムのような分散電源であ
っても、過渡変動にも対応することができてフリッカ対
策も実現可能となる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を以下に詳述す
る。
【0019】図1に示す実施形態の電圧補償装置は、分
散電源11である風力発電機を系統電源12である商用
電源に連系させた電力系統に設けられ、連系変圧器13
を介して電力変換器14を接続し、その電力変換器14
の直流側にバッテリーまたはコンデンサ等の電力貯蔵器
15を設け、前記電力変換器14に分路リアクトル16
を並列接続した構成を具備している。
【0020】この電力変換器14は、分散電源11又は
系統電源12からの交流電力を直流変換して電力貯蔵器
15に充電する際にはコンバータ運転され、電力貯蔵器
15に充電された直流電力を交流変換する際にはインバ
ータ運転される双方向交直変換器である。
【0021】この電圧補償装置の無効電力補償機能は、
分散電源11の無効電力を検出し、前記電力変換器14
のコンバータ運転またはインバータ運転により、前記分
散電源11の無効電力がキャンセルされるように補償し
ている。
【0022】系統インピーダンスの抵抗分Rが大きい配
電系統の末端に風力発電システムのような大容量の分散
電源11を系統連系させた場合、その分散電源11から
の逆潮流により連系点Bでの電圧が上昇しようとして
も、電力変換器14と分路リアクトル16とで遅相無効
電力を補償することにより、その遅相無効電力で逆潮流
の有効電力をキャンセルするように電圧上昇を抑制す
る。
【0023】連系点Bでの電圧上昇は逆潮流の有効電力
に比例するため、逆潮流の有効電力に比例して遅相無効
電力を出力するようにしている。連系点Bにおいて、逆
潮流電力による電圧上昇と遅相無効電力による電圧低下
は系統インピーダンス比で決まり、有効電力を比例制御
してその電圧上昇をキャンセルしてほぼ一定の電圧を維
持することができる。
【0024】補償すべき遅相無効電力のうちの固定分を
分路リアクトル16で補償し、その補償すべき遅相無効
電力と分路リアクトル16の固定分との差分を前記電力
変換器14で補償する。分路リアクトル16の容量選定
は、補償すべき遅相無効電力が例えば100kVarと
した場合、50kVarの分路リアクトル16を設置し
て、電力変換器14で±50kVarの無効電力を出力
させるようにすれば、その組み合わせによって全体とし
ては、0〜遅相100kVarの無効電力を補償するこ
とができる。分路リアクトル16の容量は、前述のよう
に遅相無効電力の変動範囲の中心値に設定する以外に
も、電力補償装置の設置条件に応じて任意に設定するこ
とができる。
【0025】このように補償すべき遅相無効電力を電力
変換器14と分路リアクトル16とで分担することによ
り、電力変換器14が負担する遅相無効電力を軽減する
ことができて、容量が小さい電力変換器14を設置する
ことができてコスト低減が図れる。
【0026】また、この実施形態の電圧補償装置は、図
1に示すように前記分散電源11の有効電力および無効
電力を検出して力率を算出し、分散電源11の力率が遅
れの力率指令値に合致するように遅相無効電力を供給す
る制御回路17を具備する。
【0027】具体的に、この制御回路17は、図2
(a)に示すようにPTおよびCTにより検出される電
圧Vおよび電流Iから、分散電源11の有効電力Pおよ
び無効電力QをP/Q演算部18で算出し、その有効電
力Pおよび無効電力Qから分散電源11の力率を力率演
算部19で算出する。ここで、分散電源11が系統連系
された配電系統では、その分散電源11の力率が例えば
0.85以上を維持するように規制されている場合に対
応することができるように、この実施形態の電圧補償装
置では、前記力率演算部19に例えば0.85の力率指
令値Mを入力設定しておき、その力率演算部19では、
前述したように有効電力Pおよび無効電力Qから算出さ
れた分散電源11の力率が前記力率指令値Mとなるよう
に無効電力補償指令Qcを出力する。この無効電力補償
指令Qcは、Qc=Q−P×tanθc(θcは設定した
力率角)から求められる。この無効電力補償指令Qcに
基づいて電力変換器14のインバータ運転を制御して無
効電力Qを補償する。
【0028】この発明の電圧補償装置では、分散電源1
1の力率に基づいて遅相無効電力を供給するため、分散
電源11の力率が遅れの力率指令値Mに合致した状態で
遅相無効電力の供給により、分散電源11の力率を考慮
した電圧補償機能を発揮させることができ、また、電力
系統に他の電圧補償機器があっても、お互いに電圧補償
機能が干渉し合うことなく、逆潮流による連系点Bでの
電圧上昇のみを抑制することができる。
【0029】なお、風速などにより出力が微妙に変化す
る風力発電システムのような分散電源11の場合、数H
z程度の有効電力変動がフリッカを発生する可能性もあ
る。そのため、前記制御回路17において、図2(b)
に示すような回路構成を付加することが望ましい。すな
わち、P/Q演算部18の有効電力出力にハイパスフィ
ルタ20を設け、そのハイパスフィルタ20により有効
電力Pの変動分ΔPを検出し、その変動分ΔPに基づく
変動有効電力補償指令ΔPcを出力する。この変動有効
電力補償指令ΔPcに基づいて電力変換器14のインバ
ータ運転を制御して有効電力Pの変動ΔPを補償する。
【0030】このようにすれば、風速などにより出力が
微妙に変化する風力発電システムのような分散電源11
であっても、過渡変動にも対応することができてフリッ
カ対策も実現可能となる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、電力変換器に分路リア
クトルを並列接続し、補償すべき遅相無効電力のうちの
固定分を分路リアクトルで補償し、その補償すべき遅相
無効電力と分路リアクトルの固定分との差分を前記電力
変換器で補償するようにしたことにより、補償すべき遅
相無効電力を電力変換器と分路リアクトルとで分担する
で、電力変換器が負担する遅相無効電力を軽減すること
ができて、容量が小さい電力変換器を設置することがで
きてコスト低減が図れる。
【0032】また、前記電力変換器は、分散電源の有効
電力および無効電力を検出して力率を算出し、分散電源
の力率が遅れの力率指令値に合致するように遅相無効電
力を供給する制御回路を具備したことにより、分散電源
の力率を考慮した電圧補償機能を発揮させることがで
き、また、電力系統に他の電圧補償機器があっても、お
互いに電圧補償機能が干渉し合うことなく、逆潮流によ
る電圧上昇のみを抑制することができる。
【0033】なお、前記制御回路において、有効電力の
変動分を検出するハイパスフィルタを付設すれば、その
ハイパスフィルタにより変動有効電力を補償することが
できて、風速などにより出力が微妙に変化する風力発電
システムのような分散電源であっても、過渡変動にも対
応することができてフリッカ対策も実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電圧補償装置の実施形態を示す回
路図
【図2】(a)は図1の電力変換器の制御回路の一例を
示すブロック図 (b)は(a)の制御回路にハイパスフィルタを付加し
た場合を示すブロック図
【図3】電圧補償装置の従来例を示す回路図
【符号の説明】
11 分散電源 14 電力変換器 16 分路リアクトル B 連系点

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分散電源を連系させた電力系統に接続さ
    れ、電力変換器のインバータ運転により遅相無効電力を
    供給することにより、逆潮流による連系点での電圧上昇
    を抑制する電圧補償装置において、前記電力変換器に分
    路リアクトルを並列接続し、補償すべき遅相無効電力の
    うちの固定分を分路リアクトルで補償し、その補償すべ
    き遅相無効電力と分路リアクトルの固定分との差分を前
    記電力変換器で補償することを特徴とする電圧補償装
    置。
  2. 【請求項2】 分散電源を連系させた電力系統に接続さ
    れ、電力変換器のインバータ運転により遅相無効電力を
    供給することにより、逆潮流による連系点での電圧上昇
    を抑制する電圧補償装置において、前記分散電源の有効
    電力および無効電力を検出して力率を算出し、分散電源
    の力率が遅れの力率指令値に合致するように遅相無効電
    力補償の指令値を出力する制御回路を具備したことを特
    徴とする電圧補償装置。
  3. 【請求項3】 前記制御回路は、分散電源の有効電力お
    よび無効電力を検出して力率を算出し、分散電源の力率
    が遅れの力率指令値に合致するように遅相無効電力補償
    の指令値を出力すると共に、有効電力の変動分をハイパ
    スフィルタで求め、変動有効電力補償の指令値を出力す
    ることを特徴とする請求項2に記載の電圧補償装置。
JP2000017358A 2000-01-26 2000-01-26 電圧補償装置 Withdrawn JP2001211551A (ja)

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