JP2004159471A - 自動力率調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軽負荷の状態では、電力系統に投入する進相用コンデンサを大きな容量から小さい容量のコンデンサに入れ換えて電力損失の低減化を図る。
【解決手段】無効電力，力率の検出部、コンデンサ容量の投入／遮断レベルを算出する演算部、コンデンサを投入，遮断する出力部などを備え、電力系統からの検出情報を基に異容量のコンデンサを選択的に投入，遮断して力率改善を図る自動力率調整装置において、投入中のコンデンサが１基で、そのコンデンサよりも小容量のコンデンサが遮断している軽負荷の状態で、投入中のコンデンサを遮断状態にある小容量コンデンサに入れ換えた場合に目標力率が確保できるか否かを予測判定し、その判定結果が“可”である条件で投入中のコンデンサを強制遮断した上で、遮断中のコンデンサから判定条件に適合する小容量のコンデンサを選択して投入するコンデンサ入れ換え制御機能を付加する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の力率改善を図る自動力率調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
頭記の自動力率調整装置として、電力系統の電圧，電流から無効電力，力率を検出する検出部、目標力率などの各種動作条件を整定する動作条件整定部、前記の動作条件を基にコンデンサ容量の投入／遮断レベルを算出する演算部、複数の異容量コンデンサの中から選択したコンデンサを電力系統に対して投入，遮断する出力部などを備え、電力系統からの検出情報を基に異容量のコンデンサを選択的に投入もしくは遮断して電力系統の力率改善を図るようにした装置が本発明の出願人より先に提案され、既に実用化されて市場に展開している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
前記自動力率調整装置の構成，動作，機能は特許文献１に詳しく述べられており、次に電力系統に異容量の２基の進相用コンデンサを投入して力率調整を行っている運用状態から負荷が段階的に減少する場合に、その負荷減少パターンに合わせて電力系統に投入しているコンデンサを順に遮断していく制御動作を図２（ａ），（ｂ） および図３（ａ），（ｂ） で説明する。
ここで、図２（ａ） ，図３（ａ） は電力系統負荷の経時的な変化パターンを表す図、図２（ｂ） ，図３（ｂ） は前記パターンに対応する自動力率調整装置の制御動作を表す図である。なお、図２（ｂ） ，図３（ｂ） の図中に表した各種記号， および以下の文中で使用する記号は特許文献１に記載した記号に準じており、Ｐは有効電力、Ｑは無効電力、Ｐ０ は制御可能最小負荷に対応する有効電力、Ｃ１，Ｃ２ は電力系統に投入した進相用コンデンサ（コンデンサＣ１ の容量＜コンデンサＣ２ の容量） 、Ｑ１ は特許文献１における（１） 式で算出した電源系統の電力に対するコンデンサの投入レベル無効電力、Ｑ２（Ｃ１）， Ｑ２（Ｃ２）はそれぞれ特許文献１の（２） 式で算出したコンデンサＣ１ ，Ｃ２ の容量に対応した遮断レベル無効電力である。また、図中でのＡは進相用コンデンサを投入しない場合の皮相電力（遅れ力率）を表している。
【０００４】
まず、図２（ａ），（ｂ） において、（ａ） 図に表した負荷減少パターンに対し、有効電力Ｐａ の状態では無効電力が進み（−）となるように２基のコンデンサＣ１ ，Ｃ２ が電力系統に投入されており、この状態では特許文献１の記述にしたがって、遮断レベル無効電力Ｑ２ として容量の小さいコンデンサＣ１ に対応した遮断レベル無効電力Ｑ２（Ｃ１）が適用される。ここから、負荷の減少により有効電力がＰａ からＰｂ に低減すると、電力系統から検出した無効電力Ｑｉ と前記遮断レベル無効電力Ｑ２（Ｃ１）との差ΔＱｂｉ（特許文献１参照）が負の値となるので、自動力率調整装置は投入中のコンデンサＣ１ ，Ｃ２ のうちからΔＱｂｉに近いコンデンサＣ２ を選択して遮断する。なお、この場合に容量の大きなコンデンサＣ２ を遮断すると無効電力Ｑｉ が遅れ（＋）側に振れるが、投入レベル無効電力Ｑ１ を超えることはない。また、この段階では容量の小さなコンデンサＣ１ が投入されたままなので、遮断レベル無効電力Ｑ２（Ｃ１）は変化しない。また、この状態から図２（ａ） のパターンに沿って有効電力がＰｂからＰｃ→Ｐ０ に減少しても、ΔＱｂｉは負の値にならないので、コンデンサＣ１ は投入されたままであり、制御可能最小負荷（有効電力Ｐ０）では進み無効電力Ｑ０ となる。
【０００５】
一方、図３（ａ），（ｂ） において、有効電力Ｐａ の状態では図２と同様にコンデンサＣ１ とＣ２ が投入されており、この状態では容量の小さいコンデンサＣ１ に対応した遮断レベル無効電力Ｑ２（Ｃ１）が適用される。ここから、図３（ａ） のパターンに沿って有効電力がＰａ からＰｂ−１（Ｐｂ−１ ＞Ｐｂ）に減少すると、無効電力Ｑｉ と遮断レベル無効電力Ｑ２（Ｃ１）との差ΔＱｂｉが負の値となるが、この場合にはΔＱｂｉの値が図２（ｂ） の場合に比べて小さいことから、自動力率調整装置は容量の小さなコンデンサＣ１ を選択して遮断する。そのために、この段階では容量の大きなコンデンサＣ２ が残ることになり、遮断レベル無効電力はＱ２（Ｃ２）に変化する。この状態から図３（ａ） のパターンに沿って有効電力がＰｂ−１からＰｃ→Ｐ０ に減少しても、ΔＱｂｉは負の値にならないので、コンデンサＣ２ の投入状態を維持し、制御可能最小負荷（有効電力Ｐ０）での無効電力は進み無効電力Ｑ０−１ となる。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３１１４２７９号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１による自動力率調整装置では、図２（ａ） の負荷減少パターンに沿って有効電力がＰａ からＰ０ まで段階的に減少する過程で、容量の大きなコンデンサＣ２ が先に遮断され、容量の小さなコンデンサＣ１ が残る。したがって、制御可能最小負荷（有効電力Ｐ０）での無効電力はＱ０ となる。
これに対して、図３（ａ） の負荷減少パターンで有効電力がＰａ からＰ０ まで段階的に減少すると、有効電力の減少に合わせて容量の小さなコンデンサＣ１ が先に遮断されて容量の大きなコンデンサＣ２ が残る。このために、制御可能最小負荷（有効電力Ｐ０）での無効電力はＱ０−１（Ｑ０−１ ＞Ｑ０）となる。
【０００８】
すなわち、図２と図３を比較すると判るように、電力系統に２基のコンデンサＣ１，Ｃ２ を投入して力率調整を行っている状態から、負荷減少パターンに合わせて片方のコンデンサを遮断する場合に、図３（ｂ） のように容量の小さなコンデンサＣ１ を先に遮断すると、制御可能最小負荷の軽負荷状態では容量の大きなコンデンサＣ２ が投入されているために、電力系統の進み無効電力が大となって系統の電力損失が増大する。
そこで、本発明の目的は、先記した特許文献１の自動力率調整装置を基本として、電力系統に異容量のコンデンサを投入した状態から負荷減少パターンに合わせてコンデンサを順次遮断していく過程で、投入コンデンサが１基になった軽負荷状態での力率調整が過剰になって進み無効電力が大きくなるのを回避するように投入コンデンサの遮断制御機能を改良した自動力率調整装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、電力系統の電圧，電流から無効電力，力率を検出する検出部、目標力率などの各種動作条件を整定する動作条件整定部、前記の動作条件を基にコンデンサ容量の投入／遮断レベルを算出する演算部、複数の異容量コンデンサの中から選択したコンデンサを投入，遮断する出力部などを備え、電力系統からの検出情報を基に異容量のコンデンサを選択的に投入もしくは遮断して力率改善を図る自動力率調整装置において、
電力系統に現在投入しているコンデンサが１基で、かつ遮断しているコンデンサの中に投入中のコンデンサよりも小容量のコンデンサが存在する軽負荷の状態で、投入中のコンデンサを遮断状態にある小容量コンデンサに入れ換えた場合に目標力率が確保できるか否かを予測判定し、その判定結果が“可”である条件で投入中のコンデンサを強制遮断した上で、遮断中のコンデンサから判定条件に適合する小容量のコンデンサを選択して投入するコンデンサの入れ換え制御機能を付加するものとする（請求項１）。
【００１０】
また、前記において、コンデンサ入れ換え制御が適正に行えるようにするために、本発明ではコンデンサ入れ換えの判定条件に、電力系統に現在投入しているコンデンサを強制遮断した後、同じコンデンサが次に投入するコンデンサとして選択されるのを防ぐ制限を加えるようにする（請求項２）。
上記のように軽負荷の状態で電力系統に容量の大きなコンデンサが投入されている場合には、投入中のコンデンサを遮断状態にある小容量コンデンサに入れ換えた場合に目標力率が確保できるか否かを予測判定の結果を基に、投入コンデンサを大きな容量のコンデンサから小さい容量のコンデンサに入れ換えることにより、投入コンデンサによって生じる進み無効電力を減少できて電力損失の低減化が図れる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１（ａ），（ｂ） に示す実施例に基づいて説明する。なお、図１（ａ） の負荷減少パターンは図３（ａ） のパターンと同じであり、また有効電力Ｐａ では、図３（ｂ） と同じく２基のコンデンサＣ１，Ｃ２ を電力系統に投入して力率調整を行っているものとする。
ここで、図１（ａ） の負荷減少パターンに沿って有効電力がＰａ からＰｂ−１ に減少すると、図３で述べたと同様に電力系統の無効電力Ｑｉ と遮断レベル無効電力Ｑ２（Ｃ１）との差ΔＱｂｉが負の値となり、自動力率調整装置は投入中のコンデンサＣ１，Ｃ２ から容量の小さなコンデンサＣ１ を選択して遮断する。なお、この段階では容量の大きなコンデンサＣ２ が投入コンデンサとして残ることになり、遮断レベル無効電力はＱ２（Ｃ２）に変化する。
【００１２】
この状態から、有効電力がＰｂ−１ からＰｃ に減少した軽負荷状態になると、自動力率調整装置の演算部が次記の演算を行い、その演算結果を基に後記するコンデンサ入れ換えの可否を予測判定し、その判定結果が“可”であれば電力系統に投入されているコンデンサＣ２ を強制的に遮断した上で、遮断の状態にある容量の小さなコンデンサＣ１ を選択して電力系統に投入する（本発明の請求項１に対応する機能）。
すなわち、負荷減少に伴って有効電力がＰｃ まで減少した時点で、電力系統に投入しているコンデンサ（図示実施例ではコンデンサＣ２ ）の容量をＣｂ 、投入レベル無効電力をＱ１（電力系統から検出した無効電力Ｑｉ を基に特許文献１の式（１） で求めた値）、遮断状態にあるコンデンサの中から前記コンデンサＣ２ よりも容量の小さなコンデンサとして選んだコンデンサ（図示実施例ではコンデンサＣ１ ）の容量をＣＳ として、次記の式（１） により新たな遮断レベル無効電力Ｑ３ を算出する。
【００１３】
【数１】
Ｑ３ ＝（Ｑｂ ＋Ｑ１ ＋Ｃｓ）／（γ１ ＊γ２ ） …………（１）
但し、γ１ ：電圧検出部の電圧変成比，γ２ ：電流検出部の電流変成比率
また、上式で演算したＱ３ の値が正のときは、Ｑ３ ＝０とする。
そして、上式（１） で算出した遮断レベル無効電力Ｑ３ と電力系統から検出した無効電力Ｑｉ との差を演算し、その値が正か負であるかによって次記の判定を行う。すなわち、電力系統に投入されているコンデンサＣ２ を強制的に遮断しても、容量の小さなコンデンサＣ１ に入れ換えることで、新たに設定した遮断レベル無効電力Ｑ３ と投入レベル無効電力Ｑ１ との差ΔＱａｉが正の値にならないことが予測できる場合、つまりＱｉ ≦Ｑ３ であれば判定結果“ 可” として投入中のコンデンサＣ２ を強制的に遮断する。
【００１４】
そして、電力系統からコンデンサＣ２ を遮断すると、前記ΔＱａｉが正の値になって無効電力Ｑｉが投入レベル無効電力Ｑ１ を超える（図１（ｂ） 参照）。これにより、自動力率調整装置は遮断の状態にあるコンデンサの中からΔＱａｉに近いコンデンサＣ１ を選択して電力系統に投入する（このコンデンサ投入制御については特許文献１に詳しく述べられている）。つまり、電力系統に投入するコンデンサが容量の大きなコンデンサＣ２ から容量の小さなコンデンサＣ１ に入れ替わることになる。その結果、有効電力がＰｃ から制御可能最小負荷の有効電力Ｐ０ に減少した減少した状態では、図２の場合と同様にコンデンサにより生じる進み無効電力Ｑ０ を小さく抑えられるので、これにより電力損失が低減する。
【００１５】
なお、コンデンサ入れ換え制御を行う際に、Ｑｉ ＞Ｑ３ でコンデンサＣ２ を強制遮断したとすると、その後にコンデンサＣ１ を投入してもΔＱａｉが正の値となって目標の力率まで改善されない。そのために、自動力率調整装置はコンデンサの投入制御をやり直し、コンデンサＣ１ よりも容量の大きなコンデンサＣ２ を選択して投入することになる。しかも、コンデンサＣ２ を遮断した後、次に投入するコンデンサとして同じコンデンサＣ２ を選択すると元の状態に戻ってしまい、このためにコンデンサを入れ換える制御動作を何回も繰り返すハンチングを引き起こす。
【００１６】
そこで、このような制御動作のハンチングを防ぐためには、遮断レベルユニットＱ３ を算出する先記（１） 式に安全率としてハンチング係数を導入した次記の式（２） を使用してコンデンサの入れ換え制御の判定を行うことで、前記のハンチング問題を解消できる（本発明の請求項２に対応する解決手段）。
【００１７】
【数２】
Ｑ３ ＝（Ｑｂ ＋Ｑ１ ＋ｋＣｓ）／（γ１ ＊γ２ ） …………（２）
但し、ｋはハンチング係数（０．８〜０．９）
なお、図１（ｂ） の図中に表したＱ３ は上記（２） 式のＱｂ，Ｃｓ にコンデンサＣ１ ，Ｃ２ の容量を代入して算出した遮断レベル無効電力Ｑ３ であり、このＱ３ の値が、コンデンサＣ２ を強制遮断した後に遮断状態にあるコンデンサを投入することで、有効電力Ｐｃ における無効電力Ｑｉ と投入レベル無効電力Ｑ１ との差ΔＱａｉが正（遅れ）の値とならないことが予測される下限値（進み方向の下限値）となる。
【００１８】
このように、遮断レベル無効電力Ｑ３ を算出する前記 （２） 式にハンチング係数（０．８〜０．９）を導入してコンデンサの入れ換え制御を行うようにすれば、コンデンサＣ２ を強制遮断した時点で遮断レベル無効電力が図１（ｂ） に表したＱ２（Ｃ２）から新たに設定したＱ３に変わるので、次に投入するコンデンサとして同じコンデンサＣ２ が選択されることがない。これにより、コンデンサ入れ換え制御のハンチングを防止しつつ、電力系統に投入するコンデンサを大きな容量のコンデンサから小さな容量のコンデンサに入れ換えることができる。なお、コンデンサＣ２ を強制遮断した後、同じコンデンサＣ２ を選択して投入したとすると、下限値（進み方向の下限値）である遮断レベル無効電力Ｑ３ を超えて元の状態に戻ってしまって、コンデンサ入れ換え制御動作のハンチングが生じる。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電力系統の電圧，電流から無効電力，力率を検出する検出部、目標力率などの各種動作条件を整定する動作条件整定部、前記の動作条件を基にコンデンサ容量の投入／遮断レベルを算出する演算部、複数の異容量コンデンサの中から選択したコンデンサを投入，遮断する出力部などを備え、電力系統からの検出情報を基に異容量のコンデンサを選択的に投入もしくは遮断して力率改善を図る自動力率調整装置において、電力系統に投入しているコンデンサが１基で、かつ遮断しているコンデンサの中に投入中のコンデンサよりも小容量のコンデンサが存在する軽負荷の状態で、投入中のコンデンサを遮断状態にある小容量コンデンサに入れ換えた場合に目標力率が確保できるか否かを予測判定し、その判定結果が“可”である条件で投入中のコンデンサを強制遮断した上で、遮断中のコンデンサから判定条件に適合する小容量のコンデンサを選択して投入するコンデンサ入れ換え制御機能を付加したことにより、
電力系統の軽負荷の状態で、系統に投入した進相用コンデンサにより進み無効電力が過剰に大きくなるのを抑えて電力損失の低減化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による自動力率調整装置の制御動作の説明図で、（ａ） は電力系統の負荷減少パターンを表す図、（ｂ） は（ａ） の負荷減少パターンに対応したコンデンサ遮断，入れ換え制御動作を表す図
【図２】自動力率調整装置の従来における制御動作の説明図で、（ａ） は電力系統の負荷減少パターンを表す図、（ｂ） は（ａ） の負荷減少パターンに対応したコンデンサ遮断，入れ換え制御動作を表す図
【図３】自動力率調整装置の従来における制御動作の説明図で、（ａ） は図２と異なる負荷減少パターンを表す図、（ｂ） は（ａ） の負荷減少パターンに対応したコンデンサ遮断，入れ換え制御動作を表す図
【符号の説明】
Ｐ 電力系統の有効電力
Ｑ 電力系統の無効電力
Ｃ１，Ｃ２ 進相用コンデンサ
Ａ 進相用コンデンサを使用しない場合の電力系統の皮相電力
Ｑ１ 投入レベル無効電力
Ｑ２（Ｃ１）， Ｑ２（Ｃ２） Ｃ１，Ｃ２ に対応する遮断レベル無効電力
Ｑ３ コンデンサ入れ換え制御の判定に設定した遮断レベル無効電力

Claims (2)

1. 電力系統の電圧，電流から無効電力，力率を検出する検出部、目標力率などの各種動作条件を整定する動作条件整定部、前記の動作条件を基にコンデンサ容量の投入／遮断レベルを算出する演算部、複数の異容量コンデンサの中から選択したコンデンサを投入，遮断する出力部などを備え、電力系統からの検出情報を基に異容量のコンデンサを選択的に投入もしくは遮断して力率改善を図る自動力率調整装置において、
   電力系統に投入しているコンデンサが１基で、かつ遮断しているコンデンサの中に投入中のコンデンサよりも小容量のコンデンサが存在する軽負荷の状態で、投入中のコンデンサを遮断状態にある小容量コンデンサに入れ換えた場合に目標力率が確保できるか否かを予測判定し、その判定結果が“可”である条件で投入中のコンデンサを強制遮断した上で、遮断中のコンデンサから判定条件に適合する小容量のコンデンサを選択して投入するコンデンサ入れ換え制御機能を付加したことを特徴とする自動力率調整装置。
2. 請求項１に記載の自動力率調整装置において、コンデンサ入れ換えの判定条件に、電力系統に現在投入しているコンデンサを強制遮断した後、同じコンデンサが次に投入するコンデンサとして選択されるのを防ぐ制限を加えたことを特徴とする自動力率調整装置。

Images