JP2009177914A

JP2009177914A - フリッカ改善効果評価システム

Info

Publication number: JP2009177914A
Application number: JP2008012750A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Matsuda; 明洋松田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2009-08-06
Also published as: US20090184694A1; US7622826B2

Abstract

【課題】静止形無効電力補償装置による電圧フリッカの改善効果を精確に評価可能なフリッカ改善効果評価システムを提供する。
【解決手段】フリッカ改善効果評価システムは、静止形無効電力補償装置を導入しようとする電力系統における電圧フリッカの改善効果を評価する。系統電圧演算部３０は、データ読出部２０から読出した系統電圧Ｖｆおよび負荷電流Ｉｆの実測データに基づいて、補償電流および電力系統の系統インピーダンスを演算する。そして、これらの演算結果と上記実測データとに基づいて、現状の改善前系統電圧および母線に静止形無効電力補償装置を設置したときの改善後系統電圧を模擬演算する。フリッカメータ５０によって、増幅回路４０によって増幅された改善前系統電圧および改善後系統電圧のフリッカ値をそれぞれ測定されると、それぞれのフリッカ値から静止形無効電力補償装置による改善率が演算される。
【選択図】図２

Description

この発明は、フリッカ改善効果評価システムに関し、より特定的には、電力系統に静止形無効電力補償装置を導入するに当たり、電圧フリッカの改善効果を事前に評価するための評価システムに関する。

電力系統の電圧変動の一形態として、電圧フリッカと呼ばれる現象がある。この電圧フリッカは、アーク炉負荷のような大型電機設備の始動停止や負荷変動によって当該設備の無効電力成分、およびアーム短絡に伴ない発生する逆相分が、時間的に不規則かつ急峻に変動することにより発生する。そして、電圧フリッカが発生すると、同一の変電所から給電される一般需要家においては、照明負荷の明るさのちらつきやテレビ受像機の画面の動揺などが発生し、心理的な不快感を与える要因となる。

このような電圧フリッカを抑制して電圧安定度を改善するための対策としては、従来より、静止形無効電力補償装置を用いて、電力系統の電圧変動に対応してフリッカ成分（無効電力成分、逆相成分）を補償する構成が広く採用されている（たとえば特許文献１〜３参照）。本構成によれば、電圧フリッカの発生源であるアーク炉負荷が発生するフリッカ成分を静止形無効電力補償装置が補償することによって電圧フリッカが抑制される。

その一方で、この静止形無効電力補償装置を電力系統に設置するにあたっては、経済的な負担を軽減する観点から、できるだけ少ない静止形無効電力補償装置の補償容量でフリッカ成分を補償できることが望ましい。そのため、静止形無効電力補償装置の設置計画時においては、限られた静止形無効電力補償装置の補償容量で静止形無効電力補償装置の適用効果を最大限に引き出すために、電圧フリッカの改善効果を事前に評価にしておくことが重要となる。

しかしながら、電圧フリッカは静止形無効電力補償装置が設置される場所に応じてその様相が異なることから、電圧フリッカの改善効果を一般的な計算によって一律に求めることは困難である。すなわち、静止形無効電力補償装置が設置される対象となる電力系統の電圧Ｖｆは、当該母線からアーク炉負荷に流れる負荷電流をＩｆとし、当該母線よりも上位系統の系統インピーダンスをＺｓとし、かつ上位背後電圧をＶｓとすると、式（１）で表わされる。

この式（１）から明らかなように、系統インピーダンスＺｓの違い、および、アーク炉の種類や他の電圧フリッカ発生源の有無による負荷電流Ｉｆの違いなどに起因して、系統電圧Ｖｆに発生する電圧フリッカが大きく異なってくる。

そこで、最近では、たとえば特開２００６−３５２９４３号公報（特許文献３）に開示されるような、その場所固有のフリッカ抑制効果を模擬演算するためのフリッカ抑制効果シミュレーション装置が検討されている。

これによれば、フリッカ抑制効果シミュレーション装置は、電力系統の電圧と、電力系統から母線を介して補償対象となるアーク炉設備等のフリッカ発生源に流入する補償対象電流とに基づいて、現状の改善前系統電圧および補償対象電流が流出する母線に静止形無効電力補償装置を設置したときの改善後系統電圧をそれぞれ模擬演算し、その演算した改善前系統電圧および改善後系統電圧のそれぞれのフリッカ値からフリッカ補償装置により改善された改善率を演算するように構成される。
特開２００５−８０３６８号公報特開２００３−３２４８４７号公報特開２００６−３５２９４３号公報

上記特開２００６−３５２９４３号公報（特許文献３）に記載のフリッカ抑制効果シミュレーション装置によれば、静止形無効電力補償装置を導入しようとする電力系統において、その実系統電圧と補償対象に流れる実電流とを取り込むだけで、所定の母線に静止形無効電力補償装置を接続した場合のフリッカ値および改善率を容易にシミュレーションすることができる。

しかしながら、以下のような理由から、上記特許文献３に記載のフリッカ抑制効果シミュレーション装置では、フリッカ抑制効果を精確にシミュレーションできないという問題が生じていた。

すなわち、系統電圧Ｖｆは、上記式（１）で示されるように、系統インピーダンスＺｓと負荷電流Ｉｆとで決まる。このうちの系統インピーダンスＺｓは、季節や時間帯による電力系統構成に応じて時々刻々と変動する可変値である。なお、系統インピーダンスＺｓの概算値については、電力会社の発電機運転状況を確認することで机上計算することができるが、近隣の需要家の発電運転状況を考慮すると、精確なインピーダンス値を机上計算では求めることは必ずしも容易ではない。

しかしながら、上記特許文献３では、系統電圧およびフリッカ発生源に流れる電流に基づいて改善前および改善後の系統電圧を摸擬演算する構成を開示するものの、その系統電圧を演算する過程において、このような系統インピーダンスＺｓの変動については何ら言及していない。したがって、系統電圧Ｖｆに発生する電圧フリッカを精確に導出することができない。

それゆえ、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、静止形無効電力補償装置による電圧フリッカの改善効果を精確に評価することが可能なフリッカ改善効果評価システムを提供することである。

この発明のある局面に従えば、フリッカ改善効果評価システムは、所定の母線に負荷が接続されている電力系統に導入された補償装置による電圧フリッカの改善効果を評価する。フリッカ改善効果評価システムは、系統電圧を検出する系統電圧検出部と、所定の母線を介して負荷に流入する負荷電流を検出する負荷電流検出部と、検出された系統電圧および負荷電流に基づいて、補償装置が出力する補償電流を演算する補償電流演算部と、検出された系統電圧および負荷電流に基づいて、電力系統の系統インピーダンスを演算する系統インピーダンス演算部と、演算された系統インピーダンスと、検出された系統電圧および負荷電流とから、現状の改善前系統電圧を模擬演算する改善前系統電圧演算部と、演算された補償電流および系統インピーダンスと、検出された系統電圧とから、改善後系統電圧を模擬演算する改善後系統電圧演算部と、演算された改善前系統電圧および改善後系統電圧のそれぞれの電圧フリッカを検出する電圧フリッカ検出部と、検出されたそれぞれの電圧フリッカから補償装置により改善された改善率を演算する改善率演算部とを備える。

この発明によれば、静止形無効電力補償装置の導入による電圧フリッカの改善効果を精確に評価することができる。その結果、電力系統の電圧安定度をより一層向上することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に従うフリッカ改善効果評価システムが適用される電力系統の概略構成図である。

図１を参照して、電力系統は、変電所内に設置された変圧器ＴＲを介して上位系統１に接続される母線ＰＬと、母線ＰＬに接続される負荷１０２と、母線ＰＬに対して負荷１０２と並列に接続される静止形無効電力補償装置１０４とを備える。

負荷１０２は、たとえば工場内のアーク炉や電動機などの大型電機設備から構成される。負荷１０２の起動や停止によって無効電力成分や逆相成分が大幅に変動すると、母線ＰＬにおいては電圧変動（電圧フリッカ）が生じる。この電圧フリッカにより、工場内の電機設備等に悪影響を及ぼしたり、母線ＰＬに接続される一般需要家においては照明のちらつきやテレビ受像機の画面の動揺という現象（フリッカ現象）が生じることがある。

静止形無効電力補償装置１０４は、このような母線ＰＬの電圧を安定化するための電圧安定化制御手段を構成する。なお、静止形無効電力補償装置１０４は、他励式補償方式（Static Var Compensator：ＳＶＣ）および自励式補償方式（Static Synchronous Compensator：ＳＴＡＴＣＯＭ）のいずれであってもよい。

たとえば、内部の制御装置が、負荷１０２が発生するフリッカ成分が零となるように静止形無効電力補償装置１０４の出力値を演算する。そして、静止形無効電力補償装置１０４が演算した出力値を発生するような位相制御角をもつゲートパルスをサイリスタに与える。このようにして制御装置が負荷１０２のフリッカ変動分に応じて静止形無効電力補償装置１０４の出力量を調整することにより、電圧フリッカを抑制することができる。

その一方で、静止形無効電力補償装置１０４を電力系統に導入するにあたっては、経済的な負担を軽減する観点から、できるだけ少ない補償容量で無効電力を補償できることが望ましい。そのため、限られた補償容量で静止形無効電力補償装置１０４の適用効果を最大限に享受するためには、静止形無効電力補償装置１０４の設置を計画する段階において、電圧フリッカの改善効果を事前に評価にしておくことが重要となる。

しかしながら、電圧フリッカは、上記式（１）で述べたように、系統インピーダンスＺｓの違い、および、アーク炉の種類や他の電圧フリッカ発生源の有無による負荷電流Ｉｆの違いなどに起因して、静止形無効電力補償装置１０４が実際に設置される場所ごとにその様相が異なる。特に、系統インピーダンスＺｓについては、季節や時間帯による電力系統構成に応じて時々刻々と変動する可変値であるため、精確なインピーダンス値を机上計算では求めることは困難である。その結果、電圧フリッカの改善効果を一般的な計算によって一律に求めることは必ずしも容易ではない。

そこで、本実施の形態に従うフリッカ改善効果評価システムにおいては、静止形無効電力補償装置１０４を導入しようとする電力系統において、系統電圧Ｖｆおよび負荷電流Ｉｆの実測データに基づいて系統インピーダンスＺｓを演算し、その演算した系統インピーダンスＺｓを用いて、母線ＰＬに静止形無効電力補償装置１０４を接続したことにより改善された改善率を演算する。このように設置環境に固有の条件を反映させて電圧フリッカの改善率を演算する構成とすることにより、静止形無効電力補償装置１０４を導入しようとする電力系統における電圧フリッカの改善効果を精確に評価することが可能となる。

以下に、図１および図２を用いて、本実施の形態に従うフリッカ改善効果評価システム１００の制御構造について説明する。

図１を参照して、フリッカ改善効果評価システム１００は、母線ＰＬに対して負荷１０２と並列に接続される。

フリッカ改善効果評価システム１００は、計器用変成器ＰＴと、母線ＰＬと負荷１０２との接続線に介挿された電流センサＣＴと、計器用変成器ＰＴおよび電流センサＣＴの検出値を実測データとして蓄積するデータ記憶部１０と、データ記憶部１０から任意の時刻における実測データを読み出すデータ読出部２０と、読み出された実測データに基づいて現状の改善前系統電圧Ｖｆａおよび母線ＰＬに静止形無効電力補償装置１０４を設置したときの改善後系統電圧Ｖｆｂを演算する系統電圧演算部３０と、改善前系統電圧Ｖｆａおよび改善後系統電圧Ｖｆｂを増幅する増幅回路４０と、改善前系統電圧Ｖｆａおよび改善後系統電圧Ｖｆｂのフリッカ値を測定するフリッカメータ５０と、フリッカ改善率演算部６０とを備える。

データ記憶部１０は、電圧値記憶部１２と、電流値記憶部１４とを含む。これらの記憶部は、それぞれ、内部に図示しないメモリおよびタイマを有している。電圧値記憶部１２は、計器用変成器ＰＴから系統電圧Ｖｆを取得すると、その取得した系統電圧Ｖｆを、タイマから入力される系統電圧Ｖｆを取得した時刻と関連付けてメモリに格納する。電流値記憶部１４は、電流センサＣＴから負荷電流Ｉｆを取得すると、その取得した負荷電流Ｉｆを、タイマから入力される負荷電流Ｉｆを取得した時刻と関連付けてメモリに格納する。このようにしてデータ記憶部１０には、系統電圧Ｖｆおよび負荷電流Ｉｆが時系列に従って格納される。

データ読出部２０は、電圧値読出部２２と、電流値読出部２４とを含む。電圧値読出部２２は、電圧値記憶部１２内部のメモリから任意の時刻において取得された系統電圧Ｖｆを読み出して系統電圧演算部３０へ出力する。電流値読出部２４は、電流値記憶部１４内部のメモリから任意の時刻において取得された負荷電流Ｉｆを読み出して系統電圧演算部３０へ出力する。

このようにデータ記憶部１０およびデータ読出部２０は、系統電圧Ｖｆおよび負荷電流Ｉｆの実測データを時系列に従って記憶するとともに、この記憶された実測データを任意の時刻を指定して読み出すことを可能とする。これにより、より高い改善効果を目指す場合には、静止形無効電力補償装置１０４の補償容量などの制御パラメータを変更させながら、読み出した実測データに基づいて電圧フリッカの改善率の演算を繰り返し行なうことができる。

系統電圧演算部３０は、データ読出部２０から任意の時刻における系統電圧Ｖｆおよび負荷電流Ｉｆを受けると、後述する方法によって、これらの実測データに基づいて、改善前系統電圧Ｖｆａおよび改善後系統電圧Ｖｆｂを模擬演算する。なお、改善前系統電圧Ｖｆａは、静止形無効電力補償装置１０４を導入しようとする電力系統における現状の系統電圧に相当する。また、改善後系統電圧Ｖｆｂは、母線ＰＬに静止形無効電力補償装置１０４を接続したときの系統電圧に相当する。

増幅回路４０は、増幅器４２，４４を含む。増幅器４２は、改善前系統電圧Ｖｆａを交流１００Ｖ相当にまで増幅し、増幅後の電圧をフリッカメータ５０へ出力する。増幅器４４は、改善後系統電圧Ｖｆｂを交流１００Ｖ相当にまで増幅し、増幅後の電圧をフリッカメータ５０へ出力する。

フリッカメータ５０は、増幅回路４０から改善前系統電圧Ｖｆａおよび改善後系統電圧Ｖｆｂを受けると、各々の系統電圧についてのフリッカ値ΔＶ１０を測定する。具体的には、改善前フリッカ値測定部５２は、フリッカメータ機能を有するＦＭ演算回路を用いて、増幅器４２から与えられる改善前系統電圧Ｖｆａの模擬波形におけるフリッカ値ΔＶ１０＿ａを測定する。一方、改善後フリッカ値測定部５４は、フリッカメータ機能を有するＦＭ演算回路を用いて、増幅器４４から与えられる改善後系統電圧Ｖｆｂの模擬波形におけるフリッカ値ΔＶ１０＿ｂを測定する。

なお、フリッカ値ΔＶ１０は、電圧フリッカを表わす指標の１つであり、１分毎にフリッカメータ５０で測定される。フリッカ値ΔＶ１０は、電圧変動を１分間について周波数分析した結果得られる変動周波数ｆｎの電圧変動成分の変動幅をΔＶｎとし、変動周波数ｆｎに対応する視感度係数をａｎとすると、式（２）で定義されている。

そして、フリッカメータ５０により測定された改善前フリッカ値ΔＶ１０＿ａおよび改善後フリッカ値ΔＶ１０＿ｂは、フリッカ改善率演算部６０へ出力される。

フリッカ改善率演算部６０は、改善前フリッカ値ΔＶ１０＿ａと改善後フリッカ値ΔＶ１０＿ｂとを比較し、静止形無効電力補償装置１０４の設置による電圧フリッカの改善効果を示す指標として、電圧フリッカの改善率を演算する。このとき演算された電圧フリッカの改善率は、実際に母線ＰＬに静止形無効電力補償装置１０４を設置した場合の静止形無効電力補償装置１０４の適用効果を評価するのに利用される。

詳細には、演算された改善率が予め設定された閾値を超える場合には、所定の母線ＰＬへの静止形無効電力補償装置１０４の設置が電圧フリッカの抑制に有効であると判断される。その一方で、演算された改善率が閾値以下となる場合には、母線ＰＬへの静止形無効電力補償装置１０４の設置が電圧フリッカの抑制に有効でないと判断される。この場合は、補償容量などの変更により導入すべき静止形無効電力補償装置１０４の特性を調整した上で、データ記憶部１０から読み出した実測データに基づいて再度改善率を演算することにより、より高い電圧フリッカの改善効果を目指すことができる。

図２は、図１の系統電圧演算部３０におけるより詳細な制御構造を示すブロック図である。

図２を参照して、系統電圧演算部３０は、ＰＬＬ（Phased Locked Loop）回路３０１と、系統電圧模擬回路３０２と、改善前系統電圧演算回路３０３と、無効電力演算回路３０４と、系統インピーダンス演算回路３０５と、改善前電圧変動演算回路３０６と、補償電流演算回路３０７と、補償後負荷電流演算回路３０８と、改善後電圧変動演算回路３０９と、改善後系統電圧演算回路３１０とを含む。

ＰＬＬ回路３０１は、電圧値読出部２２から系統電圧Ｖｆを受けると、系統電圧Ｖｆの位相を検出する。そして、ＰＬＬ回路３０１は、その検出した位相情報を系統電圧模擬回路３０２および補償電流演算回路３０７へ出力する。

系統電圧模擬回路３０２は、ＰＬＬ回路３０１からの位相情報に基づいて、系統電圧Ｖｆと同位相で歪みのない理想的な正弦波形を生成する。つまり、系統電圧模擬回路３０２は、系統電圧Ｖｆを理想的な系統電圧に変換する。変換された系統電圧Ｖｆは、改善前系統電圧演算回路３０３および改善後系統電圧演算回路３１０へ入力される。

無効電力演算回路３０４は、電圧値読出部２２から系統電圧Ｖｆを受け、電流値読出部２４から負荷電流Ｉｆを受けると、系統電圧Ｖｆおよび負荷電流Ｉｆとから母線ＰＬに発生している無効電力Ｑβを演算する。無効電力Ｑβの演算は、電気学会技術報告第６９号によると、Ｅ_Ａ，Ｅ_Ｂ，Ｅ_Ｃを相電圧、Ｉ_Ａ，Ｉ_Ｂ，Ｉ_Ｃを線電流とする回路において、Ｖα＝Ｖ_Ａ，Ｖβ＝１／√３（Ｅ_Ｂ−Ｅ_Ｃ），Ｉα＝Ｉ_Ａ，Ｉβ＝１／√３（Ｉ_Ｂ−Ｉ_Ｃ）とすると、式（３）で定義される。

ただし、θβはＶβとＩβとの相差角である。
次に、系統インピーダンス演算回路３０５は、演算された無効電力Ｑβおよび系統電圧Ｖｆの様相から系統インピーダンスＺｓを演算する。系統インピーダンスＺｓは、無効電力Ｑβおよび系統電圧Ｖｆの変動成分ΔＱβ，ΔＶｆを式（４）に代入することにより導出される。

このようにして演算された系統インピーダンスＺｓは、改善前電圧変動演算回路３０６および改善後電圧変動演算回路３０９へ出力される。改善前電圧変動演算回路３０６は、系統インピーダンスＺｓに電流値読出部２４からの負荷電流Ｉｆを積算することにより、改善前の母線ＰＬに発生する電圧変動を演算する。演算された改善前の母線ＰＬの電圧変動は、改善前系統電圧演算回路３０３へ与えられる。

改善前系統電圧演算回路３０３は、系統電圧模擬回路３０２から与えられる理想的な系統電圧波形に、演算された改善前の電圧変動を加算することにより、改善前系統電圧模擬波形を得る。得られた改善前系統電圧模擬波形は、増幅器４２で交流１００Ｖ相当に増幅された後に改善前フリッカ値測定部５２へ出力される。

補償電流演算回路３０７は、ＰＬＬ回路３０１により検出された系統電圧Ｖｆの位相情報と、電流値読出部２４からの負荷電流Ｉｆとに基づいて、静止形無効電力補償装置１０４が出力する補償電流を演算する。

補償後負荷電流演算回路３０８は、電流値読出部２４からの負荷電流Ｉｆに対して、補償電流演算回路３０７にて演算された補償電流を加算する。すなわち、負荷電流Ｉｆに対して、負荷電流Ｉｆの変動成分を補償するように静止形無効電力補償装置１０４の補償電流が加算される。

改善後電圧変動演算回路３０９は、系統インピーダンス演算回路３０５から系統インピーダンスＺｓを受け、補償後負荷電流演算回路３０８から静止形無効電力補償装置１０４により補償された負荷電流Ｉｆを受けると、系統インピーダンスＺｓに負荷電流Ｉｆを積算することにより、改善後の母線ＰＬに発生する電圧変動を演算する。演算された改善後の母線ＰＬの電圧変動は、改善後系統電圧演算回路３１０へ与えられる。

改善後系統電圧演算回路３１０は、系統電圧模擬回路３０２から与えられる理想的な系統電圧波形に、演算された改善後の電圧変動を加算することにより、改善後系統電圧模擬波形を得る。得られた改善後系統電圧模擬波形は、増幅器４４で交流１００Ｖ相当に増幅された後に改善後フリッカ値測定部５４へ出力される。

以上に述べたように、系統電圧演算部３０においては、データ読出部２０によって読み出された任意の時刻の系統電圧Ｖｆおよび負荷電流Ｉｆの実測データに基づいて、当該任意の時刻の系統インピーダンスＺｓが演算される。そして、その演算された系統インピーダンスＺｓを用いて改善前系統電圧Ｖｆａおよび改善後系統電圧Ｖｆｂが模擬演算される。すなわち、模擬演算される改善前後の系統電圧は、季節や時間帯による電力系統構成に応じて時々刻々と変動する系統インピーダンスＺｓの様相が反映されたものとなる。これによれば、後段のフリッカメータ５０においては、改善前系統電圧Ｖｆａおよび改善後系統電圧Ｖｆｂのフリッカ値ΔＶ１０を精確に測定することができる。その結果、シミュレーションに系統インピーダンスＺｓの様相を反映させていない従来のフリッカ抑制効果シミュレーション装置と比較して、静止形無効電力補償装置１０４の導入による電圧フリッカの改善効果をより精確に評価することが可能となる。

なお、本実施の形態では、フリッカ値として、国内で規格化されている１０Ｈｚ基準に換算したΔＶ１０を用いる構成としたが、海外で広く使用されているＩＥＣ基準の短期間フリッカ値Ｐｓｔおよび長期間フリッカ値Ｐｌｔを用いる構成とすることも可能である。この場合、フリッカメータ５０は、これらの指標のいずれか一つを選択できる仕様となっていれば良い。

また、図１および図２に示すこの発明の実施の形態と本願発明との対応関係については、計器用変成器ＰＴが「系統電圧検出部」に相当し、電流センサＣＴが「負荷電流検出部」に相当し、系統電圧演算部３０が「補償電流演算部」、「系統インピーダンス演算部」、「改善前系統電圧演算部」および「改善後系統電圧演算部」を実現する。また、フリッカメータ５０が「電圧フリッカ検出部」を実現し、フリッカ改善率演算部６０が「改善率演算部」を実現する。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に従うフリッカ改善効果評価システム１００Ａにおける制御構造を示すブロック図である。

図３を参照して、フリッカ改善効果評価システム１００Ａは、図１および図２のフリッカ改善効果評価システム１００における系統電圧演算部３０を、系統電圧演算部３０Ａに変更したものである。よって、共通する他の回路部位についての詳細な説明は繰り返さない。

具体的には、本実施の形態に係る系統電圧演算部３０Ａは、図２の系統電圧演算部３０Ａにおける系統インピーダンス演算回路３０５を、系統インピーダンス設定回路３０５Ａに変更したものである。すなわち、本実施の形態は、系統インピーダンスＺｓを任意のインピーダンス値に設定可能に構成される点において、系統電圧Ｖｆおよび負荷電流Ｉｆの実測データから系統インピーダンスＺｓを逐次演算する、先の実施の形態１とは相違する。

系統インピーダンス設定回路３０５Ａにおいて、系統インピーダンスＺｓは、たとえば電力系統構成に応じて変動する系統インピーダンスの最大値に設定される。このように系統インピーダンスＺｓを最大値に固定した状態で改善前系統電圧Ｖｆａおよび改善後系統電圧Ｖｆｂを演算する構成とすることにより、電圧フリッカが最も大きくなるケースでの電圧フリッカの改善効果を容易に評価することができる。

あるいは、系統インピーダンスＺｓを複数のインピーダンス値の間で切り換えて設定する構成とすれば、負荷１０２の運転状態の変動などのシナリオを織り込んだ将来の計画の電力系統（将来系統）における電圧フリッカの改善効果の評価が可能となる。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３に従うフリッカ改善効果評価システム１００Ｂにおける制御構造を示すブロック図である。

図４を参照して、フリッカ改善効果評価システム１００Ｂは、データ記憶部１０（図示せず）と、データ読出部２０と、系統電圧演算部３０Ｂと、増幅回路４０Ｂと、フリッカメータ５０Ｂと、フリッカ因子割合演算部７０とを含む。

データ読出部２０は、先の実施の形態１におけるデータ読出部２０と同様に、任意の時刻における系統電圧Ｖｆおよび負荷電流Ｉｆの実測データを読出すと、その読み出した実測データを系統電圧演算部３０Ｂへ出力する。

系統電圧演算部３０Ｂは、静止形無効電力補償装置１０４の補償電流の演算を行なわず、すなわち、電圧フリッカの改善率を求めるのではなく、系統電圧Ｖｆおよび負荷電流Ｉｆの実測データから負荷１０２が発生するフリッカ因子を分析する構成とした点で、先の実施の形態１に従う系統電圧演算部３０とは相違する。なお、フリッカ因子とは、電圧フリッカに影響を与える要因であり、主に正相有効分、正相無効分、逆相無効分および歪波分の４つの因子に分類される。

具体的には、系統電圧演算部３０Ｂは、ＰＬＬ回路３０１と、系統電圧模擬回路３０２と、無効電力演算回路３０４と、系統インピーダンス演算回路３０５と、フリッカ電流因子分解回路３１１と、正相有効分電圧変動演算回路３１２と、正相無効分電圧変動演算回路３１３と、逆相分電圧変動演算回路３１４と、歪波分電圧変動演算回路３１５と、正相有効分系統電圧演算回路３１６と、正相無効分系統電圧演算回路３１７と、逆相分系統電圧演算回路３１８と、歪波分系統電圧演算回路３１９とを含む。

ＰＬＬ回路３０１は、電圧値読出部２２から系統電圧Ｖｆを受けると、系統電圧Ｖｆの位相を検出する。そして、ＰＬＬ回路３０１は、その検出した位相情報を系統電圧模擬回路３０２およびフリッカ電流因子分解回路３１１へ出力する。

系統電圧模擬回路３０２は、ＰＬＬ回路３０１からの位相情報に基づいて、系統電圧Ｖｆと同位相で歪みのない理想的な正弦波形を生成する。つまり、系統電圧模擬回路３０２は、系統電圧Ｖｆを理想的な系統電圧に変換する。変換された系統電圧Ｖｆは、正相有効分系統電圧演算回路３１６、正相無効分系統電圧演算回路３１７、逆相分系統電圧演算回路３１８および歪波分系統電圧演算回路３１９へ入力される。

無効電力演算回路３０４は、電圧値読出部２２から系統電圧Ｖｆを受け、電流値読出部２４から負荷電流Ｉｆを受けると、上述した方法によって系統電圧Ｖｆおよび負荷電流Ｉｆとから母線ＰＬに発生している無効電力Ｑ_βを演算する。

系統インピーダンス演算回路３０５は、演算された無効電力Ｑ_βおよび系統電圧Ｖｆの様相から系統インピーダンスＺｓを演算し、その演算した系統インピーダンスＺｓを正相有効分電圧変動演算回路３１２、正相無効分電圧変動演算回路３１３、逆相分電圧変動演算回路３１４および歪波分電圧変動演算回路３１５へ出力する。

フリッカ電流因子分解回路３１１は、ＰＬＬ回路３０１からの位相情報と電流値読出部２４からの負荷電流Ｉｆの実測データとに基づいて、フリッカ発生源である負荷１０２が発生する４つのフリッカ因子を分析し、その分析結果を出力する。なお、これらの因子に分解する具体的手法は、たとえば、「赤木泰文他、“瞬時無効電力の一般化理論とその応用”、昭和６０年電気学会論文Ｂ、ｐ．４８３−４９０、１９８３」に記載されている。

そして、分解された４つの因子のうち正相有効分は、正相有効分電圧変動演算回路３１２へ出力される。また、正相無効分、逆相分および歪波分は、正相無効分電圧変動演算回路３１３、逆相分電圧変動演算回路３１４および歪波分電圧変動演算回路３１５へそれぞれ出力される。

正相有効分電圧変動演算回路３１２は、フリッカ電流因子分解回路３１１から正相有効分を受け、系統インピーダンス演算回路３０５から系統インピーダンスＺｓを受けると、正相有効分に系統インピーダンスＺｓを積算することにより、正相有効分により発生する電圧変動を演算する。正相有効分系統電圧演算回路３１６は、系統電圧模擬回路３０２から与えられる理想的な系統電圧波形に、演算された正相有効分の電圧変動を加算することにより、正相有効分の系統電圧模擬波形を得る。得られた正相有効分系統電圧模擬波形は、増幅器４０１で交流１００Ｖ相当に増幅された後に正相有効分フリッカ値測定回路５０１へ出力される。

正相無効分電圧変動演算回路３１３は、フリッカ電流因子分解回路３１１から正相無効分を受け、系統インピーダンス演算回路３０５から系統インピーダンスＺｓを受けると、正相無効分に系統インピーダンスＺｓを積算することにより、正相無効分により発生する電圧変動を演算する。正相無効分系統電圧演算回路３１７は、系統電圧模擬回路３０２から与えられる理想的な系統電圧波形に、演算された正相無効分の電圧変動を加算することにより、正相無効分の系統電圧模擬波形を得る。得られた正相無効分系統電圧模擬波形は、増幅器４０２で交流１００Ｖ相当に増幅された後に正相無効分フリッカ値測定回路５０２へ出力される。

逆相分電圧変動演算回路３１４は、フリッカ電流因子分解回路３１１から逆相分を受け、系統インピーダンス演算回路３０５から系統インピーダンスＺｓを受けると、逆相分に系統インピーダンスＺｓを積算することにより、逆相分により発生する電圧変動を演算する。逆相分系統電圧演算回路３１８は、系統電圧模擬回路３０２から与えられる理想的な系統電圧波形に、演算された逆相分の電圧変動を加算することにより、逆相分の系統電圧模擬波形を得る。得られた逆相分系統電圧模擬波形は、増幅器４０３で交流１００Ｖ相当に増幅された後に逆相分フリッカ値測定回路５０３へ出力される。

歪波分電圧変動演算回路３１５は、フリッカ電流因子分解回路３１１から歪波分を受け、系統インピーダンス演算回路３０５から系統インピーダンスＺｓを受けると、歪波分に系統インピーダンスＺｓを積算することにより、歪波分により発生する電圧変動を演算する。歪波分系統電圧演算回路３１９は、系統電圧模擬回路３０２から与えられる理想的な系統電圧波形に、演算された歪波分の電圧変動を加算することにより、歪波分の系統電圧模擬波形を得る。得られた歪波分系統電圧模擬波形は、増幅器４０４で交流１００Ｖ相当に増幅された後に歪波分フリッカ値測定回路５０４へ出力される。

フリッカメータ５０Ｂでは、４つの因子に対応して設けられた４つのフリッカ値測定回路５０１〜５０４の各々において、入力される系統電圧模擬波形のフリッカ値ΔＶ１０が測定される。

最後に、フリッカ因子割合演算部７０は、フリッカ値測定回路５０１〜５０４からそれぞれ出力される４つのフリッカ値に基づいて、４つの因子成分の割合を演算する。

以上に述べたように、本実施の形態によれば、フリッカ発生源固有の因子分析が可能になる。フリッカの因子分析は、より効果的に、または経済的に電圧フリッカを抑制させるための静止形無効電力補償装置１０４の仕様および特性を決定するときに有用である。たとえば、因子分析の結果、無効電力成分の因子成分が多く、逆相成分の因子成分が少ないときには、静止形無効電力補償装置１０４としてより経済的な他励式補償方式を適用するなどの決定が可能となる。

さらに、フリッカの因子分析に必要な系統電圧の演算に、系統インピーダンスＺｓの演算値を用いることにより、因子分析の精度を高めることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１に従うフリッカ改善効果評価システムが適用される電力系統の概略構成図である。図１の系統電圧演算部におけるより詳細な制御構造を示すブロック図である。この発明の実施の形態２に従うフリッカ改善効果評価システムにおける制御構造を示すブロック図である。この発明の実施の形態３に従うフリッカ改善効果評価システムにおける制御構造を示すブロック図である。

符号の説明

１上位系統、１０データ記憶部、１２電圧値記憶部、１４電流値記憶部、２０データ読出部、２２電圧値読出部、２４電流値読出部、３０，３０Ａ，３０Ｂ系統電圧演算部、４０，４０Ｂ増幅回路、４２，４４，４０１〜４０４増幅器、５０，５０Ｂフリッカメータ、５２改善前フリッカ値測定部、５４改善後フリッカ値測定部、６０フリッカ改善率演算部、７０フリッカ因子割合演算部、１００，１００Ａ，１００Ｂフリッカ改善効果評価システム、１０２負荷、１０４静止形無効電力補償装置、３０１ＰＬＬ回路、３０２系統電圧模擬回路、３０３改善前系統電圧演算回路、３０４無効電力演算回路、３０５系統インピーダンス演算回路、３０５Ａ系統インピーダンス設定回路、３０６改善前電圧変動演算回路、３０７補償電流演算回路、３０８補償後負荷電流演算回路、３０９改善後電圧変動演算回路、３１０改善後系統電圧演算回路、３１１フリッカ電流因子分解回路、３１２正相有効分電圧変動演算回路、３１３正相無効分電圧変動演算回路、３１４逆相分電圧変動演算回路、３１５歪波分電圧変動演算回路、３１６正相有効分系統電圧演算回路、３１７正相無効分系統電圧演算回路、３１８逆相分系統電圧演算回路、３１９歪波分系統電圧演算回路、４０１〜４０４増幅器、５０１正相有効分フリッカ値測定回路、５０２正相無効分フリッカ値測定回路、５０３逆相分フリッカ値測定回路、５０４歪波分フリッカ値測定回路、ＣＴ電流センサ、ＰＬ母線、ＰＴ計器用変成器。

Claims

所定の母線に負荷が接続されている電力系統に導入された補償装置による電圧フリッカの改善効果を評価するフリッカ改善効果評価システムであって、
前記フリッカ改善効果評価システムは、
系統電圧を検出する系統電圧検出部と、
前記所定の母線を介して前記負荷に流入する負荷電流を検出する負荷電流検出部と、
検出された前記系統電圧および前記負荷電流に基づいて、前記補償装置が出力する補償電流を演算する補償電流演算部と、
検出された前記系統電圧および前記負荷電流に基づいて、前記電力系統の系統インピーダンスを演算する系統インピーダンス演算部と、
演算された前記系統インピーダンスと、検出された前記系統電圧および前記負荷電流とから、現状の改善前系統電圧を模擬演算する改善前系統電圧演算部と、
演算された前記補償電流および前記系統インピーダンスと、検出された前記系統電圧とから、改善後系統電圧を模擬演算する改善後系統電圧演算部と、
演算された前記改善前系統電圧および前記改善後系統電圧のそれぞれの電圧フリッカを検出する電圧フリッカ検出部と、
検出された前記それぞれの電圧フリッカから前記補償装置により改善された改善率を演算する改善率演算部とを備える、フリッカ改善効果評価システム。
検出された前記系統電圧および前記負荷電流に基づいて、前記負荷が発生する電圧フリッカの因子を分析するフリッカ因子分解部と、
分析された前記電圧フリッカの因子と、演算された前記系統インピーダンスおよび検出された前記系統電圧とから、前記電圧フリッカの因子別の系統電圧を模擬演算する系統電圧演算部と、
演算された前記電圧フリッカの因子別の系統電圧の電圧フリッカを検出して、前記電圧フリッカの因子の割合を演算するフリッカ因子割合演算部とをさらに備える、請求項１に記載のフリッカ改善効果評価システム。
所定の母線に負荷が接続されている電力系統に導入された補償装置による電圧フリッカの改善効果を評価するフリッカ改善効果評価システムであって、
前記フリッカ改善効果評価システムは、
系統電圧を検出する系統電圧検出部と、
前記所定の母線を介して前記負荷に流入する負荷電流を検出する負荷電流検出部と、
検出された前記系統電圧および前記負荷電流に基づいて、前記補償装置が出力する補償電流を演算する補償電流演算部と、
前記電力系統の系統インピーダンスを任意のインピーダンス値に設定する系統インピーダンス設定部と、
設定された前記系統インピーダンスと、検出された前記系統電圧および前記負荷電流とから、現状の改善前系統電圧を模擬演算する改善前系統電圧演算部と、
演算された前記補償電流、設定された前記系統インピーダンスおよび検出された前記系統電圧から、改善後系統電圧を模擬演算する改善後系統電圧演算部と、
演算された前記改善前系統電圧および前記改善後系統電圧のそれぞれの電圧フリッカを検出する電圧フリッカ検出部と、
検出された前記それぞれの電圧フリッカから前記補償装置により改善された改善率を演算する改善率演算部とを備える、フリッカ改善効果評価システム。
前記系統電圧検出部によって検出された前記系統電圧および前記負荷電流検出手段によって検出された前記負荷電流を記憶する検出値記憶部と、
前記検出値記憶部に記憶された前記系統電圧および前記負荷電流を、任意に読み出し可能に構成された検出値読出部とをさらに備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のフリッカ改善効果評価システム。