JP2013531961A - 無効電力管理 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、配電網に流れる無効電力に対する無効電力寄与を制御して、この無効電力流を最適化するようにするための装置、方法及びシステムに関する。本発明の実施形態では、電力消費及び／又は供給装置と共に使用する無効電力制御装置が提供される。この無効電力制御装置は、配電網に流れる電気の無効電力成分に関連した、配電網に流れる電力の無効電力特性を、電力装置にて検出するための検出手段を備える。この無効電力制御装置は、検出された無効電力特性に基づいて、配電網に対する無効電力寄与を制御して、その検出された無効電力特性の値を調整するようにするための制御手段を更に備える。こうすることにより、個々の電力消費及び／又は供給装置が配電網における局部変動に自律的に反応し、且つその検出された無効電力特性を望む値の方へと駆動するようにする無効電力寄与を可能する。
【選択図】図２

Description

本発明は、配電網における無効電力流の管理に関する。特に、本発明は、電力消費及び／又は供給装置での無効電力流を制御するための装置及び方法に関するが、これに限定されない。

発電所の如き電力供給者から家庭用電気器具及び事業所の如き需要家への電気の供給は、典型的に、配電網を介して行われている。図１は、送電グリッド１００及び配電グリッド１０２を備える典型的な配電網１を示している。送電グリッドは、発電所１０４に接続され、この発電所は、例えば、原子力発電所又はガス火力発電所であり、この送電グリッドは、架空電力ラインの如き電力ラインを使用して、その発電所から非常に高い電圧（例えば、この電圧は、英国では、典型的に、２０４ｋＶ程度であるが、これは国によって変わる）で大量の電気エネルギーを配電グリッド１０２へと送る。送電グリッド１００は、変圧器ノード１０６を介して配電グリッド１０２にリンクされ、その変圧器ノード１０６は、配電グリッド１０２における配電のため、その電気供給をより低電圧（例えば、英国では、この電圧は、典型的に、５０ｋＶ程度であるが、これは国によって変わる）へと変換する変圧器１０６を含む。そして、その配電グリッドは、更により低い電圧へと変換するための更に別の変圧器を備える変電所１０８を介して、家庭内ユーザ１１４に給電する市内電線網１１２の如き局部電線網、及び工場１１０の如き産業需要家にリンクする。風力発電所１１６の如きより小さな電力供給者も配電グリッド１０２に接続することができ、それらに電力を供給することができる。電力は、典型的に、正弦交流電流（ＡＣ）波の形にて、配電網の全ての部分を通して送電される。

例えば、家庭内ユーザの場所で電線網に接続される電力消費装置は、その電線網の負荷として作用し、そこから電力を引き出す。このような各装置により与えられる負荷は、典型的に、純粋に抵抗性ではなく、それら装置における容量性及び／又は誘導性素子により無効性要素を含むものである。この負荷の無効成分は、高いインダクタンスを有する電動機及び変成器の如き装置及び高い容量を有する装置において、特に大きい。このような装置は、電圧に対して±９０°で流れる無効電流成分を生じ、その結果として、その電線網に流れる電流が、電圧に対して位相ずれする。

用語「無効電力」は、ここでは、電線網の所定の場所で流れる無効電流成分と電圧との積を指すのに使用されている。この無効電力は、装置への正味のエネルギー転送を行えないようにしてしまい、この無効電力は、以下に説明するように、その電線網及び電力供給者にある影響を与えるものである。用語「実電力」は、ここでは、電力消費装置による電気エネルギー消費の割合を指すのに使用される。用語「力率」は、ここでは、実電力と無効電力とのベクトル和に対する実電力の比率を指すのに使用される。

電線網における電流−電圧位相差に与える個々の装置の無効性負荷の影響は小さいが、複数の装置からの累積する影響は、相当なものとなることがある。電流−電圧位相差が大きくなればなるほど、所定の実電流（即ち、電線網電圧と同相にて流れる電流成分）、従って、所定の量の実電力を供給するため装置へ供給されねばならない電流の大きさは大きくなる。更にまた、例えば、電力ラインの加熱による電線網におけるエネルギー損失は、その電流が実であるか無効性であるかに関係なく、全電流に依存している。従って、このような位相差は、需要家の需要を満たすため電力供給者により発電され供給されねばならない全電流の大きさを実効的に増大させてしまい、これにより、電力供給者に経済的負担が掛かり、発電のコストが増大してしまう。同様に、需要家へ所定量の電力を供給するため電力供給者により消費される資源の量は、増大し、これにより、望ましくない程の環境への大きな影響を与えてしまうことになる。

更にまた、変圧器及び電力ラインの如き電線網要素は、その電線網に流れる電流（実であれ無効性であれ）の大きさの総和に従って設計されており、従って、それらの動作は、どのような無効電流によっても悪影響を受けることになる（熱損失等による）。

従来においては、このような電線網に流れる電力の電流−電圧位相差を減少させるための努力は、大規模電力供給者にて無効電力寄与（率）を最少化し及び／又は適当量の補償無効電力を発生し、そして、その配電網内の変圧器ステーションにて無効電力の補償を行うことに、重きが置かれていた。例えば、発電所は、その発電所の無効電力寄与を調整するため、その電線網オペレータとは独立して又はその電線網オペレータからの命令の下で、キャパシタ及び／又はインダクタのバンクを使用することができるようにしている。しかしながら、無効電力補償は、短距離でのみ有効であり（例えば、熱損失による）、また、電流−電圧位相差は、その配電網内の場所から場所で相当に変化し、このことは、少数の大規模電力供給者での無効電力補償では局部化した電流−電圧位相差を有効に補償できていないことを意味している。

無効電力のある幾つかの大規模需要家においても、それらが発生する無効電力を補償するため切換えキャパシタ又は無負荷同期電動機の如き補助手段を使用することにより、その電線網へのそれら自身の無効電力寄与を最少化するための何らかの手段を使用することができ、実際に、ある幾つかの電力供給者は、実電力消費に加えて無効電力寄与にも課金することにより、産業需要家（工場の如き）が無効電力をより少なくすることに貢献することを奨励している。これらの方法は、全て、電線網における電流−電圧位相差に対する個々の装置の寄与を最少化することに重きを置くものである。

米国特許出願ＵＳ２００９／０２００９９４Ａ１には、各々が需要時に無効電力を発生するための回路を含む再生可能エネルギー源の分散システムが記載されている。これら再生可能エネルギー源の各々は、再生可能エネルギー源による無効電力発生を遠隔的に制御する中央制御「電線網オペレーションセンター」と通信する。この電線網オペレーションセンターは、必要量の無効電力の要求を利用会社（即ち、電力供給者）から受け、それに応答して、電線網オペレーションセンターは、必要な補償を行えるようにするためその制御下の再生可能エネルギー源の各々から必要とされる最適無効電力寄与を計算して、それに準じてその再生可能エネルギー源へ指令を送る。これは、電線網に存在するかもしれない電流−電圧位相差をアクティブに補償する方法を提供している。しかしながら、ＵＳ２００９／０２００９９４Ａ１のシステムは、中央制御を必要としているものであり、局部電線網電圧−電流位相差のより局部化した変化に対応することができないものである。

本発明の目的は、従来技術のこれら問題の幾つかを少なくとも軽減することである。

本発明の第１の態様によれば、配電網に接続されるとき、前記配電網からの電力を消費し、又は、前記配電網へ電力を供給するような電力装置に使用するための無効電力制御装置であって、
前記配電網に流れる電気の無効電力成分に関連した、前記配電網に流れる電力の無効電力特性を前記電力装置にて検出するための検出手段と、
前記検出された無効電力特性に基づいて、前記電力装置による前記配電網に対する無効電力寄与を制御して前記検出された無効電力特性の値を調整するように構成された制御手段と、
を備える無効電力制御装置が提供される。

前記電力装置にてなされた無効電力特性測定に基づいて電力装置での無効電力の供給を制御することにより、無効電力の局部変動に対する実時間補償を行うことができる。前記無効電力制御装置によれば、局部測定に基づく無効電力寄与の自律した変動を通じてこれらの局部変動を補償することができ、中央制御を必要としない。

好ましい実施形態では、前記無効電力制御装置は、前記検出された無効電力特性の値を決定し、前記決定された値を所定の値と比較するように構成されており、前記制御手段は、前記検出された値と前記所定の値との間の差を減ずるように前記無効電力寄与を制御するように構成されている。

こうして、前記無効電力制御装置は、前記配電網における電気の無効電力を所定の最適値へ向かって駆動する無効電力寄与を発生すべく電力装置を制御するように構成される。

前記無効電力特性は、前記配電網に流れる電気の電圧と電流との間の位相差に関連させることができ、前記所定の値は、所定の位相差値を含むことができる。

好ましくは、前記無効電力補償装置は、前記検出された無効電力特性に基づいて、前記無効電力成分が前記所定の値より、より誘導性であるか、又は、前記無効電力成分が前記所定の値より、より容量性であるか、を決定するように構成され、前記制御手段は、
前記検出された無効電力成分が前記所定の値よりより誘導性であるとの決定に応答して、前記配電網に対して容量性無効電力を寄与させるように前記電力装置を制御し、
前記検出された無効電力成分が前記所定の値よりより容量性であるとの決定に応答して、前記配電網に対して誘導性無効電力を寄与させるように前記電力装置を制御する、
ように構成される。

こうして、前記無効電力補償装置は、前記配電網における誘導性又は容量性電力流を補償するように前記電力装置を制御することができる。

ある幾つかの実施形態では、前記検出手段は、前記無効電力特性の変化を検出するように構成され、前記制御手段は、前記検出手段がしきい値を横切る前記無効電力特性の値の遷移を検出することに応答して、前記配電網に対する前記無効電力寄与を変化させるように構成される。

好ましくは、前記制御手段は、
前記検出された無効電力成分の値が第１のしきい値より小さい値から前記第１のしきい値よりも大きい値へと変化することに応答して、前記電力装置によって前記配電網に対して寄与される前記無効電力の値を、第１の所定値から第２の所定値へと変化させ、
前記無効電力成分の値が前記第１のしきい値より小さな大きさを有する第２のしきい値より大きな値から前記第２のしきい値より小さな値へと変化することに応答して、前記電力装置によって前記配電網に対して寄与される前記無効電力を、前記第２の所定値から前記第１の所定値へと変化させる、
ように構成される。

これにより、前記配電網に対する無効電力の供給においてヒステリシスが与えられ、前記装置の機能において振動が発生するのが防止され、前記配電網における電流の乱れを防止することができる。

好ましくは、前記制御手段は、前記検出手段が前記無効電力特性の変化を検出した後、所定の時間期間の経過に応答して、前記無効電力を変化させるように構成される。これによっても、システムにおける電気流へ振動が導入されるのを防止することができる。

ある幾つかの実施形態では、前記配電網に流れる電気は、所定の期間を有する交流電気流を含み、前記制御手段は、切換え手段を制御して前記所定の期間の１つ以上の部分中に前記電力装置への電力の供給を選択的に中断させるように構成される。ある幾つかの実施形態では、前記制御手段は、パルス幅変調手段の如き電流変調手段を備え、前記電力特性は、前記電力消費装置の電力のデューティーサイクル特性を含む。

ある幾つかの実施形態では、前記電力装置は、前記配電網へ電力を供給するための電力供給装置を備えており、前記電力供給装置は、直流を与えるように構成されており、前記制御手段は、直流−交流変換手段を制御するように構成されている。

前記無効電力制御装置は、前記配電網に流れる電気の１つ以上の電気品質特性を検出するための手段を備えることができ、前記制御手段は、前記検出された電気品質特性を変更するように、前記電力装置により供給される及び／又は消費される電力の特性を制御するように構成されており、前記検出された１つ以上の電気品質特性は、前記電気流における高調波、電圧のランダムな又は繰り返し変動、電線網不平衡、電力流の振動、電力流の過渡のうちの少なくとも１つを含む。こうして、本発明の実施形態は、無効電力特性以外の配電網における異常を修正するのに使用される。

前記配電網へ電力を供給するための前記電力供給装置は、光起電力発生装置、自家用電気自動車、自家用電気自転車及びＣＨＰ電力発生装置の如き家庭用再生可能エネルギー源のうちの少なくとも１つを含むことができる。前記電力装置は、典型的に、現在の技術で可能なほぼ１０ｋＷまでの電力を前記配電網へ供給するように構成される電力供給装置を含むことができる。

幾つかの実施形態では、前記配電網は、送電グリッド及び配電グリッドを備え、前記送電グリッドは、１つ以上の変圧器を介して前記配電グリッドに接続され、そこへ電力を供給し、前記配電グリッドは、複数の家庭内及び／又は産業ユーザへ電力を供給し、前記電力装置は、前記配電グリッドからの電力を消費し、又は前記配電グリッドへ電力を供給するためのものである。こうして、本発明の実施形態は、送電グリッドにおいて使用され、例えば、局部又は市内電線網において使用することができる。これにより、このような電線網における局部無効電力流に対して修正寄与をなすことができる。

ある幾つかの実施形態では、前記無効電力制御装置は、制御センターから作動信号を受信するための通信インターフェースを備え、前記制御手段は、前記通信インターフェースでの前記作動信号の受信に応答して、無効電力寄与の制御を行うように構成されている。これにより、中央エンティティが１つ以上の無効電力制御装置を作動及び／又は不作動とすることができるようになり、これは、例えば、無効電力がある電力供給者へと販売されるようなスキームの部分として、無効電力装置のグループが、オンデマンドベースにて無効電力補償を与えるのに使用されるような本発明の用途において有用である。

本発明の第２の態様によれば、配電網において無効電力流を制御するのに使用するためのシステムであって、各々が前記配電網に接続された個々の電力装置を制御する前述したような無効電力制御装置を複数分散して備えるようなシステムが提供される。本発明の実施形態は、前記配電網に対して相殺的無効電力補償を集約的に与えるように構成された電力供給装置の分散グループでもって実施される。

このシステムは、前記複数の分散無効電力制御装置の各々へ前記作動信号を送るための制御センターを備えることもできる。

好ましい実施形態では、前記複数の無効電力制御装置のうちの異なる１つ１つが、前記作動信号を受信後に、異なる間隔で前記制御の実行を開始させるように構成されている。これにより、前記複数の装置の全てが同時に作動され、前記配電網における電力流の突然の変化を生ぜしめるようなことがないようにされる。

ある幾つかの実施形態では、前記無効電力制御装置は、個々の電力装置の１つ以上の性能特性を監視するための手段であって、各装置について前記１つ以上の性能特性を示すデータを前記制御センターへ送信するように構成された手段を備えており、前記１つ以上の性能特性は、前記配電網に流れる検出された無効電力成分の値、個々の電力装置により前記配電網へ供給される無効電力の量、及び無効電力の供給の制御の実行の時間のうちの少なくとも１つを含む。

付加的又は代替的に、前記無効電力制御装置は、前記配電網に流れる電気の電気品質特性を測定するための手段を備えることができ、前記無効電力制御装置の各々は、前記１つ以上の電気品質特性を示すデータを送信するように構成されており、前記１つ以上の電気品質特性は、無効電力特性、前記電気流における高調波、電圧におけるランダムな又は繰り返し変動、電線網不平衡、電力流における振動、及び前記電力流における過渡のうちの少なくとも１つを含む。

これにより、前記制御センターが前記配電網を通しての種々な分散ポイントにてなされる測定に関するデータを得ることができるようになり、このようなデータは、例えば、電線網状態を監視するのにおいて、電力供給者にとって貴重なものである。

本発明の第３の態様によれば、配電網からの電力を消費し及び／又は配電網へ電力を供給するように構成された１つ以上の電力装置に接続された前記配電網における無効電力流を制御するのに使用するための方法であって、
前記配電網に流れる電気の無効電力成分に関連した、前記配電網に流れる電力の無効電力特性を前記電力装置にて検出するステップと、
前記検出された無効電力特性の値を調整するように、前記電力装置による前記配電網に対する無効電力の寄与を、前記検出された無効電力特性に基づいて制御するステップと、
を含むような方法が提供される。

本発明の更なる特徴及び効果は、実施例としてのみ与えられている本発明の好ましい実施形態について添付図面に関してなされる以下の説明から明らかとなろう。

従来技術による配電網を示す。 本発明の実施形態による無効電力制御装置、電力消費及び／又は供給装置、配電網及びそれらの間の接続を示す。 電力消費装置の電力消費サイクルを示す。 本発明の実施形態による電力消費装置による電力の制御された電力消費の第１のタイプを示す。 本発明の実施形態による電力消費装置による電力の制御された電力消費の第２のタイプを示す。 本発明の実施形態による電力消費装置による電力の制御された電力消費の第３のタイプを示す。 本発明の実施形態による無効電力制御装置、電力供給装置、配電網及びそれらの間の接続を示す。 ＤＣ電力供給装置の出力での電圧対時間を示すグラフである。 本発明の実施形態による第１のモードにて動作する無効電力制御装置により制御されるＨブリッジの端子での時間につれての電圧の変動を示すグラフである。 本発明の実施形態による第２のモードにて動作する無効電力制御装置により制御されるＨブリッジの端子での時間につれての電圧の変動を示すグラフである。 本発明の実施形態による第３のモードにて動作する無効電力制御装置により制御されるＨブリッジの端子での時間につれての電圧の変動を示すグラフである。 本発明の実施形態による第１のモードにて動作する無効電力制御装置により制御される電力供給装置によって配電網へ与えられる電流の時間につれての電流の変動を示すグラフである。 本発明の実施形態による第２のモードにて動作する無効電力制御装置により制御される電力供給装置によって配電網へ与えられる電流の時間につれての電流の変動を示すグラフである。 本発明の実施形態による第３のモードにて動作する無効電力制御装置により制御される電力供給装置によって配電網へ与えられる電流の時間につれての電流の変動を示すグラフである。 本発明の実施形態による電力消費及び／又は供給装置を制御する時に無効電力制御装置により行われるステップを示すフロー図である。 本発明の実施形態による電力消費及び／又は供給装置での測定された電線網無効電力対発生された無効電力を示すグラフである。

図２は、電力装置２０２の場所で配電網１に流れる電気の電流と電圧との間の位相差を制御するのに使用するための無効電力制御装置２００を示している。この電力装置２０２は、消費装置であり、例えば、省エネルギーランプ、携帯電話充電器、計算装置電源の如き５００Ｗより低い電力定格を有する低電力消費装置、自家用電気自動車（ＰＥＶ）の如き５００Ｗと１０ｋＷとの間の電力定格を有する中型電力装置、又は、工場に設置された産業用機械の如き１０ｋＷより高い電力定格を有する大電力装置であることができる。これら装置は、単相又は多相であることができ、多相の場合には、前述の電力定格は、相当たりのものとなることに注意されたい。

電力装置２０２が電力消費装置を備える時には、典型的に、正弦波交流電流の如き交流電流の形にて、電力が配電網１から電力装置２０２へと供給される。

電力装置２０２は、代替的又は付加的に、電力を配電網１へ供給する電力供給装置を備えることができる。これら電力供給装置は、例えば、光起電力電池を使用して電力を発生する電力発生装置を備えることができ、又は、これら電力供給装置は、単にエネルギーを貯蔵しておき、必要とされる時にエネルギーを放出する装置を備えることができる。ある幾つかの装置は、電力消費装置及び電力供給装置の両者として機能することができ、例えば、自家用電気自動車（ＰＥＶ）は、典型的に、大量の電気を貯蔵する能力を有している。このことは、これら自家用電気自動車は、電力消費者であることに加えて、高需要時に配電網に対する電力源として使用することができる、ことを意味しており、このような高需要時において、ＰＥＶの電池に貯蔵された電気を配電網へと戻し給電することができることを意味している。

本発明の実施形態では、電力装置２０２は、典型的に、図１に関して前述した配電網１の配電グリッド１０２の部分、例えば、市内電線網の如き局部電線網に接続される。

無効電力制御装置２００は、電力装置２０２の一体部分として実施することができ、又は、電力装置２０２の周辺装置として実施することができ、例えば、この無効電力制御装置２００は、携帯電話充電器又はＰＥＶのためのＡＣ／ＤＣ変換器の部分として実施されることができる。他の配置では、この無効電力制御装置は、配電網１に接続されるスタンドアローン装置として実施することができ、この場合には、電力装置２０２は、この電力装置が配電網１から電力を受け取り、及び／又は配電網１へ無効電力制御装置２００を介して電力を供給するように、交換可能なようにしてそのスタンドアローン装置に接続される。

図２に示す典型的な無効電力制御装置２００は、無効電力計２０３、制御ユニット２０４及び電流制御装置２１２を備える。無効電力計２０３は、電力装置２０２の場所で配電網１に流れる電力の無効電力成分に関連した無効電力特性（ＲＰＣ）を検出して測定する。この無効電力計２０３は、位相固定ループ（ＰＬＬ）回路において普通に設けられる位相検出器、電圧計及び電流計組合体及びクロックを備えることができ、これは、電力装置２０２の場所で配電網１における電気の電圧及び電流及びそのタイミング特性を測定するものであり、又は、この無効電力計２０３は、配電網に流れる電気の無効電力特性を測定することのできる任意の他の装置を備えることができる。この無効電力計２０３は、それが検出するＲＰＣを示す測定信号を制御ユニット２０４へ送る。これら測定信号は、無効電力成分の大きさ及び／又は符号（即ち、電流が電圧に対して遅れているか又は進んでいるか）を示すデータを含むことができる。

以下の実施例の多くは、検出された位相差に関して説明されるのであるが、ある幾つかの実施形態では、無効電力制御装置２００のモード、例えば、無効電力成分の大きさ、又は電気流の力率を決定するのに、異なるＲＰＣを検出し使用することができる。更にまた、無効電力計２０３がＲＰＣを「測定する」又は「検出する」と、ここで説明されている場合には、このことは、無効電力計２０３が制御ユニット２０４へデータを与え、制御ユニット２０４がそのデータからＲＰＣを引き出すような場合を含むものであり、例えば、無効電力計２０３が制御ユニットに配電網１に流れる交流電力のピーク電圧及びピーク電流のタイミングを示すデータを与え、制御ユニット２０４がそのデータから位相差を導き出すような場合を含むものであると、理解されたい。

制御ユニット２０４は、プロセッサ２０６、データ記憶装置２１０及び通信インターフェース２０８を備える。プロセッサ２０６は、例えば、プログラマブル装置として又は簡易ロジック回路を使用して実施されるものであり、無効電力計２０３によって送られる測定信号を受け取り、これら信号に基づいて、配電網に流れる電気の電流−電圧位相ずれを決定して、制御信号を電流制御装置２１２へと送る。データ記憶装置２１０は、無効電力計２０３によりなされた測定値を示すデータ、プロセッサ２０６により電流制御装置２１２へ送られる制御信号等の如きデータを記録するのに使用される。入力／出力インターフェース２０８は、データ記憶装置に記録されたデータを制御センターに与え及び／又は制御センターからの作動及び／又は不作動信号を受け取るため、制御センターと通信するのに使用され、この制御センター及びこの制御センターと無効電力制御装置との相互動作については、以下により詳細に説明する。

電流制御装置２１２は、プロセッサ２０６から制御信号を受け取り、これら制御信号に基づいて、電力装置２０２への電流及び／又は電力装置からの電流を制御して、電力装置２０２が配電網１に対して無効電力流を寄与させるようにし、電力装置２０２からの無効電力流寄与が、以下に説明するように、電流−電圧位相差を設定された最適値の方へと駆動するように容量性又は誘導性電力流として選択されるようにする。

次に、電流制御装置２１２の典型的な動作について、電力装置２０２での時間につれての電圧の変動を示す図３ａから図３ｄに関して説明する。説明を簡単なものとするため、この実施例における電力装置２０２は、電力消費装置であると仮定し、このようなものと称するが、ここに説明する実施例は、電力供給装置にも、等しく又は必要な変更を加えれば、当てはまるものであることは、理解されたい。

図３ａから図３ｄの斜線を施した区域は、電流制御装置２１２が配電網１から電流を引き出するように電力消費装置２０２を制御しているときの時間期間を表しており、斜線を施していない区域は、電流制御装置２１２が配電網１から電流を引き出さないように電力消費装置２０２を制御しているときの時間期間を表している。この制御は、選択的に、電力消費装置２０２を、配電網１へ接続したり、配電網１から切り離したりするように、切換え装置、典型的に、半導体スイッチング装置を動作させることにより行うことができる。このようにして、無効電力制御装置２００は、電力消費装置２０２のデューティーサイクルを変えることができ、電力消費装置２０２が所定のサイクルに亘って非対称的に電力を消費し、それにより、次により詳細に説明するように、配電網１へ与える無効電力の量を調整することができる。電力消費装置へ与えられる電流を変調することにより、電力消費装置２０２の無効電力寄与は、切換えキャパシタの如き無効電力を発生する付加的な手段を使用せずに、変えることができる。更にまた、電流変調方法により、これらの付加的手段にて可能なよりも、配電網状態の変化に対してより素早く応答することが可能となる。

図３ａに示される無効電力制御装置２００の動作の第１のモードでは、電力消費装置２０２は、電圧サイクルの全体に亘って配電網１から電流を引き出す。このモードにおいては、電流制御装置２１２は、電力消費装置２０２にどのような影響も及ぼさず、即ち、前述したスイッチは、電圧サイクルの全体に亘って「オン」位置にある。この動作モードでは、電流制御装置２１２は、配電網における電流−電圧位相差に全く影響を及ぼさない。この動作モードは、ここでは、「中性モード」と称される。

図３ｂに示す動作の第２のモードでは、無効電力制御装置２００は、この装置２０２での電圧が零を横切る時の後毎に、時間期間Ｔ_１の間のみ電流を引き出すように電力消費装置２０２を制御する。これにより、その電圧と同じ周波数に従って変化するが、その電圧より進んだ電流成分が生ずる結果となり、即ち、無効電力制御装置２１２は、配電網へ容量性無効電力を与えるように電力消費装置２０２を制御し、通常のように、その位相差には、電流が電圧より進んでいることを示す正値として指定される。このような取り決めに従って、この動作モードでは、無効電力制御装置２００は、配電網１に流れる電気の電流−電圧位相差に対する正の寄与を発生するように電力消費装置２０２を制御する。電力消費装置２０２が電流−電圧位相差に対して正の寄与を与える動作モードは、ここでは集約的に、「容量性モード」と称される。

図３ｃに示す動作の第３のモードでは、電流制御装置２１２は、電圧が零を横切る時の前毎に、時間期間Ｔ_２の間のみ電流を引き出すように電力消費装置２０２を制御し、この時間期間Ｔ_２の長さは、時間期間Ｔ_１の長さと同じであるか又は異なることができる。これにより、その電圧と同じ周波数に従って変化するが、その電圧よりも遅れている電流成分が生ぜしめられ、即ち、電流制御装置２１２は、配電網における電力流に対して誘導性の寄与を与えるように電力消費装置２０２を制御する。前述したような取り決めに従って、このような動作モードでは、無効電力制御装置２００は、配電網１に流れる電気の電流−電圧位相差に対して負の寄与を発生するように電力消費装置２０２の電力消費を制御する。電力消費装置２０２が電流−電圧位相差に対して負の寄与を与えるような動作モードは、ここでは集約的に、「誘導性モード」と称される。

図３ａから図３ｃは、電流制御装置２１２の３つの動作モードを示しているのであるが、本発明のある幾つかの実施形態では、無効電力制御装置２００は、異なる数のモードを有する。例えば、無効電力制御装置２００は、電力消費装置２０２からのより大きな又はより小さな無効寄与を発生するようにＴ_１及び／又はＴ_２の値が変えられるような異なるモードを有することができる。無効電力制御装置２００は、付加的に又は代替的に、電圧サイクルが多くの時間スロットに分割され、電流が電力消費装置２０２の無効性寄与を調整するようにそれらスロットのうちの選択されたものから引き出されるような１つ以上の動作モードを有することができる。このような動作モードの実施例は、図３ｄに示されており、ここでは、各半サイクルＣ′が１６個の時間スロットに分割されており、それら時間スロットのうちの選択されたものから電力が引き出されるようになっており、理解を容易とするため、ここでは、１６個のスロットのみを示しているが、典型的に、各半サイクルＣ′は、何百又は何千個というスロットに分割することができ、これにより、電圧サイクルに亘っての電力消費をより滑らかに分散させることが可能となる。図３ｄに示す実施例では、各半サイクルＣ′の初期部分においては、１つ置きの時間スロット中に電力消費装置へ電力が供給され、各半サイクルＣ′の後期部分においては、２つ置きの時間スロット中においてのみ電力消費装置へ電力が供給され、その結果として、配電網に対する無効電力寄与が容量性となる。

本発明のある幾つかの実施形態では、電流制御装置２１２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）ユニットを備え、次に説明するように、ＰＷＭ方法に従って動作する。ＰＷＭ方法においては、配電網１からの電力給電の各サイクルは、再び、スロット、例えば、数十個のスロットへと分割され、電力が電力消費装置２０２へ供給される各スロット中の時間比率は、そのサイクルにおけるスロット位置に従って変化され、例えば、電力消費装置２０２は、各サイクルの第１及び第３四半期中では、その能力の４５％で運転され、第２及び第４四半期中では、その能力の５５％で運転され、「遅れ」誘導性電力寄与を生ずるようにすることができる。これは、これら時間スロットの各々をサブスロットへと分割し、例えば、所定のスロットのサブスロットの部分中にのみ電力消費装置へ電力を供給することにより実施することができる。

前述したように、図２及び図３に関連して説明した前述の実施例は、電力装置２０２を電力消費装置としているものであるが、本発明のある幾つかの実施形態では、電力装置２０２は、配電網１へ電力を供給する電力供給装置であり、電力消費でなく電力の供給が無効電力制御装置２００により制御されるのである。この電力の供給の場合には、電力装置２０２により与えられる交流は、前述した原理に従って変更される。この方法は、電力装置２０２により与えられる電流がＡＣの形にあるか、又は、前述したように処理される前にＡＣの形へと変換されるような時に、特に適している。

しかしながら、電力装置２０２がＤＣ電流を与えるような場合には、例えば、もし、電力装置が太陽光パネル又はＰＥＶ又は自家用自転車電池の如き電気貯蔵装置である場合には、ＤＣ−ＡＣ変換処理の部分としてその電流を変調するのが都合がよい。更にまた、電力装置２０２により与えられるＡＣ電力が、例えば、家庭用バイオ燃料発電機におけるように、変化し易く又は低品質であるような場合には、次に説明するような方法に従って、そのＡＣ電力を安定なＤＣ電力へと変換し、それから、その安定なＤＣ電力をＡＣ電力へと再変換するのが都合がよい。このＡＣ／ＤＣ変換は、電池の如き一時的又は断続的エネルギー貯蔵装置を使用することにより実施することができる。

図４は、以下に説明するように、（ＤＣ／ＡＣ）変換装置（「インバータ」と称されることが多い）の部分として使用される無効電力制御装置２００の詳細を示している。この実施例では、この無効電力制御装置２００は、ＤＣ電力供給装置２０２ａと共に使用され、電流制御装置２１２は、Ｈブリッジ４１２、インダクタ４０４及び変圧器４０６を備えており、これらの機能については、以下に説明する。

ＤＣ電力供給装置２０２ａからのＤＣ給電は、Ｈブリッジ４１２へ接続され、このＨブリッジ４１２は、４つのスイッチ４００ａから４００ｄを備えており、これらスイッチは、典型的に、トランジスタ又は任意の他の半導体スイッチとして実施される。このＨブリッジ４１２は、ＤＣ電力供給装置２０２ａの無効電力寄与を制御するように、無効電力制御ユニット２０４により制御される。このＨブリッジは、端子４０２ａ及び４０２ｂを介してインダクタ４０４及び以下に説明するような後続の構成部分に接続される。

Ｈブリッジ４１２のスイッチ４００の構成を変えることにより、Ｈブリッジ４１２の端子４０２ａ及び４０２ｂの極性を変えることができる。対角的に対向しているスイッチ４００ａ及び４００ｄが開であり、スイッチ４００ｂ及び４００ｃが閉であるような構成においては、Ｈブリッジ端子４０２ａは、電気的に負であり（即ち、電流は端子４０２ａを通して電力供給装置２０２ａの負端子４０１ａの方へ流れる）、一方、Ｈブリッジ端子４０２ｂは、電気的に正である（即ち、電流は、Ｈブリッジ４１２の端子４０２ｂを通して電力供給装置２０２ａの正端子４０１ａから流れ出る。反対に、スイッチ４００ａ及び４００ｄが開であり、スイッチ４００ｂ及び４００ｃが閉であるような構成では、Ｈブリッジ端子４０２ａは、電気的に正であり、Ｈブリッジ端子４０２ｂは、電気的に負である。

制御ユニット２０４のプロセッサ２０６は、端子４０２ａ及び４０２ｂからＡＣ信号を生ずるように、Ｈブリッジのスイッチング構成を制御する。Ｈブリッジ４１２からの信号は、そのＡＣ信号を平滑化するインダクタ４０４へと加えられ、そこから、変圧器４０６へと加えられ、この変圧器は、配電網１における送電に適した電圧を有するようにその信号を調整するものであり、この変圧器４０６からの信号が配電網１へと加えられるのである。

図５ａは、電力供給装置２０２ａの出力端子４０１ａ及び４０１ｂの間の電位差（Ｖ）を時間（Ｔ）に関して示したグラフである。この電位差は、不変なものとして示されているが、実際には、これは、例えば、電力供給装置２０２ａが太陽光発電装置である場合には、天候条件によって時間につれてある程度変化するものである。

図５ｂから図５ｄは、Ｈブリッジ４１２が本発明の実施形態により異なるモードで制御されている時のＨブリッジ端子４０２ａ及び４０２ｂの間の電位差を時間に関して示すグラフである。図５ｃから図５ｇは、変圧器４０６の出力端子４０８ａ及び４０８ｂでの電流（Ｉ）、即ち、配電網１へ供給される電流の時間につれての対応する変動を示している。図５ｂから図５ｄに関して説明した実施例の各々において、制御ユニット２０４は、Ｈブリッジ４１２を制御して、スイッチ４００ａから４００ｄが周期的に反復するオン−オフシーケンスにて動作して、変圧器の出力端子４０８ａ及び４０８ｂに交流電流が発生されるようにする。この発生される交流電流は、配電網１に流れる電気と同相であり、且つ配電網１に流れる電気の半サイクルＣ′の長さに対応する半サイクルＣ′の長さを有するように調整される。

図５ｂは、制御ユニット２０４が中性動作モードに従ってＨブリッジを制御している時の、Ｈブリッジ端子４０２ａ及び４０２ｂでの電圧の時間に関する変動を示している。この動作モードでは、制御ユニット２０４は、各半サイクルＣ′の中心点について対称である反復オン−オフシーケンスにてＨブリッジ４１２のスイッチ４００を制御して、配電網１へ供給される電流が、図５ｅに示されるように、対称正弦波交流電流となるようにする。オン−オフパターンであり、配電網に与えられる電流が各半サイクルＣ′の中心点について対称であるので、配電網に流れる電気に対する無効電力寄与は全くなされない。

図５ｃは、制御ユニット２０４が容量性動作モードに従ってＨブリッジを制御している時の、Ｈブリッジ端子４０２ａ及び４０２ｂでの電圧の時間に関する変動を示している。この動作モードでは、制御ユニット２０４は、各半サイクルの中心点について非対称である反復オン−オフシーケンスにてＨブリッジ４１２のスイッチ４００を制御して、配電網１へ供給される電流が、図５ｆに示されるように、非対称交流電流となるようにする。Ｈブリッジ４１２を通して電流が流れる時間の比率は、各半サイクルＣの第１の半分中よりも高く、配電網へ供給される電流は、そこに流れる電気の電圧よりも進むようになり、従って、このモードでは、その配電網１に流れる電気に対して容量性寄与がなされる。

図５ｄは、制御ユニット２０４が誘導性動作モードに従ってＨブリッジを制御している時の、Ｈブリッジ端子４０２ａ及び４０２ｂでの電圧の時間に関する変動を示している。この動作モードでは、制御ユニット２０４は、各半サイクルの中心点について非対称である反復オン−オフシーケンスにてＨブリッジ４１２のスイッチ４００を制御して、配電網１に供給される電流が、図５ｇに示すように、非対称交流電流となるようにしている。電流がＨブリッジ４１２を通して流れる時間の比率は、各半サイクルＣ′の第２の半分中よりも高く、配電網に供給される電流は、そこに流れる電気の電圧よりも遅れるようになり、従って、このモードでは、配電網１に流れる電気に対して誘導性寄与がなされる。

図４及び図５ａから図５ｇに関して説明された実施形態は、切換えキャパシタの如き無効電力を発生する付加的な手段を使用せずに、電力供給装置２０２の無効電力寄与を変えるように、電力供給装置２０２からの電流を変調する更に別の方法を提供する。ここに説明する実施形態では、無効電力寄与は、各半サイクルＣ′の中心点について非対称であるが、配電網１に流れる電圧信号と同じ周波数で且つ同じタイミングで零点を横切るようなＡＣ信号を発生することにより制御される。付加的又は代替的に、無効電力寄与は、配電網１に流れる電圧信号と位相がずれるように、その信号が零点を横切るタイミングをずらすことにより発生することができる。

前述の実施例では、無効電力制御装置は、電流制御装置２１２がモードの各々において所定の大きさの無効電力を供給するような有限数の別々のモードにて動作している。ある幾つかの場合において、電力消費装置２０２によって与えられる最大許容力率を規定する規制がある。例えば、欧州共同体規制では、２５Ｗまでの電力定格を有する装置は、０．５以上の力率を有していなければならず、７５Ｗ以上の電力定格を有する装置は、０．９以上の力率を有していなければならない、と規定されている（ＩＥＣ／ＥＮ６１０００−３−２参照）。従って、電流制御装置２１２は、測定される電流制御装置２１２がアクティブである全ての場合において、最大許容出力を与えるように構成されていると、効果的である。しかしながら、ある幾つかの実施形態では、電流制御装置２１２は、電流−電圧位相差の測定値に従って連続的に与えられる無効電力の大きさを変えるように構成される。

動作モードの数及びタイプは、電力装置２０２の電力定格の如き特性及び／又は最大許容無効電力寄与を規定する規制に従って選択される。更にまた、電流制御装置２１２は、前述した実施例に限定されず、例えば、可変抵抗を含み、電流サイクルにおける任意の所定のポイントで使用可能な全電流のある部分を与えるような装置を、前述したようなスイッチング装置と連携して又はそれに替えて使用することができる。

前述した無効電力制御装置２００の動作モードに従って、電力消費装置２０２の電力消費を制御することにより、配電網１における電力流に対して、容量性無効電力寄与及び／又は誘導性無効電力寄与を、その電力装置２０２の構成部分自身が有している誘導性及び／又は容量性リアクタンスとは無関係に、与えることができる。こうして、電力ユニット２０２は、例えば、磁石コイル等の如き内部の誘導性構成部分によって、電力流に対して誘導性寄与をなすかもしれないのであるが、無効電力制御装置２００の動作による電力流に対する寄与を、例えば、容量性とすることができる。

図６は、本発明のある幾つかの実施形態によって、電力装置２０２を制御するのに無効電力制御装置２０４により行われる典型的なステップを示すフロー図である。ステップＳ６００にて、無効電力計２０３は、電力装置２０２の場所で配電網に流れる電気の電流−電圧位相差を測定する。

ステップＳ６０２にて、制御ユニット２０２におけるプロセッサ２０６は、ステップＳ６００にてなされた測定に基づいて、その位相差が所定の範囲内にあるかを決定する。この所定の範囲は、この範囲内では位相差の調整を行う必要のないような位相差の所定の範囲とすることができるものである。もし、その位相差がその所定の範囲内にあると、プロセッサ２０６が決定する場合には、電力装置２０２の無効寄与に対する調整は、必要とされず、このプロセスは、ステップＳ６０４へと進み、そこで、プロセッサ２０６は、無効電力制御装置２００の中性モードを選択し、その選択された中性モードにて動作させるような指令信号を電流制御装置２１２へ送る。

一方、もし、位相差が所定の範囲内にないと、プロセッサがステップＳ６０２にて決定する場合には、このプロセスは、ステップＳ６０６へと進み、そこで、プロセッサ２０６は、例えば、ステップＳ６００で測定された位相差が所定の範囲の外で誘導性側にあるかを決定することにより、誘導性補償が必要とされるかを決定する。もし、誘導性寄与が必要とされると、プロセッサが決定する場合には、このプロセスは、ステップＳ６０８へと進み、そこで、プロセッサは、誘導性モードを選択し、電流制御装置２１２が電力装置２０２を制御して配電網１における電力流に対して誘導性寄与を与えるようにし、誘導性モードにて動作させるような指令信号を電流制御装置２１２へ送る。

もし、ステップＳ６０６にて、位相差に対する誘導性補償が必要とされないと決定される場合には、容量性寄与が必要とされると結論付けられ、このプロセスは、ステップＳ６１０へと進み、そこで、プロセッサ２０６は、容量性モードを選択し、電流制御装置２１２が電力装置２０２を制御して、配電網における電力流に対して容量性寄与を与えるようにし、容量性モードにて動作させるような指令信号を電流制御装置へ送る。

このようにして、無効電力制御装置２００は、配電網１に流れる電気の局部的に検出された電流−電圧位相差に応答して、電流の流れを制御し、それにより、電力装置２０２へ電力を供給したり及び／又は電力装置２０２から電力を与えたりするようにする。電流の流れをこのように制御することにより、配電網に流れる電気の位相差を調整する無効電力寄与が生ぜしめられる。電力装置２０２の電力消費及び／又は供給が大きい場合には、個々の装置からの補正無効電力寄与により、配電網に流れる電気の位相差に対して相当の調整が与えられる。更にまた、個々の電力装置２０２の電力消費及び／又は供給が小さい場合でも、例えば、個々の電力装置２０２が前述したように低電力装置である場合でも、このような装置の分散グループからの寄与を組み合わせば、以下により詳細に説明するように、配電網に流れる電気の電流−電圧位相差に対して相当の効果を与えることができる。

典型的に、配電網の状態は時間と共に変化するものであり、従って、本発明のある幾つかの実施形態では、図６に関して前述したプロセスは、無効電力計により検出される位相差の変化により異なるモードとし、それにより異なる無効電力寄与が選択されるようにして、連続的に又はある間隔をおいて繰り返される。

前述した実施例では、位相差が所定の範囲内にあるかを無効電力補償処置２００が決定し、その決定に依存して動作モードを選択すると説明しているが、ある幾つかの実施形態では、所定範囲を設けない。これらの実施形態では、無効電力補償装置２００は、ステップＳ６０２を省略し、直接にステップＳ６０６へと進む。換言すると、これらの実施形態では、無効電力補償装置の「中性動作モード」は無く、無効電力補償装置２００は、無効電力流が所定の値より誘導性であると又は容量性であると決定されたかに依存して、容量性モードと誘導性モードとの間で切り換えをする。

ある幾つかの場合においては、検出された無効電力成分の符号と常に反対の符号を有する無効電力成分を与え（即ち、検出された無効電力成分が誘導性である場合には、容量性成分を与え、その逆に、検出された無効電力成分が容量性である場合には、誘導性成分を与え）て、前述した所定の値を零とすることが望ましく、他の場合においては、最適電流−電圧位相差を非零値とすることができる。これは、電流−電圧位相差は、配電網１を通して進むにつれて、その配電網１における変圧器及び他の構成部分からの無効性寄与のため変化するからである。従って、送電の効率の観点からの最適状態は、必ずしも、電力装置２０２の場所で位相差が零であることでなく、その代わりに、位相差は、例えば、電力装置２０２にて僅かに容量性（例えば、２から５度の範囲において）であり、その位相差が発電所で僅かに誘導性である場合に、その配電網の中間のあるポイントにおいて、その位相差が零となるようにすることができる。従って、無効電力補償装置２００は、位相差の値を決定し、これを所定の最適値と比較し、その検出された位相差とその所定の値との間の差を減少させるようにする無効電力寄与を与えるように構成することができる。

前述した所定の範囲は、典型的に、最適値（又は少なくとも含む）を中心としているので、ある場合には、特に、最適値が零又はその近くに設定されている場合及び／又は前述した所定の範囲が比較的に大きい場合には、その範囲の端点は、反対符号となり、即ち、一方の端点は、容量性値に対応し、他方の端点は、誘導性値に対応するようになる。これらの場合において、前述した誘導性補償が必要とされるかを決定するステップ（ステップＳ６０６）は、単に、ステップＳ６００で測定された電流−電圧位相差が誘導性であるか、又はそれが無効性であるかを決定することを含むようにすることができる。最適値が非零値に設定されているような、特に、所定の範囲が比較的に狭いような、他の場合においては、その所定の範囲は、容量性値のみを含み又は誘導性値のみを含むようにすることができる。これらの場合において、ステップＳ６０６は、ステップＳ６００で測定された位相差を所定の範囲の端点と比較して、その測定された位相差がその範囲の誘導性側にあるか又は容量性側にあるかを決定することを含むことができる。

ある幾つかの場合においては、配電網１における電気の位相ずれに小さな変動があり、もし、これらの変動が前述した許容範囲の端点を定めるしきい値にて又はその近くにて発生する場合には、それら変動により、無効電力制御装置２００がモードの間で振動してしまうことがあり、これにより、それら振動が悪化させられてしまい、配電網１に流れる電流が不安定となってしまうことがある。これらの振動を減少させ又は除去するため、図５に関してここに説明するように、無効電力制御装置２００がモードの間で切り換えるしきい値に関してヒステレシスを使用することができる。

図７は、測定された配電網位相差対電力装置２０２の発生された無効電力を示すグラフである。図示の実施例では、電力装置２０２は、モード２にて動作するときには、＋Ｐの無効電力を発生し、モード１にて動作するときには、零無効電力を発生し、モード３にて動作するときには、−Ｐの無効電力を発生する。この実施例において発生される無効電力の大きさは、モード２及びモード３において同じであるが、ある幾つかの実施形態では、それらモードの各々においてその大きさを異ならせることができる。

図７は、４つのしきい値Ｒ_１からＲ_４を示しており、これらしきい値にて、無効電力制御装置２００は、モード切り換えを行い、Ｒ_１及びＲ_２は、負の（誘導性）位相差を表しており（｜Ｒ_１｜＞｜Ｒ_２｜）、及びＲ_３及びＲ_４は、正の（容量性）位相差を表している（｜Ｒ_４｜＞｜Ｒ_３｜）。誘導性配電網位相差の大きさが増大するときには、無効電力制御装置は、その位相差の値がＲ_１を横切るときに中性モードから容量性モードへの切り換えを行う。しかしながら、反対方向において、誘導性配電網位相差の大きさが減少するときには、無効電力制御装置２００は、Ｒ_１で容量性モードから中性モードへの切り換えは行わず、その代わりに、無効電力制御装置２００は、Ｒ_２でその切り換えを行う。同様に、容量性配電網位相差が増大する場合には、無効電力制御装置２００は、中性モードから誘導性モードへの切り換えを行うが、容量性配電網位相差が減少する場合には、無効電力制御装置２００は、Ｒ_４で切り換えを行う。こうして、位相差がしきい値Ｒ_１からＲ_４のうちの１つの周りで変動するとしても、無効電力制御装置２００の動作モードにおいて振動は起きない。何故ならば、無効電力制御装置２００は、Ｒ_２及びＲ_３の周りの中性モードにおいて安定であり、Ｒ_１の周りの容量性モードにおいて安定であり、Ｒ_４の周りの誘導性モードにおいて安定であるからである。

図７に関して前述した実施例では、Ｒ_１及びＲ_２が誘導性値を表すとし、Ｒ_３及びＲ_４が容量性値を表すとしているが、前述した最適値が、非零である場合には、Ｒ_１からＲ_４の全てが容量性であり又はそれらが全て誘導性であるとすることができることは、理解されよう。この場合において、無効電力制御装置２００は、検出された位相差が容量性のままでも、検出された位相差がＲ_１を横切るときに容量性寄与を与えるように容量性モードへの切り換えを行い、同様に、検出された位相差が誘導性のままでも、検出された位相差がＲ_４を横切るときに誘導性寄与を与えるように誘導性モードへの切り換えを行うことができる。

前述したヒステレシス特徴に対して、付加的又は代替的に、無効電力制御装置は、しきい値を横切るときに、ある所定の時間期間Ｔ３の間モードの切換を遅延させるように構成することができる。こうすることによっても、高周波振動がシステムに導入されないようにすることができる。

更にまた、前述したように、本発明のある幾つかの実施形態では、複数の無効電力制御装置２００を配電網の異なる場所に分散配置して、それら無効電力制御装置２００の各々が個々の電力装置２０２を制御し、それにより、配電網１に流れる無効電力を制御するのに使用できるシステムを形成するようにすることができる。これは、特に、低又は中間サイズの電力装置２０２に使用するときに効果的であり、配電網における無効電力流に対する調整を、個々の装置を使用して達成されるよりも、より相当なものとすることができる。例えば、全ての電力消費のほぼ５％が商業店舗及び家庭内での照明装置によるものと推定される。このような照明装置の全てを、本発明による無効電力制御装置２００として使用する場合には、ここに説明した方法により、電力消費装置の全電力使用の５％が無効電力として寄与できるものと仮定して（この数値は、ここで説明する方法を使用して容易に達成しうるものである）、全配電網電力容量の０．２５％を、より効率的な無効電力特性を与えるのに使用することができる。

無効電力制御装置２０２の分散グループを使用する実施形態（これらの実施形態に限定されないが）では、無効電力制御装置２００がモード切り換えを行うしきい値Ｒ_１からＲ_４の値のうちの１つ以上及び／又は切り換え遅延Ｔ３の長さを、異なる装置の間で変えることができる。これらの値は、無効電力制御装置２００の製造中にランダムに（例えば、定められた最適値の周りの定められた限界値内で）指定され、データ記憶２１０に記憶させられる。ある場合においては、無効電力制御装置２００のプロセッサ２０６は、値Ｒ_１からＲ_４及びＴ３のうちの１つ以上のものを変えることができ、これは、例えば、所定の時間限界にて又は制御センターからの作動信号による装置の作動にて実施される確率化プロセスに従って行うことができる（以下参照）。このようにしてこれらの値を確率化することにより、装置の分散グループが一致して作動してしまってシステムに望ましくない振動を生じさせてしまうようなことを防止することができる。

前述したように、無効電力制御装置２００は、通信インターフェースを介して制御センターと通信するように構成することができる。制御センターは、配電網におけるノード又はここに説明したような無効電力制御装置の分散グループと通信及び／又はそれらを制御するように構成された任意の他の装置であってよい。制御センターと無効電力制御装置２００との間の通信は、ワイヤレス又は固定ライン通信、例えば、インターネット及び／又はＧＳＭネットワークを介しての通信を使用して行うことができる。ある場合においては、無効電力制御装置２００と制御センターとの間の通信は、電力ライン４１４に沿ってデータを送信することによっても行うことができる。

本発明のある幾つかの実施形態では、無効電力制御装置２００は、制御センターからの作動信号を受信し、この作動信号の受信に応答して配電網１へ与えられる無効電力を制御するように構成され、即ち、その作動信号により、作動信号の受信前には不作動、即ちターンオフされていた無効電力制御装置２００がターンオンさせられるように構成することができる。無効電力制御装置が不作動である時には、電力装置２０２は、通常の動作に従って、即ち、それが無効電力制御装置に接続されていないかのようにして、配電網により与えられる電力を消費及び／又は供給することができる。制御センターは、無効電力制御装置をターンオフ、即ち不作動状態へとする不作動信号を与えることもできる。

制御センターからの作動信号の受信時に、分散グループの無効電力制御装置２００の各々は、ターンオンし、例えば、図６に関して前述したプロセスに従って動作を開始する。前述したパラメータＲ_１からＲ_４及び／又はＴ３に関した乱数値の発生は、この作動信号の受信に応答して行うことができる。作動信号に応答して作動する無効電力制御装置が全て同時に作動しないようにして、配電網に流れる無効電力に突然の変化が生じないようにすることも効果的である。これは、その作動信号の受信後、ランダムに発生された時間間隔の経過後に各装置が作動されるようにすることにより行うことができ、このランダムに発生される時間間隔は、それら装置自身によって発生することができ、又は、作動信号自体にその時間間隔を規定しておくこともできる。

ある幾つかの実施形態では、パラメータＲ_１からＲ_４及び／又はＴ３は、作動信号の部分又はある他の信号として制御センターにより規定される。これにより、無効電力制御装置２００の特性を配電網１の特定の状態に従って編成することができる。

ある幾つかの実施形態では、無効電力制御装置２００のうちのある幾つかのものを、制御センターの制御無しで自律的に挙動するようにし、他のある幾つかの無効電力制御装置２００を制御センターの制御下にて動作するようにする。この場合において、前述した所定の範囲を、自律的無効電力制御装置２００に対しては比較的に大きく、遠隔的に制御される装置２００に対しては比較的に狭くすると効果的であり、このようにして、全ての無効電力制御装置２００は、配電網における無効電力の大きな振れに反応するが、それらの特性を遠隔的に調整することにより、より微細に調整されるような、遠隔的に制御される装置のみがより小さな変化を調整するのに使用されるようにすることができる。

前述したように、無効電力制御装置２００を作動及び／又は不作動とするのに制御センターを使用することにより、無効電力制御装置２００を、配電網１に対して需要時に無効電力を分配するのに使用するようにすることができる。こうして、無効電力制御装置２００のユーザのグループ及び／又は制御センターのオペレータは、例えば、電力供給者へ無効電力を販売することができる。

無効電力制御装置２００は、制御センターと通信して、その無効電力制御装置の性能に関するデータ及び他の情報を与えるようにすることもできる。例えば、プロセッサ２０６は、無効電力制御装置２００の作動時間、配電網１へ与えられる無効電力の量、無効電力計２０３によるＲＰＣの測定結果等の如きデータをデータ記憶装置２１０に記録し、且つこのような情報を通信インターフェース２０８を介して制御センターへ与えるように構成される。もし、電力装置２０２がＰＥＶの如き移動装置である場合には、この電力装置もまた、例えば、ＧＰＳ追跡装置を使用してその位置を記録し、その位置を制御センターへ通信するように構成することができる。

更にまた、無効電力制御装置２００は、配電網１に流れる電気の１つ以上の特性を測定し、これらの電気特性を示すデータを制御センターへ通信することができる。このような測定は、無効電力計２０３又は１つ以上の他の計量器を使用することにより行うことができる。測定され報告されるこれら１つ以上の電気品質特性として、次のうちの１つ以上を含むことができる。
・無効電力特性；
・ライン電圧が短い時間期間の間公称電圧より高いか又は低いかするディップ、サグ、
スウエル及びブローンアウトの如き電圧変動；これは、例えば、配電網故障、容量性
負荷の切り換え及び過大負荷により発生される；
・高調波；給電周波数の複数倍でのライン電圧における変動；これは、例えば、可変速
度ドライブ及びＵＰＳシステムの如き電力電子負荷により発生される；
・フリッカー；電圧におけるランダム又は繰り返し変動；これは、例えば、ミル、ＥＡ
Ｆ動作（アーク炉）、溶接装置及びシュレッダーにより発生される；
・配電網不平衡、即ち、異なるライン電圧；これは、単相負荷、相対相負荷及び溶接装
置のような不平衡３相負荷により発生される；
・振動（共振）；電気エネルギーの流れが、例えば、インダクタの磁界とキャパシタの
電界との間で周期的に方向を変える；
・過渡（速い乱れ）；電圧波形及び電流波形の両者において起こる正弦波における急速
な変化；これは、スイッチング装置、高電力装置のスタート及びストップにより発生
される

無効電力制御装置２００は、例えば、図２から図７に関連して前述した方法を適応させて、検出された品質特性を調整するように電力装置２０２の電力消費及び／又は供給を制御するための手段を含むこともできる。

制御センターは、この情報を使用して、例えば、無効電力補償を必要とする配電網１の区域を決定することができる。このとき、制御センターは、無効電力制御装置２００の分散グループによって発生されるべき無効電力の必要量を決定し、且つその適切な配電網区域における装置のグループを特定し、その特定された装置の各々へ作動信号を送ることができる。この目的のため、無効電力制御装置２００は、各々が個々にアドレスされるようにするのが都合良く、例えば、各無効電力制御装置２００は、ＩＰアドレスを有し、及び／又は各無効電力制御装置に、加入者識別モジュールＳＩＭカードを設けることができ、この場合において、アドレスデータは、ＭＳＩＳＤＮ番号の如きそのＳＩＭカードの識別番号を含む。

ここに説明した技法及び方法は、種々な手段により実施することができる。例えば、これらの技法は、ハードウエア（１つ以上の装置）、ファームウエア（１つ以上の装置）、ソフトウエア（１つ以上のモジュール）又はそれらの組合せにより実施することができる。ハードウエアで実施する場合には、図２及び図４の装置は、１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、デジタル信号処理装置（ＤＳＰＤ）、プログラマブルロジック装置（ＰＬＤ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、ここに説明した機能を果たすように設計された他の電子ユニット又はそれらの組合せ内で実施することができる。ファームウエア又はソフトウエアの場合には、ここに説明した機能を果たす少なくとも１つのチップセットのモジュール（例えば、手順、機能等）により実施することができる。ソフトウエアコードが、データ記憶装置に記憶され、プロセッサにより実行される。データ記憶ユニット２１０は、プロセッサ内又はプロセッサの外部にて実施することができる。プロセッサの外部にて実施する場合には、そのデータ記憶ユニットは、当業分野にて知られているように、種々な手段を介してプロセッサに通信できるように結合される。更に、ここに説明したシステムの構成部分は、それに関して説明された種々な態様等を達成し易くするため、配列し直したり及び／又は付加的な構成部分により補足したりすることができるのであり、当業者には理解されるように、これら構成部分は、ここに与えられた図に説明された構成そのものに限定されるものではない。

前述の実施形態は、本発明を例示するための実施例であると理解されたい。本発明の更に別の実施形態が考えられるものである。例えば、前述した実施形態では、配電網１は、単相配電を使用している。しかしながら、当業者には明らかなように、３相システムの如き多相システムに対しても同じ原理が適用できるものである。

更にまた、前述の実施例では、電流制御装置２１２は、１つ以上の半導体スイッチング装置を使用して実施されている。このような実施形態は、当業分野において許容されるような約２５アンペアから３５アンペアまでの電流を引き出す家庭用消費装置に使用するのに、特に適している。しかしながら、半導体スイッチを損傷してしまうかもしれないような電流のレベルを生ずるような高電力消費又は供給装置に使用する時には、真空管の如き他のスイッチング装置を使用するのが好ましい。

どの１つの実施形態に関連して説明したどの特徴も、それ単独で使用でき、また、ここで説明した他の特徴と組み合わせて使用することもでき、また、それら実施形態の他のどれの１つ以上の特徴と組み合わせて使用することもでき、また、それら実施形態の他のどれの任意の組合せと組み合わせて使用することもできることは、理解されよう。更にまた、前述していない均等物及び変形態様も、特許請求の範囲に限定された本発明の範囲から逸脱せずに、考え得るものである。

Claims (29)

1. 配電網に接続された場合に、前記配電網からの電力を消費するための、又は、前記配電網へ電力を供給するための電力装置に使用する無効電力制御装置であって、
   前記配電網に流れる電気の無効電力成分に関連した、前記配電網に流れる電力の無効電力特性を前記電力装置にて検出するための検出手段と、
   前記検出された無効電力特性に基づいて、前記電力装置による前記配電網に対する無効電力寄与を制御して前記検出された無効電力特性の値を調整するように構成された制御手段と、
   を備える無効電力制御装置。
2. 前記無効電力制御装置は、
   前記検出された無効電力特性の値を決定し、
   前記決定された値を所定の値と比較する、
   ように構成されており、
   前記制御手段は、前記検出された値と前記所定の値との間の差を減ずるように前記無効電力寄与を制御するように構成されている、請求項１に記載の無効電力制御装置。
3. 前記無効電力特性は、前記配電網に流れる電気の電圧と電流との間の位相差に関連しており、前記所定の値は、所定の位相差値を含む、請求項２に記載の無効電力制御装置。
4. 前記無効電力制御装置は、前記検出された無効電力特性に基づいて、前記無効電力成分が前記所定の値よりもより誘導性であるか、又は、前記無効電力成分が前記所定の値よりもより容量性であるかを決定するように構成されており、
   前記制御手段は、
   前記検出された無効電力成分が前記所定の値よりもより誘導性であるとの決定に応答して、前記配電網に対して容量性無効電力を寄与させるように前記電力装置を制御し、
   前記検出された無効電力成分が前記所定の値よりもより容量性であるとの決定に応答して、前記配電網に対して誘導性無効電力を寄与させるように前記電力装置を制御する、
   ように構成されている、請求項３に記載の無効電力制御装置。
5. 前記検出手段は、前記無効電力特性の変化を検出するように構成されており、
   前記制御手段は、前記検出手段がしきい値を横切る前記無効電力特性の値の遷移を検出することに応答して、前記配電網に対する前記無効電力寄与を変化させるように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の無効電力制御装置。
6. 前記制御手段は、
   前記検出された無効電力成分の値が第１のしきい値より小さい値から前記第１のしきい値よりも大きい値へと変化することに応答して、前記電力装置によって前記配電網に対して寄与される前記無効電力の値を、第１の所定値から第２の所定値へと変化させ、
   前記無効電力成分の値が前記第１のしきい値より小さな大きさを有する第２のしきい値より大きな値から前記第２のしきい値より小さな値へと変化することに応答して、前記電力装置によって前記配電網に対して寄与される前記無効電力を、前記第２の所定値から前記第１の所定値へと変化させる、
   ように構成されている、請求項５に記載の無効電力制御装置。
7. 前記制御手段は、前記検出手段が前記無効電力特性の変化を検出した後、所定の時間期間の経過に応答して、前記無効電力を変化させるように構成されている、請求項５又は６に記載の無効電力制御装置。
8. 前記配電網に流れる電気は、所定の期間を有する交流電気流を含み、前記制御手段は、切換え手段を制御して、前記所定の期間の１つ以上の部分中に前記電力装置への及び前記電力装置からの電力の供給を選択的に中断させるように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の無効電力制御装置。
9. 前記制御手段は、電流変調手段を備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の無効電力制御装置。
10. 前記制御手段は、パルス幅変調手段を備えており、前記電力装置は、前記配電網からの電力を消費するための電力消費装置を備えており、前記制御手段は、前記電力消費装置の電力消費のデューティーサイクル特性を制御するように構成されている、請求項９に記載の無効電力制御装置。
11. 前記電力装置は、前記配電網へ電力を供給するための電力供給装置を備えており、前記電力供給装置は、直流を与えるように構成されており、前記制御手段は、直流−交流変換手段を制御するように構成されている、請求項１から１０のうちのいずれか１項に記載の無効電力制御装置。
12. 前記電力装置は、前記直流を与えるための交流−直流変換手段を備える、請求項１１に記載の無効電力制御装置。
13. 前記配電網に流れる電気の１つ以上の電気品質特性を検出するための手段を備えており、前記制御手段は、前記検出された電気品質特性を変更するように、前記電力装置により供給される及び／又は消費される電力の特性を制御するように構成されており、前記検出された１つ以上の電気品質特性は、前記電気流における高調波、電圧のランダムな又は繰り返し変動、電線網不平衡、電力流の振動、電力流の過渡のうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の無効電力制御装置。
14. 前記電力装置は、前記配電網へ電力を供給するための電力供給装置を備えており、前記電力供給装置は、光起電力発生装置、自家用電気自動車、自家用電気自転車及び家庭用再生可能エネルギー源のうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の無効電力制御装置。
15. 前記配電網は、送電グリッド及び配電グリッドを備え、前記送電グリッドは、１つ以上の変圧器を介して前記配電グリッドに接続され、該配電グリッドへ電力を供給し、前記配電グリッドは、複数の家庭内及び／又は産業ユーザへ電力を供給し、前記電力装置は、前記配電グリッドからの電力を消費し、又は前記配電グリッドへ電力を供給するためのものである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の無効電力制御装置。
16. 制御センターから作動信号を受信するための通信インターフェースを備え、前記制御手段は、前記通信インターフェースでの前記作動信号の受信に応答して、前記無効電力寄与の制御を行うように構成されている、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の無効電力制御装置。
17. 配電網において無効電力流を制御するのに使用するためのシステムであって、
    各々が前記配電網に接続された個々の電力装置を制御する、複数分散させた請求項１５に記載の無効電力制御装置と、
    前記複数分散させた無効電力制御装置の各々へ前記作動信号を送るための制御センターと、
    を備えるシステム。
18. 前記複数の無効電力制御装置のうちの異なる１つ１つは、前記作動信号を受信後に、異なる間隔で前記制御の実行を開始させるように構成されている、請求項１６に記載のシステム。
19. 前記無効電力制御装置の各々は、個々の電力装置の１つ以上の性能特性を測定するための手段を備えており、前記無効電力制御装置の各々は、前記１つ以上の性能特性を示すデータを前記制御センターへ送信するように構成されており、前記１つ以上の性能特性は、前記配電網に流れる検出された無効電力成分の値、個々の電力装置により前記配電網へ寄与させられる無効電力の量、及び無効電力の寄与の前記制御の実行の時間のうちの少なくとも１つを含む、請求項１６又は１７に記載のシステム。
20. 前記無効電力制御装置の各々は、前記配電網に流れる電気の電気品質特性を測定するための手段を備えており、前記無効電力制御装置の各々は、前記測定された１つ以上の電気品質特性を示すデータを送信するように構成されており、前記１つ以上の電気品質特性は、無効電力特性、前記電気流における高調波、電圧におけるランダムな又は繰り返し変動、電線網不平衡、電力流における振動、及び前記電力流における過渡のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のシステム。
21. 配電網からの電力を消費し及び／又は配電網へ電力を供給するように構成された１つ以上の電力装置に接続された前記配電網における無効電力流を制御するのに使用するための方法であって、
    前記配電網に流れる電気の無効電力特性成分に関連した、前記配電網に流れる電力の無効電力特性を前記電力装置にて検出するステップと、
    前記検出された無効電力特性の値を調整するように、前記電力装置による前記配電網に対する無効電力の寄与を、前記検出された無効電力特性に基づいて制御するステップと、
    を含む方法。
22. 前記検出された無効電力特性の値を決定するステップと、
    前記決定された値を所定の値と比較するステップと、
    前記検出された値と前記所定の値との間の差を減ずるように前記無効電力寄与を制御するステップと、
    を含む、請求項２１に記載の方法。
23. 前記無効電力特性は、前記配電網に流れる電気の電圧と電流との間の位相差に関連している、請求項２２に記載の方法。
24. 前記検出された無効電力成分が前記所定の値よりより誘導性であるか、又は前記検出された無効電力成分が前記所定の値よりより容量性であるか、を前記検出された無効電力特性に基づいて決定するステップと、
    前記無効電力成分が前記所定の値よりより誘導性であると決定された場合において、前記配電網に対して容量性無効電力を寄与させるように前記電力装置を制御するステップと、
    前記検出された無効電力成分が前記所定の値よりより容量性であると決定される場合において、前記配電網に対して誘導性無効電力を寄与させるように前記電力装置を制御するステップと、
    を含む、請求項２３に記載の方法。
25. 前記無効電力特性の変化を検出するステップと、
    前記無効電力成分の値がしきい値を横切る遷移が検出されたことに応答して、前記電力装置の前記無効電力寄与を変えるステップと、
    を含む、請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の方法。
26. 乱数値発生プロセスに従って前記しきい値を決定するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記検出された無効電力特性の値が第１のしきい値より小さな値から前記第１のしきい値より大きな値へと変化したことに応答して、前記電力装置により前記配電網に対して寄与させられる前記無効電力を、第１の所定値から第２の所定値へと変化させるステップと、
    前記無効電力特性の値が、前記第１のしきい値より大きな大きさを有する第２のしきい値より大きな値から前記第２のしきい値より小さな値へと変化したことに応答して、前記電力装置により前記配電網に対して寄与させられる前記無効電力を前記第２の所定値から前記第１の所定値へと変化させるステップと、
    を含む、請求項２５又は２６に記載の方法。
28. 前記無効電力特性における前記変化を検出後、所定時間期間の経過に応答して、前記電力装置による前記配電網に対する前記無効電力寄与を変化させるステップを含む、請求項２５〜２７のいずれか１項に記載の方法。
29. 乱数値発生プロセスに従って前記時間期間の値を決定するステップを含む、請求項２８に記載の方法。

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