JP2018113802A - 無効電力調整システム - Google Patents

Abstract

【課題】個別の負荷装置の状態に合わせて無効電力を調整するとともに、個別の負荷装置の故障の有無を判断する無効電力調整システムを提供する。
【解決手段】配電線１０４を介して配電網内の共通ノードＮ１にそれぞれ接続された複数の負荷装置１０６のための無効電力調整システムは、共通ノードと複数の負荷装置との間にそれぞれ設けられた複数の無効電力調整装置１０５を含む。各無効電力調整装置は、共通ノードから負荷装置に供給される電力及びその力率を測定する力率及び電力測定器１１１と、共通ノードから負荷装置に供給される電力の力率を調整するように配電線において無効電力を供給又は消費する調相器１１３と、測定された電力及び力率を記憶するメモリ１１２ｍと、調相器を制御する制御回路１１２とを備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、複数の負荷装置を含む電力システムの無効電力を調整する無効電力調整システムに関する。

配電系統では、負荷によって無効電力が変化し、それにより皮相電力と有効電力との比である力率が変化する。現在の電力会社の電気料金制度では、有効電力が皮相電力と同一となる力率１（１００％）に近づくにつれ割引する優遇措置があるので、電力需要家は力率改善を図っている。

特許文献１は、電圧無効電力制御システムを開示している。

特許第５９５９３１２号公報

複数の負荷装置を含む電力システムでは、それらの負荷装置のための無効電力を１つの調相器により一括して調整するものがある（一括調相）。しかしながら、このような一括調相を行うと、調相器が接続された点では力率は改善されるが、調相器から各負荷までの区間では力率が悪化し、不要な無効電流が重畳し、配線ロスが増大する。すなわち、一括調相では、個別の負荷装置の状態に合わせて無効電力を調整することができない。また、一括調相では、調相器と負荷との間にある変圧器などの機器として、力率の悪化により増大した皮相電力に耐えられる大きな容量を有する機器を選定しなければならず、機器のコストが増大する。

また、複数の負荷装置を含む電力システムにおいて、各負荷装置の状態をモニタリングし、各負荷装置の故障の有無を判断することが求められる。可能であれば、各負荷装置の状態をモニタリングし、負荷装置が故障する前に必要な調整又は修理を行う予防保全（状態監視保全）を実施することができれば望ましい。

本開示の目的は、個別の負荷装置の状態に合わせて無効電力を調整するとともに、個別の負荷装置の故障の有無を判断することができる無効電力調整システムを提供することにある。

本開示の一態様に係る無効電力調整システムによれば、
配電線を介して配電網内の共通ノードにそれぞれ接続された複数の負荷装置のための無効電力調整システムであって、
前記無効電力調整システムは、前記共通ノードと前記複数の負荷装置との間にそれぞれ設けられた複数の無効電力調整装置を含み、
前記複数の無効電力調整装置のうちの各１つの無効電力調整装置は、
前記共通ノードから前記１つの無効電力調整装置に対応する前記複数の負荷装置のうちの１つの負荷装置に供給される電力及びその力率を測定する測定器と、
前記共通ノードから前記１つの負荷装置に供給される電力の力率を調整するように、前記共通ノードと前記１つの負荷装置との間の配電線において無効電力を供給又は消費する調相器と、
前記測定器によって測定された電力及び力率を記憶する第１のメモリと、
前記測定器によって測定された電力及び力率に基づいて前記調相器を制御する第１の制御回路とを備え、
前記第１の制御回路は、前記測定器によって測定された現在の電力及び力率を、前記第１のメモリに記憶された過去の電力及び力率とそれぞれ比較することにより、前記負荷装置が正常に動作しているか否かを判断する。

本開示に係る無効電力調整システムによれば、個別の負荷装置の状態に合わせて無効電力を調整するとともに、個別の負荷装置の故障の有無を判断することができる。

これらの包括的かつ特定の態様は、システムにより、方法により、又はシステム及び方法の任意の組み合わせにより実現してもよい。

実施形態１に係る無効電力調整システムを含む電力システムの構成を示すブロック図である。 図１の各無効電力調整装置１０５の制御回路１１２によって実行される第１の無効電力調整処理を示すフローチャートである。 図１の各無効電力調整装置１０５の制御回路１１２によって実行される第２の無効電力調整処理を示すフローチャートである。 図１の各無効電力調整装置１０５の制御回路１１２によって実行される第３の無効電力調整処理を示すフローチャートである。 図１の各無効電力調整装置１０５の制御回路１１２によって実行される第４の無効電力調整処理を示すフローチャートである。 実施形態２に係る無効電力調整システムを含む電力システムの構成を示すブロック図である。 実施形態３に係る無効電力調整システムを含む電力システムの構成を示すブロック図である。

以下、本開示に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

実施形態１．
図１は、実施形態１に係る無効電力調整システムを含む電力システムの構成を示すブロック図である。図１の電力システムは、配電用変電所１０１、変圧器１０２、配電盤１０３、配電線１０４、複数の無効電力調整装置１０５、及び複数の負荷装置１０６を含む。ここで、複数の無効電力調整装置１０５が、配電線１０４を介して配電網内の共通ノードＮ１にそれぞれ接続された複数の負荷装置１０６のための無効電力調整システムを構成する。

変圧器１０２の一次側（高圧側）を電力系統と呼び、変圧器１０２の二次側（低圧側）を配電網という。

図１の無効電力調整システムが、例えば、工場において使用される場合を想定する。配電用変電所１０１は、送電線（図示せず）を介して発電所（図示せず）に接続される。配電用変電所１０１は、送電線での電力損失を低減するために、６６０００Ｖ又は２２０００Ｖなど、数十ｋＶの電圧で受電する。配電用変電所１０１で受電された電力は、複数の変圧器１０２により、いったん６６００Ｖに降圧され、６６００Ｖから１１０Ｖ又は２２０Ｖの低圧に降圧される。変圧器１０２により降圧された１１０Ｖ又は２２０Ｖの電力は、配電盤１０３及び配電線１０４を介して複数の負荷装置１０６に供給される。

配電盤１０３の後段における共通ノードＮ１と、複数の負荷装置１０６との間に、複数の無効電力調整装置１０５がそれぞれ設けられる。共通ノードＮ１は、配電盤１０３を介して電力系統（配電用変電所１０１、変圧器１０２など）に接続される。無効電力調整装置１０５のそれぞれは、共通ノードＮ１から１つの負荷装置１０６に供給される電力の力率を調整するように、共通ノードＮ１と１つの負荷装置１０６との間の配電線１０４において無効電力を供給又は消費する。従って、各無効電力調整装置１０５は、変圧器１０２の二次側であって、配電線１０４上において各負荷装置１０６の近傍に配置され、各負荷装置１０６に対して低圧個別調相動作を行う。

負荷装置１０６は、例えば、モータなどの誘導性負荷である。

図１等では、図示の簡単化のために、共通ノードＮ１から各無効電力調整装置１０５の左側の入力端子までの区間にのみ配電線１０４を示しているが、実際には、各無効電力調整装置１０５の右側の出力端子から各負荷装置１０６まで区間も配電線１０４により接続される。

各無効電力調整装置１０５は、力率及び電力測定器１１１、制御回路１１２、メモリ１１２ｍ、調相器１１３、及びスピーカ１１４を備える。

力率及び電力測定器１１１は、負荷装置１０６が動作しているときに配電線１０４を流れる電流及び電圧に基づいて、共通ノードＮ１から１つの負荷装置１０６に供給される電力及びその力率を測定する。

制御回路１１２は、力率及び電力測定器１１１によって測定された電力及び力率に基づいて調相器１１３を制御する。

調相器１１３は、制御回路１１２の制御下で、共通ノードＮ１から１つの負荷装置１０６に供給される電力の力率を調整するように（例えば、力率１に近づけるように）、共通ノードＮ１と１つの負荷装置１０６との間の配電線１０４において無効電力を供給又は消費する。このため、制御回路１１２は、配電線１０４において供給又は消費する無効電力の供給量又は消費量を計算し、それに応じて調相器１１３を動作させる。

通常、工場などで使用される負荷装置１０６は、モータなどの誘導性負荷である場合が多い。誘導性負荷では、電圧の位相に対して電流の位相が遅れ、力率が悪化する。この力率を改善するためには、電流の位相を進ませる必要がある。この場合、調相器１１３は、所定容量を有する複数の進相コンデンサなどを備え、制御回路１１２で計算された無効電力の供給量又は消費量に従って配電線１０４に接続する進相コンデンサの個数を決定し、調相動作を行う。

また、制御回路１１２は、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費していないとき、かつ、負荷装置１０６が正常に動作しているときに力率及び電力測定器１１１によって測定された電力及び力率を、正常な電力及び力率のプロファイルとしてメモリ１１２ｍに記憶する。代替又は追加として、制御回路１１２は、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費しているとき、かつ、負荷装置１０６及び調相器１１３が正常に動作しているときに力率及び電力測定器１１１によって測定された電力及び力率を、正常な電力及び力率のプロファイルとしてメモリ１１２ｍに記憶する。メモリ１１２ｍは、揮発性又は不揮発性メモリである。

制御回路１１２は、力率及び電力測定器１１１によって測定された現在の電力及び力率を、メモリ１１２ｍに記憶された過去の正常な電力及び力率とそれぞれ比較することにより、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断する。現在の電力及び力率が過去の正常な電力及び力率から有意に変動している場合、制御回路１１２は、負荷装置１０６が正常に動作していないと判断し、スピーカ１１４を用いてアラートを発生する。

ここで、電力及び力率に基づいて負荷装置１０６の故障を判断する例示的な方法について説明する。

第１の例として、負荷装置１０６がモータである場合に、モータの電気的な故障が発生した場合を考える。モータの力率及び電力には、その巻線のインダクタンス及び抵抗が与える影響が大きい。モータが３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線を備える場合、例えばＵ相の巻線内で絶縁皮膜が破れて短絡を生じている場合、Ｕ相の巻線の抵抗値が小さくなり、電流値が増加する。また同時に、短絡によりＵ相の巻数が小さくなる。インダクタンス値は巻数の２乗に依存するので、抵抗値に比べてインダクタンス値がより大きく変化する。つまり、力率及び電力を測定した場合、電流の低下に比べて、力率は顕著に変化する。これにより、モータの巻線の短絡状態を推定して保全することが可能となり、結果として、甚大な機械故障及び製品ロスを低減することができる。

第２の例として、負荷装置１０６がモータである場合に、モータの機械的な故障が発生した場合を考える。モータの軸受け（ベアリング）に不具合が発生すると、機械ロスが増加する。インダクタンス値としては大きな変化がなく力率変化はないものの、軸受けの不具合によるトルクの低下を補償するために電流が増加される。従って、力率及び電力測定器１１１で測定した過去の正常な力率及び電力と比較すると、力率に変化はないが、電流値の増加により電力が増加している。これにより、モータの故障を発見することができる。

このように、制御回路１１２は、力率及び電力に基づいて負荷装置１０６の故障の徴候を発見してアラートを発生することができる。これにより、重大な事故が起きる前に負荷装置１０６の必要な調整又は修理を行う予防保全（状態監視保全）を実施することができる。

次に、図２〜図５を参照して、図１の各無効電力調整装置１０５の制御回路１１２によって実行される無効電力調整処理について説明する。

図２は、図１の各無効電力調整装置１０５の制御回路１１２によって実行される第１の無効電力調整処理を示すフローチャートである。図２の処理では、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費していないときに力率及び電力測定器１１１によって測定された電力及び力率に基づいて、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断する。言い換えると、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費していないときに力率及び電力測定器１１１によって測定された現在の電力及び力率を、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費していないときに力率及び電力測定器１１１によって測定されてメモリ１１２ｍに記憶された過去の電力及び力率とそれぞれ比較することにより、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断する。その後必要に応じて、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費する。

図２のステップＳ１において、負荷装置１０６は動作状態にある。ステップＳ２において、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費していないとき、制御回路１１２は、力率及び電力測定器１１１により、配電線１０４における力率及び電力を測定する。ステップＳ３において、制御回路１１２は、メモリ１１２ｍから過去の正常な力率及び電力のプロファイルを読み出す。ステップＳ４において、制御回路１１２は、ステップＳ２で測定された現在の力率及び電力を、ステップＳ３で読み出された過去の正常な力率及び電力と比較することにより、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断する。ステップＳ４において、ＹＥＳのときはステップＳ６に進み、ＮＯのときはステップＳ５に進む。

ステップＳ５において、制御回路１１２は、スピーカ１１４を用いてアラートを発生する。負荷装置１０６のユーザは、アラートに応じて、負荷装置１０６の予防保全を実施してもよい。

ステップＳ６において、制御回路１１２は、ステップＳ２で測定された現在の力率及び電力に基づいて、無効電力の供給又は消費が必要であるか否かを判断する。ステップＳ６において、ＹＥＳのときはステップＳ７に進み、ＮＯのときは処理を終了する。ステップＳ７において、制御回路１１２は、無効電力の供給量又は消費量を計算する。ステップＳ８において、制御回路１１２は、調相器１１３により無効電力を供給又は消費し、処理を終了する。

図２の処理では、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費していないときに力率及び電力測定器１１１によって測定された電力及び力率に基づいて、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断するので、予防保全の要否を簡易に判断することができる。

図３は、図１の各無効電力調整装置１０５の制御回路１１２によって実行される第２の無効電力調整処理を示すフローチャートである。図３の処理では、調相器１１３によって無効電力を供給又は消費しているときに力率及び電力測定器１１１によって測定された電力及び力率に基づいて、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断する。言い換えると、調相器１１３によって無効電力を供給又は消費しているときに力率及び電力測定器１１１によって測定された現在の電力及び力率を、調相器１１３によって無効電力を供給又は消費しているときに力率及び電力測定器１１１によって測定されたメモリ１１２ｍに記憶された過去の電力及び力率とそれぞれ比較することにより、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断する。

図３のステップＳ１１において、負荷装置１０６は動作状態にある。ステップＳ１２において、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費していないとき、制御回路１１２は、力率及び電力測定器１１１により、配電線１０４における力率及び電力を測定する。ステップＳ１３において、制御回路１１２は、ステップＳ１２で測定された現在の力率及び電力に基づいて、無効電力の供給又は消費が必要であるか否かを判断する。ステップＳ１３において、ＹＥＳのときはステップＳ１４に進み、ＮＯのときはステップＳ１７に進む。ステップＳ１４において、制御回路１１２は、無効電力の供給量又は消費量を計算する。ステップＳ１５において、制御回路１１２は、調相器１１３により無効電力を供給又は消費する。

ステップＳ１６において、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費しているとき、制御回路１１２は、力率及び電力測定器１１１により、配電線１０４における力率及び電力を再び測定する。ステップＳ１７において、制御回路１１２は、メモリ１１２ｍから過去の正常な力率及び電力のプロファイルを読み出す。ステップＳ１８において、制御回路１１２は、ステップＳ１２（ステップＳ１３がＮＯの場合）又はステップＳ１６（ステップＳ１３がＹＥＳの場合）で測定された現在の力率及び電力を、ステップＳ１７で読み出された過去の正常な力率及び電力と比較することにより、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断する。ステップＳ１８において、ＹＥＳのときは処理を終了し、ＮＯのときはステップＳ１９に進む。

ステップＳ１９において、制御回路１１２は、スピーカ１１４を用いてアラートを発生する。負荷装置１０６のユーザは、アラートに応じて、負荷装置１０６の予防保全を実施してもよい。

図３の処理によれば、調相器１１３によって無効電力を供給又は消費しているときに力率及び電力測定器１１１によって測定された電力及び力率に基づいて、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断するので、負荷装置１０６の実際の動作状態を図２の場合よりも正確に反映して、予防保全の要否を判断することができる。

図３のように、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断する前に、調相器１１３により無効電力を供給又は消費する場合（ステップＳ１３がＹＥＳの場合）には、代替として、制御回路１１２は以下の処理を行ってもよい。図３のステップＳ１６において、制御回路１１２は、力率及び電力測定器１１１により力率及び電力を測定することに代えて、ステップＳ１４で計算された無効電力の供給量又は消費量に基づいて配電線１０４における現在の力率及び電力を計算する。ステップＳ１８において、制御回路１１２は、計算された現在の力率及び電力を、ステップＳ１７で読み出された過去の正常な力率及び電力と比較することにより、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断する。

図４は、図１の各無効電力調整装置１０５の制御回路１１２によって実行される第３の無効電力調整処理を示すフローチャートである。図４の処理では、図２の処理と同様のステップを行うことに加えて、調相器１１３によって無効電力を供給又は消費しているときに力率及び電力測定器１１１によって測定された現在の電力及び力率を、メモリ１１２ｍに記憶された過去の正常な電力及び力率とそれぞれ比較することにより、調相器１１３が正常に動作しているか否かを判断する。

図４のステップＳ２１〜Ｓ２８は、図２のステップＳ１〜Ｓ８と同様である。

ステップＳ２９において、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費しているとき、制御回路１１２は、力率及び電力測定器１１１により、配電線１０４における力率及び電力を再び測定する。ステップＳ３０において、制御回路１１２は、メモリ１１２ｍから過去の正常な力率及び電力のプロファイルを読み出す。ステップＳ３１において、制御回路１１２は、ステップＳ２９で測定された現在の力率及び電力を、ステップＳ３０で読み出された過去の正常な力率及び電力と比較することにより、調相器１１３が正常に動作しているか否かを判断する。ステップＳ３１において、ＹＥＳのときは処理を終了し、ＮＯのときはステップＳ３２に進む。

ステップＳ３２において、制御回路１１２は、スピーカ１１４を用いてアラートを発生する。負荷装置１０６のユーザは、アラートに応じて、調相器１１３の予防保全を実施してもよい。

図４の処理によれば、負荷装置１０６及び調相器１１３の両方について、予防保全の要否を判断することができる。図４の処理によれば、調相器１１３によって無効電力を供給又は消費しているときに力率及び電力測定器１１１によって測定された現在の電力及び力率を、メモリ１１２ｍに記憶された過去の正常な電力及び力率とそれぞれ比較することにより、調相器１１３が正常に動作しているか否かを判断するので、調相器１１３の実際の動作状態を正確に反映して、予防保全の要否を判断することができる。

図４のステップＳ２９では、制御回路１１２は、図３のステップＳ１６と同様に、力率及び電力測定器１１１により力率及び電力を測定することに代えて、ステップＳ２７で計算された無効電力の供給量又は消費量に基づいて配電線１０４における現在の力率及び電力を計算してもよい。この場合、ステップＳ３１において、制御回路１１２は、計算された現在の力率及び電力を、ステップＳ３０で読み出された過去の正常な力率及び電力と比較することにより、調相器１１３が正常に動作しているか否かを判断する。

図４では、図２のステップＳ１〜Ｓ８と同様であるステップＳ２１〜Ｓ２８を実行した後に、ステップＳ２９〜Ｓ３２を実行する場合について説明したが、図３のステップＳ１１〜Ｓ１８と同様のステップを実行した後に（ただし、ステップＳ１８がＹＥＳの場合）、ステップＳ２９〜Ｓ３２を実行してもよい。

図５は、図１の各無効電力調整装置１０５の制御回路１１２によって実行される第４の無効電力調整処理を示すフローチャートである。図５の処理では、力率及び電力測定器１１１によって測定された電力及び力率を、正常な電力及び力率のプロファイルとしてメモリ１１２ｍに記憶する。

図５のステップＳ４１において、負荷装置１０６は動作状態にある。

ステップＳ４２において、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費していないとき、制御回路１１２は、力率及び電力測定器１１１により、配電線１０４における力率及び電力を測定する。ステップＳ４３において、制御回路１１２は、ステップＳ４２で測定された力率及び電力のプロファイルをメモリ１１２ｍに記憶する。

ステップＳ４４において、制御回路１１２は、ステップＳ４２で測定された現在の力率及び電力に基づいて、無効電力の供給又は消費が必要であるか否かを判断する。ステップＳ４４において、ＹＥＳのときはステップＳ４５に進み、ＮＯのときは処理を終了する。

ステップＳ４５において、制御回路１１２は、無効電力の供給量又は消費量を計算する。ステップＳ４６において、制御回路１１２は、調相器１１３により無効電力を供給又は消費する。

ステップＳ４７において、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費しているとき、制御回路１１２は、力率及び電力測定器１１１により、配電線１０４における力率及び電力を測定する。ステップＳ４８において、制御回路１１２は、ステップＳ４７で測定された力率及び電力のプロファイルをメモリ１１２ｍに記憶する。

図２〜図４の処理は、測定又は計算された現在の電力及び力率を、メモリ１１２ｍに記憶された過去の正常な電力及び力率とそれぞれ比較することにより、負荷装置１０６又は調相器１１３が正常に動作しているか否かを判断し、予防保全の要否を判断する「予防保全モード」の処理である。一方、図５の処理は、測定された電力及び力率を、正常な電力及び力率のプロファイルとしてメモリ１１２ｍに記憶する「登録モード」の処理である。図５の処理は、図２〜図４の処理の前に実行される。

図５の処理は、例えば、負荷装置１０６及び無効電力調整装置１０５を始めて導入したとき、１日のうちの始業時に図１の電力システムを起動したとき、又は、負荷装置１０６の動作条件（回転数、温度、など）が変更されたとき、電力システムのうちのいずれかの構成要素が増減又は交換されたとき、などに実行される。従って、図５の処理を実行する時点では、負荷装置１０６及び調相器１１３の故障はまだ発生せず、負荷装置１０６及び調相器１１３は正常に動作している可能性が高いと考えられる。図５の処理では、制御回路１１２は、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費していないとき、かつ、負荷装置１０６が正常に動作しているときに力率及び電力測定器１１１によって測定された電力及び力率を、正常な電力及び力率のプロファイルとしてメモリ１１２ｍに記憶する（ステップＳ４３）。図５の処理では、さらに、制御回路１１２は、調相器１１３によって無効電力を供給及び消費しているとき、かつ、負荷装置１０６及び調相器１１３が正常に動作しているときに力率及び電力測定器１１１によって測定された電力及び力率を、正常な電力及び力率のプロファイルとしてメモリ１１２ｍに記憶する（ステップＳ４８）。

制御回路１１２は、図５の処理の実行後、図２〜図４のうちのいずれかの処理を行うように自動的に切り換える。この切り換えを自動的に行うことにより、人為的なミスもなくすことができる。

以上説明したように、実施形態１の無効電力調整システムによれば、個別の負荷装置１０６の状態に合わせて無効電力を調整するとともに、個別の負荷装置１０６の故障の有無を判断することができる。

従来の予防保全では、負荷装置などに深刻な故障が発生するまで故障を発見することができず、故障が発生した場合には、調整又は修理のために工場などの製造ラインを停止しないとならなかった。一方、実施形態１に係る無効電力調整システムによれば、力率及び電力に基づいて負荷装置１０６の故障の徴候を発見してアラートを発生することができるので、製造ラインを停止することなく予防保全を実施することができる。これにより、製造ラインを停止することが不要になるので、生産性が向上する。また、従来は一定期間に１度の予防保全の実施することしかできなかったところ（時間計画保全）、実施形態１に係る無効電力調整システムによれば、各負荷装置１０６の状態をモニタリングし、負荷装置１０６が故障する前に必要な調整又は修理を行う予防保全（状態監視保全）を実施するためのすぐれた手段を提供することができる。従って、実施形態１に係る無効電力調整システムによれば、製造ラインが通常動作中でも予防保全を実施可能であり、不具合及び故障などを迅速かつ初期に発見することができ、短絡などによる負荷装置１０６の損傷などを回避することが可能となる。

実施形態１の無効電力調整システムによれば、力率の調整と同様に、配電線１０４における電圧を一定に調整することもできる。

従来の無効電力調整システムでは、変圧器の２次側（低圧側）に１つの無効電力調整装置が設けられた低圧一括調相、又は、変圧器の１次側（高圧側）に１つの無効電力調整装置が設けられた高圧一括調相が採用される場合が多かった。しかしながら、従来の構成では、複数の負荷装置の力率及び電力が互いに重畳した状態を測定することしかできず、各負荷装置の個別の力率及び電力を把握することができない。また、従来の構成では、一括調相により無効電力が各負荷装置まで各配電線を伝送されるので、配線ロスが増大するだけでなく、無効電力調整装置から負荷装置までに介在する変圧器及び他の各機器において、無効電力を含む大きな皮相電力に対応した設備が必要となる。一方、実施形態１の無効電力調整システムによれば、配電系統の低圧系において、負荷装置１０６ごとに無効電力調整装置１０５を分散配置して個別調相を行う。これにより、個別の負荷装置１０６の状態に合わせて無効電力を調整することができ、各無効電力調整装置１０５の電流、電圧、及び電力に係る要件を緩和することができる。

力率及び電力測定器１１１で測定される力率及び電力は、負荷装置１０６が同じ仕事を行っていても、温度などの周囲環境により多少のばらつきが発生することがある。従って、図２のステップＳ４などにおいて、測定された現在の力率及び電力を、メモリ１１２ｍから読み出された過去の正常な力率及び電力と比較するとき、ある程度のずれを許容してもよい。例えば１％以上の差異が発生したときにアラートを発生させるなど、適宜に故障の判断基準を調整することにより、予防保全の精度をさらに向上することができる。

力率及び電力測定器１１１で測定された力率及び電力をメモリ１１２ｍに記憶するとき、これに関連付けて、負荷装置１０６の動作状態を記憶してもよい。負荷装置１０６の動作状態は、例えば、負荷装置１０６がさまざまな製品に応じてさまざまな金型を交換して使用可能な加工機械である場合には、負荷装置１０６に使用している金型番号、製品もしくは試作品の品番などである。力率及び電力測定器１１１によって測定された現在の電力及び力率を、メモリ１１２ｍに記憶された過去の正常な電力及び力率とそれぞれ比較するとき、負荷装置１０６の動作状態を考慮することにより、精度の高い予防保全を実施することができる。

アラートを発生するために、無効電力調整装置１０５は、スピーカ１１４に限らず、ブザー、ＬＥＤ、回転灯などを備えてもよい。また、アラートを発生するために、無効電力調整装置１０５又は負荷装置１０６の近傍にスピーカなどを設けてもよい。

調相器１１３の一例として進相コンデンサを挙げたが、これは一例であってこの限りではない。負荷装置１０６によっては、遅相に調相する分路リアクトルであってもよく、また、進相にも遅相にも連続的に調相可能な無負荷で運転される同期電動機である同期調相機であったり、インバータを用いた静止型無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ：Ｓｔａｔｉｃ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ）であってもよい。いずれの調相器であっても、以上の説明と同様の効果を得ることができる。

図１では、３つの負荷装置１０６及び３つの無効電力調整装置１０５を示しているが、電力システムは、４つ以上の負荷装置１０６及び対応する４つ以上の無効電力調整装置１０５を備えていてもよい。

図１では、負荷装置１０６ごとに無効電力調整装置１０５を設けている場合を示しているが、力率変動に大きな影響を与える大きな無効電力を有する負荷装置１０６だけに無効電力調整装置１０５をもうけてもよい。これにより、力率調整の効果を得ることができ、無効電力調整装置１０５を配置した負荷装置１０６の予防保全を実施しながら、無効電力調整装置１０５の設置費用を低減することができる。

以上の説明では、無効電力調整システムが工場において使用される場合を想定したが、これに限らず、無効電力調整システムは、家庭又は店舗などの負荷装置のために使用されてもよい。無効電力調整装置を接続可能な負荷装置を有する施設であれば、以上の説明と同様に予防保全を実施して、同様の効果を得ることができる。

実施形態２．
以下、実施形態２を説明する。実施形態１と共通の構成要素についての説明は、適宜、省略する。

図６は、実施形態２に係る無効電力調整システムを含む電力システムの構成を示すブロック図である。図６の電力システムは、図１の電力システムの複数の無効電力調整装置１０５に代えて複数の無効電力調整装置１０５Ａを備える。

各無効電力調整装置１０５Ａは、図１の無効電力調整装置１０５の制御回路１１２に代えて制御回路１２２Ａを備え、さらに、負荷装置１０６に関連付けられた物理量を測定するセンサ１２１と、調相器１１３に関連付けられた物理量を測定するセンサ１２２とを備える。

センサ１２１は、１つの無効電力調整装置１０５Ａに対応する１つの負荷装置１０６に関連付けられた物理量であって、温度、加速度、回転数、及び周波数のうちの少なくとも１つを含む物理量を測定する。メモリ１１２ｍは、センサ１２１によって測定された物理量をさらに記憶する。

センサ１２２は、調相器１１３に関連付けられた物理量であって、温度、加速度、回転数、及び周波数のうちの少なくとも１つを含む物理量を測定する。メモリ１１２ｍは、センサ１２２によって測定された物理量をさらに記憶する。

センサ１２１，１２２は、例えば、温度センサでもよく、回転数をモニタするセンサでもよく、振動を検知する加速度センサでもよく、様々な物理量を検出するものであればよい。

制御回路１２２Ａは、図１の制御回路１１２と同様に動作することに加えて、センサ１２１によって測定された現在の物理量を、メモリ１１２ｍに記憶された過去の物理量と比較することにより、負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断する。また、制御回路１１２Ａは、センサ１２２によって測定された現在の物理量を、メモリ１１２ｍに記憶された過去の物理量と比較することにより、調相器１１３が正常に動作しているか否かを判断する。

例えば、力率及び電力測定器１１１で測定された現在の力率及び電力が、メモリ１１２ｍから読み出された過去の正常な力率及び電力とほぼ同じであるにも関わらず、負荷装置１０６のセンサ１２１により測定された温度が、過去の正常な温度よりも大きく上昇している場合を考える。この温度上昇を検出することにより、発熱部品（例えば、電力用半導体デバイスなど）、放熱部品（例えば、半導体デバイスのグリス、放熱フィンなど）、冷却機構（例えば、ファン、水冷ポンプなど）の不良を検知することができる。また、加速度センサにより、モータなどである負荷装置１０６の振動の変化を検出することにより、負荷装置１０６の故障の徴候を早期に検出することもできる。

力率及び電力測定器１１１で測定される力率及び電力は、負荷装置１０６の動作状況によって変化することがある。力率及び電力測定器１１１で測定された力率及び電力を、センサ１２１により測定された物理量（負荷装置１０６の温度及び回転数など）に関連付けてメモリ１１２ｍに登録しておくことにより、負荷装置１０６の故障を更に高精度で判断することができ、良好な予防保全を実施することができる。同様に、力率及び電力測定器１１１で測定された力率及び電力を、センサ１２２により測定された調相器１１３の物理量に関連付けてメモリ１１２ｍに登録しておくことにより、調相器１１３の故障を更に高精度で判断することができ、良好な予防保全を実施することができる。

以上の構成によれば、上述の実施形態１で説明された効果を奏することができる。

また、実施形態２においては、上述の実施形態１にて説明された付加的な構成が、適宜、採用される。

実施形態３．
以下、実施形態３を説明する。実施形態１及び２と共通の構成要素についての説明は、適宜、省略する。

図７は、実施形態３に係る無効電力調整システムを含む電力システムの構成を示すブロック図である。図７の電力システムは、図１の電力システムの複数の無効電力調整装置１０５に代えて複数の無効電力調整装置１０５Ｂを備え、さらに、外部制御装置であるデータセンタ１３０を備える。データセンタ１３０は、有線又は無線により、複数の無効電力調整装置１０５Ｂと通信可能に接続される。

各無効電力調整装置１０５Ｂは、図１の制御回路１１２に代えて制御回路１１２Ｂを備え、さらに、通信回路１１５を備える。制御回路１１２Ｂは、図１の制御回路１１２と同様に動作することに加えて、力率及び電力測定器１１１で測定された力率及び電力を、通信回路１１５によってデータセンタ１３０に送信する。

データセンタ１３０は、通信回路１３１、制御回路１３２、及びメモリ１３２ｍを備える。制御回路１３２は、通信回路１３１によって各無効電力調整装置１０５Ｂと通信可能に接続される。メモリ１３２ｍは、各無効電力調整装置１０５Ｂの力率及び電力測定器１１１によって測定されて各無効電力調整装置１０５Ｂから受信された電力及び力率を記憶する。メモリ１３２ｍは、揮発性又は不揮発性メモリである。制御回路１３２は、各無効電力調整装置１０５Ｂの力率及び電力測定器１１１によって測定されて各無効電力調整装置１０５Ｂから受信された現在の電力及び力率を、メモリ１３２ｍに記憶された過去の正常な電力及び力率とそれぞれ比較することにより、複数の負荷装置１０６が正常に動作しているか否かを判断する。現在の電力及び力率が過去の正常な電力及び力率から有意に変動している場合、制御回路１３２は、負荷装置１０６が正常に動作していないと判断し、音又は光の出力装置を用いてアラートを発生する。また、制御回路１３２は、任意の通信回線を介して、負荷装置１０６の管理者、責任者、又は設備導入業者などに対して電子メールでアラートを通知してもよい。

データセンタ１３０の制御回路１３２は、各無効電力調整装置１０５Ｂの制御回路１１２Ｂに代わって、図２〜図５の無効電力調整処理を行ってもよい。また、データセンタ１３０の制御回路１３２と、各無効電力調整装置１０５Ｂの制御回路１１２Ｂとの両方が、図２〜図５の無効電力調整処理を行ってもよい。

データセンタ１３０は、力率及び電力を長期間にわたって安定的に保存することができ、また、複数の無効電力調整装置１０５Ｂを一元的に管理及び制御することができ、負荷装置１０６に故障が発生したときのアラートも集中的に管理することができる。

データセンタ１３０は、パーソナルコンピュータ又はタブレット端末装置などであってもよい。

データセンタ１３０のメモリ１３２ｍは、各無効電力調整装置１０５Ｂのメモリ１２２ｍに比較して大容量を確保しやすいので、メモリ１３２ｍは、例えば１年前又は２年前に各無効電力調整装置１０５Ｂの力率及び電力測定器１１１によって測定された力率及び電力を保持していてもよい。制御回路１３２は、現在の電力及び力率を、メモリ１３２ｍに記憶された１年前又は２年前の正常な電力及び力率とそれぞれ比較することにより、各負荷装置１０６が劣化しているか否かを判断することができる。また、このように各負荷装置１０６の劣化を判断するために、測定された力率及び電力をメモリ１３２ｍに記憶する場合、これに関連付けて、負荷装置１０６の動作条件（例えば、負荷装置１０６に使用する金型、動作時間、モータの回転数、など）も記憶してもよい。その後、実際に各負荷装置１０６の劣化を判断するとき、この動作条件を負荷装置１０６に設定し、この動作条件下で力率及び電力測定器１１１によって測定された現在の電力及び力率を、メモリ１１２ｍに記憶された過去の正常な電力及び力率とそれぞれ比較する。これにより、負荷装置１０６の故障を更に高精度で判断することができ、良好な予防保全を実施することができる。

また、データセンタ１３０は各無効電力調整装置１０５Ｂよりもセキュリティを確保しやすいので、測定された力率及び電力を長期間にわたって記憶する場合、各無効電力調整装置１０５Ｂのメモリ１１２ｍに記憶するよりも、データセンタ１３０のメモリ１３２ｍに記憶するほうがセキュリティの観点からは好ましい。

以上の構成によれば、上述の実施形態１及び２で説明された効果を奏することができる。

また、実施形態３においては、上述の実施形態１及び２にて説明された付加的な構成が、適宜、採用される。

なお、上述の実施形態１から３に記載の構成は、それぞれ、適宜、組み合わされてもよい。

特許請求の範囲に記載された本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、各種変形及び変更を行うことも可能である。

本開示に係る無効電力調整システムは、例えば、工場内設備、家庭内設備、店舗内設備、又は公共機関などに応用可能である。

１０１…配電用変電所、
１０２…変圧器、
１０３…配電盤、
１０４…配電線、
１０５，１０５Ａ，１０５Ｂ…無効電力調整装置、
１０６…負荷装置、
１１１…力率及び電力測定器、
１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ…制御回路、
１１２ｍ…メモリ、
１１３…調相器、
１１４…スピーカ、
１１５…通信回路、
１２１，１２２…センサ、
１３０…データセンタ、
１３１…通信回路、
１３２…制御回路、
１３２ｍ…メモリ。

Claims (10)

1. 配電線を介して配電網内の共通ノードにそれぞれ接続された複数の負荷装置のための無効電力調整システムであって、
   前記無効電力調整システムは、前記共通ノードと前記複数の負荷装置との間にそれぞれ設けられた複数の無効電力調整装置を含み、
   前記複数の無効電力調整装置のうちの各１つの無効電力調整装置は、
   前記共通ノードから前記１つの無効電力調整装置に対応する前記複数の負荷装置のうちの１つの負荷装置に供給される電力及びその力率を測定する測定器と、
   前記共通ノードから前記１つの負荷装置に供給される電力の力率を調整するように、前記共通ノードと前記１つの負荷装置との間の配電線において無効電力を供給又は消費する調相器と、
   前記測定器によって測定された電力及び力率を記憶する第１のメモリと、
   前記測定器によって測定された電力及び力率に基づいて前記調相器を制御する第１の制御回路とを備え、
   前記第１の制御回路は、前記測定器によって測定された現在の電力及び力率を、前記第１のメモリに記憶された過去の電力及び力率とそれぞれ比較することにより、前記負荷装置が正常に動作しているか否かを判断する、
   無効電力調整システム。
2. 前記第１の制御回路は、前記調相器によって無効電力を供給及び消費していないときに前記測定器によって測定された現在の電力及び力率を、前記調相器によって無効電力を供給及び消費していないときに前記測定器によって測定されて前記第１のメモリに記憶された過去の電力及び力率とそれぞれ比較することにより、前記負荷装置が正常に動作しているか否かを判断する、
   請求項１記載の無効電力調整システム。
3. 前記第１の制御回路は、前記調相器によって無効電力を供給及び消費していないときに前記測定器によって測定された電力及び力率を前記第１のメモリに記憶する、
   請求項２記載の無効電力調整システム。
4. 前記第１の制御回路は、前記調相器によって無効電力を供給又は消費しているときに前記測定器によって測定された現在の電力及び力率を、前記調相器によって無効電力を供給又は消費しているときに前記測定器によって測定されて前記第１のメモリに記憶された過去の電力及び力率とそれぞれ比較することにより、前記負荷装置が正常に動作しているか否かを判断する、
   請求項１記載の無効電力調整システム。
5. 前記第１の制御回路は、前記調相器によって無効電力を供給及び消費しているときに前記測定器によって測定された電力及び力率を前記第１のメモリに記憶する、
   請求項４記載の無効電力調整システム。
6. 前記第１の制御回路は、前記調相器によって無効電力を供給又は消費しているときに前記測定器によって測定された現在の電力及び力率を、前記第１のメモリに記憶された過去の電力及び力率とそれぞれ比較することにより、前記調相器が正常に動作しているか否かを判断する、
   請求項２〜５のうちの１つに記載の無効電力調整システム。
7. 前記複数の無効電力調整装置のうちの各１つの無効電力調整装置は、前記１つの無効電力調整装置に対応する１つの負荷装置に関連付けられた物理量であって、温度、加速度、回転数、及び周波数のうちの少なくとも１つを含む物理量を測定する第１のセンサをさらに備え、
   前記第１のメモリは、前記第１のセンサによって測定された物理量をさらに記憶し、
   前記第１の制御回路は、前記第１のセンサによって測定された現在の物理量を、前記第１のメモリに記憶された過去の物理量と比較することにより、前記負荷装置が正常に動作しているか否かを判断する、
   請求項１〜６のうちの１つに記載の無効電力調整システム。
8. 前記複数の無効電力調整装置のうちの各１つの無効電力調整装置は、前記調相器に関連付けられた物理量であって、温度、加速度、回転数、及び周波数のうちの少なくとも１つを含む物理量を測定する第２のセンサをさらに備え、
   前記第１のメモリは、前記第２のセンサによって測定された物理量をさらに記憶し、
   前記第１の制御回路は、前記第２のセンサによって測定された現在の物理量を、前記第１のメモリに記憶された過去の物理量と比較することにより、前記調相器が正常に動作しているか否かを判断する、
   請求項１〜７のうちの１つに記載の無効電力調整システム。
9. 前記無効電力調整システムは、前記複数の無効電力調整装置と通信可能に接続された外部制御装置をさらに備え、
   前記外部制御装置は、
   前記各無効電力調整装置の測定器によって測定されて前記各無効電力調整装置から受信された電力及び力率を記憶する第２のメモリと、
   前記各無効電力調整装置の測定器によって測定されて前記各無効電力調整装置から受信された現在の電力及び力率を、前記第２のメモリに記憶された過去の電力及び力率とそれぞれ比較することにより、前記複数の負荷装置が正常に動作しているか否かを判断する第２の制御回路とを備える、
   請求項１〜８のうちの１つに記載の無効電力調整システム。
10. 前記共通ノードは、配電盤を介して電力系統に接続される、
    請求項１〜９のうちの１つに記載の無効電力調整システム。

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