JP5634150B2

JP5634150B2 - 無効電力補償装置

Info

Publication number: JP5634150B2
Application number: JP2010164839A
Authority: JP
Inventors: 靖臣豊田; 小栗　和也; 和也小栗
Original assignee: Energy Support Corp
Current assignee: Energy Support Corp
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: JP2012029433A

Description

この発明は、電力系統に無効電力を供給して系統電圧を調整する無効電力補償装置に関する。

一般に電力が大きく変動する負荷が接続されている電力系統においては、その電力系統の電圧が負荷に流れる電流に応じて変動する。このような電圧電動を抑制するために設置される装置の一つに無効電力補償装置がある。この無効電力補償装置は、系統電圧が低下しているときには進み無効電力を電力系統に供給し、一方、系統電圧が上昇しているときには遅れ無効電力を電力系統に供給することで、電圧変動を調整する（例えば、特許文献１参照）。無効電力補償装置は、系統電圧と設定電圧との差に応じて常に動作しながら定常的な電圧変動を抑制している。

特公平６−４２１８３号公報

ところで、電力系統の一層の安定化及び太陽光発電や風力発電等の分散電源の普及による電力系統の電圧変動を抑制するために１つの電力系統に複数台の無効電力補償装置が設置される。このような１つの電力系統に複数台の無効電力補償装置を設置した際に、各無効電力補償装置に設けられる電流や電圧等の検出センサ同士に微妙なばらつきがあると、各無効電力補償装置が逆の出力をすることでお互い効果を打ち消して、電力系統の電圧変動を補償することができないおそれがあった。そこで、複数台設置したとしても協調運転が可能な無効電力補償装置が求められていた。

また、無効電力補償装置が、定常的な電圧変動を補償するために出力範囲を最大に使用して運転している状況下において急峻な電圧変動が生じると、無効電力補償装置の出力に余裕がなく、急峻な電圧変動を補償できないおそれがあった。そこで、急峻な電圧変動に対応可能な無効電力補償装置が求められていた。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、１つの電力系統に複数の無効電力補償装置が設置されたとしても、協調運転及び急峻な電圧変動に対応可能な無効電力補償装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、電力系統の系統電圧を安定させるために電力系統に無効電力を供給する電圧一定制御方式の無効電力補償装置において、電圧設定値の上下に上限電圧設定値と下限電圧設定値を設定するとともに、当該上限電圧設定値を上限、当該下限電圧設定値を下限とする電圧設定域を設定し、前記系統電圧が前記電圧設定域内の電圧変動では、前記無効電力を供給せず、前記系統電圧が前記電圧設定域外への電圧変動では、前記無効電力を供給することにより前記上限電圧設定値もしくは前記下限電圧設定値となるように電圧一定制御し、前記電圧設定域の上下に前記上限電圧設定値の最上限としての最大電圧設定値と、前記下限電圧設定値の最下限としての最小電圧設定値を設定し、前記系統電圧の検出電圧値に近づくように前記電圧設定値を一定時間ごとに段階的に変更させるとともに、前記電圧設定値の変更に合わせ前記電圧設定域も段階的に変更し、前記系統電圧が前記電圧設定値に一致するまで前記無効電力を供給するように電圧一定制御するか、又は前記電圧設定値の変更によって、前記上限電圧設定値が前記最大電圧設定値以上の場合には前記最大電圧設定値を前記上限電圧設定値に固定し、前記下限電圧設定値が前記最小電圧設定値以下の場合には前記最小電圧設定値を前記下限電圧設定値に固定し、前記検出電圧値が前記最大電圧設定値又は前記最小電圧設定値を超えたときには前記上限電圧設定値又は前記下限電圧設定値が固定されることにより前記電圧設定域の段階的な変更を禁止して、前記系統電圧が前記最大電圧設定値もしくは前記最小電圧設定値となるまで前記無効電力を供給するように電圧一定制御することをその要旨としている。

同構成によれば、微小な電圧変動に対する無効電力の出力を抑制できる。また、１つの電力系統に複数台の無効電力補償装置が設置された状態において協調運転が可能である。

さらに、系統電圧が電圧設定値の電圧設定域内となるように無効電力を供給するので、設定電圧の１点に合わせるのではなく余裕のある幅で無効電力を出力可能である。よって、無効電力の定常的な出力を抑制して、急峻な電圧変動に対して即座に対応することが可能である。加えて、電圧変動による系統電圧の過剰な上昇、下降を抑制することが可能である。よって、電力系統の急峻な電圧変動に対して裕度を持たせて確実に対応することが可能である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の無効電力補償装置において、前記系統電圧の一定時間における平均値に近づくように前記電圧設定値を変更することをその要旨としている。

同構成によれば、一定時間の系統電圧の平均値と電圧設定値とを比較して、一定時間における平均値に近づくように電圧設定値を変更した。このため、急峻な電圧変動によって電圧設定値が大きく変更されることを抑制でき、電圧変動に対応が可能である。

本発明によれば、１つの電力系統に複数の無効電力補償装置が設置されたとしても、協調運転及び急峻な電圧変動に対応することができる。

無効電力補償装置の概略構成を示すブロック図。無効電力補償装置の電圧一定制御を示す図。無効電力補償装置の制御を示す図。無効電力補償装置の動作を示す図。無効電力補償装置の動作を示す図。複数台同時使用時の無効電力補償装置の動作を示す図。電力系統への無効電力補償装置の設置態様を示すブロック図。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図６を参照して説明する。
図１に示されるように、無効電力補償装置１０は、電力系統１に対して開閉器２及び変圧器３を介して並列接続されている。無効電力補償装置１０は、電力系統１に接続された負荷４等によって電圧変動が発生する際に、無効電力を供給することにより電力系統１の系統電圧、例えば６６００Vを調整する装置である。本実施例の無効電力補償装置１０は、主回路にインバータ１１を備え、同インバータ１１には連系リアクトル１２が接続されている。連系リアクトル１２は、変圧器３に接続され、開閉器２を介して電力系統１に接続されている。インバータ１１には、電位確立用のコンデンサ１３が接続されている。開閉器２には、電力系統１の電流を検出する２つの電流センサＣＴと、電力系統１の電圧（以下、系統電圧という）を検出する電圧センサＰＴが設けられている。また、無効電力補償装置１０には、制御装置１４が設けられている。同制御装置１４には、２つの電流センサＣＴ及び電圧センサＰＴが接続されている。無効電力補償装置１０は、系統電圧とインバータ出力電圧との電圧差で連系リアクトル１２に流れる無効電力を調整しながら、連続的に出力を可変することで電力系統１の電圧を調整する。なお、本実施例の無効電力補償装置１０は、ＳＶＧ（ＳｔａｔｉｃＶａｒＧｅｎｅｒａｔｏｒ）方式の装置である。

無効電力補償装置１０は、インバータ１１の出力電圧を系統電圧の位相と同期させ、大きさを変化させることにより、系統電圧から９０度遅れ、進みの電流が連系リアクトル１２に流れる。すなわち、無効電力補償装置１０は電力系統１から見ると、可変の進相コンデンサや分路リアクトルが接続されているように動作する。例えば、負荷４の変動により電力系統１の電圧が低下した場合には、電力系統１から見て進相コンデンサと同様な動作をして電圧を持ち上げる。また、電力系統１の電圧が上昇した場合には、電力系統１から見て分路リアクトルと同様な動作をして電圧を下げる。

無効電力補償装置１０は、連系点の電圧を定電圧管理する「電圧一定制御」と、連系点より電源側の無効電力が零になるように管理する「力率１制御」との２つの制御方式がある。電圧一定制御は、連系点の電圧が基準電圧設定値の設定幅（電圧設定域）内に位置するように無効電力を連続的に発生する。一方、力率１制御は、連系点の負荷側の無効電力を検出し、電源側の無効電力が零になるように無効電力を連続的に発生する。なお、本実施例の無効電力補償装置１０は、電圧一定制御によって電圧変動を抑制する。

図２に示されるように、無効電力補償装置１０は、系統電圧が一定となるようにフィードバック制御を行う。ここで、無効電力補償装置１０は、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃに上下に一定幅を持った電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内に安定するように電圧制御を行う。なお、基準電圧設定値Ｖ_Ｃが電圧設定値に相当する。

まず、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、電圧センサＰＴが検出した系統電圧を取得する（ステップＳ１）。そして、制御装置１４は、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃの設定幅内、すなわち電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内にあるか否かを判別する（ステップＳ２）。なお、基準電圧設定値Ｖ_Ｃの設定幅の上限は、基準電圧設定値Ｖ_Ｃに上側電圧幅Ｖ_Ｈ、例えば１５０Ｖを加えたＶ_Ｃ＋Ｖ_Ｈであり、上限電圧設定値Ｖ_ＣＨに相当する。基準電圧設定値Ｖ_Ｃの設定幅の下限は、基準電圧設定値Ｖ_Ｃから下側電圧幅Ｖ_Ｌ、例えば１５０Ｖを引いたＶ_Ｃ−Ｖ_Ｌであり、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬに相当する。上限電圧設定値Ｖ_ＣＨと下限電圧設定値Ｖ_ＣＬとの間の領域を電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌとする。

続いて、制御装置１４は、系統電圧が上限電圧設定値Ｖ_ＣＨと下限電圧設定値Ｖ_ＣＬとの電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内である（Ｖ_ＣＬ＜系統電圧＜Ｖ_ＣＨ）場合には、現在の無効電力の出力に固定する（ステップＳ３）。本実施例では、０Ｖａｒとして無効電力を出力しない。また、制御装置１４は、系統電圧が上限電圧設定値Ｖ_ＣＨよりも大きい（系統電圧＞Ｖ_ＣＨ）場合には、上限電圧設定値Ｖ_ＣＨに電圧一定制御する（ステップＳ４）。また、制御装置１４は、系統電圧が下限電圧設定値Ｖ_ＣＬよりも小さい（系統電圧＜Ｖ_ＣＬ）場合には、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬに電圧一定制御する（ステップＳ５）。上記のように、制御装置１４は、系統電圧の判別に基づいた電圧一定制御を逐次繰り返す。

また、図３に示されるように、本実施例の無効電力補償装置１０は、一定時間の電力系統１の検出電圧の平均値Σに基づいて基準電圧設定値Ｖ_Ｃを変更する。まず、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、系統電圧を取得する（ステップＳ１１）。続いて、制御装置１４は、検出電圧の平均値Σに基づいて基準電圧設定値Ｖ_Ｃを判別する（ステップＳ１２）。なお、検出電圧の平均値Σは、サンプリング時間Ｔ_Ｓにおける検出電圧の積分値Ｖ_Σをサンプリング時間Ｔ_Ｓで除した値である。また、サンプリング時間Ｔ_Ｓが一定時間に相当する。

続いて、制御装置１４は、検出電圧の平均値Σが基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも大きい（Σ＞Ｖ_Ｃ）場合には、基準電圧設定値Ｖ_Ｃを現在の基準電圧設定値Ｖ_Ｃに変更幅Ｖ_Ｓ、例えば１０Ｖを加えた値（Ｖ_Ｃ＝Ｖ_Ｃ＋Ｖ_Ｓ）に変更する（ステップＳ１３）。すなわち、制御装置１４は、検出電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも上側で推移していると判断して、現在の基準電圧設定値Ｖ_Ｃを変更幅Ｖ_Ｓだけ上側へ変更することで、無効電力の出力に余裕を持たせる。また、制御装置１４は、検出電圧の平均値Σが基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも小さい（Σ＜Ｖ_Ｃ）場合には、基準電圧設定値Ｖ_Ｃを現在の基準電圧設定値Ｖ_Ｃから変更幅Ｖ_Ｓを引いた値（Ｖ_Ｃ＝Ｖ_Ｃ−Ｖ_Ｓ）に変更する（ステップＳ１４）。すなわち、制御装置１４は、検出電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも下側で推移していると判断して、現在の基準電圧設定値Ｖ_Ｃを変更幅Ｖ_Ｓだけ下側へ変更することで、無効電力の出力に余裕を持たせる。また、制御装置１４は、検出電圧の平均値Σが基準電圧設定値Ｖ_Ｃと同じ（Σ＝Ｖ_Ｃ）場合には、基準電圧設定値Ｖ_Ｃを現在の基準電圧設定値Ｖ_Ｃのまま（Ｖ_Ｃ＝Ｖ_Ｃ）とする（ステップＳ１５）。

続いて、制御装置１４は、検出電圧の平均値Σによる判別に基づく新たな基準電圧設定値Ｖ_Ｃの電圧設定域Ｖ_Ｈ−Ｌが最大値以上であるか、又は最小値以下であるかを判別する。

まず、制御装置１４は、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬが電圧設定の最小値としての最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮ以下である否かを判別する（ステップＳ１６）。そして、制御装置１４は、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬが最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮ、例えば本来の系統電圧６６００Ｖから３００Ｖ引いた６３００Ｖ以下である（Ｖ_ＣＬ≦Ｖ_ＭＩＮ）場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）には、基準電圧設定値Ｖ_Ｃを最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮに下側電圧幅Ｖ_Ｌを足した値に設定する（Ｖ_Ｃ＝Ｖ_ＭＩＮ＋Ｖ_Ｌ）（ステップＳ１７）。すなわち、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬを最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮに設定する（Ｖ_ＣＬ＝Ｖ_ＭＩＮ）。よって、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬ（最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮ）に基づいて電圧一定制御を行うこととなる。

一方、制御装置１４は、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬが最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮよりも大きい（Ｖ_ＣＬ＞Ｖ_ＭＩＮ）場合（ステップＳ１６：ＮＯ）には、上限電圧設定値Ｖ_ＣＨが電圧設定の最大値としての最大電圧設定値Ｖ_ＭＡＸ、例えば本来の系統電圧６６００Ｖに３００Ｖ加えた６９００Ｖ以上であるか否かを判別する（ステップＳ１８）。そして、制御装置１４は、上限電圧設定値Ｖ_ＣＨが最大電圧設定値Ｖ_ＭＡＸ以上である（Ｖ_ＣＨ≧Ｖ_ＭＡＸ）場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）には、基準電圧設定値Ｖ_Ｃを最大電圧設定値Ｖ_ＭＡＸから上側電圧幅Ｖ_Ｈを引いた値に設定する（Ｖ_Ｃ＝Ｖ_ＭＡＸ−Ｖ_Ｈ）（ステップＳ１９）。すなわち、上限電圧設定値Ｖ_ＣＨを最大電圧設定値Ｖ_ＭＡＸに設定する（Ｖ_ＣＨ＝Ｖ_ＭＡＸ）。よって、上限電圧設定値Ｖ_ＣＨ（最大電圧設定値Ｖ_ＭＡＸ）に基づいて電圧一定制御を行うこととなる。

一方、制御装置１４は、上限電圧設定値Ｖ_ＣＨが最大電圧設定値Ｖ_ＭＡＸよりも小さい（Ｖ_ＣＨ＜Ｖ_ＭＡＸ）場合（ステップＳ１８：ＮＯ）には、系統電圧を取得し検出電圧の平均値Σによる判別に基づいた制御を逐次繰り返す。

次に、前述のように構成された無効電力補償装置１０を１つの電力系統１に１台設置した際における無効電力補償装置１０の動作態様について説明する。ここでの系統電圧は、無効電力補償装置１０が電圧センサＰＴによって取得した検出電圧である。

図４に示されるように、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃと一致する状態から基準電圧設定値Ｖ_Ｃの設定幅の下側電圧幅Ｖ_Ｌ内に低下する場合について説明する。
まず、系統電圧は、基準電圧設定値Ｖ_Ｃに一致している。そして、第１サンプリング時間Ｔ_Ｓ１において系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃから設定幅内、すなわち電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内（Ｖ_ＣＬ＜系統電圧＜Ｖ_ＣＨ）において低下する。この時、無効電力補償装置１０は、無効電力を電力系統１に出力しない。すなわち、無効電力補償装置１０の出力は０Ｖａｒである。また、検出電圧の平均値Σは、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも下方で推移したので、基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも小さい値となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の基準電圧設定値Ｖ_Ｃから変更幅Ｖ_Ｓを引いたＶ_Ｃ−Ｖ_Ｓを第２サンプリング時間Ｔ_Ｓ２において新たな基準電圧設定値Ｖ_Ｃとする。

続いて、第２サンプリング時間Ｔ_Ｓ２において系統電圧が第１サンプリング時間Ｔ_Ｓ１と同じ値、言い換えれば設定幅内（Ｖ_ＣＬ＜系統電圧＜Ｖ_ＣＨ）を維持する。この時も無効電力補償装置１０は、無効電力を電力系統１に出力しない。また、検出電圧の平均値Σは、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも下方で推移したので、基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも小さい値となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の基準電圧設定値Ｖ_Ｃから変更幅Ｖ_Ｓを引いたＶ_Ｃ−Ｖ_Ｓを第３サンプリング時間Ｔ_Ｓ３において新たな基準電圧設定値Ｖ_Ｃとする。すなわち、第１サンプリング時間Ｔ_Ｓ１における基準電圧設定値Ｖ_Ｃに対して２倍の変更幅Ｖ_Ｓを引いた値となる。

更に、第３サンプリング時間Ｔ_Ｓ３において系統電圧が第２サンプリング時間Ｔ_Ｓ２と同じ値、言い換えれば設定幅内（Ｖ_ＣＬ＜系統電圧＜Ｖ_ＣＨ）を維持する。この時も無効電力補償装置１０は、無効電力を電力系統１に出力しない。また、検出電圧の平均値Σは、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも下方で推移したので、基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも小さい値となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の基準電圧設定値Ｖ_Ｃから変更幅Ｖ_Ｓを引いたＶ_Ｃ−Ｖ_Ｓを新たな基準電圧設定値Ｖ_Ｃとする。すなわち、基準電圧設定値Ｖ_Ｃは、第１サンプリング時間Ｔ_Ｓ１における基準電圧設定値Ｖ_Ｃに対して３倍の変更幅Ｖ_Ｓを引いた値となる。すると、系統電圧と基準電圧設定値Ｖ_Ｃとが一致する。以後、無効電力補償装置１０は、系統電圧の平均値Σに基づいて制御する。

ここで、需要家においては、急峻な電圧変動が発生するとフリッカ等が起きて問題である。このため、急峻な電圧変動に対応して急峻な電圧変動を抑制することが重要である。無効電力補償装置１０が電圧設定値の設定幅内、すなわち電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内のような小さな変動のために電力系統１に無効電力を出力範囲の最大で出力していると、急峻な電圧変動に対応することができなくなる。そこで、本実施例の無効電力補償装置１０は、上記のように基準電圧設定値Ｖ_Ｃを系統電圧に近づけることで、系統電圧が現在の値から大きく変動した際に即座に対応して無効電力を出力範囲の最大で出力することが可能となり、急峻な電圧変動を抑制することを可能とする。

次に、図５に示されるように、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃと一致する状態から低下して、無効電力補償装置１０による補償がなければ基準電圧設定値Ｖ_Ｃの下限電圧設定値Ｖ_ＣＬよりも低下する場合について説明する。

まず、系統電圧は、基準電圧設定値Ｖ_Ｃに一致している。そして、第１サンプリング時間Ｔ_Ｓ１、例えば１０秒おいて系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃから低下して下限電圧設定値Ｖ_ＣＬと一致する。よって、無効電力補償装置１０は、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬに電圧一定制御を行う。ここで、無効電力補償装置１０は、進み無効電力を電力系統１に出力する。また、検出電圧の平均値Σは、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも下方で推移したので、基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも小さい値となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の基準電圧設定値Ｖ_Ｃから変更幅Ｖ_Ｓを引いたＶ_Ｃ−Ｖ_Ｓを第２サンプリング時間Ｔ_Ｓ２において新たな基準電圧設定値Ｖ_Ｃとする。なお、第１サンプリング時間Ｔ_Ｓ１及び第２サンプリング時間Ｔ_Ｓ２が一定時間に相当する。

続いて、第２サンプリング時間Ｔ_Ｓ２において系統電圧が第１サンプリング時間Ｔ_Ｓ１における下限電圧設定値Ｖ_ＣＬから更に低下して新たな基準電圧設定値Ｖ_Ｃの下限電圧設定値Ｖ_ＣＬと一致する。よって、無効電力補償装置１０は、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬに電圧一定制御を行う。ここで、無効電力補償装置１０は、先ほどよりは少なめに進み無効電力を電力系統１に出力する。また、検出電圧の平均値Σは、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも下方で推移したので、基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも小さい値となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の基準電圧設定値Ｖ_Ｃから変更幅Ｖ_Ｓを引いたＶ_Ｃ−Ｖ_Ｓを第３サンプリング時間Ｔ_Ｓ３において新たな基準電圧設定値Ｖ_Ｃとする。すなわち、第３サンプリング時間Ｔ_Ｓ３における基準電圧設定値Ｖ_Ｃは、第１サンプリング時間Ｔ_Ｓ１における基準電圧設定値Ｖ_Ｃに対して２倍の変更幅Ｖ_Ｓを引いた値となる。

更に、第３サンプリング時間Ｔ_Ｓ３において系統電圧が第２サンプリング時間Ｔ_Ｓ２における下限電圧設定値Ｖ_ＣＬから更に低下するが、設定幅内、すなわち電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内（Ｖ_ＣＬ＜系統電圧＜Ｖ_ＣＨ）である。よって、無効電力補償装置１０は、無効電力を電力系統１に出力しない。また、検出電圧の平均値Σは、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも下方で推移したので、基準電圧設定値Ｖ_Ｃよりも小さい値となる。よって、無効電力補償装置１０は、現在の基準電圧設定値Ｖ_Ｃから変更幅Ｖ_Ｓを引いたＶ_Ｃ−Ｖ_Ｓを新たな基準電圧設定値Ｖ_Ｃとする。すなわち、基準電圧設定値Ｖ_Ｃは、第１サンプリング時間Ｔ_Ｓ１における基準電圧設定値Ｖ_Ｃに対して３倍の変更幅Ｖ_Ｓを引いた値となる。

その後、無効電力補償装置１０は、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃに一致するか、又は系統電圧が電圧設定値の最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮと一致するまで基準電圧設定値Ｖ_Ｃを段階的に変更する。

上記のように、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃの下限電圧設定値Ｖ_ＣＬよりも低下しそうになると、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬに電圧一定制御することで、系統電圧を基準電圧設定値Ｖ_Ｃの設定幅内、すなわち電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内に補償することができる。基準電圧設定値Ｖ_Ｃを系統電圧に近づけることで、無効電力の出力を抑制できる。そして、急峻な電圧変動に対して増加及び減少のどちらでも即座に無効電力を出力範囲の最大で出力することができるので、急峻な電圧変動を抑制することができる。

次に、１つの電力系統１に２台の無効電力補償装置１０が設置された際における２台の無効電力補償装置１０の動作態様について説明する。
本実施形態では、無効電力補償装置１０の１台目の無効電力補償装置１０ａと２台目の無効電力補償装置１０ｂとは、電流や電圧等の検出センサの微妙なばらつきにより検出値及び設定値が異なるとともに、２台目の無効電力補償装置１０ｂの検出値及び設定値が１台目の無効電力補償装置１０ａよりも低い場合について説明する。

また、図６に示されるように、両無効電力補償装置１０において系統電圧が電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内に存在する状態から下限電圧設定値Ｖ_ＣＬよりも低下した際、両無効電力補償装置１０の進み無効電力を供給することにより再び電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内に復帰する場合について説明する。なお、負荷機器においては、初動負荷が大きいので、最初に大きく電圧降下が発生し、徐々に電圧が基に戻る。

まず、系統電圧は、１台目の無効電力補償装置１０ａにおいては、基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１に一致しており、２台目の無効電力補償装置１０ｂにおいては、基準電圧設定値Ｖ_Ｃ２よりも高い値に検出されている。この時、両無効電力補償装置１０は、系統電圧が電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内の存在する状態であるので、無効電力を電力系統１に出力しない。すなわち、両無効電力補償装置１０の出力は０Ｖａｒである（Ａ区間）。

そして、第１サンプリング時間Ｔ_Ｓ１において系統電圧が両無効電力補償装置１０の基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１，Ｖ_Ｃ２から低下して下限電圧設定値Ｖ_Ｃ１Ｌ，Ｖ_Ｃ２Ｌよりも低下する。よって、１台目の無効電力補償装置１０ａは、先に下限電圧設定値Ｖ_Ｃ１Ｌよりも低下するため、下限電圧設定値Ｖ_Ｃ１Ｌに電圧一定制御を行う。続いて、２台目の無効電力補償装置１０ｂが、下限電圧設定値Ｖ_Ｃ２Ｌよりも低下するため、下限電圧設定値Ｖ_Ｃ２Ｌに電圧一定制御を行う。

ここで、２台の無効電力補償装置１０は、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１，Ｖ_Ｃ２の設定幅内、すなわち電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内（系統電圧＜Ｖ_Ｃ１Ｌ，Ｖ_Ｃ２Ｌ）に入るまで（Ｂ区間）、進み無効電力を電力系統１に出力範囲の最大で出力する。これにより、無効電力補償装置が設置されていない場合よりも系統電圧の低下が抑制され、早期に系統電圧を復帰させることができる。よって、両無効電力補償装置１０の進み無効電力により系統電圧が上昇する。

そして、系統電圧が２台目の無効電力補償装置１０ｂの下限電圧設定値Ｖ_Ｃ２Ｌとなると（系統電圧＝Ｖ_Ｃ２Ｌ）、進み無効電力の出力を徐々に低下する（Ｃ区間）。この時、１台目の無効電力補償装置１０ａは系統電圧が下限電圧設定値Ｖ_Ｃ１Ｌよりも低い（系統電圧＜Ｖ_Ｃ１Ｌ）ため、進み無効電力を電力系統１に出力範囲の最大で出力する。よって、両無効電力補償装置１０の進み無効電力により系統電圧が一定となる。

そして、１台目の無効電力補償装置１０ａは、進み無効電力を電力系統１に出力範囲の最大で出力する。よって、両無効電力補償装置１０の進み無効電力により系統電圧が一定となる。この時、２台目の無効電力補償装置１０ｂは、系統電圧が下限電圧設定値Ｖ_Ｃ２Ｌとなったため、すなわち電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内（系統電圧＜Ｖ_Ｃ２Ｌ）に入ったため、電圧制御を停止して無効電力を電力系統１に出力しない（Ｄ区間）。

そして、系統電圧が無効電力補償装置１０ａの下限電圧設定値Ｖ_Ｃ１Ｌとなると（系統電圧＝Ｖ_Ｃ１Ｌ）、進み無効電力の出力を徐々に低下する（Ｅ区間）。よって、無効電力補償装置１０ａの進み無効電力により系統電圧が一定になる。そして、系統電圧が電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内（系統電圧＜Ｖ_Ｃ１Ｌ，Ｖ_Ｃ２Ｌ）に入ったため、電圧制御を停止して無効電力を無効電力補償装置１０ａ、１０ｂともに電力系統１に出力しない（Ｆ区間）。よって、系統電圧は、基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１及び基準電圧設定値Ｖ_Ｃ２に近づきながら一定となる。

続いて、第２サンプリング時間Ｔ_Ｓ２において基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１及び基準電圧設定値Ｖ_Ｃ２が変更幅Ｖ_Ｓ低下することで、系統電圧が新たな基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１，Ｖ_Ｃ２に近づくとともに、新たな基準電圧設定値Ｖ_Ｃ２に一致する。

以後、２台の無効電力補償装置１０は、系統電圧と基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１、系統電圧と基準電圧設定値Ｖ_Ｃ２とがそれぞれ一致するように基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１，Ｖ_Ｃ２をそれぞれ段階的に変更する。

さて、本実施例の無効電力補償装置１０は、基準電圧設定値Ｖ_Ｃに設定幅（電圧設定域）を設け、系統電圧が設定幅内（電圧設定域）では無効電力を出力しないので、無効電力を定常的に出力することを抑制できる。よって、１つの電力系統１に複数の無効電力補償装置１０が設置されたとしても、微小な電圧変動では無効電力を出力しないので、互いに異なる動作をすることなく、協調運転ができる。また、無効電力補償装置１０は、系統電圧の急峻な電圧変動に対して増加及び減少のどちらにも即座に無効電力を出力範囲の最大で出力して電圧変動を抑制することができる。また、無効電力補償装置１０は、系統電圧に一致するように基準電圧設定値Ｖ_Ｃを段階的に変更することで、電力系統１の急峻な電圧変動に対して確実に対応することができる。

また、図７に示されるように、同一の電力系統１に自動電圧調整器（ＳＶＲ：ＳｔｅｐＶｏｌｔａｇｅＲｅｇｕｌａｔｏｒ）５を各負荷４や発電機６の近傍に設置されることが多いので、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃの設定幅内である場合には、自動電圧調整器５によって系統電圧を調整すれば、電圧変動は自動電圧調整器５で、急峻な電圧変動は無効電力補償装置１０で対応して動作を分担させることができる。

以上、説明した実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１の上下に上限電圧設定値Ｖ_ＣＨと下限電圧設定値Ｖ_ＣＬとを設定するとともに、上限電圧設定値Ｖ_ＣＨを上限、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬを下限とする設定幅（電圧設定域）とを設定して、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１の設定幅（電圧設定域）内となるように基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１を段階的に変更した。このため、微小な電圧変動に対する無効電力の出力を抑制できる。また、１つの電力系統１に複数台の無効電力補償装置１０が設置された状態において協調運転が可能である。

さらに、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１の設定幅（電圧設定域）内となるように無効電力を供給するので、設定電圧の１点に合わせるのではなく余裕のある幅で無効電力を出力できる。よって、無効電力の定常的な出力を抑制して、急峻な電圧変動に対して即座に対応することが可能である。

（２）一定時間の系統電圧の平均値と基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１とを比較して、一定時間における平均値に近づくように基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１を変更した。このため、急峻な電圧変動によって基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１が大きく変更されることを抑制でき、電圧変動に対応が可能である。

（３）系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１の設定幅（電圧設定域）内では無効電力を供給せず、系統電圧が設定幅（電圧設定域）外であるときに無効電力を供給した。このため、無効電力の出力を抑制することが可能である。

（４）系統電圧が徐々に変化して、結果的に大きく変化した場合でも基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１の設定幅（電圧設定域）が設定幅の上限と下限との間に制限されるので、ある程度の基準電圧設定値Ｖ_Ｃ１になるように無効電力を出力可能である。

（５）上限電圧設定値Ｖ_ＣＨの最上限としての最大電圧設定値Ｖ_ＭＡＸと、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬの最下限としての最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮとを設定し、基準電圧設定値Ｖ_Ｃの変更によって、上限電圧設定値Ｖ_ＣＨが最大電圧設定値Ｖ_ＭＡＸ以上の場合には最大電圧設定値Ｖ_ＭＡＸを上限電圧設定値Ｖ_ＣＨに設定し、下限電圧設定値Ｖ_ＣＬが最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮ以下の場合には最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮを下限電圧設定値Ｖ_ＣＬに設定した。このため、電圧変動による系統電圧の過剰な上昇、下降を抑制することが可能である。よって、電力系統１の急峻な電圧変動に対して裕度を持たせて確実に対応することができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記実施形態において、系統電圧、設定幅、変更幅、及びサンプリング時間等の値は設置場所に応じて任意に設定可能である。

・上記実施形態では、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃと一致するように、基準電圧設定値Ｖ_Ｃを段階的に変更したが、系統電圧が基準電圧設定値Ｖ_Ｃの設定幅内に一致するように変更してもよい。

・上記実施形態では、基準電圧設定値Ｖ_Ｃの設定幅が最大電圧設定値Ｖ_ＭＡＸ及び最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮを超えないように設定したが、最大電圧設定値Ｖ_ＭＡＸ及び最小電圧設定値Ｖ_ＭＩＮを設定しなくともよい。

・上記実施形態において、基準電圧設定値Ｖ_Ｃの上側電圧幅Ｖ_Ｈと下側電圧幅Ｖ_Ｌとは個々に任意の値に設定してもよい。例えば、無効電力補償装置１０が設置される電力系統１の電圧変動の特性に合わせて、電圧の増加が起こり易ければ上側電圧幅Ｖ_Ｈを小さくしたり、電圧の減少が起こり易ければ下側電圧幅Ｖ_Ｌを小さくしたりしてもよい。

・上記実施形態では、系統電圧が電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内に安定する場合には無効電力補償装置１０は、無効電力を電力系統１に出力せず０Ｖａｒとし、電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌを超える場合には無効電力を供給するようにした。しかしながら、電圧設定域Ｖ_Ｈ‐Ｌ内に安定する場合であっても一定の無効電力を系統電圧に出力してもよい。

・上記実施形態では、系統電圧と基準電圧設定値Ｖ_Ｃとの比較をサンプリング時間Ｔ_Ｓにおいて行ったが、系統電圧と基準電圧設定値Ｖ_Ｃとの比較を逐次行ってもよい。
・上記実施形態では、１つの電力系統１に１台の無効電力補償装置１０を設置して時と２台の無効電力補償装置１０を設置したときの動作様態について説明したが、３台以上を設置しても同様の効果を得ることができる。

１…電力系統、２…開閉器、３…変圧器、４…負荷、５…自動電圧調整器（ＳＶＲ）、６…発電機、１０…無効電力補償装置（ＳＶＧ）、１１…インバータ、１２…連系リアクトル、１３…コンデンサ、１４…制御装置、ＣＴ…電流センサ、ＰＴ…電圧センサ、Ｖ_Ｃ，Ｖ_Ｃ１，Ｖ_Ｃ２…電圧設定値としての基準電圧設定値、Ｖ_ＣＨ…上限電圧設定値、Ｖ_ＣＬ，Ｖ_Ｃ１Ｌ，Ｖ_Ｃ２Ｌ…下限電圧設定値、Ｖ_Ｈ…上側電圧幅、Ｖ_Ｌ…下側電圧幅、Ｖ_Ｈ−Ｌ…電圧設定域、Ｖ_Ｓ…変更幅、Ｖ_ＭＡＸ…最大電圧設定値、Ｖ_ＭＩＮ…最小電圧設定値、Ｔ_Ｓ１，Ｔ_Ｓ２，Ｔ_Ｓ３…一定時間としてのサンプリング時間、Σ…平均値。

Claims

電力系統の系統電圧を安定させるために電力系統に無効電力を供給する電圧一定制御方式の無効電力補償装置において、
電圧設定値の上下に上限電圧設定値と下限電圧設定値を設定するとともに、当該上限電圧設定値を上限、当該下限電圧設定値を下限とする電圧設定域を設定し、
前記系統電圧が前記電圧設定域内の電圧変動では、前記無効電力を供給せず、前記系統電圧が前記電圧設定域外への電圧変動では、前記無効電力を供給することにより前記上限電圧設定値もしくは前記下限電圧設定値となるように電圧一定制御し、
前記電圧設定域の上下に前記上限電圧設定値の最上限としての最大電圧設定値と、前記下限電圧設定値の最下限としての最小電圧設定値を設定し、
前記系統電圧の検出電圧値に近づくように前記電圧設定値を一定時間ごとに段階的に変更させるとともに、前記電圧設定値の変更に合わせ前記電圧設定域も段階的に変更し、
前記系統電圧が前記電圧設定値に一致するまで前記無効電力を供給するように電圧一定制御するか、又は前記電圧設定値の変更によって、前記上限電圧設定値が前記最大電圧設定値以上の場合には前記最大電圧設定値を前記上限電圧設定値に固定し、前記下限電圧設定値が前記最小電圧設定値以下の場合には前記最小電圧設定値を前記下限電圧設定値に固定し、前記検出電圧値が前記最大電圧設定値又は前記最小電圧設定値を超えたときには前記上限電圧設定値又は前記下限電圧設定値が固定されることにより前記電圧設定域の段階的な変更を禁止して、前記系統電圧が前記最大電圧設定値もしくは前記最小電圧設定値となるまで前記無効電力を供給するように電圧一定制御する
ことを特徴とする無効電力補償装置。
請求項１に記載の無効電力補償装置において、
前記系統電圧の一定時間における平均値に近づくように前記電圧設定値を変更する
ことを特徴とする無効電力補償装置。