JP6116441B2 - 無効電力補償装置および無効電力補償システム - Google Patents

Description

この発明は、電力系統に無効電力を供給することによって系統電圧を調整する無効電力補償装置（ＳＶＣ：Static Var Compensator）および複数の無効電力補償装置を備えた無効電力補償システムに関する。

従来の無効電力補償装置は、電力系統に注入する無効電力をわずかに変化させ、そのときの系統電圧の変化量と無効電力の変化量との関係から系統インピーダンスを算出する。算出した系統インピーダンスを用いて、無効電力補償装置は、無効電力の出力量を制御する制御手段の制御パラメータを調整する。この結果、最適な無効電力補償を行なうことができる（たとえば、特開２００７−２６７４４０号公報（特許文献１）および特開昭６２−２０３５２０号公報（特許文献２）参照）。

特開２００７−２６７４４０号公報 特開昭６２−２０３５２０号公報

従来の無効電力補償装置では上記のように、電力系統に注入する無効電力を変化させたときの系統電圧の変化量に基づいて系統インピーダンスが算出されるので、無効電力の注入以外の要因で系統電圧が変化した場合には系統インピーダンスを正しく求めることができない。たとえば、無効電力補償装置の近くで調相コンデンサまたは分路リアクトルが投入または開放されたり、電動機などの大型負荷設備が起動または停止されたりすると系統電圧が変化する。無効電力の注入量をわずかに変化させている間にこのような外的要因で系統電圧が変動すると、系統インピーダンスの検出精度が低下し、結果として適切に系統電圧を制御できなくなる。

この発明は、上記の問題を考慮してなされたものであり、その目的は、従来よりも精度良く系統インピーダンスを求めることによって系統電圧の制御性を高めることが可能な無効電力補償装置を提供することである。

一実施の形態による無効電力補償装置は、電力系統に無効電力を出力する無効電力出力部と、電力系統の系統電圧を検出する電圧検出部と、制御部とを備える。制御部は、第１の動作モード時に、検出された系統電圧と制御パラメータとに基づいて、無効電力出力部によって出力される無効電力の大きさを制御する。制御部は、第２の動作モード時に出力変化期間を設け、この出力変化期間において無効電力出力部によって電力系統に出力される無効電力の大きさを変化させる。制御部は、出力変化期間内の複数の検出時点で検出された系統電圧の変化量と対応する無効電力の変化量とに基づいて複数の検出時点における電力系統の系統インピーダンスを算出し、算出した複数の系統インピーダンスのばらつきが許容範囲内である場合に、算出した系統インピーダンスに基づいて制御パラメータを調整する。

上記の実施の形態によれば、従来よりも精度良く系統インピーダンスを求めることができるので、系統電圧の制御性を高めることができる。

実施の形態１による無効電力補償装置の構成を示すブロック図である。 図１の無効電力出力制御部の機能的構成の一例を示すブロック図である。 図１の無効電力補償装置のＺｓ測定モード時の動作を示すフローチャートである。 Ｚｓ測定モード時における無効電力の注入波形および系統電圧の波形の一例を模式的に示す図である。 外的要因で系統電圧が変化した場合において、無効電力の注入波形および系統電圧の波形の一例を模式的に示す図である。 実施の形態２による無効電力補償装置において、Ｚｓ測定モード時における無効電力の注入波形および系統電圧の波形の一例を模式的に示す図である。 実施の形態３による無効電力補償装置において、Ｚｓ測定モード時に電力系統に注入される微小な無効電力の生成方法について説明するための図である。 実施の形態３による無効電力補償装置において、Ｚｓ測定モード時における無効電力の注入波形および系統電圧の波形の一例を模式的に示す図である。 実施の形態４の無効電力補償装置において、Ｚｓ測定モード時における無効電力の注入波形および系統電圧の波形の一例を模式的に示す図である。 実施の形態４の無効電力補償装置においてＺｓ測定モード時の動作を示すフローチャートである。 電力系統１００に接続された２台の無効電力補償装置の構成を示すブロック図である。 図１１の第１の無効電力補償装置のＺｓ測定モード時の動作を示すフローチャートである。 実施の形態６による無効電力補償装置の構成を示すブロック図である。 図１３の第１の無効電力補償装置のＺｓ測定モード時の動作を示すフローチャートである。 図１３の第２の無効電力補償装置の出力制限指令部の動作を示すフローチャートである。 実施の形態７による無効電力補償装置の構成を示すブロック図である。

以下、各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、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

＜実施の形態１＞
［無効電力補償装置の全体構成］
図１は、実施の形態１による無効電力補償装置１０の構成を示すブロック図である。図１を参照して、無効電力補償装置１０は、連系点１０３を介して電力系統１００に接続される。連系点１０３よりも上位の電力系統１００は、系統電源１０１と系統インピーダンス（Ｚｓ）１０２とによって表すことができる。系統インピーダンス１０２は近似的にリアクタンスＸで表される。

無効電力補償装置１０は、パワーエレクトロニクスを用いた制御によって、電力系統１００に供給する無効電力を連続的かつ高速に制御し、これによって電力系統１００の系統電圧Ｖ（連系点１０３の電圧）が適正範囲内または適正値となるように調整する。図１に示すように、実施の形態１による無効電力補償装置１０は、電圧検出部１５と、無効電力出力部１２と、無効電力出力制御部１１と、系統特性算出部１３と、系統特性判定部１４とを含む。

電圧検出部１５は、電力系統１００の系統電圧Ｖ（連系点１０３の電圧）を検出する。電圧検出部１５は、たとえば、計器用変圧器を含む。

無効電力出力部１２は、無効電力出力制御部１１から出力された無効電力出力指令値１８に応じた大きさの無効電力Ｑを電力系統１００に出力する。無効電力出力部１２として、サイリスタ制御リアクトル（ＴＣＲ：Thyristor Controlled Reactor）方式、サイリスタ開閉キャパシタ（ＴＳＣ：Thyristor Switched Capacitor）方式、およびＳＴＡＴＣＯＭ（Static Synchronous Compensator）方式など、種々の方式を用いることができる。

ＴＣＲ方式およびＴＳＣ方式の場合には、無効電力出力部１２は、降圧用変圧器、リアクトル、コンデンサ、およびサイリスタスイッチを含む。この場合、無効電力出力指令値１８に応じてサイリスタスイッチのオン／オフが制御される。ＳＴＡＴＣＯＭ方式の場合には、無効電力出力部１２は、降圧用変圧器およびインバータ回路を含む。この場合、無効電力出力指令値１８に応じてインバータ回路を構成するスイッチ素子のオン／オフが制御される。

無効電力出力制御部１１は、動作モードとして通常モードと系統インピーダンス測定モード（以後、「Ｚｓ測定モード」と記載する）とを含む。通常モード時には、無効電力出力制御部１１は、電圧検出部１５で検出された系統電圧Ｖおよび種々の制御パラメータに基づいて適切な無効電力出力指令値１８を生成し、生成した無効電力出力指令値１８を無効電力出力部１２に出力する。無効電力出力指令値１８に応じて無効電力出力部１２から電力系統１００に無効電力Ｑが出力されることによって、系統電圧Ｖが最適範囲または適正値に調整される。

一方、Ｚｓ測定モード時には、無効電力出力制御部１１は、上記の通常モードにおける制御動作を停止する。無効電力出力制御部１１は、Ｚｓ測定モードに移行する直前の無効電力の出力値を基準レベルとして、所定の出力変化期間、その基準レベルからわずかに変化する単一パルス形状の無効電力Ｑを電力系統１００に供給するように無効電力出力部１２を制御する。電圧検出部１５は、上記の出力変化期間内の複数の検出時点において、系統電圧Ｖを検出する。出力変化期間は例えば１秒程度であり、系統電圧は例えば０．１秒程度の間隔で複数回検出される。無効電力の変化量ΔＱに対応して系統電圧Ｖもわずかに変化する。系統電圧の変化量ΔＶは、たとえば０．３％程度である。

系統特性算出部１３は、Ｚｓ測定モード時に、出力変化期間内の検出時点ごとに得られる系統電圧の変化量ΔＶと対応する無効電力の変化量ΔＱとから系統インピーダンスＸを算出する。系統インピーダンスＸは、
Ｘ＝ΔＶ／ΔＱ …(1)
で与えられる。

系統特性判定部１４は、Ｚｓ測定モード時に系統特性算出部１３によって算出された複数の系統インピーダンスのばらつきが許容範囲内にあるか否かを判定する。たとえば、系統特性判定部１４は、算出された複数の系統インピーダンスが±５０％以内のばらつきであれば許容範囲内にあると判定する。系統特性判定部１４は、算出された系統インピーダンスのばらつきが許容範囲内にある場合には、算出された系統インピーダンスに基づいて、制御パラメータを調整するための制御パラメータ指令値１７を無効電力出力制御部１１に出力する。

この明細書では、上記の無効電力出力制御部１１、系統特性算出部１３、および系統特性判定部１４をまとめて制御部４５と称する。制御部４５は、プロセッサおよびメモリなどを含むコンピュータによって構成してもよいし、専用の電子回路によって構成してもよい。もしくは、制御部４５の一部をコンピュータによって構成し、残りを専用の電子回路によって構成するようにしてもよい。

［無効電力出力制御部の構成例］
図２は、図１の無効電力出力制御部１１の機能的構成の一例を示すブロック図である。図２を参照して、無効電力出力制御部１１は、フィードバック制御器２０と、減算器２１と、加算器２２と、参照電圧設定部２３と、ΔＶ演算部２４と、ΔＱ注入制御部２５とを含む。

参照電圧設定部２３は、たとえば、参照電圧Ｖｒｅｆを保持するレジスタである。減算器２１は、参照電圧Ｖｒｅｆと系統電圧値Ｖとの偏差を算出する。

フィードバック制御器２０は、参照電圧Ｖｒｅｆと系統電圧値Ｖとの偏差に対して制御演算を行う。フィードバック制御器２０は、たとえば、比例演算（Ｐ演算）、比例積分演算（ＰＩ演算）、または比例積分微分演算（ＰＩＤ演算）を行う。通常モード時には、フィードバック制御器２０の出力が無効電力出力指令値１８として図１の無効電力出力部１２に出力される。

Ｚｓ測定モード時には、ΔＱ注入制御部２５からの制御信号２６に従って、フィードバック制御器２０の出力はＺｓ測定モードに移行する直前の出力値に固定される。さらに、Ｚｓ測定モード時には、ΔＱ注入制御部２５から出力される単一パルス信号（ΔＱ）がフィードバック制御器２０の出力に加算される。結果として、図１の無効電力出力部１２から電力系統１００に出力される無効電力は、所定の出力変化期間、基準レベルから連続的に変化する。この無効電力の変化量ΔＱに対応する系統電圧の変化量ΔＶが、ΔＶ演算部２４によって算出される。

図１で説明したように、無効電力の変化量ΔＱと系統電圧の変化量ΔＶから系統インピーダンスＸが算出される。フィードバック制御器２０の制御パラメータ（例えば、ＰＩＤ制御の場合の比例ゲイン、積分時間、および微分時間など）は、系統インピーダンスＸに応じて調整される。この理由は、無効電力の注入変化量ΔＱが同じであったとしても、系統インピーダンスの大きさによっては系統電圧の変化が大きすぎたり、系統電圧が不安定になったりする可能性があるからである。

なお、図２に示す無効電力出力制御部１１の構成は一例にすぎない。たとえば、図２には示してないが、無効電力出力量制御回路の入力として系統電圧値以外に、電力系統１００の潮流、電力系統１００を流れる電流値、および無効電力補償装置１０の出力電流などのうち少なくとも１つが用いられる場合がある。

［無効電力補償装置の動作］
図３は、図１の無効電力補償装置１０のＺｓ測定モード時の動作を示すフローチャートである。図４は、Ｚｓ測定モード時における無効電力Ｑの注入波形および系統電圧Ｖの波形の一例を模式的に示す図である。なお、図４の縦軸および横軸のスケールは実際の値に比例しない。図５、図６、図８および図９の場合も同様である。以下、図１、図３および図４を参照して、図１の無効電力補償装置１０のＺｓ測定モード時の動作についてさらに詳しく説明する。

通常モードからＺｓ測定モードに移行すると、無効電力出力制御部１１は無効電力補償動作を停止する（ステップＳ１０５）。図４に示すように、Ｚｓ測定モード移行時の電力系統１００への無効電力注入量をＱｂとする。電圧検出部１５は、Ｚｓ測定モード移行時の系統電圧（図４のＶｂ）を検出する（ステップＳ１１５）。検出された系統電圧値は、無効電力出力制御部１１内のメモリ（図示しない）に記憶される。

次に、無効電力出力部１２は、無効電力出力制御部１１からの無効電力出力指令値１８に応答して、図４の時刻ｔ０から時刻ｔ３までの出力変化期間、Ｚｓ測定モード移行時の無効電力注入量Ｑｂを基準レベルとして、その基準レベルからわずかに変化する単一パルス形状（図４の場合、方形波形状）の無効電力を電力系統１００に出力する（ステップＳ１２０〜Ｓ１３５）。言い換えると、基準レベルの無効電力Ｑｂに加えて微小な単一パルス形状の無効電力ΔＱが電力系統１００に注入される。

出力変化期間（図４の時刻ｔ０から時刻ｔ３まで）内で、電圧検出部１５は系統電圧Ｖを所定回数（２回以上）測定する（ステップＳ１２５、Ｓ１３０）。検出された系統電圧値は、無効電力の変化量ΔＱに対応付けて無効電力出力制御部１１内のメモリ（図示しない）に記憶される。

以上により、出力変化期間（図４の時刻ｔ０から時刻ｔ３まで）内の複数の検出時刻（図４の時刻ｔ１およびｔ２）にそれぞれ対応して、ｎ個（図４の場合、ｎ＝２）の無効電力の変化量ΔＱとそれぞれ対応する系統電圧の基準レベルＶｂからの変化量ΔＶとの組み合わせ、すなわち、（ΔＱ１、ΔＶ１）、（ΔＱ２、ΔＶ２）、…、（ΔＱｎ、ΔＶｎ）が得られる。

次に、系統特性算出部１３は、ｎ組の無効電力の変化量ΔＱｉと系統電圧の変化量ΔＶｉ（ただし、ｉ＝１，２，…，ｎ）との組み合わせに基づいて、前述の式（１）に従ってｎ個（ｎ≧２）の系統インピーダンスの値Ｘ１，…，Ｘｎを算出する（ステップＳ１５０）。系統インピーダンスの算出は、微小無効電力の注入中であっても、対応する無効電力の変化量と系統電圧の変化量とが検出される度に実行することができる。

次に、系統特性判定部１４は、算出したｎ個の系統インピーダンスの値のばらつきが許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１５５）。たとえば、系統特性判定部１４は、算出された複数の系統インピーダンスが±５０％以内のばらつきであれば許容範囲内であると判定する。

算出した複数の系統インピーダンスの値のばらつきが許容範囲内の場合には（ステップＳ１５５でＹＥＳ）、系統特性判定部１４は、算出した系統インピーダンスに応じて無効電力出力制御部１１で用いられる制御パラメータを調整する（ステップＳ１６０）。すなわち、系統特性判定部１４は、算出した系統インピーダンス値に適合した制御パラメータ指令値１７を無効電力出力制御部１１に出力する。この場合、算出した系統インピーダンスＸ１，…，Ｘｎの平均値を用いて制御パラメータを調整してもよいし、ｎが奇数の場合には、算出した系統インピーダンスＸ１，…，Ｘｎの中央値を用いて制御パラメータを調整してもよい。もしくは、任意の１または複数個の系統インピーダンス値の組合わせを利用してもよいし、算出した複数の系統インピーダンス値から最大値と最小値を除いたものを利用してもよい。

その後、動作モードがＺｓ測定モードから通常モードに戻ることによって、無効電力出力制御部１１は、無効電力補償動作を再開する（ステップＳ１６５）。

一方、算出した複数の系統インピーダンスの値のばらつきが許容範囲内にない場合には（ステップＳ１５５でＮＯ）、無効電力出力制御部１１は、無効電力出力部１２によって微小無効電力ΔＱを電力系統１００に再注入するようにしてもよいし（ステップＳ１７５でＹＥＳ）、再注入せずに動作モードを通常モードに戻してもよい（ステップＳ１７５でＮＯ）。

図５は、外的要因で系統電圧Ｖが変化した場合において、無効電力Ｑの注入波形および系統電圧Ｖの波形の一例を模式的に示す図である。図５を参照して、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間で外的要因によって系統電圧がΔＶｅだけ変化している。外的要因としては、無効電力補償装置１０の近くに設置された調相コンデンサまたは分路リアクトルの投入または開放、もしくは電動機などの大型負荷設備の起動または停止などが挙げられる。

図５の場合には、時刻ｔ１で検出された無効電力の変化量ΔＱ１および系統電圧の変化量ΔＶ１に基づく系統インピーダンスの値Ｘ１と、時刻ｔ２で検出された無効電力の変化量ΔＱ２および系統電圧の変化量ΔＶ２に基づく系統インピーダンスの値Ｘ２とが大きく異なる。すなわち、算出された系統インピーダンス値Ｘ２は不適切なものであり、この系統インピーダンス値Ｘ２に基づいて無効電力出力制御部１１の制御パラメータを適切に設定することはできない。

実施の形態１では、図１の系統特性判定部１４は、算出された系統インピーダンスの値のばらつきが許容範囲内にあるか否かを判定し、許容範囲内にある場合にのみ算出された系統インピーダンスの値に応じて制御パメータを調整する。したがって、系統インピーダンスの誤検出を回避して無効電力出力制御部１１の制御パラメータを適切に設定することができ、この結果、電力系統１００の系統電圧Ｖの制御性を高めることができる。

［実施の形態１の効果］
以上のとおり、実施の形態１の無効電力補償装置１０によれば、Ｚｓ測定モード時に注入無効電力をわずかに変化させたとき系統電圧の変化を複数回検出し、これらの検出結果に基づいて複数の系統インピーダンスの値が算出される。そして、算出された複数の系統インピーダンスの値のばらつきが許容範囲内の場合に、算出した系統インピーダンスに基づいて無効電力出力制御部の制御パラメータが調整される。これによって、外的要因による系統電圧の変化の影響を回避して無効電力出力制御部の制御パラメータを適切に設定することができる。結果として、無効電力補償装置による系統電圧の制御性を高めることができる。

＜実施の形態２＞
実施の形態２による無効電力補償装置では、Ｚｓ測定モード時に図１の無効電力出力部１２から電力系統１００に注入される無効電力Ｑの波形が実施の形態１の場合と異なる。以下、図面を参照して具体的に説明する。

図１および図４を参照して、実施の形態１の場合には、Ｚｓ測定モード時の出力変化期間（時刻ｔ０から時刻ｔ３まで）において、基準レベルの無効電力Ｑｂに重畳される微小な無効電力ΔＱの波形は方形波形状であった。このため、電力系統１００に注入される無効電力Ｑには急峻な変化Ｅｑ１，Ｅｑ２（方形波のエッジ部分）が生じ、この結果、系統電圧Ｖにも急峻な変化Ｅｖ１,Ｅｖ２が生じる。系統電圧の急峻な変化は、リレーの誤動作や、それによる負荷脱落および周波数の変化などを引き起こす可能性があるので望ましくない。実施の形態２では上記の問題の解決するために、Ｚｓ測定モード時に注入される無効電力の波形が変更される。

図６は、実施の形態２による無効電力補償装置において、Ｚｓ測定モード時における無効電力Ｑの注入波形および系統電圧Ｖの波形の一例を模式的に示す図である。図６に示すように、実施の形態２の場合には、方形波に代えて三角波形状の微小無効電力ΔＱがＺｓ測定モード時に電力系統１００に注入される。この結果、系統電圧の変化も三角波形状に近いものとなるため、系統電圧に急峻な変化を与えることなく系統インピーダンスの検出ができる。実施の形態２のその他の点は、実施の形態１の場合と同じであるので説明を繰り返さない。

＜実施の形態３＞
実施の形態３による無効電力補償装置では、Ｚｓ測定モード時に図１の無効電力出力部１２から電力系統１００に注入される無効電力Ｑの波形が実施の形態１および２の場合と異なる。以下、図面を参照して具体的に説明する。

図７は、実施の形態３による無効電力補償装置において、Ｚｓ測定モード時に電力系統に注入される微小な無効電力ΔＱの生成方法について説明するための図である。図７を参照して、実施の形態３の場合には、図２のΔＱ注入制御部２５から出力される指令値ΔＱは、方形波生成部５１から出力された方形波に対して一次遅れ要素部５２による一次遅れ伝達関数（１／（１＋Ｔ・ｓ）、ただしＴは遅れ時間）が適用されたものである。

図８は、実施の形態３による無効電力補償装置において、Ｚｓ測定モード時における無効電力Ｑの注入波形および系統電圧Ｖの波形の一例を模式的に示す図である。図８を参照して、実施の形態３の場合には図７で説明したように、Ｚｓ測定モード時の出力変化期間（時刻ｔ０から時刻ｔ３まで）に電力系統１００に注入される無効電力Ｑの変化部分の波形は、方形波に１次遅れ伝達関数を適用することによって生成される波形である。この結果、系統電圧Ｖの変化部分の波形も類似した形状になるので、系統電圧に急峻な変化を与えることなく系統インピーダンスの検出ができる。実施の形態３のその他の点は、実施の形態１の場合と同じであるので説明を繰り返さない。

＜実施の形態４＞
図９は、実施の形態４の無効電力補償装置において、Ｚｓ測定モード時における無効電力Ｑの注入波形および系統電圧Ｖの波形の一例を模式的に示す図である。

図１および図９を参照して、実施の形態４の場合には、Ｚｓ測定モード時に複数の出力変化期間（図９の場合、時刻ｔ１０から時刻ｔ１３までと、時刻ｔ２０から時刻ｔ２３までとの２回）が設けられる。各出力変化期間において、無効電力出力部１２から電力系統１００に出力される無効電力は基準レベルＱｂから連続的に変化する。電圧検出部１５は、各出力変化期間内の複数の検出時点（図９の場合、第１の出力変化期間内の時刻ｔ１１，ｔ１２と、第２の出力変化期間内の時刻ｔ２１，ｔ２２）において系統電圧Ｖを検出する。

以上によって、出力変化期間ごとに複数組の無効電力の変化量ΔＱと系統電圧の変化量ΔＶとの組み合わせが得られる。具体的に図９の場合、第１の出力変化期間において（ΔＱ１１、ΔＶ１１）、（ΔＱ１２、ΔＶ１２）が得られ、第２の出力変化期間において（ΔＱ２１、ΔＶ２１）、（ΔＱ２２、ΔＶ２２）が得られる。

図１０は、実施の形態４の無効電力補償装置においてＺｓ測定モード時の動作を示すフローチャートである。図１０のフローチャートは、ステップＳ１４５が追加されている点で、図３で説明した実施の形態１の場合のフローチャートと異なる。ステップＳ１４５では、微小無効電力ΔＱの注入を所定回数繰り返したか否かが判定され、所定回数に達していない場合には、ステップＳ１１５〜Ｓ１３５が繰り返される。注入回数が所定回数に達した場合には（ステップＳ１４５でＹＥＳ）、次のステップＳ１５０において、各出力変化期間の複数の検出時刻ごとに系統インピーダンスが算出される。

次のステップＳ１５５では、算出された複数の系統インピーダンスのばらつきが許容範囲内であるか否かが判定される。具体的に図９の場合には、図１の系統特性判定部１４は、第１の出力変化期間に対応する系統インピーダンスＸ１１（＝ΔＶ１１／ΔＱ１１）およびＸ１２（＝ΔＶ１２／ΔＱ１２）のばらつきが許容範囲内か否かを判定し、次に第２の出力変化期間に対応する系統インピーダンスＸ２１（＝ΔＶ２１／ΔＱ２１）およびＸ２２（＝ΔＶ２２／ΔＱ２２）のばらつきが許容範囲内か否かを判定する。さらに、系統特性判定部１４は、第１の出力変化期間に対応する系統インピーダンスＸ１１，Ｘ１２と、第２の出力変化期間に対応する系統インピーダンスＸ２１，Ｘ２２との間のばらつきが許容範囲内か否かを判定する。

図４に示す実施の形態１の場合には、１回の出力変化期間しか設けられていなかったので、たとえば、時刻ｔ０の直前に外的要因によって系統電圧が変化し、この系統電圧の変化が出力変化期間持続した場合には、外的要因による系統電圧の変化を、算出される複数の系統インピーダンスのばらつきとして検知することができなかった。これに対して実施の形態４の場合には、Ｚｓ測定モード時に複数の出力変化期間を設けることによって、外的要因により系統電圧が変化する場合をより正確に検知し、結果として、より精度良く系統インピーダンスを検出できる。

実施の形態４のその他の点は実施の形態１〜３の場合と同じであるので説明を繰り返さない。たとえば、図９において出力変化期間において注入される無効電力の変化部分の形状は方形波形状であるが、図６に示すように三角波形状にすることもできるし、図８に示すように方形波に１次遅れ伝達関数を適用することによって生成される形状とすることもできる。

＜実施の形態５＞
実施の形態５では、無効電力補償装置１０が接続される電力系統１００に他の無効電力補償装置３０も接続されており、この結果、無効電力補償装置１０および３０の補償動作が相互に影響を及ぼす場合について説明する。以下に示すように、実施の形態５による無効電力補償装置１０および３０は互いに連携して動作するので、両方の無効電力補償装置１０および３０によって無効電力補償システムが構成されると考えることができる。

図１１は、電力系統１００に接続された２台の無効電力補償装置１０，３０の構成を示すブロック図である。図１１を参照して、無効電力補償装置１０は、無効電力補償装置３０と通信可能な通信装置４０をさらに含む点で図１の無効電力補償装置１０と異なる。無効電力出力制御部１１は、通常モードからＺｓ測定モードに移行したときおよびＺｓ測定モードから通常モードに移行したときにその情報４１を、通信装置４０を介して他の無効電力補償装置３０に通知する。図１１の無効電力補償装置１０のその他の点は図１の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

他の無効電力補償装置３０は、電圧検出部３５と、無効電力出力部３２と、無効電力出力制御部３１と、出力制限指令部３４と、無効電力補償装置１０と通信可能な通信装置３３とを含む。この明細書では、上記の無効電力出力制御部３１および出力制限指令部３４をまとめて制御部３９と称する。制御部３９は、プロセッサおよびメモリなどを含むコンピュータによって構成してもよいし、専用の電子回路によって構成してもよい。もしくは、制御部３９の一部をコンピュータによって構成し、残りを専用の電子回路によって構成するようにしてもよい。

電圧検出部３５は、電力系統１００の系統電圧（無効電力補償装置３０の近傍の電圧Ｖｏ）を検出する。電圧検出部３５は、たとえば、計器用変圧器を含む。

無効電力出力部３２は、無効電力出力制御部３１から出力された無効電力出力指令値３６に応じた大きさの無効電力Ｑｏを電力系統１００に出力する。無効電力出力部３２として、ＴＣＲ方式、ＴＳＣ方式、およびＳＴＡＴＣＯＭ方式など、種々の方式を用いることができる。

無効電力出力制御部３１は、電圧検出部３５で検出された系統電圧Ｖｏおよび種々の制御パラメータに基づいて適切な無効電力出力指令値３６を生成し、生成した無効電力出力指令値３６を無効電力出力部３２に出力する。無効電力出力指令値３６に応じて無効電力出力部３２から電力系統１００に無効電力Ｑｏが出力されることによって、系統電圧Ｖｏが最適範囲内にまたは適正値に調整される。

出力制限指令部３４は、通信装置３３を介して無効電力補償装置１０がＺｓ測定モードであることを検知すると、Ｚｓ測定モードの期間中、無効電力出力指令値３６の変化を抑止する指令３８を無効電力出力制御部３１に与える。この結果、Ｚｓ測定モードの期間中、無効電力出力部３２から電力系統１００に注入される無効電力Ｑｏが変化しなくなる。

仮に、出力制限指令部３４が設けられていない場合には、無効電力補償装置１０がＺｓ測定モード時に微小無効電力ΔＱを電力系統１００に注入することにより系統電圧が変化した際に、別の無効電力補償装置３０がその系統電圧の変化を検知してその系統電圧の変化を抑制するように無効電力Ｑｏを出力する可能性がある。このような場合には、無効電力補償装置１０は、微小な無効電力の変化量ΔＱに対応する系統電圧の変化量ΔＶを正しく検出できなくなるので、系統インピーダンスを正しく算出できなくなる。実施の形態５による無効電力補償装置１０の場合には、Ｚｓ測定モード時に近隣に設けられた他の無効電力補償装置３０による影響を受けないようにしているので、より精度良く系統インピーダンスを検出できる。

図１２は、図１１の無効電力補償装置１０のＺｓ測定モード時の動作を示すフローチャートである。図１２のフローチャートは、ステップＳ１０５の後にステップＳ１１０が設けられ、ステップＳ１６５の後にステップＳ１７０が設けられている点で図３のフローチャートと異なる。

具体的にステップＳ１１０では、無効電力補償装置１０の無効電力出力制御部１１は、通常モードからＺｓ測定モードに移行するとその情報４１を、通信装置４０を介して他の無効電力補償装置３０に通知する。ステップＳ１７０では、無効電力補償装置１０の無効電力出力制御部１１は、Ｚｓ測定モードから通常モードに移行するとその情報４１を、通信装置４０を介して他の無効電力補償装置３０に通知する。図１２のその他のステップは図３または図１０のフローチャートと同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

＜実施の形態６＞
図１３は、実施の形態６による無効電力補償装置１０，３０の構成を示すブロック図である。図１３を参照して、無効電力補償装置１０は、通信装置４０に代えて日時を計測する計時部４２を含む点で図１１の無効電力補償装置１０と異なる。

図１４は、図１３の無効電力補償装置１０のＺｓ測定モード時の動作を示すフローチャートである。図１３、図１４を参照して、無効電力補償装置１０の無効電力出力制御部１１は、計時部４２から所定の日時になったという情報４３が通知されると（ステップＳ１００でＹＥＳ）、通常モードからＺｓ測定モードに移行する。図１４のその他の点は図３または図１０の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

再び図１３を参照して、無効電力補償装置３０は、通信装置３３に代えて日時を計測する計時部３７を含む点で図１１の無効電力補償装置３０と異なる。

図１５は、図１３の無効電力補償装置３０の出力制限指令部３４の動作を示すフローチャートである。図１３、図１５を参照して、無効電力補償装置３０の出力制限指令部３４は、計時部３７から所定の日時（計時部４２と場合と同じ日時である）になったことが通知されると（ステップＳ２００でＹＥＳ）、無効電力出力指令値３６の変更を抑止する指令３８を無効電力出力制御部３１に与える（ステップＳ２０５）。この結果、無効電力出力部３２から電力系統１００に注入される無効電力Ｑｏが変化しなくなる。

さらに、出力制限指令部３４は、無効電力補償装置１０の動作モードがＺｓ測定モードである期間に相当する所定期間（出力制限期間とも称する）が経過したことが計時部３７から通知されると（ステップＳ２１５でＹＥＳ）、無効電力出力の変更の制限を解除する指令３８を無効電力出力制御部３１に与える（ステップＳ２２０）。この結果、検出された系統電圧Ｖｏに応じた無効電力Ｑｏが無効電力出力部３２から電力系統１００に注入されるようになる。

上記のように、実施の形態６による無効電力補償装置１０は、Ｚｓ測定モード時に近隣に設けられた他の無効電力補償装置３０による影響を受けなくなるので、より精度良く系統インピーダンスを検出できる。

なお、計時部４２，３７の各々には、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信装置などの時刻同期装置が設けられるのが好ましい。時刻同期装置を設けることによって、無効電力補償装置１０がＺｓ測定モードに移行するタイミングと、無効電力補償装置３０から出力される無効電力の変更を抑止するタイミングとを完全に一致させることができる。

＜実施の形態７＞
図１６は、実施の形態７による無効電力補償装置１０，３０の構成を示すブロック図である。実施の形態７は実施の形態５の変形例である。具体的には、図１６の無効電力補償装置３０の出力制限指令部３４Ａの動作が図１１の出力制限指令部３４の動作と異なる。

図１６の場合には、出力制限指令部３４Ａは、無効電力出力制御部３１に対して無効電力の出力変化を抑止する指令３８を与えている場合であっても、系統事故などによって電圧検出部３５によって検出された系統電圧Ｖｏが許容変化量を超えて大きく変化した場合には、出力変化の制限を解除する指令３８を無効電力出力制御部３１に与える。これによって、系統事故に対して即座に対応することができる。図１６のその他の点は図１１と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

実施の形態６の場合にも、実施の形態７と同様の変更を加えることができる。すなわち、図１３において、出力制限指令部３４は、無効電力出力制御部３１に対して無効電力の出力変化を抑止する指令３８を与えている場合であっても（すなわち、上記の出力制限期間内であっても）、系統事故などによって電圧検出部３５によって検出された系統電圧Ｖｏが許容変化量を超えて大きく変化した場合には、出力変化の制限を解除する指令３８を無効電力出力制御部３１に与えるようにしてもよい。

＜実施の形態５〜７の変形例＞
実施の形態５〜７のいずれの場合にも、実施の形態２〜４の各々を組み合わせることができる。すなわち、Ｚｓ測定モード時に電力系統１００に注入される微小無効電力ΔＱの波形は、方形波であってもよいし、三角波であってもよいし、もしくは、方形波に一次遅れ伝達関数を適用して生成される波形であってもよい。さらにＺｓ測定モード時に複数の出力変化期間を設けてもよい。複数の出力変化期間を設けた場合も、各出力変化期間における微小無効電力ΔＱの波形は、方形波であってもよいし、三角波であってもよいし、もしくは、方形波に一次遅れ伝達関数を適用して生成される波形であってもよい。

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ないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、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。

１０，３０ 無効電力補償装置、１１，３１ 無効電力出力制御部、１２，３２ 無効電力出力部、１３ 系統特性算出部、１４ 系統特性判定部、１５，３５ 電圧検出部、１８，３６ 無効電力出力指令値、３３，４０ 通信装置、３４，３４Ａ 出力制限指令部、３７，４２ 計時部、３９，４５ 制御部、１００ 電力系統、１０１ 系統電源、１０２ 系統インピーダンス。

Claims (9)

1. 電力系統に無効電力を出力する無効電力出力部と、
   前記電力系統の系統電圧を検出する電圧検出部と、
   第１の動作モード時に、検出された系統電圧と制御パラメータとに基づいて、前記無効電力出力部によって出力される無効電力の大きさを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、第２の動作モード時に複数の出力変化期間を設け、各前記出力変化期間において前記無効電力出力部によって前記電力系統に出力される無効電力の大きさを変化させ、各前記出力変化期間内の複数の検出時点で検出された系統電圧の変化量と対応する無効電力の変化量とに基づいて前記複数の検出時点における前記電力系統の系統インピーダンスを算出し、前記複数の出力変化期間の各々において算出された複数の系統インピーダンスのばらつきが許容範囲内であり且つ前記複数の出力変化期間の相互間での系統インピーダンスのばらつきが許容範囲内である場合に、算出した系統インピーダンスに基づいて前記制御パラメータを調整する、無効電力補償装置。
2. 各前記出力変化期間に前記無効電力出力部から出力される無効電力の変化部分の波形は、三角波である、請求項１に記載の無効電力補償装置。
3. 各前記出力変化期間に前記無効電力出力部から出力される無効電力の変化部分の波形は、方形波に一次遅れ伝達関数を適用することによって生成される波形である、請求項１に記載の無効電力補償装置。
4. 電力系統に接続された第１および第２の無効電力補償装置を備え、
   前記第１の無効電力補償装置は、
   前記電力系統に無効電力を出力する第１の無効電力出力部と、
   前記電力系統の系統電圧を検出する第１の電圧検出部と、
   前記第２の無効電力補償装置と通信可能な第１の通信装置と、
   第１の動作モード時に、前記第１の電圧検出部によって検出された系統電圧と制御パラメータとに基づいて、前記第１の無効電力出力部によって出力される無効電力の大きさを制御する第１の制御部とを備え、
   前記第１の制御部は、第２の動作モード時に、前記第１の通信装置を介して前記第２の動作モードであることを前記第２の無効電力補償装置に通知し、
   前記第１の制御部は、さらに、前記第２の動作モード時に複数の出力変化期間を設け、各前記出力変化期間において前記第１の無効電力出力部によって前記電力系統に出力される無効電力の大きさを変化させ、各前記出力変化期間内の複数の検出時点で検出された系統電圧の変化量と対応する無効電力の変化量とに基づいて前記複数の検出時点における前記電力系統の系統インピーダンスを算出し、前記複数の出力変化期間の各々において算出された複数の系統インピーダンスのばらつきが許容範囲内であり且つ前記複数の出力変化期間の相互間での系統インピーダンスのばらつきが許容範囲内である場合に、算出した系統インピーダンスに基づいて前記制御パラメータを調整し、
   前記第２の無効電力補償装置は、
   前記電力系統に無効電力を出力する第２の無効電力出力部と、
   前記電力系統の系統電圧を検出する第２の電圧検出部と、
   前記第１の無効電力補償装置と通信可能な第２の通信装置と、
   前記第２の電圧検出部によって検出された系統電圧に基づいて前記第２の無効電力出力部によって出力される無効電力の大きさを制御する第２の制御部とを備え、
   前記第２の制御部は、前記第２の通信装置を介して前記第１の無効電力補償装置が前記第２の動作モードであることを検知すると、前記第２の動作モードの期間中、前記第２の無効電力出力部によって前記電力系統に出力される無効電力を変化させない、無効電力補償システム。
5. 前記第２の制御部は、前記第２の動作モード時であっても、前記第２の動作モードに移行する前に比べて前記第２の電圧検出部によって検出された系統電圧が許容変化量を超えて変化した場合には、検出された系統電圧に基づいて前記第２の無効電力出力部が出力する無効電力の大きさを調整する、請求項４に記載の無効電力補償システム。
6. 電力系統に接続された第１および第２の無効電力補償装置を備え、
   前記第１の無効電力補償装置は、
   前記電力系統に無効電力を出力する第１の無効電力出力部と、
   前記電力系統の系統電圧を検出する第１の電圧検出部と、
   日時を計測する第１の計時部と、
   第１の動作モード時に、前記第１の電圧検出部によって検出された系統電圧と制御パラメータとに基づいて、前記第１の無効電力出力部によって出力される無効電力の大きさを制御する第１の制御部とを備え、
   前記第１の制御部は、前記第１の計時部によって所定日時になったことが検知されると第２の動作モードに移行し、所定期間が経過してから前記第１の動作モードに戻り、
   前記第１の制御部は、さらに、前記第２の動作モード時に複数の出力変化期間を設け、各前記出力変化期間において前記第１の無効電力出力部によって前記電力系統に出力される無効電力の大きさを変化させ、各前記出力変化期間内の複数の検出時点で検出された系統電圧の変化量と対応する無効電力の変化量とに基づいて前記複数の検出時点における前記電力系統の系統インピーダンスを算出し、前記複数の出力変化期間の各々において算出された複数の系統インピーダンスのばらつきが許容範囲内であり且つ前記複数の出力変化期間の相互間での系統インピーダンスのばらつきが許容範囲内である場合に、算出した系統インピーダンスに基づいて前記制御パラメータを調整し、
   前記第２の無効電力補償装置は、
   前記電力系統に無効電力を出力する第２の無効電力出力部と、
   前記電力系統の系統電圧を検出する第２の電圧検出部と、
   日時を計測する第２の計時部と、
   前記第２の電圧検出部によって検出された系統電圧に基づいて前記第２の無効電力出力部によって出力される無効電力の大きさを制御する第２の制御部とを備え、
   前記第２の制御部は、前記第２の計時部によって前記所定日時になったことが検知されると、前記所定期間が経過するまで、前記第２の無効電力出力部によって前記電力系統に出力される無効電力を変化させない、無効電力補償システム。
7. 前記第２の制御部は、前記所定期間が経過する前であっても、前記所定日時になる前に比べて前記第２の電圧検出部によって検出された系統電圧が許容変化量を超えて変化した場合には、検出された系統電圧に基づいて前記第２の無効電力出力部が出力する無効電力の大きさを調整する、請求項６に記載の無効電力補償システム。
8. 各前記出力変化期間に前記第１の無効電力出力部から出力される無効電力の変化部分の波形は、三角波である、請求項４〜７のいずれか１項に記載の無効電力補償システム。
9. 各前記出力変化期間に前記第１の無効電力出力部から出力される無効電力の変化部分の波形は、方形波に一次遅れ伝達関数を適用することによって生成される波形である、請求項４〜７のいずれか１項に記載の無効電力補償システム。

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