JP6348208B2 - 無効電力補償システムの損失測定装置 - Google Patents

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Description

本発明は、無効電力補償システムに関するものであり、特に無効電力補償システムの損失測定装置に関するものである。
負荷の連結されている受電端に電力が供給される場合は、該電力が全て負荷に用いられなくなる。言い換えれば、該電力は、全て有効電力として負荷に用いられず、該電力のうち一部は、実際は何も寄与しない無効電力として損失されることになる。
このような無効電力を最小化するか補償するため無効電力補償システムが採用される。
無効電力補償システムにより電圧の位相や電流の位相が調節されて、無効電力を最小化することができる。
一方、無効電力補償システムに構成された機器等による損失が発生することになる。
しかし、従来は、無効電力補償システム内に構成された多様な機器により、どれ位の損失が発生するかを把握することができないという問題点があった。
したがって、無効電力補償システムの購買者の側面では、無効電力補償システムの購買に対する経済性が判断できず、さらに無効電力補償システムによる損失を持続的に把握して、それに伴う対応方策を講じることができないという問題点があった。
また、無効電力補償システムの製造者の側面では、無効電力補償システムの損失が把握できず、購買者の損失に対する問い合わせへの答弁ができないため、購買者に当該製品の販売に対する信頼性を広報しがたいという問題点があった。
さらに、無効電力補償システムのメンテナンス及び損失量を設計に反映するためには無効電力補償システムの損失を把握すべきであるが、従来は、無効電力補償システムの損失を把握することができないという問題点があった。
したがって、無効電力補償システムの損失を把握できないため、無効電力補償システムを含む全体システムに対する正確な評価が困難であり、次期システム設計時に当該損失等が反映されないという問題点があった。
本発明は、前述の問題及びその他問題を解決することを目的とする。
本発明の他目的は、無効電力補償システムに含まれた多様な機器の損失が把握できるようにする無効電力補償システムの損失測定装置を提供する。
前記又は他目的を達するため本発明の一側面によれば、無効電力補償システムの損失測定装置は、少なくとも一つ以上の負荷、無効電力補償部、少なくとも一つ以上の検出部、測定部及び損失計算部を含んでもよい。
前記少なくとも一つ以上の負荷は、受電端に連結されてもよい。
前記無効電力補償部は、前記受電端に連結されて、少なくとも一つ以上の機器を含んでもよい。
前記少なくとも一つ以上の検出部は、前記少なくとも一つ以上の機器に設けられて電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相を検出することができる。
前記測定部は、前記少なくとも一つ以上の検出部から検出された電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相に基づいて電圧データ、電流データ及び位相角を測定することができる。
前記損失計算部は、前記測定された電圧データ、電流データ及び位相角に基づいて、前記少なくとも一つ以上の機器の損失電力を計算することができる。
本発明による無効電力補償システムの損失測定装置の効果について説明すれば、次のとおりである。
本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、無効電力補償システムの損失を容易に把握することができ、当該損失を持続的に、かつリアルタイムで把握することができるという長所がある。
また、本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、無効電力補償システムの購買者や運用者の立場では、当該損失による経済性の判断が可能であるため、当該無効電力補償システムの損失増加等を把握して、当該無効電力補償システムの老朽度合及び交替の周期を把握することができるという長所がある。
本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、無効電力補償システムを販売した製造者の立場では、当該無効電力補償システムの無効電力補償のみならず、損失把握も可能であることを広報して、より多くの当該無効電力補償システムを販売することができるという長所がある。
本発明の実施形態のうち少なくとも一つによれば、無効電力補償システムの損失測定装置を通じて、使用される負荷の個数によって変わる無効電力補償システムの損失測定が可能であり、これに対する評価や対応方案が容易に模索されるという長所がある。
本発明の適用可能な追加的な範囲は、以下の詳細な説明から明らかになるだろう。しかしながら、本発明の思想及び範囲内における多様な変更及び修正は、当業者に明確に理解されるものであり、詳細な説明及び本発明の望ましい実施形態のような特定実施形態は、単なる例示として挙げられたものと理解しれなければならない。
本発明の一実施形態による無効電力補償システムの損失測定装置を示した図面。 無効電力補償システムの補償方法を説明する手順図。
以下に、添付の図面を参照しながら、本明細書に開示された実施形態を詳細に説明するが、図面の符号に関係なく同一又は類似の構成要素は、同じ参照番号を付しており、これについて重複する説明は省略する。以下の説明において、使われる構成要素に対する接尾辞「モジュール」及び「部」は、明細書の作成における容易性だけ考慮して付与するか混用するものであり、それ自体が互いに区別される意味を有するか役割をするものではない。また、本明細書に開示された実施形態を説明することにおいて、関連する公知の技術に対する具体的な説明が、本明細書に開示された実施形態の要旨を曖昧にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。また、添付の図面は、本明細書に開示された実施形態を理解しやすくするためのものであって、添付の図面により本明細書に開示された技術的思想が制限されることではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物ないし代替物を含むものと理解しなければならない。
図１は、本発明の一実施形態による無効電力補償システムの損失測定装置を示した図面である。
図１を参照すれば、無効電力補償システムの損失測定装置は、無効電力補償部３０及び制御システム４０を含む。
受電端１１に複数の負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃが連結されてもよい。具体的に、受電端１１から枝線１２が分岐して連結されて、この枝線１２に複数の負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃが連結されてもよい。
図１では、枝線１２が受電端１１に連結されるものと示されているが、枝線１２なしに複数の負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃが直接に受電端１１に連結されてもよい。
受電端１１以外の系統に負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃが連結されてもよい。系統はＡＣ系統、ＤＣ系統、ＨＶＤＣ系統であってもよいが、これについては限定しない。
負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、一例として製鉄所に具備された負荷であり、例えばアーク炉２１ａ、２１ｂ、２１ｃや精錬炉２３ａ、２３ｂ、２３ｃであってもよいが、これについては限定しない。
無効電力補償部３０は、負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃと並列に連結されて、負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃと枝線１２又は受電端１１に共通して連結されてもよい。しかし、これについては限定しない。これにより、受電端１１へ供給される電力は、複数の負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃのみならず無効電力補償部３０へ供給されてもよい。
無効電力補償部３０は、誘導性補償部２５、容量性補償部２７及び高調波フィルター部２９を含むことができる。
誘導性補償部（ＴＣＲ：Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ-Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｒｅａｃｔｏｒ、２５）は、リアクター素子とサイリスタースイッチ（ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ ｓｗｉｔｃｈ）を含んでもよい。リアクター素子の個数や配列は、多様な方法により具現可能である。
容量性補償部２７（ＴＳＣ：Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ-Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、２７）は、容量性素子とサイリスタースイッチを含んでもよい。容量性素子の個数や配列は、多様な方法により具現可能である。
高調波フィルター部２９は、複数のフィルターを含んでもよい。各フィルターは抵抗器、キャパシター及びインダクターを含んでもよい。抵抗器とインダクターは並列に連結されてもよいが、これについては限定しない。
誘導性補償部２５や容量性補償部２７は、必ずしも具備される必要はなく、誘導性補償部２５や容量性補償部２７のうち一つのみ具備されてもよいが、これについては限定しない。
図示していないが、誘導性補償部２５や容量性補償部２７に加えて、固定型補償部がさらに含まれてもよい。固定型補償部は、固定型キャパシター（ｆｉｘｅｄ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）であってもよい。
無効電力補償部３０は、無効電力を補償するため内部に具備されたサイリスタースイッチを制御することができる。
これをより具体的に説明すれば、次のとおりである。
図２に示したように、電圧、電流及び位相角を測定することができる（Ｓ１１１）。
例えば、電圧、電流及び位相角は、第１の検出部１３により検出された後、制御システム４０に具備された測定部４１により測定することができる。具体的に、第１の検出部１３の変圧器１３ａにより枝線１２にかかっている電圧及び電圧の位相が検出されて、第１の検出部１３の変流器１３ｂにより枝線１２に流れる電流及び電流の位相が検出される。
第１の検出部１３で検出された電圧及び電圧の位相、そして電流及び電流の位相は測定部４１へ提供される。したがって、測定部４１で電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相に基づいて電圧データ、電流データ及び位相角を測定することができる。
位相角は、電圧の位相と電流の位相に基づいて算出することができる。例えば、電流の位相が電圧の位相より進む場合には進相と命名されて、電圧の位相が電流の位相より進む場合には遅相と命名される。
例えば、進相での位相角が正の位相角に示される場合は、遅相での位相角は負の位相角に示される。
もし、複数の負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃが直接に受電端１１に連結されている場合は、第１の検出部１３の変圧器１３ａにより受電端１１ラインの電圧及び電圧の位相が検出される。そして、第１の検出部１３の変流器１３ｂにより受電端１１ラインに流れる電流及び電流の位相が検出される。
制御部４５は、測定された電圧、電流及び位相角に基づいて無効電力を計算することができる（Ｓ１１３）。次いで、制御部４５は、計算された無効電力に基づいて無効電力補償量を計算することができる。
無効電力補償量は、力率補償目標値−現在力率で計算することができる。
力率は、有効電力と皮相電力の比を示す。皮相電力は、受電端１１へ供給された電力を示し、有効電力は、皮相電力の中で無効電力を除いた電力であってもよい。したがって、力率補償による力率の改善で有効電力が増加して電力の損失が減り、電力が効率的に使用される。
進相無効電力であるか遅相無効電力であるかによって、無効電力補償量は＋Ｑか−Ｑに計算される。
進相無効電力は、電流の位相が電圧の位相を進む時の無効電力であり、遅相無効電力は、電圧の位相が電流の位相を進む時の無効電力である。
制御部４５は、無効電力補償量（＋Ｑ、−Ｑ）により無効電力補償部３０内に具備されたサイリスタースイッチを制御することができる。
このようなサイリスタースイッチの制御により無効電力が補償されるため、枝線１２へ供給される電力の無効電力を最小化して、該電力が負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃに用いられてもよい。
一方、無効電力補償部３０は、複数の機器で構成されてもよい。例えば、無効電力補償部３０は、誘導性補償部２５、容量性補償部２７及び高調波フィルター部２９を含んでもよい。これら誘導性補償部２５、容量性補償及び高調波フィルター部２９がメイン装置（ｍａｉｎ ｄｅｖｉｃｅｓ）であってもよい。
さらに、無効電力補償部３０は、補助装置（ａｎｃｉｌｌａｒｙ ｄｅｖｉｃｅｓ）であって、バッテリー、非常発電機、エアコンディショナー等が挙げられるが、これについては限定しない。
無効電力補償部３０の複数の機器も動作するため損失が発生する。しかし、従来は、このような無効電力補償部３０の複数の機器により発生する損失が分からなくて、多様な後続動作が不可能であった。
本発明は、無効電力補償部３０に具備された複数の機器それぞれの損失を把握することができ、このような各機器の損失を含む無効電力補償部３０の全体損失に基づいて、多様な評価や後続措置を取ることができる。
無効電力補償部３０の損失を測定するため、複数の検出部が具備されてもよい。
例えば、第１の検出部１３が受電端１１と枝線１２の間に設けられて、枝線１２での電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相が検出されてもよい。
例えば、第２の検出部１５が無効電力補償部３０の誘導性補償部２５の入力側に設けられて、誘導性補償部２５の入力側での電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相が検出されてもよい。
誘導性補償部２５へ電流が流れ込む場合もあり、補償時には誘導性補償部２５から電流が流れ出す場合もある。
例えば、第３の検出部１７が無効電力補償部３０の容量性補償の入力側に設けられて、容量性補償部２７の入力側での電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相が検出されてもよい。容量性補償部２７へ電流が流れ込む場合もあり、補償時には誘導性補償部２５から電流が流れ出す場合もある。
例えば、第４の検出部１９が無効電力補償部３０の高調波フィルター部２９の入力側に設けられて、高調波フィルター部２９の入力側での電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相が検出されてもよい。
例えば、第５の検出部３３が無効電力補償部３０の各補助装置の入力側に設けられて、各補助装置の入力側での電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相が検出されてもよい。
補助装置は例えば、バッテリー、非常発電機、エアコンディショナー等が挙げられるが、これについては限定しない。
第１ないし第５の検出部１３、１５、１７、１９、３３それぞれは、変圧器１３ａ、１５ａ、１７ａ、１９ａ及び変流器１３ｂ、１５ｂ、１７ｂ、１９ｂを含むことができる。
制御システム４０は、測定部４１、損失計算部４３、制御部４５及び貯蔵部４７を含んでもよい。
制御部４５は、無効電力補償部３０を含むシステム全体を全般的に管理及び制御することができる。
制御システム４０内に含まれた測定部４１、損失計算部４３及び貯蔵部４７も制御部４５の制御下で特定機能が行なわれる。
測定部４１は、例えば第１ないし第５の検出部１３、１５、１７、１９、３３から検出された電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相入力を受ける。そして電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相に基づいて当該機器における電圧データ、電流データ及び位相角を測定することができる。
第１ないし第５の検出部１３、１５、１７、１９、３３から検出された電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相は、アナログ信号であってもよい。
測定部４１は、アナログ信号である、検出された電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相をデジタル信号に変換して、増幅及び/又は変調して電圧データ、電流データ及び位相角を測定することができる。
損失計算部４３は、第１の検出部１３から検出されて測定部４１で測定された電圧データ、電流データ及び位相角に基づいて、受電端１１を通じて供給される供給電力を計算することができる。
損失計算部４３は、測定部４１で測定された電圧データ、電流データ及び位相角に基づいて、各機器の損失電力を計算することができる。
各機器の損失電力は、下記数１で計算される。
[数１]
Ｐloss＝ＶＩｔ
Ｐlossは損失電力であり、Ｖは当該機器で測定された電圧であり、Ｉは当該機器で測定された電流であり、ｔは時間である。
損失電力は、時間単位で積算される。例えば、１時間単位で損失電力を積算すれば、一日基準で２４回積算して、このように２４回積算された損失電力を平均した平均量が算出される。２４回積算された損失電力と一日の平均量等が貯蔵部４７に貯蔵されることができる。
したがって、毎時間算出された損失電力や一日単位で算出された一日の平均量を通じて、無効電力補償部３０の損失を容易に把握することができる。したがって、当該損失把握が使い捨てで終わることではなく、無効電力補償部３０が動作する限り、持続的に、かつリアルタイムで損失を把握することができる。
これにより、無効電力補償部３０の購買者や運用者の立場では、当該損失による経済性の判断が可能である。
例えば、損失計算部４３は、無効電力補償部３０が消耗する損失電力と無効電力を補償する補償電力を比較して、無効電力補償部３０の経済性を判断することができる。これにより、無効電力補償部３０の期間別の電気料金節減の効果を見せることができる
一方、損失計算部４３の代りに、制御部４５で当該経済性を判断することもできる。
負荷の運転量に伴い製品の生産量が増加すれば、これに比例して無効電力補償の効果が生じて、夏季のように電気料金が高い場合に無効電力補償に対する経済的効果は増加する。
また、無効電力補償部３０の購買者や運用者の立場では、当該無効電力補償部３０の損失増加等を把握して、当該無効電力補償部３０の老朽度合及び交替の周期を把握することができる。また、当該無効電力補償部３０について把握された損失情報を全体システムに反映するか、追って新しいシステムの設計時に反映することができる。
当該無効電力補償部３０を販売した製造者の立場では、当該無効電力補償部３０の無効電力補償のみならず、損失把握も可能であることを広報して、より多くの当該無効電力補償部３０を販売することができる。
さらに、複数の負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃの中で、使用される負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃの個数が時間によって変わり、負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃの個数が変わるにつれて、無効電力補償部３０で発生する損失も変わるため、本発明による無効電力補償部３０の損失測定装置を通じて、使用される負荷２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃの個数によって変わる無効電力補償部３０の損失測定が可能であり、これに対する評価や対応方案を容易に模索することができる。
上記詳細な説明は、全ての面において制限的に解釈されてはならないし、例示的なものと考慮すべきである。本発明の範囲は、添付の請求項の合理的な解釈により決定すべきであり、本発明の等価的範囲内における全ての変更は、本発明の範囲に含まれる。
１１：受電端
１２：枝線
１３、１５、１７、１９、３３：検出部
１３ａ、１５ａ、１７ａ、１９ａ：変圧器
１３ｂ、１５ｂ、１７ｂ、１８ｂ：変流器
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ：負荷
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ：アーク炉
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ：精錬路
２５：誘導性補償部
２７：容量性補償部
２９：高調波フィルター部
３０：無効電力補償部
４０：制御システム
４１：測定部
４３：損失計算部
４５：制御部
４７：貯蔵部

Claims (6)

  1. 無効電力を補償する無効電力補償システムの損失測定装置に関するものであって、
    受電端に連結された少なくとも一つ以上の負荷；
    前記受電端に連結されて、少なくとも一つ以上の機器を含む無効電力補償部；
    前記少なくとも一つ以上の機器に設けられており、電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相を検出する少なくとも一つ以上の検出部；
    前記少なくとも一つ以上の検出部から検出された電圧、電圧の位相、電流及び電流の位相に基づいて電圧データ、電流データ及び位相角を測定する測定部；及び
    前記測定された電圧データ、電流データ及び位相角に基づいて、前記少なくとも一つ以上の機器の損失電力を計算する損失計算部を含み、
    前記少なくとも一つ以上の機器は、少なくとも一つ以上のメイン装置であって誘導性補償部、容量性補償部及び高調波フィルター部のうち少なくとも一つ以上を含むメイン装置と、少なくとも一つ以上の補助装置であってバッテリー、非常発電機及びエアコンディショナーのうち少なくとも一つ以上を含む補助装置を含む
    無効電力補償システムの損失測定装置。
  2. 前記少なくとも一つ以上の検出部は、
    前記誘導性補償部の入力側に設けられる第１の検出部；
    前記容量性補償部の入力側に設けられる第２の検出部；及び
    前記高調波フィルター部の入力側に設けられる第３の検出部を含む請求項１に記載の無効電力補償システムの損失測定装置。
  3. 前記少なくとも一つ以上の検出部は、
    前記バッテリーの入力側に設けられる第４の検出部；
    前記非常発電機の入力側に設けられる第５の検出部；及び
    前記エアコンディショナーの入力側に設けられる第６の検出部を含む請求項１に記載の無効電力補償システムの損失測定装置。
  4. 前記受電端と前記少なくとも一つ以上の負荷の間に設けられる、別の検出部をさらに含む請求項１に記載の無効電力補償システムの損失測定装置。
  5. 前記損失計算部で算出された時間単位の損失電力と一日の平均量を貯蔵する貯蔵部をさらに含む請求項１に記載の無効電力補償システムの損失測定装置。
  6. 前記損失計算部は、
    前記無効電力補償部が消耗する損失電力と無効電力を補償する補償電力を比較して、前記無効電力補償部の経済性を判断する請求項１に記載の無効電力補償システムの損失測定装置。
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