JP6904134B2 - 無効電力補償装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統に接続される無効電力補償装置及びその制御方法に関する。

無効電力補償装置として、例えば、電力系統の系統電圧又は系統電圧の正相電圧又は系統電圧の逆相電圧のいずれかを用いて電力系統の電圧補償をする技術が開示されている。また、系統電圧の正相電圧と逆相電圧とを用いて電力系統の電圧補償をする技術として特許文献１や特許文献２などが開示されている。

特許文献１には、電力系統の電圧変動を正相分と逆相分とに分離し、分離した正相分と逆相分とに基づいて電力系統の電圧補償をする無効電力補償装置が開示されている。

特許文献２には、不平衡事故による過電流の発生を防止する無効電力補償装置（電力変換装置）が開示されている。その無効電力補償装置によれば、電力系統の電圧急変時に抽出した正相電圧と逆相電圧とに基づいて電力系統の電圧補償をすることが開示されている。

特開１９８８−０６９４３０号公報 特開２００２−３５４６７４号公報

しかしながら、上述した無効電力補償装置は、分散型電源が接続されている電力系統において二相短絡が発生した場合に、電力系統の電圧補償を十分にできるものではない。すなわち、上述した無効電力補償装置においては、短絡した二相間電圧が低下しても、分散型電源が電力系統から解列しないようにし、電力系統の電圧や周波数維持に大きな影響を与えないように電力系統の電圧補償をするものではない。

本発明の一側面に係る目的は、電力系統の二相短絡により、短絡した二相間電圧が低下した場合でも、電力系統の電圧補償をする無効電力補償装置及びその制御方法を提供することである。

本発明に係る一つの形態である電力系統に接続される無効電力補償装置は、電力系統の二相短絡により短絡した相間の二相間電圧が低下した場合、短絡した二相間電圧に直交する電流を算出し、直交する電流を電力系統へ出力する。

また、直交する電流は、正相電圧を増加させる正相電流と逆相電圧を減少させる逆相電流とを合成して算出する。また、正相電流と逆相電流とは同じ電流量とする。

本発明に係る他の形態である電力系統に接続される無効電力補償装置の制御方法は、電力系統の二相短絡により短絡した相間の二相間電圧が低下した場合、短絡した二相間電圧に直交する電流を算出し、直交する電流を電力系統へ出力する。

また、直交する電流は、正相電圧を増加させる正相電流と逆相電圧を減少させる逆相電流とを合成して算出する。また、正相電流と逆相電流とは同じ電流量とする。

電力系統の二相短絡により、短絡した二相間電圧が低下した場合でも、電力系統の電圧補償をすることができる。

無効電力補償装置と分散型電源と電力系統との関係を示す図である。 無効電力補償装置の一実施例を示す図である。 正相逆相電流算出部及び出力電力制御部の一実施例を示す図である。 電力系統の二相短絡の一例を示す図である。 二相間電圧低下後の電圧補償前の三相電圧ベクトルと三相正相電圧ベクトルと三相逆相電圧ベクトルとの関係を示す図である。 二相間電圧低下後の電圧補償後の三相電圧ベクトルと三相正相電圧ベクトルと三相逆相電圧ベクトルと、三相電流ベクトルと三相正相電流ベクトルと三相逆相電流ベクトルとの関係を示す図である。 無効電力補償装置の効果を説明するための図である。

以下図面に基づいて実施形態について詳細を説明する。
図１は、電力系統１と無効電力補償装置２と分散型電源３との関係を示す図である。電力系統１は、例えば、発電設備から送電線、変電設備、配電線を経由して、需要家（受電設備）に至るまでを包括したシステムである。なお、図１には、一例として電力系統１に無効電力補償装置２と分散型電源３とが接続されている例を示す。

無効電力補償装置２は、計測した電力系統１の系統電圧Ｖｓに基づいて電力系統１へ無効電力又は無効電流を出力し、電力系統１のリアクタンス成分と無効電流とにより電力系統１の電圧補償をする。また、無効電力補償装置２は、電力系統１の二相短絡により短絡した相間の二相間電圧が低下した場合、短絡した二相間電圧に直交する電流を算出し、直交する電流を電力系統１へ出力する（直交する電流を電力系統１の短絡した二相に出力する）。ここで、二相短絡は完全短絡ではなく、短絡インピーダンスを持った短絡を想定している。

直交する電流は、正相電圧を増加させる正相電流と逆相電圧を減少させる逆相電流とを合成して算出する。ただし、直交する電流は、必ずしも二相間電圧に完全に直交していなくてもよく、直交していていると見做せる範囲であればよい。

また、正相電流と逆相電流とは同じ電流量とする。ただし、正相電流と逆相電流とは、必ずしも同じ電流量でなくてもよく、正相電流と逆相電流の電流量が同じと見做せる範囲であればよい。

分散型電源３は、再生可能エネルギーを利用して発電をする発電設備で、電力系統１に電力を供給する。分散型電源３は、例えば、太陽光発電設備や風力発電設備などである。なお、分散型電源３に無効電力補償装置２を搭載しても良い。

無効電力補償装置２の構成について説明をする。
図２は、無効電力補償装置２の一実施例を示す図である。無効電力補償装置２は、インバータ４、変圧器５、遮断器６、電圧計測部７を有する。

インバータ４は、変圧器５、遮断器６を介して電力系統１に接続され、インバータ４から電力系統１へ無効電力又は無効電流を出力する。また、インバータ４は、電力系統１に接続される電圧計測部７により系統電圧Ｖｓを降圧した電圧Ｖｓｉを電圧計測部７から取得する。電圧Ｖｓｉは、系統電圧Ｖｓの電圧値を示す信号又は情報である。

インバータ４は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＧＴＯ（Gate Turn-Off）サイリスタなどの図２に示す半導体スイッチング素子Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ、Ｓｅ、Ｓｆ及びダイオードＤａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅ、Ｄｆなどから構成される回路と、その回路に並列接続されるコンデンサＣと、電流検出部２０、制御部２１とから構成される。

電流検出部２０は、電力系統１へ出力される電流を計測し、計測した電流に対応する電流Ｉｉをインバータ４の制御部２１へ送る。電流Ｉｉは、計測した電流の電流値を示す信号又は情報である。

制御部２１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、マルチコアＣＰＵ、プログラマブルなデバイス（ＦＰＧＡ（Fie Programmable Gate Array）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）など）を用いて構成される回路である。また、制御部２１は、その内部又は外部に記憶部を備え、記憶部に記憶されている無効電力補償に関するプログラムを読み出して実行する。

制御部２１は、正相逆相電流算出部２２、出力電力制御部２３を有する。
正相逆相電流算出部２２は、電力系統１の二相短絡により短絡した相間の二相間電圧が低下した場合、短絡した一方の相に対応する二相間電圧に直交する第一の直交電流と、短絡した他方の相に対応する二相間電圧に対して第一の直交電流と反対方向に直交する第二の直交電流とを算出する。

第一の直交電流は、一方の相に対応する正相電圧を増加させる第一の正相電流と、一方の相に対応する逆相電圧を減少させる第一の逆相電流とを合成して算出される。また、第二の直交電流は、他方の相に対応する正相電圧を増加させる第二の正相電流と、他方の相に対応する逆相電圧を減少させる第二の逆相電流とを合成して算出される。また、第一の正相電流と第二の正相電流と第一の逆相電流と第二の逆相電流とは同じ電流量とする。

ただし、第一の直交電流及び第二の直交電流は、必ずしも二相間電圧に完全に直交していなくてもよく、直交していていると見做せる範囲において直交していればよい。

また、第一の正相電流と第一の逆相電流と第二の正相電流と第二の逆相電流とは、必ずしも同じ電流量でなくてもよく、第一の正相電流と第二の正相電流と第一の逆相電流と第二の逆相電流の電流量が同じと見做せる範囲であればよい。

出力電力制御部２３は、電力系統１へ第一の直交電流と第二の直交電流を出力するような電圧を電力系統１へ出力する。すなわち、出力電力制御部２３は、第一の直交電流と第二の直交電流とを電力系統１へ出力するような電圧を、インバータ４の半導体スイッチング素子ＳａからＳｆを制御して電力系統１へ出力する（第一の直交電流を電力系統１の一方の相へ流し、第二の直交電流を電力系統１の他方の相に流す）。

正相逆相電流算出部２２と出力電力制御部２３の実施例について説明する。
図３は、正相逆相電流算出部２２及び出力電力制御部２３の一実施例を示す図である。

正相逆相電流算出部２２は、二相電圧算出部３０、短絡検出部３１、正相電圧抽出部３２、逆相電圧抽出部３３、設定部３４、加算部３５、電圧制御部３６、逆相電流算出部３７、三相電流算出部３８、三相電流算出部３９、加算部４０を有する。出力電力制御部２３は、加算部４１、電流制御部４２、パルス幅変調制御部４３を有する。

二相電圧算出部３０、電力系統１に接続された電圧計測部７により系統電圧Ｖｓを降圧させた電圧Ｖｓｉ（三相交流電圧：Ａ相電圧Ｖａ、Ｂ相電圧Ｖｂ、Ｃ相電圧Ｖｃ）を電圧計測部７から取得し、電圧Ｖｓｉに対して三相二相変換を行う。図３の例では、電圧Ｖｓｉを二相電圧Ｖｄｑ（ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑ）に変換する。

短絡検出部３１は、電圧Ｖｓｉを電圧計測部７から取得し、Ａ相電圧Ｖａ、Ｂ相電圧Ｖｂ、Ｃ相電圧Ｖｃの電圧レベルを監視し、二相間電圧が所定電圧まで低下（二相短絡）したか否かを検出する。二相短絡を検出した場合には、正相逆相電流算出部２２の各部（図３の３２から４０）に通知をし、各部に二相短絡に対応した電力系統１の電圧補償をする動作を開始させる。所定電圧は、所定電圧未満になると電力系統１から分散型電源３が解列する電圧である。

正相電圧抽出部３２は、二相電圧算出部３０から出力された二相電圧Ｖｄｑを取得し、正相電圧抽出フィルタを用いて二相正相電圧ＶＰ（ｄ軸正相電圧ＶＰｄ、ｑ軸正相電圧ＶＰｑ＝０）を抽出する。なお、ｄ軸正相電圧ＶＰｄを有効電圧とし、ｑ軸正相電圧ＶＰｑを無効電圧とする。

逆相電圧抽出部３３は、二相電圧算出部３０から出力された二相電圧Ｖｄｑを取得し、逆相電圧抽出フィルタを用いて二相逆相電圧ＶＮ（ｄ軸逆相電圧ＶＮｄ、ｑ軸逆相電圧ＶＮｑ）を抽出する。

設定部３４は、二相短絡時に電圧補償する目標電圧Ｖｓｔを設定する。目標電圧Ｖｓｔは、例えば、三相における二相短絡していない二相間電圧（残電圧１００［％］）や電力系統１から分散型電源３が解列しない二相間電圧（例えば、残電圧２０［％］以上）に対応する三相二相変換されたｄ軸正相電圧を示す値などである。

加算部３５は、設定部３４から出力された目標電圧Ｖｓｔと正相電圧抽出部３２から出力された二相正相電圧ＶＰとの偏差ＳＵＢ１を算出する。

電圧制御部３６は、加算部３５から出力された偏差ＳＵＢ１を取得し、偏差ＳＵＢ１を用いてＰＩ制御などにより二相正相電流ＩＰ（ｑ軸正相電流ＩＰｑ）を算出する。なお、二相正相電流ＩＰは正相電圧を増加させる電流である。

逆相電流算出部３７は、逆相電圧抽出部３３から出力された二相逆相電圧ＶＮと、電圧制御部３６から出力された二相正相電流ＩＰとを用いて、同じ電流量の二相逆相電流ＩＮ（ｄ軸逆相電流ＩＮｄ、ｑ軸逆相電流ＩＮｑ）を算出する。なお、二相逆相電流ＩＮは、逆相電圧を減少させる電流で、二相逆相電流ＩＮは二相正相電流ＩＰと同じ大きさにする。式１を参照。

｜ＩＰ｜＝｜ＩＮ｜＝√ＩＮｄ^２＋ＩＮｑ^２ 式１

なお、式１の√ＩＮｄ^２＋ＩＮｑ^２は（ＩＮｄ^２＋ＩＮｑ^２）のルートを示す。

三相電流算出部３８は、二相正相電流ＩＰ（ｑ軸正相電流ＩＰｑ）を三相正相電流（Ｉｐａ′、Ｉｐｂ′、Ｉｐｃ′）に変換する。

三相電流算出部３９は、二相逆相電流ＩＮ（ｄ軸逆相電流ＩＮｄ、ｑ軸逆相電流ＩＮｑ）を三相逆相電圧（Ｉｎａ′、Ｉｎｂ′、Ｉｎｃ′）に変換する。

加算部４０は、三相正相電流（Ｉｐａ′、Ｉｐｂ′、Ｉｐｃ′）と三相逆相電圧（Ｉｎａ′、Ｉｎｂ′、Ｉｎｃ′）とを加算し、電流指令値Ｉ^＊（Ｉａ′、Ｉｂ′、Ｉｃ′）を算出する。加算部４０では、短絡した一方の相に対応する二相間電圧に直交する第一の直交電流と、短絡した他方の相に対応する二相間電圧に対して第一の直交電流と反対方向に直交する第二の直交電流とを算出する。

加算部４１は、加算部４０から出力される電流指令値Ｉ^＊（Ｉａ′、Ｉｂ′、Ｉｃ′）と、インバータ４から出力された電流を示す電流Ｉｉ（Ｉｉａ、Ｉｉｂ、Ｉｉｃ）との偏差ＳＵＢ２（Ｉａ′−Ｉｉａ、Ｉｂ′−Ｉｉｂ、Ｉｃ′−Ｉｉｃ）を算出する。

電流制御部４２は、加算部４１から出力された偏差ＳＵＢ２を取得し、偏差ＳＵＢ２を用いてＰＩ制御などによりインバータ４を制御するための電圧指令値Ｖ^＊（Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ）を算出する。

パルス幅変調制御部４３は、電流制御部４２から出力された電圧指令値Ｖ^＊を取得し、電圧指令値Ｖ^＊を用いてインバータ４の半導体スイッチング素子ＳａからＳｆを制御するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルスを生成し、半導体スイッチング素子ＳａからＳｆの制御端子に出力する。

その後、インバータ４から電力系統１へ直交する電流を出力する（直交する電流を短絡した二相に出力する）。

このようにすることで、短絡した二相間電圧が所定電圧まで低下した場合でも、二相間電圧に直交する電流（第一の直交電流及び第二の直交電流）を電力系統１へ出力することで、従来の無効電力補償装置より電力系統１の電圧補償を十分に行うことができる。

また、短絡した二相間電圧が所定電圧まで低下した場合でも、電力系統１の電圧補償を十分にできるようにすることで、分散型電源３を電力系統１から解列しないようにして継続運転をさせられるので、電力系統１の電圧や周波数維持に大きな影響を与えないようにできる。

なお、短絡していない場合又は三相短絡した場合には従来の方法により電力系統１の電圧補償をし、二相短絡を検出した場合には上述した方法に切り替えて電力系統１の電圧補償をしてもよい。

制御部２１の動作について説明する。
正相逆相電流算出部２２は、電力系統１の二相短絡により短絡した相間の二相間電圧が所定電圧か否かを検出する。所定電圧は、所定電圧未満になると電力系統１から分散型電源３が解列する電圧である。

図４は、電力系統１の二相短絡の一例を示す図である。図４は、電力系統１のＢ相とＣ相の短絡により、短絡したＢ相Ｃ相間の二相間電圧Ｖｂｃが所定電圧に対応する残電圧２０［％］まで低下した場合を示している。なお、所定電圧は、例えば、社団法人日本電気協会の発行する系統連系規定に定めるＦＲＴ要件により決定することが考えられる。また、図４では、電力系統１のＡ相、Ｂ相、Ｃ相に短絡がない場合の二相間電圧Ｖａｂ、Ｖａｃ、Ｖｂｃを残電圧１００［％］とし、Ｂ相とＣ相が短絡した場合の二相間電圧Ｖｂｃを残電圧２０［％］としている。また、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相に短絡がない場合の三相電圧ベクトルをＶａ、Ｖｂ、Ｖｃとして示し、Ｂ相とＣ相が短絡した場合の三相電圧ベクトルをＶａ、Ｖｂ２、Ｖｃ２として示している。

続いて、正相逆相電流算出部２２は、二相間電圧が所定電圧になると、電圧計測部７から取得した電圧Ｖｓｉを用いて正相電圧と逆相電圧を抽出する。正相電圧と逆相電圧の抽出は、例えば、上述したフィルタなどを用いて行う。

図５は、二相間電圧低下後の電圧補償前の三相電圧ベクトルＶａ、Ｖｂ、Ｖｃと三相正相電圧ベクトルＶｐａ、Ｖｐｂ、Ｖｐｃと三相逆相電圧ベクトルＶｎａ、Ｖｎｂ、Ｖｎｃとの関係を示す図である。図５のＡは、図４における二相間電圧Ｖｂｃが残電圧２０［％］のときの三相電圧ベクトルＶａ、Ｖｂ、Ｖｃを示している。図５のＢは、図５のＡの三相電圧ベクトルＶａ、Ｖｂ、Ｖｃから抽出した三相正相電圧ベクトルＶｐａ、Ｖｐｂ、Ｖｐｃを示している。図５のＣは、図５のＡの三相電圧ベクトルＶａ、Ｖｂ、Ｖｃから抽出した三相逆相電圧ベクトルＶｎａ、Ｖｎｂ、Ｖｎｃを示している。なお、三相正相電圧ベクトルは、各相について大きさが等しく、位相がＡ相→Ｂ相→Ｃ相の順に１２０°ずつ遅れている対称三相電圧である。また、三相逆相電圧ベクトルは、各相について大きさが等しく、位相がＡ相→Ｃ相→Ｂ相の順に１２０°ずつ遅れている対称三相電圧である。従って、図５の場合、Ａ相を基準に正相と逆相でＢ相とＣ相の位置は反対になる。

続いて、正相逆相電流算出部２２は、短絡した一方の相に対応する二相間電圧に直交する第一の直交電流と、短絡した他方の相に対応する二相間電圧に対して第一の直交電流と反対方向に直交する第二の直交電流とを算出する。

二相間電圧に対して第一の直交電流と第二の直交電流とを直交させる理由は、電力系統１の電圧補償を最大とするためである。第一の直交電流と第二の直交電流は、三相正相電圧ベクトルに対して位相が９０°進んだ三相正相電流ベクトルと、三相逆相電圧ベクトルに対して位相が９０°遅れた三相逆相電流ベクトルとの大きさを同じにすることで算出することができる。

なお、三相正相電流ベクトルは、三相正相電圧ベクトルに対して必ずしも位相が９０°進んでいなくてもよく、位相が９０°進んでいると見做せる範囲であればよい。また、三相逆相電流ベクトルは、三相逆相電圧ベクトルに対して必ずしも位相が９０°遅れてなくてもよく、位相が９０°遅れていると見做せる範囲であればよい。また、第一の直交電流と第二の直交電流とは必ずしも同じ大きさでなくてもよく、同じ大きさと見做せる範囲であればよい。

図６は、二相間電圧低下後の電圧補償後の三相電圧ベクトルＶａ、Ｖｂ、Ｖｃと三相正相電圧ベクトルＶｐａ′、Ｖｐｂ′、Ｖｐｃ′と三相逆相電圧ベクトルＶｎａ′、Ｖｎｃ′、Ｖｎｂ′と、三相電流ベクトルＩａ′（＝０）、Ｉｂ′、Ｉｃ′と三相正相電流ベクトルＩｐａ′、Ｉｐｂ′、Ｉｐｃ′と三相逆相電流ベクトルＩｎａ′、Ｉｎｃ′、Ｉｎｂ′との関係を示す図である。

図６の例では、図５のＢに示す三相正相電圧ベクトルＶｐａ、Ｖｐｂ、Ｖｐｃを、図６のＡに示した電流Ｉｐａ′、Ｉｐｂ′、Ｉｐｃ′を用いて、図６のＡに示す電圧補償後の三相正相電圧ベクトルＶｐａ′、Ｖｐｂ′、Ｖｐｃ′まで増加させている。なお、図６のＡに示す電圧補償後の三相正相電圧ベクトルＶｐａ′、Ｖｐｂ′、Ｖｐｃ′は式２のように表すことができる。

Ｖｐａ′＝Ｖｐａ＋Ｉｐａ′・Ｘ
Ｖｐｂ′＝Ｖｐｂ＋Ｉｐｂ′・Ｘ 式２
Ｖｐｃ′＝Ｖｐｃ＋Ｉｐｃ′・Ｘ

また、図６の例では、図５のＣに示す三相逆相電圧ベクトルＶｎａ、Ｖｎｂ、Ｖｎｃを、図６のＢに示した三相逆相電流ベクトルＩｎａ′、Ｉｎｂ′、Ｉｎｃ′を用いて、図６のＢに示す電圧補償後の三相逆相電圧ベクトルＶｎａ′、Ｖｎｂ′、Ｖｎｃ′まで減少させている。なお、図６のＡに示す電圧補償後の三相逆相電圧ベクトルＶｎａ′、Ｖｎｂ′、Ｖｎｃ′は式３のように表すことができる。

Ｖｎａ′＝Ｖｎａ−Ｉｎａ′・Ｘ
Ｖｎｂ′＝Ｖｎｂ−Ｉｎｂ′・Ｘ 式３
Ｖｎｃ′＝Ｖｎｃ−Ｉｎｃ′・Ｘ

なお、三相正相電流ベクトルＩｐａ′、Ｉｐｂ′、Ｉｐｃ′と三相逆相電流ベクトルＩｎａ′、Ｉｎｃ′、Ｉｎｂ′とは同じ大きさである。

また、式１、式２で用いたＸは電力系統１のインピーダンスを示している。
続いて、図６のＡに示す電圧補償後の三相正相電圧ベクトルＶｐａ′、Ｖｐｂ′、Ｖｐｃ′と、図６のＢに示す電圧補償後の三相逆相電圧ベクトルＶｎａ′、Ｖｎｂ′、Ｖｎｃ′とを合成して、図６のＣに示す電圧補償後の三相電圧ベクトルＶａ、Ｖｂ、Ｖｃを算出する。図６のＣに示す電圧補償後の三相電圧ベクトルＶａ、Ｖｂ、Ｖｃは式４のように表すことができる。

Ｖａ＝Ｖｐａ′＋Ｖｎａ′
Ｖｂ＝Ｖｐｂ′＋Ｖｎｂ′ 式４
Ｖｃ＝Ｖｐｃ′＋Ｖｎｃ′

また、図６のＡに示す電圧補償後の三相正相電流ベクトルＩｐａ′、Ｉｐｂ′、Ｉｐｃ′と、図６のＢに示す電圧補償後の三相逆相電流ベクトルＩｎａ′、Ｉｎｂ′、Ｉｎｃ′とを合成して、図６のＣに示す電圧補償後の三相電流ベクトルＩａ′（不図示）、Ｉｂ′（第一の直交電流）、Ｉｃ′（第二の直交電流）を算出する。図６のＣに示す電圧補償後の三相電流ベクトルＩａ′、Ｉｂ′、Ｉｃ′は式５のように表すことができる。

Ｉａ′＝Ｉｐａ′＋Ｉｎａ′＝０
Ｉｂ′＝Ｉｐｂ′＋Ｉｎｂ′ 式５
Ｉｃ′＝Ｉｐｃ′＋Ｉｎｃ′

このように、Ｂ相正相電流ベクトルＩｐｂ′とＢ相逆相電流ベクトルＩｎｂ′とが同じ電流量（大きさ）で、かつＢ相正相電流ベクトルＩｐｂ′がＢ相正相電圧ベクトルＶｐｂ′に対して位相が９０°進み、Ｂ相逆相電流ベクトルＩｎｂ′がＢ相逆相電圧ベクトルＶｎｂ′に対して位相が９０°遅れているので、Ｂ相正相電流ベクトルＩｐｂ′とＢ相逆相電流ベクトルＩｎｂ′とはＡ相軸（Ａ相正相電流ベクトルＩｐａ′又はＡ相逆相電流ベクトルＩｎａ′）に対して互いに反対方向に同じ位相（角度）だけずれるので、Ｂ相正相電流ベクトルＩｐｂ′とＢ相逆相電流ベクトルＩｎｂ′とを合成すると、Ｂ相電流ベクトルＩｂ′はＡ相電圧ベクトルＶａの方向と同方向に二相間電圧Ｖｂｃに直交する。なお、三相正相電流ベクトルは、三相正相電圧ベクトルに対して必ずしも位相が９０°進んでいなくてもよく、位相が９０°進んでいると見做せる範囲であればよい。また、Ｂ相正相電流ベクトルＩｐｂ′とＢ相逆相電流ベクトルＩｎｂ′とは必ずしも同じ大きさでなくてもよく、同じ大きさと見做せる範囲であればよい。

同様に、Ｃ相正相電流ベクトルＩｐｃ′とＣ相逆相電流ベクトルＩｎｃ′とが同じ電流量（大きさ）で、かつＣ相正相電流ベクトルＩｐｃ′がＣ相正相電圧ベクトルＶｐｃ′に対して９０°進み、Ｃ相逆相電流ベクトルＩｎｃ′がＣ相逆相電圧ベクトルＶｎｃ′に対して９０°遅れているので、Ｃ相正相電圧ベクトルＶｐｃ′とＣ相逆相電圧ベクトルＶｎｃ′についてもＡ相軸に対して互いに反対方向に同じ位相（角度）だけずれるので、Ｃ相正相電流ベクトルＩｐｃ′とＣ相逆相電流ベクトルＩｎｃ′とを合成すると、Ｃ相電流ベクトルＩｃ′はＡ相電圧ベクトルＶａの方向と逆方向に二相間電圧Ｖｂｃに直交する。なお、三相逆相電流ベクトルは、三相逆相電圧ベクトルに対して必ずしも位相が９０°遅れていなくてもよく、位相が９０°遅れていると見做せる範囲であればよい。また、Ｃ相正相電流ベクトルＩｐｃ′とＣ相逆相電流ベクトルＩｎｃ′とは必ずしも同じ大きさでなくてもよく、同じ大きさと見做せる範囲であればよい。

続いて、出力電力制御部２３は、電流検出部２０から取得した電流Ｉｉと第一の直交電流と第二の直交電流とを用いて、第一の直交電流と第二の直交電流とが電力系統１へ出力される電圧を、インバータ４の半導体スイッチング素子ＳａからＳｆを制御し、第一の直交電流と第二の直交電流とを電力系統１へ出力する（第一の直交電流を電力系統１の一方の相に出力し、第二の直交電流を電力系統１の他方の相に出力する）。

このように、短絡した二相間電圧が所定電圧まで低下した場合でも、二相間電圧に直交する電流（第一の直交電流及び第二の直交電流）を電力系統１へ出力することで、従来の無効電力補償装置より電力系統１の電圧補償を十分に行うことができる。

また、短絡した二相間電圧が所定電圧まで低下した場合でも、十分に電力系統１の電圧補償をできるようにすることで、分散型電源３を電力系統１から解列しないようにして継続運転をさせられるので、解列による電力系統１の電圧や周波数維持に大きな影響を与えないようにできる。

なお、短絡していない場合又は三相短絡した場合には従来の方法により電力系統１の電圧補償をし、二相短絡を検出した場合には上述した方法に切り替えて電力系統１の電圧補償をしてもよい。

図７は、無効電力補償装置の効果を説明するための図である。図７のＡは、電力系統１が二相短絡をして二相間電圧（Ｂ相Ｃ相間電圧）Ｖｂｃが残電圧２０［％］まで低下した場合に、系統電圧Ｖｓの正相電圧のみを補償する従来の無効電力補償装置を用いて、定格電流Ｉａ′、Ｉｂ′、Ｉｃ′により、二相間電圧Ｖｂｃを増加させ系統電圧Ｖｓを１０［％］補償をした場合の電流と電圧の関係を示している。なお、便宜上Ａ相電圧・電流ベクトルは図示していない。また、図７のＡに示す二相間電圧Ｖｂｃは式６のように表すことができる。

Ｖｂｃ＝２０［％］＋Ｖｂｃｂ＋Ｖｂｃｃ
＝２０［％］＋５［％］＋５［％］ 式６
＝２０［％］＋１０［％］

また、図７のＡに示す増加分の電圧Ｖｂｃｂ、電圧Ｖｂｃｃは式７のように表すことができる。

Ｖｂｃｂ＝Ｉｂ′・Ｘ・ｃｏｓ３０°＝５［％］
Ｖｂｃｃ＝Ｉｃ′・Ｘ・ｃｏｓ３０°＝５［％］ 式７
Ｉｂ′・Ｘ＝１０・√３［％］
Ｉｃ′・Ｘ＝１０・√３［％］

なお、式７の√３は相電圧換算を示す値で、√３はルート３を示す。また、図７のＡの３０°は正相電圧のみを用いて系統電圧Ｖｓを１０［％］補償する場合に決まる角度である。

図７のＢは、電力系統１が二相短絡をして二相間電圧が残電圧２０［％］まで低下した場合に、二相間電圧に直交する電流Ｉｂ′、Ｉｃ′（第一の直交電流Ｉｂ′と第二の直交電流Ｉｃ′）を用いて、系統電圧Ｖｓを補償をした場合の電流と電圧の関係を示している。なお、便宜上Ａ相電圧・電流ベクトルは図示していない。また、図７のＢに示す二相間電圧Ｖｂｃは式８のように表すことができる。

Ｖｂｃ＝２０［％］＋Ｖｂｃｂ＋Ｖｂｃｃ 式８
＝２０［％］＋１１．５［％］

また、図７のＢに示す増加分の電圧Ｖｂｃｂ、電圧Ｖｂｃｃは式９のように表すことができる。

Ｖｂｃｂ＝Ｉｂ′・Ｘ＝１０・√３［％］ 式９
Ｖｂｃｃ＝Ｉｃ′・Ｘ＝１０・√３［％］

なお、式９の√３は上記と同様に相電圧換算を示す値で、√３はルート３を示す。

このように、二相間電圧に直交する第一の直交電流Ｉｂ′と第二の直交電流Ｉｃ′を用いて系統電圧Ｖｓを補償した場合には、二相間電圧Ｖｂｃを残電圧１１．５［％］増加させることができる。言い換えれば、二相間電圧Ｖｂｃを従来より（１／ｃｏｓ３０°）分増加させることができる。

また、系統電圧Ｖｓの正相電圧のみを補償する従来の無効電力補償装置を用いた場合は、二相間電圧Ｖｂｃを残電圧１０［％］分増加させるに留まるので、本実施形態の無効電力補償装置２は従来の無効電力補償装置より１５［％］（＝（（１１．５−１０）／１０）・１００［％］）大きく電力系統１の電圧補償ができる。

また、短絡した二相間電圧が所定電圧まで低下した場合でも、電力系統１の電圧補償を十分にできるので、分散型電源３を電力系統１から解列しないで継続運転をさせられるため、電力系統１の電圧や周波数維持に大きな影響を与えないようにできる。

また、本発明は、以上の実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。

１ 電力系統
２ 無効電力補償装置
３ 分散型電源
４ インバータ
５ 変圧器
６ 遮断機
７ 電圧計測部
２１ 制御部
２０ 電流検出部
２２ 正相逆相電流算出部
２３ 出力電力制御部
３０ 二相電圧算出部
３１ 短絡検出部
３２ 正相電圧抽出部
３３ 逆相電圧抽出部
３４ 設定部
３５ 加算部
３６ 電圧制御部
３７ 逆相電流算出部
３８ 三相電流算出部
３９ 三相電流算出部
４０ 加算部
４１ 加算部
４２ 電流制御部
４３ パルス幅変調制御部
Ｃ コンデンサ
Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ、Ｄｄ、Ｄｅ、Ｄｆ ダイオード
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ、Ｓｅ、Ｓｆ 半導体スイッチング素子

Claims (6)

1. 電力系統に接続される無効電力補償装置であって、
   前記電力系統の二相短絡により短絡した相間の二相間電圧が低下した場合、短絡した前記二相間電圧に直交する電流を算出し、前記直交する電流を前記電力系統へ出力する、
   ことを特徴とする無効電力補償装置。
2. 請求項１に記載の無効電力補償装置であって、
   前記直交する電流は、正相電圧を増加させる正相電流と逆相電圧を減少させる逆相電流とを合成して算出する、
   ことを特徴とする無効電力補償装置。
3. 請求項２に記載の無効電力補償装置であって、
   前記正相電流と前記逆相電流とは同じ電流量とする、
   ことを特徴とする無効電力補償装置。
4. 電力系統に接続される無効電力補償装置の制御方法であって、
   前記電力系統の二相短絡により短絡した相間の二相間電圧が低下した場合、短絡した前記二相間電圧に直交する電流を算出し、
   前記直交する電流を前記電力系統へ出力する、
   ことを特徴とする無効電力補償装置の制御方法。
5. 請求項４に記載の無効電力補償装置の制御方法であって、
   前記直交する電流は、正相電圧を増加させる正相電流と逆相電圧を減少させる逆相電流とを合成して算出する、
   ことを特徴とする無効電力補償装置の制御方法。
6. 請求項５に記載の無効電力補償装置の制御方法であって、
   前記正相電流と前記逆相電流とは同じ電流量とする、
   ことを特徴とする無効電力補償装置の制御方法。

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