JPH09327129A

JPH09327129A - 力率制御装置

Info

Publication number: JPH09327129A
Application number: JP8141976A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamamoto; 裕志山本
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1996-06-04
Filing date: 1996-06-04
Publication date: 1997-12-16

Abstract

(57)【要約】【課題】無効電力に対応して複数の力率改善コンデン
サを順次的に投入し、力率を改善するようにした力率制
御装置において、無効電力の調整幅を広くし、かつきめ
細かく調整可能とし、さらに装置コストおよび設置スペ
ースを削減する。【解決手段】力率改善コンデンサを複数種類の容量で
構成し、ステップｐ１において投入／遮断条件が成立す
ると、ステップｐ２において現在投入されている容量と
遅れ無効電力とから投入すべき容量を計算し、ステップ
ｐ３においてその容量となる力率改善コンデンサの組合
せをリストアップする。さらにその組合せから、ステッ
プｐ４において新たに投入／遮断の切換対象となる台数
を算出し、ステップｐ５，ｐ６において１日の入切回数
を所定回数以下に制限しつつ、ステップｐ７において切
換えすべき台数が最も少ない組合せを選ぶ。これによっ
て、大小各種の容量の力率改善コンデンサを、最適な容
量に組合せて使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビルや工場等の大
口需要家などにおいて、受配電系統の監視制御装置に関
連して用いられ、無効電力を抑制して、力率を改善する
ための力率制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、一般的な力率制御装置１を説明
するための需要家内の簡略化した単線結線図である。変
圧器等の電源２からは、母線３に、たとえば６．６ｋＶ
の高圧電流が導出されている。この母線３には、多数の
各負荷Ｌ１，Ｌ２，…，Ｌｎ（総称するときには参照符
Ｌで示す）のための配電線Ｆ１，Ｆ２，…，Ｆｎが接続
されている。各配電線Ｆ１〜Ｆｎには、それぞれ遮断器
ＣＢ１，ＣＢ２，…，ＣＢｎが介在されている。

【０００３】このように構成される配電系統において、
前記電源２の内部インピーダンスＺのリアクタンス分Ｘ
０および各負荷Ｌ１〜Ｌｎのリアクタンス分Ｘ１，Ｘ
２，…，Ｘｎ等によって電流に遅れが生じ、無効電力が
増加してしまう。これによって、力率が悪くなって電気
料金が割高になる等の問題があり、力率制御装置１が使
用されている。

【０００４】前記力率制御装置１は、前記母線３に設け
られている無効電力計４などの計測結果に応答して、制
御装置５が、複数の各力率改善コンデンサＣ１，Ｃ２，
…，Ｃｍ（総称するときには参照符Ｃで示す）を、遮断
器Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｍ（総称するときには参照符Ｓで
示す）によって選択的に前記母線３に接続することによ
って、前記電流の位相遅れを補償し、無効電力を抑制す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図４は、上述のように
構成される力率制御装置１において、典型的な従来技術
による力率改善コンデンサＣの投入／遮断動作を説明す
るための図である。この典型的な従来技術では、各力率
改善コンデンサＣの容量は相互に等しく選ばれている。
各力率改善コンデンサＣの容量をＱ（ｋＶＡ）とし、遅
れ無効電力をＹ（ｋｖａｒ）とするとき、Ｙ≧Ｑ …（１）となると、力率改善コンデンサＣが投入される。

【０００６】これに対して、進み無効電力をＺ（ｋｖａ
ｒ）とするとき、Ｚ≧Ｑ／ｈ（ｈは遮断ヒステリシス） …（２）となると、力率改善コンデンサＣを遮断する。

【０００７】すなわち、遅れ無効電力Ｙが増加してゆ
き、時刻ｔ１において前記容量Ｑとなると、まず投入順
位が第１位の力率改善コンデンサが投入されて、無効電
力が減少される。その後、時刻ｔ２，ｔ３，…で示すよ
うに、再び遅れ無効電力Ｙが前記容量Ｑ以上となるたび
毎に、下位の力率改善コンデンサが順次投入されてゆ
く。これに対して、時刻ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，…で
示すように、進み無効電力Ｚが前記値Ｑ／ｈとなるたび
毎に、遮断順位が上位の力率改善コンデンサから順次遮
断されてゆく。このようにして、力率改善コンデンサＣ
の投入時と遮断時とで、その閾値にヒステリシス特性を
持たせることによって、遅れ無効電力値が安定している
にも拘らず、投入と遮断とを頻繁に繰返すようなハンチ
ングを防止することができる。

【０００８】また、前記投入／遮断の順位は、たとえば
サイクリックに設定されており、または優先順位が設定
されている。前記サイクリックに行う場合には、前記式
１で示す投入条件が満足されると、各力率改善コンデン
サＣを順次的、すなわちたとえばＣ１→Ｃ２→Ｃ３→…
→Ｃｍ→Ｃ１→…の順に投入してゆき、前記式２で示す
遮断条件が成立すると、投入した順に力率改善コンデン
サＣを遮断してゆく。こうして、特定の力率改善コンデ
ンサに関する遮断器のみに負担がかからないように、投
入／遮断順位が決定されている。また、優先順位を設け
る場合では、機器の効率などに配慮して、特定の力率改
善コンデンサから優先的に使用される。

【０００９】しかしながらこのような構成では、無効電
力に対応してきめ細かく最適な台数の力率改善コンデン
サを系統に接続することができるけれども、無効電力の
調整幅を大きくすると力率改善コンデンサＣを多数必要
とし、装置コストおよび設置スペースが大きくなるとい
う問題がある。

【００１０】この点、他の従来技術では、前記各力率改
善コンデンサＣを大小種々の容量で構成し、装置コスト
および設置スペースを抑えつつ、無効電力の調整幅を大
きくした構成が用いられている。

【００１１】しかしながらこのような構成では、たとえ
ば緩かに無効電力が増加していった場合、小容量の力率
改善コンデンサから順次投入されてゆくので、投入順序
が後位となる大容量の力率改善コンデンサとなる程、そ
の容量分の無効電力値となるまで投入が行われず、力率
の悪い状態が長く継続されてしまうという問題がある。

【００１２】本発明の目的は、低コストおよび省スペー
スな構成で、無効電力に対して広い調整幅で、かつきめ
細かく力率改善コンデンサの投入を制御し、最適な力率
に制御することができる力率制御装置を提供することで
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る力
率制御装置は、力率改善コンデンサと、無効電力検知手
段と、前記無効電力検知手段の検知結果に応答して前記
力率改善コンデンサを系統に投入／遮断する制御手段と
を備える力率制御装置において、前記力率改善コンデン
サを複数種類の容量で構成し、前記制御手段は、前記無
効電力検知手段の検知結果に応答して、無効電力に対応
した最適な容量となるように各力率改善コンデンサを系
統に選択的に投入／遮断することを特徴とする。

【００１４】上記の構成によれば、力率改善コンデンサ
を大小種々の容量で構成して、無効電力に対応した最適
な容量となるように投入／遮断制御を行う。

【００１５】したがって、大小種々の容量の力率改善コ
ンデンサを組合せることによって、無効電力の調整幅を
広くすることができるとともに、きめ細かく調整を行う
ことができる。また、無効電力が緩かに増加してゆくよ
うな場合でも、現在の力率改善コンデンサの組合せ容量
から、要求される次の組合せ容量となるたび毎に投入／
遮断制御が行われるので、大容量の力率改善コンデンサ
を使用する場合には小容量の力率改善コンデンサが投入
状態から遮断され、力率の悪い状態が長時間継続するよ
うなことはない。こうして、低コストかつ省スペースな
構成で、最適な力率に制御することができる。

【００１６】また、請求項２の発明に係る力率制御装置
では、前記制御手段は、前記最適な容量となる力率改善
コンデンサの組合せが複数存在するときには、投入と遮
断とを切換えすべき力率改善コンデンサの台数が少なく
なる組合せを選択することを特徴とする。

【００１７】上記の構成によれば、前記制御手段は、力
率改善コンデンサの現在の投入状態から、新たな次の投
入状態への切換え条件が成立すると、切換えを行うべき
力率改善コンデンサの台数が少なくなるように、すなわ
ち現在投入されている力率改善コンデンサはできるだけ
投入されたままとし、かつ遮断されている力率改善コン
デンサは遮断されたままとなるような組合せを選択す
る。

【００１８】したがって、投入／遮断回数に寿命のある
遮断器を保護して、該遮断器の長寿命化を図ることがで
きる。

【００１９】さらにまた、請求項３の発明に係る力率制
御装置では、前記制御手段は、前記最適な容量となる力
率改善コンデンサの組合せが複数存在するときには、各
組合せにおける投入と遮断とを切換えすべき力率改善コ
ンデンサの予め定める期間内での切換回数の最大値が最
も小さくなる組合せを選択することを特徴とする。

【００２０】上記の構成によれば、各力率改善コンデン
サに対応している遮断器の投入／遮断回数を平均化する
ことができ、該遮断器の長寿命化を図ることができる。

【００２１】また、請求項４の発明に係る力率制御装置
では、前記制御手段は、前記最適な容量となる力率改善
コンデンサの組合せが複数存在し、かつ各組合せにおい
て、投入と遮断とを切換えすべき力率改善コンデンサの
予め定める期間内での切換回数が予め定める値以上とな
る組合せが存在するときには、その組合せを削除して、
残余の組合せを選択することを特徴とする。

【００２２】上記の構成によれば、予め定める期間、た
とえば１日内での遮断器の投入／遮断回数を制限するこ
とができ、遮断器の長寿命化を図ることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について、
図１〜図３に基づいて説明すれば以下のとおりである。

【００２４】本発明では、前記図３で示すような力率制
御装置１において、各力率改善コンデンサＣを複数種類
の容量で構成する。また、すべての力率改善コンデンサ
Ｃの容量の合計値を、たとえば負荷Ｌの最大無効電力と
なるように選ぶ。なお、以下の説明では、説明の簡略化
のためにｍ＝５とし、Ｃ１＝５０（ｋＶＡ）、Ｃ２＝１
００（ｋＶＡ）、Ｃ３＝１２０（ｋＶＡ）、Ｃ４＝１５
０（ｋＶＡ）、Ｃ５＝２００（ｋＶＡ）とする。したが
って、各力率改善コンデンサＣの組合せは、２⁵−１（すべての力率改善コンデンサＣ１〜Ｃ５の遮断状態）＝３１（通り） …（３）存在し、組合せ容量は、表１のとおりとなる。

【００２５】

【表１】

【００２６】したがって、組合せ容量が同じとなる組合
せは、組合せ番号で表すと、１５０（ｋＶＡ）となる４
と６、２００（ｋＶＡ）となる５と８、２５０（ｋＶ
Ａ）となる９と１１、２７０（ｋＶＡ）となる１３と１
６、３００（ｋＶＡ）となる１２と１７、３２０（ｋＶ
Ａ）となる１４と１９、３５０（ｋＶＡ）となる１５と
１８、３７０（ｋＶＡ）となる２０と２２、４２０（ｋ
ＶＡ）となる２３と２６および４７０（ｋＶＡ）となる
２５と２７の合計１０通り存在する。

【００２７】本発明では、前記制御装置５は、上述のよ
うな複数種類の容量の力率改善コンデンサＣを、後述の
図１で示すように投入／遮断制御して、最適な力率とな
るように制御を行う。

【００２８】前記制御装置５は、たとえば図２で示すよ
うにして構成されている。図２は、前記制御装置５の具
体的な一構成例を示すブロック図である。この制御装置
５は、大略的に、監視制御盤などに隣接して設けられる
中央処置装置ＳＣＵと、複数の端末装置ＴＣ１，ＴＣ
２，…，ＴＣｋ（総称するときには参照符ＴＣで示す）
とが、制御ループＲを介して接続されて構成されてい
る。各端末装置ＴＣには、前記無効電力計４や力率計な
どの検知器１１が接続されるとともに、遮断器Ｓの投入
／遮断を行うためのトリップ出力を導出する出力回路１
２等が接続されている。

【００２９】中央処置装置ＳＣＵは、マイクロコンピュ
ータなどを備えて構成される処理回路１３と、陰極線管
等で実現される表示装置１４およびキーボード等で実現
される入力装置１５などのマンマシンインタフェイスな
らびに端末装置ＴＣとの通信を行う伝送装置１６などを
備えて構成されている。

【００３０】図１は、制御装置５による本発明の実施の
一形態の力率制御動作を説明するためのフローチャート
である。前記制御装置５による力率制御動作が開始され
ると、ステップｐ１において、前記遅れ無効電力Ｙが所
定値以上となるか、または進み無効電力Ｚが所定値以下
となって、力率改善コンデンサＣの切換えを行うべき投
入／遮断条件が成立したか否かが判断され、そうである
ときにはステップｐ２に移る。

【００３１】ステップｐ２では、現在投入されている力
率改善コンデンサの容量と、遅れ無効電力Ｙまたは進み
無効電力Ｚとから、投入すべき容量が計算される。ステ
ップｐ３では、その投入すべき容量となる力率改善コン
デンサの組合せがリストアップされる。ステップｐ４で
は、そのステップｐ３においてリストアップされた各組
合せ毎に、新たに切換えすべき力率改善コンデンサの台
数が算出される。

【００３２】一方、ステップｐ５では、前記ステップｐ
３においてリストアップされた各組合せにおける切換え
すべき該当機器の、それぞれの１日の入切回数が既に予
め定める限界回数となっているか否かが判断され、そう
であるときにはステップｐ６においてその組合せがリス
トから除外された後ステップｐ７に移り、そうでないと
きには直接ステップｐ７に移る。こうして残されたリス
ト中から、ステップｐ７において、新たに切換えすべき
台数の最も少なくなる組合せが決定され、ステップｐ８
において、その組合せとなるように、対象となる力率改
善コンデンサが投入／遮断制御される。

【００３３】したがって、前記ステップｐ２において、
たとえば現在投入されている力率改善コンデンサが組合
せ番号１３のＣ３，Ｃ４であり、組合せ容量が２７０
（ｋＶＡ）であるとき、無効電力計４で計測された遅れ
無効電力量が１００（ｋＶＡ）とすると、投入すべき容
量は３７０（ｋＶＡ）となる。これに対して、ステップ
ｐ３において、前記表１から、番号２０の力率改善コン
デンサＣ１，Ｃ３，Ｃ５の組合せと、番号２２の力率改
善コンデンサＣ２，Ｃ３，Ｃ４の組合せとが対応する。

【００３４】ここで、ステップｐ４において、既に投入
されている力率改善コンデンサがＣ３，Ｃ４であること
から、番号２０の組合せでは、力率改善コンデンサＣ４
を遮断し、代わって力率改善コンデンサＣ１，Ｃ５を投
入する必要があり、新たに切換えすべき台数は３台とな
る。これに対して番号２２の組合せでは、力率改善コン
デンサＣ３，Ｃ４は投入したままで、新たに力率改善コ
ンデンサＣ２を投入するだけでよく、新たに切換えすべ
き台数は１台となる。したがって、ステップｐ５におい
て、新たに切換えすべき対象となる前記力率改善コンデ
ンサＣ２の入切回数が前記限界入切回数未満であるとき
には、ステップｐ７においてそのまま番号２２の組合せ
が選択され、前記限界入切回数に到達しているときに
は、ステップｐ６においてその番号２２の組合せが除外
されて、ステップｐ７では番号２０の組合せが選択され
ることになる。

【００３５】前記ステップｐ８からはステップｐ９に移
り、またステップｐ１において投入／遮断条件が成立し
ていないときにもこのステップｐ９に移る。ステップｐ
９では、ステップｐ２〜ｐ８における切換制御が実行さ
れてから所定時間、たとえば３サイクルタイミングまで
は予め定める第１の時間、たとえば６秒だけ待機した
後、前記ステップｐ１に戻り、前記所定時間以上経過し
て切換制御が行われていないときには、予め定める第２
の時間、たとえば３０秒だけ待機した後、前記ステップ
ｐ１に戻る。このようにして、定常時には監視周期を長
くし、切換制御を実行した過渡時には前記監視周期を短
くして、投入／遮断動作後に、直ちに再遮断／再投入す
る必要が生じたときにも対応することができるタイマ処
理を行うことができる。

【００３６】なお、前記ステップｐ１における投入／遮
断条件には、所定の監視周期、たとえば３サイクルタイ
ミングに亘って継続して該投入／遮断条件が成立したと
きにのみ該条件の成立を判定するようにしてもよく、こ
のようにすることによって、負荷Ｌの瞬間的な変動にも
安定した切換制御を行うことができる。

【００３７】このように、図１で示す本発明の力率制御
装置は、大小種々の容量の力率改善コンデンサＣを選択
的に組合わせて使用するので、低コスト、かつ省スペー
スで、広い力率調整幅を有するとともに、遅れ無効電力
が徐々に増加してゆくような場合にも、それに対応し
て、容量の小さな力率改善コンデンサに代えて、容量の
大きな力率改善コンデンサを投入してゆくので、きめ細
かに、最適な力率となるように制御することができ、力
率の悪い状態が長時間継続するような不具合も防止する
ことができる。

【００３８】また、投入すべき力率改善コンデンサの合
計容量に対応した組合せが複数存在するときには、ステ
ップｐ７で示すように、新たに投入／遮断の対象となる
力率改善コンデンサの台数が小さくなる組合せを選択す
るので、各力率改善コンデンサＣの入切回数を小さく抑
えて、遮断器Ｓの長寿命化を図ることができる。さらに
また、前記投入すべき容量となる組合せが複数存在する
ときには、ステップｐ５で示すように、その切換えに該
当すべき機器の１日の入切回数が所定の限界回数に到達
しているか否かに対応して、その該当機器の組合せをリ
ストから除外するので、特定の力率改善コンデンサのみ
が頻繁に入切されるようなことはなく、各力率改善コン
デンサＣの入切回数を平均化して、遮断器Ｓの長寿命化
を図ることができる。

【００３９】なお、前記ステップｐ５における限界入切
回数を計数する期間は、１日に限らず、たとえば据付け
時からなどの他の期間に設定されてもよい。また、この
ステップｐ５を、効率の良い力率改善コンデンサが選択
されているか否かを判定するなどして、そのように特定
の力率改善コンデンサを優先的に選択することも可能と
なる。

【００４０】

【発明の効果】請求項１の発明に係る力率制御装置は、
以上のように、力率改善コンデンサを大小種々の容量で
構成し、無効電力に対応した最適な容量となるように、
それらを選択的に投入／遮断制御する。

【００４１】それゆえ、大小種々の容量の力率改善コン
デンサを組合せることによって、無効電力の調整幅を広
くすることができるとともに、きめ細かく調整を行うこ
とができる。また、無効電力が緩かに増加してゆくよう
な場合には、小容量の力率改善コンデンサが遮断されて
大容量の力率改善コンデンサが使用され、力率の悪い状
態が長時間継続するようなことはない。こうして、低コ
ストかつ省スペースな構成で、最適な力率に制御するこ
とができる。

【００４２】また、請求項２の発明に係る力率制御装置
は、以上のように、最適な容量となる力率改善コンデン
サの組合せが複数存在するときには、切換えすべき力率
改善コンデンサの台数が少なくなる組合せを選択する。

【００４３】それゆえ、投入／遮断回数に寿命のある遮
断器を保護して、該遮断器の長寿命化を図ることができ
る。

【００４４】さらにまた、請求項３の発明に係る力率制
御装置は、以上のように、最適な容量となる力率改善コ
ンデンサの組合せが複数存在するときには、切換えすべ
き力率改善コンデンサの予め定める期間内での切換回数
の最大値が最も小さくなる組合せを選択する。

【００４５】それゆえ、各力率改善コンデンサに対応し
ている遮断器の投入／遮断回数を平均化することがで
き、該遮断器の長寿命化を図ることができる。

【００４６】また、請求項４の発明に係る力率制御装置
は、以上のように、最適な容量となる力率改善コンデン
サの組合せが複数存在し、かつ切換えすべき力率改善コ
ンデンサの予め定める期間内での切換回数が予め定める
値以上となる組合せが存在するときには、その組合せを
削除して、残余の組合せを選択する。

【００４７】それゆえ、予め定める期間、たとえば１日
内での遮断器の投入／遮断回数を制限することができ、
遮断器の長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の力率制御装置による力
率制御動作を説明するためのフローチャートである。

【図２】前記力率制御装置における制御装置の具体的な
一構成例を示すブロック図である。

【図３】一般的な力率制御装置を説明するための需要家
内の単線結線図である。

【図４】典型的な従来技術の力率制御動作を説明するた
めのタイミングチャートである。

【符号の説明】

１力率制御装置２電源３母線４無効電力計（無効電力検知手段）５制御装置（制御手段）１１検知器（無効電力検知手段）１２出力回路１３処理回路１４表示装置１５入力装置１６伝送装置Ｃ力率改善コンデンサＦ配電線ＣＢ遮断器Ｌ負荷Ｒ制御ループＳ遮断器ＳＣＵ中央処理装置ＴＣ端末装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】力率改善コンデンサと、無効電力検知手段
と、前記無効電力検知手段の検知結果に応答して前記力
率改善コンデンサを系統に投入／遮断する制御手段とを
備える力率制御装置において、前記力率改善コンデンサを複数種類の容量で構成し、前記制御手段は、前記無効電力検知手段の検知結果に応
答して、無効電力に対応した最適な容量となるように各
力率改善コンデンサを系統に選択的に投入／遮断するこ
とを特徴とする力率制御装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記最適な容量となる力
率改善コンデンサの組合せが複数存在するときには、投
入と遮断とを切換えすべき力率改善コンデンサの台数が
少なくなる組合せを選択することを特徴とする請求項１
記載の力率制御装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記最適な容量となる力
率改善コンデンサの組合せが複数存在するときには、各
組合せにおける投入と遮断とを切換えすべき力率改善コ
ンデンサの予め定める期間内での切換回数の最大値が最
も小さくなる組合せを選択することを特徴とする請求項
１記載の力率制御装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記最適な容量となる力
率改善コンデンサの組合せが複数存在し、かつ各組合せ
において、投入と遮断とを切換えすべき力率改善コンデ
ンサの予め定める期間内での切換回数が予め定める値以
上となる組合せが存在するときには、その組合せを削除
して、残余の組合せを選択することを特徴とする請求項
１記載の力率制御装置。