特許 5862955 配電系統における需要家電圧安定化システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5862955

(24)【登録日】2016年1月8日

(45)【発行日】2016年2月16日

(54)【発明の名称】配電系統における需要家電圧安定化システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/16 20060101AFI20160202BHJP

   H02J 3/18 20060101ALI20160202BHJP

   G05F 1/70 20060101ALI20160202BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/16

   H02J3/18 135

   G05F1/70

【請求項の数】12

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2012-140250(P2012-140250)

(22)【出願日】2012年6月21日

(65)【公開番号】特開2013-31362(P2013-31362A)

(43)【公開日】2013年2月7日

【審査請求日】2014年12月26日

(31)【優先権主張番号】特願2011-139946(P2011-139946)

(32)【優先日】2011年6月23日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(72)【発明者】

【氏名】福島 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】野田 琢

(72)【発明者】

【氏名】樺澤 祐一郎

(72)【発明者】

【氏名】根本 孝七

【審査官】 田中 寛人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１１７７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８０４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５９７３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０７０９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５４０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７１６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１５８１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３３３５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５７０００７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ１／１２−１／４４、１／４５−７／００

Ｈ０２Ｊ３／００−５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配電系統における変圧器の低圧側の各配電線に接続される負荷群毎に、個別に無効電力補償を行う無効電力補償装置を分散配置するとともに、前記各無効電力補償装置は、前記各無効電力補償装置の前記配電線への接続位置での配電系統の状態である系統状態および各負荷群の状態である負荷状態を推定する制御手段で、前記各負荷群による電圧変動分である補償量を決定し、前記無効電力補償装置毎に前記補償量を補償するように制御されるものであり、
前記無効電力補償装置は前記補償量を決定する制御手段で制御され、
前記制御手段は、
前記接続位置から見た、前記無効電力補償装置を停止させた状態、および前記無効電力補償装置で既値の電流である固定電流値を供給した状態もしくは前記無効電力補償装置に既知の負荷インピーダンスを挿入した状態での前記配電系統の各インピーダンスに基づき前記負荷群が引き起こす電圧変動値を演算し、
演算した前記電圧変動値がキャンセルされるように前記無効電力補償装置の補償量を決定するものであることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【請求項2】

請求項１に記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記制御手段は、
前記接続位置から見た、前記無効電力補償装置を停止させた状態での前記配電系統を表わす等価回路に基づき第１の回路方程式を生成する停止状態演算部と、
前記接続位置から見た、前記無効電力補償装置で既値の電流である固定電流を供給した状態での前記配電系統を表わす等価回路に基づき第２の回路方程式を生成する接続状態演算部と、
前記第１および第２の回路方程式に基づき前記負荷群が引き起こした電圧変動値を演算するとともに、前記電圧変動値に基づき前記無効電力補償装置の補償量を演算する補償量演算部とを有し、
前記第１の回路方程式が、配電系統側の等価的な電圧源の電圧Ｖ_ｇ、前記接続位置での実測電圧である電圧Ｖ_１、前記配電系統から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_１、前記負荷群から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_Ｌ、前記配電系統のインピーダンスＺ_１、前記負荷群のインピーダンスＺ_Ｌ、前記負荷群に設置された分散電源の等価的な電圧源の電圧Ｖ_ｐｃｓを用いて次式（１），（２），（３）で表わされ、

【数1】

前記接続状態演算部で生成される第２の回路方程式が、前記電圧Ｖ_ｇ、前記接続位置での実測電圧である電圧Ｖ_１′、前記配電系統から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_１′、前記負荷群から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_Ｌ′、前記インピーダンスＺ_１、前記インピーダンスＺ_Ｌ、前記電圧Ｖ_ｐｃｓ、前記固定電流である電流Ｉ_ｓｔを用いて次式（４），（５），（６）で表わされ、

【数2】

前記補償量演算部が、前記第１および第２の回路方程式から前記配電系統のインピーダンスＺ_１および前記電圧Ｖ_ｇを式（７），式（８）に基づき演算するとともに、前記電圧変動値Δ|Ｖ|を式（９）により演算し、

【数3】

さらに前記接続位置から配電側および負荷側をまとめて見た合成インピーダンスＺ_ｉを式（１０）に基づき演算するとともに、前記合成インピーダンスＺ_ｉを実部ｒと虚部ｘとに分けてｒ＋ｊｘと表わして、前記電圧変動値Δ|Ｖ|をキャンセルするよう前記無効電力補償装置が補償すべき補償量ｘ_ｓｔを式（１１）もしくは式（１２）で演算する

【数4】

ものであることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【請求項3】

請求項１に記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記制御手段は、
前記接続位置から見た、前記無効電力補償装置を停止させた状態での前記配電系統を表わす等価回路に基づき第１の回路方程式を生成する停止状態演算部と、
前記接続位置から見た、前記無効電力補償装置で既値の負荷インピーダンスを挿入した状態での前記配電系統を表わす等価回路に基づき第３の回路方程式を生成する接続状態演算部と、
前記第１および第３の回路方程式に基づき前記負荷群が引き起こした電圧変動値を演算するとともに、前記電圧変動値に基づき前記無効電力補償装置の補償量を演算する補償量演算部とを有し、
前記第１の回路方程式が、配電系統側の等価的な電圧源の電圧Ｖ_ｇ、前記接続位置での実測電圧である電圧Ｖ_１、前記配電系統から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_１、前記負荷群から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_Ｌ、前記配電系統のインピーダンスＺ_１、前記負荷群のインピーダンスＺ_Ｌ、前記負荷群に設置された分散電源の等価的な電圧源の電圧Ｖ_ｐｃｓを用いて、式（１３），（１４），（１５）で表わされ、

【数5】

前記接続状態演算部で生成される第３の回路方程式が、前記電圧Ｖ_ｇ、前記接続位置での実測電圧である電圧Ｖ_１′、前記配電系統から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_１′、前記負荷群から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_Ｌ′、前記インピーダンスＺ_１、前記インピーダンスＺ_Ｌ、前記電圧Ｖ_ｐｃｓを用いて次式（１６），（１７）で表わされ、

【数6】

前記補償量演算部が、前記第１および第３の回路方程式から前記配電系統のインピーダンスＺ_１および前記電圧Ｖ_ｇを式（１８），（１９）に基づき演算するとともに、前記電圧変動値Δ|Ｖ|を式（２０）により演算し、

【数7】

さらに前接続位置から配電側および負荷側をまとめて見た合成インピーダンスＺ_ｉを式（２１）に基づき演算するとともに、前記合成インピーダンスＺ_ｉを実部ｒと虚部ｘとに分けてｒ＋ｊｘと表わして、前記電圧変動値Δ|Ｖ|をキャンセルするよう前記無効電力補償装置が補償すべき補償量ｘ_ｓｔを式（２２）もしくは式（２３）で演算する

【数8】

ものであることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【請求項4】

請求項１に記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記無効電力補償装置は前記補償量を決定する制御手段で制御され、
前記制御手段は、
商用周波数の整数倍以外の周波数に相当する電流である次数間高調波電流Ｉ_{ｓｔ_ｎ}を前記無効電力補償装置より出力し、当該無効電力補償装置の両端で計測される次数間高調波電圧をＶ_{１_ｎ}および接続位置から配電系統側に向かって流れる次数間高調波電流をＩ_{１_ｎ}接続位置から負荷側に向かって流れる次数間高調波電流をＩ_{L_ｎ}とするとき、次数間高調波における配電系統側のインピーダンスＺ_{１_ｎ}を式（２４）で求め、次数間高調波における負荷側のインピーダンスＺ_{L_ｎ}を式（２５）で求め、

【数9】

さらに前記接続位置から配電側および負荷側をまとめて見た次数間高調波における合成インピーダンスＺ_{ｉ_n}を式（２６）で求め、さらに前記合成インピーダンスＺ_{ｉ_n}を商用周波数に対応する値へ変換することにより、前記接続位置から配電側および負荷側をまとめて見た合成インピーダンスＺ_ｉを求め、該合成インピーダンスＺ_ｉを実部ｒと虚部ｘとに分けてｒ＋ｊｘと表わして、前記電圧変動値Δ|Ｖ|をキャンセルするよう前記無効電力補償装置が補償すべき補償量ｘ_ｓｔを式（２７）もしくは式（２８）で演算する

【数10】

ものであることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【請求項5】

配電系統における変圧器の低圧側の各配電線に接続される負荷群毎に、個別に無効電力補償を行う無効電力補償装置を分散配置するとともに、前記各無効電力補償装置は、前記各負荷群による電圧変動分に対する補償量を決定し、前記無効電力補償装置毎に前記補償量を補償するように制御手段により制御されるものである配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記制御手段は、
前記配電系統側への送り出し電圧Ｖ_ｇ、前記配電系統のインピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）、前記各配電線における負荷群および前記無効電力補償装置の接続位置における前記無効電力補償装置を停止させた状態での電圧Ｖ_１に基づき、前記無効電力補償装置が補償すべき補償量を前記電圧Ｖ_１に対し９０度の位相差を有する無効分電流Ｉ_ＳＴＣとして次式（２９）により算出し、

【数11】

上記無効分電流Ｉ_ＳＴＣを出力するように前記無効電力補償装置を制御することにより、電圧変動をキャンセルするように構成したことを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【請求項6】

請求項５に記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記電圧Ｖ_ｇ、前記配電系統のインピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘは、既知のパラメータとしてメモリに記憶され上式（２９）の演算には、前記メモリから読み出した各パラメータを表すデータと、実測した電圧Ｖ_１を表すデータとを用いることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【請求項7】

請求項５または請求項６に記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記電圧Ｖ_１は、前記無効電力補償装置を停止させた状態における前記接続位置から前記負荷群に向かって流れる電流Ｉに基づき次式（３０）

【数12】

により算出することを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【請求項8】

請求項５〜請求項７の何れか一つに記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記配電系統のインピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘは、下記式（７）により推定したインピーダンスの実数部および虚数部の値を利用することを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【数13】

（式中、Ｚ_１は前記配電系統のインピーダンス、Ｖ_１は前記無効電力補償装置を停止させた状態での前記接続位置での実測電圧、Ｉ_１は前記無効電力補償装置を停止させた状態での前記配電系統から前記接続位置に向かって流れる実測電流、Ｉ_Ｌは前記無効電力補償装置を停止させた状態での前記負荷群から前記接続位置に向かって流れる実測電流、Ｖ_１′は前記無効電力補償装置から電流Ｉ_ｓｔを出力した際の前記接続位置での実測電圧、Ｉ_１′は前記無効電力補償装置から電流Ｉ_ｓｔを出力した際の前記配電系統から前記接続位置に向かって流れる実測電流、Ｉ_Ｌ′は前記無効電力補償装置から電流Ｉ_ｓｔを出力した際の前記負荷群から前記接続位置に向かって流れる実測電流である）

【請求項9】

請求項５〜請求項７の何れか一つに記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記配電系統のインピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘは、下記式（１８）により推定したインピーダンスの実数部および虚数部の値を利用することを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【数14】

（式中、Ｚ_１は前記配電系統のインピーダンス、Ｖ_１は前記無効電力補償装置を停止させた状態での前記接続位置での実測電圧、Ｉ_１は前記無効電力補償装置を停止させた状態での前記配電系統から前記接続位置に向かって流れる実測電流、Ｖ_１′は前記無効電力補償装置から電流Ｉ_ｓｔを出力した際の前記接続位置での実測電圧、Ｉ_１′は前記無効電力補償装置から電流Ｉ_ｓｔを出力した際の前記配電系統から前記接続位置に向かって流れる実測電流である）

【請求項10】

請求項５〜請求項７の何れか一つに記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記配電系統のインピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘは、下記式（２４）により推定したインピーダンスの実数部および虚数部の値を商用周波数に換算した値を利用することを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【数15】

（式は、商用周波数の整数倍以外の周波数に相当する電流である次数間高調波電流Ｉ_{ｓｔ_ｎ}を前記無効電力補償装置より出力した際の次数間高調波における配電系統側のインピーダンスＺ_{１_ｎ}を求めるもので、前記無効電力補償装置の両端で計測される次数間高調波電圧をＶ_{１_ｎ}、接続位置から配電系統側に向かって流れる次数間高調波電流をＩ_{１_ｎ}としたものである）

【請求項11】

請求項１〜請求項１０の何れか一つに記載する配電系統における需要家電圧安定化シスムにおいて、
前記負荷群には分散電源が発電した直流電力を所定の交流電力に変換するパワーコンディショナーが接続されている負荷を有することを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【請求項12】

請求項１〜請求項１１の何れか一つに記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記各無効電力補償装置における連系用リアクトルの全部または一部として各変圧器の漏れリアクタンスや低圧配電線のリアクタンス、引込線のリアクタンスを利用したことを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は配電系統の電圧の安定化システムに関し、特に需要家からの太陽電池発電等により得られた電力が余剰電力として供給される配電系統における需要家電圧の安定化に適用して有用なものである。また、電気自動車への充電による過負荷状態の配電系統における需要家電圧の安定化に適用して有用なものである。

【背景技術】

【0002】

地球温暖化抑制のため二酸化炭素排出を削減する手段の一つとして、太陽光発電システムの導入が積極的に推進されている。この太陽光発電システムの大量導入に伴い既存の電力系統の電圧変動が大きくなると予想される。これは、需要家からの太陽光発電により得られた電力が余剰電力として配電系統を介して供給され、その結果配電系統の電圧が上昇するからである。これに伴い、日中で軽負荷状態のときに太陽光発電の電力を系統へ供給できない場合が発生するという問題を生起する。需要家電圧の上限値が規程により決められており、上限値に達した系統においては電力を供給できないからである。また、電圧が日射量によって急激に変動して需要家電圧の安定性の維持に困難が生じるという問題も生起する。さらに、電気自動車への充電において夜間などに一斉充電が行われると、急激に負荷が大きくなる結果、需要家電圧が規程の下限値を下回る恐れがあり、前記と同様、需要家電圧の安定性の維持に困難が生じるという問題も生起する。

【0003】

かかる需要家電圧の変動を抑制するため、無効電力を活用して、電圧の変動を抑える無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）の導入が検討されている。かかるＳＴＡＴＣＯＭの導入計画は、系統全体に対する補償を考慮し、かつ電圧制御の容易さから、一般的に６６００Ｖ以上の配電系統において検討が進んでいる。

【0004】

図１５は無効電力補償装置を設置した配電系統を概念的に示す説明図である。同図に示すように、配電用変電所１の二次側にはフィーダ２が接続してあり、このフィーダ２に各変圧器３の二次側を介して低圧側の配電線４（引込み線を含む。以下同じ。）が接続されており、さらに各配電線４に最終需要家の負荷群５が接続されている。ここで、フィーダ２および変圧器３の一次側は通常、６６００Ｖ程度の高電圧であり、これを二次側が２００Ｖ程度の低圧となるように降圧している。負荷群５は一台の変圧器３から配電される、例えば４〜５軒分の家庭の負荷であり、例えばパワーコンディショナ（ＰＣＳ）と対となった太陽電池（ＰＶ）等、余剰の電力を配電線４に供給する負荷も含む。

【0005】

かかる配電系統においてその電圧安定化を図る無効電力補償装置Ｉは一般的に６６００Ｖのフィーダ２の末端側に接続されており、多くの配電線４のそれぞれで生起された電圧変動を一括して補償するようになっている。この場合の最終需要家は、例えば５００軒程度と大きな規模になる。

【0006】

６６００Ｖという高電圧系統において、この種の無効電力補償装置による補償システムを構築する場合には、補償対象の負荷の数が多いので大容量化するばかりでなく、無効電力補償装置を構成する半導体素子の信頼性、すなわち耐電圧や寿命の点で技術的な課題が残るものとなる。また、配電系統全体の補償の観点からは冗長性を持たせる必要があるが、高電圧系統の無効電力補償装置では、冗長性を考慮することにより必要以上の大容量化且つ大型化を生起することになる。その結果、コスト高騰の原因になり、電圧安定化システム普及の弊害となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５−３４１６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

したがって、配電系統における需要家電圧安定化を図るためのシステムを構築するに当たり、半導体素子の耐電圧を低下させることができ、その分安価な半導体素子でも充分な信頼性を保証し得る安価な無効電力補償装置で冗長性を備えた電圧安定化システムの出現が待望されている。

【0009】

本発明は、上記問題点に鑑み、半導体素子の耐圧負担が小さい無効電力補償装置により配電系統の電圧の安定化を図り得るとともに冗長性も備えた配電系統における需要家電圧安定化システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
配電系統における変圧器の低圧側の各配電線に接続される負荷群毎に、個別に無効電力補償を行う無効電力補償装置を分散配置するとともに、前記各無効電力補償装置は、装置の無効電力の最大出力が出力される範囲まで、設置された箇所における電圧値が規程値の範囲になるような制御手段で、無効電力補償を行うように制御するものであることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0011】

本態様によれば、発想を転換して電圧変動を引き起こす原因の箇所、すなわち負荷群の直近にて必要な分のみの補償を施すことを第一の手段としている。すなわち、低圧側で所定の無効電力補償を行い得るシステムを構築している。これにより、電圧安定化の問題となる箇所のみにスポット的に対応できる。また、無効電力補償装置が低圧側に分散配置されているので、定格電圧や定格電流が小さい部品でも使用が可能になり、民生用の部品を使用できることから、無効電力補償装置を構成する素子等に安価なものを使用することができる。また、装置が補償すべき容量は、装置の接続される負荷群が引き起こす電圧変動に対応する容量のみでよい。これらの結果、当該無効電力補償装置の小型化及びコストを低減させることだけでなく、配電系統における設備計画の柔軟性向上や配電系統への設置導入コストを低減させることができる。また、補償が必要な箇所へ多数の無効電力補償装置が分散配置されているので、需要家電圧の安定化のみならず、配電系統全体の冗長性が高まり当該配電系統全体のロバスト性向上にも寄与させることができる。

【0012】

本発明の第２の態様は、
配電系統における変圧器の低圧側の各配電線に接続される負荷群毎に、個別に無効電力補償を行う無効電力補償装置を分散配置するとともに、前記各無効電力補償装置は、前記各無効電力補償装置の前記配電線への接続位置での配電系統の状態である系統状態および各負荷群の状態である負荷状態を推定する制御手段で、前記各負荷群による電圧変動分である補償量を決定し、前記無効電力補償装置毎に前記補償量を補償するように制御されるものであることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0013】

本態様によれば、無効電力補償装置を低圧側に配置しているので、定格電圧や定格電流が小さい部品でも使用可能になり、民生用の半導体素子及び受動部品で無効電力補償装置を構成することができる。また、装置が補償すべき容量は、装置の接続される負荷群が引き起こす電圧変動に対応する容量のみでよい。これらの結果、当該無効電力補償装置の小型化及びコストを低減させることだけでなく、配電系統における設備計画の柔軟性向上や配電系統への設置導入コストを低減させることが実現可能である。同時に、負荷群毎に対応させて当該無効電力補償装置を分散配置するとともに、各無効電力補償装置の前記配電線への接続位置での系統状態および各負荷群の負荷状態を推定して前記各負荷群による電圧変動分である補償量を決定するので、負荷群毎に必要な補償量に合わせて無効電力補償装置による適確な自律制御を行うことができる。また、分散配置した複数の無効電力補償装置により需要家電圧安定化のみならず、配電系統全体の冗長性が高まり、当該配電系統全体のロバスト性向上にも寄与させることができる。

【0014】

本発明の第３の態様は、
第２の態様に記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記無効電力補償装置は前記補償量を決定する制御手段で制御され、
前記制御手段は、
前記接続位置から見た、前記無効電力補償装置を停止させた状態、および前記無効電力補償装置で既値の電流である固定電流値を供給した状態もしくは前記無効電力補償装置に既知の負荷インピーダンスを挿入した状態での前記配電系統の各インピーダンスに基づき前記負荷群が引き起こす電圧変動値を演算し、
演算した前記電圧変動値がキャンセルされるように前記無効電力補償装置の補償量を決定するものであることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0015】

本態様によれば、制御手段により無効電力補償装置の低圧側の配電線への接続位置での系統状態および負荷群の負荷状態を推定して無効電力補償を行う前記負荷群毎に適確な補償量を決定することができる。

【0016】

本発明の第４の態様は、
第３の態様に記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記制御手段は、
前記接続位置から見た、前記無効電力補償装置を停止させた状態での前記配電系統を表わす等価回路に基づき第１の回路方程式を生成する停止状態演算部と、
前記接続位置から見た、前記無効電力補償装置で既値の電流である固定電流を供給した状態での前記配電系統を表わす等価回路に基づき第２の回路方程式を生成する接続状態演算部と、
前記第１および第２の回路方程式に基づき前記負荷群が引き起こした電圧変動値を演算するとともに、前記電圧変動値に基づき前記無効電力補償装置の補償量を演算する補償量演算部とを有し、
前記第１の回路方程式が、配電系統側の等価的な電圧源の電圧Ｖ_ｇ、前記接続位置での実測電圧である電圧Ｖ_１、前記配電系統から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_１、前記負荷群から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_Ｌ、前記配電系統のインピーダンスＺ_１、前記負荷群のインピーダンスＺ_Ｌ、前記負荷群に設置された分散電源の等価的な電圧源の電圧Ｖ_ｐｃｓを用いて次式（１），（２），（３）で表わされ、

【0017】

【数1】

【0018】

前記接続状態演算部で生成される第２の回路方程式が、前記電圧Ｖ_ｇ、前記接続位置での実測電圧である電圧Ｖ_１′、前記配電系統から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_１′、前記負荷群から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_Ｌ′、前記インピーダンスＺ_１、前記インピーダンスＺ_Ｌ、前記電圧Ｖ_ｐｃｓ、前記固定電流である電流Ｉ_ｓｔを用いて次式（４），（５），（６）で表わされ、

【0019】

【数2】

【0020】

前記補償量演算部が、前記第１および第２の回路方程式から前記配電系統のインピーダンスＺ_１および前記電圧Ｖ_ｇを式（７），式（８）に基づき演算するとともに、前記電圧変動値Δ|Ｖ|を式（９）により演算し、

【0021】

【数3】

【0022】

さらに前接続位置から配電側および負荷側をまとめて見た合成インピーダンスＺ_ｉを式（１０）に基づき演算するとともに、前記合成インピーダンスＺ_ｉを実部ｒと虚部ｘとに分けてｒ＋ｊｘと表わして、前記電圧変動値Δ|Ｖ|をキャンセルするよう前記無効電力補償装置が補償すべき補償量ｘ_ｓｔを式（１１）もしくは式（１２）で演算する

【0023】

【数4】

【0024】

ものであることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0025】

本態様によれば、停止状態演算部および電流源の挿入による接続状態演算部の所定の演算結果に基づき、さらに補償量演算部で前記低圧側の配電線への接続位置での系統状態および負荷群の負荷状態を具体的に推定して無効電力補償を行う前記負荷群毎に具体的な補償量を決定することができる。

【0026】

本発明の第５の態様は、
第３の態様に記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記制御手段は、
前記第１の回路方程式を生成する停止状態演算部と、
前記接続位置から見た、前記無効電力補償装置で既値の負荷インピーダンスを挿入した状態での前記配電系統を表わす等価回路に基づき第３の回路方程式を生成する接続状態演算部と、
前記第１および第３の回路方程式に基づき前記負荷群が引き起こした電圧変動値を演算するとともに、前記電圧変動値に基づき前記無効電力補償装置の補償量を演算する補償量演算部とを有し、
前記第１の回路方程式が、請求項４と同様に、式（１３），（１４），（１５）で表わされ、

【0027】

【数5】

【0028】

前記接続状態演算部で生成される第３の回路方程式が、前記電圧Ｖ_ｇ、前記接続位置での実測電圧である電圧Ｖ_１′、前記配電系統から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_１′、前記負荷群から前記接続位置に向かって流れる実測電流である電流Ｉ_Ｌ′、前記インピーダンスＺ_１、前記インピーダンスＺ_Ｌ、前記電圧Ｖ_ｐｃｓを用いて次式（１６），（１７）で表わされ、

【0029】

【数6】

【0030】

前記補償量演算部が、前記第１および第３の回路方程式から前記配電系統のインピーダンスＺ_１および前記電圧Ｖ_ｇを式（１８），（１９）に基づき演算するとともに、前記電圧変動値Δ|Ｖ|を式（２０）により演算し、

【0031】

【数7】

【0032】

さらに前接続位置から配電側および負荷側をまとめて見た合成インピーダンスＺ_ｉを式（２１）に基づき演算するとともに、前記合成インピーダンスＺ_ｉを実部ｒと虚部ｘとに分けてｒ＋ｊｘと表わして、前記電圧変動値Δ|Ｖ|をキャンセルするよう前記無効電力補償装置が補償すべき補償量ｘ_ｓｔを式（２２）もしくは式（２３）で演算する

【0033】

【数8】

【0034】

ものであることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0035】

本態様によれば、停止状態演算部および負荷インピーダンスの挿入による接続状態演算部の所定の演算結果に基づき、さらに補償量演算部で前記低圧側の配電線への接続位置での系統状態および負荷群の負荷状態を具体的に推定して無効電力補償を行う前記負荷群毎に具体的な補償量を決定することができる。

【0036】

本発明の第６の態様は、
第２の態様に記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記無効電力補償装置は前記補償量を決定する制御手段で制御され、
前記制御手段は、
商用周波数の整数倍以外の周波数に相当する電流である次数間高調波電流Ｉ_{ｓｔ_ｎ}を前記無効電力補償装置より出力し、当該無効電力補償装置の両端で計測される次数間高調波電圧をＶ_{１_ｎ}および接続位置から配電系統側に向かって流れる次数間高調波電流をＩ_{１_ｎ}接続位置から負荷側に向かって流れる次数間高調波電流をＩ_{L_ｎ}とするとき、次数間高調波における配電系統側のインピーダンスＺ_{１_ｎ}を式（２４）で求め、次数間高調波における負荷側のインピーダンスを式（２５）で求め、

【0037】

【数9】

【0038】

さらに前記接続位置から配電側および負荷側をまとめて見た次数間高調波における合成インピーダンスＺ_{ｉ_n}を式（２６）で求め、さらに前記合成インピーダンスＺ_{ｉ_n}を商用周波数に対応する値へ変換することにより前記合成インピーダンスＺ_ｉを求め、該合成インピーダンスＺ_ｉを実部ｒと虚部ｘとに分けてｒ＋ｊｘと表わして、前記電圧変動値Δ|Ｖ|をキャンセルするよう前記無効電力補償装置が補償すべき補償量ｘ_ｓｔを式（２７）もしくは式（２８）で演算する

【0039】

【数10】

【0040】

ものであることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0041】

本態様によれば、次数間高調波注入方式を利用して、無効電力補償装置の低圧側の配電線への接続位置での系統状態および無効電力補償を行う負荷群の負荷状態を適確に推定して無効電力補償を行う前記負荷群毎に適確な補償量を決定することができる。

【0042】

本発明の第７の態様は、
配電系統における変圧器の低圧側の各配電線に接続される負荷群毎に、個別に無効電力補償を行う無効電力補償装置を分散配置するとともに、前記各無効電力補償装置は、前記各負荷群による電圧変動分に対する補償量を決定し、前記無効電力補償装置毎に前記補償量を補償するように制御手段により制御されるものである配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記制御手段は、
前記配電系統側への送り出し電圧Ｖ_ｇ、前記配電系統のインピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）、前記各配電線における負荷群および前記無効電力補償装置の接続位置における前記無効電力補償装置を停止させた状態での電圧Ｖ_１に基づき、前記無効電力補償装置が補償すべき補償量を前記電圧に対し９０度の位相差を有する無効分電流Ｉ_ＳＴＣとして次式（２９）により算出し、

【0043】

【数11】

【0044】

上記無効分電流Ｉ_ＳＴＣを出力するように前記無効電力補償装置を制御することにより、電圧変動をキャンセルするように構成したことを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0045】

本態様によれば、無効電力補償装置で補償すべき補償量を無効分電流Ｉ_ＳＴＣとして正確に求めることができ、かかる無効分電流Ｉ_ＳＴＣを供給するように制御することで、負荷群毎に適切な無効電力補償を行うことができる。

【0046】

本発明の第８の態様は、
第７の態様に記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記電圧Ｖ_ｇ、前記配電系統のインピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘは、既知のパラメータとしてメモリに記憶され上式（２９）の演算には、前記メモリから読み出した各パラメータを表すデータと、実測した電圧Ｖ_１を表すデータとを用いることを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0047】

本態様によれば、式（２９）の演算に必要な、電圧Ｖ_ｇ、配電系統のインピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘに関するデータを容易に得ることができる。

【0048】

本発明の第９の態様は、
第７または第８の態様に記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記電圧Ｖ_１は、前記無効電力補償装置を停止させた状態における前記接続位置から前記負荷群に向かって流れる電流Ｉに基づき次式（３０）

【0049】

【数12】

【0050】

により算出することを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0051】

本態様によれば、式（２９）の演算に必要な電圧Ｖ_１を、実測した電流Ｉに基づき算出することができる。

【0052】

本発明の第１０の態様は、
第７〜第９の態様の何れか一つに記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記配電系統のインピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘは、前記式（７）により推定したインピーダンスの実数部および虚数部の値を利用することを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0053】

本態様によれば、式（７）に基づき推定したインピーダンスを利用して所望の抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘの情報を得ることができる。

【0054】

本発明の第１１の態様は、
第７〜第９の態様の何れか一つに記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記配電系統のインピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘは、前記式（１８）により推定したインピーダンスの実数部および虚数部の値を利用することを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0055】

本態様によれば、式（１８）に基づき推定したインピーダンスを利用して所望の抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘの情報を得ることができる。

【0056】

本発明の第１２の態様は、
第７〜第９の態様の何れか一つに記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記配電系統のインピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘは、前記式（２４）により推定したインピーダンスの実数部および虚数部の値を商用周波数に換算した値を利用することを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0057】

本態様によれば、式（２４）に基づき推定したインピーダンスを利用して所望の抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘの情報を得ることができる。

【0058】

本発明の第１３の態様は、
第１〜第１２の態様の何れか一つに記載する配電系統における需要家電圧安定化システにおいて、
前記負荷群には分散電源が発電した直流電力を所定の交流電力に変換するパワーコンディショナーが接続されている負荷を有することを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0059】

本態様によれば、系統電圧の不安定要素が存在する配電系統においても適確な無効電力補償により需要家電圧の安定化を実現する事ができる。

【0060】

本発明の第１４の態様は、
第１〜第１３の態様の何れか一つに記載する配電系統における需要家電圧安定化システムにおいて、
前記各無効電力補償装置における連系用リアクトルの全部または一部として各変圧器の漏れリアクタンスや低圧配電線のリアクタンス、引込線のリアクタンスなどを利用したことを特徴とする配電系統における需要家電圧安定化システムにある。

【0061】

本態様によれば、無効電力補償装置の所定の機能を発揮させるために必要な連系用リアクトルを変圧器の二次側の漏れリアクタンスを利用しているので、その分装置構成が合理的なものとなる。

【発明の効果】

【0062】

本発明によれば、電圧変動を引き起こす原因の箇所の直近にて対策を施すことが可能であるから、問題のある箇所にスポット的に対応することが実現される。また、無効電力補償装置を低圧側の配電線に負荷群毎に分散させて配置することで、無効電力補償装置の構成する半導体素子の耐圧性能等を軽減して全体的なコストを低減することができ、配電系統における設備計画の柔軟性向上や配電系統への設置導入コストを低減させることができる。また分散配置による効果から、配電系統全体の充分な冗長性も持たせることができる。さらに分散配置した無効電力補償装置で負荷群毎に自律制御を行うことができるので、所定の補償も適確に行うことができる。この結果、負荷側に電圧変動の原因となる太陽電池システム等の分散電源が接続されている場合であっても、低廉なコストで配電系統における需要家電圧の安定化を実現し得る。

【図面の簡単な説明】

【0063】

【図1】本発明の実施の形態に係る無効電力補償装置を設置した配電系統を概念的に示す説明図である。

【図2】本発明の第１の実施例に係る無効電力補償装置の制御装置を示すブロック図である。

【図3】電流源挿入方式における等価回路を示す回路図である。

【図4】電流源挿入方式における等価回路を示す回路図である。

【図5】電流源挿入方式における等価回路を示す回路図である。

【図6】電流源挿入方式における等価回路を示す回路図である。

【図7】電流源挿入方式における等価回路を示す回路図である。

【図8】負荷インピーダンス挿入方式における配電系統の等価回路を示す回路図である。

【図9】負荷インピーダンス挿入方式における配電系統の等価回路を示す回路図である。

【図10】負荷インピーダンス挿入方式における配電系統の等価回路を示す回路図である。

【図11】負荷インピーダンス挿入方式における配電系統の等価回路を示す回路図である。

【図12】次数間高調波注入方式における配電系統の等価回路を示す回路図である。

【図13】本発明の第４の実施例に係る無効電力補償装置で補償すべき無効分電流の算出原理を説明するための説明図である。

【図14】上記第４の実施例に係る無効電力補償装置の制御装置を示すブロック図である。

【図15】従来技術に係る無効電力補償装置を設置した配電系統を概念的に示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0064】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

【0065】

図１は本形態に係る無効電力補償装置を設置した配電系統を概念的に示す説明図である。同図に示すように、配電用変電所１の二次側にはフィーダ２が接続してあり、このフィーダ２に各変圧器３を介して低圧側の配電線４が接続され、さらに各配電線４に最終需要家の負荷群５が接続されている。この点は図１３に示す従来システムと同様である。

【0066】

本形態では、無効電力補償装置IIが変圧器３の二次側（２００Ｖ）で各負荷群５に対応させて配設されている。すなわち無効電力補償装置IIは各配電線４に接続位置６で接続することにより各配電線４毎に分散して配設されている。かくして各無効電力補償装置IIは低電圧（２００Ｖ）側の各配電線４を介して一台の変圧器３からそれぞれ配電される各負荷群５を対象として分散配置した無効電力補償装置II毎に所定の補償制御を行うように構成してある。ここで、負荷群５は、例えば４〜５軒分の家庭の負荷であり、本形態の場合には太陽電池ＰＶおよびその出力を所定の交流電力に変換するパワーコンディショナーＰＣＳを有している。

【0067】

このように、本形態における無効電力補償装置IIは各変圧器３の二次側に独立させて分散配置されているので、定格電圧や定格電流が小さい部品でも使用が可能になり、無効電力補償装置IIを構成する素子等に安価なものを使用することができる。この結果、無効電力補償装置IIの小型化やコストを低減させることができる。また、ＰＣＳを有する負荷群５の箇所に当該無効電力補償装置を挿入することにより需要家電圧を安定化させることができるので、問題となる負荷群５にスポット的に対応することが可能である。これにより配電系統における設備計画の柔軟性向上や配電系統への設置導入コストを低減させることができる。さらに、多数の無効電力補償装置が分散配置されているので、冗長性が高まり当該配電系統全体のロバスト性向上にも寄与させることができる。

【0068】

ここで、各無効電力補償装置IIは制御装置を内蔵している。かかる制御装置は、各配電線４の電圧が規程範囲を外れた場合には当該制御装置が内蔵されている無効電力補償装置IIにより所定の無効電力を配電線４に供給して無効電力を補償する。ここで、最も原始的には、接続位置の電圧が規程範囲内に収まるように、当該無効電力補償装置IIの供給能力の範囲内において無効電力補償を行わせ、供給能力の限界に達した時点でリミッタをかけるという制御を行わせれば良い。

【0069】

一方、各無効電力補償装置IIを適切に自律制御することにより、より適確な補償動作を行わせることができる。この場合には、補償電力を供給しようとする配電線４への接続位置での系統状態および負荷群５の負荷状態を推定して負荷群５毎に補償量を決定する機能が必要になる。

【0070】

かかる自律制御を行う場合のいくつかの具体例を実施例として説明する。以下に示す各実施例では負荷群５毎に分散配置された各無効電力補償装置IIは自己に対応する負荷群５の状態のみに応じて必要になる補償量を自律的に補償して総合的な系統電圧の安定化を図るようになっている。

【0071】

＜第１の実施例＞
図２は第１の実施例に係る無効電力補償装置の制御装置を示すブロック図である。同図に示すように、本例における制御装置は、検出回路１１、停止状態演算部１２、接続状態演算部１３および補償量演算部１４を有している。

【0072】

検出回路１１は、実測した所定の電圧Ｖ_１、Ｖ_１′、電流Ｉ_１、Ｉ_１′、電流Ｉ_Ｌ、Ｉ_Ｌ′の値を検出する。

【0073】

停止状態演算部１２は、検出回路１１における電圧Ｖ_１、電流Ｉ_１、電流Ｉ_Ｌの実測値を参照して、等価回路（図３参照）に基づき後に詳述する第１の回路方程式を生成する。図３に示す等価回路は、無効電力補償装置IIの配電線４に対する接続位置６から見た、無効電力補償装置IIを停止させた状態での配電系統を表わしている。当該等価回路については後に詳述する。

【0074】

接続状態演算部１３は、検出回路１１における電圧Ｖ_１′、電流Ｉ_１′、Ｉ_Ｌ′の実測値を参照して、等価回路（図４参照）に基づき後に詳述する第２の回路方程式を生成する。図４に示す等価回路は、無効電力補償装置IIの配電線４に対する接続位置６から見た、無効電力補償装置IIで既値の電流Ｉ_ｓｔを供給した状態での配電系統を表わしている。当該等価回路については後に詳述する。

【0075】

補償量演算部１４は、前記第１および第２の回路方程式に基づき負荷群５が引き起こした電圧変動値Δ|Ｖ|（本例の場合は電圧上昇値）を演算するとともに、電圧変動値Δ|Ｖ|に基づき無効電力補償装置IIによる補償量ｘ_ｓｔを演算する。本例の場合は、所定の電圧降下をもたらすべきリアクトルの値を求め、このリアクトルと等価な電流成分が無効電力発生回路から出力されるようにＰＷＭ生成回路１５を介して主回路制御信号１６を制御する。

【0076】

次に、本実施に係る無効電力補償装置IIを自律分散で制御する際における配電系統の系統状態の推定および負荷群５の負荷状態の推定に基づく補償量ｘ_ｓｔの決定方法についてさらに詳説する。本例では無効電力補償装置IIを配電線４への接続位置から見た系統状態を、負荷側と配電側とに分けたテブナンの等価回路としておき、この状態におけるパラメータを算出することにより等価的な配電系統状態を推定する。

【0077】

まず、無効電力補償装置IIを停止させる。停止させた状態における系統状態の等価回路が図３である。図３中、Ｖ_ｇは配電系統側の等価的電圧源の電圧、Ｖ_１は無効電力補償装置II（図１参照；以下同じ）の配電線４（図１参照；以下同じ）への接続位置６での実測した電圧、Ｉ_１は配電線４から接続位置６に向かって流れる実測した電流、Ｉ_Ｌは負荷群５（図１参照；以下同じ）から接続位置６に向かって流れる実測した電流、Ｚ_１は前記配電系統のインピーダンス、Ｚ_Ｌは負荷群５のインピーダンス、Ｖ_ｐｃｓは負荷群５に設置された分散電源である等価電圧源の電圧である。

【0078】

上述の如く電圧Ｖ_１、電流Ｉ_１、電流Ｉ_Ｌを実測すると式（１−１）〜（１−３）の第１の回路方程式が成立する。

【0079】

【数13】

【0080】

次に、無効電力補償装置IIより、電流Ｉ_ｓｔを出力させる。このときの状態の等価回路が図４である。図４中、Ｖ_１′は無効電力補償装置IIの配電線４への接続位置６での実測した電圧、Ｉ_１′は配電線４から接続位置６に向かって流れる実測した電流、Ｉ_Ｌ′は負荷群５から接続位置６に向かって流れる実測した電流、Ｉ_ｓｔは無効電力補償装置IIが供給する固定値の電流である。なお、Ｖ_ｇ、Ｚ_１、Ｚ_Ｌ、Ｖ_ｐｃｓは図３と同様のパラメータである。

【0081】

ここで、図４の等価回路に基づき式（１−４）〜（１−６）が導出される。

【0082】

【数14】

【0083】

上記式（１−１）〜（１−６）を用いると４つのパラメータ（Ｖ_ｇ、Ｚ_１、Ｚ_Ｌ、Ｖ_ｐｃｓ）を求めることができるが、ここで必要なのはインピーダンスＺ_１と電圧Ｖ_ｇである。これらは次式（１−７），（１−８）で与えられる。

【0084】

【数15】

【0085】

したがって、負荷群５による電圧変動値Δ|Ｖ|は、次式（１−９）のように表わされる。

【0086】

【数16】

【0087】

この電圧変動値Δ|Ｖ|が、無効電力補償装置IIで補償すべき電圧となる。ここで、電圧変動値Δ|Ｖ|を抑制するために必要な無効電力の注入量をテブナンの等価回路を用いて演算する。

【0088】

図５および図６は、無効電力補償装置IIの接続位置６から見た、負荷側と配電側とのすべてまとめた等価回路であり、図５が無効電力補償装置IIを停止した状態、図６が無効電力補償装置IIより所定の電流Ｉ_ｓｔを供給した状態をそれぞれ示している。

【0089】

ここで、Ｅ＝Ｖ_１であるので、接続位置６から配電側および負荷側をまとめて見た合成インピーダンスＺ_ｉは次式（１−１０）で表わされる。

【0090】

【数17】

【0091】

上式（１−１０）で与えられる合成インピーダンスＺ_ｉを図７に示すように、Ｚ_ｉ＝r（実部）＋ｊｘ（虚部）とおく。そして、無効電力補償装置IIが出力する無効電力の算出を簡単にするために、無効電力補償装置IIをリアクトル(ｊｘ_ｓｔ)として模擬し、リアクトルに流れる電流を求める。リアクトル(ｊｘ_ｓｔ)の挿入により、電圧Ｖ_１′が、電圧Ｖ_１より電圧変動値Δ|Ｖ|の分だけ低下すれば所定の無効電力補償を行うことができるからである。

【0092】

ここで、電圧Ｖ_１、Ｖ_１′および電圧変動値Δ|Ｖ|の間には式（１−１１）の関係があり、電圧Ｖ_１′は式（１−１２）に表される。

【0093】

【数18】

【0094】

したがって、電圧変動値Δ|Ｖ|は式（１−１３）のように表すことができる。

【0095】

【数19】

【0096】

この結果、本例の場合にはリアクタンスとして表される補償量ｘ_ｓｔは式（１−１４）に示す通りとなる。

【0097】

【数20】

【0098】

あるいは、補償量ｘ_ｓｔを求める場合、式（１−１５）が近似的に成り立つ。

【0099】

【数21】

【0100】

これによってリアクタンスとして表される補償量ｘ_ｓｔは式（１−１６）に示す通りとなる。

【0101】

【数22】

【0102】

上式（１―１４）もしくは（１−１６）に基づき所定の電圧変動（本例の場合には降下）をもたらすべき、リアクトルの値が求まった。したがって、無効電力補償装置IIが、このリアクトルと等価な電流成分を出力するよう、無効電力補償装置IIの主回路制御信号１６（図２参照）を制御することにより、所定の電圧変動の抑制を実現することができる。

【0103】

なお、上述の説明では負荷が配電線４の電圧を上昇させる場合であるが、逆に降下させる場合には、上述の如き無効電力の補償においてリアクトルの代わりにキャパシタを適用することにより同様の適切な補償を行わせることができる。

【0104】

＜第２の実施例＞
第１の実施例では、無効電力補償装置IIを停止させたままの状態において電圧Ｖ_１、電流Ｉ_１、電流Ｉ_Ｌを計測するとともに、無効電力補償装置IIより所定の電流Ｉ_ｓｔを出力させた状態において電圧Ｖ_１′、電流Ｉ_１′、電流Ｉ_Ｌ′を計測することにより所定のパラメータを求めるようにした。これに対し、本実施例においては、前者の状態は同様であるが、後者の状態は無効電力補償装置IIを停止させたまま既知のインピーダンスＺを接続位置６に挿入し、このときの電圧Ｖ_１′、電流Ｉ_１′、電流Ｉ_Ｌ′を計測している。このことにより、前者と後者との電圧および電流の変化分に基づき所定のパラメータを求める。

【0105】

さらに詳言すると、図８は本実施例における、接続位置６での電圧Ｖ_１、低圧側の配電線４から接続位置６に向かって流れる電流Ｉ_１および負荷群５から接続位置６に向かって流れる電流Ｉ_Ｌを計測する場合の等価回路（図３と同様の回路となり、第１の回路方程式を与える）、図９は電力補償装置IIを停止させたまま所定のインピーダンスＺを挿入して接続位置６での電圧Ｖ_１′、低圧側の配電線４から接続位置６に向かって流れる電流Ｉ_１′および負荷群５から接続位置６に向かって流れる電流Ｉ_Ｌ′を計測する場合の等価回路である。第３の回路方程式は図９に示す等価回路に基づき生成される。

【0106】

図８を参照すれば明らかな通り、第１の回路方程式を構成する式は、第１の実施例における式（１−１）〜（１−３）と同様である。

【0107】

【数23】

【0108】

一方、図９に示す等価回路からは、式（２−４），（２−５）に示す第３の回路方程式が導出される。

【0109】

【数24】

【0110】

かくして式（２−１）〜（２−５）の関係からインピーダンスＺ_１、電圧Ｖ_ｇが導出され、次式（２−６），（２−７）で与えられる。

【0111】

【数25】

【0112】

この結果、接続位置６から配電側および負荷側をまとめて見た合成インピーダンスＺ_ｉは、図１０および図１１に示すように、式（２−８）の関係を利用して式（２−９）で与えられる。

【0113】

【数26】

【0114】

したがって、本例の方法によっても式（２−９）に基づき所定の電圧変動（電圧降下）をもたらすべき、補償量ｘ_ｓｔを式（２−１０）もしくは式（２−１１）によりリアクトルの値として求めることができる。

【0115】

【数27】

【0116】

したがって、本例においても、第１の実施例と同様に、無効電力補償装置IIが、前記リアクトルと等価な電流成分を出力するよう、無効電力補償装置IIの主回路制御信号１６（図２参照）を制御することにより、同様に、所定の電圧変動の抑制を実現し得る。

【0117】

＜第３の実施例＞
第１および第２の実施例と同様の系統状態、負荷状態の推定および補償量の算出は次数間高調波注入方式を適用することによっても実現することができる。すなわち、商用周波数の整数倍以外の周波数に相当する電流である次数間高調波電流を無効電力補償装置IIより注入し、前記次数間高調波電流の変動分に基づき配電系統および負荷のインピーダンスを推定し、かかる推定に基づき系統状態および負荷状態を推定する。

【0118】

図１２は次数間高調波注入方式を適用した場合の等価回路を示す。同図に示す等価回路はテブナンの等価回路であり、周波数が異なる電源は無視されるため、無効電力補償装置IIが出力する次数間高調波電流の電流源、配電インピーダンスおよび負荷インピーダンスとなる。

【0119】

次数間高調波電流が無効電力補償装置IIから出力する電流源をＩ_{ｓｔ_ｎ}、無効電力補償装置IIの両端で計測される次数間高調波成分の電圧をＶ_{１_ｎ}、系統側で検出される次数間高調波電流をＩ_{１_ｎ}、負荷側で検出される次数間高調波電流をＩ_{Ｌ_ｎ}とすると次式（３−１），（３−２）により次数間高調波における配電線インピーダンスＺ_{１_n}および次数間高調波における負荷インピーダンスＺ_{Ｌ_n}が求まる。

【0120】

【数28】

【0121】

また、接続位置から配電側および負荷側をまとめて見た次数間高調波における合成インピーダンスＺ_{ｉ_ｎ}は、式（３−３）で与えられる。

【0122】

【数29】

【0123】

ここで、商用周波数における合成インピーダンスＺ_ｉは換算して求める。

【0124】

かくして、本例の方法によっても式（３−３）に基づき所定の電圧（電圧降下）をもたらすべき、補償量ｘ_ｓｔの値を式（３−４）もしくは式（３−５）により求めることができる。

【0125】

【数30】

【0126】

したがって、無効電力補償装置IIが、上記補償量ｘ_ｓｔを与えるこのリアクトルと等価な電流成分を出力するよう、無効電力補償装置IIの主回路制御信号１６（図２参照）を制御することにより、第１および第２の実施例と同様に所定の電圧変動の抑制を実現し得る。

【0127】

上記第１〜第３の実施例に示す系統状態の推定および負荷状態の推定を利用する代わりにこれらに関するパラメータを上位の指令センターから取得することによっても同様の補償制御を行うことができる。

【0128】

＜第４の実施例＞
図１３は本発明の第４の実施例に係る無効電力補償装置で補償すべき無効分電流の算出原理を説明するための説明図である。同図に示す配電系統は、配電用変電所１と需要家IIIとの間の配電線IVは、フィーダ（高圧配電線）２，（柱上）変圧器３，（低圧側）配電線４，引込線４Ａからなり、引込線４Ａの末端である接続位置６に無効電力発生装置IIが負荷群５とともに接続されている。本形態における負荷群５は、通常負荷５Ａ、ＰＶ（太陽電池）５ＢおよびＥＶ（電気自動車）５Ｃからなる。ここで、通常負荷５Ａは需要家IIIにおける照明、冷蔵庫等の電気製品であり、ＥＶ５Ｃとともに、系統から電流が流れ込む装置である。これに対し、ＰＶ５Ｃは系統に電流を供給する装置である。

【0129】

ここで、配電線IVのインピーダンスをＲ＋ｊＸとし、配電用変電所１からの送り出し電圧を電圧Ｖ_ｇ、接続位置６の電圧を電圧Ｖ_１、接続位置６から需要家IIIに向かって流れる電流を電流Ｉ_１とする。また、電流Ｉ_１について、電圧Ｖ_１と同相の成分をＩ_１ｄ、直交成分をＩ_１ｑとすると、通常負荷５Ａ、ＥＶ５Ｃは有効電力の消費、ＰＶ５Ｂの出力も有効電力であることから、無効電力補償装置IIが設置される前の状態（停止した状態）における電流Ｉ_１は次式（４−１）で与えられる。

【0130】

【数31】

【0131】

このことから、電圧Ｖ_１と電圧Ｖ_ｇとの関係は次式（４−２）のように表される。

【0132】

【数32】

【0133】

次に、無効電力補償装置IIが設置された状態（動作している状態）を考える。無効電力補償装置IIは無効電力を出力するので、無効電力補償装置IIは無効分電流Ｉ_１ｑのみを出力すると考えてよい。このことから、電圧Ｖ_ｇと電圧Ｖ_１′（無効電力補償装置IIの動作時の接続位置６の電圧）の関係は次式（４−３）のように表される。

【0134】

【数33】

【0135】

ここで、無効電力補償装置IIは、無効分電流Ｉ_１ｑにより電圧Ｖ_１の大きさを電圧Ｖ_ｇの大きさと等しくすれば良い。

【0136】

したがって、本形態における無効電力補償装置IIは、次式（４−４）で与えられる無効分電流Ｉ_ＳＴＣを流すように制御すればよい。

【0137】

【数34】

【0138】

式（４−４）を参照すれば、電圧Ｖ_ｇ、配電線IVのインピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）、無効電力補償装置IIの接続位置６における無効電力補償装置IIを停止させた状態での電圧Ｖ_１に基づき無効電力補償装置IIが補償すべき補償量である無効分電流Ｉ_ＳＴＣが正確に求まることが分かる。

【0139】

式（４−４）に基づき、補償すべき無効分電流Ｉ_ＳＴＣを発生させる本実施例を図１４に示す。同図に示すように、本実施例における補償量演算部２４はメモリ２４Ａおよび無効分電流演算部２４Ｂを有する。ここで、メモリ２４Ａには、配電系統のフィーダ２への送り出し電圧Ｖ_ｇと配電線IVのインピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）の値が予め記憶されている。一方、電圧検出器２５が、無効電力補償装置IIを停止させた状態での接続位置６における電圧Ｖ_１を計測している。

【0140】

補償量演算部２４はメモリ２４Ａの記憶内容および電圧検出器２５が検出した電圧Ｖ_１の情報に基づき上式（４−４）の演算を行い、無効分電流Ｉ_ＳＴＣを求める。

【0141】

この結果、無効分電流Ｉ_ＳＴＣが供給されるようにＰＷＭ生成回路１５を介して主回路制御信号１６が形成される。

【0142】

かくして、本実施例によれば、無効電力補償装置IIで補償すべき無効分電流Ｉ_ＳＴＣを正確に求めることができ、かかる無効分電流Ｉ_ＳＴＣを供給するように制御することで、負荷群５毎に適切な無効分電流補償を行うことができる。

【0143】

上記第４の実施例では、式（４−４）の演算に電圧検出器２５で検出した電圧Ｖ_１を直接利用したが、無効電力補償装置IIを停止させた状態での接続位置６から負荷群５に流入する電流Ｉ_１を計測することによっても電圧Ｖ_１を検出することができる。すなわち、メモリ２４Ａに記憶している電圧Ｖ_ｇ、インピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）および電流Ｉ_１（=Ｉ_ｄ）の値を前式（４−２）に代入して所定の演算を行えばよい。

【0144】

さらに、上記第４の実施例では、予めメモリ２４Ａに記憶しておいたインピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）および電圧Ｖ_ｇの情報を利用して式（４−４）の演算を行うようにしたが、これらの情報は、例えば上位の制御所から通信により供給するようにしても良いし、また第１〜第３の実施例で詳細に説明した推定手法により求めたインピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）情報、またはインピーダンス（Ｒ＋ｊＸ）および電圧Ｖ_ｇの情報を利用しても良い。

【0145】

さらに詳言すると次の通りである。
１）インピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘは、式（１−７）により推定したインピーダンスの実数部および虚数部の値を利用する。

【0146】

電圧Ｖ_ｇは式（１−８）の推定値を利用する。
２）インピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘは、式（２−６）により推定したインピーダンスの実数部および虚数部の値を利用する。

【0147】

電圧Ｖ_ｇは式（２−７）の推定値を利用する。
３）インピーダンスの抵抗分Ｒおよびリアクタンス分Ｘは、式（３−３）により推定したインピーダンスの実数部および虚数部の値を商用周波数に換算した値を利用する。ここで、電圧Ｖ_ｇは前記インピーダンスを利用して式（１３）により求めた値を利用する。

【産業上の利用可能性】

【0148】

本発明は電力の配電系統を運用、保守管理する産業分野や当該産業分野で使用する電気器を製造販売する産業分野で有効に利用することができる。

【符号の説明】

【0149】

II 無効電力補償装置
１ 配電用変電所
２ フィーダ
３ 変圧器
４ 配電線（低圧側）
５ 負荷群
６ 接続位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】