特許 5978088 無効電力補償装置

(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】5978088

(24)【登録日】2016年7月29日

(45)【発行日】2016年8月24日

(54)【発明の名称】無効電力補償装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/16 20060101AFI20160817BHJP

   H02J 3/18 20060101ALI20160817BHJP

   G05F 1/70 20060101ALI20160817BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/16

   H02J3/18 142

   G05F1/70

【請求項の数】5

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2012-217891(P2012-217891)

(22)【出願日】2012年9月28日

(65)【公開番号】特開2014-73008(P2014-73008A)

(43)【公開日】2014年4月21日

【審査請求日】2015年6月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102636

【氏名又は名称】エナジーサポート株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(72)【発明者】

【氏名】豊田 靖臣

【審査官】 杉田 恵一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭４９−１２１１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−３４１８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−１３５５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２６８８０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３２７０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３２８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１７５７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１５０３５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２２３５７７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ １／７０

Ｈ０２Ｊ ３／１６

Ｈ０２Ｊ ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力系統の系統電圧を安定させるために電力系統に無効電力を出力する力率一定制御方式の無効電力補償装置において、
前記系統電圧の制御範囲は、電圧制御範囲上限値を上限とするとともに、電圧制御範囲下限値を下限とする範囲に設定し、
前記電力系統の負荷有効電力の上下に有効電力上限値と有効電力下限値とを設定するとともに、前記有効電力上限値を上限、前記有効電力下限値を下限とする不感帯域を設定し、
前記負荷有効電力が不感帯域内であるか否かを判断する前に、前記系統電圧が制御範囲内であるか否かを判断し、
前記系統電圧が電圧制御範囲上限値を超えた場合には、前記系統電圧が電圧制御範囲上限値となるように無効電力を出力させて電圧制御を行い、
前記系統電圧が電圧制御範囲下限値未満の場合には、前記系統電圧が電圧制御範囲下限値となるように無効電力を出力させて電圧制御を行い、
前記負荷有効電力が前記不感帯域内である場合には力率一定制御を行わず、
前記電力系統への出力無効電力が遅れと進みとのいずれかに常に偏っている場合には、固定値を設定し、前記無効電力の出力値に前記固定値を付加することで、無効電力の補償範囲をずらして、前記固定値の分だけ補償範囲を増やすようにし、
前記制御範囲内の前記不感帯域外に、出力する前記無効電力が連続するように前記負荷有効電力に応じて設定力率と前記固定値とを複数設定し、前記無効電力の出力値に前記固定値を付加することで、前記負荷有効電力に応じて前記設定力率を変更する場合にも補償範囲を増やすようにし、
前記系統電圧が前記制御範囲内となるよう前記無効電力を出力する
ことを特徴とする無効電力補償装置。

【請求項2】

請求項１に記載の無効電力補償装置において、
前記電力系統への出力無効電力に基づいて固定値を設定し、前記無効電力の出力値に前記固定値を付加する
ことを特徴とする無効電力補償装置。

【請求項3】

請求項２に記載の無効電力補償装置において、
前記負荷有効電力に応じて設定力率と前記固定値とを複数設定する
ことを特徴とする無効電力補償装置。

【請求項4】

請求項３に記載の無効電力補償装置において、
出力する前記無効電力が連続するように前記負荷有効電力に応じて前記固定値を設定する
ことを特徴とする無効電力補償装置。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一項に記載の無効電力補償装置において、
前記系統電圧が制御範囲内となるよう前記無効電力を出力する
ことを特徴とする無効電力補償装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力系統に無効電力を出力して系統電圧を調整する無効電力補償装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に電力が大きく変動する負荷が接続されている電力系統においては、その電力系統の電圧が負荷に流れる電流に応じて変動する。このような電圧変動を抑制するために設置される装置の一つに無効電力補償装置がある。この無効電力補償装置は、系統電圧が低下しているときには進み無効電力を電力系統に出力し、一方、系統電圧が上昇しているときには遅れ無効電力を電力系統に出力することで、電圧変動を調整する（例えば、特許文献１参照）。無効電力補償装置は、系統電圧と設定電圧との差に応じて常に動作しながら定常的な電圧変動を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１−２６８８０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、無効電力補償装置が配電系統に対して力率一定制御を行う場合、電力系統の電圧変動に応じて力率を一定にするよう制御するため、電圧変動の最大に合わせて補償容量（インバータ容量）が必要となり、装置が大型となっている。また、無効電力補償装置は、今後大規模な普及が望まれる設備であるが、既存の設備と併設するには設置スペースが限られている。そこで、無効電力補償装置の補償容量及び装置の小型化が望まれている。

【0005】

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、補償容量及び装置の小型化ができる無効電力補償装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決する無効電力補償装置は、電力系統の系統電圧を安定させるために電力系統に無効電力を出力する力率一定制御方式の無効電力補償装置において、前記系統電圧の制御範囲は、電圧制御範囲上限値を上限とするとともに、電圧制御範囲下限値を下限とする範囲に設定し、前記電力系統の負荷有効電力の上下に有効電力上限値と有効電力下限値とを設定するとともに、前記有効電力上限値を上限、前記有効電力下限値を下限とする不感帯域を設定し、前記負荷有効電力が不感帯域内であるか否かを判断する前に、前記系統電圧が制御範囲内であるか否かを判断し、前記系統電圧が電圧制御範囲上限値を超えた場合には、前記系統電圧が電圧制御範囲上限値となるように無効電力を出力させて電圧制御を行い、前記系統電圧が電圧制御範囲下限値未満の場合には、前記系統電圧が電圧制御範囲下限値となるように無効電力を出力させて電圧制御を行い、前記負荷有効電力が前記不感帯域内である場合には力率一定制御を行わず、前記電力系統への出力無効電力が遅れと進みとのいずれかに常に偏っている場合には、固定値を設定し、前記無効電力の出力値に前記固定値を付加することで、無効電力の補償範囲をずらして、前記固定値の分だけ補償範囲を増やすようにし、前記制御範囲内の前記不感帯域外に、出力する前記無効電力が連続するように前記負荷有効電力に応じて設定力率と前記固定値とを複数設定し、前記無効電力の出力値に前記固定値を付加することで、前記負荷有効電力に応じて前記設定力率を変更する場合にも補償範囲を増やすようにし、前記系統電圧が前記制御範囲内となるよう前記無効電力を出力することをその要旨としている。

【0007】

同構成によれば、有効電力上限値と有効電力下限値とによって設定された不感帯域内では力率一定制御を行わず、不感帯域外において力率一定制御を行う。ここで、電圧変動が小さく、電力会社等による電圧変動の許容範囲内であれば、電圧変動が許容される。このため、力率一定制御を行わない範囲を設定することで最大無効電力が抑制されて、ひいては補償容量を抑制することができる。よって、補償容量、すなわちインバータ容量を小さくできるので、無効電力補償装置を小型化できる。

【0008】

無効電力補償装置が設置される電力系統への出力無効電力が遅れと進みとのいずれかに予め偏っている場合に、偏りを加味して固定値を設定することで固定値の分だけ見かけ上の補償範囲を増やすことができる。ひいては、無効電力の補償容量を変更することなく、補償可能な範囲をより広く設定できる。よって、補償容量、すなわちインバータ容量を小さくできるので、無効電力補償装置を小型化できる。

【0009】

負荷有効電力に応じて設定力率を変更する必要がある場合にも補償範囲を増やすことができる。よって、補償容量、すなわちインバータ容量を小さくできるので、無効電力補償装置を小型化できる。

【0011】

設定力率に基づいて系統電圧そのものが許容範囲から逸脱することを防止しながら、力率一定制御を行い、系統電圧を安定させることができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、補償容量及び装置の小型化ができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】無効電力補償装置の概略構成を示すブロック図。

【図2】無効電力補償装置の出力無効電力を示す図。

【図3】第１の実施形態の無効電力補償装置の制御を示すフローチャート。

【図4】従来の無効電力補償装置の出力無効電力を示す図。

【図5】第１の実施形態の無効電力補償装置の出力無効電力を示す図。

【図6】無効電力補償装置の出力無効電力を示す図。

【図7】第２の実施形態の無効電力補償装置の制御を示すフローチャート。

【図8】第３の実施形態の無効電力補償装置の制御を示すフローチャート。

【図9】無効電力補償装置の出力無効電力を示す図。

【図10】従来の無効電力補償装置の出力無効電力を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（第１の実施形態）
以下、図１〜図５を参照して、無効電力補償装置の第１の実施形態について説明する。
図１に示されるように、無効電力補償装置１０は、電力系統１に対して開閉器２及び変圧器３を介して並列接続されている。無効電力補償装置１０は、電力系統１に接続された負荷４やメガソーラ等の発電施設によって電圧変動が発生する際に、無効電力を供給することにより電力系統１の系統電圧、例えば６６００Ｖを調整する装置である。

【0015】

無効電力補償装置１０は、主回路にインバータ１１を備え、同インバータ１１には連系リアクトル１２が接続されている。連系リアクトル１２は、変圧器３に接続され、開閉器２を介して電力系統１に接続されている。インバータ１１には、電位確立用のコンデンサ１３が接続されている。開閉器２には、電力系統１の電流を検出する２つの電流センサＣＴと、電力系統１の電圧（以下、系統電圧という）を検出する電圧センサＰＴが設けられている。また、無効電力補償装置１０には、制御装置１４が設けられている。同制御装置１４には、２つの電流センサＣＴ及び電圧センサＰＴが接続されている。無効電力補償装置１０は、系統電圧とインバータ出力電圧との電圧差で連系リアクトル１２に流れる無効電力を調整しながら、連続的に出力を可変することで電力系統１の電圧を調整する。なお、本実施例の無効電力補償装置１０は、ＳＶＧ（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）方式の装置である。

【0016】

無効電力補償装置１０は、インバータ１１の出力電圧を系統電圧の位相と同期させ、大きさを変化させることにより、系統電圧から９０度遅れ、進みの電流が連系リアクトル１２に流れる。すなわち、無効電力補償装置１０は、電力系統１から見ると、可変の進相コンデンサや分路リアクトルが接続されているように動作する。例えば、負荷４の変動により電力系統１の電圧が低下した場合には、電力系統１から見て進相コンデンサと同様な動作をして電圧を持ち上げる。また、電力系統１の電圧が上昇した場合には、電力系統１から見て分路リアクトルと同様な動作をして電圧を下げる。

【0017】

無効電力補償装置１０は、連系点の力率を一定に管理する「力率一定制御」を行う。力率一定制御は、連系点の負荷側の有効電力（負荷有効電力）及び無効電力（負荷無効電力）を検出し、電源側の力率が設定力率に一定となるように無効電力を連続的に発生させる。そして、無効電力補償装置１０は、力率一定制御によって電圧変動を抑制する。

【0018】

図２に示されるように、無効電力補償装置１０は、電力系統１の負荷有効電力及び負荷無効電力に応じて力率が設定力率ｃｏｓθに一定となるように制御を行う。なお、無効電力補償装置１０は、負荷有効電力が０ｋＷを含む所定範囲である不感帯域ＤＺ（Ｄｅａｄ Ｚｏｎｅ）では力率一定制御を行わない。すなわち、無効電力補償装置１０は、不感帯域ＤＺ外では力率一定制御を行う。不感帯域ＤＺは、有効電力上限値Ａを上限とするとともに、有効電力下限値Ｂを下限とする範囲である。

【0019】

ここで、電力系統１では、電力会社等によって電圧変動幅が一定範囲、例えば３％で許容されている。このため、無効電力補償装置１０は、系統電圧が変動許容幅内となる有効電力上限値Ａと有効電力下限値Ｂとを設定している。無効電力補償装置１０の補償容量ＣＣ（Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）は、遅れ無効電力の最大値である最大無効電力と進み無効電力の最大値である最小無効電力との差に相当する。

【0020】

また、無効電力補償装置１０は、電力系統１への出力無効電力が遅れと進みとのいずれかに常に偏っている場合には、固定値Ｘを設定して、無効電力の出力値に固定値Ｘを付加して出力する。このため、無効電力補償装置１０が設置される電力系統１に合わせて無効電力の補償範囲をずらすことで、固定値Ｘの分だけ見かけ上の補償範囲を増やすことができる。

【0021】

次に、図３を参照して、無効電力補償装置１０の制御装置１４による無効電力の出力制御を説明する。
まず、図３に示されるように、制御装置１４は、負荷有効電力が有効電力上限値ＡｋＷ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。制御装置１４は、負荷有効電力が有効電力上限値ＡｋＷ以下でないと判断した場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、無効電力を以下の式（１）によって算出して出力させる（ステップＳ１４）。

【0022】

出力無効電力＝ｔａｎθ×（負荷有効電力−Ａ）−負荷無効電力＋固定値Ｘ…（１）
一方、制御装置１４は、負荷有効電力が有効電力上限値ＡｋＷ以下であると判断した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、負荷有効電力が有効電力下限値ＢｋＷ以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。制御装置１４は、負荷有効電力が有効電力下限値ＢｋＷ以上でないと判断した場合（ステップＳ１２：ＮＯ）には、無効電力を以下の式（２）によって算出して出力させる（ステップＳ１５）。

【0023】

出力無効電力＝ｔａｎθ×（負荷有効電力＋Ｂ）−負荷無効電力＋固定値Ｘ…（２）
一方、制御装置１４は、負荷有効電力が有効電力下限値ＢｋＷ以上であると判断した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）には、無効電力として固定値Ｘのみを出力させる（ステップＳ１３）。

【0024】

続いて、図４及び図５を参照して、発電施設としてメガソーラが接続された電力系統１における無効電力補償について説明する。一般的なメガソーラは、発電電力が全て負荷有効電力であって、負荷無効電力は０ｋＶａｒであり、電圧上昇を抑制するために無効電力を出力する必要がある。そこで、無効電力補償装置１０は、固定値Ｘを０ｋＶａｒとする。

【0025】

図４に示されるように、従来の無効電力補償装置であれば、負荷有効電力が０ｋＷ以上となると設定力率ｃｏｓθとなるように無効電力を継続して出力する。このため、例えば負荷有効電力が１２００ｋＷである場合に設定力率８０％とするには、出力無効電力＝ｔａｎ（ｃｏｓ^−１（８０％））×１２００ｋＷより、出力無効電力は９００ｋＶａｒとなる。

【0026】

一方、図５に示されるように、本実施例の無効電力補償装置１０であれば、負荷有効電力が不感帯域ＤＺである６００ｋＷまでは無効電力を出力せず、６００ｋＷ以上では設定力率ｃｏｓθとなるように無効電力を継続して出力する。このため、負荷有効電力が１２００ｋＷである場合に設定力率８０％とするには、式（１）より出力無効電力＝ｔａｎ（ｃｏｓ^−１（８０％））×（１２００ｋＷ−６００ｋＷ）となり、出力無効電力は４５０ｋＶａｒとなる。このため、遅れ無効電力における最大無効電力を抑制することができる。なお、進み無効電力においても同様であって最小無効電力を抑制できるので、最大無効電力と最小無効電力との差である補償容量ＣＣを抑制することができる。

【0027】

次に、図６を参照して、負荷無効電力において遅れ無効電力が常に発生している場合について説明する。
図６に示されるように、無効電力補償装置１０は、固定値Ｘとして−１５０ｋＶａｒを設定する。すなわち、無効電力補償装置１０は、負荷有効電力が不感帯域ＤＺである６００ｋＷまでは−１５０ｋＶａｒの無効電力を出力して、６００ｋＷ以上では設定力率ｃｏｓθとなるように無効電力を継続して出力する。このため、負荷有効電力が１２００ｋＷである場合に設定力率８０％とするには、式（１）より出力無効電力＝｛ｔａｎ（ｃｏｓ^−１（８０％））×（１２００ｋＷ−６００ｋＷ）｝−１５０ｋＶａｒとなり、出力無効電力は３００ｋＶａｒとなる。このため、遅れ無効電力における最大無効電力をさらに抑制することができ、補償容量ＣＣを抑制することができる。

【0028】

以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）有効電力上限値Ａと有効電力下限値Ｂとによって設定された不感帯域ＤＺ内では力率一定制御を行わず、不感帯域ＤＺ外において力率一定制御を行う。このため、力率一定制御を行わない範囲を設定することで最大無効電力が抑制されて、ひいては補償容量ＣＣを抑制することができる。よって、補償容量ＣＣ、すなわちインバータ容量を小さくできるので、無効電力補償装置１０を小型化できる。

【0029】

また、電力会社等においては、不要な無効電力を供給すことが無くなる。さらに、同一の電力系統に無効電力補償装置１０が複数台設置されている場合でも、それぞれの装置の出力無効電力に影響を及ぼすことはなくなる。

【0030】

（２）無効電力補償装置１０における電力系統１への出力無効電力に基づいて設定した固定値Ｘを無効電力の出力値に付加した。このため、無効電力の補償容量ＣＣを変更することなく、補償可能な範囲をより広く設定できる。

【0031】

（第２の実施形態）
以下、図７を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。この実施形態の無効電力補償装置１０は、電力系統１の電圧が一定範囲となるように無効電力を出力する点が上記第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の無効電力補償装置１０は、図１に示す第１の実施形態の無効電力補償装置１０と同様の構成を備えている。

【0032】

無効電力補償装置１０は、電圧センサＰＴによって検出された系統電圧Ｖが制御範囲となるように無効電力を出力する。制御範囲は、電圧制御範囲上限値Ｖｍａｘを上限とするとともに、電圧制御範囲下限値Ｖｍｉｎを下限とする範囲である。

【0033】

次に、図７を参照して、無効電力補償装置１０の制御装置１４による無効電力の出力制御を説明する。無効電力補償装置１０は、負荷有効電力が不感帯域ＤＺ内であるか否かを判断する前に、系統電圧Ｖが電圧制御範囲内であるか否かを判断して、出力無効電力を制御する。

【0034】

まず、図７に示されるように、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧制御範囲上限値Ｖｍａｘ以下であるか否かを判断する（ステップＳ１）。制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧制御範囲上限値Ｖｍａｘ以下でないと判断した場合（ステップＳ１：ＮＯ）には、系統電圧Ｖが電圧制御範囲上限値Ｖｍａｘとなるように無効電力を出力させて、電圧制御を行う（ステップＳ３）。

【0035】

一方、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧制御範囲上限値Ｖｍａｘ以下であると判断した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）には、系統電圧Ｖが電圧制御範囲下限値Ｖｍｉｎ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２）。制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧制御範囲下限値Ｖｍｉｎ以上でないと判断した場合（ステップＳ２：ＮＯ）には、系統電圧Ｖが電圧制御範囲下限値Ｖｍｉｎとなるように無効電力を出力させて、電圧制御を行う。

【0036】

一方、制御装置１４は、系統電圧Ｖが電圧制御範囲下限値Ｖｍｉｎ以上であると判断した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）には、系統電圧Ｖが制御範囲内である判断して、第１の実施形態で説明したステップＳ１１に移行する。以下、第１の実施形態と同様であるので、説明を割愛する。

【0037】

以上、説明した実施形態によれば、第１の実施形態の（１）及び（２）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（３）系統電圧そのものが一定範囲内となるように無効電力を出力する。このため、設定力率に基づいて系統電圧そのものが許容範囲から逸脱することを防止しながら、力率一定制御を行い、系統電圧を安定させることができる。

【0038】

（第３の実施形態）
以下、図８〜図１０を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。この実施形態の無効電力補償装置は、負荷有効電力に応じて複数の設定力率ｃｏｓθ１，ｃｏｓθ２を設定した点、及び出力無効電力が連続するように固定値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を設定した点が上記第２の実施形態と異なっている。以下、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、この実施形態の無効電力補償装置は、図１に示す第１の実施形態の無効電力補償装置と同様の構成を備えている。

【0039】

無効電力補償装置１０は、負荷有効電力に応じて複数の設定力率ｃｏｓθ１，ｃｏｓθ２が設定されている。例えば、ｃｏｓθ１を第１設定力率とし、ｃｏｓθ２を第２設定力率とする。また、無効電力補償装置１０は、不感帯域ＤＺ及び上記の設定力率ｃｏｓθ１とする範囲を含む範囲と、遅れ側の設定力率ｃｏｓθ２となる範囲と、進み側の設定力率ｃｏｓθ２となる範囲とにおいて無効電力が連続するよう第１固定値Ｘ１、第２固定値Ｘ２、第３固定値Ｘ３が設定されている。なお、本実施例の無効電力補償装置１０は、不感帯域ＤＺの上限値を第１有効電力上限値Ｃとし、下限値を第１有効電力下限値Ｅとする。また、異なる設定力率の境界となる遅れ側の境界値を第２有効電力上限値Ｄとして、進み側の境界値を第２有効電力下限値Ｆとする。

【0040】

次に、図８を参照して、無効電力補償装置１０の制御装置１４による無効電力の出力制御を説明する。無効電力補償装置１０は、系統電圧Ｖが電圧制御範囲内であるか否かを判断して、負荷有効電力が不感帯域ＤＺ内であるか否かを判断して出力無効電力を制御する。

【0041】

まず、図８に示されるように、無効電力補償装置１０の制御装置１４は、第２の実施形態と同様に、系統電圧Ｖが電圧制御範囲内となるように無効電力の出力制御をステップＳ１及びステップＳ２により行う。

【0042】

続いて、制御装置１４は、負荷有効電力が第２有効電力上限値ＤｋＷ未満であるか否かを判断する（ステップＳ２１）。制御装置１４は、負荷有効電力が第２有効電力上限値ＤｋＷ未満でないと判断した場合（ステップＳ２１：ＮＯ）には、無効電力を以下の式（３）によって算出して出力させる（ステップＳ２６）。

【0043】

出力＝ｔａｎθ２×（負荷有効電力−Ｄ）−負荷無効電力＋第２固定値Ｘ２…（３）
一方、制御装置１４は、負荷有効電力が第２有効電力上限値ＤｋＷ未満であると判断した場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）には、負荷有効電力が第１有効電力上限値ＣｋＷ以下であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。制御装置１４は、負荷有効電力が第１有効電力上限値ＣｋＷ以下でないと判断した場合（ステップＳ２２：ＮＯ）には、無効電力を以下の式（４）によって算出して出力させる（ステップＳ２７）。

【0044】

出力＝ｔａｎθ１×（負荷有効電力−Ｃ）−負荷無効電力＋第１固定値Ｘ１…（４）
一方、制御装置１４は、負荷有効電力が第１有効電力上限値ＣｋＷ以下であると判断した場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）には、負荷有効電力が第２有効電力下限値ＦｋＷより大きいか否かを判断する（ステップＳ２３）。制御装置１４は、負荷有効電力が第２有効電力下限値ＦｋＷ以下でないと判断した場合（ステップＳ２３：ＮＯ）には、無効電力を以下の式（５）によって算出して出力させる（ステップＳ２８）。

【0045】

出力＝ｔａｎθ２×（負荷有効電力＋Ｆ）−負荷無効電力＋第３固定値Ｘ３…（５）
一方、制御装置１４は、負荷有効電力が第２有効電力下限値ＦｋＷより大きいと判断した場合（ステップＳ２３：ＹＥＳ）には、負荷有効電力が第１有効電力下限値ＥｋＷ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２４）。制御装置１４は、負荷有効電力が第１有効電力下限値ＥｋＷ以上でないと判断した場合（ステップＳ２４：ＮＯ）には、無効電力を以下の式（６）によって算出して出力させる（ステップＳ２９）。

【0046】

出力＝ｔａｎθ１×（負荷有効電力＋Ｅ）−負荷無効電力＋第１固定値Ｘ１…（６）
一方、制御装置１４は、負荷有効電力が第１有効電力上限値ＥｋＷ以上であると判断した場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）には、無効電力として第１固定値Ｘ１のみを出力させる（ステップＳ２５）。

【0047】

続いて、図９及び図１０を参照して、発電施設としてメガソーラが接続された電力系統１における無効電力補償について説明する。メガソーラは、発電電力が全て負荷有効電力であって、電圧上昇を抑制するために無効電力を出力する必要がある。ここで、電力系統１には、自動電圧調整器ＳＶＲ（Ｓｔｅｐ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）が接続されている。また、メガソーラは、日射変動の影響によって発電電力が大きく変わる。このため、無効電力補償装置１０は、自動電圧調整器ＳＶＲと協調させるために、発電電力に応じて設定力率を変更するよう電力会社等に求められることがある。

【0048】

例えば、図９に示されるように、ここでは、負荷有効電力が６００ｋＷ以上９００ｋＷ未満では第１設定力率ｃｏｓθ１が求められ、負荷有効電力が９００ｋＷ以上１２００ｋＷ以下では第２設定力率ｃｏｓθ２が求められたとする。また、無効電力補償装置１０は、不感帯域ＤＺ（負荷有効電力が−６００ｋＷより大きく６００ｋＷ未満）では第１固定値Ｘ１を０ｋＶａｒとし、負荷有効電力が６００ｋＷ以上９００ｋＷ未満では第１固定値Ｘ１を０ｋＶａｒとし、負荷有効電力が９００ｋＷ以上１２００ｋＷ以下では第２固定値Ｘ２を２２５ｋＶａｒとする。そして、負荷有効電力が−９００ｋＷより大きく−６００ｋＷ以下では第１固定値Ｘ１を０ｋＶａｒとし、負荷有効電力が−１２００ｋＷ以上−９００ｋＷ以下では第３固定値Ｘ３を−２２５ｋＶａｒとする。

【0049】

無効電力補償装置１０は、負荷有効電力が不感帯域ＤＺである６００ｋＷまでは無効電力を出力せず、６００ｋＷ以上９００ｋＷ未満では第１設定力率ｃｏｓθ１となるように無効電力を継続して出力し、９００ｋＷ以上１２００ｋＷ以下では第２設定力率ｃｏｓθ２となるように無効電力を継続して出力する。

【0050】

無効電力補償装置１０は、例えば負荷有効電力が９００ｋＷ、設定力率８０％の時には、出力無効電力＝ｔａｎ（ｃｏｓ^−１（８０％））×（９００ｋＷ−６００ｋＷ）より、無効電力２２５ｋＶａｒを出力する。

【0051】

また、無効電力補償装置１０は、例えば負荷有効電力が１２００ｋＷ、設定力率６０％の時には、出力無効電力＝ｔａｎ（ｃｏｓ^−１（６０％））×（１２００ｋＷ−９００ｋＷ）−２２５ｋＶａｒより、無効電力６２５ｋＶａｒを出力する。

【0052】

なお、図１０に示されるように、負荷有効電力に応じて複数の設定力率が設定され、不感帯域ＤＺを設けず、無効電力の固定値Ｘを設定しなかった場合に、設定力率となるように力率一定制御を行うとすると、負荷有効電力が１２００ｋＷであるときに無効電力は最大で１６００ｋＶａｒ必要となる。すなわち、図９と比較すると、１６００ｋＶａｒ−６２５ｋＶａｒ＝９７５ｋＶａｒの遅れ無効電力を減らすことができる。進みと遅れを足すと、１９５０ｋＶａｒの補償容量ＣＣを減らすことができる。

【0053】

以上、説明した実施形態によれば、第１の実施形態の（１）及び（２）の効果、第２の実施形態の（３）の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
（４）電力系統１における負荷有効電力に応じて複数の設定力率ｃｏｓθ１，ｃｏｓθ２と複数の固定値Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３を設定した。このため、負荷有効電力に応じて設定力率を変更する必要がある場合にも補償範囲を増やすことができる。

【0054】

（５）出力無効電力が連続するように負荷有効電力に応じて第１固定値Ｘ１、第２固定値Ｘ２、第３固定値Ｘ３を設定した。このため、出力無効電力の容量を抑制することとなり、ひいては補償容量ＣＣを抑制することができる。

【0055】

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記第３の実施形態において、ステップＳ１及びステップＳ２の電圧制御を省略してもよい。

【0056】

・上記第３の実施形態において、負荷有効電力の最大値を１２００ｋＷ、最小値を−１２００ｋＷとしたが、設置する電力系統１に応じて適宜変更可能である。また、負荷有効電力の最大値と最小値とにおける制御では、最大値と最小値との含む（以下・以上）としてもよく、最大値と最小値とを含まない（未満・より大きい）としてもよい。

【0057】

・本発明をパワーコンディショナーに採用して、無効電力補償を行なわせてもよい。
・上記実施形態では、発電施設として有効電力のみを出力するメガソーラが接続された電力系統１に本発明の無効電力補償装置１０を適用したが、無効電力も出力するメガソーラが接続された電力系統に本発明の無効電力補償装置１０を適用してもよい。

【0058】

・上記実施形態では、発電施設としてメガソーラが接続された電力系統１に本発明の無効電力補償装置１０を適用したが、発電施設として風力発電、小水力発電、バイオマス発電等が接続された電力系統に本発明の無効電力補償装置１０を適用してもよい。

【符号の説明】

【0059】

１…電力系統、２…開閉器、３…変圧器、４…負荷、１０…無効電力補償装置（ＳＶＧ）、１１…インバータ、１２…連系リアクトル、１３…コンデンサ、１４…制御装置、ＣＴ…電流センサ、ＰＴ…電圧センサ、Ａ…有効電力上限値、Ｂ…有効電力下限値、ＣＣ…補償容量、ｃｏｓθ…設定力率、ＤＺ…不感帯域、Ｖ…系統電圧、Ｖｍａｘ…電圧制御範囲上限値、Ｖｍｉｎ…電圧制御範囲下限値、ｃｏｓθ１…第１設定力率、ｃｏｓθ２…第２設定力率、Ｃ…第１有効電力上限値、Ｄ…第２有効電力上限値、Ｅ…第１有効電力下限値、Ｆ…第２有効電力下限値、Ｘ…固定値、Ｘ１…第１固定値、Ｘ２…第２固定値、Ｘ３…第３固定値。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】