特開 2024-165618 無効電力補償システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024165618

(43)【公開日】2024-11-28

(54)【発明の名称】無効電力補償システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/18 20060101AFI20241121BHJP

【ＦＩ】

H02J3/18 128

H02J3/18 142

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023081965

(22)【出願日】2023-05-18

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】相原 雄也

【テーマコード（参考）】

5G066

【Ｆターム（参考）】

5G066FA01

5G066FB02

5G066FB08

5G066FB13

(57)【要約】

【課題】低損失の無効電力補償システムを提供する。
【解決手段】この無効電力補償システムは、ステップ状に変化する（Ｎ＋１）個の無効電力Ｑ０～ＱＮのうちのいずれかの無効電力Ｑｎを配電線１０に出力する調相設備１と、所望の無効電力を配電線１０に出力する無効電力補償装置４と、（Ｎ＋１）個の無効電力Ｑ０～ＱＮのうちの目標無効電力ＱＴとの偏差が最も小さな無効電力Ｑｎを調相設備１から出力させるとともに、目標無効電力ＱＴと無効電力Ｑｎとの偏差分の無効電力ΔＱを無効電力補償装置４から出力させる制御装置９とを備える。したがって、無効電力補償装置４の出力を小さく抑制して損失を小さくできる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステップ状に変化する複数の無効電力のうちのいずれかの無効電力を配電線に出力する調相設備と、
所望の無効電力を前記配電線に出力する無効電力補償装置と、
前記複数の無効電力のうちの目標無効電力との偏差の大きさが最も小さな第１の無効電力を求め、前記調相設備から前記第１の無効電力を出力させる第１の制御部と、
前記目標無効電力と前記第１の無効電力との偏差分の第２の無効電力を求め、前記無効電力補償装置から前記第２の無効電力を出力させる第２の制御部とを備える、無効電力補償システム。

【請求項2】

前記調相設備は、
複数の分路リアクトルと、
それぞれ前記配電線と前記複数の分路リアクトルとの間に接続された複数の開閉器とを含み、
前記第１の制御部は、前記調相設備から前記第１の無効電力を出力させるためにオンさせるべき開閉器の数を求め、その数の開閉器をオンさせるとともに残りの各開閉器をオフさせる、請求項１に記載の無効電力補償システム。

【請求項3】

前記第１の制御部は、予め定めれた時間当たり１回だけ複数の開閉器の各々をオンまたはオフさせる、請求項２に記載の無効電力補償システム。

【請求項4】

前記調相設備は、
複数の進相コンデンサと、
それぞれ前記配電線と前記複数の進相コンデンサとの間に接続された複数の開閉器とを含み、
前記第１の制御部は、前記調相設備から前記第１の無効電力を出力させるためにオンさせるべき開閉器の数を求め、その数の開閉器をオンさせるとともに残りの各開閉器をオフさせる、請求項１に記載の無効電力補償システム。

【請求項5】

前記第１の制御部は、予め定めれた時間当たり１回だけ前記複数の開閉器の各々をオンまたはオフさせる、請求項４に記載の無効電力補償システム。

【請求項6】

前記無効電力補償装置は、
複数の自励式無効電力補償装置と、
それぞれ前記配電線と前記複数の自励式無効電力補償装置との間に接続された複数の開閉器とを含み、
前記第２の制御部は、前記無効電力補償装置から前記第２の無効電力を出力させるために最小限必要な自励式無効電力補償装置の数を求め、その数の開閉器をオンさせるとともに残りの各開閉器をオフさせ、その数の自励式無効電力補償装置から前記第２の無効電力を出力させる、請求項１に記載の無効電力補償システム。

【請求項7】

前記第２の制御部は、予め定めれた時間当たり１回だけ前記複数の開閉器の各々をオンまたはオフさせる、請求項６に記載の無効電力補償システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、無効電力補償システムに関し、特に、無効電力を配電線に供給する無効電力補償システムに関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば特開２０１８－７２９９号公報には、所定値の無効電力を配電線に出力する調相設備と、所望の値の無効電力を配電線に出力する無効電力補償装置と、目標無効電力が所定値以下である場合には、調相設備の出力を停止させるとともに無効電力補償装置から目標無効電力を出力させ、目標無効電力が所定値よりも大きい場合には、調相設備から無効電力を出力させるとともに無効電力補償装置の運転を停止させる制御部とを備えた無効電力補償システムが開示されている。

【0003】

調相設備は、所定値の無効電力を供給する分路リアクトルまたは進相コンデンサを含む。無効電力補償装置は、スイッチング素子をオンおよびオフさせて所望の値の無効電力を供給する自励式無効電力補償装置を含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－７２９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このような無効電力補償システムでは、調相設備よりも無効電力補償装置において大きな損失が発生する。しかるに従来の無効電力補償システムでは、目標無効電力が所定値以下である場合には、無効電力補償装置だけで目標無効電力を生成するので、損失が大きいという問題があった。

【0006】

それゆえに、本開示の主たる目的は、低損失の無効電力補償システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る無効電力補償システムは、ステップ状に変化する複数の無効電力のうちのいずれかの無効電力を配電線に出力する調相設備と、所望の無効電力を配電線に出力する無効電力補償装置と、複数の無効電力のうちの目標無効電力との偏差の大きさが最も小さな第１の無効電力を求め、調相設備から第１の無効電力を出力させる第１の制御部と、目標無効電力と第１の無効電力との偏差分の第２の無効電力を求め、無効電力補償装置から第２の無効電力を出力させる第２の制御部とを備えたものである。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係る無効電力補償システムでは、複数の無効電力のうちの目標無効電力との偏差の大きさが最も小さな第１の無効電力を調相設備から出力させるとともに、目標無効電力と第１の無効電力との偏差分の第２の無効電力を無効電力補償装置から出力させる。したがって、無効電力補償装置の出力を小さく抑制して損失を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施の形態１に従う無効電力補償システムの構成を示す回路ブロック図である。

【図2】図１に示す制御装置のうちの調相設備の制御に関連する部分を示すブロック図である。

【図3】図１に示す制御装置のうちの無効電力補償装置の制御に関連する部分を示すブロック図である。

【図4】図１に示す自励式ＳＶＣの構成を例示する回路ブロック図である。

【図5】本開示の実施の形態２に従う無効電力補償システムの構成を示す回路ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［実施の形態１］
図１は、本開示の実施の形態１に従う無効電力補償システムの構成を示す回路ブロック図である。図１において、この無効電力補償システムは、調相設備１、無効電力補償装置４、電圧検出器７、電流検出器８、および制御装置９を備える。

【0011】

調相設備１および無効電力補償装置４は、ともに配電線１０に接続される。調相設備１および無効電力補償装置４の各々は、制御装置９によって制御され、無効電力を配電線１０に供給する。配電線１０は、連系変圧器１１を介して送電線１２に接続される。送電線１２は、商用交流電源１３から交流電力を受ける。

【0012】

また、配電線１０には、複数の発電装置１４と複数の負荷１５が接続されている。発電装置１４は、交流電力を生成して配電線１０に出力する。発電装置１４は、風力、太陽光などの自然エネルギーを利用して交流電力を生成するものでもよいし、自然エネルギーを利用しない自家発電設備でも構わない。負荷１５は、配電線１０から受ける交流電力によって駆動される。

【0013】

電圧検出器７は、配電線１０の所定箇所の交流電圧ＶＳの瞬時値を検出し、検出値を示す信号を制御装置９に出力する。電流検出器８は、配電線１０の所定箇所に流れる交流電流Ｉの瞬時値を検出し、検出値を示す信号を制御装置９に出力する。

【0014】

制御装置９は、電圧検出器７および電流検出器８の出力信号に基づいて、配電線１０に供給すべき目標無効電力ＱＴを求め、その目標無効電力ＱＴを調相設備１および無効電力補償装置４から配電線１０に供給させる。

【0015】

詳しく説明すると、調相設備１は、Ｎ個の分路リアクトル２と、それぞれ配電線１０とＮ個の分路リアクトル２との間に接続されたＮ個の開閉器３とを含む。Ｎは、２以上の自然数である。Ｎ個の分路リアクトル２の各々は、所定値の進相無効電力Ｑ１を供給する。Ｎ個の開閉器３の各々のオンおよびオフは、制御装置９によって制御される。

【0016】

１個の開閉器３がオンされると、その開閉器３に対応する１個の分路リアクトル２から所定値の進相無効電力Ｑ１が配電線１０に供給される。Ｎ個の開閉器３がオンされると、Ｎ個の分路リアクトル２から進相無効電力ＱＮ＝Ｎ×Ｑ１が配電線１０に供給される。

【0017】

Ｎ個の開閉器３のうちのｎ個の開閉器３がオンされると、ｎ個の分路リアクトル２から進相無効電力Ｑｎ＝ｎ×Ｑ１が配電線１０に供給される。ｎは、０以上でＮ以下の整数である。ｎ＝０である場合は、調相設備１から配電線１０に出力される進相無効電力Ｑ０は０（ｖａｒ）である。したがって、調相設備１は、０からＱＮまでステップ状に増大する（Ｎ＋１）個の進相無効電力Ｑ０～ＱＮのうちのいずれかの進相無効電力Ｑｎを配電線１０に出力する。

【0018】

なお、本実施の形態１では、予備調査により、主に進相無効電力を配電線１０に供給する必要があることが分かっているので、Ｎ個の分路リアクトル２を含む調相設備１を設けている。

【0019】

無効電力補償装置４は、Ｍ台の自励式ＳＶＣ（Static Var Compensator）５と、それぞれ配電線１０とＭ台の自励式ＳＶＣ５との間に接続されたＭ個の開閉器６とを含む。Ｍは、２以上の自然数である。自励式ＳＶＣ５は、ＳＴＡＴＣＯＭ（Static Synchronous Compensator）とも呼ばれ、ＩＥＧＴ（Injection Enhanced Gate Transistor）、ＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off thyristor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの高周波数のスイッチング動作が可能なパワーエレクトロニクス素子を含む。

【0020】

進相をプラス（＋）とし、遅相をマイナス（－）とすると、各自励式ＳＶＣ５は、制御装置９によって制御され、－ＱＸから＋ＱＸまでの間の所望の値の無効電力ＱＹを配電線１０に出力する。ＱＸは、自励式ＳＶＣ５の定格無効電力である。

【0021】

Ｍ個の開閉器６の各々のオンおよびオフは、制御装置９によって制御される。１個の開閉器６がオンされると、その開閉器６に対応する１台の自励式ＳＶＣ５から無効電力ＱＹが配電線１０に供給される。Ｍ個の開閉器６がオンされると、Ｍ台の自励式ＳＶＣ５から無効電力ＱＺ＝Ｍ×ＱＹが配電線１０に供給される。

【0022】

Ｍ個の開閉器６のうちのｍ個の開閉器６がオンされると、－ｍ×ＱＸから＋ｍ×ＱＸまでの間の所望の値の無効電力ＱＺ＝ｍ×ＱＹがｍ台の自励式ＳＶＣ５から配電線１０に供給される。この場合、無効電力ＱＺ＝ｍ×ＱＹの供給はｍ台の自励式ＳＶＣ５によって均等に分担され、各自励式ＳＶＣ５は無効電力ＱＹ＝ＱＺ／ｍを配電線１０に出力する。ｍは、１以上でＭ以下の自然数である。

【0023】

図２は、制御装置９のうちの調相設備１の制御に関連する部分を示すブロック図である。図２において、制御装置９は、無効電力演算部２０、無効電力指令部２１、記憶部２２、演算部２３、信号発生部２４、タイマー２５、およびラッチ回路２６を含む。

【0024】

無効電力演算部２０は、電圧検出器７（図１）によって検出される配電線１０の交流電圧ＶＳと、電流検出器８によって検出される配電線１０に流れる交流電流Ｉとに基づいて、発電装置１４および負荷１５から配電線１０に供給される無効電力ＱＳを求める。

【0025】

無効電力指令部２１は、無効電力演算部２０によって求められる無効電力ＱＳの逆極性の目標無効電力ＱＴ＝－ＱＳを求め、その目標無効電力ＱＴを示す信号を出力する。記憶部２２は、調相設備１が出力可能な（Ｎ＋１）個の進相無効電力Ｑ０～ＱＮの値を記憶している。

【0026】

演算部２３は、記憶部２２に記憶された進相無効電力Ｑ０～ＱＮのうちの目標無効電力ＱＴとの偏差ΔＱの大きさが最も小さな無効電力Ｑｎ（第１の無効電力）を求め、その無効電力Ｑｎを調相設備１から出力させるためにオンさせるべき開閉器３の数ｎを求める。

【0027】

信号発生部２４は、演算部２３によって求められる開閉器３の数ｎに基づいて、信号Ａ１～ＡＮを生成する。信号Ａ１～ＡＮは、それぞれＮ個の開閉器３に対応している。信号発生部２４は、信号Ａ１～ＡＮのうちの開閉器３の数ｎの信号を「Ｈ」レベルにする。

【0028】

たとえば、信号発生部２４は、ｎ＝０である場合には全ての信号Ａ１～ＡＮを「Ｌ」レベルにし、ｎ＝Ｎである場合には全ての信号Ａ１～ＡＮを「Ｈ」レベルにする。また、信号発生部２４は、ｎ＝１である場合には、信号Ａ１を「Ｈ」レベルにし、他の信号Ａ２～ＡＮを「Ｌ」レベルにする。

【0029】

タイマー２５は、所定時間（たとえば２時間）毎にパルス信号Ｐ１を出力する。ラッチ回路２６は、パルス信号Ｐ１に応答して信号Ａ１～ＡＮを取り込み、取り込んだ信号Ａ１～ＡＮを信号Ｂ１～ＢＮとして保持および出力する。

【0030】

Ｎ個の開閉器３は、それぞれ信号Ｂ１～ＢＮの論理レベルに従ってオンまたはオフする。たとえば、信号Ｂ１～ＢＮがともに「Ｈ」レベルである場合には、Ｎ個の開閉器３はともにオンする。信号Ｂ１～ＢＮがともに「Ｌ」レベルである場合には、Ｎ個の開閉器３はともにオフする。信号Ｂ１が「Ｈ」レベルであり、信号Ｂ２～ＢＮがともに「Ｌ」レベルである場合には、Ｎ個の開閉器３のうちの１番目の開閉器３のみがオンされ、残りの（Ｎ－１）個の開閉器３はオフされる。

【0031】

開閉器３をオンさせた瞬間に突入電流が短時間だけ流れて開閉器３がダメージを受けるので、開閉器３を頻繁にオンおよびオフさせると開閉器３の寿命が短くなる。そこで、開閉器３の長寿命化を図るため、タイマー２５およびラッチ回路２６により、開閉器３のオンおよびオフを所定時間内において１回だけに制限している。図２に示した回路部分２０～２６は、「第１の制御部」の一実施例を構成する。

【0032】

図３は、制御装置９のうちの無効電力補償装置４の制御に関連する部分を示すブロック図である。図３において、制御装置９は、無効電力演算部３０、減算器３１、記憶部３２、演算部３３、信号発生部３４、タイマー３５、ラッチ回路３６、および無効電力指令部３７を含む。

【0033】

無効電力演算部３０は、ラッチ回路２６（図２）の出力信号Ｂ１～ＢＮに基づいて、オンされている開閉器３の数ｎを求め、その数ｎに分路リアクトル２が供給する進相無効電力Ｑ１を乗算して、調相設備１から配電線１０に供給されている進相無効電力Ｑｎを求める。

【0034】

減算器３１は、無効電力指令部２１（図２）によって求められる目標無効電力ＱＴと、無効電力演算部３０によって求められる無効電力Ｑｎとの偏差分の無効電力ΔＱ＝ＱＴ－Ｑｎを求める。

【0035】

記憶部３２は、自励式ＳＶＣ５の台数Ｍと、自励式ＳＶＣ５の定格無効電力ＱＸとを記憶している。演算部３３は、減算器３１によって求められた偏差分の無効電力ΔＱ（第２の無効電力）と、記憶部３２に記憶された台数Ｍおよび定格無効電力ＱＸとに基づいて、偏差分の無効電力ΔＱを供給するために最小限必要な自励式ＳＶＣ５の台数ｍを求める。ｍは、１以上でＭ以下の自然数である。

【0036】

たとえば、（ｍ－１）×ＱＸ＜ΔＱ＜ｍ×ＱＸである場合には、（ｍ－１）台の自励式ＳＶＣ５では進相無効電力ΔＱを供給することができず、ｍ台の自励式ＳＶＣ５では進相無効電力ΔＱを供給できるので、ｍが最小限の台数となる。

【0037】

また、－ｍ×ＱＸ＜ΔＱ＜－（ｍ－１）×ＱＸである場合には、（ｍ－１）台の自励式ＳＶＣ５では遅相無効電力ΔＱを供給することができず、ｍ台の自励式ＳＶＣ５では遅相無効電力ΔＱを供給できるので、ｍが最小限の台数となる。

【0038】

信号発生部３４は、演算部３３で求められた台数ｍに基づいて、信号Ｅ１～ＥＭを生成する。信号Ｅ１～ＥＭは、それぞれＭ組の自励式ＳＶＣ５および開閉器６に対応している。信号発生部３４は、信号Ｅ１～ＥＭのうちの自励式ＳＶＣ５の数ｍの信号を「Ｈ」レベルにする。

【0039】

たとえば、信号発生部３４は、ｍ＝Ｍである場合には全ての信号Ｅ１～ＥＭを「Ｈ」レベルにする。また、信号発生部３４は、ｍ＝１である場合には、信号Ｅ１を「Ｈ」レベルにし、他の信号Ｅ２～ＥＭを「Ｌ」レベルにする。

【0040】

タイマー３５は、所定時間（たとえば１時間）毎にパルス信号Ｐ２を出力する。ラッチ回路３６は、パルス信号Ｐ２に応答して信号Ｅ１～ＥＭを取り込み、取り込んだ信号Ｅ１～ＥＭを信号Ｆ１～ＦＭとして保持および出力する。

【0041】

Ｍ台の自励式ＳＶＣ５は、それぞれ信号Ｆ１～ＦＭの論理レベルに従って活性化または非活性化される。たとえば、信号Ｆ１～ＦＭがともに「Ｈ」レベルである場合には、Ｍ台の自励式ＳＶＣ５はともに活性化される。信号Ｆ１が「Ｈ」レベルであり、信号Ｆ２～ＦＭがともに「Ｌ」レベルである場合には、Ｍ台の自励式ＳＶＣ５のうちの１番目の自励式ＳＶＣ５のみが活性化され、残りの（Ｍ－１）台の自励式ＳＶＣ５は非活性化される。

【0042】

また、Ｍ個の開閉器６は、それぞれ信号Ｆ１～ＦＭの論理レベルに従ってオンまたはオフする。たとえば、信号Ｆ１～ＦＭがともに「Ｈ」レベルである場合には、Ｍ個の開閉器６はともにオンする。信号Ｆ１～ＦＭがともに「Ｌ」レベルである場合には、Ｍ個の開閉器６はともにオフする。信号Ｆ１が「Ｈ」レベルであり、信号Ｆ２～ＦＭがともに「Ｌ」レベルである場合には、Ｍ個の開閉器６のうちの１番目の開閉器６のみがオンされ、残りの（Ｍ－１）個の開閉器６はオフされる。

【0043】

自励式ＳＶＣ５の運転および停止を頻繁に行なうと、自励式ＳＶＣ５の寿命が短くなる。また、開閉器６をオンさせた瞬間に突入電流が短時間だけ流れて開閉器６がダメージを受けるので、開閉器６を頻繁にオンおよびオフさせると開閉器６の寿命が短くなる。そこで、自励式ＳＶＣ５および開閉器６の長寿命化を図るため、タイマー３５およびラッチ回路３６により、自励式ＳＶＣ５の活性化および非活性化と開閉器６のオンおよびオフを所定時間内において１回だけに制限している。

【0044】

無効電力指令部３７は、信号Ｆ１～ＦＭに基づいて、活性化されている自励式ＳＶＣ５の台数ｍを求める。また無効電力指令部３７は、減算器３１によって求められた偏差分の無効電力ΔＱを、活性化されている自励式ＳＶＣ５の台数ｍで除算して、ｍ台の自励式ＳＶＣ５の各々が出力すべき無効電力ＱＹ＝ΔＱ／ｍを求める。そして無効電力指令部３７は、求めた無効電力ＱＹを示す無効電力指令値ＱＣを生成し、その無効電力指令値ＱＣをｍ台の自励式ＳＶＣ５の各々に与える。

【0045】

Ｍ台の自励式ＳＶＣ５のうちの活性化されたｍ台の自励式ＳＶＣ５の各々は、無効電力指令値ＱＣに応じた値の無効電力ＱＹ＝ΔＱ／ｍを配電線１０に出力する。他の非活性化された各自励式ＳＶＣ５の運転は停止される。図３に示した回路部分３０～３７は、「第２の制御部」の一実施例を構成する。

【0046】

図４は、自励式ＳＶＣ５の構成を例示する回路ブロック図である。図４において、自励式ＳＶＣ５は、インバータ４０、コンデンサ４１、変圧器４２、電圧検出器４３，４４、電流検出器４５、および制御装置４６を含む。図４では、Ｍ台の自励式ＳＶＣ５のうちのＭ番目の自励式ＳＶＣ５が示されている。

【0047】

インバータ４０は、複数組のＩＧＢＴおよびダイオードを含む周知のものである。各組のＩＧＢＴおよびダイオードは互いに逆並列に接続されている。コンデンサ４１は、インバータ４０の直流端子４０ａ，４０ｂ間に接続されている。インバータ４０は、コンデンサ４１の端子間の直流電圧ＶＤを商用周波数の交流電圧に変換して交流端子４０ｃに出力する。

【0048】

変圧器４２の一次巻線４２ａはインバータ４０の交流端子４０ｃに接続され、変圧器４２の二次巻線４２ｂは開閉器６を介して配電線１０に接続されている。変圧器４２は、インバータ４０と配電線１０との間の支配的なインダクタンス成分となる。また変圧器４２の二次巻線４２ｂと開閉器６との間にリアクトルを接続してもよい。開閉器６は、信号ＦＭが「Ｈ」レベルにされるとオンし、信号ＦＭが「Ｌ」レベルにされるとオフする。

【0049】

電圧検出器４３は、コンデンサ４１の端子間の直流電圧ＶＤを検出し、検出値を示す信号を制御装置４６に出力する。電圧検出器４４は、インバータ４０の交流出力電圧ＶＯの瞬時値を検出し、検出値を示す信号を制御装置４６に出力する。電流検出器４５は、インバータ４０の交流出力電流ＩＯの瞬時値を検出し、検出値を示す信号を制御装置４６に出力する。

【0050】

制御装置４６は、電圧検出器４３，４４および電流検出器４５の出力信号と、ラッチ回路３６（図３）からの信号ＦＭと、無効電力指令部３７（図３）からの無効電力指令値ＱＣとに基づいて、インバータ４０を制御する。

【0051】

すなわち、信号ＦＭが「Ｈ」レベルである場合には、制御装置４６は、インバータ４０が供給する無効電力ＱＹが無効電力指令値ＱＣによって示される無効電力に一致するように、電圧検出器４４の出力信号によって示される交流出力電圧ＶＯと、電流検出器４５の出力信号によって示される交流出力電流ＩＯとに基づいて、インバータ４０を制御する。

【0052】

このとき制御装置４６は、インバータ４０の交流出力電圧ＶＯの振幅を配電線１０の交流電圧ＶＳの振幅よりも小さくすることにより、自励式ＳＶＣ５を分路リアクトルとして動作させて進相無効電力を出力させる。

【0053】

また制御装置４６は、インバータ４０の交流出力電圧ＶＯの振幅を配電線１０の交流電圧ＶＳの振幅よりも大きくすることにより、自励式ＳＶＣ５は進相コンデンサとして動作させて遅相無効電力を出力させる。

【0054】

また、信号ＦＭが「Ｌ」レベルである場合には、制御装置４６は、インバータ４０の運転を停止させる。この場合は、インバータ４０に含まれるすべてのＩＧＢＴはオフ状態に維持される。１番目から（Ｍ－１）番目の自励式ＳＶＣ５はＭ番目の自励式ＳＶＣ５と同じ構成であるので、その説明は繰り返さない。

【0055】

次に、図１～図４に示した無効電力補償システムの動作について説明する。電圧検出器７および電流検出器８（図１）によって配電線１０の交流電圧ＶＳおよび交流電流Ｉが検出され、それらの検出値に基づき、無効電力演算部２０（図２）によって無効電力ＱＳが求められる。その無効電力ＱＳに基づき、無効電力指令部２１によって目標無効電力ＱＴ＝－ＱＳが求められ、その目標無効電力ＱＴを示す信号が演算部２３に与えられる。

【0056】

演算部２３によって、記憶部２２に記憶された（Ｎ＋１）個の無効電力Ｑ０～ＱＮのうちの目標無効電力ＱＴとの偏差ΔＱの大きさが最も小さな無効電力Ｑｎが求められる。また演算部２３により、その無効電力Ｑｎを調相設備１（図１）から出力させるためにオンさせるべき開閉器３（図１）の数ｎが求められる。

【0057】

信号発生部２４（図２）によって、開閉器３の数ｎに基づいて信号Ａ１～ＡＮが生成される。信号Ａ１～ＡＮは、それぞれＮ個の開閉器３に対応している。信号Ａ１～ＡＮのうちの開閉器３の数ｎの信号が「Ｈ」レベルにされる。

【0058】

タイマー２５から所定時間（たとえば２時間）毎にパルス信号Ｐ１が出力される。そのパルス信号Ｐ１に応答して信号Ａ１～ＡＮがラッチ回路２６に取り込まれ、信号Ｂ１～ＢＮとして保持および出力される。

【0059】

これにより、Ｎ個の開閉器３のうちのｎ個の開閉器３がオンされるとともに残りの各開閉器３はオフされ、ｎ個の分路リアクトル２が配電線１０に接続され、ｎ個の分路リアクトル２から配電線１０に進相無効電力Ｑｎが供給される。

【0060】

また、無効電力演算部３０（図３）により、ラッチ回路２６の出力信号Ｂ１～ＢＮに基づいて、オンされている開閉器３の数ｎが求められ、その数ｎに基づいて、調相設備１から配電線１０に供給されている進相無効電力Ｑｎが求められる。

【0061】

減算器３１によって、無効電力指令部２１によって求められる目標無効電力ＱＴ（図２）と、無効電力演算部３０によって求められる無効電力Ｑｎとの偏差分の無効電力ΔＱ＝ＱＴ－Ｑｎが求められる。

【0062】

演算部３３（図３）によって、偏差分の無効電力ΔＱと、記憶部３２に記憶された自励式ＳＶＣ５の台数Ｍおよび定格無効電力ＱＸとに基づいて、偏差分の無効電力ΔＱを供給するために最小限必要な自励式ＳＶＣ５の台数ｍが求められる。

【0063】

信号発生部３４により、演算部３３で求められた台ｍに基づいて、信号Ｅ１～ＥＭが生成される。信号Ｅ１～ＥＭは、それぞれＭ組の自励式ＳＶＣ５および開閉器６に対応している。信号Ｅ１～ＥＭのうちの自励式ＳＶＣ５の台数ｍに応じた数の信号が「Ｈ」レベルにされる。

【0064】

タイマー３５から所定時間（たとえば１時間）毎にパルス信号Ｐ２が出力される。パルス信号Ｐ２に応答して信号Ｅ１～ＥＭがラッチ回路３６に取り込まれ、信号Ｆ１～ＦＭとして保持および出力される。これにより、Ｍ個の開閉器６のうちのｍ個の開閉器６がオンされるとともに残りの各開閉器６はオフされ、ｍ台の自励式ＳＶＣ５が配電線１０に接続される。また、Ｍ台の自励式ＳＶＣ５のうちのｍ台の自励式ＳＶＣ５のみが活性化され、残りの各自励式ＳＶＣ５は非活性化される。

【0065】

演算部３３によって、信号Ｆ１～ＦＭに基づいて、活性化されている自励式ＳＶＣ５の台数ｍが求められ、減算器３１によって求められた偏差分の無効電力ΔＱが自励式ＳＶＣ５の台数ｍで除算されて、ｍ台の自励式ＳＶＣ５の各々が出力すべき無効電力ＱＹ＝ΔＱ／ｍが求められる。また、無効電力指令部３７により、無効電力ＱＹを示す無効電力指令値ＱＣが生成され、その無効電力指令値ＱＣがｍ台の自励式ＳＶＣ５の各々に与えられる。

【0066】

これにより、Ｍ台の自励式ＳＶＣ５のうちの活性化されたｍ台の自励式ＳＶＣ５の各々から配電線１０に、無効電力指令値ＱＣに応じた値の無効電力ＱＹ＝ΔＱ／ｍが供給される。他の非活性化された各自励式ＳＶＣ５の運転は停止される。このようにして、目標無効電力ＱＴのうちの無効電力Ｑｎはｎ台の分路リアクトル２から供給され、目標無効電力ＱＴと無効電力Ｑｎの偏差分の無効電力ΔＱはｍ台の自励式ＳＶＣ５から供給される。

【0067】

次に、具体例について説明する。Ｎ＝６、Ｍ＝５とし、各分路リアクトル２は１０００ｋｖａｒの進相無効電力Ｑ１を出力し、各自励式ＳＶＣ５は、－１０００ｋｖａｒと＋１０００ｋｖａｒの間の所望の無効電力ＱＹを出力できるものとする。調相設備１は、０から６０００ｋｖａｒまで１０００ｋｖａｒずつステップ状に増大する７段階の進相無効電力Ｑ０～Ｑ６のうちのいずれかの進相無効電力Ｑｎを出力する。

【0068】

目標無効電力ＱＴが４６００ｋｖａｒである場合には、７段階の進相無効電力Ｑ０～Ｑ６のうちの目標無効電力ＱＴとの偏差の大きさが最も小さな６段階目の進相無効電力Ｑ６＝５０００（ｋｖａｒ）が演算部２３（図２）によって求められ、オンさせるべき開閉器３の数ｎ＝５が求められる。これにより、６個の開閉器３のうちの５個の開閉器３がオンされ、５個の分路リアクトル２から５０００ｋｖａｒの進相無効電力Ｑ６が出力される。

【0069】

また、減算器３１（図３）によって目標無効電力ＱＴと無効電力Ｑ６との偏差ΔＱ＝ＱＴ－Ｑ６＝４６００－５０００＝－４００（ｋｖａｒ）が求められる。また、演算部３３によって偏差分の無効電力ΔＱ＝－４００（ｋｖａｒ）を供給するために最小限必要な自励式ＳＶＣ５の台数ｍ＝１が求められる。これにより、１個の開閉器６がオンされ、１台の自励式ＳＶＣ５から－４００ｋｖａｒの遅相無効電力ＱＹが供給され、調相設備１および無効電力補償装置４から５０００－４００＝４６００（ｋｖａｒ）の無効電力が供給される。

【0070】

また、目標無効電力ＱＴが７５００ｋｖａｒである場合には、７段階の進相無効電力Ｑ０～Ｑ６のうちの目標無効電力ＱＴとの偏差が最も小さな７段階目の進相無効電力Ｑ６＝６０００（ｋｖａｒ）が演算部２３（図２）によって求められ、オンさせるべき開閉器３の数ｎ＝６が求められる。これにより、６個の開閉器３の全てがオンされ、６個の分路リアクトル２から６０００ｋｖａｒの進相無効電力Ｑ６が出力される。

【0071】

また、減算器３１（図３）によって目標無効電力ＱＴと無効電力Ｑ６との偏差ΔＱ＝ＱＴ－Ｑ６＝７５００－６０００＝１５００（ｋｖａｒ）が求められる。また、演算部３３によって偏差分の進相無効電力ΔＱ＝１５００（ｋｖａｒ）を供給するために最小限必要な台数ｍ＝２が求められる。これにより、２個の開閉器６がオンされ、２台の自励式ＳＶＣ５から７５０ｋｖａｒずつ合計１５００ｋｖａｒの進相無効電力ＱＺが供給され、調相設備１および無効電力補償装置４から６０００＋１５００＝７５００（ｋｖａｒ）の進相無効電力が供給される。

【0072】

以上のように、本実施の形態１では、Ｎ台の分路リアクトル２を含む調相設備１と、Ｍ台の自励式ＳＶＣ５を含む無効電力補償装置４とが設けられ、（Ｎ＋１）個の無効電力Ｑ０～Ｑ１のうちの目標無効電力ＱＴとの偏差の大きさが最も小さな無効電力Ｑｎが調相設備１から出力されるとともに、目標無効電力ＱＴと無効電力Ｑｎとの偏差分の無効電力ΔＱが無効電力補償装置４から出力される。したがって、無効電力補償装置４の出力を最小限に抑えることができ、損失を小さくすることができる。

【0073】

［実施の形態２］
上記実施の形態１では、予備調査により、主に進相無効電力を配電線１０に供給する必要があるので、Ｎ個の分路リアクトル２を含む調相設備１を設けた。この実施の形態２では、予備調査により、主に遅相無効電力を配電線１０に供給する必要がある場合について説明する。

【0074】

図５は、本開示の実施の形態２に従う無効電力補償システムの構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図５を参照して、この無効電力補償システムが実施の形態１の無効電力補償システムと異なる点は、調相設備１が調相設備５１で置換されている点である。調相設備５１は、調相設備１の分路リアクトル２を進相コンデンサ５２で置換したものである。

【0075】

すなわち、調相設備５１は、Ｎ個の進相コンデンサ５２と、それぞれ配電線１０とＮ個の進相コンデンサ５２との間に接続されたＮ個の開閉器３とを含む。Ｎ個の進相コンデンサ５２の各々は、所定値の遅相無効電力Ｑ１を供給する。Ｎ個の開閉器３の各々のオンおよびオフは、制御装置９によって制御される。

【0076】

１個の開閉器３がオンされると、その開閉器３に対応する１個の進相コンデンサ５２から所定値の遅相無効電力Ｑ１が配電線１０に供給される。Ｎ個の開閉器３がオンされると、Ｎ個の進相コンデンサ５２から遅相無効電力ＱＮ＝Ｎ×Ｑ１が配電線１０に供給される。

【0077】

Ｎ個の開閉器３のうちのｎ個の開閉器３がオンされると、ｎ個の進相コンデンサ５２から遅相無効電力Ｑｎ＝ｎ×Ｑ１が配電線１０に供給される。ｎ＝０である場合は、調相設備５１から配電線１０に出力される遅相無効電力Ｑ０は０（ｖａｒ）である。したがって、調相設備５１は、０からＱＮまでステップ状に増大する（Ｎ＋１）個の遅相無効電力Ｑ０～ＱＮのうちのいずれかの遅相無効電力Ｑｎを配電線１０に出力する。

【0078】

ただし、実施の形態１では、進相をプラス（＋）とし、遅相をマイナス（－）としたが、本実施の形態２では、遅相をプラス（＋）とし、進相をマイナス（－）とする。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

【0079】

この実施の形態２でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0080】

１，５１ 調相設備、２ 分路リアクトル、３，６ 開閉器、４ 無効電力補償装置、５ 自励式ＳＶＣ、７，４３，４４ 電圧検出器、８，４５ 電流検出器、９，４６ 制御装置、１０ 配電線、１１ 連系変圧器、１２ 送電線、１３ 商用交流電源、１４ 発電装置、１５ 負荷、２０，３０ 無効電力演算部、２１，３７ 無効電力指令部、２２，３２ 記憶部、２３，３３ 演算部、２４，３４ 信号発生部、２５，３５ タイマー、２６，３６ ラッチ回路、３１ 減算器、４０ インバータ、４１ コンデンサ、４２ 変圧器、５２ 進相コンデンサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】