(57)【要約】  配電系統の電圧変動を検出する電圧検出回路を具備し、当該の電圧検出回路の出力信号に基づいて、配電系統に注入する無効電力を制御することにより配電系統の電圧安定化を図る無効電力補償装置であって、前記電圧検出回路は、前記配電系統の三相の各電圧の振幅を演算する三相振幅演算回路と、前記三相振幅演算回路からの信号に基づき、三相電圧の最大となる相の電圧値と最小となる相の電圧値との中間値を演算する最大偏差中間値演算回路と、を備える。
2012160646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電系統の電圧変動を検出する電圧検出回路を具備し、当該電圧検出回路の出力信号に基づいて、配電系統に注入する無効電力を制御することにより配電系統の電圧安定化を図る無効電力補償装置であって、
前記電圧検出回路は、前記配電系統の三相電圧の大である相の電圧値と小である相の電圧値との中間値を演算する偏差中間値演算回路を備えることを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項において、
前記偏差中間値演算回路は、
三相電圧の最大となる相の電圧値を選択する最大値選択器と、
三相電圧の最小となる相の電圧値を選択する最小値選択器と、
前記最大値選択器の出力値と前記最小値選択器の出力値とを加算する加算器と、
前記加算器の出力値に１／２を乗算する乗算器と、
を備えることを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項３】
請求の範囲第１項において、
前記偏差中間値演算回路がディジタル回路を備えて構成されることを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項４】
請求の範囲第１項において、
前記偏差中間値演算回路がアナログ回路を備えて構成されることを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項５】
請求の範囲第１項において、
前記無効電力補償装置は、
さらに、
配電系統の適正な電圧値を反映した電圧指令基準値を出力する回路と、
前記電圧検出回路の出力信号と前記電圧指令基準値とを比較する演算器と、
前記演算器の出力信号を受けて前記配電系統に送る無効電力の無効電圧を制御する信号を出力する電圧制御回路と、
前記電圧制御回路の出力信号を受けて、前記配電系統に送る無効電力の無効電流を制御する信号を出力する電流制御回路と、
前記電流制御回路の出力信号を受けて、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
前記ＰＷＭ制御回路のＰＷＭ信号を受けて、前記配電系統に送る無効電力に変換する無効電力補償変換装置と、
を備えることを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項６】
配電系統の電圧変動を検出する電圧検出手段を具備し、当該の電圧検出手段の出力に基づいて、配電系統に注入する無効電力を制御することにより配電系統の電圧安定化を図る無効電力補償システムであって、
前記電圧検出手段は、前記配電系統の三相電圧の大である相の電圧値と小である相の電圧値との中間値を演算する偏差中間値演算手段を備えることを特徴とする無効電力補償システム。
【請求項７】
請求の範囲第６項において、
前記偏差中間値演算手段は、
三相電圧の最大となる相の電圧値を選択する最大値選択手段と、
三相電圧の最小となる相の電圧値を選択する最小値選択手段と、
前記最大値選択手段の出力値と前記最小値選択手段の出力値とを加算する加算手段と、
前記加算手段の出力値に１／２を乗算する乗算手段と、
を備えることを特徴とする無効電力補償システム。
【請求項８】
配電系統の電圧変動に基づいて、配電系統に注入する無効電力を制御することにより配電系統の電圧安定化を図る無効電力補償方法であって、
配電系統の三相電圧の大である相の電圧値と小である相の電圧値との中間値を演算し、当該の演算結果に基づき前記配電系統に注入する無効電力を制御することを特徴とする無効電力補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配電系統の電圧変動を補償する無効電力補償装置、及びそのシステムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
配電系統においては、配電線路の電圧を負荷変動に影響されることなく安定化させることが重要である。このため、従来では配電変電所のＬＲＴタップ（Load Ratio control Transformer、負荷時タップ切替装置）による送り出し電圧の調整および、配電線の必要な箇所に接続されたＳＶＲ（Step Voltage Regulator）などの電圧調整器により配電線の電圧安定化を図るようにしている。
また、これらの電圧安定化手段は負荷の変動が緩やかな場合には、特に問題が生じることなく電圧の安定化を図ることができるが、負荷の変動が急激になると、ＳＶＲなどの電圧調整器では追従することができなくなる。そのため、近年では無効電力補償システム（ＳＶＣ：Static Var Compensator）を適用することが考えられている。
従来の配電系統の電圧変動を補償する無効電力補償装置、及びそのシステムと方法が、特許文献１、特許文献２などに開示されている。
これらの無効電力補償システムにおいては、無効電力補償装置を配電線路（配電系統）に接続して、接続点の配電線電圧を振幅演算するためのフィルタ、整流回路と三相平均回路（三相平均値演算回路）などで構成した電圧検出回路によって検出し、電圧指令基準値となるように無効電力補償している。
このように、緩やかな負荷変動に対しては配電変電所のＬＲＴやＳＶＲなどの電圧調整器、急激な負荷変動に対しては無効電力補償装置を適用することで配電線の電圧安定化制御が図られている。【０００３】
また、近年、地球温暖化や化石燃料枯渇などの問題からクリーンな自然エネルギー発電や熱効率の高いコジェネレーションシステムが注目され、これを可能とする風力発電や太陽光発電などの電源が増加しており、需要家の近くに分散型電源として設置されてきている。
こうした分散型電源が増加すると、電力が上位系統から下位系統に流れるだけではなく、下位系統に接続された分散電源から上位系統への逆潮流を生じることがあり、負荷変動だけではなく風力発電や太陽光発電等の気候天候により変動する分散型電源出力によっても電圧変動を考慮する必要がある。
また、分散型電源は負荷同様に三相にバランスして接続されるものではなく、各相にアンバランスに接続されることが多いことから、三相不平衡の関係で電圧変動が生じることが考えられる。
この三相不平衡の電圧変動を補償する技術としては、不平衡電圧補償方法及びシステムとして特許文献３などに開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−５３６６８号公報
【特許文献２】特開平１１−１５５２３６号公報
【特許文献３】特開平８−６５８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記した特許文献１、特許文献２などを含む、従来の無効電力補償装置では、例えば、三相交流電圧（三相電圧とも適宜、表記する）の各相の絶対値の平均値である三相平均値を基準電圧指令値となるように電圧制御を行っている。しかし、三相不平衡が大きい場合には必ずしも電圧振幅の三相平均値が、電圧振幅が最大となる相電圧と最小となる相電圧との中間値にならないことがある。すなわち、特定相の電圧が一定範囲から逸脱する可能性があるという問題がある。
また、特許文献３の逆相成分を検出して不平衡補償するなどの不平衡補償回路を無効電力補償装置に加える手法においては、不平衡補償は逆相成分を打ち消すように各相毎の無効電力出力を行うため、特定相のみ無効電力を大きく出力する傾向がある。その結果、特定相においては、次の電圧変動に備える無効電力待機量も制限される可能性があるという問題がある。【０００６】
そこで、本発明は前記の事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、三相不平衡が大きい系統においても、配電系統の三相各相の電圧を所定の範囲内に維持するような無効電力補償装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明の無効電力補償装置は、配電系統の電圧変動を検出する電圧検出回路を具備し、当該電圧検出回路の出力信号に基づいて、配電系統に注入する無効電力を制御することにより配電系統の電圧安定化を図るために、前記電圧検出回路が、前記配電系統の三相電圧の大である相の電圧値と小である相の電圧値との中間値を演算する偏差中間値演算回路を備える。【０００８】
かかる構成により、無効電力補償装置は、配電系統の三相電圧の最大偏差中間値の演算を行い、それに基づいて、配電系統に無効電力を注入し、系統全体の電圧を所定範囲内に維持する。
【発明の効果】
【０００９】
以上、本発明によれば、三相不平衡が大きい系統においても、配電系統の三相各相の電圧を所定の範囲内に維持するような無効電力補償装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の無効電力補償装置、及び無効電力補償システムの実施形態を示す構成図である。
【図２】参考比較例としての無効電力補償装置、及び無効電力補償システムの形態を示す構成図である。
【図３】本発明の実施形態の最大偏差中間値を制御対象とする場合と、参考比較例としての電圧検出手法である三相平均値を制御対象とする場合とを、１相が大きく変動した際の作用と効果について比較した図である。
【図４】本発明の実施形態の最大偏差中間値を制御対象とする場合と、参考比較例としての電圧検出手法である三相平均値を制御対象とした場合とを、２相が大きく変動した際の作用と効果について比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
なお、以下において、無効電力補償装置のみならず、無効電力補償システムと無効電力補償方法の説明も兼ねる。
【００１２】
（実施形態）
図１は、本発明の無効電力補償装置、及び無効電力補償システムの実施形態を示す構成図である。
図１において、配電変電所１０１から配電線路１０２を介して、各負荷１０３に電力が供給されており、配電系統の、所定の地点には無効電力補償装置（無効電力補償手段）１０が接続されている。
【００１３】
＜無効電力補償装置（無効電力補償手段）１０の構成と作用＞
本発明の実施形態である無効電力補償装置（無効電力補償手段）１０は、電圧検出回路（電圧検出手段）２１、演算器（演算手段）２３、電圧制御回路（電圧制御手段）２４、電流制御回路（電流制御手段）２５、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御回路（ＰＷＭ制御手段）２６、無効電力補償変換装置（無効電力補償変換手段）２７、及び電圧指令基準値（電圧指令基準値回路、または電圧指令基準値手段）２２で構成されている。
なお、以上における無効電力補償装置を構成する「装置」、「回路」、「器」については、無効電力補償システムにおいては「手段」とする。また、以下においては、前記した「手段」に係る表記を、適宜、省略する。
【００１４】
配電系統に設置された計器用変圧器１０４を介して、配電系統の三相交流電圧（三相電圧）ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡが適正な電圧に変換（変圧）されて、無効電力補償装置１０に備えられた電圧検出回路２１に入力する。
電圧検出回路２１は、三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡを演算処理して、演算結果である制御信号３２０を演算器２３へ出力する。
なお、電圧検出回路２１の構成と演算処理の内容については、後記する。
【００１５】
演算器２３において、電圧検出回路２１の出力である制御信号３２０と、配電系統の適正な電圧値を反映した電圧指令基準値２２とを、比較する。この比較の演算結果の信号を演算器２３は電圧制御回路２４に出力する。
なお、電圧指令基準値２２の出力値は、後記する図３、図４における電圧指令基準値と対応するものであるが、演算器２３における演算においては、配電線路における三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡの適正な基準値そのものである高い電圧を用いるわけではない。
電圧検出回路２１がディジタル回路で構成され、出力信号が１、０のディジタル信号で有る場合には、電圧指令基準値もディジタル信号で三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡの適正な基準値を表している。
【００１６】
また、電圧検出回路２１がアナログ回路で構成され場合には、計器用変圧器１０４で三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡを変換して、電圧検出回路２１に供給するときと同じ比率で変換された電圧、もしくはそれに相当する電圧を電圧指令基準値２２の出力値として用いる。
以上のように図１、図２における「電圧指令基準値」と図３、図４における「電圧指令基準値」とは、数値の縮尺率や信号の表現形式が異なることがあるため、必ずしも一致しないが、対応するものとして簡略化して表記している。
【００１７】
電圧制御回路２４は、演算器２３の出力信号を受けて、電圧検出回路２１の出力である制御信号３２０と電圧指令基準値２２とが一致するような、電圧制御信号を電流制御回路２５に出力する。この電圧制御信号は、配電系統に送る無効電力の無効電圧を制御する信号である。
電流制御回路２５は、電圧制御回路２４からの信号と、無効電力補償変換装置２７と配電系統との電流を計測する計器用変流器１０５の出力信号とを、受けて、適正な電流量となるような、電流制御信号をＰＷＭ制御回路２６に出力する。この電流制御信号は、配電系統に送る無効電力の無効電流を制御する信号である。
【００１８】
ＰＷＭ制御回路２６は、電流制御回路２５の出力信号を受けて、その出力信号の意図を反映するようなＰＷＭ信号を生成して、無効電力補償変換装置２７に制御信号を送る。
無効電力補償変換装置２７は、ＰＷＭ制御回路２６からのＰＷＭ信号を受けて、無効電力を発生し、配電系統に供給する。
配電系統の配電線路は、無効電力補償変換装置２７からの無効電力を受けて、配電系統における三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡ間の電圧の不平衡が改善される。
【００１９】
≪電圧検出回路（電圧検出手段）２１≫
次に、無効電力補償装置１０の制御ブロックに備えられる電圧検出回路（電圧検出手段）２１の構成と作用について、説明する。
図１において、電圧検出回路２１は、三相振幅演算回路（三相振幅演算手段）３１と最大偏差中間値演算回路（最大偏差中間値演算手段）３２で構成される。
計器用変圧器１０４から入力した三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡは、アナログ量の電圧であるが、三相振幅演算回路３１において、一括してディジタル変換された後、三相振幅演算回路３１に備えられた、フィルタ、整流回路から構成される３つの振幅演算回路（振幅演算手段）４１にそれぞれ入力し、三相交流電圧の各相における電圧の絶対値が算出される。そして、前記の３つの振幅演算回路４１のそれぞれの信号が最大偏差中間値演算回路３２に出力される。
【００２０】
なお、振幅演算回路４１は、図１、図２においては、より具体的な機能を意味する「フィルタ・整流回路」として表記している。
また、配電系統における三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡは、電圧検出回路２１に入力すると、図１においても表記したが、実際には計器用変圧器１０４において変圧されて、充分に低圧となったアナログの電圧が、電圧検出回路２１に入力される。したがって、図１において、三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡが入力しているように表記されているのは、三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡが反映されている電圧が入力しているという意味である。
【００２１】
≪最大偏差中間値演算回路（最大偏差中間値演算手段）３２≫
図１において、この最大偏差中間値演算回路（偏差中間値演算回路、最大偏差中間値演算手段、偏差中間値演算手段）３２は、最大値選択器（最大値選択手段）４２、最小値選択器（最小値選択手段）４３、加算器（加算手段）４４、乗算器（乗算手段）４５を備えて構成される。
最大値選択器４２は、入力した三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡのなかで、最大となる相の電圧値を求める機能を有している。つまり、
ＭＡＸ値＝ＭＡＸ{｜ＶＡＢ｜，｜ＶＢＣ｜，｜ＶＣＡ｜}        ・・・  式（１）
を、算出する。
また、最小値選択器４３は、入力した三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡのなかで、最小となる相の電圧値を求める機能を有している。つまり、
ＭＩＮ値＝ＭＩＮ{｜ＶＡＢ｜，｜ＶＢＣ｜，｜ＶＣＡ｜}        ・・・  式（２）
を、算出する。
なお、各相の電圧の大きさは振幅値を示している。
【００２２】
また、加算器４４と乗算器４５とを用いるが、まず加算器４４において、式（１）のＭＡＸ値と、式（１）のＭＩＮ値とを加算して、その結果に、乗算器４５と（１／２）を乗算する。つまり、乗算器４５の出力（制御信号３２０）には、以下の最大偏差中間値が得られる。
最大偏差中間値＝（１／２）・{ＭＡＸ値＋ＭＩＮ値}
＝（１／２）・{ＭＡＸ（｜ＶＡＢ｜，｜ＶＢＣ｜，｜ＶＣＡ｜）＋ＭＩＮ（｜ＶＡＢ｜，｜ＶＢＣ｜，｜ＶＣＡ｜）}        ・・・  式（３）
これは、最大となる相の電圧値（ＭＡＸ値）と最小となる相の電圧値（ＭＩＮ値）の中間値を出力する構成であることを示している。
【００２３】
前記のように三相不平衡時には、最大となる相の電圧値と最小となる相の電圧値の中間値を出力する。また三相平衡時にはそれぞれの電圧振幅が同一であることから、電圧振幅をそのまま出力することとなる。
このように電圧検出回路を構成することで、三相電圧が平衡時と不平衡時の何れにおいても適用することができる。
なお、この方法による効果の詳細については、参考比較例と対比しながら、後述する。
【００２４】
（参考比較例としての無効電力補償装置）
図２は参考比較例としての無効電力補償装置５０、及び無効電力補償システム（５０）の形態を示した構成図である。
図２において、図１と異なるのは電圧検出回路６１である。実施形態としての電圧検出回路２１に備えられた最大偏差中間値演算回路３２の代わりに、参考比較例としての無効電力補償装置５０における電圧検出回路６１に備えられているのは三相平均値演算回路７２である。
したがって、参考比較例である無効電力補償装置５０においては、電圧検出回路６１と三相平均値演算回路７２についてのみを説明する。また、他の図１と同じ要素については、説明を省略する。
【００２５】
≪電圧検出回路６１と三相平均値演算回路７２≫
図２において、電圧検出回路６１は、三相振幅演算回路３１と三相平均値演算回路７２で構成される。
三相振幅演算回路３１に備えられた、フィルタ、整流回路から構成される３つの振幅演算回路４１から、それぞれ算出された三相交流電圧の各相における電圧の絶対値が三相平均値演算回路７２に入力する。
三相平均値演算回路７２は加算器８４と乗算器８５で構成される。
加算器８４にそれぞれ入力した三相交流電圧の各相における電圧の絶対値の信号は加算され、乗算器８５で（１／３）が乗算される。
以上の演算は、三相交流電圧の各相における電圧の絶対値の平均値が算出されることを意味して次の式（４）で表記される。
三相平均値＝（１／３）・（｜ＶＡＢ｜＋｜ＶＢＣ｜＋｜ＶＣＡ｜）  ・・・  式（４）
式（４）で得られる三相平均値演算回路７２の出力（制御信号７２０）は、電圧検出回路６１の出力信号として、演算器２３に入力する。
【００２６】
（本実施形態と参考比較例の作用効果の相違について）
以下、本発明の実施形態の効果を、図面を参照して説明する。
図３と図４は、本発明の実施形態の最大偏差中間値を制御対象とした場合と、参考比較例としての電圧検出手法である三相平均値を制御対象とした場合とを、電圧が大きく変動した際の作用と効果について比較した図である。
図３は、三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡのうちの１相が大きく変化した場合を示し、図４は、三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡのうちの２相が大きく変化した場合を示している。なお、３相がすべて大きく変化した場合は、三相不平衡の範疇ではないので、ここでは図による説明の対象とはしない。
【００２７】
＜１相が大きく変化した場合＞
まず、図３を参照して、三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡのうちの１相が大きく変化した場合について説明する。
図３は、本実施形態の最大偏差中間値を制御対象とする場合と、参考比較例としての電圧検出手法である三相平均値を制御対象とする場合とを、１相が大きく変動した際の作用と効果について比較した図である。
図３（ａ）は参考比較例の無効電力補償装置５０の場合について示し、図３（ｂ）は実施形態の無効電力補償装置１０の場合について示している。
なお、図３（ａ）、（ｂ）における縦軸は、配電系統における系統電圧を示し、略中央に「適正電圧範囲」の領域がある。また、「適正電圧範囲」の領域の上側には「過大電圧範囲」の領域があり、また下側には「過小電圧範囲」の領域がある。
【００２８】
また、図３（ａ）、（ｂ）において、横軸には、それぞれ時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２のように三相電圧の関係が状態変化した様子を比較して示したものである。
また、「適正電圧範囲」の略中央に「電圧指令基準値」が設定されている。この「電圧指令基準値」を中心として、中央もしくはその上下に◎、○、●で表記されたＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡが電圧の絶対値として表記されている。
また、以上のようにそれぞれに表記された下段には◎、○、●で表記されたＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡが電圧のベクトルの関係として表記されている。
【００２９】
≪参考比較例・図３（ａ）・三相平均値を制御対象≫
まず、参考比較例の図３（ａ）における三相平均値を制御対象とした場合について説明する。
まず、時刻ｔ０においては、ＶＡＢ（◎）４０１、ＶＢＣ（○）４０２、ＶＣＡ（●）４０３は、平衡状態にあり、三相平均値の電圧振幅も各相同様で電圧指令基準値通りに制御されている様子を示している。
したがって、ＶＡＢ（◎）４０１、ＶＢＣ（○）４０２、ＶＣＡ（●）４０３のベクトル図では、対称性のよい電圧が等しくバランスのとれたベクトル関係となっている。
また、電圧指令基準値の近辺において、ＶＡＢ（◎）４０１、ＶＢＣ（○）４０２、ＶＣＡ（●）４０３が、ほぼ重なって表記されている。図においては、表記上の理由からわざとずらして示しているが、実際には、ほぼ重なっている。
【００３０】
次に、時刻ｔ１においては、時刻ｔ０点の三相平衡から、ＶＡＢ（◎）４１１、ＶＢＣ（○）４１２の電圧（電圧振幅）がやや上昇する一方、ＶＣＡ（●）４１３の電圧（電圧振幅）が大きく低下し、過小電圧範囲に入ってしまった場合の状態を示している。
しかしながら、三相平均値演算回路７２においては、ＶＡＢ（◎）４１１、ＶＢＣ（○）４１２、ＶＣＡ（●）４１３の絶対値の平均は三相平均値（×）３Ａ４１であって、電圧指令基準値とほぼ等しいので、電圧検出回路６１（図２）としては、変化を指示する制御信号７２０を演算器２３に出力しない。
【００３１】
したがって、時刻ｔ２において、ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡは、時刻ｔ１における状態から変化しない。つまり、三相の不平衡状態は改善されない。
さらに、以降の状態に変化が無ければ三相の不平衡状態を継続し、ＶＣＡ（●）４２３においては、適正電圧範囲を逸脱したままとなる。
なお、時刻ｔ２において、三相平均値（×）３Ａ４２は、電圧指令基準値とほぼ等しいので、ＶＡＢ（◎）４２１、ＶＢＣ（○）４２２、ＶＣＡ（●）４２３は、この状態を保ち続ける。
このような、三相平均値演算回路７２を用いた参考比較例としての無効電力補償装置５０は、三相の不平衡状態を改善するという観点では不充分である。
【００３２】
≪本実施形態・図３（ｂ）・最大偏差中間値を制御対象≫
次に、本発明の実施形態が行う図３（ｂ）における最大偏差中間値を制御対象とした場合について説明する。
図３（ｂ）において、まず、時刻ｔ０では、ＶＡＢ（◎）２０１、ＶＢＣ（○）２０２、ＶＣＡ（●）２０３は、平衡状態にある。したがって、ＶＡＢ（◎）２０１、ＶＢＣ（○）２０２、ＶＣＡ（●）２０３のベクトル図では、対称性のよい、電圧が等しくバランスのとれたベクトル関係となっている。
また、電圧指令基準値の近辺において、ＶＡＢ（◎）２０１、ＶＢＣ（○）２０２、ＶＣＡ（●）２０３が、ほぼ重なって表記されている。図においては、表記上の理由からわざとずらして示しているが、実際には、ほぼ重なっている。
【００３３】
次に、時刻ｔ１においては、時刻ｔ０点の三相平衡から、ＶＡＢ（◎）２１１、ＶＢＣ（○）２１２の電圧（電圧振幅）がやや上昇する一方、ＶＣＡ（●）２１３の電圧（電圧振幅）が大きく低下し、過小電圧範囲に入ってしまった場合の状態を示している。
この場合における、ＶＡＢ（◎）２１１、ＶＢＣ（○）２１２、ＶＣＡ（●）２１３の絶対値の平均である三相平均値（×）３Ａ２１は、図３（ａ）の時刻ｔ１における三相平均値（×）３Ａ４１と同じ値である。
しかしながら、本実施形態では、電圧検出回路２１（図１）が最大偏差中間値演算回路３２（図１）を用いて最大偏差中間値（△）３Ｍ２１を用いて制御している。
最大偏差中間値（△）３Ｍ２１は、最大となる相の電圧値ＶＡＢ（◎）２１１と最小となる相の電圧値ＶＣＡ（●）２１３の中間値（平均値）である。
図３（ｂ）の時刻ｔ１において、最大偏差中間値（△）３Ｍ２１は、三相平均値（×）３Ａ２１より、低い値となっている。
【００３４】
したがって、電圧検出回路２１（図１）は、この低い値を演算器２３に出力するので、演算器２３は電圧指令基準値と比較して、この差分に相当する電圧を、ＶＡＢ（◎）２１１、ＶＢＣ（○）２１２、ＶＣＡ（●）２１３のすべてが上昇する指示を電圧制御回路２４に出力する。そして、電流制御回路２５、ＰＷＭ制御回路２６を介して無効電力補償変換装置２７から無効電力が配電系統に供給される。
図３（ｂ）の時刻ｔ2において、ＶＡＢ（◎）２２１、ＶＢＣ（○）２２２、ＶＣＡ（●）２２３は、時刻ｔ１における状態に比較して、それぞれ電圧が上昇している。
この電圧の上昇により、ＶＣＡ（●）２２３は、過小電圧範囲を抜け出して、適正電圧範囲に入っている。
このとき、最大となる相の電圧値ＶＡＢ（◎）２２１と最小となる相の電圧値ＶＣＡ（●）２２３の中間値（平均値）である最大偏差中間値（△）３Ｍ２２は、電圧指令基準値と一致して、この状態で安定する。
【００３５】
なお、図３（ｂ）において、時刻ｔ１の状態は、参考比較例の図３（ａ）における三相平均値の制御による安定状態の時刻ｔ２の状態に相当する。
また、図３（ｂ）において、時刻ｔ２の状態は、本実施形態の最大偏差中間値の制御による安定状態である。
したがって、図３（ｂ）における時刻ｔ１の状態と時刻ｔ２の状態を比較することが、三相平均値の制御と最大偏差中間値の制御との比較になる。
図３（ｂ）においては、時刻ｔ２の状態（ＶＡＢ（◎）２２１、ＶＢＣ（○）２２２、ＶＣＡ（●）２２３のすべてが適正電圧範囲に存在）の方が、時刻ｔ１の状態（ＶＣＡ（●）２１３が過小電圧範囲に存在）よりもバランスがとれた状態である。
【００３６】
したがって、参考比較例の三相平均値の制御よりも、本実施形態の最大偏差中間値の制御の方が優れていると云える。
また、前記したような、三相不平衡が大きい場合には三相平均値が電圧指令基準値と同一であっても、特定相においては適正電圧範囲から逸脱している可能性があるが、最大偏差中間値を制御対象とした場合、大きく外れた相に対しても適正電圧範囲内となるような制御効果が得られる。
【００３７】
＜２相が大きく変化した場合＞
次に、図４を参照して、２相が大きく外れた場合について説明する。
図４は、本実施形態の最大偏差中間値を制御対象とした場合と、参考比較例としての電圧検出手法である三相平均値を制御対象とした場合とを、２相が大きく外れて変動した際の作用と効果について比較した図である。
図４（ａ）は参考比較例の場合についてであり、図４（ｂ）は本実施形態の場合について示している。
なお、図４（ａ）、（ｂ）における縦軸は、図３（ａ）、（ｂ）と同様に、配電系統における系統電圧を示し、略中央に「適正電圧範囲」の領域がある。また、「適正電圧範囲」の領域の上側には「過大電圧範囲」の領域があり、また下側には「過小電圧範囲」の領域がある。
【００３８】
また、図４（ａ）、（ｂ）において、図３（ａ）、（ｂ）と同様に、横軸には、それぞれ時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２のように三相電圧の関係が状態変化した様子を比較して示したものである。
また、「適正電圧範囲」の略中央に「電圧指令基準値」が設定されている。この「電圧指令基準値」を中心として、中央もしくはその上下に◎、○、●で表記されたＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡが電圧の絶対値として表記されている。
また、以上のようにそれぞれに表記された下段には◎、○、●で表記されたＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡが電圧のベクトルの関係として表記されている。
【００３９】
≪参考比較例・図４（ａ）・三相平均値を制御対象≫
まず、参考比較例の図４（ａ）における三相平均値を制御対象とした場合について説明する。
まず、時刻ｔ０においては、ＶＡＢ（◎）５０１、ＶＢＣ（○）５０２、ＶＣＡ（●）５０３は、平衡状態にある。したがって、ＶＡＢ（◎）５０１、ＶＢＣ（○）５０２、ＶＣＡ（●）５０３のベクトル図では、対称性のよい、電圧が等しくバランスのとれたベクトル関係となっている。
また、電圧指令基準値の近辺において、ＶＡＢ（◎）５０１、ＶＢＣ（○）５０２、ＶＣＡ（●）５０３が、ほぼ重なって表記されている。図においては、表記上の理由からわざとずらして示しているが、実際には、ほぼ重なっている。
【００４０】
次に、時刻ｔ１においては、ＶＡＢ（◎）５１１、ＶＢＣ（○）５１２の電圧が上昇して、過大電圧範囲に入ってしまった場合の状態を示し、その一方、ＶＣＡ（●）５１３の電圧値は、時刻ｔ０のときと変化していない場合の状態を示している。
このとき、三相平均値演算回路７２（図２）においては、ＶＡＢ（◎）５１１、ＶＢＣ（○）５１２、ＶＣＡ（●）５１３の絶対値の平均は、三相平均値（×）３Ａ５１である。
したがって、三相平均値（×）３Ａ５１と電圧指令基準値との差分をＶＡＢ（◎）５１１、ＶＢＣ（○）５１２、ＶＣＡ（●）５１３について、一括して補正することになる。
【００４１】
その結果、時刻ｔ２において、ＶＡＢ（◎）５２１、ＶＢＣ（○）５２２、ＶＣＡ（●）５２３のように制御される。
三相平均値（×）３Ａ５１の算出にあたっては、大きく電圧上昇して過大電圧範囲に入ってしまったＶＡＢ（◎）５１１、ＶＢＣ（○）５１２の２つの電圧値が影響するため、三相平均値（×）３Ａ５１の電圧値は大きい。
したがって、ＶＣＡ（●）５１３は大きく補正されて、時刻ｔ１では電圧指令基準値の近辺であったにもかかわらず、時刻ｔ２ではＶＣＡ（●）５２３の示すように。適正電圧範囲の下限付近まで補正されてしまっている。
この結果、時刻ｔ２におけるＶＡＢ（◎）５２１、ＶＢＣ（○）５２２、ＶＣＡ（●）５２３のベクトル図が示すように、ＶＣＡ（●）５２３が非常に小さい三相不平衡状態となってしまっている。
【００４２】
このとき、三相平均値（×）３Ａ５２は、電圧指令基準値に一致しているので、以降の状態に変化が無ければ三相の不平衡状態を継続し、ＶＣＡ（●）５２３においては、過小電圧範囲と適正電圧範囲との境界近辺に留まったままとなる。
このような、三相平均値演算回路７２を用いた参考比較例としての無効電力補償装置５０は、三相の不平衡状態を改善するという観点では不充分である。
【００４３】
≪本実施形態・図４（ｂ）・最大偏差中間値を制御対象≫
次に、本発明の実施形態が行う図４（ｂ）における最大偏差中間値を制御対象とした場合について説明する。
図４（ｂ）において、まず、時刻ｔ０では、ＶＡＢ（◎）３０１、ＶＢＣ（○）３０２、ＶＣＡ（●）３０３は、三相平衡状態にある。したがって、ＶＡＢ（◎）３０１、ＶＢＣ（○）３０２、ＶＣＡ（●）３０３のベクトル図では、対称性のよい電圧が等しくバランスのとれたベクトル関係となっている。
また、電圧指令基準値の近辺において、ＶＡＢ（◎）３０１、ＶＢＣ（○）３０２、ＶＣＡ（●）３０３が、ほぼ重なって表記されている。図においては、表記上の理由からわざとずらして示しているが、実際には、ほぼ重なっている。
【００４４】
次に、時刻ｔ１においては、ＶＡＢ（◎）３１１、ＶＢＣ（○）３１２の電圧が上昇して、過大電圧範囲に入ってしまった場合の状態を示し、その一方、ＶＣＡ（●）３１３の電圧値は、時刻ｔ０のときと変化していない場合の状態を示している。
また、このときの、最大偏差中間値３Ｍ３１と三相平均値３Ａ３１との関係において、最大偏差中間値３Ｍ３１の方が小さい値をとっている。ただし、最大偏差中間値３Ｍ３１は電圧指令基準値よりは大きい。
【００４５】
電圧検出回路２１（図１）は、この最大偏差中間値３Ｍ３１を演算器２３に出力するので、演算器２３は電圧指令基準値と比較して、この差分に相当する電圧を、ＶＡＢ（◎）３１１、ＶＢＣ（○）３１２、ＶＣＡ（●）３１３のすべてが下降する指示を電圧制御回路２４に出力する。そして、電流制御回路２５、ＰＷＭ制御回路２６を介して無効電力補償変換装置２７から無効電力が配電系統に供給される。
図４（ｂ）の時刻ｔ2において、ＶＡＢ（◎）３２１、ＶＢＣ（○）３２２、ＶＣＡ（●）３２３は、時刻ｔ１における状態に比較して、それぞれ電圧が下降している。
この電圧の上昇により、ＶＡＢ（◎）３２１、ＶＢＣ（○）３２２は、過大電圧範囲を抜け出して、適正電圧範囲に入っている。
【００４６】
また、ＶＣＡ（●）３２３は、下降する補正がなされるものの、三相平均値３Ａ３１よりは最大偏差中間値３Ｍ３１の方が小さいので、補正量も小さく、過小電圧範囲に入ることなく、適正電圧範囲を維持する。
このとき、最大となる相の電圧値ＶＡＢ（◎）３２１と最小となる相の電圧値ＶＣＡ（●）３２３の中間値（平均値）である最大偏差中間値（△）３Ｍ３２は、電圧指令基準値と一致して、この状態で安定する。
【００４７】
図４（ａ）における、時刻ｔ２の状態は、三相平均値による制御の状態であり、図４（ｂ）における、時刻ｔ２の状態は、最大偏差中間値による制御の状態である。
これらを比較すれば、最大偏差中間値の制御による時刻ｔ２の状態（ＶＡＢ（◎）３２１、ＶＢＣ（○）３２２、ＶＣＡ（●）３２３のすべてが適正電圧範囲に存在）の方が、三相平均値の制御による時刻ｔ２の状態（ＶＣＡ（●）５２３が適正電圧範囲の下限付近に存在）よりもバランスがとれた状態である。
したがって、参考比較例の三相平均値の制御よりも、本実施形態の最大偏差中間値の制御の方が優れていると云える。
【００４８】
以上、図３（ａ）、（ｂ）と図４（ａ）、（ｂ）とにおいて、三相不平衡の状態を例にあげて、三相平均値による制御と最大偏差中間値による制御との作用、効果について述べたが、最大偏差中間値による制御の方が優れている結果が得られた。
これは、三相不平衡の状態が生じた場合において優先されるのは、三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡをすべて適正電圧範囲に戻すことである。
したがって、三相交流電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ、ＶＣＡを所定の適正電圧範囲の上限と下限に収める場合には、三相の平均値（三相平均値）よりも、三相における最大値と最小値に着目し、最大値（ＭＡＸ値）と最小値（ＭＩＮ値）がともに対等（中間）に反映される最大偏差中間値で制御するのが優れた方法であるためである。
【００４９】
このように、本発明によれば三相不平衡の状態に関わらず所定の適正電圧範囲内とするような制御効果が得られる。つまり、配電系統のように負荷変動や分散型電源出力変動が三相不平衡に生じるような電圧変動に対して、その変動状況に関わらず適切な電圧制御を実現することができる。
なお、三相を各相毎に制御すれば、さらに三相不平衡の状態を改善することは、可能であるが、三相を一括して制御する方法としては、前記した理由から最大偏差中間値による制御が適した方法であると云える。
また、三相を各相毎に制御する方法は、図１における電圧検出回路２１を三相化するのみならず、演算器２３、電圧制御回路２４、電流制御回路２５、ＰＷＭ制御回路２６、無効電力補償変換装置２７をすべて三相の各相毎の制御に対応する必要があり、回路規模が大幅に増大するとともに、非常に高価な装置となる。
それに対して、本実施形態の最大偏差中間値による制御方法は、安価でありながら、前記したように、三相を一括して制御する方法としては、従来の参考比較例の三相平均値の制御よりも優れた手法である。
【００５０】
（その他の実施形態）
なお、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではない。
以上において、無効電力補償装置としての実施形態として説明したが、前記したように、無効電力補償システムと無効電力補償方法の実施形態についても同様である。
【００５１】
また、無効電力補償装置１０（図１）の構成は一例であって、他の回路要素を付加したり、各回路を合体、再構成をすることは可能である。
【００５２】
また、電圧検出回路２１（図１）は、ハードによる回路構成でもよいし、またソフトによる演算処理でもよい。また、ディジタル回路による演算でもアナログ回路による演算でもよい。
【００５３】
また、無効電力補償装置が作用する場合について、配電系統における線間電圧を対象にする説明をしたが、配電変電所１０１（図１）または、それに相当する施設において、相電圧に対して無効電力補償装置を作用させてもよい。
【００５４】
（本発明、本実施形態の補足）
本発明は、無効電力補償装置に不平衡補償回路を設けずに、三相電圧の最大値と最小値の中間値を電圧指令基準値となるように電圧制御することで、三相不平衡が大きい系統においても各相の系統電圧を一定範囲内に保持するような無効電力補償装置を提供することを目的としたものである。
本実施形態の最大の特徴は、制御対象となる電圧検出において、最大偏差中間値演算回路３２（図１）を用いて、三相電圧の最大となる相と最小となる相の中間値を電圧検出とし、この最大偏差の中間値を基準電圧指令値通りに無効電力を出力制御することで、三相不平衡時においても各相の電圧を適正電圧範囲内となるように制御するようにしたことである。
前記した本実施形態の比較的に簡素で安価な装置で、分散型電源が増加して三相不平衡が起きやすくなった配電系統に対処するものである。
本実施形態によって、三相不平衡の状態に関わらず適正電圧範囲内とするような制御効果が得られる。つまり、配電系統のように負荷変動や分散型電源出力変動が三相不平衡に生じるような電圧変動に対して、その変動状況に関わらず最適な電圧制御を実現することができる。
【００５５】
なお、図３、図４において、それぞれ１相、および２相が大きく変化した場合についての作用、効果を説明し、３相が大きく変化した場合についての説明は省略したが、３相が同じ方向にすべて大きく変化した場合は、不平衡ではないので、三相を一括して、電圧上昇、もしくは電圧下降をしても三相平衡は保たれている。
図１の無効電力補償装置１０、及び電圧検出回路２１は、このような三相平衡による電圧変化に対しても、有効に作用、機能する。何故ならば、三相平衡による電圧変化においても、最大偏差中間値演算回路３２（図１）の演算する最大偏差中間値は、三相を一括して、電圧上昇、もしくは電圧下降においても、それに対応したそれぞれ高い電圧、もしくは低い値を出力するので、電圧指令値基準値との比較によって、適正化するように、無効電力補償装置１０が機能するからである。
また、三相平衡による電圧変化は、過渡的には、図１の無効電力補償装置１０で対処し、その後は、無効電力補償装置１０による制御ではなく、ＬＲＴタップによる送り出し電圧の調整および、配電線の必要な箇所に接続されたＳＶＲ（Step Voltage Regulator）などの電圧調整器により配電線の電圧安定化を図ることになる。
【符号の説明】
【００５６】
１０、５０  無効電力補償装置、無効電力補償手段
２１、６１  電圧検出回路、電圧検出手段
２２  電圧指令基準値
２３  演算器、演算手段
２４  電圧制御回路、電圧制御手段
２５  電流制御回路、電流制御手段
２６  ＰＷＭ制御回路、ＰＷＭ制御手段
２７  無効電力補償変換装置、無効電力補償変換手段
３１  三相振幅演算回路、三相振幅演算手段
３２  最大偏差中間値演算回路（偏差中間値演算回路）、最大偏差中間値演算手段（偏差中間値演算手段）
４１  振幅演算回路（フィルタ・整流回路）、振幅演算手段
４２  最大値選択器、最大値選択手段
４３  最小値選択器、最小値選択手段
４４、８４  加算器、加算手段
４５、８５  乗算器、掛算手段
７２  三相平均値演算回路
１０１  配電変電所
１０２  線路インピーダンス
１０３  負荷
１０４  計器用変圧器
１０５  計器用変流器
２０１、２１１、２２１、３０１、３１１、３２１、４０１、４１１、４２１、５０１、５１１、５２１  ＶＡＢ、電圧値ＶＡＢ
２０２、２１２、２２２、３０２、３１２、３２２、４０２、４１２、４２２、５０２、５１２、５２２  ＶＢＣ、電圧値ＶＢＣ
２０３、２１３、２２３、３０３、３１３、３２３、４０３、４１３、４２３、５０３、５１３、５２３  ＶＣＡ、電圧値ＶＣＡ
３２０、７２０  制御信号
３Ａ２１、３Ａ２２、３Ａ３１、３Ａ３２、３Ａ４１、３Ａ４２、３Ａ５１、３Ａ５２  三相平均値
３Ｍ２１、３Ｍ２２、３Ｍ３１、３Ｍ３２  最大偏差中間値
【図１】
2012160646.tif 000003
【図２】
2012160646.tif 000004
【図３】
2012160646.tif 000005
【図４】
2012160646.tif 000006
【国際調査報告】
2012160646.tif 000007
2012160646.tif 000008