(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリアクトルと複数のコンデンサと複数のサイリスタとを有し３相電力系統に接続された主回路と、前記３相電力系統の相間電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の出力を入力とし前記サイリスタの点弧角を制御する制御手段とからなる無効電力補償装置であって、前記制御手段は前記複数のサイリスタの１相分以上の点弧角を第１の範囲内でシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくする処理を行ない、前記サイリスタの相を変えて前記処理を繰り返し、前記繰り返しの中で前記サイリスタの２相以上の点弧角を前記第１の範囲内で同時にシフトする処理を少なくとも１回以上行ない、前記不平衡率を最小にすることを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項２】
複数のリアクトルと複数のコンデンサと複数のサイリスタとを有し３相電力系統に接続された主回路と、前記３相電力系統の相間電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の出力を入力とし前記サイリスタの点弧角を制御する制御手段とからなる無効電力補償装置であって、前記制御手段は前記複数のサイリスタの１相分以上の点弧角を第１の範囲内でシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくする処理を行ない、前記サイリスタの相を変えて前記処理を繰り返し、前記繰り返しの中で前記サイリスタの２相以上の点弧角を前記第１の範囲内で同時にシフトする処理を少なくとも１回以上行ない、前記不平衡率が最小になるように制御し、さらに前記制御手段は前記電圧検出手段で検出した前記３相電力系統の相間電圧が第１の目標電圧範囲内になるように前記サイリスタの３相分の点弧角を前記第１の範囲内でシフトすることを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項３】
複数のリアクトルと複数のコンデンサと複数のサイリスタとを有し３相電力系統に接続された主回路と、前記３相電力系統の相間電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の出力を入力とし前記サイリスタの点弧角を制御する制御手段とからなる無効電力補償装置であって、前記制御手段は、前記電圧検出手段で検出した前記３相電力系統の相間電圧が第２の目標電圧範囲内であるという条件内で、前記複数のサイリスタの１相分以上の点弧角を第１の範囲内でシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくする処理を行ない、前記サイリスタの相を変えて前記処理を繰り返し、前記繰り返しの中で前記サイリスタの２相以上の点弧角を前記第１の範囲内で同時にシフトする処理を少なくとも１回以上行ない、前記不平衡率が最小になるように制御し、さらに前記制御手段は前記電圧検出手段で検出した前記３相電力系統の相間電圧が第１の目標電圧範囲内になるように前記サイリスタの３相分の点弧角を前記第１の範囲内でシフトすることを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項４】
前記制御手段の前記複数のサイリスタの点弧角シフトの方法が前記複数のサイリスタの１相分の点弧角を第１の範囲内で進み側にシフトし、他の１相分の点弧角を前記第１の範囲内で遅れ側にシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくするように制御し、次に前記サイリスタの残り１相分の点弧角を前記第１の範囲内でシフトし、前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくするように制御することを特徴とする請求項１または２または３記載の無効電力補償装置。
【請求項５】
前記制御手段は前記複数のサイリスタの点弧角シフトの方法が前記複数のサイリスタの１相分の点弧角を第１の範囲内でシフトし、前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくするように制御し、次に前記サイリスタの残りの２相のうち１相分の点弧角を前記第１の範囲内で進み側にシフトし、他の１相分の点弧角を前記第１の範囲内で遅れ側にシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくするように制御することを特徴とする請求項１または２または３記載の無効電力補償装置。
【請求項６】
前記制御手段は前記複数のサイリスタの点弧角シフトの方法が前記複数のサイリスタの内２相分の点弧角を同時に第１の範囲内でシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくするように制御することを特徴とする請求項１または２または３記載の無効電力補償装置。
【請求項７】
主回路が複数のリアクトルと複数のコンデンサと複数のサイリスタとを有し前記複数のコンデンサ及び前記複数のリアクトルの一部で構成された３次高調波フィルタを含むことを特徴とする請求項１または２または３または４または５または６記載の無効電力補償装置。
【請求項８】
制御手段が電圧不平衡率を前記３相電力系統の相間電圧の最大値と最小値の差を３相平均電圧で除して求めることを特徴とする請求項１または２または３または４または５または６または７記載の無効電力補償装置。
【請求項９】
制御手段が電圧一定制御動作と電圧不平衡制御動作の切り替え機能を有し、電圧一定制御動作中においては電圧不平衡率が第１の検出レベル以上であり且つ前記３相電力系統の相間電圧値が第３の目標電圧範囲内である場合に電圧不平衡制御動作に動作変更し、一方、電圧不平衡制御動作中においては相間電圧値が前記第３の目標電圧範囲外または各相の無効電力出力値の差が第１の偏差内にある場合に電圧一定制御動作に動作変更することを特徴とする請求項１または２または３または４または５または６または７または８記載の無効電力補償装置。
【請求項１０】
制御手段が電圧一定制御動作と電圧不平衡制御動作の切り替え機能を有し、電圧一定動作中においては電圧不平衡率が第１の検出レベル以上であり且つ前記３相電力系統の相間電圧値が第３の目標電圧範囲内である場合に電圧不平衡制御動作に動作変更し、一方、電圧不平衡制御動作中においては相間電圧値が前記第３の目標電圧範囲外または各相のサイリスタの点弧角の差が第２の偏差内にある場合に電圧一定制御動作に動作変更することを特徴とする請求項１または２または３または４または５または６または７または８記載の無効電力補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統に接続する無効電力補償装置の不平衡制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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り、系統電圧が低下しているときには進み無効電力で、また、系統電圧が上昇しているときには遅れ無効電力で補償する。
【０００３】
このように一般的には無効電力補償装置は電圧一定制御に応用されるが、サイリスタの点弧角をアンバランスに制御することにより３相不平衡電圧の補償を行なうこともできる。このような不平衡補償を行なっている従来例としては特開平９−２４４７５５号公報に示されたものがある。この特許では電圧不平衡を補償するのにサイリスタの点弧角をアンバランスに制御するのであるが、１相づつ制御するので３相とも制御完了するまでに少なくとも３ステップの工程が必要であった。
【０００４】
また、不平衡制御のためサイリスタの点弧角のアンバランス度を増加するほど大きな高調波が発生する。そのためサイリスタの点弧角の偏差の絶対値が予め定めた上限値を越えないように制御する必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来例では電圧不平衡を補償するのにサイリスタの点弧角をアンバランスに制御するのであるが、１相づつシフトしていたため３相とも制御完了するまでに少なくとも３ステップの工程が必要であった。
【０００６】
また、不平衡制御のためサイリスタの点弧角のアンバランス度を増加するほど大きな高調波が発生する。そのためサイリスタの点弧角の偏差の絶対値が予め定めた上限値を越えないように制御する必要があった。そのため、電圧不平衡補償の速度が遅くなり、また補償できる電圧の幅も狭くなっていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は複数のリアクトルと複数のコンデンサと複数のサイリスタとを有し３相電力系統に接続された主回路と、前記３相電力系統の相間電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の出力を入力とし前記サイリスタの点弧角を制御する制御手段とからなる無効電力補償装置であって、前記制御手段は前記複数のサイリスタの１相分以上の点弧角を第１の範囲内でシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくする処理を行ない、前記サイリスタの相を変えて前記処理を繰り返し、前記繰り返しの中で前記サイリスタの２相以上の点弧角を前記第１の範囲内で同時にシフトする処理を少なくとも１回以上行ない、前記不平衡率を最小にするというものである。
【０００８】
請求項１記載の無効電力補償装置によれば、複数のサイリスタの２相分以上を同時にシフトするので電力系統の電圧不平衡を大きく補償できるという作用を有する。
【０００９】
請求項２記載の発明は複数のリアクトルと複数のコンデンサと複数のサイリスタとを有し３相電力系統に接続された主回路と、前記３相電力系統の相間電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の出力を入力とし前記サイリスタの点弧角を制御する制御手段とからなる無効電力補償装置であって、前記制御手段は前記複数のサイリスタの１相分以上の点弧角を第１の範囲内でシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくする処理を行ない、前記サイリスタの相を変えて前記処理を繰り返し、前記繰り返しの中で前記サイリスタの２相以上の点弧角を前記第１の範囲内で同時にシフトする処理を少なくとも１回以上行ない、前記不平衡率が最小になるように制御し、さらに前記制御手段は前記電圧検出手段で検出した前記３相電力系統の相間電圧が第１の目標電圧範囲内になるように前記サイリスタの３相分の点弧角を前記第１の範囲内でシフトするというものである。
【００１０】
請求項２記載の無効電力補償装置によれば、不平衡補償後、系統の電圧が大きく変動している場合に電圧を第１の目標電圧範囲内に改善できるという作用を有する。
【００１１】
請求項３記載の発明は複数のリアクトルと複数のコンデンサと複数のサイリスタとを有し３相電力系統に接続された主回路と、前記３相電力系統の相間電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段の出力を入力とし前記サイリスタの点弧角を制御する制御手段とからなる無効電力補償装置であって、前記制御手段は、前記電圧検出手段で検出した前記３相電力系統の相間電圧が第２の目標電圧範囲内であるという条件内で、前記複数のサイリスタの１相分以上の点弧角を第１の範囲内でシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくする処理を行ない、前記サイリスタの相を変えて前記処理を繰り返し、前記繰り返しの中で前記サイリスタの２相以上の点弧角を前記第１の範囲内で同時にシフトする処理を少なくとも１回以上行ない、前記不平衡率が最小になるように制御し、さらに前記制御手段は前記電圧検出手段で検出した前記３相電力系統の相間電圧が第１の目標電圧範囲内になるように前記サイリスタの３相分の点弧角を前記第１の範囲内でシフトするものである。
【００１２】
請求項３記載の無効電力補償装置によれば、第２の目標電圧範囲内で電圧不平衡補償を行なうので電圧不平衡補償の過程で電力系統の電圧が大きく変動してしまう事を防止できるという効果を有する。また、不平衡補償後、電圧が第１の目標電圧範囲内に納まるようにするので、最終的に電圧不平衡の改善と電圧変動の抑制を同時に実現でき、電力系統の電力を高品位に保つという作用を有する。
【００１３】
請求項４記載の発明は請求項１または２または３において、前記制御手段の前記複数のサイリスタの点弧角シフトの方法が前記複数のサイリスタの１相分の点弧角を第１の範囲内で進み側にシフトし、他の１相分の点弧角を前記第１の範囲内で遅れ側にシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくするように制御し、次に前記サイリスタの残り１相分の点弧角を前記第１の範囲内でシフトし、前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくするように制御するというものである。
【００１４】
請求項４記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３の作用のほか、電力系統の３相電圧の不平衡率の最小点を確実に検出できるという作用を有する。
【００１５】
請求項５記載の発明は請求項１または２または３において、前記制御手段は前記複数のサイリスタの点弧角シフトの方法が前記複数のサイリスタの１相分の点弧角を第１の範囲内でシフトし、前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくするように制御し、次に前記サイリスタの残りの２相のうち１相分の点弧角を前記第１の範囲内で進み側にシフトし、他の１相分の点弧角を前記第１の範囲内で遅れ側にシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくするように制御するというものである。
【００１６】
請求項５記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３の作用のほか、最初のステップでサイリスタ点弧角を１相分しかシフトしないので、電圧不平衡の改善効果も最初のステップでは小さいがその代わり３相電圧の変動も小さいので、３相電圧が大きく変動する時間を短くできるという作用を有する。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項１または２または３において、前記制御手段は前記複数のサイリスタの点弧角シフトの方法が前記複数のサイリスタの内２相分の点弧角を同時に第１の範囲内でシフトして前記３相電力系統の相間電圧の不平衡率を小さくするように制御するというものである。
【００１８】
請求項６記載の無効電力補償装置によれば、電圧不平衡率の収束が速く且つ制御アルゴリズムが簡単という作用を有する。
【００１９】
請求項７記載の発明は請求項１または２または３または４または５または６において、主回路が複数のリアクトルと複数のコンデンサと複数のサイリスタとを有し前記複数のコンデンサ及び前記複数のリアクトルの一部で構成された３次高調波フィルタを含むというものである。
【００２０】
請求項７記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３または４または５または６の作用のほか、前記複数のサイリスタをアンバランスに制御することが原因で前記主回路に発生する３次高調波電流を前記３次高調波フィルタで吸収するので、前記３相電力系統に流出する高調波を抑制する作用を有する。
【００２１】
請求項８記載の発明は請求項１または２または３または４または５または６または７において、制御手段が電圧不平衡率を前記３相電力系統の相間電圧の最大値と最小値の差を３相平均電圧で除して求めるものである。
【００２２】
請求項８記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３または４または５または６または７の作用のほか、相電圧の逆相分と正相分の比を取るなどの複雑な演算をすることなく、しかも直観的に分かりやすく実用的な電圧不平衡率をもとに制御を行なうという作用を有する。
【００２３】
請求項９記載の発明は請求項１または２または３または４または５または６または７または８において、制御手段が電圧一定制御動作と電圧不平衡制御動作の切り替え機能を有し、電圧一定制御動作中においては電圧不平衡率が第１の検出レベル以上であり且つ前記３相電力系統の相間電圧値が第３の目標電圧範囲内である場合に電圧不平衡制御動作に動作変更し、一方、電圧不平衡制御動作中においては相間電圧値が前記第３の目標電圧範囲外または各相の無効電力出力値の差が第１の偏差内にある場合に電圧一定制御動作に動作変更するというものである。
【００２４】
請求項９記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３または４または５または６または７または８の作用のほか、電圧不平衡率が大きくて電圧が許容範囲内にある場合は電圧不平衡制御動作を行ない、電力系統の負荷の不平衡率が小さいか或いは系統電圧が許容範囲を越えている場合は電圧一定制御動作を行なうという作用を有する。
【００２５】
請求項１０記載の発明は請求項１または２または３または４または５または６または８において、制御手段が電圧一定制御動作と電圧不平衡制御動作の切り替え機能を有し、電圧一定動作中においては電圧不平衡率が第１の検出レベル以上であり且つ前記３相電力系統の相間電圧値が第３の目標電圧範囲内である場合に電圧不平衡制御動作に動作変更し、一方、電圧不平衡制御動作中においては相間電圧値が前記第３の目標電圧範囲外または各相のサイリスタの点弧角の差が第２の偏差内にある場合に電圧一定制御動作に動作変更するというものである。
【００２６】
請求項１０記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３または４または５または６または７または８の作用のほか、負荷の不平衡率を求めるのに各相のサイリスタ点弧角の差を用いるので、演算処理が簡単であるという作用を有する。
【００２７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態について説明する。図１は請求項７以外の本発明の全体構成を示す。１は電力系統、２は無効電力補償装置の主回路、３は電圧検出手段、４は制御手段、５はサイリスタである。本明細書でいう電力系統とは送電線および配電線とそれに接続されている負荷や発電機などを含む系統をさす。主回路２はここでは３つの３相リアクトルと１つの３相コンデンサでの構成例を示したが、ＴＣＲ方式や単相の無効電力補償装置の３台組み合わせ回路など種々の構成を取ることができる。
【００２８】
ここで、図１の無効電力補償装置の動作について説明する。図１の無効電力補償装置はサイリスタを全く導通させない時は電流はリアクトルＳＲ１，ＳＲ２，コンデンサＳＣの直列回路にのみ電流が流れ、コンデンサをリアクトルより大きな容量に設定してあるので、進み１００％を発生する。一方、サイリスタをフル導通させるとリアクトルＳＲ１，ＳＲｔｈの経路で大きな遅れ電流が流れるとともにコンデンサの端子電圧がＳＲ１とＳＲｔｈで分圧されて下がるので進み電流が減少し、差し引いた容量で遅れ１００％が発生する。以上のように、サイリスタをＯＦＦ状態からフル道通状態の間でサイリスタの点弧角を連続に制御すると、無効電力補償装置は進み１００から遅れ１００％の間で連続に無効電力を制御することができる。
【００２９】
ここで各相間の接続されているサイリスタ５は制御手段４によって制御されるのであるが、各相とも同じ点弧角の場合は無効電力補償装置は平衡制御であり、各相アンバランスに制御すると、主回路２に流れる電流は不平衡になり、無効電力補償装置の不平衡制御が実現できる。
【００３０】
ここで、不平衡電圧の補償の実施例を図２のような電力系統の例で説明する。これは変電所から亘長２０ｋｍの所に不平衡負荷があり、それによって電圧不平衡が発生している場合である。同じく２０ｋｍ地点に無効電力補償装置を設置して不平衡電圧の補償を行う。不平衡のパタ−ンとしては１相間電圧のみが高くて他の相間電圧はほぼ同じである場合（図２の表：ＵＶ＞ＶＷ＝ＷＵ），１相間電圧のみが低くて他の相間電圧はほぼ同じである場合（図２の表：ＵＶ＜ＶＷ＝ＷＵ），相順に小さくなっている場合（図２の表：ＵＶ＞ＶＷ＞ＷＵ），相順に大きくなっている場合（図２の表：ＵＶ＞ＶＷ＞ＷＵ）の４通りを想定した。
【００３１】
（第１の実施の形態）
この発明の第１の実施の形態を図４，５，６に示す。これは請求項１，４に対応するものである。ここでは１相間電圧のみが高くて他の相間電圧はほぼ同じである場合（図２の表：ＵＶ＞ＶＷ＝ＷＵ）を例にして実施の形態を説明する。ＵＶ相間電圧が６６６８Ｖ、ＶＷ相間電圧が６３３４Ｖ、ＷＵ相間電圧が６３３７Ｖで不平衡率が５．１８％である。
【００３２】
一般には電圧不平衡率の定義は逆相分の電圧と正相分の電圧の比で求めるのであるが、本発明では各相間電圧の最大値と最小値の差を３相平均電圧で割って百分率で表したものとした。また、相間電圧の差の絶対値でも構わない。
【００３３】
また、サイリスタ点弧角についても正しくは相間電圧のゼロクロスからサイリスタのゲートパルスが出力されるまでの位相角（βとする）であるが、ここではサイリスタゲートパルスが出力されてから相間電圧のゼロクロスまでの位相角（α）とした。従って、α＝１８０°−βの関係式が成り立つ。図３に説明図を示す。図３のサイリスタゲートパルスは逆並列に接続されたサイリスタの各々のゲートパルスを示す。
【００３４】
ここでは不平衡制御に当たりサイリスタの点弧角を３相とも２５．２°（無効電力補償装置の出力が０ｋｖａｒ）を初期値として、不平衡制御を行なった。そして２５．２°からのシフト量をΔαで表している（図４）。
【００３５】
ステップ＜１＞としてＵＶ相間のサイリスタ点弧角は固定し、ＶＷ相間を遅れ側、ＷＵ相間を進み側に第１の範囲内でシフトしながら電圧不平衡率が最小になるサイリスタ点弧角を求める（図４の＜１＞及び図５）。この場合Δα＝１５．０°で最小になっている。この際、サイリスタ点弧角の第１の範囲とは無効電力補償装置が正常に動作する範囲であり理論的にはαが０°から６０°であるが余裕をみて５°から５５°とした。
【００３６】
次にステップ＜２＞としてＶＷ相間，ＷＵ相間のΔαはそれぞれ１５°，−１５°に固定して、残りの１相分ＵＶ相間のサイリスタ点弧角を遅れ側にシフトしながら、電圧不平衡率が最小になる点を求める（図４の＜２＞及び図６）。この場合はΔαが４．５°から５．０°で最小になっている。
【００３７】
以上のようにサイリスタ点弧角のシフト量ΔαがＵＶ相間５°，ＶＷ相間１５°，ＷＵ相間−１５°で電圧不平衡率が最小になっており、電圧不平衡率は５．１８％から０．０９％に大幅に改善された。
【００３８】
以上のサイリスタ点弧角のシフト処理をフローチャートで表したのが図７であり、これが請求項４の処理を説明するものとなっている。
【００３９】
ところで、上記実施例では無効電力補償装置の容量が６００ｋｖａｒと十分大きい例であったので、サイリスタ点弧角が第１の範囲内で３相電圧の不平衡率の最小点に到達した。しかし、無効電力補償装置の容量が小さい場合や配電線の亘長が短い場合などはサイリスタ点弧角が第１の範囲の境界にぶつかることも有り得る。その場合、別の点弧角の全ての組み合わせでも不平衡率が改善されない場合は、その境界点で不平衡率の改善が終了したものとする。
【００４０】
他の不平衡パターンについても検討を行なった結果、（表１）に示す表の結果を得た。
【００４１】
【表１】
0003684928.tif 000002
即ち全てのパターンについて、５％前後の電圧不平衡を０．５％未満に補償できるという結果を得た。以上４つの不平衡パターンの検討結果より、以下のような、電圧不平衡補償のアルゴリズムを開発した。
（１）３相電圧の内１相間電圧のみが高く他の相間電圧がほぼ同じである場合。
【００４２】
高い相間から１２０°遅れた相間のサイリスタの点弧角を遅れ側にシフトし、前記高い相間から１２０°進んだ相間のサイリスタの点弧角を進み側にシフトして３相電圧の不平衡率が最小になるように制御し、次にサイリスタの残り１相分の点弧角を遅れ側にシフトして３相電圧の不平衡率が最小になるように制御する。
（２）３相電圧の内１相間電圧のみが低く他の相間電圧がほぼ同じである場合。
【００４３】
低い相間から１２０°遅れた相間のサイリスタの点弧角を進み側にシフトし、高い相間から１２０°進んだ相関のサイリスタの点弧角を遅れ側にシフトして、３相電圧の不平衡率が最小になるように制御し、次にサイリスタの残り１相分の点弧角を進み側にシフトして３相電圧の不平衡率が最小になるように制御する。
（３）３相電圧の内１相間電圧が最も高く他の相間電圧が相順に小さくなっている場合。
【００４４】
最も高い相間から１２０°遅れた相間のサイリスタの点弧角を遅れ側に、最も高い相間から１２０°進んだ相間のサイリスタの点弧角を進み側にシフトして３相電圧の不平衡率が最小になるように制御し、次にサイリスタの残り１相分の点弧角を進み側にシフトして３相電圧の不平衡率が最小になるように制御する。
（４）３相電圧の内１相間電圧が最も低く他の相間電圧が相順に大きくなっている場合。
【００４５】
最も低い相間から１２０°遅れた相間のサイリスタの点弧角を進み側にシフトし、最も高い相間から１２０°進んだ相間のサイリスタの点弧角を遅れ側にシフトして３相電圧の不平衡率が最小になるように制御し、次にサイリスタの残り１相分の点弧角を遅れ側にシフトして３相電圧の不平衡率が最小になるように制御する。
【００４６】
以上一つのアルゴリズムの例として、３相電圧の不平衡状態を４つのパターンに分類して処理を行なう方法を述べたが、少なくとも２相のサイリスタの点弧角を同時にシフトする処理が手順の中にあれば、どんな方法でもよい。例えば、サイリスタの点弧角を色々な組み合わせで所定の刻み幅で変化させ、３相電圧の不平衡率の改善率が最も大きいサイリスタ点弧角の組合せの方向を探索方向としてサイリスタ点弧角をシフトさせ、３相電圧不平衡率の最小値を求め、またそこから、新たな探索方向を求め、以上を不平衡率が収束するまで繰り返して行く方法などである。
【００４７】
（第２の実施の形態）
この発明の第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は請求項５に対応するものであり、図８に処理の流れをフローチャートで示している。請求項５と４の違いは請求項５がサイリスタの１相間点弧角のみシフトした後、残り２相間のサイリスタの点弧角をそれぞれ別方向にシフトするのに対し、請求項４はサイリスタの２相間の点弧角をそれぞれ別方向にシフトした後残り１相間のサイリスタの点弧角をシフトするというもので、サイリスタ点弧角シフト方法の順番が異なるのみである。従って、不平衡制御の最終結果は請求項５は４と同じ結果が得られる。但し、最初に２相のサイリスタの点弧角をシフトする請求項４の方が不平衡電圧が早い時期に大きく補償されるという効果を有する。しかし、電圧変動ついては５のほうが大きく変動している時間が短いという効果を有する。
【００４８】
（第３の実施の形態）
この発明の第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は請求項６に対応するものであり、図９に処理の流れをフローチャートで示している。請求項４と６の違いは請求項４がサイリスタの２相間の点弧角をそれぞれ別方向にシフトした後残り１相間のサイリスタの点弧角をシフトするのに対し、請求項６は相の組合せを変え常に２相間のサイリスタの点弧角をシフトするというものである。請求項６のサイリスタ点弧角のシフト方法によれば、電圧不平衡率の収束が速く、且つ、２相間のサイリスタの点弧角シフトによって３相電圧の不平衡率が最小となった点では２相の電圧がほぼ等しく１相のみ高いまたは低い場合がほとんどなので、２つのパターンの処理の繰返しで、不平衡補償が可能となる。
【００４９】
（第４の実施の形態）
この発明の第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態は請求項２に対応するものであり、図１０に処理の流れをフローチャートで示す。
【００５０】
まず、以上の実施の形態で説明したようなサイリスタ点弧角の制御の方法で３相不平衡電圧の不平衡率を改善する。しかし、以上の不平衡電圧の改善過程では電圧値自体はなんら管理せずに不平衡補償を実施しているので、不平衡補償完了時点では３相電圧値が大きく変動している可能性がある。３相電圧が大きく変動している場合、即ち３相電圧が第１の目標電圧範囲外である場合は全てのサイリスタの点弧角を同一方向にシフトして、３相電圧が第１の目標電圧範囲内に入るように制御する。この場合のサイリスタ点弧角のシフト方法は点弧角の刻み幅を３相とも同一にする方法や、点弧角と無効電力出力のテーブルから各相の無効電力の刻み幅が等しくなるように点弧角をシフトしていく方法がある。
【００５１】
また、３相電圧が第１の目標電圧範囲内であるか否かの判断方法としては、３相電圧の実効値の平均値が目標電圧範囲内であることや各相の実効値全てが目標電圧範囲内であることなどがある。
【００５２】
（第５の実施の形態）
この発明の第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態は請求項３に対応するものであり、図１１に処理の流れをフローチャートで示す。
【００５３】
まず、第１から第３の実施の形態で説明したようなサイリスタ点弧角の制御の方法で３相不平衡電圧の不平衡率を改善する。ここで請求項２のように３相電圧値をなんら管理せずに不平衡補償を実施すると、電圧が大きく変動して電力系統に悪影響を及ぼす可能性がある。従って、３相電圧の変動値に第２の目標電圧範囲内という制限を設けて、その制約条件の中で電圧不平衡率の改善を行なう。ここで、第２の目標電圧範囲は電圧不平衡率の改善効果を上げるため、許容できる限り大きな電圧範囲とする。
【００５４】
電圧不平衡率改善後、第１の目標電圧範囲内に３相電圧が入るように全てのサイリスタの点弧角をシフトする。第１の目標電圧範囲は第２の目標電圧範囲よりも狭く設定し、一連の処理完了後は電力系統の３相電圧の電圧値，不平衡率とも高品質になるようにする。
【００５５】
第４の実施の形態でも示したように、サイリスタ点弧角のシフト方法は点弧角の刻み幅を３相とも同一にする方法や、点弧角と無効電力出力のテーブルから各相の無効電力の刻み幅が等しくなるように点弧角をシフトしていく方法がある。
【００５６】
また、３相電圧が第１及び第２の目標電圧範囲内であるか否かの判断方法としては、３相電圧の実効値の平均値が目標電圧範囲内であることや各相の実効値全てが目標電圧範囲内であることなどがある。
【００５７】
（第６の実施の形態）
この発明の第６の実施の形態について説明する。第６の実施の形態は請求項７に対応するものであり、図１２に構成を示す。図１２に示すように無効電力補償装置の主回路の中に３次フィルタ回路を設けたところに請求項７の特徴がある。
【００５８】
第１から第５の実施の形態に示したように無効電力補償装置の不平衡制御を行なうためにはサイリスタの点弧角をアンバランスに制御する必要がある。しかしその場合に大きな３次高調波電流が無効電力補償装置の主回路内部で発生し、電力系統にも流出し、さまざまな高調波問題を引き起こす恐れがある。
【００５９】
そこで、図１２に示すように無効電力補償装置の主回路内部に３次高調波フィルタを設けると、３次高調波電流を主回路の内部で吸収し減衰させて電力系統への流出を抑え、実用上問題のないレベルまで無効電力補償装置の高調波を下げる事ができた。具体的には、もし３次高調波フィルタがない場合は不平衡制御状態で数十％の高調波が発生するが、３次高調波フィルタがある場合は（表１）に示すように高調波電流含有率が１．３９％以下に抑えられている。このレベルであれば、電力系統の他の機器に悪影響は及ぼさないと思われる。
【００６０】
（第７の実施の形態）
この発明の第７の実施の形態について説明する。第７の実施の形態は請求項８に対応するものであり、第１の実施の形態でも一部触れた。
【００６１】
一般に３相電圧の計測は相電圧よりも相間電圧の方が正確且つ容易に行なうことができる。また、電力系統に繋がる負荷についても相間電圧を入力とするものの数が相電圧よりも圧倒的に多い。従って、ここでは電圧不平衡率の検出を相間電圧値を用いて行なった。即ち、相間電圧の最大値と最小値の差を３相平均電圧で割って百分率で表したものとした。他にも、演算を簡単にするために、相間電圧の最大値と最小値の差を用いるなど様々な方法が考えられる。
【００６２】
一般には電圧不平衡率の定義は逆相分の電圧と正相分の電圧の比で求めるのであるが、本発明では直感的に分かり安くまた実際に問題となる相間電圧から求める上記方法を採用した。
【００６３】
（第８の実施の形態）
この発明の第８の実施の形態について説明する。第８の実施の形態は請求項９，１０に対応するものであり、図１３，１４に示すフロ−チャ−トに動作概要を示す。
【００６４】
まず図１３に乗っ取って説明する。処理がスタ−トした時点でまず電圧一定制御動作を行っていると仮定する。そして、電圧不平衡率が第１の検出レベル以上になり且つ３相電圧値に大きな変動がない（第３の目標電圧範囲内であること）という場合に電圧不平衡制御動作に移行する。そして、電力系統の負荷が平衡状態に近づくか又は３相電圧値が第３の目標電圧範囲外である場合電圧一定動作に戻る。ここで電力系統の負荷が平衡状態に近づいているか否かの判断手段として、請求項９では各相毎の無効電力補償装置の無効電力出力の差を求めている。この結果、差が小さければ電力系統の負荷が平衡状態に近づいたと判断して、電圧一定制御に移行する。
【００６５】
請求項１０の実施例については、不平衡動作時に電力系統の負荷が平衡状態に近づいたか否かをサイリスタ各相の点弧角のばらつきが第２の範囲内にあることで判断する（図１４）。他の処理は請求項９及び図１３と同じである。
【００６６】
本実施の形態で３相電圧値が第３の目標電圧範囲内であるかないかで電圧一定制御動作と電圧不平衡制御動作の切り替えを行なうが、その切り替え頻度が多いと問題である。従って、切り替え方法としてはヒシテリシスを設けるとかタイマー機能を設けるとか積分機能を設けるとかして対処するものとする。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１記載の無効電力補償装置によれば、複数のサイリスタの２相分以上を同時にシフトするので電力系統の電圧不平衡を大きく補償できるという効果を有する。
【００６８】
請求項２記載の無効電力補償装置によれば、不平衡補償後、系統の電圧が大きく変動している場合に電圧を第１の目標電圧範囲内に改善できるという効果を有する。
【００６９】
請求項３記載の無効電力補償装置によれば、第２の目標電圧範囲内で電圧不平衡補償を行なうので電圧不平衡補償の過程で電力系統の電圧が大きく変動してしまう事を防止できるという効果を有する。また、不平衡補償後、電圧が第１の目標電圧範囲内に納まるようにするので、最終的に電圧不平衡の改善と電圧変動の抑制を同時に実現でき、電力系統の電力を高品位に保つという効果を有する。
【００７０】
請求項４記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３の効果のほか、電力系統の３相電圧の不平衡率の最小点を確実に検出できるという効果を有する。
【００７１】
請求項５記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３の効果のほか、最初のステップでサイリスタ点弧角を１相分しかシフトしないので、電圧不平衡の改善効果も最初のステップでは小さいがその代わり３相電圧の変動も小さいので、３相電圧が大きく変動する時間を短くできるという効果を有する。
【００７２】
請求項６記載の無効電力補償装置によれば、電圧不平衡率の収束が速く且つ制御アルゴリズムが簡単という効果を有する。
【００７３】
請求項７記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３または４または５または６の効果のほか、前記複数のサイリスタをアンバランスに制御することが原因で前記主回路に発生する３次高調波電流を前記３次高調波フィルタで吸収するので、前記３相電力系統に流出する高調波を抑制する効果を有する。
【００７４】
請求項８記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３または４または５または６または７の効果のほか、相電圧の逆相分と正相分の比を取るなどの複雑な演算をすることなく、しかも直観的に分かりやすく実用的な電圧不平衡率をもとに制御を行なうという効果を有する。
【００７５】
請求項９記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３または４または５または６または７または８の効果のほか、電圧不平衡率が大きくて電圧が許容範囲内にある場合は電圧不平衡制御動作を行ない、電力系統の負荷の不平衡率が小さいか或いは系統電圧が許容範囲を越えている場合は電圧一定制御動作を行なうという効果を有する。
【００７６】
請求項１０記載の無効電力補償装置によれば、請求項１または２または３または４または５または６または７または８の効果のほか、負荷の不平衡率を求めるのに各相のサイリスタ点弧角の差を用いるので、演算処理が簡単であるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第６の実施の形態以外の無効電力補償装置の構成図
【図２】  本発明の第１の実施例を説明するための３相電圧不平衡の電力系統の例である図
【図３】  本発明で定義したサイリスタ点弧角の説明図
【図４】  本発明の第１の実施の形態の説明図
【図５】  本発明の第１の実施の形態の説明図
【図６】  本発明の第１の実施の形態の説明図
【図７】  本発明の第１の実施の形態の動作説明用のフローチャート
【図８】  本発明の第２の実施の形態の動作説明用のフローチャート
【図９】  本発明の第３の実施の形態の動作説明用のフローチャート
【図１０】  本発明の第４の実施の形態の動作説明用のフローチャート
【図１１】  本発明の第５の実施の形態の動作説明用のフローチャート
【図１２】  本発明の第６の実施の形態の構成図
【図１３】  本発明の第８の実施の形態の動作説明用のフローチャート
【図１４】  本発明の第８の実施の形態の動作説明用のフローチャート
【符号の説明】
１    ３相電力系統
２    無効電力補償装置の主回路
３    電圧検出手段
４    制御手段
５    サイリスタ
６    ３次高調波フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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