(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続されて無効電力発生量を制御する無効電力制御回路と、前記電力系統の電圧を検出する電圧検出部と、前記無効電力制御回路の無効電流を検出する電流検出部と、設定電圧を記憶し前記設定電圧を変更可能な設定電圧記憶部と、前記電圧検出部の出力および前記電流検出部の出力より前記電力系統の電圧予測値を演算する検出電圧予測部と、この検出電圧予測部の出力する電圧予測値を入力し前記電力系統の電圧が前記設定電圧になるように前記無効電力制御回路を制御する電圧一定制御部とを備え、前記電圧検出部は、前記電力系統に接続した１次巻線と、前記無効電力制御回路に接続した２次巻線と、前記電力系統の電圧を変圧して出力する３次巻線からなる３巻線トランスを用いた無効電力補償装置。
【請求項２】
検出電圧予測部は、電圧検出部の出力により電圧実効値を演算する電圧実効値演算部と、電流検出部の出力より電流実効値を演算する電流実効値演算部と、前記電流検出部の出力および前記電圧検出部の出力の電圧電流位相差を演算する電圧電流位相差演算部の少なくとも１つ以上からなる第１の演算手段と、前記電圧実効値演算部の出力と前記電流実効値演算部の出力と前記電圧電流位相差演算部の出力を補正して電力系統の電圧予測値を出力する補正手段を備えた請求項１記載の無効電力補償装置。
【請求項３】
第１の演算手段は、電圧検出部の出力より検出電圧実効値を演算する検出電圧実効値演算部と、電流検出部の出力及び前記電圧検出部の出力より有効電流値を演算する有効電流演算手段と、前記電流検出部の出力及び前記電圧検出部の出力より遅れ無効電流であるか進み無効電流であるかを考慮した無効電流値を演算する無効電流演算手段を備えた請求項２記載の無効電力補償装置。
【請求項４】
第１の演算手段は、電圧検出部の出力より検出電圧実効値を演算する検出電圧実効値演算部と、電流検出部の出力より検出電流実効値を演算する検出電流実効値演算手段と、前記電流検出部の出力及び前記電圧検出部の出力より無効電力制御回路が制御している無効電流が進みまたは遅れのどちらであるかを判定する電流位相判定手段を備えた請求項２記載の無効電力補償装置。
【請求項５】
第１の演算手段は、前記電圧検出部の出力を入力し検出電圧実効値を出力する検出電圧実効値演算部と、前記電流検出部の出力を入力し検出電流実効値を出力する検出電流実効値演算手段と、前記電流検出部の出力及び前記電圧検出部の出力を入力し、その電圧電流位相差を出力する電圧電流位相差演算手段を備えた請求項２記載の無効電力補償装置。
【請求項６】
第１の演算手段は、前記電圧検出部の出力を入力し検出電圧実効値を出力する検出電圧実効値演算部と、前記電流検出部の出力を入力し検出電流実効値を出力する検出電流実効値演算手段と、前記電流検出部の出力及び前記電圧検出部の出力を入力し、その無効電力値に遅れ無効電力であるか進み無効電力であるの情報を符号として加えた符号付無効電力値を出力する符号付無効電力演算手段と、前記３巻線トランスを通過する有効電流値を記憶する有効電流記憶部と、前記検出電流実効値、前記符号付無効電力値、及び前記有効電流値を入力し無効電流値に遅れ無効電流であるか進み無効電流であるかの情報を符号として加えた符号付無効電流値を出力する符号付無効電流演算部を備えた請求項２記載の無効電力補償装置。
【請求項７】
補正手段は、３巻線トランスの通過電流により発生する前記３巻線トランスの３次側検出電圧の変化値をモデル化した際に電力系統の予測電圧演算式中に定数として現れる定数パラメータを設定保持する第１の電圧補正データ記憶部と、第１の演算手段より出力される変数値の組合せ及び前記定数パラメータを入力し、前記予測電圧演算式にあてはめることで前記電力系統の電圧予測値を出力する第１の電圧補正手段を備えた請求項２記載の無効電力補償装置。
【請求項８】
補正手段は、第１の演算手段より出力される変数値の組合せを変数とした前記３巻線トランス３次側の出力電圧変化値を出力電圧変化値テーブルとして保持する第２の電圧補正データ記憶部と、第１の演算手段より出力される変数値の組合せ及び前記出力電圧変化値テーブルを入力し前記３巻線トランスの通過電流により発生する前記３巻線トランス３次側の出力電圧変化分を補正し前記電力系統の電圧予測値を出力する第４の電圧補正手段を備えた請求項２記載の無効電力補償装置。
【請求項９】
補正手段は、第１の演算手段より出力される変数値の組合せに対する前記３巻線トランスの３次側出力電圧及び電力系統の電圧を実測して決定した、第１の演算手段より出力される１組の変数値から前記電力系統の予測電圧を算出する多項式関数の係数群を保持する第３の電圧補正データ記憶部と、第１の演算手段より出力される変数値の組合せ及び前記多項式関数の係数群とを入力し前記多項式関数にあてはめることで前記電力系統の電圧予測値を出力する第５の電圧補正手段を備えた請求項２記載の無効電力補償装置。
【請求項１０】
無効電力発生量を制御できる無効電力発生回路と、１次巻線を電力系統に接続し、２次巻線を前記無効電力発生回路に接続し、３次巻線で前記電力系統の電圧を変圧出力する３巻線トランスと、前記３巻線トランスの１次側または２次側に設置された変流器と、前記３巻線トランスのインピーダンス特性を模擬する等価抵抗及び等価リアクタンスで構成され前記３巻線トランスの１次側または２次側に設置された前記変流器の出力を入力することで回路両端間にインピーダンス降下電圧を発生するインピーダンス降下検出回路と、前記インピーダンス降下電圧を入力し前記３巻線トランスのインピーダンス降下電圧を出力する検出部と、前記３巻線トランスの３次側出力電圧と前記インピーダンス降下電圧とを入力してベクトル合成電圧を出力する電圧加算部と、前記ベクトル合成電圧を入力する電圧検出部と、前記電圧検出部の出力を入力し前記電力系統の電圧実効値を出力する実効値演算部と、設定電圧を記憶し前記設定電圧を変更可能な設定電圧記憶部と、前記実効値演算部の出力を入力し前記電力系統の電圧が前記設定電圧になるように前記無効電力発生回路を制御する電圧一定制御部とを備えた無効電力補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統に接続する無効電力補償装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大容量モータ等が接続されている電力系統においては、大容量モータの起動時等に大きな電圧変動が生じる。
【０００３】
このような大容量で急変な負荷変動による電圧変動を抑制するのに有効な装置の一つが静止形無効電力補償装置であり、系統電圧が低下している場合には進み無効電力負荷として動作し、また、系統電圧が上昇している場合には遅れ無効電力負荷として動作して系統の電圧変動を補償するものである。
【０００４】
以下に従来の静止形無効電力補償装置（ＳＶＣ）について説明する。図１２は従来の静止形無効電力補償装置を示すものである。２は無効電力制御回路である無効電力発生回路、３は電力系統、１は制御装置、５は電圧計測用変圧器、６は無効電力発生回路用トランス、２２は第１のリアクトル、２３は第２のリアクトル、２４は位相制御スイッチ手段、２５はコンデンサ、１１は電圧検出部、１５は実効値演算部、１２は設定電圧記憶部、１３は電圧一定制御部である。
【０００５】
以上のように構成された従来の静止形無効電力補償装置について、以下その動作について説明する。まず、無効電力負荷として動作する無効電力発生回路２は電力系統３と無効電力発生回路用トランス６を介して低圧側に接続されている。電圧計測用変圧器５に印加された電力系統３の系統電圧に対応した電圧実効値を電圧検出部１１及び実効値演算部１５で検出し、系統電圧が低下した場合は、電圧一定制御部１３により無効電力発生回路２の位相制御スイッチ手段２４を制御して、進み無効電力負荷として動作し、逆に電圧が上昇した場合には、遅れ無効電力負荷として動作して系統電圧が設定電圧記憶部１２の設定電圧を維持するように電圧一定制御を行う。具体的には、電圧計測用変圧器５の出力は電圧検出部１１を通して電圧時間波形に変換後、実効値演算部１５に入力され系統電圧値に変換され、その出力は電圧一定制御部１３に入力し電力系統３の電圧が設定電圧になるように無効電力発生回路２を制御する。具体的には実効値演算部１５の出力が設定電圧記憶部１２の電圧設定値と比較され、その差分が電圧一定制御部１３に入力される。電圧一定制御部１３では電圧差分値が０になるように位相制御スイッチ手段２４を制御して無効電力制御を行う。
【０００６】
このようにして無効電力を電力系統に供給することにより、電力系統３の系統電圧の変動を抑制することができる。
【０００７】
以上のように、静止形無効電力補償装置によって電力系統３の電圧を一定にするためには電力系統３の電圧を検出することが不可欠であり、高電圧対応の電圧計測用変圧器５をトランス６の一次側に接続する必要があった。通常この電圧計測用変圧器自身が高価であるとともに高電圧のかかる一次側に絶縁設計が必要なため無効電力補償装置のコスト低減のネックとなっていた。また、電圧計測用変圧器５を外付けの場合、無効電力補償装置を電力系統３に設置するときに電圧計測用変圧器５を高電圧線に接続する作業が発生し危険を伴っていた。
【０００８】
以上、静止形無効電力補償装置について述べたが、他の自励式無効電力補償装置（ＳＶＧ）や段階的な電圧制御を行う機器、たとえば単体或いは複数のコンデンサとスイッチ素子で電圧制御を行う装置や、単体或いは複数のリアクトルとスイッチ素子で電圧制御を行う装置などでも同様な問題が発生する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で説明したように、無効電力補償装置によって電力系統の電圧を一定にするためには電力系統の電圧を検出することが不可欠であり、高電圧対応の電圧計測用変圧器を電力系統に接続する必要がある。通常この電圧計測用変圧器自身が高価であるとともに高電圧のかかる一次側に絶縁設計が必要なため無効電力補償装置のコスト低減及び小型化の課題となっていた。また、電圧計測用変圧器を外付けの場合、無効電力補償装置を電力系統に設置するときには電圧計測用変圧器を高電圧線に接続する作業が発生し危険を伴う問題点があった。
【００１０】
この発明は、上記従来の問題点を解決するもので、電力系統上の設置点電圧を計測する電圧計測用変圧器を必要としない無効電力補償装置を提供し、低コスト化を図りながら設置時の高電圧配線という危険な作業工数を低減できる無効電力補償装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の無効電力補償装置は、電力系統に接続されて無効電力発生量を制御する無効電力制御回路と、電力系統の電圧を検出する電圧検出部と、無効電力制御回路の無効電流を検出する電流検出部と、設定電圧を記憶し設定電圧を変更可能な設定電圧記憶部と、電圧検出部の出力および電流検出部の出力より電力系統の電圧予測値を演算する検出電圧予測部と、この検出電圧予測部の出力する電圧予測値を入力し電力系統の電圧が設定電圧になるように無効電力制御回路を制御する電圧一定制御部とを備え、電圧検出部は、電力系統に接続した１次巻線と、無効電力制御回路に接続した２次巻線と、電力系統の電圧を変圧して出力する３次巻線からなる３巻線トランスを用いたものである。
【００１４】
請求項１記載の無効電力補償装置によれば、電力系統上の設置点電圧を計測する電圧計測用変圧器を使用せずに電力系統の電圧を制御することができ、低コスト化をはかりながら設置時の高電圧配線という危険な作業工数を低減できる無効電力補償装置を提供することができる。
【００１５】
また、その際に問題となる電力系統の電圧を計測するための３巻線トランスの３次側出力電圧がトランスの通過電流に依存して変動する場合にもその電圧変動分を補正することで正確な電力系統上の電圧を予測することができる。すなわち、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。
【００１６】
請求項２記載の無効電力補償装置は、請求項１において、検出電圧予測部が、電圧検出部の出力により電圧実効値を演算する電圧実効値演算部と、電流検出部の出力より電流実効値を演算する電流実効値演算部と、電流検出部の出力および電圧検出部の出力の電圧電流位相差を演算する電圧電流位相差演算部の少なくとも１つ以上からなる第１の演算手段と、電圧実効値演算部の出力と電流実効値演算部の出力と電圧電流位相差演算部の出力を補正して電力系統の電圧予測値を出力する補正手段を備えたものである。
【００１７】
請求項２記載の無効電力補償装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、請求項１における検出電圧予測部の演算処理過程を第１の演算手段と補正手段に独立分離化できるため、システム構成の目標に合わせて検出電圧の補正方式を演算処理部単位で入れ替えが容易となる。例えば、検出電圧予測部をハードウェアで実現する場合に第１の演算手段と補正手段間の信号線仕様を定めて補正手段を単純に入替えるだけで、補正手段を目標の処理速度や処理精度に変更することが自由にできる。
【００１８】
すなわち、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができると同時に、制御処理の高速化や高精度化への変更を低コストで実現できる無効電力補償装置を提供することができる。
【００１９】
請求項３記載の無効電力補償装置は、請求項２において、第１の演算手段が、電圧検出部の出力より検出電圧実効値を演算する検出電圧実効値演算部と、電流検出部の出力及び電圧検出部の出力より有効電流値を演算する有効電流演算手段と、電流検出部の出力及び電圧検出部の出力より遅れ無効電流であるか進み無効電流であるかを考慮した無効電流値を演算する無効電流演算手段を備えたものである。
【００２０】
請求項３記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、請求項１に記載の３巻線トランス３次側出力電圧のトランスの通過電流に依存した電圧変動分を補正することができ、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。またその際に通過電流中の有効電流成分も考慮した高精度な補正演算をすることができる。また、無効電力補償装置以外の発電装置など電力供給装置にも一般的に適用することができる。
【００２１】
請求項４記載の無効電力補償装置は、請求項２において、第１の演算手段が、電圧検出部の出力を入力し検出電圧実効値を出力する検出電圧実効値演算部と、電流検出部の出力を入力し検出電流実効値を出力する検出電流実効値演算手段と、電流検出部の出力及び電圧検出部の出力を入力し無効電力発生回路が発生している無効電流が進みまたは遅れのどちらであるかという進み遅れ判定結果を出力する電流位相判定手段を備えたものである。
【００２２】
請求項４記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、通常の無効電力補償装置のように３巻線トランスの通過電流中の有効電流成分が少ない場合、演算処理を飛躍的に軽減しながら、請求項1に記載の３巻線トランス３次側出力電圧のトランスの通過電流に依存した電圧変動分を補正することができ、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。
【００２３】
請求項５記載の無効電力補償装置は、請求項２において、第１の演算手段が、電圧検出部の出力を入力し検出電圧実効値を出力する検出電圧実効値演算部と、電流検出部の出力を入力し検出電流実効値を出力する検出電流実効値演算手段と、電流検出部の出力及び電圧検出部の出力を入力し、その電圧電流位相差を出力する電圧電流位相差演算手段を備えたものである。
【００２４】
請求項５記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、第１の演算手段において、有効電流及び無効電流を演算せずに請求項1に記載の３巻線トランス３次側出力電圧のトランスの通過電流に依存した電圧変動分を補正することができ、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。また、特定の条件下、例えば３巻線トランスを通過する電流の力率がほぼ一定である場合や、電流中の有効電流成分が少ない場合において第１の演算手段での演算負担を大幅に軽減することができる。
【００２５】
請求項６記載の無効電力補償装置は、請求項２において、第１の演算手段が、電圧検出部の出力を入力し検出電圧実効値を出力する検出電圧実効値演算部と、電流検出部の出力を入力し検出電流実効値を出力する検出電流実効値演算手段と、電流検出部の出力及び電圧検出部の出力を入力し、その無効電力値に遅れ無効電力であるか進み無効電力であるの情報を符号として加えた符号付無効電力値を出力する符号付無効電力演算手段と、３巻線トランスを通過する有効電流値を記憶する有効電流記憶部と、検出電流実効値、符号付無効電力値、及び有効電流値を入力し無効電流値に遅れ無効電流であるか進み無効電流であるかの情報を符号として加えた符号付無効電流値を出力する符号付無効電流演算部を備えたものである。
【００２６】
請求項６記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、請求項３における有効電流及び無効電流を演算する一般的な演算手段に比べて特定の条件下例えば３巻線トランスを通過する有効電流がほぼ一定である場合や、特に電流中の有効電流成分が少ない場合において、検出電圧補正部での演算負担を大幅に軽減することができる。また、無効電力計測装置などの一般的な機器類を処理過程に利用することができる。
【００２７】
請求項７記載の無効電力補償装置は、請求項２において、補正手段が、３巻線トランスの通過電流により発生する３巻線トランスの３次側検出電圧の変化値をモデル化した際に電力系統の予測電圧演算式中に定数として現れる定数パラメータを設定保持する第１の電圧補正データ記憶部と、第１の演算手段より出力される変数値の組合せ及び定数パラメータを入力し、予測電圧演算式にあてはめることで電力系統の電圧予測値を出力する第１の電圧補正手段を備えたものである。
【００２８】
請求項７記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、３巻線トランスの通過電流により発生する３巻線トランスの３次側検出電圧の変化値をモデル化した際の電力系統の予測電圧演算式と３巻線トランスのインピーダンス設計値から電力系統の直接的な電圧予測が可能となる。また、特定の条件下での予測電圧演算式の近似式を作成し適用することで目的とする精度に合わせた電圧予測を理論的に無駄無く高速に演算可能である。また、３巻トランスを他の特性を持つものに変更した場合にも、インピーダンス設計値を設定し直すだけで対処可能となる。
【００２９】
請求項８記載の無効電力補償装置は、請求項２において、補正手段が、第１の演算手段より出力される変数値の組合せを変数とした３巻線トランス３次側の出力電圧変化値を出力電圧変化値テーブルとして保持する第２の電圧補正データ記憶部と、第１の演算手段より出力される変数値の組合せ及び出力電圧変化値テーブルを入力し３巻線トランスの通過電流により発生する３巻線トランス３次側の出力電圧変化分を補正し電力系統の電圧予測値を出力する第４の電圧補正手段を備えたものである。
【００３０】
請求項８記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、第１の演算手段より出力される３巻線トランスを通過する電圧電流情報である変数値の組合せ値を変数とする３巻線トランス３次側の出力電圧変化値テーブルを保持するだけで、３巻線トランスの通過電流が大きくなった場合など、トランスのインピーダンス降下に線形性が失われてそのインピーダンス降下を簡単な数式では表現できない場合、高速かつ容易に、請求項１に記載の３巻線トランス３次側出力電圧のトランスの通過電流に依存した電圧変動分を補正することができ、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。また、実測値をテーブルとして保持した場合には上記に加えて３巻線トランスの設計値からのずれを容易に吸収できる。
【００３１】
請求項９記載の無効電力補償装置は、請求項２において、補正手段が、第１の演算手段より出力される変数値の組合せに対する３巻線トランスの３次側出力電圧及び電力系統の電圧を実測して決定した、第１の演算手段より出力される１組の変数値から電力系統の予測電圧を算出する多項式関数の係数群を保持する第３の電圧補正データ記憶部と、第１の演算手段より出力される変数値の組合せ及び多項式関数の係数群とを入力し多項式関数にあてはめることで電力系統の電圧予測値を出力する第５の電圧補正手段を備えたものである。
【００３２】
請求項９記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、３巻線トランスの通過電流が存在する時の３巻線トランスの３次側出力電圧から電力系統の電圧を予測する予測電圧演算式が理論的に導き出せない場合や、理論モデルより導き出された予測電圧演算式が実際と合わない場合や、実機の設計値からのずれが発生している場合などに、必要な精度に合わせて電力系統の電圧予測が可能となり、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。また、テーブル方式などで必要な補間処理を行わなくても連続的に電力系統の電圧予測が可能となる。
【００３３】
請求項１０記載の無効電力補償装置は、無効電力発生量を制御できる無効電力制御回路と、１次巻線を電力系統に接続し、２次巻線を無効電力制御回路に接続し、３次巻線で電力系統の電圧を変圧出力する３巻線トランスと、この３巻線トランスの１次側または２次側に設置された変流器と、３巻線トランスのインピーダンス特性を模擬する等価抵抗及び等価リアクタンスで構成され変流器の出力を入力することで回路両端間にインピーダンス降下電圧を発生するインピーダンス降下検出回路と、インピーダンス降下電圧を入力し３巻線トランスのインピーダンス降下電圧を出力する検出部と、３巻線トランスの３次側出力電圧とインピーダンス降下電圧とを入力してベクトル合成電圧を出力する電圧加算部と、ベクトル合成電圧を入力する電圧検出部と、電圧検出部の出力を入力し電力系統の電圧実効値を出力する実効値演算部と、設定電圧を記憶し設定電圧を変更可能な設定電圧記憶部と、実効値演算部の出力を入力し電力系統の電圧が設定電圧になるように無効電力制御回路を制御する電圧一定制御部とを備えたものである。
【００３４】
請求項１０記載の無効電力補償装置によれば、電力系統上の設置点電圧を計測する電圧計測用変圧器を使用せずに電力系統の電圧を制御することができ、低コスト化をはかりながら設置時の高電圧配線という危険な作業工数を低減できる無効電力補償装置を提供することができる。
【００３５】
また、その際に問題となる電力系統の電圧を計測するための３巻線トランスの３次側出力電圧がトランスの通過電流に依存して変動する場合にもその電圧変動分を補正することで正確な電力系統上の電圧を予測することができる。すなわち、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。
【００３６】
また、３巻線トランスの通過電流によるインピーダンス降下をアナログ回路的に模擬し、３巻線トランスの３次側計測電圧をベクトル的に補正している為、請求項１、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項８、請求項９で不可欠な検出電圧補正部での数値演算処理を不要としながら、３巻線トランスの通過電流中に有効電流成分及び無効電流成分が任意に含まれていても高速かつ正確に計測電圧の補正処理を行うことができる。
【００３７】
さらに、本請求項の方式は、従来の制御装置にインピーダンス降下検出回路と、検出部と、電圧加算部のみを追加するだけでその他の変更無しに電圧計測用変圧器を無くすことができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
この発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。図１はこの発明の第１の実施の形態を示し、これは請求項１から請求項９に対応するものである。
【００３９】
図１において、１は制御装置、２は無効電力制御回路である無効電力発生回路、３は電力系統、１１は電圧検出部、１５は実効値演算部、１２は設定電圧記憶部、１３は電圧一定制御部であり、以上は従来の構成と同様なものである。また無効電力発生回路２の構成も従来例と同じであり、同じ要素に同一符号を付している。従来の構成と異なるのは、無効電力発生回路用２巻線トランス６の代わりに３巻線トランス４を使用し、従来の電圧計測用変圧器５を無くしたことである。
【００４０】
すなわち、３巻線トランス４は電力系統３と無効電力発生回路２とを接続するとともに電力系統３の電圧を変圧して電圧検出部１１に出力している。この実施の形態では、３巻線トランス４の１次側を電力系統に、２次側を無効電力発生回路２に、３次側を電圧検出部１１にそれぞれ接続しているが、２次側と３次側は呼び方の違いにより入れ替え可能である。無効電力発生回路２は、３巻線トランス４の２次側に接続されて無効電力発生量を制御するもので、実施の形態ではコンデンサ２５とリアクトル２２，２３と半導体スイッチ手段である位相制御スイッチ手段２４とからなる。電圧検出部１１は、電力系統３の電圧を検出するもので、電力系統３の電圧を変圧する３巻線トランス４の３次側出力を入力している。設定電圧記憶部１２は設定電圧を記憶し設定電圧を変更可能なものである。実効値演算部１５は、電圧検出部１１が出力する電圧時間波形を入力し、その実効値を出力する。電圧一定制御部１３は、実効値演算部１５の出力を入力し電力系統３の電圧が設定電圧になるように位相制御スイッチ手段２４を制御する。
【００４１】
上記のように構成された第１の実施の形態では、静止形無効電力補償装置（ＳＶＣ）は、３巻線トランス４の３次側に変圧出力される電力系統電圧を電圧検出部１１及び実効値演算部１５で実効値検出し、設定電圧記憶部１２の設定電圧を基準値として電圧一定制御部１３で電圧一定制御を行う。これにより、従来でも必要であった無効電力発生回路用トランスを３巻線トランス６に置き換えるだけで、従来では不可欠であった電力系統３の電圧計測用の変圧器が不要となる。すなわち、低コスト化をはかりながら設置時の高電圧配線という危険な作業工数を低減できる無効電力補償装置を提供することができる。
【００４２】
（第２の実施の形態）
この発明の第２の実施の形態を図２、図３、図４、及び図５に基づいて説明する。図２及び図３はこの発明の第２の実施の形態を示し、これは請求項１、請求項２、請求項３、及び請求項７に対応するものである。図２において、７は制御装置、２は無効電力発生回路、３は電力系統、１１は電圧検出部、１２は設定電圧記憶部、１３は電圧一定制御部、以上は従来の構成と同様なものである。また無効電力発生回路２の構成は従来例と同じであり、同じ要素に同一符号を付している。従来の構成と異なるのは、無効電力発生回路用の２巻線トランス６の代わりに３巻線トランス４を使用し、従来の電圧計測用変圧器５を無くしたこと、並びに変流器８と、電流検出部１４と、検出電圧予測部である検出電圧補正部７５とを追加したことである。また、図３において、７５は検出電圧補正部、９０は第１の演算手段、９１は補正手段、７６は電流検出部１４の出力に含まれる電流実効値情報および電流検出部１４と電圧検出部１１の両出力から演算される電圧電流位相差情報をもとに有効電流値を演算する有効電流演算手段、７７は検出電圧実効値演算部、７８は第１の電圧補正データ記憶部、８０は電流検出部１４の出力に含まれる電流実効値情報および電流検出部１４と電圧検出部１１の両出力から演算される電圧電流位相差情報をもとに進みまたは遅れの符号情報を付加した無効電流値を演算する符号付無効電流演算手段、７９は第１の電圧補正手段である。
【００４３】
すなわち、３巻線トランス４は電力系統３と無効電力発生回路２とを接続するとともに電力系統３の電圧を変圧して電圧検出部１１に出力している。この実施の形態では、３巻線トランス４の１次側を電力系統３に、２次側を無効電力発生回路２に、３次側を電圧検出部１１にそれぞれ接続しているが２次側と３次側は呼び方の違いにより入れ替え可能である。無効電力発生回路２は、３巻線トランス４の２次側に接続されて無効電力発生量を制御するもので、実施の形態ではコンデンサ２５とリアクトル２２，２３と半導体スイッチ手段である位相制御スイッチ手段２４とからなる。電圧検出部１１は、電力系統３の電圧を検出するもので、電力系統３の電圧を変圧する３巻線トランス４の３次側出力を入力している。電流検出部１４は無効電力発生回路２の入力電流を検出するもので変流器８の出力を入力している。検出電圧補正部７５は３巻線トランス４を通過する電流による３巻線トランス４の３次側出力の電圧変化を補正するもので、電流検出部１４の出力及び電圧検出部１１の出力を入力し、電力系統３の正確な予測電圧値を出力している。検出電圧実効値演算部７７は、電圧検出部１１が出力する電圧時間波形を入力し、その実効値Ｖ１  を出力する。有効電流演算手段７６は、電圧検出部１１が出力する電圧時間波形及び電流検出部１４が出力する電流時間波形を入力して両時間波形より有効電流値Ｉｐを出力する。符号付無効電流演算手段８０は、電圧検出部１１が出力する電圧時間波形及び電流検出部１４が出力する電流時間波形を入力して両時間波形よりその無効電流値に遅れ無効電流であるか進み無効電流であるかの情報を符号として加えた符号付無効電流値Ｉｑを出力する。第１の電圧補正データ記憶部７８は、３巻線トランス４の通過電流により発生する３巻線トランス４の３次側検出電圧の変化値をモデル化した際に電力系統３の予測電圧演算式中に定数として現れる定数パラメータを設定保持する。第１の電圧補正手段７９は、第１の演算手段９０より出力される変数値（Ｉｐ，Ｉｑ，Ｖ１  ）の組合せ及び第１の電圧補正データ記憶部７８に保持された定数パラメータを入力し、電力系統３の予測電圧値を出力する。設定電圧記憶部１２は設定電圧を記憶し設定電圧を変更可能なものである。電圧一定制御部１３は、検出電圧補正部７５の出力を入力し電力系統３の電圧が設定電圧になるように位相制御スイッチ手段２４を制御する。
【００４４】
すなわち、無効電力発生回路２に入力される電流が３巻線トランス４に流れることにより発生する電圧検出部１１での電圧計測誤差を検出電圧補正部７５で補正することで、電力系統３の正確な電圧値を予測し、電力系統３を常に設定電圧記憶部１２に設定された電圧に制御する。
【００４５】
図４に検出電圧補正部７５の処理原理を示す。図４は、３巻線トランス４の１次側に電力系統３を接続し、同様に無効電力発生回路２を２次側に、同様に電圧検出部１１を３次側に接続した場合を示す。また、３巻線トランス４は理想トランス要素４１及び等価インピーダンス４２で表現している。等価インピーダンス４２は等価抵抗Ｒ（４３）と等価リアクタンスＸ（４４）とから構成される。３巻線トランス４の１次側に電圧ＶＴ  （４７）が加えられ、無効電力発生回路２への入力電流Ｉ２  （４６）が発生している時、３巻線トランス４の１次側の通過電流がＩ（３巻線トランス４を通過する皮相電流：４５）であり、理想トランス４１の１次側電圧をＶ１  （４９）とする。この時、１次側電圧Ｖ１  （４９）のトランス３次側出力電圧Ｖ３  （４８）を電圧検出部１１に入力している。３巻線トランス４の３次側電流は電圧検出部１１で消費されるだけなのでほぼ０であり、Ｖ１  ＝ａＶ３  で表されるので（ａは３巻線トランス１次側／３次側巻線比）、Ｖ３  （４８）でＶ１  （４９）を正確に測定可能である。この場合、電力系統３の電圧ＶＴ  （４７）を３巻線トランス３次側での計測電圧Ｖ１  で表現すると、予測電圧演算式すなわち電圧補正式は、▲１▼式又は▲２▼式となる。
【００４６】
0003590276.tif 000002
φは理想トランス４１の１次側電圧Ｖ１（４９）と１次側通過電流Ｉ（４５）との力率角度（符号は進み側を正とする）、ＩｐはＩの有効電流、ＩｑはＩの符号（進みを正とする）付無効電流とする。また、電力系統３の電圧が十分大きい場合は、▲３▼式のように近似できる。すなわち、３巻線トランス４の等価インピーダンス値４２を定数とし、３巻線トランス４の１次側通過電流Ｉ（４５）、電圧検出部１１により計測した３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１  （４９）及びＩ（４５）とＶ１  （４９）との位相角を変数として、電力系統３の電圧ＶＴ  （４７）を正確に演算することができる。図５は３巻線トランス出力電圧降下の通過電流特性（出力電圧降下率（％））、すなわち３巻線トランス４の通過電流が変動した場合の３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１（４９）と電力系統３との電圧差グラフを示す（通過電流の力率はほぼ０の状態とする）。
【００４７】
上記のように構成された静止形無効電力補償装置について、以下その動作を説明する。すなわち、この第２の実施の形態でも従来例と同じように設定電圧記憶部１２の設定電圧を基準値として、電圧一定制御部１３で電圧一定制御を常時行う。それに加えて第２の実施の形態では、無効電力発生回路用２巻線トランス６の代わりに３巻線トランス４を使用し、その３次側出力電圧を電圧検出部１１にてレベル変換し、電圧時間波形を計測すると同時に電流検出部１４にて変流器８により検出した３巻線トランス４の１次側通過電流を電圧変換した電流時間波形を検出する。そして、検出電圧補正部７５の有効電流演算手段７６で上記の電圧時間波形及び電流時間波形からその有効電流成分Ｉｐを演算し、同様に符号付無効電流演算手段８０で電圧時間波形及び電流時間波形から、無効電流成分Ｉｑを演算すると同時にその無効電流が遅れ無効電流であるか進み無効電流であるかを判定し、進みであれば正符号の無効電流値を出力し、反対に遅れであれば負符号の無効電流値を出力する。また、検出電圧補正部７５の検出電圧実効値演算部７７で上記の電圧時間波形から３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１  （４９）を演算する。そして、３巻線トランス４の３次側検出電圧の降下をモデル化した際に電圧補正式（▲１▼式、▲２▼式、▲３▼式など）中に定数として現れる定数パラメータ（図４の例では３巻線トランス４の等価インピーダンスの抵抗成分Ｒ及びリアクタンス成分Ｘ）を第１の電圧補正データ記憶部７８に予め設定保持しておき、第１の電圧補正手段７９において、上記の定数パラメータと、電圧補正式（▲１▼式、▲２▼式、▲３▼式など）に含まれる変数（図３の例では有効電流成分Ｉｐ、無効電流成分Ｉｑ及び３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１  ）からモデルの電圧補正式（図３の例では▲２▼式）に基づいて電力系統３の電圧ＶＴ  （４７）を演算するという特徴がある。
【００４８】
これにより、電力系統３の電圧を計測するための３巻線トランス４の３次側出力電圧がトランス４の通過電流に依存して変動する場合にもその電圧変動分を補正することで正確な電力系統３上の電圧を予測することができる。
【００４９】
またその際に、請求項３のように有効電流値を検出することにより、通過電流中の有効電流成分も考慮した高精度な補正演算をすることができる。すなわち、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統３を目標の設定電圧で正確に制御することができる。また、無効電力補償装置以外の発電装置などの電力供給装置にも一般的に適用することができる。
【００５０】
また、請求項７のように、３巻線トランス４の３次側検出電圧の変化値をモデル化し電力系統電圧の予測演算式中に現れる定数をパラメータ保持する方式にすることで、３次側電圧変動値を実測せずとも、３巻線トランス４のインピーダンス設計値のみから電力系統３の直接的な電圧予測が可能となる。また、３巻トランス４を他の特性を持つものに変更した場合にも、インピーダンス設計値を設定し直すだけで対処可能となる。また電力系統３の電圧が通常の配電系統の定格電圧（６６００Ｖ程度）以上の場合では電力系統３の電圧ＶT （４７）を演算する際に丸３式の１次近似式を用いることができるように、特定の条件下での予測電圧演算式の近似式を作成し適用することで：目的とする精度に合わせた電圧予測を理論的に無駄無く高速に演算可能である。すなわち、演算処理の負担を大幅に軽減することができる。
【００５１】
また、請求項２のように、検出電圧補正部７５を第１の演算手段９０と補正手段９１に演算処理過程を独立分離するため、システム構成の目標に合わせて検出電圧の補正方式（請求項７、請求項８、請求項９など）を演算処理部単位で入れ替えが容易となる。例えば、検出電圧補正部７５をハードウェアで実現する場合に第１の演算手段９０と補正手段９１間の信号線仕様を定めて補正手段９１を単純に入替えるだけで、補正手段９１を目標の処理速度や処理精度に変更することが自由にできる。すなわち、制御処理の高速化や高精度化への変更を低コストで実現できる無効電力補償装置を提供することができる。
【００５２】
また、通常の無効電力補償装置のように３巻線トランス４の通過電流に有効電流成分が極端に少ない場合や、無効電力補償装置以外の電力供給装置で有効電力または無効電力の何れかが一定の場合などは図５の３巻線トランス出力電圧降下の通過電流特性は単純な線形関数のグラフになる。すなわち、３巻線トランス出力電圧を２点以上実測することにより、容易に電圧補正用定数パラメータを決定できると共に、３巻線トランス４の設計値を用いる場合よりも、製造誤差を含まないより正確な電力系統３の電圧予測も可能となる。
【００５３】
以上のように、第２の実施の形態によれば、電力系統３上の設置点電圧を計測する電圧計測用変圧器を使用せずに電力系統の電圧を制御することができ、低コスト化をはかりながら設置時の高電圧配線という危険な作業工数を低減できる無効電力補償装置を提供することができる。また、その際に問題となる電力系統の電圧を計測するための３巻線トランス４の３次側出力電圧がトランス４の通過電流に依存して変動する場合にもその電圧変動分を補正することで正確な電力系統上の電圧を予測することができる。すなわち、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統３を目標の設定電圧で正確に制御することができる。
【００５４】
（第３の実施の形態）
この発明の第３の実施の形態を図２及び図６に基づいて説明する。図６はこの発明の第３の実施の形態を示し、これは請求項４に対応するものである。
【００５５】
図２及び図６において、各構成は検出電圧補正部７５の一部を除いて第２の実施の形態と同じであり、検出電圧補正部７５での有効電流演算手段７６、符号付無効電流演算手段８０、及び、第１の電圧補正手段７９の機能を検出電流実効値演算手段６１、電流位相判定手段６２、及び第２の電圧補正手段７９１で実現していることを特徴としている。
【００５６】
この第３の実施の形態における検出電圧補正部７５は通常の無効電力補償装置のように３巻線トランス４を通過する電流の有効電流成分が少ない場合、３巻線トランス４の３次側出力の電圧変化を効率的に補正するもので、検出電流実効値演算手段６１は電流検出部１４の出力する電流時間波形を入力し検出電流の実効値Ｉを出力する。電流位相判定手段６２は電流検出部１４の出力する電流時間波形と電圧検出部１１の出力する電圧時間波形を入力して電流時間波形が電圧時間波形に対して進みまたは遅れのどちらであるかという進み遅れ判定結果を出力する。検出電圧実効値演算部７７は電圧検出部が出力した電圧時間波形の実効値を出力する。第１の電圧補正データ記憶部７８は３巻線トランス４のインピーダンス特性パラメータを設定保持する。第２の電圧補正手段７９１は第１の演算手段９０から出力される検出電圧実効値、検出電流実効値、進み遅れ判定結果及び３巻線トランス４のインピーダンス特性パラメータを入力し、通過電流により発生する３巻線トランス３次側の出力電圧変化分を補正する。
【００５７】
第３の実施の形態によれば、通常の無効電力補償装置、すなわち３巻線トランス４を通過する電流の有効電流成分が少ない場合において、第２の電圧補正手段７９に入力する変数、すなわち検出電流実効値、検出電圧実効値及び進み遅れ判定結果）を以下のように演算する。
【００５８】
まず、検出電流実効値演算手段６１では、入力した電流時間波形から電圧時間波形との位相は考慮せずに独立に検出電流実効値を算出する。同様に検出電圧実効値演算部７７では、入力した電圧時間波形から電流時間波形との位相は考慮せずに独立に検出電圧実効値を算出する。また、電流位相判定手段では、電流時間波形が電圧時間波形に対して進みまたは遅れのどちらであるかという進み遅れ判定結果を演算する。その際、検出電圧時間波形及び検出電流時間波形の特定のタイミング、例えば電圧時間波形の位相角度０の時での電流時間波形値の正負判定を行い、判定が正の場合には進み無効電流とみなし、逆に負の場合には遅れ無効電流とみなす。次に、第２の電圧補正手段７９１では、検出電流実効値、検出電圧実効値、進み遅れ判定結果及び３巻線トランス４のインピーダンス特性パラメータ値を▲１▼式または▲２▼式または▲３▼式の何れかの補正式に代入して電力系統の予測電圧を求める。但し、▲１▼の補正式を用いる場合にはｃｏｓφの項は０となるため省略し、進み遅れ判定結果が進みの場合は力率角φがπ／２よりｓｉｎφ＝１とし、進み遅れ判定結果が遅れの場合は力率角φが−π／２よりｓｉｎφ＝−１とした補正式を使用する。同様に▲２▼式または▲３▼式の補正式を用いる場合にはＩｐの項は０となるため省略し、進み遅れ判定結果が進みの場合は符号付無効電流Ｉｑ＝Ｉとし、進み遅れ判定結果が遅れの場合は符号付無効電流Ｉｑ＝−Ｉとした補正式を使用する。
【００５９】
以上のことから、電流実効値、電圧実効値、電流位相差判定及び電圧補正という検出電圧補正部７５すべての演算処理を飛躍的に軽減しながら電力系統の正確な電圧を予測することができる。更に、検出する電流時間波形や電圧時間波形に歪みが少ない場合、もしくは検出部で歪みをカットした場合では検出電流実効値や検出電圧実効値を演算する際、各時間波形のピーク値から実効値を求めればさらにトータル演算負担が軽減される。
【００６０】
以上のように、第３の実施の形態によれば、通常の無効電力補償装置、すなわち３巻線トランス４を通過する電流の有効電流成分が少ない場合において、電力系統上の設置点電圧を計測する電圧計測用変圧器を使用せずに電力系統の電圧を制御することができ、低コスト化をはかりながら設置時の高電圧配線という危険な作業工数を低減できる無効電力補償装置を提供することができる。また、その際に問題となる電力系統の電圧を計測するための３巻線トランス４の３次側出力電圧がトランスの通過電流に依存して変動する場合にもその電圧変動分を補正することで正確な電力系統上の電圧を演算処理を飛躍的に軽減しながら予測することができる。
【００６１】
（第４の実施の形態）
この発明の第４の実施の形態を図２及び図７に基づいて説明する。図７はこの発明の第４の実施の形態を示し、これは請求項５に対応するものである。
【００６２】
図７において、各構成は検出電圧補正部７５の一部を除いて第２の実施の形態と同じであり、検出電圧補正部７５を構成する第１の演算手段９０の有効電流演算手段７６及び符号付無効電流演算手段８０を、検出電流実効値演算手段６１及び電圧電流位相差演算手段６３で実現し、また、補正手段９１における第１の電圧補正手段７９を第３の電圧補正手段７９２で実現していることを特徴としている。
【００６３】
この第４の実施の形態における検出電圧補正部７５は第２の実施の形態と同様に３巻線トランス４を通過する電流による３巻線トランス４の３次側出力の電圧変化を補正するもので、検出電流実効値演算手段６１は電流検出部１４の出力する電流時間波形を入力し検出電流の実効値Ｉを出力する。電圧電流位相差演算手段６３は電流検出部１４の出力する電流時間波形と電圧検出部１１の出力する電圧時間波形を入力して電流時間波形の電圧時間波形に対する位相差φを出力する。第３の電圧補正手段７９２は第１の演算手段９０から出力される検出電流の実効値Ｉ、位相差φ、電圧実効値Ｖ１及び第１の電圧補正データ記憶部７８に保持された定数パラメータを入力し、▲１▼式、▲２▼式、または▲３▼式により演算して、電力系統３の電圧予測値を出力する。
【００６４】
第４の実施の形態によれば、第２の実施の形態の第１の演算手段９０のように検出電圧及び検出電流よりその有効電流及び無効電流を演算すること無く電圧補正をすることができる。また、（ａ）特定の条件下、例えば３巻線トランス４を通過する電流の力率がほぼ一定である場合において、検出電圧と検出電流の位相差φは固定となり、演算処理負担を軽減できる。特に電流歪みが少ない場合では検出電流の時間波形のピーク値から実効値を求めればさらにトータル演算負担が削減できる。また、（ｂ）特定の条件下、例えば３巻線トランス４を通過する電流中の有効電流成分が無視できる場合（多くの無効電力補償装置）において、検出電圧時間波形及び検出電流時間波形の特定のタイミングでの波形値の簡単な比較処理で電圧及び電流の位相差φがπ／２、または−π／２のどちらであるかを判定するだけで良い。このため、第１の演算手段９０における演算負担が飛躍的に軽減できる。
【００６５】
すなわち、請求項１のような有効電流及び無効電流を演算すること無く電圧補正することができるとともに、特定の条件下（３巻線トランスを通過する電流の力率がほぼ一定である場合や、電流中の有効電流成分が少ない場合）において、第１の演算手段９０での演算負担を飛躍的に軽減することができる。
【００６６】
（第５の実施の形態）
この発明の第５の実施の形態を図２及び図８に基づいて説明する。図８はこの発明の第５の実施の形態を示し、これは請求項６に対応するものである。
【００６７】
図８において、各構成は検出電圧補正部７５の一部を除いて第２の実施の形態と同じであり、検出電圧補正部７５を構成する第１の演算手段９０の有効電流演算手段７６及び符号付無効電流演算手段８０を、検出電流実効値演算手段６１、符号付無効電力演算手段８１、有効電流記憶部８３及び符号付無効電流演算部８２で実現していることを特徴としている。
【００６８】
この第５の実施の形態における検出電圧補正部７５は第２の実施の形態と同様に３巻線トランス４を通過する電流による３巻線トランス４の３次側出力の電圧変化を補正するもので、検出電流実効値演算手段６１は電流検出部１４の出力する電流時間波形を入力し検出電流の実効値Ｉを出力する。符号付無効電力演算手段８１は、電圧検出部１１が出力する電圧時間波形及び電流検出部１４が出力する電流時間波形を入力して両時間波形よりその無効電流値に遅れ無効電流であるか進み無効電流であるかの情報を符号として加えた符号付無効電力値Ｑを出力する。有効電流記憶部８３は３巻線トランス４の通過電流の有効電流Ｉｐを設定保持して出力する。符号付無効電流演算部８２は、入力した検出電流の実効値Ｉ、符号付無効電力Ｑ、有効電流Ｉｐを入力して検出電流の無効電流Ｉｑを出力する。検出電圧実効値演算部７７は電圧検出部１１が出力した電圧時間波形の実効値Ｖ１を出力する。第１の電圧補正手段７９は、有効電流Ｉｐ、符号付無効電流Ｉｑ、検出電圧の実効値Ｖ１及び第１の電圧補正データ記憶部７８に保持された定数パラメータを入力して電力系統３の正確な予測電圧を出力する。
【００６９】
この第５の実施の形態では第２の実施の形態において、３巻線トランス４の通過電流の有効電流Ｉｐがほぼ一定の場合に適用され、符号付無効電流演算部８２において符号付無効電流Ｉｑの絶対値は入力する検出電流の実効値ＩとＩｐから簡単に求まる。
【００７０】
0003590276.tif 000003
Ｉｑの符号は入力する符号付無効電力Ｑと同じにする。
【００７１】
以上のように、第５の実施の形態によれば、（ａ）特定の条件下、例えば３巻線トランス４を通過する電流の有効電流成分がほぼ一定である場合において、無効電流Ｉｑを演算する場合、電流検出部１１から出力される電流時間波形から電圧との位相を考慮せずに独立に電流実効値Ｉを算出し、▲４▼式により無効電流Ｉｑを演算できるので演算処理負担を軽減できる。特に電流歪みが少ない場合では検出電流の時間波形のピーク値から実効値を求めればさらにトータル演算負担が削減できる。また、（ｂ）特定の条件下、例えば３巻線トランス４を通過する電流中の有効電流成分がほぼ０の場合（多くの無効電力補償装置）においては、（ａ）で演算のＩとＱの符号判定とよりＩｑを簡単に求めることができる。
【００７２】
すなわち、第５の実施の形態によれば、第２の実施の形態における有効電流演算手段７６や符号付無効電流演算手段８０による演算に比べて特定の条件下（３巻線トランスを通過する有効電流がほぼ一定ある場合や、特に電流中の有効電流成分がほぼ０の場合）において有効電流値及び無効電流値の演算負担を飛躍的に軽減することができる。また、無効電力計測装置などの一般的な機器類を符号付無効電力演算部８１の処理過程に活用することができ、無効電力補償装置開発の省力化が可能である。
【００７３】
（第６の実施の形態）
この発明の第６の実施の形態を図９及び図２に基づいて説明する。図９はこの発明の第４の実施の形態を示し、これは請求項８に対応するものである。図９において、各構成は検出電圧補正部７５の補正手段９１を除いて第２の実施の形態と同じであり、補正手段９１での第１の電圧補正データ記憶部７８及び第１の電圧補正手段７９を、第２の電圧補正データ記憶部７８１及び第４の電圧補正手段７９３で実現していることを特徴としている。
【００７４】
この実施の形態では第２の実施の形態と同様に、第１の演算手段９０は検出電流時間波形と検出電圧時間波形を入力して有効電流成分Ｉｐ、符号付無効電流Ｉｑ及び３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１  を出力する。第２の電圧補正データ記憶部７８１は、第１の演算手段９０から出力されるパラメータを変数とする３巻線トランス４の３次側検出電圧の電圧降下量ΔＶの特性テーブルを予め設定保持しておく。第４の電圧補正手段７９３は、第１の演算手段９０から出力されるパラメータ（有効電流成分Ｉｐ、符号付無効電流Ｉｑ及び３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１）及び３次側検出電圧の電圧降下量ΔＶの特性テーブルを入力して３巻線トランス４の電圧降下量ΔＶを離散的なテーブル値より補完演算して決定する。そして、３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１  に上記のΔＶを加えることにより電力系統３の電圧ＶＴ  （４７）を決定する。
【００７５】
すなわち、この発明の第４の実施の形態によれば、図５に示すグラフデータのような３巻線トランス４を通過する有効電流値及び符号付無効電流値に対応する３巻線トランス３次側の出力電圧変化値テーブルを保持するだけで３巻線トランス４の通過電流が大きくなった場合などトランスのインピーダンス降下量に線形性が失われて３巻線トランス４の通過電流の簡単な数式では表現できない場合、高速かつ容易に、請求項１に記載の３巻線トランス３次側出力電圧のトランスの通過電流に依存した電圧変動分を補正することができ、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。
【００７６】
なお、実測値をテーブルとして保持した場合には上記に加えて３巻線トランス４の設計値からのずれを容易に吸収できる。また、請求項７に記載のモデルから決定される電力系統の予測電圧演算式からテーブルを作成することもできる。
【００７７】
（第７の実施の形態）
この発明の第７の実施の形態を図１０及び図２に基づいて説明する。図１０はこの発明の第７の実施の形態を示し、これは請求項９に対応するものである。
【００７８】
図１０において、各構成は検出電圧補正部７５の補正手段９１を除いて第２の実施の形態と同じであり、補正手段９１での第１の電圧補正データ記憶部７８及び第１の電圧補正手段７９を、第３の電圧補正データ記憶部７８２及び第５の電圧補正手段７９４で実現していることを特徴としている。
【００７９】
この実施の形態では第２の実施の形態と同様に、第１の演算手段９０は検出電流時間波形と検出電圧時間波形を入力して有効電流成分Ｉｐ、符号付無効電流Ｉｑ及び３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１  を出力する。第３の電圧補正データ記憶部７８２は、第１の演算手段９０より出力される複数のパラメータ値から電力系統の電圧を予測補正する多項式関数の係数を設定保持する。第５の電圧補正手段７９４は、第１の演算手段９０から出力されるパラメータ値（有効電流成分Ｉｐ、符号付無効電流Ｉｑ及び３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１  ）及び多項式関数の係数を入力して電力系統電圧を算出する多項式に入力パラメータ値を代入して電力系統３の電圧ＶＴ  （４７）を決定する。
【００８０】
この実施の形態では、第１の演算手段９０から出力されるパラメータ値（この例では有効電流成分Ｉｐ、符号付無効電流Ｉｑ及び３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１  を選択しているが、最低限、３巻線トランス通過電流の皮相電流値及びその電流の電圧との位相関係を含む情報であれば良い）を変化させた時の３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１  と実際の電力系統３の電圧を同時に計測し、選定した入力パラメータから電力系統３の電圧が必要な精度で求まるように適切な次数で多項式近似式を想定し、最小二乗法などによりその係数を決定後、第３の電圧補正データ記憶部７８２に設定保持する。一例として、設計値通りのインピーダンスを持つ３巻線トランス４の場合、入力パラメータを有効電流成分Ｉｐ、符号付無効電流Ｉｑ及び３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１  として選定し一次近似式を想定すると、▲３▼式と等価な補正式として多項式係数が決定される。そして、第５の電圧補正手段７９４では、入力した有効電流成分Ｉｐ、符号付無効電流Ｉｑ及び３巻線トランス４の１次側電圧Ｖ１  のパラメータ値を、電力系統電圧を算出する多項式関数に代入して電力系統３の電圧ＶＴ  （４７）を決定する。
【００８１】
例えば、多項式関数をｆ（Ｖ１  ，Ｉｐ，Ｉｑ）と置いた場合、
0003590276.tif 000004
において、上記の一次近似式例の場合、二次以上の係数を０と置き、その他の係数はつぎの通り計算され、ａ０  ＝０、ａ１１＝１、ａ１２＝Ｒ、ａ１３＝−Ｘ
であるから、ＶＴ  ＝Ｖ１  ＋Ｒ・Ｉｐ−Ｘ・Ｉｑ
となる。
【００８２】
すなわち、この発明の第７の実施の形態によれば、３巻トランス４の３次側出力電圧から電力系統３の電圧を補正する補正式が理論的に導き出せない場合や、電圧補正モデルより導き出された補正式が実際と異なる場合や、実機の設計値からのずれが発生している場合などに、必要な電圧補正精度に合わせて電力系統の電圧予測が可能となる。また、テーブル方式などで必要な補間処理を行わなくても連続的に電力系統の電圧予測が可能となる。
【００８３】
（第８の実施の形態）
この発明の第８の実施の形態を図１１及び図４に基づいて説明する。図１１はこの発明の第８の実施の形態を示し、これは請求項１０に対応するものである。
【００８４】
図１１において、２は無効電力発生回路、３は電力系統、１１は電圧検出部、１５は実効値演算部、１２は設定電圧記憶部、１３は電圧一定制御部、以上は従来の構成と同様なものである。また無効電力発生回路２の構成は従来例と同じであり、同じ要素に同一符号を付している。従来の構成と異なるのは、無効電力発生回路用２巻線トランス６の代わりに３巻線トランス４を使用し、従来の電圧計測用変圧器５を無くしたこと及び、変流器８と、インピーダンス降下検出回路９４と、検出部９７と、電圧加算部９８とを追加したことである。
【００８５】
すなわち、３巻線トランス４は電力系統３と無効電力発生回路２とを接続するとともに電力系統の電圧を変圧して電圧加算部９８に出力している。この実施の形態では、３巻線トランス４の１次側を電力系統に、２次側を無効電力発生回路に、３次側を電圧検出部にそれぞれ接続しているが２次側と３次側は呼び方の違いにより入れ替え可能である。無効電力発生回路２は、３巻線トランス４の２次側に接続されて無効電力発生量を制御するもので、実施の形態ではコンデンサ２５とリアクトル２２，２３と半導体スイッチ手段である位相制御スイッチ手段２４とからなる。インピーダンス降下検出回路９４は無効電力発生回路２の入力電流が３巻線トランス４を通過する時に発生するインピーダンス降下を模擬出力するもので変流器８の出力を入力しており、検出部９７ではそのインピーダンス降下量を検出し出力する。電圧加算部９８は電力系統３の電圧を検出するもので、電力系統３の電圧を変圧する３巻線トランス４の３次側出力と検出部９７から出力されるインピーダンス降下量を入力してそれらをベクトル加算し、電力系統３の正確な予測電圧を電圧検出部１１に出力している。電圧検出部１１は、電力系統３の電圧を検出するもので、電力系統３の電圧を変圧する３巻線トランス４の３次側出力を入力している。設定電圧記憶部１２は設定電圧を記憶し設定電圧を変更可能なものである。実効値演算部１５は、電圧検出部が出力する電圧時間波形を入力し、その実効値を出力する。電圧一定制御部１３は、実効値演算部１５の出力を入力し電力系統３の電圧が設定電圧になるように位相制御スイッチ手段２４を制御する。
【００８６】
すなわち、無効電力発生回路２に入力される電流が３巻線トランス４に流れることにより発生する３巻線トランス４のインピーダンス降下分をインピーダンス降下検出回路９４及び検出部９７で模擬的に検出し、３巻線トランス４の３次側電圧にベクトル加算補正することで電力系統３の正確な電圧を予測し、電力系統３を常に設定電圧記憶部１２に設定された電圧に制御する。
【００８７】
上記のように構成された静止形無効電力補償装置について、以下その動作を説明する。すなわち、この第８の実施の形態でも従来例と同じように設定電圧記憶部１２の設定電圧を基準値として電圧一定制御部１３で電圧一定制御を常時行う。それに加えて第８の実施の形態では、無効電力発生回路用２巻線トランス６の代わりに３巻線トランス４を使用し、その３次側出力電圧を電圧加算部９８に出力する。また、第２の実施の形態で説明の３巻線トランス４の等価抵抗Ｒ４３と等価リアクタンスＸ４４とから構成される等価インピーダンス４２と、３巻線トランス４の１次側の通過電流Ｉ（４５）により発生するインピーダンス降下を、３巻線トランス４の１次側通過電流を変流器８により変流出力して、インピーダンス降下回路９４に流すことで模擬する。そして、インピーダンス降下回路９４の両端間に発生するインピーダンス降下分（ベクトル量）を検出部９７により検出する。この際、インピーダンス降下回路９４の両端間に発生するインピーダンス降下分が３巻線トランス４の３次側電圧レベルで模擬出力できるように、変流器８の変流比及びインピーダンス降下回路９４の等価抵抗９５の値と等価リアクタンス９６の値を設定しておく。電圧加算部９８で３巻線トランス４の３次側出力電圧と３巻線トランス４によるインピーダンス降下電圧とをベクトル加算したものを電力系統３の電圧として電圧検出部１１に出力し、電圧検出部１１は入力した電圧を検出して電圧時間波形を実効値演算部１５に出力する。実効値演算部１５は入力した電圧時間波形より電力系統３の電圧実効値ＶＴ  （４７）を演算出力する。
【００８８】
これにより、電力系統の電圧を計測するための３巻線トランス４の３次側出力電圧がトランスの通過電流に依存して変動する場合にもその電圧変動分を補正することで正確な電力系統上の電圧を予測することができる。すなわち、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。
【００８９】
以上のことより、電力系統上の設置点電圧を計測する電圧計測用変圧器を使用せずに電力系統の電圧を制御することができる。また、その際に問題となる電力系統の電圧を計測するための３巻線トランス４の３次側出力電圧がトランスの通過電流に依存して変動する場合にもその電圧変動分を補正することで正確な電力系統上の電圧を予測することができる。すなわち、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。
【００９０】
また、３巻線トランス４の通過電流によるインピーダンス降下をアナログ回路的に模擬し、３巻線トランス４の３次側計測電圧をベクトル的に補正している為、請求項１、請求項３、請求項８、請求項５、請求項６で不可欠な電圧補正のための演算処理を不要としながら、３巻線トランス４の通過電流中に有効電流成分及び無効電流成分が任意に含まれていても高速かつ正確に計測電圧の補正処理を行うことができる。
【００９１】
また、本請求項（第８の実施の形態）の方式は、従来の制御装置にインピーダンス降下検出回路９４と、検出部９７と、電圧加算部９８のみを追加するだけでその他の変更無しに電圧計測用変圧器を無くすことができる。
【００９２】
なお、本実施の形態ではインピーダンス降下をアナログ回路的に模擬しているが、変流器８からの出力を電流検出回路を通してマイクロコンピュータなどに取り込み、あらかじめ設定した等価抵抗値及び等価リアクタンス値からソフトウェア的にインピーダンス降下量を演算することで電力系統３の電圧を予測することも可能である。
【００９３】
なお、本発明の各実施の形態では無効電力発生回路２をＴＣＲ方式の回路例で説明して来たが、他の回路構成においても本発明は適用可能である。例えば、２２、２３のリアクトルとトランス間にさらにリアクトルを追加した回路や、コンデンサやリアクトルを入り切りすることによる無効電力発生回路や、さらに、インバータ制御の無効電力発生回路等である。また、発電機や負荷等の系統連系点の電圧計測にも活用できる。
【００９４】
【発明の効果】
【００９５】
請求項１記載の無効電力補償装置によれば、電力系統上の設置点電圧を計測する電圧計測用変圧器を使用せずに電力系統の電圧を制御することができ、低コスト化をはかりながら設置時の高電圧配線という危険な作業工数を低減できる無効電力補償装置を提供することができる。
【００９６】
また、その際に問題となる電力系統の電圧を計測するための３巻線トランスの３次側出力電圧がトランスの通過電流に依存して変動する場合にもその電圧変動分を補正することで正確な電力系統上の電圧を予測することができる。すなわち、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。
【００９７】
請求項２記載の無効電力補償装置によれば、請求項１と同様な効果のほか、請求項１における検出電圧予測部の演算処理過程を第１の演算手段と補正手段に独立分離化できるため、システム構成の目標に合わせて検出電圧の補正方式を演算処理部単位で入れ替えが容易となる。例えば、検出電圧予測部をハードウェアで実現する場合に第１の演算手段と補正手段間の信号線仕様を定めて補正手段を単純に入替えるだけで、補正手段を目標の処理速度や処理精度に変更することが自由にできる。
【００９８】
すなわち、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができると同時に、制御処理の高速化や高精度化への変更を低コストで実現できる無効電力補償装置を提供することができる。
【００９９】
請求項３記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、請求項２に記載の３巻線トランス３次側出力電圧のトランスの通過電流に依存した電圧変動分を補正することができ、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。またその際に通過電流中の有効電流成分も考慮した高精度な補正演算をすることができる。また、無効電力補償装置以外の発電装置など電力供給装置にも一般的に適用することができる。
【０１００】
請求項４記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、通常の無効電力補償装置のように３巻線トランスの通過電流中の有効電流成分が少ない場合、演算処理を飛躍的に軽減しながら、請求項２に記載の３巻線トランス３次側出力電圧のトランスの通過電流に依存した電圧変動分を補正することができ、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。
【０１０１】
請求項５記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、第１の演算手段において、有効電流及び無効電流を演算せずに請求項２に記載の３巻線トランス３次側出力電圧のトランスの通過電流に依存した電圧変動分を補正することができ、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。また、特定の条件下、例えば３巻線トランスを通過する電流の力率がほぼ一定である場合や、電流中の有効電流成分が少ない場合において第１の演算手段での演算負担を大幅に軽減することができる。
【０１０２】
請求項６記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、請求項３における有効電流及び無効電流を演算する一般的な演算手段に比べて特定の条件下例えば３巻線トランスを通過する有効電流がほぼ一定である場合や、特に電流中の有効電流成分が少ない場合において、検出電圧補正部での演算負担を大幅に軽減することができる。また、無効電力計測装置などの一般的な機器類を処理過程に利用することができる。
【０１０３】
請求項７記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、３巻線トランスの通過電流により発生する３巻線トランスの３次側検出電圧の変化値をモデル化した際の電力系統の予測電圧演算式と３巻線トランスのインピーダンス設計値から電力系統の直接的な電圧予測が可能となる。また、特定の条件下での予測電圧演算式の近似式を作成し適用することで目的とする精度に合わせた電圧予測を理論的に無駄無く高速に演算可能である。また、３巻トランスを他の特性を持つものに変更した場合にも、インピーダンス設計値を設定し直すだけで対処可能となる。
【０１０４】
請求項８記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、第１の演算手段より出力される３巻線トランスを通過する電圧電流情報である変数値の組合せ値を変数とする３巻線トランス３次側の出力電圧変化値テーブルを保持するだけで、３巻線トランスの通過電流が大きくなった場合など、トランスのインピーダンス降下に線形性が失われてそのインピーダンス降下を簡単な数式では表現できない場合、高速かつ容易に、請求項１に記載の３巻線トランス３次側出力電圧のトランスの通過電流に依存した電圧変動分を補正することができ、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。また、実測値をテーブルとして保持した場合には上記に加えて３巻線トランスの設計値からのずれを容易に吸収できる。
【０１０５】
請求項９記載の無効電力補償装置によれば、請求項２と同様な効果のほか、３巻線トランスの通過電流が存在する時の３巻線トランスの３次側出力電圧から電力系統の電圧を予測する予測電圧演算式が理論的に導き出せない場合や、理論モデルより導き出された予測電圧演算式が実際と合わない場合や、実機の設計値からのずれが発生している場合などに、必要な精度に合わせて電力系統の電圧予測が可能となり、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。また、テーブル方式などで必要な補間処理を行わなくても連続的に電力系統の電圧予測が可能となる。
【０１０６】
請求項１０記載の無効電力補償装置によれば、電力系統上の設置点電圧を計測する電圧計測用変圧器を使用せずに電力系統の電圧を制御することができ、低コスト化をはかりながら設置時の高電圧配線という危険な作業工数を低減できる無効電力補償装置を提供することができる。
【０１０７】
また、その際に問題となる電力系統の電圧を計測するための３巻線トランスの３次側出力電圧がトランスの通過電流に依存して変動する場合にもその電圧変動分を補正することで正確な電力系統上の電圧を予測することができる。すなわち、無効電力補償装置の無効電力出力量に関係なく常に電力系統を目標の設定電圧で正確に制御することができる。
【０１０８】
また、３巻線トランスの通過電流によるインピーダンス降下をアナログ回路的に模擬し、３巻線トランスの３次側計測電圧をベクトル的に補正している為、請求項１、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項８、請求項９で不可欠な検出電圧補正部での数値演算処理を不要としながら、３巻線トランスの通過電流中に有効電流成分及び無効電流成分が任意に含まれていても高速かつ正確に計測電圧の補正処理を行うことができる。
【０１０９】
さらに、本請求項の方式は、従来の制御装置にインピーダンス降下検出回路と、検出部と、電圧加算部のみを追加するだけでその他の変更無しに電圧計測用変圧器を無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の無効電力補償装置の構成図である。
【図２】この発明の第２の実施の形態の無効電力補償装置の構成図である。
【図３】その検出電圧補正部の構成図である。
【図４】その３巻線トランスの通過電流により発生する３次側検出電圧の変化値をモデル化した説明図である。
【図５】３巻線トランス出力電圧降下の通過電流特性、すなわち３巻線トランスの通過電流により発生する３次側検出電圧の出力電圧降下率（％）のグラフ例である。
【図６】この発明の第３の実施の形態の無効電力補償装置の検出電圧補正部の構成図である。
【図７】この発明の第４の実施の形態の無効電力補償装置の検出電圧補正部の構成図である。
【図８】この発明の第５の実施の形態の無効電力補償装置の検出電圧補正部の構成図である。
【図９】この発明の第６の実施の形態の無効電力補償装置の検出電圧補正部の構成図である。
【図１０】この発明の第７の実施の形態の無効電力補償装置の検出電圧補正部の構成図である。
【図１１】この発明の第８の実施の形態の無効電力補償装置の構成図である。
【図１２】従来の無効電力補償装置の構成図である。
【符号の説明】
１            制御装置
２            無効電力発生回路
３            電力系統
４            ３巻線トランス
７            制御装置
８            変流器
１１        電圧検出部
１２        設定電圧記憶部
１３        電圧一定制御部
１４        電流検出部
１５        実効値演算部
２２        第１のリアクトル
２３        第２のリアクトル
２４        位相制御スイッチ
２５        コンデンサ
７５        検出電圧補正部
９０        第１の演算手段
９１        補正手段
９４        インピーダンス降下検出回路
９５        等価抵抗
９６        等価リアクタンス
９７        検出部
９８        電圧加算部
【図１】
0003590276.tif 000005
【図２】
0003590276.tif 000006
【図３】
0003590276.tif 000007
【図４】
0003590276.tif 000008
【図５】
0003590276.tif 000009
【図６】
0003590276.tif 000010
【図７】
0003590276.tif 000011
【図８】
0003590276.tif 000012
【図９】
0003590276.tif 000013
【図１０】
0003590276.tif 000014
【図１１】
0003590276.tif 000015
【図１２】
0003590276.tif 000016