(57)【要約】【課題】電圧の安定化と運転損失の低減とを両立し、かつ信頼性を向上させた電圧安定化装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、無効電力供給部と制御部とを備えた電圧安定化装置が提供される。無効電力供給部は、進相コンデンサ及び分路リアクトルの少なくとも一方と、静止型無効電力補償装置と、を有し、発電装置と並列に系統母線に接続される。制御部は、静止型無効電力補償装置の無効電力が、静止型無効電力補償装置の装置定格に張り付き、系統母線の交流電圧と電圧目標値との差分の絶対値が第１設定値よりも大きく、かつ、発電装置の有効電力及び無効電力が安定している場合には、静止型無効電力補償装置から系統母線に供給する無効電力を低下させ、進相コンデンサ及び分路リアクトルの少なくとも一方から系統母線に無効電力を供給する。【選択図】図１
2018007299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
進相コンデンサ及び分路リアクトルの少なくとも一方と、静止型無効電力補償装置と、を有し、交流電力を供給する発電装置と並列に系統母線に接続され、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方による固定された無効電力、及び、前記静止型無効電力補償装置による変動可能な無効電力を選択的に前記系統母線に供給する無効電力供給部と、
前記無効電力供給部による前記系統母線への無効電力の供給を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記系統母線の交流電圧と前記系統母線の電圧目標値との差分と、前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給された無効電力と、前記発電装置の有効電力及び無効電力と、を取得し、
前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方から前記系統母線に前記無効電力を供給していない状態において、前記静止型無効電力補償装置から出力する前記無効電力の指令値を前記差分から算出し、前記指令値に応じた前記無効電力を前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給し、
前記静止型無効電力補償装置の前記無効電力が、前記静止型無効電力補償装置の装置定格に張り付き、前記差分の絶対値が第１設定値よりも大きく、かつ、前記発電装置の前記有効電力及び前記無効電力が安定している場合には、前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給する前記無効電力を低下させ、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方から前記系統母線に前記無効電力を供給する電圧安定化装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方から前記系統母線への前記無効電力の供給を開始した後、前記差分の絶対値が前記第１設定値よりも小さい第２設定値以下になった場合に、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方から前記系統母線への前記無効電力の供給を停止させ、前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線への前記指令値に応じた前記無効電力の供給を再開させる請求項１記載の電圧安定化装置。
【請求項３】
前記静止型無効電力補償装置は、変動する進み無効電力及び遅れ無効電力を前記系統母線に供給可能であり、
前記無効電力供給部は、前記進相コンデンサと前記分路リアクトルとの双方を有し、
前記制御部は、前記静止型無効電力補償装置の前記無効電力が、前記静止型無効電力補償装置の装置定格に張り付き、前記差分の絶対値が第１設定値よりも大きく、かつ、前記発電装置の前記有効電力及び前記無効電力が安定している際に、前記系統母線の前記交流電圧が前記電圧目標値よりも低い場合には、前記進相コンデンサの進み無効電力を前記系統母線に供給し、前記系統母線の前記交流電圧が前記電圧目標値よりも高い場合には、前記分路リアクトルの遅れ無効電力を前記系統母線に供給する請求項１又は２に記載の電圧安定化装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記静止型無効電力補償装置の前記無効電力が、前記静止型無効電力補償装置の装置定格に張り付き、前記差分の絶対値が第１設定値よりも大きく、かつ、前記発電装置の前記有効電力及び前記無効電力が安定している場合に、前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線への前記無効電力の供給を停止させる請求項１〜３のいずれか１つに記載の電圧安定化装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記発電装置の発電量に関連する予測値をさらに取得し、前記静止型無効電力補償装置の前記無効電力が、前記静止型無効電力補償装置の装置定格に張り付き、前記差分の絶対値が第１設定値よりも大きく、かつ、前記発電装置の前記有効電力と前記無効電力と前記予測値とのそれぞれが安定している場合に、前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給する前記無効電力を低下させ、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方から前記系統母線に前記無効電力を供給する請求項１〜４のいずれか１つに記載の電圧安定化装置。
【請求項６】
進相コンデンサ及び分路リアクトルの少なくとも一方と、静止型無効電力補償装置と、を有し、交流電力を供給する発電装置と並列に系統母線に接続され、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方による固定された無効電力、及び、前記静止型無効電力補償装置による変動可能な無効電力を選択的に前記系統母線に供給する無効電力供給部と、
前記無効電力供給部による前記系統母線への無効電力の供給を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記系統母線の交流電圧と前記系統母線の電圧目標値との差分と、前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給された無効電力と、前記発電装置の発電量に関連する予測値と、を取得し、
前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方から前記系統母線に前記無効電力を供給していない状態において、前記静止型無効電力補償装置から出力する前記無効電力の指令値を前記差分から算出し、前記指令値に応じた前記無効電力を前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給し、
前記静止型無効電力補償装置の前記無効電力が、前記静止型無効電力補償装置の装置定格に張り付き、前記差分の絶対値が第１設定値よりも大きく、かつ、前記予測値が安定している場合には、前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給する前記無効電力を低下させ、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方から前記系統母線に前記無効電力を供給する電圧安定化装置。
【請求項７】
進相コンデンサ及び分路リアクトルの少なくとも一方と、静止型無効電力補償装置と、を有し、交流電力を供給する発電装置と並列に系統母線に接続され、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方による固定された無効電力、及び、前記静止型無効電力補償装置による変動可能な無効電力を選択的に前記系統母線に供給する無効電力供給部と、
前記無効電力供給部による前記系統母線への無効電力の供給を制御する制御部と、
を備えた電圧安定化装置の制御方法であって、
前記系統母線の交流電圧と前記系統母線の電圧目標値との差分と、前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給された無効電力と、前記発電装置の有効電力及び無効電力と、を取得する工程と、
前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方から前記系統母線に前記無効電力を供給していない状態において、前記静止型無効電力補償装置から出力する前記無効電力の指令値を前記差分から算出し、前記指令値に応じた前記無効電力を前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給する工程と、
前記静止型無効電力補償装置の前記無効電力が、前記静止型無効電力補償装置の装置定格に張り付き、前記差分の絶対値が第１設定値よりも大きく、かつ、前記発電装置の前記有効電力及び前記無効電力が安定している場合には、前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給する前記無効電力を低下させ、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方から前記系統母線に前記無効電力を供給する工程と、
を有する電圧安定化装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電圧安定化装置及びその制御方法に関する。より詳しくは、スイッチング素子を用いて無効電力を供給するＳＶＣ（Static Var Compensator：静止型無効電力補償装置）と、固定の無効電力を供給する進相コンデンサ又は分路リアクトルと、を適宜切り替えて使用することにより、運転損失を低減することを目的とした電圧安定化装置の無効電力供給源の切替機能に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＶＣ、進相コンデンサ（以下、ＳＣ（Static Capacitor）と称す）、分路リアクトル（以下、Ｓ−Ｒｅ（Shunt Reactor）と称す）などの無効電力供給源を交流の電力系統の系統母線に接続することにより、電力系統の電圧を安定化させる電圧安定化装置が知られている。ＳＣで供給される容量性無効電力は電圧を上昇させ、Ｓ−Ｒｅで供給される誘導性無効電力は電圧を低下させる。ただし、ＳＣ、Ｓ−Ｒｅは固定の無効電力しか供給できないため、変動する電圧に対しての安定効果は低い。一方、ＳＶＣは、スイッチング素子を用いたパワーエレクロトロニクス装置で、連続的又は段階的に変動する無効電力を供給することができる。このため、変動する電圧に対しては、ＳＶＣにより電圧安定化を行うことが一般的になっている。
【０００３】
ＳＶＣは、電圧変動又はその原因である負荷の無効電力変動に追従して、無効電力を変化させることできるメリットがある一方、主回路にスイッチング素子を用いているため、同容量の無効電力を供給するＳＣ、又はＳ−Ｒｅに比べて、運転損失が大きい。このため、ＳＶＣと、ＳＣ又はＳ−Ｒｅと、を適宜切り替えることにより、電圧の安定化と、運転損失の低減と、を両立させることが考えられている。
【０００４】
例えば、電圧変動源が風力発電装置又は太陽光発電装置である場合、もっとも単純な考え方として、発電装置が停止したら電圧安定化装置を停止する、というものがある。さらに、発電装置が運転している場合でも、ＳＶＣの無効電力出力が、ＳＶＣの装置定格で張り付いている場合（最大出力が継続している場合）には、無効電力を変動させて供給する必要がない。従って、この場合には、ＳＶＣを停止し、容量性側に固定であればＳＣを、誘導性側に固定であればＳ−Ｒｅを接続する、という無効電力供給源の切替を行うことで、電圧安定化装置としての機能（電圧安定化）を失うことなく、運転損失を低減することが可能となる。
【０００５】
上記のような無効電力供給源の切替判断は、簡便である反面、以下のような問題が発生する懸念がある。例えば、ＳＶＣ出力が張り付いている（固定最大出力である）のは、たまたま発電装置の出力が短時間安定しているだけだとすれば、出力急変した場合、電圧安定化にＳＶＣが必要となる可能性がある。この場合、ただちに、ＳＣ、Ｓ−Ｒｅを機械的開閉器（ＶＣＢ：Vacuum Circuit Breakerなど）で開放し、ＳＶＣを再起動することが必要だが、その切替には時間遅れが伴うため、連続的な電圧安定化が難しくなる。
【０００６】
また、仮に、上記の切替時間遅れを許容したとしても、ＳＶＣと、ＳＣ又はＳ−Ｒｅは頻繁な切替を行うことが予想される。ＳＣ、Ｓ−Ｒｅの開閉器は開閉頻度が多くなり寿命が短くなる。ＳＣはコンデンサの電荷の充放電が繰り返されて寿命が低下する。ＳＶＣにおいては自励方式の場合、直流コンデンサの充放電繰り返しにより劣化が促進される。
【０００７】
さらに、ＳＣ、Ｓ−Ｒｅは容量が大きいものは、電力系統への投入時に、突入電流による電圧変動を引き起こす。頻繁に投入、開放を繰り返すと、むしろ電力系統へ悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００８】
このように、ＳＶＣが最大出力を継続している場合にＳＣ又はＳ−Ｒｅに切り替える方法では、機器寿命の短縮や電力系統への悪影響を招いてしまう場合がある。このため、電圧安定化装置及びその制御方法では、電圧の安定化と運転損失の低減とを両立しつつ、機器寿命の短縮や電力系統への悪影響を抑制し、信頼性を向上させることが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−０３９８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の実施形態は、電圧の安定化と運転損失の低減とを両立し、かつ信頼性を向上させた電圧安定化装置及びその制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、無効電力供給部と、制御部と、を備えた電圧安定化装置が提供される。前記無効電力供給部は、進相コンデンサ及び分路リアクトルの少なくとも一方と、静止型無効電力補償装置と、を有し、交流電力を供給する発電装置と並列に系統母線に接続され、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方による固定された無効電力、及び、前記静止型無効電力補償装置による変動可能な無効電力を選択的に前記系統母線に供給する。前記制御部は、前記無効電力供給部による前記系統母線への無効電力の供給を制御する。前記制御部は、前記系統母線の交流電圧と前記系統母線の電圧目標値との差分と、前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給された無効電力と、前記発電装置の有効電力及び無効電力と、を取得し、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方から前記系統母線に前記無効電力を供給していない状態において、前記静止型無効電力補償装置から出力する前記無効電力の指令値を前記差分から算出し、前記指令値に応じた前記無効電力を前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給し、前記静止型無効電力補償装置の前記無効電力が、前記静止型無効電力補償装置の装置定格に張り付き、前記差分の絶対値が第１設定値よりも大きく、かつ、前記発電装置の前記有効電力及び前記無効電力が安定している場合には、前記静止型無効電力補償装置から前記系統母線に供給する前記無効電力を低下させ、前記進相コンデンサ及び前記分路リアクトルの前記少なくとも一方から前記系統母線に前記無効電力を供給する。
【発明の効果】
【００１２】
電圧の安定化と運転損失の低減とを両立し、かつ信頼性を向上させた電圧安定化装置及びその制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る電力システム及び電圧安定化装置を模式的に表すブロック図である。
【図２】ＳＶＣを模式的に表すブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係る電圧安定化装置の動作を模式的に表すフローチャートである。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｇ）は、第１の実施形態に係る電圧安定化装置の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、ＳＶＣの変形例を模式的に表すブロック図である。
【図６】第２の実施形態に係る電力システム及び電圧安定化装置を模式的に表すブロック図である。
【図７】第２の実施形態に係る電圧安定化装置の動作を模式的に表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１５】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る電力システム及び電圧安定化装置を模式的に表すブロック図である。  
図１に表したように、電力システム２は、電力系統の系統母線４と、発電装置５と、電圧安定化装置１０と、を備える。発電装置５は、連系変圧器６及び二次母線８を介して系統母線４に接続されている。発電装置５は、交流電力の発電を行い、発電した交流電力を系統母線４に供給する。電力システム２は、発電装置５で発電された交流電力を系統母線４を介して需要家などに供給する。
【００１６】
系統母線４が需要家に供給する交流電力及び発電装置５が発電する交流電力は、例えば、三相交流電力である。系統母線４及び発電装置５の交流電力は、三相交流電力に限ることなく、例えば、単相交流電力などでもよい。
【００１７】
発電装置５には、例えば、風力発電装置や太陽光発電装置などの自然エネルギーを利用した発電装置が用いられる。発電装置５は、これらに限ることなく、例えば、火力発電の発電装置や原子力発電の発電装置などでもよい。発電装置５は、交流電力を発電可能な任意の発電装置でよい。
【００１８】
電圧安定化装置１０は、連系変圧器６及び二次母線８を介して系統母線４に接続されている。電圧安定化装置１０は、進み無効電力及び遅れ無効電力の少なくとも一方を系統母線４に供給することにより、系統母線４の交流電圧を安定化させる。
【００１９】
この例では、発電装置５及び電圧安定化装置１０が連系変圧器６及び二次母線８を介して系統母線４に接続されている。発電装置５及び電圧安定化装置１０は、連系変圧器６及び二次母線８を介することなく、系統母線４に直接的に接続してもよい。連系変圧器６及び二次母線８は、必要に応じて設けられ、省略可能である。
【００２０】
電力システム２は、例えば、電圧検出器１２、１４と、電流検出器１６と、をさらに備える。電圧検出器１２は、系統母線４及び電圧安定化装置１０に接続されている。電圧検出器１２は、系統母線４の交流電圧ＶＥＰＳを検出し、検出した交流電圧ＶＥＰＳを電圧安定化装置１０に入力する。この例において、電圧検出器１２は、三相交流電圧の各相の電圧（相電圧）を検出し、検出結果を電圧安定化装置１０に入力する。
【００２１】
電圧検出器１４は、発電装置５の出力及び電圧安定化装置１０に接続されている。電圧検出器１４は、発電装置５の出力電圧Ｖｇを検出し、検出した出力電圧Ｖｇを電圧安定化装置１０に入力する。この例において、電圧検出器１４は、三相交流電圧の各相の電圧（相電圧）を検出し、検出結果を電圧安定化装置１０に入力する。
【００２２】
電流検出器１６は、発電装置５の出力及び電圧安定化装置１０に接続されている。電流検出器１６は、発電装置５の出力電流Ｉｇを検出し、検出した出力電流Ｉｇを電圧安定化装置１０に入力する。この例において、電流検出器１６は、三相交流電圧の各相の電流（相電流）を検出し、検出結果を電圧安定化装置１０に入力する。
【００２３】
図１に表したように、電圧安定化装置１０は、無効電力供給部３０と、制御部３４と、を備える。無効電力供給部３０は、連系変圧器６及び二次母線８を介して系統母線４に接続される。すなわち、無効電力供給部３０は、発電装置５と並列に系統母線４に接続される。無効電力供給部３０は、系統母線４に対する進み無効電力及び遅れ無効電力の少なくとも一方の供給を行う。制御部３４は、無効電力供給部３０による系統母線４への無効電力の供給を制御する。
【００２４】
無効電力供給部３０は、ＳＶＣ３１と、ＳＣ３２と、Ｓ−Ｒe３３と、開閉器４１〜４３と、を有する。ＳＶＣ３１は、開閉器４１を介して二次母線８に接続されている。ＳＶＣ３１は、スイッチング素子を有し、スイッチング素子のオン・オフにより、連続的又は段階的に変動する進み無効電力又は遅れ無効電力を系統母線４に供給する。ＳＶＣ３１には、例えば、STATCOM（Static Synchronous Compensator）やSVG（Static Var Generator）などと呼ばれる自励式の無効電力補償装置が用いられる。この場合、連続的に変動する進み無効電力及び遅れ無効電力を系統母線４に供給することができる。
【００２５】
開閉器４１は、ＳＶＣ３１と二次母線８との間に設けられ、ＳＶＣ３１を二次母線８に接続した投入状態と、ＳＶＣ３１を二次母線８から切り離した開放状態と、を有する。換言すれば、開閉器４１の投入状態は、ＳＶＣ３１を系統母線４に接続した状態であり、開閉器４１の開放状態は、ＳＶＣ３１を系統母線４から切り離した状態である。ＳＶＣ３１では、無効電力の供給及び供給の停止をスイッチング素子のオン・オフで制御することができる。従って、開閉器４１は、必ずしも必要ではなく、省略可能である。ＳＶＣ３１は、二次母線８に直接接続してもよい。
【００２６】
ＳＣ３２は、開閉器４２を介して二次母線８に接続されている。ＳＣ３２は、二次母線８に接続された場合に、所定の進み無効電力を系統母線４に供給する。ＳＣ３２が供給する進み無効電力は、例えば、ＳＶＣ３１が供給する進み無効電力の最大値（定格出力）と実質的に同じである。
【００２７】
開閉器４２は、ＳＣ３２と二次母線８との間に設けられ、ＳＣ３２を二次母線８に接続した投入状態と、ＳＣ３２を二次母線８から切り離した開放状態と、を有する。換言すれば、開閉器４２の投入状態は、ＳＣ３２を系統母線４に接続した状態であり、開閉器４２の開放状態は、ＳＣ３２を系統母線４から切り離した状態である。ＳＣ３２の進み無効電力は、開閉器４２を投入状態にすることにより、系統母線４に供給され、開閉器４２を開放状態にすることにより、系統母線４への供給が停止される。
【００２８】
Ｓ−Ｒｅ３３は、開閉器４３を介して二次母線８に接続されている。Ｓ−Ｒｅ３３は、二次母線８に接続された場合に、所定の遅れ無効電力を系統母線４に供給する。Ｓ−Ｒｅ３３が供給する遅れ無効電力は、例えば、ＳＶＣ３１が供給する遅れ無効電力の最大値（定格出力）と実質的に同じである。
【００２９】
開閉器４３は、Ｓ−Ｒｅ３３と二次母線８との間に設けられ、Ｓ−Ｒｅ３３を二次母線８に接続した投入状態と、Ｓ−Ｒｅ３３を二次母線８から切り離した開放状態と、を有する。換言すれば、開閉器４３の投入状態は、Ｓ−Ｒｅ３３を系統母線４に接続した状態であり、開閉器４２の開放状態は、Ｓ−Ｒｅ３３を系統母線４から切り離した状態である。Ｓ−Ｒｅ３３の遅れ無効電力は、開閉器４３を投入状態にすることにより、系統母線４に供給され、開閉器４３を開放状態にすることにより、系統母線４への供給が停止される。
【００３０】
このように、無効電力供給部３０は、各開閉器４１〜４３の投入・開放の切り替えにより、ＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３による固定された無効電力、及びＳＶＣ３１による変動可能な無効電力を選択的に系統母線４に供給する。
【００３１】
この例において、無効電力供給部３０は、ＳＣ３２とＳ−Ｒe３３とを有し、進み無効電力と遅れ無効電力とを系統母線４に供給する。無効電力供給部３０は、進み無効電力及び遅れ無効電力の少なくとも一方を系統母線４に供給可能であればよい。無効電力供給部３０は、ＳＣ３２及びＳ−Ｒe３３の少なくとも一方を有していればよい。
【００３２】
電圧安定化装置１０は、例えば、電圧検出器３６と電流検出器３８とをさらに有する。電圧検出器３６は、ＳＶＣ３１の出力及び制御部３４に接続されている。電圧検出器３６は、ＳＶＣ３１の出力電圧ＶＳＶＣを検出し、検出した出力電圧ＶＳＶＣを制御部３４に入力する。この例において、電圧検出器３６は、三相交流電圧の各相の電圧（相電圧）を検出し、検出結果を制御部３４に入力する。
【００３３】
電流検出器３８は、ＳＶＣ３１の出力及び制御部３４に接続されている。電流検出器３８は、ＳＶＣ３１の出力電流ＩＳＶＣを検出し、検出した出力電流ＩＳＶＣを制御部３４に入力する。この例において、電流検出器３８は、三相交流電圧の各相の電流（相電流）を検出し、検出結果を制御部３４に入力する。
【００３４】
制御部３４は、減算器５０と、Ｑ演算器５１と、ＰＱ演算器５２、５３と、切替機能部５４と、を有する。減算器５０には、電圧検出器１２によって検出された系統母線４の交流電圧ＶＥＰＳ（実効値）と、系統母線４の電圧目標値Ｖｒｅｆ（実効値）と、が入力されている。減算器５０は、交流電圧ＶＥＰＳから電圧目標値Ｖｒｅｆを減算することにより、検出値である交流電圧ＶＥＰＳと電圧目標値Ｖｒｅｆとの差分ΔＶを算出する。そして、減算器５０は、算出した差分ΔＶをＱ演算器５１及び切替機能部５４に入力する。また、減算器５０は、例えば、系統母線４の各相のそれぞれについて差分ΔＶを算出し、各相の差分ΔＶをＱ演算器５１及び切替機能部５４に入力する。電圧目標値Ｖｒｅｆは、予め決められた固定値でもよいし、上位のコントローラなどから入力される変動値でもよい。
【００３５】
Ｑ演算器５１は、入力された差分ΔＶを基に、ＳＶＣ３１から出力する無効電力の指令値（Ｑ指令値）を算出し、算出したＱ指令値をＳＶＣ３１に入力する。Ｑ演算器５１は、例えば、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御、または、Ｉ−Ｐ制御などの制御手法や現代制御理論などによって、差分ΔＶからＱ指令値を算出する。また、Ｑ演算器５１は、例えば、各相の差分ΔＶから系統母線４の各相に対するＱ指令値を算出し、各相のＱ指令値をＳＶＣ３１に入力する。
【００３６】
ＳＶＣ３１は、入力されたＱ指令値に基づいてスイッチング素子のオン・オフを制御することにより、Ｑ指令値に応じた無効電力を系統母線４に供給する。ＳＶＣ３１は、例えば、各相のＱ指令値に応じて系統母線４の各相に無効電力を供給する。
【００３７】
Ｑ演算器５１及びＳＶＣ３１は、例えば、交流電圧ＶＥＰＳが電圧目標値Ｖｒｅｆよりも低い場合、差分ΔＶに応じた進み無効電力を系統母線４に供給することにより、系統母線４の交流電圧を上昇させる。一方、Ｑ演算器５１及びＳＶＣ３１は、例えば、交流電圧ＶＥＰＳが電圧目標値Ｖｒｅｆよりも高い場合、差分ΔＶに応じた遅れ無効電力を系統母線４に供給することにより、系統母線４の交流電圧を低下させる。これにより、系統母線４の交流電圧を安定化させることができる。
【００３８】
ＰＱ演算器５２には、電圧検出器１４によって検出された発電装置５の出力電圧Ｖｇと、電流検出器１６によって検出された発電装置５の出力電流Ｉｇと、が入力されている。ＰＱ演算器５２は、入力された出力電圧Ｖｇ及び出力電流Ｉｇを基に、発電装置５から出力された有効電力Ｐｇと無効電力Ｑｇとを算出する。そして、ＰＱ演算器５２は、算出した有効電力Ｐｇと無効電力Ｑｇとを切替機能部５４に入力する。
【００３９】
ＰＱ演算器５２は、例えば、出力電圧Ｖｇの実効値と、出力電流Ｉｇの実効値と、出力電圧Ｖｇ及び出力電流Ｉｇの位相差θｇと、を算出する。そして、ＰＱ演算器５２は、Ｐｇ＝Ｖｇ・Ｉｇ・ｃｏｓθｇにより、有効電力Ｐｇを算出し、Ｑｇ＝Ｖｇ・Ｉｇ・ｓｉｎθｇにより、無効電力Ｑｇを算出する。
【００４０】
ＰＱ演算器５３には、電圧検出器３６によって検出されたＳＶＣ３１の出力電圧ＶＳＶＣと、電流検出器３８によって検出されたＳＶＣ３１の出力電流ＩＳＶＣと、が入力されている。ＰＱ演算器５３は、入力された出力電圧ＶＳＶＣ及び出力電流ＩＳＶＣを基に、ＳＶＣ３１から出力された無効電力ＱＳＶＣを算出する。そして、ＰＱ演算器５３は、算出した無効電力ＱＳＶＣを切替機能部５４に入力する。ＰＱ演算器５３による無効電力ＱＳＶＣの算出には、例えば、ＰＱ演算器５２と同様の手法が用いられる。
【００４１】
切替機能部５４は、入力された差分ΔＶと、発電装置５の有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇと、ＳＶＣ３１の無効電力ＱＳＶＣと、を基に、ＳＶＣ３１の運転／停止指令と、ＳＣ３２の投入／開放指令と、Ｓ−Ｒｅ３３の投入／開放指令と、を生成する。
【００４２】
切替機能部５４は、生成したＳＶＣ３１の運転／停止指令をＳＶＣ３１及び開閉器４１に入力する。運転／停止指令が運転を示す状態である場合、開閉器４１が投入状態となり、ＳＶＣ３１が無効電力の供給を行う。これにより、上述のように、Ｑ指令値に応じた無効電力がＳＶＣ３１から系統母線４に供給される。一方、運転／停止指令が停止を示す状態である場合、開閉器４１が開放状態となり、ＳＶＣ３１が無効電力の供給を停止する。
【００４３】
また、切替機能部５４は、生成したＳＣ３２の投入／開放指令を開閉器４２に入力する。投入／開放指令が投入を示す状態である場合、開閉器４２が投入状態となり、ＳＣ３２が系統母線４に接続され、ＳＣ３２による進み無効電力が系統母線４に供給される。一方、投入／開放指令が開放を示す状態である場合、開閉器４２が開放状態となり、ＳＣ３２が系統母線４から切り離され、ＳＣ３２による系統母線４への進み無効電力の供給が停止される。
【００４４】
さらに、切替機能部５４は、生成したＳ−Ｒｅ３３の投入／開放指令を開閉器４３に入力する。投入／開放指令が投入を示す状態である場合、開閉器４３が投入状態となり、Ｓ−Ｒｅ３３が系統母線４に接続され、Ｓ−Ｒｅ３３による遅れ無効電力が系統母線４に供給される。一方、投入／開放指令が開放を示す状態である場合、開閉器４３が開放状態となり、Ｓ−Ｒｅ３３が系統母線４から切り離され、Ｓ−Ｒｅ３３による系統母線４への遅れ無効電力の供給が停止される。
【００４５】
図２は、ＳＶＣを模式的に表すブロック図である。  
図２に表したように、ＳＶＣ３１は、例えば、リアクトル７１と、インバータ回路７２と、コンデンサ７３と、ドライバ７４と、を有する。
【００４６】
リアクトル７１は、開閉器４１に接続されている。リアクトル７１は、トランスを介して開閉器７１に接続してもよい。また、リアクトル７１に変えてトランスを用いてもよい。インバータ回路７２は、交流出力点と、直流出力点と、を有する。インバータ回路７２の交流出力点は、リアクトル７１に接続されている。インバータ回路７２の直流出力点は、コンデンサ７３に接続されている。
【００４７】
インバータ回路７２は、複数のスイッチング素子７５と、複数の整流素子７６と、を有する。各スイッチング素子７５は、例えば、フルブリッジ接続されている。各スイッチング素子７５には、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）などの自己消弧形のスイッチング素子が用いられる。各整流素子７６は、各スイッチング素子７５に逆並列に接続されている。各整流素子７６には、例えば、ダイオードが用いられる。各整流素子７６は、いわゆる還流ダイオードである。各スイッチング素子７５のそれぞれの制御端子は、ドライバ７４に接続されている。
【００４８】
ドライバ７４には、制御部３４のＱ演算器５１から出力されたＱ指令値が入力される。ドライバ７４は、Ｑ指令値に応じて各スイッチング素子７５のオン・オフを制御する。これにより、ドライバ７４は、Ｑ指令値に応じた任意の大きさの進み無効電力及び遅れ無効電力を系統母線４に供給する。
【００４９】
例えば、減算器５０やＱ演算器５１の機能をドライバ７４に設け、電圧検出器１２によって検出された系統母線４の交流電圧ＶＥＰＳ又は差分ΔＶをドライバ７４に入力することにより、ドライバ７４においてＱ指令値を算出してもよい。
【００５０】
図３は、第１の実施形態に係る電圧安定化装置の動作を模式的に表すフローチャートである。  
図３に表したように、電圧安定化装置１０の制御部３４は、運転を開始すると、各電圧検出器１２、１４、３６及び各電流検出器１６、３８の各検出値を基に、交流電圧ＶＥＰＳと電圧目標値Ｖｒｅｆとの差分ΔＶと、ＳＶＣ３１の無効電力ＱＳＶＣと、発電装置５の有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇと、を取得する（図３のステップＳ１０１）。取得された差分ΔＶ、無効電力ＱＳＶＣ、有効電力Ｐｇ、及び無効電力Ｑｇは、切替機能部５４に入力される。
【００５１】
切替機能部５４は、運転開始直後においては、ＳＶＣ３１の運転／停止指令を運転状態とし、ＳＣ３２及びＳ−Ｒｅ３３の各投入／開放指令を開放状態とする。また、制御部３４においては、差分ΔＶがＱ演算器５１に入力される。Ｑ演算器５１は、差分ΔＶからＱ指令値を算出し、算出したＱ指令値をＳＶＣ３１に入力する。ＳＶＣ３１は、入力されたＱ指令値に基づいて各スイッチング素子７５のオン・オフを制御する。これにより、Ｑ指令値に応じた無効電力が、ＳＶＣ３１から系統母線４に供給され、系統母線４の交流電圧の安定化が図られる。
【００５２】
切替機能部５４は、ＳＶＣ３１の運転が開始された後、ＳＶＣ３１の無効電力ＱＳＶＣが、ＳＶＣ３１の装置定格に張り付いているか否かを判定する。換言すれば、切替機能部５４は、ＳＶＣ３１が最大の無効電力を出力している状態が所定時間継続されているか否かを判定する。また、切替機能部５４は、差分ΔＶの絶対値が設定値ΔＶＳ１（第１設定値）よりも大きいか否かを判定する。さらに、切替機能部５４は、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇが安定しているか否かを判定する（図３のステップＳ１０２）。
【００５３】
切替機能部５４は、例えば、ＳＶＣ３１が最大の進み無効電力又は遅れ無効電力を出力している状態が、０．５秒以上継続された場合に、ＳＶＣ３１の無効電力ＱＳＶＣが、ＳＶＣ３１の装置定格に張り付いていると判定する。
【００５４】
設定値ΔＶＳ１は、例えば、電圧目標値Ｖｒｅｆの１％〜２％程度に設定される。例えば、電圧目標値Ｖｒｅｆが６６ｋＶである場合、設定値ΔＶＳ１は、１ｋＶ程度に設定される。有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇが安定しているか否かの判定には、例えば、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇの一定時間内の平均値とその期間内の最大値、最小値との差をとる方法、平均値の微分（時間変動）をとる方法などの既知の手法を用いることができる。切替機能部５４は、例えば、平均値と最大値、最小値との差が所定値以下の場合に、安定していると判定する。あるいは、時間変動が所定値以下の場合に、安定していると判定する。
【００５５】
切替機能部５４は、上記３つの条件の少なくともいずれかを満たしていないと判定した場合、ＳＶＣ３１を運転し、ＳＣ３２及びＳ−Ｒｅ３３を開放させた状態を継続させる。一方、切替機能部５４は、上記３つの条件を全て満たしていると判定した場合、続いて、系統母線４の交流電圧ＶＥＰＳが電圧目標値Ｖｒｅｆよりも低いか否かを判定する（図３のステップＳ１０３）。
【００５６】
切替機能部５４は、交流電圧ＶＥＰＳが電圧目標値Ｖｒｅｆよりも低いと判定した場合、ＳＶＣ３１の運転／停止指令を停止状態とし、ＳＣ３２の投入／開放指令を投入状態とすることにより、ＳＶＣ３１の運転を停止させ、ＳＣ３２の進み無効電力を系統母線４に供給する（図３のステップＳ１０４）。
【００５７】
一方、切替機能部５４は、交流電圧ＶＥＰＳが電圧目標値Ｖｒｅｆよりも高いと判定した場合、ＳＶＣ３１の運転／停止指令を停止状態とし、Ｓ−Ｒｅ３３の投入／開放指令を投入状態とすることにより、ＳＶＣ３１の運転を停止させ、Ｓ−Ｒｅ３３の遅れ無効電力を系統母線４に供給する（図３のステップＳ１０５）。
【００５８】
切替機能部５４は、ＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３の投入を行った後、差分ΔＶの絶対値が設定値ΔＶＳ２（第２設定値）以下になったか否かを判定する（図３のステップＳ１０６）。設定値ΔＶＳ２は、設定値ΔＶＳ１よりも小さい。設定値ΔＶＳ２は、例えば、電圧目標値Ｖｒｅｆの１％以下に設定される。すなわち、切替機能部５４は、ＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３の投入を行った後、交流電圧ＶＥＰＳが電圧目標値Ｖｒｅｆと実質的に同じになったか否かを判定する。
【００５９】
切替機能部５４は、差分ΔＶの絶対値が設定値ΔＶＳ２以下となるまでＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３の投入状態を継続させる。そして、切替機能部５４は、差分ΔＶの絶対値が設定値ΔＶＳ２以下になったと判定すると、ＳＶＣ３１の運転／停止指令を運転状態とし、ＳＣ３２及びＳ−Ｒｅ３３の各投入／開放指令を開放状態とすることにより、ＳＶＣ３１の運転を再開させる（図３のステップＳ１０７）。制御部３４は、ＳＶＣ３１の運転を再開させると、ステップＳ１０１の処理に戻り、以下同様の処理を繰り返す。
【００６０】
図４（ａ）〜図４（ｇ）は、第１の実施形態に係る電圧安定化装置の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。  
図４（ａ）は、ＳＶＣ３１の無効電力ＱＳＶＣが、ＳＶＣ３１の装置定格に張り付いているか否かの判定結果の一例を表している。図４（ａ）では、張り付いている状態を「１」、張り付いていない状態を「０」として表している。  
図４（ｂ）は、差分ΔＶの絶対値が設定値ΔＶＳ１よりも大きいか否かの判定結果の一例を表している。図４（ｂ）では、設定値ΔＶＳ１よりも大きい状態を「１」、設定値ΔＶＳ１よりも小さい状態を「０」として表している。  
図４（ｃ）は、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇが安定しているか否かの判定結果の一例を表している。図４（ｃ）では、安定している状態を「１」、安定していない状態を「０」として表している。  
図４（ｄ）は、差分ΔＶの絶対値が設定値ΔＶＳ２以下か否かの判定結果の一例を表している。図４（ｄ）では、設定値ΔＶＳ２以下の状態を「１」、設定値ΔＶＳ２よりも大きい状態を「０」として表している。  
図４（ｅ）は、ＳＶＣ３１の状態の一例を表している。図４（ｅ）では、ＳＶＣ３１の運転状態を「０」、ＳＶＣ３１の停止状態を「１」として表している。図４（ｅ）の「１」の状態は、換言すれば、ＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３の投入状態である。この場合、無効電力ＱＳＶＣ、差分ΔＶ、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇのそれぞれの判定結果が「１」の時に、ＳＶＣ３１の状態も「１」になる。  
図４（ｆ）は、交流電圧ＶＥＰＳの一例を表している。  
図４（ｇ）は、無効電力ＱＳＶＣの一例を表している。
【００６１】
図４（ａ）〜図４（ｇ）において、時刻ｔ０〜時刻ｔ１では、無効電力ＱＳＶＣの張り付きの判定、差分ΔＶと設定値ΔＶＳ１との比較判定、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇの判定のそれぞれの判定結果が「０」である。すなわち、無効電力ＱＳＶＣが、ＳＶＣ３１の装置定格に張り付いておらず、差分ΔＶの絶対値が設定値ΔＶＳ１よりも小さく、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇも安定している。従って、時刻ｔ０〜時刻ｔ１では、ＳＶＣ３１の状態が「０」となり、差分ΔＶに応じた無効電力がＳＶＣ３１から系統母線４に供給される。
【００６２】
時刻ｔ１〜時刻ｔ２では、無効電力ＱＳＶＣの張り付きの判定、及び差分ΔＶと設定値ΔＶＳ１との比較判定の判定結果が「１」に変化している。しかしながら、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇの判定結果が「０」のままである。従って、時刻ｔ１〜時刻ｔ２では、ＳＶＣ３１の状態も「０」が維持され、ＳＶＣ３１からの無効電力の供給が継続される。
【００６３】
時刻ｔ３〜時刻ｔ４では、差分ΔＶと設定値ΔＶＳ１との比較判定の判定結果のみが「１」になっている。時刻ｔ５〜時刻ｔ６では、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇの判定結果のみが「１」になっている。時刻ｔ７〜時刻ｔ８では、差分ΔＶと設定値ΔＶＳ１との比較判定の判定結果のみが「１」になっている。時刻ｔ８〜時刻ｔ９では、無効電力ＱＳＶＣの張り付きの判定、及び差分ΔＶと設定値ΔＶＳ１との比較判定の判定結果が「１」になっている。従って、時刻ｔ２〜時刻ｔ９の間においても、ＳＶＣ３１の状態が「０」に維持され、ＳＶＣ３１からの無効電力の供給が継続される。
【００６４】
一方、時刻ｔ９においては、無効電力ＱＳＶＣの張り付きの判定、差分ΔＶと設定値ΔＶＳ１との比較判定、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇの判定のそれぞれの判定結果が「１」になっている。従って、ＳＶＣ３１の状態が「１」に変化し、ＳＶＣ３１の運転が停止される。時刻ｔ９において、交流電圧ＶＥＰＳは、電圧目標値Ｖｒｅｆよりも低い。このため、時刻ｔ９においては、ＳＣ３２が投入され、ＳＣ３２から系統母線４に進み無効電力が供給される。
【００６５】
時刻ｔ１０では、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇの判定結果が、「１」から「０」に変化している。しかしながら、時刻ｔ１０では、差分ΔＶと設定値ΔＶＳ２との比較判定の判定結果が「０」のままである。従って、時刻ｔ１０では、ＳＣ３２の投入状態が継続される。
【００６６】
同様に、時刻ｔ１１では、差分ΔＶと設定値ΔＶＳ１との比較判定の判定結果が、「１」から「０」に変化しているが、差分ΔＶと設定値ΔＶＳ２との比較判定の判定結果が「０」のままである。このため、時刻ｔ１１においても、ＳＣ３２の投入状態が継続されている。
【００６７】
そして、時刻ｔ１２において、無効電力ＱＳＶＣの張り付きの判定が「１」から「０」に変化するとともに、差分ΔＶと設定値ΔＶＳ２との比較判定の判定結果が「０」から「１」に変化している。すなわち、時刻ｔ１２において、交流電圧ＶＥＰＳが、電圧目標値Ｖｒｅｆと実質的に同じになっている。従って、時刻ｔ１２において、ＳＣ３２の接続が開放され、ＳＶＣ３１の運転が再開される。
【００６８】
このように、本実施形態に係る電圧安定化装置１０では、上記３つの条件を満たした時に、ＳＶＣ３１の運転からＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３に切り替える。差分ΔＶの絶対値が設定値ΔＶＳ１よりも大きいか、の判断であるが、差分ΔＶの絶対値が設定値ΔＶＳ１よりも大きい状態とは、ＳＶＣ３１が運転しているにも関わらず、系統母線４の交流電圧ＶＥＰＳが電圧目標値Ｖｒｅｆに到達していないということである。つまり必要な無効電力がまだ不足している、ということである。
【００６９】
次に、発電装置５の有効電力Ｐｇと無効電力Ｑｇとが安定していることの監視である。有効電力Ｐｇと無効電力Ｑｇとが不安定（変動が大きい状態）であれば交流電圧ＶＥＰＳも不安定になることが予想されるため、ＳＶＣ３１を運転し続けることが望ましいと判断することできる。
【００７０】
最後に、ＳＶＣ３１の無効電力ＱＳＶＣがＳＶＣ３１の装置定格（容量最大）に張り付いている状態の継続判断である。ＳＶＣ３１の無効電力ＱＳＶＣが変動していない、すなわち固定最大であることは、固定無効電力を供給する（＝変動無効電力は供給できない）ＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３へ切り替えるための大前提となるものである。
【００７１】
上記３要素と切替の判断について詳述する。  
「差分ΔＶが設定値ΔＶＳ１よりも大きい＝供給無効電力が十分ではなく」かつ「ＳＶＣ３１が装置定格に張り付いている」ということは、ＳＶＣ３１が装置定格を出しているにもかかわらず、差分ΔＶを埋め合わせるだけの無効電力が未だに供給不足している、ということであるから、差分ΔＶが大きいほど、ＳＶＣ３１の出力が装置定格に張り付いた状態は長く継続するであろうことが予想される。逆にいえば、差分ΔＶが小さいなら、たまたまＳＶＣ３１の出力が装置定格に張り付いていたとしても、その状態は、いつ解除され変動出力を要求されるか分からない、ということである。
【００７２】
従って、「差分ΔＶが設定値ΔＶＳ１よりも大きく、かつ、ＳＶＣ３１の出力が装置定格に張り付いている状態が継続している状態」が、無効電力供給部３０を、ＳＶＣ３１から、ＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３に切り替えるに足る条件と判断できる。
【００７３】
さて、上記は交流電圧ＶＥＰＳを見ながらの切替判定であるが、これでは十分ではない。なぜなら電圧とは「結果」であり、その「原因」である発電装置５の有効電力Ｐｇ、無効電力Ｑｇの動きも考慮しないと、発電装置５の出力急変には十分に対応できないためである。そのため、有効電力Ｐｇと無効電力Ｑｇとの変化量（絶対値ではなく変動）を監視して、ＳＶＣ３１をＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３に切り替える条件に、「有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇが安定していること」をＡＮＤ条件として加える。
【００７４】
これにより、本実施形態に係る電圧安定化装置１０では、ＳＶＣ３１と、ＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３との運転切替えを、適切なタイミングで、適切な頻度で行うことが可能となる。その結果、切替頻発による機器寿命の短縮や電力系統への悪影響などを抑制することができる。本実施形態に係る電圧安定化装置１０では、電圧の安定化と運転損失の低減とを両立し、かつ信頼性を向上させることができる。
【００７５】
上記実施形態では、ＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３を投入する際に、ＳＶＣ３１の運転を停止させている。これに限ることなく、例えば、ＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３を投入する際に、ＳＶＣ３１から供給する無効電力ＱＳＶＣを所定値以下に低下させてもよい。これにより、例えば、ＳＶＣ３１の運転を停止させる場合に比べて、ＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３を開放してＳＶＣ３１を通常の運転状態に戻す際の応答速度を向上させることができる。一方、ＳＶＣ３１の運転を停止させた場合には、無効電力ＱＳＶＣを低下させる場合に比べて、運転損失をより低減させることができる。
【００７６】
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、ＳＶＣの変形例を模式的に表すブロック図である。  
図５（ａ）に表したように、この例において、ＳＶＣ３１は、リアクトル８１と、一対のサイリスタ８２、８３（スイッチング素子）と、を有する。
【００７７】
リアクトル８１は、開閉器４１を介して二次母線８に接続されている。リアクトル８１は、例えば、トランスを介して二次母線８に接続してもよい。例えば、リアクトル８１に変えて、トランスを用いてもよい。各サイリスタ８２、８３は、リアクトル８１に直列に接続されている。また、各サイリスタ８２、８３は、互いに逆並列に接続されている。各サイリスタ８２、８３のそれぞれのゲート（制御端子）は、図示を省略したドライバ７４に接続されている。
【００７８】
ドライバ７４は、入力されたＱ指令値に応じて各サイリスタ８２、８３の点弧を制御する。これにより、ＳＶＣ３１は、各サイリスタ８２、８３の点弧に応じて、リアクトル８１による遅れ無効電力を系統母線４に供給する。
【００７９】
ＳＶＣ３１は、例えば、リアクトル８１による遅れ無効電力と、ＳＣ３２による進み無効電力と、の合成により、進み無効電力及び遅れ無効電力を任意に系統母線４に供給する。すなわち、図５（ａ）は、いわゆるＴＣＲ（Thyristor Controlled Reactor）方式のＳＶＣ３１を模式的に表す。
【００８０】
図５（ｂ）に表したように、この例において、ＳＶＣ３１は、複数のコンデンサ８５ａ〜８５ｃと、複数のサイリスタ８６ａ〜８６ｃ、８７ａ〜８７ｃ（スイッチング素子）と、を有する。
【００８１】
各コンデンサ８５ａ〜８５ｃは、開閉器４１を介して二次母線８に接続されている。各コンデンサ８５ａ〜８５ｃは、トランスやリアクトルなどを介して二次母線８に接続してもよい。各サイリスタ８６ａ、８７ａは、コンデンサ８５ａに直列に接続されている。各サイリスタ８６ｂ、８７ｂは、コンデンサ８５ｂに直列に接続されている。各サイリスタ８６ｃ、８７ｃは、コンデンサ８５ｃに直列に接続されている。各サイリスタ８６ａ、８７ａ、各サイリスタ８６ｂ、８７ｂ、各サイリスタ８６ｃ、８７ｃは、それぞれ互いに逆並列に接続されている。各サイリスタ８６ａ〜８６ｃ、８７ａ〜８７ｃのそれぞれのゲート（制御端子）は、図示を省略したドライバ７４に接続されている。
【００８２】
ドライバ７４は、入力されたＱ指令値に応じて各サイリスタ８６ａ〜８６ｃ、８７ａ〜８７ｃの点弧を制御する。これにより、ドライバ７４は、系統母線４に接続するコンデンサ８５ａ〜８５ｃの数を切り替える。ドライバ７４は、系統母線４に接続するコンデンサ８５ａ〜８５ｃの数により、系統母線４に出力する進み無効電力の大きさを制御する。すなわち、図５（ｂ）は、いわゆるＴＳＣ（Thyristor Switched Capacitor）方式のＳＶＣ３１を模式的に表す。図５（ｂ）では、３つのコンデンサ８５ａ〜８５ｃを示している。系統母線４に選択的に接続するコンデンサの数は、３つに限ることなく、２つ以上の任意の数でよい。
【００８３】
このように、ＳＶＣ３１の回路方式は、ＴＣＲ方式でもよいし、ＴＳＣ方式でもよいし、ＳＴＡＴＣＯＭ方式などでもよい。ＳＶＣ３１の回路方式は、これらに限ることなく、連続的又は段階的に変動する無効電力を系統母線４に供給可能な任意の回路方式でよい。
【００８４】
（第２の実施形態）  
図６は、第２の実施形態に係る電力システム及び電圧安定化装置を模式的に表すブロック図である。  
図６に表したように、電圧安定化装置１００の制御部３４は、発電量予測部１０２をさらに備える。なお、上記第１の実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８５】
発電量予測部１０２は、所定時間経過後の発電装置５の発電量を予測し、予測値を切替機能部５４に入力する。例えば、発電装置５が風力発電の発電機である場合、発電量予測部１０２は、気象予報情報を外部から取得し、風量の変動予測から発電装置５の発電量を予測する。例えば、発電装置５が太陽光発電の発電機である場合、発電量予測部１０２は、気象予報情報を外部から取得し、日照（光量）の変動予測から発電装置５の発電量を予測する。なお、風力発電の発電量の予測については、例えば、特開２０１３−１０８４６２号公報などにより詳しく説明されている。太陽光発電の発電量の予測については、例えば、特開２０１４−６３３７２号公報などにより詳しく説明されている。
【００８６】
切替機能部５４は、例えば、ＰＱ演算器５３から入力されたＳＶＣ３１の無効電力ＱＳＶＣと、減算器５０から入力された差分ΔＶと、発電量予測部１０２から入力された発電装置５の発電量の予測値と、を基に、ＳＶＣ３１、ＳＣ３２、及びＳ−Ｒｅ３３の切り替えを制御する。
【００８７】
図７は、第２の実施形態に係る電圧安定化装置の動作を模式的に表すフローチャートである。  
図７に表したように、電圧安定化装置１００の制御部３４は、運転を開始すると、各電圧検出器１２、１４、３６及び各電流検出器１６、３８の各検出値を基に、交流電圧ＶＥＰＳと電圧目標値Ｖｒｅｆとの差分ΔＶと、ＳＶＣ３１の無効電力ＱＳＶＣと、を取得するとともに、発電量予測部１０２から発電装置５の発電量の予測値を取得する（図７のステップＳ２０１）。取得された差分ΔＶ、無効電力ＱＳＶＣ、及び予測値は、切替機能部５４に入力される。
【００８８】
上記第１の実施形態と同様に、運転開始直後においては、ＳＶＣ３１の運転／停止指令が運転状態となり、ＳＣ３２及びＳ−Ｒｅ３３の各投入／開放指令が開放状態となり、Ｑ演算器５１で算出されたＱ指令値に応じた無効電力が、ＳＶＣ３１から系統母線４に供給される。
【００８９】
切替機能部５４は、ＳＶＣ３１の運転が開始された後、ＳＶＣ３１の無効電力ＱＳＶＣが、ＳＶＣ３１の装置定格に張り付いているか否かを判定する。また、切替機能部５４は、差分ΔＶの絶対値が設定値ΔＶＳ１よりも大きいか否かを判定する。さらに、切替機能部５４は、発電装置５の発電量の予測値が安定しているか否かを判定する（図７のステップＳ２０２）。
【００９０】
切替機能部５４は、例えば、予測値の変動が、発電装置５の発電量の定格の２％以内である場合に、安定していると判定し、予測値が、発電装置５の発電量の定格の２％以上変動した場合に、安定していないと判定する。換言すれば、切替機能部５４は、発電量の定格と予測値との差分が、発電量の定格の２％未満である場合に、予測値が安定していると判定し、発電量の定格と予測値との差分が、発電量の定格の２％以上である場合に、予測値が安定していないと判定する。
【００９１】
切替機能部５４は、上記３つの条件の少なくともいずれかを満たしていないと判定した場合、ＳＶＣ３１を運転し、ＳＣ３２及びＳ−Ｒｅ３３を開放させた状態を継続させる。一方、切替機能部５４は、上記３つの条件を全て満たしていると判定した場合、続いて、系統母線４の交流電圧ＶＥＰＳが電圧目標値Ｖｒｅｆよりも低いか否かを判定する（図７のステップＳ２０３）。以下、ステップＳ２０４〜ステップＳ２０７の動作については、上記第１の実施形態に関して説明したステップＳ１０４〜ステップＳ１０７と実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。
【００９２】
このように、本実施形態に係る電圧安定化装置１００では、上記第１の実施形態の有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇが安定しているか否かの判定に代えて、発電装置５の発電量の予測値が安定しているか否かの判定を用いている。発電装置５の発電量が変動した場合には、結果として、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇも変動すると考えられる。従って、本実施形態に係る電圧安定化装置１００においても、上記第１の実施形態の電圧安定化装置１０と同様に、ＳＶＣ３１と、ＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３との運転切替えを、適切なタイミングで、適切な頻度で行うことが可能となり、切替頻発による機器寿命の短縮や電力系統への悪影響などを抑制することができる。本実施形態に係る電圧安定化装置１００においても、電圧の安定化と運転損失の低減とを両立し、かつ信頼性を向上させることができる。
【００９３】
例えば、風力や太陽光などの自然エネルギーを利用した発電装置５では、気象条件などによって発電量が変動し易い。この際、上記のように、発電装置５の発電量の予測値が安定しているか否かの判定に基づいて、無効電力供給部３０の切り替えを制御する。これにより、例えば、気象条件の変化などに、より早く対応することができる。例えば、より早く、より適切に無効電力供給部３０を切り替えることができ、系統母線４の交流電圧をより安定させることができる。
【００９４】
なお、有効電力Ｐｇ及び無効電力Ｑｇが安定しているか否かの判定と、発電装置５の発電量の予測値が安定しているか否かの判定と、の双方を行うようにしてもよい。すなわち、ＳＶＣ３１の無効電力ＱＳＶＣが、ＳＶＣ３１の装置定格に張り付いており、差分ΔＶの絶対値が設定値ΔＶＳ１よりも大きく、かつ、有効電力Ｐｇ、無効電力Ｑｇ及び予測値のそれぞれが安定している場合に、ＳＶＣ３１からＳＣ３２又はＳ−Ｒｅ３３に切り替えるようにしてもよい。
【００９５】
なお、上記第２の実施形態では、発電装置５の発電量の予測値を基に、判定を行っている。予測値は、必ずしも発電装置５の発電量に限ることなく、例えば、風量や日照量の予測値でもよい。予測値は、発電装置５の発電量そのものの予測値に限ることなく、発電装置５の発電量に関連する任意の予測値でよい。すなわち、予測値は、発電装置５の発電量の変動を予測可能な任意の予測値でよい。
【００９６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９７】
２…電力システム、  ４…系統母線、  ５…発電装置、  ６…連系変圧器、  ８…二次母線、  １０、１００…電圧安定化装置、  １２、１４…電圧検出器、  １６…電流検出器、  ３０…無効電力供給部、  ３１…ＳＶＣ、  ３２…ＳＣ、  ３３…Ｓ−Ｒe、  ３４…制御部、  ３６…電圧検出器、  ３８…電流検出器、  ４１〜４３…開閉器、  ５０…減算器、  ５１…Ｑ演算器、  ５２、５３…ＰＱ演算器、  ５４…切替機能部、  ７１…リアクトル、  ７２…インバータ回路、  ７３…コンデンサ、  ７４…ドライバ、  ７５…スイッチング素子、  ７６…複数の整流素子、  ８１…リアクトル、  ８２、８３…サイリスタ、  ８５ａ〜８５ｃ…コンデンサ、  ８６ａ〜８６ｃ、８７ａ〜８７ｃ…サイリスタ、  １０２…発電量予測部
【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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