(57)【要約】【課題】負荷の無効電力変動だけでなく負荷の有効電力変動をも補償できるようにすること。【解決手段】無効電力補償装置の制御装置は、負荷の有効電力を検出する負荷Ｐ検出部１０１と、負荷Ｐ検出部１０１により検出された負荷の有効電力の変動分を検出する負荷Ｐ変動分抽出部１０２と、負荷Ｐ変動分抽出部１０２により検出された負荷の有効電力の変動分にゲインをかけて、直流電圧指令値を変更する量を決定する補償量決定部１０３と、直流電圧指令値から補償量決定部１０３により決定された量を減算する減算器１０４とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷の有効電力を検出する負荷有効電力検出手段と、
前記有効電力検出手段により検出された負荷の有効電力の変動分を検出する負荷有効電力変動分抽出手段と、
前記負荷有効電力変動分抽出手段により検出された負荷の有効電力の変動分にゲインをかけて、直流電圧指令値を変更する量を決定する補償量決定手段と、
前記直流電圧指令値から前記補償量決定手段により決定された量を減算する減算手段と
を具備することを特徴とする無効電力補償装置の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の無効電力補償装置の制御装置において、
前記減算器の出力の値を所定範囲内に制限する直流電圧目標値制限手段をさらに具備することを特徴とする無効電力補償装置の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の無効電力補償装置の制御装置において、
前記負荷有効電力変動分抽出手段により検出された負荷の有効電力の変動分のうち、一定の大きさ以上あるいはある一定の大きさ以下の変動分のみを前記補償量決定手段へ供給する不感帯処理手段をさらに具備することを特徴とする無効電力補償装置の制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無効電力補償装置の制御装置において、
前記の各手段が、直流電圧指令値を一定に維持するための直流電圧一定制御手段の前段に設けられていることを特徴とする無効電力補償装置の制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の無効電力補償装置の制御装置において、
前記の各手段が、直流電圧指令値を一定に維持するための直流電圧一定制御手段の後段に設けられていることを特徴とする無効電力補償装置の制御装置。
【請求項６】
負荷有効電力検出手段により、負荷に供給される有効電力を検出するステップと、
負荷有効電力変動分抽出手段により、前記検出された負荷の有効電力の変動分を検出するステップと、
補償量決定手段により、前記検出された負荷の有効電力の変動分にゲインをかけて、直流電圧指令値を変更する量を決定するステップと、
減算手段により、前記直流電圧指令値から前記決定された量を減算するステップと
を有することを特徴とする無効電力補償装置の制御方法。
【請求項７】
負荷に供給される有効電力を検出する機能と、
前記検出された負荷の有効電力の変動分を検出する機能と、
前記検出された負荷の有効電力の変動分にゲインをかけて、直流電圧指令値を変更する量を決定する機能と、
前記直流電圧指令値から前記決定された量を減算する機能と
をコンピュータに実現させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷の無効電力変動を補償すると共に負荷の有効電力変動をも補償する無効電力補償装置の制御装置、無効電力補償装置の制御方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク炉や圧延機などの急激な負荷変動によって発生するフリッカを抑制するために設置する装置として、静止型無効電力補償装置（以下、「ＳＶＣ」と称す。）がある。
【０００３】
ＳＶＣは負荷の無効電力の変動分を検出して高速に無効電力を補償する装置である。ところで、フリッカの原因となっている電圧変動は、負荷の無効電力変動により発生するが、負荷の有効電力が急変した場合にも母線の電圧は変動する。負荷の有効電力変動による電圧変動も補償できれば、従来以上に電圧変動（電圧フリッカ）を抑制することができるが、従来ＳＶＣは負荷の有効電力変動による電圧変動を補償する機能は有していない。
【０００４】
特許文献１、特許文献２などで提案されている装置も、負荷の無効電力変動分を補償する機能のみを有した装置である。また、特許文献３は負荷の有効電流分を検出してＳＶＣ有効電力出力指令を制御するものであるが、負荷有効電流に含まれる高調波成分のみを抑制しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−０１１８７０号公報
【特許文献２】特開平０７−３３６８９１号公報
【特許文献３】特開平０８−０７６８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、従来のＳＶＣは、負荷の無効電力変動分のみを補償する機能しか有しておらず、負荷の有効電力変動分を補償する機能は有していない。すなわち、従来のＳＶＣは、負荷の有効電力変動に起因して発生する電圧変動（電圧フリッカ）を直接的に補償するものではない。負荷の無効電力変動分と有効電力変動分の双方を補償できれば、電圧変動（電圧フリッカ）の抑制効果を従来以上に向上できることが期待される。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、負荷の無効電力変動だけでなく負荷の有効電力変動をも補償することができる無効電力補償装置の制御装置、無効電力補償装置の制御方法、およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様による無効電力補償装置の制御装置は、負荷の有効電力を検出する負荷有効電力検出手段と、前記有効電力検出手段により検出された負荷の有効電力の変動分を検出する負荷有効電力変動分抽出手段と、前記負荷有効電力変動分抽出手段により検出された負荷の有効電力の変動分にゲインをかけて、直流電圧指令値を変更する量を決定する補償量決定手段と、前記直流電圧指令値から前記補償量決定手段により決定された量を減算する減算手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、負荷の無効電力変動だけでなく負荷の有効電力変動をも補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の各実施形態に係る自励式ＳＶＣの制御系が適用される電力システムの概略構成の一例を示す図。
【図２】図１中の自励式ＳＶＣに使用される制御系の一般的な構成の一例を示す図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る負荷有効電力変動補償機能の構成の一例を示す図。
【図４】同実施形態における各部の信号波形を示す図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る負荷有効電力変動補償機能の構成の一例を示す図。
【図６】同実施形態における各部の信号波形を示す図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る負荷有効電力変動補償機能の構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
（各実施形態に共通）
最初に、図１を参照して、本発明の各実施形態に共通する事項について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の各実施形態に係る自励式ＳＶＣの制御系が適用される電力システムの概略構成の一例を示す図である。
【００１４】
図１に示されるように、交流電源の電力系統には母線Ａが存在する。この母線Ａには負荷Ｌおよび自励式ＳＶＣ１が接続されている。負荷Ｌは母線Ａから供給される電力を消費するものであり、一方、自励式ＳＶＣ１は負荷Ｌにより母線Ａに発生する電力変動（電圧フリッカ）を抑制するものである。
【００１５】
自励式ＳＶＣ１には、制御系２およびインバータ３が備えられる。制御系２は、負荷Ｌの無効電力変動および有効電力変動に基づき、母線Ａの電圧フリッカが抑制されるようにインバータ３を駆動する制御信号を発生する制御装置である。インバータ３は、制御系２から供給される信号に従って半導体スイッチのゲートをオン・オフし、無効電力および有効電力の消費もしくは供給を行うことにより、母線Ａの電圧フリッカを抑制する装置である。
【００１６】
図２は、図１中の自励式ＳＶＣ１に使用される制御系２の一般的な構成の一例を示す図である。
【００１７】
制御系２は、減算器１０、直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）１１、フリッカ抑制制御系１２、ＳＶＣ出力電流指令値演算部１３、減算器１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、交流電流制御系（ＡＣ−ＡＣＲ）１５、減算器１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、およびパルス生成回路（ＰＷＭ）１７を有する。
【００１８】
上記要素群のほか、図２中には示されていないが、直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）１１の前段もしくは後段の位置に、後述する各実施形態で説明する負荷有効電力変動補償機能を構成する要素群が設けられる。
【００１９】
減算器１０は、直流電圧指令値Ｅdc_refに対する減算処理を行うものである。図２の例では直流電圧指令値Ｅdc_refから現在の直流電圧値Ｅdcが減算されている。但し、後述する第１の実施形態では、この部分の構成が異なる。
【００２０】
直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）１１は、減算器１０での減算処理後の直流電圧指令値を一定に維持するようにＳＶＣ出力電流指令値を調整するものである。
【００２１】
フリッカ抑制制御系１２は、負荷Ｌの負荷電流iL_a， iL_b， iL_cからフリッカ発生原因となる無効電流成分を抽出し、それを打消すようなＳＶＣ出力電流を算出するものである。
【００２２】
ＳＶＣ出力電流指令値演算部１３は、直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）１１の出力と、フリッカ抑制制御系１２の出力とを合成し、最終的なＳＶＣの出力電流指令値を生成するものである。
【００２３】
減算器１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、ＳＶＣ出力電流指令値演算部１３から出力される出力電流指令値isvc_a_ref, isvc_b_ref， isvc_c_refから、それぞれＳＶＣ出力電流値isvc_a, isvc_b， isvc_cを減算するものである。
【００２４】
交流電流制御系（ＡＣ−ＡＣＲ）１５は、ＳＶＣ出力電流がＳＶＣ出力電流指令値演算部１３で生成された出力電流指令値となるような電流一定制御を行うものである。
【００２５】
減算器１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、ＳＶＣ端子電圧vcvc_c，vcvc_b，vcvc_aから交流電流制御系（ＡＣ−ＡＣＲ）１５から出力されるＳＶＣ出力電流値を減算するものである。
【００２６】
パルス生成回路（ＰＷＭ）１７は、交流電流制御系（ＡＣ−ＡＣＲ）１５の出力信号に基づき、インバータ２の半導体スイッチのゲート駆動信号を生成するものである。
【００２７】
以下に説明する各実施形態では、適宜、図１及び図２を参照するものとする。
【００２８】
（第１の実施形態）
まず、図３および図４を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００２９】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る負荷有効電力変動補償機能の構成の一例を示す図である。
【００３０】
図３の負荷有効電力変動補償機能２１は、前述の図２の制御系２における直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）１１の前段に設けられるものである。この負荷有効電力変動補償機能２１は、負荷有効電力抽出部１０１（以下、「負荷Ｐ検出部１０１」と称す。）、負荷有効電力変動分抽出部１０２（以下、「負荷Ｐ変動分抽出部１０２」と称す。）、補償量決定部１０３、減算器１０４、直流電圧目標値制限部１０５、および減算器１０６を有する。なお、これらの要素はいずれも、コンピュータに実現させるためのプログラムの機能として実現することが可能である。
【００３１】
負荷Ｐ検出部１０１は、負荷Ｌの有効電力（以下、「負荷Ｐ」と称す。）を検出するものである。
【００３２】
負荷Ｐ変動分抽出部１０２は、負荷Ｐ検出部１０１により検出された負荷Ｐの変動分を抽出するものである。変動分は、例えば「Ts／（１＋Ts）」（Ts：時定数）により求める。
【００３３】
補償量決定部１０３は、負荷Ｐ変動分抽出部１０２により検出された負荷Ｐの変動分にゲインＫをかけて、直流電圧指令値Ｅdc_refを変更する量を決定するものである。すなわち、母線Ａのフリッカを抑制するために必要な信号が得られるよう直流電圧指令値Ｅdc_refを調整するための機能である。
【００３４】
減算器１０４は、直流電圧指令値Ｅdc_refから補償量決定部１０３により決定された量を減算するものである。
【００３５】
直流電圧目標値制限部１０５は、減算器１０４の出力の値を所定の範囲内（上限値と下限値との間）に制限するものである。
【００３６】
減算器１０６は、直流電圧目標値制限部１０５の出力値から現在の直流電圧値Ｅdcを減算するものである。この減算器１０６の出力は、直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）１１へ伝達される。
【００３７】
このように構成された負荷有効電力変動補償機能２１において、負荷Ｐ検出部１０１により現在の負荷Ｐが取り込まれると、負荷Ｐが負荷Ｐ変動分抽出部１０２へ伝達される。負荷Ｐ変動分抽出部１０２では、負荷Ｐ検出部１０１から伝達された信号から変動分が抽出される。この場合、例えばシグナルリセット回路を用いて信号を処理することにより変動分が抽出される。抽出された変動分は補償量決定部１０３へ伝達される。補償量決定部１０３では、抽出した変動分にゲインＫがかけられ、例えば負荷Ｐ変動分の大きさに対して電圧変動を小さくするための信号に調整されて出力される。補償量決定部１０３の出力は減算器１０４に伝達される。減算器１０４では、直流電圧指令値から補償量決定部１０３の出力分が減算されて直流電圧目標値制限部１０５へ伝達される。直流電圧目標値制限部１０５では、減算器１０４で減算された信号が所定の範囲内（上限値と下限値との間）に制限される。例えば直流電圧目標値制限部１０５の上限値および下限値には、システムが許容可能な直流電圧の上限値および下限値を設定する。直流電圧目標値制限部１０５の出力は、負荷Ｐ変動による電圧変動を抑制するための直流電圧指令値となる。減算器１０６では、直流電圧目標値制限部１０５の出力と現在の直流電圧との差が求められ、直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）１１へ伝達される。
【００３８】
図４は、同実施形態における各部の信号波形を示す図である。
【００３９】
図４の（ａ）は負荷Ｌの有効電力である負荷Ｐ、（ｂ）は母線Ａの電圧、（ｃ）は負荷Ｐ変動分抽出部１０２の出力信号、（ｄ）は補償量決定部１０３の出力信号、（ｅ）は直流電圧目標値制限部１０５の出力信号、（ｆ）は直流電圧Ｅdc、（ｇ）は減算器１０６の出力信号（ＳＶＣの有効電力）、（ｈ）は負荷ＰとＳＶＣの有効電力との合成有効電力を示している。なお、図４中の符号Ｘに示す破線は従来技術による波形を示し、一方、符号Ｙに示す実線は本実施形態による波形を示している。
【００４０】
図４（ａ）のように負荷Ｐが大きく変動した際、従来は図４（ｂ）の破線Ｘのように母線電圧は大きく変動していたが、本実施形態では実線Ｙで示すように母線電圧の変動が小さく抑制される。本実施形態では実線Ｙで示すように負荷Ｐの変動分を捕らえて図４（ｃ）（ｄ）のような制御信号が生成され、図４（ｅ）のように直流電圧指令値が変更される。そして、この直流電圧指令値の変化および図４（ｆ）のような直流電圧の変化に応じて図４（ｇ）のようにＳＶＣの有効電力が形成される。例えば図４（ａ）のように負荷Ｐが急激に減少した場合には、図４（ｇ）のように直流電圧を上げるように動作する。直流電圧が上がるとインバータ３は系統側から有効電力を消費することになり、その結果、負荷Ｐの減少分に相当する有効電力をＳＶＣが消費するように動作し、図４（ｈ）のように負荷Ｐの変動に伴う母線電圧の変動が補償される。
【００４１】
この第１の実施形態によれば、負荷の急激な有効電力の変動分をＳＶＣの有効電力出力（消費または供給）により補償できるため、負荷の有効電力変動によって発生する負荷近傍の電圧変動を抑制するようにＳＶＣを動作させることができる。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、図５および図６を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００４３】
なお、この第２の実施形態においては、前述の第１の実施形態の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４４】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る負荷有効電力変動補償機能の構成の一例を示す図である。
【００４５】
図５の負荷有効電力変動補償機能２２は、前述の図３の負荷有効電力変動補償機能２１を構成する要素１０１〜１０６に、さらに不感帯処理部１０７を加えたものとなっている。なお、この追加した要素は、コンピュータに実現させるためのプログラムの機能として実現することが可能である。
【００４６】
不感帯処理部１０７は、負荷Ｐ変動分抽出部１０２と補償量決定部１０３との間に設けられ、負荷有効電力変動分抽出部１０２により検出された負荷Ｐの変動分のうち、一定の大きさ以上あるいはある一定の大きさ以下の変動分のみを補償量決定部１０３へ供給するものである。
【００４７】
このように構成された負荷有効電力変動補償機能２２において、負荷Ｐ検出部１０１から伝達された信号から負荷Ｐ変動分抽出部１０２にて変動分が抽出されると、負荷Ｐ変動分抽出部１０２で抽出された変動分は不感帯処理部１０７に入力される。不感帯処理部１０７では、入力された変動分に対しある一定の大きさ以上あるいはある一定の大きさ以下の入力のみを出力する。不感帯処理部１０７の出力は補償量決定部１０３へ伝達される。
【００４８】
図６は、同実施形態における各部の信号波形を示す図である。
【００４９】
図６の（ａ）は負荷Ｌの有効電力である負荷Ｐ、（ｂ）は母線Ａの電圧、（ｃ）は負荷Ｐ変動分抽出部１０２の出力信号、（ｄ）は補償量決定部１０３の出力信号、（ｅ）は直流電圧目標値制限部１０５の出力信号、（ｆ）は直流電圧Ｅdc、（ｇ）は減算器１０６の出力信号（ＳＶＣの有効電力）、（ｈ）は負荷ＰとＳＶＣの有効電力との合成有効電力を示している。なお、図４中の符号Ｘに示す破線は従来技術による波形を示し、一方、符号Ｙに示す実線は本実施形態による波形を示している。
【００５０】
図６（ａ）のように負荷Ｐの減少量が小さい部分では、図６（ｂ）のように母線電圧の変動は小さく、許容できる範囲内である。このように負荷Ｐの減少量が小さい部分では、負荷Ｐ変動分抽出部１０２から図６（ｃ）のような信号が生成されるが、不感帯処理部１０７が反応せず出力値が０となるため、図６（ｄ）のように補償量決定部１０３の出力値は０となり、図６（ｅ）（ｆ）のように直流電圧目標値制限部１０５の出力信号や直流電圧Ｅdcは変化せず、図６（ｇ）のようにＳＶＣの有効電力は形成されず、図４（ｈ）のように負荷Ｐの変動に伴う母線電圧の変動が現れるが、小さい変動であるため、問題はない。
【００５１】
一方、負荷有効電力の減少量が大きい場合には、不感帯処理部１０７は負荷Ｐ変動分抽出部１０２の出力を通過させるので、図６（ｃ）（ｄ）のような制御信号が生成され、図６（ｅ）のように直流電圧指令値が変更され、この直流電圧指令値の変化および図６（ｆ）のような直流電圧の変化に応じて図６（ｇ）のようにＳＶＣの有効電力が形成され、直流電圧が上がるとインバータ３は系統側から有効電力を消費することになり、その結果、負荷Ｐの減少分に相当する有効電力をＳＶＣが消費するように動作し、図６（ｈ）のように負荷Ｐの変動に伴う母線電圧の変動が補償される。
【００５２】
この第２の実施形態によれば、負荷の有効電力変動がある一定値以上の大きさになったときのみＳＶＣが有効電力を出力（消費または供給）するので、大きな電圧変動の要因となる負荷の有効電力変動に対してのみ効果的に動作させることができる。
【００５３】
（第３の実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第３の実施形態について説明する。
【００５４】
なお、この第３の実施形態においては、前述の第１の実施形態の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５５】
図７は、本発明の第３の実施形態に係る負荷有効電力変動補償機能の構成の一例を示す図である。
【００５６】
前述の図３の負荷有効電力変動補償機能２１が直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）１１の前段に設けられるものであったのに対し、図７の負荷有効電力変動補償機能２３は直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）１１の後段に設けられる。
【００５７】
この負荷有効電力変動補償機能２３は、前述した負荷Ｐ検出部１０１、負荷Ｐ変動分抽出部１０２、補償量決定部１０３、減算器１０４、および直流電圧目標値制限部１０５を有する。この場合の減算器１０４は、図３の負荷有効電力変動補償機能２１における減算器１０４とは異なり、直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）１１の出力値から補償量決定部１０３により決定された量を減算する。なお、本実施形態における各部の信号波形は、前述の図４に示した信号波形と同様となるため、その説明を省略する。
【００５８】
また、図７の負荷有効電力変動補償機能２３において、負荷Ｐ変動分抽出部１０２と補償量決定部１０３との間に、前述の図５中の不感帯処理部１０７を設けるようにしてもよい。この場合の信号波形は、前述の図６に示した信号波形と同様となる。
【００５９】
この第３の実施形態によれば、直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）の後段に負荷有効電力変動補償機能を設けることにより、前述の第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、不感帯処理部を加えることにより、前述の第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
上述した各実施形態の図３〜図７で説明した各種の機能や処理手順は、コンピュータプログラムとして、コンピュータにより読み取り可能な記憶媒体（例えば磁気ディスク，光ディスク，半導体メモリ）に記憶させておき、必要に応じてそれをプロセッサにより読み出して実行するようにしてもよい。また、このようなコンピュータプログラムは、通信媒体を介してあるコンピュータから他のコンピュータに伝送することにより配布することも可能である。
【００６１】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…自励式ＳＶＣ、２…インバータ、１０…減算器、１１…直流電圧一定制御系（ＤＣ−ＡＶＲ）、１２…フリッカ抑制制御系、１３…ＳＶＣ出力電流指令値演算部、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…減算器、１５…交流電流制御系（ＡＣ−ＡＣＲ）、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…減算器、１７…パルス生成回路（ＰＷＭ）、２１，２２，２３…負荷有効電力変動補償機能、１０１…負荷Ｐ検出部、１０２…負荷Ｐ変動分抽出部、１０３…補償量決定部、１０４…減算器、１０５…直流電圧目標値制限部、１０６…減算器、１０７…不感帯処理部。
【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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