(57)【要約】      （修正有）【課題】発電機の出力する無効電力と静止型無効電力補償装置の出力する無効電力との干渉を抑制する無効電力補償システムおよび方法を提供する。【解決手段】無効電力補償システム７Ａは、発電機５を有する系統４の無効電力を静止型無効電力補償装置７０により調整する。系統４の電圧変動量と発電機５の出力する第１無効電力とを演算する電気諸量演算部７１１と、電気諸量演算部７１１により演算された電圧変動量および第１無効電力と系統４の母線電圧Ｖｓと静止型無効電力補償装置７０の出力電流ｉｃとに基づいて、静止型無効電力補償装置７０の出力する第２無効電力を制御する出力信号Ｃｓｖｃを生成する出力信号生成部７１３と、を備える。出力信号生成部７１３は、第１無効電力と第２無効電力との干渉を抑制するように、出力信号Ｃｓｖｃを生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を有する系統の無効電力を静止型無効電力補償装置により調整する無効電力補償システムであって、
前記系統の電圧変動量と前記発電機の出力する第１無効電力とを演算する電気諸量演算部と、
前記電気諸量演算部により演算された前記電圧変動量および前記第１無効電力と前記系統の電圧と前記静止型無効電力補償装置の出力電流とに基づいて、前記静止型無効電力補償装置の出力する第２無効電力を制御する出力信号を生成する出力信号生成部と、
を備え、
前記出力信号生成部は、前記第１無効電力と前記第２無効電力との干渉を抑制するように、前記出力信号を生成する、
無効電力補償システム。
【請求項２】
前記出力信号生成部は、前記第１無効電力の符号と前記第２無効電力の符号とが反対にならないように、前記出力信号を生成する、
請求項１に記載の無効電力補償システム。
【請求項３】
前記系統の電圧と前記電圧変動量と前記第１無効電力とに基づいて、前記第１無効電力と前記第２無効電力とが干渉するか判定する干渉判定部をさらに備え、
前記出力信号生成部は、前記干渉判定部により干渉すると判定された場合に、前記第２無効電力の出力を停止させる、
請求項１に記載の無効電力補償システム。
【請求項４】
前記静止型無効電力補償装置は、前記系統と前記発電機とを接続する線路上に接続されている、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の無効電力補償システム。
【請求項５】
発電機を有する系統の無効電力を静止型無効電力補償装置を用いて調整する無効電力補償方法であって、
前記系統の電圧変動量と前記発電機の出力する第１無効電力とを演算し、
前記電圧変動量および前記第１無効電力と前記系統の電圧と前記静止型無効電力補償装置の出力電流とに基づいて、前記第１無効電力と前記静止型無効電力補償装置の出力する第２無効電力との干渉を抑制するように、前記静止型無効電力補償装置を制御する出力信号を生成する、
無効電力補償方法。
【請求項６】
前記出力信号は、前記第１無効電力の符号と前記第２無効電力の符号とが反対にならないように生成される、
請求項５に記載の無効電力補償方法。
【請求項７】
前記出力信号は、前記第１無効電力と前記第２無効電力とが干渉すると判定された場合には出力が停止される、
請求項５に記載の無効電力補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無効電力補償システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ある限られた地域に設けられた電力系統を「局所系統」と呼び、既存の広域の電力系統を「上位系統」と呼ぶ。局所系統は、必要に応じて上位系統と連系し、上位系統に対して電力を売電し、あるいは上位系統から電力を買電する。一般的に、局所系統には、発電機を有するタービン発電システムやエンジン発電システムが備えられている。このような発電機は、ガバナ制御により出力電力を調整したり、ＡＶＲ（Automatic Voltage Regulator：自動電圧調整）により出力電圧を一定に調整したりすることで、系統の周波数や電圧を安定させることが知られている。
【０００３】
局所系統における電力の需給バランスが急激に変化する場合、発電機によるガバナ制御やＡＶＲの応答速度では調整が間に合わず、系統電圧の振幅が大きく変動してしまう。そこで、この変動を抑制する目的で、電力変換器と直流充電部とを備えたＳＶＣ（Static Var Compensator：静止型無効電力補償装置）が用いられる。ＳＶＣは、系統電圧の振幅を抑制するように変換器電流を出力する。
【０００４】
しかし、ＳＶＣは、発電機のＡＶＲにより電圧低下が発生すると、負荷増加により電圧低下が発生したものと誤認識し、発電機が出力した無効電力を吸収してしまう可能性がある。このような発電機との干渉を防ぐ方法として、特許文献１の要約書には、「干渉動作抑制部１００は、周波数信号ωｓと変動分Ｃωｓを基に、系統安定化制御と発電機のガバナ制御等とが干渉したかどうかを判定し、干渉している場合には、ローパスフィルタ７２の時定数小さくして、変動分Ｃωｓを小さくし、これによりＳＶＣによる制御量を小さくして干渉を防止する」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１３６６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されたＳＶＣでは、干渉している場合にＳＶＣの制御量を小さくするため、ある程度干渉を抑制可能ではあるが、干渉を防いではいないため、系統電圧の変動抑制には十分機能しないと考えられる。
【０００７】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、発電機の出力する無効電力と静止型無効電力補償装置の出力する無効電力との干渉を抑制できるようにした無効電力補償システムおよび方法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】
上記課題を解決すべく、本発明に従う無効電力補償システムは、発電機を有する系統の無効電力を静止型無効電力補償装置により調整する無効電力補償システムであって、系統の電圧変動量と発電機の出力する第１無効電力とを演算する電気諸量演算部と、電気諸量演算部により演算された電圧変動量および第１無効電力と系統の電圧と静止型無効電力補償装置の出力電流とに基づいて、静止型無効電力補償装置の出力する第２無効電力を制御する出力信号を生成する出力信号生成部と、を備え、出力信号生成部は、第１無効電力と第２無効電力との干渉を抑制するように、出力信号を生成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、発電機の出力する第１無効電力と静止型無効電力補償装置の出力する第２無効電力との干渉を抑制する出力信号を生成して、静止型無効電力補償装置を制御することができる。これにより、系統の電圧変動を抑制すると共に、元の状態に復帰する時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例に係る無効電力補償システムのブロック図である。
【図２】負荷が変動した場合の無効電力等の変化を示す概略波形図である。
【図３】第２実施例に係る無効電力補償システムのブロック図である。
【図４】負荷が変動した場合の無効電力等の変化を示す概略波形図である。
【図５】第３実施例に係る無効電力補償システムのブロック図である。
【図６】第４実施例に係る静止型無効電力補償装置の概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態に係る無効電力補償システムは、系統の電圧変動量と発電機の無効電力を演算し、電圧変動量と無効電力と系統電圧と静止型無効電力補償装置の電流とに基づいて、発電機の出力する第１無効電力と静止型無効電力補償装置の出力する第２無効電力との干渉を抑制するように、静止型無効電力補償装置の出力信号を生成する。
【実施例１】
【００１２】
図１，図２を用いて第１実施例を説明する。
【００１３】
＜第１実施例の構成＞
【００１４】
図１は、本実施例による無効電力補償システム７Ａの例を示すブロック図である。無効電力補償システム７Ａは、静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）７０と、ＳＶＣ７０を制御する制御装置７１Ａとを備える。後述する他の実施例では、無効電力補償システム７Ｂ，７Ｃと呼ぶが、特に区別しない場合、無効電力補償システム７と呼ぶことができる。同様に、後述の実施例では、制御装置７１Ｂと呼ぶが、特に区別しない場合、制御装置７１と呼ぶことができる。
【００１５】
電力系統ＰＳは、広域の基幹電力系統である上位系統１（他の電力系統）と、上位系統１に連系線２で接続された母線系統４を含む局所系統３とを有している。局所系統３では、例えば、発電機５と、負荷設備（以下、負荷とも呼ぶ）６と、無効電力補償システム７Ａ等とが、母線系統４に接続されている。
【００１６】
発電機５は、例えば、エンジン発電機、タービン発電機等の慣性を有する発電設備であり、局所系統３の負荷６で使用する電力を供給する。局所系統３の電力に余剰が生じた場合は、発電機５から出力する電力を抑制したり、余った電力を連系線２を通じて上位系統１に送電したりして、電力の需給バランスを調整する。局所系統３の電力に不足が生じた場合は、負荷６で使用する電力を抑制したり、連系線２を通じて上位系統１から電力を受電したりして、電力の需給バランスを調整する。
【００１７】
発電機５は、ＡＶＲ５０を有しており、電圧検出器１０で検出した発電機端電圧Ｖｇを用いて、発電機端電圧Ｖｇの値を調整する。
【００１８】
負荷設備６は、住宅、オフィスビル、工場等で使用する各種電気機器を含む。図１では１つの負荷として図示しているが、通常、複数の負荷で構成される。
【００１９】
ＳＶＣ７０は、図６で後述するように、例えば電力変換器と直流充電部とを備えて構成することができる。ＳＶＣ７０は、電圧抑制対象である母線系統４の電圧変動ΔＶｓを抑制するように、制御装置７１Ａで生成された出力信号ＣＳＶＣに従って、「第２無効電力」としての無効電力Ｑｃを出力する。
【００２０】
制御装置７１Ａは、電気諸量演算部７１１と、出力信号生成部７１３とを含んで構成することができる。
【００２１】
電気諸量演算部７１１は、電圧検出器１１により母線系統４の電圧Ｖｓを検出し、電流検出器１２により発電機電流ｉｇを検出し、電流検出器１３によりＳＶＣ電流ｉｃを検出する。そして、電気諸量演算部７１１は、それら検出した各値Ｖｓ，ｉｇ，ｉｃから母線系統４の電圧変動量ΔＶｓと発電機無効電力Ｑｇとを演算する。
【００２２】
出力信号生成部７１３は、電気諸量演算部７１１の出力信号に基づいて、ＳＶＣ無効電力Ｑｃを指令する出力信号Ｃｓｖｃを生成する。出力信号生成部７１３は、まず、検出した母線電圧Ｖｓと演算した電圧変動量ΔＶｓと発電機無効電力Ｑｇとを用いて、発電機無効電力Ｑｇの符号と逆にならないように制御信号を生成する。この制御信号とＳＶＣ電流ｉｃと母線電圧Ｖｓの値と位相情報とを用いて、出力信号Ｃｓｖｃを生成する。ＳＶＣ７０は、この出力信号Ｃｓｖｃに従ってＳＶＣ無効電力Ｑｃを放出または吸収する。
【００２３】
ここで、発電機無効電力Ｑｇは「第１無効電力」に該当する。本実施例では、上述の通り、発電機無効電力Ｑｇの符号とＳＶＣ無効電力Ｑｃの符号とが反対にならないように、ＳＶＣ６０へ与える出力信号Ｃｓｖｃを生成する。換言すれば、本実施例では、発電機無効電力Ｑｇの符号とＳＶＣ無効電力Ｑｃの符号とが一致するように、出力信号Ｃｓｖｃを生成する。ただし、ここでの符号の一致には、０を含む。符号が一致する場合には、正の符号と正の符号の組合せだけでなく、正の符号と０との組合せも含まれる。
【００２４】
＜第１実施例の動作＞
【００２５】
次に、図２を参照して、本実施例の動作を説明する。図２では、本実施例による波形図（実線）と比較例の波形図（点線）とを対比して示す。先に、実線の波形図を参照して、本実施例の動作を説明する。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、時刻ｔ１において負荷設備６の負荷電流ｉＬがステップ状に急増したとする。
【００２７】
負荷電流ｉＬが急増すると、局所系統３では電力供給が不足する。このため、図２（ｂ）に示すように、母線系統の電圧Ｖｓは、時刻ｔ１以降規定値よりも低下する。母線電圧Ｖｓの低下に連動して、発電機電圧Ｖｇが低下する。電圧検出器１０が発電機電圧Ｖｇの低下を検出すると、ＡＶＲ５０は、発電機電圧Ｖｇを目標値に戻すように動作する。これにより、図２（ｃ）に示すように、発電機５の無効電力Ｑｇが増加する。
【００２８】
母線電圧Ｖｓの低下に伴って発電機無効電力Ｑｇが増加し続けるため、時刻ｔ２で母線電圧Ｖｓの減少が停止する。そして、時刻ｔ２において、母線電圧Ｖｓは増加に転じ、時刻ｔ３で規定値に戻る。母線電圧Ｖｓが規定値へ戻るのに合わせて、時刻ｔ２以降、発電機無効電力Ｑｇも減少していく。
【００２９】
図２（ｄ）は、母線系統４の電圧変動量ΔＶｓを示しており、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は負の値を取り、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間は正の値となる。
【００３０】
図２（ｅ）は、ＳＶＣ７０の無効電力Ｑｃの変化を示す。ＳＶＣ無効電力Ｑｃを制御する出力信号生成部７１３は、時刻ｔ１から時刻ｔ２において、規定値以下に低下する母線電圧Ｖｓと電圧変動量ΔＶｓと増加する発電機無効電力Ｑｇとから、正の制御信号を生成する。この正の制御信号を用いて生成した出力信号ＣｓｖｃをＳＶＣ７０に与えることで、ＳＶＣ７０から出力する無効電力Ｑｃは正となり、発電機５の無効電力Ｑｇと同様に電圧変動を抑制するよう動作する。
【００３１】
時刻ｔ２から時刻ｔ３の間は、電圧変動量ΔＶｓの符号が負から反転して正となるが、母線電圧Ｖｓが負で発電機無効電力Ｑｇが正であるため、出力信号生成部７１３は、引き続き正の制御信号を生成する。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２と同様に、ＳＶＣ７０の無効電力Ｑｃは正となり、発電機５と同様に電圧変動を抑制するよう動作する。
【００３２】
＜比較例＞
【００３３】
次に、図２中に点線で示す比較例を説明する。比較例は、本実施例の構成に比べて、電流検出器１２を備えていない点で少なくとも異なる。したがって、比較例では、発電機無効電力Ｑｇを演算することができないため、発電機無効電力Ｑｇを考慮しないでＳＶＣ７０への出力信号を生成する。
【００３４】
時刻ｔ１において負荷設備６の負荷電流ｉＬがステップ状に急増するという条件は、本実施例と同じである。
【００３５】
図２（ｄ）に示す通り、電圧変動量ΔＶｓは時刻ｔ１より零から負に減少し、その後増加に転じて時刻ｔ２で零に戻る。比較例の場合も、出力信号生成部７１３は、この電圧変動ΔＶｓを抑制するように制御信号を生成するため、図２（ｅ）のようなＳＶＣ無効電力Ｑｃとなる。
【００３６】
時刻ｔ２以降は、図２（ｄ）に示す通り、電圧変動量ΔＶｓが正の値に転じるため、比較例の場合、ＳＶＣ無効電力Ｑｃは負（吸収）となる。この時、母線電圧Ｖｓは負であり、発電機無効電力Ｑｇは正（放出）であるため、ＳＶＣ７０は発電機５による電圧変動抑制を阻害することになる。従って、比較例の場合、時刻ｔ３の段階でも母線電圧Ｖｓは規定値に戻ることができない。母線電圧Ｖｓが規定値に戻るのは、時刻ｔ３よりも遅い時刻ｔ４である。
【００３７】
＜第１実施例の効果＞
【００３８】
以上のように、本実施例によれば、検出した母線電圧Ｖｓと演算した電圧変動量ΔＶｓと発電機無効電力Ｑｇとを用いて、発電機無効電力Ｑｇの符号と逆にならないように制御信号を生成し、ＳＶＣ７０から無効電力Ｑｃを出力する。これにより、ＳＶＣ７０の無効電力Ｑｃと発電機５の無効電力Ｑｇとが干渉するのを抑制することができ、電圧変動の抑制効果を高めることができる。
【００３９】
すなわち、本実施例の無効電力補償システム７Ａは、発電機５と協調して無効電力補償動作を実施する。これにより、本実施例では、負荷６が急激に増加した場合でも、発電機無効電力ＱｇとＳＶＣ無効電力Ｑｃとが互いに打ち消しあうのを抑制して、系統電圧（母線系統４の電圧Ｖｓ）の変動量を少なくでき、系統電圧が規定値に復帰するまでの時間を短縮できる。これにより、本実施例では、局所系統３を安定化することができ、信頼性を高めることができる。
【実施例２】
【００４０】
図３，図４を用いて第２実施例を説明する。本実施例を含む以下の各実施例では、第１実施例との相違を中心に説明する。本実施例では、制御装置７１Ａに代えて、干渉判定部７１２を備える制御装置７１Ｂを用いる点で第１実施例と異なる。
【００４１】
図３は、本実施例による無効電力補償システム７Ｂの構成を示すブロック図である。制御装置７１Ｂは、電気諸量演算部７１１と出力信号生成部７１３とを有する点で第１実施例の制御装置７１Ａと共通しているが、本実施例では、干渉判定部７１２が新たに設けられている。
【００４２】
干渉判定部７１２は、母線電圧Ｖｓが負かつ電圧変動量ΔＶｓが正かつ発電機無効電力Ｑｇが正の場合と、母線電圧Ｖｓが正かつ電圧変動量ΔＶｓが負かつ発電機無効電力Ｑｇが負の場合とで、発電機５との干渉を避けるための補正信号ＣＩＦを出力する。
【００４３】
図４は、本実施例の無効電力補償システム７Ｂを用いた場合の波形図の例である。図４（ａ）に示すように、時刻ｔ１において負荷設備６の負荷電流ｉＬがステップ状に急増したとする。負荷電流ｉＬが急増すると、局所系統３は電力供給不足となるため、図４（ｂ）に示すように、母線系統の電圧Ｖｓはｔ１以降規定値よりも低下する。
【００４４】
母線電圧Ｖｓの低下に連動して、発電機電圧Ｖｇも低下するため、図４（ｃ）に示すように、発電機５の無効電力Ｑｇが増加する。母線電圧Ｖｓの低下に伴って、発電機無効電力Ｑｇが増加し続け、時刻ｔ２で母線電圧Ｖｓの減少が収まる。
【００４５】
一方、ＳＶＣ７０は、制御装置７１Ｂの電気諸量演算部７１１で、図４（ｄ）に示す母線系統４の電圧変動量ΔＶｓを演算し、出力信号生成部７１３にて電圧変動量ΔＶｓに応じた出力指令Ｃｓｖｃを生成する。図４（ｅ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、電圧変動量ΔＶｓが負であるため、ＳＶＣ７０は無効電力Ｑｃを放出する。
【００４６】
時刻ｔ２以降、図４（ｂ）に示すように、母線電圧Ｖｓは増加に転じ、時刻ｔ５で規定値に戻る。これに合わせて、発電機無効電力Ｑｇも減少していく。この時、母線電圧Ｖｓが負かつ電圧変動量ΔＶｓが正かつ発電機無効電力Ｑｇが正であるため、干渉判定部７１２は、補正信号ＣＩＦを出力する。
【００４７】
出力信号生成部７１３は、補正信号ＣＩＦを受けると、ＳＶＣ７０が発電機無効電力Ｑｇを吸収しないように、出力信号Ｃｓｖｃを生成する。したがって、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、電圧変動量ΔＶｓが正であるが、ＳＶＣ７０は無効電力を吸収しない。すなわち、ＳＶＣ７０は、無効電力Ｑｇを放出する発電機５と干渉しない。
【００４８】
本実施例も上述の通り、第１実施例と同様の作用効果を奏する。本実施例では、発電機５の動作とＳＶＣ７０の動作とが干渉するタイミングを検出し、そのタイミングで補正信号ＣＩＦを出力信号生成部７１３へ出力することにより、ＳＶＣ７０により無効電力の吸収を抑制する。したがって、本実施例によれば、効率的にＳＶＣ７０を作動させることができる。
【実施例３】
【００４９】
図５を用いて第３実施例を説明する。本実施例の無効電力補償システム７Ｃは、ＳＶＣ７０の接続点を、母線系統４から、母線系統４と発電機５とを接続する線路（連系線）に代えた点で第１実施例と異なる。
【００５０】
図５は、本実施例による無効電力補償システム７Ｃのブロック図である。ＳＶＣ７が無効電力Ｑｃを出力するための連系線Ｌ１が、母線系統４と発電機５の連系線Ｌ２に接続されている。
【００５１】
これにより、本実施例によれば、ＳＶＣ７０は、母線系統４を介さずに発電機５と接続されるため、発電機５の近傍における電圧変動の抑制効果や、発電機５に逆流する電流成分の補償効果等を向上させることができる。本実施例は、第１実施例および第２実施例のいずれとも結合可能である。
【実施例４】
【００５２】
図６を用いて、第４実施例を説明する。第４実施例では、ＳＶＣ７０の構成例を幾つか説明する。本実施例で述べる各タイプのＳＶＣは、第１〜第３実施例のいずれにも適用可能である。
【００５３】
図６（ａ）に示す第１のタイプのＳＶＣ７０−１は、電力変換器７０１と直流充電部７０３とを備えて構成することができる。直流充電部７０３として、蓄電池等の直流電源を用いることができる。
【００５４】
図６（ｂ）に示す第２のタイプのＳＶＣ７０−２は、電力変換器７０１と、逆変換器７０２と、電力変換器７０１と逆変換器７０２を接続するコンデンサ７０４と、直流充電部７０３へ交流電力を供給する交流電源７０５とを備える。
【００５５】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００５６】
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【００５７】
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１：上位系統、２：連系線、３：局所系統、４：母線系統、５：発電機、６：負荷設備、７Ａ，７Ｂ，７Ｃ：無効電力補償システム、１０，１１：電圧検出器、１２，１３：電流検出器：５０：自動電圧調整装置、７０：静止型無効電力補償装置、７１１：電気諸量演算部、７１２：干渉判定部、７１３：出力信号生成部
【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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