(57)【要約】【課題】装置の計算負荷を低減した進相コンデンサの投入と開放を制御する自動力率制御装置を提供する。【解決手段】進相コンデンサ３，３の投入と開放を制御する自動力率制御装置１は、負荷力率と進相コンデンサ容量等から受電点の電流のしきい値を計算する受電点電流しきい値演算部８と、受電点の電流信号の実効値を演算する実効値演算部１１と、進相コンデンサの投入と開放を決定し制御する投入・開放決定制御部１２を備え、受電点電流しきい値演算部８において受電点電流のしきい値を計算し、保持しておき、投入・開放決定制御部１２において、実効値演算部１１で演算した受電点の電流信号の実効値と受電点電流しきい値を比較して、進相コンデンサ３の投入と開放を決定し制御する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力需要家の受電点より負荷側に、この負荷と並列に接続されるよう設けられた力率改善用の進相コンデンサの投入と開放を制御する自動力率制御装置において、
負荷力率と進相コンデンサ容量等から前記受電点の電流のしきい値を計算する受電点電流しきい値演算部と、
前記受電点の電流信号の実効値を演算する実効値演算部と、
前記進相コンデンサの投入と開放を決定し制御する投入・開放決定制御部と、
を備え、
前記受電点電流しきい値演算部において受電点電流のしきい値を計算し、保持しておき、
前記投入・開放決定制御部において、前記実効値演算部で演算した受電点の電流信号の実効値と前記受電点電流しきい値を比較して、進相コンデンサの投入と開放を決定し制御する
ことを特徴とする自動力率制御装置。
【請求項２】
負荷力率を推定する負荷力率推定部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の自動力率制御装置。
【請求項３】
演算や制御に必要な設定値を外部から入力する設定値入力部を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動力率制御装置。
【請求項４】
前記実効値演算部が、前記受電点の電流信号を計測する電流センサに備えられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の自動力率制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、進相コンデンサの投入と開放を制御する自動力率制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、高圧需要家では、受電点の力率を改善するために進相コンデンサ（ＳＣ）を複数台設置し、受電点の力率を適正に維持するように、ＳＣの投入台数を制御する自動力率制御装置（ＡＰＦＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）が設置される。ＡＰＦＣの一般的な制御方式は、受電点の電圧と電流を計測して無効電力や力率を演算し、この無効電力の大きさに応じて、投入するＳＣ台数を決定するというものである。
現在ＡＰＦＣの普及率は高圧需要家の１０％程度と低い。このため、多くのＳＣは常時投入された状態であり、高圧需要家での消費電力が小さい夜間等では、受電点の力率が進みとなり、高圧配電系統の電圧上昇問題を引き起こしている。よって、受電点の力率を適正に維持できるＡＰＦＣの設置は、高圧配電系統等の電力品質の維持・向上のためには、さらなる低コスト化や設置メリットの拡大等が必要である。
このような背景から、ＡＰＦＣを低コスト化する方策の１つとして、電流計測のみから受電点の無効電力や力率を演算する機能を有した自動力率制御装置が提案されている（特開２０１２−５０２９０号公報）。
特開２０１２−５０２９０号公報に示された自動力率制御装置では、電圧計測が不要となることから、電圧を取り込むためのハードウェアや電圧値を計算するためのソフトウェアが不要となり、ＡＰＦＣの低コスト化に寄与するものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】  特開２０１２−５０２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  特許文献１に開示されている自動力率制御装置の構成では、電流センサＣＴ２に入力された受電点電流の実効値演算を常に行い、あらかじめ決められたしきい値と比較し、しきい値を超過したらＳＣを投入し、しきい値を下回ったらＳＣを開放することを基本としているものであり、平方根や三角関数が含まれている式を常時演算し続けるため、制御装置のプログラムステップ数が多くなることから、低コストのプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）等のハードウェアを用いて装置を構成することが困難であるという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  本発明は、装置の計算負荷を低減し、低コストのハードウェアを用いて装置を構成することができる、進相コンデンサの投入と開放を制御する自動力率制御装置の提供を目的とし、この目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明は、電力需要家の受電点より負荷側に、この負荷と並列に接続されるよう設けられた力率改善用の進相コンデンサの投入と開放を制御する自動力率制御装置において、
負荷力率と進相コンデンサ容量等から前記受電点の電流のしきい値を計算する受電点電流しきい値演算部と、
前記受電点の電流信号の実効値を演算する実効値演算部と、
前記進相コンデンサの投入と開放を決定し制御する投入・開放決定制御部と、
を備え、
前記受電点電流しきい値演算部において受電点電流のしきい値を計算し、保持しておき、
前記投入・開放決定制御部において、前記実効値演算部で演算した受電点の電流信号の実効値と前記受電点電流しきい値を比較して、進相コンデンサの投入と開放を決定し制御することを要旨とする。
【発明の効果】
【０００６】  受電点電流しきい値をあらかじめ求めておき、受電点電流実効値を負荷電流の値に変換することなく、そのまま受電点電流しきい値と比較しながら、進相コンデンサの投入・開放を行うことにより、装置の計算負荷を低減することができ、低コストのハードウェアを用いて自動力率制御装置を構成することができるものとなる。【０００７】  また、本発明の自動力率制御装置において、負荷力率を推定する負荷力率推定部を備えて構成することもできる。
こうすれば、負荷力率を予め想定することなく、また、負荷機器の取替えや増設があった場合でも、再度負荷力率を想定し直さずに、適切な進相コンデンサの投入・開放制御ができるものとなる。【０００８】  また、本発明の自動力率制御装置において、演算や制御に必要な設定値を外部から入力する設定値入力部を備えて構成することもできる。
こうすれば、負荷力率推定部を持たない場合でも、メーカ仕様や短時間の実測結果により負荷力率を想定し、あらかじめ設定値入力部から入力して保持しておくことができる。【０００９】  また、本発明の自動力率制御装置において、前記実効値演算部が、前記受電点の電流信号を計測する電流センサに備えられているものとすることもできる。
こうすれば、電流センサとして実効値演算部をもつセンサを使用することで、自動力率制御装置内の実効値演算部が不要となり、装置の低コスト化を実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】  第１実施例の自動力率制御装置の構成図である。
【図２】  受電点電流と負荷電流の関係を示すベクトル図である。
【図３】  動作の流れを示す動作フロー図である。
【図４】  第２実施例の自動力率制御装置の構成図である。
【図５】  第３実施例の自動力率制御装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】  次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
【実施例１】
【００１２】  図１に第１実施例の自動力率制御装置１の構成例を示す。
電力需要家の受電点より負荷側に、この負荷と並列に接続されるよう設けられた力率改善用の進相コンデンサ３，３の投入と開放を制御する自動力率制御装置１は、ＣＴ等の電流センサから受電点２の電流信号を入力する電流信号入力部１０と、電流信号の実効値を演算する実効値演算部１１と、実効値と受電点電流しきい値を比較して、進相コンデンサの投入と開放を決定し制御する投入・開放決定制御部１２と、受電点電流のしきい値を負荷力率と進相コンデンサ容量等から計算する受電点電流のしきい値演算部８と、負荷力率を推定する負荷力率推定部１３と、演算や制御に必要な設定値を外部から入力する設定値入力部６を備えている。【００１３】  本自動力率制御装置１の特徴は、受電点電流のしきい値演算部８において受電点電流しきい値をあらかじめ求めておき、実効値演算部１１で演算した受電点電流実効値を他の値に変換することなく、そのまま受電点電流しきい値と比較しながら、進相コンデンサ３，３の投入・開放を行うことである。
従来の自動力率制御装置では、負荷電流しきい値をあらかじめ求めておき、計測する受電点電流実効値を負荷電流実効値に変換しながら、負荷電流実効値と負荷電流しきい値を比較して、進相コンデンサの投入・開放を行っていたが、受電点電流実効値を負荷電流実効値に常に変換するため計算負荷が大きくなり、低価格な汎用プログラマブルコントローラ等を用いて、自動力率制御装置を構成することが困難であった。【００１４】  ここで、受電点電流と負荷電流の関係を、ベクトル図で図２に示す。
負荷電流は、需要家構内で稼働している電気機器に流れる電流の合計電流であり、一般的に遅れ力率であるため、ベクトル図では原点から遅れ側に位置するベクトルで表現される。負荷電流が遅れ力率である場合に進相コンデンサ３，３が投入されないと、受電点電流も遅れ力率であるため、配電線損失の増加や電力料金の増加等のデメリットが生じる。このため、負荷電流が流れる電気機器と並列に進相コンデンサ３，３を投入することで、受電点の力率を１に近くなるように調整する。進相コンデンサ３，３の電流の位相は電圧に対して進み９０度であるため、ベクトル図では進み側を向くベクトルで表現する。【００１５】  図２は、わかりやすさのため、すでに容量Ｑｓｃ（電流Ｉｓｃ）の進相コンデンサ（ＳＣ）３が１台投入されている状態の受電点電流を、受電点電流（ＳＣ１台投入）と表現し、その後追加して同容量Ｑｓｃ（電流Ｉｓｃ）の進相コンデンサ（ＳＣ）３を１台、つまり合計２台投入された状態の受電点電流を、受電点電流（ＳＣ２台投入）と表現している。
進相コンデンサ３，３を投入した場合の受電点電流ベクトルは、負荷電流ベクトルと同時に投入されている進相コンデンサ電流ベクトルの合成である。よって、受電点電流（ＳＣ１台投入）と受電点電流（ＳＣ２台投入）位置関係は図のとおりである。【００１６】  一般的な高圧受変電設備では、受電点電流を直接計測することは可能であるが、負荷電流を直接計測することは困難である場合が多い。これは、負荷電流は複数の電気機器に流れる電流の合計であるため、１個の電流センサのみを用いて測定することができないからである。
一方で、例えば受電点力率を１に調整する場合を考えると、負荷電流ベクトルの無効分が投入すべき進相コンデンサ電流を直接表現しているため、投入すべき進相コンデンサ容量を決定しやすい特徴がある。このため、従来の自動力率制御装置では、実際に計測できる受電点電流を、制御に便利な負荷電流に変換して、進相コンデンサの投入・開放制御を行ってきた。【００１７】  本自動力率制御装置１では、あらかじめ受電点電流しきい値を保持しておき、計測する受電点電流実効値を別の値に変換することなく、直接受電点電流しきい値と比較して進相コンデンサ３，３の投入・開放を行う。
本自動力率制御装置１の動作の流れを、図１の構成例，図２のベクトル図，及び図３の動作フローを用いて説明する。【００１８】  （動作１）
ステップＳ１において、あらかじめ設定値入力部６から、１台当たりのコンデンサ容量Ｑｓｃと回路電圧Ｖと負荷力率（力率角θ）を入力しておく。【００１９】  （動作２）
ステップＳ２において、あらかじめ設定値入力部６から入力された、１台当たりのコンデンサ容量Ｑｓｃと回路電圧Ｖと負荷力率（力率角θ）を用いて、受電点電流のしきい値演算部８において受電点電流しきい値ＩＴｔｈＮを下記の式で計算し、メモリー９に保持しておく。なお、負荷力率推定部１３で、特開２０１２−５０２９０号公報に基づき負荷の負荷力率の推定値を求めておくこともできる。
2015177734.tif 000003
ここで、ＩＬｔｈＮは、Ｎ台目の進相コンデンサ３を投入するための負荷電流しきい値、ＩＴｔｈＮは、Ｎ台目の進相コンデンサ３を投入するための受電点電流しきい値を表している。
（１）式は、負荷力率がｃｏｓθの場合に、容量ＱＳＣの進相コンデンサ３を投入すれば、受電点の力率を１に改善できる最大の負荷電流実効値を表している。
（２）式は、その最大の負荷電流実効値を、受電点電流実効値に換算する式である。【００２０】  （３）式の導出根拠を、図２のベクトル図を用いて説明する。
図２の記号と（３）式の記号は、ＩＬ→ＩＬｔｈＮ，ＩＴ→ＩＴｔｈＮと対応している。
図２において、ＩＬ，ＩＴ，ＩＳＣの間の関係を見ると、受電点電流ＩＴ，負荷電流の有効分，負荷電流の無効分から投入前ＳＣ電流を引いた電流の３つの電流が、受電点電流ＩＴを斜辺とする直角三角形を構成している。このことから、三平方の定理を用いると、（３）式が容易に導出される。【００２１】  （動作３）
ステップＳ３において、受電点電流の電流信号を電流信号入力部１０から取り込み、受電点電流実効値を実効値演算部１１で演算する。【００２２】  （動作４）
ステップＳ４において、投入・開放決定制御部１２では、受電点電流実効値を、あらかじめ保持している受電点電流しきい値と比較する。ステップＳ５において、受電点電流実効値が受電電流しきい値を一定時間超過したら進相コンデンサ３を投入し、一定時間下回ったら進相コンデンサ３を開放する。【００２３】  （動作５）
動作３に戻り、処理を繰り返す。これにより、常に受電点の力率を１よりも進み側にする、最低の進相コンデンサ３を投入しておくことが可能であり、受電点の力率を適正に維持することが可能である。
【実施例２】
【００２４】  図４は、負荷力率推定部１３を持たない自動力率制御装置１の構成例である。
負荷力率推定部１３を持たない場合には、メーカ仕様や短時間の実測結果により負荷力率を想定し、あらかじめ設定値入力部６から入力し、入力値保存部７にて保持しておけばよい。
【実施例３】
【００２５】  図５は、装置内に備える機能を最小限にした自動力率制御装置１の構成例である。
図４と比較すると、電流センサとして実効値演算部１３をもつセンサを使用することで、自動力率制御装置１内の実効値演算部１１を省略している。電流実効値の演算にはＣＰＵによる高速演算が必要であるが、このような構成にすることで演算が不要となり、装置の低コスト化を実現可能である。【００２６】  上記各実施例を含む本発明の自動力率制御装置１のメリットは、力率改善用進相コンデンサ（ＳＣ）３を開閉制御するための計算を簡略化できることである。
即ち、計測した電流の実効値を、他の値に計算し直すことなく、そのまましきい値と比較することができる点にあり、上記（３）式で一旦しきい値を決定すれば、その後は複雑な計算式による計算が不要であるため、制御プログラムの簡素化が実現でき、低コストのＰＬＣで容易に装置を構成することができる。【００２７】  現在ＡＰＦＣの普及率が低いのは、特に変圧器合計容量が３００ｋＶＡ未満の小容量受電設備を設置する高圧需要家である。これらの小容量受電設備は、設置コストをより低く抑えたいというニーズが多い。このため、小容量受電設備に新たにＡＰＦＣを追加設置するには、設置コストを極力抑える必要がある。本発明の手法を用いることで、ＡＰＦＣとして専用のハードウェアを開発しなくとも、汎用の低コストのＰＬＣにソフトウェアを実装するのみで装置を実現できる。
【符号の説明】
【００２８】１  自動力率制御装置
２  受電点
３  進相コンデンサ（ＳＣ）
５  開閉器
６  設定値入力部
８  受電点電流しきい値演算部
１０  電流信号入力部
１１  実効値演算部
１２  投入・開放決定制御部
１３  負荷力率推定部
【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年5月25日(2015.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
電力需要家の受電点より負荷側に、この負荷と並列に接続されるよう設けられた力率改善用の進相コンデンサの投入と開放を制御する自動力率制御装置において、
負荷力率と進相コンデンサ容量から前記受電点の電流のしきい値を計算する受電点電流しきい値演算部と、
前記受電点の電流信号の実効値を演算する実効値演算部と、
前記進相コンデンサの投入と開放を決定し制御する投入・開放決定制御部と、
を備え、
前記受電点電流しきい値演算部において受電点電流のしきい値を計算し、保持しておき、
前記投入・開放決定制御部において、前記実効値演算部で演算した受電点の電流信号の実効値と前記受電点電流しきい値とを比較して、進相コンデンサの投入と開放を決定し制御する
ことを特徴とする自動力率制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、装置の計算負荷を低減し、低コストのハードウェアを用いて装置を構成することができる、進相コンデンサの投入と開放を制御する自動力率制御装置の提供を目的とし、この目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明は、電力需要家の受電点より負荷側に、この負荷と並列に接続されるよう設けられた力率改善用の進相コンデンサの投入と開放を制御する自動力率制御装置において、
負荷力率と進相コンデンサ容量から前記受電点の電流のしきい値を計算する受電点電流しきい値演算部と、
前記受電点の電流信号の実効値を演算する実効値演算部と、
前記進相コンデンサの投入と開放を決定し制御する投入・開放決定制御部と、
を備え、
前記受電点電流しきい値演算部において受電点電流のしきい値を計算し、保持しておき、
前記投入・開放決定制御部において、前記実効値演算部で演算した受電点の電流信号の実効値と前記受電点電流しきい値とを比較して、進相コンデンサの投入と開放を決定し制御することを要旨とする。