(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統における電圧と電流を計測し、その計測値から有効電力、無効電力を演算し、予め設定される目標力率と軽負荷遮断電力値にもとづいて上記電力系統へコンデンサの投入・遮断を制御して力率調整する力率調整装置において、
上記電力系統の許容進み力率を設定する進み力率設定手段と、制御対象のコンデンサバンクの中で最小容量のコンデンサを記憶し選択する手段とを具備し、
演算した有効電力値が上記軽負荷遮断電力値を超過し、演算した無効電力がコンデンサ投入領域であって、かつ上記許容進み力率より進みのとき、現在の接続中コンデンサを遮断して上記最小容量のコンデンサを選択して接続するようにしたことを特徴とした力率調整装置。
【請求項２】
演算した有効電力値が上記軽負荷遮断電力値を超過し、演算した無効電力がコンデンサ投入領域であって、かつ上記許容進み力率より進みのとき、現在接続中のコンデンサが最小容量コンデンサのときはコンデンサの遮断を実行しないようにしたことを特徴とした請求項１記載の力率調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統における無効電力、無効電流あるいは力率を検出し、それらの検出値に基づいて電力系統に力率改善用コンデンサを投入または遮断して力率を改善するための力率調整装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は例えば特開平７−１８２０５７号公報に示された従来の力率調整装置の構成図、図５は従来の力率調整の関係を説明するベクトル図、図６は演算処理部の演算処理手順を示すフローチャートである。
図４において、１は力率調整対象の電力系統、２は電力系統１に設置された計器用変圧器、３は計器用変流器、１０は力率調整装置である。
４は力率改善用コンデンサであり、複数のコンデンサ４ａ〜４ｎが力率調整装置１０の出力によって制御回路部５を介して電磁接触器６ａ〜６ｎにて各々に入・切可能に
接続されている。７ａ〜７ｎは各コンデンサ４ａ〜４ｎに接続された直流リアクトル、８は電力系統１に接続された変圧器、９は変圧器８に接続された負荷である。
【０００３】
力率調整装置１０は、図示していないマイクロプロセッサーにより制御され、計器用変圧器２と計器用変流器３からの検出電圧及び検出電流をそれぞれ所定の変換比で変換する第１の変換回路１１及び第２の変換回路１２と、第１の変換回路１１及び第２の変換回路１２からのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１３と、ディジタル信号に変換された検出電圧と検出電流、及び後述する目標力率設定値と軽負荷遮断電力設定値に基づいて電力系統１への力率改善用コンデンサ４の投入及び遮断を制御する信号を出力する演算処理部１４と、この演算処理部１４からの制御信号に基づいて電力系統１への力率改善用コンデンサの投入及び遮断を制御する制御出力リレー部１５と、演算処理部１４の演算処理結果を表示する表示部１６と、演算処理部１４に目標力率と軽負荷遮断電力設定値を設定する設定部１７とを備えている。
ここで、軽負荷遮断電力設定値とは、軽負荷時であって力率改善用コンデンサ４が投入されたままとなって大幅な進み力率となることを防ぐために、力率改善用コンデンサ４をすべて遮断するための最低有効電力値である。
【０００４】
次に、この力率調整装置の動作を図５と図６により説明する。図５において、３０は縦軸の無効電力を示し、０点より上側は進み力率、下側は遅れ力率を示し、３１は横軸に有効電力を示す。３４は目標力率であり、設定部１７から設定され、その角度を０点と結んだ線上がコンデンサ投入点３３となる。投入点３３にコンデンサ容量に対応する進相無効電力値にハンチング防止の余裕定数（一般的には１．２倍）を乗じた値３７を進み力率方向に移動した線上をコンデンサ遮断点３２として制御が行われる。
【０００５】
３６は無効電力で、設定部１７で設定した目標力率３４と計測値より算出した有効電力３５より算出する。無効電力３６は、無効電力＝有効電力×√（１／目標力率2 -１）として求める。この無効電力３６の値から現在投入中のコンデンサ容量に定数（一般的には１．２倍）を乗じて求めた値３７を減算した値３８とコンデンサ遮断点３２の対比を行いコンデンサ遮断の要否を決定する。４０は設定部１７で設定される有効電力値の軽負荷遮断電力設定値であり、縦に結んだ線上が軽負荷遮断点３９となる。
【０００６】
設定部１７から設定された目標力率及び軽負荷遮断電力設定値４０をもとに、演算処理部１４にて投入点及び軽負荷遮断点３９を設定すると共に（ステップＳ１）、計器用変圧器２からの検出電圧と計器用変流器３からの検出電流をそれぞれ第１の変換回路１１と第２の変換回路１２で変換した後、Ａ／Ｄコンバータ１３でディジタル変換されて演算処理部１４にて検出電圧及び検出電流をもとに皮相電力、有効電力、無効電力、及び力率を演算する（ステップＳ２）。
【０００７】
これらの演算数値は表示部１６へ表示されるとともに、算出した有効電力値が軽負荷遮断点３９未満であれば（ステップＳ３）、コンデンサ遮断信号を制御回路部１５へ出力する（ステップＳ６）。有効電力値が軽負荷遮断点３９を超過していれば、無効電力がコンデンサ遮断点３２を超過しているかどうかの比較をして（ステップＳ５）、超過していれば、ステップＳ６にてコンデンサ遮断信号を制御回路部５へ出力する。
一方、有効電力値が軽負荷遮断点３９を超過しており、かつ無効電力がコンデンサ投入点３３を遅れ力率方向に超過していれば（ステップＳ７）、コンデンサ投入信号をステップＳ８にて制御回路部５へ出力する。
【０００８】
すなわち、図５のハッチングのない部分に皮相電力ベクトルが存在するように複数のコンデンサ４の中から適宜に単独または組み合わせて入・切り制御が実行される。そして複数のコンデンサ４ａ〜４ｎでコンデンサバンクを形成されているので、各はコンデンサ４ａ〜４ｎは寿命の平均化のため予め定められた順番、または、そのとき力率改善に最適な容量のものを選択して入・切りの制御対象コンデンサが選択される。このため、最後まで投入状態で残るコンデンサは必ずしも最小容量のコンデンサにならず、ときとしては最大容量のコンデンサが1台だけ投入状態で残る可能性もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の力率調整装置は以上のように構成されているので、軽負荷遮断点設定値４０として小さな値を設定した場合、有効電力が軽負荷遮断点３９を僅かに超えた軽負荷状態においは、コンデンサバンク内の投入状態で残る1台のコンデンサの容量が大きいと、コンデンサ容量にハンチング防止の余裕定数を乗じて（例えば１．２倍）得た値が大きいために、計測値から算出した無効電力値と、演算して求めた目標無効電力値と各々絶対値の和がこれに達せず、コンデンサが遮断されないので、図５のＰ点位置のように極端な進み力率になってしまい、回路電圧が上昇したり、高調波が発生するなどの課題があった。
【００１０】
本発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、有効電力が軽負荷遮断点に達していない軽負荷状態において、比較的容量の大きなコンデンサが入ったまま残って極端な進み力率になることを防止する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る力率調整装置は、予め設定される目標力率と軽負荷遮断電力値に加え、進み力率設定手段からの許容進み力率の設定と制御対象のコンデンサバンク中の最小容量コンデンサを選択可能にして、演算した有効電力値が軽負荷遮断電力値を超過し、演算した無効電力がコンデンサ投入領域であって、かつ上記許容進み力率より進みのとき、現在の接続中コンデンサを遮断して最小容量のコンデンサを選択して接続するようにしたものである。
【００１２】
そして、演算した有効電力値が軽負荷遮断電力値を超過し、演算した無効電力がコンデンサ投入領域であって、かつ許容進み力率より進みのとき、現在接続中のコンデンサが最小容量コンデンサのときはコンデンサの遮断を実行しないようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の力率調整装置の構成図、図２は力率調整の動作を説明するベクトル図、図３は演算処理内容を示すフローチャートである。
図において、１〜１７、３０〜４０及び図３のステップＳ１〜Ｓ１２は上記従来装置と同一であり説明を省略する。１８は電力系統１の進み力率の許容上限値を入力設定する進み力率設定部、１９は各コンデンサ４ａ〜４ｎの容量値、投入・遮断順序、現在の投入・遮断状態を記憶するメモリ装置である。
図２において、４１は進み力率設定部１８で設定した進み力率設定値であり、０点と結んだ線上が進み力率の許容限界制御点４２になる。すなわち、電力系統１の皮相電力ベクトルが進み力率許容限界制御点４２を超えて大幅な進み力率にならないようにコンデンサ４の遮断を促す。
【００１４】
次にこの発明の動作を図２、図３により説明する。電力系統１の電力負荷が次第に減少してきて例えば、現在の負荷電力ベクトルがＡ点にあるとすると、この負荷電力の有効電力Ｂは軽負荷遮断点３９を超過しているのでコンデンサの全遮断はなされない。そして無効電力Ｃは遮断点３２には達していない。しかし、進み力率許容限界制御点４２を超える位置にある。従って、進み力率許容限界制御点４２以内になるようにコンデンサの遮断・入れ替えを実施する。
【００１５】
本発明の要点であるこのコンデンサの遮断・入れ替え処理フローを図３にて説明する。有効電力が軽負荷遮断点３９以上であり、無効電力が進み力率（ステップＳ１〜Ｓ４）のとき、進み無効電力が遮断点３２を超えているかどうか比較し（ステップＳ５）超過していればコンデンサの遮断を行う（ステップＳ６）。進み無効電力が遮断点３２を下回るときは、進み無効電力が進み力率許容限界制御点４２を超えているかどうかを比較し、進み無効電力が進み力率許容限界制御点４２未満であればそのままのコンデンサ投入状態を維持する（ステップＳ２０）。進み無効電力が進み力率許容限界制御点４２以上のときは、現在投入コンデンサがコンデンサバンク内の最小容量のものかどうかチェックし、最小容量のコンデンサのときはそのままコンデンサの接続を継続する（ステップＳ２１）。最小容量のコンデンサ以外のときは現在接続中のコンデンサを遮断して待機中のコンデンサの中から最小容量のコンデンサを選択して投入する（ステップＳ２２、Ｓ２３）。
【００１６】
ステップＳ２１でコンデンサを遮断する際、該コンデンサが最小容量の場合は該コンデンサを一旦遮断した後、再度投入することになり、コンデンサの開閉頻度が多くなり、コンデンサの耐久寿命を縮めることになる。
そこで、現在投入されているコンデンサが制御対象のコンデンサのうち最小容量のものかどうかを判断し、最小容量のコンデンサであれば現在投入済のコンデンサを遮断せずそのままとする。これにより、最小容量コンデンサの頻繁な開閉が回避できる。
【００１７】
なお、上記実施例では進み力率設定部１８を別に設けているが、これを目標力率と軽負荷遮断電力設定値を設定する設定部１７に含めて設けてもよい。
また、進み力率設定値４１は、設定部１７で設定できるものとして説明したが、予め決めた固定値であってもよい。
【００１８】
【発明の効果】
従来装置では力率制御の対象外になっていた、図２のコンデンサ遮断点３２と軽負荷遮断点３９及び進み力率許容限界制御点４２で囲まれる三角形（ＸＹＺ）範囲内での大幅な進み力率状態の解消ができる。
【００１９】
また、コンデンサバンク内の最小容量コンデンサに対応させて軽負荷遮断点３９を小さく設定できるので、軽負荷遮断点３９に達しない有効電力の範囲で全くコンデンサの投入なしの大幅な遅れ力率での電力使用が少なくなり、電気料金取引において、力率割引の恩恵を受けることができる。
その理由は、電気料金＝基本料金＋電力量料金となっており、このうちの基本料金は契約電力×契約電力単価×｛１−（月間力率−０．８５）｝で求められる（基準月間力率が８５％に設定されている）。１−（月間力率−０．８５）の式は、一般に力率割引と呼ばれており、遅れ８５％すなわち０．８５の力率の値を基準とし、この値より月間力率が１％単位で上廻れば基本料金を１％単位で割引し、逆に１％単位で下廻れば１％単位で割増しするという制度である。力率の悪い状態での電力使用が少ないので力率割引の恩恵を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の力率調整装置の構成図である。
【図２】  この発明の力率調整の動作を説明するベクトル図である。
【図３】  この発明の力率調整の演算処理内容を示すフローチャートである。
【図４】  従来の力率調整装置の構成図である。
【図５】  従来の力率調整動作を説明するベクトル図である。
【図６】  従来の力率調整の演算処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  電力系統、    ４  コンデンサ、    １０  力率調整装置
１４  演算処理部、    １８  進み力率設定部、    １９  メモリ装置
３２  コンデンサ遮断点、  ３３  コンデンサ投入点、    ３４  目標力率
３９  軽負荷遮断点、    ４０  軽負荷遮断電力設定値
４１  進み力率設定値、  ４２  進み力率許容限界制御点
【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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