(57)【要約】【課題】フリッカだけでなく無効電力の抑制効果も検証可能とし、大容量の無効電力補償装置に対しても低コストにて補償効果を検証可能とする【解決手段】無効電力補償装置による電圧フリッカの抑制効果及び負荷の力率改善効果を検証するための補償効果検証装置において、系統電圧及び負荷電流を系統モデルに入力して改善前の系統電圧を演算し、この系統電圧から改善前フリッカ値を演算する第１演算手段と、負荷電流と改善前の系統電圧とから改善前力率を演算する第２演算手段と、系統電圧及び負荷電流を補償装置モデルに入力して改善後の系統電流を演算し、この系統電流及び系統電圧を系統モデルに入力して改善後の系統電圧を演算し、この系統電圧から改善後フリッカ値を演算する第３演算手段と、改善後の系統電圧及び改善後の負荷電流から改善後力率を演算する第４演算手段と、フリッカ改善率を演算する第５演算手段と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続された負荷の無効電力を補償する無効電力補償装置による、電力系統の電圧フリッカの抑制効果、及び、負荷の力率改善効果を検証するための補償効果検証装置において、
系統電圧及び負荷電流を系統モデルに入力して改善前の系統電圧を演算し、この系統電圧から改善前フリッカ値を演算する第１演算手段と、
負荷電流及び改善前の系統電圧から改善前力率を演算する第２演算手段と、
系統電圧及び負荷電流を無効電力補償装置モデルに入力して改善後の系統電流を演算し、この系統電流及び改善前の系統電圧を系統モデルに入力して改善後の系統電圧を演算し、この系統電圧から改善後フリッカ値を演算する第３演算手段と、
改善後の系統電圧及び改善後の負荷電流から改善後力率を演算する第４演算手段と、
を備えたことを特徴とする無効電力補償装置の補償効果検証装置。
【請求項２】
請求項１に記載した無効電力補償装置の補償効果検証装置において、
前記改善前フリッカ値及び前記改善後フリッカ値からフリッカの改善率を演算する第５演算手段を更に備えたことを特徴とする無効電力補償装置の補償効果検証装置。
【請求項３】
請求項１に記載した無効電力補償装置の補償効果検証装置において、
容量または制御定数が異なる複数種類の前記無効電力補償装置モデルをそれぞれ有する複数の前記第３演算手段と、これらの第３演算手段にそれぞれ対応して設けられる複数の前記第４演算手段と、を備えたことを特徴とする無効電力補償装置の補償効果検証装置。
【請求項４】
請求項２に記載した無効電力補償装置の補償効果検証装置において、
容量または制御定数が異なる複数種類の前記無効電力補償装置モデルをそれぞれ有する複数の前記第３演算手段と、これらの第３演算手段にそれぞれ対応して設けられる複数の前記第４演算手段及び前記第５演算手段と、を備えたことを特徴とする無効電力補償装置の補償効果検証装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アーク炉負荷等による無効電力を補償するための無効電力補償装置の補償効果を検証する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、アーク炉負荷等の負荷が発生する無効電力を補償するための無効電力補償装置の使用状態を示している。
図３において、無効電力補償装置１は、電力系統２の系統インピーダンス３と負荷４との間に設置され、負荷４が発生する無効電力、ひいてはこの無効電力に起因した電圧フリッカを補償するものであり、サイリスタ５、リアクトル６及びコンデンサ７からなる補償装置本体１’と、サイリスタ５を導通制御するための制御装置１３とによって構成されている。
なお、８は系統電圧Ｖｓを検出するＰＴ、９は負荷電流Ｉｆを検出するＣＴ、１８はフリッカメータである。
【０００３】
無効電力補償装置１は、電圧フリッカ（以下、単にフリッカともいう）を補償するために、負荷４が発生する無効電力を補償する。すなわち、図３に示すように、負荷４が発生する無効電力をＱｆ、補償装置本体１’の無効電力をＱｔ、電力系統２の無効電力をＱｓとすると、Ｑｔ＝Ｑｆとなるように補償装置本体１’を制御すれば、電力系統２の無効電力はＱｓ＝０となり、系統電圧の変動ひいてはフリッカを抑制できることになる。
【０００４】
次に、無効電力補償装置を設置した場合のフリッカ抑制効果をシミュレーションするシミュレータ（補償効果検証装置）として、図４に示すものが公知となっている。なお、図４は、例えば特許文献１の図１に記載されているものと実質的に同一である。
【０００５】
図４において、電力系統２には、変圧器２１を介してフリッカ発生源としての負荷２２，２３がそれぞれ接続されている。補償効果検証装置２５は、無効電力補償装置（ＳＶＣ）が、負荷２２，２３によって発生するフリッカをどの程度抑制できるかという補償効果を検証するためのものであり、補償効果検証装置２５には、ＰＴ２０により検出した系統電圧が入力されると共に、ＣＴ２４ａ，２４ｂにより検出した負荷電流（補償対象電流）が入力されている。
【０００６】
補償効果検証装置２５では、ＰＬＬ回路２６によって系統電圧から基準電圧（系統電圧と同位相で歪のない正弦波状の電圧）を演算すると共に、補償対象電流が入力される発生フリッカ模擬演算回路２７によって負荷２２，２３に起因するフリッカ変動を演算する。これらの基準電圧及びフリッカ変動模擬演算値から、系統電圧模擬回路２９ａは改善前系統電圧を演算する。
一方、前記基準電圧及び補償対象電流をＳＶＣ補償量演算回路２８に入力することにより、導入しようとするＳＶＣが所定の容量、方式、制御定数等の条件のもとで運転されたときの補償量をＳＶＣ補償量として演算する。このＳＶＣ補償量と改善前系統電圧とを系統電圧模擬回路２９ｂに入力することにより、ＳＶＣによる無効電力補償がなされた状態の改善後系統電圧が演算される。
【０００７】
そして、改善前系統電圧はフリッカメータ機能を有するＦＭ演算回路３０ａに、改善後系統電圧は同じくＦＭ演算回路３０ｂに入力され、改善前フリッカ値と改善後フリッカ値とがそれぞれ演算、出力される。改善率演算回路３１は、改善前フリッカ値及び改善後フリッカ値を用いて、数式１によりフリッカ値の改善率を演算する。
［数１］
改善率＝（改善前フリッカ値−改善後フリッカ値）／改善前フリッカ値×１００［％］
この改善率により、無効電力補償装置を導入した場合のフリッカ抑制効果を知ることができ、実際に無効電力補償装置を導入する前に、その場所固有のフリッカ抑制効果を容易にシミュレーションすることが可能になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３５２９４３号公報（段落[００１２]〜[００２１]、図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで、図４に示した補償効果検証装置２５はフリッカの抑制効果に着目したものであるが、無効電力補償装置の設置目的はフリッカの抑制だけでなく、無効電力自体を抑制することにもある。これは、以下の数式２から明らかなように、無効電力を抑制して力率を１．０に近付ければ、電力料金の力率割引等のメリットがあり、需要家にとってはランニングコストを抑えることができるためである。
【数２】
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【００１０】
しかし、図４に示した従来技術によればフリッカの抑制効果、改善効果を検証することができるが、無効電力の抑制効果を検証することができない。
また、シミュレータすなわち補償効果検証装置２５が単一であるため、導入しようとする無効電力補償装置の容量によっては抑制効果が得られないことが考えられる。この場合、装置容量を変えて再度シミュレーションする必要がある等、シミュレーションに要する時間が長くなってしまう。また、これを回避するために、同一構成の補償効果検証装置２５を複数台用意してシミュレーションしてもよいが、この場合、シミュレータのコストが嵩むという問題がある。
【００１１】
そこで、本発明の解決課題は、電圧フリッカだけでなく無効電力の抑制効果も検証可能とし、しかも大容量の無効電力補償装置に対しても低コストにて補償効果を検証できるようにした補償効果検証装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、電力系統に接続された負荷の無効電力を補償する無効電力補償装置による、電力系統の電圧フリッカの抑制効果、及び、負荷の力率改善効果を検証するための補償効果検証装置において、
系統電圧及び負荷電流を系統モデルに入力して改善前の系統電圧を演算し、この系統電圧から改善前フリッカ値を演算する第１演算手段と、
負荷電流及び改善前の系統電圧から改善前力率を演算する第２演算手段と、
系統電圧及び負荷電流を無効電力補償装置モデルに入力して改善後の系統電流を演算し、この系統電流及び改善前の系統電圧を系統モデルに入力して改善後の系統電圧を演算し、この系統電圧から改善後フリッカ値を演算する第３演算手段と、
改善後の系統電圧及び改善後の負荷電流から改善後力率を演算する第４演算手段と、を備えたものである。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した無効電力補償装置の補償効果検証装置において、前記改善前フリッカ値及び前記改善後フリッカ値からフリッカの改善率を演算する第５演算手段を更に備えたものである。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載した無効電力補償装置の補償効果検証装置において、容量または制御定数が異なる複数種類の前記無効電力補償装置モデルをそれぞれ有する複数の前記第３演算手段と、これらの第３演算手段にそれぞれ対応して設けられる複数の前記第４演算手段と、を備えたものである。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項２に記載した無効電力補償装置の補償効果検証装置において、容量または制御定数が異なる複数種類の前記無効電力補償装置モデルをそれぞれ有する複数の前記第３演算手段と、これらの第３演算手段にそれぞれ対応して設けられる複数の前記第４演算手段及び前記第５演算手段と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、無効電力補償装置を導入した場合の補償効果として、電圧フリッカの改善効果だけでなく、無効電力の抑制による力率改善効果も検証することができる。
また、導入する無効電力補償装置の容量や制御定数に応じて、必要な演算手段だけを冗長化した構成とすることで、全体として低コストの補償効果検証装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す構成図である。
【図３】無効電力補償装置の使用状態を示す図である。
【図４】従来の補償効果検証装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態に係る補償効果検証装置は、パソコン等のハードウェア及びこれに実装されるソフトウェアによって実現されるものである。
図１は、本発明の第１実施形態に係る補償効果検証装置２５Ａの構成を示している。この補償効果検証装置２５Ａは、電力系統２に接続された負荷４４が発生する無効電力の補償効果を検証するためのものであり、ＰＴ４１により検出した系統電圧ＶｓとＣＴ４３により検出した負荷電流ＩＬ（補償対象電流）が入力され、改善前フリッカ値及び改善前力率、改善後フリッカ値及び改善後力率、並びに、フリッカ値の改善率を演算する機能を備えている。
【００１９】
補償効果検証装置２５Ａにおいて、系統電圧ＶｓはＰＬＬ回路４５に入力されて基準電圧（系統電圧と同位相で歪のない正弦波状の電圧）が演算される。この基準電圧と負荷電流ＩＬとは系統モデル４６ａに入力されており、系統モデル４６ａでは、数式３により改善前の系統電圧を演算する。
［数３］
（系統電圧）＝（基準電圧）−（系統インピーダンス）×（負荷電流）
なお、数式３における系統インピーダンスとしては、図１の系統インピーダンス４０と等しい値が系統モデル４６ａに予め設定されている。
【００２０】
次に、系統モデル４６ａによって演算された改善前の系統電圧はＦＭ演算回路３０ａに入力され、このＦＭ演算回路３０ａによって改善前フリッカ値が演算される。
また、系統モデル４６ａから出力される改善前の系統電圧と負荷電流ＩＬとを用いて、無効電力演算器４８ａにより改善前の無効電力が演算されると共に、有効電力演算器４９ａにより改善前の有効電力が演算される。力率演算器５０ａでは、各演算器４８ａ，４９ａから出力される無効電力、有効電力及び前記数式２を用いて、改善前力率を演算する。
【００２１】
ここで、ＰＬＬ回路４５，系統モデル４６ａ，ＦＭ演算回路３０ａは、請求項における第１演算手段を構成し、ＰＬＬ回路４５，系統モデル４６ａ，無効電力演算器４８ａ，有効電力演算器４９ａ，力率演算器５０ａは、請求項における第２演算手段を構成している。
【００２２】
一方、ＰＬＬ回路４５により演算された基準電圧と負荷電流ＩＬとは無効電力補償装置モデル５２に入力され、この補償装置モデル５２によって演算された補償電流と負荷電流ＩＬとを加算器５１により加算することで改善後の系統電流が演算される。なお、無効電力補償装置モデル５２は、前述した図４におけるＳＶＣ補償量演算回路２８と同様に、導入しようとする無効電力補償装置が所定の容量、方式、制御定数等の条件のもとで運転されたときの補償量（補償電流）を演算するものである。
【００２３】
加算器５１から出力される系統電流は、無効電力補償装置が設置された場合の系統インピーダンス４０を流れる系統電流となる。
この改善後の系統電流と、ＰＬＬ回路４５から出力される基準電圧とを系統モデル４６ｂに入力することで、数式４に示すように改善後の系統電圧が演算される。
［数４］
（系統電圧）＝（基準電圧）−（系統インピーダンス）×（系統電流）
なお、系統モデル４６ｂには、前記系統モデル４６ａと同様に、系統インピーダンス４０と等しい系統インピーダンスが予め設定されている。
【００２４】
次に、系統モデル４６ｂによって演算された改善後の系統電圧はＦＭ演算回路３０ｂに入力され、このＦＭ演算回路３０ｂによって改善後フリッカ値が演算される。
また、改善後の系統電圧及び系統電流を用いて、無効電力演算器４８ｂにより改善後の無効電力が演算されると共に、有効電力演算器４９ｂにより改善後の有効電力が演算される。力率演算器５０ｂでは、各演算器４８ｂ，４９ｂから出力される無効電力、有効電力及び前記数式２を用いて、改善後力率を演算する。
【００２５】
上記構成において、無効電力補償装置モデル５２，加算器５１，系統モデル４６ｂ，ＦＭ演算回路３０ｂは請求項における第３演算手段を構成し、無効電力補償装置モデル５２，加算器５１，系統モデル４６ｂ，無効電力演算器４８ｂ，有効電力演算器４９ｂ，力率演算器５０ｂは請求項における第４演算手段を構成している。
【００２６】
更に、改善前フリッカ値と改善後フリッカ値とは改善率演算回路３１に入力されており、この演算回路３１が前記数式１を演算することにより、フリッカ値の改善率が演算されることになる。ここで、改善率演算回路３１は請求項における第５演算手段を構成している。
このように、本実施形態に係る補償効果検証装置２５Ａによれば、改善前後のフリッカ値、改善率及び力率を演算可能であるため、無効電力補償装置を設置した場合の電圧フリッカのみならず、無効電力の抑制による力率改善効果をシミュレーションすることができる。
【００２７】
次いで、図２は本発明の第２実施形態を示す構成図であり、系統電圧Ｖｓ及び負荷電流ＩＬを検出するための構成は図１と同様であるため、図示を省略してある。
この実施形態に係る補償効果検証装置２５Ｂは、図１の補償効果検証装置２５Ａにおける改善前力率及び改善前フリッカ値を演算するための手段（ＰＬＬ回路４５，系統モデル４６ａ，ＦＭ演算回路３０ａ，無効電力演算器４８ａ，有効電力演算器４９ａ，力率演算器５０ａ）を共有すると共に、改善後フリッカ値、改善率及び改善後力率を演算するための手段（無効電力補償装置モデル５２，系統モデル４６ｂ，ＦＭ演算回路３０ｂ，改善率演算回路３１，無効電力演算器４８ｂ，有効電力演算器４９ｂ，力率演算器５０ｂ）をそれぞれモデルａ，ｂ，ｃとして３セット実装することにより構成されている。
【００２８】
この実施形態は、例えば、モデルａ内の無効電力補償装置モデル５２の容量を１００[ＭＶＡ]、モデルｂ内の無効電力補償装置モデル５２の容量を１２５[ＭＶＡ]、モデルｃ内の無効電力補償装置モデル５２の容量を１５０[ＭＶＡ]に設定することにより、モデルａ，ｂ，ｃから、各容量（１００[ＭＶＡ]，１２５[ＭＶＡ]，１５０[ＭＶＡ]）の無効電力補償装置を設置した場合の改善後フリッカ値、改善率及び改善後力率がそれぞれ演算されることになる。このため、別途共通して演算される改善前フリッカ値及び改善前力率とあいまって、補償装置の容量毎に補償効果をシミュレーションすることが可能である。
また、補償装置（補償装置モデル５２）の容量だけでなく、補償装置の制御定数（ＰＩ調節器のゲインや時定数、一次遅れフィルタの時定数等）をモデルａ，ｂ，ｃ毎に変えて設定すれば、制御定数毎の補償効果をシミュレーションすることができる。
【００２９】
なお、図２では３つのモデルａ，ｂ，ｃを実装した場合を示しているが、モデルの数は任意の複数でよいことは勿論であり、各モデルａ，ｂ，……内の補償装置の容量をそれぞれ変えた場合や制御定数を変えた場合等、様々な条件でシミュレーション可能であることは言うまでもない。
この第２実施形態によれば、必要な演算手段だけを複数セット設置して冗長化することで、全体として低コストの補償効果検証装置２５Ｂを提供することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  無効電力補償装置
２  電力系統
３  系統インピーダンス
４  負荷
５  サイリスタ
６  リアクトル
７  コンデンサ
８  ＰＴ
９  ＣＴ
１３  制御装置
１８  フリッカメータ
２０  ＰＴ
２１  変圧器
２２  負荷
２３  負荷
２４ａ，２４ｂ  ＣＴ
２５，２５Ａ，２５Ｂ  補償効果検証装置
２６  ＰＬＬ回路
２７  発生フリッカ模擬演算回路
２８  ＳＶＣ補償量演算回路
２９ａ，２９ｂ  系統電圧模擬回路
３０ａ，３０ｂ  ＦＭ演算回路
３１  改善率演算回路
４０  系統インピーダンス
４１  ＰＴ
４２  変圧器
４３  ＣＴ
４４  負荷
４５  ＰＬＬ回路
４６ａ，４６ｂ  系統モデル
４８ａ，４８ｂ  無効電力演算器
４９ａ，４９ｂ  有効電力演算器
５０ａ，５０ｂ  力率演算器
５１  加算器
５２  無効電力補償装置モデル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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