無効電力補償装置、無効電力補償方法、および無効電力補償プログラム
【課題】逆相電流の出力によって各相のコンデンサに発生する電圧の不平衡を抑制する。
【解決手段】補償電力出力部２０は、配電系統１２の各相毎に、スイッチング素子２３および当該スイッチング素子２３のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサ２２を備えた回路モジュール２１が複数直列にそれぞれ設けられ、配電系統１２に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する。零相電圧生成部３０は、配電系統１２に流れる交流電力の１周期前後で回路モジュール２１に出入する有効電力量が零になるように配電系統１２の各相の回路モジュール２１に零相電圧を生成する。
【解決手段】補償電力出力部２０は、配電系統１２の各相毎に、スイッチング素子２３および当該スイッチング素子２３のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサ２２を備えた回路モジュール２１が複数直列にそれぞれ設けられ、配電系統１２に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する。零相電圧生成部３０は、配電系統１２に流れる交流電力の１周期前後で回路モジュール２１に出入する有効電力量が零になるように配電系統１２の各相の回路モジュール２１に零相電圧を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無効電力補償装置、無効電力補償方法、および無効電力補償プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題の点から太陽光発電システム等の自然エネルギーを用いた分散電源の配電系統への導入が進んでおり、今後ますます増加するものと想定される。配電系統では、これらの分散電源が大量に導入され、分散電源からの逆潮流が生じた場合、系統電圧が上昇し規定の電圧から逸脱することが多くなると予想される。
【０００３】
このような配電系統の電圧変動を補償する技術として、ＳＴＡＴＣＯＭ(STATic synchronous COMpensator)などの無効電力補償装置が知られている。このＳＴＡＴＣＯＭは、高速かつ連続的に無効電力を制御可能であるため、系統電圧の急変にも高速に対応できる。
【０００４】
ＳＴＡＴＣＯＭには、コンデンサとスイッチング素子などを接続したセル（ｃｅｌｌ）と呼ばれる回路モジュールを配電系統の各相に多段接続した回路構成のものがある（所謂、ＭＭＣ(Modular Multilevel Converter)）。非特許文献１には、配電系統の各相にセルを多段接続した回路構成において、各セルのコンデンサに並列にニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池をさらに設け、風力発電などの分散電源で発電された電力を各セルの二次電池に貯蔵可能としたカスケードＰＷＭ変換器が提案されている。この非特許文献１には、変換器から出力される交流電圧に零相電圧を重畳し、各相のセルに不平衡電力を流入、流出させることにより各相のセル内の二次電池の残容量のバランス制御を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】井上 重徳ら、“カスケードＰＷＭ変換器と二次電池を使用した６．６ｋＶトランスレス電力貯蔵システム”、電気学会論文誌Ｄ、２００９年、Ｖｏｌ．１２９、Ｐ６７〜Ｐ７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＳＴＡＴＣＯＭは、電圧不平衡による系統の逆相電圧を補償しようと不平衡な逆相電流を出力すると、各相間のセルのコンデンサの電圧に大きな不平衡が発生する。このように各相間のコンデンサの電圧に大きな不平衡が発生する場合、ＳＴＡＴＣＯＭは、高い耐圧の素子を用いたり、各種素子の離間距離を大きくするなど、耐圧を高くする必要があり、コストアップとなる。
【０００７】
なお、非特許文献１では、逆相電流を出力すると、逆相電流と正相電流により不平衡電力が形成されるため、出力する交流電圧に逆相成分を含まないものとしている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、逆相電流の出力によって各相のコンデンサに発生する電圧の不平衡を抑制できる無効電力補償装置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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の無効電力補償装置は、配電系統の各相毎に、スイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを備えた回路モジュールが１つまた複数直列にそれぞれ設けられ、前記配電系統に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する補償電力出力部と、前記配電系統に流れる交流電力の１周期前後で前記回路モジュールに出入する有効電力量が零になるように前記配電系統の各相に零相電圧を生成する零相電圧生成部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、逆相電流の出力によって各相のコンデンサに発生する電圧の不平衡を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、無効電力補償装置を含む配電系統の概念的な構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、ＳＴＡＴＣＯＭの概略的な構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。
【図４】図４は、搬送波と変調波の一例を示す図である。
【図５】図５は、逆相電流ＡI2の大きさと位相θI2を変化させた場合の零相電圧ＡVOの変化の一例を示す図である。
【図６】図６は、正相電流の大きさと位相を変化させた場合の零相電圧の変化の一例を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭが正相電流のみを出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭが異なる大きさの正相電流および逆相電流を出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、ＳＴＡＴＣＯＭが同じ大きさの正相電流および逆相電流を出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。
【図８】図８は、零相電圧生成部の概略的な構成の一例を示す図である。
【図９】図９は、無効電力補償制御の流れを示すブロック図である。
【図１０】図１０は、無効電力補償制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、シミュレーションに使用した配電系統の概略的な構成を示す図である。
【図１２】図１２は、シミュレーションを行ったＳＴＡＴＣＯＭの主な仕様を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相のコンデンサの電圧の変化を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相から出力される電流の変化を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相のコンデンサの電圧の変化を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相から出力される電流の変化を示す図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相のコンデンサの電圧の変化を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相から出力される電流の変化を示す図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。
【図１６】図１６は、デルタ結線ＭＭＣの回路構成の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣの回路構成の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、２重Ｙ結線チョッパセル型ＭＭＣの回路構成の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、無効電力補償プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる無効電力補償装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、無効電力補償装置としてＳＴＡＴＣＯＭについて説明するが、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
実施例１に係る配電系統の構成について説明する。図１は、無効電力補償装置を含む配電系統の概念的な構成の一例を示す図である。図１に示す例では、配電用に電力を変電する配電用変電所１１から伸びる配電系統１２の末端にＳＴＡＴＣＯＭ１０が接続されている。なお、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、配電系統１２の何れかに設けられていればよく、必ずしも末端に設ける必要はない。
【００１４】
配電用変電所１１は、上位系統から供給される電力を所定の配電電圧（例えば、６６００Ｖ）に変圧し、配電系統１２に供給する。配電系統１２には、図示しない需要家や分散電源が接続されている。配電系統１２には、分散電源からの電力により電圧変動が発生する場合がある。ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、自励式半導体素子を使って無効電力の供給と消費を連続的に行える機器であり、配電系統に発生した電圧変動の補償を行う。ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、高速かつ連続的に無効電力を制御可能であるため、配電系統１２の配電系統の電圧の急変にも高速に対応できる。
【００１５】
次に、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭ１０の構成ついて説明する。図２は、ＳＴＡＴＣＯＭの概略的な構成の一例を示す図である。図２に示す例では、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、配電系統に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する補償電力出力部２０を有する。補償電力出力部２０は、配電系統１２の各相毎にセル（Ｃｅｌｌ）と呼ばれる回路モジュール２１を直列に３段接続した直列回路をＹ結線した、所謂、Ｙ結線ＭＭＣの回路構成とされている。回路モジュール２１は、コンデンサ２２に対して、２つのスイッチング素子２３を直列接続した２つの直列回路２４がそれぞれ並列に接続された所謂、ブリッジセル型の回路構成とされている。各スイッチング素子２３には両端を接続するダイオード２５が設けられている。
【００１６】
また、図２に示す例では、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、零相電圧生成部３０をさらに有する。零相電圧生成部３０は、各相の回路モジュール２１に設けられた各スイッチング素子２３のＯＮ、ＯＦＦのタイミングを制御して回路モジュール２１をＹ結線した結線部の対地電圧の制御を行うことにより、補償電力出力部２０の各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を補償する零相電圧を生成する。
【００１７】
ここで、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭ１０に発生する各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡ついて説明する。ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、逆相電流を出力した場合、補償電力出力部２０の各相のコンデンサ２２の電圧が不平衡となる。ここで、それぞれフェーザ表示で、補償電力出力部２０が出力する零相電圧をＶ0とし、正相電圧をＶ1とし、逆相電圧をＶ2とし、Ａ相電圧をＶaとし、Ｂ相電圧をＶｂとし、Ｃ相電圧をＶcとする。また、それぞれフェーザ表示で、補償電力出力部２０が出力する零相電流をＩ0とし、正相電流をＩ1とし、逆相電流をＩ2とし、Ａ相電流をＩaとし、Ｂ相電流をＩｂとし、Ｃ相電流をＩcとする。
【００１８】
これにより、以下の式（１）〜（４）のように表せる。
【数１】
【００１９】
ここで、補償電力出力部２０は、零相電流Ｉ0を出力しないものとし、零相電流Ｉ0を０とする。これは、配電系統１２は、非接地であるため、補償電力出力部２０が零相電圧Ｖ0を出力しても零相電流はほとんど流れないという考えに基づくものである。なお、実際は系統の対地容量などにより、補償電力出力部２０が零相電圧を出力するとわずかながら零相電流が系統に流れるため、流出する零相電流が系統に与えない程度であることを確認する必要がある。流出する零相電流が無視できない程大きければ、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は変圧器を介して系統と連系する必要がある。
【００２０】
以上の考えに基づき零相電流Ｉ0を０とすると、以下の式（５）〜（１０）のように表せる。
Ｖa＝Ｖ0＋Ｖ1＋Ｖ2 （５）
Ｖb＝Ｖ0＋ａ2・Ｖ1＋ａ・Ｖ2 （６）
Ｖc＝Ｖ0＋ａ・Ｖ1＋ａ2・Ｖ2 （７）
Ｉa＝Ｉ1＋Ｉ2 （８）
Ｉb＝ａ2・Ｉ1＋ａ・Ｉ2 （９）
Ｉc＝ａ・Ｉ1＋ａ2・Ｉ2 （１０）
【００２１】
ここで、配電系統のＡ相の皮相電力をＳaとし、Ｂ相の皮相電力をＳb、Ｃ相の皮相電力をＳcとした場合、以下の式（１１）〜（１３）のように表せる。
【数２】
【００２２】
配電系統のＡ相、Ｂ相、Ｃ相を流れる有効電力と無効電力は、皮相電力の実部と虚部である。このため、Ｙ結線のＳＴＡＴＣＯＭ１０では、相ごとのエネルギー収支が異なることとなり、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡が生じる。ただし、補償電力出力部２０が正相電圧、正相電流しか出力しない場合は、以下の式（１４）のようになり、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡が生じない。
【数３】
【００２３】
通常の配電系統は、電圧の不平衡率はそれほど大きくなく、配電系統の電圧は正相電圧がほとんどである。このため、補償電力出力部２０が正相電流のみを出力する場合はコンデンサの電圧の不平衡はほとんど生じない。
【００２４】
しかしながら、実際の補償電力出力部２０は、素子のばらつきや、わずかに存在する逆相分などにより、各相の回路モジュール２１のコンデンサ２２の電圧に徐々に不平衡が生じる。このため、相間電圧制御を行う必要がある。
【００２５】
コンデンサの相間電圧に不平衡が生じた場合、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の零相電圧を制御することにより、直流コンデンサ電圧の相間不平衡を解消できる。制御の基本概念は下記のとおりである。なお、以下は、配電系統の各相の瞬時値に関する内容であり、上述した実効値に関する内容と区別しやすくするため、配電系統の各相をＲ相、Ｓ相、Ｔ相に関する式として記述する。
【００２６】
配電系統のＲ相のコンデンサ電圧をＥrとし、Ｓ相のコンデンサ電圧をＥsとし、Ｔ相のコンデンサ電圧をＥtとする。また、コンデンサ電圧の平均値をＥaveとし、コンデンサ電圧Ｅr、Ｅs、Ｅtの平均値Ｅaveからの電圧のずれをそれぞれ、ΔＥr、ΔＥs、ΔＥtとすると、以下の式（１５）〜（１９）の関係が成り立つ。
Ｅr＋Ｅs＋Ｅt＝３Ｅave （１５）
Ｅr−Ｅave＝ΔＥr （１６）
Ｅs−Ｅave＝ΔＥs （１７）
Ｅt−Ｅave＝ΔＥt （１８）
ΔＥr＋ΔＥs＋ΔＥt＝０ （１９）
【００２７】
この平均値Ｅaveからの電圧のずれΔＥr、ΔＥs、ΔＥtに対して三相二相変換を行うと、以下の式（２０）、（２１）のようになる。
【数４】
【００２８】
ここで、ΔＥαβをΔＥα、ΔＥβを組とするベクトルと定義する。また、補償電力出力部２０のＲ相の電流をｉrとし、Ｓ相の電流をｉsとし、Ｔ相の電流をｉtとして、このＲ相の電流ｉr、Ｓ相の電流ｉs、Ｔ相の電流ｉtに対して三相二相変換を行うと、同様に以下の式（２２）のようになる。
【数５】
【００２９】
ここで、ｉαβをｉα、ｉβを組とするベクトルと定義し、これを瞬時値電流と呼ぶ。この瞬時値電流ｉαβが流れている時、各相に零相電圧Ｖ0を出力すると、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相には、それぞれ以下の式（２３）に示す電力が発生する。
【数６】
【００３０】
配電系統は、系統が非接地であり、ＳＴＡＴＣＯＭ１０から零相電圧を出力しても系統に流出する零相電流が無視できるほど小さいと仮定する。この場合、配電系統では、零相電圧を重畳しても線間電圧は変化しない。よって、零相電圧を重畳してもＳＴＡＴＣＯＭ１０から系統に流れる電流に影響は与えない。ただし、配電線の対地容量が大きいなど、流出する零相電流が無視できないほど大きくなる場合は、変圧器を介して系統連系することを検討する必要がある。
【００３１】
重畳する零相電圧Ｖ0により発生する電力を三相二相変換すると、以下の式（２４）のようになる。
【数７】
【００３２】
つまり、零相電圧Ｖ0を出力することにより、現在のｉαβの方向にコンデンサ電圧を修正できる。図３は瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。瞬時値電流ｉαβは、配電系統を流れる電流の周期（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）で周回している。この瞬時値電流ｉαβがΔＥαβと同方向を向いているときに負の零相電圧を重畳し、また、瞬時値電流ｉαβがΔＥαβと逆方向を向いているときに正の零相電圧を重畳することによりコンデンサ電圧の相間不平衡をキャンセルできる。本実施例では、以上の原理に基づきＳＴＡＴＣＯＭ１０の相間電圧制御を行う。
【００３３】
次に、この相間電圧制御をどのように行うかについて説明する。それぞれフェーザ表示で、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する三相皮相電力の電力平均値をＳaveとし、電力平均値Ｓaveからの各相の電力のずれをΔＳa、ΔＳb、ΔＳcとすると、上述した式（１１）〜（１３）から以下の式（２５）〜（２８）のように変換できる。
【数８】
【００３４】
ここで、各相の電力のずれΔＳa、ΔＳb、ΔＳcについて三相二相変換を行うと、以下の式（２９）のようになる。
【数９】
【００３５】
ここで、ΔＳα、ΔＳβは実数部分が０であれば有効電力の不平衡は発生せず各相のコンデンサ２２の相間電圧にも不平衡は発生しない。
Ｒｅ［ΔＳα］＝０ （３０）
Ｒｅ［ΔＳβ］＝０ （３１）
【００３６】
よって、上記式（３０）、（３１）を満たすＶ0が存在すれば、補償は可能である。ここで、式（２９）、（３０）、（３１）より以下の関係を満たすＶ0を求めればよい。
【数１０】
【００３７】
式（３２）、（３３）より、Ｖ0は以下の式（３４）のように求まる。
【数１１】
【００３８】
式（３４）に示すように、重畳する零相電圧Ｖ0は、Ｉ1＝Ｉ2 の場合を除いて、解を持つ。つまり正相電流Ｉ1の大きさと逆相電流Ｉ2の大きさが等しい時を除いて逆相補償は原理的には可能である。
【００３９】
また、配電系統の電圧の零相分をＶS0とし、配電系統の電圧の正相分をＶS1とし、配電系統の電圧の逆相分をＶS2とする。また、通常、連結リアクトルでの抵抗分はインダクタンスによる抵抗と比較してはるかに小さいため、ここでは無視するものとすると、以下の式（３５）〜（３７）のようになる。
Ｖ0＝ＶS0 （３５）
Ｖ1＝ＶS1＋ｊ・Ｘ・Ｉ1 （３６）
Ｖ2＝ＶS2＋ｊ・Ｘ・Ｉ2 （３７）
ここで、ＸはＳＴＡＴＣＯＭ１０と系統との間に接続される連結リアクトルのインピーダンスを示す。Ｘは実数である。
【００４０】
すると、式（２９）、（３０）、（３１）より、以下の式（３８）、（３９）のようになる。
【数１２】
【００４１】
ここで、以下の式（４０）、（４１）のように実数部分が０となる。
【数１３】
【００４２】
これにより、以下の式（４２）、（４３）のようになり、式（３２）、（３３）と、式（４２）、（４３）は、同じ形となる。
【数１４】
【００４３】
よって、重畳零相電圧に関する式(３４)は、補償電力出力部２０から出力する正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2の部分を、配電系統の正相電圧ＶS1、配電系統の逆相電圧ＶS2と置き換えても成り立つ。
【００４４】
次に、逆相電流により発生する不平衡をキャンセルするために必要な零相電圧Ｖ0のレベルについて検討する。なお、以下では、以下の（１）〜（３）に示す仮定のもとで重畳する零相電圧Ｖ0がどの程度の大きさになるかを検討する。この検討は、現実に近い仮定のもとで零相電圧Ｖ0の範囲を解析するためであり、実際に重畳する零相電圧Ｖ0をＳＴＡＴＣＯＭ１０の相間電圧制御に利用する際は、式（３４）の厳密解を利用する。
（１）正相電圧を位相の基準とする。つまりＶ1は実数とする。
（２）無効電力補償装置として運用することとする。つまりＩ1は純虚数である。ここでＳＴＡＴＣＯＭ１０で発生する損失は微量であるとする。
（３）配電系統の電圧は、正相電圧Ｖ1>>逆相電圧Ｖ2とする。つまりＶ2に関する項を無視する。
【００４５】
以上の仮定により、Ｖ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｉ1、Ｉ2を下記の式（４４）〜（４８）のように表記する。
【数１５】
【００４６】
この式（４４）〜（４８）より、零相電圧ＡVOの大きさは以下の式（４９）のように表現できる。
【数１６】
【００４７】
ところで、補償電力出力部２０では、搬送波と変調波を比較して回路モジュール２１のスイッチング素子２３のＯＮ、ＯＦＦを決定するＰＷＭ（pulse width modulation）制御を行っている。図４は、搬送波と変調波の一例を示す図である。補償電力出力部２０では、素子を有効利用するため、通常、ピークが１付近になるように変調波の波形を定めている。しかし、補償電力出力部２０は、ピークが１付近になるように変調波の波形を定めた場合、大きな零相電圧が重畳されると変調波の大きさが１を上回ることとなり、正常なＰＷＭ制御が行えなくなる。このため、零相電圧Ｖ0はある程度の大きさに抑える必要がある。ここで、搬送波のピークと変調波のピークの差分の分だけ零相電圧を重畳する余裕がある。零相電圧はこの変調度の余裕分だけ重畳可能である。
【００４８】
ここで、式（４９）を用いて零相電圧ＡVOの大きさについて検討する。図５は、逆相電流ＡI2の大きさと位相θI2を変化させた場合の零相電圧ＡVOの変化の一例を示す図である。図５の例では、正相電流ＡI1の大きさを１[p.u.]とした場合に、逆相電流ＡI2の大きさを０．１、０．２、０．３、０．５[p.u.]として、位相θI2を変化させて式（４９）から零相電圧ＡVOを求めた結果を示している。図５の縦軸は配電系統の電圧（例えば、６６００Ｖ）を１[p.u.]とした場合の重畳する零相電圧の大きさであり、図５の横軸はＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する逆相電流の位相θI2を表す。逆相電流の位相θI2が任意であるならば、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する逆相電流の割合が大きくなるほど、零相電圧の大きさも増加する。変調度余裕が０．２の場合、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力できる逆相電流は正相電流の２割程度となる。
【００４９】
図６は、正相電流の大きさと位相を変化させた場合の零相電圧の変化の一例を示す図である。図６の例では、逆相電流ＡI2の大きさを１[p.u.]とした場合に、正相電流ＡI1の大きさを０．０、０．１、０．２、０．３[p.u.]として、位相θI2を変化させて式（４９）から零相電圧ＡVOを求めた結果を示している。図６の縦軸は配電系統の電圧（例えば、６６００Ｖ）を１[p.u.]とした場合の重畳する零相電圧の大きさであり、図６の横軸はＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する逆相電流の位相を表す。ＳＴＡＴＣＯＭ１０が純粋に逆相電流しか流さない場合（正相電流ＡI1＝０の場合）、零相電圧ＡVOの大きさは１．０[p.u.]となり、配電系統の系統電圧と同じ大きさの零相電圧を出力しなければならない。つまり、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の直流電圧定格を通常の２倍程度にする必要がある。ＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する正相電流ＡI1の割合が大きくなると、零相電圧の大きさはさらに大きくなり、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の直流電圧定格を通常の２倍よりも大きくする必要がある。
【００５０】
零相電圧は正相電流と逆相電流が等しくない限り解をもつが、重畳できる零相電圧の大きさにはコンデンサ２２の直流電圧による制限がある。このため、実際には零相電圧の大きさを小さく抑えるか、コンデンサ２２の直流電圧を通常よりも大きくする必要がある。
【００５１】
以上の制約から、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、例えば、下記の（１）（２）の２通りの設計が考えられる。
（１）ＳＴＡＴＣＯＭ１０が純粋な逆相電流を出力しても逆相が補償できるように、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の直流電圧の設計を通常の倍にする。その上でＳＴＡＴＣＯＭ１０の出力する正相電流と逆相電流の大きさが等しくならないようにＰＷＭ制御を行う。例えば、変調波の周波数を変更して逆相電流の大きさを変更する。
（２）ＳＴＡＴＣＯＭ１０の直流電圧は通常の設計またはそれよりやや大きい程度にとどめ、逆相電圧補償のために出力する逆相電流も正相電流の数割程度にとどめる。
【００５２】
ところで、式（３４）は、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する正相電流と逆相電流が等しい場合、解が無限に発散する。これは次のように考えられる。
【００５３】
上述のように、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、逆相電流を出力したことにより、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡がある場合、ΔＥαβは大きさを持ち、ｉαβの方向に変更できる。
【００５４】
図７Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が正相電流のみを出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。ＳＴＡＴＣＯＭ１０が正相電流のみを出力する場合、ｉαβの軌道は、速度ωtで回転する円を描く。よって、長期的にはΔＥαβがどの方向であってもキャンセル可能である。
【００５５】
一方、図７Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が異なる大きさの正相電流および逆相電流を出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。ｉαβに逆相成分が存在する場合、速度−ωtで回転する逆相成分が重畳されることとなるので、ｉαβの軌道は、楕円になる。逆相成分が大きくなるにつれ、楕円の長軸は長くなるが、楕円の短軸は短くなる。このとき、楕円の長軸方向にはコンデンサ２２の電圧不平衡は修正しやすいが、楕円の短軸方向には修正しづらい。
【００５６】
一方、図７Ｃは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が同じ大きさの正相電流および逆相電流を出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。正相電流と逆相電流の大きさが同じ場合、ｉαβの軌道は、円ではなく直線を描く。よって、ΔＥαβはｉαβが描く一方向にしかキャンセルできず、零相電圧制御ではキャンセルできない成分が存在することとなる。このように、正相電流と逆相電流が等しい場合はキャンセルできない電圧不平衡成分が存在することとなる。よって、Ｙ結線ＭＭＣ構成のＳＴＡＴＣＯＭ１０では正相電流と逆相電流が同じ大きさにならないようにする必要がある。
【００５７】
次に、本実施例に係る零相電圧生成部３０の構成ついて説明する。図８は、零相電圧生成部の概略的な構成の一例を示す図である。図８に示す例では、零相電圧生成部３０は、系統状態検出部４０と、補償電力検出部４１と、制御部４２と、零相電圧生成制御部４３とを有する。系統状態検出部４０は、配電系統の状態を検出しており、配電系統の交流電力を検出する。補償電力検出部４１は、補償電力出力部２０の各相の電流、および各相毎に接続された回路モジュール２１全体でのコンデンサ電圧を検出する。制御部４２は、系統状態検出部４０および補償電力検出部４１による検出結果に基づいて無効電力補償制御を行い、生成する零相電圧を導出する。零相電圧生成制御部４３は、補償電力出力部２０に制御部４２により導出された零相電圧を生成する。例えば、零相電圧生成制御部４３は、補償電力出力部２０の各相の回路モジュール２１に供給する変調波に重畳されている定電圧の電圧レベルを変更して変調波全体の電圧レベルを３相一括で上下させ、各相の回路モジュール２１のスイッチング素子２３のＯＮ、ＯＦＦの期間を変更する制御を行うことにより、補償電力出力部２０に零相電圧を生成する。
【００５８】
次に、本実施例に係る制御部４２による無効電力補償制御について説明する。図９は、無効電力補償制御の流れを示すブロック図である。上述のように、ＳＴＡＴＣＯＭ１０では、配電系統の逆相電圧を補償しようと不平衡な逆相電流を出力すると、各相の回路モジュール２１のコンデンサ２２の電圧に大きな不平衡が発生する。そこで、本実施例に係る制御部４２では、ＳＴＡＴＣＯＭ１０から出力される電流に逆相電流が含まれる場合でも各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を起こさないように零相電圧を出力電圧に重畳するフィードフォワード制御を行っている。このフィードフォワード制御は、配電系統に流れる交流電力の１周期前後で回路モジュール２１に出入する有効電力量が零になるように配電系統の各相の回路モジュール２１に零相電圧を生成する。具体的には、系統状態検出部４０により検出される配電系統の交流電力を実効値変換して配電系統に存在する正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2を求める。また、補償電力検出部４１により検出される補償電力出力部２０の各相の電流から正相電流Ｉ1、逆相電流Ｉ2を求める。そして、上述の式（３４）を用いて、正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2、正相電流Ｉ1、逆相電流Ｉ2から零相電圧の実効値Ｖ0を求め、実効値Ｖ0の瞬時値への変換を行って瞬時値Ｖ0fを導出する。
【００５９】
また、ＳＴＡＴＣＯＭ１０では、上述のフィードフォワード制御を行っても、制御誤差や素子特性の個体差等の理由で各相のコンデンサ２２の電圧のバランスが微小に崩れる場合がある。そこで、本実施例に係る零相電圧生成部３０では、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡が発生した場合、コンデンサ２２の電圧の不平衡をキャンセルする零相電圧も出力電圧に重畳するフィードバック制御も行っている。具体的には、補償電力検出部４１により検出される回路モジュール２１全体での電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔから電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔの平均電圧Ｅaveを求める。そして、電圧Ｅr、Ｅs、Ｅtの平均値Ｅaveからの電圧のずれを求めて三相二相変換を行い、電圧ΔＥα、ΔＥβを求める。そして、γ＝ｔａｎ-1（ΔＥβ／ΔＥα）の演算から位相γを求め、｜ΔＥαβ｜＝（ΔＥα2＋ΔＥβ2）1/2の演算から｜ΔＥαβ｜を求める。また、補償電力検出部４１により検出される補償電力出力部２０の各相の電流Ｉr、Ｉs、Ｉｔを三相二相変換を行って電流Ｉα、Ｉβを求め、δ＝ｔａｎ-1（Ｉβ／Ｉα）の演算から位相δを求める。そして、｜ΔＥαβ｜に所定のゲインＫを乗算し、さらにｃｏｓ（δ−γ）を乗算して瞬時値Ｖ0bを求める。そして、瞬時値Ｖ0fに瞬時値Ｖ0bを加算して瞬時値Ｖ0を導出し、導出した瞬時値Ｖ0を補償電力出力部２０へ出力する。
【００６０】
補償電力出力部２０は、瞬時値Ｖ0の零相電圧を出力電圧に重畳する。ＳＴＡＴＣＯＭ１０では、このフィードバック制御により、制御誤差や素子特性の個体差等による各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡がキャンセルできる。
【００６１】
制御部４２は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路を用いた回路構成により無効電力補償制御を実現してもよい。また、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの電子回路と無効電力補償制御を行うプログラムを記憶した記憶部を設け、電子回路によりプログラムの処理を実行することにより無効電力補償制御を実現してもよい。
【００６２】
次に、本実施例に係る制御部４２の処理の流れを説明する。図１０は、無効電力補償制御処理の手順を示すフローチャートである。この無効電力補償制御処理は、制御部４２が起動した後、常時実行される。
【００６３】
図１０に示すように、制御部４２は、補償電力検出部４１により補償電力出力部２０の各相の電流Ｉr、Ｉs、Ｉｔ、および回路モジュール２１全体での電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔを検出する（ステップＳ１００）。また、制御部４２は、系統状態検出部４０により配電系統の交流電力の検出し、実効値変換を行って配電系統に存在する正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2を検出する（ステップＳ１０１）。そして、制御部４２は、検出した補償電力出力部２０の各相の電流Ｉr、Ｉs、Ｉｔについて実効値変換を行って正相電流Ｉ1、逆相電流Ｉ2を求め、正相電流Ｉ1、逆相電流Ｉ2、正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2を用いて上述のフィードフォワード制御の演算を行って瞬時値Ｖ0fを導出する（ステップＳ１０２）。また、制御部４２は、検出した電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔから電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔの平均電圧Ｅaveを求め、電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔ、Ｅaveおよび各相の電流Ｉr、Ｉs、Ｉｔを用いて上述のフィードバック制御の演算を行って瞬時値Ｖ0bを導出する（ステップＳ１０３）。そして、制御部４２は、導出した瞬時値Ｖ0bと瞬時値Ｖ0bを加算して瞬時値Ｖ0を導出し、導出した瞬時値Ｖ0を零相電圧生成制御部４３へ出力する（ステップＳ１０４）。零相電圧生成制御部４３は、導出された瞬時値Ｖ0に応じて、補償電力出力部２０の各相の回路モジュール２１に供給する変調波に重畳されている定電圧の電圧レベルを変更することにより、各相の回路モジュール２１のスイッチング素子２３のＯＮ、ＯＦＦの期間を変更する制御を行う。これにより、補償電力出力部２０には零相電圧が発生する。制御部４２は、ＳＴＡＴＣＯＭ１０全体を制御する他の制御部などから処理終了が指示されたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。制御部４２は、処理終了が指示された場合（ステップＳ１０５肯定）、処理を終了する。一方、制御部４２は、処理終了が指示されていない場合（ステップＳ１０５否定）、ステップＳ１００へ移行する。
【００６４】
次に、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭ１０の動作をシミュレーションした結果について説明する。図１１は、シミュレーションに使用した配電系統の概略的な構成を示す図である。図１２は、シミュレーションを行ったＳＴＡＴＣＯＭ１０の主な仕様を示している。
【００６５】
通常、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、６６００Ｖの配電系統にトランスレス接続されるため、各相の回路モジュール２１のコンデンサ２２に印加される直流電圧は２０００[Ｖ]程度として設計される。しかしながら、シミュレーションでは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が純粋な逆相電流も出力できるよう、コンデンサ２２に印加される直流電圧の設計値を通常の倍以上にしており、例えば、４５００Ｖにする。各回路モジュール２１が出力する交流電圧は、各相に３段の回路モジュール２１が存在するため、以下の式（５０）から１２７０[Ｖ]と求まる。
（６６００／√３)／３＝１２７０[Ｖ] （５０）
【００６６】
また、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、直列に接続された各相の回路モジュール２１毎に、搬送波または変調波の位相をシフトさせることで、等価的にスイッチング周波数が２Ｎ倍（Ｎは回路モジュール２１の段数）になる。シミュレーションでは、スイッチング周波数を可聴域を越えた２０[ｋＨｚ]にするため、各回路モジュール２１に入力される搬送波の周波数は３．３[ｋＨｚ]とする。
【００６７】
ＳＴＡＴＣＯＭ１０の出力電流の正相電流成分を０．０[p.u.]とし、逆相電流成分を１．０[p.u.]とし、正相電圧を基準とする逆相電流成分の位相角０[deg]としてシミュレーションを行った。図１３Ａ〜１３Ｃにはシミュレーションの結果の一例が示されている。図１３Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）のコンデンサ２２の電圧の変化を示す図である。図１３Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相から出力される電流の変化を示す図である。図１３Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。ただし、全体のコンデンサ直流電圧制御が動作しているため、ＳＴＡＴＣＯＭ１０で発生する損失分は正相電流を出力する。図１３Ｂに示すように、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の出力電流は、Ｒ→Ｓ→Ｔの相順でなく、Ｒ→Ｔ→Ｓの相順となっていることから、ＳＴＡＴＣＯＭ１０がほぼ純粋な逆相電流を出力している。また、図１３Ａに示すように、各相のコンデンサ２２の電圧には不平衡がほぼ存在せず、無効電力補償制御が想定通り動作していることが分かる。なお、若干ながら偏差が存在するのはフィードバック制御において比例制御しか行っていないためである。残った偏差は、コンデンサ２２の電圧に定常的に発生するが、系統周期の倍周期の変動と比較して小さくここでは問題とならない。
【００６８】
他の様々な条件でも、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡が生じないかを確認するために、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の出力電流の正相電流成分を０．７[p.u.]とし、逆相電流成分を０．３５[p.u.]とし、正相電圧を基準とする逆相電流成分の位相角０[deg]としてシミュレーションを行った。図１４Ａ〜１４Ｃにはシミュレーションの結果の一例が示されている。図１４Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の各相のコンデンサ２２の電圧の変化を示す図である。図１４Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の各相から出力される電流の変化を示す図である。図１４Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。この条件でも、図１４Ａに示すように、各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡は小さな値であり、無効電力補償制御が正常に動作していることが分かる。
【００６９】
また、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の出力電流の正相電流成分を０．７[p.u.]とし、逆相電流成分を０．３５[p.u.]とし、正相電圧を基準とする位相角が４５[deg]、９０[deg]とした場合についてそれぞれシミュレーションを行ったが、この場合も、同様に、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡は生じない。
【００７０】
また、図１４Ａ〜１４Ｃに示した場合と同様に、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、出力電流の正相電流成分を０．７[p.u.]とし、逆相電流成分を０．３５[p.u.]とし、正相電圧を基準とする逆相電流成分の位相角０[deg]とし、０．１[s]以降、フィードフォワード制御の出力を０としてシミュレーションを行った。図１５Ａ〜１５Ｃにはシミュレーションの結果の一例が示されている。図１５Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の各相のコンデンサ２２の電圧の変化を示す図である。図１５Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の各相から出力される電流の変化を示す図である。図１５Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。図１５Ａに示すように、フィードフォワード制御の出力が０とされた０．１[s]以降、各相のコンデンサ２２の電圧に大きな不平衡が生じており、フィードフォワード制御がなければ、コンデンサ電圧不平衡は抑制困難であることを示している。このことから、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が逆相制御を行う場合にフィードフォワード制御が有効であることがわかる。なお、図１５Ａの例では、フィードフォワード制御を停止しても積分要素なしのフィードバック制御が残っているため、各相のコンデンサの電圧は必ずしも発散せず、不平衡がある程度進むとそれ以上は不平衡とならない。
【００７１】
［実施例１の効果］
上述してきたように、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭ１０は、配電系統１２の各相毎に、スイッチング素子２３および当該スイッチング素子２３のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサ２２を備えた回路モジュール２１が複数直列にそれぞれ設けられた補償電力出力部２０から配電系統１２に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する。そして、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、配電系統１２に流れる交流電力の１周期前後で回路モジュール２１に出入する有効電力量が零になるように零相電圧生成部３０から配電系統１２の各相に零相電圧を生成する。このように、交流電力の１周期前後で回路モジュール２１に出入する有効電力量が零になるように配電系統１２の各相の回路モジュール２１に零相電圧を生成することにより、逆相電流の出力によって各相の回路モジュール２１のコンデンサ２２に発生する電圧の不平衡を抑制できる。
【００７２】
また、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭ１０は、配電系統１２に存在する正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2、補償電力出力部２０が出力する正相電流Ｉ1、逆相電流Ｉ2を検出して上述の式（３４）の演算を行うことにより、正相電流Ｉ1＝逆相電流Ｉ2の場合を除いて、重畳する零相電圧Ｖ0を求めることができる。
【実施例２】
【００７３】
さて、これまで開示の装置に関する実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では、本発明に含まれる他の実施例を説明する。
【００７４】
また、上記の実施例では、補償電力出力部２０を、図２に示すように、配電系統１２の各相毎に回路モジュール２１を直列に３段接続した回路構成とした場合について例示したが開示の装置はこれに限定されない。例えば、各相毎に回路モジュール２１を１つ設けた回路構成としてもよい。また、各相毎に回路モジュール２１を直列に２段または４段以上接続した回路構成としてもよい。
【００７５】
また、上記の実施例では、補償電力出力部２０を、配電系統１２の各相毎に回路モジュール２１を直列に接続した直列回路をＹ結線した、所謂、Ｙ結線ＭＭＣの回路構成とした場合について例示したが開示の装置はこれに限定されない。例えば、補償電力出力部２０を、配電系統１２の各相毎にブリッジセル型の回路モジュール２１を直列に接続した直列回路をデルタ結線した、所謂、デルタ結線ＭＭＣの回路構成としてもよい。図１６は、デルタ結線ＭＭＣの回路構成の一例を示す図である。また、配電系統１２の各相毎にブリッジセル型の回路モジュール２１を直列に接続した直列回路のＹ結線を２重に設けた、所謂、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣの回路構成としてもよい。図１７は、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣの回路構成の一例を示す図である。
【００７６】
また、上記の実施例では、回路モジュール２１を、図２に示すように、２つのスイッチング素子２３を直列接続した２つの直列回路２４をコンデンサ２２に対してそれぞれ並列に接続した、所謂、ブリッジセル型の回路構成とした場合について例示したが開示の装置はこれに限定されない。例えば、回路モジュール２１を、コンデンサ２２に対して２つのスイッチング素子２３を直列接続した直列回路２４を１つ並列に接続し、２つのスイッチング素子２３の間部分と直列回路２４の端部部分とを入力端子、出力端子とするチョッパセル型としてもよい。図１８は、チョッパセル型の回路モジュール２１を用いた２重Ｙ結線ＭＭＣ（所謂、２重Ｙ結線チョッパセル型ＭＭＣ）の回路構成の一例を示す図である。
【００７７】
ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、回路モジュール２１を同じ直流電圧で運用する場合、回路モジュール２１に必要な素子数の比が、Ｙ結線ＭＭＣ、デルタ結線ＭＭＣ、２重Ｙ結線チョッパセル型ＭＭＣ、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣの順に、１:√３:２:２となる。よって、必要な素子数を考えた場合、Ｙ結線ＭＭＣの回路構成が有力な選択肢となる。
【００７８】
このように、Ｙ結線ＭＭＣの回路構成は、他の回路構成に比べてセル数、半導体素子数が少なくて済む利点がある。しかし、従来、Ｙ結線ＭＭＣの回路構成は、他の回路構成と比較して循環電流を流せないため、正相無効電流しか補償できず、各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を補償できないと考えられていた。しかし、本実施例の技術を用いることにより、各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を補償できる。
【００７９】
一方、デルタ結線ＭＭＣ、２重Ｙ結線チョッパセル型ＭＭＣ、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣの各回路構成は、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡が発生した場合、循環電流を流すことで各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡を起こさないよう制御が可能である。しかし、循環電流を流すことにより電力に損失が発生する。このため、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、デルタ結線ＭＭＣ、２重Ｙ結線チョッパセル型ＭＭＣ、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣなど循環電流を流すことで各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を解消可能な回路構成である場合でも、本実施例の技術を用いることにより、循環電流を流すことなく各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を補償できる。
【００８０】
また、各種の負荷や使用状況などに応じて、実施例において説明した各処理の各ステップでの処理を任意に細かくわけたり、あるいはまとめたり、処理順序を入れ替えてもよい。例えば、図１０に示す無効電力補償制御処理では、ステップＳ１００とステップＳ１０１、ステップＳ１０２とステップＳ１０３の処理を入れ替えてもよい。
【００８１】
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的状態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、図８に示す系統状態検出部４０と、補償電力検出部４１とが統合されてもよい。また、制御部４２をさらに細かい処理部に分けてもよい。
【００８２】
［無効電力補償プログラム］
また、上記の実施例で説明した制御部４２の各種の処理は、あらかじめ用意されたプログラムをコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。そこで、以下では、図１９を用いて、上記の実施例で説明した制御部４２と同様の機能を有する無効電力補償プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図１９は、無効電力補償プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
【００８３】
図１９に示すように、コンピュータ３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３４０を有する。これら３００〜３４０の各部は、バス４００を介して接続される。
【００８４】
ＲＯＭ３２０には、上記の実施例１に示す制御部４２と同様の機能を発揮する無効電力補償プログラム３２０ａが予め記憶される。すなわち、ＲＯＭ３２０には、図１９に示すように、無効電力補償プログラム３２０ａが記憶される。なお、無効電力補償プログラム３２０ａについては、適宜分離しても良い。
【００８５】
そして、ＣＰＵ３１０が、無効電力補償プログラム３２０ａをＲＯＭ３２０から読み出して実行する。
【００８６】
なお、上記した無効電力補償プログラム３２０ａについては、必ずしも最初からＲＯＭ３２０に記憶させておく必要はない。
【００８７】
例えば、コンピュータ３００に挿入されるフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」にプログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ３００がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。
【００８８】
さらには、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介してコンピュータ３００に接続される「他のコンピュータ（またはサーバ）」などにプログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ３００がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１０ ＳＴＡＴＣＯＭ
１２ 配電系統
２０ 補償電力出力部
２１ 回路モジュール
２２ コンデンサ
２３ スイッチング素子
３０ 零相電圧生成部
４０ 系統状態検出部
４１ 補償電力検出部
４２ 制御部
４３ 零相電圧生成制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無効電力補償装置、無効電力補償方法、および無効電力補償プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題の点から太陽光発電システム等の自然エネルギーを用いた分散電源の配電系統への導入が進んでおり、今後ますます増加するものと想定される。配電系統では、これらの分散電源が大量に導入され、分散電源からの逆潮流が生じた場合、系統電圧が上昇し規定の電圧から逸脱することが多くなると予想される。
【０００３】
このような配電系統の電圧変動を補償する技術として、ＳＴＡＴＣＯＭ(STATic synchronous COMpensator)などの無効電力補償装置が知られている。このＳＴＡＴＣＯＭは、高速かつ連続的に無効電力を制御可能であるため、系統電圧の急変にも高速に対応できる。
【０００４】
ＳＴＡＴＣＯＭには、コンデンサとスイッチング素子などを接続したセル（ｃｅｌｌ）と呼ばれる回路モジュールを配電系統の各相に多段接続した回路構成のものがある（所謂、ＭＭＣ(Modular Multilevel Converter)）。非特許文献１には、配電系統の各相にセルを多段接続した回路構成において、各セルのコンデンサに並列にニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池をさらに設け、風力発電などの分散電源で発電された電力を各セルの二次電池に貯蔵可能としたカスケードＰＷＭ変換器が提案されている。この非特許文献１には、変換器から出力される交流電圧に零相電圧を重畳し、各相のセルに不平衡電力を流入、流出させることにより各相のセル内の二次電池の残容量のバランス制御を行う技術が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】井上 重徳ら、“カスケードＰＷＭ変換器と二次電池を使用した６．６ｋＶトランスレス電力貯蔵システム”、電気学会論文誌Ｄ、２００９年、Ｖｏｌ．１２９、Ｐ６７〜Ｐ７６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＳＴＡＴＣＯＭは、電圧不平衡による系統の逆相電圧を補償しようと不平衡な逆相電流を出力すると、各相間のセルのコンデンサの電圧に大きな不平衡が発生する。このように各相間のコンデンサの電圧に大きな不平衡が発生する場合、ＳＴＡＴＣＯＭは、高い耐圧の素子を用いたり、各種素子の離間距離を大きくするなど、耐圧を高くする必要があり、コストアップとなる。
【０００７】
なお、非特許文献１では、逆相電流を出力すると、逆相電流と正相電流により不平衡電力が形成されるため、出力する交流電圧に逆相成分を含まないものとしている。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、逆相電流の出力によって各相のコンデンサに発生する電圧の不平衡を抑制できる無効電力補償装置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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の無効電力補償装置は、配電系統の各相毎に、スイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを備えた回路モジュールが１つまた複数直列にそれぞれ設けられ、前記配電系統に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する補償電力出力部と、前記配電系統に流れる交流電力の１周期前後で前記回路モジュールに出入する有効電力量が零になるように前記配電系統の各相に零相電圧を生成する零相電圧生成部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、逆相電流の出力によって各相のコンデンサに発生する電圧の不平衡を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、無効電力補償装置を含む配電系統の概念的な構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、ＳＴＡＴＣＯＭの概略的な構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。
【図４】図４は、搬送波と変調波の一例を示す図である。
【図５】図５は、逆相電流ＡI2の大きさと位相θI2を変化させた場合の零相電圧ＡVOの変化の一例を示す図である。
【図６】図６は、正相電流の大きさと位相を変化させた場合の零相電圧の変化の一例を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭが正相電流のみを出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭが異なる大きさの正相電流および逆相電流を出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、ＳＴＡＴＣＯＭが同じ大きさの正相電流および逆相電流を出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。
【図８】図８は、零相電圧生成部の概略的な構成の一例を示す図である。
【図９】図９は、無効電力補償制御の流れを示すブロック図である。
【図１０】図１０は、無効電力補償制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、シミュレーションに使用した配電系統の概略的な構成を示す図である。
【図１２】図１２は、シミュレーションを行ったＳＴＡＴＣＯＭの主な仕様を示す図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相のコンデンサの電圧の変化を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相から出力される電流の変化を示す図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相のコンデンサの電圧の変化を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相から出力される電流の変化を示す図である。
【図１４Ｃ】図１４Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。
【図１５Ａ】図１５Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相のコンデンサの電圧の変化を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相から出力される電流の変化を示す図である。
【図１５Ｃ】図１５Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。
【図１６】図１６は、デルタ結線ＭＭＣの回路構成の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣの回路構成の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、２重Ｙ結線チョッパセル型ＭＭＣの回路構成の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、無効電力補償プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる無効電力補償装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下では、無効電力補償装置としてＳＴＡＴＣＯＭについて説明するが、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
実施例１に係る配電系統の構成について説明する。図１は、無効電力補償装置を含む配電系統の概念的な構成の一例を示す図である。図１に示す例では、配電用に電力を変電する配電用変電所１１から伸びる配電系統１２の末端にＳＴＡＴＣＯＭ１０が接続されている。なお、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、配電系統１２の何れかに設けられていればよく、必ずしも末端に設ける必要はない。
【００１４】
配電用変電所１１は、上位系統から供給される電力を所定の配電電圧（例えば、６６００Ｖ）に変圧し、配電系統１２に供給する。配電系統１２には、図示しない需要家や分散電源が接続されている。配電系統１２には、分散電源からの電力により電圧変動が発生する場合がある。ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、自励式半導体素子を使って無効電力の供給と消費を連続的に行える機器であり、配電系統に発生した電圧変動の補償を行う。ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、高速かつ連続的に無効電力を制御可能であるため、配電系統１２の配電系統の電圧の急変にも高速に対応できる。
【００１５】
次に、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭ１０の構成ついて説明する。図２は、ＳＴＡＴＣＯＭの概略的な構成の一例を示す図である。図２に示す例では、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、配電系統に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する補償電力出力部２０を有する。補償電力出力部２０は、配電系統１２の各相毎にセル（Ｃｅｌｌ）と呼ばれる回路モジュール２１を直列に３段接続した直列回路をＹ結線した、所謂、Ｙ結線ＭＭＣの回路構成とされている。回路モジュール２１は、コンデンサ２２に対して、２つのスイッチング素子２３を直列接続した２つの直列回路２４がそれぞれ並列に接続された所謂、ブリッジセル型の回路構成とされている。各スイッチング素子２３には両端を接続するダイオード２５が設けられている。
【００１６】
また、図２に示す例では、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、零相電圧生成部３０をさらに有する。零相電圧生成部３０は、各相の回路モジュール２１に設けられた各スイッチング素子２３のＯＮ、ＯＦＦのタイミングを制御して回路モジュール２１をＹ結線した結線部の対地電圧の制御を行うことにより、補償電力出力部２０の各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を補償する零相電圧を生成する。
【００１７】
ここで、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭ１０に発生する各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡ついて説明する。ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、逆相電流を出力した場合、補償電力出力部２０の各相のコンデンサ２２の電圧が不平衡となる。ここで、それぞれフェーザ表示で、補償電力出力部２０が出力する零相電圧をＶ0とし、正相電圧をＶ1とし、逆相電圧をＶ2とし、Ａ相電圧をＶaとし、Ｂ相電圧をＶｂとし、Ｃ相電圧をＶcとする。また、それぞれフェーザ表示で、補償電力出力部２０が出力する零相電流をＩ0とし、正相電流をＩ1とし、逆相電流をＩ2とし、Ａ相電流をＩaとし、Ｂ相電流をＩｂとし、Ｃ相電流をＩcとする。
【００１８】
これにより、以下の式（１）〜（４）のように表せる。
【数１】
【００１９】
ここで、補償電力出力部２０は、零相電流Ｉ0を出力しないものとし、零相電流Ｉ0を０とする。これは、配電系統１２は、非接地であるため、補償電力出力部２０が零相電圧Ｖ0を出力しても零相電流はほとんど流れないという考えに基づくものである。なお、実際は系統の対地容量などにより、補償電力出力部２０が零相電圧を出力するとわずかながら零相電流が系統に流れるため、流出する零相電流が系統に与えない程度であることを確認する必要がある。流出する零相電流が無視できない程大きければ、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は変圧器を介して系統と連系する必要がある。
【００２０】
以上の考えに基づき零相電流Ｉ0を０とすると、以下の式（５）〜（１０）のように表せる。
Ｖa＝Ｖ0＋Ｖ1＋Ｖ2 （５）
Ｖb＝Ｖ0＋ａ2・Ｖ1＋ａ・Ｖ2 （６）
Ｖc＝Ｖ0＋ａ・Ｖ1＋ａ2・Ｖ2 （７）
Ｉa＝Ｉ1＋Ｉ2 （８）
Ｉb＝ａ2・Ｉ1＋ａ・Ｉ2 （９）
Ｉc＝ａ・Ｉ1＋ａ2・Ｉ2 （１０）
【００２１】
ここで、配電系統のＡ相の皮相電力をＳaとし、Ｂ相の皮相電力をＳb、Ｃ相の皮相電力をＳcとした場合、以下の式（１１）〜（１３）のように表せる。
【数２】
【００２２】
配電系統のＡ相、Ｂ相、Ｃ相を流れる有効電力と無効電力は、皮相電力の実部と虚部である。このため、Ｙ結線のＳＴＡＴＣＯＭ１０では、相ごとのエネルギー収支が異なることとなり、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡が生じる。ただし、補償電力出力部２０が正相電圧、正相電流しか出力しない場合は、以下の式（１４）のようになり、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡が生じない。
【数３】
【００２３】
通常の配電系統は、電圧の不平衡率はそれほど大きくなく、配電系統の電圧は正相電圧がほとんどである。このため、補償電力出力部２０が正相電流のみを出力する場合はコンデンサの電圧の不平衡はほとんど生じない。
【００２４】
しかしながら、実際の補償電力出力部２０は、素子のばらつきや、わずかに存在する逆相分などにより、各相の回路モジュール２１のコンデンサ２２の電圧に徐々に不平衡が生じる。このため、相間電圧制御を行う必要がある。
【００２５】
コンデンサの相間電圧に不平衡が生じた場合、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の零相電圧を制御することにより、直流コンデンサ電圧の相間不平衡を解消できる。制御の基本概念は下記のとおりである。なお、以下は、配電系統の各相の瞬時値に関する内容であり、上述した実効値に関する内容と区別しやすくするため、配電系統の各相をＲ相、Ｓ相、Ｔ相に関する式として記述する。
【００２６】
配電系統のＲ相のコンデンサ電圧をＥrとし、Ｓ相のコンデンサ電圧をＥsとし、Ｔ相のコンデンサ電圧をＥtとする。また、コンデンサ電圧の平均値をＥaveとし、コンデンサ電圧Ｅr、Ｅs、Ｅtの平均値Ｅaveからの電圧のずれをそれぞれ、ΔＥr、ΔＥs、ΔＥtとすると、以下の式（１５）〜（１９）の関係が成り立つ。
Ｅr＋Ｅs＋Ｅt＝３Ｅave （１５）
Ｅr−Ｅave＝ΔＥr （１６）
Ｅs−Ｅave＝ΔＥs （１７）
Ｅt−Ｅave＝ΔＥt （１８）
ΔＥr＋ΔＥs＋ΔＥt＝０ （１９）
【００２７】
この平均値Ｅaveからの電圧のずれΔＥr、ΔＥs、ΔＥtに対して三相二相変換を行うと、以下の式（２０）、（２１）のようになる。
【数４】
【００２８】
ここで、ΔＥαβをΔＥα、ΔＥβを組とするベクトルと定義する。また、補償電力出力部２０のＲ相の電流をｉrとし、Ｓ相の電流をｉsとし、Ｔ相の電流をｉtとして、このＲ相の電流ｉr、Ｓ相の電流ｉs、Ｔ相の電流ｉtに対して三相二相変換を行うと、同様に以下の式（２２）のようになる。
【数５】
【００２９】
ここで、ｉαβをｉα、ｉβを組とするベクトルと定義し、これを瞬時値電流と呼ぶ。この瞬時値電流ｉαβが流れている時、各相に零相電圧Ｖ0を出力すると、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相には、それぞれ以下の式（２３）に示す電力が発生する。
【数６】
【００３０】
配電系統は、系統が非接地であり、ＳＴＡＴＣＯＭ１０から零相電圧を出力しても系統に流出する零相電流が無視できるほど小さいと仮定する。この場合、配電系統では、零相電圧を重畳しても線間電圧は変化しない。よって、零相電圧を重畳してもＳＴＡＴＣＯＭ１０から系統に流れる電流に影響は与えない。ただし、配電線の対地容量が大きいなど、流出する零相電流が無視できないほど大きくなる場合は、変圧器を介して系統連系することを検討する必要がある。
【００３１】
重畳する零相電圧Ｖ0により発生する電力を三相二相変換すると、以下の式（２４）のようになる。
【数７】
【００３２】
つまり、零相電圧Ｖ0を出力することにより、現在のｉαβの方向にコンデンサ電圧を修正できる。図３は瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。瞬時値電流ｉαβは、配電系統を流れる電流の周期（例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）で周回している。この瞬時値電流ｉαβがΔＥαβと同方向を向いているときに負の零相電圧を重畳し、また、瞬時値電流ｉαβがΔＥαβと逆方向を向いているときに正の零相電圧を重畳することによりコンデンサ電圧の相間不平衡をキャンセルできる。本実施例では、以上の原理に基づきＳＴＡＴＣＯＭ１０の相間電圧制御を行う。
【００３３】
次に、この相間電圧制御をどのように行うかについて説明する。それぞれフェーザ表示で、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する三相皮相電力の電力平均値をＳaveとし、電力平均値Ｓaveからの各相の電力のずれをΔＳa、ΔＳb、ΔＳcとすると、上述した式（１１）〜（１３）から以下の式（２５）〜（２８）のように変換できる。
【数８】
【００３４】
ここで、各相の電力のずれΔＳa、ΔＳb、ΔＳcについて三相二相変換を行うと、以下の式（２９）のようになる。
【数９】
【００３５】
ここで、ΔＳα、ΔＳβは実数部分が０であれば有効電力の不平衡は発生せず各相のコンデンサ２２の相間電圧にも不平衡は発生しない。
Ｒｅ［ΔＳα］＝０ （３０）
Ｒｅ［ΔＳβ］＝０ （３１）
【００３６】
よって、上記式（３０）、（３１）を満たすＶ0が存在すれば、補償は可能である。ここで、式（２９）、（３０）、（３１）より以下の関係を満たすＶ0を求めればよい。
【数１０】
【００３７】
式（３２）、（３３）より、Ｖ0は以下の式（３４）のように求まる。
【数１１】
【００３８】
式（３４）に示すように、重畳する零相電圧Ｖ0は、Ｉ1＝Ｉ2 の場合を除いて、解を持つ。つまり正相電流Ｉ1の大きさと逆相電流Ｉ2の大きさが等しい時を除いて逆相補償は原理的には可能である。
【００３９】
また、配電系統の電圧の零相分をＶS0とし、配電系統の電圧の正相分をＶS1とし、配電系統の電圧の逆相分をＶS2とする。また、通常、連結リアクトルでの抵抗分はインダクタンスによる抵抗と比較してはるかに小さいため、ここでは無視するものとすると、以下の式（３５）〜（３７）のようになる。
Ｖ0＝ＶS0 （３５）
Ｖ1＝ＶS1＋ｊ・Ｘ・Ｉ1 （３６）
Ｖ2＝ＶS2＋ｊ・Ｘ・Ｉ2 （３７）
ここで、ＸはＳＴＡＴＣＯＭ１０と系統との間に接続される連結リアクトルのインピーダンスを示す。Ｘは実数である。
【００４０】
すると、式（２９）、（３０）、（３１）より、以下の式（３８）、（３９）のようになる。
【数１２】
【００４１】
ここで、以下の式（４０）、（４１）のように実数部分が０となる。
【数１３】
【００４２】
これにより、以下の式（４２）、（４３）のようになり、式（３２）、（３３）と、式（４２）、（４３）は、同じ形となる。
【数１４】
【００４３】
よって、重畳零相電圧に関する式(３４)は、補償電力出力部２０から出力する正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2の部分を、配電系統の正相電圧ＶS1、配電系統の逆相電圧ＶS2と置き換えても成り立つ。
【００４４】
次に、逆相電流により発生する不平衡をキャンセルするために必要な零相電圧Ｖ0のレベルについて検討する。なお、以下では、以下の（１）〜（３）に示す仮定のもとで重畳する零相電圧Ｖ0がどの程度の大きさになるかを検討する。この検討は、現実に近い仮定のもとで零相電圧Ｖ0の範囲を解析するためであり、実際に重畳する零相電圧Ｖ0をＳＴＡＴＣＯＭ１０の相間電圧制御に利用する際は、式（３４）の厳密解を利用する。
（１）正相電圧を位相の基準とする。つまりＶ1は実数とする。
（２）無効電力補償装置として運用することとする。つまりＩ1は純虚数である。ここでＳＴＡＴＣＯＭ１０で発生する損失は微量であるとする。
（３）配電系統の電圧は、正相電圧Ｖ1>>逆相電圧Ｖ2とする。つまりＶ2に関する項を無視する。
【００４５】
以上の仮定により、Ｖ0、Ｖ1、Ｖ2、Ｉ1、Ｉ2を下記の式（４４）〜（４８）のように表記する。
【数１５】
【００４６】
この式（４４）〜（４８）より、零相電圧ＡVOの大きさは以下の式（４９）のように表現できる。
【数１６】
【００４７】
ところで、補償電力出力部２０では、搬送波と変調波を比較して回路モジュール２１のスイッチング素子２３のＯＮ、ＯＦＦを決定するＰＷＭ（pulse width modulation）制御を行っている。図４は、搬送波と変調波の一例を示す図である。補償電力出力部２０では、素子を有効利用するため、通常、ピークが１付近になるように変調波の波形を定めている。しかし、補償電力出力部２０は、ピークが１付近になるように変調波の波形を定めた場合、大きな零相電圧が重畳されると変調波の大きさが１を上回ることとなり、正常なＰＷＭ制御が行えなくなる。このため、零相電圧Ｖ0はある程度の大きさに抑える必要がある。ここで、搬送波のピークと変調波のピークの差分の分だけ零相電圧を重畳する余裕がある。零相電圧はこの変調度の余裕分だけ重畳可能である。
【００４８】
ここで、式（４９）を用いて零相電圧ＡVOの大きさについて検討する。図５は、逆相電流ＡI2の大きさと位相θI2を変化させた場合の零相電圧ＡVOの変化の一例を示す図である。図５の例では、正相電流ＡI1の大きさを１[p.u.]とした場合に、逆相電流ＡI2の大きさを０．１、０．２、０．３、０．５[p.u.]として、位相θI2を変化させて式（４９）から零相電圧ＡVOを求めた結果を示している。図５の縦軸は配電系統の電圧（例えば、６６００Ｖ）を１[p.u.]とした場合の重畳する零相電圧の大きさであり、図５の横軸はＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する逆相電流の位相θI2を表す。逆相電流の位相θI2が任意であるならば、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する逆相電流の割合が大きくなるほど、零相電圧の大きさも増加する。変調度余裕が０．２の場合、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力できる逆相電流は正相電流の２割程度となる。
【００４９】
図６は、正相電流の大きさと位相を変化させた場合の零相電圧の変化の一例を示す図である。図６の例では、逆相電流ＡI2の大きさを１[p.u.]とした場合に、正相電流ＡI1の大きさを０．０、０．１、０．２、０．３[p.u.]として、位相θI2を変化させて式（４９）から零相電圧ＡVOを求めた結果を示している。図６の縦軸は配電系統の電圧（例えば、６６００Ｖ）を１[p.u.]とした場合の重畳する零相電圧の大きさであり、図６の横軸はＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する逆相電流の位相を表す。ＳＴＡＴＣＯＭ１０が純粋に逆相電流しか流さない場合（正相電流ＡI1＝０の場合）、零相電圧ＡVOの大きさは１．０[p.u.]となり、配電系統の系統電圧と同じ大きさの零相電圧を出力しなければならない。つまり、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の直流電圧定格を通常の２倍程度にする必要がある。ＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する正相電流ＡI1の割合が大きくなると、零相電圧の大きさはさらに大きくなり、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の直流電圧定格を通常の２倍よりも大きくする必要がある。
【００５０】
零相電圧は正相電流と逆相電流が等しくない限り解をもつが、重畳できる零相電圧の大きさにはコンデンサ２２の直流電圧による制限がある。このため、実際には零相電圧の大きさを小さく抑えるか、コンデンサ２２の直流電圧を通常よりも大きくする必要がある。
【００５１】
以上の制約から、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、例えば、下記の（１）（２）の２通りの設計が考えられる。
（１）ＳＴＡＴＣＯＭ１０が純粋な逆相電流を出力しても逆相が補償できるように、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の直流電圧の設計を通常の倍にする。その上でＳＴＡＴＣＯＭ１０の出力する正相電流と逆相電流の大きさが等しくならないようにＰＷＭ制御を行う。例えば、変調波の周波数を変更して逆相電流の大きさを変更する。
（２）ＳＴＡＴＣＯＭ１０の直流電圧は通常の設計またはそれよりやや大きい程度にとどめ、逆相電圧補償のために出力する逆相電流も正相電流の数割程度にとどめる。
【００５２】
ところで、式（３４）は、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が出力する正相電流と逆相電流が等しい場合、解が無限に発散する。これは次のように考えられる。
【００５３】
上述のように、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、逆相電流を出力したことにより、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡がある場合、ΔＥαβは大きさを持ち、ｉαβの方向に変更できる。
【００５４】
図７Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が正相電流のみを出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。ＳＴＡＴＣＯＭ１０が正相電流のみを出力する場合、ｉαβの軌道は、速度ωtで回転する円を描く。よって、長期的にはΔＥαβがどの方向であってもキャンセル可能である。
【００５５】
一方、図７Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が異なる大きさの正相電流および逆相電流を出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。ｉαβに逆相成分が存在する場合、速度−ωtで回転する逆相成分が重畳されることとなるので、ｉαβの軌道は、楕円になる。逆相成分が大きくなるにつれ、楕円の長軸は長くなるが、楕円の短軸は短くなる。このとき、楕円の長軸方向にはコンデンサ２２の電圧不平衡は修正しやすいが、楕円の短軸方向には修正しづらい。
【００５６】
一方、図７Ｃは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が同じ大きさの正相電流および逆相電流を出力する場合の瞬時値電流ｉαβとΔＥαβの関係を示す図である。正相電流と逆相電流の大きさが同じ場合、ｉαβの軌道は、円ではなく直線を描く。よって、ΔＥαβはｉαβが描く一方向にしかキャンセルできず、零相電圧制御ではキャンセルできない成分が存在することとなる。このように、正相電流と逆相電流が等しい場合はキャンセルできない電圧不平衡成分が存在することとなる。よって、Ｙ結線ＭＭＣ構成のＳＴＡＴＣＯＭ１０では正相電流と逆相電流が同じ大きさにならないようにする必要がある。
【００５７】
次に、本実施例に係る零相電圧生成部３０の構成ついて説明する。図８は、零相電圧生成部の概略的な構成の一例を示す図である。図８に示す例では、零相電圧生成部３０は、系統状態検出部４０と、補償電力検出部４１と、制御部４２と、零相電圧生成制御部４３とを有する。系統状態検出部４０は、配電系統の状態を検出しており、配電系統の交流電力を検出する。補償電力検出部４１は、補償電力出力部２０の各相の電流、および各相毎に接続された回路モジュール２１全体でのコンデンサ電圧を検出する。制御部４２は、系統状態検出部４０および補償電力検出部４１による検出結果に基づいて無効電力補償制御を行い、生成する零相電圧を導出する。零相電圧生成制御部４３は、補償電力出力部２０に制御部４２により導出された零相電圧を生成する。例えば、零相電圧生成制御部４３は、補償電力出力部２０の各相の回路モジュール２１に供給する変調波に重畳されている定電圧の電圧レベルを変更して変調波全体の電圧レベルを３相一括で上下させ、各相の回路モジュール２１のスイッチング素子２３のＯＮ、ＯＦＦの期間を変更する制御を行うことにより、補償電力出力部２０に零相電圧を生成する。
【００５８】
次に、本実施例に係る制御部４２による無効電力補償制御について説明する。図９は、無効電力補償制御の流れを示すブロック図である。上述のように、ＳＴＡＴＣＯＭ１０では、配電系統の逆相電圧を補償しようと不平衡な逆相電流を出力すると、各相の回路モジュール２１のコンデンサ２２の電圧に大きな不平衡が発生する。そこで、本実施例に係る制御部４２では、ＳＴＡＴＣＯＭ１０から出力される電流に逆相電流が含まれる場合でも各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を起こさないように零相電圧を出力電圧に重畳するフィードフォワード制御を行っている。このフィードフォワード制御は、配電系統に流れる交流電力の１周期前後で回路モジュール２１に出入する有効電力量が零になるように配電系統の各相の回路モジュール２１に零相電圧を生成する。具体的には、系統状態検出部４０により検出される配電系統の交流電力を実効値変換して配電系統に存在する正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2を求める。また、補償電力検出部４１により検出される補償電力出力部２０の各相の電流から正相電流Ｉ1、逆相電流Ｉ2を求める。そして、上述の式（３４）を用いて、正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2、正相電流Ｉ1、逆相電流Ｉ2から零相電圧の実効値Ｖ0を求め、実効値Ｖ0の瞬時値への変換を行って瞬時値Ｖ0fを導出する。
【００５９】
また、ＳＴＡＴＣＯＭ１０では、上述のフィードフォワード制御を行っても、制御誤差や素子特性の個体差等の理由で各相のコンデンサ２２の電圧のバランスが微小に崩れる場合がある。そこで、本実施例に係る零相電圧生成部３０では、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡が発生した場合、コンデンサ２２の電圧の不平衡をキャンセルする零相電圧も出力電圧に重畳するフィードバック制御も行っている。具体的には、補償電力検出部４１により検出される回路モジュール２１全体での電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔから電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔの平均電圧Ｅaveを求める。そして、電圧Ｅr、Ｅs、Ｅtの平均値Ｅaveからの電圧のずれを求めて三相二相変換を行い、電圧ΔＥα、ΔＥβを求める。そして、γ＝ｔａｎ-1（ΔＥβ／ΔＥα）の演算から位相γを求め、｜ΔＥαβ｜＝（ΔＥα2＋ΔＥβ2）1/2の演算から｜ΔＥαβ｜を求める。また、補償電力検出部４１により検出される補償電力出力部２０の各相の電流Ｉr、Ｉs、Ｉｔを三相二相変換を行って電流Ｉα、Ｉβを求め、δ＝ｔａｎ-1（Ｉβ／Ｉα）の演算から位相δを求める。そして、｜ΔＥαβ｜に所定のゲインＫを乗算し、さらにｃｏｓ（δ−γ）を乗算して瞬時値Ｖ0bを求める。そして、瞬時値Ｖ0fに瞬時値Ｖ0bを加算して瞬時値Ｖ0を導出し、導出した瞬時値Ｖ0を補償電力出力部２０へ出力する。
【００６０】
補償電力出力部２０は、瞬時値Ｖ0の零相電圧を出力電圧に重畳する。ＳＴＡＴＣＯＭ１０では、このフィードバック制御により、制御誤差や素子特性の個体差等による各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡がキャンセルできる。
【００６１】
制御部４２は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路を用いた回路構成により無効電力補償制御を実現してもよい。また、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの電子回路と無効電力補償制御を行うプログラムを記憶した記憶部を設け、電子回路によりプログラムの処理を実行することにより無効電力補償制御を実現してもよい。
【００６２】
次に、本実施例に係る制御部４２の処理の流れを説明する。図１０は、無効電力補償制御処理の手順を示すフローチャートである。この無効電力補償制御処理は、制御部４２が起動した後、常時実行される。
【００６３】
図１０に示すように、制御部４２は、補償電力検出部４１により補償電力出力部２０の各相の電流Ｉr、Ｉs、Ｉｔ、および回路モジュール２１全体での電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔを検出する（ステップＳ１００）。また、制御部４２は、系統状態検出部４０により配電系統の交流電力の検出し、実効値変換を行って配電系統に存在する正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2を検出する（ステップＳ１０１）。そして、制御部４２は、検出した補償電力出力部２０の各相の電流Ｉr、Ｉs、Ｉｔについて実効値変換を行って正相電流Ｉ1、逆相電流Ｉ2を求め、正相電流Ｉ1、逆相電流Ｉ2、正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2を用いて上述のフィードフォワード制御の演算を行って瞬時値Ｖ0fを導出する（ステップＳ１０２）。また、制御部４２は、検出した電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔから電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔの平均電圧Ｅaveを求め、電圧Ｅr、Ｅs、Ｅｔ、Ｅaveおよび各相の電流Ｉr、Ｉs、Ｉｔを用いて上述のフィードバック制御の演算を行って瞬時値Ｖ0bを導出する（ステップＳ１０３）。そして、制御部４２は、導出した瞬時値Ｖ0bと瞬時値Ｖ0bを加算して瞬時値Ｖ0を導出し、導出した瞬時値Ｖ0を零相電圧生成制御部４３へ出力する（ステップＳ１０４）。零相電圧生成制御部４３は、導出された瞬時値Ｖ0に応じて、補償電力出力部２０の各相の回路モジュール２１に供給する変調波に重畳されている定電圧の電圧レベルを変更することにより、各相の回路モジュール２１のスイッチング素子２３のＯＮ、ＯＦＦの期間を変更する制御を行う。これにより、補償電力出力部２０には零相電圧が発生する。制御部４２は、ＳＴＡＴＣＯＭ１０全体を制御する他の制御部などから処理終了が指示されたか否かを判定する（ステップＳ１０５）。制御部４２は、処理終了が指示された場合（ステップＳ１０５肯定）、処理を終了する。一方、制御部４２は、処理終了が指示されていない場合（ステップＳ１０５否定）、ステップＳ１００へ移行する。
【００６４】
次に、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭ１０の動作をシミュレーションした結果について説明する。図１１は、シミュレーションに使用した配電系統の概略的な構成を示す図である。図１２は、シミュレーションを行ったＳＴＡＴＣＯＭ１０の主な仕様を示している。
【００６５】
通常、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、６６００Ｖの配電系統にトランスレス接続されるため、各相の回路モジュール２１のコンデンサ２２に印加される直流電圧は２０００[Ｖ]程度として設計される。しかしながら、シミュレーションでは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が純粋な逆相電流も出力できるよう、コンデンサ２２に印加される直流電圧の設計値を通常の倍以上にしており、例えば、４５００Ｖにする。各回路モジュール２１が出力する交流電圧は、各相に３段の回路モジュール２１が存在するため、以下の式（５０）から１２７０[Ｖ]と求まる。
（６６００／√３)／３＝１２７０[Ｖ] （５０）
【００６６】
また、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、直列に接続された各相の回路モジュール２１毎に、搬送波または変調波の位相をシフトさせることで、等価的にスイッチング周波数が２Ｎ倍（Ｎは回路モジュール２１の段数）になる。シミュレーションでは、スイッチング周波数を可聴域を越えた２０[ｋＨｚ]にするため、各回路モジュール２１に入力される搬送波の周波数は３．３[ｋＨｚ]とする。
【００６７】
ＳＴＡＴＣＯＭ１０の出力電流の正相電流成分を０．０[p.u.]とし、逆相電流成分を１．０[p.u.]とし、正相電圧を基準とする逆相電流成分の位相角０[deg]としてシミュレーションを行った。図１３Ａ〜１３Ｃにはシミュレーションの結果の一例が示されている。図１３Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）のコンデンサ２２の電圧の変化を示す図である。図１３Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭの各相から出力される電流の変化を示す図である。図１３Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。ただし、全体のコンデンサ直流電圧制御が動作しているため、ＳＴＡＴＣＯＭ１０で発生する損失分は正相電流を出力する。図１３Ｂに示すように、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の出力電流は、Ｒ→Ｓ→Ｔの相順でなく、Ｒ→Ｔ→Ｓの相順となっていることから、ＳＴＡＴＣＯＭ１０がほぼ純粋な逆相電流を出力している。また、図１３Ａに示すように、各相のコンデンサ２２の電圧には不平衡がほぼ存在せず、無効電力補償制御が想定通り動作していることが分かる。なお、若干ながら偏差が存在するのはフィードバック制御において比例制御しか行っていないためである。残った偏差は、コンデンサ２２の電圧に定常的に発生するが、系統周期の倍周期の変動と比較して小さくここでは問題とならない。
【００６８】
他の様々な条件でも、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡が生じないかを確認するために、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の出力電流の正相電流成分を０．７[p.u.]とし、逆相電流成分を０．３５[p.u.]とし、正相電圧を基準とする逆相電流成分の位相角０[deg]としてシミュレーションを行った。図１４Ａ〜１４Ｃにはシミュレーションの結果の一例が示されている。図１４Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の各相のコンデンサ２２の電圧の変化を示す図である。図１４Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の各相から出力される電流の変化を示す図である。図１４Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。この条件でも、図１４Ａに示すように、各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡は小さな値であり、無効電力補償制御が正常に動作していることが分かる。
【００６９】
また、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の出力電流の正相電流成分を０．７[p.u.]とし、逆相電流成分を０．３５[p.u.]とし、正相電圧を基準とする位相角が４５[deg]、９０[deg]とした場合についてそれぞれシミュレーションを行ったが、この場合も、同様に、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡は生じない。
【００７０】
また、図１４Ａ〜１４Ｃに示した場合と同様に、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、出力電流の正相電流成分を０．７[p.u.]とし、逆相電流成分を０．３５[p.u.]とし、正相電圧を基準とする逆相電流成分の位相角０[deg]とし、０．１[s]以降、フィードフォワード制御の出力を０としてシミュレーションを行った。図１５Ａ〜１５Ｃにはシミュレーションの結果の一例が示されている。図１５Ａは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の各相のコンデンサ２２の電圧の変化を示す図である。図１５Ｂは、ＳＴＡＴＣＯＭ１０の各相から出力される電流の変化を示す図である。図１５Ｃは、配電系統の各相の電圧の変化を示す図である。図１５Ａに示すように、フィードフォワード制御の出力が０とされた０．１[s]以降、各相のコンデンサ２２の電圧に大きな不平衡が生じており、フィードフォワード制御がなければ、コンデンサ電圧不平衡は抑制困難であることを示している。このことから、ＳＴＡＴＣＯＭ１０が逆相制御を行う場合にフィードフォワード制御が有効であることがわかる。なお、図１５Ａの例では、フィードフォワード制御を停止しても積分要素なしのフィードバック制御が残っているため、各相のコンデンサの電圧は必ずしも発散せず、不平衡がある程度進むとそれ以上は不平衡とならない。
【００７１】
［実施例１の効果］
上述してきたように、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭ１０は、配電系統１２の各相毎に、スイッチング素子２３および当該スイッチング素子２３のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサ２２を備えた回路モジュール２１が複数直列にそれぞれ設けられた補償電力出力部２０から配電系統１２に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する。そして、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、配電系統１２に流れる交流電力の１周期前後で回路モジュール２１に出入する有効電力量が零になるように零相電圧生成部３０から配電系統１２の各相に零相電圧を生成する。このように、交流電力の１周期前後で回路モジュール２１に出入する有効電力量が零になるように配電系統１２の各相の回路モジュール２１に零相電圧を生成することにより、逆相電流の出力によって各相の回路モジュール２１のコンデンサ２２に発生する電圧の不平衡を抑制できる。
【００７２】
また、本実施例に係るＳＴＡＴＣＯＭ１０は、配電系統１２に存在する正相電圧Ｖ1、逆相電圧Ｖ2、補償電力出力部２０が出力する正相電流Ｉ1、逆相電流Ｉ2を検出して上述の式（３４）の演算を行うことにより、正相電流Ｉ1＝逆相電流Ｉ2の場合を除いて、重畳する零相電圧Ｖ0を求めることができる。
【実施例２】
【００７３】
さて、これまで開示の装置に関する実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では、本発明に含まれる他の実施例を説明する。
【００７４】
また、上記の実施例では、補償電力出力部２０を、図２に示すように、配電系統１２の各相毎に回路モジュール２１を直列に３段接続した回路構成とした場合について例示したが開示の装置はこれに限定されない。例えば、各相毎に回路モジュール２１を１つ設けた回路構成としてもよい。また、各相毎に回路モジュール２１を直列に２段または４段以上接続した回路構成としてもよい。
【００７５】
また、上記の実施例では、補償電力出力部２０を、配電系統１２の各相毎に回路モジュール２１を直列に接続した直列回路をＹ結線した、所謂、Ｙ結線ＭＭＣの回路構成とした場合について例示したが開示の装置はこれに限定されない。例えば、補償電力出力部２０を、配電系統１２の各相毎にブリッジセル型の回路モジュール２１を直列に接続した直列回路をデルタ結線した、所謂、デルタ結線ＭＭＣの回路構成としてもよい。図１６は、デルタ結線ＭＭＣの回路構成の一例を示す図である。また、配電系統１２の各相毎にブリッジセル型の回路モジュール２１を直列に接続した直列回路のＹ結線を２重に設けた、所謂、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣの回路構成としてもよい。図１７は、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣの回路構成の一例を示す図である。
【００７６】
また、上記の実施例では、回路モジュール２１を、図２に示すように、２つのスイッチング素子２３を直列接続した２つの直列回路２４をコンデンサ２２に対してそれぞれ並列に接続した、所謂、ブリッジセル型の回路構成とした場合について例示したが開示の装置はこれに限定されない。例えば、回路モジュール２１を、コンデンサ２２に対して２つのスイッチング素子２３を直列接続した直列回路２４を１つ並列に接続し、２つのスイッチング素子２３の間部分と直列回路２４の端部部分とを入力端子、出力端子とするチョッパセル型としてもよい。図１８は、チョッパセル型の回路モジュール２１を用いた２重Ｙ結線ＭＭＣ（所謂、２重Ｙ結線チョッパセル型ＭＭＣ）の回路構成の一例を示す図である。
【００７７】
ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、回路モジュール２１を同じ直流電圧で運用する場合、回路モジュール２１に必要な素子数の比が、Ｙ結線ＭＭＣ、デルタ結線ＭＭＣ、２重Ｙ結線チョッパセル型ＭＭＣ、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣの順に、１:√３:２:２となる。よって、必要な素子数を考えた場合、Ｙ結線ＭＭＣの回路構成が有力な選択肢となる。
【００７８】
このように、Ｙ結線ＭＭＣの回路構成は、他の回路構成に比べてセル数、半導体素子数が少なくて済む利点がある。しかし、従来、Ｙ結線ＭＭＣの回路構成は、他の回路構成と比較して循環電流を流せないため、正相無効電流しか補償できず、各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を補償できないと考えられていた。しかし、本実施例の技術を用いることにより、各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を補償できる。
【００７９】
一方、デルタ結線ＭＭＣ、２重Ｙ結線チョッパセル型ＭＭＣ、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣの各回路構成は、各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡が発生した場合、循環電流を流すことで各相のコンデンサ２２の電圧に不平衡を起こさないよう制御が可能である。しかし、循環電流を流すことにより電力に損失が発生する。このため、ＳＴＡＴＣＯＭ１０は、デルタ結線ＭＭＣ、２重Ｙ結線チョッパセル型ＭＭＣ、２重Ｙ結線ブリッジセル型ＭＭＣなど循環電流を流すことで各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を解消可能な回路構成である場合でも、本実施例の技術を用いることにより、循環電流を流すことなく各相のコンデンサ２２の電圧の不平衡を補償できる。
【００８０】
また、各種の負荷や使用状況などに応じて、実施例において説明した各処理の各ステップでの処理を任意に細かくわけたり、あるいはまとめたり、処理順序を入れ替えてもよい。例えば、図１０に示す無効電力補償制御処理では、ステップＳ１００とステップＳ１０１、ステップＳ１０２とステップＳ１０３の処理を入れ替えてもよい。
【００８１】
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的状態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、図８に示す系統状態検出部４０と、補償電力検出部４１とが統合されてもよい。また、制御部４２をさらに細かい処理部に分けてもよい。
【００８２】
［無効電力補償プログラム］
また、上記の実施例で説明した制御部４２の各種の処理は、あらかじめ用意されたプログラムをコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。そこで、以下では、図１９を用いて、上記の実施例で説明した制御部４２と同様の機能を有する無効電力補償プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。図１９は、無効電力補償プログラムを実行するコンピュータを示す図である。
【００８３】
図１９に示すように、コンピュータ３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３１０、ＲＯＭ（Read Only Memory）３２０、ＲＡＭ（Random Access Memory）３４０を有する。これら３００〜３４０の各部は、バス４００を介して接続される。
【００８４】
ＲＯＭ３２０には、上記の実施例１に示す制御部４２と同様の機能を発揮する無効電力補償プログラム３２０ａが予め記憶される。すなわち、ＲＯＭ３２０には、図１９に示すように、無効電力補償プログラム３２０ａが記憶される。なお、無効電力補償プログラム３２０ａについては、適宜分離しても良い。
【００８５】
そして、ＣＰＵ３１０が、無効電力補償プログラム３２０ａをＲＯＭ３２０から読み出して実行する。
【００８６】
なお、上記した無効電力補償プログラム３２０ａについては、必ずしも最初からＲＯＭ３２０に記憶させておく必要はない。
【００８７】
例えば、コンピュータ３００に挿入されるフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなどの「可搬用の物理媒体」にプログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ３００がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。
【００８８】
さらには、公衆回線、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮなどを介してコンピュータ３００に接続される「他のコンピュータ（またはサーバ）」などにプログラムを記憶させておく。そして、コンピュータ３００がこれらからプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１０ ＳＴＡＴＣＯＭ
１２ 配電系統
２０ 補償電力出力部
２１ 回路モジュール
２２ コンデンサ
２３ スイッチング素子
３０ 零相電圧生成部
４０ 系統状態検出部
４１ 補償電力検出部
４２ 制御部
４３ 零相電圧生成制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電系統の各相毎に、スイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを備えた回路モジュールが１つまた複数直列にそれぞれ設けられ、前記配電系統に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する補償電力出力部と、
前記配電系統に流れる交流電力の１周期前後で前記回路モジュールに出入する有効電力量が零になるように前記配電系統の各相に零相電圧を生成する零相電圧生成部と
を有することを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項２】
前記零相電圧生成部は、それぞれフェーザ表示で、前記配電系統に存在する正相電圧をＶ1とし、前記配電系統に存在する逆相電圧をＶ2とし、前記補償電力出力部が出力する正相電流をＩ1とし、前記補償電力出力部が出力する逆相電流をＩ2とした場合、以下の式から求まるＶ0に基づいて零相電圧を生成することを特徴とする請求項１記載の無効電力補償装置。
【数１】
【請求項３】
前記補償電力出力部は、配電系統の各相毎の前記回路モジュールが１つまた複数直列に設けられた回路がＹ結線されたことを特徴とする請求項１または２に記載の無効電力補償装置。
【請求項４】
配電系統の各相毎に、スイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを備えた回路モジュールが１つまた複数直列にそれぞれ設けられ、前記配電系統に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する補償電力出力部の前記回路モジュールに出入する有効電力量が前記配電系統に流れる交流電力の１周期前後で零になるように前記配電系統の各相に零相電圧を生成する零相電圧生成工程を
含むことを特徴とする無効電力補償方法。
【請求項５】
配電系統の各相毎に、スイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを備えた回路モジュールが１つまた複数直列にそれぞれ設けられ、前記配電系統に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する補償電力出力部の前記回路モジュールに出入する有効電力量が前記配電系統に流れる交流電力の１周期前後で零になるように前記配電系統の各相に零相電圧を生成する零相電圧生成手順を
コンピュータに実行させることを特徴とする無効電力補償プログラム。
【請求項１】
配電系統の各相毎に、スイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを備えた回路モジュールが１つまた複数直列にそれぞれ設けられ、前記配電系統に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する補償電力出力部と、
前記配電系統に流れる交流電力の１周期前後で前記回路モジュールに出入する有効電力量が零になるように前記配電系統の各相に零相電圧を生成する零相電圧生成部と
を有することを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項２】
前記零相電圧生成部は、それぞれフェーザ表示で、前記配電系統に存在する正相電圧をＶ1とし、前記配電系統に存在する逆相電圧をＶ2とし、前記補償電力出力部が出力する正相電流をＩ1とし、前記補償電力出力部が出力する逆相電流をＩ2とした場合、以下の式から求まるＶ0に基づいて零相電圧を生成することを特徴とする請求項１記載の無効電力補償装置。
【数１】
【請求項３】
前記補償電力出力部は、配電系統の各相毎の前記回路モジュールが１つまた複数直列に設けられた回路がＹ結線されたことを特徴とする請求項１または２に記載の無効電力補償装置。
【請求項４】
配電系統の各相毎に、スイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを備えた回路モジュールが１つまた複数直列にそれぞれ設けられ、前記配電系統に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する補償電力出力部の前記回路モジュールに出入する有効電力量が前記配電系統に流れる交流電力の１周期前後で零になるように前記配電系統の各相に零相電圧を生成する零相電圧生成工程を
含むことを特徴とする無効電力補償方法。
【請求項５】
配電系統の各相毎に、スイッチング素子および当該スイッチング素子のオン、オフに応じて電力を蓄積、放出するコンデンサを備えた回路モジュールが１つまた複数直列にそれぞれ設けられ、前記配電系統に発生する逆相の交流電圧を補償する逆相電流を含む補償電力を出力する補償電力出力部の前記回路モジュールに出入する有効電力量が前記配電系統に流れる交流電力の１周期前後で零になるように前記配電系統の各相に零相電圧を生成する零相電圧生成手順を
コンピュータに実行させることを特徴とする無効電力補償プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１４Ｃ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−５６９４（Ｐ２０１３−５６９４Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３７７０２（Ｐ２０１１−１３７７０２）
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２１日（２０１１．６．２１）
【出願人】（０００１７３８０９）一般財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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