JP2014108010A - 電力補償システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電力補償装置で、効率的に電力を補償することのできる電力補償システムを提供する。
【解決手段】三相を二相に変換する変圧器の二相側に設けられた複数の電力補償装置により電力を補償する電力補償システムであって、前記各電力補償装置は、前記変圧器の二相側の第１の箇所に流れる第１の二相電流の各相の有効電力成分を演算する第１の有効電力成分演算手段により演算された前記第１の二相電流の各相の有効電力成分に基づいて、前記電力補償装置毎に決められた第１の分担比率で、前記第１の二相電流の二相間の有効電力成分が平衡になるように補償する不平衡補償手段と、前記変圧器の二相側の第２の箇所に流れる第２の二相電流の各相の有効電力成分を演算する第２の有効電力成分演算手段により演算された前記第２の二相電流の各相の有効電力成分に基づいて、前記不平衡補償手段による補償量を補正する不平衡補償補正手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力の不平衡成分および無効電力を補償する電力補償システムに関する。

一般的に、電気鉄道の交流き電系統に、電力補償装置（ＲＰＣ：Railway Static Power Conditioner）を設けることが知られている。電力補償装置は、スコット巻線変圧器に代表される三相／二相変圧器の二相（Ｍ座、Ｔ座）側に接続される。例えば、このような電力補償装置は、２つの単相変換器により、独立にＭ座又はＴ座に無効電力を出力する。また、２つの単相変換器は、直流回路を介してＭ座とＴ座間で有効電力の融通を行う。このようにして、電力補償装置は、無効電力の補償と不平衡補償を行う。

特許第３３１６８６０号公報

しかしながら、電気鉄道の交流き電系統を複数の電力補償装置で運用する場合については知られていない。従って、複数の電力補償装置をどのように運転させるが問題となる。例えば、２つの電力補償装置が互いの運転状態を監視しながら運転するように構成した場合、それぞれの電力補償装置に通信機能が必要になり、かつ制御が複雑になる。

本発明の実施形態の目的は、複数の電力補償装置で、効率的に電力を補償することのできる電力補償システムを提供することにある。

本発明の実施形態の観点に従った電力補償システムは、三相を二相に変換する変圧器の二相側に設けられた複数の電力補償装置により電力を補償する電力補償システムであって、前記各電力補償装置は、前記変圧器の二相側の第１の箇所に流れる第１の二相電流の各相の有効電力成分を演算する第１の有効電力成分演算手段と、前記第１の有効電力成分演算手段により演算された前記第１の二相電流の各相の有効電力成分に基づいて、前記電力補償装置毎に決められた第１の分担比率で、前記第１の二相電流の二相間の有効電力成分が平衡になるように補償する不平衡補償手段と、前記変圧器の二相側の第２の箇所に流れる第２の二相電流の各相の有効電力成分を演算する第２の有効電力成分演算手段と、前記第２の有効電力成分演算手段により演算された前記第２の二相電流の各相の有効電力成分に基づいて、前記不平衡補償手段による補償量を補正する不平衡補償補正手段とを備える。

本発明の第１の実施形態に係る電力補償システムの構成を示す構成図。 第１の実施形態に係る共通制御装置の構成を示す構成図。 本発明の第２の実施形態に係る電力補償システムの構成を示す構成図。 第２の実施形態に係る共通制御装置の構成を示す構成図。 本発明の第３の実施形態に係る電力補償システムの構成を示す構成図。 第３の実施形態に係る共通制御装置の構成を示す構成図。 本発明の第４の実施形態に係る電力補償システムの構成を示す構成図。 本発明の第５の実施形態に係る電力補償システムの構成を示す構成図。 第５の実施形態に係る共通制御装置の構成を示す構成図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力補償システム１０の構成を示す構成図である。図２は、本実施形態に係る共通制御装置１１ａの構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。

電力補償システム１０は、電気鉄道の交流き電系統に適用されるシステムである。電力補償システム１０は、交流き電系統の無効電力補償及び不平衡補償を行う。交流き電系統は、スコット巻線変圧器２により三相交流電力を二相（Ｍ座、Ｔ座）の単相交流電力に変換して、Ｍ座き電回路５Ｍ及びＴ座き電回路５Ｔに電力を供給する。なお、ここでは、スコット巻線変圧器２を例に挙げて説明するが、三相を二相に変換する変圧器であれば、ウッドブリッジ巻線変圧器や変形ウッドブリッジ巻線変圧器などでもよいし、その他のどのような変圧器でもよい。

電力補償システム１０は、２つの電力補償装置１ａ，１ｂ及び４つの電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏ，３Ｍｘ，３Ｔｘを備えている。

４つの電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏ，３Ｍｘ，３Ｔｘは、スコット巻線変圧器２の二次側（き電回路５Ｍ，５Ｔ側）に設けられている。一方の２つの電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏは、２つの電力補償装置１ａ，１ｂの出力点とスコット巻線変圧器２の間に設置されている。２つの電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘは、２つの電力補償装置１ａ，１ｂの出力点とき電回路５Ｍ，５Ｔの間に設置されている。従って、２つの電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏは、もう一方の２つの電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘよりも上位系統（三相交流系統）側に設けられている。

４つの電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏ，３Ｍｘ，３Ｔｘは、スコット巻線変圧器２の二次側（き電回路５Ｍ，５Ｔ側）を流れる電流を検出する。２つの電流検出器３Ｍｏ，３Ｍｘは、それぞれＭ座電流ＩＭｏ，ＩＭｘを検出するように設けられている。２つの電流検出器３Ｔｏ，３Ｔｘは、それぞれＴ座電流ＩＴｏ，ＩＴｘを検出するように設けられている。

２つの電力補償装置１ａ，１ｂは、４つの電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏ，３Ｍｘ，３Ｔｘにより検出された電流ＩＭｏ，ＩＴｏ，ＩＭｘ，ＩＴｘに基づいて、それぞれ交流き電系統の無効電力補償及び不平衡補償を行う。ここで、電力補償装置１ａの定格容量をａ［ＭＶＡ］とし、電力補償装置１ｂの定格容量をｂ［ＭＶＡ］とする。

電力補償装置１ａは、共通制御装置１１ａ、Ｍ座制御装置１２Ｍａ、Ｔ座制御装置１２Ｔａ、Ｍ座変換器１３Ｍａ、Ｔ座変換器１３Ｔａ、直流回路１４ａ、Ｍ座電流検出器１５Ｍａ、及びＴ座電流検出器１５Ｔａを備える。なお、電力補償装置１ｂは、電力補償装置１ａと同様に構成されているため、説明を適宜省略する。

共通制御装置１１ａには、４つの電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏ，３Ｍｘ，３Ｔｘにより検出された電流ＩＭｏ，ＩＴｏ，ＩＭｘ，ＩＴｘが入力される。共通制御装置１１ａは、検出された４つの電流ＩＭｏ，ＩＴｏ，ＩＭｘ，ＩＴｘに基づいて、Ｍ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭａ、Ｍ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭａ、Ｔ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＴａ、及びＴ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴａを演算する。共通制御装置１１ａは、演算した２つのＭ座電流指令値ＩｄｒｅｆＭａ，ＩｑｒｅｆＭａをＭ座制御装置１２Ｍａに出力し、演算したもう２つのＴ座電流指令値ＩｄｒｅｆＴａ，ＩｑｒｅｆＴａをＴ座制御装置１２Ｔａに出力する。ここで、共通制御装置１１ｂの場合は、共通制御装置１１ａの、Ｍ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭａ、Ｍ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭａ、Ｔ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＴａ、及びＴ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴａを、それぞれＭ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭｂ、Ｍ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭｂ、Ｔ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＴｂ、及びＴ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴｂに置き換えるものとする。

Ｍ座電流検出器１５Ｍａは、Ｍ座変換器１３Ｍａの出力電流ＩＭａを検出する。Ｍ座電流検出器１５Ｍａは、検出した出力電流ＩＭａをＭ座制御装置１２Ｍａに出力する。

Ｔ座電流検出器１５Ｔａは、Ｔ座変換器１３Ｔａの出力電流ＩＴａを検出する。Ｔ座電流検出器１５Ｔａは、検出した出力電流ＩＴａをＴ座制御装置１２Ｔａに出力する。

Ｍ座制御装置１２Ｍａは、共通制御装置１１ａにより演算されたＭ座電流指令値ＩｄｒｅｆＭａ，ＩｑｒｅｆＭａに一致するようにＭ座変換器１３Ｍａの出力電流ＩＭａを制御する。Ｍ座制御装置１２Ｍａは、出力電流ＩＭａの有効成分をＭ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭａに、出力電流ＩＭａの無効成分をＭ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭａに、それぞれ一致させるように制御する。Ｍ座制御装置１２Ｍａは、制御するための制御指令をＭ座変換器１３Ｍａに出力する。

Ｔ座制御装置１２Ｔａは、共通制御装置１１ａにより演算されたＴ座電流指令値ＩｄｒｅｆＴａ，ＩｑｒｅｆＴａに一致するようにＴ座変換器１３Ｔａの出力電流ＩＴａを制御する。Ｔ座制御装置１２Ｔａは、出力電流ＩＴａの有効成分をＴ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＴａに、出力電流ＩＴａの無効成分をＴ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴａに、それぞれ一致させるように制御する。Ｍ座制御装置１２Ｔａは、制御するための制御指令をＴ座変換器１３Ｔａに出力する。

Ｍ座変換器１３Ｍａは、Ｍ座制御装置１２Ｍａからの制御指令に従って、出力が制御される。

Ｔ座変換器１３Ｔａは、Ｔ座制御装置１２Ｔａからの制御指令に従って、出力が制御される。

直流回路１４ａは、Ｍ座変換器１３ＭａとＴ座変換器１３Ｔａとの間で有効電力を融通するための主回路である。

次に、共通制御装置１１ａの構成について詳しく説明する。なお、共通制御装置１１ｂは、共通制御装置１１ａと同様に構成されているため、主に共通制御装置１１ａについて説明する。

共通制御装置１１ａは、４つのｄｑ軸変換部３１Ｍｘ，３１Ｔｘ，３１Ｍｏ，３１Ｔｏ、２つの減算器３２ｄｘ，３２ｄｏ、６つのゲイン回路３３ｄｘ，３３ｑＭｘ，３３ｑＴｘ，３３ｄｏ，３３ｑＭｏ，３３ｑＴｏ、ゲイン回路３４、３つの比例積分回路３５ｄｏ，３５ｑＭｏ，３５ｑＴｏ、３つの加算器３６ｄ，３６ｑＭ，３６ｑＴ、３つのリミッタ回路３７ｄ，３７ｑＭ，３７ｑＴ、符号反転回路３８、直流電圧制御回路３９、及び加算器４０を備えている。

ｄｑ軸変換部３１Ｍｘは、電流検出器３Ｍｘにより検出された電流ＩＭｘを、その位相及び大きさからｄ軸成分ＩｄＭｘとｑ軸成分ＩｑＭｘに変換する。ｄ軸成分は、有効電力成分である。ｑ軸成分は、無効電力成分である。ｄｑ軸変換部３１Ｍｘは、変換したｄ軸成分ＩｄＭｘを減算器３２ｄｘに出力する。ｄｑ軸変換部３１Ｍｘは、変換したｑ軸成分ＩｑＭｘをゲイン回路３３ｑＭｘを介して加算器３６ｑＭに出力する。

ｄｑ軸変換部３１Ｔｘは、電流検出器３Ｔｘにより検出された電流ＩＴｘを、その位相及び大きさからｄ軸成分ＩｄＴｘとｑ軸成分ＩｑＴｘに変換する。ｄｑ軸変換部３１Ｔｘは、変換したｄ軸成分ＩｄＴｘを減算器３２ｄｘに出力する。ｄｑ軸変換部３１Ｔｘは、変換したｑ軸成分ＩｑＴｘをゲイン回路３３ｑＴｘを介して加算器３６ｑＴに出力する。

ｄｑ軸変換部３１Ｍｏは、電流検出器３Ｍｏにより検出された電流ＩＭｏを、その位相及び大きさからｄ軸成分ＩｄＭｏとｑ軸成分ＩｑＭｏに変換する。ｄｑ軸変換部３１Ｍｏは、変換したｄ軸成分ＩｄＭｏを減算器３２ｄｏに出力する。ｄｑ軸変換部３１Ｍｏは、変換したｑ軸成分ＩｑＭｏをゲイン回路３３ｑＭｏを介して比例積分回路３５ｑＭｏに出力する。

ｄｑ軸変換部３１Ｔｏは、電流検出器３Ｔｏにより検出された電流ＩＴｏを、その位相及び大きさからｄ軸成分ＩｄＴｏとｑ軸成分ＩｑＴｏに変換する。ｄｑ軸変換部３１Ｔｏは、変換したｄ軸成分ＩｄＴｏを減算器３２ｄｏに出力する。ｄｑ軸変換部３１Ｔｏは、変換したｑ軸成分ＩｑＴｏをゲイン回路３３ｑＴｏを介して比例積分回路３５ｑＴｏに出力する。

減算器３２ｄｘは、ｄｑ軸変換部３１Ｍｘにより演算された電流ＩＭｘのｄ軸成分ＩｄＭｘからｄｑ軸変換部３１Ｔｘにより演算された電流ＩＴｘのｄ軸成分ＩｄＴｘを減算した差分ＩｄＭｘ−ＩｄＴｘを求める。減算器３２ｄｘは、演算した値をゲイン回路３３ｄｘ及びゲイン回路３４を介して、加算器３６ｄに出力する。

減算器３２ｄｏは、ｄｑ軸変換部３１Ｍｏにより演算された電流ＩＭｏのｄ軸成分ＩｄＭｏからｄｑ軸変換部３１Ｔｏにより演算された電流ＩＴｏのｄ軸成分ＩｄＴｏを減算した差分ＩｄＭｏ−ＩｄＴｏを求める。減算器３２ｄｏは、演算した値をゲイン回路３３ｄｏを介して比例積分回路３５ｄｏに出力する。

ゲイン回路３３ｄｘ，３３ｑＭｘ，３３ｑＴｘ，３３ｄｏ，３３ｑＭｏ，３３ｑＴｏは、それぞれ入力された値を、２つの電力補償装置１ａ，１ｂの総和容量のうち自己の電力補償装置１ａの容量分の割合になるようにゲインを掛けて出力する。自己の電力補償装置１ａの定格容量がａ［ＭＶＡ］であり、他方の電力補償装置１ｂの定格容量がｂ［ＭＶＡ］である場合、ゲインは、ａ／（ａ＋ｂ）になる。また、他方の電力補償装置１ｂのゲインは、ｂ／（ａ＋ｂ）になる。

ゲイン回路３４は、ゲイン回路３３ｄｘから入力された値にゲインとして１／２を掛けた値を出力する。

比例積分回路３５ｄｏ，３５ｑＭｏ，３５ｑＴｏは、それぞれ入力された値がゼロになるように比例積分制御による演算処理をする。比例積分回路３５ｄｏは、演算した制御結果の値を加算器３６ｄに出力する。比例積分回路３５ｑＭｏは、演算した制御結果の値を加算器３６ｑＭに出力する。比例積分回路３５ｑＴｏは、演算した制御結果の値を加算器３６ｑＴに出力する。

加算器３６ｄは、ゲイン回路３３ｄｘ及びゲイン回路３４を介して減算器３２ｄｘから入力された値と比例積分回路３５ｄｏから入力された値とを加算する。加算器３６ｄは、演算した値をＭ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭａとして、リミッタ回路３７ｄを介して共通制御装置１１ａからＭ座制御装置１２Ｍａに出力する。また、加算器３６ｄは、演算した値をリミッタ回路３７ｄ及び符号反転回路３８を介して加算器４０に出力する。リミッタ回路３７ｄは、電力補償装置１ａの定格電流を超えないように制限する。

加算器３６ｑＭは、ゲイン回路３３ｑＭｘを介してｄｑ軸変換部３１Ｍｘから入力された電流ＩＭｘのｑ軸成分ＩｑＭｘと比例積分回路３５ｑＭｏから入力された値とを加算する。加算器３６ｑＭは、演算した値をＭ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭａとして、リミッタ回路３７ｑＭを介して共通制御装置１１ａからＭ座制御装置１２Ｍａに出力する。リミッタ回路３７ｑＭは、電力補償装置１ａの定格電流を超えないように制限する。

加算器３６ｑＴは、ゲイン回路３３ｑＴｘを介してｄｑ軸変換部３１Ｔｘから入力された電流ＩＴｘのｑ軸成分ＩｑＴｘと比例積分回路３５ｑＴｏから入力された値とを加算する。加算器３６ｑＴは、演算した値をＴ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴａとして、リミッタ回路３７ｑＴを介して共通制御装置１１ａからＴ座制御装置１２Ｔａに出力する。リミッタ回路３７ｑＴは、電力補償装置１ａの定格電流を超えないように制限する。

直流電圧制御回路３９は、直流回路１４ａの電圧を一定に維持するように制御するために、Ｔ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＴａを補正するための補正値を出力する。この補正値は、通常の運転状態では、回路損失分であり、無視できる程度の小さな値である。

符号反転回路３８は、加算器３６ｄからリミッタ回路３７ｄを介して入力された値の符号を反転させて、加算器４０に出力する。

加算器４０は、符号反転回路３８から入力された値に直流電圧制御回路３９から出力された補正値を加算した値を、Ｔ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＴａとして、共通制御装置１１ａからＴ座制御装置１２Ｔａに出力する。

まず、２つの電力補償装置１ａ，１ｂが両方ともに運転している場合について説明する。

き電回路５Ｍ，５Ｔ側に設置された２つの電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘで検出される電流ＩＭｘ，ＩＴｘは、負荷電力相当の値である。負荷電力には、Ｍ座有効電力ＰＭ、Ｍ座無効電力ＱＭ、Ｔ座有効電力ＰＴ、及びＴ座無効電力ＱＴが含まれる。負荷電力ＰＭ，ＱＭ，ＰＴ，ＱＴは、電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂの運転状態に関係なく一義的に決まる値である。従って、下位系統側の電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘにより検出される負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘは、負荷電力ＰＭ，ＱＭ，ＰＴ，ＱＴ相当の値である。

電力補償装置１ａの共通制御装置１１ａは、検出した負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘをそれぞれｄｑ軸変換部３１Ｍｘ，３１Ｔｘにより、有効電力相当（ｄ軸成分）の電流値ＩｄＭｘ，ＩｄＴｘと無効電力相当（ｑ軸成分）の電流値ＩｑＭｘ，ＩｑＴｘに変換する。変換した電流値ＩｄＭｘ，ＩｄＴｘ，ＩｑＭｘ，ＩｑＴｘは、３つのゲイン回路３３ｄｘ，３３ｑＭｘ，３３ｑＴｘにより、電力補償装置１ａの分担比率Ｘ＝ａ／（ａ＋ｂ）倍される。共通制御装置１１ａは、Ｘ倍された電流値ＩｄＭｘ，ＩｄＴｘ，ＩｑＭｘ，ＩｑＴｘに基づいて、Ｍ座制御装置１２Ｍａに与える電流指令値ＩｄｒｅｆＭａ，ＩｑｒｅｆＭａ及びＴ座制御装置１２Ｔａに与える電流指令値ＩｄｒｅｆＴａ，ＩｑｒｅｆＴａを演算する。Ｍ座変換器１３Ｍａ及びＴ座変換器１３Ｔａがこれらの電流指令値ＩｄｒｅｆＭａ，ＩｑｒｅｆＭａ，ＩｄｒｅｆＴａ，ＩｑｒｅｆＴａに基づいて動作することで、電力補償装置１ａは、Ｍ座有効電力ＰＭとＴ座有効電力ＰＴの不平衡成分のＸ倍、及びＭ座無効電力ＱＭとＴ座無効電力ＱＴのそれぞれのＸ倍を補償するように、負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘを制御する。

また、電力補償装置１ｂの共通制御装置１０ｂも、電力補償装置１ａと同様に、検出した負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘに基づいて、Ｍ座制御装置１２Ｍｂに与える電流指令値ＩｄｒｅｆＭｂ，ＩｑｒｅｆＭｂ及びＴ座制御装置１２Ｔｂに与える電流指令値ＩｄｒｅｆＴｂ，ＩｑｒｅｆＴｂを演算する。このとき、３つのゲイン回路３３ｄｘ，３３ｑＭｘ，３３ｑＴｘのゲインは、電力補償装置１ｂの分担比率Ｙ＝ｂ／（ａ＋ｂ）である。これにより、電力補償装置１ｂは、Ｍ座有効電力ＰＭとＴ座有効電力ＰＴの不平衡成分のＹ倍、及びＭ座無効電力ＱＭとＴ座無効電力ＱＴのそれぞれのＹ倍を補償するように、負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘを制御する。

ここで、Ｘ＋Ｙ＝１である。このため、負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘの有効電力不平衡成分と無効電力の皮相値が２つの電力補償装置１ａ，１ｂの定格容量の合計ａ＋ｂ［ＭＶＡ］より小さければ、２つの電力補償装置１ａ，１ｂにより、１００％の補償が行われる。

即ち、電力補償装置１ａは、Ｍ座変換器１３Ｍａから有効電力Ｘ・（ＰＭ−ＰＴ）／２及び無効電力Ｘ・ＱＭを出力し、Ｔ座変換器１３Ｔａから有効電力Ｘ・（ＰＴ−ＰＭ）／２及び無効電力Ｘ・ＱＴを出力する。電力補償装置１ｂは、Ｍ座変換器１３Ｍｂから有効電力Ｙ・（ＰＭ−ＰＴ）／２及び無効電力Ｙ・ＱＭを出力し、Ｔ座変換器１３Ｔｂから有効電力Ｙ・（ＰＴ−ＰＭ）／２及び無効電力Ｙ・ＱＴを出力する。

これにより、スコット巻線変圧器２から電力補償装置１ａ，１ｂの接続点に向かって流れる有効電力は、Ｍ座側及びＴ座側ともに（ＰＭ＋ＰＴ）／２となり平衡する。また、無効電力は、Ｍ座側及びＴ座側ともにゼロになる。

上位系統側に設けられた電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏにより検出されるＭ座電流ＩＭｏ及びＴ座電流ＩＴｏは、上述の制御により補償された電力相当の電流である。従って、共通制御装置１０ａ，１０ｂのｄｑ軸変換部３１Ｍｏ，３１Ｔｏにより変換される検出電流ＩＭｏ，ＩＴｏのｄｑ軸成分は、ＩｄＭｏ＝ＩｄＴｏ、ＩｑＭｏ＝０、ＩｑＴｏ＝０である。また、ＩｄＭｏ＝ＩｄＴｏであるため、減算器３２ｄｘの出力はゼロとなる。従って、電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏの検出電流ＩＭｏ，ＩＴｏに基づいて制御を行う比例積分回路３５ｄｏ，３５ｑＭｏ，３５ｑＴｏの入力は、全てゼロとなり、出力も全てゼロとなる。

よって、２つの電力補償装置１ａ，１ｂの電流指令値ＩｄｒｅｆＭａ，ＩｑｒｅｆＭａ，ＩｄｒｅｆＴａ，ＩｑｒｅｆＴａ，ＩｄｒｅｆＭｂ，ＩｑｒｅｆＭｂ，ＩｄｒｅｆＴｂ，ＩｑｒｅｆＴｂは、下位系統側に設けられた電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘにより検出されるＭ座電流ＩＭｘ及びＴ座電流ＩＴｘのみに基づいて決定される状態の値と同じである。従って、２つの電力補償装置１ａ，１ｂは、有効電力の不平衡成分と無効電力が１００％補償された状態を維持する。

一方、負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘの有効電力不平衡成分と無効電力の皮相値が２つの電力補償装置１ａ，１ｂの定格容量の合計ａ＋ｂ［ＭＶＡ］より大きい場合、２つの電力補償装置１ａ，１ｂのみでは補償しきれない。

この場合、電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏにより検出されるＭ座電流ＩＭｏ及びＴ座電流ＩＴｏには、有効電力の不平衡成分及び無効電力成分が残る。このため、比例積分回路３５ｄｏ，３５ｑＭｏ，３５ｑＴｏの出力は、ゼロではなくなる。これらの出力は、加算器３６ｄ，３６ｑＭ，３６ｑＴにより、電流指令値ＩｄｒｅｆＭａ，ＩｑｒｅｆＭａ，ＩｄｒｅｆＴａ，ＩｑｒｅｆＴａ，ＩｄｒｅｆＭｂ，ＩｑｒｅｆＭｂ，ＩｄｒｅｆＴｂ，ＩｑｒｅｆＴｂを増加するように加算される。これにより、有効電力不平衡補償及び無効電力補償のそれぞれの補償量が増加するように補正される。しかし、このときは、リミッタ回路３７ｄ，３７ｑＭ，３７ｑＴで、既に出力が制限された状態になっているため、共通制御装置１１ａ，１１ｂから出力される電流指令値ＩｄｒｅｆＭａ，ＩｑｒｅｆＭａ，ＩｄｒｅｆＴａ，ＩｑｒｅｆＴａ，ＩｄｒｅｆＭｂ，ＩｑｒｅｆＭｂ，ＩｄｒｅｆＴｂ，ＩｑｒｅｆＴｂは変化しない。即ち、電力補償装置１ａ，１ｂは、完全には補償しきれていないが、定格容量で最大限の補償を行っている状態である。

次に、１つの電力補償装置１ｂが停止し、もう１つの電力補償装置１ａで運転する場合について説明する。

電力補償装置１ａは、電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘにより検出された負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘに基づいて、２つの電力補償装置１ａ，１ｂが両方ともに運転している場合と同様に、負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘの有効電力ＰＭ，ＰＴの不平衡成分のＸ（電力補償装置１ａの分担比率）倍、及びＭ座無効電力ＱＭとＴ座無効電力ＱＴのそれぞれのＸ倍を補償するように運転する。

一方、電力補償装置１ｂは停止しているため、有効電力ＰＭ，ＰＴの不平衡成分や無効電力ＱＭ，ＱＴの補償は行われない。従って、上位系統側に設けられた電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏにより検出される電流ＩＭｏ，ＩＴｏには、有効電力ＰＭ，ＰＴの不平衡成分や無効電力ＱＭ，ＱＴの成分が含まれる。

電力補償装置１ａは、電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏにより検出された負荷電流ＩＭｏ，ＩＴｏに基づいて、次のように動作する。例えば、Ｍ座有効電流ＩｄＭｏがＴ座有効電流ＩｄＴｏよりも大きい不平衡成分が含まれている場合、加算器３２ｄｏの出力が正の値となり、比例積分回路３５ｄｏの出力が正方向に増加する。比例積分回路３５ｄｏの出力が加算器３６ｄにより加算されることで、有効電力不平衡補償の補償量が増加するように補正される。従って、Ｍ座有効電流指令値ＩｄｒｅｆＭは、正方向に増加する。これにより、Ｔ座変換器１３ＴａからＭ座変換器１３Ｔｂへ融通される電力が増加する。従って、Ｍ座電流検出器３Ｍｏにより検出されるＭ座電流ＩＭｏの有効成分が減少し、Ｔ座電流検出器３Ｔｏにより検出されるＴ座電流ＩＴｏの有効成分が増加する。

この動作により、Ｍ座有効電流ＩｄＭｏとＴ座有効電流ＩｄＴｏが一致すると、加算器３２ｄｏの出力がゼロとなるため、比例積分回路３５ｄｏの出力は、その時点で一定に維持される。

また、無効電力ＱＭ，ＱＴについても同様に、Ｍ座無効電流ＩｑＭｏとＴ座無効電流ＩｑＴｏが増加することにより、２つの比例積分回路３５ｑＭｏ，３５ｑＴｏの出力が正方向に増加する。比例積分回路３５ｑＭｏ，３５ｑＴｏの出力が加算器３６ｑＭ，３６ｑＴにより加算されることで、無効電力補償の補償量が増加するように補正される。Ｍ座無効電力ＱＭ及びＴ座無効電力ＱＴが共にゼロになった時点で、それぞれ比例積分回路３５ｑＭｏ，３５ｑＴｏの出力が一定に維持される。これにより、変圧器２の下位系統側で、Ｍ座有効電力ＰＭとＴ座有効電力ＰＴが等しく、Ｍ座無効電力ＱＭ及びＴ座無効電力ＱＴがゼロの状態で、１つの電力補償装置１ａによる運転が行われる。

本実施形態によれば、２つの電力補償装置１ａ，１ｂが運転している場合には、各電力補償装置１ａ，１ｂの容量に応じて分担して、負荷有効電力の不平衡成分と無効電力成分を補償する。また、１つの電力補償装置１ｂが、停止した場合又はリミッタにより出力制限された運転をしている場合には、残りの１つの電力補償装置１ａにより、負荷有効電力の不平衡成分と無効電力成分を、運転している電力補償装置１ａの容量内で最大限に補償する。

これにより、電力補償装置１ａ，１ｂが故障などで突然停止した場合や、停止していた電力補償装置１ａ，１ｂが運転を開始した場合にも、２つの電力補償装置１ａ，１ｂ間での通信などを必要とせずに、２つの電力補償装置１ａ，１ｂの容量を最大限に活用する効率的な電力補償をすることができる。

（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る電力補償システム１０Ａの構成を示す構成図である。

電力補償システム１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る電力補償システム１０において、電力補償装置１ａ，１ｂをそれぞれ電力補償装置１Ａａ，１Ａｂに代え、２つの電圧検出器４Ｍ，４Ｔを追加したものである。その他の点は、第１の実施形態に係る電力補償システム１０と同様である。

２つの電圧検出器４Ｍ，４Ｔは、スコット巻線変圧器２の二次側の電力補償装置１ａ，１ｂの出力点とスコット巻線変圧器２の間に設置されている。Ｍ座電圧検出器４Ｍは、Ｍ座電圧ＶＭを検出する。Ｔ座電圧検出器４Ｔは、Ｔ座電圧ＶＴを検出する。

電力補償装置１Ａａ，１Ａｂは、図１に示す第１の実施形態に係る電力補償装置１ａ，１ｂにおいて、共通制御装置１１ａ，１１ｂをそれぞれ共通制御装置１１Ａａ，１１Ａｂに代えたものである。電力補償装置１Ａａには、２つの電圧検出器４Ｍ，４Ｔにより検出された電圧ＶＭ，ＶＴが入力される。その他の点は、第１の実施形態に係る電力補償装置１ａ，１ｂと同様である。

図４は、第２の実施形態に係る共通制御装置１１Ａａ，１１Ａｂの構成を示す構成図である。

電力補償装置１Ａａの共通制御装置１１Ａａは、図２に示す第１の実施形態に係る共通制御装置１１ａにおいて、４つのゲイン回路３３ｑＭｘ，３３ｑＴｘ，３３ｑＭｏ，３３ｑＴｏ及び２つの比例積分回路３５ｑＭｏ，３５ｑＴｏを取り除き、２つの減算器４１Ｍ，４１Ｔ及び２つの交流電圧制御回路４２Ｍ，４２Ｔを追加した構成である。その他の点は、第１の実施形態に係る共通制御装置１１ａと同様である。

減算器４１Ｍは、Ｍ座電圧指令値ＶＭｒｅｆからＭ座電圧検出器４Ｍにより検出されたＭ座電圧ＶＭを減算した差分ＶＭｒｅｆ−ＶＭを求める。減算器４１Ｍは、演算した値を交流電圧制御回路４２Ｍに出力する。

減算器４１Ｔは、Ｔ座電圧指令値ＶＴｒｅｆからＴ座電圧検出器４Ｔにより検出されたＴ座電圧ＶＴを減算した差分ＶＴｒｅｆ−ＶＴを求める。減算器４１Ｔは、演算した値を交流電圧制御回路４２Ｔに出力する。

交流電圧制御回路４２Ｍは、減算器４１Ｍにより演算された差分がゼロに近づくように、制御値を演算する。交流電圧制御回路４２Ｍは、演算した制御値をリミッタ回路３７ｑＭを介して出力する。リミッタ回路３７ｑＭから出力された制御値は、Ｍ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭａとして、Ｍ座制御装置１２Ｍａに入力される。

交流電圧制御回路４２Ｔは、減算器４１Ｔにより演算された差分がゼロに近づくように、制御値を演算する。交流電圧制御回路４２Ｔは、演算した制御値をリミッタ回路３７ｑＴを介して出力する。リミッタ回路３７ｑＴから出力された制御値は、Ｔ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴａとして、Ｔ座制御装置１２Ｔａに入力される。

交流電圧制御回路４２Ｍ，４２Ｔは、例えば、積分回路、比例積分回路又は一次遅れ回路などである。

電力補償装置１Ａｂの共通制御装置１１Ａｂは、第１の実施形態に係る共通制御装置１１ｂにおいて、４つのゲイン回路３３ｑＭｘ，３３ｑＴｘ，３３ｑＭｏ，３３ｑＴｏ、２つの比例積分回路３５ｑＭｏ，３５ｑＴｏ及び２つの加算器３６ｑＭ，３６ｑＴを取り除いた構成である。その他の点は、第１の実施形態に係る共通制御装置１１ｂと同様である。

ｄｑ軸変換部３１Ｍｘにより変換されたＭ座電流ＩＭｘのｑ軸成分ＩｑＭｘは、リミッタ回路３７ｑＭを介して出力される。リミッタ回路３７ｑＭから出力された値は、Ｍ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭｂとして、Ｍ座制御装置１２Ｍｂに入力される。

ｄｑ軸変換部３１Ｔｘにより変換されたＴ座電流ＩＴｘのｑ軸成分ＩｑＴｘは、リミッタ回路３７ｑＴを介して出力される。リミッタ回路３７ｑＴから出力された値は、Ｔ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴｂとして、Ｔ座制御装置１２Ｔｂに入力される。

まず、２つの電力補償装置１Ａａ，１Ａｂが両方ともに運転している場合について説明する。なお、有効電力ＰＭ，ＰＴの不平衡補償については、第１の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

電力補償装置１Ａｂは、電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘにより検出された負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘの無効電力成分ＩｑＭｘ，ＩｑＴｘを補償するように動作する。無効電力成分ＩｑＭｘ，ＩｑＴｘが電力補償装置１Ａｂの定格容量よりも小さい場合は、電力補償装置１Ａｂによる無効電力補償のみで、無効電力ＱＭ，ＱＴが完全に補償される。このとき、電力補償装置１Ａａと電力補償装置１Ａｂとの間を流れる無効電力は、Ｍ座無効電力がＱＭ−ＱｂＭ＝０となり、Ｔ座無効電力がＱＴ−ＱｂＴ＝０となる。ここで、電力ＱｂＭは、電力補償装置１Ａｂにより補償されるＭ座無効電力を示し、電力ＱｂＴは、電力補償装置１Ａｂにより補償されるＴ座無効電力を示している。

電力補償装置１Ａｂによる無効電力補償でも、電圧検出器４Ｍ，４Ｔにより検出されたき電回路電圧ＶＭ，ＶＴが電圧指令値ＶＭｒｅｆ，ＶＴｒｅｆと一致しない場合には、電力補償装置１Ａａは、交流電圧制御回路４２Ｍ，４２Ｔにより、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴが電圧指令値ＶＭｒｅｆ，ＶＴｒｅｆに追従するように無効電力ＱＭ，ＱＴを制御する。これにより、き電回路５Ｍ，５Ｔの電圧変動が抑制される。

電力補償装置１Ａｂにより無効電力補償が行われていても、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴは、電圧指令値ＶＭｒｅｆ，ＶＴｒｅｆと必ずしも一致していない。Ｍ座き電回路電圧ＶＭがＭ座電圧指令値ＶＭｒｅｆよりも低ければ、電力補償装置１Ａａの交流電圧制御回路４２Ｍの出力が正方向に増加し、Ｍ座変換器１３ＭａのＭ座制御装置１２Ｍａに与えられる無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭａが正の値となる。これにより、Ｍ座変換器１３Ｍａから無効電力ＱＭａが出力され、Ｍ座き電回路電圧ＶＭが高くなり、Ｍ座電圧指令値ＶＭｒｅｆに近づく。Ｍ座き電回路電圧ＶＭが上昇して、Ｍ座電圧指令値ＶＭｒｅｆよりも高くなれば、交流電圧制御回路４２Ｍの出力が負方向に増加し、Ｍ座変換器１３ＭａのＭ座制御装置１２Ｍａに与えられる無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭａが負の値となる。これにより、Ｍ座変換器１３Ｍａが無効電力ＱＭａを消費することで、Ｍ座き電回路電圧ＶＭが低くなり、Ｍ座電圧指令値ＶＭｒｅｆに近づく。Ｔ座き電回路電圧ＶＴについてもＭ座き電回路電圧ＶＭと同様である。

これにより、電力補償装置１Ａｂにより負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘの無効電力成分ＩｑＭｘ，ＩｑＴｘが完全に補償された状態でも、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴが電圧指令値ＶＭｒｅｆ，ＶＴｒｅｆと一致していない場合は、電力補償装置１Ａａの交流電圧制御４２Ｍ，４２Ｔにより、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴを一定に保つように動作する。

また、負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘの無効電力成分ＩｑＭｘ，ＩｑＴｘが大きく、電力補償装置１Ａｂでは、無効電力補償が完全に行えない場合、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴの電圧低下又は電圧上昇などの電圧変動が生じる。電力補償装置１Ａａは、このような電圧変動を交流電圧制御４２Ｍ，４２Ｔにより補償することで、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴを一定に保つように動作する。

次に、電力補償装置１Ａｂが停止した場合の電力補償装置１Ａａの動作について説明する。

電力補償装置１Ａｂが停止すると、電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘにより検出された負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘによる無効電力補償は行われない。この場合、電力補償装置１Ａａと電力補償装置１Ａｂとの間を流れる無効電力は、それぞれ負荷電力ＱＭ，ＱＴと等しくなる。

電力補償装置１Ａｂによる無効電力補償が行われなくなることにより、無効電流が増減して、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴの電圧変動が大きくなる。電力補償装置１Ａａは、交流電圧制御回路４２Ｍ，４２Ｔにより、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴの変動を抑制するような無効電力を変換器１３Ｍａ，１３Ｔａから出力する。電力補償装置１Ａｂが運転している場合に比べて、電力補償装置１Ａａの無効電力による電圧補償量は、大きくなる。これにより、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴの変動を抑制する。

次に、電力補償装置１Ａａが停止した場合の電力補償装置１Ａｂの動作について説明する。

電力変換装置１Ａｂは、電力変換装置１Ａａの停止又は運転に関係なく、電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘにより検出された負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘの無効電力成分ＩｑＭｘ，ＩｑＴｘを補償するように動作する。この補償対象とする無効電力成分ＩｑＭｘ，ＩｑＴｘには、第１の実施形態と異なり、電力補償装置１ｂの分担比率Ｙを掛けていない。電力補償装置１ｂは、自己の容量ｂの範囲内で、無効電力ＱＭ，ＱＴを１００％補償するように動作する。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果に加え、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴに基づいて、交流電圧制御をすることで、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴの変動をより抑制することができる。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る電力補償システム１０Ｂの構成を示す構成図である。

電力補償システム１０Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係る電力補償システム１０において、電力補償装置１ａ，１ｂをそれぞれ電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂに代えたものである。２つの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂの出力は、それぞれ別々に、スコット巻線変圧器２の二次側に接続されている。２つの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂは、それぞれ異なる箇所を流れる電流ＩＭｏ，ＩＴｏ，ＩＭｘ，ＩＴｘに基づいて動作する。その他の点は、第１の実施形態に係る電力補償システム１０と同様である。

電力補償装置１ａは、上位系統側に設けられた２つの電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏにより検出された電流ＩＭｏ，ＩＴｏに基づいて、交流き電系統の無効電力補償及び不平衡補償を行う。

電力補償装置１ｂは、下位系統側に設けられた２つの電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘにより検出された電流ＩＭｘ，ＩＴｘに基づいて、交流き電系統の無効電力補償及び不平衡補償を行う。

図６は、第３の実施形態に係る共通制御装置１１Ｂａの構成を示す構成図である。共通制御装置１１Ｂｂは、共通制御装置１１Ｂａと同一の構成であるため、主に共通制御装置１１Ｂａについて説明する。

共通制御装置１１Ｂａは、２つのｄｑ軸変換部３１Ｍｏ，３１Ｔｏ、減算器３２ｄｏ、ゲイン回路３４、３つのリミッタ回路３７ｄ，３７ｑＭ，３７ｑＴ、符号反転回路３８、直流電圧制御回路３９、及び加算器４０を備えている。

ｄｑ軸変換部３１Ｍｏは、変換したｑ軸成分ＩｑＭｏをＭ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭａとして、リミッタ回路３７ｑＭを介して共通制御装置１１ＢａからＭ座制御装置１２Ｍａに出力する。

ｄｑ軸変換部３１Ｔｏは、変換したｑ軸成分ＩｑＴｏをＴ座無効電流指令値ＩｑｒｅｆＴａとして、リミッタ回路３７ｑＴを介して共通制御装置１１ＢａからＴ座制御装置１２Ｔａに出力する。

その他の点については、共通制御装置１１Ｂａ，１１Ｂｂは、第１の実施形態に係る共通制御装置１１ａ，１１ｂと同様である。

まず、２つの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂが両方ともに運転している場合について説明する。

電力補償装置１Ｂｂの共通制御装置１１Ｂｂには、負荷電流ＩＭｘ，ＩＴｘが入力される。電力補償装置１Ｂｂは、負荷電力ＰＭ，ＱＭ，ＰＴ，ＱＴの有効電力不平衡成分と無効電力成分を補償するような電流ＩＭｂ，ＩＴｂを出力する。

補償する電流ＩＭｂ，ＩＴｂが、電力補償装置１Ｂｂの定格容量よりも小さければ、１つの電力補償装置１Ｂｂで完全に無効電力補償及び不平衡補償が行われる。

これにより、電力補償装置１Ｂａと電力補償装置１Ｂｂの間を流れる有効電力は、Ｍ座有効電力がＰＭ−Ｐｂ＝（ＰＭ＋ＰＴ）／２となり、Ｔ座有効電力がＰＴ＋Ｐｂ＝（ＰＭ＋ＰＴ）／２となる。即ち、Ｍ座有効電力とＴ座有効電力は、等しくなるため、三相系統側から見た三相電流は、三相平衡する。ここで、電力Ｐｂは、電力補償装置１Ｂｂから出力される有効電力を示している。

また、電力補償装置１Ｂａと電力補償装置１Ｂｂの間を流れる無効電力は、Ｍ座無効電力がＱＭ−ＱｂＭ＝０となり、Ｔ座側無効電力がＱＴ−ＱｂＴ＝０となる。従って、負荷電力の無効電力成分はゼロとなる。ここで、電力ＱｂＭは、電力補償装置１Ｂｂから出力されるＭ座無効電力を示し、電力ＱｂＴは、電力補償装置１Ｂｂから出力されるＴ座無効電力を示している。

このとき、上位系統側に設けられた電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏにより検出される電流ＩＭｏ，ＩＴｏは、電力補償装置１Ｂａと電力補償装置１Ｂｂとの間を流れる電力相当の値である。即ち、電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏにより検出される電流ＩＭｏ，ＩＴｏは、電力補償装置１Ｂｂにより無効電力補償及び不平衡補償が完全に行われた電力に相当するものである。従って、電力補償装置１Ｂａには、無効電力補償及び不平衡補償が完全に行われた電流ＩＭｏ，ＩＴｏが入力されるため、電力補償装置１Ｂａは、出力をしない。

一方、負荷電力の不平衡成分又は無効電力成分が大きく、補償すべき電力量が電力補償装置１Ｂｂの定格容量を超える場合には、電力補償装置１Ｂｂの出力は、１００％となる。

補償しきれない不平衡成分又は無効電力成分は、電力補償装置１Ｂａと電力補償装置１Ｂｂの間を流れる有効電力ＰＭ−Ｐｂ，ＰＴ＋Ｐｂ及び無効電力ＱＭ−ＱｂＭ，ＱＴ−ＱｂＴに現れる。従って、上位系統側に設けられた電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏにより検出される電流ＩＭｏ，ＩＴｏには、電力補償装置１Ｂｂにより補償しきれない不平衡成分又は無効電力成分が含まれる。

電力補償装置１Ｂａは、電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏにより検出された電流ＩＭｏ，ＩＴｏ基づいて制御することで、電力補償装置１Ｂｂにより補償しきれない不平衡成分又は無効電力成分を補償するように動作する。

次に、電力補償装置１Ｂｂが停止した場合について説明する。

電力補償装置１Ｂｂが停止すると、上位系統側に設けられた電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏにより検出される電流ＩＭｏ，ＩＴｏは、負荷電力ＰＭ，ＰＴ，ＱＭ，ＱＴと等しくなる。従って、電力補償装置１Ｂａは、電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏにより検出された電流ＩＭｏ，ＩＴｏに基づいて制御を行うことにより、電力補償装置１Ｂａの容量ａの範囲内で、不平衡成分又は無効電力成分を補償するように動作する。

次に、電力補償装置１Ｂａが停止した場合について説明する。

下位系統側に設けられた電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘにより検出される電流ＩＭｘ，ＩＴｘは、電力補償装置１Ｂｂの運転及び停止に関係なく、負荷電力ＰＭ，ＰＴ，ＱＭ，ＱＴに相当する。従って、電力補償装置１Ｂｂは、電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘにより検出された電流ＩＭｘ，ＩＴｘに基づいて制御を行うことにより、電力補償装置１Ｂｂの容量ｂの範囲内で、不平衡成分又は無効電力成分を補償するように動作する。

本実施形態によれば、２つの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂが運転している場合には、１つの電力補償装置の容量内で補償しきれない分の負荷電力の有効電力不平衡成分と無効電力成分をもう１つの電力補償装置により補償する。また、１つの電力補償装置が停止した場合には、もう１つの電力補償装置により、不平衡成分と無効電力成分を、自己の容量の範囲内で最大限に補償する。これにより、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、２つの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂは、同一の構成であるため、製造コストを低減することができる。さらに、負荷容量に合わせて、電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂを容易に追加することができる。例えば、列車本数の増加などの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂを設置後に負荷容量が増加した場合でも、容易に負荷容量に合わせた改造をすることができる。

（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態に係る電力補償システム１０Ｃの構成を示す構成図である。

電力補償システム１０Ｃは、図５に示す第３の実施形態に係る電力補償システム１０Ｂにおいて、スコット巻線変圧器２とき電回路５Ｍ，５Ｔを接続する電力系統の構成を容易に変更できるようにしたものである。その他の点は、第３の実施形態に係る電力補償システム１０Ｂと同様である。

電力補償システム１０Ｃは、４組の母線６１Ｍ，６１Ｔ，６２Ｍ，６２Ｔ，６３Ｍ，６３Ｔ，６４Ｍ，６４Ｔ、８組の遮断器５１Ｍ，５１Ｔ，５２Ｍ，５２Ｔ，５３Ｍ，５３Ｔ，５４Ｍ，５４Ｔ，５５Ｍ，５５Ｔ，５６Ｍ，５６Ｔ，５７Ｍ，５７Ｔ，５８Ｍ，５８Ｔ及び第３の実施形態に係る電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂを備えている。

スコット巻線変圧器２の二次側には、Ｍ座母線６１Ｍ及びＴ座母線６１Ｔが接続されている。母線６１Ｍ，６１Ｔの上方は、Ｍ座遮断器５１Ｍ及びＴ座遮断器５１Ｔを介して、Ｍ座母線６２Ｍ及びＴ座母線６２Ｔに接続されている。母線６１Ｍ，６１Ｔの下方は、Ｍ座遮断器５５Ｍ及びＴ座遮断器５５Ｔを介して、Ｍ座母線６３Ｍ及びＴ座母線６３Ｔに接続されている。

母線６２Ｍ，６２Ｔは、電力補償装置１Ｂａが接続される母線である。母線６２Ｍ，６２Ｔの母線６１Ｍ，６１Ｔとの接続点の下側は、Ｍ座遮断器５２Ｍ及びＴ座遮断器５２Ｔを介して、Ｍ座母線６４Ｍ及びＴ座母線６４Ｔに接続されている。母線６２Ｍ，６２Ｔの遮断器５２Ｍ，５２Ｔとの接続点の下側には、電力補償装置１Ｂａの出力点が接続されている。母線６２Ｍ，６２Ｔの電力補償装置１Ｂａの出力点との接続点の下側には、電力補償装置１Ｂａの制御に用いる電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏが設けられている。母線６２Ｍ，６２Ｔの電流検出器３Ｍｏ，３Ｔｏが設けられている箇所の下側は、Ｍ座遮断器５３Ｍ及びＴ座遮断器５３Ｔを介して、Ｍ座母線６５Ｍ及びＴ座母線６５Ｔに接続されている。母線６５Ｍ，６５Ｔは、き電回路５Ｍ，５Ｔに接続されている。母線６２Ｍ，６２Ｔの遮断器５３Ｍ，５３Ｔとの接続点の下側は、Ｍ座遮断器５４Ｍ及びＴ座遮断器５４Ｔを介して、母線６４Ｍ，６４Ｔに接続されている。

母線６３Ｍ，６３Ｔは、電力補償装置１Ｂｂが接続される母線である。母線６３Ｍ，６３Ｔの母線６１Ｍ，６１Ｔとの接続点の下側は、Ｍ座遮断器５６Ｍ及びＴ座遮断器５６Ｔを介して、母線６４Ｍ，６４Ｔに接続されている。母線６３Ｍ，６３Ｔの遮断器５６Ｍ，５６Ｔとの接続点の下側には、電力補償装置１Ｂｂの出力点が接続されている。母線６３Ｍ，６３Ｔの電力補償装置１Ｂｂの出力点との接続点の下側には、電力補償装置１Ｂｂの制御に用いる電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘが設けられている。母線６３Ｍ，６３Ｔの電流検出器３Ｍｘ，３Ｔｘが設けられている箇所の下側は、Ｍ座遮断器５７Ｍ及びＴ座遮断器５７Ｔを介して、Ｍ座母線６５Ｍ及びＴ座母線６５Ｔに接続されている。母線６３Ｍ，６３Ｔの遮断器５７Ｍ，５７Ｔとの接続点の下側は、Ｍ座遮断器５８Ｍ及びＴ座遮断器５８Ｔを介して、母線６４Ｍ，６４Ｔに接続されている。

電力補償システム１０Ｃの動作について説明する。

遮断器５１Ｍ，５１Ｔ，５４Ｍ，５４Ｔ，５６Ｍ，５６Ｔ，５７Ｍ，５７Ｔを投入し、残りの遮断器５２Ｍ，５２Ｔ，５３Ｍ，５３Ｔ，５５Ｍ，５５Ｔ，５８Ｍ，５８Ｔを開放すると、電力補償装置１Ｂａが電力補償装置１Ｂｂよりも電気的に上位系統側に設けられた構成となる。即ち、第３の実施形態に係る電力補償システム１０Ｂと同一の構成になる。

遮断器５２Ｍ，５２Ｔ，５３Ｍ，５３Ｔ，５５Ｍ，５５Ｔ，５８Ｍ，５８Ｔを投入し、残りの遮断器５１Ｍ，５１Ｔ，５４Ｍ，５４Ｔ，５６Ｍ，５６Ｔ，５７Ｍ，５７Ｔを開放すると、電力補償装置１Ｂｂが電力補償装置１Ｂａよりも電気的に上位系統側に設けられた構成となる。即ち、電力補償システム１０Ｃの２つの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂの電気的な位置は、第３の実施形態に係る電力補償システム１０Ｂの２つの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂと逆の構成になる。

上記２つの構成を、週又は日などで定期的に交互に切り替えて、電力補償システム１０Ｃを運用する。電力補償システム１０Ｃでは、き電回路５Ｍ，５Ｔ（負荷）側に位置する電力補償装置の方が出力（負担）が大きくなる。従って、電力補償システム１０Ｃの系統構成を定期的に交互に切り替えて、２つの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂの出力量が一定期間において均等化するように運用する。また、特定の電力補償装置が常にき電回路５Ｍ，５Ｔ側に位置することがないように、系統構成を切り替えて、２つの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂの位置を適宜変更する。

本実施形態によれば、第３の実施形態の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。

電力補償システム１０Ｃは、遮断器５１Ｍ，５１Ｔ〜５８Ｍ，５８Ｔを操作することで、２つの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂの電気回路上の位置を容易に入れ替えることができる。従って、定期的に系統構成を切り替えて、電気的に負荷（き電回路５Ｍ，５Ｔ）に最も近くに位置する電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂを替えることで、２つの電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂに掛かる負担を均等化することができる。これにより、電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂのそれぞれの負担を分散させ、特定の電力補償装置１Ｂａ，１Ｂｂに負担が掛からないようにすることができる。

（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係る電力補償システム１０Ｄの構成を示す構成図である。

電力補償システム１０Ｄは、図５に示す第３の実施形態に係る電力補償システム１０Ｂにおいて、電力補償装置１Ｂａを電力補償装置１Ｄａに代え、第２の実施形態に係る２つの電圧検出器４Ｍ，４Ｔを追加したものである。その他の点は、第３の実施形態に係る電力補償システム１０Ｂと同様である。

電力補償装置１Ｄａは、図５に示す第３の実施形態に係る電力補償装置１Ｂａにおいて、共通制御装置１１Ｂａを共通制御装置１１Ｄａに代えたものである。電力補償装置１Ｄａには、２つの電圧検出器４Ｍ，４Ｔにより検出された電圧ＶＭ，ＶＴが入力される。その他の点は、第３の実施形態に係る電力補償装置１Ｂａと同様である。

図９は、第５の実施形態に係る共通制御装置１１Ｄａの構成を示す構成図である。

共通制御装置１１Ｄａは、図６に示す第３の実施形態に係る共通制御装置１１Ｂａにおいて、２つの減算器４１Ｍ，４１Ｔ及び２つの交流電圧制御回路４２Ｍ，４２Ｔを追加した構成である。その他の点は、第３の実施形態に係る共通制御装置１１Ｂａと同様である。

共通制御装置１１Ｄａは、第２の実施形態と同様に、２つの減算器４１Ｍ，４１Ｔ及び２つの交流電圧制御回路４２Ｍ，４２Ｔによる構成で、２つの電圧検出器４Ｍ，４Ｔにより検出された電圧ＶＭ，ＶＴに基づいて、それぞれ無効電流指令値ＩｑｒｅｆＭ，ＩｑｒｅｆＴを演算する。

電力補償システム１０Ｄによる無効電力ＱＭ，ＱＴを補償する動作は、第２の実施形態に係る電力補償システム１０Ａと同様である。電力補償システム１０Ｄによる有効電力ＰＭ，ＰＴの不平衡を補償する動作については、第３の実施形態に係る電力補償システム１０Ｂと同様である。

本実施形態によれば、第３の実施形態と同様の作用効果に加え、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴに基づいて、交流電圧制御をすることで、き電回路電圧ＶＭ，ＶＴの変動をより抑制することができる。

なお、各実施形態では、電力補償装置を２つで説明したが、複数であれば、いくつあってもよい。また、各電力補償装置について分担比率を決定する必要のある実施形態については、分担比率を、全ての電力補償装置の総和の容量に対する自己の電力補償装置の容量の割合としてもよいし、単に全ての電力補償装置で等分した比率としてもよいし、これら以外でもよい。さらに、１つの電力補償装置において、有効電力不平衡補償と無効電力補償で、異なる分担比率を用いてもよい。

また、各実施形態において、制御に用いる回路は示したものに限らない。例えば、制御に用いる回路は、比例回路、積分回路、比例積分回路、一次遅れ回路、又は微分回路などでもよいし、これらを組み合わせた回路でもよいし、その他の回路でもよい。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ａ，１ｂ…電力補償装置、２…スコット巻線変圧器、３Ｍｏ，３Ｔｏ，３Ｍｘ，３Ｔｘ…電流検出器、５Ｍ…Ｍ座き電回路、５Ｔ…Ｔ座き電回路、１０…電力補償システム、１１ａ…共通制御装置、１２Ｍａ…Ｍ座制御装置、１２Ｔａ…Ｔ座制御装置、１３Ｍａ…Ｍ座変換器、１３Ｔａ…Ｔ座変換器、１４ａ…直流回路、１５Ｍａ…Ｍ座電流検出器、１５Ｔａ…Ｔ座電流検出器。

Claims (16)

1. 三相を二相に変換する変圧器の二相側に設けられた複数の電力補償装置により電力を補償する電力補償システムであって、
   前記各電力補償装置は、
   前記変圧器の二相側の第１の箇所に流れる第１の二相電流の各相の有効電力成分を演算する第１の有効電力成分演算手段と、
   前記第１の有効電力成分演算手段により演算された前記第１の二相電流の各相の有効電力成分に基づいて、前記電力補償装置毎に決められた第１の分担比率で、前記第１の二相電流の二相間の有効電力成分が平衡になるように補償する不平衡補償手段と、
   前記変圧器の二相側の第２の箇所に流れる第２の二相電流の各相の有効電力成分を演算する第２の有効電力成分演算手段と、
   前記第２の有効電力成分演算手段により演算された前記第２の二相電流の各相の有効電力成分に基づいて、前記不平衡補償手段による補償量を補正する不平衡補償補正手段とを備えること
   を特徴とする電力補償システム。
2. 前記複数の電力補償装置のうち少なくとも２つの電力補償装置は、
   前記変圧器の二相側の前記第１の箇所に流れる第１の二相電流の各相の無効電力成分を演算する第１の無効電力成分演算手段と、
   前記第１の無効電力成分演算手段により演算された前記第１の二相電流の各相の無効電力成分に基づいて、前記電力補償装置毎に決められた第２の分担比率で、前記変圧器の二相側の各相の無効電力を補償する無効電力補償手段と、
   前記変圧器の二相側の前記第２の箇所に流れる第２の二相電流の各相の無効電力成分を演算する第２の無効電力成分演算手段と、
   前記第２の無効電力成分演算手段により演算された前記第２の二相電流の各相の無効電力成分に基づいて、前記無効電力補償手段による補償量を補正する無効電力補償補正手段とを備えること
   を特徴とする請求項１に記載の電力補償システム。
3. 前記複数の電力補償装置のうち第１の電力補償装置は、
   前記変圧器の二相側の二相電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された前記二相電圧に基づいて、前記変圧器の二相側の各相の電圧を電圧指令値に追従するように制御する電圧制御手段とを備え、
   前記複数の電力補償装置のうち第２の電力補償装置は、
   前記変圧器の二相側の前記第１の箇所に流れる第１の二相電流の各相の無効電力成分を演算する第１の無効電力成分演算手段と、
   前記第１の無効電力成分演算手段により演算された前記第１の二相電流の各相の無効電力成分に基づいて、前記変圧器の二相側の各相の無効電力を補償する無効電力補償手段とを備えること
   を特徴とする請求項１に記載の電力補償システム。
4. 前記第１の分担比率は、前記複数の電力補償装置のそれぞれの容量に基づいて決定されたこと
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力補償システム。
5. 三相を二相に変換する変圧器の二相側に設けられた複数の電力補償装置により電力を補償する電力補償システムであって、
   前記各電力補償装置は、
   前記変圧器の二相側の前記電力補償装置毎に異なる箇所に流れる二相電流の各相の有効電力成分を演算する有効電力成分演算手段と、
   前記有効電力成分演算手段により演算された前記二相電流の各相の有効電力成分に基づいて、前記変圧器の二相側の前記電力補償装置毎に異なる箇所に流れる二相電流の二相間の有効電力成分が平衡になるように補償する不平衡補償手段とを備えること
   を特徴とする電力補償システム。
6. 前記複数の電力補償装置のうち少なくとも１つの電力補償装置は、
   前記変圧器の二相側の二相電流の各相の無効電力成分を演算する無効電力成分演算手段と、
   前記無効電力成分演算手段により演算された前記二相電流の各相の無効電力成分に基づいて、前記変圧器の二相側の各相の無効電力を補償する無効電力補償手段とを備えること
   を特徴とする請求項５に記載の電力補償システム。
7. 電気的に負荷に最も近くに位置する電力補償装置を替えるように系統構成を切り替える系統構成切り替え手段
   を備えることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電力補償システム。
8. 前記複数の電力補償装置のうち少なくとも１つの電力補償装置は、
   前記変圧器の二相側の二相電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された前記二相電圧に基づいて、前記変圧器の二相側の各相の電圧を電圧指令値に追従するように制御する電圧制御手段とを備えること
   を特徴とする請求項５又は請求項６に記載の電力補償システム。
9. 三相を二相に変換する変圧器の二相側に設けられた複数の電力補償装置により電力を補償する電力補償方法であって、
   前記各電力補償装置が、
   前記変圧器の二相側の第１の箇所に流れる第１の二相電流の各相の有効電力成分を演算し、
   演算した前記第１の二相電流の各相の有効電力成分に基づいて、前記電力補償装置毎に決められた第１の分担比率で、前記第１の二相電流の二相間の有効電力成分が平衡になるようにする不平衡補償をし、
   前記変圧器の二相側の第２の箇所に流れる第２の二相電流の各相の有効電力成分を演算し、
   演算した前記第２の二相電流の各相の有効電力成分に基づいて、前記不平衡補償の補償量を補正すること含むこと
   を特徴とする電力補償方法。
10. 前記複数の電力補償装置のうち少なくとも２つの電力補償装置が、
    前記変圧器の二相側の前記第１の箇所に流れる第１の二相電流の各相の無効電力成分を演算し、
    演算した前記第１の二相電流の各相の無効電力成分に基づいて、前記電力補償装置毎に決められた第２の分担比率で、前記変圧器の二相側の各相の無効電力を補償する無効電力補償をし、
    前記変圧器の二相側の前記第２の箇所に流れる第２の二相電流の各相の無効電力成分を演算し、
    演算した前記第２の二相電流の各相の無効電力成分に基づいて、前記無効電力補償の補償量を補正すること含むこと
    を特徴とする請求項９に記載の電力補償方法。
11. 前記複数の電力補償装置のうち第１の電力補償装置が、
    前記変圧器の二相側の二相電圧を検出し、
    検出した前記二相電圧に基づいて、前記変圧器の二相側の各相の電圧を電圧指令値に追従するように制御することを含み、
    前記複数の電力補償装置のうち第２の電力補償装置が、
    前記変圧器の二相側の前記第１の箇所に流れる第１の二相電流の各相の無効電力成分を演算し、
    演算した前記第１の二相電流の各相の無効電力成分に基づいて、前記変圧器の二相側の各相の無効電力を補償することを含むこと
    を特徴とする請求項９に記載の電力補償方法。
12. 前記第１の分担比率は、前記複数の電力補償装置のそれぞれの容量に基づいて決定されたこと
    を特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の電力補償方法。
13. 三相を二相に変換する変圧器の二相側に設けられた複数の電力補償装置により電力を補償する電力補償方法であって、
    前記各電力補償装置が、
    前記変圧器の二相側の前記電力補償装置毎に異なる箇所に流れる二相電流の各相の有効電力成分を演算し、
    演算した前記二相電流の各相の有効電力成分に基づいて、前記変圧器の二相側の前記電力補償装置毎に異なる箇所に流れる二相電流の二相間の有効電力成分が平衡になるように補償すること含むこと
    を特徴とする電力補償方法。
14. 前記複数の電力補償装置のうち少なくとも１つの電力補償装置が、
    前記変圧器の二相側の二相電流の各相の無効電力成分を演算し、
    演算した前記二相電流の各相の無効電力成分に基づいて、前記変圧器の二相側の各相の無効電力を補償することを含むこと
    を特徴とする請求項１３に記載の電力補償方法。
15. 電気的に負荷に最も近くに位置する電力補償装置を替えるように系統構成を切り替えること
    を含むことを特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の電力補償方法。
16. 前記複数の電力補償装置のうち少なくとも１つの電力補償装置が、
    前記変圧器の二相側の二相電圧を検出し、
    前記電圧検出手段により検出された前記二相電圧に基づいて、前記変圧器の二相側の各相の電圧を電圧指令値に追従するように制御することを含むこと
    を特徴とする請求項１３又は請求項１４に記載の電力補償方法。

Images