JP7139905B2 - 制御装置及び無効電力補償装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力系統に発生する電圧フリッカを補償する制御装置及び無効電力補償装置に関する。

電力系統に連系され、半導体素子を用いてアーク炉負荷などによって発生する電圧フリッカを補償する無効電力補償装置が知られている（例えば、特許文献１）。

特開２００４－３３６９４８号公報

従来の無効電力補償装置は、負荷の状況が変化してから最適な状態で電圧フリッカを補償するまでに時間遅れが発生する場合があるという問題を有している。

本発明の目的は、負荷の状況が変化してから最適な状態で電圧フリッカを補償するまでの時間遅れを防止することができる制御装置及び無効電力補償装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様による制御装置は、電力系統に接続された負荷の無効電力に起因して発生すると予測される予測電圧フリッカを前記無効電力を補償する補償ゲインの予備となる複数の予備ゲインごとに演算する予測電圧フリッカ演算部と、現状の前記負荷に対応するゲインを前記補償ゲインの初期値である初期ゲインに設定する初期ゲイン設定部と、前記負荷の状態に基づいて、前記予測電圧フリッカ演算部で演算された複数の予測電圧フリッカに対応する複数の予備ゲイン及び前記初期ゲイン設定部で設定された初期ゲインの中から補償ゲインを選択する補償ゲイン選択部とを備える。

また、上記目的を達成するために、本発明の一態様による無効電力補償装置は、電力系統に連系され、前記電力系統に接続された負荷の無効電力に起因する電圧フリッカを補償する補償回路と、上記本発明の一態様による制御装置とを備える。

本発明の一態様によれば、負荷の状況が変化してから最適な状態で電圧フリッカを補償するまでの時間遅れを防止することができる。

本発明の一実施形態による無効電力補償装置ＰＣＤの概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による無効電力補償装置ＰＣＤに設けられた補償回路３の回路図である。 本発明の一実施形態による無効電力補償装置ＰＣＤ及び制御装置１を説明する図であって、電圧フリッカを表すための視感度係数を定義するグラフである。 本発明の一実施形態による制御装置１の概略構成を示す回路ブロック図である。 本発明の一実施形態による制御装置１を用いた電圧フリッカの補償方法を説明する図である。 本発明の一実施形態による制御装置１を説明するための参考例であって、制御装置１を用いない場合の電圧フリッカの補償方法を説明する図である。

本発明の一実施形態による無効電力補償装置について図１から図６を用いて説明する。まず、本実施形態による無効電力補償装置ＰＣＤの全体構成について図１及び図３を用いて説明する。図１では、理解を容易にするため、無効電力補償装置ＰＣＤが連系される電力系統と、電力系統に接続される負荷が併せて図示されている。

（無効電力補償装置）
図１に示すように、無効電力補償装置ＰＣＤが連系される電力系統２は、三相交流電源２１と、三相交流電源２１に接続された系統インピーダンス２３とを有している。電力系統２には、アーク炉（負荷の一例）４が接続されている。

アーク炉４は動作中に、点弧期、ボーリング期、溶解期及び溶解末期などの複数の状況を有する。アーク炉４は、状況によらずにアークの状態を一定にするため、アークの状態を例えば電圧及び電流によって監視している。アーク炉４は、このアークの状態を監視するための電圧及び電流の少なくとも一方の情報を含む炉状況信号ｓｉｇを制御装置１（詳細は後述）に所定周期（例えば１分周期）で出力するように構成されている。詳細は後述するが、制御装置１は、入力される炉状況信号ｓｉｇに基づいて、電圧フリッカを補償するための補償ゲインを選択するように構成されている。

図１に示すように、本実施形態による無効電力補償装置ＰＣＤは、電力系統２に連系されて電力系統２に接続されたアーク炉４の無効電力に起因する電圧フリッカを補償する補償回路３と、本実施形態による制御装置１（詳細は後述）とを備えている。無効電力補償装置ＰＣＤは、電力系統２の系統インピーダンス２３とアーク炉４との間に設置されている。

無効電力補償装置ＰＣＤは、電力系統の系統電圧Ｖｓを降圧する電圧変成器（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＰＴ）５と、アーク炉４に流れる負荷電流Ｉｆを低電圧かつ小電流に変成する電流変成器（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：ＣＴ）７と備えている。電圧変成器５は、降圧した系統電圧Ｖｓを制御装置１に出力するようになっている。電流変成器７は、変成した負荷電流Ｉｆを制御装置１に出力するようになっている。詳細は後述するが、制御装置１は、入力される系統電圧Ｖｓ及び負荷電流Ｉｆを用いて、無効電力を演算したり、電力系統２に発生することが予測される電圧フリッカである予測電圧フリッカを演算したりするように構成されている。

無効電力補償装置ＰＣＤは、電力系統２に発生する電圧フリッカを測定するフリッカメータ９を有している。フリッカメータ９は、補償回路３と電力系統２との接続ノードＮで電力系統２に接続されている。無効電力補償装置ＰＣＤは、フリッカメータ９で測定される電圧フリッカが小さくなるように、制御装置１によって補償回路３を制御するようになっている。

ところで、フリッカメータ９で測定される電圧フリッカはΔＶ１０とも呼ばれている。電圧フリッカΔＶ１０は、電気学会技術報告書II部７２号によると、電圧変動を１分間について周波数分析した結果得られる変動周波数ｆｎの電圧変動成分の変動幅をΔＶｎ、変動周波数ｆｎに対応する視感度係数をａｎとすると、以下の式（１）によって定義される。また、図３に示すように、視感度係数ａｎは、正弦波状電圧変動の変動周波数ｆｎ（Ｈｚ）に対して定義されている。

図１に示すように、補償回路３は、他励式の静止型フリッカ補償回路で構成されている。補償回路３は、系統インピーダンス２３とアーク炉４との間に接続されて複数のリアクトル及びサイリスタを有する第一デルタ結線回路３１を有している。また、補償回路３は、系統インピーダンス２３とアーク炉４との間に接続されて複数のコンデンサを有する第二デルタ結線回路３３を有している。

図２に示すように、第一デルタ結線回路３１は、デルタ結線された第一直列回路３１１、第二直列回路３１３及び第三直列回路３１５を有している。第一直列回路３１１は、リアクトル３１１ａと、リアクトル３１１ａに直列に接続されたサイリスタ回路３１１ｂと、サイリスタ回路３１１ｂに直列に接続されたリアクトル３１１ｃとを有している。サイリスタ回路３１１ｂは、互いに逆並列に接続された２つのサイリスタを有している。第二直列回路３１３は、リアクトル３１３ａと、リアクトル３１３ａに直列に接続されたサイリスタ回路３１３ｂと、サイリスタ回路３１３ｂに直列に接続されたリアクトル３１３ｃとを有している。サイリスタ回路３１３ｂは、互いに逆並列に接続された２つのサイリスタを有している。第三直列回路３１５は、リアクトル３１５ａと、リアクトル３１５ａに直列に接続されたサイリスタ回路３１５ｂと、サイリスタ回路３１５ｂに直列に接続されたリアクトル３１５ｃとを有している。サイリスタ回路３１５ｂは、互いに逆並列に接続された２つのサイリスタを有している。

サイリスタ回路３１１ｂに接続されていない方のリアクトル３１１ａの端子は、サイリスタ回路３１５ｂに接続されていない方のリアクトル３１５ｃの端子に接続されている。サイリスタ回路３１５ｂに接続されていない方のリアクトル３１５ａの端子は、サイリスタ回路３１３ｂに接続されていない方のリアクトル３１３ｃの端子に接続されている。サイリスタ回路３１３ｂに接続されていない方のリアクトル３１３ａの端子は、サイリスタ回路３１１ｂに接続されていない方のリアクトル３１１ｃの端子に接続されている。このように、第一直列回路３１１、第二直列回路３１３及び第三直列回路３１５は、デルタ結線されている。

図２に示すように、第二デルタ結線回路３３は、デルタ結線されたコンデンサ３３１、コンデンサ３３３及びコンデンサ３３５を有している。コンデンサ３３１の一方の電極は、コンデンサ３３５の一方の電極に接続されている。コンデンサ３３５の他方の電極は、コンデンサ３３３の一方の電極に接続されている。コンデンサ３３３の他方の電極は、コンデンサ３３１の他方の電極に接続されている。このように、コンデンサ３３１、コンデンサ３３３及びコンデンサ３３５は、デルタ結線されている。

第一デルタ結線回路３１のリアクトル３１１ａ及びリアクト３１５ｃの接続ノードと、第二デルタ結線回路３３のコンデンサ３３１及びコンデンサ３３５の接続ノードとは、接続されて例えば電力系統２（図１参照）のＵ相に接続されている。第一デルタ結線回路３１のリアクトル３１３ａ及びリアクト３１１ｃの接続ノードと、第二デルタ結線回路３３のコンデンサ３３３及びコンデンサ３３１の接続ノードとは、接続されて例えば電力系統２（図１参照）のＶ相に接続されている。第一デルタ結線回路３１のリアクトル３１５ａ及びリアクト３１３ｃの接続ノードと、第二デルタ結線回路３３のコンデンサ３３５及びコンデンサ３３３の接続ノードとは、接続されて例えば電力系統２（図１参照）のＷ相に接続されている。このように、第一デルタ結線回路３１及び第二デルタ結線回路３３は、Δ（デルタ）－Δ（デルタ）結線されて電力系統２に接続されている。

第一デルタ結線回路３１に設けられたサイリスタ回路３１１ｂを構成するサイリスタ、サイリスタ回路３１３ｂを構成するサイリスタ及びサイリスタ回路３１５ｂを構成するサイリスタは、制御装置１から出力される点弧角（制御値の一例）αに基づいてオン／オフ状態が制御される。

補償回路３は、第一直列回路３１１、第二直列回路３１３及び第三直列回路３１５がスター結線された第一スター結線回路と、コンデンサ３３１、コンデンサ３３３及びコンデンサ３３５がスター結線された第二スター結線回路とを有していてもよい。この場合、当該第一スター結線回路と当該第二スター結線回路は、Ｙ（スター）－Ｙ（スター）結線されて電力系統２に接続されていてもよい。また、補償回路３は、Ｙ－Δ結線されて電力系統２に接続された当該第一スター結線回路及び第二デルタ結線回路３３を有していてもよい。また、補償回路３は、Δ－Ｙ結線されて電力系統２に接続された第一デルタ結線回路３１及び当該第二スター結線回路を有していてもよい。

ここで、補償回路３の動作について説明する。以下、アーク炉４が発生する無効電力Ｑｆ、電力系統２の無効電力Ｑｓ、補償回路３の無効電力Ｑｔの参照符号「Ｑｆ」、「Ｑｓ」及び「Ｑｔ」を各電力の値としても用いる場合がある。

アーク炉４が発生する無効電力Ｑｆが変動すると、電力系統２と補償回路３との接続ノードＮにおいて電圧変動が生じて電圧フリッカＶＦが発生する。電圧フリッカＶＦは、以下の式（２）で表すことができる。式（２）における「ＸＬ」は、系統インピーダンス２３のリアクタンス分（ｐ．ｕ．）を示している。
ＶＦ＝ＸＬ×Ｑｓ ・・・（２）

無効電力補償装置ＰＣＤは、接続ノードＮでの電圧フリッカＶＦを低減するために、アーク炉４で発生する無効電力Ｑｆに比例し補償回路３に流入する無効電力Ｑｔを制御する。電力系統２の無効電力Ｑｓは、以下の式（３）で表すことができる。
Ｑｓ＝Ｑｆ－Ｑｔ ・・・（３）

式（２）及び式（３）から明らかなように、接続ノードＮでの電圧フリッカＶＦは、補償回路３に流入する無効電力Ｑｔと、アーク炉４で発生する無効電力Ｑｆとが同一となるように補償回路３を制御することによってゼロにすることができる。そこで、無効電力補償装置ＰＣＤは、制御装置１において、電力系統２から取得した系統電圧Ｖｓ及び負荷電流Ｉｆと、アーク炉４の状況とに基づいて演算された点弧角αを用いてサイリスタ３５を制御し、電圧フリッカＶＦを低減するようになっている。

（制御装置）
次に、本実施形態による制御装置１の詳細な構成について図１を参照しつつ図４を用いて説明する。図４では、理解を容易にするため、電力系統２に接続されたアーク炉４と、無効電力補償装置ＰＣＤに設けられた電圧変成器５及び電流変成器７が併せて図示されている。また、制御装置１は、各相の所定電圧及び所定電流に基づいて、補償回路３に設けられたサイリスタ回路３１１ｂ，３１３ｂ，３１５ｂ（図２参照）をそれぞれ個別に制御するように構成されている。制御装置１は、サイリスタ回路３１１ｂ，３１３ｂ，３１５ｂのいずれも同様の動作で制御するため、以下、サイリスタ回路３１１ｂ，３１３ｂ，３１５ｂを区別せずに説明する。

図４に示すように、制御装置１は、電力系統２（図１参照）に接続されたアーク炉（負荷の一例）４に起因して発生すると予測される予測電圧フリッカＰＦ１，ＰＦ２，ＰＦ３を、アーク炉４が発生する無効電力Ｑｆを補償する補償ゲインの予備となる複数の予備ゲインごとに演算する予測電圧フリッカ演算部１１を備えている。また、制御装置１は、現状のアーク炉４に対応するゲインを補償ゲインの初期値である初期ゲインに設定する初期ゲイン設定部１３を備えている。ここで、現状のアーク炉４とは、動作中のアーク炉４の現在の状況をいう。つまり、本実施形態では、現状のアーク炉４には、現在が点弧期、ボーリング期、溶解期及び溶解末期などの状況が存在する。

また、制御装置１は、アーク炉４の状態に基づいて、予測電圧フリッカ演算部１１で演算された複数（本実施形態では３つ）の予測電圧フリッカＰＦ１，ＰＦ２，ＰＦ３に対応する複数（本実施形態では３つ）の予備ゲイン及び初期ゲイン設定部１３で設定された初期ゲインの中から補償ゲインを選択する補償ゲイン選択部１５を備えている。ここで、アーク炉４の状態とは、アーク炉４が同一の状況が継続した状態及び異なる状況に変化した状態のいずれかをいう。アーク炉４の状態として、例えばアーク炉４が点弧期を継続している状態やアーク炉４が点弧期からボーリング期に変化した状態などがある。予測電圧フリッカ演算部１１、初期ゲイン設定部１３及び補償ゲイン選択部１５の詳細は後述する。

制御装置１は、電力系統２の系統電圧Ｖｓ及びアーク炉４に流れる負荷電流Ｉｆに基づいて無効電力Ｑを演算する無効電力演算回路（無効電力演算部の一例）１２を備えている。また、制御装置１は、補償ゲイン選択部１５で選択された補償ゲインを無効電力演算回路１２で演算された無効電力Ｑに乗算するゲイン乗算回路（ゲイン乗算部）１４を備えている。さらに、制御装置１は、ゲイン乗算回路１４で補償ゲインが乗算された無効電力ＫＱを用いて補償回路３（図１参照）を制御する点弧角（制御値の一例）αを演算する点弧角演算回路（制御値演算部の一例）１６を備えている。

より具体的に、無効電力演算回路１２は、電圧変成器５で検出されて降圧された系統電圧Ｖｓと、電流変成器７で検出されて変成された負荷電流Ｉｆとが入力される。無効電力演算回路１２は、入力された系統電圧Ｖｓ及び負荷電流Ｉｆを用いて無効電力を演算し、演算した無効電力をゲイン乗算回路１４及び予測電圧フリッカ演算部１１に出力するように構成されている。

ゲイン乗算回路１４は、補償ゲインを記憶する記憶部（不図示）を有している。当該記憶部には、補償ゲイン選択部１５から入力される補償ゲインＫが記憶される。ゲイン乗算回路１４は、無効電力演算回路１２から無効電力Ｑが入力されると、入力された無効電力Ｑに当該記憶部から読み出した補償ゲインＫを乗じた無効電力ＫＱを点弧角演算回路１６に出力するように構成されている。

点弧角演算回路１６は、ゲイン乗算回路１４から入力された無効電力ＫＱに基づいて、補償回路３に設けられたサイリスタ３５（図１参照）を制御するための点弧角αを演算する。点弧角演算回路１６が演算して決定する点弧角αは、ゲイン乗算回路１４から入力された無効電力ＫＱに相当する無効電力Ｑｔが補償回路３に流入するようにサイリスタ３５を制御することができる値である。

このように、制御装置１は、検出された系統電圧Ｖｓ及び負荷電流Ｉｆを用いて演算された無効電力Ｑに補償ゲインを乗じた無効電力ＫＱに基づいて点弧角αを演算するようになっている。しかしながら、補償ゲインの最適値は、アーク炉４の状況によって変動する。このため、制御装置１は、アーク炉４の状況に基づいて、最適な補償ゲインを予測電圧フリッカ演算部１１、初期ゲイン設定部１３及び補償ゲイン選択部１５によって決定するようになっている。

図４に示すように、予測電圧フリッカ演算部１１は、無効電力演算回路１２から無効電力Ｑが入力される前段演算部１１０ａと、前段演算部１１０ａの後段に設けられた後段演算部１１０ｂとを有している。前段演算部１１０ａは、アーク炉４に起因する電圧フリッカＶＦを補償する補償回路３を模擬した補償回路モデル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃを有している。前段演算部１１０ａは、補償回路３に流れると予測される予測電流Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３を複数（本実施形態では３つ）の予備ゲイン及び補償回路モデル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃに基づいて複数の予備ゲインごとに演算するようになっている。

後段演算部１１０ｂは、電力系統２を模擬したモデルであって前段演算部１１０ａで演算された予測電流Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３を用いて電力系統２に発生すると予測される予測電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を複数（本実施形態では３つ）の予測電流Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３ごとに演算する系統モデル１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃを有している。後段演算部１１０ｂは、系統モデル１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃが演算した複数の予測電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ごとに予測電圧フリッカＰＦ１，ＰＦ２，ＰＦ３を演算するようになっている。

前段演算部１１０ａは、複数の予備ゲインを無効電力Ｑにそれぞれ乗算する予備ゲイン乗算回路（予備ゲイン乗算部の一例）１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを有している。また、前段演算部１１０ａは、補償回路３を制御する点弧角αの予測値であって補償回路モデル１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃに入力する点弧角予測値（制御予測値の一例）α１，α２，α３を、予備ゲイン乗算回路１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃで予備ゲインがそれぞれ乗算された無効電力Ｋ１Ｑ，Ｋ２Ｑ，Ｋ３Ｑごとに演算する点弧角予測値演算回路（制御予測値演算部の一例）１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃを有している。

より具体的に、前段演算部１１０ａに設けられた予備ゲイン乗算回路１１１ａには、無効電力演算回路１２から出力された無効電力Ｑが入力されるようになっている。予備ゲイン乗算回路１１１ａは、例えばゲイン乗算回路１４と同一の構成を有している。予備ゲイン乗算回路１１１ａは、予備ゲインを記憶する記憶部（不図示）を有している。当該記憶部には、補償ゲイン選択部１５で選択された補償ゲインと同じ値の予備ゲインＫ１が記憶される。このため、予備ゲイン乗算回路１１１ａは、ゲイン乗算回路１４に記憶されている補償ゲインＫと同じ値の予備ゲインを記憶する。ゲイン乗算回路１４に記憶されている補償ゲインＫは、補償回路３のサイリスタ３５を制御している現時点の点弧角αの元になった補償ゲインである。予備ゲイン乗算回路１１１ａは、無効電力演算回路１２から無効電力Ｑが入力されると、入力された無効電力Ｑに当該記憶部から読み出した予備ゲインＫ１を乗じた無効電力Ｋ１Ｑを点弧角予測値演算回路１１２ａに出力するように構成されている。

点弧角予測値演算回路１１２ａは、例えば点弧角演算回路１６と同一の構成を有している。点弧角予測値演算回路１１２ａは、予備ゲイン乗算回路１１１ａから入力された無効電力Ｋ１Ｑに基づいて、補償回路３に設けられたサイリスタ３５を制御するための点弧角予測値α１を演算する。点弧角予測値演算回路１１２ａが演算して決定する点弧角予測値α１は、予備ゲイン乗算回路１１１ａから入力された無効電力Ｋ１Ｑに相当する無効電力Ｑｔが補償回路３に流入するようにサイリスタ３５を制御することができる値である。点弧角予測値演算回路１１２ａは、演算した点弧角予測値α１を補償回路モデル１１３ａに出力する。

補償回路モデル１１３ａは、点弧角予測値演算回路１１２ａから入力される点弧角予測値α１によってサイリスタ３５を制御した場合に補償回路３に流れると予測される予測電流Ｉｔ１を演算する。補償回路モデル１１３ａは、補償回路３を模擬したモデルである。このため、補償回路モデル１１３ａは、点弧角予測値α１によってサイリスタ３５を制御した場合に補償回路３に流れる電流を予測することができる。点弧角予測値α１を演算するために元となった予備ゲインＫ１は、ゲイン乗算回路１４に記憶されている補償ゲインＫと同じ値である。つまり、点弧角予測値α１の値は、補償回路３のサイリスタ３５を制御している現時点の点弧角αとほぼ同じ値である。このため、補償回路モデル１１３ａが演算した予測電流Ｉｔ１の値は、補償回路３に現時点で流れている電流とほぼ同じ値となる。

前段演算部１１０ａに設けられた予備ゲイン乗算回路１１１ｂには、無効電力演算回路１２から出力された無効電力Ｑが入力されるようになっている。予備ゲイン乗算回路１１１ｂは、例えば予備ゲイン乗算回路１１１ａと同一の構成を有している。予備ゲイン乗算回路１１１ｂは、予備ゲインを記憶する記憶部（不図示）を有している。当該記憶部には、予備ゲイン乗算回路１１１ａに記憶された予備ゲインＫ１とは異なる値の予備ゲインＫ２が記憶される。予備ゲインＫ２は、例えば予備ゲインＫ１に所定値Ｇ（例えば０．１）を加算した値である。予備ゲイン乗算回路１１１ｂは、無効電力演算回路１２から無効電力Ｑが入力されると、入力された無効電力Ｑに当該記憶部から読み出した予備ゲインＫ２を乗じた無効電力Ｋ２Ｑを点弧角予測値演算回路１１２ｂに出力するように構成されている。

点弧角予測値演算回路１１２ｂは、例えば点弧角予測値演算回路１１２ａと同一の構成を有している。点弧角予測値演算回路１１２ｂは、予備ゲイン乗算回路１１１ｂから入力された無効電力Ｋ２Ｑに基づいて、補償回路３に設けられたサイリスタ３５を制御するための点弧角予測値α２を演算する。点弧角予測値演算回路１１２ｂが演算して決定する点弧角予測値α２は、予備ゲイン乗算回路１１１ｂから入力された無効電力Ｋ２Ｑに相当する無効電力Ｑｔが補償回路３に流入するようにサイリスタ３５を制御することができる値である。点弧角予測値演算回路１１２ｂは、演算した点弧角予測値α２を補償回路モデル１１３ｂに出力する。

補償回路モデル１１３ｂは、点弧角予測値演算回路１１２ｂから入力される点弧角予測値α２によってサイリスタ３５を制御した場合に補償回路３に流れると予測される予測電流Ｉｔ２を演算する。補償回路モデル１１３ｂは、補償回路３を模擬したモデルである。このため、補償回路モデル１１３ｂは、点弧角予測値α２によってサイリスタ３５を制御した場合に補償回路３に流れる電流を予測することができる。点弧角予測値α２を演算するために元となった予備ゲインＫ２は、予備ゲインＫ１よりも大きい値である。このため、補償回路モデル１１３ｂが演算した予測電流Ｉｔ２の電流量は、補償回路３に現時点で流れている電流の電流量と異なる値となる。

前段演算部１１０ａに設けられた予備ゲイン乗算回路１１１ｃには、無効電力演算回路１２から出力された無効電力Ｑが入力されるようになっている。予備ゲイン乗算回路１１１ｃは、例えば予備ゲイン乗算回路１１１ａと同一の構成を有している。予備ゲイン乗算回路１１１ｃは、予備ゲインを記憶する記憶部（不図示）を有している。当該記憶部には、予備ゲイン乗算回路１１１ａに記憶された予備ゲインＫ１とは異なる値の予備ゲインＫ３が記憶される。予備ゲインＫ３は、例えば予備ゲインＫ２における所定値と同じ値（例えば０．１）を予備ゲインＫ１から減算した値である。予備ゲイン乗算回路１１１ｃは、無効電力演算回路１２から無効電力Ｑが入力されると、入力された無効電力Ｑに当該記憶部から読み出した予備ゲインＫ３を乗じた無効電力Ｋ３Ｑを点弧角予測値演算回路１１２ｃに出力するように構成されている。

点弧角予測値演算回路１１２ｃは、例えば点弧角予測値演算回路１１２ａと同一の構成を有している。点弧角予測値演算回路１１２ｃは、予備ゲイン乗算回路１１１ｃから入力された無効電力Ｋ３Ｑに基づいて、補償回路３に設けられたサイリスタ３５を制御するための点弧角予測値α３を演算する。点弧角予測値演算回路１１２ｃが演算して決定する点弧角予測値α３は、予備ゲイン乗算回路１１１ｃから入力された無効電力Ｋ３Ｑに相当する無効電力Ｑｔが補償回路３に流入するようにサイリスタ３５を制御することができる値である。点弧角予測値演算回路１１２ｃは、演算した点弧角予測値α３を補償回路モデル１１３ｃに出力する。

補償回路モデル１１３ｃは、点弧角予測値演算回路１１２ｃから入力される点弧角予測値α３によってサイリスタ３５を制御した場合に補償回路３に流れると予測される予測電流Ｉｔ３を演算する。補償回路モデル１１３ｃは、補償回路３を模擬したモデルである。このため、補償回路モデル１１３ｃは、点弧角予測値α３によってサイリスタ３５を制御した場合に補償回路３に流れる電流を予測することができる。点弧角予測値α３を演算するために元となった予備ゲインＫ３は、予備ゲインＫ１よりも小さい値である。このため、補償回路モデル１１３ｃが演算した予測電流Ｉｔ３の電流量は、補償回路３に現時点で流れている電流の電流量と異なる値となる。

後段演算部１１０ｂは、前段演算部１１０ａで演算された複数（本実施形態では３つ）の予測電流Ｉｔ１，Ｉｔ２，Ｉｔ３のそれぞれにアーク炉４に流れる負荷電流Ｉｆを加算して電力系統２に流れると予測される予測系統電流Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３を演算する予測系統電流演算回路（予測系統電流演算部の一例）１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃを有している。

後段演算部１１０ｂは、予測系統電流演算回路１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃで演算された複数の予測系統電流Ｉｓ１，Ｉｓ２，Ｉｓ３を用いて系統モデル１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃで算出された複数の予測電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ごとに予測電圧フリッカＰＦ１，ＰＦ２，ＰＦ３を検出する予測電圧フリッカ検出回路（予測電圧フリッカ検出部の一例）１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃを有している。

後段演算部１１０ｂに設けられた予測系統電流演算回路１１４ａは、例えば加算器で構成されている。予測系統電流演算回路１１４ａには、補償回路モデル１１３ａから出力される予測電流Ｉｔ１と、電流変成器７で検出されて変成された負荷電流Ｉｆとが入力される。予測系統電流演算回路１１４ａは、入力される予測電流Ｉｔ１及び負荷電流Ｉｆを加算した電流を予測系統電流Ｉｓ１として系統モデル１１５ａに出力するように構成されている。予測電流Ｉｔ１を演算するために元となった点弧角予測値α１の値は、補償回路３のサイリスタ３５を制御している現時点の点弧角αとほぼ同じ値である。また、電流変成器７で検出されて変成された負荷電流Ｉｆは、現時点でアーク炉４に流れている電流である。このため、予測系統電流演算回路１１４ａが演算した予測系統電流Ｉｓ１の値は、電力系統２に現時点で流れている系統電流Ｉｓとほぼ同じ値となる。

後段演算部１１０ｂに設けられた系統モデル１１５ａには、予測系統電流演算回路１１４ａから出力された予測系統電流Ｉｓ１が入力するようになっている。系統モデル１１５ａは、電力系統２を模擬したモデルである。また、予測系統電流Ｉｓ１は、電力系統２に現時点で流れている系統電流Ｉｓとほぼ同じ電流である。このため、系統モデル１１５ａが演算する予測電圧Ｖ１は、電力系統２に現時点で発生している系統電圧Ｖｓとほぼ同じ電圧となる。

後段演算部１１０ｂに設けられた予測電圧フリッカ検出回路１１６ａには、系統モデル１１５ａが演算した予測電圧Ｖ１が入力するようになっている。予測電圧フリッカ検出回路１１６ａは、フリッカメータ９（図１参照）と同様の機能を発揮するようになっている。予測電圧フリッカ検出回路１１６ａは、系統モデル１１５ａから入力された予測電圧Ｖ１を用いて予測電圧フリッカＰＦ１を検出し、補償ゲイン選択部１５に出力するように構成されている。予測電圧フリッカ検出回路１１６ａは、予測電圧フリッカＰＦ１の元となった予備ゲインＫ１を予測電圧フリッカＰＦ１に対応付けて補償ゲイン選択部１５に出力するように構成されていてもよい。また、補償ゲイン選択部１５は、予測電圧フリッカ検出回路１１６ａから予測電圧フリッカＰＦ１が入力された場合に、予測電圧フリッカ検出回路１１６ａの前段に設けられた予備ゲイン乗算回路１１１ａの記憶部に記憶された予備ゲインＫ１を取得するように構成されていてもよい。

後段演算部１１０ｂに設けられた予測系統電流演算回路１１４ｂは、例えば加算器で構成されている。予測系統電流演算回路１１４ｂには、補償回路モデル１１３ｂから出力される予測電流Ｉｔ２と、電流変成器７で検出されて変成された負荷電流Ｉｆとが入力される。予測系統電流演算回路１１４ｂは、入力される予測電流Ｉｔ２及び負荷電流Ｉｆを加算した電流を予測系統電流Ｉｓ２として系統モデル１１５ａに出力するように構成されている。予測電流Ｉｔ２を演算するために元となった点弧角予測値α２の値は、補償回路３のサイリスタ３５を制御している現時点の点弧角αと異なる値である。また、電流変成器７で検出されて変成された負荷電流Ｉｆは、現時点でアーク炉４に流れている電流である。このため、予測系統電流演算回路１１４ｂが演算した予測系統電流Ｉｓ２の電流量、電力系統２に現時点で流れている系統電流Ｉｓの電流量と異なる値となる。

後段演算部１１０ｂに設けられた系統モデル１１５ｂには、予測系統電流演算回路１１４ｂから出力された予測系統電流Ｉｓ２が入力するようになっている。系統モデル１１５ｂは、電力系統２を模擬したモデルである。また、予測系統電流Ｉｓ２は、電力系統２に現時点で流れている系統電流Ｉｓよりも大きい電流値の電流である。このため、系統モデル１１５ｂが演算する予測電圧Ｖ２は、電力系統２に現時点で発生している系統電圧Ｖｓよりも大きい電圧となる。

後段演算部１１０ｂに設けられた予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂには、系統モデル１１５ｂが演算した予測電圧Ｖ２が入力するようになっている。予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂは、フリッカメータ９（図１参照）と同様の機能を発揮するようになっている。予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂは、系統モデル１１５ｂから入力された予測電圧Ｖ２を用いて予測電圧フリッカＰＦ２を検出し、補償ゲイン選択部１５に出力するように構成されている。予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂは、予測電圧フリッカＰＦ２の元となった予備ゲインＫ２を予測電圧フリッカＰＦ２に対応付けて補償ゲイン選択部１５に出力するように構成されていてもよい。また、補償ゲイン選択部１５は、予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂから予測電圧フリッカＰＦ２が入力された場合に、予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂの前段に設けられた予備ゲイン乗算回路１１１ｂの記憶部に記憶された予備ゲインＫ２を取得するように構成されていてもよい。

後段演算部１１０ｂに設けられた予測系統電流演算回路１１４ｃは、例えば加算器で構成されている。予測系統電流演算回路１１４ｃには、補償回路モデル１１３ｃから出力される予測電流Ｉｔ３と、電流変成器７で検出されて変成された負荷電流Ｉｆとが入力される。予測系統電流演算回路１１４ｃは、入力される予測電流Ｉｔ３及び負荷電流Ｉｆを加算した電流を予測系統電流Ｉｓ３として系統モデル１１５ｃに出力するように構成されている。予測電流Ｉｔ３を演算するために元となった点弧角予測値α３の値は、補償回路３のサイリスタ３５を制御している現時点の点弧角αと異なる値である。また、電流変成器７で検出されて変成された負荷電流Ｉｆは、現時点でアーク炉４に流れている電流である。このため、予測系統電流演算回路１１４ｃが演算した予測系統電流Ｉｓ３の電流量は、電力系統２に現時点で流れている系統電流Ｉｓの電流量と異なる値となる。

後段演算部１１０ｂに設けられた系統モデル１１５ｃには、予測系統電流演算回路１１４ｃから出力された予測系統電流Ｉｓ３が入力するようになっている。系統モデル１１５ｃは、電力系統２を模擬したモデルである。また、予測系統電流Ｉｓ３は、電力系統２に現時点で流れている系統電流Ｉｓよりも小さい電流値の電流である。このため、系統モデル１１５ｃが演算する予測電圧Ｖ３は、電力系統２に現時点で発生している系統電圧Ｖｓよりも小さい電圧となる。

後段演算部１１０ｂに設けられた予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃには、系統モデル１１５ｃが演算した予測電圧Ｖ３が入力するようになっている。予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃは、フリッカメータ９（図１参照）と同様の機能を発揮するようになっている。予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃは、系統モデル１１５ｃから入力された予測電圧Ｖ３を用いて予測電圧フリッカＰＦ３を検出し、補償ゲイン選択部１５に出力するように構成されている。予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃは、予測電圧フリッカＰＦ３の元となった予備ゲインＫ３を予測電圧フリッカＰＦ３に対応付けて補償ゲイン選択部１５に出力するように構成されていてもよい。また、補償ゲイン選択部１５は、予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃから予測電圧フリッカＰＦ３が入力された場合に、予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃの前段に設けられた予備ゲイン乗算回路１１１ｃの記憶部に記憶された予備ゲインＫ３を取得するように構成されていてもよい。

初期ゲイン設定部１３は、アーク炉４の複数の状況ごとに対応付けられたゲインを記憶して設定する設定器（記憶部の一例）１３２と、現状のアーク炉４に対応するゲインを設定器１３２に設定された複数のゲインの中から初期ゲインとして選択する選択回路（選択部）１３１とを有している。

設定器１３２は、アーク炉４の複数の状況と、当該複数の状況において最適なゲインとを対応付けて設定している。設定器１３２は、アーク炉４の状況の一例に相当する点弧期と、点弧期に最適なゲインＫｏ１とを対応付けて設定している。また、設定器１３２は、アーク炉４の状況の一例に相当するボーリング期と、ボーリング期に最適なゲインＫｏ２とを対応付けて設定している。また、設定器１３２は、アーク炉４の状況の一例に相当する溶解期と、溶解期に最適なゲインＫｏ３とを対応付けて設定している。また、設定器１３２は、アーク炉４の状況の一例に相当する溶解末期と、溶解末期に最適なゲインＫｏ４とを対応付けて設定している。さらに、設定器１３２は、アーク炉４のその他の状況と、当該その他の状況に最適なゲインＫｏｉとを対応付けて設定していてもよい。

選択回路１３１は、アーク炉４から炉状況信号ｓｉｇが入力するように構成されている。炉状況信号ｓｉｇには、アーク炉４の現在の状況に関する情報が含まれている。選択回路１３１は、アーク炉４から入力される炉状況信号ｓｉｇからアーク炉４の現在の状況に関する情報を取得する。選択回路１３１は、炉状況信号ｓｉｇから取得したアーク炉４の現在の状況と一致する状況に対応付けられたゲインを初期ゲインとして選択するように構成されている。

補償ゲイン選択部１５には、予測電圧フリッカ検出回路１１６ａから予測電圧フリッカＰＦ１が入力され、予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂから予測電圧フリッカＰＦ２が入力され、予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃから予測電圧フリッカＰＦ３が入力される。さらに、補償ゲイン選択部１５には、初期ゲイン設定部１３の選択回路１３１から初期ゲインが入力される。補償ゲイン選択部１５は、アーク炉４の状況が変化した場合には、選択回路１３１から入力される初期ゲインを補償ゲインＫとして選択し、ゲイン乗算回路１４に出力するように構成されている。また、補償ゲイン選択部１５は、アーク炉４の状況が維持されている場合には、入力される予測電圧フリッカＰＦ１，ＰＦ２，ＰＦ３のうちの最小値の予測電圧フリッカの元となった予備ゲインを補償ゲインＫとして選択し、ゲイン乗算回路１４に出力するように構成されている。例えば、予測電圧フリッカＰＦ１が予測電圧フリッカＰＦ２，ＰＦ３よりも小さい場合、補償ゲイン選択部１５は、予測電圧フリッカＰＦ１の元となった予備ゲインＫ１を補償ゲインＫとして選択する。

このように、補償ゲイン選択部１５は、アーク炉４の状況が変化した場合に、アーク炉４の状況の変化に追随して変化後のアーク炉４の状況に最適な補償ゲインＫを設定できる。このため、制御装置１及び無効電力補償装置ＰＣＤは、アーク炉４の状況が変化してから最適な状態で電圧フリッカを補償するまでの時間遅れを防止することができる。

（制御装置及び無効電力補償装置の動作）
次に、本実施形態による制御装置１及び無効電力補償装置ＰＣＤの動作について、図１及び図４を参照しつつ図５及び図６を用いて説明する。図５及び図６において、予備ゲインＫ２及び予備ゲインＫ３を決定する際に予備ゲインＫ１から加減算される所定値Ｇは、「０．１」に設定されている。

図５中及び図６中の１段目には、補償ゲインＫに対する電圧フリッカの推移の一例が示されている。図５中及び図６中の２段目には、補償ゲインＫの値が示されている。図５中の３段目には、炉状況信号ｓｉｇの一例が示されている。図５中の５段目及び図６中の４段目には、アーク炉４の現在の状況が示されている。図５中及び図６中の１段目において左から右に向かって時の経過が表されている。図５中及び図６中の１段目に示すグラフの横軸は時間を表し、縦軸は電圧フリッカΔＶ１０を表している。図５中及び図６中の１段目に示す「Ｋ＝０．２」、「Ｋ＝０．３」、「Ｋ＝０．４」、「Ｋ＝０．５」、「Ｋ＝０．６」、「Ｋ＝０．７」及び「Ｋ＝０．８」は、補償ゲインＫを０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７及び０．８に設定した場合の電圧フリッカΔＶ１０を示している。図５中及び図６中に示す「ＶＦ」は、電力系統２に発生する電圧フリッカの推移を示している。

図５に示すように、時刻ｔ０において、補償ゲインＫには０．３が設定されている。このため、予備ゲインＫ１は０．３となる。０．３の予備ゲインＫ１を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ａから予測電圧フリッカ検出回路１１６ａによって演算された予測電圧フリッカＰＦ１は、１．２Ｖとなる。また、予備ゲインＫ２は０．４（＝０．３＋０．１（Ｋ１＋Ｇ））となる。０．４の予備ゲインＫ２を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｂから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂによって演算された予測電圧フリッカＰＦ２は、１．１Ｖとなる。また、予備ゲインＫ３は０．２（＝０．３－０．１（Ｋ１－Ｇ））となる。０．２の予備ゲインＫ３を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｃから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃによって演算された予測電圧フリッカＰＦ３は、１．３Ｖとなる。時刻ｔ０において、アーク炉４の現状は状況Ａが維持されている。このため、補償ゲイン選択部１５は、予測電圧フリッカが最小値の予測電圧フリッカＰＦ２の元となった予備ゲインＫ２（＝０．４）を補償ゲインとして選択し、ゲイン乗算回路１４に出力する。その結果、図５に示すように、時刻ｔ０において補償ゲインＫが０．４に変更される。

図５に示すように、時刻ｔ０から１分間経過した後の時刻ｔ１において、補償ゲインＫには０．４が設定されている。このため、予備ゲインＫ１は０．４となる。０．４の予備ゲインＫ１を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ａから予測電圧フリッカ検出回路１１６ａによって演算された予測電圧フリッカＰＦ１は、１．１Ｖとなる。また、予備ゲインＫ２は０．５（＝０．４＋０．１（Ｋ１＋Ｇ））となる。０．５の予備ゲインＫ２を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｂから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂによって演算された予測電圧フリッカＰＦ２は、１．０５Ｖとなる。また、予備ゲインＫ３は０．３（＝０．４－０．１（Ｋ１－Ｇ））となる。０．３の予備ゲインＫ３を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｃから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃによって演算された予測電圧フリッカＰＦ３は、１．２５Ｖとなる。時刻ｔ１において、アーク炉４の現状は状況Ａが維持されている。このため、補償ゲイン選択部１５は、予測電圧フリッカが最小値の予測電圧フリッカＰＦ２の元となった予備ゲインＫ２（＝０．５）を補償ゲインとして選択し、ゲイン乗算回路１４に出力する。その結果、図５に示すように、時刻ｔ１において補償ゲインＫが０．５に変更される。

図５に示すように、時刻ｔ１から１分間を経過する前にアーク炉４の状況が状況Ａから状況Ｂに変化したとする。

図５に示すように、時刻ｔ１から１分間経過した後の時刻ｔ２において、補償ゲインＫは０．５には設定がされている。このため、予備ゲインＫ１は０．５となる。０．５の予備ゲインＫ１を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ａから予測電圧フリッカ検出回路１１６ａによって演算された予測電圧フリッカＰＦ１は、１．０Ｖとなる。また、予備ゲインＫ２は０．６（＝０．５＋０．１（Ｋ１＋Ｇ））となる。０．６の予備ゲインＫ２を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｂから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂによって演算された予測電圧フリッカＰＦ２は、０．９Ｖとなる。また、予備ゲインＫ３は０．４（＝０．５－０．１（Ｋ１－Ｇ））となる。０．４の予備ゲインＫ３を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｃから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃによって演算された予測電圧フリッカＰＦ３は、１．２Ｖとなる。時刻ｔ２において、アーク炉４の現状は状況Ａから状況Ｂに変化している。このため、補償ゲイン選択部１５は、初期ゲイン設定部１３の選択回路１３１から入力された初期ゲイン（状況Ｂに対応付けられたゲイン（例えば０．７））を補償ゲインとして選択し、ゲイン乗算回路１４に出力する。その結果、図５に示すように、時刻ｔ２において補償ゲインＫが０．７に変更される。

図５に示すように、時刻ｔ２から１分間経過した後の時刻ｔ３において、補償ゲインＫは０．７には設定がされている。このため、予備ゲインＫ１は０．７となる。０．７の予備ゲインＫ１を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ａから予測電圧フリッカ検出回路１１６ａによって演算された予測電圧フリッカＰＦ１は、０．６５Ｖとなる。また、予備ゲインＫ２は０．８（＝０．７＋０．１（Ｋ１＋Ｇ））となる。０．８の予備ゲインＫ２を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｂから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂによって演算された予測電圧フリッカＰＦ２は、０．７５Ｖとなる。また、予備ゲインＫ３は０．６（＝０．７－０．１（Ｋ１－Ｇ））となる。０．６の予備ゲインＫ３を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｃから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃによって演算された予測電圧フリッカＰＦ３は、０．９Ｖとなる。時刻ｔ３において、アーク炉４の現状は状況Ｂが維持されている。このため、補償ゲイン選択部１５は、予測電圧フリッカが最小値の予測電圧フリッカＰＦ１の元となった予備ゲインＫ２（＝０．７）を補償ゲインとして選択し、ゲイン乗算回路１４に出力する。その結果、図５に示すように、時刻ｔ３において補償ゲインＫが０．７に維持される。

図５に示すように、時刻ｔ４から時刻ｔ９まで、アーク炉４の現状は状況Ｂで維持されている。このため、制御装置１及び無効電力補償装置ＰＣＤは、時刻ｔ４以降も時刻ｔ３と同様に実行し、電力系統２に発生する電圧フリッカＶＦを低減するように動作する。

次に、初期ゲイン設定部１３及び補償ゲイン選択部１５を有さない場合の参考例としての制御装置及び無効電力補償装置の動作例について図６を用いて説明する。参考例としての制御装置は、初期ゲイン設定部１３を有しておらず、かつ補償ゲイン選択部の構成が異なる点を除いて、制御装置１と同様の構成を有している。参考例としての制御装置に設けられた補償ゲイン選択部は、予測電圧フリッカ検出回路１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃから入力される予測電圧フリッカのうちの最小値の予測電圧フリッカに対応する予備ゲインを補償ゲインに選択するようになっている。参考例としての制御装置の動作の説明において、理解を容易にするため、制御装置１の各構成要件の参照符号を用いて説明する。

図６に示すように、参考例としての制御装置は、時刻ｔ０及び時刻ｔ１において、本実施形態による制御装置１と同様に動作するため、説明は省略する。

図６に示すように、時刻ｔ１から１分間を経過する前にアーク炉４の状況が状況Ａから状況Ｂに変化したとする。

図６に示すように、時刻ｔ１から１分間経過した後の時刻ｔ２において、補償ゲインＫには０．５が設定されている。このため、予備ゲインＫ１は０．５となる。０．５の予備ゲインＫ１を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ａから予測電圧フリッカ検出回路１１６ａによって演算された予測電圧フリッカＰＦ１は、１．０Ｖとなる。また、予備ゲインＫ２は０．６（＝０．５＋０．１（Ｋ１＋Ｇ））となる。０．６の予備ゲインＫ２を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｂから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂによって演算された予測電圧フリッカＰＦ２は、０．９Ｖとなる。また、予備ゲインＫ３は０．４（＝０．５－０．１（Ｋ１－Ｇ））となる。０．４の予備ゲインＫ３を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｃから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃによって演算された予測電圧フリッカＰＦ３は、１．２Ｖとなる。時刻ｔ２において、アーク炉４の現状は状況Ａから状況Ｂに変化している。しかしながら、参考例としての制御装置は、初期ゲイン設定部１３を有していない。さらに、当該制御装置に設けられた補償ゲイン選択部は、アーク炉４の状況にかかわらず、予測電圧フリッカ検出回路１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃから入力される予測電圧フリッカのうちの最小値の予測電圧フリッカに対応する予備ゲインを補償ゲインに選択するようになっている。このため、補償ゲイン選択部１５は、予測電圧フリッカが最小値の予測電圧フリッカＰＦ１の元となった予備ゲインＫ２（＝０．６）を補償ゲインとして選択し、ゲイン乗算回路１４に出力する。その結果、図６に示すように、時刻ｔ２において補償ゲインＫが０．６に変更される。

図６に示すように、時刻ｔ１から１分間を経過する前にアーク炉４の状況が状況Ａから状況Ｂに変化したとする。

図６に示すように、時刻ｔ２から１分間経過した後の時刻ｔ３において、補償ゲインＫには０．６が設定されている。このため、予備ゲインＫ１は０．６となる。０．６の予備ゲインＫ１を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ａから予測電圧フリッカ検出回路１１６ａによって演算された予測電圧フリッカＰＦ１は、０．９５Ｖとなる。また、予備ゲインＫ２は０．７（＝０．６＋０．１（Ｋ１＋Ｇ））となる。０．７の予備ゲインＫ２を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｂから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂによって演算された予測電圧フリッカＰＦ２は、０．７Ｖとなる。また、予備ゲインＫ３は０．５（＝０．６－０．１（Ｋ１－Ｇ））となる。０．５の予備ゲインＫ３を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｃから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃによって演算された予測電圧フリッカＰＦ３は、１．０５Ｖとなる。補償ゲイン選択部１５は、予測電圧フリッカが最小値の予測電圧フリッカＰＦ１の元となった予備ゲインＫ２（＝０．７）を補償ゲインとして選択し、ゲイン乗算回路１４に出力する。その結果、図６に示すように、時刻ｔ３において補償ゲインＫが０．７に変更される。

図６に示すように、時刻ｔ３から１分間経過した後の時刻ｔ４において、補償ゲインＫには０．７が設定されている。このため、予備ゲインＫ１は０．７となる。０．７の予備ゲインＫ１を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ａから予測電圧フリッカ検出回路１１６ａによって演算された予測電圧フリッカＰＦ１は、０．７５Ｖとなる。また、予備ゲインＫ２は０．８（＝０．７＋０．１（Ｋ１＋Ｇ））となる。０．８の予備ゲインＫ２を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｂから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｂによって演算された予測電圧フリッカＰＦ２は、０．８５Ｖとなる。また、予備ゲインＫ３は０．６（＝０．７－０．１（Ｋ１－Ｇ））となる。０．６の予備ゲインＫ３を用いて予備ゲイン乗算回路１１１ｃから予測電圧フリッカ検出回路１１６ｃによって演算された予測電圧フリッカＰＦ３は、０．９７５Ｖとなる。補償ゲイン選択部１５は、予測電圧フリッカが最小値の予測電圧フリッカＰＦ１の元となった予備ゲインＫ１（＝０．７）を補償ゲインとして選択し、ゲイン乗算回路１４に出力する。その結果、図６に示すように、時刻ｔ４において補償ゲインＫが０．７に維持される。

図６に示すように、時刻ｔ５から時刻ｔ９まで、補償ゲインＫが０．７の場合に電圧フリッカが最小値となる。このため、参考例としての制御装置は、時刻ｔ５以降も時刻ｔ４と同様に実行し、電力系統２に発生する電圧フリッカＶＦを低減するように動作する。

図５及び図６を用いて説明したように、本実施形態による制御装置１は、アーク炉４の状況が変化した後に初めて実行する無効電力補償動作において、現状のアーク炉４に最適な補償ゲインＫに設定することができる。これにより、制御装置１は、アーク炉４の状況の変化に追随して変化後のアーク炉４の状況に最適な補償ゲインＫを設定できる。

これに対し、初期ゲイン設定部１３を有さず、補償ゲイン選択部の構成が制御装置１とは異なる参考例としての制御装置は、アーク炉４の状況が変化した後に初めて実行する無効電力補償動作において、現状のアーク炉４に最適な補償ゲインＫに設定することができない。このため、参考例としての制御装置は、アーク炉４の状況の変化に追随して変化後のアーク炉４の状況に最適な補償ゲインＫを設定できない。

以上説明したように、本実施形態による制御装置１は、電力系統２に接続されたアーク炉４に起因して発生すると予測される予測電圧フリッカＰＦ１，ＰＦ２，ＰＦ３を、アーク炉４が発生する無効電力Ｑｆを補償する補償ゲインの予備となる複数の予備ゲインごとに演算する予測電圧フリッカ演算部１１と、現状のアーク炉４に対応するゲインを補償ゲインの初期値である初期ゲインに設定する初期ゲイン設定部１３と、アーク炉４の状態に基づいて、予測電圧フリッカ演算部１１で演算された複数の予測電圧フリッカＰＦ１，ＰＦ２，ＰＦ３に対応する複数の予備ゲイン及び初期ゲイン設定部１３で設定された初期ゲインの中から補償ゲインを選択する補償ゲイン選択部１５とを備えている。

当該構成を備えた制御装置１及び制御装置１を備えた無効電力補償装置ＰＣＤは、負荷の状況が変化してから最適な状態で電圧フリッカを補償するまでに時間遅れを防止することができる。これにより、制御装置１及び無効電力補償装置ＰＣＤは、電力系統２の安定動作を図ることができる。

本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施形態では、補償回路３は、他励式の静止型フリッカ補償回路で構成されているが、本発明はこれに限られない。補償回路３は、他励式の他の構成の回路でもよく、自励式の回路であってもよい。

制御装置１は、予備ゲイン乗算回路などをそれぞれ３つずつ有しているが、本発明はこれに限られない。制御装置１は、予備ゲイン乗算回路などをそれぞれ４つ以上有していてもよい。

無効電力を調整する時間間隔は、１分以外の間隔であってもよい。

制御装置１及び無効電力補償装置ＰＣＤは、電力系統に接続される負荷としてアーク炉以外の状況が変化する負荷（例えば再生エネルギーを生成する装置）であっても、無効電力を補償できる。

本発明の技術的範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の技術的範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

１ 制御装置
２ 電力系統
３ 補償回路
４ アーク炉
５ 電圧変成器
６ コンデンサ
７ 電流変成器
８ 補償回路
９ フリッカメータ
１１ 予測電圧フリッカ演算部
１２ 無効電力演算回路
１３ 初期ゲイン設定部
１４ ゲイン乗算回路
１５ 補償ゲイン選択部
１６ 点弧角演算回路
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ 予測電圧フリッカ検出回路
２１ 交流電源
２３ 系統インピーダンス
３１，３３ リアクトル
３５ サイリスタ
１１０ａ 前段演算部
１１０ｂ 後段演算部
１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ 予備ゲイン乗算回路
１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ 点弧角予測値演算回路
１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ 補償回路モデル
１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃ 予測系統電流演算回路
１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃ 系統モデル
１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃ 予測電圧フリッカ検出回路
１３１ 選択回路
１３２ 設定器
ＰＣＤ 無効電力補償装置

Claims (8)

1. 電力系統に接続された負荷に起因して発生すると予測される予測電圧フリッカを、前記負荷が発生する無効電力を補償する補償ゲインの予備となる複数の予備ゲインごとに演算する予測電圧フリッカ演算部と、
   現状の前記負荷に対応するゲインを前記補償ゲインの初期値である初期ゲインに設定する初期ゲイン設定部と、
   前記負荷の状態に基づいて、前記予測電圧フリッカ演算部で演算された複数の予測電圧フリッカに対応する複数の予備ゲイン及び前記初期ゲイン設定部で設定された初期ゲインの中から補償ゲインを選択する補償ゲイン選択部と
   を備える制御装置。
2. 前記予測電圧フリッカ演算部は、
   前記負荷に起因する電圧フリッカを補償する補償回路を模擬した補償回路モデルを有し、前記補償回路に流れると予測される予測電流を複数の前記予備ゲイン及び前記補償回路モデルに基づいて複数の前記予備ゲインごとに演算する前段演算部と、
   前記電力系統を模擬したモデルであって前記前段演算部で演算された予測電流を用いて前記電力系統に発生すると予測される予測電圧を複数の前記予測電流ごとに演算する系統モデルを有し、前記系統モデルが演算した複数の予測電圧ごとに前記予測電圧フリッカを演算する後段演算部と
   を有する
   請求項１に記載の制御装置。
3. 前記前段演算部は、
   複数の前記予備ゲインを前記無効電力にそれぞれ乗算する予備ゲイン乗算部と、
   前記補償回路を制御する制御値の予測値であって前記補償回路モデルに入力する制御予測値を、前記予備ゲイン乗算部で前記予備ゲインがそれぞれ乗算された無効電力ごとに演算する制御予測値演算部と
   を有する
   請求項２に記載の制御装置。
4. 前記後段演算部は、
   前記前段演算部で演算された複数の前記予測電流のそれぞれに前記負荷に流れる負荷電流を加算して前記電力系統に流れると予測される予測系統電流を演算する予測系統電流演算部と、
   前記予測系統電流演算部で演算された複数の予測系統電流を用いて前記系統モデルで算出された複数の前記予測電圧ごとに前記予測電圧フリッカを検出する予測電圧フリッカ検出部と
   を有する
   請求項２又は３に記載の制御装置。
5. 前記電力系統の系統電圧及び前記負荷に流れる負荷電流に基づいて前記無効電力を演算する無効電力演算部と、
   前記補償ゲイン選択部で選択された補償ゲインを前記無効電力演算部で演算された無効電力に乗算するゲイン乗算部と、
   前記ゲイン乗算部で前記補償ゲインが乗算された無効電力を用いて前記補償回路を制御する制御値を演算する制御値演算部と
   を備える請求項２から４までのいずれか一項に記載の制御装置。
6. 前記初期ゲイン設定部は、
   前記負荷の複数の状況ごとに対応付けられた前記ゲインを記憶する記憶部と、
   現状の前記負荷に対応するゲインを前記記憶部に記憶された複数の前記ゲインの中から前記初期ゲインとして選択する選択部と
   を有する
   請求項１から５までのいずれか一項に記載の制御装置。
7. 電力系統に連系され、前記電力系統に接続された負荷の無効電力に起因する電圧フリッカを補償する補償回路と、
   請求項１から６までのいずれか一項に記載の制御装置と
   を備える無効電力補償装置。
8. 前記補償回路は、他励式の静止型フリッカ補償回路で構成されている
   請求項７に記載の無効電力補償装置。

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