【問題】
【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）
次の文章は，無効電力補償装置に関する記述である。文中の\( \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ \)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選びなさい。
無効電力補償装置には交流系統に並列又は直列に接続する方式がある。並列接続方式の無効電力補償装置には，(a)サイリスタで位相制御した\( \ \fbox { （１） } \ \)と固定コンデンサとを並列接続した回路構成，(b)連系リアクトルと電圧形自励変換器とを直列接続した回路構成，などがある。
図には，上述した(b)の電圧形自励変換器による無効電力補償装置の主回路構成を示す。この装置は，最近\( \ \fbox { （２） } \ \)と呼ばれている。交流電源と自励変換器との間に連系リアクトルを挿入し，交流電源電圧\( \ {\dot V}_{\mathrm {s}} \ \)に対して自励変換器が発生する交流電圧\( \ {\dot V}_{\mathrm {c}} \ \)を調整する。このときの自励変換器の交流電流\( \ {\dot I}_{\mathrm {c}} \ \)は，交流電源電圧の角周波数を\( \ \omega _{\mathrm {s}} \ \)，連系リアクトルのインダクタンスを\( \ L_{\mathrm {c}} \ \)とすると次式となる。
\[
\begin{eqnarray}
\fbox { （３） } \\[ 5pt ]
\end{eqnarray}
\]
したがって，\( \ {\dot V}_{\mathrm {c}} \ \)を調整することによって，交流電源から流れ込む遅れ進みの無効電流及び有効電流を制御することができる。\( \ {\dot V}_{\mathrm {s}} \ \)に対して\( \ {\dot V}_{\mathrm {c}} \ \)を\( \ \fbox { （４） } \ \)にして，電圧の大きさ\( \ \left| {\dot V}_{\mathrm {c}}\right| \ \)を制御すると，無効電流だけを制御することができる。\( \ \left| {\dot V}_{\mathrm {c}}\right| \ \)を\( \ \fbox { （５） } \ \)にしたときには，交流電源から遅れ電流が流れ込むことになる。
〔問3の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）& {\dot I}_{\mathrm {c}}=\frac {{\dot V}_{\mathrm {s}}-{\dot V}_{\mathrm {c}}}{\mathrm {j}\omega _{\mathrm {s}}L_{\mathrm {c}}} &（ロ）& 抵抗器 &（ハ）& \left| {\dot V}_{\mathrm {c}}\right| =\left| {\dot V}_{\mathrm {s}}\right| \\[ 5pt ]
&（ニ）& 同 相 &（ホ）& \left| {\dot V}_{\mathrm {c}}\right| ＞\left| {\dot V}_{\mathrm {s}}\right| &（ヘ）& 90\left[ °\right] 進み位相 \\[ 5pt ]
&（ト）& \left| {\dot V}_{\mathrm {c}}\right| ＜\left| {\dot V}_{\mathrm {s}}\right| &（チ）& コンデンサ &（リ）& {\dot I}_{\mathrm {c}}=\mathrm {j}\omega _{\mathrm {s}}L_{\mathrm {c}}\left( {\dot V}_{\mathrm {s}}-{\dot V}_{\mathrm {c}}\right) \\[ 5pt ]
&（ヌ）& リアクトル &（ル）& \mathrm {STATCOM} &（ヲ）& \mathrm {SVR} \\[ 5pt ]
&（ワ）& {\dot I}_{\mathrm {c}}=\frac {\omega _{\mathrm {s}}L_{\mathrm {c}}\left( {\dot V}_{\mathrm {s}}-{\dot V}_{\mathrm {c}}\right) }{\mathrm {j}} &（カ）& 90\left[ °\right] 遅れ位相 &（ヨ）& \mathrm {TSC} \\[ 5pt ]
\end{eqnarray}
\]
【ワンポイント解説】
無効電力補償装置，特に\( \ \mathrm {STATCOM} \ \)に関する問題は，\( \ 1 \ \)種では一次試験二次試験問わずよく出題されています。
無効電力を補償するという理解だけでなく，それぞれの概要は理解しておくようにしましょう。
1.サイリスタ制御リアクトル方式\( \ \left( \mathrm {TCR} \right) \ \)
サイリスタを用いてリアクトル電流の制御をして，電力を進みから遅れまで連続的に変化させることができる方式です。
2.サイリスタ開閉コンデンサ方式\( \ \left( \mathrm {TSC} \right) \ \)
サイリスタにより並列コンデンサを開閉させて無効電力の補償する方式です。段階的な調整を行うことになります。
3.\( \ \mathrm {STATCOM} \ \)（自励式\( \ \mathrm {SVC} \ \)）
インバータを用いることにより，進みから遅れまで連続的に制御する方式で，\( \ \mathrm {PWM} \ \)制御により低次高調波の抑制を図ることができます。
【解答】
(1)解答：ヌ
題意より解答候補は，（ロ）抵抗器，（チ）コンデンサ，（ヌ）リアクトル，になると思います。
ワンポイント解説「1.サイリスタ制御リアクトル方式\( \ \left( \mathrm {TCR} \right) \ \)」の通り，題意の方式は\( \ \mathrm {TCR} \ \)のことであり，並列接続するのはリアクトルとなります。
(2)解答：ル
題意より解答候補は，（ル）\( \ \mathrm {STATCOM} \ \)，（ヲ）\( \ \mathrm {SVR} \ \)，（ヨ）\( \ \mathrm {TSC} \ \)，になると思います。
ワンポイント解説「3.\( \ \mathrm {STATCOM} \ \)（自励式\( \ \mathrm {SVC} \ \)）」の通り，\( \ \mathrm {STATCOM} \ \)が正答となります。\( \ \mathrm {SVR} \ \)は自動電圧調整器のことをいいます。
(3)解答：イ
図の連系リアクトルに関する関係式は，
\[
\begin{eqnarray}
{\dot V}_{\mathrm {s}}&=&{\dot V}_{\mathrm {c}}+\mathrm {j}\omega _{\mathrm {s}}L_{\mathrm {c}}{\dot I}_{\mathrm {c}} \\[ 5pt ]
\end{eqnarray}
\]
となるので，\( \ {\dot I}_{\mathrm {c}} \ \)について整理すると，
\[
\begin{eqnarray}
{\dot I}_{\mathrm {c}}&=&\frac {{\dot V}_{\mathrm {s}}-{\dot V}_{\mathrm {c}}}{\mathrm {j}\omega _{\mathrm {s}}L_{\mathrm {c}}} \\[ 5pt ]
\end{eqnarray}
\]
と求められる。
(4)解答：ニ
(3)より，\( \ {\dot V}_{\mathrm {s}} \ \)と\( \ {\dot V}_{\mathrm {c}} \ \)を同相にすれば，\( \ {\dot V}_{\mathrm {s}} \ \)を基準とすれば\( \ {\dot I}_{\mathrm {c}} \ \)は純虚数となり，無効電流だけ制御することが可能となる。
(5)解答：ト
(3)より，
\[
\begin{eqnarray}
{\dot I}_{\mathrm {c}}&=&-\mathrm {j}\frac {\left| {\dot V}_{\mathrm {s}}\right| -\left| {\dot V}_{\mathrm {c}}\right| }{\omega _{\mathrm {s}}L_{\mathrm {c}}} \\[ 5pt ]
\end{eqnarray}
\]
であるから，遅れ電流，すなわち上式の虚数項を負の値とするためには，\( \ \left| {\dot V}_{\mathrm {c}}\right| ＜\left| {\dot V}_{\mathrm {s}}\right| \ \)とする必要がある。
愛知県出身 愛称たけちゃん