JP2001008367A - 直列形電圧補償装置 - Google Patents

直列形電圧補償装置

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JP2001008367A
JP2001008367A JP11173844A JP17384499A JP2001008367A JP 2001008367 A JP2001008367 A JP 2001008367A JP 11173844 A JP11173844 A JP 11173844A JP 17384499 A JP17384499 A JP 17384499A JP 2001008367 A JP2001008367 A JP 2001008367A
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JP
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voltage
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series
equation
power
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Inventor
Atsushi Nakada
篤史 中田
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷電流に逆相成分が含まれている場合直列
形電圧補償装置(SVC)を第3次高調波成分源となら
ないように制御する。 【解決手段】 従来SVCは(1)式で負荷中心点電圧
Lが基準電圧となるように制御していたが、この発明
は(2)式で制御する。負荷電流に逆相成分が含まれて
いる場合、(1)式の指令値Vcd,Vcqを3相の指
令値に変換すると第3次高調波が発生するが、(2)式
の指令値Vcd,Vcqを3相の指令値に変換しても第
3次高調波が発生しない。 【数1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力系統に直列
に変圧器を挿入し、電圧形の自励式インバータを連系し
て電圧を補償する直列形電圧補償装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】直列形電圧補償装置の一例を図3に示
す。直列形電圧補償装置SVCは、配電線に接続された
並列変圧器Taと直列変圧器Tbおよび変圧器Ta,T
b間に接続された自励式コンバータCONVと自励式イ
ンバータINVとからなり、直列変圧器Tbに自励式イ
ンバータINVから制御電圧Vcを加えて、この直列形
電圧補償装置SVCの2次側電圧を制御することによっ
て配電線の電圧V2を制御する。電圧制御の目的から、
この直列形電圧補償装置SVCによる制御電圧Vcは1
次側の電圧V1と同相になるように制御する。
【0003】このような制御電圧Vcを発生させるた
め、自励式インバータINV側から直列変圧器Tbを介
して系統側へ有効、無効電力P,Qを供給または吸引し
なければならない。この有効電力は並列変圧器Ta,自
励式インバータINVにより系統側から供給または吸引
する。
【0004】直列形電圧補償装置SVCはその1次側電
圧V1と2次側の電流Iを自励式インバータINVの制
御回路に入力して電圧制御を行う。この電圧制御は図4
に示すように、電圧V1を基準電圧にして、これと反対
位相の電圧Vcを発生させる。発生電圧Vcの大きさ
は、直列形電圧補償装置SVCの2次側電圧V2から求
めた負荷中心点aの電圧V1の大きさが基準電圧Vre
fになるよう制御する。直列形電圧補償装置SVCは高
速応答できるので、急激な電圧変動に対しても電圧変動
補償が可能である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図2に直列形電圧補償
装置SVCを用いた電圧補償の原理図を示す。この電源
電圧Vおよび負荷電流Iをdq軸座標の電圧Vd,Vq
および電流Id,Iqに変換するdq変換式は(1)式
および(2)式で示される。
【0006】
【数2】
【0007】Vu=Vmcoswt、Vv=Vmcos(w
t−2π/3)、Vw=Vmcos(wt+2π/3)
(Vm:電圧ピーク値)の場合、逆相電流は(3)式の
ようになる。
【0008】 ILu=Imcoswt、ILv=Imcos(wt+2π/
3)、ILw=Imcos(wt−2π/3) (3)
(Im:電流ピーク値)(3)式を(2)式に代入する
と、(4)式となる。
【0009】
【数3】
【0010】(4)式からわかるように、dq変換によ
って基本波逆相成分はdとqの2ω成分に変換される。
【0011】図3の構成の基本式は、[数4]となり、
これをdq変換すると(5)式となる。
【0012】
【数4】
【0013】
【数5】
【0014】負荷中心点電圧VLが基準電圧Vrefに
なるように制御するので、 Vref=VLd、Vref=Vq (6) とし、また電圧Vを基準ベクトルにして、補償電圧Vc
を電圧V1と同相に制御するので、 Vd=Vcd=0 (7) (6)、(7)式を(5)式に代入すると、VLd=V
refd=−(RId+XIq)となるので、Vrefqは(8)式
となる。
【0015】
【数6】
【0016】(7)、(8)式を(5)式に代入すると
(9)式となる。
【0017】
【数7】
【0018】(9)式が従来直列形電圧補償装置SVC
の補償電圧指令値の計算式であるが、電圧Vと同相にす
るためにVcd=0としてしまっていることに問題があ
る。即ち、(4)式で示したように逆相電流によって発
生する2ω成分をVcdで無視しているからである。
【0019】
【数8】
【0020】dq逆変換式(10)式にq軸のみ逆相分
を含んだ(11)式を代入すると、(12)式となり、
電圧指令値に第3次高調波成分が発生する。
【0021】負荷電流に逆相成分が含まれる場合、(1
2)式の第3次高調波成分が指令値に現れて直列形電圧
補償装置が高調波発生源になるという問題がある。
【0022】この発明は、上記課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは第3次高調波成分が
発生することのない直列形電圧補償装置を提供すること
にある。
【0023】
【課題を解決するための手段】この発明は、電力系統の
線路と直列に接続された直列変圧器と、この線路から電
力を受けて前記直列変圧器に無効電力ないし有効電力を
出力し直列変圧器の出力電力を制御する電力変換器と、
線路の負荷中心点の電圧が基準電圧となるように前記電
力変換器を制御する制御部とからなる直列形電圧補償装
置において、前記制御部は、線路の3相電源電圧を2相
の電圧Vd,Vqに変換する第1のdq変換部と、線路
の3相電流を2相の電流Id,Iqに変換する第2のd
q変換部と、前記2相の電圧Vd,Vq、電流Id,I
qおよび前記直列変圧器設置から負荷中心点までの線路
の抵抗RとリアクタンスXから次式により2相の補償電
圧指令値Vcd,Vcqを演算する補償電圧演算部と、
【0024】
【数9】
【0025】前記2相の補償電圧指令値を3相の補償電
圧指令値に変換するdq逆変換部とにより構成されてい
ることを特徴とする直列形電圧補償装置。
【0026】また、前記2相の電圧、電流に変換される
3相の電圧、電流はそれぞれバンドパスフィルタにより
高調波成分を除去しておくのがよい。
【0027】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図1〜図
3を用いて説明する。図3について、直列形電圧補償装
置SVCは配電線に接続された並列変圧器Taと直列変
圧器Tbおよび変圧器Ta,Tb間に接続された自励式
コンバータCONVとこのコンバータの直流出力を電源
として直列変圧器Tbの1次側に出力する自励式インバ
ータINVで構成されている(従来例と同じ)。
【0028】次に上記直列形電圧補償装置の制御につい
て説明する。上記[発明が解決しようとする課題]の項
で説明した図2の構成の基本式[数4]をdq変換した
(5)式より、配電線の電圧Vの位相に同期させてdq
変換するとVd=0となり、負荷中心点電圧VLdが求ま
る。
【0029】 VLd=−Vcd−RId−XIq (13) (13)式において、補償電圧Vcdの平均値は0にし
なければならないが(VとVcは同位相にするため直流
成分0)、逆相電流によって2ω成分が電流Id,Iq
に発生し、負荷中心点電圧VLdの2ω成分を直列形電圧
補償装置SVCによって補償するために負荷中心点電圧
Ldを(13)式のようにおけば、補償電圧指令値Vc
d,Vcqは(14)式となる。
【0030】
【数10】
【0031】図1は直列形電圧補償装置SVCを上記
(14)式の補償電圧指令値Vcd,Vcqで制御する
ための制御ブロック図を示すもので、図1(a)に示す
ように、PTで検出した電源相の3相電圧Vu,Vv,
Vwに含まれる高調波成分をそれぞれバンドパスフィル
タ(BPF)1で除去し、その3相電圧を第1のdq変
換部2で[数11]の演算によりdq座標の2相の電圧
Vd,Vqに変換する。
【0032】
【数11】
【0033】また、図1(b)に示すように、CTで検
出した電源相の3相電流ILu,ILv,ILwに含まれる高
調波成分をそれぞれBPF3で除去し、その3相電流を
第2のdq変換部4で[数12]の演算によりdq座標
の2相の電流Id,Iqに変換する。
【0034】
【数12】
【0035】図1(c)は線路の抵抗Rとリアクタンス
Xと上記電圧Vd,Vqおよび電流Id,Iqから(1
4)式の補償電圧指令値Vcd,Vcqを演算する補償
電圧演算部で、乗算器11で線路の抵抗Rと上記電流I
dを掛け、乗算器12で線路のリアクタンスXと上記電
流Iqを掛け、加算器11,12の出力を加算器13で
図示の極性で加算して(−RId−RIq)を得、ハイ
パスフィルタ(HPF)14で交流分を抽出して(1
4)式の補償電圧指令値Vcdを得る。
【0036】また加算器15で上記加算器13の出力と
HPF14の出力を図示の極性で加算して乗算器16で
2乗し(−Vcd−RId−XIq)2を得、乗算器1
7で基準電圧Vrefを2乗し、加算器18で乗算器1
7,18の出力を図示の極性で加算し、平方根演算器1
9でその平方根を得る。
【0037】そして乗算器20で線路のリアクタンスX
と上記電流Idを掛け、乗算器21で線路の抵抗Rと上
記電流Iqを掛け、加算器22で乗算器20,21の出
力を図示の極性で加算し、その出力に加算器23で上記
電圧Vqを加え、その出力に加算器24で上記平方根演
算器19の出力を図示の極性で加算して、(14)式の
補償電圧指令値Vcdを得る。
【0038】
【数13】
【0039】上記(14)式の補償電圧指令値Vcd,
Vcqを図1(d)に示すdq逆変換部25で[数1
3]の演算により3相の補償電圧指令値Vcu*,Vc
*,Vcw*に変換し、上記直列形電圧補償装置SVC
のインバータIVNを制御し、負荷中心点aの電圧VL
を基準電圧Vrefとなるように補償する。
【0040】以上のように直列形電圧補償装置SVCを
逆相電流が流れた場合も考慮した(14)式で制御して
いるので、従来(9)式で制御した場合のように第3次
高調波成分の発生することがない。
【0041】
【発明の効果】この発明は、上記のとおり構成されてい
るので、次に記載する効果を奏する。 (1)逆相電流が流れた場合も考慮しているため、補償
電圧指令値を精度よく演算でき、逆相分による演算誤差
がなくなるので、第3次高調波成分が発生しなくなる。 (2)逆相分による演算誤差がなくなると共にバンドパ
スフィルタにより高調波成分を除去しているため基本波
成分のみを補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】発明の実施の形態にかかる直列形電圧補償装置
の制御ブロック図。
【図2】直列形電圧補償装置の原理図。
【図3】直列形電圧補償装置の構成図。
【図4】従来例にかかる直列形電圧補償装置による電圧
制御ベクトル図。
【符号の説明】
SVC…直列形電圧補償装置 R…配電線路の抵抗 X…配電線路のリアクタンス VL…負荷中心点の電圧 2…第1のdq変換部 4…第2のdq変換部 25…dq逆変換部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電力系統の線路と直列に接続された直列
    変圧器と、この線路から電力を受けて前記直列変圧器に
    無効電力ないし有効電力を出力し直列変圧器の出力電力
    を制御する電力変換器と、線路の負荷中心点の電圧が基
    準電圧となるように前記電力変換器を制御する制御部と
    からなる直列形電圧補償装置において、 前記制御部は、 線路の3相電源電圧を2相の電圧Vd,Vqに変換する
    第1のdq変換部と、線路の3相電流を2相の電流I
    d,Iqに変換する第2のdq変換部と、前記2相の電
    圧Vd,Vq、電流Id,Iqおよび前記直列変圧器設
    置から負荷中心点までの線路の抵抗RとリアクタンスX
    から次式により2相の補償電圧指令値Vcd,Vcqを
    演算する補償電圧演算部と、 【数1】 前記2相の補償電圧指令値を3相の補償電圧指令値に変
    換するdq逆変換部と、により構成されていることを特
    徴とする直列形電圧補償装置。
  2. 【請求項2】 前記2相の電圧、電流に変換される3相
    の電圧、電流はそれぞれバンドパスフィルタにより高調
    波成分が除去されていることを特徴とする請求項1記載
    の直列形電圧補償装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103956741A (zh) * 2014-04-10 2014-07-30 邓宏伟 一字链及支链式的三相对称多电源非环网电力系统直算法
CN106451456A (zh) * 2016-08-30 2017-02-22 邓宏伟 一种基于环网电力系统的直算方法
JP2018023263A (ja) * 2016-08-05 2018-02-08 株式会社東芝 電圧補償装置

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