JP2002374624A - Load voltage regulator - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、負荷電圧調整装置
に係り、特に、受電電圧が変化した場合にも、負荷電圧
を一定に制御する受電用電圧の調整技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a load voltage adjusting device, and more particularly, to a technique for adjusting a receiving voltage for controlling a load voltage to be constant even when the receiving voltage changes.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、昼間と夜間で設備の稼働状況が
変化したり、電力系統全体の負荷が変化するなどして受
電電圧が変化する。受電電圧が低下した場合には、負荷
への供給電力が不足したり、受電電圧が上昇した場合に
は負荷への供給電力が過剰になるなどして、負荷での消
費電力が変化したり、機器の寿命への影響が現れたりす
る。そこで、負荷電圧を一定に制御する従来技術とし
て、特開平７−１９４００８号公報には、き電線に電力
変換器を並列に挿入し、また、変圧器を介してき電線に
電力変換器を直列に挿入し、前者は、き電線の無効電力
を打ち消すような無効電力を供給し、送電端と本制御装
置の接続点との間の電圧降下を補償し、後者は、本制御
装置の接続点において能動的な電圧源を挿入して強化
し、需要家の負荷が悪質であっても異常なく電力を供給
する制御装置が記載されている。また、特開２０００−
３２６６５号公報には、負荷電圧一定制御及び力率１制
御を行うように直列側電力変換器と並列側電力変換器を
制御することが記載されている。また、特開２０００−
１３９０８３号公報には、二つの電力変換器を用いて高
調波電流及び高調波電圧を補償しようとするものが記載
されている。2. Description of the Related Art In general, a receiving voltage changes due to a change in the operating state of equipment between daytime and nighttime, or a change in load on the entire power system. When the receiving voltage decreases, the power supplied to the load becomes insufficient, or when the receiving voltage increases, the power supplied to the load becomes excessive. The effect on the life of the device may appear. Therefore, as a conventional technique for controlling the load voltage to be constant, Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-194008 discloses that a power converter is inserted in parallel to a feeder line, and a power converter is connected in series to the feeder line via a transformer. Insert the former, supplying reactive power to cancel the reactive power of the feeder, and compensate for the voltage drop between the transmitting end and the connection point of the control device, and the latter at the connection point of the control device. A control device is described in which an active voltage source is inserted and strengthened, and power is supplied without any abnormality even if the load on the customer is bad. Also, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-
Japanese Patent Publication No. 32665 describes that a series-side power converter and a parallel-side power converter are controlled to perform a constant load voltage control and a power factor 1 control. Also, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-
Japanese Patent Publication No. 139083 describes a technique for compensating a harmonic current and a harmonic voltage using two power converters.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術では、受電電圧の振幅が変化した場合に、負荷電圧振
幅を調整する機能や負荷の無効電力を補償するために
は、設備容量が増大する等の課題があった。However, according to the prior art, when the amplitude of the received voltage changes, the capacity of the equipment is increased in order to adjust the load voltage amplitude and to compensate for the reactive power of the load. There were challenges.
【０００４】本発明の課題は、装置を大型化することな
く、負荷電圧と電源力率を調整するに好適な負荷電圧調
整装置を提供することにある。[0004] It is an object of the present invention to provide a load voltage adjusting device suitable for adjusting a load voltage and a power factor without increasing the size of the device.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１の電力変換器は電力系統と負荷の間に直列に挿
入した変圧器を介して接続し、第２の電力変換器は前記
変圧器の系統側に並列に接続し、第１の電力変換器は前
記変圧器の負荷側の電圧が所望の電圧振幅となるように
負荷電圧の振幅と位相を調整し、第２の電力変換器は直
流平滑コンデンサの直流電圧を所望の大きさに調整する
とともに、負荷電流あるいは第１の電力変換器の電流の
位相が所望の位相となるように電力系統の電圧と位相の
異なる電流を供給する負荷電圧調整装置であって、受電
側を所望の力率にするように第１の電力変換器によって
負荷電圧位相を調整し、第１の電力変換器による負荷電
圧位相を調整した後の位相誤差に応じて第２の電力変換
器によって供給する電流の振幅を決定する。In order to solve the above problems, a first power converter is connected via a transformer inserted in series between a power system and a load, and a second power converter is connected to a load. The first power converter is connected in parallel to the system side of the transformer, and the first power converter adjusts the amplitude and phase of the load voltage so that the voltage on the load side of the transformer has a desired voltage amplitude. The converter adjusts the DC voltage of the DC smoothing capacitor to a desired level, and outputs a current having a different phase from the voltage of the power system such that the load current or the current of the first power converter has a desired phase. A load voltage adjustment device for supplying, after adjusting a load voltage phase by a first power converter so that a power receiving side has a desired power factor, and adjusting a load voltage phase by the first power converter. Supplied by the second power converter in response to the phase error. To determine the amplitude of the current.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明の負荷電圧調整装置の
一実施形態におけるシステムの構成図である。本実施形
態では、電力系統１から負荷Ｌ１と負荷Ｌ２に電力を供
給する受電装置５を示し、このうち負荷Ｌ１に電力を供
給する電力線に本発明の負荷電圧調整装置３を設置した
例を示している。受電装置５は、負荷Ｌ２への電力を入
り切りする通常の受電装置である。負荷電圧調整装置３
は、２つの電力変換器ＩＮＶ１とＩＮＶ２にそれぞれ直
流平滑コンデンサＣ１及びＣ２を接続し、直流回路を共
用している。直列平滑コンデンサはまとめて配置してＣ
１またはＣ２を省略することもできる。電力変換器ＩＮ
Ｖ１は、電力系統１と負荷Ｌ１の間に負荷変圧器Ｔ１を
介して直列に接続する。電力変換器ＩＮＶ２は、本装置
の電力系統側に変圧器Ｔ２を介して並列に接続する。直
列に接続した負荷変圧器Ｔ１の負荷側の電圧（ＶＬ）を
検出器ＰＴ１、電力変換器ＩＮＶ１の電流（Ｉ１）を検
出器ＣＴ１、電力変換器ＩＮＶ２の電流（Ｉ２）を検出
器ＣＴ２、系統電圧（ＶＳ）を検出器ＰＴ２、直流電圧
（ＥＤ）を検出器４により検出する。制御装置２は、こ
れら検出した情報に基づいて直列側の電力変換器ＩＮＶ
１と並列側の電力変換器ＩＮＶ２を制御する。スイッチ
ＢＳは、本装置を介さずに負荷Ｌ１に電力を供給する場
合に用いるバイパススイッチであり、負荷変圧器Ｔ１の
１次側を短絡するスイッチである。直列に接続した負荷
変圧器Ｔ１を短絡するスイッチＢＳを設けることによ
り、電力変換器ＩＮＶ１の停止時にも負荷Ｌ１に電力を
供給することができる。負荷切り離し用のスイッチＳＷ
は負荷Ｌ１への電力供給を遮断する時に用いる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a system in one embodiment of a load voltage adjustment device of the present invention. In the present embodiment, a power receiving device 5 that supplies power from the power system 1 to the load L1 and the load L2 is shown, and an example is shown in which the load voltage adjusting device 3 of the present invention is installed on a power line that supplies power to the load L1. ing. The power receiving device 5 is a normal power receiving device that turns on and off power to the load L2. Load voltage regulator 3
Connect DC smoothing capacitors C1 and C2 to the two power converters INV1 and INV2, respectively, and share a DC circuit. The series smoothing capacitors should be
1 or C2 may be omitted. Power converter IN
V1 is connected in series between the power system 1 and the load L1 via the load transformer T1. The power converter INV2 is connected in parallel to the power system side of the present device via a transformer T2. The voltage (VL) on the load side of the load transformer T1 connected in series is the detector PT1, the current (I1) of the power converter INV1 is the detector CT1, and the current (I2) of the power converter INV2 is the detector CT2. The voltage (VS) is detected by the detector PT2, and the DC voltage (ED) is detected by the detector 4. The control device 2 determines the series-side power converter INV based on the detected information.
1 is controlled in parallel with the power converter INV2. The switch BS is a bypass switch used to supply power to the load L1 without passing through the present device, and is a switch that short-circuits the primary side of the load transformer T1. By providing the switch BS that short-circuits the load transformer T1 connected in series, power can be supplied to the load L1 even when the power converter INV1 is stopped. Switch SW for load disconnection
Is used to interrupt the power supply to the load L1.
【０００７】次に、図２を用いて電力変換器（ＩＮＶ
１、ＩＮＶ２）の構成を説明する。図２は、電力変換器
ＩＮＶ１と電力変換器ＩＮＶ２は同一構成であるので、
ＩＮＶ１について示す。電力変換器ＩＮＶ１は、ゲート
信号Ｇ１（Ｇ１１ｕ、Ｇ１２ｕ、Ｇ１１ｖ、Ｇ１２ｖ、
Ｇ１１ｗ、Ｇ１２ｗ）で導通が制御されるスイッチング
素子（Ｔ１１ｕ、Ｔ１２ｕ、Ｔ１１ｖ、Ｔ１２ｖ、Ｔ１
１ｗ、Ｔ１２ｗ）とこれに逆並列に接続した還流ダイオ
ード（Ｄ１１ｕ、Ｄ１２ｕ、Ｄ１１ｖ、Ｄ１２ｖ、Ｄ１
１ｗ、Ｄ１２ｗ）から構成した変換器等を用いる。説明
に用いた記号の二文字目の数字は変換器番号を示し、以
下の説明では電力変換器ＩＮＶ２ではゲート信号Ｇ２
（Ｇ２１ｕ、Ｇ２２ｕ、Ｇ２１ｖ、Ｇ２２ｖ、Ｇ２１
ｗ、Ｇ２２ｗ）等と表記する。Next, the power converter (INV) will be described with reference to FIG.
1, INV2) will be described. FIG. 2 shows that the power converter INV1 and the power converter INV2 have the same configuration.
INV1 is shown. The power converter INV1 outputs a gate signal G1 (G11u, G12u, G11v, G12v,
Switching elements (T11u, T12u, T11v, T12v, T1) whose conduction is controlled by G11w, G12w)
1w, T12w) and freewheeling diodes (D11u, D12u, D11v, D12v, D1) connected in anti-parallel thereto.
1w, D12w). The second numeral of the symbol used in the description indicates the converter number. In the following description, the power converter INV2 uses the gate signal G2
(G21u, G22u, G21v, G22v, G21
w, G22w).
【０００８】図３は、本実施形態における制御装置２の
詳細構成を示す。制御装置２は、大きく分けて位相検出
器３１、並列に接続した電力変換器ＩＮＶ２の制御部３
２、直列に接続した電力変換器ＩＮＶ１の制御部３３に
よって構成される。位相検出器３１は、電力系統側の電
圧ＶＳから電源電圧の位相を検出し、電源電圧と同位相
の成分をｄ軸、これと直交する成分をｑ軸とする座標系
を生成し、位相信号Ｓを生成する。位相検出器３１とし
ては、内部発信器の位相を電源電圧に追従させるＰＬＬ
方式を用いたもの、離散フーリエ変換により電源電圧の
基本波成分を検出するＤＦＴ方式のものなどを用いるこ
とができる。FIG. 3 shows a detailed configuration of the control device 2 in the present embodiment. The control device 2 is roughly divided into a phase detector 31 and a control unit 3 of the power converter INV2 connected in parallel.
2. It is configured by the control unit 33 of the power converter INV1 connected in series. The phase detector 31 detects the phase of the power supply voltage from the voltage VS on the power system side, generates a coordinate system having a component having the same phase as the power supply voltage as the d-axis and a component orthogonal thereto as the q-axis, and generating a phase signal. Generate S. As the phase detector 31, a PLL for making the phase of the internal oscillator follow the power supply voltage
A method using a method, a DFT method that detects a fundamental wave component of a power supply voltage by discrete Fourier transform, or the like can be used.
【０００９】並列に接続した電力変換器ＩＮＶ２の制御
部３２は、直流電圧制御器３２１、電流検出器３２２、
電流制御器３２３、出力電圧指令装置３２４及び指令制
限器３２５から構成する。電流検出器３２２は、交流電
流Ｉ２を電源電圧と同一位相の成分である有効分電流検
出値Ｉｄ２と、これに直交する成分である並列側無効分
電流検出値Ｉｑ２の２軸の直流成分に変換する。直流電
圧制御器３２１は、予め指定するか外部の機器等により
指定する直流電圧指令値ＥＤ*と検出器４で検出した直
流電圧ＥＤの誤差が零になるように有効分電流指令Ｉｄ
２*を決定する。この制御器には一般に用いられている
比例積分型の制御器等を用いることができる。電流制御
器３２３は、有効分電流検出値Ｉｄ２及び並列側無効分
電流検出値Ｉｑ２がそれぞれ有効分電流指令Ｉｄ２*と
並列側無効分電流指令Ｉｑ２*に一致するように電力変
換器２の出力電圧位相と大きさを決める有効分電圧指令
Ｖｄ２*、無効分電圧指令Ｖｑ２*を決定する。出力電圧
指令装置３２４は、有効分電圧指令Ｖｄ２*と無効分電
圧指令Ｖｑ２*から位相信号Ｓに従って交流電圧指令を
作成し、パルス幅変調によりゲート信号Ｇ２を生成す
る。電力変換器ＩＮＶ２をこのゲート信号Ｇ２により駆
動し、電力変換器ＩＮＶ２の電流Ｉ２の位相と大きさを
制御する。指令制限器３２５は、電力変換器ＩＮＶ２の
電流の大きさが電力変換器ＩＮＶ２の能力を超えるのを
防止するために、制御部３３から与えられる無効分電流
指令Ｉｑｐ*と直流電圧制御器３２１で決定する有効分
電流指令Ｉｄ２*の振幅が変換器電流定格（Ｉ）を越え
る場合は、これを越えないように無効分電流指令Ｉｑ２
*を決定する。Ｉｑ２*は（式１）により与えられる。The control unit 32 of the power converter INV2 connected in parallel includes a DC voltage controller 321, a current detector 322,
It comprises a current controller 323, an output voltage command device 324 and a command limiter 325. The current detector 322 converts the AC current I2 into a two-axis DC component of an active component current detection value Id2 which is a component having the same phase as the power supply voltage and a parallel-side reactive component current detection value Iq2 which is a component orthogonal thereto. I do. The DC voltage controller 321 controls the effective current command Id so that the error between the DC voltage command value ED * specified in advance or specified by an external device or the like and the DC voltage ED detected by the detector 4 becomes zero.
Determine 2 *. As this controller, a generally used proportional-integral type controller or the like can be used. The current controller 323 controls the output voltage of the power converter 2 such that the active component current detection value Id2 and the parallel reactive component current detection value Iq2 match the active component current command Id2 * and the parallel reactive component current command Iq2 *, respectively. An effective component voltage command Vd2 * and an invalid component voltage command Vq2 * that determine the phase and magnitude are determined. The output voltage command device 324 creates an AC voltage command according to the phase signal S from the effective voltage command Vd2 * and the invalid voltage command Vq2 *, and generates a gate signal G2 by pulse width modulation. The power converter INV2 is driven by the gate signal G2 to control the phase and magnitude of the current I2 of the power converter INV2. In order to prevent the magnitude of the current of the power converter INV2 from exceeding the capability of the power converter INV2, the command limiter 325 controls the reactive component current command Iqp * given by the control unit 33 and the DC voltage controller 321 When the amplitude of the effective component current command Id2 * to be determined exceeds the converter current rating (I), the reactive component current command Iq2 is set so as not to exceed the rating.
* Determine. Iq2 * is given by (Equation 1).
【数１】 ここで、ｍｉｎ（ａ、ｂ）はａまたはｂの小さい方を与
える関数、ｓｇｎ（Ｘ）はＸの符号を与える関数、ａｂ
ｓ（Ｘ）はＸの絶対値を与える関数である。(Equation 1) Here, min (a, b) is a function that gives the smaller of a and b, sgn (X) is a function that gives the sign of X, and ab
s (X) is a function that gives the absolute value of X.
【００１０】直列に接続した電力変換器ＩＮＶ１の制御
部３３は、電流検出器３３１、負荷電圧制御器３３２、
無効分電流制御器３３３、出力電圧指令装置３３４及び
電圧出力制限器３３５から構成される。負荷電圧制御器
３３２は、交流の負荷電圧の振幅である負荷電圧検出値
ＶＬとこの振幅が負荷電圧指令値ＶＬ*に一致するよう
に有効分電圧指令値Ｖｄ１*を決定する。この制御器に
は一般に用いられている比例積分型の制御器等を用いる
ことができる。電流検出器３３１は、既出の電流検出器
３２２と同じ構成であり、負荷電流Ｉ１の直列側有効分
電流検出値Ｉｄ１、直列側無効分電流検出値Ｉｑ１を検
出する。無効分電流制御器３３３は、検出した直列側無
効分電流検出値Ｉｑ１が指令値Ｉｑ１*に一致するよう
に無効分電圧指令値Ｖｑ１*を決定する。この制御器に
は一般に用いられている比例積分型の制御器等を用いる
ことができる。無効分電流制御器３３３は、直列側無効
分電流の制御誤差分を並列に接続した電力変換器ＩＮＶ
２の並列側無効電流指令Ｉｑｐ*として出力し、並列に
接続した電力変換器ＩＮＶ２はこれに従って並列側無効
分電流を制御する。電圧出力制限器３３５は、有効分電
圧指令値Ｖｄ１*と無効分電圧指令値Ｖｄ１*から決まる
電力変換器ＩＮＶ１の出力電圧ＶＩＮＶの振幅が電力変
換器の電圧出力能力（Ｖ）の範囲内になるように無効分
電圧指令値Ｖｑ１*を制限した無効分電圧指令値Ｖｑ１
ｒ*を出力する。Ｖｑ１ｒ*は（式２）により与えられ
る。The control unit 33 of the power converter INV1 connected in series includes a current detector 331, a load voltage controller 332,
It comprises a reactive current controller 333, an output voltage command device 334, and a voltage output limiter 335. The load voltage controller 332 determines the load voltage detection value VL, which is the amplitude of the AC load voltage, and the effective component voltage command value Vd1 * such that the amplitude matches the load voltage command value VL *. As this controller, a generally used proportional-integral type controller or the like can be used. The current detector 331 has the same configuration as the above-described current detector 322, and detects a series-side active component current detection value Id1 and a series-side reactive component current detection value Iq1 of the load current I1. The reactive current controller 333 determines the reactive voltage command value Vq1 * such that the detected series-side reactive current detection value Iq1 matches the command value Iq1 *. As this controller, a generally used proportional-integral type controller or the like can be used. The reactive current controller 333 is a power converter INV in which the control error of the series reactive current is connected in parallel.
2 as the parallel-side reactive current command Iqp *, and the power converter INV2 connected in parallel controls the parallel-side reactive current according to this. Voltage output limiter 335 has an amplitude of output voltage VINV of power converter INV1 determined from effective voltage command value Vd1 * and ineffective voltage command value Vd1 * within a range of voltage output capability (V) of the power converter. Component voltage command value Vq1 in which the component voltage command value Vq1 * is limited as described above.
Output r *. Vq1r * is given by (Equation 2).
【数２】 (Equation 2)
【００１１】このように、本実施形態では、有効分電圧
指令値Ｖｄ１*を優先し、無効分電圧指令値Ｖｑ１*を制
限することにより、電圧振幅を指令値どおり制御して電
流位相の不足分を直列に接続した電力変換器ＩＮＶ１か
ら供給するので、負荷電圧と電源力率を効率的に調整す
ることができる。なお、本実施形態では、直列に接続し
た電力変換器ＩＮＶ１の変換器電流を用いて電源電流Ｉ
Ｓの位相を調節しているが、これは変圧器Ｔ１の励磁電
流が十分小さい場合は負荷電流ＩＬと変換器電流Ｉ１が
ほぼ一致することを利用しており、直接負荷電流ＩＬや
電源電流ＩＳが検出できる場合はこれらの電流を用いる
こともできる。As described above, in the present embodiment, the effective component voltage command value Vd1 * is prioritized, and the invalid component voltage command value Vq1 * is limited. Are supplied from the power converter INV1 connected in series, so that the load voltage and the power supply power factor can be adjusted efficiently. In the present embodiment, the power supply current I is determined using the converter current of the power converter INV1 connected in series.
The phase of S is adjusted by utilizing the fact that the load current IL substantially coincides with the converter current I1 when the exciting current of the transformer T1 is sufficiently small. If these can be detected, these currents can also be used.
【００１２】次に、図４を用いてこのように構成した負
荷電圧調整装置の動作を説明する。図４は、負荷電圧調
整装置の運転中の電圧・電流のベクトル関係を表してい
る。ＶＳは電源電圧のベクトルを示し、制御内部ではこ
れを制御の基準位相として用い、このベクトルの方向を
ｄ軸、これに直行する方向をｑ軸とする。直列に接続し
た電力変換器ＩＮＶ１は、負荷電圧制御で負荷電圧指令
値ＶＬ*と負荷電圧検出値ＶＬが一致するように、電力
変換器のｄ軸方向の電圧指令値Ｖｄ１*を決定する。こ
れと共に負荷電流ＩＬの直列側無効分電流検出値Ｉｑ１
が直列側無効分電流指令値Ｉｑ１*に一致するように無
効分電圧指令値Ｖｑ１*を決定する。図４に示す例の場
合には、直列側無効分電流指令値Ｉｑ１*＝０としてお
り、電力変換器ＩＮＶ１の出力可能な電圧の範囲内（図
中にＶＳを中心とする円で表示）で無効分電圧指令Ｖｑ
１*を決定する。電力変換器ＩＮＶ１は、有効分電圧指
令値Ｖｄ１*及び無効分電圧指令値Ｖｑ１*で決まる出力
電圧ＶＩＮＶを出力する。負荷電圧ＶＬと負荷電流ＩＬ
のなす角ｄは負荷特性により決まり、負荷によって一定
の角度になるので、負荷電圧ＶＬの位相と電源電圧ＶＳ
の位相の差を調整することで負荷電流ＩＬの位相を調整
することができる。図４に示す例では、無効分電圧指令
Ｖｑ１*により負荷電圧ＶＬの位相が進み、負荷電流Ｉ
Ｌが電源電圧ＶＳに近づく。この例では、電力変換器Ｉ
ＮＶ１が出力可能な最大電圧を出しても負荷電流ＩＬの
位相は電源電流ＩＳに一致していない。本実施形態の制
御装置２ではこの誤差分を並列側無効分電流指令値Ｉｑ
ｐ*として並列に接続した電力変換器ＩＮＶ２の無効分
電流を制御することで、負荷電流ＩＬに並列に接続した
電力変換器ＩＮＶ２の無効分電流Ｉｑ２が加算されて電
源電流ＩＳを電源電圧ＶＳに一致させることができる。
例えば、電力変換器ＩＮＶ１で有効分電圧指令値Ｖｄ１
*＝０、無効分電圧指令値Ｖｑ１*＝１００％とし、電力
変換器ＩＮＶ２で並列側無効分電流指令値Ｉｑｐ*＝１
００％の条件により運転した場合、電源電流ＩＳと電力
変換器ＩＮＶ１の出力電圧ＶＩＮＶは直交し、電力変換
器ＩＮＶ１の出力する無効電力が電力変換器ＩＮＶ１の
能力の１００％となり、また、並列側無効分電流指令値
Ｉｑｐ*と電源電圧ＶＳが直交し、電力変換器ＩＮＶ２
の出力する無効電力が電力変換器ＩＮＶ２の能力の１０
０％となる。この結果、２００％の電源力率を調整する
ことができる。Next, the operation of the load voltage adjusting apparatus thus configured will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a vector relationship between voltage and current during operation of the load voltage regulator. VS indicates a power supply voltage vector, which is used as a control reference phase in the control, and the direction of this vector is d-axis, and the direction perpendicular thereto is q-axis. The power converter INV1 connected in series determines the d-axis voltage command value Vd1 * of the power converter so that the load voltage command value VL * and the load voltage detection value VL match in the load voltage control. At the same time, the series-side reactive current detection value Iq1 of the load current IL
Is determined so that the current value matches the series-side reactive current command value Iq1 *. In the case of the example shown in FIG. 4, the series-side reactive current command value Iq1 * = 0 is set, and within the range of the voltage that can be output from the power converter INV1 (indicated by a circle centered on VS in the figure). Invalid voltage command Vq
Determine 1 *. The power converter INV1 outputs an output voltage VINV determined by the effective component voltage command value Vd1 * and the ineffective component voltage command value Vq1 *. Load voltage VL and load current IL
Is determined by the load characteristics and becomes a constant angle depending on the load, so that the phase of the load voltage VL and the power supply voltage VS
By adjusting the difference between the phases, the phase of the load current IL can be adjusted. In the example shown in FIG. 4, the phase of the load voltage VL is advanced by the invalid component voltage command Vq1 *, and the load current I
L approaches the power supply voltage VS. In this example, the power converter I
Even if NV1 outputs the maximum voltage that can be output, the phase of load current IL does not match power supply current IS. In the control device 2 of the present embodiment, the error is converted into the parallel-side reactive current command value Iq.
By controlling the reactive component current of the power converter INV2 connected in parallel as p *, the reactive component current Iq2 of the power converter INV2 connected in parallel is added to the load current IL, and the power supply current IS is added to the power supply voltage VS. Can be matched.
For example, the effective voltage command value Vd1 in the power converter INV1
* = 0, reactive component voltage command value Vq1 * = 100%, and parallel-side reactive component current command value Iqp * = 1 in power converter INV2
When operated under the condition of 00%, the power supply current IS and the output voltage VINV of the power converter INV1 are orthogonal, the reactive power output from the power converter INV1 becomes 100% of the capacity of the power converter INV1, and The reactive current command value Iqp * is orthogonal to the power supply voltage VS, and the power converter INV2
Of the power of the power converter INV2 is 10
0%. As a result, a power factor of 200% can be adjusted.
【００１３】このように、本実施形態の負荷電圧調整装
置では、電力系統と負荷の間に直列に接続した電力変換
器ＩＮＶ１と並列に接続した電力変換器ＩＮＶ２の両者
の電源力率の調節能力を用いて電源力率を効果的に調整
することができるので、装置の小型化が図られる。ま
た、本実施形態では、負荷Ｌ２は直接電力系統１に接続
し、負荷電圧調整装置による電圧調整の管理外において
いる。受電設備においてこのように負荷電圧調整装置で
電圧管理可能な負荷ラインと電圧調整管理外の負荷ライ
ンを設けることにより、すなわち、電圧変動に弱い負荷
や、電圧の上昇により入力電力が増大する機器などを負
荷電圧調整装置で電圧管理可能な負荷ラインに設置する
ことにより、小さな装置容量で大きな効果を得ることが
できる。また、電圧管理をしていない負荷Ｌ２の負荷ラ
インで無効電力を消費している場合には、負荷電圧調整
装置側で進みの無効電力を供給して受電装置全体として
の力率を向上することができる。このように構成した負
荷電圧調整装置では、負荷電圧ＶＬの振幅を所定の電圧
に調整すると同時に、電源電流ＩＳの位相を調整するこ
とができる。As described above, in the load voltage adjusting apparatus according to the present embodiment, the power supply power factor adjusting capability of both the power converter INV1 connected in series and the power converter INV2 connected in parallel between the power system and the load. Since the power supply power factor can be effectively adjusted by using, the size of the device can be reduced. Further, in the present embodiment, the load L2 is directly connected to the power system 1 and is out of the control of voltage adjustment by the load voltage adjustment device. By providing a load line capable of voltage management by the load voltage regulator and a load line outside the voltage regulation control in the power receiving equipment in this way, that is, a load that is vulnerable to voltage fluctuations, a device whose input power increases due to an increase in voltage, etc. Is installed in a load line that can be controlled by a load voltage adjusting device, a large effect can be obtained with a small device capacity. In addition, when the reactive power is consumed in the load line of the load L2 that does not manage the voltage, the reactive voltage is supplied on the load voltage adjusting device side to improve the power factor of the entire power receiving device. Can be. In the load voltage adjustment device configured as described above, the amplitude of the load voltage VL can be adjusted to a predetermined voltage, and at the same time, the phase of the power supply current IS can be adjusted.
【００１４】図５は、本発明の他の実施形態を示す。図
１と同一符号は、同一の要素を表しているので、説明を
省略する。本実施形態におけるシステム構成図では、並
列に接続した電力変換器ＩＮＶ２は変圧器Ｔ２を介して
電力系統１と負荷Ｌ１の間に直列に接続した変圧器Ｔ１
の負荷側に接続した負荷電圧調整装置５０を有する。電
力変換器ＩＮＶ１は、負荷電圧ＶＬを調整しているの
で、電力系統１に事故が発生するなどして電力系統の電
圧が無くなった場合にも負荷電圧を一定にすることがで
きる。すなわち、本実施形態のように構成すれば、電力
系統１に事故が発生するなどして系統電圧が無くなった
場合にも、並列に接続した電力変換器ＩＮＶ２は電力を
出力することができる。電力変換器ＩＮＶ１，ＩＮＶ２
に接続したコンデンサＣ１及びＣ２は直流電圧ＥＤに対
して（式３）の電気エネルギーＥを蓄えることができ
る。FIG. 5 shows another embodiment of the present invention. 1 denote the same elements, and a description thereof will not be repeated. In the system configuration diagram according to the present embodiment, the power converter INV2 connected in parallel is connected to the transformer T1 connected in series between the power system 1 and the load L1 via the transformer T2.
And a load voltage adjusting device 50 connected to the load side. Since the power converter INV1 adjusts the load voltage VL, the load voltage can be kept constant even when the power system 1 runs out of voltage due to an accident in the power system 1 or the like. That is, with the configuration as in the present embodiment, the power converter INV2 connected in parallel can output power even when the system voltage is lost due to an accident in the power system 1 or the like. Power converters INV1, INV2
Can store the electric energy E of (Equation 3) with respect to the DC voltage ED.
【数３】 従って、系統事故などで電力系統１の電圧が無くなり、
系統から電力が供給できなくなった場合にも、直列に接
続した電力変換器ＩＮＶ１及び並列に接続した電力変換
器ＩＮＶ２を用いて直流電圧がＥＤからＥＤ’に低下す
るまで、（式４）で示されるエネルギー△Ｅを負荷に供
給することができる。(Equation 3) Therefore, the voltage of the power system 1 is lost due to a system accident or the like,
Even when power cannot be supplied from the power system, the power is converted to ED ′ by using the power converter INV1 connected in series and the power converter INV2 connected in parallel until the DC voltage decreases from ED to ED ′. Energy ΔE can be supplied to the load.
【数４】 コンデンサ容量を十分確保することにより、短時間の系
統電圧低下に対しては負荷電圧の確保と負荷への電力供
給が可能となり、本実施形態では、電力系統事故時の電
源のバックアップ機能を有する。このような系統電圧が
無くなった場合の負荷への電力供給は、図１の実施形態
の構成でも可能であるが、本実施形態のように構成する
ことにより、直列に接続した電力変換器ＩＮＶ１と並列
に接続した電力変換器ＩＮＶ２の両方を用いて負荷に電
力を供給することができるので、一方の電力変換器のみ
を用いて電力を供給するのに比べて電力変換器を小型化
することができる。(Equation 4) By sufficiently securing the capacitor capacity, it is possible to secure the load voltage and supply power to the load in the event of a short-time system voltage drop. The present embodiment has a power supply backup function in the event of a power system failure. Although the power supply to the load when the system voltage is lost can be performed by the configuration of the embodiment of FIG. 1, the configuration of the present embodiment enables the power supply INV1 connected in series to the power converter INV1. Since power can be supplied to the load using both of the power converters INV2 connected in parallel, it is possible to reduce the size of the power converter compared to supplying power using only one of the power converters. it can.
【００１５】図６は、本発明の他の実施形態を示す。図
１及び図５と同一符号は、同一の要素を表しているの
で、説明を省略する。本実施形態におけるシステム構成
図では、電力変換器の直流部に充放電可能な二次電池６
１を接続した負荷電圧調整装置６０を有する。二次電池
６１は電力系統が健全な場合には並列に接続した電力変
換器ＩＮＶ２を用いて充電しておき、電力系統の電圧が
低下するなどして系統から負荷に電力を供給できなくな
った場合に放電する。これにより、本実施形態では、電
力系統の長時間の停電でも負荷に継続して電力を供給す
ることができる。FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. 1 and 5 denote the same elements, and a description thereof will not be repeated. In the system configuration diagram in the present embodiment, a secondary battery 6 capable of charging and discharging the DC section of the power converter
1 is connected to the load voltage adjusting device 60. The secondary battery 61 is charged using the power converter INV2 connected in parallel when the power system is sound, and when the power cannot be supplied from the system to the load due to a decrease in the voltage of the power system. To discharge. Thus, in the present embodiment, it is possible to continuously supply power to the load even if the power system loses power for a long time.
【００１６】図７は、本発明の他の実施形態を示す。既
出の図と同一符号は、同一の要素を表しているので、説
明を省略する。本実施形態においては、電圧調整装置７
０において電力系統１と負荷Ｌ１の間に直列に接続した
変圧器Ｔ１の二次側、すなわち、変圧器Ｔ１と電力変換
器ＩＮＶ１の間に短絡装置７０１を設ける。変圧器Ｔ１
の高圧側に設けた短絡スイッチＢＳは、高圧用の場合投
入指令があっても、実際に投入するまでに遅れが生じる
場合がある。電力変換器ＩＮＶ１が停止した際に短絡ス
イッチＢＳが解放状態であると、変圧器Ｔ１の二次側解
放状態になるため、電力系統と負荷の間には変圧器Ｔ１
の励磁インダクタンスが挿入されることになり、大きな
電圧が変圧器Ｔ１の一時側に印加されることになる。通
常の場合は変換器１の運転中に出力電圧を絞り、出力電
圧零の状態で短絡スイッチＢＳを投入し、短絡スイッチ
ＢＳが投入されたのを確認して電力変換器ＩＮＶ１を停
止すれば、過電圧は発生しない。電力変換器ＩＮＶ１の
二次側に設けた短絡装置７０１は、高速に動作するもの
とし、電力変換器ＩＮＶ１の故障時など電力変換器を即
座に停止しなければならない際に投入し、変圧器Ｔ１に
印加される過電圧を防止する。FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in the above-described figures denote the same elements, and a description thereof will not be repeated. In the present embodiment, the voltage adjusting device 7
At 0, a short-circuit device 701 is provided on the secondary side of the transformer T1 connected in series between the power system 1 and the load L1, that is, between the transformer T1 and the power converter INV1. Transformer T1
The short-circuit switch BS provided on the high-voltage side may have a delay before it is actually turned on even if there is a turn-on command in the case of high voltage. If the short-circuit switch BS is in an open state when the power converter INV1 stops, the secondary side of the transformer T1 is in an open state, so that the transformer T1 is connected between the power system and the load.
Is inserted, and a large voltage is applied to the temporary side of the transformer T1. In a normal case, the output voltage is reduced during the operation of the converter 1, the short-circuit switch BS is turned on when the output voltage is zero, and the power converter INV 1 is stopped after confirming that the short-circuit switch BS is turned on. No overvoltage occurs. The short-circuit device 701 provided on the secondary side of the power converter INV1 operates at high speed, and is turned on when the power converter INV1 needs to be stopped immediately, for example, when the power converter INV1 fails. To prevent overvoltage applied to the.
【００１７】次に、図８を用いて短絡装置７０１につい
て説明する。図８は短絡装置７０１の詳細構成図であ
る。短絡装置７０１は、高速に動作可能なサイリスタス
イッチ等により構成し、短絡指令で導通する。これらの
スイッチが導通することで変圧器Ｔ１の二次側が短絡
し、電力系統と負荷の間に挿入した変圧器Ｔ１のインピ
ーダンスを低減する。Next, the short-circuit device 701 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a detailed configuration diagram of the short-circuit device 701. The short-circuit device 701 is configured by a thyristor switch or the like that can operate at high speed, and is turned on by a short-circuit command. When these switches become conductive, the secondary side of the transformer T1 is short-circuited, and the impedance of the transformer T1 inserted between the power system and the load is reduced.
【００１８】[0018]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第１の電力変換器（直列側）により負荷電圧の振幅と位
相を調整し、第２の電力変換器（並列側）により電源電
流の位相を調整することによって、電源力率と負荷電圧
を調整することができるとともに、受電側を所望の力率
にするように第１の電力変換器で負荷電圧位相を調整
し、第１の電力変換器による負荷電圧位相を調整した後
の位相誤差に応じて第２の電力変換器で供給する電流の
振幅を決定するので、第１の電力変換器の電源力率の調
節能力と第２の電力変換器の電源力率の調整能力を効果
的に用いて電源力率を調整することができ、装置の小型
化を図ることができる。また、第２の電力変換器を電力
系統と負荷の間に直列に挿入した変圧器の負荷側に並列
に接続することにより、系統電圧が低下した場合にも第
１の電力変換器及び第２の電力変換器の両変換器から負
荷に安定した電力を供給することができる。また、電力
系統と負荷の間に直列に接続した変圧器を短絡するスイ
ッチＢＳを設けることにより、第１の電力変換器の停止
時にも負荷に電力を継続して供給することができる。ま
た、第１の電力変換器と第２の電力変換器を接続する直
流部に充電及び放電が可能な二次電池を接続することに
より、電力系統の長時間の停電でも負荷に継続して電力
を供給することができる。また、第１の電力変換器の二
次側に高速に動作する短絡装置を設け、第１の電力変換
器の故障時など電力変換器を即座に停止しなければなら
ない際に投入することによって、電力系統と負荷の間に
直列に挿入した変圧器に印加される過電圧を防止するす
ることができる。As described above, according to the present invention,
The power supply power factor and the load voltage are adjusted by adjusting the amplitude and phase of the load voltage by the first power converter (series side) and adjusting the phase of the power supply current by the second power converter (parallel side). The first power converter adjusts the load voltage phase so that the power receiving side has a desired power factor, and adjusts the load voltage phase by the first power converter according to the phase error. Thus, the amplitude of the current supplied by the second power converter is determined by using the power supply power factor adjustment capability of the first power converter and the power supply power factor adjustment capability of the second power converter. The power supply power factor can be adjusted, and the size of the device can be reduced. Further, by connecting the second power converter in parallel to the load side of a transformer inserted in series between the power system and the load, the first power converter and the second power converter can be connected even when the system voltage drops. A stable power can be supplied to the load from both converters of the power converter. Further, by providing the switch BS for short-circuiting a transformer connected in series between the power system and the load, power can be continuously supplied to the load even when the first power converter is stopped. In addition, by connecting a rechargeable battery that can be charged and discharged to a DC unit that connects the first power converter and the second power converter, the load can be continuously supplied to the load even if the power system loses power for a long time. Can be supplied. In addition, by providing a short-circuit device that operates at a high speed on the secondary side of the first power converter, and when the power converter must be stopped immediately, such as when the first power converter fails, An overvoltage applied to a transformer inserted in series between the power system and the load can be prevented.
【図１】本発明の負荷電圧調整装置の一実施形態におけ
るシステムの構成図FIG. 1 is a configuration diagram of a system in an embodiment of a load voltage adjustment device of the present invention.
【図２】本発明の電力変換器の回路構成図FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the power converter of the present invention.
【図３】本発明の制御装置の詳細構成図FIG. 3 is a detailed configuration diagram of a control device of the present invention.
【図４】本発明の動作説明図FIG. 4 is a diagram illustrating the operation of the present invention.
【図５】本発明の他の実施形態FIG. 5 shows another embodiment of the present invention.
【図６】本発明の他の実施形態FIG. 6 shows another embodiment of the present invention.
【図７】本発明の他の実施形態FIG. 7 shows another embodiment of the present invention.
【図８】本発明の交流短絡装置の詳細図FIG. 8 is a detailed view of the AC short-circuit device of the present invention.
１…電力系統、２…制御装置、３、５０、６０、７０…
負荷電圧調整装置、４…電圧検出器、５…受電装置、６
１…二次電池、３１…位相検出器、３２…電力変換器２
の制御部、３２１…直流電圧制御器、３２２…電流検出
器、３２３…電流制御器、３２４…出力電圧指令装置、
３２５…指令制限器、３３…電力変換器１の制御部、３
３１…電流検出器、３３２…負荷電圧制御器、３３３…
無効分電流制御器、３３４…出力電圧指令装置、３３５
…電圧出力制限器、７０１…短絡装置、Ｔ１、Ｔ２…変
圧器、Ｃ１、Ｃ２…直流平滑コンデンサ、ＰＴ１、ＰＴ
２…電圧検出器、ＣＴ１、ＣＴ２…電流検出器、ＩＮＶ
１、ＩＮＶ２…電力変換器、Ｌ１、Ｌ２…負荷、ＢＳ…
バイパススイッチDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power system, 2 ... Control device, 3, 50, 60, 70 ...
Load voltage adjusting device, 4 ... voltage detector, 5 ... power receiving device, 6
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Secondary battery, 31 ... Phase detector, 32 ... Power converter 2
321: DC voltage controller, 322: current detector, 323: current controller, 324: output voltage command device,
325: command limiter, 33: control unit of power converter 1, 3
31 ... current detector, 332 ... load voltage controller, 333 ...
Reactive component current controller, 334 ... output voltage command device, 335
... voltage output limiter, 701 ... short circuit device, T1, T2 ... transformer, C1, C2 ... DC smoothing capacitor, PT1, PT
2: Voltage detector, CT1, CT2: Current detector, INV
1, INV2 ... power converter, L1, L2 ... load, BS ...
Bypass switch
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北村 拓 茨城県日立市東金沢町一丁目15番25号 株 式会社日立エレクトリックシステムズ内 (72)発明者 樋口 幹祐 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所電機システム事業所内 (72)発明者 上田 茂太 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 5G015 GA06 GA07 GB06 HA16 JA01 JA10 JA24 JA26 JA32 JA34 JA35 5G066 CA09 DA08 FA01 FB13 FC02 GA02 HB03 JA02 JB03 JB04 5H007 AA02 AA07 AA17 CA01 CB02 CB05 CC03 CC07 CC32 CC33 CC34 DA04 DA06 DB02 DC02 DC04 DC05 FA02 FA14 5H420 BB03 BB12 BB13 BB14 BB16 BB18 CC05 DD04 EA10 EA39 EA40 EA45 EB01 EB05 FF03 FF04 FF11 FF22 LL03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Taku Kitamura 1-15-25 Higashi Kanazawacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Electric Systems Co., Ltd. (72) Inventor Mikisuke Higuchi 1-1-1, Kokubuncho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Hitachi Electric Co., Ltd. Electric System Works (72) Inventor Shigeta Ueda 1-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture F-term in Hitachi Research Laboratory, Hitachi Ltd. F-term (reference) 5G015 GA06 GA07 GB06 HA16 JA01 JA10 JA24 JA26 JA32 JA34 JA35 5G066 CA09 DA08 FA01 FB13 FC02 GA02 HB03 JA02 JB03 JB04 5H007 AA02 AA07 AA17 CA01 CB02 CB05 CC03 CC07 CC32 CC33 CC34 DA04 DA06 DB02 DC02 DC04 DC05 FA02 FA14 5H420 BB03 BB13 BB13 BB13 BB13 BB12 BB12 BB13 BB12 BB13 BB12 BB12 BB13 BB12 BB12 BB13 BB12 BB13 BB12 BB13 BB12 BB12 BB13 BB13 BB12 BB13 EB01 EB05 FF03 FF04 FF11 FF22 LL03
Claims (5)
の受電設備において、直流平滑コンデンサと、直流を交
流に変換する第１の電力変換器と、前記直流コンデンサ
により直流部を共通とし、直流を交流に変換する第２の
電力変換器を備え、前記第１の電力変換器は電力系統と
負荷の間に直列に挿入した変圧器を介して接続し、前記
第２の電力変換器は前記変圧器の系統側に並列に接続
し、前記第１の電力変換器は前記変圧器の負荷側の電圧
が所望の電圧振幅となるように負荷電圧の振幅と位相を
調整し、前記第２の電力変換器は前記直流平滑コンデン
サの直流電圧を所望の大きさに調整するとともに、負荷
電流あるいは前記第１の電力変換器の電流の位相が所望
の位相となるように電力系統の電圧と位相の異なる電流
を供給する負荷電圧調整装置であって、受電側を所望の
力率にするように前記第１の電力変換器によって負荷電
圧位相を調整し、前記第１の電力変換器による負荷電圧
位相を調整した後の位相誤差に応じて前記第２の電力変
換器によって供給する電流の振幅を決定することを特徴
とする負荷電圧調整装置。1. A three-phase power receiving facility for supplying power from a power system to a load, wherein a DC smoothing capacitor, a first power converter for converting DC to AC, and a DC unit are shared by the DC capacitor. A second power converter for converting direct current to alternating current, wherein the first power converter is connected via a transformer inserted in series between a power system and a load, and the second power converter is Connected in parallel to the system side of the transformer, the first power converter adjusts the amplitude and phase of the load voltage so that the voltage on the load side of the transformer has a desired voltage amplitude; The power converter adjusts the DC voltage of the DC smoothing capacitor to a desired level, and adjusts the voltage of the power system such that the load current or the current of the first power converter has a desired phase. Voltage regulation to supply different currents A phase error after adjusting the load voltage phase by the first power converter so that the power receiving side has a desired power factor, and adjusting the load voltage phase by the first power converter. A load voltage adjusting device, wherein the amplitude of the current supplied by the second power converter is determined according to the following.
器は前記変圧器の負荷側に並列に接続することを特徴と
する負荷電圧調整装置。2. The load voltage adjusting device according to claim 1, wherein the second power converter is connected in parallel to a load side of the transformer.
第１の電力変換器を接続する前記変圧器の系統側と負荷
側を直接接続するバイパススイッチを備えることを特徴
とする負荷電圧調整装置。3. The load voltage regulator according to claim 1, further comprising a bypass switch that directly connects a system side and a load side of the transformer to which the first power converter is connected. .
て、前記第１の電力変換器と前記第２の電力変換器を接
続する直流部に充電及び放電が可能な二次電池を接続す
ることを特徴とする負荷電圧調整装置。4. The rechargeable battery according to claim 1, wherein a rechargeable battery capable of charging and discharging is connected to a DC section connecting the first power converter and the second power converter. A load voltage adjustment device characterized by the above-mentioned.
て、前記第１の電力変換器を接続する前記変圧器の２次
側に短絡スイッチを備えることを特徴とする負荷電圧調
整装置。5. The load voltage regulator according to claim 1, further comprising a short-circuit switch on a secondary side of the transformer connected to the first power converter.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001181253A JP2002374624A (en) | 2001-06-15 | 2001-06-15 | Load voltage regulator |
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| Publication Number | Publication Date |
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|---|---|
| JP (1) | JP2002374624A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018168948A1 (en) * | 2017-03-17 | 2018-09-20 | 株式会社 東芝 | Voltage compensation device |
| KR20210015886A (en) * | 2018-05-28 | 2021-02-10 | 엔알 일렉트릭 컴퍼니 리미티드 | Compensator and its control method and apparatus |
-
2001
- 2001-06-15 JP JP2001181253A patent/JP2002374624A/en active Pending
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| JP7089602B2 (en) | 2018-05-28 | 2022-06-22 | 南京南瑞▲継▼保▲電気▼有限公司 | Compensator and its control method and equipment |
| KR102490765B1 (en) * | 2018-05-28 | 2023-01-20 | 엔알 일렉트릭 컴퍼니 리미티드 | Compensator and its control method and device |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20040326 |