JP2003324847A - 電圧フリッカ補償方法および装置 - Google Patents
電圧フリッカ補償方法および装置Info
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- Y02E40/30—Reactive power compensation
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- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電気炉のように時間的に変化する不安定負荷
による電圧フリッカをも、常時最適な割合で補償できる
ようにする。 【解決手段】 従来は、座標変換器１６の出力として得
られる負荷の無効電力の正相成分と逆相成分に対し、設
定器２４，２５に設定された一定の補償割合を乗じて電
圧フリッカ（無効成分）補償するようにしているため、
時間的に変動する負荷３に対し常時最適な補償をするの
は極めて困難であったが、ここでは負荷電圧の所定周波
数成分を一定時間積分して実効値を求め、これをフリッ
カ評価の基準値として用い演算器２３で最適な補償割合
を求められるようにし、常時最適な割合での補償を可能
とする。
による電圧フリッカをも、常時最適な割合で補償できる
ようにする。 【解決手段】 従来は、座標変換器１６の出力として得
られる負荷の無効電力の正相成分と逆相成分に対し、設
定器２４，２５に設定された一定の補償割合を乗じて電
圧フリッカ（無効成分）補償するようにしているため、
時間的に変動する負荷３に対し常時最適な補償をするの
は極めて困難であったが、ここでは負荷電圧の所定周波
数成分を一定時間積分して実効値を求め、これをフリッ
カ評価の基準値として用い演算器２３で最適な補償割合
を求められるようにし、常時最適な割合での補償を可能
とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力系統に接続
された電気炉等の負荷（不安定負荷）によって発生する
電圧フリッカを、サイリスタや自己消弧形素子（これら
を総称して可制御スイッチ素子とも言う）からなる電力
変換装置を用いて補償する電圧フリッカ補償方法および
装置に関する。
された電気炉等の負荷（不安定負荷）によって発生する
電圧フリッカを、サイリスタや自己消弧形素子（これら
を総称して可制御スイッチ素子とも言う）からなる電力
変換装置を用いて補償する電圧フリッカ補償方法および
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力系統から短絡容量に相当するリアク
トルを介して負荷に電力を供給する場合、負荷の連系点
には負荷の無効電力変動と上記リアクトルとの積で決ま
る電圧変動が生じる。この電圧変動を電圧フリッカと言
い、規制の対象となっている。このような電圧フリッカ
を補償する方式には、例えば図５に示すように、自己消
弧形素子５にダイオード６を逆並列接続した電圧形イン
バータ７を、負荷３に並列接続する自励式補償方式と、
図６に示すように、リアクトル９とサイリスタ１０の直
列回路と、リアクトル１１とコンデンサ１２の直列回路
とをそれぞれ負荷３に並列接続する他励式補償方式とが
ある。
トルを介して負荷に電力を供給する場合、負荷の連系点
には負荷の無効電力変動と上記リアクトルとの積で決ま
る電圧変動が生じる。この電圧変動を電圧フリッカと言
い、規制の対象となっている。このような電圧フリッカ
を補償する方式には、例えば図５に示すように、自己消
弧形素子５にダイオード６を逆並列接続した電圧形イン
バータ７を、負荷３に並列接続する自励式補償方式と、
図６に示すように、リアクトル９とサイリスタ１０の直
列回路と、リアクトル１１とコンデンサ１２の直列回路
とをそれぞれ負荷３に並列接続する他励式補償方式とが
ある。
【０００３】自励式補償方式の詳細構成を図７に示す。
これは、電圧検出器１３で検出した連系電圧と、電流検
出器１４で検出した負荷電流とから、負荷の無効電力正
相分と無効電力逆相分を座標変換器１６により演算し、
調整結果により得られた（予め求められて２４，２５に
設定されている）正相分と逆相分の補償割合を乗算す
る。その結果に各相電流が定格内になるよう、リミッタ
演算器１７で演算したゲインをさらに乗算し、その結果
から座標変換器１８で３相の電流指令を演算し、電流検
出器１４’で検出した出力電流が指令と一致するよう
に、電流調節器１９’で電圧指令を演算し、パルス生成
器１９により図５の自己消弧形素子５に対する点弧パル
スを演算する。
これは、電圧検出器１３で検出した連系電圧と、電流検
出器１４で検出した負荷電流とから、負荷の無効電力正
相分と無効電力逆相分を座標変換器１６により演算し、
調整結果により得られた（予め求められて２４，２５に
設定されている）正相分と逆相分の補償割合を乗算す
る。その結果に各相電流が定格内になるよう、リミッタ
演算器１７で演算したゲインをさらに乗算し、その結果
から座標変換器１８で３相の電流指令を演算し、電流検
出器１４’で検出した出力電流が指令と一致するよう
に、電流調節器１９’で電圧指令を演算し、パルス生成
器１９により図５の自己消弧形素子５に対する点弧パル
スを演算する。
【０００４】他励式補償方式の詳細構成を図８に示す。
これは、各相電流が定格内になる無効電力正相分と逆相
分を演算し、リミッタにより定格内に収めるところまで
は自励式補償方式と同様であるが、その後図７では座標
変換器１８を用いて３相の電流指令を求めているのに対
し、ここでは３相電流指令値演算器１８’を用いて３相
の電流指令を求めるようにした点で異なっている。その
先は図７と同じく上記電流指令に出力電流が一致するよ
うに、電流調節器１９’で点弧角指令を演算し、パルス
生成器１９で点弧パルスを演算して図６のサイリスタ１
０を点弧制御する。
これは、各相電流が定格内になる無効電力正相分と逆相
分を演算し、リミッタにより定格内に収めるところまで
は自励式補償方式と同様であるが、その後図７では座標
変換器１８を用いて３相の電流指令を求めているのに対
し、ここでは３相電流指令値演算器１８’を用いて３相
の電流指令を求めるようにした点で異なっている。その
先は図７と同じく上記電流指令に出力電流が一致するよ
うに、電流調節器１９’で点弧角指令を演算し、パルス
生成器１９で点弧パルスを演算して図６のサイリスタ１
０を点弧制御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】電圧フリッカを補償す
るに当たっては、できるだけ少ない補償装置容量で補償
できることがコスト的にも望ましい。また、効果的に補
償するためには負荷の無効電力の正相分と逆相分の補償
割合を最適に設定する必要があるが、この最適値は負荷
や設置される系統によって異なるため、最適値の設定に
は経験が必要になると言う問題がある。したがって、こ
の発明の課題は、電気炉などの不安定負荷を、常時最適
な補償割合で補償できるようにすることにある。
るに当たっては、できるだけ少ない補償装置容量で補償
できることがコスト的にも望ましい。また、効果的に補
償するためには負荷の無効電力の正相分と逆相分の補償
割合を最適に設定する必要があるが、この最適値は負荷
や設置される系統によって異なるため、最適値の設定に
は経験が必要になると言う問題がある。したがって、こ
の発明の課題は、電気炉などの不安定負荷を、常時最適
な補償割合で補償できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、電力系統に接続された負
荷が発生する電圧フリッカを、可制御スイッチ素子から
なる電力変換装置を用いて補償するに当たり、一定時間
前のフリッカ改善評価値とその今回値との差を検出して
その差が一定範囲内かどうかを判断し、一定範囲内のと
きは負荷の無効電力正相成分と逆相成分との補償割合を
変更せずそのままにして運転を継続し、前記差が一定範
囲外のときは前記補償割合を変更することを特徴とす
る。この請求項１の発明においては、前記差が一定範囲
外で今回値が前回値を上回るときは、前記補償割合につ
いて前回が増加のときは今回は減少とするか、または、
前回が減少のときは今回は増加とし、前記差が一定範囲
外で今回値が前回値を下回るときは、前記補償割合につ
いて前回が増加のときは今回も増加とするか、または、
前回が減少のときは今回も減少とすることができる（請
求項２の発明）。上記請求項１または２の発明において
は、前記フリッカ改善評価値は、ちらつき視感度曲線の
周波数特性に合わせたバンドパスフィルタで系統電圧を
抽出し、その値から一定時間における実効値を求めて得
ることができる（請求項３の発明）。
るため、請求項１の発明では、電力系統に接続された負
荷が発生する電圧フリッカを、可制御スイッチ素子から
なる電力変換装置を用いて補償するに当たり、一定時間
前のフリッカ改善評価値とその今回値との差を検出して
その差が一定範囲内かどうかを判断し、一定範囲内のと
きは負荷の無効電力正相成分と逆相成分との補償割合を
変更せずそのままにして運転を継続し、前記差が一定範
囲外のときは前記補償割合を変更することを特徴とす
る。この請求項１の発明においては、前記差が一定範囲
外で今回値が前回値を上回るときは、前記補償割合につ
いて前回が増加のときは今回は減少とするか、または、
前回が減少のときは今回は増加とし、前記差が一定範囲
外で今回値が前回値を下回るときは、前記補償割合につ
いて前回が増加のときは今回も増加とするか、または、
前回が減少のときは今回も減少とすることができる（請
求項２の発明）。上記請求項１または２の発明において
は、前記フリッカ改善評価値は、ちらつき視感度曲線の
周波数特性に合わせたバンドパスフィルタで系統電圧を
抽出し、その値から一定時間における実効値を求めて得
ることができる（請求項３の発明）。
【０００７】請求項４の発明では、電力系統に接続され
た負荷の電圧と電流から負荷の無効電力の正相成分と逆
相成分とを求め、これらの各々に一定の補償割合を乗じ
た量にもとづき電力変換装置の可制御スイッチ素子を制
御することにより、負荷が発生する電圧フリッカを補償
する電圧フリッカ補償装置において、前記負荷の電圧検
出値からその一定周波数成分を抽出するバンドパスフィ
ルタと、このバンドパスフィルタの出力から一定時間の
電圧実効値を演算する実効値演算器と、この電圧実効値
を積算する積分器と、その最大値を求める最大値演算器
と、この最大値からフリッカ改善評価値を用いて前記補
償割合を演算する補償割合演算器とを設け、その補償割
合に応じて補償することを特徴とする。この請求項４の
発明においては、前記バンドパスフィルタの周波数特性
を、ちらつき視感度曲線の周波数特性に合わせることが
できる（請求項５の発明）。
た負荷の電圧と電流から負荷の無効電力の正相成分と逆
相成分とを求め、これらの各々に一定の補償割合を乗じ
た量にもとづき電力変換装置の可制御スイッチ素子を制
御することにより、負荷が発生する電圧フリッカを補償
する電圧フリッカ補償装置において、前記負荷の電圧検
出値からその一定周波数成分を抽出するバンドパスフィ
ルタと、このバンドパスフィルタの出力から一定時間の
電圧実効値を演算する実効値演算器と、この電圧実効値
を積算する積分器と、その最大値を求める最大値演算器
と、この最大値からフリッカ改善評価値を用いて前記補
償割合を演算する補償割合演算器とを設け、その補償割
合に応じて補償することを特徴とする。この請求項４の
発明においては、前記バンドパスフィルタの周波数特性
を、ちらつき視感度曲線の周波数特性に合わせることが
できる（請求項５の発明）。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施の形
態を示す構成図である。図示のように、これは図７に示
す従来例に対し、バンドパスフィルタ２０、実効値演算
器２１、積分器２２’、最大値演算器２２および補償割
合演算器２３を付加して構成される。フィルタ２０には
検出器１３からの系統電圧が与えられるので、系統電圧
の所定周波数成分が抽出される。このとき、フィルタ２
０には図２に示されるような、ちらつき視感度曲線のゲ
イン応答と一致する周波数特性を持たせる。
態を示す構成図である。図示のように、これは図７に示
す従来例に対し、バンドパスフィルタ２０、実効値演算
器２１、積分器２２’、最大値演算器２２および補償割
合演算器２３を付加して構成される。フィルタ２０には
検出器１３からの系統電圧が与えられるので、系統電圧
の所定周波数成分が抽出される。このとき、フィルタ２
０には図２に示されるような、ちらつき視感度曲線のゲ
イン応答と一致する周波数特性を持たせる。
【０００９】実効値演算器２１はフィルタ２０の出力ｆ
BFP（ｔ）に対し、次の数１に示す（１）式の演算式に
より、例えば周期１００ｍｓの実効値演算を行ない、こ
れをフリッカ評価値として用いる。
BFP（ｔ）に対し、次の数１に示す（１）式の演算式に
より、例えば周期１００ｍｓの実効値演算を行ない、こ
れをフリッカ評価値として用いる。
【数１】
【００１０】演算された各相電圧の実効値は積分器２
２’で逐次積分され、その各相の最大値が最大値演算器
２２で求められる。これは、最大値に対して補償ができ
るようにするためである。補償割合演算器２３はフリッ
カ評価値から上記正相分と逆相分の補償割合を演算し、
これにもとづき制御を行なう。なお、各演算サイクル毎
に積分器２２’がクリアされる。
２’で逐次積分され、その各相の最大値が最大値演算器
２２で求められる。これは、最大値に対して補償ができ
るようにするためである。補償割合演算器２３はフリッ
カ評価値から上記正相分と逆相分の補償割合を演算し、
これにもとづき制御を行なう。なお、各演算サイクル毎
に積分器２２’がクリアされる。
【００１１】図３は補償割合演算器の動作を説明するフ
ローチャートである。まず、ステップでフリッカ評価
値の前回値と今回値との差（｜前回値−今回値｜）が、
一定範囲内（＜ΔＶ）かどうかを判断する。一定範囲内
のときは補償割合を変更せず（ステップ）、一定範囲
外のときはステップで前回値＜今回値かどうかを判断
する。前回値＜今回値のときはステップに移行し、こ
こで前回において正相分の補償割合を増加したか否かを
判断する。判断結果がＹｅｓのときは、正相分補償割合
前回値ＲP（Ｎ−１）をΔＲだけ減らし、逆相分補償割
合前回値ＲN（Ｎ−１）をΔＲだけ増やす。つまり、正
相分補償割合今回値ＲP（Ｎ）＝ＲP（Ｎ−１）−ΔＲと
し、逆相分補償割合今回値ＲN（Ｎ）＝ＲN（Ｎ−１）＋
ΔＲとする（ステップ）。一方、ステップでの判断
結果がＮｏのときは、正相分補償割合前回値ＲP（Ｎ−
１）をΔＲだけ増やし、逆相分補償割合前回値ＲN（Ｎ
−１）をΔＲだけ減らす。つまり、正相分補償割合今回
値ＲP（Ｎ）＝ＲP（Ｎ−１）＋ΔＲとし、逆相分補償割
合今回値ＲN（Ｎ）＝ＲN（Ｎ−１）−ΔＲとする（ステ
ップ）。
ローチャートである。まず、ステップでフリッカ評価
値の前回値と今回値との差（｜前回値−今回値｜）が、
一定範囲内（＜ΔＶ）かどうかを判断する。一定範囲内
のときは補償割合を変更せず（ステップ）、一定範囲
外のときはステップで前回値＜今回値かどうかを判断
する。前回値＜今回値のときはステップに移行し、こ
こで前回において正相分の補償割合を増加したか否かを
判断する。判断結果がＹｅｓのときは、正相分補償割合
前回値ＲP（Ｎ−１）をΔＲだけ減らし、逆相分補償割
合前回値ＲN（Ｎ−１）をΔＲだけ増やす。つまり、正
相分補償割合今回値ＲP（Ｎ）＝ＲP（Ｎ−１）−ΔＲと
し、逆相分補償割合今回値ＲN（Ｎ）＝ＲN（Ｎ−１）＋
ΔＲとする（ステップ）。一方、ステップでの判断
結果がＮｏのときは、正相分補償割合前回値ＲP（Ｎ−
１）をΔＲだけ増やし、逆相分補償割合前回値ＲN（Ｎ
−１）をΔＲだけ減らす。つまり、正相分補償割合今回
値ＲP（Ｎ）＝ＲP（Ｎ−１）＋ΔＲとし、逆相分補償割
合今回値ＲN（Ｎ）＝ＲN（Ｎ−１）−ΔＲとする（ステ
ップ）。
【００１２】上記ステップの判断結果が前回値＜今回
値でないときは（前回値＞今回値のときである。前回値
＝今回値のときは、ステップのときとおなじであ
る。）、ステップで前回において正相分の補償割合を
増加したか否かを判断する。判断結果がＹｅｓのときは
ステップと同じく、正相分補償割合前回値ＲP（Ｎ−
１）をΔＲだけ増やし、逆相分補償割合前回値ＲN（Ｎ
−１）をΔＲだけ減らす（ステップ）。ステップで
の判断結果がＮｏのときはステップと同じく、正相分
補償割合前回値ＲP（Ｎ−１）をΔＲだけ減らし、逆相
分補償割合前回値ＲN（Ｎ−１）をΔＲだけ増やす。
値でないときは（前回値＞今回値のときである。前回値
＝今回値のときは、ステップのときとおなじであ
る。）、ステップで前回において正相分の補償割合を
増加したか否かを判断する。判断結果がＹｅｓのときは
ステップと同じく、正相分補償割合前回値ＲP（Ｎ−
１）をΔＲだけ増やし、逆相分補償割合前回値ＲN（Ｎ
−１）をΔＲだけ減らす（ステップ）。ステップで
の判断結果がＮｏのときはステップと同じく、正相分
補償割合前回値ＲP（Ｎ−１）をΔＲだけ減らし、逆相
分補償割合前回値ＲN（Ｎ−１）をΔＲだけ増やす。
【００１３】このように、一定時間前のフリッカ改善評
価値とその今回値との差を検出してその差が一定範囲内
かどうかを判断し、一定範囲内のときは負荷の無効電力
正相成分と逆相成分との補償割合を変更せずそのままに
して運転を継続し、前記差が一定範囲外で今回値が前回
値を上回るときは前回とは逆の操作をし、前記差が一定
範囲外で今回値が前回値を下回るときは前回と同じ操作
をすることにより、電気炉などの不安定負荷を、常時最
適な補償割合で補償することが可能となる。
価値とその今回値との差を検出してその差が一定範囲内
かどうかを判断し、一定範囲内のときは負荷の無効電力
正相成分と逆相成分との補償割合を変更せずそのままに
して運転を継続し、前記差が一定範囲外で今回値が前回
値を上回るときは前回とは逆の操作をし、前記差が一定
範囲外で今回値が前回値を下回るときは前回と同じ操作
をすることにより、電気炉などの不安定負荷を、常時最
適な補償割合で補償することが可能となる。
【００１４】
【発明の効果】この発明によれば、予め決められた補償
割合で補償するのではなく、負荷の電圧変動に応じて補
償するようにしたので、補償装置を設置した後に行なう
調整時間を短縮することができる。また、常に最適な補
償割合となることから、従来のものよりも少ない装置容
量で従来と同程度の電圧フリッカ補償性能を有するの
で、装置コストを低減できる。
割合で補償するのではなく、負荷の電圧変動に応じて補
償するようにしたので、補償装置を設置した後に行なう
調整時間を短縮することができる。また、常に最適な補
償割合となることから、従来のものよりも少ない装置容
量で従来と同程度の電圧フリッカ補償性能を有するの
で、装置コストを低減できる。
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図２】ちらつき視感度曲線を示す特性図である。
【図３】図１の動作を説明するためのフローチャートで
ある。
ある。
【図４】この発明の第２の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図５】自励式補償方式の従来例を説明するための概要
図である。
図である。
【図６】他励式補償方式の従来例を説明するための概要
図である。
図である。
【図７】図５の詳細例を示す構成図である。
【図８】図６の詳細例を示す構成図である。
１…電力系統、２…短絡容量相当のインダクタンス、３
…負荷、４，９，１１…リアクトル、５…自己消弧素
子、６…ダイオード、７…インバータ、８…直流電源、
１０…サイリスタ、１２…コンデンサ、１３…電圧検出
器、１４，１４’…電流検出器、１５…自励式補償装
置、１５’…他励式補償装置、１６，１８…座標変換
器、１７…リミッタ演算器、１８’…３相電流指令値演
算器、１９…パルス生成器、１９’…電流調節器、２０
…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２１…実効値演算
器、２２…最大値演算器、２２’…積分器、２３…補償
割合演算器、２４…逆相分補償率設定器、２５…正相分
補償率設定器。
…負荷、４，９，１１…リアクトル、５…自己消弧素
子、６…ダイオード、７…インバータ、８…直流電源、
１０…サイリスタ、１２…コンデンサ、１３…電圧検出
器、１４，１４’…電流検出器、１５…自励式補償装
置、１５’…他励式補償装置、１６，１８…座標変換
器、１７…リミッタ演算器、１８’…３相電流指令値演
算器、１９…パルス生成器、１９’…電流調節器、２０
…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２１…実効値演算
器、２２…最大値演算器、２２’…積分器、２３…補償
割合演算器、２４…逆相分補償率設定器、２５…正相分
補償率設定器。
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フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5G066 DA04 DA08 FA05 FB11 FC04
FC12
5H420 BB02 BB16 CC04 DD03 DD09
DD10 EA40 EB01 EB05 EB38
EB40 FF03 FF04 FF07 FF25
FF26
Claims (5)
- 【請求項１】 電力系統に接続された負荷が発生する電
圧フリッカを、可制御スイッチ素子からなる電力変換装
置を用いて補償するに当たり、 一定時間前のフリッカ改善評価値とその今回値との差を
検出してその差が一定範囲内かどうかを判断し、一定範
囲内のときは負荷の無効電力正相成分と逆相成分との補
償割合を変更せずそのままにして運転を継続し、前記差
が一定範囲外のときは前記補償割合を変更することを特
徴とする電圧フリッカ補償方法。 - 【請求項２】 前記差が一定範囲外で今回値が前回値を
上回るときは、前記補償割合について前回が増加のとき
は今回は減少とするか、または、前回が減少のときは今
回は増加とし、前記差が一定範囲外で今回値が前回値を
下回るときは、前記補償割合について前回が増加のとき
は今回も増加とするか、または、前回が減少のときは今
回も減少とすることを特徴とする請求項１に記載の電圧
フリッカ補償方法。 - 【請求項３】 前記フリッカ改善評価値は、ちらつき視
感度曲線の周波数特性に合わせたバンドパスフィルタで
系統電圧を抽出し、その値から一定時間における実効値
を求めて得ることを特徴とする請求項１または２のいず
れかに記載の電圧フリッカ補償方法。 - 【請求項４】 電力系統に接続された負荷の電圧と電流
から負荷の無効電力の正相成分と逆相成分とを求め、こ
れらの各々に一定の補償割合を乗じた量にもとづき電力
変換装置の可制御スイッチ素子を制御することにより、
負荷が発生する電圧フリッカを補償する電圧フリッカ補
償装置において、 前記負荷の電圧検出値からその一定周波数成分を抽出す
るバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタの出
力から一定時間の電圧実効値を演算する実効値演算器
と、この電圧実効値を積算する積分器と、その最大値を
求める最大値演算器と、この最大値からフリッカ改善評
価値を用いて前記補償割合を演算する補償割合演算器と
を設け、その補償割合に応じて補償することを特徴とす
る電圧フリッカ補償装置。 - 【請求項５】 前記バンドパスフィルタの周波数特性
を、ちらつき視感度曲線の周波数特性に合わせることを
特徴とする請求項４に記載の電圧フリッカ補償装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002133854A JP3801946B2 (ja) | 2002-05-09 | 2002-05-09 | 電圧フリッカ補償方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002133854A JP3801946B2 (ja) | 2002-05-09 | 2002-05-09 | 電圧フリッカ補償方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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