JP2005080368A

JP2005080368A - 無効電力補償装置の制御回路

Info

Publication number: JP2005080368A
Application number: JP2003306109A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shinohara; 博篠原; Shigeo Konishi; 茂雄小西
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-03-24

Abstract

【課題】簡単な回路を付加するだけで、負荷無効電力の急変動成分で電圧フリッカを補償しつつ、負荷の力率を悪化させないようにする。
【解決手段】点弧角制御回路１２を介し図示されない無効電力補償装置のサイリスタ等を点弧角αにて制御することで、負荷が発生するフリッカ電圧を抑制する制御回路１３に対し、無効電力の急変動成分ΔＱに基づき制御信号ＶＣを演算する従来の経路に、急変動成分ΔＱと補償装置容量Ｑ_SVC／２とから装置余分容量を演算する演算回路１５と、この装置余分容量をベース分補償容量の上限値として制限するリミッタ１６とを設けるだけで、負荷の力率補償もできるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体素子を用いてアーク炉負荷等から発生する電圧フリッカを補償する無効電力補償装置、特にその制御回路に関する。

図４に無効電力補償装置の従来例を示す。同図の無効電力補償装置１は、電力系統２から系統インピーダンス３を介して負荷４が接続される系統の、系統インピーダンス３と負荷４との間に設置され、負荷４が発生する電圧フリッカを補償する。無効電力補償装置１は図示のように、サイリスタ５、リアクトル６、コンデンサ７および制御装置１３等より構成されている。

その動作としては、電圧フリッカを補償するために、負荷４が発生する無効電力を補償する。いま、負荷４が発生する無効電力をＱｆ、無効電力補償装置１の無効電力をＱｔ、系統の無効電力をＱｓとすると、Ｑｔ＝Ｑｆとなるように無効電力補償装置１を制御することで、系統の無効電力Ｑｓ＝０となり、系統電圧の電圧変動が抑制される結果、電圧フリッカが抑制されることになる。

次に、例えば特許文献１に開示されている無効電力補償装置の制御回路例を、図５に示す。
図示のように、制御装置１３は無効電力検出回路１０，１１、減算器１８、加算器１９および点弧角制御回路１２等より構成される。つまり、負荷４が発生する無効電力は一般に、急峻に変化する変動成分と、アーク炉の運転状態などによりゆっくりと変化するベース成分とを合成したものであり、前者がフリッカを誘発するので、このフリッカを補償するには前者の急変動成分を補償する必要がある。

そこで、系統電圧Ｖｓ，負荷電流Ｉｆを変圧器ＰＴ８，変流器ＣＴ９でそれぞれ検出し、無効電力検出回路１０で負荷４の急変動成分を含む無効電力Ｑ１を演算し、無効電力検出回路１１でゆっくりとした変動成分であるベース無効電力Ｑ２を演算する。その後、減算器１８でＱ１とＱ２の差から負荷４の急変動成分ΔＱ（＝Ｑ１−Ｑ２）を演算し、補償装置容量の約１／２の固定バイアスＱ_SVC／２を加算器１９にて加算することで、無効電力補償装置１の制御指令信号ＶＣを求めるようにしている。その後、点弧角制御回路１２でサイリスタ５の点弧角αを演算することで、サイリスタ５を導通させて無効電力を出力する。

ここで、リアクトル６の容量を０〜１００％とし、コンデンサ７の容量を５０％固定にしておくと、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）のように、無効電力補償装置１は遅れ５０％〜進み５０％までが補償範囲ということになる。
これに対し、上記のような無効電力の変動成分とベース成分とを補償するに当たり、各成分のそれぞれに可変ゲインを乗じ、それらを合成した結果に基づき無効電力変動を補償する技術が、例えば特許文献２に開示されている。

特開平０７−２１２９７９号公報（第２頁、図４）特開平０８−１３７５６４号公報（第３頁、図１）

しかし、特許文献１に示す前者では、無効電力の変動成分のみを補償するためベース成分が残ってしまい、負荷の力率が悪くなる。この力率を良くするためにはコンデンサの容量を大きくする必要があり、装置が大型化しコスト高になるという問題がある。
また、特許文献２に示す後者では、補償容量をゲインで調整するためのゲインテーブルが必要となり、その設計が困難で時間が掛かることからコスト高につながるという問題がある。
したがって、この発明の課題は、装置を大型化しコスト高にすることなく簡単な構成で無効電力補償を可能にすることにある。

このような課題を解決するために、請求項１の発明では、負荷の無効電力からゆっくりと変動するベース変動分を差し引いて得られる急変動成分を制御信号として無効電力補償装置を制御することにより、負荷から発生する電圧フリッカを抑制する無効電力補償装置の制御回路において、
前記無効電力の急変動成分と無効電力補償装置容量とから装置余分容量を演算する演算回路と、演算された前記装置余分容量をベース分補償容量の上限値として制限するリミッタとを設け、無効電力の急変動成分で電圧フリッカを抑制し、前記装置余分容量で負荷無効電力のベース分を補償することを特徴とする。

この発明によれば、補償装置の余力容量を演算し、この余力容量で負荷のベース分を補償するようにしたので、簡単な回路を付加するだけで負荷の力率を低下させることなく、フリッカを補償することができる利点が得られる。

図１はこの発明の実施の形態を示す構成図である。
図示のように、系統電圧Ｖｓと負荷電流Ｉｆから無効電力検出回路１０で急変動成分を含む無効電力Ｑ１を演算し、無効電力検出回路１１で無効電力ベース分Ｑ２を演算し、減算器１８でＱ１とＱ２の差から急変動成分ΔＱを求め、固定バイアスを加算した結果に基づき点弧角制御回路１２を介して、無効電力補償装置を制御する図５と同様の構成に対し、急変動成分ΔＱを演算する減算器１８の後段に、ピーク値演算回路１４，余分容量演算回路１５およびリミッタ１６を付加し、無効電力ベース分Ｑ２の演算結果をリミッタ１６を介して、固定バイアスに加算する構成にした点が特徴である。

すなわち、急変動成分ΔＱを演算した結果からピーク値演算回路１４で急変動成分ΔＱのピーク値ΔＱｐを演算し、余分容量演算回路１５でこのピーク値ΔＱｐと固定バイアスＱ_SVC／２とから、補償装置の余分容量を演算する。この余分容量分をリミッタ１６の上限値とすることで、無効電力ベース分Ｑ２を補償装置の余分分として固定バイアスに加算する。この余分容量演算回路１５を例えば図２に示すように構成し、減算器２０で補償装置の定格容量Ｑ_SVCと固定バイアスＱ_SVC／２との差を求め、これに急変動成分のピーク値ΔＱｐを加算し、下限リミッタ１７で０％以上を補償装置の余分容量として演算する。

図３に以上のような演算波形例を示す。
図３（ａ）のように、急変動成分を含む無効電力をＱ１、無効電力ベース分をＱ２とすると、Ｑ１とＱ２の差として表わされる急変動成分ΔＱは図３（ｂ）のようになる。ピーク値演算回路１４はΔＱのピーク値ΔＱｐを演算し、余分容量演算回路１５はこのΔＱｐと（Ｑ_SVC−Ｑ_SVC／２）から、余分容量を図３（ｂ）のように演算する。この余分容量を上限とするベース無効電力Ｑ２を図３（ｃ）のようにＱＢとすると、制御入力信号ＶＣは（Ｑ_SVC／２＋ＱＢ＋ΔＱ）のように表わされる。こうして、図３（ｄ）のように余分容量を上限とする系統無効電力Ｑｓｓを補償することができる。

この発明の実施の形態を示す構成図図１の余分容量演算回路の具体例を示す回路図図１の動作説明図従来例を示す構成図図４の制御装置の具体例を示す構成図図４の動作説明図

符号の説明

１…無効電力補償装置、２…電力系統、３…系統インピーダンス、４…負荷、５…サイリスタ、６…リアクトル、７…コンデンサ、８…変圧器（ＰＴ）、９…変流器（ＣＴ）、１０，１１…無効電力検出回路、１２…点弧角制御回路、１３…制御装置、１４…ピーク値検出回路、１５…余分容量演算回路、１６，１７…リミッタ、１８，２０…減算器、１９…加算器。

Claims

負荷の無効電力からゆっくりと変動するベース変動分を差し引いて得られる無効電力の急変動成分を制御信号として無効電力補償装置を制御することにより、負荷から発生する電圧フリッカを抑制する無効電力補償装置の制御回路において、
前記無効電力の急変動成分と無効電力補償装置容量とから装置余分容量を演算する演算回路と、演算された前記装置余分容量をベース分補償容量の上限値として制限するリミッタとを設け、無効電力の急変動成分で電圧フリッカを補償し、前記装置余分容量で負荷無効電力のベース分を補償することを特徴とする無効電力補償装置の制御回路。