JP2006271075A

JP2006271075A - 無効電力補償装置の制御方式

Info

Publication number: JP2006271075A
Application number: JP2005083853A
Authority: JP
Inventors: Akio Suzuki; 明夫鈴木
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-23
Filing date: 2005-03-23
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】系統の正相無効分および逆相分の検出遅れを小さくし、無効電力補償装置の過渡追従性を低下させないようにする。
【解決手段】三相負荷電流などの三相電気量を変換器１１で二相量に変換した後、正相ベクトル演算器１２を用いて正相ベクトル回転、逆相ベクトル演算器１３を用いて逆相ベクトル回転をそれぞれ行なうことで、三相負荷電流から正相成分および逆相成分のそれぞれを直流量として分離・検出すると、演算器１２，１３の各出力には逆相分，正相分が系統の２倍の周波数リプルとしてそれぞれ現れるため、この発明ではバンドパスフィルタ１４ａ〜１４ｃを用いて系統の２倍の周波数リプル分を抽出し、これらを演算器１２，１３の出力からそれぞれ減算することにより、遅れを小さくしてリプル分の除去を図る。
【選択図】図１

Description

この発明は、系統の正相無効分および逆相分を補償する無効電力補償装置の制御方式に関する。

図４に、例えば特許文献１に開示された「三相電気量の正相／逆相検出回路」の例を示す。
これは、図４（ａ）では三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを変換回路１によって二相信号Ｉα，Ｉβに変換し、これを正相ベクトル変換器３ａで三相電流の正相成分Ｉｄｐ，Ｉｑｐを求めるとともに、逆相ベクトル変換器３ｂで三相電流の逆相成分Ｉｄｎ，Ｉｑｎを求め、正相ベクトル変換器３ａの出力に含まれる逆相分と、逆相ベクトル変換器３ｂの出力に含まれる正相分を除去するために、図４（ｂ）に示すような移動平均フィルタ回路８を用いるものである。

特開平０６−２４５３８３号公報（第３−６頁、図１）

無効電力補償装置が補償しようとしている系統の正相無効分および逆相分が過渡的に変化した場合、上記従来例では正相ベクトル変換器の出力に含まれる逆相分の除去、および逆相ベクトル変換器３ｂの出力に含まれる正相分の除去のために移動平均フィルタ回路を用いているため、除去しようとしている周波数成分の１周期分の平均をとるため、正相ベクトル変換器の出力である正相分、および正相ベクトル変換器の出力である逆相分の検出に遅れが生じ、無効電力補償装置の過渡追従性が低下するという問題がある。
したがって、この発明の課題は、系統の正相無効分および逆相分の検出遅れを小さくし、無効電力補償装置の過渡追従性を低下させないようにすることにある。

このような課題を解決するため、この発明では、三相負荷電流などの三相電気量を二相量に変換した後、正相ベクトル演算器を用いて正相ベクトル回転、逆相ベクトル演算器を用いて逆相ベクトル回転をそれぞれ行なうことで、三相負荷電流から正相成分（三相正相有効電力成分および三相正相無効電力成分）および逆相成分（系統電流に含まれる逆相２軸電流成分）のそれぞれを直流量として分離検出し、そのうちの三相正相無効電力成分および逆相２軸電流成分を補償することにより、無効電力補償するものである。

しかしながら、上記正相ベクトル演算器の出力には逆相分が系統の２倍の周波数リプルとして、また、逆相ベクトル演算器の出力には正相分が系統の２倍の周波数リプルとしてそれぞれ現れるため、この発明ではバンドパスフィルタを用いて系統の２倍の周波数リプルを抽出し、これらを正相，逆相のベクトル演算器の出力からそれぞれ減算することにより、リプル分を除去するものである。

この発明によれば、無効電力補償装置の補償しようとしている系統の正相無効分および逆相分の分離演算において、バンドパスフィルタを用いて系統の２倍の周波数リプル成分を除去するようにしたので、補償しなければならない正相無効分および逆相無効分が急変したときの、リプル除去のためのフィルタによる検出遅れを小さくでき、その結果、過渡応答を改善することが可能となる。

図１はこの発明の実施の形態を示す回路構成図である。
同図において、１１は三相／二相変換器、１２は正相ベクトル演算器、１３は逆相ベクトル演算器、１４ａ，１４ｂ，１４ｃはバンドパスフィルタ、１５は正相逆ベクトル演算器、１６は逆相逆ベクトル演算器、１７は二相／三相変換器である。
まず、三相負荷電流の正相成分および逆相成分を検出する回路について、説明する。
各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを正相成分と逆相成分とに分離して表現すると、数１の（１）式で示すようになる。

ここに、（１）式のＩｐは正相成分電流波高値、Ｉｎは逆相成分電流波高値、φＰは正相成分電流位相差、φＮは逆相成分電流位相差、ωは系統の基本周波数である。

三相／二相変換器１１は、上記三相電流から三相／二相変換行列，正相ベクトル演算および逆相ベクトル演算を用いて正相分と逆相分に分離演算する。ただし、αは三相／二相変換のα軸成分を、βは三相／二相変換のβ軸成分をそれぞれ示す。
三相／二相変換行列式を数２の（２）式に示す。

また、正相ベクトル演算式を数３の（３）式に示し、

逆相ベクトル演算式を、数４の（４）式に示す。

上記（１）式を（２）式に代入すると、数５の（５）式のようになる。

そして、（５）式を（３）式に代入すると、数６の（６）式のようになる。この（６）式の演算を行なうのが正相ベクトル演算器１２であり、その出力Ｉｄｐがｄ軸出力分（正相有効電流）であり、Ｉｄｑがｑ軸出力分（正相無効電流）である。

さらに、（５）式を（６）式に代入すると、数７の（７）式のようになる。この（７）式の演算を行なうのが逆相ベクトル演算器１３であり、その出力Ｉｄｎがｄ軸出力分であり、Ｉｑｎがｑ軸出力分である。

（６），（７）式から分かるように、三相電流（電圧も同様）に正相分と逆相分が存在するとき、正相ベクトル演算器１２の出力には逆相分が、また、逆相ベクトル演算器１３の出力には正相分が、それぞれ系統の２倍の周波数リプルとして含まれることになる。正相分と逆相分を分離して制御するためには、この２倍の周波数リプルを除去する必要がある。
そこで、この発明では、系統の２倍の周波数成分を抽出するバンドパスフィルタにより、２倍の周波数リプルを抽出し、この抽出した分を正相ベクトル演算器１２，逆相ベクトル演算器１３の出力からそれぞれ減算することで除去するようにしている。

つまり、演算器１２，１３の出力Ｉｑｐ，Ｉｄｎ，Ｉｑｎから、系統の２倍の周波数リプルを除去してＩｑｐ^*，Ｉｄｎ^*，Ｉｑｎ^*を得、これらに対して正相逆ベクトル演算器１５および逆相逆ベクトル演算器１６でベクトル逆回転を行なった後、変換器１７で二相／三相変換を行なうことにより、無効電力補償装置の電流指令Ｉａ^*，Ｉｂ^*，Ｉｃ^*を得るようにしている。

以上のように、系統の２倍の周波数リプルをバンドパスフィルタで抽出しているため、正相無効分および逆相無効分が急変したときに、移動平均フィルタのようにリプル除去のためにリプル分の１周期の平均を必要とせず、補償しなければならない正相無効分および逆相無効分の急変を少ない遅れで検出することができる。

図２はこのことを説明するための説明図で、図２（ａ）は移動平均フィルタを用いる従来の場合、図２（ｂ）はこの発明の場合を示し、この発明の場合の方が検出が早められていることを示している。
なお、上記では主として電流の場合について説明したが、この発明は電圧の場合も同様にして適用することができる。

この発明の実施の形態を示すブロック図この発明の動作を従来例と対比して説明する説明図で、（ａ）は移動平均フィルタを用いる従来の場合、（ｂ）はこの発明の場合を示す。従来例を示す構成図で、（ａ）は三相／二相変換回路および正相，逆相ベクトル変換器を示し、（ｂ）は移動平均フィルタ回路を示す。

符号の説明

１１…三相／二相変換器、１２…正相ベクトル演算器、１３…逆相ベクトル演算器、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…バンドパスフィルタ、１５…正相逆ベクトル演算器、１６…逆相逆ベクトル演算器、１７…二相／三相変換器。

Claims

電力系統の正相無効分および逆相分を補償するための無効電力補償装置の制御方式において、
三相電気量を二相量に変換する三相／二相変換回路と、この三相／二相変換回路からの出力に対し、二軸回転座標軸上で電力系統電圧と同期した同一方向の正相ベクトル回転を行なって前記電気量の正相成分に変換する正相ベクトル演算器と、前記三相／二相変換回路からの出力に対し、二軸回転座標軸上で電力系統電圧と同期した逆方向の逆相ベクトル回転を行なって前記電気量の逆相成分に変換する逆相ベクトル演算器と、前記正相ベクトル演算器の出力に含まれる逆相分を除去する第１のバンドパスフィルタと、前記逆相ベクトル演算器の出力に含まれる正相分を除去する第２のバンドパスフィルタとを設け、電力系統の正相無効分および逆相分の過渡変化に対し高速な追従を可能にしたことを特徴とする無効電力補償装置の制御方式。