JP2008271634A

JP2008271634A - 電圧変動補償装置の制御方式

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Publication number: JP2008271634A
Application number: JP2007107780A
Authority: JP
Inventors: Akio Suzuki; 明夫鈴木
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-04-17
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-17
Also published as: JP5261967B2

Abstract

【課題】特に装置容量を大きくすることなく、受電端の電圧変動やフリッカを最小となるようにする。
【解決手段】負荷電流ＩＬから分離した無効電流，逆相電流，高調波電流を合成した補償電流値Ｉ^*に、補償ゲインＫＡＬＬを乗じて補償電流指令Ｉ１^*を求める。このとき、補償ゲインＫＡＬＬをＫＡＬＬ−ΔＫ，ＫＡＬＬ＋ΔＫのように変化させて、各場合の電圧変動を模擬系統インピーダンス１９ａ〜１９ｃを介して演算し、得られた電圧変動が最も小さくなるものの補償ゲインを、次回の補償ゲインとする操作を繰り返すことで補償ゲインを定めて制御を行なう。
【選択図】図１

Description

この発明は、電圧変動補償装置の制御方式に関する。

この種の電圧変動補償装置として、例えば特許文献１に開示されている図８に示すものがある。
これは、電圧変動補償装置が電圧変動を補償するために出力する無効電流ｉＱ，逆相電流ｉＮ，高調波電流ｉＨのそれぞれに補償ゲインＫＱ，ＫＮ，ＫＨを乗じて補償を行なうものである。ここに、ＫＱ，ＫＨは固定とし、ＫＮは逆相電流の大きさに反比例させるようにしている。

特開平０６−２３３４６４号公報

しかしながら、上記のような方式では、逆相電流が過大な場合においても無効電流，高調波電流を優先して補償できるものの、アーク炉のように炉の操業状態や溶解する材料等により、負荷としてのアーク炉が発生する無効電流，逆相電流，高調波電流の発生比率が大幅に異なる場合には、無効電流，高調波電流を優先しても電圧変動やフリッカが最小になるとは限らず、その結果、電圧変動が大きくなり電圧変動規制値やフリッカ規制値を満足できなくなる場合が生じる。そのため、電圧変動規制値やフリッカ規制値を満足させるべく、装置容量を大きくしなければならないという問題が発生する。

したがって、この発明の課題は、特に装置容量を大きくすることなく、電圧変動やフリッカを最小となるようにすることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、負荷電流から分離した無効電流，逆相電流および高調波電流を合成して得た合成（補償）電流値に補償ゲインを乗じ、補償電流指令を生成する。このとき、現在の補償ゲインで補償した場合と、補償ゲインを変えて補償した場合の電圧変動を演算し、この演算値が小さい方の補償ゲインを、次回の補償ゲインとする操作を繰り返すことにより、最適な補償ゲインを求める。

請求項２の発明では、負荷電流から分離した無効電流，逆相電流および高調波電流のそれぞれに個別の補償ゲインを乗じ、補償電流指令を生成する。このとき、各電流成分に、例えば無効電流，逆相電流，高調波電流の順で優先順位を付け、１番優先順位の高い無効電流の補償ゲインを、請求項１の発明と同様の手法で求める。この場合、他の電流成分の補償ゲインは固定にしておく。無効電流の補償ゲインが或る程度まで収束したら（変化しなくなったら）、無効電流の補償ゲインを収束した値に固定し、２番目の優先順位の逆相電流について、無効電流と同様の手法でその最適な補償ゲインを求める。逆相電流の補償ゲインが或る程度まで収束したら（変化しなくなったら）、逆相電流の補償ゲインを収束した値に固定し、３番目の優先順位の高調波電流について、無効電流と同様の手法でその最適な補償ゲインを求める。高調波電流の補償ゲインが或る程度まで収束したら（変化しなくなったら）、高調波電流の補償ゲインを収束した値に固定する。これを繰り返すことにより、最適な補償ゲインを求める。

上記請求項１または２の発明においては、前記電圧変動の代わりにフリッカ値（ΔＶ１０）を演算し、このフリッカ値が最も小さくなるような補償ゲインを求めることができる（請求項３の発明）。

この発明によれば、負荷の状態によらず最適な補償電流比率で電圧変動を補償できるため、従来より電圧変動を小さく抑えることができる。その結果、装置容量を従来より小さくしても同等の性能を確保でき、装置の小型化，低価格化が可能となる。

図１はこの発明の実施の形態を示すブロック図、図２は電圧変動補償装置を備えた一般的な系統構成図である。
図２に示すように、電圧変動補償装置１（ＩＮＶ）は、連系インピーダンスＬを介して系統２（Ｖｓ）と連系し、負荷３を流れる負荷電流ＩＬに含まれる無効電流，逆相電流および高調波電流を補償する補償電流ＩＣを出力することにより、受電点Ａの電圧変動を補償する。

図示されない検出器にて検出される負荷電流ＩＬの各相成分をＩａ，Ｉｂ，Ｉｃとし、これ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）式のようになる。この（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は系統の基本角周波数をそれぞれ示す。

上記（１）式で示される各相電流成分に対し、図１の三相／二相変換器１１、正相ベクトル演算器１２および逆相ベクトル演算器１３では、それぞれ数２〜数４の（２）〜（４）式のような変換行列による変換が行なわれ、α，β軸成分Ｉα，Ｉβ、正相電流のｄ，ｑ軸成分Ｉｄｐ，Ｉｑｐ、逆相電流のｄ，ｑ軸成分Ｉｄｎ，Ｉｑｎがそれぞれ求められる。

ここで、上記（１）式を（２）式に代入すると、数５の（５）式が得られる。

（５）式を（３）式に代入すると、数６の（６）式が得られる。

また、（５）式を（６）式に代入すると、数７の（７）式が得られる。

上記（６），（７）式のように三相電流または電圧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が分かる。半周期移動平均フィルタ１４ではこの２倍の周波数リプルを除去し、正相ｄ軸（有効）電流，正相ｑ軸（無効）電流の直流分Ｉｄｐ１，Ｉｑｐ１、逆相ｄ軸（有効）電流，逆相ｑ軸（無効）電流の直流分Ｉｄｎ１，Ｉｑｎ１を求める。

求めた各電流を正相逆ベクトル演算器（逆相ベクトル演算器１３と同じ演算を行なう）１５ａ，１５ｂ、逆相逆ベクトル演算器１６（正相ベクトル演算器１２と同じ演算を行なう）を用いて再度交流量に変換する。演算器１５ａの出力は変換器１７ａにて二相／三相変換された後、負荷電流ＩＬから減算することにより、高調波電流補償指令Ｉｈ^*となる。同様に、逆相逆ベクトル演算器１６の出力は変換器１７ｂにて二相／三相変換された後、逆相電流補償指令Ｉｎ^*となり、正相逆ベクトル演算器１５ｂの出力は変換器１７ｃにて二相／三相変換された後、無効電流補償指令Ｉｐ^*となる。
そして、これらＩｐ^*，Ｉｎ^*およびＩｈ^*の合計値（合成値）Ｉ^*を求め、これに対して以下のような操作を行なう。

図１は第１の補償方式を示し、ここでは先ず補償ゲインＫＡＬＬに初期値を与え（ＫＡＬＬ＝初期値）、このＫＡＬＬとＫＡＬＬ−ΔＫ（補償ゲイン変化分）とＫＡＬＬ＋ΔＫ（補償ゲイン変化分）を上記Ｉ^*に乗じた電流指令値で補償した場合の、各電圧変動ΔＶを求める。この電圧変動ΔＶを求めるに当たっては、各乗算器１８ａ〜１８ｃの出力から負荷電流ＩＬを減じた値に、電力系統を模擬したインピーダンス（模擬系統１９ａ〜１９ｃ）を乗じて得るようにしている。電圧変動ΔＶの各演算結果から、ＫＡＬＬの初期値が最も小さくなる補償ゲインに置き換える。この操作を繰り返すことにより、電圧変動がより小さくなる補償ゲインＫＡＬＬに収束していく。これにより、補償ゲインを最適化することができ、系統の電圧変動を効果的に補償できるようになる。

図３に第２の補償方式を示す。図４〜６は、図３の補償ゲイン演算器の具体例を示す構成図である。なお、図３の２１ａ〜２１ｃは係数器、３０は補償ゲイン演算器、図４〜６の１８ａ〜１８ｃは乗算器、１９ａ〜１９ｃは模擬系統（インピーダンス）、２０は最小値選択器である。
図３では、先ず、無効電流補償ゲインＫＱ、逆相電流補償ゲインＫＮ、高調波電流補償ゲインＫＨにそれぞれ初期値を与え、演算器３０で演算する補償ゲインの順番を、ここでは例えばＫＱ，ＫＮ，ＫＨの順とする。

優先順位の１番高い無効電流の補償ゲインＫＱについて、図４ではＫＱ＝初期値，ＫＱ−ΔＫ（補償ゲイン変化分），ＫＱ＋ΔＫを無効電流補償指令Ｉｐ^*に乗じた指令Ｉｐ２^*から負荷電流ＩＬを減じた値に対し、逆相電流補償指令Ｉｎ１^*と高調波電流補償指令Ｉｈ１^*とを加算した電流指令で補償した場合の、各電圧変動ΔＶを求める。その求め方は図１の場合と同様なので、説明は省略する。電圧変動ΔＶの各演算結果から、ＫＱの初期値を電圧変動ΔＶが最も小さくなる補償ゲインに置き換える。この際、逆相電流はＫＮ＝初期値、高調波電流もＫＨ＝初期値にそれぞれ固定しておく。この操作を繰り返すことにより、電圧変動がより小さくなる補償ゲインＫＱに収束していく。ＫＱが或る程度収束したら（変化しなくなったら）、収束した値に固定する。

次に、図５ではゲインＫＱを上記の収束値に固定したままで、逆相電流補償ゲインＫＮについて、ＫＮ＝初期値，ＫＮ−ΔＫ（補償ゲイン変化分），ＫＮ＋ΔＫを逆相電流補償指令Ｉｎ^*に乗じた指令Ｉｎ２^*から負荷電流ＩＬを減じた値に対し、無効電流補償指令Ｉｐ１^*と高調波電流補償指令Ｉｈ１^*とを加算した電流指令で補償した場合の、各電圧変動ΔＶを図１の場合と同様にして求める。電圧変動ΔＶの各演算結果から、ＫＮの初期値を電圧変動ΔＶが最も小さくなる補償ゲインに置き換える。この際、高調波電流はＫＨ＝初期値で固定しておく。この操作を繰り返すことにより、電圧変動がより小さくなる補償ゲインＫＮに収束していく。ＫＮが或る程度収束したら（変化しなくなったら）、収束した値に固定する。

さらに、図６ではＫＱ，ＫＮを上記の収束値に固定したままで、高調波電流補償ゲインＫＨについて、ＫＨ＝初期値，ＫＨ−ΔＫ（補償ゲイン変化分），ＫＨ＋ΔＫを高調波電流補償指令Ｉｈ^*に乗じた指令Ｉｈ２^*から負荷電流ＩＬを減じた値に対し、無効電流補償指令Ｉｐ１^*と逆相電流補償指令Ｉｎ１^*とを加算した電流指令で補償した場合の、各電圧変動ΔＶを図１の場合と同様にして求める。電圧変動ΔＶの各演算結果から、ＫＮの初期値を電圧変動ΔＶが最も小さくなる補償ゲインに置き換える。ＫＨが或る程度収束したら（変化しなくなったら）、収束した値に固定する。

なお、ＫＱ，ＫＮ，ＫＨの最適値演算は、ＫＨが収束した時点で終了しても良く、ＫＱ，ＫＮ，ＫＨの収束値を初期値として繰り返しても良い。
以上により、補償ゲインを最適化でき、系統の電圧変動を効果的に補償することが可能となる。

図７はこの発明のさらに別の実施形態を示すブロック図である。
同図からも明らかなように、図１に示すものに対しΔＶ１０演算器２２ａ〜２２ｃを付加して構成される。ここに、ΔＶ１０は一般にフリッカ値と呼ばれ、電圧変動率にちらつき視感度係数ａｎを乗じて求められる。ここでは、模擬系統（インピーダンス）１９ａ〜１９ｃの出力にちらつき視感度係数ａｎを乗じて、ΔＶ１０を求めるようにしている。

この発明の実施の形態を示すブロック図図１の電圧変動補償装置が適用されるシステム構成図この発明の別の実施の形態を示すブロック図図３の補償ゲイン演算器の第１の具体例を示す構成図図３の補償ゲイン演算器の第２の具体例を示す構成図図３の補償ゲイン演算器の第３の具体例を示す構成図この発明のさらに別の実施の形態を示すブロック図従来例を示すブロック図

符号の説明

１…電圧変動補償装置、２…系統、３…負荷、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、１４…半周期移動平均フィルタ、１５ａ，１５ｂ…正相逆ベクトル演算器、１６…逆相逆ベクトル演算器、１７ａ〜１７ｃ…二相／三相変換器、１８ａ〜１８ｃ…乗算器、１９ａ〜１９ｃ…模擬系統（インピーダンス）、２０…最小値選択器、２１ａ〜２１ｃ…係数器、２２ａ〜２２ｃ…ΔＶ１０（フリッカ値）演算器、３０…補償ゲイン演算器、Ａ…受電点。

Claims

系統に連系された負荷が発生する無効電流，逆相電流および高調波電流を補償することにより電圧変動を補償する電圧変動補償装置において、
負荷が発生する無効電流，逆相電流および高調波電流に対し、電圧変動補償装置が出力する補償電流の比率を変化させ、変化させた補償比率で受電点の電圧変動を演算し、この電圧変動が最も小さくなる補償比率を選択し、選択された補償比率で電圧変動補償を行なうことを特徴とする電圧変動補償装置の制御方式。
前記無効電流，逆相電流および高調波電流の補償比率を個別に変化させることを特徴とする請求項１に記載の電圧変動補償装置の制御方式。
前記電圧変動に代えて受電点のフリッカ値が最も小さくなるように、前記補償比率を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の電圧変動補償装置の制御方式。