JP2008289274A - Voltage fluctuation compensator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負荷に電力を供給する配電線において、負荷の変動により発生する電圧変動を補償する電圧変動補償装置に関する。 The present invention relates to a voltage fluctuation compensation device that compensates for voltage fluctuations caused by fluctuations in a load in a distribution line that supplies power to the load.
図5(a)に示すように、誘導性負荷、例えば、揚水機場などに設置されるポンプ用電動機(以下、電動機と称す)は、起動するとき(図の例においては公知のコンドルファ起動による)に非常に大きな電力を必要とするが、定常運転状態に移行すると使用電力はほとんど一定になる。従って、電動機に電力を供給する配電線の電圧降下は、電動機の起動時に大きく変動し、定常運転状態ではほぼ一定の値となる。 As shown in FIG. 5 (a), an inductive load, for example, a pump motor installed in a pumping station or the like (hereinafter referred to as an electric motor) is activated (in the example of the figure, by a known condorfa activation). ) Requires a very large amount of power, but the power consumption becomes almost constant when the state is shifted to a steady operation state. Therefore, the voltage drop of the distribution line that supplies electric power to the electric motor greatly fluctuates when the electric motor is started up, and becomes a substantially constant value in the steady operation state.
しかし、電動機が定常運転状態であっても、電動機が運転し電力を消費している限り電圧降下を生じる。そこで、電動機に電力を供給する配電線において発生する電圧変動を補償する電動機電圧変動補償装置は、半導体スイッチを介して電動機と並列に接続された進相コンデンサを複数有しており、図5(b)に示すように、電動機が停止しているときと同じ電圧になるように、進相コンデンサを投入し続けて電圧を維持する(例えば、特許文献1参照)。
電動機が起動時または定常状態で運転しているとき、電動機が停止しているときと同じ電圧に維持するには、無効電力に起因する電圧変動とともに有効電力に起因する電圧変動も併せて補償する必要がある。 In order to maintain the same voltage as when the motor is stopped when the motor is operating at startup or in a steady state, the voltage fluctuation caused by the active power is compensated together with the voltage fluctuation caused by the reactive power. There is a need.
従来の電圧降下補償装置は、電動機が起動時または定常状態で運転している限り、電動機が停止しているときと同じ電圧になるよう、装置に設置した進相コンデンサを投入し続けていた。 In the conventional voltage drop compensator, as long as the electric motor is started or operated in a steady state, the phase advance capacitor installed in the apparatus is continuously supplied so that the voltage is the same as that when the electric motor is stopped.
電動機が運転状態に有る時発生する電圧降下値は、式(1)にて計算できる。
△V=P×(%R×cosθ+%X×sinθ)/(10×106) ・・・ (1)
△V:電圧降下値(%)
P:電動機の皮相電力(VA)
%R:配電線の抵抗分インピーダンス(10MVA当りの%)
cosθ:電動機の力率
%X:配電線のリアクタンス分インピーダンス(10MVA当りの%)
sinθ:電動機の力率より算出(θ=cos−1θ)
The voltage drop value that occurs when the motor is in operation can be calculated by equation (1).
ΔV = P × (% R × cos θ +% X × sin θ) / (10 × 10 6 ) (1)
ΔV: Voltage drop value (%)
P: Apparent power of motor (VA)
% R: Resistance impedance of distribution line (% per 10 MVA)
cosθ: power factor of motor% X: impedance for reactance of distribution line (% per 10 MVA)
sin θ: calculated from the power factor of the motor (θ = cos −1 θ)
そして、進相コンデンサの有する電圧上昇値は、式(2)にて計算できる。
△VUP=Q×%X/(10×106) ・・・ (2)
△VUP:電圧上昇値(%)
Q:進相コンデンサ容量(var)
%X:配電線のリアクタンス分インピーダンス(10MVA当りの%)
And the voltage rise value which a phase advance capacitor has can be calculated by Formula (2).
ΔV UP = Q ×% X / (10 × 10 6 ) (2)
△ V UP : Voltage increase value (%)
Q: Phase advance capacitor capacity (var)
% X: impedance of reactance of distribution line (% per 10 MVA)
例えば、定常運転状態の電動機の皮相電力P=500kVA、力率0.8、配電線のインピーダンス%R=50および%X=100としたとき、電圧降下値△Vは、
△V=500×103×(50×0.8+100×0.6)/(10×106)
=5(%)
と計算される。
For example, when the apparent power P = 500 kVA of the motor in the steady operation state, the power factor 0.8, and the distribution line impedance% R = 50 and% X = 100, the voltage drop value ΔV is
ΔV = 500 × 10 3 × (50 × 0.8 + 100 × 0.6) / (10 × 10 6 )
= 5 (%)
Is calculated.
従って、定常状態における電圧降下を進相コンデンサで補償するとすると、
△VUP=Q×%X/(10×106)=5(%)
より、
Q=5×(10×106)/100=500×103(var)=500(kvar)
の進相コンデンサ容量が必要となる。
Therefore, if the voltage drop in the steady state is compensated by the phase advance capacitor,
ΔV UP = Q ×% X / (10 × 10 6 ) = 5 (%)
Than,
Q = 5 × (10 × 10 6 ) / 100 = 500 × 10 3 (var) = 500 (kvar)
The phase-advancing capacitor capacity is required.
ここで、電動機で発生している無効電力は式(3)にて計算できる。
Q’=P×sinθ ・・・ (3)
Q’:電動機で発生している無効電力(var)
P:電動機の皮相電力(VA)
sinθ:電動機の力率より算出(θ=cos−1θ)
Here, the reactive power generated in the electric motor can be calculated by Equation (3).
Q ′ = P × sin θ (3)
Q ': Reactive power (var) generated in the motor
P: Apparent power of motor (VA)
sin θ: calculated from the power factor of the motor (θ = cos −1 θ)
従って、上記例の電動機で発生している無効電力は、
Q’=500×103×0.6=300×103(var)=300(kvar)
と計算される。
Therefore, the reactive power generated in the motor of the above example is
Q ′ = 500 × 10 3 × 0.6 = 300 × 10 3 (var) = 300 (kvar)
Is calculated.
つまり、上記例では、電動機の定常運転状態において変動がほとんどないにもかかわらず、配電線での電圧降下を補償するために、電圧変動補償装置が投入すべき進相コンデンサ容量は、電動機で発生している無効電力を500−300=200(kvar)上回る過進相状態としておかなければならない。 In other words, in the above example, in order to compensate for the voltage drop in the distribution line, the phase-advancing capacitor capacity that the voltage fluctuation compensator should supply is generated in the motor even though there is almost no fluctuation in the steady operation state of the motor. It is necessary to keep the state of the advanced phase exceeding the reactive power being 500-300 = 200 (kvar).
また、この電動機の起動時における皮相電力P=1500kVA、力率0.6とすると、電圧降下値△Vは、
△V=1500×103×(50×0.6+100×0.8)/(10×106)
=16.5(%)
と計算される。
Further, assuming that the apparent power P at the start-up of the motor is P = 1500 kVA and the power factor is 0.6, the voltage drop value ΔV is
ΔV = 1500 × 10 3 × (50 × 0.6 + 100 × 0.8) / (10 × 10 6 )
= 16.5 (%)
Is calculated.
従って、起動時における電圧降下を進相コンデンサで補償するとすると、
△VUP=Q×%X/(10×106)=16.5(%)
より、
Q=16.5×(10×106)/100=1650×103(var)
=1650(kvar)
の進相コンデンサ容量が必要となる。
Therefore, if the voltage drop at startup is compensated by the phase advance capacitor,
ΔV UP = Q ×% X / (10 × 10 6 ) = 16.5 (%)
Than,
Q = 16.5 × (10 × 10 6 ) / 100 = 1650 × 10 3 (var)
= 1650 (kvar)
The phase-advancing capacitor capacity is required.
揚水機場に設置されるポンプ用電動機は複数台設置されるのが通例であり、例えば上記電動機が3台設置された揚水機場において、電動機各々に電圧変動補償装置を設置するとすると、総容量合計1650×3=4950(kvar)もの膨大な進相コンデンサ容量を有する設備となる。 In general, a plurality of pump motors are installed in the pumping station. For example, in a pumping station in which three motors are installed, if a voltage fluctuation compensator is installed in each motor, the total capacity is 1650 in total. × 3 = 4950 (kvar) The equipment has a huge phase advance capacitor capacity.
また、3台の電動機は同時起動しない条件を付けたとしても、最大の電圧変動は2台の電動機が定常状態で1台が起動する場合であり、500×2+1650=2650(kvar)と膨大な容量の進相コンデンサを有する設備が必要となる。 Even if three motors are not activated at the same time, the maximum voltage fluctuation is the case where two motors are activated in a steady state, and 500 × 2 + 1650 = 2650 (kvar) is enormous. Equipment having a capacity of the phase advance capacitor is required.
進相コンデンサを複数の容量群に分割し、例えば、容量に1、2、4、8の重み付けを行うことによって4つの容量群を構成し、これら容量群の組合せで15段階制御(4群15段制御)を行い、進相コンデンサの群数およびコンデンサ電流の開閉スイッチ数を低減させた電圧変動補償装置が知られている。しかしながら、進相コンデンサ容量が大きくなると、重み付けが大きい回路のコンデンサ電流が大きくなり、開閉する半導体スイッチが入手困難となる。 The phase-advancing capacitor is divided into a plurality of capacitance groups, and, for example, four capacitance groups are formed by weighting the capacitances 1, 2, 4, and 8, and 15-level control (4 groups 15) is performed by combining these capacitance groups. A voltage fluctuation compensator is known in which the number of phase-advancing capacitors and the number of open / close switches for the capacitor current are reduced by performing stage control. However, when the phase advance capacitor capacity increases, the capacitor current of a circuit having a large weight increases, making it difficult to obtain a semiconductor switch that opens and closes.
例えば、2650(kvar)に近い15段制御容量2700(kvar)の場合、180/360/720/1440(kvar)の容量群となる。このような大容量となる1440(kvar)群を開閉できる半導体スイッチは入手困難かつ非常に高価である。 For example, in the case of a 15-stage control capacity 2700 (kvar) close to 2650 (kvar), the capacity group is 180/360/720/1440 (kvar). A semiconductor switch capable of opening and closing such a large-capacity 1440 (kvar) group is difficult to obtain and very expensive.
そこで、本発明の目的は、進相コンデンサの容量を小さくすることができる電圧変動補償装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a voltage fluctuation compensator capable of reducing the capacity of a phase advance capacitor.
本発明の電圧変動補償装置は、負荷に接続された配電線の電圧を検出する電圧検出手段と、前記配電線に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記配電線に前記負荷と並列に接続されているとともに、直列リアクトル、半導体スイッチおよび進相コンデンサが直列接続された複数の分路を有した進相コンデンサ回路と、前記進相コンデンサ回路の前記半導体スイッチをオン/オフ制御する制御手段とを備えている。
前記制御手段が、前記電圧検出手段および前記電流検出手段の各検出結果により、前記配電線に発生する電圧変動を補償するための補償値を算出する補償値算出手段と、前記補償値算出手段が算出した補償値から、前記負荷が変動するときの補償値を弁別する弁別手段と、前記弁別手段が弁別した補償値に基づいて電圧変動が補償されるように、前記進相コンデンサの投入数を算出するコンデンサ投入数算出手段と、前記コンデンサ投入数算出手段が算出した投入数だけ前記進相コンデンサが投入されるように、前記半導体スイッチをオン/オフ制御する投入指令手段とを備えていることを特徴とする。
The voltage fluctuation compensating device of the present invention includes a voltage detection unit that detects a voltage of a distribution line connected to a load, a current detection unit that detects a current flowing through the distribution line, and a parallel connection to the load on the distribution line A phase advance capacitor circuit having a plurality of shunts in which a series reactor, a semiconductor switch and a phase advance capacitor are connected in series; and a control means for controlling on / off of the semiconductor switch of the phase advance capacitor circuit; It has.
Compensation value calculating means for calculating a compensation value for compensating voltage fluctuation generated in the distribution line based on detection results of the voltage detecting means and the current detecting means, and the compensation value calculating means A discrimination means for discriminating a compensation value when the load fluctuates from the calculated compensation value, and the number of input of the phase advance capacitor is set so that voltage fluctuation is compensated based on the compensation value discriminated by the discrimination means. Capacitor insertion number calculation means for calculating, and input command means for controlling on / off of the semiconductor switch so that the phase advance capacitor is input by the number of insertions calculated by the capacitor insertion number calculation means. It is characterized by.
本発明においては、前記補償値算出手段が、有効電力に関する補償値および無効電力に関する補償値をそれぞれ算出し、前記弁別手段が、前記補償値算出手段が算出した有効電力に関する補償値および無効電力に関する補償値のそれぞれに対して、前記電動機が起動するときの変動分を弁別してもよい。
また、本発明において、前記弁別手段は、CR積分回路と差動増幅回路から構成してもよい。
半導体スイッチとしては、サイリスタ、FET、IGBT等を挙げることができる。
In the present invention, the compensation value calculation means calculates a compensation value related to active power and a compensation value related to reactive power, respectively, and the discrimination means relates to a compensation value related to active power and reactive power calculated by the compensation value calculation means. You may discriminate | determine the fluctuation | variation part when the said motor starts with respect to each of a compensation value.
In the present invention, the discriminating means may comprise a CR integrating circuit and a differential amplifier circuit.
Examples of semiconductor switches include thyristors, FETs, IGBTs, and the like.
上記したように、電動機等の誘導性負荷が定常運転状態に移行したときに発生する電圧降下は、電動機が起動するときに発生する電圧降下より小さく、ほぼ一定である。 As described above, the voltage drop that occurs when an inductive load such as an electric motor shifts to a steady operation state is smaller than the voltage drop that occurs when the motor starts, and is substantially constant.
従って、電動機が起動を終了し定常運転状態に移行すると、補償値の変動分が、時間の経過とともに小さくなり、一定となる。このとき、弁別回路により補償値が小さくなるため、投入される進相コンデンサ数が減少して最終的に0となる。 Therefore, when the motor finishes starting and shifts to the steady operation state, the compensation value fluctuations become smaller with time and become constant. At this time, since the compensation value is reduced by the discrimination circuit, the number of phase-advancing capacitors to be input is reduced and finally becomes zero.
すなわち、複数台の電動機の起動開始タイミングをずらせることで、これら複数台の電動機に対して1台分の補償容量(進相コンデンサの容量)を有する電圧変動補償装置で対応可能となる。
このように、本発明によれば、複数台の電動機の電圧変動を補償する電圧変動補償装置の進相コンデンサの容量を小さくすることができる。これにより、入手容易且つ安価な半導体スイッチを使用することができる。
In other words, by shifting the start-up timing of the plurality of electric motors, the voltage fluctuation compensator having a compensation capacity (capacitance of the phase advance capacitor) corresponding to one of the plurality of electric motors can be handled.
Thus, according to the present invention, it is possible to reduce the capacity of the phase advance capacitor of the voltage fluctuation compensator that compensates for the voltage fluctuation of the plurality of electric motors. This makes it possible to use an easily available and inexpensive semiconductor switch.
[構成]
本発明の好適な実施形態について図面を参照しつつ説明する。図1は、3台のポンプ用電動機M(以下、電動機Mと称する)が設けられた揚水機場に、本発明の一実施形態に係る電圧変動補償装置の設置状態を示す概略構成図である。
図1に示すように、構外の高圧受電点から変圧器Tを介して揚水機場構内へ配電線51が引き込まれており、配電線51に対して3つの電動機Mが並列に接続されている。なお、電動機Mは3相誘導電動機であり、その起動は公知のコンドルファ法によって行われる(図3参照)。
[Constitution]
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an installation state of a voltage fluctuation compensating apparatus according to an embodiment of the present invention in a pumping station provided with three pump motors M (hereinafter referred to as “motor M”).
As shown in FIG. 1, a distribution line 51 is drawn from a high voltage receiving point outside the premises via a transformer T into the pumping station yard, and three electric motors M are connected to the distribution line 51 in parallel. The motor M is a three-phase induction motor, and its activation is performed by a known condorfa method (see FIG. 3).
電圧変動補償装置1は、計器用変圧器(電圧検知手段)2と、3つの変流器(電流検出手段)3と、進相コンデンサ回路8と、制御装置(制御手段)9とを有している。 The voltage fluctuation compensator 1 includes an instrument transformer (voltage detection means) 2, three current transformers (current detection means) 3, a phase advance capacitor circuit 8, and a control device (control means) 9. ing.
計器用変圧器2は、電動機Mに電力を供給する配電線51の電圧を検知するものである。
3つの変流器3は、対応する各電動機Mに供給される電流をそれぞれ検知するものである。
The instrument transformer 2 detects the voltage of the distribution line 51 that supplies electric power to the electric motor M.
The three
進相コンデンサ回路8は、配電線51に電動機Mと並列に接続された複数の分路を有している。なお、図1においては、3つの分路24a〜24cを示している。
各分路24a〜24cは、直列リアクトル25と、サイリスタ26と、進相コンデンサ27とが直列に接続されたものである。直列リアクトル25は高調波ノイズを除去するものである。サイリスタ26は、制御装置9によってオン/オフ制御される交流用の半導体スイッチである。進相コンデンサ27は、配線線51の電圧を上昇させるためのものである。
制御装置9によってサイリスタ26がオンされると、対応する分路24a〜24cが配電線51に電気的に接続される。言い換えれば、対応する進相コンデンサ27が投入され、投入された進相コンデンサ27の容量に応じて配線線51の電圧が上昇する。
The phase advance capacitor circuit 8 has a plurality of shunts connected to the distribution line 51 in parallel with the electric motor M. In FIG. 1, three
In each of the
When the
図2を参照しつつ制御装置9について説明する。図2は、電圧変動補償装置1の機能ブロック図である。なお、図2においては、3台の電動機Mのうち、1台の電動機Mを示している。
図2に示すように、制御装置9は、進相コンデンサ27の投入数を制御するものであり、補償値算出部(補償値算出手段)4と、弁別回路(弁別手段)5と、進相コンデンサ投入数算出回路(コンデンサ投入数算出手段)6と、投入指令回路(投入指令手段)7とを有している。
The control device 9 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a functional block diagram of the voltage fluctuation compensation device 1. In FIG. 2, one electric motor M is shown among the three electric motors M.
As shown in FIG. 2, the control device 9 controls the number of input of the
補償値算出部4は、計器用変圧器2および3つの変流器3の各検出結果により、配電線51に発生する電圧変動に相当する補償値を算出するものである。具体的には、電動機Mに供給される有効電力および無効電力の算出を行い、有効電力および無効電力のそれぞれに対して電圧変動分を算出した後に、両者を加算して補償値を算出する。なお、詳細な算出容量については後に詳述する。
The compensation value calculation unit 4 calculates a compensation value corresponding to the voltage fluctuation generated in the distribution line 51 based on the detection results of the instrument transformer 2 and the three
弁別回路5は、補償値算出部4が算出した補償値から電動機Mが起動するときの補償値を弁別するものであり、CR積分回路21と、差動増幅回路22とを有している。
CR積分回路21は、コンデンサCと抵抗Rと(ともに図示せず)で構成された積分回路であり、ローパスフィルタとして機能する。つまり、CR積分回路21は、CRの組合せによって決定される時定数に基づいて、補償値の変化分が小さくなるに伴って補償値がそのまま出力されるように設定されている。CR積分回路21を通過した補償値は差動増幅回路22に出力される。
差動増幅回路22は、補償値算出部4が算出した補償値からCR積分回路21を通過した補償値を差し引いた値を進相コンデンサ投入数算出回路6に出力するものである。
このように、弁別回路5は、補償値算出部4が算出した補償値の変化分が大きいとき、つまり、電動機Mが起動するときの補償値を弁別して進相コンデンサ投入数算出回路6に出力する。
The
The
The
In this manner, the
進相コンデンサ投入数算出回路6は、弁別回路5によって弁別された補償値に基づいて、配電線51の電圧変動が補償されるように、進相コンデンサ27の投入数を算出するものである。
投入指令回路7は、進相コンデンサ投入数算出回路6が算出した投入数の進相コンデンサ27が投入されるように、進相コンデンサ回路8のサイリスタ26をオン/オフ制御するものである。
Based on the compensation value discriminated by the discriminating
The input command circuit 7 controls on / off of the
[動作]
次に、図3をさらに参照しつつ、電圧変動補償装置1の動作について説明する。以下、複数の電動機Mを同時に起動しないという条件の下で説明を進めることとする。図3(a)〜図3(d)は、電動機Mが起動したときの各種タイムチャートであり、図3(a)は、電動機Mに供給される電流の変化を、図3(b)は、CR積分回路の出力変化を、図3(c)は、弁別回路5が弁別した補償値の変化を、図3(d)は、進相コンデンサ投入数算出回路6が算出した進相コンデンサ27の投入数の変化をそれぞれ示している。
[Operation]
Next, the operation of the voltage fluctuation compensating apparatus 1 will be described with further reference to FIG. Hereinafter, the description will proceed under the condition that a plurality of electric motors M are not started simultaneously. 3 (a) to 3 (d) are various time charts when the electric motor M is started. FIG. 3 (a) shows changes in the current supplied to the electric motor M, and FIG. 3C shows the change in the output of the CR integration circuit, FIG. 3C shows the change in the compensation value discriminated by the
まず、配電線51を介して電動機Mに電力の供給を開始することによって、電動機Mが起動する。なお、電動機Mの起動は、コンドルファ起動によるものとする。図3(a)に示すように、電動機Mに供給される電流は、起動時において急激に大きくなり、その後、通常運転状態になると一定となる。電動機Mに供給される電流が急激に大きくなると、電流の変化に同期して配電線51における電圧変動が生じる。 First, the electric motor M is started by starting supply of electric power to the electric motor M through the distribution line 51. In addition, starting of the electric motor M shall be by condorfa starting. As shown in FIG. 3A, the current supplied to the electric motor M increases rapidly at the time of startup, and then becomes constant when the normal operation state is reached. When the current supplied to the motor M suddenly increases, voltage fluctuations in the distribution line 51 occur in synchronization with the change in current.
このとき、制御装置9の補償値算出部4が、計器用変圧器2が検知した配電線51の電圧、および、変流器3が検知した電動機Mに供給される電流から、配電線51に発生する電圧変動に相当する補償値を算出する。上述したように、補償値算出部4は、電動機Mにおける有効電力および無効電力の算出をそれぞれ行い、有効電力および無効電力のそれぞれに関する電圧変動を加算して補償値を算出する。なお、詳細な算出容量については後に詳述する。
At this time, the compensation value calculation unit 4 of the control device 9 applies the distribution line 51 to the distribution line 51 from the voltage of the distribution line 51 detected by the instrument transformer 2 and the current supplied to the electric motor M detected by the
さらに、弁別回路5が、補償値算出部4が算出した補償値の変化分が大きいとき、つまり、電動機Mが起動するときの補償値を弁別して進相コンデンサ投入数算出回路6に出力する。このとき、図3(b)に示すように、CR積分回路21の出力は、電流値の変動には追随しないで徐々に上昇する。また、図3(c)に示すように、弁別回路5が弁別した補償値は、電動機Mに流れる電流の変化と同期して、起動時において急激に大きくなる。そして、通常運転状態になると、差動増幅回路の2つの入力差が小さくなるため、補償値が徐々に漸減して最終的に0となる。
Further, the
進相コンデンサ投入数算出回路6は、電動機Mが起動するときの弁別回路5によって弁別された補償値に基づいて、配電線51の電圧変動が補償されるように、進相コンデンサ27の投入数を算出する。このとき、図3(d)に示すように、進相コンデンサ投入数算出回路6が算出した進相コンデンサ27の投入数は、弁別回路5が弁別した補償値の変化と同期して、起動時において急激に大きくなる。そして、通常運転状態になると、補償値が1段ずつ漸減して最終的に0となる。
The number-of-phase-advancing capacitor calculation circuit 6 calculates the number of phase-advancing
電動機Mの起動時負荷変動は長くても数十秒程度の持続であり、弁別回路5のCR積分回路21の時定数を数分間に設定すれば起動時負荷変動は十分に弁別できる。さらに時定数の数倍の時間が経過すれば進相コンデンサ27の投入段数は0となる。
The start-up load fluctuation of the motor M lasts for several tens of seconds at the longest. If the time constant of the
そして、投入指令回路7は、進相コンデンサ投入数算出回路6が算出した投入数の進相コンデンサ27が投入されるように、進相コンデンサ回路8のサイリスタ26をオン/オフ制御する。
The turn-on command circuit 7 controls on / off of the
上述したように、電動機Mの定常運転状態における負荷はほとんど一定であるため、弁別回路5が出力する補償値は漸減する。このため、進相コンデンサ27の投入数は1ずつ減少し、配電線51に発生する電圧変動は大きな値とはならず、他の需要家への影響は少なくなる。
また、定常運転時に発生する電圧降下は進相コンデンサ27の投入数が減少することによって徐々に増加するが、電力会社配電線には電気事業法で定められた維持すべき電圧を確保するため、定常的な負荷容量に起因する電圧変動を補償し維持すべき電圧で供給するための自動電圧調整装置が設置されるのが通例である。よって、設置された自動電圧調整装置が応答可能な間隔で進相コンデンサ27の投入数を減少させるのであれば、電圧変動が自動的に調整されることが期待できる。
As described above, since the load in the steady operation state of the motor M is almost constant, the compensation value output by the
In addition, the voltage drop that occurs during steady operation gradually increases as the number of phase-advancing
なお、本実施例では、補償値算出部4における補償値の算出、および、進相コンデンサ投入数算出回路6における進相コンデンサ27の投入数の算出は、以下に説明する具体的な要領で行われる。
In the present embodiment, the calculation of the compensation value in the compensation value calculation unit 4 and the calculation of the number of input of the
まず、電動機Mを起動する場合には、従来技術の欄で説明した式(1)より求められる電圧降下ΔVが発生する。このとき、電動機の有効電力W、無効電力Q.をポンプ電流と回路電圧から演算することにより、電圧降下ΔVが算出される。
本実施例では、式(1)に示す有効電力と無効電力による電圧降下の加算分を、進相コンデンサ27より供給される進相無効電流によって補償する方式を採っている。すなわち本実施例では、起動時における電圧降下を進相コンデンサ27の投入によって補償することから、式(1)の電圧降下値ΔVが直ちに、進相コンデンサ27における電圧上昇値ΔVUPに相当する関係となる。
従って、補償値算出部4では、電圧降下値ΔVまたは進相コンデンサ27における電圧上昇値ΔVUPを補償値として算出する。
なお、式(1)の電圧降下は、P×cosθ×%Rの(有効電力の)項とP×sinθ×%Xの(無効電力の)項の和である。入力された電圧と電流から有効電力、無効電力を算出する方式は既に別装置または従来知られた電圧変動補償装置で使用されており、本発明の電圧変動補償装置でも同じ方式で電力を演算後、インピーダンスを乗算して電圧降下を求めることができる。
First, when starting up the electric motor M, a voltage drop ΔV calculated from the equation (1) described in the section of the related art occurs. At this time, the voltage drop ΔV is calculated by calculating the active power W and reactive power Q. of the motor from the pump current and the circuit voltage.
In the present embodiment, a method is adopted in which the addition of the voltage drop due to the active power and the reactive power shown in Expression (1) is compensated by the phase advance reactive current supplied from the
Therefore, the compensation value calculation unit 4 calculates the voltage drop value ΔV or the voltage rise value ΔVUP in the
In addition, the voltage drop of Formula (1) is the sum of the (active power) term of P × cos θ ×% R and the (reactive power) term of P × sin θ ×% X. The method of calculating active power and reactive power from the input voltage and current is already used in another device or a conventionally known voltage fluctuation compensator, and the voltage fluctuation compensator of the present invention also calculates the power by the same method. The voltage drop can be obtained by multiplying the impedance.
ここで、進相コンデンサ27における電圧上昇値ΔVUPが式(2)より求められることを利用すれば、起動時に必要な進相コンデンサ容量および進相コンデンサ27の投入数を算出することが可能である。従って、進相コンデンサ投入数算出回路6では、上記補償値および式(2)により、起動時に必要な進相コンデンサ容量および進相コンデンサ27の投入数を算出することができる。
Here, by using the fact that the voltage increase value ΔVUP in the
起動時においては、必要な進相コンデンサ27の投入数が求められれば、それに基づいて必要な数の進相コンデンサ27を投入すべく、投入指令回路7から直接、各サイリスタ26に対してオン/オフ信号が送信される。
At the time of start-up, if the required number of
ここで、進相コンデンサ27の投入は、進相電流による電圧上昇を与えることに相当する。
このように、本実施例によれば、進相コンデンサ27に流れる進相電流により式(1)に示す電圧降下ΔVを補償することが可能となる。
Here, the introduction of the
Thus, according to the present embodiment, the voltage drop ΔV shown in the equation (1) can be compensated by the phase advance current flowing in the
上記した例に係る電動機であれば(従来技術の欄参照)、電動機一台分に必要な電圧変動補償装置容量1650kvarのうち、定常運転時における必要な進相コンデンサの投入量は500kvarであり、4群15段制御(容量に1・2・4・8の重み付けを行うとすると、それぞれ110/220/440/880[kvar]の容量群となる)とした場合、これに最も近い進相コンデンサ容量550kvarは5段分に相当する。5段の減算で進相コンデンサの投入数はゼロとなり、弁別回路5のCR積分回路21の時定数を例えば3分とすれば、10分程度で進相コンデンサの投入数がゼロとなることが期待できる。
In the case of the electric motor according to the above example (see the column of the prior art), among the voltage fluctuation compensator capacity 1650 kvar required for one electric motor, the required amount of the phase advance capacitor in steady operation is 500 kvar, When using 4 groups and 15-stage control (capacitance groups of 110, 220, 440, and 880 [kvar] if the capacitance is weighted as 1, 2, 4, and 8), the phase advance capacitor closest to this A capacity of 550 kvar corresponds to five stages. If the time constant of the
上述の条件で計算した場合、定常運転時500kvar、起動時1650kvarとなり、従来の制御を行った場合、3台のポンプでは2650kvarの進相コンデンサが必要となる。これを本発明の制御方式とした場合、電動機M1台の起動時に発生する電圧変動補償容量のみの1650kvarでよい。進相コンデンサ容量が2650kvarの場合、4群15段制御に構成したときの最大の容量は、従来例では1440kvarとなるが、本発明では880kvarで従来例と比べ約60%の容量となり、一般産業向け仕様品(進相コンデンサおよびサイリスタ)が適用可能となった。 When the calculation is performed under the above-described conditions, the steady operation is 500 kvar and the startup is 1650 kvar. When conventional control is performed, the three pumps require 2650 kvar of phase advance capacitors. When this is the control method of the present invention, it may be 1650 kvar of only the voltage fluctuation compensation capacity generated when the motor M1 is started. In the case where the phase advance capacitor capacity is 2650 kvar, the maximum capacity when the four-group 15-stage control is configured is 1440 kvar in the conventional example, but in the present invention, it is 880 kvar, which is about 60% of the capacity of the conventional example. Products (phase-advancing capacitors and thyristors) are now applicable.
このように、本実施形態によれば、弁別回路5が、電動機Mが起動するときの補償値を弁別して進相コンデンサ投入数算出回路6に出力し、進相コンデンサ投入数算出回路6は、弁別回路5によって弁別された電動機Mが起動するときの補償値に基づいて、配電線51の電圧変動が補償されるように、進相コンデンサ27の投入数を算出する。このため、1台の電動機Mの起動終了後、定常状態で投入中の進相コンデンサ27の投入数を漸減して最終的に投入数を0にすることができ、それにより、定常状態となった電動機Mの起動に供された1台分の補償容量をもつ進相コンデンサ回路8を、他の電動機Mの起動時には、あたかもその電動機M専用の補償装置のごとく動作可能な状態にすることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the
従って、複数台の電動機Mに対して1台分の補償容量で対応可能となり、進相コンデンサ27の容量を小さくすることができる。これにより、入手容易かつ安価なサイリスタ26を使用することができる。このため、電圧変動補償装置1の低コスト化を図ることができる。
Therefore, it is possible to cope with a plurality of motors M with a compensation capacity for one motor, and the capacity of the
[変形例]
以上、本発明につき一実施形態等を用いて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態等に記載の構成に限定されず、種々の設計変更が可能である。
[Modification]
Although the present invention has been specifically described with reference to one embodiment and the like, the present invention is not limited to the configuration described in the embodiment and the like, and various design changes are possible.
例えば、上記実施例では、進相コンデンサ回路8を1台分の容量で構成したが、コンデンサ容量に適宜余裕を持たせてもよい。これにより、1台の電動機Mが定常運転状態に移行後、第2の電動機Mが投入中の進相コンデンサ27を順次オフする段階にあっても、第3の電動機Mを、第2の電動機Mに投入中のコンデンサ容量がゼロになる前に起動させることが可能となる。
For example, in the above embodiment, the phase advance capacitor circuit 8 is configured with a capacity of one unit, but a capacity may be appropriately provided for the capacitor capacity. As a result, even after one motor M shifts to the steady operation state, the third motor M is changed to the second motor even when the second motor M sequentially turns off the phase-advancing
本発明が適用される用途についても、揚水機場に何ら限定されない。本発明は、電動機等の誘導性負荷が複数並列接続される設備に容易に適用し得るものである。
例えば、誘導性負荷である照明装置に本発明を適用することが可能である。この場合、本発明が電圧フリッカ補償装置として機能し、電圧変動に起因する証明装置のブランキング(ちらつき)を低減する。
ポンプ用電動機の形式についても、3相誘導電動機に何ら限定されない。その起動法についても、上記例で挙げたコンドルファ法のほか、既知の起動方式を適宜、単独または複数組み合わせて用いることが可能である。
The use to which the present invention is applied is not limited to the pumping station. The present invention can be easily applied to facilities in which a plurality of inductive loads such as electric motors are connected in parallel.
For example, the present invention can be applied to a lighting device that is an inductive load. In this case, the present invention functions as a voltage flicker compensation device and reduces blanking (flicker) of the proving device due to voltage fluctuation.
The type of the pump motor is not limited to the three-phase induction motor. Regarding the activation method, in addition to the condorpha method mentioned in the above example, a known activation method can be used alone or in combination.
補償値または必要な進相コンデンサ27の投入数の具体的な算出要領についても、上記各例に記載のものに一切限定されず、既知の手法を適宜採用し得る。
例えば、図4に示すように、有効電力補償値算出部104aが配電線51に発生する有効電力の電圧変動に相当する補償値を算出し、無効電力補償値算出部104bが配電線51に発生する有効電力の電圧変動に相当する補償値を算出するように構成し、弁別回路105において、有効電力補償値算出部104aおよび無効電力補償値算出部104bのそれぞれが算出した補償値から電動機Mが起動するときの補償値を個別に弁別し、さらに、これら補償値同士を加算回路123によって加算したものを進相コンデンサ27の投入数を算出するための補償値として出力する構成であってもよい。
The specific calculation method of the compensation value or the required number of input phase-advancing
For example, as shown in FIG. 4, the active power compensation
このように、本発明は上記実施形態等に記載の構成に限定されるものではない。当業者であれば、以上に開示された基本的技術思想および教示に基づき、種々の変形例を想到できることは自明である。 Thus, the present invention is not limited to the configurations described in the above embodiments and the like. It is obvious that those skilled in the art can devise various modifications based on the basic technical idea and teachings disclosed above.
1 電圧変動補償装置
2 計器用変圧器(電圧検出手段)
3 変流器(電流検出手段)
4 補償値算出部(補償地算出手段)
5 弁別回路(弁別手段)
6 進相コンデンサ投入数算出回路(コンデンサ投入数算出手段)
7 投入指令回路(投入指令手段)
8 進相コンデンサ回路
9 制御装置(制御手段)
21 積分回路
22 差動増幅回路
24a〜24c 分路
25 直列リアクトル
26 サイリスタ
27 進相コンデンサ
51 配電線
104a 有効電力補償値算出部
104b 無効電力補償値算出部
105 弁別回路
123 加算回路
M ポンプ用電動機
1 Voltage fluctuation compensation device 2 Instrument transformer (voltage detection means)
3 Current transformer (current detection means)
4 Compensation value calculation unit (compensation area calculation means)
5 Discrimination circuit (discrimination means)
Hexadecimal phase capacitor number calculation circuit (capacitor number calculation means)
7 Input command circuit (input command means)
Eight-phase capacitor circuit 9 Control device (control means)
21 integrating
Claims (3)
前記配電線に流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記配電線に前記負荷と並列に接続されているとともに、直列リアクトル、半導体スイッチおよび進相コンデンサが直列接続された複数の分路を有した進相コンデンサ回路と、
前記進相コンデンサ回路の前記半導体スイッチをオン/オフ制御する制御手段とを備えており、
前記制御手段が、
前記電圧検出手段および前記電流検出手段の各検出結果により、前記配電線に発生する電圧変動を補償するための補償値を算出する補償値算出手段と、
前記補償値算出手段が算出した補償値から、前記負荷が変動するときの補償値を弁別する弁別手段と、
前記弁別手段が弁別した補償値に基づいて電圧変動が補償されるように、前記進相コンデンサの投入数を算出するコンデンサ投入数算出手段と、
前記コンデンサ投入数算出手段が算出した投入数だけ前記進相コンデンサが投入されるように、前記半導体スイッチをオン/オフ制御する投入指令手段とを備えていることを特徴とする電圧変動補償装置。 Voltage detection means for detecting the voltage of the distribution line connected to the load;
Current detection means for detecting a current flowing through the distribution line;
A phase advance capacitor circuit having a plurality of shunts connected in series to the distribution line and in parallel with the load, a series reactor, a semiconductor switch, and a phase advance capacitor;
Control means for controlling on / off of the semiconductor switch of the phase advance capacitor circuit,
The control means is
Compensation value calculation means for calculating a compensation value for compensating for voltage fluctuations generated in the distribution line according to the detection results of the voltage detection means and the current detection means;
Discriminating means for discriminating a compensation value when the load fluctuates from the compensation value calculated by the compensation value calculating means;
Capacitor input number calculation means for calculating the number of input of the phase advance capacitor so that voltage fluctuation is compensated based on the compensation value discriminated by the discrimination means;
A voltage fluctuation compensator comprising: charge command means for controlling on / off of the semiconductor switch so that the phase advance capacitor is charged by the charge number calculated by the capacitor charge number calculating means.
前記弁別手段が、前記補償値算出手段が算出した有効電力に関する補償値および無効電力に関する補償値のそれぞれに対して、前記負荷の変動による変動分を弁別す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。 The compensation value calculation means calculates a compensation value for active power and a compensation value for reactive power,
2. The difference according to claim 1, wherein the discriminating unit discriminates a variation due to a variation in the load with respect to each of a compensation value related to active power and a compensation value related to reactive power calculated by the compensation value calculating unit. Voltage fluctuation compensation device.
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS58204735A (en) * | 1982-05-21 | 1983-11-29 | 株式会社東芝 | Method of controlling operation of power storage device |
JP2000224767A (en) * | 1999-02-01 | 2000-08-11 | Nissin Electric Co Ltd | Reactive power compensator and its control |
JP2007104798A (en) * | 2005-10-04 | 2007-04-19 | Nichicon Corp | Voltage fluctuation compensator |
-
2007
- 2007-05-17 JP JP2007131356A patent/JP2008289274A/en active Pending
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