JP2009050111A - Control system of reactive power compensator - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置を用いて電力系統に連系し、電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償装置の制御方式に関する。 The present invention relates to a control method for a reactive power compensator that is connected to a power system using a semiconductor device and suppresses voltage fluctuations of the power system.
図2に、無効電力補償装置の一般的な例を示す。
すなわち、図2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が接続された系統の、上記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によって発生する無効電力を補償する。
FIG. 2 shows a general example of a reactive power compensator.
That is, the reactive power compensator 1 in FIG. 2 is installed between the system impedance 3 and the load 4 in the system in which the load 4 is connected from the
無効電力補償装置1はサイリスタ5、リアクトル6、コンデンサ7、制御装置13などから構成される。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。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をQs=0とし、その結果、系統電圧の電圧変動を抑制でき、電圧フリッカを抑制することができる。
The reactive power compensator 1 includes a
制御装置13の具体例を図3に示す。ここでは、PTやCTにより系統電圧,90°位相遅れの系統電圧や負荷電流ifを検出し、無効電力検出器10により無効電力Qを演算する。検出した無効電力Qにゲイン要素11からのゲインを乗算した結果を、点弧角制御回路12に入力し、この点弧角制御回路12でサイリスタを点弧するための点弧角指令αを演算するものである。
A specific example of the
図4に、例えば特許文献1に開示された無効電力検出器10の具体例を示す。
同図では、以下のように無効電力Qを演算する。
(イ)系統電圧v1と、系統電圧v1に対し90°遅れた電圧v2と負荷電流ifを検出し、図5に示すオールパスフィルタ21で負荷電流ifを90°進めた電流if’を演算する。ここに、v1,v2およびifは次式のように示される。
FIG. 4 shows a specific example of the
In the figure, the reactive power Q is calculated as follows.
(A) The system voltage v1, the voltage v2 delayed by 90 ° with respect to the system voltage v1, and the load current if are detected, and the current if ′ obtained by advancing the load current if by 90 ° is calculated by the all-
v1=√2Esinωt −(1)
v2=−√2Ecosωt −(2)
if=√2Isin(ωt−φ) −(3)
v1 = √2Esinωt− (1)
v2 = −√2Ecosωt− (2)
if = √2I sin (ωt−φ) − (3)
(ロ)v2とifを乗算することで、無効電力瞬時値qを演算する。
q=v2×if=E・I{sinφ−sin(2ωt−φ)} −(4)
(ハ)v1とifを90°進めた電流if’ を乗算することで、仮想無効電力瞬時値q’を演算する。
q’=v1×if’=E・I{sinφ+sin(2ωt−φ)} −(5)
(B) The reactive power instantaneous value q is calculated by multiplying v2 and if.
q = v2 × if = E · I {sinφ−sin (2ωt−φ)} − (4)
(C) The virtual reactive power instantaneous value q ′ is calculated by multiplying v1 and the current if ′ obtained by advancing if by 90 °.
q ′ = v1 × if ′ = E · I {sin φ + sin (2ωt−φ)} − (5)
(ニ)無効電力瞬時値qと仮想無効電力瞬時値q’を加算する。
q+q’=2E・I・sinφ −(6)
(ホ)上記(6)式に1/2を乗じることで、無効電力Qを演算する。
Q=(q+q’)/2= E・I・sinφ −(7)
(D) The reactive power instantaneous value q and the virtual reactive power instantaneous value q ′ are added.
q + q '= 2E · I · sinφ-(6)
(E) The reactive power Q is calculated by multiplying the above equation (6) by 1/2.
Q = (q + q ') / 2 = E · I · sinφ-(7)
特許文献1のようにすると、無効電力Qを演算するためには、系統電圧に対して90°位相遅れの電圧を検出する変圧器(PT)や、オールパスフィルタが必要になる。特に、オールパスフィルタは図5のようにオペアンプ等を用いて作るので、90°位相を進めるための調整が必要になる。このため、回路が複雑かつ規模が大きくなり、フィルタの調整に時間が必要になるなど、コストアップの要因になる。また、オールパスフィルタは瞬時,
瞬時の値を移相するため、急峻な負荷電流の変化によっては、演算誤差が大きくなる可能性がある。
According to Patent Document 1, in order to calculate the reactive power Q, a transformer (PT) that detects a voltage 90 degrees behind the system voltage and an all-pass filter are required. In particular, since the all-pass filter is made using an operational amplifier or the like as shown in FIG. 5, adjustment to advance the phase by 90 ° is required. For this reason, the circuit is complicated and large, and it takes time to adjust the filter. The all-pass filter is instantaneous,
Since the instantaneous value is phase-shifted, there is a possibility that a calculation error becomes large depending on a sudden load current change.
したがって、この発明の課題は、回路を複雑かつ大規模化することなく、演算誤差も小さな無効電力の演算方式を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a reactive power calculation method with a small calculation error and without making a circuit complicated and large-scale.
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て電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償装置によって負荷の無効電力を補償するに当たり、
前記電力系統の電圧より90°遅れた電圧と負荷電流との積によって演算される無効電力瞬時値に、負荷電流を一定期間平均した微分値と系統電圧との積を加算して無効電力値を演算し、この演算値により負荷の無効電力を補償することを特徴とする。
この請求項1の発明においては、前記負荷電流を一定期間平均した微分値は、n(2以上の自然数)サンプリング前まで負荷電流を微分したものが、1サンプリング前の負荷電流を微分したものと同一位相,同一振幅となるように移相し、振幅をそろえて演算することができる(請求項2の発明)。
In order to solve such a problem, the invention of claim 1 compensates the reactive power of the load by the reactive power compensator that is connected to the power system and suppresses voltage fluctuations of the power system.
The reactive power value is obtained by adding the product of the derivative value obtained by averaging the load current for a certain period and the system voltage to the reactive power instantaneous value calculated by the product of the voltage delayed by 90 ° from the voltage of the power system and the load current. The calculation is performed, and the reactive power of the load is compensated by the calculated value.
In the invention of claim 1, the differential value obtained by averaging the load current for a certain period is obtained by differentiating the load current before n (natural number of 2 or more) sampling is obtained by differentiating the load current before one sampling. The phase can be shifted so that they have the same phase and the same amplitude, and the operations can be performed with the same amplitude (invention of claim 2).
従来のように、負荷電流を90°進めた電流を系統電圧に乗算して求めた仮想無効電力瞬時値と、無効電力瞬時値とを加算して無効電力を求めるようにすると、オールパスフィルタ等が必要となって演算誤差も大きくなるので、この発明によれば、上記仮想無効電力瞬時値を、負荷電流を一定期間平均した微分値と系統電圧との積から求められるようにすることで、演算誤差を抑制できるようになる。 When the reactive power is obtained by adding the virtual reactive power instantaneous value obtained by multiplying the system voltage by the current obtained by advancing the load current by 90 ° and the reactive power instantaneous value as in the conventional case, an all-pass filter or the like According to the present invention, the virtual reactive power instantaneous value is calculated from the product of the differential value obtained by averaging the load current for a certain period and the system voltage. Error can be suppressed.
図1はこの発明の実施の形態を示すブロック図である。
これは、図4に示す無効電力演算検出器10に、移相器19、n(2以上の自然数)個平均微分器22、ゲイン(要素)23,24、設定器25、減算器26、除算器27などを付加したものである。その演算方式は、無効電力瞬時値qを演算するところまでは図4と同じなので、以下は相違について主として説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
This is because the reactive
まず、ifをωで除算して微分すると、数1で示す(8)式となる。
また、ifをωで除算し、n個平均微分演算器22で微分演算すると、数2で示す(9)式となる。同式のNsは1周期あたりのサンプル数(サンプル数/周期)を示す。
(9)式は、数3の(10)式のように表わすことができる。
上記(10)式の中括弧({})内を合成すると、数4で示す(11)式のように変形できる。
(11)式から、次の数5で示す(12)式のように、rとcosαが求められる。
先の数4の(11)式は、数1の(8)式と比べて、振幅比と位相差αについて、数6の(13)式のような違いがある。
また、位相差αを移相するためには、数7の(14)式のようにすれば良い。
(11)式の関係から、数8の(15)式が得られる。
(15)式と上記(14)式から、数9の(16)が得られる。
すなわち、図1の乗算器16における一方の入力(if’相当)を求める演算が、上記(16)式で示されることになる。この演算には、n個平均微分器22、ゲイン(要素)23,24、設定器25、減算器26および除算器27が用いられることから、ゲイン23には上記(13)式の振幅比が、ゲイン24にはsinαが、また、設定器25には(13)式のcosαが、それぞれ設定されることになる。
That is, the operation for obtaining one input (corresponding to if ′) in the
乗算器16からは、上記(5)式と同様の演算によりq’( 仮想無効電力瞬時値)が求められ、加算器17で無効電力瞬時値qと仮想無効電力瞬時値q’とを加算して2E・I・sinφなる量が得られるので、これに1/2を乗じることで、無効電力Q(=E・I・sinφ)が演算されるのは、従来の場合と同様である。
因みに、Ns=192、n=16とすると、23のゲインは“1.0115”、24のゲインは“0.2588”、25の設定値は“0.9659”となる。
The
Incidentally, when Ns = 192 and n = 16, the gain of 23 is “1.0115”, the gain of 24 is “0.2588”, and the set value of 25 is “0.9659”.
以上のように、従来は系統電圧に対して90°位相遅れの電圧を検出するPTや、オールパスフィルタが必要になり、回路規模が複雑で大規模になっていたが、この発明によれば、PTやオールパスフィルタの代わりにNs個分のデータを保持できるメモリを用意することで、無効電力の演算が可能になることから、回路が小型化されコストダウンが可能となる。負荷電流を一定期間平均した微分を行なうことで、急激な負荷電流の変化に対しても演算誤差を抑制することができる。 As described above, conventionally, a PT that detects a voltage 90 degrees behind the system voltage and an all-pass filter are required, and the circuit scale is complicated and large. By preparing a memory that can hold Ns data instead of the PT and the all-pass filter, the reactive power can be calculated. Therefore, the circuit can be reduced in size and the cost can be reduced. By performing differentiation by averaging the load current for a certain period, it is possible to suppress calculation errors even for a sudden change in load current.
10…無効電力検出器、15,16…乗算器、17…加算器、18,23,24…ゲイン(要素)、19…移相器、25…設定器、26…減算器、27…除算器。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
無効電力を補償するに当たり、
前記電力系統の電圧より90°遅れた電圧と負荷電流との積によって演算される無効電力瞬時値に、負荷電流を一定期間平均した微分値と系統電圧との積を加算して無効電力値を演算し、この演算値により負荷の無効電力を補償することを特徴とする無効電力補償装置の制御方式。 When compensating the reactive power of the load by the reactive power compensator connected to the power system and suppressing the voltage fluctuation of the power system,
The reactive power value is obtained by adding the product of the derivative value obtained by averaging the load current for a certain period and the system voltage to the reactive power instantaneous value calculated by the product of the voltage delayed by 90 ° from the voltage of the power system and the load current. A control method for a reactive power compensator, characterized in that the reactive power of a load is compensated by the calculated value.
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