JP2009225583A - Device of compensating reactive power and harmonic current - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力系統における無効電力および高調波電流を好適に補償することができる技術に関する。 The present invention relates to a technique capable of preferably compensating reactive power and harmonic current in a power system.
電力需要家には、電力線と、電力線に接続された負荷を有する電力系統が設けられている。電力需要家の電力線は、配電側の電力系統(配電系統)の電力線に接続されている。一般的に、電力需要家の負荷は遅れ力率であり、遅れ無効電力を発生する。この電力需要家の負荷の遅れ無効電力は、配電系統に種々の影響を与える。このため、電力需要側に、負荷の無効電力を補償する無効電力補償装置を設けることが望まれる。特許文献1には、図10に示されているような無効電力補償装置110が開示されている。図10に示されている無効電力補償装置110は、電力需要家側において、負荷4に接続されている電力線3u、3v、3wに接続されている。無効電力補償装置110は、変圧器130、コンデンサ122u、122v、122w、インバータ160により構成されている。変圧器130は、1次巻線131u1、131v1、131w1と2次巻線131u2、131v2、131w2を有している。変圧器130の2次巻線131u2、131v2、131w2とコンデンサ122u、122v、122wは、直列に接続された状態で電力線3u、3v、3wに接続されている。変圧器130の1次巻線131u1、131v1、131w1は、インバータ160に接続されている。制御装置(図示省略)は、電力線3u、3v、3wの力率に応じて、インバータ160から変圧器110の1次巻線131u1、131v1、131w1に供給する無効電力補償用1次電流Itu、Itv、Itwを制御し、変圧器130の2次巻線131u2、131v2、131w2から、電力線3u、3v、3wの基本波電圧と同相あるいは逆位相で、電力線3u、3v、3wの力率に応じた値を有する無効電力補償用2次電圧VTu、VTv、VTwを出力させる。これにより、コンデンサ122u、122v、122wに印加される基本波電圧、すなわち、コンデンサ122u、122v、122wを流れる基本波電流ICu、ICv、ICwが変化し、無効電力補償装置110から電力線3u、3v、3wに供給される無効電力補償用補償電流IAFu、IAFv、1AFwが変化して電力線3u、3v、3wの力率(無効電力)が補償される。
ところで、近年、省エネルギーを目的としてインバータを用いた負荷が急増している。このような負荷は、高調波電流を発生する。高調波電流は、配電系統に種々の影響を与える。このため、需要家側に、無効電力だけでなく高調波電流を補償することができる無効電力および高調波電流補償装置を設けることが望まれる。
ここで、需要家側に、特許文献1に開示されている無効電力補償装置に加えて、高調波電流を補償する高調波電流補償装置を設けることが考えられる。しかしながら、個別の無効電力補償装置と高調波電流補償装置を有する無効電力および高調波電流補償装置は、装置全体が大型になり、コストも高い。また、電力線にインバータ等により構成される半導体電力変換装置を接続し、この半導体電力変換装置を電力線の無効電力の値および高調波電流の値に応じて制御することが考えられる。しかしながら、このような無効電力および高調波電流補償装置では、[電力線の電圧(基本波電圧)の値×補償電流の値(無効電力補償用補償電流の値と高調波電流補償用補償電流の値の合計)]に対応する容量の半導体電力変換装置を用いる必要があるため、装置全体のコストが高くなる。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、安価に無効電力および高調波電流を補償することができる技術を提供することを目的とする。
By the way, in recent years, loads using inverters are increasing rapidly for the purpose of energy saving. Such a load generates harmonic current. The harmonic current has various effects on the distribution system. For this reason, it is desired to provide a reactive power and harmonic current compensator capable of compensating not only reactive power but also harmonic current on the consumer side.
Here, in addition to the reactive power compensator disclosed in
The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a technique capable of compensating reactive power and harmonic current at low cost.
本発明は、電力線と、電力線に接続されている負荷を有する電力系統における無効電力および高調波電流を補償する無効電力および高調波電流補償装置に関する。本発明の無効電力および高調波電流補償装置は、好適には、電力需要家側の電力系統に設けられるが、電力事業者側の電力系統に設けることもできる。
本発明は、リアクトルとコンデンサが直列に接続された直列共振回路と、1次巻線および2次巻線を有する変圧器と、電力変換装置と、制御装置を備えている。本発明は、適宜の相数の電力線に対して適用することができる。直列共振回路、変圧器、電力変換装置、制御装置の構成は、配電系統の相数に応じて適宜変更される。
直列共振回路を構成するリアクトルとコンデンサは、電力線から見て直列に接続されている。なお、「直列共振回路」には、リアクトルとコンデンサが等価的に直列に接続される回路も含まれる。直列共振回路の周波数特性(共振周波数等)は、電力線の基本波電流(基本波電圧)の基本波周波数に対するインピーダンスが高く、負荷等から電力線に流入する高調波電流の高調波周波数に対するインピーダンスが低くなるように設定される。好適には、負荷等から電力線に流入する高調波電流の成分等に基づいて決定される。例えば、負荷等から電力線に流入する高調波電流の成分に第5次高調波電流の成分と第7次高調波電流の成分が多く含まれている場合(第5次高調波電流の容量と第7次高調波電流の容量が他の高調波電流の容量に比べて特に大きい場合)には、直列共振回路のインピーダンスが第5次周波数と第7次周波数に対して小さくなるように、第5次周波数と第7次周波数の間の第6次周波数(基本波周波数×6)の近傍の周波数が共振周波数として設定される。
直列共振回路と変圧器の2次巻線は、直列に接続された状態で、負荷と並列になるように電力線に接続される。また、変圧器の1次巻線は、電力変換装置に接続されている。電力変換装置としては、例えば、インバータ等を有する半導体電力変換装置が用いられる。制御装置は、電力線の無効電力の値および高調波電流の値に応じて電力変換装置を制御することにより、電力線の無効電力を補償する無効電力補償用電気量および電力線の高調波電流を補償する高調波電流補償用電気量を電力線に供給する。無効電力補償用電気量および高調波電流補償用電気量としては、例えば、無効電力補償用補償電流(あるいは無効電流補償用補償電流)および高調波電流補償用補償電流が供給される。
「電力線の無効電力の値」は、無効電力および高調波電流補償装置が接続されている電力線の箇所より電源側の電力線の無効電力の値(補償後の無効電力の値)を用いることもできるし、負荷側の電力線の無効電力の値(補償前の無効電力の値)を用いることもできる。「電力線の無効電力の値」としては、典型的には、「電力線の基本波無効電力の値が」が用いられる。「電力線の無効電力の値に応じて制御する」態様には、電力線の無効電力の値に対応する他の検出量(例えば、無効電流の値や力率)に応じて制御する態様が含まれる。「電力線の無効電力の値に応じて電力変換装置を制御する」態様としては、例えば、電力線の基本周波数および基本無効電力の値を有し、電力線の基本波無効電力と逆位相の無効電力補償用補償無効電力が電力線に供給されるように電力変換装置を制御する態様が用いられる。典型的には、電力線の基本周波数および電力線の基本波無効電流の値に応じた値を有し、電力線の基本波電圧と同相あるいは逆位相の無効電流補償用2次電圧が変圧器の2次巻線から出力されるように、電力変換装置から変圧器の1次巻線に無効電流補償用1次電流を供給する態様が用いられる。
「電力線の高調波電流の値」は、無効電力および高調波電流補償装置が接続されている電力線の箇所より電源側の電力線の高調波電流の値(補償後の高調波電流の値)を用いることもできるし、負荷側の電力線の高調波電流の値(補償前の高調波電流の値)を用いることもできる。「電力線の高調波電流の値」としては、電力線の第h次高調波電流の値が用いられる。この場合、高調波電流の次数hは、負荷等から電力線に流入する高調波電流の次数の中から1あるいは複数の次数を適宜選択することができる。「電力線の高調波電流の値に応じて制御する」態様には、電力線の高調波電流の値に対応する他の検出量に応じて制御する態様が含まれる。「電力線の高調波電流の値に応じて電力変換装置を制御する」態様としては、例えば、電力線の高調波電流の周波数と同じ周波数および電力線の高調波電流の値を有し、電力線の高調波電流と逆位相の高調波電流補償用補償電流が電力線に供給されるように電力変換装置を制御する態様が用いられる。典型的には、電力線の第h次高調波電流の周波数および電力線の第h次高調波電流の値に応じた値を有し、電力線の第h次高調波電流と逆位相の第h次高調波電流補償用2次電圧が変圧器の2次巻線から出力されるように、電力変換装置から変圧器の1次巻線に第h次高調波電流補償用1次電流を供給する態様が用いられる。
本発明では、リアクトルとコンデンサを直列に接続した直列共振回路と変圧器の2次巻線との直列回路を、負荷と並列になるように電力線に接続している。直列共振回路のインピーダンスは電力線の基本波周波数に対して高く設定されているため、変圧器の2次巻線には、電力線の基本波電圧を直列共振回路と変圧器の2次巻線によって分割した電圧が印加される。このため、小容量の電力変換装置を用いて、変圧器の2次巻線から無効電力補償用2次電圧を出力させることができる。また、直列共振回路のインピーダンスは電力線の高調波電流の周波数に対して低く設定されている。電力線の高調波電流の値は小さいため、小容量の電力変換装置を用いて、変圧器の2次巻線に高調波電流補償用2次電圧を発生させることができる。したがって、小容量の電力変換装置を用いて無効電力および高調波電流を補償することができ、小型で安価な無効電力および高調波電流補償装置を提供することができる。
The present invention relates to a reactive power and harmonic current compensation device for compensating reactive power and harmonic current in a power system having a power line and a load connected to the power line. The reactive power and harmonic current compensator of the present invention is preferably provided in the power system on the power consumer side, but can also be provided in the power system on the power provider side.
The present invention includes a series resonant circuit in which a reactor and a capacitor are connected in series, a transformer having a primary winding and a secondary winding, a power conversion device, and a control device. The present invention can be applied to power lines having an appropriate number of phases. The configuration of the series resonant circuit, the transformer, the power conversion device, and the control device is appropriately changed according to the number of phases of the distribution system.
The reactor and the capacitor constituting the series resonance circuit are connected in series as viewed from the power line. The “series resonance circuit” includes a circuit in which a reactor and a capacitor are equivalently connected in series. The frequency characteristics (resonance frequency, etc.) of the series resonance circuit have high impedance for the fundamental frequency of the fundamental current (basic voltage) of the power line and low impedance for the harmonic frequency of the harmonic current flowing into the power line from the load. Is set to be Preferably, it is determined based on a harmonic current component flowing into the power line from a load or the like. For example, when the harmonic current component flowing into the power line from a load or the like contains many components of the fifth harmonic current and the seventh harmonic current (the fifth harmonic current capacity and the In the case where the capacity of the seventh harmonic current is particularly larger than the capacity of other harmonic currents), the impedance of the series resonant circuit is reduced so as to be smaller than the fifth and seventh frequencies. A frequency near the sixth frequency (fundamental wave frequency × 6) between the next frequency and the seventh frequency is set as the resonance frequency.
The series resonant circuit and the secondary winding of the transformer are connected to the power line so as to be in parallel with the load while being connected in series. The primary winding of the transformer is connected to the power converter. As the power converter, for example, a semiconductor power converter having an inverter or the like is used. The control device controls the power conversion device according to the value of the reactive power of the power line and the value of the harmonic current, thereby compensating the reactive power compensation electric quantity for compensating the reactive power of the power line and the harmonic current of the power line. Supply electrical power for harmonic current compensation to the power line. For example, reactive power compensation compensation current (or reactive current compensation compensation current) and harmonic current compensation compensation current are supplied as the reactive power compensation electrical quantity and the harmonic current compensation electrical quantity.
As the “reactive power value of the power line”, the reactive power value (reactive power value after compensation) of the power line on the power source side from the position of the power line to which the reactive power and the harmonic current compensator are connected can be used. The reactive power value of the load side power line (the reactive power value before compensation) can also be used. As the “value of the reactive power of the power line”, “the value of the fundamental reactive power of the power line” is typically used. The mode of “control according to the reactive power value of the power line” includes a mode of controlling according to another detection amount (eg, reactive current value or power factor) corresponding to the reactive power value of the power line. . As an aspect of “controlling the power conversion device according to the reactive power value of the power line”, for example, the power line has a fundamental frequency and a fundamental reactive power value, and the reactive power compensation is in phase opposite to the fundamental reactive power of the power line A mode is used in which the power converter is controlled so that the compensation reactive power for power supply is supplied to the power line. Typically, the secondary voltage for reactive current compensation having a value corresponding to the fundamental frequency of the power line and the fundamental reactive current value of the power line is the same as or opposite to the fundamental voltage of the power line. A mode is used in which the primary current for compensating reactive current is supplied from the power conversion device to the primary winding of the transformer so that it is output from the winding.
The value of the harmonic current of the power line uses the value of the harmonic current of the power line on the power supply side from the location of the power line to which the reactive power and the harmonic current compensator are connected (value of the harmonic current after compensation). It is also possible to use the value of the harmonic current of the power line on the load side (the value of the harmonic current before compensation). As the “value of the harmonic current of the power line”, the value of the h-th harmonic current of the power line is used. In this case, the order h of the harmonic current can be appropriately selected from one or more orders among the orders of the harmonic current flowing into the power line from the load or the like. The mode of “control according to the value of the harmonic current of the power line” includes a mode of control according to another detection amount corresponding to the value of the harmonic current of the power line. As an aspect of “controlling the power converter according to the value of the harmonic current of the power line”, for example, it has the same frequency as the frequency of the harmonic current of the power line and the value of the harmonic current of the power line, A mode is used in which the power conversion device is controlled such that a compensation current for compensating the harmonic current having a phase opposite to that of the current is supplied to the power line. Typically, it has a value corresponding to the frequency of the h-th harmonic current of the power line and the value of the h-th harmonic current of the power line, and the h-th harmonic of the power line is opposite in phase to the h-th harmonic current. A mode in which the primary current for h-th harmonic current compensation is supplied from the power converter to the primary winding of the transformer so that the secondary voltage for wave current compensation is output from the secondary winding of the transformer. Used.
In the present invention, a series circuit of a series resonant circuit in which a reactor and a capacitor are connected in series and a secondary winding of a transformer is connected to a power line so as to be in parallel with a load. Since the impedance of the series resonant circuit is set higher than the fundamental frequency of the power line, the fundamental voltage of the power line is divided by the series resonant circuit and the secondary winding of the transformer in the secondary winding of the transformer. Applied voltage. For this reason, the secondary voltage for reactive power compensation can be output from the secondary winding of the transformer using a small-capacity power converter. Further, the impedance of the series resonance circuit is set to be lower than the frequency of the harmonic current of the power line. Since the value of the harmonic current of the power line is small, a secondary voltage for harmonic current compensation can be generated in the secondary winding of the transformer using a small-capacity power converter. Therefore, reactive power and harmonic current can be compensated using a small-capacity power converter, and a small and inexpensive reactive power and harmonic current compensating apparatus can be provided.
本発明の他の形態では、制御装置は、電力線の無効電力の値と無効電力補償用制御ゲインを用いて算出した無効電力補償用目標電流値および電力線の高調波電流の値と高調波電流補償用制御ゲインを用いて算出した高調波電流補償用目標電流値に応じて電力変換装置を制御する。また、電力変換装置の出力電圧の値が第1の設定値を超える場合には、電力変換装置の出力電圧の値が減少するように、電力線の電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正する。
無効電力補償用目標電流値は、例えば、無効電力補償用制御ゲインと電力線の無効電力の値との乗算[無効電力補償用制御ゲイン×電力線の無効電力の値]によって算出される。この場合、無効電力補償用制御ゲインは、電力線の無効電力の値と、当該電力線の無効電力を補償する無効電力補償用電気量を電力線に供給するために変圧器の1次巻線に供給する無効電力補償用1次電流の値との関係に基づいて設定される。高調波電流補償用目標電流値は、例えば、高調波電流補償用制御ゲインと電力線の高調波電流の値との乗算[高調波電流補償用制御ゲイン×電力線の高調波電流の値]によって算出される。この場合、高調波電流補償用制御ゲインは、電力線の高調波電流の値と、当該電力線の高調波電流を補償する高調波電流補償用電気量を電力線に供給するために変圧器の1次巻線に供給する高調波電流補償用1次電流の値との関係に基づいて設定される。
なお、高調波電流補償用目標電流値は、高調波電流の1または複数の次数hに対して算出される。また、高調波電流補償用制御ゲインは、高調波電流の各次数hに対して共通に設定してもよいし、高調波電流の各次数に対応して設定してもよい。また、高調波電流補償用制御ゲインを補正する態様としては、種々の補正態様を用いることができる。例えば、高調波電流の各次数hに対して共通の高調波電流補償用制御ゲインが設定されている場合には、共通の高調波電流補償用制御ゲインを補正する態様を用いることができる。高調波電流の各次数hに対応して高調波電流補償用制御ゲインが設定されている場合には、各次数hに対応する高調波電流補償用制御ゲインを同じ方法で補正する(例えば、同じ補正量を加算または減算する)態様、各次数hに対応する高調波電流補償用制御ゲインを各次数hに対応する方法で補正する(例えば、各次数hに対応する補正量を加算または減算する)態様、あるいは、所定の次数hに対応する高調波電流補償用制御ゲインのみを所定の方法で補正する(例えば、同じ補正量または次数に対応する補正量を加算または減算する)態様を用いることができる。
「第1の設定値」としては、好適には、電力変換装置の定格電圧値が用いられる。「電力変換装置の出力電圧の値が第1の設定値を超える場合」は、例えば、電力変換装置から変圧器の1次巻線に、無効電力補償用目標電流値を有する無効電力補償用1次電流および第h次高調波電流補償用目標電流値を有する第h次高調波電流補償用1次電流を供給した時に電力変換装置の出力電圧の値が第1の設定値を超えるか否かによって判断される。「電力線の電圧の値」としては、電力線の第h次高調波電圧の値、電力線の第h次高調波電圧の値を合計した値、電力線の基本波電圧の値等を用いることができる。「電力変換装置の出力電圧の値が減少するように、電力線の電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正する」態様としては、電力変換装置の出力電圧の値を減少させることができる種々の補正態様を用いることができる。例えば、電力線の電圧(例えば、基本波電圧や高調波電圧)の値が第2の設定値を超えていない場合には、一方の制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正し、第2の設定値を超えている場合には、他方の制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正する補正態様を用いることができる。第2の設定値としては、電力線の電圧の値に対する管理目標値(例えば、基本波電圧の値に対する管理目標値、高調波電圧の値に対する管理目標値)を用いることができる。
無効電力補償用目標電流値および高調波電流補償用目標電流値に応じて電力変換装置を制御する態様としては、種々の態様を用いることができる。例えば、算出した無効電力補償用目標電流値および高調波電流補償用目標電流値に応じて電力変換装置を制御した時に電力変換装置の出力電圧の値が第1の設定値を超えない場合には、当該算出した無効電力補償用目標電流値および高調波電流補償用目標電流値に応じて電力変換装置を制御し、第1の設定値を超える場合には、電力線の電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正した後無効電力補償用目標電流値あるいは高調波電流補償用目標電流値を再算出し、再算出した無効電力補償用目標電流値あるいは高調波電流補償用目標電流値を用いて電力変換装置を制御する態様を用いることができる。または、第1の設定値を超える場合には、電力線の電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を、電力変換装置の出力電圧の値が第1の設定値を超えなくなるまで補正した後無効電力補償用目標電流値あるいは高調波電流補償用目標電流値を再算出し、再算出した無効電力補償用目標電流値あるいは高調波電流補償用目標電流値を用いて電力変換装置を制御する態様を用いることができる。
本形態では、電力変換装置の出力電圧の値が第1の設定値(好適には、定格電圧値)を超えるのを防止しながら無効電力および高調波電流を補償することができる。
In another aspect of the present invention, the control device includes a reactive power compensation target current value calculated using a reactive power value of the power line and a reactive power compensation control gain, a harmonic current value of the power line, and a harmonic current compensation. The power converter is controlled in accordance with the target current value for harmonic current compensation calculated using the control gain. Further, when the value of the output voltage of the power converter exceeds the first set value, the reactive power compensation control gain according to the value of the power line voltage so that the value of the output voltage of the power converter decreases. Alternatively, at least one of the harmonic current compensation control gains is corrected.
The reactive power compensation target current value is calculated by, for example, multiplying the reactive power compensation control gain by the reactive power value of the power line [reactive power compensating control gain × the reactive power value of the power line]. In this case, the reactive power compensation control gain is supplied to the primary winding of the transformer in order to supply the reactive power compensation value for compensating the reactive power value of the power line and the reactive power compensation electric power to the power line. It is set based on the relationship with the value of the primary current for reactive power compensation. The target current value for harmonic current compensation is calculated by, for example, multiplying the harmonic current compensation control gain by the harmonic current value of the power line [harmonic current compensation control gain × the power line harmonic current value]. The In this case, the control gain for harmonic current compensation is the primary winding of the transformer for supplying the power line with the value of the harmonic current of the power line and the amount of harmonic current compensation for compensating the harmonic current of the power line. It is set based on the relationship with the value of the primary current for harmonic current compensation supplied to the line.
The target current value for harmonic current compensation is calculated for one or more orders h of the harmonic current. Further, the harmonic current compensation control gain may be set in common for each order h of the harmonic current, or may be set corresponding to each order of the harmonic current. Various correction modes can be used as modes for correcting the harmonic current compensation control gain. For example, when a common harmonic current compensation control gain is set for each order h of the harmonic current, a mode of correcting the common harmonic current compensation control gain can be used. When the harmonic current compensation control gain is set corresponding to each order h of the harmonic current, the harmonic current compensation control gain corresponding to each order h is corrected by the same method (for example, the same A mode in which the correction amount is added or subtracted), and the harmonic current compensation control gain corresponding to each order h is corrected by a method corresponding to each order h (for example, a correction amount corresponding to each order h is added or subtracted). ) A mode, or a mode in which only the harmonic current compensation control gain corresponding to the predetermined order h is corrected by a predetermined method (for example, the same correction amount or a correction amount corresponding to the order is added or subtracted) is used. Can do.
As the “first set value”, the rated voltage value of the power converter is preferably used. “When the value of the output voltage of the power converter exceeds the first set value” is, for example, the
Various modes can be used as modes for controlling the power converter according to the reactive power compensation target current value and the harmonic current compensation target current value. For example, when the value of the output voltage of the power converter does not exceed the first set value when the power converter is controlled according to the calculated target current value for reactive power compensation and the target current value for harmonic current compensation The power converter is controlled according to the calculated reactive power compensation target current value and the harmonic current compensation target current value, and when the first set value is exceeded, the power conversion device is disabled according to the voltage value of the power line. After correcting at least one of the control gain for power compensation or the control gain for harmonic current compensation, recalculate the target current value for reactive power compensation or the target current value for harmonic current compensation, and recalculate the target current for reactive power compensation. A mode in which the power converter is controlled using the value or the target current value for harmonic current compensation can be used. Alternatively, when the first set value is exceeded, at least one of the reactive power compensation control gain and the harmonic current compensation control gain is set according to the voltage value of the power line, and the output voltage value of the power converter is set to the first value. After correcting until the set value of 1 is not exceeded, the reactive power compensation target current value or harmonic current compensation target current value is recalculated, and the recalculated reactive power compensation target current value or harmonic current compensation target current is recalculated. The aspect which controls a power converter device using a value can be used.
In this embodiment, the reactive power and the harmonic current can be compensated while preventing the value of the output voltage of the power converter from exceeding the first set value (preferably the rated voltage value).
本発明のさらに他の形態では、制御装置は、電力変換装置の出力電圧の値が第1の設定値を超える場合には、電力変換装置の出力電圧の値が減少するように、電力線の高調波電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正する。
「電力変換装置の出力電圧の値が減少するように、電力線の高調波電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正する」態様としては、種々の補正態様を用いることができる。例えば、電力線の高調波電圧の値(例えば、いずれかの次数hの高調波電圧の値や各次数hの高調波電圧の値を合計した値)が第2の設定値を超えていない場合には、一方の制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正し、第2の設定値を超えている場合には、他方の制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正する補正態様を用いることができる。第2の設定値としては、電力線の高調波電圧の値に対する管理目標値(例えば、各次数hの高調波電圧の値に対する共通の管理目標値、各次数hの高調波電圧それぞれに対応する管理目標値、各次数hの高調波電圧の値を合計した値に対する管理目標値)を用いることができる。また、「電力線の高調波電圧の値が第2の設定値を超えている」ことを判別する態様としては、種々の判別態様を用いることができる。例えば、各次数hの高調波電圧の値に対して共通の第2の設定値が設定されている場合には、いずれかの次数hの高調波電圧の値が第2の設定値を超えていることによって、あるいは、複数の次数hの高調波電圧の値が第2の設定値を超えていることによって判別する判別態様を用いることができる。または、各次数hの高調波電圧の値それぞれに対応して第2の設定値が設定されている場合には、いずれかの次数hの高調波電圧の値が当該次数hに対応する第2の設定値を超えていることによって、あるいは、複数の次数hの高調波電圧の値が各次数hに対応する第2の設定値を超えていることによって判別する判別態様を用いることができる。または、各次数の高調波電圧の値を合計した値に対して第2の設定値が設定されている場合には、各次数の高調波電圧の値を合計した値が第2の設定値を超えていることによって判別する判別態様を用いることができる。「各次数の高調波電圧の値を合計した値」としては、種々の値を用いることができる。例えば、各次数の高調波電圧の値を加算した値、各次数の高調波電圧の値を二乗して加算した加算値の平方根を用いることができる。
通常、電力線の高調波電圧の値は、電力線の基本波電圧の値に比べて大きく変化する。このため、電力線の高調波電圧の値に応じて無効電力補償用制御ゲインあるいは高調波電流補償用制御ゲインの少なくとも一方を補正することにより、電力変換装置の出力電圧の値が第1の設定値を超えるのを防止しながら無効電力および高調波電流をより適切に補償することができる。
In yet another aspect of the present invention, the control device causes the power line harmonics to decrease when the value of the output voltage of the power converter exceeds the first set value. At least one of the reactive power compensation control gain and the harmonic current compensation control gain is corrected according to the value of the wave voltage.
As an aspect of “correcting at least one of the reactive power compensation control gain and the harmonic current compensation control gain according to the value of the harmonic voltage of the power line so that the value of the output voltage of the power conversion device is reduced”, Various correction modes can be used. For example, when the value of the harmonic voltage of the power line (for example, the value of the harmonic voltage of any order h or the value of the harmonic voltage of each order h) does not exceed the second set value Corrects one control gain so that the value of the output voltage of the power converter decreases, and if it exceeds the second set value, the value of the output voltage of the power converter becomes the other control gain. A correction mode for correcting so as to decrease can be used. As the second set value, the management target value for the harmonic voltage value of the power line (for example, the common management target value for the harmonic voltage value of each order h, the management corresponding to each harmonic voltage of each order h) The target value and the management target value for the sum of the harmonic voltage values of each order h) can be used. In addition, as a mode for determining that “the value of the harmonic voltage of the power line exceeds the second set value”, various determination modes can be used. For example, when a common second setting value is set for the harmonic voltage value of each order h, the harmonic voltage value of any order h exceeds the second setting value. It is possible to use a discriminating mode that discriminates whether or not the harmonic voltage values of the plurality of orders h exceed the second set value. Alternatively, when the second set value is set corresponding to each value of the harmonic voltage of each order h, the value of the harmonic voltage of any order h corresponds to the second value corresponding to the order h. It is possible to use a discriminating mode that discriminates when the set value exceeds the second set value corresponding to each order h or when the value of the harmonic voltage of the plurality of orders h exceeds the second set value. Alternatively, when the second set value is set for the sum of the harmonic voltage values of the respective orders, the sum of the harmonic voltage values of the respective orders becomes the second set value. It is possible to use a discrimination mode that discriminates when it exceeds the limit. Various values can be used as the “value obtained by adding the harmonic voltage values of the respective orders”. For example, a value obtained by adding the harmonic voltage values of the respective orders and a square root of the addition value obtained by squaring and adding the harmonic voltage values of the respective orders can be used.
Usually, the value of the harmonic voltage of the power line varies greatly compared to the value of the fundamental voltage of the power line. Therefore, by correcting at least one of the reactive power compensation control gain or the harmonic current compensation control gain according to the value of the harmonic voltage of the power line, the value of the output voltage of the power converter is set to the first set value. The reactive power and the harmonic current can be compensated more appropriately while preventing the above.
本発明のさらに他の形態では、制御装置は、電力変換装置の出力電圧の値が第1の設定値を超える場合には、電力線の高調波電圧の値が第2の設定値を超えていれば、無効電力補償用制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正し、電力線の高調波電圧の値が前記第2の設定値を超えていなければ、高調波電流補償用制御ゲインを電力変換装置の出力電圧の値が減少するように補正する。
本形態では、電力変換装置の出力電圧の値が第1の設定値を超えるのを簡単に補正することができる。
In still another embodiment of the present invention, the control device may allow the value of the harmonic voltage of the power line to exceed the second set value when the value of the output voltage of the power conversion device exceeds the first set value. For example, the reactive power compensation control gain is corrected so that the value of the output voltage of the power converter decreases, and if the value of the harmonic voltage of the power line does not exceed the second set value, the harmonic current compensation The control gain is corrected so that the value of the output voltage of the power converter decreases.
In this embodiment, it is possible to easily correct the output voltage value of the power conversion device from exceeding the first set value.
本発明のさらに他の形態では、制御装置は、電力線の無効電力の値として電力線の無効電流の値を用いている。
「電力線の無効電流の値」としては、典型的には、電力線の基本波無効電流の値が用いられる。電力線の無効電力の値として電力線の無効電流の値を用いる場合には、適宜の修正が行われる。例えば、制御装置は、電力線の無効電力の値および高調波電流の値に応じて(あるいは、電力線の無効電力の値と無効電力補償用制御ゲインを用いて算出した無効電力補償用目標電流値および電力線の高調波電流の値と高調波電流補償用制御ゲインを用いて算出した高調波電流補償用目標電流値に応じて)電力変換装置を制御する態様に代えて、電力線の無効電流の値および高調波電流の値に応じて(あるいは、電力線の無効電流の値と無効電流補償用制御ゲインを用いて算出した無効電流補償用目標電流値および電力線の高調波電流の値と高調波電流補償用制御ゲインを用いて算出した高調波電流補償用目標電流値に応じて)電力変換装置を制御する態様を用いる。この場合、無効電流補償用制御ゲインは、電力線の無効電流の値と、当該電力線の無効電流を補償する無効電流補償用電気量を電力線に供給するために変圧器の1次巻線に供給する無効電流補償用1次電流の値との関係に基づいて設定される。
本形態では、簡単な回路で構成することができる。
In still another embodiment of the present invention, the control device uses the value of the reactive current of the power line as the value of the reactive power of the power line.
As the “value of the reactive current of the power line”, the value of the fundamental reactive current of the power line is typically used. When the reactive current value of the power line is used as the reactive power value of the power line, appropriate correction is performed. For example, the control device may determine the reactive power compensation target current value calculated according to the reactive power value and the harmonic current value of the power line (or using the reactive power value and reactive power compensation control gain) Instead of a mode of controlling the power converter (according to the harmonic current compensation target gain value calculated using the harmonic current compensation value and the harmonic current compensation control gain), the power line reactive current value and The target current value for reactive current compensation calculated using the value of the harmonic current (or the reactive current compensation value and the control gain for reactive current compensation, and the harmonic current value of the power line and harmonic current compensation) A mode of controlling the power converter is used (in accordance with the target current value for harmonic current compensation calculated using the control gain). In this case, the reactive current compensation control gain is supplied to the primary winding of the transformer to supply the power line with the value of the reactive current of the power line and the amount of reactive current compensation for compensating the reactive current of the power line. It is set based on the relationship with the value of the primary current for reactive current compensation.
In this embodiment, a simple circuit can be used.
請求項1〜5に記載の無効電力および高調波電流補償装置を用いることにより、安価に無効電力および高調波電流を補償することができる。
By using the reactive power and harmonic current compensator according to
以下に、本発明の一実施の形態を、図1および図2を参照して説明する。
図1に示す負荷4は、電源1から、配電側の電力系統(「配電系統」と呼ばれる)、需要家側の電力系統を介して電力が供給されている。配電側の電力系統は、三相(U相、V相、W相)の電力線2u、2v、2wを有している。以下では、本実施の形態の無効電力および高調波電流補償装置10が、需要家側の電力系統の電力線3u、3v、3wに、負荷3と並列になるように接続されている場合について説明する。なお、本実施の形態の無効電力および高調波補償装置10は、負荷が接続されている種々の構成の電力系統に用いることができる。
以下では、U相、V相、W相に対応する値やU相、V相、W相に設けられている素子の記号にはu、v、wを付している。
一般的に、電力線の無効電力は、大部分が基本波無効電力である。また、電力線の基本波電圧は略一定に制御されているため、電力線の基本波無効電力は電力線の基本波無効電流に対応する。したがって、本実施の形態では、電力線の無効電力として、電力線の基本波無効電流を検出している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
The load 4 shown in FIG. 1 is supplied with power from a
Hereinafter, u, v, and w are attached to values corresponding to the U phase, the V phase, and the W phase, and symbols of elements provided in the U phase, the V phase, and the W phase.
In general, most of the reactive power of the power line is the fundamental reactive power. Further, since the fundamental wave voltage of the power line is controlled to be substantially constant, the fundamental wave reactive power of the power line corresponds to the fundamental wave reactive current of the power line. Therefore, in this embodiment, the fundamental reactive current of the power line is detected as the reactive power of the power line.
本実施の形態の無効電力および高調波電流補償装置10(以下、単に「補償装置10」という)は、LC回路20、変圧器30、制御装置50、半導体電力変換装置60を有している。
LC回路20は、U相、V相、W相の相間に接続されるコンデンサ21u、21v、21wと、U相、V相、W相に接続されるリアクトル23u、23v、23wを有している。このコンデンサ21u、21v、21wとリアクトル23u、23v、23wによって、等価的に、リアクトルとコンデンサが直列に接続された直列共振回路がU相、V相、W相に接続される。なお、図1に破線で示すように、U相、V相、W相に接続されるコンデンサ22v、22v、22wを用いることもできる。
変圧器30は、1次巻線31u1、31v1、31w1と2次巻線31u2、31v2、31w2を有する三相変圧器により構成されている。変圧器30は、巻数比n[=2次巻線の巻数/1次巻線の巻数]を有している。巻数比nは、種々の値に設定することができる。変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2とLC回路20の直列共振回路は、直列に接続された状態で(直列共振回路と2次巻線との直列回路は)、負荷3と並列になるように、電力線3u、3v、3wに接続箇所xu、xv、xwで接続されている。変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1は、一方側の端子は共通接続され、他方側の端子は半導体電力変換装置60の出力端子に接続されており、半導体電力変換装置60から補償用1次電流It(Itu、Itv、Itw)が供給される。
The reactive power and harmonic current compensator 10 (hereinafter simply referred to as “
The
The
補償用1次電流It(Itu、Itv、Itw)としては、基本波無効電流を補償するための、基本波周波数を有する無効電流補償用1次電流Itq(Itqu、Itqv、Itqw)と、第h次高調波電流を補償するための、第h次周波数を有する第h次高調波電流補償用1次電流Ith(Ithu、Ithv、Ithw)が供給される。第h次高調波電流補償用1次電流としては、補償を行う高調波電流の次数hに対応して供給される。また、半導体電力変換装置60から出力される補償用1次電圧(半導体電力変換装置60の出力電圧)Vtの値は、基本周波数を有する無効電流補償用1次電圧Vtq(Vtqu、Vtqv、Vtqw)の値と、第h次周波数を有する第h次高調波電流補償用1次電圧Vth(Vthu、Vthv、Vthw)の値を合計した値となる。例えば、基本波無効電流と、第3次高調波電流、第5次高調波電流および第7次高調波電流を補償する場合には、半導体電力変換装置60から変圧器30のU相の1次巻線31u1に供給されるU相の補償用1次電流Ituには、基本波周波数を有するU相の無効電流補償用1次電流Itquと、第3次周波数を有するU相の第3次高調波電流補償用1次電流It3uと、第5次周波数を有するU相の第5次高調波電流補償用1次電流It5uおよび第7次周波数を有するU相の第7次高調波電流補償用1次電流It7uが含まれる。また、半導体電力変換装置60から出力されるU相の補償用1次電圧(半導体電力変換装置60のU相の出力電圧)Vtuの値は、基本周波数を有するU相の無効電流補償用1次電圧Vtquの値と、第3次周波数を有するU相の第3次高調波電流補償用1次電圧Vt3uの値、第5次周波数を有するU相の第5次高調波電流補償用1次電圧Vt5uの値および第7次周波数を有するU相の第7次高調波電流補償用1次電圧Vt7uの値を合計した値となる。
また、変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2から、無効電流補償用1次電流Itq(Itqu、Itqv、Itqw)に対応する、基本波周波数を有する無効電流補償用2次電圧VTq(VTqu、VTqv、VTqw)と、第h次高調波電流補償用1次電流Ith(Ithu、Ithv、Ithw)に対応する、第h次周波数を有する第h次高調波電流補償用2次電圧VTh(VThu、VThv、VThwを含む補償用2次電圧VT(VTu、VTv、VTw)が出力される。
The compensation primary current It (Itu, Itv, Itw) includes a reactive current compensation primary current Itq (Itcu, Itqv, Itqw) having a fundamental wave frequency for compensating the fundamental wave reactive current, and the h th A primary current Ith (Ithu, Ithv, Ithw) for h-th harmonic current compensation having an h-th frequency for compensating the second harmonic current is supplied. The primary current for compensating the h-th harmonic current is supplied corresponding to the order h of the harmonic current to be compensated. The value of the compensation primary voltage (output voltage of the semiconductor power conversion device 60) Vt output from the semiconductor
Further, the secondary windings 31u2, 31v2, and 31w2 of the
電流検出装置41u、41v、41wは、LC回路20の直列共振回路と変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2との直列回路が接続されている接続箇所xu、xv、xwより電源1側の電力線3u、3v、3wの電流(補償後の電流)ILa(ILau、ILav.ILaw)を検出する。電流ILa(ILau、ILav、ILaw)は、配電系統側の電力線2u、2v、2wの電流IS(ISu、ISv、ISw)と略等しい。
電流ILa(ILau、ILav、ILaw)には、補償装置10によって補償できなかった基本波無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)、第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)が含まれる。制御装置50は、電流ILa(ILau、ILav、ILaw)に含まれている基本波無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)および第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)に応じて半導体電力変換装置60から変圧器30の1次巻線30u1、31v1、31w1に供給する補償用1次電流It(Itu、Itv、Itw)を制御する。
なお、電流検出装置41u、41v、41wは、LC回路20の直列共振回路と変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2との直列回路が接続されている接続箇所xu、xv、xwより負荷4側の電力線3u、3v、3wの電流(補償前の電流)IL(ILu、ILv、ILw)を検出するように配置することもできる。この場合、電流(補償前の電流)IL(ILu、ILv、ILw)には、負荷4の基本波無効電流ILq(ILqu、ILqv、ILqw)、負荷4等から電力線3u、3v、3wに流入した第h次高調波電流ILh(ILhu、ILhv、ILhw)が含まれる。電流検出装置41u、41v、41wによって電流(補償前の電流)IL(ILu、ILv、ILw)を検出する場合の動作は、以下で説明する電流(補償後の電流)ILa(ILau、ILav、ILaw)、基本波無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)、第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)を、電流(補償前の電流)IL(ILu、ILv、ILw)、基本波無効電流ILq(ILqu、ILqv、ILqw)、第h次高調波電流ILh(ILhu、ILhv、ILhw)に置き換えた動作と同様である。
The
The current ILa (ILau, ILav, ILaw) includes a fundamental wave reactive current ILaq (ILaq, ILaqv, ILaqw) and an h-th harmonic current ILah (ILahu, ILahv, ILahw) that could not be compensated by the
The
制御装置50は、電流検出装置41u、41v、41wで検出された電力線3u、3v、3wの電流(補償後の電流)ILa(ILau、ILav、ILaw)に基づいて、補償用1次電流It(Itu、Itv、Itw)に対する補償用目標1次電流値Itr(Itur,Itvr、Itwr)を算出し、半導体電力変換装置60に出力する。
なお、前述したように、補償用1次電流It(Itu、Itv、Itw)としては、基本波周波数を有する無効電流補償用1次電流Itq(Itqu、Itqv、Itqw)と、第h次周波数を有する第h次高調波電流補償用1次電流Ith(Ithu、Ithv、Ithw)が供給される。このため、制御装置50は、補償用目標1次電流値Itr(Itur、Itvr、Itwr)としては、無効電流補償用1次電流Itq(Itqu、Itqv、Itqw)に対する無効電流補償用目標1次電流値Itqr(Itqur、Itqvr、Itqwr)と、第h次高調波電流補償用1次電流Ith(Ithu、Ithv、Ithw)に対する第h次高調波電流用目標1次電流値Ithr(Ithur、Ithvr、Ithwr)を算出する。そして、無効電流補償用目標1次電流値Itqr(Itqur、Itqvr、Itqwr)と第h次高調波電流用目標1次電流値Ithr(Ithur、Ithvr、Ithwr)を含む(例えば、合成した)補償用目標1次電流値Itr(Itur,Itvr、Itwr)を出力する。
Based on the current (compensated current) ILa (ILau, ILav, ILaw) of the
As described above, as the primary current for compensation It (Itu, Itv, Itw), the reactive current compensation primary current Itq (Itqu, Itqv, Itqw) having a fundamental frequency and the h-th order frequency are expressed as follows. The primary current Ith (Ithu, Ithv, Ithw) for h-th harmonic current compensation is supplied. Therefore, the
半導体電力変換装置60は、図2に示されているように、ダイオードD1〜D6により構成されるコンバータ(整流回路)61と、平滑用コンデンサ62と、インバータ(周波数変換装置)63を有している。インバータ63は、U相用のスイッチング素子Tu1とTu2、V相用のスイッチング素子Tv1とTv2、W相用のスイッチング素子Tw1とTw2を有しており、変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に補償用1次電流It(Itu、Itv、Itw)を供給する。インバータ63のスイッチング素子Tu1とTu2、Tv1とTv2、Tw1とTw2は、それぞれU相制御回路65u、V相制御回路65v、W相制御回路65Wによって制御される。
U相制御回路65u、V相制御回路65v、W相制御回路65wは、半導体電力変換装置60から変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に供給する補償用1次電流It(Itu、Itv、Itw)の値が制御装置50から出力された補償用目標1次電流値Itr(Itur、Itvr、Itwr)になるようにスイッチング素子Tu1とTu2、Tv1とTv2、Tw1とTw2を制御する。
U相制御回路65u、V相制御回路65v、W相制御回路65wは同じ構成であるため、U相制御回路65uについて説明する。U相制御回路65uは、比較器66u、積分器67u、ヒシテリシスコンパレータ68uを有している。比較器66uは、制御装置50から出力されたU相の補償用目標1次電流値Itur(U相の無効電流補償用目標1次電流値ItqurとU相の第h次高調波電流補償用目標1次電流値Ithurを合成した値)と、電流検出装置64uにより検出されたU相の補償用1次電流Ituの値(U相の無効電流補償用1次電流Itquの値とU相の第h次高調波電流補償用1次電流Ithuの値を合成した値)を比較し、電流偏差信号eItuを出力する。積分器67uは、電流偏差信号eItuを積分し、積分信号euを出力する。ヒシテリシスコンパレータ68uは、積分信号euがオンレベルに達すると、スイッチング素子Tu1にオン信号を出力するとともにスイッチング素子Tu2にオフ信号を出力し、積分信号euがオフレベルに達すると、スイッチング素子Tu1にオフ信号を出力するとともにスイッチング素子Tu2にオン信号を出力する。一般的には、スイッチング素子Tu1とTu2の短絡を防止するために、オン信号は、オフ信号を出力してから一定期間経過した時点で出力される。
本実施の形態の半導体電力変換装置60が本発明の「電力変換装置」に対応する。なお、本発明の「電力変換装置」は、インバータのみによって構成することもできる。
As shown in FIG. 2, the
The
Since the
The semiconductor
なお、図1において、接続箇所xu、xv、xwより電源1側の電力線3u、3v、3wの電圧(補償後の電圧)は、VLa(VLau、VLav、VLaw)で表わされ、接続箇所xu、xv、xwより負荷4側の電力線3u、3v、3wの電圧(補償前の電圧)は、VL(VLu、VLv、VLw)で表されている。また、配電系統側の電力線2u、2v、2wの電圧は、VS(VSu、VSv、VSw)で表わされ、電流は、IS(ISu、ISv、ISw)で表されている。
また、補償装置10から需要家側の電力線3u、3v、3wに供給する補償電流IAF(IAFu、IAFv、IAFw)としては、電力線3u、3v、3wの基本波無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)を補償するための、基本波周波数を有する無効電流補償用補償電流IAFq(IAFqu、IAFqv、IAFqw)と、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)を補償するための、第h次周波数を有する第h次高調波電流補償用補償電流IAFh(IAFhu、IAFhv、IAFhw)が供給される。無効電流補償用補償電流IAFq(IAFqu、IAFqv、IAFqw)は、電力線3u、3v、3wの基本波無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)の値を有し、当該基本波無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)と逆位相を有している。また、第h次高調波電流補償用補償電流IAFh(IAFhu、IAFhv、IAFhw)は、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)の値を有し、当該第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)と逆位相を有している。無効電流補償用補償電流IAFq(IAFau、IAFqv、IAFqw)および第h次高調波電流補償用補償電流IAFh(IAFhu、IAFhv、IAFhw)の値としては、電力線3u、3v、3wの基本波無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)および第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)の瞬時値、平均値、実効値等を設定することができる。無効電流補償用補償電流IAFq(IAFqu、IAFqv、IAFqw)および第h次高調波電流補償用補償電流IAFh(IAFhu、IAFhv、IAFhw)の位相は、電力線3u、3v、3wの基本波無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)および第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)に応じて設定される。
In FIG. 1, the voltages (compensated voltages) of the
Further, as the compensation current IAF (IAFu, IAFv, IAFw) supplied from the
本実施の形態では、基本波無効電流の値が本発明の「無効電力の値」に対応し、第h次高調波電流の値が本発明の「高調波電流の値」に対応する。また、補償用1次電流が本発明の「補償用1次電流」に対応し、無効電流補償用1次電流が本発明の「無効電力補償用1次電流」に対応し、第h次高調波電流補償用1次電流が本発明の「高調波電流補償用1次電流」に対応する。また、補償用目標1次電流値が本発明の「補償用目標電流値」に対応し、無効電流補償用目標1次電流が本発明の「無効電力補償用目標電流値」に対応し、第h次高調波電流補償用1次電流が本発明の「高調波電流補償用目標電流値」に対応する。また、補償用1次電圧が本発明の「補償用1次電圧」あるいは「電力変換装置の出力電圧」に対応し、無効電流補償用1次電圧が本発明の「無効電力補償用1次電圧」に対応し、第h次高調波電流補償用1次電圧が本発明の「高調波電流補償用1次電圧」に対応する。また、補償用2次電圧が本発明の「補償用2次電圧」に対応し、無効電流補償用2次電圧が本発明の「無効電力補償用2次電圧」に対応し、第h次高調波電流補償用2次電圧が本発明の「高調波電流補償用2次電圧」に対応する。また、補償電流が本発明の「補償用補償電流」に対応し、無効電流補償用補償電流が本発明の「無効電力補償用補償電流」に対応し、第h次高調波電流補償用補償電流が本発明の「高調波電流補償用補償電流」に対応する。 In the present embodiment, the value of the fundamental reactive current corresponds to the “reactive power value” of the present invention, and the value of the h-th harmonic current corresponds to the “harmonic current value” of the present invention. The primary current for compensation corresponds to the “primary current for compensation” of the present invention, the primary current for compensation of the reactive current corresponds to “primary current for compensation of the reactive power” of the present invention, and the h th harmonic. The primary current for wave current compensation corresponds to the “primary current for harmonic current compensation” of the present invention. The compensation target primary current value corresponds to the “compensation target current value” of the present invention, the reactive current compensation target primary current corresponds to the “reactive power compensation target current value” of the present invention, and The primary current for h-order harmonic current compensation corresponds to the “target current value for harmonic current compensation” of the present invention. The primary voltage for compensation corresponds to the “primary voltage for compensation” or “output voltage of the power converter” of the present invention, and the primary voltage for reactive current compensation corresponds to the “primary voltage for reactive power compensation” of the present invention. The primary voltage for h-th harmonic current compensation corresponds to the “primary voltage for harmonic current compensation” of the present invention. The secondary voltage for compensation corresponds to the “secondary voltage for compensation” of the present invention, the secondary voltage for reactive current compensation corresponds to the “secondary voltage for reactive power compensation” of the present invention, and the h-th order harmonic. The secondary voltage for wave current compensation corresponds to the “secondary voltage for harmonic current compensation” of the present invention. Further, the compensation current corresponds to the “compensation current for compensation” of the present invention, the compensation current for reactive current compensation corresponds to the “compensation current for reactive power compensation” of the present invention, and the compensation current for h-th harmonic current compensation. Corresponds to the “compensation current for harmonic current compensation” of the present invention.
まず、本実施の形態の概要を説明する。
本実施の形態では、LC直列共振回路の周波数特性を、LC回路20のLC直列共振回路のインピーダンスが、電力線3u、3v、3wの基本波周波数に対して高く、負荷4等から電力線3u、3v、3wに流入する高調波電流の周波数に対して小さくなるように設定する。
一般的に、負荷4等から電力線3u、3v、3wに流入する高調波電流の成分は、第5次高調波電流の成分と第7次高調波電流の成分を多く含み(第5次高調波電流の容量と第7次高調波電流の容量が他の高調波成分の容量に比べて非常に大きい)、また、第13次周波数以上の高調波電流の成分は極めて少ない。このような場合には、直列共振回路として、第5次周波数(基本波周波数×5)と第7次周波数(基本波周波数×7)に対するインピーダンスが低い周波数特性を有する直列共振回路が用いられる。
ここで、第5次周波数と第7次周波数に共振周波数が設定された直列共振回路(以下、「第5次・第7次直列共振回路」という)の周波数特性と、第5次周波数と第7次周波数の間の第6次周波数(基本波周波数×6)の近傍の周波数に共振周波数が設定された直列共振回路(以下、「第6次直列共振回路」という)の周波数特性を図3に示す。図3には、第5次・第7次直列共振回路の周波数特性が破線で示され、第6次直列共振回路の周波数特性が実線で示されている。図3に示されているように、第5次・第7次直列共振回路は、第5次周波数および第7次周波数に対するインピーダンスは第6次直列共振回路のインピーダンスより小さいが、第6次周波数の近傍の周波数に対するインピーダンスは第6次直列共振回路のインピーダンスよりはるかに大きい。定常状態において負荷4等から流入する高調波電流に第5次周波数の成分と第7次周波数の成分が多く含まれている場合には、負荷変動時等の過渡状態における高調波電流に、第5次周波数の成分や第7次周波数の成分だけでなく、第6次周波数の近傍の周波数の成分も多く含まれる。このため、第5次・第7次直列共振回路を用いる場合には、第6次周波数および第6次高調波電流の値を有する第6次高調波電流補償用補償電流IAF6(IAF6u、IAF6v、IAF6w)を電力線3u、3v、3wに供給するための第6次高調波電流補償用2次電圧VT6(VT6u、VT6v、VT6w)を出力させる際、半導体電力変換装置60は、高電圧の第6次高調波電流補償用1次電圧Vt6(Vt6u、Vt6v、Vt6w)を供給する必要がある。一方、第6次直列共振回路は、第5次周波数および第7次周波数に対するインピーダンスは第5次・第7次直列共振回路のインピーダンスの2倍程度であるが、第5次周波数〜第7次周波数の周波数範囲の周波数に対するインピーダンスは第5次・第7次直列共振回路に比べて十分小さい。このため、負荷4等から電力線3u、3v、3wに流入する高調波電流の成分が、第5次周波数〜第7次周波数の周波数範囲の高調波電流の成分を多く含み、第13次周波数以上の高調波電流の成分が極めて少ない場合には、LC回路20の直列共振回路として、第6次周波数の近傍に共振周波数が設定された直列共振回路を用いるのが好ましい。
First, an outline of the present embodiment will be described.
In the present embodiment, the frequency characteristics of the LC series resonance circuit are such that the impedance of the LC series resonance circuit of the
In general, the harmonic current components flowing into the
Here, the frequency characteristics of a series resonant circuit (hereinafter referred to as “fifth / seventh series resonant circuit”) in which the resonant frequencies are set to the fifth frequency and the seventh frequency, the fifth frequency, FIG. 3 shows frequency characteristics of a series resonance circuit (hereinafter referred to as “sixth series resonance circuit”) in which the resonance frequency is set to a frequency in the vicinity of the sixth order frequency (fundamental frequency × 6) between the seventh order frequencies. Shown in In FIG. 3, the frequency characteristics of the fifth and seventh series resonant circuits are indicated by broken lines, and the frequency characteristics of the sixth series resonant circuit are indicated by solid lines. As shown in FIG. 3, the fifth and seventh series resonant circuits have impedances for the fifth and seventh frequencies that are smaller than the impedance of the sixth series resonant circuit. The impedance for a frequency in the vicinity of is much larger than the impedance of the sixth series resonance circuit. When the harmonic current flowing in from the load 4 or the like in the steady state contains many components of the fifth and seventh frequencies, the harmonic current in the transient state such as when the load fluctuates In addition to the fifth-order frequency component and the seventh-order frequency component, many frequency components near the sixth-order frequency are included. Therefore, when the fifth and seventh series resonant circuits are used, the sixth harmonic current compensation compensation current IAF6 (IAF6u, IAF6v, When outputting the sixth harmonic current compensating secondary voltage VT6 (VT6u, VT6v, VT6w) for supplying the IAF 6w) to the
このような直列共振回路が用いられている場合における無効電流補償動作を、図4を参照して説明する。
図4には、直列共振回路と変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2との直列回路が電力線3u、3v、3wに接続されている電気回路図のU相分が示されている。コンデンサ22uとリアクトル23uによってU相の直列共振回路20uが構成されている。なお、24uは、リアクトル23uの抵抗である。電力線3uの接続箇所xuとアースの間には、電力線3uの電圧VLuが印加されている。ここで、基本波無効電流を補償する際には、基本波周波数を有する無効電流補償用補償電流IAFquを電力線3uに供給する。電力線3uの基本波周波数に対しては、電力線3uの接続箇所xuとアースの間には、電力線3uの電圧(負荷電圧)VLuの基本波電圧VLfuが印加されている。
この状態で、変圧器30の2次巻線31u2から、電力線3uの基本波周波数を有し、電力線3uの基本波電圧VLfuと同相あるいは逆位相の無効電流補償用2次電圧VTquを出力させると、直列共振回路には、電力線3uの基本波周波数を有し、基本波電圧VLfuの値と無効電流補償用2次電圧VTquの値との和あるいは差の値を有する電圧VCquが印加される。なお、直列共振回路の共振周波数を第6次周波数の近傍の周波数に設定した場合、リアクトル23uの容量はコンデンサ22uの容量の約3%である。このため、基本波周波数に対しては、直列共振回路に印加される電圧VCuは、ほとんどコンデンサ22cに印加される電圧であると見なすことができる。これにより、変圧器30の2次巻線31u2から、電力線3uの基本波周波数を有し、電力線3uの基本波電圧VLfuと同相あるいは逆位相の無効電流補償用2次電圧VTquを出力させることによって、コンデンサ22uに印加される電圧VCqu、したがって、補償回路10から電力線3uに供給する無効電流補償用補償電流IAFquを制御することができ、基本波無効電流を補償することができる。例えば、電力線3uの遅れ基本波無効電流ILquの値を有する進み無効電流補償用補償電流IAFquを供給することができる。なお、無効電流補償用2次電圧VTquの値は、無効電流補償用補償電流IAFquの値が電力線3uの基本波無効電流ILaquの値となるように設定される。
このように、電力線3uの無効電流を補償する場合には、電力線3u、3v、3wの基本波電圧を直列共振回路と変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2によって分割した電圧が変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2に印加される。これにより、変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2から出力する、無効電流補償用補償電流IAFq(IAFqu、IAFqv、IAFqw)を供給するための無効電流補償用2次電圧VTq(VTqu、VTqv、VTqw)の値を小さくすることができる。すなわち、変圧器30の1次巻線31u1、31v2、31w2に小容量の半導体電力変換装置60を接続することによって、基本波無効電流を補償することができる。
The reactive current compensation operation in the case where such a series resonant circuit is used will be described with reference to FIG.
FIG. 4 shows the U-phase portion of the electric circuit diagram in which the series circuit of the series resonant circuit and the secondary windings 31u2, 31v2, 31w2 of the
In this state, when the secondary winding 31u2 of the
Thus, when compensating the reactive current of the
また、このような直列共振回路が用いられている場合における高調波電流補償動作を、図5を参照して説明する。
図5には、直列共振回路と変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2との直列回路が電力線3u、3v、3wに接続されている電気回路図のU相分が示されている。コンデンサ22uとリアクトル23uによってU相の直列共振回路20uが構成されている。なお、24uは、リアクトル23uの抵抗である。電力線3u、3v、3wの高調波電流による高調波電圧は非常に小さいため、図5では図示していない。
この状態で、変圧器30の2次巻線31u2から、電力線3uの第h次周波数を有する第h次高調波電流補償用2次電圧VThuを出力させると、第h次周波数を有する第h次高調波電流補償用補償電流IAFhuが、直列共振回路と変圧器30の2次巻線31u2を介して電力線3uに供給される。この第h次高調波電流補償用補償電流IAFhuが、電力線3uの第h次高調波電流の値と同じ値を有し、第h次高調波電流と逆位相を有していれば、この第h次高調波電流補償用補償電流IAFhuによって電力線3uの第h次高調波電流を補償する(打ち消す)ことができる。ここで、直列共振回路のインピーダンスは、電力線3uの第h次周波数に対して小さい。また、電力線3uの第h次高調波電流の値も小さい。したがって、変圧器30の1次巻線31u1、31v2、31w2に小容量の半導体電力変換装置60を接続することによって、無効電流を補償することができる。なお、第h次高調波電流補償用2次電圧VThuの値は、第h次高調波電流補償用補償電流IAFhuの値が電力線3uの第h次高調波電流ILahuの値となるように、すなわち、第h次高調波電流ILahuの値とLC直列回路および変圧器30の2次巻線31u2のインピーダンスの値によって設定される。また、第h次高調波電流補償用2次電圧の位相は、第h次高調波電流補償用電流IAFhuの位相が電力線3uの第h次高調波電流と逆位相となるように、すなわち、直列共振回路と変圧器30の2次巻線31u2のインピーダンスの位相によって設定される。
Further, the harmonic current compensation operation in the case where such a series resonance circuit is used will be described with reference to FIG.
FIG. 5 shows the U-phase portion of the electric circuit diagram in which the series circuit of the series resonant circuit and the secondary windings 31u2, 31v2, 31w2 of the
In this state, when the secondary voltage 31h2 of the
次に、制御装置50の処理を、図6に示すフローチャートを用いて説明する。図6に示されている処理は、適宜の時期に開始される。
ステップS1では、電力線3u、3v、3wの無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)の値を検出する。本実施の形態では、無効電流の値として電力線3u、3v、3wの基本波周波数を有する基本波無効電流の値を検出している。電力線3u、3v、3wの無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)の値は、例えば、電力線3u、3v、3wの電流(補償後の電流)ILa(ILau、ILav、ILaw)から算出することができる。
ステップS2では、ステップS1で検出した電力線3u、3v、3wの無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)の値と無効電流補償用制御ゲインKqを用いて、半導体電力変換装置60から変圧器30の1次巻線(31u1、31v1、31w1)に供給する無効電流補償用1次電流Itq(Itqu、Itqv、Itqw)に対する無効電流補償用目標1次電流値Itqr(Itqur、Itqvr、Itqwr)を算出する。無効電流補償用目標1次電流値Itqr(Itqur、Itqvr、Itqwr)は、例えば、電力線3u、3v、3wの無効電流ILaqの値と無効電流補償用制御ゲインKqとの乗算[Itqr=Kq×ILaq]によって算出される。この場合、無効電流補償用制御ゲインKqは、電力線3u、3v、3wの無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)の値と、当該電力線3u、3v、3wの無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)を補償する無効電流補償用補償電流IAFq(IAFqu、IAFqv、IAFqw)を電力線3u、3v、3wに供給するために変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に供給する無効電流補償用1次電流Itq(Itqu、Itqv、Itqw)の値との関係に基づいて設定される。
Next, the process of the
In step S1, the value of the reactive current ILaq (ILaq, ILaqv, ILaqw) of the
In step S2, the value of the reactive current ILaq (ILaq, ILaqv, ILaqw) of the
ステップS3では、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)の値を検出する。高調波電流の次数hとしては、1あるいは複数の次数が適宜選択される。例えば、負荷4等から電力線3u、3v、3wに流入する高調波電流のうち、補償を行う高調波電流の次数が選択される。電力線3u、3v3wの第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)の値は、例えば、電力線3u、3v、3wの電流(補償後の負荷電流)ILa(ILau、ILav、ILaw)から算出することができる。
ステップS4では、ステップS3で検出した電力線3u、3v、3wの第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)の値と高調波電流補償用制御ゲインKhを用いて、半導体電力変換装置60から変圧器30の1次巻線(31u1、31v1、31w1)に供給する第h次高調波電流補償用1次電流Ith(Ithu、Ithv、Ithw)に対する第h次高調波電流補償用目標1次電流値Ithr(Ithur、Ithvr、Ithwr)を算出する。第h次高調波電流補償用目標1次電流値Ithr(Ithur、Ithvr、Ithwr)は、例えば、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電流ILahの値と高調波電流補償用制御ゲインKhとの乗算[Ithr=Kh×ILah]によって算出される。この場合、高調波電流補償用制御ゲインKhは、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)の値と、補償装置10から電力線3u、3v、3wに第h次高調波電流補償用補償電流IAFh(IAFhu、IAFhv、IAFhw)を供給するために変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に供給する第h次高調波電流補償用1次電流Ith(Ithu、Ithv、Ithw)の値との関係に基づいて設定される。
In step S3, the value of the h-th harmonic current ILah (ILahu, ILahv, ILahw) of the
In step S4, using the value of the h-order harmonic current ILah (ILahu, ILahv, ILahw) of the
ステップS5では、半導体電力変換装置60から変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に、ステップS2で算出した無効電流補償用目標1次電流値Itqr(Itqur、Itqvr、Itqwr)を有する無効電流補償用1次電流Itq(Itqu、Itqv、Itqw)およびステップS4で算出した第h次高調波電流補償用目標1次電流値Ithr(Ithur、Ithvr、Ithw)を有する第h次高調波電流補償用1次電流Ith(Ithu、Ithv、Ithw)を含む補償用1次電流It(Itu、Itv、Itw)を供給した時の、半導体電力変換装置60の出力電圧(補償用1次電圧)Vt(Vtu、Vtv、Vtw)の値を算出する。半導体電力変換装置60の出力電圧(補償用1次電圧)Vt(Vtu、Vtv、Vtw)の値は、無効電流補償用1次電流Itq(Itqu、Itqv、Itqw)による無効電流補償用1次電圧Vtq(Vtqu、Vtqv、Vtqw)の値と第h次高調波電流補償用1次電流Ith(Ithu、Ithv、Ithw)による第h次高調波電流補償用1次電圧Vth(Vthu、Vthv、Vthw)の値を合計した値である。
ステップS6では、ステップS5で算出した半導体電力変換装置60の出力電圧Vt(Vtu、Vtv、Vtw)の値が第1の設定値Vtrを超えるか否かを判断する。第1の設定値としては、好適には、半導体電力変換装置60の定格電圧値が用いられる。半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値が第1の設定値Vtrを超えない場合にはステップS13に進み、超える場合にはステップS7に進む。
In step S5, the semiconductor
In step S6, it is determined whether or not the value of the output voltage Vt (Vtu, Vtv, Vtw) of the semiconductor
制御装置50は、電力線3u、3v、3wの遅れ無効電流ILaqの値が大きい場合([Itqr=Kq・ILaq]が大きい場合)には、変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2から出力する、基本波周波数を有する無効電流補償用2次電圧VTqを減少させて、直列共振回路に印加される、基本波周波数を有する電圧VCqを増大させる。これにより、電力線3u、3v、3wに供給される無効電流補償用補償電流(進み補償電流)IAFq(IAFqu、IAFqv、IAFqw)の値が増大する。一方、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電流ILahの値が大きい場合([Ithr=Kh・ILah]が大きい場合)には、変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2から出力する、第h次周波数を有する第h次高調波電流補償用2次電圧VThを増大させる。これにより、直列共振回路を介して電力線3u、3v、3wに供給される第h次高調波電流補償用補償電流IAFh(IAFhu、IAFhv、IAFhw)の値が増大する。
ここで、電力線3u、3v、3wの遅れ電流ILaqの値および電力線3u、3v、3wの第h次高調波電流ILahの値が大きい場合には、変圧器の2次巻線31u2、31v2、31w2から出力する基本波周波数を有する無効電流補償用2次電圧VTqを減少させ、第h次周波数を有する第h次高調波電流補償用2次電圧VThを増大させる。このため、半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値が第1の設定値Vtr(例えば、定格電圧値)を超える虞はない。
一方、電力線3u、3v、3wの遅れ電流ILaqの値が小さく([Itqr=Kq・ILaq]が小さい場合)、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電流ILahの値が大きい場合([Ithr=Kh・ILah]が大きい場合)には、変圧器の2次巻線31u2、31v2、31w2から出力する基本波周波数を有する無効電力補償用2次電圧VTqおよび第h次周波数を有する第h次高調波電流補償用2次電圧VThを増大させる。この場合には、半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値が第1の設定値Vtr(例えば、定格電圧値)を超える虞がある。このため、電力線3u、3v、3wの無効電流の値および第h次高調波電流の値と位相角を想定し、半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値が第1の設定値Vtr(例えば、定格電圧値)を超えないように変圧器30の巻数比n(2次巻線の巻数/1次巻線の巻数)が決定される。しかしながら、このように変圧器30の巻数比nを決定した場合でも、負荷4の無効電流の値および負荷4から発生する第h次高調波電流の値は不規則に変化するため、半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値が第1の設定値(例えば、定格電圧値)を超える虞がある。半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値が第1の設定値を超える場合には、半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値を減少させる制御を行う必要がある。ステップS6は、半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値を減少させる制御を行う必要があるか否かを判断する。
When the value of delayed reactive current ILaq of
Here, when the value of the delay current ILaq of the
On the other hand, when the value of the delay current ILaq of the
ステップS7では、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電圧VLah(VLahu、VLahv、VLahw)の値を検出する。高調波電圧の次数hとしては、電力線3u、3v、3wの高調波電流のうち、補償を行う1あるいは複数の高調波電流の次数が適宜選択される。電力線3u、3v、3wの第h次高調波電圧VLah(VLahu、VLahv、VLahw)の値は、電力線3u、3v、3wの電圧(補償後の負荷電圧)VLa(VLau、VLav、VLaw)から算出することができる。
ステップS8では、ステップS7で検出した電力線3u、3v、3wの第h次高調波電圧VLah(VLahu、VLahv、VLahw)が第2の設定値VLahrを超えているか否かを判断する。電力線3u、3v、3wの第h次高調波電圧VLah(VLahu、VLahv、VLahw)が第2の設定値VLahrを超えているか否かを判断する方法としては種々の方法を用いることができる。例えば、第2の設定値VLahrを各次数hそれぞれに対応して設定し、第h次高調波電流の値が当該次数hに対応する第2の設定値VLahrを超えているか否かを判断し、いずれかの次数hの高調波電流の値が各次数に対応する第2の設定値を超えているか否かを判断する。あるいは、第2の設定値VLahrを各次数に対して共通に設定し、いずれかの次数hの第h次高調波電圧の値が第2の設定値を超えているか否かを判断する。あるいは、第2の設定値VLahrとして複数の次数の高調波電圧の値の合計値を設定し、複数の次数の高調波電圧の値の合計値が第2の設定値VLahrを超えているか否かを判断する。「複数の次数の高調波電圧の値の合計値」としては、種々の値を用いることができる。例えば、各次数の高調波電圧の値を加算した値、各次数の高調波電圧の値を二乗して加算した加算値の平方根を用いることができる。第2の設定値としては、好適には、高調波電圧の値に対する管理目標値が設定される。第h次高調波電圧VLahの値が第2の設定値VLahrを超えていない場合にはステップS9に進み、超えている場合にはステップS11に進む。
In step S7, the value of the h-th harmonic voltage VLah (VLahu, VLahv, VLahw) of the
In step S8, it is determined whether or not the h-order harmonic voltage VLah (VLahu, VLahv, VLahw) of the
ステップS9では、高調波電流補償用制御ゲインKhを補正する。例えば、高調波電流補償用制御ゲインKhから補正値△aを減算し、減算値を補正後の高調波電流補償用制御ゲインKhとする。ステップS9では、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電圧の値が第2の設定値VLahrを超えていないため、無効電力の補償を優先する。すなわち、高調波電流補償用制御ゲインKhを減少させ([Ithr=Kh・ILah]を小さくし)て、半導体電力変換装置60から供給する第h次高調波電流補償用1次電流Ithの値を減少させる。これにより、半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値が減少する。
ステップS10では、ステップS3で検出した電力線3u、3v、3wの第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)の値とステップS9で補正した高調波電流補償用制御ゲインKhを用いて第h次高調波電流補償用目標1次電流値Ithr(Ithur、Ithvr、Ithwr)を再算出した後、ステップS13に進む。
ステップS11では、無効電流補償用制御ゲインKqを補正する。例えば、無効電流補償用制御ゲインKqに補正値△bを加算し、加算値を補正後の無効電流補償用制御ゲインKqとする。ステップS11では、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電流の値が第2の設定値VLahrを超えているため、高調波電流の補償を優先する。すなわち、無効電流補償用制御ゲインKqを増加させることによって([Itqr=Kq・ILaq]を大きくし)、半導体電力変換装置60から出力する無効電流補償用1次電流Itqの値を減少させる。これにより、半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値が減少する。
ステップS12では、ステップS2で検出した電力線3u、3v、3wの無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)の値とステップS11で補正した無効電流補償用制御ゲインKqを用いて無効電流補償用目標1次電流値Itqr(Itqur、Itqvr、Itqwr)を再算出した後、ステップS13に進む。
In step S9, the harmonic current compensation control gain Kh is corrected. For example, the correction value Δa is subtracted from the harmonic current compensation control gain Kh, and the subtraction value is used as the corrected harmonic current compensation control gain Kh. In step S9, since the value of the h-order harmonic voltage of the
In step S10, the value of the h-th harmonic current ILah (ILahu, ILahv, ILahw) of the
In step S11, the reactive current compensation control gain Kq is corrected. For example, the correction value Δb is added to the reactive current compensation control gain Kq, and the added value becomes the corrected reactive current compensation control gain Kq. In step S11, since the value of the h-order harmonic current of the
In step S12, the reactive
ステップS13では、算出した無効電流補償用目標1次電流値Itqr(Itqur、Itqvr、Itqwr)と第h次高調波電流補償用目標1次電流値Ithr(Ithur、Ithvr、Ithwr)を含む(例えば、加算した)補償用目標1次電流値Itr(Itur、Itvr、Itwr)を半導体電力変換装置60に出力する。なお、ステップS6からステップS13に進んだ場合には、ステップS2で算出した無効電流補償用目標1次電流値Itqr(Itqur、Itqvr、Itqwr)とステップS4で算出した第h次高調波電流補償用目標1次電流値Ithr(Ithur、Ithvr、Ithwr)を含む補償用目標1次電流値Itr(Itur、Itvr、Itwr)を半導体電力変換装置60に出力する。また、ステップS10からステップS13に進んだ場合には、ステップS2で算出した無効電流補償用目標1次電流値Itqr(Itqur、Itqvr、Itqwr)とステップS10で再算出した第h次高調波電流補償用目標1次電流値Ithr(Ithur、Ithvr、Ithwr)を含む補償用目標1次電流値Itr(Itur、Itvr、Itwr)を半導体電力変換装置60に出力する。また、ステップS12からステップS13に進んだ場合には、ステップS12で再算出した無効電流補償用目標1次電流値Itqr(Itqur、Itqvr、Itqwr)とステップS4で算出した第h次高調波電流補償用目標1次電流値Ithr(Ithur、Ithvr、Ithwr)を含む補償用目標1次電流値Itr(Itur、Itvr、Itwr)を半導体電力変換装置60に出力する。
この場合、半導体電力変換装置60は、変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に、基本波周波数を有し、無効電流補償用目標1次電流値Itqr(Itqur、Itqvr、Itqwr)を有する無効電力補償用1次電流Itq(Itqu、Itqv、Itqw)を所定の位相で供給する。これにより、変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2から基本波周波数を有する無効電流補償用2次電圧VTqが出力され、補償装置10から電力線3u、3v、3wに、基本波周波数を有する無効電流補償用補償電流IAFq(IAFqu、IAFqv、IAFqw)が供給される。なお、変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に供給する無効電流補償用一次電流Itq(Itqu、Itqv、Itqw)の位相は、電力線3u、3v、3wに供給される無効電流補償用補償電流IAFq(IAFqu、IAFqv、IAFqw)によって電力線3u、3v、3wの無効電流ILaq(ILaqu、ILaqv、ILaqw)が補償されるように(無効電流ILaqと逆位相となるように)設定される。また、半導体電力変換装置60は、変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に、第h次周波数を有し、第h次高調波電流補償用目標1次電流値Ithr(Ithru、Ithrv、Ithrw)を有する第h次高調波電流補償用1次電流Ith(Ithu、Ithv、Ithw)を所定の位相で供給する。これにより、変圧器30の2次巻線21u2、21v2、21w2から第h次周波数を有する第h次高調波電流補償用2次電圧VThが出力され、補償装置10から電力線3u、3v、3wに第h次高調波電流補償用補償電流IAFh(IAFhu、IAFhv、IAFhw)が供給される。なお、変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に供給する第h次高調波電流補償用1次電流Ithの位相は、変圧器30の2次巻電31u2、31v2、31w2から出力される第h次高調波電流補償用2次電圧VThによって補償装置1から電力線3u、3v、3wに供給される第h次高調波電流補償用補償電流IAFh(IAFhu、IAFhv、IAFhw)によって電力線3u、3、3wの第h次高調波電流ILah(ILahu、ILahv、ILahw)が補償されるように(第h次高調波電流ILahと逆位相となるように)設定される。以上により、半導体電力変換装置60から変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に、補償用1次電流It(無効電流補償用1次電流Itqと第h次高調波電流補償用1次電流Ithの合計)が供給され、変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2から無効電流補償用2次電圧VTqと第h次高調波電流補償用2次電圧VThを含む補償用2次電圧VTが出力される。
ステップS14では、無効電流補償用制御ゲインKqと高調波電流補償用制御ゲインKhを初期値に戻して処理を終了する。
In step S13, the calculated reactive current compensation target primary current value Itqr (Itqur, Itqvr, Itqwr) and the h-th harmonic current compensation target primary current value Ithr (Ithur, Itthvr, Itthwr) are included (for example, The compensated target primary current value Itr (Itur, Itvr, Itwr) is output to the semiconductor
In this case, the semiconductor
In step S14, the reactive current compensation control gain Kq and the harmonic current compensation control gain Kh are returned to the initial values, and the process ends.
本実施の形態の各部の波形が図7および図8に示されている。図7には、配電系統側のU相の電圧VSuが破線で示され、配電系統側のU相の電流ISuが細い実線で示され、需要家側のU相の電流(補償前の電流)ILuが太い実線で示されている。図8には、配電系統側のU相の電圧VSuが破線で示され、補償装置10のU相の直列共振回路の印加電圧VCuが細い実線で示され、補償装置10から需要家側の電力線3u、3v、3wに供給されるU相の補償用補償電流IAFu(無効電流補償用補償電流IAFqと第h次高調波電流補償用補償電流IAFhの合計)が太い実線で示されている。図7および図8に示されているように、本実施の形態では、電力線3u、3v、3wの無効電流および高調波電流が補償されていることが分かる。
また、図9には、負荷の力率が0.9、第5次高調波の含有率が16%、第7次高調波の含有率が12%である場合に、負荷4の容量に対して必要な半導体電力変換装置60の容量を本実施の形態と従来例について示した図である。なお、従来例は、半導体電力変換装置が電力線3u、3v、3wに並列に接続された補償装置である。また、図9では、本実施の形態が黒丸で示され、従来例が黒四角で示されている。図9から、本実施の形態は、従来例に比べて、半導体電力変換装置60の容量を大幅に低減することができることが分かる。
The waveform of each part of the present embodiment is shown in FIGS. In FIG. 7, the U-phase voltage VSu on the distribution system side is indicated by a broken line, the U-phase current ISu on the distribution system side is indicated by a thin solid line, and the U-phase current (current before compensation) on the consumer side ILu is indicated by a thick solid line. In FIG. 8, the U-phase voltage VSu on the distribution system side is indicated by a broken line, the applied voltage VCu of the U-phase series resonance circuit of the
FIG. 9 also shows the load 4 capacity when the load power factor is 0.9, the fifth harmonic content is 16%, and the seventh harmonic content is 12%. It is the figure which showed the capacity | capacitance of the required
以上のように、本実施の形態では、リアクトルとコンデンサを直列に接続した直列共振回路と変圧器30の2次巻線31u2、31v2、31w2との直列回路を、負荷4と並列になるように電力線3u、3v、3wに接続し、変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に供給する補償用1次電流It(Itu、Itv、Itw)を制御することによって、電力線3u、3v、3wの無効電流Laq(Laqu、Laqv、Laqw)と第h次高調波電流Lah(Lahu、Lahv、Lahw)を補償している。これにより、装置の大型化を防止しながら、安価な半導体電力変換装置を用いて無効電力および高調波電流を補償することができる。
また、半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値が第1の設定値Vtr(好適には、定格電圧値)を超える場合には、半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値が第1の設定値Vtrを超えないように制御するため、より安価な半導体電力変換装置60を用いることができる。特に、この場合、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電圧VLahの値が第2の設定値VLahrを超えているか否かによって無効電流ILaqの補償を優先するか第h次高調波電流ILahの補償を優先するかを決定するため、半導体電力変換装置60の容量を減少させながら無効電力および高調波電流の補償を適切に行うことができる。
As described above, in the present embodiment, the series resonant circuit in which the reactor and the capacitor are connected in series and the series circuit of the secondary windings 31u2, 31v2, and 31w2 of the
When the value of the output voltage Vt of the semiconductor
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。
実施の形態では、半導体電力変換装置60の出力電圧Vtの値が第1の設定値Vtrを越える場合には、電力線3u、3v、3wの第h次高調波電圧の値が第2の設定値を超えているか否かによって無効電流補償用ゲインKqあるいは高調波電流補償用制御ゲインKhを補正したが、補正態様としては、電力線3u、3v、3wの基本波電圧に応じて無効電流補償用制御ゲインKgあるいは高調波電流補償用制御ゲインKhを補正する補正態様を用いることもできる。この場合には、基本波電圧が第2の設定値を超えていれば高調波電流補償用制御ゲインKhを減少させて高調波電流補償用1次電流(高調波補償用1次電圧)を減少させ、基本波電圧が第2の設定を超えていなければ無効電流補償用制御ゲインKqを増加させて無効電流補償用1次電流(無効電流補償用1次電圧)を減少させる。また、無効電流補償用ゲインKqと高調波電流補償用制御ゲインKhを補正する補正態様を用いることもできる。さらに、これらの補正態様に限定されず、電力線3u、3v、3wの電圧に応じて無効電流補償用ゲインKqあるいは高調波電流補償用制御ゲインKhの少なくとも一方を補正する補正態様を用いることができる。
補償装置10の接続箇所xu、xv、xwより電源1側の電力線3u、3v、3wの無効電流の値(補償後の無効電流の値)ILaに応じて半導体周波数変換装置60を制御したが、補償装置10の接続箇所xu、xv、xwより負荷4側の電力線3u、3v、3wの無効電流の値(補償前の無効電流の値)ILに応じて制御することもできる。また、無効電流の値に代えて無効電力の値に応じて半導体電力変換装置を制御することもできる。無効電力の値としては、典型的には、基本波無効電力の値が用いられる。無効電力の値は、補償装置10の接続箇所xu、xv、xwより電源1側の電力線3u、3v、3wの無効電力の値(補償後の無効電力の値)あるいは補償装置10の接続箇所xu、xv、xwより負荷4側の電力線3u、3v、3wの無効電力の値(補償前の無効電力の値)を用いることができる。無効電力の値を用いる場合には、無効電流の値を無効電力の値に対応させるための修正が行われる。また、前述した「無効電流」という記載が「無効電力」に置き換えられる。
電力変換装置は、変圧器30の1次巻線31u1、31v1、31w1に無効電力補償用1次電流(無効電流補償用1次電流を含む)および第h次高調波電流補償用1次電流を供給することができればよく、コンバータとインバータを有する半導体電力変換装置60に限定されない。
本発明は、図6のフローチャートに示されている処理手順や処理内容に限定されず、種々の処理方法を用いて無効電力(無効電流を含む)および高調波電流を補償することができる。
本発明は、図1に示した構成に限定されない。
本発明は、需要家内の電力系統に限定されず負荷と電力線を有する種々の構成の電力系統、例えば、電力事業者側の電力系統に用いることができる。
The present invention is not limited to the configuration described in the embodiment, and various changes, additions, and deletions are possible.
In the embodiment, when the value of the output voltage Vt of the
Although the
In the power converter, a primary current for reactive power compensation (including a primary current for reactive current compensation) and a primary current for h-th harmonic current compensation are supplied to the primary windings 31u1, 31v1, and 31w1 of the
The present invention is not limited to the processing procedure and processing contents shown in the flowchart of FIG. 6, and reactive power (including reactive current) and harmonic current can be compensated using various processing methods.
The present invention is not limited to the configuration shown in FIG.
The present invention is not limited to a power system in a consumer, but can be used in a power system having various configurations having a load and a power line, for example, a power system on the power provider side.
1 電源
2u、2v、2w、3u、3v、3w 電力線
4 負荷
10 無効電力および高調波電流補償装置
20 LC回路
21u、21v、21w、22u、22v、22w、122u、122v、122w コンデンサ
23u、23v、23w リアクトル
30、130 変圧器
31u1、31v1、31w1、131u1、131v1、131w1 1次巻線
31u2、31v2、31w2、131u2、131v2、131w2 2次巻線
41u、41v、41w、64u、64v、64w 電流検出装置
50 制御装置
51u、51v、51w 制御部
60、160 電力変換装置
61 コンバータ(整流回路)
62 平滑用コンデンサ
63 インバータ(周波数変換回路)
65u U相制御回路
65v V相制御回路
65w W相制御回路
D1〜D6 ダイオード
Tu1、Tv1、Tw1、Tu2、Tv2、Tw2 半導体素子
1
62
65u
Claims (5)
リアクトルとコンデンサが直列に接続された直列共振回路と、1次巻線および2次巻線を有する変圧器と、電力変換装置と、制御装置を備え、
前記直列共振回路と前記変圧器の2次巻線は、直列に接続された状態で、前記負荷と並列に前記電力線に接続されており、
前記変圧器の1次巻線は、前記電力変換装置に接続されており、
前記制御装置は、前記電力線の無効電力の値および高調波電流の値に応じて前記電力変換装置を制御することにより、前記電力線の無効電力を補償する無効電力補償用電気量および前記電力線の高調波電流を補償する高調波電流補償用電気量を前記電力線に供給することを特徴とする無効電力および高調波電流補償装置。 A reactive power and harmonic current compensator in a power system having a power line and a load connected to the power line,
A series resonant circuit in which a reactor and a capacitor are connected in series, a transformer having a primary winding and a secondary winding, a power converter, and a controller;
The series resonant circuit and the secondary winding of the transformer are connected to the power line in parallel with the load in a state of being connected in series,
The primary winding of the transformer is connected to the power converter,
The control device controls the power conversion device according to the reactive power value and the harmonic current value of the power line, thereby compensating the reactive power of the power line and the harmonics of the power line. A reactive power and harmonic current compensator that supplies a harmonic current compensating quantity of electricity for compensating a wave current to the power line.
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