JP2010041843A

JP2010041843A - 無効電力補償装置における演算方式

Info

Publication number: JP2010041843A
Application number: JP2008202714A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shinohara; 博篠原
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】無効電力補償のための無効電力演算を簡素化することにより、装置の小型，低コスト化を図る。
【解決手段】３相個別に変動する負荷4aと、３相一括で変動する負荷4bの各無効電力を補償するために、制御装置13内の演算器により、各相個別に変動する負荷に対しては、各相ごとに系統電圧と負荷電流から無効電力を演算し、３相一括で変動する負荷に対しては、系統電圧と負荷電流から各相対応に得られる無効電力に、３相無効電力の平均値を求めてそれぞれ加算することにより、補償対象となる負荷の無効電力を求められるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、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、特に無効電力量の演算方式の改良に関する。

図３に無効電力補償装置の一般的な例を示す。
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が接続された電力系統の、系統インピーダンス３と負荷４との間に接続され、負荷４から発生する無効電力を補償する。この無効電力補償装置１は、サイリスタ５、リアクトル６およびコンデンサ７などから構成される。13は、無効電力補償装置１の制御装置を示す。

無効電力補償装置１の動作としては、負荷４が発生する無効電力を補償する。ここで、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、系統の無効電力はQs＝０となり、系統電圧の電圧変動を抑制することができる。

ここで、図３に示す負荷４としては、３相個別に無効電力が発生する負荷や、図４（ａ）のように、ダイオ−ド22a~22fのブリッジ回路に負荷23を接続し、または図４（ｂ）のようにサイリスタ24 a~24 fのブリッジ回路に負荷25を接続するもの等があり、直流電力を必要とする負荷もある。図４の場合では、３相一括の無効電力が発生することになる。

無効電力補償装置の制御装置の例を図５に示す。
これは、検出された系統電圧Vsと負荷電流Ifとから、無効電力検出器10において無効電力Ｑを検出し、この無効電力Qに係数器または乗算器11でゲインを乗じた結果を点弧角調節器12に入力し、ここでサイリスタ５を点弧するための点弧角指令αを演算するものである。

無効電力検出器10として、例えば特許文献１に開示されている例を図６に示す。
これは、乗算器15、加算器17、ゲイン要素18、位相器19およびメモリ20などから構成され、次のようにして無効電力Qを演算する。
１）位相器19は検出された系統電圧V1から、90°遅れの電圧Ｖ2を発生させる。検出される負荷電流をIf、負荷電流Ifの系統電圧V1との位相差をφ、電流実効値をI、電圧実効値をEとすると、V1，Ｖ2およびIfは次式のように表わされる。
V1＝√2Ecosθ…（１） V2＝√2Esinθ…（２） If＝√2I cos(θ-φ)…（３）

２）乗算器15は電圧Ｖ2とIfを乗算し、無効電力瞬時値ｑを演算する。
ｑ＝Ｖ2×If＝EI｛sinφ＋sin（2θ-φ）｝…（4）
３）無効電力瞬時値ｑを、メモリ20に逐次格納していく。
４）メモリ20に格納された90°前の無効電力瞬時値ｑ’を読み出し、このｑ’と無効電力瞬時値ｑとを、加算器17で加算する。
ｑ’＝V1 ×If’＝EI｛sinφ−sin（2θ-φ）｝…（５）
ｑ＋ｑ’＝2E・Isinφ…（６）

５）加算した結果に、係数器18で１／２のゲインを乗じることで、無効電力Qを演算する。
Q＝（ｑ＋ｑ’）／２＝E・Isinφ…（７）

特開２００７−１９５３８０号公報特開平０８−１４０２６８号公報

ところで、図６に示すものは、電力Ｑを演算するために、９０°前からのデータが必要になることから、無効電力の変動に対する追従性が十分ではないという問題がある。この他、３相個別に無効電力を演算するものとして特許文献２等種々提案されているが、いずれも無効電力の変動に対する追従性が十分とは言いがたい。その結果、図７に示すように、無効電力補償装置で補償しようとする負荷として３相個別に変動する負荷4aと、３相一括で変動する負荷4bとがあった場合、従来方式では追従性が悪いため、無効電力補償装置の装置容量を増やす等、コストアップにつながるおそれがある。

したがって、この発明の課題は、３相一括で変動する負荷がある場合でも、無効電力の変動に対する追従性を悪化させないようにすることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、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において、
３相個別に変動する負荷と３相一括で変動する負荷の各無効電力を補償するために、３相個別に変動する負荷に対しては、各相ごとに系統電圧と負荷電流から無効電力を演算し、３相一括で変動する負荷に対しては、系統電圧と負荷電流から各相対応に得られる無効電力に、３相無効電力の平均値を求めてそれぞれ加算することにより、補償対象となる負荷の無効電力を演算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３相個別に変動する負荷と３相一括で変動する負荷の各電流は、互いに個別に検出することができる（請求項２の発明）。

この発明によれば、３相一括で変動する負荷については、無効電力を瞬時に演算できるため、追従性が高くなって装置容量を低減できコストダウンを図ることが可能となる。

図１はこの発明の実施の形態を示すブロック構成図である。
３相個別に変動する負荷4aと、３相一括で変動する負荷4bを補償するため、図示のように、電流検出器（CT）9a，9bを設けている。制御装置13内には図5と同様の無効電力検出（演算）器が設けられているが、その無効電力検出（演算）器10の具体例を図２に示す。

図２での無効電力の演算は、次のように行なわれる。
まず、移相器19a〜19cでは、検出された系統電圧V1a〜V1cから、各々に対し90°遅れの電圧V1a90〜V1c90を得る。これらの電圧V1a90〜V1c90は、以下のように表わすことができる。
V1a90＝√2Esinθ…（８）
V1b90＝√2Esin(θ-2π/3)…（９）
V1c90＝√2Esin(θ-4π/3)…（10）

また、負荷電流If2a~If2cは同様に、以下のように表わされる。
If2a＝√2Icos（θ-φ）…（１1）
If2b＝√2Icos（θ-φ-2π/3）…（１2）
If2c＝√2Icos（θ-φ-4π/3）…（１3）

乗算器31a~31cでは、それぞれV1a90とIf2a、V1b90 とIf2b、V1c90とIf2cを乗算することで、各相対応の無効電力瞬時値qa,qb,qcを次のように演算する。
qa＝V1a90×If2a＝E・I｛sinφ＋sin（2θ-φ）｝…（１4）
qb＝V1b90×If2b＝E・I｛sinφ＋sin（2θ-φ-4π/3）｝…（１5）
qc＝V1c90×If2c＝E・I｛sinφ＋sin（2θ-φ-8π/3）｝…（１6）

加算器32では上記qa,qb,qcを加算して平均をとる（１/3にする）。
（qa＋qb＋qc）/3= E・I｛sinφ＋sin（2θ-φ）sinφ＋sin（2θ-φ-4π/3）
+ sinφ＋sin（2θ-φ-8π/3）｝/3
= E・I・3sinφ/3= E・I・sinφ…（１7）

（１7）式の演算は、３相無効電力の平均値を演算することを示しており、遅れ要素を含まないことから、追従性を高めることができる。（１7）式の演算結果を、V1a90とIf1a、V1b90 とIf1b、V1c90とIf1cから、移相器19a〜19cおよび演算器30a~30cにより求めた各相個別の無効電力演算結果に加算することで、補償すべき負荷の無効電力Qa,Qb,Qcを得ることができる。

以上のように、特に３相一括で変動する負荷に対して瞬時に無効電力の演算ができることから、追従性が高くなって装置容量を低減できる結果、低コスト化を実現することが可能となる。

この発明の実施の形態を示すブロック図図１で用いられる無効電力検出器の具体例を示すブロック図一般的な電力系統を示す構成図負荷の具体例を示す回路図図３の制御装置に設けられる無効電力検出器の具体例を示すブロック図特許文献１に開示された無効電力検出器の従来例を示すブロック図一般的な電力系統の別の例を示す構成図

符号の説明

１…無効電力補償装置、２…電力系統、３…インダクタンス、４，4a，4b，23，25…負荷、５，24a~24f…サイリスタ、６…リアクトル、７…コンデンサ、８…PT（変圧器）、９，9a，9b…CT（８変流器）、10…無効電力検出器、11，18，33…ゲイン要素、12…点弧角制御回路、13…制御装置、15，31a，31b，31c…乗算器、17，32…加算器、19，19a，19b，19c…移相器、20…メモリ、22a~22f…ダイオード、30a，30b，30c…無効電力演算器。

Claims

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において、
３相個別に変動する負荷と３相一括で変動する負荷の各無効電力を補償するために、３相個別に変動する負荷に対しては、各相ごとに系統電圧と負荷電流から無効電力を演算し、３相一括で変動する負荷に対しては、系統電圧と負荷電流から各相対応に得られる無効電力に、３相無効電力の平均値を求めてそれぞれ加算することにより、補償対象となる負荷の無効電力を演算することを特徴とする無効電力補償装置における演算方式。
前記３相個別に変動する負荷と３相一括で変動する負荷の各電流は、互いに個別に検出することを特徴とする請求項１に記載の無効電力補償装置における演算方式。