JP2011257894A - Control device for reactive power compensation device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体素子の動作により、アーク炉等の負荷によって発生する電圧フリッカを抑制するための無効電力補償装置の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a reactive power compensator control device for suppressing voltage flicker generated by a load such as an arc furnace by operation of a semiconductor element.
図4は、この種の無効電力補償装置の従来技術を示しており、例えば特許文献1に記載されているものである。
図4において、無効電力補償装置1は、系統電源2から系統インピーダンス3を介してアーク炉等の負荷4が接続された系統において、負荷4の手前に接続されており、負荷4によって発生する電圧フリッカを抑制するために設けられている。この無効電力補償装置1は、サイリスタ5と、サイリスタ5に直列接続されたリアクトル6と、これらの直列回路に並列接続されたコンデンサ7とから構成されており、PT(計器用変圧器)8及びCT(変流器)9によって系統電圧Vs及び負荷電流Ifを検出する制御装置13によって制御されるものである。
FIG. 4 shows a conventional technique of this type of reactive power compensator, which is described in
In FIG. 4, the
無効電力補償装置1の基本的な動作としては、電圧フリッカを抑制するために、負荷4が発生する無効電力を補償する。いま、負荷4が発生する無効電力をQf、無効電力補償装置1が補償する無効電力をQt、系統の無効電力をQsとすると、制御装置13によって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Qs=0となり、系統電圧Vsの変動を防止して電圧フリッカを抑制できることになる。
As a basic operation of the
次に、図5は、特許文献1に記載された制御装置13の構成図である。
この制御装置13は、無効電力検出回路10、ゲイン乗算器11及び点弧角制御回路12によって構成されている。無効電力検出回路10は、PT8により検出した系統電圧VsとCT9により検出した負荷電流Ifとを用いて無効電力Qを演算する。その後、ゲイン乗算器11により無効電力QにゲインKを乗じてK×Qを演算し、点弧角制御回路12が、K×Qに相当した無効電力を出力するための前記サイリスタ5の点弧角αを演算する。この点弧角αに従って図4のサイリスタ5を導通させることにより、負荷4の無効電力Qfを補償するための無効電力Qtを発生させている。
Next, FIG. 5 is a configuration diagram of the
The
ここで、無効電力検出回路10は負荷電流If及び系統電圧Vsから負荷4の無効電力を予測する回路であるため、アーク炉等による負荷電流Ifが急峻かつランダムに変化した場合に予測誤差が生じる。そこで、制御装置13では、予め設定したゲインKをゲイン乗算器11にて無効電力Qに乗じることで、予測誤差の補正を行っている。
Since the reactive
なお、電圧フリッカはΔV10とも呼ばれており、図4に示すように系統に接続されたフリッカメータ18によって測定されている。電圧フリッカΔV10は、電気学会技術報告書II部72号によれば、電圧変動を1分間について周波数分析した結果得られる変動周波数fnの電圧変動成分の変動幅をΔVnとし、変動周波数fnに対応する視感度係数をanとすると、以下の数式1によって定義され、視感度係数anは図6のように定義されている。
The voltage flicker is also called ΔV 10 and is measured by a
また、予測誤差補正用の前記ゲインKは調整可能となっており、負荷4に応じて無効電力補償装置1の補償効果が最も高くなるように考慮される。具体的には、ゲインKを変えて補償効果を測定し、その結果に応じてゲインKを再度調整する動作を繰り返しているが、これによると、ゲインKの最適調整に多くの時間がかかり、所望の補償効果が得られない場合には、無効電力補償装置1が発生する無効電力Qtに余裕を持たせるために装置の容量を大きくしなければならない等の問題がある。
Further, the gain K for prediction error correction can be adjusted, and is considered so that the compensation effect of the
そこで、特許文献2においては、図7に示す構成の制御装置13により、負荷の無効電力Qに複数種類のゲインを乗じた結果に基づいて、電圧フリッカが最小となるような最適補償ゲインを選択している。
すなわち、図7において、111〜113は現状のゲインk1を中心とした3種類のゲインk1〜k3(なお、k2=k1+ΔG,k3=k1−ΔGとし、ΔGはゲイン調整幅を示す。)を乗じるゲイン乗算器、121〜123は点弧角制御回路、141〜143はそれぞれ異なる構成の無効電力補償装置モデル、201〜203は加算器、151〜153は系統モデル、161〜163は電圧フリッカ検出回路、17は最小値選択回路であり、その他の構成要素には図5と同一の番号を付してある。なお、電圧フリッカ検出回路161〜163は、図4のフリッカメータ18と同様に電圧フリッカを演算する機能を備えている。
Therefore, in
That is, in FIG. 7,
この従来技術では、ゲイン乗算器111〜113において、負荷の無効電力Qに3種類のゲインk1〜k3を乗じ、これらの乗算結果に対応する点弧角α1〜α3を点弧角制御回路121〜123によりそれぞれ求めている。更に、無効電力補償装置モデル141〜143により、点弧角α1〜α3に応じた補償電流It1〜It3を求めるとともに、補償電流It1〜It3と負荷電流Ifとを加算器201〜203によりそれぞれ加算した電流を系統モデル151〜153に入力して電圧V1〜V3を求め、これらの電圧V1〜V3を電圧フリッカ検出回路161〜163に入力して演算したフリッカ電圧の中の最小値に対応するゲイン(k1〜k3のいずれか)を最小値選択回路17により選択し、このゲインをゲイン乗算器11における最適補償ゲインKとして設定する。
なお、ゲイン乗算器111における現状のゲインk1(従って、k1〜k3のすべて)は、所定周期で逐次更新されており、その都度、フリッカ電圧が最小値になるようなゲインを選択してこれを最適補償ゲインKとして設定するものである。従って、最適補償ゲインKは所定周期で逐次更新され、この最適補償ゲインKによって無効電力補償装置が逐次制御されることになる。
In this prior art, the gain multiplier 111 to 113, the reactive power Q by multiplying the three
Note that the current gain k 1 (hence, all of k 1 to k 3 ) in the
さて、無効電力補償装置1は、負荷の無効電力の変動分に起因した電圧フリッカを抑制する以外に、無効電力の固定分に起因した力率の低下を補償することも目的としている。
このため、図7に示したように、フリッカ電圧のみに基づいて最適補償ゲインKを決定する場合には、無効電力の固定分による力率低下を補償できないという問題がある。
The
For this reason, as shown in FIG. 7, when the optimum compensation gain K is determined based only on the flicker voltage, there is a problem that the power factor decrease due to the fixed reactive power cannot be compensated.
上記の問題を、図8を参照しつつ説明する。
図8(a)は、図7のゲイン乗算器11の前段の無効電力Q1、図8(b)はゲイン乗算器11の後段の無効電力Q2の波形図である。ここで、無効電力Q1は無効電力固定分Q1aと無効電力変動分Q1bとに分離することができ、無効電力固定分Q1aは力率低下を、無効電力変動分Q1bは電圧フリッカを引き起こすことになる。
The above problem will be described with reference to FIG.
FIG. 8A is a waveform diagram of the reactive power Q 1 in the preceding stage of the gain multiplier 11 in FIG. 7, and FIG. 8B is a waveform diagram of the reactive power Q 2 in the subsequent stage of the
このとき、図7に示した従来技術により、電圧フリッカを抑制するための最適補償ゲインKが0.5になったとすると、無効電力Q2は無効電力Q1の半分の値となる。つまり、無効電力固定分Q2aは無効電力固定分Q1aの半分の値になり、無効電力変動分Q2bも無効電力変動分Q1bの半分の値になる。この結果、電圧フリッカは抑制できたとしても、無効電力固定分が半減されて点弧角制御に反映される結果、力率低下は半分程度しか補償できなくなってしまう。
そこで、本発明の解決課題は、電圧フリッカの抑制だけでなく力率低下の補償をも可能にした無効電力補償装置の制御装置を提供することにある。
At this time, if the optimum compensation gain K for suppressing voltage flicker is 0.5 according to the prior art shown in FIG. 7, the reactive power Q 2 is half the value of the reactive power Q 1 . That is, the reactive power fixed amount Q 2a is half the value of the reactive power fixed amount Q 1a , and the reactive power fluctuation portion Q 2b is also a half value of the reactive power fluctuation portion Q 1b . As a result, even if the voltage flicker can be suppressed, the fixed reactive power is reduced by half and reflected in the ignition angle control, so that the power factor decrease can be compensated only about half.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a control device for a reactive power compensator that enables not only suppression of voltage flicker but also compensation for power factor reduction.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、電力系統に連系され、電力系統に接続される負荷の無効電力によって発生する電圧フリッカを抑制するための無効電力補償装置の制御装置であって、
前記負荷の無効電力を検出する無効電力検出手段と、前記負荷の無効電力に基づいて前記無効電力補償装置の点弧角を制御する点弧角制御手段と、前記負荷の無効電力から生成した複数の点弧角を無効電力補償装置モデル及び系統モデルに順次入力して複数の系統電圧を生成し、これらの系統電圧に含まれるフリッカ電圧が最小となるような最適補償ゲインを選択する手段と、前記最適補償ゲインを用いて前記無効電力検出手段の出力を調整する手段と、を備えた制御装置において、
前記無効電力検出手段により検出した負荷の無効電力を無効電力固定分と無効電力変動分とに分離する分離演算手段と、
前記無効電力変動分に複数のゲインをそれぞれ乗じるゲイン乗算手段と、これらのゲイン乗算手段による乗算結果に前記無効電力固定分をそれぞれ加算する加算手段と、を備え、
前記加算手段の出力から生成した複数の点弧角に基づいて前記最適補償ゲインを求め、この最適補償ゲインと前記無効電力変動分との乗算結果を前記無効電力固定分に加算して前記点弧角制御手段に入力するものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
Reactive power detection means for detecting reactive power of the load, ignition angle control means for controlling the firing angle of the reactive power compensator based on the reactive power of the load, and a plurality of generated from the reactive power of the load Are sequentially input to the reactive power compensator model and the system model to generate a plurality of system voltages, and a means for selecting an optimum compensation gain that minimizes the flicker voltage included in these system voltages; Means for adjusting the output of the reactive power detection means using the optimum compensation gain,
Separation calculation means for separating the reactive power of the load detected by the reactive power detection means into a reactive power fixed component and a reactive power fluctuation component;
Gain multiplying means for multiplying the reactive power variation by a plurality of gains; and addition means for adding the fixed reactive power to the multiplication results by these gain multiplying means,
The optimum compensation gain is obtained based on a plurality of firing angles generated from the output of the adding means, and the result of multiplying the optimum compensation gain and the reactive power fluctuation is added to the reactive power fixed part and the firing is performed. This is input to the angle control means.
また、請求項2に係る発明は、前記ゲイン乗算手段において前記無効電力変動分に乗じられる複数のゲインを所定周期で逐次更新するものである。 According to a second aspect of the present invention, a plurality of gains multiplied by the reactive power fluctuation are sequentially updated in a predetermined cycle in the gain multiplication means.
本発明によれば、負荷の無効電力を分離して得た無効電力変動分のみに複数のゲインを乗じてこれらと無効電力固定分との加算結果から複数の点弧角を演算し、これらの点弧角に基づいて求めた最適補償ゲインと無効電力変動分との乗算結果を無効電力固定分に加算してその加算結果から無効電力補償装置に対する点弧角を演算しているため、最適補償ゲインを無効電力変動分のみに反映させて電圧フリッカを抑制する一方で、無効電力固定分の補償により力率低下を補償することができる。
また、前記複数のゲインを所定周期で更新してその中から電圧フリッカを最小とするような最適補償ゲインを選択することにより、負荷変動に応じた最適補償ゲインを逐次更新することができ、この最適補償ゲインを用いて無効電力補償装置を逐次制御することが可能である。
According to the present invention, only the reactive power fluctuations obtained by separating the reactive power of the load are multiplied by a plurality of gains, and a plurality of firing angles are calculated from the addition result of these and the fixed reactive power. Since the result of multiplying the optimum compensation gain obtained based on the firing angle by the reactive power fluctuation is added to the fixed reactive power and the firing angle for the reactive power compensator is calculated from the addition result, the optimum compensation is obtained. While suppressing the voltage flicker by reflecting the gain only to the reactive power fluctuation, it is possible to compensate for the power factor decrease by compensating the fixed reactive power.
In addition, by updating the plurality of gains at a predetermined cycle and selecting an optimum compensation gain that minimizes voltage flicker, the optimum compensation gain according to load fluctuation can be sequentially updated. It is possible to sequentially control the reactive power compensator using the optimum compensation gain.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態に係る制御装置13Aの構成図であり、図7と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付して説明を省略し、以下では図7と異なる部分を中心に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a
図1において、負荷電流If及び系統電圧Vsを用いて無効電力検出回路10により演算された負荷の無効電力Qは、分離演算器21により無効電力固定分Qaと無効電力変動分Qbとに分離される。ここで、分離演算器21は、図3に示すように、無効電力Qを一次遅れフィルタ22に通した結果を無効電力固定分Qaとして出力し、また、減算器23において無効電力Qから無効電力固定分Qaを減算した結果を無効電力変動分Qbとして出力するように構成されている。
In FIG. 1, the reactive power Q of the load calculated by the reactive
図1に示すように、分離演算器21により分離された無効電力変動分Qbに対してゲイン乗算器11により最適補償ゲインKを乗算し、その出力と無効電力固定分Qaとを加算器24により加算した結果を点弧角制御回路12に入力することにより、例えば図4に示した無効電力補償装置1のサイリスタ5の点弧角αを演算する。
一方、無効電力変動分Qbには、ゲイン乗算器111〜113により3種類のゲインk1〜k3(従来と同様に、k2=k1+ΔG,k3=k1−ΔGとする。ここで、ΔGはゲイン調整幅を示す。)が乗算される。そして、ゲイン乗算器111〜113の出力と無効電力固定分Qaとが加算器221〜223においてそれぞれ加算され、その加算結果が点弧角制御回路121〜123に入力される。
As shown in FIG. 1, the
On the other hand, the reactive power fluctuation Q b, similarly to the
点弧角制御回路121〜123以降の構成、動作は図7と同様であり、互いに異なる構成の無効電力補償装置モデル141〜143が点弧角α1〜α3に対応した補償電流It1〜It3を求め、これらの補償電流It1〜It3と負荷電流Ifとを加算器201〜203においてそれぞれ加算する。そして、加算器201〜203の出力を系統モデル151〜153に入力して電圧V1〜V3を求め、これらの電圧V1〜V3から電圧フリッカ検出回路161〜163が演算したフリッカ電圧の中の最小値を最小値選択回路17により選択し、この最小値に対応するゲイン(k1〜k3のいずれか)をゲイン乗算器11における最適補償ゲインKとして設定する。この最適補償ゲインKは、無効電力変動分Qbのみに乗算され、その乗算結果が無効電力固定分Qaと加算されて点弧角制御回路12に入力されることになる。
なお、この実施形態では、従来技術と同様に、ゲイン乗算器111〜113のゲインk1〜k3が所定周期で逐次更新されており、これらのゲインk1〜k3と無効電力変動分Qbとの乗算結果に基づいてフリッカ電圧が最小となる最適補償ゲインKが逐次選択されるため、負荷変動時にも最適な補償が可能である。
The configuration and operation after the firing
In this embodiment, as in the prior art, the gains k 1 to k 3 of the
ここで、図2(a),(b)は前述した従来技術の図8(a),(b)に対応する無効電力の波形図であり、図2(a)は、図1のゲイン乗算器11の前段の無効電力Q1、図2(b)はゲイン乗算器11の後段の無効電力Q2の波形図である。なお、無効電力Q1は、分離演算器21によって無効電力固定分Q1aと無効電力変動分Q1bとに分離される。
Here, FIGS. 2A and 2B are waveform diagrams of reactive power corresponding to FIGS. 8A and 8B of the prior art described above, and FIG. 2A is a gain multiplication of FIG. front of the reactive power to Q 1
本実施形態によれば、図1の構成により電圧フリッカを抑制するための最適補償ゲインKが0.5になると、図2(a),(b)に示すように、無効電力変動分Q2bは無効電力変動分Q1bの1/2の値になるが、図1に示した如く最適補償ゲインKは無効電力固定分Qa(言い換えればQ1a)に直接作用しないので、無効電力固定分Q2aは無効電力固定分Q1aに等しい値となる。
この結果、図1の点弧角制御回路12は、最適補償ゲインKにより大きさが調整された無効電力変動分Q2bと、最適補償ゲインKに影響されない無効電力固定分Q2aとの和を入力としてサイリスタの点弧角αを演算して無効電力補償装置1を制御することになる。これにより、系統電圧の電圧フリッカを最適補償ゲインKによって抑制する一方で、力率の低下についても充分に補償することが可能になる。
According to the present embodiment, when the optimum compensation gain K for suppressing the voltage flicker becomes 0.5 by the configuration of FIG. 1, as shown in FIGS. 2A and 2B, the reactive power fluctuation Q 2b Is a half value of the reactive power fluctuation Q 1b , but as shown in FIG. 1, the optimum compensation gain K does not directly affect the reactive power fixed quantity Q a (in other words, Q 1a ). Q 2a is equal to the fixed reactive power Q 1a .
As a result, the firing
1 無効電力補償装置
2 系統電源
3 系統インピーダンス
4 負荷
5 サイリスタ
6 リアクトル
7 コンデンサ
8 PT
9 CT
10 無効電力検出回路
11 ゲイン乗算器
12 点弧角制御回路
13,13A 制御装置
17 最小値選択回路
18 フリッカメータ
111〜113 ゲイン乗算器
121〜123 点弧角制御回路
141〜143 無効電力補償装置モデル
151〜153 系統モデル
161〜163 電圧フリッカ検出回路
201〜203,221〜223 加算器
21 分離演算器
22 一次遅れフィルタ
23,24 加算器
1
9 CT
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記負荷の無効電力を検出する無効電力検出手段と、前記負荷の無効電力に基づいて前記無効電力補償装置の点弧角を制御する点弧角制御手段と、前記負荷の無効電力から生成した複数の点弧角を無効電力補償装置モデル及び系統モデルに順次入力して複数の系統電圧を生成し、これらの系統電圧に含まれるフリッカ電圧が最小となるような最適補償ゲインを選択する手段と、前記最適補償ゲインを用いて前記無効電力検出手段の出力を調整する手段と、を備えた制御装置において、
前記無効電力検出手段により検出した負荷の無効電力を無効電力固定分と無効電力変動分とに分離する分離演算手段と、
前記無効電力変動分に複数のゲインをそれぞれ乗じるゲイン乗算手段と、これらのゲイン乗算手段による乗算結果に前記無効電力固定分をそれぞれ加算する加算手段と、を備え、
前記加算手段の出力から生成した複数の点弧角に基づいて前記最適補償ゲインを求め、この最適補償ゲインと前記無効電力変動分との乗算結果を前記無効電力固定分に加算して前記点弧角制御手段に入力することを特徴とする無効電力補償装置の制御装置。 A control device for a reactive power compensator for suppressing voltage flicker generated by reactive power of a load connected to the power system and connected to the power system,
Reactive power detection means for detecting reactive power of the load, ignition angle control means for controlling the firing angle of the reactive power compensator based on the reactive power of the load, and a plurality of generated from the reactive power of the load Are sequentially input to the reactive power compensator model and the system model to generate a plurality of system voltages, and a means for selecting an optimum compensation gain that minimizes the flicker voltage included in these system voltages; Means for adjusting the output of the reactive power detection means using the optimum compensation gain,
Separation calculation means for separating the reactive power of the load detected by the reactive power detection means into a reactive power fixed component and a reactive power fluctuation component;
Gain multiplying means for multiplying the reactive power variation by a plurality of gains; and addition means for adding the fixed reactive power to the multiplication results by these gain multiplying means,
The optimum compensation gain is obtained based on a plurality of firing angles generated from the output of the adding means, and the result of multiplying the optimum compensation gain and the reactive power fluctuation is added to the reactive power fixed part and the firing is performed. A control device for a reactive power compensator, which is inputted to an angle control means.
前記ゲイン乗算手段において前記無効電力変動分に乗じられる複数のゲインを所定周期で逐次更新することを特徴とする無効電力補償装置の制御装置。 In the control device of the reactive power compensator according to claim 1,
The reactive power compensator control device, wherein the gain multiplication means sequentially updates a plurality of gains multiplied by the reactive power fluctuations at a predetermined period.
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