JP2020010546A - 自励式無効電力補償装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自励式無効電力補償装置の系統電圧制御系の補償器の定数を決めるにあたり、事前に配電線のインピーダンスを調査し、それに合わせて手動で最適値となるよう設定する必要がある。また、系統切換などで配電線のインピーダンスが大きく変化すると、その都度、補償器の設定を手動で変更する必要があった。【解決手段】自励式無効電力補償装置が設置される配電線のインピーダンスを自動計測し、系統電圧制御系の補償器の定数を最適なものに自動設定する。【選択図】 図１

Description

本発明は、自励式無効電力補償装置を構成する補償器の定数を自動で最適値に変更する技術に関する。

太陽光発電や風力発電など自然エネルギーを利用する分散型電源が配電系統に大量導入された場合、系統電圧の変動が増大することが懸念される。特に、日射や風力の急変により、これらの出力は大きく変動する。

その影響による急激な電圧変動に対しては、変圧器のタップを切換えて電圧を調整する従来の電圧調整装置では対応できず、この問題を解決する装置としてＳＴＡＴＣＯＭなどの無効電力補償装置が有効と考えられる。

ＳＴＡＴＣＯＭはＩＧＢＴ等の半導体デバイスで構成された自励式の無効電力補償装置であり、高速な無効電力出力制御によって急激な電圧変動を迅速に抑制することができる。（下記特許文献１参照）。

愛知電機技報Ｎｏ．３７ ｐ３０ 高圧配電線用ＳＴＡＴＣＯＭの開発

上記ＳＴＡＴＣＯＭの制御系を構成する補償器の定数を決めるにあたっては、事前に配電線のインピーダンスを調査し、それに合わせて手動で最適となるよう設定していた。このため、配電系統の切り換えなどで配電線のインピーダンスが大きく変化すると、その都度補償器の設定を手動で変更する必要があった。

本発明は、配電線のインピーダンスを自動計測する機能を搭載し、補償器の定数を自動で最適値に変更することのできる自励式無効電力補償装置を提供する。

請求項１記載の発明は、配電線インピーダンスの自動計測結果に基づき、系統電圧制御系の補償器の定数を最適となるよう自動で設定することに特徴を有する。

請求項２記載の発明は、自励式無効電力補償装置から次数間高調波の微小電流を配電系統に注入して、系統電圧の同次数の高調波を計測することで、配電線インピーダンスを自動計測することに特徴を有する。

請求項１記載の発明によれば、配電線のインピーダンスが大きく変化した場合でも、補償器の設定を手動で変更する必要がない。

請求項２記載の発明によれば、配電線のインピーダンスを自動計測できるので、補償器の定数を最適値に設定することができる。

本発明に係る自励式無効電力補償装置の制御ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図１により説明する。図１において、１は高圧配電系統に接続される自励式無効電力補償装置であり、２は補償器として機能する系統電圧制御部である。

３は逆γδ変換・逆αβ変換部であり、４は電流出力部（出力電流制御やＰＷＭ制御インバータ、ＬＣフィルタ、昇圧変圧器を含む）、５は次数間高調波電流検出部である。

６は次数間高調波電圧検出部であり、７は配電線インピーダンス演算部である。８は補償器定数決定部であり、９は次数間高調波電流指令値生成部である。１０は系統電圧検出部であり、１１はＰＬＬ、１２は次数間高調波信号生成部である。

上記のとおり構成した本発明の自励式無効電力補償装置１は、直流電圧制御系と系統電圧制御系から構成されている。

系統電圧制御系は、系統電圧制御部２、逆γδ変換・逆αβ変換部３、電流出力部４、計器用変成器ＶＴおよび系統電圧検出部１０から構成される。自励式無効電力補償装置１の出力電流指令値は、前記2つの制御系の補償器の出力を逆γδ変換・逆αβ変換することにより作成される。そして、電流出力部４は、当該出力電流指令値に応じた電流を配電線に出力し、無効電力を供給する。

以上のように構成した自励式無効電力補償装置１において、補償器２の定数を決定する場合、まず、配電線のインピーダンスを計測する。計測にあたっては、該無効電力補償装置１から次数間高調波（例えば、２．５次）の微小電流を配電系統に注入する。

次数間高調波電流検出部５は、電流検出器ＣＴで検出した電流ｉ（ｔ）（電流出力部４から出力される電流）と次数間高調波信号生成部１２が出力する次数間高調波信号を入力として、下記［数１］によって次数間高調波電流Ｉｋのｃｏｓ成分とｓｉｎ成分を求め、下記［数２］によって次数間高調波電流Ｉｋを求める。

次数間高調波電圧検出部６は、計器用変成器ＶＴで検出した電圧ｖ（ｔ）（自励式無効電力補償装置１が接続されている点の配電線の電圧）と次数間高調波信号生成部１２が出力する次数間高調波信号を入力として、下記［数３］によって次数間高調波電圧Ｖｋのｃｏｓ成分とｓｉｎ成分を求め、下記［数４］によって次数間高調波電圧Ｖｋを求める。

次に、配電線インピーダンス演算部７は、次数間高調波電流検出部５によって求めた次数間高調波電流Ｉｋと、次数間高調波電圧検出部６によって求めた次数間高調波電圧Ｖｋを入力として配電線インピーダンスＺｌを求める。

配電線インピーダンスＺｌ＝Ｒ+ｊＸ（Ｒ：配電線インピーダンスの抵抗分、Ｘ：配電線インピーダンスのリアクタンス分）とすると、次数間高調波におけるインピーダンスＺｌｋは下記［数５］のようになる。

また、次数間高調波におけるインピーダンスＺｌｋは下記［数６］で計算できる。

したがって、配電線インピーダンスは下記［数７］によって求めることができる。

最後に、計算誤差を小さくするため、求めた配電線インピーダンスを平均化する。平均化した値が配電線インピーダンスの計測値となる。

配電線インピーダンスの計測値は、補償器定数決定部８に出力され、補償器定数決定部８は配電線インピーダンスの計測値に基づき補償器定数の最適値を決定する。

補償器定数の最適値は、系統電圧制御系の周波数特性から決定する。一般に、制御系の制御精度や応答性、安定性（発振する・しない）は、制御系の周波数特性で決まる。配電線のインピーダンスに応じて補償器２の定数を調整することにより、系統電圧制御系の周波数特性を最適（安定かつ応答速度が速く、制御精度が良い）なものにすることができる。

種々のインピーダンス値に対して、系統電圧制御系の周波数特性を最適なものにする補償器２の定数をあらかじめ把握しておく。この関係性から、補償器定数の最適値を決定することができる。

上記のごとく決定した補償器定数は系統電圧制御部２に出力され、補償器の定数が自動的に最適値に設定される。

以上説明したように、本発明の自励式無効電力補償装置によれば、制御系の補償器の定数を決めるにあたり、事前に配電線のインピーダンスを調査する必要がない。

また、系統切換などで配電線のインピーダンスが大きく変化した場合でも、補償器の定数は自動的に最適値に変更されるので、従来のように手動で補償器定数の設定を変更する必要がない。

本発明は、配電線のインピーダンスに応じて調整動作や制御動作を行う配電用機器に利用可能である。

１ 自励式無効電力補償装置
２ 系統電圧制御部（補償器）
３ 逆γδ変換・逆αβ変換部
４ 電流出力部
５ 次数間高調波電流検出部
６ 次数間高調波電圧検出部
７ 配電線インピーダンス演算部
８ 補償器定数決定部
９ 次数間高調波電流指令値生成部
１０ 系統電圧検出部
１１ ＰＬＬ
１２ 次数間高調波信号生成部

請求項１記載の発明は、種々のインピーダンス値に対して、系統電圧制御系の周波数特性が最適（制御系が安定かつ応答が速く、制御精度が良い）となる補償器定数をあらかじめ計算しておき、こうして把握しておいた最適な補償器定数を、配電線インピーダンス値の自動計測結果に基づき自動で設定することに特徴を有する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の自励式無効電力補償装置において、自励式無効電力補償装置から次数間高調波の微小電流を配電系統に注入して、系統電圧の同次数の高調波を計測することで、下記式（１）で次数間高調波電流を求め、下記式（２）で次数間高調波電圧を求め、これらを入力として下記式（３）で前記配電線インピーダンスを求め、これを平均化することにより、平均化した値を前記配電線インピーダンス値と自動推定することに特徴を有する：
式（１）
式（２）
式（３）
配電線のインピーダンスZl
Zl = R + jX, R：配電線インピーダンスの抵抗分，X：配電線インピーダンスのリアクタンス分

請求項１記載の発明によれば、配電線のインピーダンスが大きく変化した場合でも、補償器の設定を手動でする必要はない。また、補償器の最適値を系統電圧制御系の周波数特性から決定するので、制御系を安定かつ応答速度が速く、制御精度の良いものにできる。

請求項２記載の発明によれば、配電線インピーダンスを計測する際に、配電線に存在しない次数間高調波を用いるので、他からの影響を受けにくく、式（１）と式（２）で積分・時間平均して（ディジタルフーリエ変換を用いて）次数間高調波の電圧・電流を検出し、さらに式（３）で求めた値の平均値を採用するので、配電線のインピーダンスを精度良く推定できる。

Claims (2)

1. 配電線インピーダンスの自動計測結果に基づき、系統電圧制御系の補償器の定数が最適となるよう自動で設定することを特徴とする自励式無効電力補償装置。
2. 前記配電線インピーダンスは、当該自励式無効電力補償装置から、次数間高調波の微小電流を配電系統に注入して、系統電圧の同次数の高調波を計測することで自動推定することを特徴とする請求項１記載の自励式無効電力補償装置。