JP2020048314A - Reactive power compensator - Google Patents

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Abstract

To provide a reactive power compensator that controls an increase in bus voltage to enable an operation to be continued safely even in the case where an AC arc furnace is brought into single-phase energization.SOLUTION: A reactive power compensator according to an embodiment is connected to a bus to which a three-phase alternating current is supplied, together with an AC arc furnace. The reactive power compensator includes: a power converter that injects reactive power into the bus; and a control device that generates a first control signal for supplying certain reactive power to the bus, generates a second control signal for supplying reactive power that controls flicker of the bus, and selects either one of the first control signal and the second control signal for supply to the power converter. The control device compares data on the current with a predetermined threshold value, and in the case where the current in any of the phases falls below the threshold value, supplies the first control signal to the power converter, and in the case where data on the current in all the phases is more than or equal to the threshold value, supplies the second control signal to the power converter.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、交流アーク炉の電源系統に接続する無効電力補償装置に関する。   An embodiment of the present invention relates to a reactive power compensator connected to a power supply system of an AC arc furnace.

製鋼用の交流アーク炉が接続されている系統では、無効電力の急峻な変動により、電圧フリッカが問題となる。そのため、電圧フリッカを規制値内に収めることを目的に、交流アーク炉が接続された母線にフリッカ抑制用無効電力補償装置が連系される。   In a system to which an AC arc furnace for steelmaking is connected, voltage flicker becomes a problem due to a steep change in reactive power. Therefore, a flicker suppressing reactive power compensator is connected to the bus connected to the AC arc furnace for the purpose of keeping the voltage flicker within the regulation value.

このような系統では、交流アーク炉の遅れ無効電力を補償して力率を改善するために、進相コンデンサ等のコンデンサ設備が設けられることが多い。交流アーク炉の操業中に単相通電となると、遅れ無効電力の減少のために、系統の電圧が上昇するフェランチ効果が発生し、コンデンサ設備等に過大な電圧が印加されるおそれがある。   In such a system, in order to improve the power factor by compensating for the delayed reactive power of the AC arc furnace, a capacitor facility such as a phase advance capacitor is often provided. If the single-phase power is supplied during the operation of the AC arc furnace, a ferrification effect in which the voltage of the system increases due to a decrease in delayed reactive power may occur, and an excessive voltage may be applied to capacitor equipment and the like.

また、電力系統一般に、その系統に接続されている変圧器や電線等によるリアクタンス成分とコンデンサ設備等のキャパシタンス成分により決まる共振点や反共振点を有することが知られている。交流アーク炉が単相通電となると、遅れ無効電力の減少のために系統電圧が上昇するとともに、母線に高調波電流が流出し、反共振点では、系統のインピーダンスが著しく上昇するため、母線に流れる高調波電流に反共振点の周波数に近い成分が含まれると、系統の電圧は大きく歪み、電圧値がさらに上昇する。そのため、同一母線に接続されている機器や装置等にはさらなる過電圧が印加されるおそれがある。   Further, it is known that a power system generally has a resonance point and an anti-resonance point determined by a reactance component due to a transformer or an electric wire connected to the system and a capacitance component such as a capacitor facility. When the AC arc furnace becomes single-phase energized, the system voltage rises due to the reduction of delayed reactive power, and harmonic current flows out to the bus.At the anti-resonance point, the impedance of the system rises significantly, so the bus If the flowing harmonic current contains a component close to the frequency of the anti-resonance point, the voltage of the system is greatly distorted, and the voltage value further increases. For this reason, there is a possibility that a further overvoltage may be applied to devices, devices, and the like connected to the same bus.

特開2017−11860号公報JP-A-2017-11860 特開2014−87207号公報JP 2014-87207 A

本発明の実施形態では、三相通電によって通常動作する交流アーク炉が、単相通電となった場合でも、母線電圧の上昇を抑制して安全に操業を継続できる無効電力補償装置を提供する。   An embodiment of the present invention provides a reactive power compensator that can suppress a rise in bus voltage and continue operation safely even when an AC arc furnace that normally operates by three-phase current supply becomes single-phase current supply.

実施形態に係る無効電力補償装置は、三相交流が供給される母線に交流アーク炉とともに接続される。前記無効電力補償装置は、前記母線に無効電力を注入する電力変換器と、前記母線に一定の無効電力を供給するための第1制御信号を生成し、前記母線のフリッカを抑制する無効電力を供給するための第2制御信号を生成し、前記第1制御信号および前記第2制御信号のいずれか一方を選択して前記電力変換器に供給する制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記交流アーク炉の各相の電流を検出して、検出された各相の電流のデータを、あらかじめ設定されたしきい値と比較して、いずれかの相の電流が前記しきい値を下回った場合に、前記第1制御信号を前記電力変換器に供給し、すべての相の電流のデータが前記しきい値以上の場合に、前記第2制御信号を前記電力変換器に供給する。   The reactive power compensator according to the embodiment is connected to a bus to which three-phase alternating current is supplied, together with an AC arc furnace. The reactive power compensator generates a power converter that injects reactive power into the bus, and a first control signal for supplying a constant reactive power to the bus, and generates a reactive power that suppresses flicker of the bus. A control device for generating a second control signal to be supplied, selecting one of the first control signal and the second control signal, and supplying the selected signal to the power converter. The control device detects the current of each phase of the AC arc furnace, compares the data of the detected current of each phase with a preset threshold, and determines whether the current of any phase is When the voltage falls below a threshold value, the first control signal is supplied to the power converter, and when data of currents of all phases is equal to or larger than the threshold value, the second control signal is supplied to the power converter. To supply.

本実施形態では、三相通電によって通常動作する交流アーク炉が、単相通電となった場合でも、母線電圧の上昇を抑制して安全に操業を継続できる無効電力補償装置が実現される。   In the present embodiment, a reactive power compensator capable of suppressing an increase in the bus voltage and continuing the operation safely even when the AC arc furnace that normally operates by three-phase energization becomes single-phase energized is realized.

実施形態に係る無効電力補償装置を例示する模式的なブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a reactive power compensator according to an embodiment. 図2(a)および図2(b)は、実施形態の無効電力補償装置の一部を例示するブロック図である。FIGS. 2A and 2B are block diagrams illustrating a part of the reactive power compensator according to the embodiment. 参考例の無効電力補償装置の一部を例示するブロック図である。It is a block diagram which illustrates a part of reactive power compensation apparatus of a reference example.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and the width of each part, the size ratio between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. In addition, even when the same part is represented, the dimensions and ratios may be represented differently depending on the drawings.
In the specification and the drawings of the present application, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with respect to the already described drawings, and the detailed description will be appropriately omitted.

図1は、本実施形態に係る無効電力補償装置を例示する模式的なブロック図である。
図1に示すように、実施形態の無効電力補償装置10は、母線101に接続されている。交流アーク炉は、母線101に接続され、母線101から電力の供給を受けて動作する。無効電力補償装置10は、補償すべき電力を母線101に注入して、アーク炉によって発生している母線101の電圧フリッカを低減する。無効電力補償装置10は、アーク炉が単相動作して遅れ無効電力が減少した場合に、減少した遅れ無効電力に相当する無効電力を母線101に注入して、進み無効電力による母線電圧上昇を抑制する。
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a reactive power compensator according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the reactive power compensator 10 of the embodiment is connected to a bus 101. The AC arc furnace is connected to the bus 101 and operates by receiving power supply from the bus 101. The reactive power compensator 10 injects power to be compensated into the bus 101 to reduce voltage flicker of the bus 101 generated by the arc furnace. The reactive power compensator 10 injects a reactive power corresponding to the reduced delayed reactive power into the bus 101 when the delayed reactive power decreases due to the single-phase operation of the arc furnace, and suppresses the increase in the bus voltage due to the advanced reactive power. Suppress.

母線101には、交流アーク炉や無効電力補償装置10のほか、進相コンデンサ40が接続されている。調相設備である進相コンデンサ40は、交流アーク炉によって低下した力率を改善する。その他、母線101には、図示しないが、他の調相設備として既設のサイリスタ制御リアクトル(Thyristor Controlled Reactor、TCR)が連系されている場合もある。その場合には、TCRによる高調波抑制のための高次の高調波フィルタも母線101に連系されている。   The bus 101 is connected to an AC arc furnace and the reactive power compensator 10, as well as a phase advance capacitor 40. The phase-advancing capacitor 40, which is a phase adjustment facility, improves the power factor lowered by the AC arc furnace. In addition, although not shown, an existing thyristor controlled reactor (TCR) may be interconnected to the bus 101 as another phase adjustment facility. In that case, a higher-order harmonic filter for suppressing harmonics by the TCR is also connected to the bus 101.

これら母線101や母線101に接続されている機器や装置等、さらには、電力系統1側を含めた系統のインピーダンスは、周波数特性を有し、その特性に応じて共振点や反共振点の周波数をそれぞれ有している。共振点では直列共振となり、系統のインピーダンスは、著しく低下する。反共振点では並列共振となり、系統のインピーダンスは、著しく上昇する。   The impedance of the bus 101, the devices and devices connected to the bus 101, and the system including the power system 1 has frequency characteristics, and the frequency at the resonance point or the anti-resonance point depends on the characteristics. Respectively. At the resonance point, series resonance occurs, and the impedance of the system is significantly reduced. At the anti-resonance point, parallel resonance occurs, and the impedance of the system rises significantly.

交流アーク炉では、電極4は、炉用変圧器3を介して母線101に接続されている。電極4は、炉体5に装入されたスクラップ6から上方に離間して配置されている。電極4は、固定されている炉体5に装入されているスクラップ6との間でアーク放電を発生する。電極4は、このアーク放電を維持するように、図示しない電極昇降機構によってスクラップ6に対して上下に昇降される。   In the AC arc furnace, the electrode 4 is connected to the bus 101 via the furnace transformer 3. The electrode 4 is arranged to be separated upward from the scrap 6 charged in the furnace body 5. The electrode 4 generates an arc discharge between the electrode 4 and a scrap 6 inserted in a fixed furnace body 5. The electrode 4 is raised and lowered with respect to the scrap 6 by an electrode lifting mechanism (not shown) so as to maintain the arc discharge.

母線101には、電力系統1から三相交流電源が供給される。電極昇降機構および電極4から母線101までの回路は、それぞれ三相分設けられている。電極昇降機構は、三相交流の各相に応じた電極4に印加される相電圧および電極4に流れる線電流によって求められるインピーダンスが一定となるように、各相の電極4とスクラップ6との間の距離を制御する。   The bus 101 is supplied with three-phase AC power from the power system 1. The circuit from the electrode lifting mechanism and the electrode 4 to the bus 101 is provided for each of three phases. The electrode lifting / lowering mechanism is configured to connect the electrode 4 of each phase and the scrap 6 so that the impedance determined by the phase voltage applied to the electrode 4 corresponding to each phase of the three-phase alternating current and the line current flowing through the electrode 4 becomes constant. Control the distance between.

このように、各相のインピーダンスは、電極昇降機構によって、ほぼ一定の値に制御されるが、アーク放電の状態は常に変動しており、電極昇降機構の応答速度よりも急激な変動をすることがある。いずれかの相のインピーダンスが他の相のインピーダンスよりも大きくなって三相交流の平衡状態が維持できなくなり不平衡となることがある。この不平衡が大きくなった場合には、電力系統1は、実質的に単相でアーク炉に電力を供給することとなる。そのため、アーク炉に投入される電力は、減少し、アーク炉に投入される遅れ無効電力も減少する。   As described above, the impedance of each phase is controlled to a substantially constant value by the electrode lifting / lowering mechanism, but the state of the arc discharge constantly fluctuates, and fluctuates more rapidly than the response speed of the electrode lifting / lowering mechanism. There is. In some cases, the impedance of one of the phases becomes larger than the impedance of the other phase, and the three-phase alternating current cannot be maintained in a balanced state, resulting in imbalance. When the unbalance increases, the power system 1 supplies power to the arc furnace substantially in a single phase. Therefore, the power supplied to the arc furnace decreases, and the delayed reactive power supplied to the arc furnace also decreases.

実施形態の無効電力補償装置10は、各相の線電流を監視し、交流アーク炉が三相通電で動作しているか、単相通電で動作しているかを判定する。無効電力補償装置10は、交流アーク炉が単相通電で動作していると判定した場合には、フリッカ抑制制御動作から、一定の無効電力補償動作に切り替える。一定の無効電力補償動作では、無効電力補償装置10は、単相通電による交流アーク炉の動作によって減少した遅れ無効電力を母線101に注入し、力率を改善する。   The reactive power compensator 10 of the embodiment monitors the line current of each phase and determines whether the AC arc furnace is operating with three-phase current or single-phase current. When determining that the AC arc furnace is operating with single-phase energization, the reactive power compensator 10 switches from the flicker suppression control operation to a constant reactive power compensation operation. In the constant reactive power compensating operation, the reactive power compensating device 10 injects the delayed reactive power reduced by the operation of the AC arc furnace by single-phase conduction into the bus 101 to improve the power factor.

無効電力補償装置10の具体的な構成例について説明する。
無効電力補償装置10は、制御装置20と、フリッカ抑制用無効電力補償装置(電力変換器)30と、を備える。制御装置20は、母線101の電圧のデータおよび電極4に流れる電流のデータにもとづいて、フリッカ抑制用無効電力補償装置30に制御信号を供給する。制御信号は、フリッカ補償制御を行うためのフリッカ補償制御信号(第2制御信号)、または、無効電力一定制御を行うための無効電力一定制御信号(第1制御信号)のいずれかが選択されて出力される。フリッカ抑制用無効電力補償装置30は、フリッカ補償制御信号または無効電力一定制御信号のいずれかにもとづいて、補償すべき無効電力を生成し、生成した適切な無効電力を母線101に注入する。
A specific configuration example of the reactive power compensator 10 will be described.
The reactive power compensating device 10 includes a control device 20 and a reactive power compensating device (power converter) 30 for flicker suppression. Control device 20 supplies a control signal to flicker suppressing reactive power compensating device 30 based on the data of the voltage of bus 101 and the data of the current flowing through electrode 4. As the control signal, either a flicker compensation control signal (second control signal) for performing flicker compensation control or a constant reactive power control signal (first control signal) for performing constant reactive power control is selected. Is output. The flicker suppression reactive power compensator 30 generates reactive power to be compensated based on either the flicker compensation control signal or the constant reactive power control signal, and injects the generated appropriate reactive power into the bus 101.

制御装置20は、無効電力一定制御回路21と、フリッカ抑制制御回路22と、選択回路23と、切替回路24と、を含む。   The control device 20 includes a constant reactive power control circuit 21, a flicker suppression control circuit 22, a selection circuit 23, and a switching circuit 24.

無効電力一定制御回路(Q一定制御回路と図示)21は、計器用変圧器7の出力および変流器2の出力に接続されており、母線101の各相電圧のデータおよび電極4に流れる各相の線電流のデータを入力する。無効電力一定制御回路21は、母線101の各相電圧のデータおよび電極4に流れる各線電流のデータにもとづいて、無効電力一定制御信号を出力する。無効電力一定制御信号は、低下した遅れ無効電力に相当する無効電力指令値を含む。出力される無効電力指令値によって、フリッカ抑制用無効電力補償装置30は、単相通電による交流アーク炉の動作によって減少した遅れ無効電力に相当する遅れ無効電力を母線101に注入し、系統の力率を改善する。   A constant reactive power control circuit (shown as a constant Q control circuit) 21 is connected to the output of the instrument transformer 7 and the output of the current transformer 2, and outputs data of each phase voltage of the bus 101 and each current flowing through the electrode 4. Input phase line current data. The constant reactive power control circuit 21 outputs a constant reactive power control signal based on data of each phase voltage of the bus 101 and data of each line current flowing through the electrode 4. The constant reactive power control signal includes a reactive power command value corresponding to the reduced delayed reactive power. According to the output reactive power command value, the flicker suppressing reactive power compensator 30 injects delayed reactive power corresponding to the delayed reactive power reduced by the operation of the AC arc furnace by single-phase conduction into the bus 101, and Improve rates.

フリッカ抑制制御回路22は、計器用変圧器7の出力および変流器2の出力に接続されており、母線101の各相電圧のデータおよび電極4に流れる各相の線電流のデータを入力する。フリッカ抑制制御回路22は、母線101の各相電圧のデータおよび電極4に流れる各相の線電流のデータにもとづいて、フリッカ補償制御信号を出力する。フリッカ補償制御信号は、母線101のフリッカを抑制する無効電力指令値を含む。   The flicker suppression control circuit 22 is connected to the output of the instrument transformer 7 and the output of the current transformer 2, and inputs data of each phase voltage of the bus 101 and data of line current of each phase flowing through the electrode 4. . The flicker suppression control circuit 22 outputs a flicker compensation control signal based on the data of each phase voltage of the bus 101 and the data of each phase line current flowing through the electrode 4. The flicker compensation control signal includes a reactive power command value for suppressing flicker on the bus 101.

無効電力一定制御回路21およびフリッカ抑制制御回路22の出力は、切替回路24の第1入力および第2入力にそれぞれ接続されている。切替回路24は、選択回路23の出力にもとづいて、無効電力一定制御回路21の出力またはフリッカ抑制制御回路22の出力のいずれかをフリッカ抑制用無効電力補償装置30に供給する。   Outputs of the constant reactive power control circuit 21 and the flicker suppression control circuit 22 are connected to a first input and a second input of the switching circuit 24, respectively. The switching circuit 24 supplies either the output of the constant reactive power control circuit 21 or the output of the flicker suppression control circuit 22 to the flicker suppression reactive power compensator 30 based on the output of the selection circuit 23.

選択回路23は、各相の線電流のデータを入力して、入力された線電流のデータをあらかじめ設定されたしきい値と比較する。すべての相の線電流のデータがしきい値以上の場合には、選択回路23は、切替回路24を第2入力に接続する。切替回路24の第2入力を介して、フリッカ抑制制御回路22の出力は、フリッカ抑制用無効電力補償装置30に接続される。各相の線電流のデータのいずれか1つのしきい値よりも低い場合には、選択回路23は、切替回路24を第1入力に接続する。切替回路24の第1入力を介して、無効電力一定制御回路21の出力は、フリッカ抑制用無効電力補償装置30に接続される。   The selection circuit 23 receives line current data of each phase and compares the input line current data with a preset threshold value. When the data of the line currents of all phases is equal to or larger than the threshold value, the selection circuit 23 connects the switching circuit 24 to the second input. An output of the flicker suppression control circuit 22 is connected to a flicker suppression reactive power compensator 30 via a second input of the switching circuit 24. When the line current data of each phase is lower than any one threshold value, the selection circuit 23 connects the switching circuit 24 to the first input. An output of the constant reactive power control circuit 21 is connected to a flicker suppressing reactive power compensator 30 via a first input of the switching circuit 24.

交流アーク炉では、三相交流の相ごとに電極4の昇降制御を行い、インピーダンスが一定となるように制御する。上述のように、実施形態の無効電力補償装置10では、三相とも正常にインピーダンス一定制御を行っている場合には、フリッカを抑制するために、フリッカ抑制制御回路22によって生成された制御信号にもとづいて、無効電力補償動作をする。   In the AC arc furnace, the elevation of the electrode 4 is controlled for each phase of the three-phase AC, and the impedance is controlled to be constant. As described above, in the reactive power compensator 10 of the embodiment, when the impedance constant control is normally performed on all three phases, the control signal generated by the flicker suppression control circuit 22 is used to suppress flicker. Based on this, a reactive power compensation operation is performed.

一方、単相通電となると、アーク炉への電力投入量が減少するため、遅れ無効電力が減少して、系統の力率が低下する。実施形態の無効電力補償装置10は、遅れ無効電力の減少量に相当する無効電力指令値を生成して、遅れ無効電力を母線101に注入する。   On the other hand, when the single-phase energization is performed, the amount of power input to the arc furnace decreases, so that the delayed reactive power decreases and the power factor of the system decreases. The reactive power compensator 10 according to the embodiment generates a reactive power command value corresponding to the amount of decrease in delayed reactive power, and injects the delayed reactive power into the bus 101.

フリッカ抑制用無効電力補償装置(電力変換器)30は、供給された無効電力指令値に応じた無効電力となるように電圧および電流を生成して、母線101に供給する。フリッカ抑制用無効電力補償装置30は、好ましくは、自励式の電力変換器であり、母線101に供給する電力容量や電圧等に応じて適切な回路方式が採用される。   The flicker suppressing reactive power compensator (power converter) 30 generates a voltage and a current so that the reactive power corresponds to the supplied reactive power command value, and supplies the generated voltage and current to the bus 101. The flicker suppressing reactive power compensating device 30 is preferably a self-excited power converter, and an appropriate circuit system is adopted according to the power capacity and voltage supplied to the bus 101.

実施形態の無効電力補償装置10の動作について、説明する。
図2(a)および図2(b)は、実施形態の無効電力補償装置の一部を例示するブロック図である。
図2(a)および図2(b)は、選択回路の構成例である。図2(a)に示すように、選択回路23は、コンパレータ231R,231S,231Tと、オンディレイ回路232R,232S,232Tと、AND回路233と、を含む。
The operation of the reactive power compensator 10 according to the embodiment will be described.
FIGS. 2A and 2B are block diagrams illustrating a part of the reactive power compensator according to the embodiment.
FIGS. 2A and 2B are configuration examples of the selection circuit. As shown in FIG. 2A, the selection circuit 23 includes comparators 231R, 231S, 231T, on-delay circuits 232R, 232S, 232T, and an AND circuit 233.

コンパレータ231R,231S,231Tは、各相の変流器2に接続されている。コンパレータ231R,231S,231Tは、あらかじめ設定されたしきい値Isをそれぞれ含む。コンパレータ231R,231S,231Tは、各相の線電流がしきい値Is以上の場合に、Hレベルの信号を出力する。コンパレータ231R,231S,231Tは、各相の線電流がしきい値Isよりも小さい場合には、Lレベルの信号を出力する。   The comparators 231R, 231S, 231T are connected to the current transformer 2 of each phase. Each of the comparators 231R, 231S, and 231T includes a preset threshold value Is. Each of the comparators 231R, 231S, and 231T outputs an H-level signal when the line current of each phase is equal to or greater than the threshold Is. Each of the comparators 231R, 231S, and 231T outputs an L-level signal when the line current of each phase is smaller than the threshold Is.

しきい値Isは、アーク炉ごとに適切な値が選定されて設定される。しきい値Isは、たとえばそのアーク炉において、安定にアーク放電を継続しているときの電流値を実測することによって設定され、たとえば放電時の50%等に設定される。   As the threshold value Is, an appropriate value is selected and set for each arc furnace. The threshold value Is is set by, for example, actually measuring the current value when the arc discharge is stably continued in the arc furnace, and is set to, for example, 50% of the discharge time.

コンパレータ231R,231S,231Tの出力は、オンディレイ回路232R,232S,232Tをそれぞれ介して、AND回路233に接続されている。オンディレイ回路232R,232S,232Tは、Hレベルの信号があらかじめ設定されたオンディレイ時間以上の場合に、Hレベルの信号を出力する。オンディレイ回路232R,232S,232Tは、Hレベルの信号がオンディレイ時間よりも短い場合、および、Lレベルの信号が入力された場合には、Lレベルの信号を出力する。   The outputs of the comparators 231R, 231S, 231T are connected to an AND circuit 233 via on-delay circuits 232R, 232S, 232T, respectively. The on-delay circuits 232R, 232S, and 232T output an H-level signal when the H-level signal is longer than a preset on-delay time. The on-delay circuits 232R, 232S, and 232T output an L-level signal when the H-level signal is shorter than the on-delay time and when an L-level signal is input.

つまり、選択回路23は、各相の線電流のデータがしきい値Is以上となる状態がオンディレイ時間を超えて継続する限り、各相電流に関してHレベルの信号が出力され、その他の場合にはLレベルの信号が出力される。   That is, the selection circuit 23 outputs an H-level signal for each phase current as long as the state in which the data of the line current of each phase is equal to or more than the threshold Is continues beyond the on-delay time. Outputs an L-level signal.

なお、オンディレイ時間を設定することによって、アーク放電による急峻な電流の変動に対して、論理値出力が振動的に変動するのを防止する。   By setting the on-delay time, it is possible to prevent the logical value output from oscillatingly fluctuating in response to a sharp current fluctuation due to arc discharge.

AND回路233は、すべての入力(すべてのオンディレイ回路の出力)がHレベルの場合にHレベルの信号を出力する。AND回路233は、いずれかの入力がLレベルの場合にLレベルの信号を出力する。   AND circuit 233 outputs an H-level signal when all inputs (outputs of all on-delay circuits) are at H level. The AND circuit 233 outputs an L level signal when any of the inputs is at the L level.

AND回路233の出力、すなわち選択回路23の出力は、Hレベルの場合に切替回路24をフリッカ抑制制御回路22に接続する。選択回路23の出力は、Lレベルの場合に切替回路24を無効電力一定制御回路21に接続する。   When the output of the AND circuit 233, that is, the output of the selection circuit 23 is at the H level, the switching circuit 24 is connected to the flicker suppression control circuit 22. The output of the selection circuit 23 connects the switching circuit 24 to the constant reactive power control circuit 21 when the output is at the L level.

なお、図2(b)に示すように、オンディレイ回路233は、AND回路233の出力に1つ設けるようにしてもよい。すなわち、選択回路23aは、各相に設けられたコンパレータ231R,231S,231Tと、AND回路233と、オンディレイ回路234と、を含み、コンパレータ231R,231S,231Tの出力は、AND回路233に接続されている。AND回路233の出力には、オンディレイ回路234が接続されている。   As shown in FIG. 2B, one on-delay circuit 233 may be provided at the output of the AND circuit 233. That is, the selection circuit 23a includes comparators 231R, 231S, 231T provided for each phase, an AND circuit 233, and an on-delay circuit 234. The outputs of the comparators 231R, 231S, 231T are connected to the AND circuit 233 Have been. An on-delay circuit 234 is connected to the output of the AND circuit 233.

この場合の選択回路23aでは、AND回路233の出力がHレベルの場合に、Hレベルの状態がオンディレイ時間以上継続したときに、オンディレイ回路234、すなわち選択回路23aがHレベルの信号を出力する。AND回路233がHレベルの信号をオンディレイ時間よりも短い時間出力する場合、および、AND回路233がLレベルの信号を出力する場合には、選択回路23aは、Lレベルの信号を出力する。   In this case, in the selection circuit 23a, when the output of the AND circuit 233 is at the H level and the H level state continues for the ON delay time or longer, the ON delay circuit 234, that is, the selection circuit 23a outputs the H level signal. I do. When AND circuit 233 outputs an H-level signal for a shorter time than the on-delay time, and when AND circuit 233 outputs an L-level signal, selection circuit 23a outputs an L-level signal.

このようにして、実施形態の無効電力補償装置10は、三相交流の各相の電流のデータを監視して、1つの相で電流値が小さいことを検出した場合に、単相動作であると判定して、不足する遅れ無効電力を母線101に注入するように動作する。   In this way, the reactive power compensator 10 of the embodiment monitors the data of the current of each phase of the three-phase alternating current, and when it detects that the current value is small in one phase, it is a single-phase operation. It operates to inject the insufficient delayed reactive power into the bus 101.

実施形態の無効電力補償装置10の効果について説明する。
実施形態の無効電力補償装置10では、選択回路23がすべての相の線電流のデータがしきい値Is以上であるか否かを判定する。選択回路23は、すべての相の線電流のデータがしきい値Is以上の場合に、三相交流が供給され、すべての相で一定インピーダンス制御によるアーク放電制御がなされていると判断する。この場合には、フリッカ抑制のための無効電力指令値を生成するので、無効電力補償装置10は、母線101の電圧フリッカを適切に抑制することができる。
The effect of the reactive power compensator 10 of the embodiment will be described.
In the reactive power compensator 10 of the embodiment, the selection circuit 23 determines whether or not the data of the line current of all phases is equal to or larger than the threshold Is. The selection circuit 23 determines that the three-phase alternating current is supplied and the arc discharge control by the constant impedance control is performed in all the phases when the line current data of all the phases is equal to or larger than the threshold value Is. In this case, since the reactive power command value for suppressing flicker is generated, the reactive power compensator 10 can appropriately suppress the voltage flicker of the bus 101.

一方、三相のうちのいずれかの相の線電流のデータがしきい値Isを下回った場合には、アーク炉は単相動作しているものと判断し、単相動作によって減少した遅れ無効電力に相当する無効電力指令値を生成する。そのため、無効電力補償装置10は、アーク炉の単相動作によって減少した遅れ無効電力を補償して力率を改善する。   On the other hand, if the line current data of any of the three phases falls below the threshold value Is, it is determined that the arc furnace is operating in a single phase, and the delay invalidated by the single-phase operation is reduced. A reactive power command value corresponding to the power is generated. Therefore, the reactive power compensator 10 improves the power factor by compensating for the delayed reactive power reduced by the single-phase operation of the arc furnace.

上述したとおり、交流アーク炉が接続された母線101には、交流アーク炉による遅れ無効電力を補償するために、進相コンデンサ40が連系されている。系統は、変圧器や系統の電線等のリアクタンス成分と進相コンデンサ40を含むコンデンサ設備等のキャパシタンス成分とを有する。   As described above, the phase-advancing capacitor 40 is connected to the bus 101 to which the AC arc furnace is connected in order to compensate for the delayed reactive power caused by the AC arc furnace. The system has a reactance component such as a transformer or a wire of the system and a capacitance component such as a capacitor facility including the phase advance capacitor 40.

さらに、母線101には、既設TCRが設けられ、TCRによる高調波除去のための高調波フィルタ等が設けられている場合も多く、交流アーク炉とこれらの設備等によるインピーダンスネットワークが構築され得る。交流アーク炉では、交流アーク炉を含む系統のインピーダンスネットワークの並列共振による反共振点の周波数が交流電源の2倍の周波数に非常に接近することがある。   Further, the existing busbar 101 is provided with an existing TCR, and in many cases, a harmonic filter or the like for removing harmonics by the TCR is provided, so that an impedance network including an AC arc furnace and these facilities can be constructed. In an AC arc furnace, the frequency at the anti-resonance point due to the parallel resonance of the impedance network of the system including the AC arc furnace may be very close to twice the frequency of the AC power supply.

交流アーク炉が単相通電による動作をすることにより遅れ無効電力が減少し力率が低下するとともに、比較的大きな高調波電流が母線101に流入する。この高調波電流は、直流が重畳された正弦波のような波形を呈しており、二次調波成分が含まれている。   When the AC arc furnace operates with single-phase energization, delayed reactive power decreases, the power factor decreases, and a relatively large harmonic current flows into the bus 101. This harmonic current has a waveform like a sine wave on which a direct current is superimposed, and contains a second harmonic component.

つまり、アーク炉が単相通電による動作をすると、二次調波成分を含む高調波電流が母線101に流入し、二次調波の周波数に近い反共振点を有する系統のインピーダンスによって、母線101の電圧は大きく歪む。そのため、母線101の電圧値が過度に上昇し、母線101に接続された機器や装置等に過大に電圧が印加され、破損等の悪影響を及ぼすおそれがある。   That is, when the arc furnace is operated by single-phase conduction, a harmonic current containing a second harmonic component flows into the bus 101, and the impedance of the system having an anti-resonance point close to the frequency of the second harmonic causes the bus 101 Voltage is greatly distorted. For this reason, the voltage value of the bus 101 may excessively increase, and an excessively large voltage may be applied to devices, devices, and the like connected to the bus 101, which may have a bad influence such as breakage.

実施形態の無効電力補償装置10によれば、アーク炉が単相通電による動作となることによって、遅れ無効電力が減少した場合に、減少した遅れ無効電力に相当する無効電力指令値を生成して、遅れ無効電力を母線101に注入する。そのため、母線電圧の上昇を抑制することができ、母線101に接続された機器や装置等に過大な電圧が印加されることを防止できる。   According to the reactive power compensator 10 of the embodiment, when the delayed reactive power is reduced by the operation of the arc furnace by the single-phase conduction, the reactive power command value corresponding to the reduced delayed reactive power is generated. , Delay reactive power is injected into the bus 101. Therefore, an increase in the bus voltage can be suppressed, and an excessive voltage can be prevented from being applied to devices, devices, and the like connected to the bus 101.

図3は、参考例の無効電力補償装置の一部を例示するブロック図である。
図3の参考例では、上述の実施形態の場合の選択回路23のAND回路233がOR回路235となっている点で実施形態の場合と相違し、他の点では実施形態の場合と同じである。
図3に示すように、選択回路123では、各相に設けられたコンパレータ231R,231S,231Tから出力される信号は、オンディレイ回路232R,232S,232Tを介して、OR回路235に入力される。選択回路123は、すべての相の電流のデータがしきい値Isよりも小さい場合に、Lレベルの信号を出力し、他の場合には、Hレベルの信号を出力する。つまり、いずれかの相の電流のデータが欠落しても、他相の電流のデータがしきい値Is以上である場合には、参考例の無効電力補償装置は、フリッカ抑制制御回路によって生成された、フリッカ抑制のための無効電力指令値を生成し続ける。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a part of the reactive power compensator of the reference example.
The reference example of FIG. 3 is different from the embodiment in that the AND circuit 233 of the selection circuit 23 in the above-described embodiment is an OR circuit 235, and the other points are the same as those in the embodiment. is there.
As shown in FIG. 3, in the selection circuit 123, the signals output from the comparators 231R, 231S, 231T provided for each phase are input to the OR circuit 235 via the ON delay circuits 232R, 232S, 232T. . The selection circuit 123 outputs an L level signal when the current data of all phases is smaller than the threshold Is, and outputs an H level signal in other cases. That is, even if the data of the current of any phase is missing, if the data of the current of the other phase is equal to or more than the threshold Is, the reactive power compensator of the reference example is generated by the flicker suppression control circuit. In addition, a reactive power command value for flicker suppression is continuously generated.

一方、アーク炉では、1つの相が欠落し、単相通電による動作をすることによって、アーク炉の遅れ無効電力が減少するとともに、反共振点に近い周波数を有する高調波電流が流れることがある。そのため、母線101を含む電源系統のインピーダンスが著しく大きくなり、母線101の電圧が上昇することとなる。   On the other hand, in an arc furnace, one phase is missing, and the operation by single-phase conduction reduces the delay reactive power of the arc furnace and may cause a harmonic current having a frequency close to the anti-resonance point to flow. . Therefore, the impedance of the power supply system including the bus 101 becomes extremely large, and the voltage of the bus 101 increases.

上述のとおり、選択回路23の変更点は、OR回路235をAND回路に修正するだけである。そのため、無効電力補償装置10の動作をプログラム等によって実現する場合には、少ない変更点でアーク炉の単相通電による高調波電流を抑制して、安全に運転を継続できる無効電力補償装置10を実現することができる。   As described above, the only change of the selection circuit 23 is that the OR circuit 235 is modified to an AND circuit. Therefore, when the operation of the reactive power compensating device 10 is realized by a program or the like, the reactive power compensating device 10 that can continue the operation safely by suppressing the harmonic current caused by the single-phase energization of the arc furnace with few changes. Can be realized.

以上説明した実施形態によれば、三相通電によって通常動作する交流アーク炉が、単相通電となった場合でも、母線電圧の上昇を抑制して安全に操業を継続できる無効電力補償装置を実現することができる。   According to the embodiment described above, an AC arc furnace that normally operates by three-phase current supply realizes a reactive power compensating device that can safely continue operation by suppressing a rise in bus voltage even when single-phase current supply is performed. can do.

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。   Although some embodiments of the present invention have been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These new embodiments can be implemented in other various forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and spirit of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalents thereof. The above-described embodiments can be implemented in combination with each other.

1 電力系統、2 変流器、3 炉用変圧器、4 電極、5 炉体、6 スクラップ、7 計器用変圧器、10 無効電力補償装置、20 制御装置、21 無効電力一定制御回路、22 フリッカ抑制制御回路、23 選択回路、24 切替回路、30 フリッカ抑制用無効電力補償装置、40 進相コンデンサ、101 母線   Reference Signs List 1 power system, 2 current transformer, 3 furnace transformer, 4 electrodes, 5 furnace body, 6 scrap, 7 instrument transformer, 10 reactive power compensator, 20 controller, 21 reactive power constant control circuit, 22 flicker Suppression control circuit, 23 selection circuit, 24 switching circuit, 30 Reactive power compensator for flicker suppression, 40 advance capacitor, 101 bus

Claims (3)

三相交流が供給される母線に交流アーク炉とともに接続される無効電力補償装置であって、
前記母線に無効電力を注入する電力変換器と、
前記母線に一定の無効電力を供給するための第1制御信号を生成し、前記母線のフリッカを抑制する無効電力を供給するための第2制御信号を生成し、前記第1制御信号および前記第2制御信号のいずれか一方を選択して前記電力変換器に供給する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記交流アーク炉の各相の電流を検出して、検出された各相の電流のデータを、あらかじめ設定されたしきい値と比較して、いずれかの相の電流が前記しきい値を下回った場合に、前記第1制御信号を前記電力変換器に供給し、すべての相の電流のデータが前記しきい値以上の場合に、前記第2制御信号を前記電力変換器に供給する無効電力補償装置。
A reactive power compensator connected to an AC arc furnace to a bus to which three-phase AC is supplied,
A power converter that injects reactive power into the bus,
A first control signal for supplying a constant reactive power to the bus is generated, a second control signal for supplying a reactive power for suppressing flicker of the bus is generated, and the first control signal and the second control signal are generated. A control device for selecting one of the two control signals and supplying the selected signal to the power converter;
With
The control device detects the current of each phase of the AC arc furnace, compares the data of the detected current of each phase with a preset threshold, and determines whether the current of any phase is When the voltage falls below a threshold value, the first control signal is supplied to the power converter, and when data of currents of all phases is equal to or larger than the threshold value, the second control signal is supplied to the power converter. Reactive power compensator to supply to
前記母線には、前記交流アーク炉の遅れ力率を改善する進相コンデンサおよび前記調相設備の高調波を抑制する高調波フィルタが接続された請求項1記載のACアーク炉の無効電力補償装置。   The reactive power compensator for an AC arc furnace according to claim 1, wherein a phase-advancing capacitor for improving a lag power factor of the AC arc furnace and a harmonic filter for suppressing harmonics of the phase adjustment equipment are connected to the bus. . 前記選択回路では、
前記第1制御信号は、いずれかの相の電流のデータが所定の時間を超えて前記しきい値を超えることがないときに前記電力変換器に供給され、
前記第2制御信号は、すべての相の電流のデータが前記所定の時間以上前記しきい値以上となったときに前記電力変換器に供給される請求項1または2に記載の無効電力補償装置。
In the selection circuit,
The first control signal is supplied to the power converter when current data of any of the phases does not exceed the threshold value for more than a predetermined time,
3. The reactive power compensator according to claim 1, wherein the second control signal is supplied to the power converter when data of currents of all phases is equal to or greater than the threshold for the predetermined time. .
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