JP2795183B2 - 静止形無効電力補償装置 - Google Patents

静止形無効電力補償装置

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JP2795183B2
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    • H02J3/1864—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein the stepless control of reactive power is obtained by at least one reactive element connected in series with a semiconductor switch
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電力系統に接続する静
止形無効電力補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に無効電力が大きく変動する負荷が
接続されている電力系統においては、その負荷の接続点
の電圧が負荷に流れる無効電流に応じて変動する。この
ような電圧変動を抑制するために設置されるのが静止形
無効電力補償装置であり、基本的にはコンデンサとリア
クトルの並列回路で構成され、負荷に流れる無効電流が
遅れ電流のときにはコンデンサに流れる進み電流で、ま
た、負荷に流れる無効電流が進み電流のときにはリアク
トルに流れる遅れ電流で打ち消して補償するもので、遅
相領域から進相領域までの間を連続的に自動補償するた
めに、リアクトル回路に電流制御用のスイッチング回路
を挿入して、このスイッチング回路を負荷に流れる無効
電流に応じて位相制御することにより、遅れ電流を０か
ら最大値まで調節するものである。
【０００３】この基本構成では、コンデンサとリアクト
ルの容量が極めて大きなものとなる。これに対応するた
め特開昭６１−１０９４２６号公報によって開示された
静止形無効電力補償装置は、コンデンサとリアクトルの
並列回路に別のリアクトルを直列接続して挿入すること
により、装置を構成するコンデンサ、リアクトルおよび
サイリスタの容量を小さくしている。
【０００４】以下に従来の静止形無効電力補償装置につ
いて説明する。図８は従来の静止形無効電力補償装置の
３相接続図、図９は図８に示す静止形無効電力補償装置
の動作を説明するための等価単相接続図を示すものであ
る。図８および図９において、２１は進み電流を供給す
るコンデンサ、２２は遅れ電流を供給する第１のリアク
トル、２３は第２のリアクトル、２４はサイリスタ２５
が逆並列接続された導通期間が調整可能なスイッチング
回路で第１のリアクトルに流れる電流を調整する。２６
は負荷に流れる無効電流を検出してスイッチング回路２
４の導通期間を調整する制御装置、２７は静止形無効電
力補償装置を電力系統に接続する出力端子である。
【０００５】以上のように構成された従来の静止形無効
電力補償装置について、以下その動作について説明す
る。まず、負荷に大きな遅れ位相の無効電流が流れてい
るときは、制御装置２６の働きでスイッチング回路２４
は導通せず、無効電力補償回路は第２のリアクトル２
３、コンデンサ２１の直列回路となり、装置は進み補償
電流を出力する。このときコンデンサ２１の端子電圧Ｖ
cは、電源電圧Ｖsvcと第２のリアクトル２３の誘起電圧
ＶLのベクトル和であるから最大となり、無効電力補償
装置が出力する進み補償電流は最大となる。
【０００６】次に、負荷の遅れ無効電流が減少すると、
スイッチング回路２４は制御装置２６によって制御され
る導通期間導通する。これによりその導通期間だけ無効
電力補償回路に第１のリアクトル２２が接続され、第１
のリアクトル２２から遅れ電流が供給される。このとき
無効電力補償回路に流れる電流はコンデンサ２１に流れ
る進み電流と第１のリアクトル２２に流れる遅れ電流と
のベクトル和となり、装置が出力する進み補償電流は減
少する。またこのため、第２のリアクトル２３の誘起電
圧ＶLも減少し、このＶLと電源電圧Ｖsvcとのベクトル
和であるコンデンサ２１の端子電圧Ｖcはスイッチング
回路２４が導通していないときより低下して、コンデン
サ２１の供給する進み電流が減少するから、無効電力補
償回路に流れる進み補償電流の減少が効果的に行われ
る。
【０００７】負荷の遅れ無効電流がさらに減少すると、
スイッチング回路２４の導通期間はさらに長くなるの
で、第１のリアクトル２２に流れる遅れ電流が増加する
とともに、コンデンサ２１の端子電圧Ｖcがさらに減少
してコンデンサ２１が出力する進み電流はさらに減少す
る。その結果ベクトル和である無効電力補償装置が出力
する進み補償電流は、零を経て遅れ補償電流へ移行し、
その後は遅れ補償電流が次第に増加して導通期間が最大
のとき遅れ最大補償電流が出力される。
【０００８】以上述べたように、負荷に流れる無効電流
に応じてスイッチング回路２４を位相制御することによ
り、第１のリアクトル２２に流れる遅れ電流を増減させ
るとともに、コンデンサ２１の印加電圧も変動して進み
電流をも減増させ、そのベクトル和である補償電流を進
み補償電流から遅れ補償電流まで連続的に、かつ効果的
に制御することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、サイリスタを位相制御することにより、静
止形無効電力補償装置から高調波電流が流出することに
なる。この流出する高調波電流は、第５次が最も多く次
に第７次が多いことが知られている。このため、静止形
無効電力補償装置が接続された電力系統に接続されてい
る他の機器に悪影響が及んだり、これを防ぐために外部
に高調波防止装置を設ける必要が生じたりする等の問題
点を有していた。
【００１０】本発明は、上記従来の問題点を解決するも
ので、遅れ補償電流を位相制御して調整することにより
生ずる高調波電流を、装置内部で吸収して実用性を向上
させた静止形無効電力補償装置を提供することを目的と
する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、位相制御スイッチ手段により通電電流が制
御される第１のリアクトルと、前記第１のリアクトルと
並列に接続したコンデンサ回路と、前記第１のリアクト
ルと前記コンデンサ回路の接続点と出力端子との間に挿
入した第２のリアクトルとを備えた静止形無効電力補償
装置において、前記コンデンサ回路を、コンデンサと第
３のリアクトルとを含む直列共振回路を１組または複数
組並列に接続して構成するとともに、前記第２のリアク
トルは、静止形無効電力補償装置から流出する高調波が
前記直列共振回路により吸収されるために十分な大きさ
のインピーダンスを持つものである。
【００１２】
【作用】この構成において、コンデンサと第３のリアク
トルとからなる直列共振回路により高調波電流が吸収さ
れるので、無効電力補償装置より流出する総合高調波電
流を削減することができる。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）以下本発明の一実施例について、図面を参
照しながら説明する。
【００１４】図１は本実施例における静止形無効電力補
償装置の３相接続図を、図２は図１に示す静止形無効電
力補償装置の動作を説明するための等価単相接続図を示
すものである。
【００１５】本実施例の特徴とするところは、前述した
従来の構成に第３のリアクトルを付加したことにある。
すなわち、図１および図２において、１はコンデンサ、
２は第１のリアクトル、３は第２のリアクトル、４はサ
イリスタ５が逆並列接続されたスイッチング回路、６は
制御装置、７は出力端子で、以上は従来の構成と同様な
ものである。従来の構成と異なるのは第３のリアクトル
８をコンデンサ１の回路に直列接続した点である。本実
施例においては進み最大補償電力３００ＫＶＡの静止形
無効電力補償装置としてコンデンサ容量１ｍＦに対して
第３のリアクトルとして０．２８１ｍＨのリアクトルを
挿入している。
【００１６】上記のように構成された静止形無効電力補
償装置について、以下その動作を説明する。本実施例の
第３のリアクトル８のインピーダンスは、第１のリアク
トル２、第２のリアクトル３やコンデンサ１のインピー
ダンスに比し小さいから、負荷を流れる無効電流を補償
する動作は従来の静止形無効電力補償装置の動作と同様
である。このコンデンサ１と第３のリアクトル８との直
列回路は、周波数が６０Hzの電力系統において第５次の
高調波である３００Hzに共振する。これにより、サイリ
スタを位相制御することにより静止形無効電力補償装置
から発生する高調波電流のうち最も多い第５次の高調波
電流は、このコンデンサ１と第３のリアクトル８とから
なる直列共振回路により吸収され、静止形無効電力補償
装置から流出する総合高調波電流含有率が低減する。
【００１７】図６は本実施例の静止形無効電力補償装置
の特性図６（ａ）と従来の静止形無効電力補償装置の特
性図６（ｃ）を比較して示している。図６の横軸は、ス
イッチング回路の導通期間を変化して得られる補償電流
で、１００％進み補償電流から１００％遅れ補償電流ま
でを、また縦軸は、定格電流における高調波電流含有率
で、総合高調波電流含有率およびその大半を占める第５
次と第７次の高調波電流含有率を示している。なお、補
償電流の高調波電流含有率は所定の最大進み補償電流を
得るための第２のリアクトル３の容量とコンデンサ１の
容量の比率によって図７のように変化するので、第２の
リアクトル３の容量とコンデンサ１の容量の比率を、高
調波電流含有率を最小限に抑制することができる３８：
１００と設定して図６を得ている。ここで、図７の横軸
は、第２のリアクトル３の容量とコンデンサ１の容量と
の比率を百分率で示し、縦軸は、図６と同じく定格電流
における高調波電流含有率を示している。
【００１８】この図６から明らかなように、本実施例の
静止形無効電力補償装置は、供給する補償電流の第５次
高調波電流が極めて少なく、総合高調波電流含有率を低
くする点ですぐれた効果が得られる。
【００１９】また、図７から明らかなように、コンデン
サ１と第２のリアクトル３の容量を小さくして（第２の
リアクトルの容量／コンデンサ容量を減じて）同じ進み
最大補償電流を得ようとすると、従来の静止形無効電力
補償装置では高調波電流が大きく増加するが、本実施例
の静止形無効電力補償装置では高調波電流はほとんど増
加することがないので、高調波電流がある程度許容され
る電力系統にあっては、本実施例の静止形無効電力補償
装置はコンデンサ１と第２のリアクトル３の容量を小さ
くする点でもすぐれた効果が得られる。
【００２０】以上のように本実施例によれば、スイッチ
ング回路により通電電流が制御される第１のリアクトル
と、前記第１のリアクトルと並列に接続したコンデンサ
回路と、前記第１のリアクトルとコンデンサ回路の接続
点と出力端子との間に挿入した第２のリアクトルとから
なる静止形無効電力補償装置において、前記コンデンサ
回路を、コンデンサと第３のリアクトルとの直列共振回
路で構成することにより、第５次高調波を無効電力補償
装置内部で吸収し、無効電力補償装置より流出する総合
高調波電流を削減することができる。
【００２１】なお、本実施例においては、コンデンサ回
路を構成するコンデンサ１と第３のリアクトル８との直
列共振回路の共振周波数は、第５次高調波である３００
Ｈｚとしたが、第７次高調波である４２０Ｈｚとして第
７次高調波を無効電力補償装置内部で吸収し、無効電力
補償装置より流出する総合高調波電流を削減してもよ
い。
【００２２】また、コンデンサ回路を第５次、第７次お
よび第１１次などの高調波にそれぞれ共振する複数の直
列共振回路を並列に接続して構成してもよい。ここでは
図３に第５次高調波と第７次高調波にそれぞれ共振する
２組の直列共振回路を並列に接続して構成した実施例を
示した。図３において、１ａおよび８ａは第５次高調波
に共振する直列共振回路を構成するコンデンサおよび第
３のリアクトル、１ｂおよび８ｂは第７次高調波に共振
する直列共振回路を構成するコンデンサおよび第３のリ
アクトルで、その他の構成は図１と同様のものである。
この構成により、第５次高調波と第７次高調波がともに
無効電力補償装置内部で吸収され、無効電力補償装置よ
り流出する総合高調波電流はさらに削減できる。
【００２３】以上、本実施例においては、６０Ｈｚの電
力系統について説明をしたが、５０Ｈｚの電力系統にお
いては、第５次高調波は２５０Ｈｚ、第７次高調波は３
５０Ｈｚであり、コンデンサ１の容量や第３のリアクト
ルのインダクタンスは５０Ｈｚに適合したものにするこ
とはいうまでもない。
【００２４】（実施例２）以下本発明の第２の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。
【００２５】図４は本実施例における静止形無効電力補
償装置の３相接続図を示すものである。本実施例の特徴
とするところは、３相接続において、前述した第１の実
施例の第１のリアクトルとスイッチング回路の接続を変
更して、第１のリアクトルをＹ接続し、その中性点側に
Δ接続したスイッチング回路を接続したことにある。す
なわち、図４において、１はコンデンサ、２は第１のリ
アクトル、３は第２のリアクトル、４はサイリスタ５が
逆並列接続されたスイッチング回路、６は制御装置、７
は接続端子、８は第３のリアクトルで、これらは第１の
リアクトルとスイッチング回路の接続以外は第１実施例
の構成と同様なものである。本実施例の動作を説明する
ための等価単相接続図は、第１の実施例と同じように図
２で表される。
【００２６】上記のように構成された静止形無効電力補
償装置について、以下その動作を説明する。前述の如く
本実施例の等価単相接続図は第１の実施例と同じ図にな
り、補償電流の発生動作は第１の実施例の動作と基本的
には同じである。３相回路における本実施例の動作の特
長は、第１の実施例に比し第１のリアクトル２のインダ
クタンスが１／３でよいことにある。しかしながら、ス
イッチング回路４の導通期間が１２０゜を超えると３相
が短絡してスイッチング回路４の異常動作を生じてしま
う。第１の実施例では第１のリアクトル２の作用で導通
期間が１２０゜を超えても３相が短絡することはなく導
通期間を１８０゜まで広げることができるが、本実施例
では３相短絡を避けるためにサイリスタの最大導通期間
は１２０゜としている。このため、本実施例ではサイリ
スタ５および第１のリアクトル２の容量を１００％利用
することはできない。
【００２７】本実施例の静止形無効電力補償装置の特性
を図６（ｂ）に示した。この図６（ｂ）から明らかなよ
うに、本実施例の補償電流の高調波電流含有率は、第１
の実施例の高調波電流含有率より若干多いが、従来の静
止形無効電力補償装置に比し優れた効果が得られてい
る。
【００２８】以上のように本実施例によれば、Ｙ接続し
た第１のリアクトルにΔ接続した位相制御スイッチ手段
を接続することにより、小インダクタンスの第１のリア
クトルで第１の実施例に近い効果を得ることができる。
【００２９】本発明の実施に当たっては、補償すべき進
み遅れの電流容量や、抑制すべき高調波電流含有率の要
求仕様に応じて、第１の実施例と第２の実施例のどちら
かを選択することができる。
【００３０】（実施例３）以下本発明の第３の実施例に
ついて図面を参照しながら説明する。
【００３１】図５は本実施例における静止形無効電力補
償装置の３相接続図を示すものである。本実施例の特長
とするところは、第２の実施例の第１、第２および第３
のリアクトルをそれぞれ所望の漏洩インダクタンスをも
つ変圧器の巻線で構成したことにある。すなわち、図５
において、１はコンデンサ、４はスイッチング回路、５
はサイリスタ、６は制御装置で、以上は第２の実施例の
構成と同様なものである。第１の実施例または第２の実
施例の構成と異なるのは、第１、第２および第３のリア
クトルを、それぞれ所望の漏洩インダクタンスをもつ変
圧器９の巻線で構成している点である。
【００３２】以上のように構成された静止形無効電力補
償装置の動作は、リアクタンスの作用を変圧器の巻線の
漏洩インダクタンスの作用に置換える以外は、既に記述
した第２の実施例と同様であるので省略する。
【００３３】以上のように本実施例によれば、第２の実
施例の第１、第２および第３のリアクトルをそれぞれ所
望の漏洩インダクタンスをもつ変圧器の巻線で構成する
ことにより、簡単な構成で所望の電圧定格、電流定格の
コンデンサおよびスイッチング回路を使用することがで
きる。また、電力系統との絶縁性を高めると共に、特高
系統などの様々な電力系統に対応することができる。
【００３４】なお、本実施例において第１、第２および
第３のリアクトルをそれぞれ所望の漏洩インダクタンス
をもつ変圧器の巻線で構成したが、３つのリアクトルす
べてを漏洩インダクタンスをもつ変圧器の巻線で構成せ
ず、第１、第２および第３のリアクトルの少なくとも１
つのリアクトルを漏洩インダクタンスをもつ変圧器の巻
線で構成してもよいことは言うまでもない。
【００３５】なおまた、本実施例においては第１のリア
クトルとスイッチング回路の接続は第２の実施例と同様
としたが、この接続を第１の実施例と同様としてもよい
ことはいうまでもない。
【００３６】
【発明の効果】以上のように本発明は、スイッチグ回路
により通電電流が制御される第１のリアクトルと、前記
第１のリアクトルと並列に接続したコンデンサ回路と、
前記第１のリアクトルと前記コンデンサ回路の接続点と
出力端子との間に挿入した第２のリアクトルとを備えた
静止形無効電力補償装置において、前記コンデンサ回路
を、コンデンサと第３のリアクトルとを含む直列共振回
路を１組または複数組並列に接続して構成するととも
に、前記第２のリアクトルは、静止形無効電力補償装置
から流出する高調波が前記直列共振回路により吸収され
るために十分な大きさのインピーダンスを持つことによ
り、高調波電流を無効電力補償装置内部で吸収し、流出
する高調波電流を顕著に削減することができるととも
に、構成するコンデンサやリアクトルの容量を小さくす
ることができる優れた静止形無効電力補償装置を実現す
ることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例における静止形無効電力
補償装置の３相接続図
【図２】第１の実施例における静止形無効電力補償装置
の等価単相接続図
【図３】本発明の第１の実施例において複数の直列共振
回路を並列接続した静止形無効電力補償装置の３相接続
図
【図４】本発明の第２の実施例における静止形無効電力
補償装置の３相接続図
【図５】本発明の第３の実施例における静止形無効電力
補償装置の３相接続図
【図６】（ａ）本発明の第１の実施例における静止形無
効電力補償装置の特性図 （ｂ）本発明の第２の実施例における静止形無効電力補
償装置の特性図 （ｃ）従来の静止形無効電力補償装置の特性図
【図７】静止形無効電力補償装置の特性説明図
【図８】従来の静止形無効電力補償装置の３相接続図
【図９】従来の静止形無効電力補償装置の等価単相接続
図
【符号の説明】
１ コンデンサ ２ 第１のリアクトル ３ 第２のリアクトル ４ スイッチング回路（位相制御スイッチ手段） ７ 出力端子 ８ 第３のリアクトル ９ 変圧器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05F 1/70 H02J 3/18

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 位相制御スイッチ手段により通電電流が
    制御される第１のリアクトルと、前記第１のリアクトル
    と並列に接続したコンデンサ回路と、前記第１のリアク
    トルと前記コンデンサ回路の接続点と出力端子との間に
    挿入した第２のリアクトルとを備えた静止形無効電力補
    償装置において、前記コンデンサ回路を、コンデンサと
    第３のリアクトルとを含む直列共振回路を１組または複
    数組へ並列に接続して構成するとともに、前記第２のリ
    アクトルは、静止形無効電力補償装置から流出する高調
    波が前記直列共振回路により吸収されるために十分な大
    きさのインピーダンスを持つ静止形無効電力補償装置。
  2. 【請求項２】 第１のリアクトル、第２のリアクトルお
    よび第３のリアクトルの少なくとも一つを所望の漏洩イ
    ンダクタンスをもつ変圧器の巻線で構成した請求項１記
    載の静止形無効電力補償装置。
  3. 【請求項３】 三相回路においては、第一のリアクトル
    と位相制御スイッチ手段の直列回路を△接続で構成した
    請求項１または２記載の静止形無効電力補償装置。
  4. 【請求項４】 三相回路においては、第１のリアクトル
    に△接続した位相制御スイッチ手段を接続して構成した
    請求項１または２記載の静止形無効電力補償装置。
  5. 【請求項５】 位相制御スイッチ手段により通電電流が
    制御される第１のリアクトルと、前記第１のリアクトル
    と並列に接続したコンデンサ回路と、前記第１のリアク
    トルと前記コンデンサ回路の接続点と出力端子との間に
    挿入した第２のリアクトルとを備えた静止形無効電力補
    償装置において、前記コンデンサ回路は、コンデンサと
    第３のリアクトルとを含む直列共振回路を複数組並列に
    接続して前記直列共振回路の各々は各次高調波に対応し
    た共振周波数を持つよう構成するとともに、前記第２の
    リアクトルは、静止形無効電力補償装置から流出する高
    調波が前記直列共振回路により吸収されるために十分な
    大きさのインピーダンスを持つ静止形無効電力補償装
    置。
  6. 【請求項６】 直列共振回路の１組は５次高調波に対応
    した共振周波数をもつ請求項１から５のいずれかに記載
    の静止形無効電力補償装置。
  7. 【請求項７】 さらに直列共振回路の１組は７次高調波
    に対応した共振周波数である請求項６記載の静止形無効
    電力補償装置。
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