JP3053882B2 - 無効電力補償装置 - Google Patents

無効電力補償装置

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JP3053882B2 JP3029811A JP2981191A JP3053882B2 JP 3053882 B2 JP3053882 B2 JP 3053882B2 JP 3029811 A JP3029811 A JP 3029811A JP 2981191 A JP2981191 A JP 2981191A JP 3053882 B2 JP3053882 B2 JP 3053882B2
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満喜 寺田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、直流入力をインバー
タで交流出力に変換し所定の無効電力を交流電力系統と
の間で流出入させることにより無効電力の補償を行う無
効電力補償装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図2は例えば三菱電機技報 Vol.56,NO6,
P47 (昭和57年 6月発行)に開示されたこの種従来の無
効電力補償装置を示す構成図である。図において、1は
直流電圧源となる平滑コンデンサ、2は平滑コンデンサ
1からの直流入力を交流出力に変換する36相のインバ
ータ、3はインバータ2を系統に連結する多重構成の出
力変圧器、4は出力変圧器3と交流電力系統5との間に
挿入された系統遮断器である。6は系統への出力電流を
検出する変流器、7は系統電圧を検出する計器用変成
器、8は変流器6と計器用変成器7との出力から系統へ
の瞬時無効電力を検出する無効電力検出器、9は平滑コ
ンデンサ1の電圧を検出する直流電圧検出器である。1
0は無効電力検出器8からの無効電力検出信号と無効電
力設定器11からの無効電力基準信号との偏差から出力
電圧指令信号を出力する無効電力制御器、12は無効電
力制御器10からの出力電圧指令信号と直流電圧検出器
9からの直流電圧検出信号との偏差から位相信号を出力
する直流電圧制御器、13はインバータ2の出力電圧位
相と系統電圧位相とから位相差信号を出力する位相比較
器、14は直流電圧制御器12からの位相信号と位相比
較器13からの位相差信号とから位相指令信号を出力す
る位相制御器、15は位相制御器14からの位相指令信
号に基づきインバータ2の各素子にゲートパルスを送出
するゲートパルス発生回路である。
【0003】次に動作について説明する。インバータ2
は平滑コンデンサ1の直流電圧を交流電力系統5の系統
電圧に同期した交流電圧に変換する。そして、インバー
タ2の出力電圧を系統電圧より高くすると、その差電圧
と出力変圧器3のリアクタンスとの働きで進みの無効電
力が流入する(コンデンサ動作)。また、インバータ2
の出力電圧を系統電圧より低くすると、遅れの無効電力
が流入する(リアクトル動作)。このように、インバー
タ2の出力電圧を上下することにより無効電力を連続的
に調整するが、更にこのインバータ2の出力電圧の調整
は、平滑コンデンサ1の電圧を上下することによって行
う。
【0004】そして、従来の無効電力補償装置は、イン
バータ2の出力電圧の位相を制御することにより平滑コ
ンデンサ1の直流電圧を制御する方式を採用している。
即ち、系統併入後、インバータ2および出力変圧器3の
損失は交流電力系統5より供給されるが、インバータ2
の出力電圧の位相を系統電圧の位相より遅らせると系統
より供給される有効電力がインバータ2および出力変圧
器3の損失より大きくなり平滑コンデンサ1の直流電圧
が上昇する。逆に、インバータ2の出力電圧の位相を系
統電圧の位相より進めると系統より供給される有効電力
が装置の損失より小さくなり直流電圧が低下する。
【0005】図2の回路では、無効電力制御器10が無
効電力検出器8からの無効電力検出信号と無効電力設定
器11からの無効電力基準信号との偏差から出力電圧指
令信号を出力するが、直流電圧検出器9からの直流電圧
検出信号とに差があると、これをなくす方向に位相制御
器14が動作して位相指令信号をゲートパルス発生回路
15に出力し、インバータ2の出力電圧の位相を制御し
て平滑コンデンサ1の直流電圧を所望の値にまで調整す
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の無効電力補償装
置は以上のように構成されているので、インバータ2の
出力電圧の位相の制御→平滑コンデンサ1の充放電によ
る直流電圧の制御→インバータ2の出力電圧の制御の方
式となり、全体として高速の応答が得られないという問
題点があった。
【0007】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、高速の応答特性を有する無効電
力補償装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る無効電力
補償装置は、インバータを1パルスPWM制御方式と
し、直流電圧検出信号と直流電圧基準信号との偏差と上
記交流電力系統の位相情報とを入力し位相指令信号を出
力する手段、無効電力検出信号と無効電力基準信号と
入力しこれら両信号の偏差から上記インバータの出力電
圧指令信号を出力する無効電力制御器、上記直流電圧基
準信号と出力電圧指令信号とを入力しこれら両信号の比
率に基づきパルス幅指令信号を出力するパルス幅制御
器、および上記位相指令信号に基づき上記直流電圧がそ
の基準値一定になるようPWMの位相を制御し上記パル
ス幅指令信号に基づき上記無効電力がその基準値に一致
するようPWMのパルス幅を制御するPWM回路を備え
たものである。
【0009】
【作用】直流電圧はインバータの出力電圧の位相を調整
することにより常にその基準値一定に保つ制御がなされ
る。無効電力の基準値の変動に対してはインバータのP
WMのパルス幅制御で速応しインバータの出力電圧を急
速に変化させる。
【0010】
【実施例】図1はこの発明の一実施例による無効電力補
償装置を示す構成図である。図において、1〜11は従
来の場合と同一ないし相当のものであり説明を省略す
る。16は直流電圧設定器、17は直流電圧検出器9か
らの直流電圧検出信号と直流電圧設定器16からの直流
電圧基準信号との偏差から直流電圧補正信号を出力する
直流電圧制御器、18は直流電圧補正信号から位相指令
信号φを出力するPLL回路である。19は無効電力制
御器10からの出力電圧指令信号と直流電圧設定器16
からの直流電圧基準信号との両信号を入力しこれら両信
号の比率に基づきパルス幅指令信号θを出力するパルス
幅制御器、20は位相指令信号φとパルス幅指令信号θ
とからインバータ2の各素子にゲートパルスを送出する
PWM回路である。
【0011】次に動作について説明する。系統の無効電
力を調整するため、従来と同じくインバータ2の出力電
圧を上下させる。そして、インバータ2の出力電圧は、
パルス幅を広げたり狭めたりするいわゆるPWM制御を
行って調整する。PWMのパルス幅指令信号を作成する
ため、系統の無効電力を無効電力検出器8によって検出
し、これと無効電力基準信号との偏差から無効電力制御
器10によりインバータ2の出力電圧指令信号を作成す
る。この指令信号が正の場合はパルス幅を広げることに
より出力電圧を上げ、負の場合はパルス幅を狭めること
により出力電圧を下げる。実際のパルス幅指令信号θは
1パルスPWM制御方式を前提とすると、下式によりパ
ルス幅制御器19が作成する。
【数1】 ここで、Vrefは出力電圧指令、Vdrefは直流電
圧基準である。即ち、この実施例では、直流電圧をその
基準値Vdref一定とみなしてパルス幅制御によりイ
ンバータ2の出力電力を無効電力基準の変化に応じて高
速度で追従させる制御が採用されている。
【0012】このため、直流電圧を一定する制御系が必
要となるが、以下にこれを説明する。即ち、直流電圧検
出器9からの直流電圧検出信号が変動すると直流電圧基
準信号との偏差を直流電圧制御器17が検出して直流電
圧補正信号を出力する。この指令信号が正の場合は直流
電圧を上げる必要があるため交流電力系統5と同期して
動作するPLL回路18の出力位相を遅らすことにより
PWMの位相を遅らせ平滑コンデンサ1に有効電力を流
し込むことによってその直流電圧を上昇させる。逆に、
指令信号が負の場合は同様にPWMの位相を進めること
により平滑コンデンサ1から系統に有効電力を放出させ
ることによってその直流電圧を下降させる。以上のよう
に、この実施例では、平滑コンデンサ1の直流電圧をそ
の基準値一定に保つ制御系をインバータ2の出力電圧の
制御系とは独立に設けたので、無効電力の指令に高速度
で応答する出力電圧制御が可能となる訳である。
【0013】なお、PWM制御方式のインバータとし
て、具体的には、GTOインバータ、トランジスタイン
バータ、サイリスタインバータ等いずれも使用可能であ
り、また、多パルスPWM制御方式を採用してもよい。
【0014】また、上記実施例では、無効電力を検出し
この検出値と無効電力基準値との偏差から出力電圧指令
を作成するようにしているが、無効電流を検出しこの検
出値と無効電流基準値との偏差から出力電圧指令を作成
するようにしてもよい。実用回路ではむしろ後者の方法
で制御する場合が多い。従って、本願明細書における無
効電力の用語はそのまま無効電流とも置換可能なものと
する。
【0015】
【発明の効果】この発明は以上のように、平滑コンデン
サの直流電圧を一定に保つ制御系を別途設け、無効電力
の指令に対してPWMインバータの出力電圧をパルス幅
制御により直接制御するようにしたので、高速の応答特
性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例による無効電力補償装置を
示す構成図である。
【図2】従来の無効電力補償装置を示す構成図である。
【符号の説明】
1 平滑コンデンサ、 2 インバータ 5 交流電力系統 8 無効電力検出器 9 直流電圧検出器 10 無効電力制御器 11 無効電力設定器 16 直流電圧設定器 17 直流電圧制御器 19 パルス幅制御器 20 PWM回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−95973(JP,A) 特開 昭63−181620(JP,A) 特開 昭58−64519(JP,A) 特開 昭57−9229(JP,A) 特開 昭61−164433(JP,A) 特開 昭49−114739(JP,A) 特開 平4−289729(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 3/18 H02M 7/42 - 7/98

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電圧源となる平滑コンデンサからの
    直流入力をインバータで交流出力に変換し所定の無効電
    力を交流電力系統との間で流出入させることにより無効
    電力の補償を行うものにおいて、 上記インバータを1パルスPWM制御方式とし、上記平
    滑コンデンサの直流電圧検出信号と直流電圧基準信号と
    の偏差と上記交流電力系統の位相情報とを入力し位相指
    令信号を出力する手段、上記無効電力検出信号と無効電
    力基準信号とを入力しこれら両信号の偏差から上記イン
    バータの出力電圧指令信号を出力する無効電力制御器、
    上記直流電圧基準信号と出力電圧指令信号とを入力しこ
    れら両信号の比率に基づきパルス幅指令信号を出力する
    パルス幅制御器、および上記位相指令信号に基づき上記
    直流電圧がその基準値一定になるようPWMの位相を制
    御し上記パルス幅指令信号に基づき上記無効電力がその
    基準値に一致するようPWMのパルス幅を制御するPW
    M回路を備えたことを特徴とする無効電力補償装置。
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