JP3319169B2 - 静止形無効電力補償装置 - Google Patents

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、その負荷に印加さ
れる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サイリスタ回路
を挿入して、このサイリスタ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７は従来の静止形無効電力補償装置の
３相接続図、図８は図７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７および図８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２２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２４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
るときには、制御装置２６の働きでスイッチング回路２
４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が供給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供給される。

【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】図９は特開平３−１１３５２１号公報によ
って開示された従来の他の静止型無効電力補償装置の３
相接続図であり、図９においては、図７においてスイッ
チング回路２４と直列に接続されている第１のリアクト
ル２２が、コンデンサ２１と直列に接続されてコンデン
サ回路を構成しているが、負荷を流れる無効電流を補償
する本体動作は同様に行われる。また、図９のほかにも
コンデンサ回路と直列に第２のリアクトル２３を接続
し、このコンデンサ回路と第２のリアクトル２３の接続
点にスイッチング回路を接続した静止型無効電力補償装
置が提案されている。

【００１０】

【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。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の静止形無効電力
補償装置は、は記目的を達成するために、コンデンサ回
路と、前記コンデンサ回路に直列に接続した、第１のリ
アクトルおよび第２のリアクトルを直列接続してなるリ
アクトルと、導通期間が調整可能な位相制御スイッチ手
段と、前記第１のリアクトルと第２のリアクトルの接続
点に接続した、第２のコンデンサおよび第３のリアクト
ルを直列接続してなる高調波電流削減用の直列共振回路
とを有し、前記直列共振回路の共振周波数が削減対象の
周波数である構成としている。

【００１２】

【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、コンデンサ回路と、前記コンデンサ回路と
直列に接続したリアクトルと、位相制御スイッチ手段を
有する静止形無効電力補償装置において、前記リアクト
ルを、直列接続した第１と第２の２つのリアクトルと
し、第２のコンデンサと第３のリアクトルとからなる直
列共振回路を前記第１と第２のリアクトルの接続点に接
続した構成としている。

【００１３】

【作用】この構成において、第２のコンデンサと第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、静止形無効電力補償装置から流出する
総合高調波電流を削減することができる。

【００１４】

【実施例】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。なお、図１は本実施例の静止形無効
電力補償装置の３相接続図を、図２はその動作を説明す
るための単相接続図を示すものである。

【００１５】図１および図２において、１は第１のコン
デンサ、２は第２のコンデンサ、３は第１のリアクト
ル、４は第２のリアクトル、５は第３のリアクトルで第
２のコンデンサ２とともに電力系統の第５次高調波に共
振する直列共振回路を構成する。６は第４のリアクト
ル、７はサイリスタ８が逆並列接続されたスイッチング
回路、９は制御装置、１０は出力端子である。

【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。第１のコン
デンサ１と、第１のリアクトル３と第２のリアクトル４
との直列回路と、第４のリアクトル６と、スイッチング
回路７と、制御装置９と、出力端子１０の構成は、従来
の静止形無効電力補償装置の構成と同様なものであり、
負荷を流れる無効電流を補償する本体動作は、従来の静
止形無効電力補償装置の動作と同様に行われる。前述の
如く本実施例の第２のコンデンサ２と第３のリアクトル
５の直列回路は、第５次高調波に共振する直列共振回路
であるから、サイリスタ８を位相制御することにより静
止形無効電力補償装置より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、この第２のコンデンサ２
と第３のリアクトル５とからなる直列回路により吸収さ
れ、静止形無効電力補償装置より流出する総合高調波電
流歪率が低減する。

【００１７】第１のリアクトル３は、電力系統に接続さ
れた他の機器から流出する高調波電流が第２のコンデン
サ２と第３のリアクトル５とからなる直列回路に流入す
るのを阻止する作用を持つとともに、第２のリアクトル
４と合成されて第１のコンデンサ１と直列に接続するリ
アクトルを構成している。

【００１８】図５は本実施例の静止形無効電力補償装置
の特性図５（ａ）と従来の静止形無効電力補償装置の特
性図（ｂ）を比較して示している。図５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１のリアクトル３と第２のリアクトル４と
の合成容量と第１のコンデンサ１の容量との比率によっ
て図６のように変化するので、第１のリアクトル３と第
２のリアクトル４との合成容量と第１のコンデンサ１の
容量との比率を、従来の静止形無効電力補償装置におい
て高調波電流含有率が少なくなる３６：１００と設定し
て図５を得ている。ここで、図６の横軸は、第１のリア
クトル３と第２のリアクトル４との合成容量と第１のコ
ンデンサ１の容量との比率を百分率で示し、縦軸は、図
５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。

【００１９】この図５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。

【００２０】また、図６から明らかなように、第１のコ
ンデンサ１の容量と第１のリアクトル３と第２のリアク
トル４の容量を小さくして（第１のリアクトル３と第２
のリアクトル４の合成容量／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
電力補償装置は第１のコンデンサ１の容量と第１のリア
クトル３と第２のリアクトル４の容量を小さくする点で
もすぐれた効果が得られる。

【００２１】以上のように本実施例によれば、コンデン
サ回路と、前記コンデンサ回路と直列に接続したリアク
トルと、位相制御スイッチ手段を有する静止形無効電力
補償装置において、前記リアクトルを直列接続した第１
と第２の２つのリアクトルで構成し、電力系統の第５次
高調波と等しい共振周波数をもつ第２のコンデンサと第
３のリアクトルとからなる直列共振回路を前記第１と第
２のリアクトルの接続点に接続することにより、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
装置から流出する総合高調波電流を削減することができ
る。

【００２２】なお、本実施例においては、第２のコンデ
ンサ２と第３のリアクトル５の直列共振回路の共振周波
数は第５次高調波と等しくしたが、第７次高調波と等し
くして、第７次高調波を無効電力補償装置内部で吸収
し、無効電力補償装置から流出する総合高調波電流を削
減してもよい。

【００２３】また、第２のコンデンサ２と第３のリアク
トル５との直列共振回路を第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
を並列に接続した構成としてもよい。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、２ａおよび５ａは第５次高調波に共振す
る直列共振回路を構成する第２のコンデンサおよび第３
のリアクトル、２ｂおよび５ｂは第７次高調波に共振す
る直列共振回路を構成する第２のコンデンサおよび第３
のリアクトルであり、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。

【００２４】なお、本実施例の第１のリアクトル３を図
４に示すように所望の漏洩インダクタンスをもつ変圧器
の巻線で構成してもよい。すなわち、図４において、１
３は図１の第１のリアクトル３のインダクタンスと同様
な値の漏洩インダクタンスをもつ変圧器であり、その他
の構成は図１と同様である。このように構成された静止
形無効電力補償装置の動作は、第１のリアクトル３の作
用を変圧器１３の巻線の漏洩インダクタンスの作用に置
換える以外は、既に記述した図１の場合と同様であるの
で省略する。

【００２５】さらに、本実施例においては、コンデンサ
回路と、前記コンデンサ回路と直列に接続したリアクト
ルと、位相制御スイッチ手段を有する静止形無効電力補
償装置の本体構成として、図７に示した特開昭６１−１
０９４２６号公報によって開示された従来の静止形無効
電力補償装置の１例と同様の構成としたが、図９に示し
た特開平３−１１３５２１号公報によって開示された従
来の他の例などの静止型無効電力補償装置と同様の構成
とすることもできることは言うまでもない。

【００２６】また、本実施例においては、静止形無効電
力補償装置として通常使用されている３相接続の構成に
ついて説明したが、単相の静止形無効電力補償装置に適
用する構成とすることもできる。単相に適用するとき
は、サイリスタの位相制御による高調波電流には第３次
高調波電流が最も多いから、第２のコンデンサ２と第３
のリアクトル５の直列共振回路の共振周波数は第３次高
調波とすることが効果的である。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明は、コンデンサ回路
と、前記コンデンサ回路と直列に接続したリアクトル
と、位相制御スイッチ手段を有する静止形無効電力補償
装置において、前記リアクトルを、直列接続した第１、
第２の２つのリアクトルで構成し、第２のコンデンサと
第３のリアクトルとの直列共振回路を前記第１、第２の
リアクトルの接続点に接続することにより、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優れた静止型無効電力補
償装置を、装置を著しく大型化することなく実現するこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一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】一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】本発明の一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】本発明の一実施例において第１のリアクトルを
変圧器の漏洩インダクタンスで構成した静止形無効電力
補償装置の３相接続図

【図５】（ａ）は本発明の一実施例における静止形無効
電力補償装置の特性図 （ｂ）は従来の静止形無効電力補償装置の特性図

【図６】静止形無効電力補償装置の特性説明図

【図７】従来の静止形無効電力補償装置の３相接続図

【図８】従来の静止形無効電力補償装置の等価単相接続
図

【図９】従来の他の静止形無効電力補償装置の３相接続
図

【符号の説明】

１ 第１のコンデンサ（コンデンサ回路） ２ 第２のコンデンサ ３ 第１のリアクトル ４ 第２のリアクトル ５ 第３のリアクトル ７ スイッチング回路（位相制御スイッチ手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−113521（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−202226（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−109426（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05F 1/70 H02J 3/18

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンデンサ回路と、前記コンデンサ回路
   に直列に接続した、第１のリアクトルおよび第２のリア
   クトルを直列接続してなるリアクトルと、導通期間が調
   整可能な位相制御スイッチ手段と、前記第１のリアクト
   ルと第２のリアクトルの接続点に接続した、第２のコン
   デンサおよび第３のリアクトルを直列接続してなる高調
   波電流削減用の直列共振回路とを有し、前記直列共振回
   路の共振周波数が削減対象の周波数である静止形無効電
   力補償装置。
2. 【請求項２】 直列共振回路は、第１のリアクトルと第
   ２のリアクトルの接続点に、第２のコンデンサおよび第
   ３のリアクトルを直列接続してなる高調波電流削減用の
   直列共振回路を複数並列に接続したものであり、並列に
   接続した複数の前記直列共振回路の共振周波数が削減対
   象の複数の周波数のいずれかである請求項１記載の静止
   形無効電力補償装置。
3. 【請求項３】 第１のリアクトルは、リアクトルの作用
   をする変圧器の巻線で構成したものである請求項１また
   は２記載の静止形無効電力補償装置。