JP3319307B2 - 自励式無効電力補償装置 - Google Patents

自励式無効電力補償装置

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JP3319307B2
JP3319307B2 JP26482896A JP26482896A JP3319307B2 JP 3319307 B2 JP3319307 B2 JP 3319307B2 JP 26482896 A JP26482896 A JP 26482896A JP 26482896 A JP26482896 A JP 26482896A JP 3319307 B2 JP3319307 B2 JP 3319307B2
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浩資 森田
清重 村松
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Nissin Electric Co Ltd
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
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  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自励式無効電力補償
装置に関し、詳しくは、アーク炉や圧延機のフリッカ対
策等に使用され、電力系統の過渡的な負荷変動に伴う電
圧変動を抑制する自励式無効電力補償装置に関する。
【0002】
【従来の技術】電力系統では、無効電力変動により系統
電圧変動を引き起こす大容量のアーク炉、電鉄負荷、鉄
鋼圧延負荷などの変動負荷に対しては、系統電源と変動
負荷との間に、その変動負荷の無効電力を補償するた
め、系統電源とインバータとを連系させる自励式無効電
力補償装置〔以下、自励式SVCと称す〕を設けるのが
一般的である。
【0003】この種のSVCは、例えば、図3に示すよ
うに大容量矩形波インバータ1〔以下、単に矩形波イン
バータと称す〕と小容量PWMインバータ2〔以下、単
にPWMインバータと称す〕とを、系統電源3と変動負
荷4とが接続された系統母線5に連系トランス6,7を
介して直列接続した構造のものである。
【0004】この矩形波インバータ1では、系統電圧V
S とほぼ等しい出力電圧VB を発生させ、一方、PWM
インバータ2では、負荷変動に応じた電流指令値に基づ
き無効電流を生成するための出力電圧VF を独立に発生
させる。つまり、主にPWMインバータ2の出力電圧V
F の振幅を負荷変動に追従させて増減することで、負荷
変動により発生した無効電流と逆位相の補償電流が系統
に生成され、負荷変動に伴う系統電圧VS の変動を抑制
している。
【0005】具体的に、PWMインバータ2の制御回路
8では、変流器9により検出された負荷電流IL に基づ
いて検出回路10により出力電流指令値Iref を生成す
る。演算回路11ではこの出力電流指令値Iref に系統
インピーダンスを乗算することにより出力電圧指令値V
ref を生成する。この出力電圧指令値Vref に基づいて
PWMインバータ2を制御する。即ち、出力電圧指令値
ref と搬送波〔三角波〕とを比較し、これにより得ら
れたゲートパルスでもってGTO等のスイッチング素子
を所定の点弧タイミングでスイッチングする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、PWMイン
バータ2では、負荷変動により出力電流指令値Iref
図4に示すように急変した場合、その出力電流指令値I
ref の急変点aで、出力電流指令値Iref を微分するこ
とにより得られる出力電圧指令値Vref が瞬間的に急変
する現象が発生する。この出力電圧指令値Vref の正負
アンバランスにより直流電圧が含まれることになり、P
WMインバータ2の連系トランス7の励磁特性が非線形
であるため、この直流電圧でPWMインバータ2の連系
トランス7が直流偏励磁され、PWMインバータ2の出
力電流Iexが過電流となり、過電流保護によりPWMイ
ンバータ2が停止するという不具合が発生する。
【0007】そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、PWMインバ
ータの出力電流における過電流発生を回避してPWMイ
ンバータの停止を未然に防止し得る自励式SVCを提供
することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の技術的手段として、本発明は、系統電源と変動負荷
接続された系統母線に連系トランスを介して大容量矩形
波インバータと小容量PWMインバータとを直列接続し
て前記系統電源と連系させた自励式無効電力補償装置に
おいて、前記小容量PWMインバータの出力電流を検出
し、負荷変動により前記小容量PWMインバータの出力
電流指令値が急変してその小容量PWMインバータの出
力電流が連系トランスの非線形な励磁特性により第1の
設定値以上になると、前記小容量PWMインバータへの
出力電流指令値のゲインを1以下に絞り込み、このゲイ
ンの絞り込みにより出力電流が減少して第2の設定値以
下になると、前記出力電流指令値のゲインを1に復帰さ
せる過電流抑制回路を具備したことを特徴とする。
【0009】尚、前記過電流抑制回路は、PWMインバ
ータの出力電流を第1及び第2の設定値と比較するコン
パレータと、そのコンパレータの出力によりPWMイン
バータの出力電流が第1の設定値になると開成し、第2
の設定値になると閉成するスイッチと、100%ゲイン
設定値に対して所定のゲインに絞り込むためのゲイン調
整用抵抗と、前記スイッチの開成により放電して前記ゲ
イン調整用抵抗によるゲインの絞り込みでもってPWM
インバータの出力電流を減少させ、前記スイッチの閉成
により充電して100%ゲイン設定値までPWMインバ
ータの出力電流を増加させるコンデンサとで構成するこ
とが可能である。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明に係る自励式SVCの実施
形態を図1及び図2に示して説明する。尚、図3及び図
4と同一部分には同一参照符号を重複説明は省略する。
【0011】本発明の自励式SVCは、図1に示すよう
にPWMインバータ2の出力電流I exを変流器14によ
り検出し、そのPWMインバータ2の出力電流Iexが連
系トランス7の非線形な励磁特性により第1の設定値m
1 以上になると、PWMインバータ2への出力電流指令
値Iref のゲインを1以下に絞り込み、このゲインの絞
り込みにより出力電流Iexが減少して第2の設定値m2
以下になると、出力電流指令値Iref のゲインを1に復
帰させる過電流抑制回路15を具備する。
【0012】この過電流抑制回路15は、PWMインバ
ータ2の出力電流Iexを検出する変流器14に接続さ
れ、PWMインバータ2の出力電流Iexを第1及び第2
の設定値m1 ,m2 と比較するコンパレータ16と、そ
のコンパレータ16の出力に接続され、PWMインバー
タ2の出力電流Iexが第1の設定値m1 になると開成
し、第2の設定値m2 になると閉成するスイッチ17
と、100%ゲイン設定値に対して所定のゲインに絞り
込むためのゲイン調整用抵抗18と、スイッチ17の開
成により放電してゲイン調整用抵抗18によるゲインの
絞り込みでもってPWMインバータ2の出力電流Iex
減少させ、スイッチ17の閉成により充電して100%
ゲイン設定値までPWMインバータ2の出力電流Iex
増加させるコンデンサ19とで主要部が構成される。
尚、前述した第1の設定値m1 と第2の設定値m2 は、
PWMインバータ2の定格電流レベルnと過電流レベル
pとの間に設定される〔図2参照〕。
【0013】また、過電流抑制回路15は、コンデンサ
19とゲイン調整用抵抗18間に接続され、出力電流指
令値Iref のゲインを1以下に絞り込んだ時に所定の時
定数でもって出力電流Iexを減少させるための第1の時
定数調整用抵抗20と、コンデンサ19とスイッチ17
間に接続され、出力電流指令値Iref のゲインを1に復
帰させる時に所定の時定数でもって出力電流Iexを増加
させる第2の時定数調整用抵抗21とを具備する。尚、
図中、22は前述した100%ゲイン設定値が入力され
る端子、23は第1の設定値m1 と第2の設定値m2
入力されるコンパレータ16の一方の端子である。
【0014】本発明の自励式SVCでは、変流器9によ
り検出された負荷電流IL に基づいて検出回路10によ
り出力電流指令値Iref を生成する。演算回路11では
この出力電流指令値Iref に系統インピーダンスを乗算
することにより出力電圧指令値Vref を生成する。この
出力電圧指令値Vref に基づいてPWMインバータ2を
制御する。即ち、出力電圧指令値Vref と搬送波〔三角
波〕とを比較し、これにより得られたゲートパルスでも
ってGTO等のスイッチング素子を所定の点弧タイミン
グでスイッチングする。
【0015】ここで、PWMインバータ2の出力電流I
exが第1の設定値m1 よりも小さい正常時では、コンパ
レータ16の出力S1 によりスイッチ17はオンしてお
り、コンデンサ19は100%ゲイン設定値の電圧に充
電されている。
【0016】このPWMインバータ2において、負荷変
動により出力電流指令値Iref が急変した場合〔図4参
照〕、その出力電流指令値Iref の急変点a以降、PW
Mインバータ2の連系トランス7の磁束飽和により、P
WMインバータ2の出力電流Iexが急増する。
【0017】そして、図2に示すように出力電流Iex
大きくなって第1の設定値m1 を超えると、過電流抑制
回路15では、コンパレータ16の出力S1 によりスイ
ッチ17がオフし、コンデンサ19は第1の時定数調整
用抵抗20を通して放電する。これにより、過電流抑制
回路15の出力S2 が第1の時定数でもってゲイン調整
用抵抗18で設定された電圧となり、出力電流指令値I
ref のゲインを1以下に絞り込むことにより、PWMイ
ンバータ2の出力電流Iexが第1の時定数でもって減少
して過電流レベルpまで達することはない。
【0018】その後、PWMインバータ2の出力電流I
exが第2の設定値m2 よりも小さくなると、過電流抑制
回路15では、コンパレータ16の出力S1 によりスイ
ッチ17がオンし、コンデンサ19は第2の時定数調整
用抵抗21を通して充電される。これにより、過電流抑
制回路15の出力S2 が第2の時定数でもって100%
ゲイン設定値の電圧となり、出力電流指令値Iref のゲ
インを1に復帰させることにより、PWMインバータ2
の出力電流Iexが第2の時定数でもって増加して定常状
態に復帰する。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、PWMインバータの出
力電流がトランスの非線形な励磁特性により第1の設定
値以上になると、出力電流指令値のゲインを1以下に絞
り込み、このゲインの絞り込みによりPWMインバータ
の出力電流が減少して第2の設定値以下になると、出力
電流指令値のゲインを1に復帰させる過電流抑制回路を
具備したことにより、負荷変動によりPWMインバータ
の出力電流指令値が急変してPWMインバータの出力電
流が過電流レベルを超えることを回避でき、過電流保護
によるPWMインバータの停止を未然に防止できてPW
Mインバータの稼働効率を向上させることができ、信頼
性の高い自励式SVCを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る自励式SVCの実施形態を示す回
路図
【図2】上から順に、PWMインバータの出力電流、過
電流抑制回路のコンパレータ出力、過電流抑制回路の出
力、出力電流指令値をそれぞれ示す波形図
【図3】従来の自励式SVCを示す回路図
【図4】負荷変動により急変する出力電流指令値及び出
力電圧指令値を示す波形図
【符号の説明】
1 大容量矩形波インバータ 2 小容量PWMインバータ 7 連系トランス 15 過電流抑制回路 16 コンパレータ 17 スイッチ 18 ゲイン調整用抵抗 19 コンデンサ Iex PWMインバータの出力電流 Iref 出力電流指令値 m1 第1の設定値 m2 第2の設定値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H02M 7/48 H02M 7/48 M (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05J 1/70 H02J 3/18 H02M 7/48

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 系統電源と変動負荷が接続された系統母
    線に連系トランスを介して大容量矩形波インバータと小
    容量PWMインバータとを直列接続して前記系統電源と
    連系させた自励式無効電力補償装置において、前記小容
    量PWMインバータの出力電流を検出し、負荷変動によ
    り前記小容量PWMインバータの出力電流指令値が急変
    してその小容量PWMインバータの出力電流が連系トラ
    ンスの非線形な励磁特性により第1の設定値以上になる
    と、前記小容量PWMインバータへの出力電流指令値の
    ゲインを1以下に絞り込み、このゲインの絞り込みによ
    り出力電流が減少して第2の設定値以下になると、前記
    出力電流指令値のゲインを1に復帰させる過電流抑制回
    路を具備したことを特徴とする自励式無効電力補償装
    置。
  2. 【請求項2】 前記過電流抑制回路は、小容量PWMイ
    ンバータの出力電流を第1及び第2の設定値と比較する
    コンパレータと、そのコンパレータの出力により前記小
    容量PWMインバータの出力電流が第1の設定値になる
    と開成し、第2の設定値になると閉成するスイッチと、
    100%ゲイン設定値に対して所定のゲインに絞り込む
    ためのゲイン調整用抵抗と、前記スイッチの開成により
    放電して前記ゲイン調整用抵抗によるゲインの絞り込み
    でもって小容量PWMインバータの出力電流を減少さ
    せ、前記スイッチの閉成により充電して100%ゲイン
    設定値まで小容量PWMインバータの出力電流を増加さ
    せるコンデンサとで構成した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。
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