JP3325454B2 - 電圧変動抑制装置の制御方法 - Google Patents

電圧変動抑制装置の制御方法

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    • Y02E40/30Reactive power compensation

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (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、交流系統電源から
系統リアクトルを介して給電され且つ少なくとも変動負
荷が接続されている上位系統と、該上位系統に変圧器或
いはリアクトルを介して給電され且つ下位般負荷が接続
されている下位系統とから成る配電系統に係り、特に、
前記変動負荷による電圧変動を抑制する系統構成と、電
圧変動抑制装置の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来の配電系統を示す図で、交
流系統電源1から系統リアクトル2を介して給電され変
動負荷3、上位負荷4が接続されている上位系統5と、
該上位系統5から変圧器6或いはリアクトルを介して給
電され且つ下位負荷7が接続されている下位系統8とか
ら成る配電系統において、前記変動負荷3による電圧変
動を抑制するために、電圧変動抑制装置9を上位系統5
に変動負荷3と共に接続していた。
【0003】この配電系統において、電圧変動抑制装置
9が無い場合には変動負荷3の電力変動によって上位系
統5の母線電圧が変動する。電圧変動は主に無効電力変
動に起因することが知られている。その大きさΔVL は
変動負荷3の無効電力変動をΔQL 、系統リアクトル2
のリアクタンスをXs とすると次式で表わされる。尚、
以下の計算式では特に断らない限りPU法を用いて表現
し、電圧、リアクタンス及び電力の単位にはPUを用い
る。
【0004】
【数1】 ΔVL =Xs ・ΔQL ……(1) この電圧変動ΔVL は同一母線に接続されている上位負
荷5や下位負荷7に悪影響を及ぼし、特に下位負荷7の
照明機器のちらつき、電子機器の誤動作を引き起こす原
因となる。
【0005】電圧変動抑制装置9は前記無効電力変動Δ
QL を補償することによって電圧変動ΔVL を抑制する
ものである。電圧変動抑制装置9には各種回路方式があ
るが、その一例として、特願平1ー317859号(特
開平3ー183324号)に記載されている電圧形PW
Mインバータを用いた装置がある。これは計器用変圧器
10によって検出される母線電圧と変流器11によって
検出される変動負荷3の電流を用いて無効電力変動ΔQ
L を検出し、それを打消すように電圧変動抑制装置9の
出力無効電力Qc を制御することにより、交流系統電源
1から供給される無効電力の変動分ΔQs を小さくする
ことで電圧変動ΔVs を抑制するものである。これを式
で表すと以下のようになる。
【0006】
【数2】 Qc =−ΔQL ……(2) ΔQs =ΔQL +Qc =ΔQL −ΔQL =0 ……(3) ΔVs =Xs ・ΔQs =0 ……(4)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の電圧変動抑制装
置9は変動負荷3と上位負荷4が接続される上位系統5
に設置されており、(2)式に示す如く無効電力変動Δ
QL と同容量の装置が必要である。変動負荷3が製鋼用
アーク炉のように電力変動が数十MVAと大きい場合に
は、電圧変動抑制装置9の容量もそれと同等に大きくな
るので、装置価格が高くなる。
【0008】ところで、上位負荷4は一般に大容量の動
力負荷、例えば電動機等が接続されているが、これらの
電動機は、速度制御されているものや、補機用電動機等
が多い。自動制御されている電動機は変動負荷3による
電圧変動は外乱として加わるが自動制御されているた
め、さほど影響を受けない。又、補機用電動機はあまり
精度は要求されないため変動負荷3による電圧変動をあ
まり問題としない。
【0009】しかしながら、下位負荷7は照明機器や電
子機器等が多くこれらのものは前述のように照明機器の
ちらつき、電子機器の誤動作を引き起す原因となるため
変動負荷3による電圧変動を抑制しなければならない。
【0010】従って、本発明の目的は、前述の点に鑑み
なされたものであって、特に、電圧変動の影響を受け易
い下位負荷の電圧変動を抑制することによって電圧変動
抑制装置の容量を低減出来る配電系統及び、この配電系
統に設置される電圧変動抑制装置の制御方法を提供する
ことにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に請求項1及び請求項2に記載の発明による配電系統
は、交流系統電源から系統リアクトルを介して給電され
且つ少なくとも変動負荷が接続されている上位系統と該
上位系統から変圧器或いはリアクトルを介して給電され
且つ下位負荷が接続されている下位系統とから成る配電
系統において、前記下位系統に電圧変動抑制装置を設置
したことを特徴とする。
【0012】
【0013】請求項1に記載の発明は前記電圧変動抑制
装置を、前記交流系統電源から供給される電流と変動負
荷の印加電圧から前記上位系統の受電無効電力変動ΔQ
sを検出し、前記系統リアクトルのリアクタンスをXs、
前記変圧器或いはリアクトルのリアクタンスをXTとす
るとき、[Xs/XT・ΔQs]なる無効電力を補償する
ように制御することを特徴とする。
【0014】請求項2に記載の発明は前記電圧変動抑制
装置を、前記変動負荷が接続されている上位系統の母線
電圧変動ΔVLを検出し、前記変圧器或いはリアクトル
のリアクタンスをXTとしたとき、[1/XT・ΔVL]
なる無効電力を補償するように制御することを特徴とす
る。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、配電系統の一実施例を図1
を参照して説明する。尚、電圧変動抑制装置9を含む配
電系統の構成を表す図5と同一部には同一符号を付して
その説明を省略する。
【0016】図1において、電圧変動抑制装置9及び下
位負荷7は変動負荷3が接続されてる上位系統5に、変
圧器6を介して接続される。電圧変動抑制装置9は従来
の技術におけるものと同一の構成であり、同様の原理に
よって制御される。ここで、交流系統電源1から上位系
統5に電力を供給する送電線の系統リアクトル2のリア
クタンスをXs 、変圧器8の漏れリアクタンスをXT と
する。尚、前記変圧器の代りにリアクトルを用いても差
し支えない。
【0017】電圧変動抑制装置9は変動負荷3の電力変
動が下位負荷7に及す影響を抑制する。電圧変動抑制装
置9の無効電力出力Qc による下位負荷7が接続される
下位系統8の電圧変化(電圧変動抑制量)は(Xs +X
T )・Qc であり、(1)式で表される変動負荷3の無
効電力変動QL に起因する電圧変動を打消すように作用
する。
【0018】このような配電系統によれば、従来の電圧
変動抑制装置9の電圧変動抑制量はXs ・Qc であるの
に対して、同じ大きさの無効電力出力Qc による電圧変
化(電圧変動抑制量)は(Xs +XT )・Qc であるこ
とにより、同容量の装置で大きな電圧変動抑制効果があ
る。言い換えれば、従来のよりも小さい容量の装置で下
位負荷に対して同じ電圧抑制効果が得られるので、電圧
変動抑制装置9の容量を小さくすることができ、価格を
安くすることが出来る。
【0019】次に、図1と同一部に同一符号を付して示
す図2を参照して電圧変動抑制装置の制御方法を説明す
る。電圧変動抑制装置の制御方法は、図1の配電系統に
設置される電圧変動抑制装置9を制御するために、変動
負荷3が接続される上位系統5の電圧を検出する計器用
変圧器10と、変動負荷3の電流を検出する変流器11
を設け、計器用変圧器10によって検出される上位系統
5の電圧と変流器11によって検出される変動負荷の電
流から演算される変動負荷3の無効電力変動ΔQLを演
算し、変動負荷3の無効電力変動ΔQLに次式に示す係
数Kc1を乗じた無効電力を電圧変動抑制装置9で補償す
るように制御するようにしたものである。
【0020】
【数3】 Kc1=Xs /(Xs +XT ) ……(5) ここで、Xs は系統リアクトル2のリアクタンス XT は変圧器6またはリアクトルのリアクタンス 即ち、電圧変動抑制装置9が出力する無効電力Qc は、
【0021】
【数4】 Qc =−Kc1・ΔQL =−Xs /(Xs +XT )・ΔQL ……(6) その結果として、下位負荷7が接続される下位系統8の
電圧変動は(7)式に示すように抑制される。
【0022】 ΔV=Xs・ΔQL+(Xs+XT)・Qc =Xs・ΔQL−(Xs+XT)・Xs/(Xs+XT)・ΔQL =Xs・ΔQL−Xs・ΔQL=0 …(7)図2の電圧変動抑制装置の制御方法 によれば、電圧変動
抑制装置9の出力無効電力Qcは変動負荷3の無効電力
変動ΔQLに対して(5)式で示される係数Kc1を乗じ
た値になるので、従来の電圧変動抑制装置9と比較する
と電圧変動抑制装置9の装置容量を小さくすることがで
きる。
【0023】例えば、50MVAの特別高圧で受電する
上位系統を想定すると、系統リアクトル2のリアクタン
スXs は10MVAベースで1%以下、変圧器6の容量
は50MVAでその漏れリアクタンスXT は10%程度
が一般的である。従って、10MVAベースにおけるX
s とXT の比は1:2程度となるので、電圧変動抑制装
置9の容量を従来の1/3に低減することができ、価格
を安くすることが可能である。
【0024】尚、上位系統5の電圧変動を零に抑制する
ことは出来ないが、上位負荷4は電圧変動の影響を受け
難いが、下位系統に電圧変動抑制装置を設置することに
より或る程度の変動抑制効果を得ることができ、例えば
前述の例では1/3程度の抑制効果は得られる。
【0025】次に、図1と同一部に同一符号を付して示
す図3を参照して請求項1に記載の発明を説明する。
求項1に記載の発明は、図1の配電系統に設置される電
圧変動抑制装置9を制御するために、変動負荷5が接続
される上位系統5の電圧を検出するための計器用変圧器
10と、変動負荷5が接続される上位系統5に流れ込む
電流を検出するための変流器11を設け、交流系統電源
1から供給される電流と変動負荷3の印加電圧から上位
系統5の受電無効電力変動ΔQsを検出し、この受電無
効電力変動ΔQsに次式に示す係数Kc2を乗じた無効電
力を電圧変動抑制装置9で補償するように制御するよう
にしたものである。
【0026】
【数6】 Kc2=Xs /XT ……(8) 電圧変動抑制装置9は、計器用変圧器10によって検出
される上位系統5の電圧と変流器11によって検出され
る電流を用いて演算算出される受電無効電力変動ΔQs
に(8)式の係数Kc2を乗じた無効電力[(9)式参
照]を補償する。
【0027】 Qc=−Kc2・ΔQs=−Xs/XT・ΔQs =−Xs/XT・(ΔQL+Qc) これをQcについて解くと、 Qc=−Xs/(Xs+XT)・ΔQL …(9) となりその結果として、下位負荷7が接続される下位系
統8の変圧変動は下式(前記7式)のように抑制され
2の電圧変動抑制装置の制御方法と同様の結果が得られ
る。
【0028】 ΔV=Xs・ΔQL+(Xs+XT)・Qc =Xs・ΔQL−(Xs+XT)・Xs/(Xs+XT)・ΔQL =Xs・ΔQL−Xs・ΔQL=0 このように、請求項1に記載の発明は、図2の電圧変動
抑制装置の制御方法と同様の効果を有する。また、受電
無効電力変動を補償するようにしたので、複数の変動負
荷に対して電圧変動抑制装置9を機能させることができ
る。
【0029】次に、図1と同一部に同一符号を付して示
す図4を参照して請求項2に記載の発明を説明する。
求項2に記載の発明は、図1の配電系統に設置される電
圧変動抑制装置9を制御するために、変動負荷3が接続
される上位系統の電圧変動を検出するために、計器用変
圧器11を設け、上位系統電圧変動ΔVLを検出し、こ
の上位系統電圧変動ΔVLに(10)式の係数Kc3を乗
じた無効電力[(10)式参照]を補償する。
【0030】 Qc=−Kc3・ΔVL=−1/XT・ΔVL =−1/XT・Xs(ΔQL+Qc) …(10) これをQcについて解くと(9)式と等しくなるので、
結果として下位負荷7が接続される下位系統8の電圧変
動は前記(7)式のように抑制され図2の電圧変動抑制
装置の制御方法と同様の結果が得られる。又、受電電圧
の変動を用いて補償するようにしたので、複数の変動負
荷に対して電圧変動抑制装置を機能させることができ
る。
【0031】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように請求項1
と請求項2に記載の発明によれば、交流系統電源から系
統リアクトルを介して給電され且つ少なくとも変動負荷
が接続されている上位系統と、該上位系統から変圧器或
いはリアクトルを介して給電され且つ電圧変動の影響を
受け易い下位負荷が接続されている下位系統とから成る
配電系統において、前記下位系統に電圧変動抑制装置を
設置したことにより、電圧変動抑制装置の出力は変動負
荷の電力変動に送電線のリアクタンスと変圧器のリアク
タンスで決定される1よりも小さい係数を乗じた値とな
るので、従来の電圧変動抑制装置と比較してその装置容
量を小さくすることができ、価格を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】配電系統の一実施例を示す構成図。
【図2】電圧変動抑制装置の制御方法の一実施例を示す
構成図。
【図3】請求項1に記載の発明の一実施例を示す構成
図。
【図4】請求項2に記載の発明の一実施例を示す構成
図。
【図5】従来の電圧変動抑制装置の構成図。
【符号の説明】
1 ……交流系統電源 2 …
…系統リアクトル 3 ……変動負荷 4 …
…上位負荷 5 ……上位系統 6 …
…変圧器 7 ……下位負荷 8 …
…下位系統 9 ……電圧変動抑制装置 10 …
…計器用変圧器 11 ……変流器

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流系統電源から系統リアクトルを介し
    て給電され且つ少なくとも変動負荷が接続されている上
    位系統と、該上位系統から変圧器或いはリアクトルを介
    して給電され且つ下位負荷が接続されている下位系統と
    から成る配電系統において、前記交流系統電源から供給される電流と変動負荷の印加
    電圧から前記上位系統の受電無効電力変動ΔQsを検出
    し、前記系統リアクトルのリアクタンスをXs、前記変
    圧器或いはリアクトルのリアクタンスをXTとし、前記
    下位系統に設置された電圧変動抑制装置は、[Xs/XT
    ・ΔQs]なる無効電力を補償することを特徴とする電
    圧変動抑制装置の制御方法。
  2. 【請求項2】 交流系統電源から系統リアクトルを介し
    て給電され且つ少なくとも変動負荷が接続されている上
    位系統と、該上位系統から変圧器或いはリアクトルを介
    して給電され且つ下位負荷が接続されている下位系統と
    から成る配電系統において、 前記変動負荷が接続されている上位系統の母線電圧変動
    ΔVLを検出し、前記変圧器或いはリアクトルのリアク
    タンスをXTとし、前記下位系統に設置された電圧変動
    抑制装置は、[1/XT・ΔVL]なる無効電力を補償す
    ることを特徴とする電圧変動抑制装置の制御方法。
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