JP4488846B2 - Control method of static reactive power compensator - Google Patents
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Description
本発明は静止形無効電力補償装置の制御方法に係わり、特に既設の自動電圧調整装置に併設される静止形無効電力補償装置の制御方法に関するものである。 The present invention relates to a method for controlling a static reactive power compensator, and more particularly, to a method for controlling a static reactive power compensator provided in an existing automatic voltage regulator.
配電系統には、電圧変動の抑制や電圧安定化を目的として無効電力補償装置が設置されている。この無効電力補償装置としては、タップ付きトランスを使用したSVR(Step Voltage Regulator:自動電圧調整装置)のような機械式の装置と電力半導体素子を使用した静止形のものとが存在している。
これら無効電力補償装置のうち、SVRの場合には機械式接点制御となるために急激な変動には追従できなく、また、静止形無効電力補償装置の場合には、その高速応答性と繰り返し動作が可能のことから、配電系統における電圧変動対策としては、SVRに比較して電圧変動に対するより有効な解決方法となっている。
その反面、静止形のものは、電力半導体素子を適用しているので、SVR等の機械式の装置と比較すると高価となる場合が多い。
したがって、既設のSVRに併設して小容量・短時間動作の静止形無効電力補償装置を設け、SVRでは対応できない急激な変動を静止形無効電力補償装置にて補償し、緩やかな電圧変動に対してはSVR等で補償する方法が特許文献1等によって知られている。
Among these reactive power compensators, in the case of SVR, since it is a mechanical contact control, it cannot follow rapid fluctuations, and in the case of a static reactive power compensator, its fast response and repetitive operation Therefore, as a countermeasure against voltage fluctuation in the distribution system, it is a more effective solution to voltage fluctuation than SVR.
On the other hand, since the power semiconductor element is applied to the stationary type, it is often more expensive than a mechanical device such as SVR.
Therefore, a static reactive power compensator with small capacity and short-time operation is provided alongside the existing SVR, and sudden fluctuations that cannot be handled by the SVR are compensated by the static reactive power compensator, so For example,
特許文献1のものは、無効電力制御用のリアクトルと直列に接続された位相制御スイッチを制御するために、配電系統の無効電力を検出し、設定電圧に対して常に電圧一定制御を継続しながら、緩やかな負荷変動に対しては設定電圧を変化させて無効電力出力を目標範囲内に保持し、急激な負荷変動に対しては、静止形無効電力電圧補償装置で保持されている無効電力容量を活用して電圧変動を抑えるようにしたものである。このため、この制御方法の場合、無効電力検出装置等が必要となっている。
In
そこで、本発明が目的とするところは、無効電力補償装置の電圧指令値を演算する際には、補償無効電力を参照することなく制御を可能とし、且つ他の電圧調整装置と自律的に協調動作可能な静止形無効電力補償装置の制御方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to enable control without referring to the compensation reactive power when calculating the voltage command value of the reactive power compensation device, and to cooperate autonomously with other voltage regulation devices. An object of the present invention is to provide a control method for an operable static reactive power compensator.
本発明の第1は、配電系統に静止形のインバータを有する無効電力補償装置を接続し、制御部及びインバータを介して生成された無効電力量を配電系統に供給するものにおいて、
前記配電系統の電圧を導入して移動基準電圧を生成する移動基準電圧生成部と、この移動基準電圧と固定基準電圧とを比較して大きい方を選択する上限設定部、及び小さい方を選択する下限設定部よりなる電圧指令値演算部とを備え、上限設定部と下限設定部との各出力信号と前記系統電圧との大小関係によって電圧指令値を決定することを特徴としたものである。
本発明の第2は、前記電圧指令値演算部の上限設定部の出力に不感帯幅設定値dVを加算した値をVhighとし、前記下限設定値より不感帯幅設定値を減じた値をVlowとし、それぞれの値と系統電圧Vとの大小関係により電圧指令値を決定することを特徴としたものである。
本発明の第3は、前記電圧指令値演算部からの電圧指令値Vcは、Vhigh<V時はVc=Vhigh、Vhigh−dV<V<Vhigh時はVcを変更せず、 Vlow+dV<V<Vhigh−dV時にはVc=V、Vlow<V<Vlow+dV時には Vcを変更せず、V<Vlow時はVc=Vlowとしたことを特徴としたものである。
本発明の第4は、前記電圧指令値は、系統電圧の変動に対して緩やかに変動させることを特徴としたものである。
本発明の第5は、前記静止形無効電力補償装置は、自動電圧調整装置と併設されることを特徴としたものである。
In the first aspect of the present invention, a reactive power compensator having a stationary inverter is connected to a power distribution system, and the reactive power amount generated via the control unit and the inverter is supplied to the power distribution system.
A moving reference voltage generating unit that generates a moving reference voltage by introducing a voltage of the distribution system, an upper limit setting unit that compares the moving reference voltage with a fixed reference voltage and selects a larger one, and selects a smaller one A voltage command value calculation unit including a lower limit setting unit, and the voltage command value is determined according to the magnitude relationship between the output signals of the upper limit setting unit and the lower limit setting unit and the system voltage.
According to a second aspect of the present invention, a value obtained by adding a dead band setting value dV to the output of the upper limit setting unit of the voltage command value calculation unit is Vhigh, and a value obtained by subtracting the dead band setting value from the lower limit setting value is Vlow. The voltage command value is determined by the magnitude relationship between each value and the system voltage V.
According to a third aspect of the present invention, the voltage command value Vc from the voltage command value calculation unit is Vc = Vhigh when Vhigh <V, Vc is not changed when Vhigh−dV <V <Vhigh, and Vlow + dV <V <Vhigh. Vc = V when -dV, Vc is not changed when Vlow <V <Vlow + dV, and Vc = Vlow when V <Vlow.
A fourth aspect of the present invention is characterized in that the voltage command value is gradually changed with respect to the fluctuation of the system voltage.
According to a fifth aspect of the present invention, the static reactive power compensator is provided together with an automatic voltage regulator.
以上のとおり、本発明によれば、無効電力補償装置の電圧指令値を演算するに際して、補償するための無効電力を参照することなく演算できるため演算部分が簡単となり、また、この電圧指令値を系統電圧の変動に対して緩やかに変化させることで、SVR等の電圧調整装置と組み合わせた場合、速い変動に関しては無効電力補償装置によって補償し、緩やかな変動はにSVR等によって補償することが可能になる。 As described above, according to the present invention, when calculating the voltage command value of the reactive power compensator, the calculation can be simplified without referring to the reactive power for compensation, and the voltage command value can be calculated. When combined with a voltage regulator such as SVR, it is possible to compensate for fast fluctuations with a reactive power compensator and compensate for moderate fluctuations with SVR, etc. become.
図1は、無効電力補償装置の構成図を示したもので、SVR等の既設の電圧調整装置は省略して図示している。1は一次側が配電系統に接続された連系変圧器、2はリアクトル、3は電力変換装置で、ここでは自励式インバータが使用されるが、この電力変換装置3としては、高調波電流を補償するアクティブフィルタや不平衡電流補償機能を有した多機能の補償装置、及びサイリスタとリアクトルの組み合わせによる無効電力補償装置でもよい。この電力変換装置3は、リアクトル2,連系変圧器1を介して配電系統との電力の授受を実行する。4は制御部で、連系変圧器1の一次側電圧Vとリアクトル2を流れた電流Iをそれぞれ導入して電力変換装置3の制御信号を演算する。そして、1〜4によって静止形の無効電力補償装置が構成される。
FIG. 1 shows a configuration diagram of a reactive power compensator, in which an existing voltage regulator such as SVR is omitted.
本発明における無効電力補償装置は、系統電圧に合わせて緩やかに変化する移動基準電圧に対して、不感帯分の電圧差を残して一致するように系統電圧を制御するものである。すなわち、高速な変動のみを補償し、低速な変動は既設のSVR等によって補償させる。また、系統電圧と固定基準電圧との差が許容電圧幅を超えた場合は、装置容量の範囲内で系統電圧が許容電圧範囲に入るよう制御することで、低速な電圧変動であっても、変動幅が大きい場合には、本発明による無効電力補償装置によって補償を行うようにしたものである。
図2は移動基準電圧の演算回路と動作範囲の説明図で、(a)は演算回路、(b)は変動範囲を示したものである。検出された配電系統の電圧(実効値)Vは、ローパスフィルタ21を通ってリミッタ回路22に導入され、移動基準電圧Vrefとして出力される。このリミッタ回路22は、移動基準電圧Vrefの生成部となる。ここで、固定基準電圧をV0、不感帯幅をdV、許容電圧をdVlimとすると、Vrefの移動許容電圧の変動幅は図2(b)のようになる。
すなわち、移動基準電圧Vrefは、系統電圧Vに対して遅れをもって追従し、且つリミッタ回路22により、V0−(dVlim−dV)〜V0+(dVlim−dV)の範囲で変化する。
なお、不感帯幅dVとしては、系統電圧Vが固定基準電圧V0から離れる所定の範囲と、移動基準電圧Vrefの移動上限範囲と系統電圧Vの上下限値間に設けられ、系統電圧Vの上下限値と固定基準電圧V0間が許容電圧幅Vlimとなっている。
The reactive power compensator according to the present invention controls the system voltage so that the moving reference voltage that changes gently according to the system voltage is matched with the voltage difference corresponding to the dead band. That is, only high-speed fluctuations are compensated, and low-speed fluctuations are compensated by an existing SVR or the like. In addition, when the difference between the system voltage and the fixed reference voltage exceeds the allowable voltage range, by controlling the system voltage to enter the allowable voltage range within the device capacity range, When the fluctuation range is large, compensation is performed by the reactive power compensator according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a calculation circuit and an operation range of the moving reference voltage. The detected voltage (effective value) V of the distribution system is introduced into the
That is, the movement reference voltage Vref follows the system voltage V with a delay, and is changed by the
The dead band width dV is provided between a predetermined range in which the system voltage V is separated from the fixed reference voltage V 0 , a moving upper limit range of the moving reference voltage Vref, and an upper and lower limit value of the system voltage V. The allowable voltage width Vlim is between the lower limit value and the fixed reference voltage V0.
図3は、制御回路4の具体的な制御ブロック図を示したものである。
20は後述する電圧指令値演算部で、この演算部20において演算された値が電圧指令値Vcとして加算部10に出力され、検出された系統電圧Vとの偏差が求められる。この偏差信号は制御ゲイン部11に出力されて所定のゲインとされた後にリミッタ回路12に出力される。リミッタ回路12は無効電流を制限するためのもので、無効電力補償装置の容量に応じて制限を加え、固定基準電圧V0から離れる方向には補償は行わない機能、すなわち、V<V0の場合には電圧下げ方向の補償は実行しない機能を持たせており、このリミッタ回路12から補償電流指令値として電流制御部13に出力される。電流制御部13には、検出された電力変換装置(自励式インバータ)3の出力電流が入力され、各入力信号に基づいてインバータの電圧指令値が演算される。14はインバータのPWM制御回路で、このPWM制御回路は電圧指令値に基づいてPWM制御信号を生成し、インバータのスイッチング素子用ゲート信号としてインバータに出力し、このインバータを電流源として動作させる。
FIG. 3 shows a specific control block diagram of the
電圧指令演算部20は図4のように構成されている。21,22は図2(a)で示したローパスフィルタとリミッタ回路の移動基準電圧生成部で、この生成部から出力された移動基準電圧Vrefは、上限設定部23と下限設定部24との各一方の端子にそれぞれ印加される。また、各設定部23,24の他方の端子には、固定基準電圧V0がそれぞれ印加されている。上限設定部23は、入力された移動基準電圧Vrefと固定基準電圧V0のうち大きい方の値を選択し、加算部25において選択値に不感帯幅dVを加えたものを電圧Vhighとされる。また、下限設定部24では、移動基準電圧Vrefと固定基準電圧V0のうちから小さい方の値を選択し、加算部26においてこの選択値から不感帯幅dVを減じたものを電圧Vlowとして出力する。27は選択部で、この選択部において系統電圧VとVhigh、Vlowとの大小関係により電圧指令値Vcを決定する。
The voltage
図5は電圧指令値演算部の演算結果に伴う判定区分図で、電圧値Vhighと系統電圧Vとの関係が、No.1〜No.5の状態に区分され、各状態に対応して制御目標となる電圧指令値Vcが選択され出力される。
すなわち、電圧指令値演算部20により演算された電圧値Vhighと系統電圧Vとの関係が、Vhigh<Vのとき(No.1)には、Vc=Vhighを電圧指令値として加算部10に出力され系統電圧Vとの偏差信号が得られる。また、No.2のようにVhigh−dV<V<VhighのときにはVcは変更しなく、以下図5のNo3〜No5で示すような演算を実行する。
FIG. 5 is a determination division diagram according to the calculation result of the voltage command value calculation unit. The relationship between the voltage value Vhigh and the system voltage V is divided into No. 1 to No. 5 states, and control is performed corresponding to each state. A target voltage command value Vc is selected and output.
That is, when the relationship between the voltage value Vhigh calculated by the voltage command
図6は、図5の判定区分に基づく具体的な動作モードである。ここでは、初期条件として、系統電圧Vが固定基準電圧V0に一致しているものとする。このときは、Vref=V0,Vlow=V0−dV,Vhigh=V0+dVである。
例えば、負荷投入などによって系統電圧VがVlow以下に低下すると、無効電力補償装置は目標電圧Vc=Vlowに向けて電圧上げ補償を開始する。図6(a)は系統電圧Vが、時刻t0でV0−dVlim<V<V0−dVに低下した場合で、無効電力補償装置(SVC)は目標電圧Vc=Vlowに向けて電圧上げ補償を開始する。この電圧上げ制御開始後の時刻t1となると、時間の経過に伴って移動基準電圧Vrefが次第に低下するため、電圧指令値演算部20からの出力Vlowも次第に低下してV=Vlowとなった時刻t2の時点で次第に補償電流が絞られる(実際の動作としては、V=Vlowを保ったままVが低下する)。やがては、無効電力補償装置の補償電流は0となるが、補償電流0となった時点で、V>V0−dVlim(Vlow=V0−dVlim+dV)となっていれば、以後は無効電力補償装置による補償動作は行わない。しかし、V=V0−dVlimとなったとき、無効電力補償装置による補償電流が0になっていなければ、図6(b)で示すように無効電力補償装置及びSVCは補償動作を継続する。
FIG. 6 shows a specific operation mode based on the determination category of FIG. Here, as an initial condition, it is assumed that the system voltage V matches the fixed reference voltage V0. At this time, Vref = V0, Vlow = V0-dV, and Vhigh = V0 + dV.
For example, when the system voltage V drops below Vlow due to loading or the like, the reactive power compensator starts compensation for voltage increase toward the target voltage Vc = Vlow. FIG. 6A shows the case where the system voltage V drops to V0−dVlim <V <V0−dV at time t0, and the reactive power compensator (SVC) starts compensation for increasing the voltage toward the target voltage Vc = Vlow. To do. At time t1 after the start of this voltage increase control, the movement reference voltage Vref gradually decreases with the passage of time, and therefore the output Vlow from the voltage command
図6(c)は、SVCの補償中に負荷が緩やかに減少した場合の動作モードである。すなわち、無効電力補償装置並びにSVCが補償動作を実行している時刻t1より負荷が減少などして系統電圧Vが緩やかに上昇しようとした場合、無効電力補償装置は、時刻t1から補償電流が0になるまで目標電圧Vc一定で動作し、時刻t2で補償電流0となると補償を停止する。その後、系統電圧Vは緩やかに固定基準電圧V0向かって上昇し、時刻t3で一定となる。
図6(d)は無効電力補償装置の補償動作中に、V<V0となった場合を示したものである。補償中である時刻t1で、併設されるSVRの電圧上げ動作や負荷解放などにより系統電圧Vがステップ状に上昇し、その上昇幅が小さくて固定基準電圧V0以下であった場合には、目標電圧一定で動作する。
図6(e)無効電力補償装置の補償動作中の時刻t1に、SVRの電圧上げ動作や負荷解放などにより系統電圧Vがステップ状に上昇し、その上昇幅が大きくて固定基準電圧を超えた場合を示したものである。この場合、無効電力補償装置による補償動作は中止する。
以上のように、図5で示す判断区分に対応して無効電力補償装置は補償動作を実行する。
FIG. 6C shows an operation mode in the case where the load gradually decreases during the SVC compensation. That is, when the system voltage V is about to rise gradually due to a decrease in load or the like from time t1 when the reactive power compensator and the SVC are performing the compensation operation, the reactive power compensator has a compensation current of 0 from time t1. The operation is performed at a constant target voltage Vc until the compensation current is reached. When the compensation current becomes 0 at time t2, the compensation is stopped. Thereafter, the system voltage V gradually increases toward the fixed reference voltage V0 and becomes constant at time t3.
FIG. 6D shows a case where V <V0 during the compensation operation of the reactive power compensator. At the time t1 during compensation, when the system voltage V rises stepwise due to the voltage increase operation of the SVR and load release, etc., and the increase width is small and is below the fixed reference voltage V0, the target Operates at a constant voltage.
FIG. 6 (e) At time t1 during the compensation operation of the reactive power compensator, the system voltage V rises stepwise due to the SVR voltage raising operation or the load release, and the rise is large and exceeds the fixed reference voltage. The case is shown. In this case, the compensation operation by the reactive power compensator is stopped.
As described above, the reactive power compensator performs the compensation operation in accordance with the judgment category shown in FIG.
1…連系変圧器
2…リアクトル
3…自励式インバータ
4…制御回路
11…制御ゲイン
12…リミッタ
13…電流制御部
14…PWM制御回路
20…電圧指令値演算部
21…ローパスフィルタ
22…リミッタ
23…上限設定部
24…下限設定部
25、26…加算部
27…選択部
1 ... Interconnection transformer
2 ... Reactor
3 ... Self-excited inverter
4 ... Control circuit
11 ... Control gain
12 ... Limiter
13 ... Current controller
14 ... PWM control circuit
20 ... Voltage command value calculation unit
21 ... Low-pass filter
22 ... Limiter
23 ... Upper limit setting section
24 ... Lower limit setting section
25, 26 ... adder
27 ... Selection part
Claims (5)
前記配電系統の電圧を導入して移動基準電圧を生成する移動基準電圧生成部と、この移動基準電圧と固定基準電圧とを比較して大きい方を選択する上限設定部、及び小さい方を選択する下限設定部よりなる電圧指令値演算部とを備え、上限設定部と下限設定部との各出力信号と前記系統電圧との大小関係によって電圧指令値を決定することを特徴とした静止形無効電力補償装置の制御方法。 In the case of connecting a reactive power compensator having a stationary inverter to the distribution system and supplying the reactive power generated through the control unit and the inverter to the distribution system,
A moving reference voltage generating unit that generates a moving reference voltage by introducing a voltage of the distribution system, an upper limit setting unit that compares the moving reference voltage with a fixed reference voltage and selects a larger one, and selects a smaller one A static reactive power comprising a voltage command value calculation unit comprising a lower limit setting unit, wherein the voltage command value is determined by the magnitude relationship between each output signal of the upper limit setting unit and the lower limit setting unit and the system voltage. Compensation device control method.
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