JP5018380B2 - 無効電力補償装置の制御方式 - Google Patents

Description

この発明は、半導体装置を用いて電力系統に連系し、電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償装置の制御方式に関する。

図４に、無効電力補償システムの一般的な例を示す。
すなわち、図４の無効電力補償装置１は、電力系統２から系統インピーダンス３を介して負荷４が接続された系統の、上記系統インピーダンス3と負荷４との間に設置され、負荷４によって発生する無効電力を補償する。

無効電力補償装置１はサイリスタ５、リアクトル６、コンデンサ７、制御装置１３などから構成される。直列接続されたサイリスタ５とリアクトル６は、図５に示すように、デルタ結線にて構成されるのが一般的で、サイリスタのオンするタイミングを制御することにより、遅れ無効電力を制御する。

無効電力補償装置１の動作としては、電圧フリッカを補償するために、負荷４が発生する無効電力を補償する。負荷４が発生する無効電力をＱｆ、無効電力補償装置１の無効電力をＱｔ、系統の無効電力をＱｓとすると、Ｑｔ＝Ｑｆとなるように、無効電力補償装置１を制御することで系統の無効電力をＱｓ＝０とし、その結果、系統電圧の電圧変動を抑制でき、電圧フリッカを抑制することができる。

また、負荷によっては、図６に示すように、各相の電流が異なる３相不平衡電流Ia,Ib,Icが流れることがある。この３相不平衡電流は一般に、正相電流(Ipa,Ipb,Ipc)と逆相電流(Ina,Inb,Inc)に分けることができる。逆相電流の変動によっても電圧変動が発生することから、この逆相電流を補償することにより、補償効果をさらに高めることができる。

例えば、特許文献１に開示された、制御装置の具体例を図７に示す。ここでは、ＰＴやＣＴにより系統電圧Vs，負荷電流Ifを検出し、無効電力演算器１０により無効電力Ｑを演算する。検出した無効電力Ｑにゲイン要素１１からのゲインを乗算した結果を、点弧角制御回路１２に入力し、この点弧角制御回路１２でサイリスタを点弧するための点弧角指令αを演算するものである。なお、図７に示す制御装置１３を３つ用い、３相個別に無効電力を求めて補償する。

図７における補償動作について、図８を参照して説明する。図８では、「電力」と等価な「電流」を用いて説明する。
逆相負荷電流Ina,Inb,Incが流れた場合、その線間電流（Δ電流）Inab,Inbc,Incaを図８（ａ）のように求め、このΔ電流から線間電圧Vab,Vbc,Vcaとの直交成分（無効成分）InabQ,InbcQ,IncaQを図８（ｂ）のように抽出する。これらの電流を打ち消すための補償電流を図８（ｃ）のように、Isab= -InabQ、Isbc= - InbcQ（＝０）、Isca= -IncaQとして、無効電力補償装置１を制御することで、負荷電流Ina,Inb,Incは図８（ｄ）のようにIna',Inb',Inc'となり、負荷逆相電流が補償できることになる。

特開平０８−１４０２６８号公報

しかし、上記のようにすると、負荷逆相電流を完全には補償できず、半分の逆相電流が残ってしまうことから、十分な補償ができないと言う問題がある。また、十分な補償をしようとすると別途補償装置を必要とし、コストアップとなる。

したがって、この発明の課題は、特別な補償装置を付加することなく逆相電力の十分な補償を可能とし、補償性能を向上させることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、サイリスタ，リアクトルおよびコンデンサからなり、電力系統に連系されて前記サイリスタのオンするタイミングを制御することにより遅れ無効電力を制御し、電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償装置において、
負荷の無効電力を補償するために、各相個別に検出される系統電圧と負荷電流とから各相ごとに無効電力を演算し、この演算値に３相一括で前記負荷電流より得られる逆相電流と前記系統電圧とから演算される逆相電力を加算することにより、補償すべき無効電力を演算することを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記補償すべき無効電力が、無効電力補償装置の装置容量を超えたときは、前記逆相電力を制限する制限手段を設けることができる（請求項２の発明）。

この発明によれば、各相個別に検出される系統電圧と負荷電流とから無効電力を演算し、この演算値に３相一括で３相負荷電流から演算される逆相電力を加算することにより、補償すべき無効電力を演算するようにしたので、特別な補償装置を付加することなく逆相電力の十分な補償を可能とし、補償性能を向上させることができる。

図１はこの発明の実施の形態を示すブロック図である。
これは、図４に示す制御装置１３に、逆相電力演算器１４およびゲイン（要素）１５を付加したものである。
図１では、まず、下記数１の（１）式によって、負荷電流IfをΔ電流に変換し、この変換された電流値から無効電力演算器１０にて無効電流IabQ,IbcQ,IcaQを求め、系統電圧Vsを乗じて無効電力を演算する。

一方、逆相電力演算器１４は下記数２の（２）式によって、負荷電流Ifから逆相電流を演算し、下記数３の（３）式を用いてInabQ,InbcQ,IncaQを求める。

そして、InabQ,InbcQ,IncaQにゲイン（要素）１５のゲインＫを乗じたものに、IabQ,IbcQ,IcaQを加算することで、下記数４の（４）式のように補償電流Isab,Isbc,Iscaを求め、補償電力を演算する。

ここで、ゲインＫは無効電力演算器１０と逆相電力演算器１４とで共に逆相電力を演算するため、このままでは負荷逆相電流以上の逆相電流を演算し、過補償となるのを防ぐ目的から「０．５」を乗じるようにしている。なお、ゲイン（要素）１１は理想的には「１」であるが、補償性能に応じて設定される。
以上のようにして、図８のような無効電流演算では補償できない逆相電流分の補償が可能となる。

図２にこの発明の別の実施の形態を示す。
これは、図１に示すものに対し、逆相電力加算制限演算器（制限手段：リミッタ）１６と乗算器１７とを付加して構成される。ここで、逆相電力加算制限演算器１６は逆相電力演算器１４の演算結果と、無効電力演算器１０の演算結果とに基づき、逆相電力を制限する量を演算するために設けられる。

例えば図３のように、無効電力演算器１０の演算結果IabQと、逆相電力演算器１４の演算結果にゲインＫを乗じた演算結果Ｋ・InabQが、装置容量範囲を超えてしまうことが考えられる。図３（ａ）はIabQ＋Ｋ・InabQ＞１００％装置容量の場合、図３（ｂ）はIabQ−Ｋ・InabQ≧１００％装置容量の場合を示している。そこで、逆相電力加算制限演算器１６では、無効電力演算器１０の演算結果IabQと、逆相電力演算器１４の演算結果InabQとから、下記（５），（６）式のような演算を行ない、（５），（６）式のいずれか小さい方を出力する。

（１００％装置容量−IabQ）／Ｋ・InabQ （５）
ただし、（１００％装置容量−IabQ）≧Ｋ・InabQの場合は、１．０に制限する。
IabQ／（−Ｋ・InabQ） （６）
ただし、IabQ≧（−Ｋ・InabQ）の場合は、１．０に制限する。

（Ａ）IabQ＝８５％、Ｋ・InabQ＝２０％の場合
この場合、（５）式の値は（１００％−８５％）／２０％＝０．７５で、（６）式は１．０に制限されるので、逆相電力加算制限演算器１６からは最終的に０．７５が出力されることになる。その結果、IabQ＋Ｋ・InabQ＝８５％＋０．７５×２０％＝１００％≦１００％容量とすることができる。

（Ｂ）IabQ＝１５％、Ｋ・InabQ＝−２０％の場合
この場合、（５）式は１．０に制限され、（６）式の値は１５％ ／２０％＝０．７５となるので、逆相電力加算制限演算器１６からは最終的に０．７５が出力されることになる。その結果、IabQ＋Ｋ・InabQ＝１５％＋０．７５×（−２０％）＝０％≧０％容量とすることができる。

以上のように、逆相電力加算制限演算器１６によって、無効電力演算器１０の演算結果IabQと、逆相電力演算器１４の演算結果InabQとの加算値が、装置容量範囲を超えないようにすることができる。

この発明の実施の形態を示すブロック図 この発明の別の実施の形態を示すブロック図 図２の動作説明図 無効電力補償システムの一般的な例を示すブロック図 図４におけるサイリスタとリアクトルの具体例を示す回路図 図４の動作を説明する概要図 引用文献に開示された従来例を示すブロック図 図７の動作を説明する概要図

８…PT（変圧器）CT…変流器、１０…無効電力演算器、１１，１５…ゲイン（要素）、１２…点弧角制御回路、１３…制御装置、１４…逆相電力演算器、１６…逆相電力加算制限演算器、１７…乗算器。

Claims (2)

1. サイリスタ，リアクトルおよびコンデンサ等からなり、電力系統に連系されて前記サイリスタのオンするタイミングを制御することにより遅れ無効電力を制御し、電力系統の電圧変動を抑制する他励式の無効電力補償装置において、
   負荷の無効電力を補償するために、各相個別に検出される系統電圧と負荷電流とから各相ごとに無効電力を演算し、この演算値に３相一括で前記負荷電流より得られる逆相電流と前記系統電圧とから演算される逆相電力を加算することにより、補償すべき無効電力を演算することを特徴とする無効電力補償装置の制御方式。
2. 前記補償すべき無効電力が、無効電力補償装置の装置容量を超えたときは、前記逆相電力を制限する制限手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の無効電力補償装置の制御方式。

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