JP5050622B2 - 電圧変動補償装置の制御方式 - Google Patents

Description

この発明は、電圧変動補償装置の制御方式に関する。

この種の電圧変動補償装置として、例えば特許文献１に開示されている図７に示すものがある。
これは、加算器２４において、無効電力検出器３１Ｄにて検出される無効電力に応じた無効電流指令値ｉＱｏと、逆相電力検出器３１Ｊにて検出される逆相電力に応じた逆相電流指令値ｉＮｏと、フィルタ３２Ａを介して得られる高調波電流指令値ｉＨｏとを加算して総合指令値ｉＣｏを求め、これが負荷と並列に接続された電力変換器の定格電流を超えないよう電流制御するものである。なお、補償電流が装置容量を超えた場合は、無効電流補償ゲインＫＱ、逆相電流補償ゲインＫＮ、高調波電流補償ゲインＫＨに優先順位を付け、優先順位の高いものができるだけ補償されるようにする。

特開平０６−２３３４６４号公報

しかしながら、上記のような方式では、電圧変動補償装置が出力する補償電流を装置容量内に抑えられるが、予め優先順位を付け補償電流成分を選択・制限しているため、アーク炉のように炉の操業状態や溶解する材料等により、負荷としてのアーク炉が発生する無効電流，逆相電流，高調波電流が大幅に異なる場合には、予め決定した優先順位では、受電点の電圧変動を最適補償できるとは限らず、その結果、電圧変動規制値やフリッカ規制値を満足できない場合がある。そのため、電圧変動規制値やフリッカ規制値を満足させるべく、装置容量を大きくしなければならないという問題が発生する。

したがって、この発明の課題は、特に装置容量を大きくすることなく、電圧変動やフリッカを最小となるようにすることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、補償容量が電圧変動補償装置の補償容量を超えた場合に、電圧変動補償装置が電圧変動を補償するために出力する無効電流，逆相電流および高調波電流の合成値が装置用領内となるように制限することを特徴とする。この制限は、装置内に補償対象の模擬系統を想定し、この模擬系統に対して例えば無効電流，逆相電流および高調波電流の順で補償を行なう第１の補償順位パターン、逆相電流，無効電流および高調波電流の順で補償を行なう第２の補償順位パターン、無効電流，逆相電流および高調波電流を同順位とし同じ比率で補償を行なう第３の補償順位パターン、のいずれかで補償電流を与えた場合の受電点の電圧変動を模擬電力系統のインピーダンスをもとに演算し、その演算値が最小となる補償順位パターン対応の補償電流値に制限するものである。

上記請求項１の発明においては、フリッカ値（ΔＶ１０）を演算する演算器を設け、このフリッカ値が最も小さくなるように無効電流，逆相電流および高調波電流の補償配分を求め、求めた値を電流指令として電圧変動補償を行なうことができる（請求項２の発明）。

この発明によれば、補償容量が電圧変動補償装置の容量を超過した場合でも、最適な電圧変動補償を可能とし補償性能の低下を最小限に抑制できる。その結果、装置容量を従来より小さくしても同等の性能を確保でき、装置の小型化，低価格化が可能となる。

図１はこの発明の実施の形態を示すブロック図、図２は電圧変動補償装置を備えた一般的な系統構成図である。
図２に示すように、電圧変動補償装置１（ＩＮＶ）は、連系インピーダンスＬを介して系統２（Ｖｓ）と連系し、負荷３を流れる負荷電流ＩＬに含まれる無効電流，逆相電流および高調波電流を補償する補償電流ＩＣを出力することにより、受電点Ａの電圧変動を補償する。

図示されない検出器にて検出された負荷電流ＩＬの各相成分をＩａ，Ｉｂ，Ｉｃとし、これを正相成分と逆相成分とに分離して表現すると、数１の（１）式のようになる。この（１）式のＩｐは正相成分電流波高値、Ｉｎは逆相成分電流波高値、φＰは正相成分電流位相差、φＮは逆相成分電流位相差、ωは系統の基本角周波数をそれぞれ示す。

上記（１）式で示される各相電流成分に対し、図１の三相／二相変換器１１、正相ベクトル演算器１２および逆相ベクトル演算器１３では、それぞれ数２〜数４の（２）〜（４）式のような変換行列による変換が行なわれ、α，β軸成分Ｉα，Ｉβ、正相電流のｄ，ｑ軸成分Ｉｄｐ，Ｉｑｐ、逆相電流のｄ，ｑ軸成分Ｉｄｎ，Ｉｑｎがそれぞれ求められる。

ここで、（１）式を（２）式に代入すると、数５の（５）式が得られる。

（５）式を（３）式に代入すると、数６の（６）式が得られる。

また、（５）式を（６）式に代入すると、数７の（７）式が得られる。

上記（６），（７）式のように三相電流または電圧に正相分と逆相分が存在するとき、正相ベクトル演算器１２の出力には逆相分が、また逆相ベクトル演算器１３の出力には正相分が、それぞれ系統の２倍の周波数リプルとして含まれることが分かる。半周期移動平均フィルタ１４ではこの２倍の周波数リプルを除去し、正相ｄ軸（有効）電流，正相ｑ軸（無効）電流の直流分Ｉｄｐ１，Ｉｑｐ１、逆相ｄ軸（有効）電流，逆相ｑ軸（無効）電流の直流分Ｉｄｎ１，Ｉｑｎ１を求める。

求めた各電流を正相逆ベクトル演算器（逆相ベクトル演算器１３と同じ演算を行なう）１５ａ，１５ｂ、逆相逆ベクトル演算器１６（正相ベクトル演算器１２と同じ演算を行なう）を用いて再度交流量に変換する。演算器１５ａの出力は変換器１７ａにて二相／三相変換された後、負荷電流ＩＬから減算することにより、高調波電流補償指令Ｉｈ^*となる。同様に、逆相逆ベクトル演算器１６の出力は変換器１７ｂにて二相／三相変換された後、逆相電流補償指令Ｉｎ^*となり、正相逆ベクトル演算器１５ｂの出力は変換器１７ｃにて二相／三相変換された後、無効電流補償指令Ｉｐ^*となる。
そして、これらＩｐ^*，Ｉｎ^*およびＩｈ^*の合計値（合成値）Ｉ^*が装置容量（＝１）を超過したら、以下のように制限する。

図３〜５は補償配分パターン演算器１８ａ〜１８ｃの具体例を示す構成図で、ここでは図１の演算器１８ａは図３に、同１８ｂは図４に、また同１８ｃは図５にそれぞれ対応するものとする。なお、図３〜５のＬＭはリミッタ、ＡＢは絶対値演算器、ＩＮは符号反転器、ＤＩは割算器、ＭＵは掛算器、２１は模擬系統を示す。

図３は無効電流Ｉｐ，逆相電流Ｉｎ，高調波電流Ｉｈの順で補償を行なうように、優先順位を付けた例である（第１の補償順位パターン）。この場合、まず無効電流Ｉｐが１以下ならばすべて補償し、１以上ならば１で制限して無効電流補償指令Ｉｐ１^*とする。次に、逆相電流Ｉｎが、無効電流を補償した残りの容量（＝１−Ｉｐ１^*）以下ならばすべて補償し、それ以上ならば無効電流を補償した残りの容量で制限して、逆相電流補償指令Ｉｎ１^*とする。さらに、高調波電流Ｉｈが、無効電流と逆相電流を補償した残りの容量（＝１−Ｉｐ１^*−Ｉｎ１^*）以下ならばすべて補償し、それ以上ならば無効電流と逆相電流を補償した残りの容量で制限して、高調波電流補償指令Ｉｈ１^*とする。

図４は逆相電流Ｉｎ，無効電流Ｉｐおよび高調波電流Ｉｈの順で補償を行なうように、優先順位を付けた例である（第２の補償順位パターン）。この場合、まず逆相電流Ｉｎが１以下ならばすべて補償し、１以上ならば１で制限して逆相電流補償指令Ｉｎ１^*とする。次に、無効電流Ｉｐが、逆相電流を補償した残りの容量（＝１−Ｉｎ１^*）以下ならばすべて補償し、それ以上ならば逆相電流を補償した残りの容量で制限して、無効電流補償指令Ｉｐ１^*とする。さらに、高調波電流Ｉｈが、逆相電流と無効電流を補償した残りの容量（＝１−Ｉｎ１^*−Ｉｐ１^*）以下ならばすべて補償し、それ以上ならば逆相電流と無効電流を補償した残りの容量で制限して、高調波電流補償指令Ｉｈ１^*とする。

図５は無効電流Ｉｐ，逆相電流Ｉｎ，高調波電流Ｉｈを同一の順位で補償を行なうもので、無効電流Ｉｐと逆相電流Ｉｎと高調波電流Ｉｈの合計値（合成値）が１以下になるように制限し、各電流に同じ比率を乗じて無効電流補償指令Ｉｐ１^*，逆相電流補償指令Ｉｎ１^*および高調波電流補償指令Ｉｈ１^*を得る点が特徴である（第３の補償順位パターン）。

以上のようにして得た電流補償指令Ｉｐ１^*，Ｉｎ１^*およびＩｈ１^*を合成して合成電流指令Ｉ^*を求め、このＩ^*を負荷電流ＩＬから減算し、その演算結果に電流系統を模擬したインピーダンス（模擬系統２１）を乗じることで、図２の受電点Ａの電圧変動量ΔＶを推測する。そして、３つの補償順位パターンの中からΔＶが最も小さくなる補償順位パターンを最小選択器１９により選択し、その補償パターンに対応する合成電流指令Ｉ^*を切替え器により選び、電圧変動補償装置の電流指令とすることにより、受電点Ａの電圧変動量ΔＶを補償する。
このようにして、補償電流が装置容量を超過した場合でも、系統の電圧を最適に抑制することができる。

図６はこの発明の別の実施形態を示すブロック図である。
同図からも明らかなように、図１に示すものに対しΔＶ１０演算器１０ａ〜１０ｃを付加して構成される。ここに、ΔＶ１０は一般にフリッカ値と呼ばれ、電圧変動率にちらつき視感度係数ａｎを乗じて求められる。ここでは、演算器１８ａ〜１８ｃの出力にちらつき視感度係数ａｎを乗じて、ΔＶ１０を求めるようにしている。

この発明の実施の形態を示すブロック図 図１の電圧変動補償装置が適用されるシステム構成図 第１補償パターン演算器を示す構成図 第２補償パターン演算器を示す構成図 第３補償パターン演算器を示す構成図 この発明の別の実施の形態を示すブロック図 従来例を示すブロック図

符号の説明

１…電圧変動補償装置、２…系統、２１…模擬系統、３…負荷、１０ａ〜１０ｃ…ΔＶ１０演算器、１１…三相／二相変換器、１２…正相ベクトル演算器、１３…逆相ベクトル演算器、１４…半周期移動平均フィルタ、１５ａ，１５ｂ…正相逆ベクトル演算器、１６…逆相逆ベクトル演算器、１７ａ〜１７ｃ…二相／三相変換器、１８ａ〜１８ｃ…補償パターン演算器、１９…最小値選択器、ＬＭ…リミッタ、Ａ，Ｂ…絶対値演算器、ＩＮ…極性反転器、ＤＩ…割算器、ＭＵ…掛算器、Ａ…受電点。

Claims (2)

1. 系統に連系された負荷が発生する無効電流，逆相電流および高調波電流を補償することにより電圧変動を補償する電圧変動補償装置において、
   装置内に補償対象の模擬系統を備え、補償容量が前記電圧変動補償装置の装置容量を超えたとき、電圧変動補償装置が電圧変動を補償するために出力する無効電流，逆相電流および高調波電流の合成値が装置容量内となるように制限するとともに、この制限時に無効電流，逆相電流および高調波電流の補償順位パターンを定め、補償順位パターン毎に模擬電力系統のインピーダンスをもとに受電点の電圧変動を演算し、その演算値が最小となる補償順位パターンでの電流の補償配分を求め、求めた値を電流指令として電圧変動補償を行なうことを特徴とする電圧変動補償装置の制御方式。
2. 前記受電点のフリッカ値を演算する演算器を設け、このフリッカ値が最も小さくなるように無効電流，逆相電流および高調波電流の補償配分を求め、求めた値を電流指令として電圧変動補償を行なうことを特徴とする請求項１に記載の電圧変動補償装置の制御方式。

Images