JP6467905B2

JP6467905B2 - 系統連系電力変換装置

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Publication number: JP6467905B2
Application number: JP2014256347A
Authority: JP
Inventors: 弘遠藤; 鈴木　明夫; 明夫鈴木
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2019-02-13
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: JP2016119731A

Description

この発明は、交流電力系統に接続された無効電力補償装置を構成するインバータ装置等の系統連系電力変換装置の制御装置への給電に関する。

交流電力系統に連系して使用する無効電力補償装置（ＳＶＣ）として、従来から、特許文献１や非特許文献１に示すようなサイリスタスイッチやインバータ装置等の電力変換装置で構成した無効電力補償装置が知られている。

この非特許文献１に記載されたインバータ装置を備えた無効電力補償装置の構成を図３に示す。

この図３の無効電力補償装置２９は、リアクトル２７、インバータ装置２８、コンデンサＣ、および制御装回路２５で構成され、連系用変圧器２６を介して交流電力系統２１に連系接続されている。そして、制御回路２５には系統２１の電流を検出する電流検出器２２、２３および系統２１の電圧を検出する電圧検出器２４から電流、電圧信号が加えられる。制御回路２５はこれらの信号に基づいて電力系統の補償の必要な無効電力を求め、インバータ２８から所要の無効電力が発生されるようにこれを制御する。これにより交流電力系統２１の無効電力を補償して、系統２１の電圧を維持する。ここで、制御回路２５は電子回路で構成されるので、これを動作させるために、数Ｖから数十Ｖの低圧の直流電源を必要とする。

また、商用の配電系統に適用された無効電力補償装置の例を、図４に示す。

図４に示されるように、商用の配電系統に適用される無効電力補償装置は、無効電力補償装置本体２９、連系変圧器２６、切換開閉器３０から構成され、電柱Ｐ上に配置され、高電圧の配電系統２１に連系接続される。無効電力補償装置本体２９は、図３に示すようにインバータ装置２８、制御回路２５を有し、切換開閉器３０内に内蔵された電圧、電流検出器(２２，２３，２４)により検出された電圧、電流信号に基づいて補償すべき無効電力を求め、これに従ってインバータ回路２８を制御することにより、系統２１の無効電力を補償して電圧を制御する。

このため、無効電力補償装置は、系統２１側から見ると、可変の進相コンデンサや遅相リアクトルが接続されているような動作となる
無効電力補償装置が、高電圧(例えば３０００〜６０００Ｖ)の配電系統２１に適用された場合、補償装置本体２９で発生された４００Ｖの出力を連系用変圧器２６で３０００Ｖまたは６０００Ｖに昇圧して切換開閉器３０を介して系統２１に連系接続する。

無効電力補償装置本体２９内の制御回路２５の動作電源には、配電系統２１の電圧に比してはるかに低いので、通常の柱上変圧器（図示せず）から得られる１００Ｖの交流電力を利用するために、交流１００Ｖの配電線が、無効電力補償装置本体２９に引き込まれる。また、切換開閉器３０内の電圧、電流検出器（２２、２３、２４）から出力される電圧、電流信号を制御回路２５に加えるために点線で示す信号線が切換開閉器３０と無効電力補償装置本体２９との間に配線される。

特開平１０−３２２９１２号公報

「静止型無効電力補償装置の適用効果」、ＮＧＫレビュー、日本碍子株式会社、平成１１年１２月発行、第５８号、ｐ．４９‐５６

前記のように数ｋＶ以上の高圧または特別高圧の配電系統に適用した無効電力補償装置の場合、インバータ装置等の電力変換装置は、系統の高い電圧が適用されるのに対して制御回路２５で必要とする直流電圧は数Ｖから数十Ｖ程度とはるかに小さい。

このため、交流電力系統から制御回路の電力を得るためには、電圧降下用変圧器が必要であり、電圧が高い電力系統ほど大形の変圧器が必要になり、コスト高の要因となる。

この発明は、このような不都合を解決するため、交流電力系統に接続された系統連系電力変換装置の制御回路への低電圧の直流電力を、変圧器を用いないで供給することのできる系統連系電力変換装置を得ることを課題とするものである。

前記の課題を解決するため、この発明は、交流電力系統に接続して使用される系統連系電力変換装置において、前記交流電力系統に、前記系統連系電力変換装置とともに、コンデンサを直列接続して構成したフィルタ回路を並列接続し、このフィルタ回路から交流電力を取り出し、この取り出した交流電力を整流して直流電力に変換して前記系統連系電力変換装置の制御回路に給電することを特徴とするものである。

また、この発明においては、前記フィルタ回路のコンデンサを複数の直列接続したコンデンサで構成し、その１つのコンデンサから交流電力を取り出すようにすることができる。

さらに、前記フィルタ回路に電流変成器を挿入し、この電流変成器から交流電力を取り出すようにすることもできる。

この発明によれば、交流電力系統に電力変換装置とともに接続されたコンデンサとリアクトルを直列接続して構成したフィルタ回路を通して、交流電力系統から交流電力を取り出し、この交流電力を整流して直流電圧に変換して電力変換装置の制御電源回路に給電するようにしているので、制御電源用に高耐圧の降圧用変圧器が不要となり、装置のコストを低減することができる。

この発明の系統連系電力変換装置の第１の実施例を示すブロック回路図。この発明の系統連系電力変換装置の第２の実施例を示すブロック回路図。従来の系統連系電力変換装置の構成を示すブロック回路図。高圧配電系統に適用した従来の系統連系電力変換装置の概略構成図。

この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。

この発明の第１の実施例を図１に示す。

この図１において、１は、交流電力系統である。この交流電力系統１に、無効電力補償装置１０の無効電力を発生する電力変換装置７が接続されるとともに、複数のコンデンサ１３ａ〜１３ｃとリアクトル１２の直列接続回路で構成されたフィルタ回路１１が接続される。フィルタ回路１１は、電力変換装置７のスイッチングによる電力変換動作で発生する高調波成分を吸収し、交流電力系統１の電圧ひずみを抑制するものである。なお、図１ではフィルタ回路１１をコンデンサ１３ａ〜１３ｃとリアクトル１２の直列接続回路としているが、コンデンサ１３ａ〜１３ｃのみで構成してもよい。

無効電力補償装置１０は、電力系統１の電圧を検出する電圧検出器２、電力系統１の電流を検出する電流検出器３および電力変換装置７の電流を検出する電流検出器４を備え、これらの検出器で検出された電圧、電流信号が電力変換装置７の制御回路５に加えられる。制御回路５は、これらの電圧、電流信号に基づいて、電力系統１の補償に必要な無効電力を求め、電力変換装置７がこの求められた無効電力を発生するようにこれを制御する。電力変換装置７は発生した無効電力を電力系統１に供給することにより、電力系統１の無効電力を補償し、系統電圧を安定に保つ。

電力系統１に接続されたフィルタ回路１１は、電力変換装置７が動作していないときは、電力系統１の電圧の基本波によりコンデンサ１３ａ〜１３ｃが充放電される。

ここで、１つのコンデンサ１３ａは電力系統１の電圧を分圧して負担するので、この両端から、低電圧の交流電力を外部へ取り出すことができる。この取り出した交流電力は、整流回路８に加えて整流し、直流電力に変換する。この変換された直流電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ９でその電圧値を所定値に調整して電力変換装置７の制御電源回路６に供給する。この電源回路６は、電力変換装置７の制御回路５に制御電圧を供給して制御回路５を動作させることができる。

電力変換装置７が動作しているときは、この電力変換装置７から電力系統１に加わった高調波が、フィルタ回路１１で吸収され、電力系統１から除かれるだけで、フィルタ回路１１からの給電動作は変わらない。

フィルタ回路１１のコンデンサ１３は、複数直列接続して構成されているが、これは、それぞれが電力系統１の高電圧を分圧して負担して、高電圧に耐えるようにするためである。電力系統１の電圧の大きさによりフィルタ回路１１のコンデンサ１３の直列接続個数が調整されることになる。

また、直列接続されたコンデンサの一部から制御電源回路６に給電するが、電力変換装置７の制御回路６は電子回路で構成されているため消費電力が小さいので、直列コンデンサ間の電圧分担が不平衡となるのは極めて軽微である。

次に、図２に示すこの発明の第２の実施例について説明する。

図２の実施例は、図１の第１の実施例において、フィルタ回路１１の直列接続コンデンサの１つから、制御電源回路６へ給電する代わりに、無効電力補償装置１０と並列にして交流電力系統１に接続されたフィルタ回路１１に、電流変成器１５を挿入し、この電流変成器１５を介してフィルタ回路１１から交流電力を取り出して制御電源回路６へ給電するようにしている。なお、図２ではフィルタ回路１１をコンデンサ１３ａ〜１３ｃとリアクトル１２の直列接続回路としているが、コンデンサ１３ａ〜１３ｃのみで構成してもよい。

電流変成器１５により取り出した交流電力は、第１の実施例と同様に、整流回路８で整流して直流電力に変換し、この変換した直流電力の電圧値をＤＣ−ＤＣコンバータ９により所定の電圧値に調整して、制御電源回路６に供給する。

この制御電源回路６から給電された制御回路５が、電圧検出器２、電流検出３、４から加えられる電圧、電流信号に基づいて、電力変換装置７の動作を制御し、この電力変換装置７で発生される無効電力を調節する。これにより、交流電力系統１の無効電力が補償され、系統電圧が安定に保たれる。

交流電力系統１に接続されたフィルタ回路１１には、電力変換装置７が動作していないときは、電力系統１の電圧の基本波によりコンデンサ１３ａ〜１３ｃが充放電される電流が流れるので、このフィルタ回路１１に挿入された電流変成器１５からこの電流に基づく交流電力が取り出される。この交流電力が整流回路８およびＤＣ−ＤＣコンバータ９を介して制御電源回路６に供給される。

電力変換装置７動作している場合は、この電力変換装置７が発生する高調波が基本波に加わってフィルタ回路１１に流れるだけで、給電動作に影響はない。

１：交流電力系統
２：電圧検出器
３、４：電流検出器
５：制御回路
６：制御電源回路
７：電力変換装置
８：整流回路
９：ＤＣ−ＤＣコンバータ
１０：無効電力補償装置
１１：フィルタ回路
１２：リアクトル
１３（１３ａ−１３ｃ）：コンデンサ

Claims

交流電力系統に接続して使用される系統連系電力変換装置において、前記交流電力系統に、前記系統連系電力変換装置とともに、コンデンサを直列接続して構成したフィルタ回路を並列接続し、このフィルタ回路から交流電力を取り出し、この取り出した交流電力を整流して直流電力に変換して前記系統連系電力変換装置の制御回路に給電することを特徴とする系統連系電力変換装置。
前記フィルタ回路のコンデンサを複数の直列接続したコンデンサで構成し、その１つのコンデンサから交流電力を取り出すようにしたことを特徴とする請求項１に記載の系統連系電力変換装置。
前記フィルタ回路に電流変成器を挿入し、この電流変成器から交流電力を取り出すようにしたことを特徴とする請求項１に記載の系統連系電力変換装置。