JP6909867B2 - 電圧補償装置 - Google Patents
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Description
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
図1は、本実施形態に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。
図2は、本実施形態の電圧補償装置の一部である制御部を例示するブロック図である。
本実施形態の電圧補償装置1の構成について説明する。
図1に示すように、本実施形態の電圧補償装置1は、電圧補償部10と、制御部80と、を備える。電圧補償部10は、直列変圧器11,13,15と、第1電力変換器20と、第2電力変換器30と、並列変圧器41,42と、インダクタ51,52と、電流検出器61,62と、交流電圧検出器71,72と、直流電圧検出器75と、を含む。電圧補償装置1は、電圧補償部10によって電力系統に直列に接続される。電力系統は、U相、V相およびW相からなる三相交流の配電系統である。以下では、電力系統に直列に接続された電圧補償装置1から見て、変電所側を上流、需要者側を下流と呼ぶこととする。電圧補償装置1は、U相の上流6aと入力端子2aで接続され、U相の下流7aと出力端子3aで接続されている(u相)。電圧補償装置1は、V相の上流6bと入力端子2bで接続され、V相の下流7bと出力端子3bで接続されている(v相)。電圧補償装置1は、W相の上流6cと入力端子2cで接続され、W相の下流7cと出力端子3cで接続されている(w相)。電圧補償装置1は、電力系統の上流6a〜6cおよび下流7a〜7cの電圧の上昇あるいは低下を検出して、目標値の範囲内となるように電力系統の電圧を補償する。
図3(a)には、図2の補償電圧演算器95の構成例が模式的に示されている。
図3(a)に示すように、補償電圧演算器95は、系統電圧を演算する演算部96aと、補償電圧特性が設定された設定部96bと、を含む。演算部96aには、LPF93の出力が接続されており、系統電圧の正相電圧のd軸成分VDneが入力される。演算部96aには、あらかじめ設定された系統正相電圧のd軸目標値VDn*が入力されている。演算部96aは、d軸成分VDneおよびd軸目標値VDn*に所定の定数を乗じて、系統電圧VSおよび目標電圧VS*を実効値として算出する。
図3(b)は、設定部の設定例を示すグラフである。
図3(b)に示すように、設定部96bは、系統電圧VSに対する補償電圧VCのデータを有する。このようなデータは、たとえばテーブルとして、第1制御回路81が記憶部(図示せず)に記憶している。あるいは、データは、後述する不平衡電圧補償優先範囲を設定することによって、自動的に生成されるようにしてもよい。
本実施形態の電圧補償装置1は、電力系統の上流側の各相電圧にもとづいて、所定の相電圧になるように相ごとに電圧を補償する。下流側の相電圧が所定の値よりも低い場合には、所定の値になるように補償電圧を加算する。下流側の相電圧が所定の値以上の場合には、所定の値になるように補償電圧を減算する。
図4は、比較例の電圧補償装置を例示するブロック図である。
図4に示すように、比較例の電圧補償装置200は、直列変圧器211,213,215と、タップ切替回路220a,220bと、並列変圧器241,242と、交流電圧検出器271〜274と、制御部280とを有する。比較例の電圧補償装置200では、直列変圧器211,213,215の一次巻線は、電力系統の各相に直列に接続されている。直列変圧器211,213,215の各二次巻線の一端は、互いに接続されている。直列変圧器211の二次巻線の他端は、タップ切替回路220aの一方の端子に接続されている。直列変圧器213の二次巻線の他端は、タップ切替回路220aの他方の端子に接続されている。直列変圧器213の二次巻線の他端は、また、タップ切替回路220bの一方の端子にも接続されている。直列変圧器215の二次巻線の他端は、タップ切替回路220bの他方の端子に接続されている。
図5は、本変形例の電圧補償装置1aを例示するブロック図である。
直列変圧器11,13,15の二次巻線11s,13s,15sは、スター結線されている。二次巻線11s,13s,15sは、スター結線に限らず、デルタ結線とすることもできる。
本変形例の電圧補償装置1aでは、直列変圧器11,13,15の二次巻線11s,13s,15sの結線以外は、第1の実施形態の電圧補償装置1と同一であり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
第1電力変換器20の出力にスター結線の直列変圧器を接続した場合には、二次巻線の一方の端子を第1電力変換器20の出力に接続するので、結線作業が容易になるとの利点がある。その一方で、スター結線では、二次巻線の他方の端子を互いに接続して中性点とするが、中性点が他に接続されず、変圧器の非線形性等により電圧歪が発生したときに、電流を他に流すことができないため、電圧歪現象が解消されにくいとの問題を生ずることがある。
図6は、本実施形態の電圧補償装置の一部を例示するブロック図である。
図6には、本実施形態の場合の補償電圧演算器195の構成要素の例が模式的に示されている。
図6に示すように、補償電圧演算器195は、系統電圧を演算する演算部196aと、補償電圧特性が設定された設定部96bと、を含む。本実施形態では、演算部196aの構成が上述の他の実施形態の場合と相違し、他の構成要素については、上述の他の実施形態の場合と同一である。
図7は、本実施形態の電圧補償装置の一部を例示するブロック図である。
図7には、第1制御回路81bの一部が示されている。図に示されていないdq−abc変換回路97,107の出力以降は、上述した第1の実施形態等の場合と同じである。
上述の他の実施形態では、不平衡電圧補償優先範囲以内において、正相電圧に対応する補償を実質的に実行せず、逆相電圧に対応する補償によって不平衡電圧補償を行う場合について説明した。本実施形態では、さらに詳細に正相電圧に対応する補償と逆相電圧に対応する補償とを優先順位付けして、より高精度な電圧補償を実行する場合について説明する。上述したように、第1電力変換器20が出力できる電圧には上限があるので、たとえば、正相電圧補償範囲において、d軸成分およびq軸成分の優先順付けを行い、さらに、正相電圧補償および逆相電圧補償の間の優先順位付けを行う。
図8(a)および図8(b)は、本実施形態の電圧補償装置の動作を説明するための概念図である。
この実施形態の電圧補償装置では、正相d軸成分の大きさが不平衡電圧補償範囲以内の場合には、正相d軸成分以外の出力に応じて生成される補償量が優先的に用いられる。この場合には、正相q軸成分の大きさ(=正相q軸目標値の大きさ)に応じて生成される補償量が優先されるので、電圧補償装置は、無効電力補償装置として機能する。
本実施形態の電圧補償装置では、第1制御回路81bにおいて、第1電力変換器20の最大電圧を超えないように、補償量を制限する。補償量の制限は、正相成分および逆相成分のうち正相成分を優先的に出力できるように設定される。そのため、abc−dq変換回路92,102によって大きな補償量が出力された場合であっても、逆相成分の補償量はより制限されて、最大補償量以下に制限される。そのため、電圧補償装置は、歪みのない補償電圧を出力することができる。
Claims (7)
- 自己消弧形のスイッチング素子を有するインバータ回路を含む電力変換器と、
三相交流の各相に直列に接続された一次巻線と前記電力変換器の出力に接続された二次巻線とを含む直列変圧器と、
前記三相交流の各相の電圧にもとづいて、前記スイッチング素子を駆動する駆動信号を生成して前記電力変換器に供給する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記三相交流の正相成分を回転座標変換して前記正相成分と同位相のベクトル成分である第1出力および前記第1出力に直交するベクトル成分である第2出力を生成する第1座標変換回路と、
前記第1出力の直流成分にもとづいて前記三相交流の電圧値を表す系統電圧を計算し、あらかじめ設定された目標電圧からの前記系統電圧に対するずれを補償するように設定された補償電圧に対応する第1補償量を生成する第1演算器と、
前記三相交流の逆相成分を回転座標変換して直交する第3出力および第4出力を生成する第2座標変換回路と、
前記第3出力の直流成分および前記第4出力の直流成分にもとづいて、前記系統電圧の逆相成分の補償量である第2補償量を生成する第2演算器と、
を含み、
前記第1補償量および前記第2補償量にもとづいて前記駆動信号を生成し、
前記第1演算器は、前記系統電圧が所定の範囲外の場合には、前記補償電圧に応じた前記第1補償量を生成し、前記系統電圧が前記所定の範囲以内の場合には、前記補償電圧よりも低くなるように前記第1補償量を生成し、
前記制御部は、前記系統電圧が前記所定の範囲外の場合には、前記第2補償量よりも前記第1補償量を優先して前記駆動信号を生成し、前記系統電圧が前記所定の範囲以内の場合には、前記第1補償量よりも前記第2補償量を優先して前記駆動信号を生成し、
前記制御部は、
前記第1出力を入力して振幅を制限する第1リミッタと、
前記第2出力のための目標値を入力して振幅を制限する第2リミッタと、
前記第3出力を入力して振幅を制限する第3リミッタと、
前記第4出力を入力して振幅を制限する第4リミッタと、
前記第1出力から直流成分を抽出する第1フィルタと、
前記第2出力から直流成分を抽出する第2フィルタと、
前記第3出力から直流成分を抽出する第3フィルタと、
前記第4出力から直流成分を抽出する第4フィルタと、
を含み、
前記第1リミッタ、前記第2リミッタ、前記第3リミッタおよび前記第4リミッタのそれぞれの制限値は、
前記第1フィルタの出力、前記第2フィルタの出力、前記第3フィルタの出力および前記第4フィルタの出力のベクトル和の大きさが、前記電力変換器が出力する最大値に対応する最大補償量以下となるよう設定された電圧補償装置。 - 前記第1演算器は、前記系統電圧が前記所定の範囲以内の場合には、前記補償電圧を0にするように前記第1補償量を生成する請求項1記載の電圧補償装置。
- 前記第1出力および前記目標値のベクトル和の大きさが前記最大補償量以下の場合には、
前記第2リミッタの制限値は、前記最大補償量および前記第1出力の大きさにもとづいて設定された請求項1記載の電圧補償装置。 - 前記第3リミッタの制限値および前記第4リミッタの制限値のベクトル和の大きさは、前記最大補償量、前記第1リミッタの出力の大きさおよび前記第2リミッタの出力の大きさにもとづいて設定された請求項4記載の電圧補償装置。
- 前記第3フィルタの出力の大きさが前記第4フィルタの出力の大きさ以上のときには、
前記第4リミッタの制限値は、前記第3フィルタの出力の大きさにもとづいて設定され、
前記第4フィルタの出力が前記第3フィルタの出力よりも大きいときには、
前記第3リミッタの制限値は、前記第4フィルタの出力の大きさにもとづいて設定された請求項5記載の電圧補償装置。 - 前記第1演算器は、前記第1出力の直流成分に所定の演算を施すことによって前記系統電圧を算出する請求項1記載の電圧補償装置。
- 前記第1演算器は、前記三相交流の各相間の交流電圧にもとづいて、前記系統電圧を算出する請求項1記載の電圧補償装置。
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