JPH011429A - 無効電力調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、自励式インバータ装置を交流系統電源に接続
し、自励式インバータ装置の出力交流電圧をＷＡ！１１
することにより、自励式インバータ装置が発生する無効
電力をｍ整する電圧制御形の無効電力調整装置に関する
。

（従来の技術） 第３図は電圧制御形の無効電力調整装置の従来例の構成
を示している。第５図は電圧制御形無動電力調整装置に
使用する電圧制御形インバータ主回路（以降インバータ
主回路と呼ぶ）の１例の構成を示している。第４図は電
圧制御形の無効電力調整装置の動作原理を説明する図を
示している。

第６図はインバータ主回路の動作を説明する図を示して
いる。

第３図において、　１０はインバータ、２０は直流コン
デンサ、３０は連系リアクトル、４０は連系トランス、
１００は交流系統ｆｆｉ！　（以降系統と呼ぶ）を各々
示している。また、６１は計器用トランス（以降１３Ｔ
と呼ぶ）、６２は計器用変流器（以降ＣＴと呼ぶ）、６
３は無効電力検出器（以降Ｑ検出器と呼ぶ）を各々示し
ている。さらに、８１は無効電力基□準設定回路（以降
Ｑ基準設定器と呼ぶ）、８３は加算回路。

８４は制御補償回路、８５は位相制御回路を各々示して
いる。

第３図のインバータｌＯと直流コンデンサ２０で構成さ
れるインバータ主回路を連系リアクトル３０および連系
トランス４０を介して系統１００と連系することにより
、どのように無効電力を調整するのか。

その原理を第４図を用いて説明する。インバータ主回路
は無効電力を発生する電源と考えられる。

第４図ではインバータ主回路を１で示している。

また第３図中の連系リアクトル３０と連系トランス４０
はともにインピーダンスと考えられるため、第４図では
連系リアクトル３０と連系トランス４０を合わせて連系
インピーダンス２としている。

第４図（ａ）においてインバータ主回路１のインバータ
出力電圧を９ＩＮ、　系統１００の系統電圧を？ｓｙ、
連系インピーダンス２のインピーダンスをＸ、連系イン
ピーダンス２を介して系統１００からインバータ主回路
１に向う電流を１、系ａ電圧Ｑｓｙに対するインバータ
出力電圧ＱＩＮの相差角をφとすると動作ベクトル図は
（ｂ）、　（Ｃ）図のようになる。（ｂ）図はインバー
タ主回路１がリアクトルとして動作している場合のベク
トル図である。インバータ出力電圧ウニＮの振幅は系統
電圧Ｑｓｖの振幅より小さくなっており、連系インピー
ダンス２には（Ｑｓｙ−ＶｘＮ）の電圧が印加され、連
系インピーダンス２に流れる電流は系統電圧Ｑｓｖに対
して同相の成分と９０°遅れの成分をもつ電流ｔとなる
。これは、インバータ主回路がリアクトルとして動作す
るとともに、系統１００から有効電力を得る動作を行っ
ていることを表わしている。

この関係は次の式で表わされる。

Ｐ＝１」二■工・ｓｉｎφ　　　　　　　ωすなわちイ
ンバータ出力電圧！ＩＮの振幅が系統電圧Ｑｓｙの振幅
よりも小さくインバータ出力電圧ＱＩＮの位相が系統電
圧？ｓｖの位相より遅れていればインバータ主回路１は
リアクトルとして動作するとともに系統１００から有効
電力を得る動作を行なう、上記の、■式からあきらかな
ように、インバータ出力電圧？ＩＮの振幅が系統電圧Ｑ
ｓｙの振幅よりも小さくても、インバータ出力電圧ウニ
Ｎの位相が系統電圧Ｑｓｖの位相より進んでいればイン
バータ主回路１は遅れの無効電力を消費するとともに系
統１００に有効電力を出力する動作を行なう。

（０式ではインバータ出力電圧Ｑｘｐｉの位相が系統電
圧より進んでいるとき相差角φを正の値とし、逆に遅れ
ている場合には負の値としてあつがっており、Ｐが正の
値のときはインバータ主回路１から系統１００に向って
有効電力が供給されていることを表わしている。また■
式ではＱが正のときインバータ主回路１がコンデンサ動
作を行っており、Ｑが負のときインバータ主回路１がリ
アクトル動作を行っていることを示している。

第４図（ｃ）はインバータ出力電圧Ｑｘｐｉの振幅ＶＩ
Ｎが系統電圧Ｑｓｙの振幅ＶＳＹに対して次式の条件を
満す場合の動作ベクトルを示している。

この場合、連系インピーダンス２に流れる電流は系統電
圧！Ｓソに対して同相の成分とＤＯ’進みの成分をもつ
電流ｔとなる。これはインバータ主回路１がコンデンサ
として動作するとともに、系統１００から有効電力を得
ていることを示している。

０式を満す場合でも弐〇、■から明らかなように相差角
φが正の値のときにはインバータ主回路１がコンデンサ
として動作するとともに系統１００に有効電力を供給す
ることを示している。

第４図で説明した原理に基づいて系統に流入する無効電
力を調整する無効電力調整装置の従来例の動作を第３図
により説明す名。

系統に流入する無効電力はＰＴ６１とＣＴ６２からの信
号の演算によりＱ検出器６３から信号ＱＦとして検出さ
れる。信号ＱＦは、Ｑ基準設定回路８１からの無効電力
基準信号ＱＲから加算回路８３で減算される。

加算回路８３は無効電力基準信号ＱＲから信号ＱＦを減
算した信号を制御補償回路８４に入力する。制御補償回
路８４は比例積分演算など制御補償演算を行う回路であ
り、相差角φを算出する。位相制御回路８５は相差角φ
とＰＴ６１から得られる系統電圧信号から、インバータ
出力電圧ＱＩＮを系統電圧ＭｓＹに対して位相差が相差
角φとなるようにインバータ１０を構成する可制御整流
素子の点弧パルスタイミングを決め、可制御整流素子に
対して導通期間を指示する信号を出力する。第５図はイ
ンバータ主回路の１例を示すもので、ＧＯ，ＧＶ、　Ｇ
ｌｌ、　ＧＸ、　ＧＹおよびＧｚは可制御整流素子の１
種であるゲートターンオフサイリスタ（以降ＧＴＯと呼
ぶ）を示しており、ＤＯ，ＤＶ、　ＤＷ、　ＤＸ、　Ｄ
ＹおよびＤＺはダイオードを示している。またＰＴとＮ
Ｔは直流端子をＲ，ＳおよびＴは交流端子を各々示して
いる。第５図のインバータを第３図のインバータ１０に
適用した場合１位相制御回路８５は第５図の各ＧＴＯの
通電期間を第６図の如く決定する。すなわち位相制御回
路８５はＰＴ６１から系統電圧のＲ相電圧を得て、第５
図のＧＴＯＧＵの通電期間を系統電圧のＲ相電圧のＯ°
位相の時点から相差角φだけ遅らせて１８０°通電させ
る。

またＧＴＯＧＸはＧＴＯＧＵの非通電期間の１８０＠間
通電させる。ＧＴＯＣＶはＧＴＯＧＵより１２０′遅ら
せて１８００間通電させ、ＧＴＯＧ１１ｌはＧＴＯＧＶ
よりもさらに１２０°遅ラセテ１８０６間通電さセル。

ＧＴＯＧＹはＧＴＯＧｖノ非通電期間ノ１８０″間通電
させ、　ＧＴＯＧＺはＧＴＯＧｌｌの非通電期間の１８
０＠間通電させる。インバータ１０のＧＴＯを以上の如
く動作させることにより。

系統電圧と相差角φだけ位相がずれた３相のインバータ
出力電圧が得られる。第６図では電圧の位相関係を示す
ためインバータ出力電圧のＲ相基本波を示している。

第３図で示す従来例での無効電力、ｉＩＩｌｍの動作を
説明する。制御補償回路８４が所定の相差角φを出力す
ることによりインバータ１０がＱ基準設定回路８１で設
定した所定の無効電力を系統に出力しており、Ｑ検出器
の出力する信号ＱｖとＱ基準設定回路８１の出力する無
効電力基準信号ＱＲが等しくなっている場合には０式か
ら相差角φに相当する有効電力Ｐが系統１００からイン
バータ主回路に流入している。すなわち相差角φは負の
値となっている。

また相差角φに相当する有効電力Ｐはインバータ主回路
のもつ損失分に等しくなっている。なぜなら以下に述べ
る如くＱ基準設定回路８１で設定した無効電力がインバ
ータ１０から出せなくなるためである。相差角φに相当
する有効電力Ｐがインバータ主回路のもつ損失よりも大
きければ、この損失よりも多い有効電力分は直流コンデ
ンサ２０を充電し直流コンデンサ２０の両端の直流電圧
Ｖｌ）Ｃを上昇させることになる。インバータ出力交流
電圧ＱＴＮと直流電圧ＶＯＣは次式の関係にある。

ＶＩＮ　＝　ｋ−Ｖｏｃ　　　　　　　　　＠）ｋは定
数 このため直流コンデンサ２０の両端の直流電圧ＶＯＣが
上昇するとインバータ出力交流電圧の実効値ＶＸＮも上
昇し、　ひいては■式からインバータ１０の発生する無
効電力ＱがＱ基準設定回路８１で設定した無効電力より
も大きくなるため、加算回路８３で行なわれる無効電力
基準信号ＱＲと信号ＱＦの減算結果は正となる。このた
め、制御補償回路８４の入力信号が正となり、制御補償
回路８４の出力信号である相差角φは正になる。相差角
φが正になると０式から正の相差角に対応する有効電力
Ｐをインバータ１０から系統１００に供給し、　直流コ
ンデンサ２゜の両端の直流電圧ＶＯＣが低下し、６）式
からインバータ出力電圧の実効値ＶＸＮが低下して、■
式によりインバータ１０の発生する無効電力Ｑも低下す
る。

以上の述べた如く、相差角φに相当する有効電力Ｐがイ
ンバータ主回路のもつ損失に等しくなげればＱ基準設定
回路で設定した無効電力に対応した無効電力が出せなく
なる。

（発明が解決しようとする問題点） 第３図の従来例には１次の如き不具合がある。

系統１００の３相交流電圧は平衡している場合は少なく
不平衡であることの方が多い。系統１００の３相交流電
圧が不平衡であると直流コンデンサ２０の両端の直流電
圧ＶＤは系統１００の基本波と同じ周波数で脈動する。

これにより、インバータ１０の出力電圧のうちのどれか
の相の電圧の正側と負側で振幅が異なるようになる。第
７図はインバータの直流電圧が系統電圧の基本波と同じ
周波数で脈動した時にインバータ出力電圧の正側と負側
の振幅が異なる場合が生じるのを説明する図である。第
７図の（ａ）はインバータ直流電圧ＶＯＣがインバータ
出力電圧のＲ相と同相で脈動している場合を示している
。第７図（ｂ）はインバータ出力電圧のＲ相の正側であ
るＵ相出力電圧の様相を示している。第７図（ｂ）は第
６図で説明したＧＴＯＧＯの導通期間に対応して発生す
る電圧である。第７図の（ｃ）はインバータ出力電圧の
Ｒ相の負側であるＸ相出力電圧の様相を示している。第
７図（Ｃ）は第６図で説明したＧＴＯＧＸの導通期間に
対応して発生する電圧である。第７図で説明したインバ
ータ出力電圧の正側と負側の電圧の不平衡は第３図の連
系リアクトル３０および連系トランス４０のインバータ
１０側を流れる交流電流に直流成分を発生させる。この
直流成分は連系リアクトル３０および連系トランス４０
を直流偏磁させ、交流電流に直流成分を発生させている
相に過電流を発生させることによりインバータ１０の運
転を不能にする不具合を生じさせる。

この現象は第３図の制御補償回路８４で系統ｉｏｏに流
入する無効電力を示す信号Ｑｒを無効電力基準ＱＲに一
致させるように制御するだけでは防ぐことはできない。

本発明は上記無効電力調整装置の不具合を解決するため
になされたもので、連系リアクトルおよび連系トランス
の直流偏磁を防止し安定な無効電力調整が行える無効電
力調整装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題を解決するための手段） 上記発明の目的を達成するため、本発明は自励式インバ
ータを用いて無効電力を調整する装置において、無効電
力の基準信号と交流系統電源の電圧とから自励式インバ
ータ装置の直流電圧基準を導出する手段と自励式インバ
ータ装置の直流電圧を検出した信号と直流電圧基準とを
差動演算して自励式インバータの制御信号を導出する手
段と、交流系統電源電圧の位相と制御信号を比較して自
励式インバータ装置の点弧パルスを発生する位相制御回
路を設け自励式インバータの直流電圧を直流電圧基準に
等しくするよう自励式インバータ装置の出力交流電圧を
制御して、自励式インバータ装置が発生する無効電力を
調整するようにしたものである。

（作　用） 前記の如く構成にすることにより、直流電圧を直流電圧
基準と一致させるよう、差動演算して自励式インバータ
の制御信号を導出し、直流ｉπ圧に含ま九る交流電源の
基本波に相当する脈動を抑制することにより、自励式イ
ンバータが出力する交流電流から直流成分を除いて所定
の無効電力を交流電源に供給するため、自励式インバー
タと交流電源との間に介在する変圧器の直流偏磁を防止
できる。

（実施例） 第１図は本発明による実施例を説明する図である。第３
図と同じ機能を表わす装置には同じ符号を付しである。

第１図の５０は直流電圧検出器、７０は系統電圧実効値
検出器、８２は直流電圧基準演算回路を各々示している
。

直流電圧基準演算回路８２は系統電圧実効値検出器７０
で検出される系統電圧の実効値ＶＳＹとＱ基準設定回路
から出力される無効電力基準信号ＱＲおよび制御補償回
路８４が出力する相差角φを入力し、（ハ）式に基づい
て直流電圧基準ｖＤｃＲを算出する。

（ハ）式は■式および（イ）式から導出できる。

加算回路８３は直流電圧検出器５０で検出した直流電圧
信号ＶＤＣと直流電圧基準ＶＤＣＲの差をとりこの差の
信号を制御補償回路８４に入力する。制御補償回路８４
は比例積分演算等の制御補償演算を行った後相差角φを
算出しこれを位相制御回路８５に入力する。位相制御回
路８５は第６図で説明した如く、インバータ１０内の各
可制御整流素子の導通期間を決定する信号をインバータ
１０内の各可制御整流素子に出力する。

加算回路８３と制御補償回路８４で差動演算の手段を具
現している。

本発明による実施例ではＱ基準設定回路８１で設定した
無効電力を発生させるために必要な直流電圧基準ｖｏｃ
Ｒを算出し、この直流電圧基準ＶＤＣＲにインバータ主
回路の直流電圧検出信号’／Ｉ）Ｃが一致するように差
動演算の手段である加算回路８３と制御補償回路８４で
相差角φを演算するため、インバータ主回路の直流電圧
が系統１００の交流電圧の基本波の周波数で脈動した場
合にもこの脈動を抑制して連系リアクトル３０および連
系トランス４０に直流偏磁を発生させることなく、Ｑ基
準設定回路８１で設定した無効電力を発生させることが
できる効果がある。ちなみにインバータ主回路の直流電
圧は。

制御補償回路８４が演算する相差角φが系統１００の交
流電圧の基本波の周波数で脈動することにより、インバ
ータ主回路の損失に相等する有効電力以下にインバータ
主回路の直流電圧を一定にするよう有効電力Ｐを系統１
００とインバータ主回路間で授受してその脈動が抑制さ
れる。系統１００とインバータ主回路間で授受する有効
電力Ｐは０）式で決定される。

第２図は本発明による他の実施例を示している。

第１図と同じ機能の装置には同じ符号を付している。第
２図中の８２１は直流電圧基準演算回路８２であり、０
式の演算を実行する。

ｖｏｃＲ＝　Ｘ　−Ｑ、＋Ｖ、、　　　　　　　　０Ｖ
Ｓ’／ 第２図と第１図の実施例では直流電圧基準演算回路の演
算だけが異っており、０式の方がｃｏｓφを演算しない
分だけ演算が簡単になるという利点がある。第２図の直
流電圧基準演算回路８２１により算出されたＶＤＣＲは
第１図の直流電圧基準演算回路により算出されたｖｎｃ
ｎより小さくなるが、Ｑ基準設定回路８１の出力である
Ｑ基準信号ＱＲをてきぎ大きくすることにより補正でき
るため第２図の実施例も第１図の実施例と同様の効果が
ある。第１図内のＱ基準設定回路８１．直流基準演算回
路８２、加算器８３、制御補償回路８４等は実際の回路
で具現するものとして説明してきたが、マイクロコンピ
ュータを用いればプログラムで具現することもできる。

〔発明の効果〕

以上説明のように、本発明によれば、無効電力の基準信
号と、交流系統電源の電圧とから自励式インバータ装置
の直流電圧基準を導出し、自励式インバータ装置の直流
電圧を直流電圧基準と一致させるよう差動演算して自励
式インバータ装置の制御信号を導出し、直流電圧に含ま
れる交流系統電源電圧の基本波に相当する脈動を抑制す
ることにより、自励式インバータ装置が出力する交流電
流から直流成分を除いて所定の無効電力を交流系統電源
に供給するため、自励式インバータ装置と交流系統電源
との間に介在する変圧器の直流偏磁を防止出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の他の実施例を示すブロック図。 第３図は従来の電圧制御形の無効電力調整装置のブロッ
ク図、第４図は電圧制御形の無効電力調整装置の動作原
理を説明するための系統図とベクトル図、第５図は電圧
制御形の無効電力ｍ整装置に使用されるインバータの主
回路図、第６図はインバータの主回路の動作を説明する
ためのタイムチャート、第７図は従来の無効電力、１１
整装置の動作を説明するための図である。 １０・・・インバータ、　　　２０・・・直流コンデン
サ３０・・・連系リアクトル、　４０・・・連系トラン
ス５０・・・直流電圧検出器、６１・・・ＰＴ７０・・
・系統ｆｉ！圧実効値検出器。 ８２・・・直流基準演算回路、８３・・・加算回路８４
・・・制御補償回路、８５・・・位相制御回路８１・・
・Ｑ基準設定回路 ８２１・・・直流電圧基準演算回路 １００・・・系統。 代理人　弁理士　　則　近　憲　右 同　　　　　第子丸　　　健 第　　１　図 第　　２　図 第　　３　図 （α） （ｂ）　　　　　　　（（’） 第　　４　図 第　　５　図 第　　６　　図 ｏｃ 第　　７　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 自励式インバータ装置を連系リアクトル又は連系トラン
   スを介して交流系統電源に接続し該自励式インバータ装
   置の出力交流電圧を制御することにより該自励式インバ
   ータ装置の出力交流電圧を交流系統電源の電圧より高く
   して該自励式インバータ装置をコンデンサとして動作さ
   せ、逆に該自励式インバータ装置の出力交流電圧を交流
   系統電源の電圧より低くして該自励式インバータ装置を
   リアクトルとして動作させて無効電力を調整する無効電
   力調整装置において、調整する無効電力の基準信号と交
   流系統電源の電圧とから該自励式インバータ装置の直流
   電圧基準を導出する手段と、該自励式インバータ装置の
   直流電圧を検出した信号と該直流電圧基準とを差動演算
   して該自励式インバータ装置の制御信号を導出する手段
   と、交流系統電源電圧の位相と該制御信号を比較して該
   自励式インバータ装置の点弧パルスを発生する位相制御
   回路を設け該自励式インバータ装置の直流電圧を該直流
   電圧基準に等しくするよう該交流電源と該交流リアクト
   ルを介して有効電力を授受することにより、該自励式イ
   ンバータ装置の出力交流電圧を制御して、該自励式イン
   バータ装置が発生する無効電力を調整することを特徴と
   する無効電力調整装置。