JPH035615B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、変電所等に設置される無効電力補
償装置に関する。

第１図にこの種の無効電力補償装置の従来例を
示す。１，１は発電所の発電機、２，２は電力系
統の２回線送電線、３，３は事故回線を切離す為
のしや断器、４は上記発電所間即ち系統の中間点
（変電所位置）、５は無効電力補償装置である。６
は電力用コンデンサ、７はリアクトル及び８は電
流制御器であつてこの３者により無効電力補償装
置５の主回路が構成される。電流制御器８は位相
制御される逆並列のサイリスタ８ａと８ｂからな
り、リアクトル７に直列接続されている。９は電
圧変成器、１０は電圧検出器である。電圧検出器
１０は中間点４の電圧（実効値）Ｅに対応する大
きさの電圧信号（直流）Ｖを出力する。１１は加
算器であつて電圧信号Ｖと電圧基準値Erefに対応
する電圧基準信号Vrefを図示極性に加算し、電
圧偏差信号△Ｖ＝Vref−Ｖを位相制御器１２に
供給する。位相制御器１２はＫ／１＋TSなる伝
達関係で表わされる特性を有し、電圧偏差信号△
ＶをＫ倍して出力する。こゝでＫはゲイン、Ｔは
時定数である。１３はゲート信号発生器であつ
て、位相制御器１２が出力する位相制御信号Ｋ△
Ｖに対応する系統電圧の位相でサイリスタ８ａ，
８ｂのゲート信号g₁，g₂を発生する。

即ち、サイリスタ８_aと８_bの点弧位相は、第２
図に示す如く、中間点４の電圧Ｅが電圧基準値
Erefと等しくＶ＝Vrefである場合には、電力用
コンデンサ６がとる進相無効電力Q_cとリアクト
ル７がとる遅相無効電力Q_Rとが等しく無効電力
補償装置５の主回路に流れる無効電力Q_S＝Q_C＋
Q_Rが零になるように制御され、またＶ＞Vrefで
ある場合にはQ_R＞Q_Cとなつて無効電力Q_Sが遅相
無効電力になるように制御され、逆にＶ＜Vref
である場合にはQ_C＞Q_Rとなつて無効電力Q_Sが進
相無効電力になるように制御される。

今、第３図に示す時刻t₁で２回線送電線２のＦ
点で３相短絡事故が発生したものと仮定すると、
中間点４の電圧が低下しようとするので、位相制
御信号Ｋ・△Ｖが大きくなつてリアクトル７に流
れる遅れ無効電流が減少し、電力用コンデンサ６
に流れる進み無効電流が対応して増大するので、
主回路の取る無効電力Q_Sが第２図の進相領域と
なり、中間点４の電圧の電圧降下が抑制され、系
統は安定に運転される。他方、上記短絡事故は図
示しない保護継電器によつて直ちに検出され、系
統周波数の数サイクル後の時刻t₂においてしや断
器３，３が働いて事故回線が除去されることによ
り、中間点４の電圧が回復し始める。この為、主
回路に流れていた大きな進相無効電力Q_S＝Q_Cが
電力系統の要求する無効電力Qoに追ずいして振
動しながら減すいし、比較的低レベルの定常値に
達する。

しかしながら、この従来装置では、電力系統に
起るであろう最大の系統じよう乱に対して対処し
うる大きさの容量の電力用コンデンサ６を用意し
てこれを、常時、電力系統に接続しておく必要が
あり、リアクトル７も電流制御器８も電力用コン
デンサ６の容量と等しい大容量を持たせなくては
ならない上に第２図の遅相領域でも運転されるか
らその分だけより容量を大きくする必要がある
為、主回路に要する費用が高く、しかも上記の如
く主回路は、常時電力系統に接続してコンデンサ
６には進相無効電力を取らせ、リアクトル７には
この進相無効電力に見合う遅相無効電力を取らせ
る必要がある為、電気的損失が大きいという欠点
があつた。

この発明は、上記した従来の欠点を除去する為
になされたもので、無効電力を連続的に制御可能
で電力系統に常時接続される第１の主回路と、複
数の電力用コンデンサを有し、電力系統が要求す
る無効電力量が第１の主回路の補償能力を超えた
場合にその超過分にほゞ見合う容量の数だけの電
力用コンデンサが該電力系統に投入される第２の
主回路に分け、過補償時には第２の主回路をある
時間の経過毎に段階的に解放せしめる構成とする
ことにより、従来に比し、主回路にかゝる費用と
定常時の電気的損失を大巾に低下することができ
る無効電力補償装置を提供することを目的とす
る。

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。

第４図において、２０は第１の主回路、３０は
第２の主回路であつて両者は第１図で説明した電
力系統の中間点４に対して並列に挿入される。第
１の主回路２０はリアクトル２１とこれに流れる
電流を制御する為の電流制御器２２を具える回路
に電力用コンデンサ２３が並列接続された構成と
なつており、この実施例では、無効電力補償装置
に課せられた全補償容量±Q_snaxの1/4を分担する
（但し、＋及び−符号は無効電力の進相分及び遅相
分を夫々表わす）。この為、電力用コンデンサ２
３の進相容量は0.25Q_snaxに選定されている。電
流制御器２２はリアクトル２１の遅相容量
0.25Q_snax（連続定格）に相当する電流範囲を連続
定格時の制御範囲（定常時制御範囲）とし、短時
間定格でリアクトル２１の遅相容量Q_snax（短時間
定格）に相当する電流範囲まで制御可能な特性を
持たせてある。

第２の主回路３０はコンデンサバンクであつ
て、最大容量が電力用コンデンサ２３のそれと等
しい電力用コンデンサ３１，３２及び３３を具
え、各コンデンサ３１，３２及び３３は夫々開閉
器３４，３５及び３６を介して中間点４に接続可
能となつている。

４１は不感帯回路装置であつて、電流制御器２
２の定常時制御範囲の上限値を与える位相制御信
号Ｋ・△Ｖの値V_Dを不感帯巾として設定されて
おり、位相制御器１２の出力を受けて、Ｋ・△Ｖ
＞V_Dである場合に超過分信号ε＝Ｋ・△Ｖ−V_D
を出力する。４２，４３及び４４は比較器であつ
て、夫々V₁，V₂及びV₃（但し、V₁＜V₂＜V₃）な
る比較設定値が与えられており、超過分信号εの
大きさが上記比較設定値を超えて増大すると定レ
ベルの信号を出力する。例えば、V₂＜ε＜V₃で
ある場合には、比較器４２と４３が出力する。４
５，４６及び４７は時限装置であつて、夫々、
T₁，T₂及びT₃（但し、T₁＞T₂＞T₃）なる時限を
有し、比較器４２，４３及び４４の出力を夫々受
けて出力し、これらの出力は制御器４９のUP端
子に入力される。また、時限装置４６は時限装置
４７の出力によつてリセツトされ、時限装置４５
は時限装置４６または４７の出力によつてリセツ
トされる。４８はオア素子である。この実施例の
制御器４９はシフトレジスタで構成されており、
そのUP端子に、時限装置４５の出力を受けると
一段シフトアツプしてコンデンサ投入信号S₃₁を
出力し、時限装置４６の出力を受けると二段シフ
トアツプしてコンデンサ投入信号S₃₁とS₃₂を同時
に出力し、時限装置４７の出力を受けると三段シ
フトアツプしてコンデンサ投入信号S₃₁，S₃₂及び
S₃₃を同時に出力する構成となつている。このコ
ンデンサ投入信号S₃₁，S₃₂及びS₃₃により開閉器
３４，３５及び３６が夫々閉路される。４１〜４
９は第２の主回路３０の制御回路を構成する。

５１は電流変成器であつて、リアクトル２１を
流れる遅れ電流を検出して過負荷検出器５２に入
力する。この荷負荷検出器２２はその入力がサイ
リスタ２２ａ，２２ｂの連続定格電流値を超えそ
の超過分の積分値が設定値に達するとコンデンサ
投入解除信号Soff（パルス）を出力する。該出力
は制御器４９のdown端子子に入力される。制御
器４９はコンデンサ投入解除信号Soffを受ける毎
に一段づつシフトダウンされ、順次、コンデンサ
投入信号S₃₁，S₃₂，S₃₃の送出を停止する。５１
及び５２は制御量監視回路を構成する。なお、第
１の主回路２０は９〜１３により構成される制御
回路によつて従来の場合と同様に連続的に制御さ
れる。

次に、この装置の動作を第４図及び第５図を参
照して説明する。

中間点４の系統電圧Ｅが電圧基準値Erefである
間（時刻t₁以前の状態）は、リアクトル２１とコ
ンデンサ２３には夫々Q^R＝0.25Q_snaxの遅相無効
電力とQ_C＝0.25Q_snaxの進相無効電力が流れ、全
体として無効電力Q_Sは零である。また、Vref−
Ｖ≦V_Dの範囲にあるような中間点４の電圧変動
に対しては超過分信号εの大きさが零であるの
で、第１の主回路２０の無効電力だけが第１の制
御回路９〜１３により、位相制御信号Ｋ・△Ｖの
大きさに対応して制御され、中間点４の電圧Ｅを
一定に維持する。即ち、電力系統の微小じよう乱
による電圧変動に対しては、第２の主回路のコン
デンサバンクは電力系統に投入されず、第１の主
回路だけで対処する。

時刻t₁において前記した３相短絡が発生し、こ
の電力系統の大じよう乱による電圧変動を抑制す
る為に該電力系統が第５図ａに点線で示す進相無
効電力Q_Dを必要とするものと仮定する。この系
統じよう乱により位相制御信号Ｋ・△Ｖの大きさ
が時刻t₂において、不感帯巾V_Dを超え、超過分信
号εが第５図ｃに示す如く出力される。図示の如
く、V₂＜ε＜V₃である場合には比較器４２と４
３が夫々第５図ｄとｅに示す如く夫々出力する。
比較器４３が出力して後T₂時間後に時限回路３
２が出力し、制御器４９が二段同時にシフトアツ
プされてコンデンサ投入信号S₃₁とS₃₂が出力さ
れ、時刻t₃において電力用コンデンサ３１と３２
が中間点４に接続される。この結果図示の如く、
Q_S＞Q_Dとなつても斜線で示す超過分を相殺する
ようにリアクトル２１の遅相無効電力が制御され
る。時刻t₄になると、Q_D＞Q_Sになる為、再び超過
分信号εが出力されるが、V₁＜ε＜V₂である為、
時間T₁を後に時限回路４５が出力し、該出力に
より制御器４９が一段だけシフトアツプされてコ
ンデンサ投入信号S₃₃を出力し、電力用コンデン
サ３３が時刻t₅において中間点４に接続される。
この電力用コンデンサ３３の投入により、Q_S＞
Q_Dになつた場合にも、その超過分は、リアクト
ル７の遅相無効電力が第５図ｂに示す如く制御さ
れることにより相殺され、Q_D＝Q_Sとなる。かく
して、中間点４の電圧を維持する為に電力系統側
が要求する無効電力Q_Dが電力用コンデンサ２３，
３１〜３３により補償される。他方、上記３相短
絡は前記従来の場合と同様に図示しない保護継電
器により直ちに検出される。時刻t₅においてしや
断器３，３が働いて事故回線が除去され、中間点
４の電圧Ｅが回復し始めると、無効電力Q_Dは第
５図ａに点線で示す如く振動しつゝ減すいし比較
的低レベルの定常値におちつく。

無効電力が減すいし始めても、第２の主回路３
０が中間点４に投入されたまゝであることによ
り、図に斜線で示す、（Q_snax−Q_D）の進相無効電
力が余剰となるので、この余剰分を打消す為に、
リアクトル２１がこの余剰分に見合う遅相無効電
力（第５図ｂに斜線で示す。）をとるように即ち
Q_R＝Q_snax−Q_Dとなるように電流制御器２２が制
御され、リアクトル２１と電流制御器２２は過負
荷状態となる。この過負荷状態は過負荷検出器５
２で検出され、過負荷状態が一定時間継続すると
時刻t₆において第５図５に示すコンデンサ投入解
除信号Soffが制御器４９に入力される。この結
果、制御器４９が一段シフトダウンされてコンデ
ンサ投入信号S₃₃が消滅し、電力用コンデンサ３
３が中間点４から切離される。この切離しによ
り、リアクトル２１のとるべき遅相無効電力Q_R
低減する。以後も同様にして、過負荷状態が生じ
ない範囲まで一定時間の経過毎に第２の主回路の
余分なコンデンサが切離され、リアクトル２１と
電流制御器２２が過負過状態から解放される。

電流制御器２２が、遅相無効電力Ｏ〜Q_snaxの
範囲に相当する範囲の電流を制御する必要のある
上記過負過状態の期間は、第２の主回路３０が電
力系統に投入されている期間だけであつて、この
期間は一般には短く、第２の主回路３０が投入さ
れていない定常時には、電流制御器２２の制御範
囲は０〜0.25Q_snaxの遅相無効電力の範囲に相当
する電流範囲であるから、電流制御器２２及びリ
アクトル２１は連続定格として0.25Q_snaxの遅相
無効電力に相当する電流容量を有し、短時間定格
としてQ_snaxの遅相無効電力に相当する電流容量
を有していればよい。また、上記のように第２の
主回路３０が中間点４に接続されている時間が短
いから、リアクトル２１がQ_snaxの遅相無効電力
をとる期間は短く、定常時にとる無効電力の最大
は0.25Q_snaxであるから、電気的損失は小さい。

この実施例では、第２の主回路３０が電力系統
に投入され該電力系統が要求する無効電力Q_Dが
減すいし始めても、以後の無効電力Q_Dの減衰に
応じて開閉器３４〜３６を開閉するようなことを
避け、該減すい変動に対しては電流制御器２２の
過負荷運転制御で対処し、第２の主回路３０の解
放はリアクトル２１と電流制御器２２の回路の過
負過状態を監視しながら行われるので、電力系統
のじよう乱抑制効果は高く、全補償範囲を電流制
御器２２により連続的に制御する従来の場合と同
様に無効電力Q_Dの振動的な減すいに対し滑らか
に速応する補償作用が得られる。このように、第
２の主回路３０は、無効電力Q_Dの変動に追ずい
して解放されるのではなく、無効電力Q_Dがほゞ
定常値に落ちつき始めるのを待つて解放されるか
ら、開閉器３４〜３６は高速閉路するものであれ
ばよく、開路速度が速くてもよいから、応答時間
に対する制約が厳しくなく、それだけ安価なもの
を用いることができる。

なお、上記実施例では、第１の主回路２０の無
効電力補償量をリアクトル２１側に挿入したサイ
リスタ２２ａ，２２ｂで制御する構成としてある
が、第６図に示す如く、電力用コンデンサ２３側
にも、サイリスタ２４ａ，２４ｂからなる電流制
御器２４を挿入して、両電流制御器２２，２４で
上記補償量を制御するようにしてもよい。

また、制御量監視回路は、電流制御器２２の制
御量の蓄積状態を検出する機能を有するものであ
ればよい。

以上の如く、この発明によれば、リアクトルと
電力用コンデンサを有し遅相領域から進相領域ま
で連続的に無効電力を制御可能で常時電力系統に
接続される第１の主回路の他に、複数の電力用コ
ンデンサからなりこれらを電力系統に対して個別
に投入、解放可能な第２の主回路を設け、該第２
の主回路の投入が、電力系統の要求する無効電力
が上記第１の主回路の補償範囲を超えた場合にそ
の超過分にほヾ見合う容量の数の電力用コンデン
サが設定時限をもつて同時投入される構成とした
ことにより、電力系統に常時接続される上記第１
の主回路、該電力系統を安定化する為に必要な補
償容量の分数容量を分担すればよく、リアクトル
と電流制御器には上記補償容量に見合う容量を短
時間過負荷定格として持たせておけばよいので、
従来に比してリアクトルと電流制御器にかゝる費
用を大巾に下げることができる上、定常時の電気
的損失を大巾に低減することができ、無効電力の
減衰変動に対しては、電流制御器の過負過運転で
対処するので、すぐれたじよう乱抑制作用を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の無効電力補償装置のブロツク構
成図、第２図は無効電力補償装置が具える補償特
性図、第３図イ，ロは電力系統じようらん時にお
ける上記従来の装置の動作を説明する為の図、第
４図はこの発明による無効電力補償装置実施例の
ブロツク構成図、第５図ａ〜ｆは上記実施例の動
作を説明する為の図、第６図は上記実施例におけ
る第１の主回路の他の例を示す回路図である。 図において、９……電圧変成器、１０……電圧
検出器、１１……加算器、１２……位相制御器、
１３……ゲート信号発生器、２０……第１の主回
路、２１……リアクトル、２２，２４……電流制
御器、２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ……サイ
リスタ、２３……電力用コンデンサ、３０……第
２の主回路、３１〜３２……電力用コンデンサ、
３４〜３６……開閉器、４１……不感帯回路装
置、４２，４３，４４……比較器、４５，４６，
４７……時限回路、４９……制御器、５１……電
流変成器、５２……過負荷検出器。なお、図中同
一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電力用コンデンサと過負荷定格のリアクトル
   及び電流制御器を具え常時電力系統に接続される
   第１の主回路、複数の電力用コンデンサを具え
   夫々が開閉器を介して上記電力系統に個別に投入
   可能な第２の主回路、系統電圧の変動量に対応し
   て上記電流制御器を制御する第１の制御回路、上
   記系統電圧の変動量が設定レベルを超えた場合に
   その超過分の大きさにほヾ見合う容量の箇数だけ
   上記第２の主回路の電力用コンデンサを設定時限
   後に同時に投入する為のコンデンサ投入信号を上
   記開閉器に送出する第２の制御回路、及び過補償
   時に上記リアクトルを流れる電流が上記電流制御
   器の定常時制御範囲内に低下するまで上記第２の
   主回路を段階的に解放する為のコンデンサ投入解
   除信号を上記第２の制御回路に送出する制御量監
   視回路を有し、上記設定レベルが上記第１の主回
   路の定常時補償容量に対応することを特徴とする
   無効電力補償装置。 ２ 第２の制御回路が、第２の主回路の電力用コ
   ンデンサの箇数に対応する数の第１〜第ｎの比較
   器と、これら比較器の夫々の出力を受ける時限回
   路及び該時限回路の出力を受ける制御器を具え、
   第ｎ−１番目の比較器の比較設定値が第ｎ番目の
   それより大きく、第ｎ−１番目の比較器の出力を
   受ける第ｎ−１番目の時限回路の設定時限が第ｎ
   番目の比較器の出力を受ける第ｎ番目の時限回路
   のそれより小さく、制御器が第ｎ番目の時限回路
   の出力を受けるとｎ箇のコンデンサ投入信号を出
   力し、上記各比較器が、系統電圧変動量の設定レ
   ベルに対する超過分と比較設定値を比較して定レ
   ベルの信号を出力することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の無効電力補償装置。