JPH0465619B2 - - Google Patents

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JPH0465619B2
JPH0465619B2 JP56141472A JP14147281A JPH0465619B2 JP H0465619 B2 JPH0465619 B2 JP H0465619B2 JP 56141472 A JP56141472 A JP 56141472A JP 14147281 A JP14147281 A JP 14147281A JP H0465619 B2 JPH0465619 B2 JP H0465619B2
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JP
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voltage
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current command
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gain
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JP56141472A
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English (en)
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JPS5843017A (ja
Inventor
Shoichi Maki
Masaomi Nagae
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Fuji Electric Co Ltd
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
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Tokyo Electric Power Co Inc
Fuji Electric Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/70Regulating power factor; Regulating reactive current or power

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、配電系統に連系運転される発電装置
の制御装置に関し、その目的とするところは既存
の系統構成の見直しを要することなく、許容され
る電圧変動幅を守りつゝ発電装置の運系運転を行
なわせるにある。
配電系統において高圧母線より柱上変圧器を介
して接続される低圧負荷の電圧は101±6Vが一般
的であり、また低圧負荷は通常101±10Vに耐え
得るように設計されている。すなわち、電圧の許
容変動幅は20%である。従来の配電系統は負荷変
動があつても電圧が充分この許容変動幅内に収ま
るよう系統構成および運用制御がなされている。
石油危機以来エネルギー問題の解決策として燃
料電池や太陽電池などの新エネルギー源による分
散形小出力発電装置が将来多数使用される動向に
ある。これらの発電装置は負荷電圧の安定供給お
よび新エネルギーの有効利用の見地から既存配電
系統と連系運転される方向にある。とくに単機発
電容量が小さい(例えば家庭用太陽光発電装置な
ど)場合には柱上変圧器2次低圧回路に発電装置
が接続され、発電装置普及が進むにつれて軽負荷
時に高圧系統への電力逆送が起り、末端負荷電圧
上昇により負荷端電圧変動幅が拡大する。このよ
うな点から系統構成の見直しが必要になつてく
る。次にこの問題点につき、具体的数値を挙げな
がらさらに詳しく説明する。
第1図に示すように、高圧母線を定電圧受電点
とし、単相、50KVAの柱上変圧器Tを介して接
続されている低圧系統について一般的に使用され
ている回路常数を利用して話を進める。変圧器の
%インピーダンスを3%とし、負荷Lは単相、
50KVA、力率pf=0.85(おくれ)とする。低圧配
線は60mm2架空で末端負荷までの距離が100l(m)
とし、100(m)当りのインピーダンスを0.03(Ω)
+j0.03(Ω)とする。この場合、計算により次の
値が求まる。
(変圧器) 変圧器リアクタンスXt=3(%)×1002(V)/50(KV
A)= 0.006(Ω) (低圧線路) 線路抵抗 Rl=0.03l(Ω) 線路リアクタンス Xl=0.03l(Ω) (負荷) 有効電流 IPL=425(A) 無効電流 IQL=265(A) 負荷抵抗 RL=0.17(Ω) 負荷リアクタンス XL=0.106(Ω)全負荷時 第2図は上記例におけるインピーダンスに関す
る等価回路を示し、第3図は上記例における負荷
端電圧VLの変動(%)と低圧配線長係数lとの
関係を示す。
第3図において、直線(A)は負荷L(定インピー
ダンス特性の1例)のみの場合の全負荷時特性を
示す。発電装置(定電流特性の1例)が並存する
場合に、図示を容易にするために発電装置の力率
も、0.85とすると、無負荷時における発電装置50
%、100%に対する特性はそれぞれ直線B,Cで
表わすことができる。これから判るように、発電
装置Gが並存しないときには、末端負荷電圧変動
幅を20%に抑えるのに許容される配線長は役112
mである。これに対して、発電装置が並存すると
無負荷時に逆送電力による負荷電圧突上げが起
り、20%の変動幅を維持するのに許容される配線
長は発電装置100%の場合には約47mに短縮され
てしまう。
上述から明らかのように配電系統に発電装置を
接続する場合には配電系統の見直しが必要とな
り、場合によつては系統構成ないしは運用制御の
変更のための費用が発生する。
この解決策として過電圧継電器で発電装置を解
列する方式が考えられるが、この方式はポンピン
グ現象をひき起こし、エネルギー利用率も悪い。
さらに、自動電圧調製装置により発電装置無効
電力の可変制御に行なつて電圧安定化を計る方法
も考えられる。しかしながら、先に例示した如
く、配電系統の場合線路の抵抗とリアクタンスと
が同じオーダーなので効きが悪く、発電装置の有
効出力を大幅に上回る無効電力が必要であり、実
現性に乏しい。また、多数の小容量発電装置で適
正な相互電力配分をとりつつ系統の電圧調整を行
なうことは現実的に不可能である。
本発明の目的は、既存配電系統の見直しを要す
ることなくそのまゝ利用しながらも、発電装置接
続による負荷電圧変動幅の拡大を防止し、柱上変
圧器容量の許す範囲内においてできるだけ多くの
発電装置の設備を可能にすることにある。
このような目的は、本発明によれば、発電素子
とこの発電素子の出力が供給されるインバータと
を含み、インバータの出力が配電系統に与えられ
て配電系統に連系運転される発電装置の制御装置
において、 負荷電圧を検出する電圧検出器と、 前記発電装置の電圧および電流から有効電流指
令値を形成する有効電流指令演算手段と、 この有効電流指令値演算手段にて形成された有
効電流指令値に基づいて無効電流指令値を算出す
る演算手段と、 前記電圧検出器にて検出された負荷電圧の大き
さが設定上限電圧(VLnaxに接近した所定の電圧
値(VLnax−ε)まではゲイン0、前記設定上限
電圧以上ではゲイン1、前記電圧値から前記設定
上限電圧に到達するまでは前記負荷電圧の大きさ
に伴つて直線的に増大するゲインを有する可変ゲ
イン要素から構成され、前記演算手段にて算出さ
れた無効電流指令値を前記ゲインにて変更する特
性変更要素と、 前記電圧検出器にて検出された負荷電圧に相当
する正弦波信号が導かれ、前記特性変更要素から
出力された無効電流指令値と前記有効電流指令値
演算手段から出力された有効電流指令値とに基づ
いて波形合成を行う波形合成回路と、 この波形合成回路の出力に基づいて前記インバ
ータに所望の出力電流が流れるように前記インバ
ータを制御する制御回路と、 を備えることによつて達成される。
本発明原理を説明するために、第4図に再び配
電系統としての定電圧受電点と負荷端との間の等
価インピーダンスが示されている。このインピー
ダンスに関し、ここでは第2図における変圧器リ
アクタンスXtと線路リアクタンスXlとの合成値
をXで表わし、また第2図における線路抵抗Rl
Rで表わすものとする。定電圧受電点の電圧およ
び負荷端の電圧をそれぞれE・R、V・Lにてベクトル
表示し、そして各ベクトルの大きさをER、VL
て表わす。さらに負荷Lは有効電流IPLと遅れの
無効電流IQLをとるものとすると、負荷電流I・L
は、 I・L=IPL−jIQL と表わすことができる。また、発電装置Gは有効
電流IPQと進みの無効電流を供給するものとする
と、発電装置出力電流I・Gは、 I・G=IPG+jIQG と表わすことができる。
今、負荷のみの場合(I・G=0の場合)につい
て考えると、この場合には、 V・R=E・R−(R+jX)I・L が成り立つ。この場合には、もちろん配電系統
は、負荷電圧V・Rの大きさVRの変動が許容幅内に
おさまるよう構成ないし運用されている。許容変
動幅内にある最悪条件下にある負荷端について考
えるとすると、無負荷時にはVL(=ER)=111V全
負荷時にはVL=91Vとなる。したがつて、定電
圧受電点の電圧ERを基準とするベクトル図を示
す第5図によれば、負荷電圧V・Rのベクトル先端
は無負荷時には点Aにあるが、全負荷時には点B
に移動することになる。これに対して、発電装置
Gの出力電流I・Gが存在するときは、逆送電力に
よる負荷電圧突き上げが起こり、これは無荷荷時
に最もきびしくなる。発電装置Gの出力電流が、 I・G=IPG+jIQG であるとき、無負荷時の負荷電圧V・Lは、 V・L=E・R+(R+jX)(IPG+jIQG) と表わすことができる。本発明は、負荷電圧の大
きさVLの監視のもとに、負荷電圧の大きさVL
設定上限電圧VLnaxに接近した階段より(VL
VLnax−εとなつた階段より)発電装置Gに進相
無効電流IQGの供給を開始させ、VL=VLnaxとなつ
たときに、上記の無負荷時電圧V・Lの大きさがE・R
の大きさ|E・R|=ERに等しくなるように、即ち、 |E・R+(R+jX)(IPG+jIQG)|=ER ……(1) となるように発電装置Gの出力電流を制御するも
のである。かゝる制御によれば、VL<VLnax−ε
の範囲では、発電装置Gは有効電流IPGのみを供
給し、この場合に有効電流IPGは負荷電圧増大方
向に作用するので、負荷電圧の低下方向の変動を
許容範囲にとどめることに関しては何ら問題はな
い。また、VLVLnaxの範囲では、最悪条件下に
あつても第5図のベクトル図において負荷電圧ベ
クトルの尖端は最大許容限界を示す円上にとどま
る(点C)。すなわち、無負荷であつても負荷電
圧の大きさVLの発電装置Gがないときと同様に
定電圧受電点電圧の大きさERにとどめられる。
その都度において供給すべき無効分IQGの値はそ
の都度における有効分IPGに応じて異なる値をと
る。その都度における有効分IPGに応じて式(1)を
満足する無効分IQGを算出する場合に、その算出
式としては式(1)の変形を用いることができる。す
なわち、式(1)において、E・Rを基準にして考え、
E・R=ERとおくと、 が得られる。したがつて、VLVLnaxの範囲にお
ける発電装置Gの動作点(IPG、IQGは第5図に破
線OYで示すような特性曲線上にある。式(1)′に
おいてR、XおよびERは既知の値であるので、
IPGの値が与えられればそれに応じてIQGの値が求
まる。
第6図に本発明による制御方式の実施例を示
す。この図において、1は配電系統Sに連系運転
される発電装置であり、2は負荷である。発電装
置1は例えば太陽電池である発電素子11と、平
滑リアクトル12およびコンデンサ13からなる
直流フイルタと、インバータ14とから構成する
ことができる。インバータ14は例えばブロツク
内に一相分を略示するようにトランジスタ式電圧
形インバータを使用することができる。この場合
に発電装置1の系統への接続点とインバータ14
の出力端との間の各相接続線に交流リアクトル1
5を挿入するとよい。インバータ14は制御回路
16によつてパルス幅変調制御される。インバー
タ14に所望の出力電流I・Gを流すために変調制
御回路16に与えるべき制御信号波形は波形合成
回路17が発生する。波形合成回路17には電圧
検出器18によつて検出される負荷電圧V・Lに相
当する正弦波信号が導かれ、さらに有効電流操作
部19および無効電流操作部20の出力信号を導
かれる。有効電流指令値演算部21によつて、例
えば太陽電池11の電圧、電流の検出値からその
都度太陽電池11から最大出力を取り出し得るよ
うに有効電流指令値が形成される。操作部19は
この指令値どうりの有効電流IPGが流れるよう波
形合成回路17に作用する。また、この有効電流
指令値は演算回路22にも導かれ、演算回路22
は先の式(1)′にしたがつて無効電流指令値を算出
する。この無効電流指令値は特性変更要素23を
介して無効電流操作部20に伝達される。この要
素23は電圧検出部18からのVLに相当する信
号からその大きさVLを求め、このVLに応じて変
化するゲインを持つ可変ゲイン要素である。第7
図にはVLに対する出力IQG *の特性が演算回路22
からの2つの異なる入力値について示されてい
る。これからわかるように、VL<VLnnx−εの範
囲においては要素VLのゲインは零であり、した
がつて発電装置1は有効電流のみを供給する。
VLVLnaxの範囲では要素23のゲインは1であ
り、演算回路22によつて算出された無効電流指
令値がそのままゝ操作部20に伝達される。
VLnax−εVLVLnaxの範囲では、要素23の
ゲインは0から1までVLの増大にともなつて直
線的に上昇する。これにより円滑な特性変更を行
なわせることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は配電系統における定電圧受電点と1つ
の負荷端との間の線路の概略図、第2図は第1図
に対する等価回路図、第3図は負荷端電圧の変動
と線路長との関係についての説明図、第4図はイ
ンピーダンス等価回路図、第5図は本発明を説明
するための電圧、電流ベクトル図、第6図は本発
明一実施例を示すブロツク図、第7図は第6図の
実施例の動作についての説明図である。 1……発電装置、2……負荷、11……発電素
子、12,13……フイルタ、14……インバー
タ、15……交流リアクトル、16……変調制御
回路、17……波形合成回路、18……電圧検出
器、19……有効電流操作部、20……無効電流
操作部、21……有効電流指令値演算部、22…
…無効電流指令値演算部、23……特性変更回
路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 発電素子とこの発電素子の出力が供給される
    インバータとを含み、インバータの出力が配電系
    統に与えられて配電系統に連系運転される発電装
    置の制御装置において、 負荷電圧を検出する電圧検出器18と、 前記発電装置の電圧および電流から有効電流指
    令値を形成する有効電流指令値演算手段21と、 この有効電流指令値演算手段にて形成された有
    効電流指令値に基づいて無効電流指令値を算出す
    る演算手段22と、 前記電圧検出器にて検出された負荷電圧の大き
    さが設定上限電圧(VLnaxに接近した所定の電圧
    値(VLnax−ε)まではゲイン0、前記設定上限
    電圧以上ではゲイン1、前記電圧値から前記設定
    上限電圧に到達するまでは前記負荷電圧の大きさ
    に伴つて直線的に増大するゲインを有する可変ゲ
    イン要素から構成され、前記演算手段にて算出さ
    れた無効電流指令値を前記ゲインに変更する特性
    変更要素23と、 前記電圧検出器にて検出された負荷電圧に相当
    する正弦波信号が導かれ、前記特性変更要素から
    出力された無効電流指令値と前記有効電流指令値
    演算手段から出力された有効電流指令値とに基づ
    いて波形合成を行う波形合成回路17と、 この波形合成回路の出力に基づいて前記インバ
    ータに所望の出力電流が流れるように前記インバ
    ータを制御する制御回路16と、 を備えることを特徴とする配電系統発電装置の制
    御装置。
JP56141472A 1981-09-08 1981-09-08 配電系統発電装置の制御装置 Granted JPS5843017A (ja)

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JPS5843017A JPS5843017A (ja) 1983-03-12
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS549747A (en) * 1977-06-25 1979-01-24 Mitsubishi Electric Corp Non-stopping power source unit

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS549747A (en) * 1977-06-25 1979-01-24 Mitsubishi Electric Corp Non-stopping power source unit

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JPS5843017A (ja) 1983-03-12

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