JPH05189067A

JPH05189067A - 電圧変動抑制装置の制御方式

Info

Publication number: JPH05189067A
Application number: JP4022107A
Authority: JP
Inventors: Hideki Yamamura; 英機山村
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1992-01-09
Filing date: 1992-01-09
Publication date: 1993-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】系統の電圧変動を抑制する目的で設置するＳ
ＶＣにおいて、ＳＶＣ設置場所での系統条件が、例えば
延長き電時等のように変化すると、系統条件が変化し
て、制御系は不安定となる。本発明は系統条件の変化を
自動的に判別し、変化した系統条件に適合するようにＳ
ＶＣの制御系のＡＶＲ制御回路の時定数を自動的に変更
して安定制御を計る。【構成】ＴＣＲで補償するＳＶＣにおいて、系統条件
（Xs≒％Ｚ）の変化分を電圧の変化分（ΔＶ）として検
出し、この信号にてＡＶＲ制御定数を自動的に最適設定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、系統電圧変動を抑制す
る目的で設置する無効電力補償装置の、設置場所での系
統条件が、例えば延長き電時等のように変化しても、通
常のＡＶＲ制御における時定数を系統条件の変化に応じ
て設定変更するようにして系統電圧を安定化する電圧変
動抑制装置の制御方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、電気車両に対するき電の場合、
線路に沿って設置された変電所に、無効電力補償装置
（以下ＳＶＣという）を付設してき電電圧の変動を補償
するような方式が考えられる。図５はき電変電所に付設
されるＳＶＣを示す。図においてE₁，E₂は数10km離れた
位置に設置される電源を示す。この電源E₁，E₂は開閉器
CB₁，CB₂ を介してき電線ｌと接続される。今、電源E₁
側にサイリスタ制御リアクトル（以下ＴＣＲという）
と、このＴＣＲの容量に対応する容量（基本波）の高調
波フィルタ兼用のコンデンサＦＬよりなるＳＶＣが設置
されるものとする。き電線電圧V_lを取り出すＰＴが結合
され、また、き電線にＣＴが結合され、き電線電圧相当
の電圧信号Vin と、き電線電流相当の電流信号がＱ検出
器に入力し、またVin がＶ検出器に入力する。Ｑ検出器
とＶ検出器の出力側は切替スイッチＳＷを介してファン
クション回路ＦＣに接続され、ＦＣ回路よりの点弧角信
号はパルス発生回路ＰＧに入力し、位相同期ループＰＬ
Ｌよりの同期信号に基いて、パルスを発生し、ＴＣＲを
通電制御する。

【０００３】

【動作】（１）上記ＳＶＣは、 CB₁オン、 CB₂オフ、つ
まり通常のき電状態にあり、電源E₁より電力供給の場合
は、Ｑ検出器をＦＣ回路に接続してＴＣＲを運転し、前
記Ｑ検出器において、図示していないが、瞬時無効電力
信号を演算し、これと前記瞬時無効電力信号をローパス
フィルタを通した無効電力信号を基準値として比較し、
瞬時無効電力値が大きい場合、ＴＣＲの通電電流を下げ
るようにＴＣＲの点弧位相角をＦＣ回路で決めてＴＣＲ
を制御する。この時、ＴＣＲ電流の減少により、電源E₁
側の％Z₁による電圧降下を減少させて、オープンループ
で制御して電圧変動を抑制する。なお、％Ｚ（％インピ
ーダンス）はＴＣＲ容量を系統の短絡容量ＰＳで割った
もので、同時にＴＣＲにより補償できる電圧ΔＶ（％）
の範囲を示す。これに対し、前記基準値に対して瞬時無
効電力信号が小さい場合、ＴＣＲの通電電流を上げるよ
うにして瞬時電圧変動を抑制する。（２）例えば、電源E₁を開き、電源E₁側の点検、補修を
行う場合、 CB₂を閉じ、通常電源E₁によりき電する区間
に電源E₂よりき電するが、この場合、通常の電源E₁の区
間を走行する電気車両は数10km離れたところから電力の
供給を受けることになる。この場合、電源E₂側のインピ
ーダンスのほかき電線によるインピーダンスによる電圧
降下も加わる。この場合、この電圧降下を考慮して、運
転条件をにらみ合せ、シーケンス処理にて、Ｑ制御をＶ
制御に切替え、Ｖ検出器より出力信号と基準電圧信号と
の差信号によりＡＶＲ制御によりＴＣＲの通電制御を行
うような方式が採られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、電源E₁，
E₂による系統条件の変化をにらみ合せ、シーケンス処理
にて、ＳＶＣのＱ制御（オープンループ制御）、ＡＶＲ
制御が用いられるが、この制御切替処理が複雑となる。
ところで、電気車両の運転を制御の対象とした場合、こ
れを更に検討してみるとき電線の電圧変動をゆっくり制
御すればよく、Ｑ制御は不要と考えられ、上述のＡＶＲ
制御を採って制御回路を構成することが望ましいが、系
統条件が変化した場合、ＡＶＲ制御回路における設定ゲ
イン、時定数が当初のままに固定されていると、後述の
ように系統にハンチング現象を生じ、安定したＳＶＣ運
転状態を保つことは困難となる。本発明はこの問題を解
決するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、き電線電圧を
検出して、負荷変動時の電圧変動をＴＣＲを用いて補償
するＳＶＣにおいて、き電時における系統条件（Xs＝％
Ｚ）の変化分を電圧の変化分（ΔＶ）として検出し、こ
の信号にてＡＶＲ制御定数を最適設定することによって
系統条件が変化しても、ＳＶＣを安定して運転できる制
御構成を具備する制御方式を提案するものである。以
下、説明は電気車両き電を主として説明されるが、一般
的に本発明は離間した位置にある二つの電源を切替えて
負荷に電力を供給するような系統におけるＡＶＲ制御Ｓ
ＶＣの制御方式に適用できる。

【０００６】図１は本方式全体をブロック図で示す。電
源E₁を開閉器CB₁ を介してき電線ｌに接続する。また、
離れた位置にある電源E₂を開閉器CB₂ を介してき電線ｌ
に接続する。リアクトル２、逆並列接続のサイリスタの
直列接続によるＴＣＲと進相、高調波フィルタ兼用のＦ
Ｌがき電線に接続されてＳＶＣが構成され、前記電源E₁
側の変電所に設置される。このような構成の場合、電源
側％Ｚは次式で表わすことができる。％Z₁＝X₁＝ＴＣＲ容量／ＰＳ＝ΔV₁（％）但し、ＰＳは系統の短絡容量本例で、％Z₁＝ΔV₁＝５％、また電源E₂側およびき電線
による％Z₂＋％Z₃＝ΔV₂＝25％となるものとする。なお
％Z₃＞％Z₂である。なおΔV₁５％の補償ができるＴＣＲ
の設備容量は延長き電を考慮し、２倍程度の余裕を持た
せてある。（即ち、ΔＶ＝10％が補償できる）

【０００７】次にＴＣＲ制御系について説明する。図１
においてき電線ｌにＰＴが結合され、き電線電圧相圧の
電圧信号V_in がＶ検出器４で検出される。V_in はき電電
圧の定常電圧値相当の電圧基準信号V_ref1 より加算器５
で差し引かれ、その出力ΔV_lはＡＶＲ制御回路６に入力
する。この場合V_ref1 を１PU、10Ｖに置き、Ｖ検出器４
よりの電圧信号V_in は、き電線電圧が定常値以上にある
とき、制御信号10Ｖを出力するものとする。一方、V_in
はき電線電圧の定常電圧値相当の電圧基準信号V_ref2
（１PU＝10Ｖ）より加算器12で差し引かれ、ローパスフ
ィルタ14を介して、その出力ΔV₁₀ は加算器９に入力す
る。ローパスフィルタ14の時定数0.1S程度とする。さら
に、この加算器９に、ＣＴにより検出されたI_TCR相当の
電流信号I_TCRがI_TCRの最大通電電流を１PU（10Ｖ）とす
るI_TCRの電流基準信号I_ref3 より差し引かれ、ΔI_TCRが
ローパスフィルタ15を介して入力する。ローパスフィル
タ15の時定数は0.1S程度とする。この加算器９よりの出
力信号ΔV₂は整流器17を介し、％Ｚ→ＳＴ変換回路18に
入力する。この変換回路18、ＡＶＲ制御回路６について
は、後に詳述するが、変換回路18では入力したΔV₁₁ の
大きさが検出され、その大きさに従って、制御系にある
ＡＶＲ制御回路６の時定数を変更する。ＡＶＲ制御回路
６において、時定数の変更があったときは、変更により
設定された定数に従って、入力されるV_ref1 − V_in信号
に基いて制御信号V₀を発生し、位相同期回路10よりの位
相同期信号に従ってＴＣＲ制御位相パルスをパルス発生
回路８で発生して、ＴＣＲの電流を制御する。

【０００８】図１の点線で囲む部分Ａは、％Ｚ→ＳＴ変
換回路18に、電源E₁よりE₂、もしくはE₂よりE₁への切替
信号を検出する定数切替検出回路である。ＴＣＲ電流＝
100％／１PU＝10Ｖ、き電線電圧 100％＝10Ｖとする。（１）ＴＣＲ電流が 100％流れている状態で、き電線電
圧が 100％であれば、つまりE₁電源より電力の供給を受
けていることを意味するので、この場合はＡＶＲ制御回
路６の設定時定数はそのままでよく、従って、ＴＣＲ電
流検出回路より加算器９への入力は零となるように構成
されている。（２）ＴＣＲ電流が０％流れている状態で、き電電圧が
低下していたら、E₂電源、つまり延長き電にて制御を判
断するとともに、図２の％Ｚ→ＳＴ変換回路18の電圧信
号判別回路において、ΔＶ＝５％，10％，〜25％の信号
を発し、図３に示すＡＶＲ制御回路６のコンデンサC₁〜
C₅をオン・オフして時定数を変更する。図２は図１の％
Ｚ→ＳＴ変換回路における電圧信号判別回路である。比
較器21，22，23，24に対し、比較基準電圧は順に1.0V，
1.5V，2.0V，2.5Vとし、ΔＶを５％きざみに検出し、信
号をＡＶＲ制御回路６に送出する。図３は、図１のＡＶ
Ｒ制御回路６をなす、ＰＩ制御差動増幅器であって、図
２の SW₁〜Sw₄ よりの信号によりコンデンサC₁，C₂，
C₃，C₄，C₅を順にオンし、電圧上昇により、逆順にオフ
する。ここでC₁＝C₂，C₃，C₄，C₅で、R₁＝R₂，K₁＝Rf／
R₁である。

【０００９】（１）電源E₁にてき電の際のＡＶＲ制御条
件伝達函数は次式で表わされる。（G₀）＝K₁／（１＋ST₁ ）（１）ここで、K₁は設定ゲインで比例要素Ｐに相当し、T₁は設
定時定数で積分要素Ｉに相当する。今、電圧系統を安定
に制御するための適切なループゲイン、ループ時定数
は、ループゲイン（G_L）≦10倍、ループ時定数（τ_L ）
≧50msとすると、（１）式の各定数は、％Z₁＝ΔＶ＝５％ K₁＝G_L／ΔＶ＝10／0.05＝ 200倍 T₁＝τ_L・G_L＝50ms・10 ＝ 500ms このように現場設定で定数を設定し、電源E₁でＳＶＣを
運転する。（２）前記電源E₁にてき電の制御条件を電源E₂に適用す
ると、％Ｚ＝ΔＶ＝25％として、 G_L＝K₁・ ΔV₁＝200 ×0.25＝50倍 τ_L ＝T₁／G_L＝500ms ／50倍＝10ms この結果、E₁き電制御条件をE₂き電時に適用したなら
ば、系統動揺（ハンチング現象）を起こすので再調整を
要する。（３）電源E₂に切替えＡＶＲ制御回路６において、望ま
しいループゲイン、ループ時定数はすでに示したよう
に、ループゲイン（G_L）≦10倍、ループ時定数（τ_L ）
≧50msであり、ΔＶ＝25％として、τ_L ＝50msとすると T₁＝τ_L・G_L＝50ms・ 10倍＝500ms 、 K₁＝G_L／ΔＶ＝10／0.25＝40倍とすればよく、このような観点から系統条件（Xs＝％
Ｚ）の変化分を系統電圧の変化分（ΔＶ）として捉らえ
てこれを検出し、この検出信号にて（１）式に示す設定
時定数K₁を自動的に最適設定し、系統条件が変化して
も、ＳＶＣを安定に制御するように自動切替を行う。

【００１０】

【動作】以下に本発明方式の動作を図４に示す特性図と
図１〜３との関連において説明する。（１）すでに説明したように、図１の点線Ａで囲む定数
切替検出回路ＡにおいてＴＣＲ電流が 100％流れている
状態で、き電線電圧が 100％であれば、つまり制御され
ている状態にあれば、電源E₁で電力を供給しているの
で、％Ｚ→ＳＴ変換回路18への入力信号はなく、ＡＶＲ
自動制御回路６の時定数は当初のままとなる。（２）ＴＣＲ電流がき電電圧を上げるため０％流れる状
態でき電線電圧が低下していたら、電源E₂より延長き電
で制御するものと判断して、ΔＶ＝５％，10％，…25％
を検出して、前記ＡＶＲ自動制御回路６の時定数をΔＶ
の大きさに従って、自動的に切替える。図４は本発明に
よる電圧補償をモデル的に示している。電気車両負荷の
オン、オフにより、ＳＶＣがなければ、き電線電圧は実
線で示すように変動する。本発明によるＳＶＣ使用の場
合は、電気車両負荷電流の増加時、ＴＣＲの電流容量で
規定される通電より零通電に移行する間、き電線電圧は
一定に維持され、ＴＣＲの通電が零となる以後は、ＦＬ
の進相容量のみ加わり、き電線電圧は降下するが、ＳＶ
Ｃ不使用の際ほどのき電線電圧降下は避けられる。（３）電気車両運転の際は、電流オン・オフの繰返しが
多く、き電線電圧の変動は急峻である。この場合、例え
ばき電線電圧がΔＶ＝15％降下した位置にあるとして、
急激に電圧が上昇した場合、ＡＶＲ自動制御回路６の時
定数はT₁＝τ_L・G_L＝500ms になるように、ΔＶ＝15％に
対応して図３のコンデンサがC₃までオンの状態にあるの
で、この設定条件で、ＴＣＲは通電を開始し、やがてき
電線電圧の上昇に従い、C₂はオフし、き電線電圧 100
％、ＴＣＲ電流 100％の状態で、ＡＶＲ制御回路６の設
定定数は、当初の条件つまり電源E₁よりき電の運転状態
にもどる。

【００１１】

【発明の効果】以上は電気車両の運転について、電源の
供給位置が変った場合に生じるいわゆる系統条件に対応
して、ＡＶＲ制御回路の定数を変更して、該制御による
ハンチングを防止する方式について説明したが、本発明
は、上記と同様に電力供給中、供給系統に変更が生じる
ような系統に、接続され電圧変動負荷にＳＶＣ制御方式
を採用している場合に適用できるものと考えられる。す
なわち、系統の電圧変圧動を抑制する目的で設置するＳ
ＶＣにおいて、ＳＶＣの設置場所での系統条件が電源切
替等により変化してもΔＶ≒％Ｚを検出する回路を作
り、通常のＡＶＲ制御の時定数を系統条件に応じて自動
的に設定変更するようにしているので、系統の電圧制御
系を安定して動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す。

【図２】図１の本発明実施例で適用される％Ｚ→ＳＴ変
換回路における電圧信号判別回路を示す。

【図３】図１の本発明実施例で適用されるＡＶＲ制御回
路のＰＩ制御差動増幅器を示す。

【図４】本発明による電圧補償をモデル的に示す。

【図５】従来の電源切替における電圧変動負荷に対する
ＳＶＣによる変動電圧補償方式を示す。

【符号の説明】

１ＴＣＲ２リアクトル３逆並列接続サイリスタ４Ｖ検出器６ＡＶＲ制御回路 18 ％Ｚ→ＳＴ変換回路ＦＬ進相兼高調波フィルタＡ定数切替検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】系統条件が変化する電力系統における変
動負荷の電圧変動を抑制する無効電力補償装置におい
て、系統電圧基準信号と変動する系統電圧信号の差を求
めて系統に設置したサイリスタ制御リアクトルの通電制
御を行う制御系のＡＶＲ制御回路の時定数を制御最適時
定数に変更するため、前記変動する系統電圧信号とサイ
リスタ制御リアクトルの通電電流信号より、系統電源の
切替えを検討し、サイリスタ制御リアクトル使用におけ
る系統の％インピーダンスの変化分は系統電圧の変化分
ΔＶ（％）を等しいことに着目して、前記系統基準電圧
信号と変動系統電圧信号の差より、前記変動電圧ΔＶ
（％）相当の％インピーダンスについての信号を検出
し、該％インピーダンス信号にて前記ＡＶＲ制御回路の
時定数を最適設定することを特徴とする電圧変動抑制装
置の制御方式。