JPH06233461A - 無効電力補償装置及びその制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、無効電力制御の応答を早くで
きる無効電力補償装置を提供することにある。また本発
明の他の目的は、事故時発生する過電流を防止し得る無
効電力補償装置の制御装置を提供することにある。 【構成】無効電力補償装置のインバータ回路の直流電圧
を一定に保つ定電圧制御手段と、前記無効電力補償装置
から系統に流れる電流を一定に保つ定電流制御手段を設
け、これらの出力により無効電力を制御するようにし
た。 【効果】簡単な制御回路構成により応答の早い無効電力
補償装置が実現できる。また、無効電力補償装置に流れ
る事故時の過電流を抑制できる制御装置を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、無効電力補償装置等、
変換装置を有する装置の制御装置一般に係るものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】交流系統で負荷に安定に電力を送るため
には、交流系統の電圧を常に一定範囲内に維持すること
が必要である。このためには交流系統に流れる負荷の無
効電力を一定に保つことが必要で、進み・遅れの無効電
力が調整できる自励式無効電力補償装置が系統に設置さ
れている。従来、無効電力補償装置の制御装置として
は、「１０１０系統不平衡時のＳＶＧ耐量向上方式」
（別井孝司他：平成２年電気学会全国大会講演論文集
（平成２年３月１０日発行））にあるように交流系統の
電圧及び無効電力補償装置に入力される交流電流とを検
出し、当該検出された電流及び電圧より無効電力を求
め、無効電力指令値との偏差に応じて制御する無効電力
制御と、インバータの直流電圧を検出して指令値との偏
差に応じて制御する直流電圧制御により無効電力を補償
するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来技術
は、検出された電流及び電圧より無効電力を求め、無効
電力指令値との偏差に応じて制御されるものであるた
め、応答性が悪いという問題があった。また、事故が発
生した場合に起こる過電流を防止する点については考慮
されていなかった。本発明の目的は、無効電力制御の応
答を早くできる無効電力補償装置を提供することにあ
る。また本発明の他の目的は、事故時発生する過電流を
防止し得る無効電力補償装置の制御装置を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、電力系統の無効電力を制御して系統の電圧
安定化を図る無効電力補償装置において、無効電力補償
装置のインバータ回路の直流電圧を一定に保つ定電圧制
御手段と、前記無効電力補償装置から系統に流れる電流
を一定に保つ定電流制御手段を備え、これらの制御手段
の出力信号に従って前記無効電力補償装置の無効電力を
制御するようにしたものである。また本発明の他の目的
を達成するため本発明では、電力系統の無効電力を制御
して系統の安定化を図る無効電力補償装置を制御する無
効電力補償装置の制御装置において、無効電力補償装置
のインバータ回路の直流電圧を検出し無効電力補償装置
の運転指令値との偏差に基づいて前記直流電圧を一定に
制御する定電圧制御手段と、前記インバータ回路の直流
電流及び前記無効電力補償装置から系統に流出する交流
電流を検出し前記直流電流及び交流電流のうち何れか一
方を出力する選択出力手段とを設け、当該選択出力手段
の出力と前記無効電力補償装置の運転指令値との偏差に
基づいて前記インバータの出力電圧を制御するようにし
たものである。

【０００５】

【作用】本発明によれば、無効電力補償装置から系統に
流れる電流を一定に保つ定電流制御手段を備え、これら
の制御手段の出力信号に従って前記無効電力補償装置の
無効電力が制御されるので従来の定無効電力制御回路よ
りも早い応答の無効電力補償装置を実現できる。また本
発明によれば、インバータ回路の直流電流及び無効電力
補償装置から系統に流出する交流電流を検出し直流電流
及び交流電流のうち何れか一方を出力する選択出力手段
とを設け、前記選択出力手段の出力と前記無効電力補償
装置の運転指令値との偏差に基づいてインバータの出力
電圧が制御されるので、インバータに過電流が流れるこ
とを防止することができる。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を図１に示す。１は無限大の
交流系統、２は無限大交流系統から負荷までのインピー
ダンス、３は負荷、４は負荷に流れる無効電力を調整す
るための自励式無効電力補償装置、５は無効電力補償装
置４の変圧器、４１は無効電力補償装置のインバータ直
流回路のコンデンサ、４２は自励式インバータで、この
具体的回路を図２に示す。図は電圧型の自励式インバー
タの回路例を示し、自己消弧形素子をブリッジ結線して
構成される。ＧＴはＧＴＯ（ゲートターンオフサイリス
タ）等の自己消弧形素子、ＤＩはダイオードである。４
０１は無効電力補償装置の運転状態を指定する運転指令
回路、４０２は直流電圧検出回路、４０３は運転指令回
路４０１の出力の１つである電圧指令値と直流電圧検出
値との偏差を求める第１の加算回路、４０４はこの偏差
を増幅する演算増幅回路で４０１から４０４で定電圧制
御回路を構成する。４０６は無効電力補償装置４に流れ
る電流を検出する交流電流検出回路、４０８は運転指令
回路４０１の運転指令値である無効電力の進み・遅れに
応じて電流検出信号の極性を反転する極性反転回路、４
０９は運転指令回路４０１の電流指令値と電流検出値と
の偏差を求める第２の加算回路、４１０はこの偏差を増
幅する演算増幅回路で、４０１と408から４１０により
定電流制御回路を構成する。４１１は定電圧制御回路の
出力信号と定電流制御回路の出力信号とからインバータ
４２への制御パルス（オン・オフ信号）を作成するＰＷ
Ｍ信号作成回路である。このＰＷＭ信号作成回路４１１
の動作を図３に示す。図３には３相のうちの１相の正側
のオン・オフ信号ＰＵを示している。ＣＡは搬送波、Ｈ
Ａは変調波であり、ＣＡ＜ＨＡのときオン（負側の素子
はオフ）、ＣＡ＞ＨＡのときオフ（負側の素子はオン）
することにより、無効電力補償装置のインバータの出力
電圧波形を変調波に近づけることができる。インバータ
出力の無効電力の進み・遅れ及び大きさは、インバータ
のコンデンサの直流電圧を一定に保った状態で変調波の
振幅を定電流制御回路の出力により変えることにより制
御することができる。一方直流電圧は、定電圧制御回路
の出力に応じて搬送波と変調波の位相を変えることによ
り制御することができる。尚、定電流制御回路によって
無効電力が制御できるのは以下の理由による。定電圧制
御回路によってインバータの直流電圧を一定に保つこと
がインバータの出力電流の位相角（φ）をほぼ９０度で
運転することと等しいことになる。いま交流系統の電圧
をＶ、無効電力補償装置に流れる電流をＩとすると無効
電力補償装置の出力の無効電力Ｑは次式で表わされる。

【０００７】

【数１】

【０００８】ここで、Ｖをほぼ一定値と見做せばＩを変
えることによりＱを変えることができる。

【０００９】この制御回路の構成において、電流制御回
路で無効電力を制御する構成としているので無効電力の
応答を早くできる。これは無効電力よりも電流の検出が
一般に早くできることによる。また電圧制御回路の応答
時定数は無効電力制御回路の時定数とほぼ同じになる
が、無効電力制御回路を電流制御回路とすることにより
電圧制御回路と異なった応答時定数にできるので各々の
回路の相互干渉を防止できる。

【００１０】更に図１において、上述の構成に図中一点
鎖線で示される４１３の構成を付加する。４１３中の４
０５はインバータの直流側の電流を検出する直流電流検
出回路であり、４０７は直流電流検出回路４０５の出力
である直流電流検出値と交流電流検出回路４０６の出力
である交流電流検出値のうちの大きい方の値を選択する
最大値選択回路である。この回路の詳細を示す一例を図
４に示す。交流電流の検出値はダイオードＤ₁のブリッ
ジ整流回路と抵抗Ｒ₀，Ｒ₁，Ｒ₂により直流電圧信号に
変換され、もうひとつのダイオードＤ₂₁とＤ₂₂により２
つの電流検出回路４０５と４０６のうちの大きい方の値
が選択され出力される。極性反転回路408は運転指令回
路４０１の運転指令値である無効電力の進み・遅れに応
じて最大値選択回路４０７の出力である電流検出信号の
極性を反転し、第２の加算回路409は運転指令回路４０
１の電流指令値と電流検出値との偏差を求める、４１０
はこの偏差を増幅する演算増幅回路で、４０１と４０８
から４１０により定電流制御回路を構成する。４１１は
定電圧制御回路の出力信号と定電流制御回路の出力信号
とからインバータ４２への制御パルス（オン・オフ信
号）を作成するＰＷＭ信号作成回路である。このような
制御回路構成とすることにより、定電流制御回路の電流
フィードバックとして直流電流と交流電流の大きい方の
値を使用する構成としているので、無効電力補償装置の
内部で事故があった場合の過電流を防止すると同時に外
部の事故による過電流を防止することができる。

【００１１】以上の定電流制御回路による無効電力制御
を、より実際的とするための制御方法を図５を用いて説
明する。図５は電圧形インバータの変調波の振幅指令値
に対する無効電力補償装置の出力の無効電力を示した図
である。振幅指令値の或る点Ａ₀を境にして無効電力補
償装置の出力の無効電力は遅れから進みに変化する。従
って、定電流制御回路の出力にＡ₀を加算し、定電流制
御回路の出力を正または負の値に制御することによって
進みまたは遅れの無効電力を制御することができる。こ
れを実現するために定電流制御回路の電流指令値と電流
フィードバックの極性を進みまたは遅れの無効電力の指
令値に応じて切り替える。図６に定電流制御回路の具体
的な構成例を示す。図６において、無効電力補償装置の
運転状態を指定する運転指令回路４０１，極性反転回路
４０８，第２の加算回路４０９，演算増幅回路４１０、
及びＰＷＭ信号作成回路４１１は図１に示したものと同
様のものである。４１２は定電流制御回路の演算増幅回
路４１０の出力信号とバイアス電圧Ａ₀を加算する第３
の加算回路で、加算された信号はＰＷＭ信号作成回路４
１１に導かれて変調波の振幅指令値となる。この回路構
成により電流指令値の正または負の値に応じて無効電力
の進みまたは遅れが制御できる。

【００１２】次に定電流制御回路の指令値の作成方法を
説明する。定電流制御回路の指令値は無効電力補償装置
が出力すべき無効電力値となるように電流値を決める必
要がある。いま無効電力補償装置が出力すべき無効電力
量をＱ、交流系統の電圧をＶとすると電流指令値Ｉpは
次式から近似的に求まる。

【００１３】

【数２】

【００１４】これは、数１においてsinφが次式で表わ
されるからである。

【００１５】

【数３】

【００１６】ここにＰは無効電力補償装置の回路損失で
一般にＰ≪Ｑである。

【００１７】電流指令値作成回路の具体的な構成を図７
に示す。図７において、運転指令回路４０１，極性反転
回路４０８，第２の加算回路４０９，演算増幅回路４１
０，及びＰＷＭ信号作成回路４１１は図１に示したもの
と同様のものである。４３０は運転指令回路４０１の出
力の指令値の１つである無効電力指令値を交流電圧検出
回路４２０で検出された交流電圧で割り算する除算回路
である。割り算された信号は定電流制御回路の電流指令
値となり第２の加算回路４０９に導かれる。この回路構
成による電流指令値により無効電力補償装置に要求され
る無効電力が出力されることになる。尚、指令値として
交流系統の電圧指令値が与えられた場合は、電圧指令値
からインバータの出力電圧値を差し引いた値を系統のイ
ンピーダンス値で割ると電流指令値が求まるので、これ
を定電流制御回路の指令値とすればよい。また、任意の
系統状態信号に対しても関数発生器等により電流指令値
を発生させる構成とすれば任意の希望する無効電力制御
特性が得られることは明らかである。

【００１８】

【発明の効果】簡単な制御回路構成により応答の早い無
効電力補償装置が実現できる。また、無効電力補償装置
に流れる事故時の過電流を抑制できる制御装置を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である無効電力補償装置及び
その制御回路の構成図である。

【図２】図１の電圧形インバータの具体的回路を示す図
である。

【図３】図１の無効電力補償装置の制御回路のＰＷＭ信
号作成回路の一例の動作説明図である。

【図４】図１の無効電力補償装置の制御回路の電流検出
回路の一例を示す図である。

【図５】図１のＰＷＭ信号作成回路の振幅指令値に対す
る無効電力の関係を表わす図である。

【図６】図５の動作を実現する制御回路の一例を示す図
である。

【図７】本発明の定電流制御回路の指令値を作成する回
路の構成例を示す図である。

【符号の説明】

４…無効電力補償装置、４０１…運転指令回路、４０
３，４０９…加算回路、４０７…最大値選択回路、４０
８…極性反転回路、４０４，４１０…演算増幅回路、４
１１…ＰＷＭ信号作成回路、４３０…除算回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 知治 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 常盤 幸生 東京都調布市西つつじケ丘２丁目４番１号 東京電力株式会社技術研究所内 (72)発明者 中島 達人 東京都調布市西つつじケ丘２丁目４番１号 東京電力株式会社技術研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電力系統の無効電力を制御して系統の電圧
   安定化を図る無効電力補償装置において、前記無効電力
   補償装置のインバータ回路の直流電圧を一定に保つ定電
   圧制御手段と、前記無効電力補償装置から系統に流れる
   電流を一定に保つ定電流制御手段を備え、これらの制御
   手段の出力信号に従って前記無効電力補償装置の無効電
   力を制御することを特徴とする無効電力補償装置。
2. 【請求項２】請求項１の無効電力補償装置において、前
   記定電流制御手段は、前記無効電力補償装置に系統から
   要求される進み、遅れの無効電力に応じて電流指令値及
   び電流検出値の極性を変更する極性反転手段を備えたこ
   とを特徴とする無効電力補償装置。
3. 【請求項３】請求項２の無効電力補償装置において、前
   記定電流制御手段の出力信号にバイアス電圧を加え、前
   記電流指令値の極性を変えることにより進み、遅れの無
   効電力を制御することを特徴とする無効電力補償装置。
4. 【請求項４】請求項２の無効電力補償装置において、前
   記定電流制御手段の指令値として、前記無効電力補償装
   置に要求される無効電力値を交流系統の電圧検出値で除
   した値を用いることを特徴とする無効電力補償装置。
5. 【請求項５】電力系統の無効電力を制御して系統の安定
   化を図る無効電力補償装置を制御する無効電力補償装置
   の制御装置において、前記無効電力補償装置のインバー
   タ回路の直流電圧を検出し前記無効電力補償装置の運転
   指令値との偏差に基づいて前記直流電圧を一定に制御す
   る定電圧制御手段と、前記インバータ回路の直流電流及
   び前記無効電力補償装置から系統に流出する交流電流を
   検出し前記直流電流及び交流電流のうち何れか一方を出
   力する選択出力手段とを設け、当該選択出力手段の出力
   と前記無効電力補償装置の運転指令値との偏差に基づい
   て前記インバータの出力電圧を制御することを特徴とす
   る無効電力補償装置の制御装置。
6. 【請求項６】請求項５の無効電力補償装置の制御装置に
   おいて、前記選択出力手段は前記直流電流及び交流電流
   のうち大きい方の値を出力することを特徴とする無効電
   力補償装置の制御装置。