JPH062419U - 直列コンデンサ系統のｓｖｃ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電圧変動率の低減等を目的として直列コンデ
ンサ４を挿入した電力系統に、サイリスタ制御リアクト
ル（ＴＣＲ）を有する無効電力補償装置（ＳＶＣ）を設
置した場合に、無負荷トランス投入時の突入電流によっ
て直列コンデンサが直流的に充電され、これに誘発され
る低周波振動を、サイリスタ制御リアクトル（ＴＣＲ）
が拡大・継続させる現象をなくす。 【構成】 直列コンデンサの両端電圧の過渡的変動が不
感帯レベルＶ_Bを越えたとき、この越えた大きさに対応
させ、所定の極性でＴＣＲの位相制御信号Ｖ _AVRを正負
非対称に補正する低周波振動補正回路２３を設け、直列
コンデンサの直流充電エネルギーを放出させ、ＴＣＲの
リアクトルの偏磁を解消する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は直列コンデンサ系統に、サイリスタ制御リアクトル（以下ＴＣＲと 呼称する）を有する無効電力補償装置（以下ＳＶＣと呼称する）を設置した場合 に、無負荷トランスを投入したときの突入電流（インラッシュ電流）によって発 生する低周波振動でＴＣＲが偏励磁してＳＶＣの電圧変動抑制作用が損なわれ、 低周波振動が拡大・継続する現象を除去したＳＶＣ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図５に示すように、変電所電源１から系統母線２を通して負荷３に給電する交 流電力系統（系統の変電所側インピ−ダンスを、％Ｚ＝％Ｒ＋％Ｘとする）に、 線路リアクタンスを改善する直列コンデンサ４を挿入して電圧変動率の低下等を 図った場合において、負荷３の無負荷トランス５の投入時等に、系統の商用周波 数電圧Ｖ_lに低周波振動Ｖ_SH（例えば５０／６０Ｈ_Zに対して１０／１２Ｈ_Z）が 重畳して電圧変動を起こすことがある。これは例えば、き電系統に電車が到来し た場合で、負荷３である電車の無負荷トランス５を励磁する突入電流によって直 列コンデンサ４が直流的に充電され、このエネルギーを、無負荷トランス５との 間でやりとりする共振現象が低周波振動を誘発する。

【０００３】 このような電力系統に、電圧変動を抑制するＳＶＣが設置されていた場合、上 記低周波振動Ｖ_SHが減衰せず、新たな電圧変動を引き起こす。これは、低周波振 動Ｖ_SHによってＴＣＲ電流Ｉ_TCRが大きく振られてＴＣＲの高インピ−ダンス変 圧器Ｘ_Lが偏励磁するためである。

【０００４】 ここでＳＶＣの制御は、例えばＡＶＲ制御回路６を用い、降圧変圧器ＰＴ₁で 検出した系統電圧Ｖ_inが所定の目標基準電圧Ｖ_refに追従するように、ＴＣＲの 遅相電力Ｑ_TCRを増減するサイリスタの位相制御を行っている。なお、ＴＣＲに 並列接続されたＦＣ（フィルタ）は高調波を抑制しながら一定の進相電力Ｑ_FCを 系統に供給して電圧降下の抑制を行なう。

【０００５】 上記低周波振動Ｖ_SHによる電圧変動から系統を保護するため、従来は過電圧リ レー７を用い、過電圧発生時の直列コンデンサ４の充電エネルギーを放出させて いた。すなわち、降圧変圧器ＰＴ₂を通して、直列コンデンサ４の両端電圧を受 ける過電圧リレー７が、過電圧を検出すると、そのＣＢを閉じて、直列コンデン サ４の充電エネルギーをシリーズ抵抗８に放出させる。そして、低周波振動Ｖ_SH が消滅した後にＣＢを開き直列コンデンサ４を正規状態に復帰させていた。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

上記過電圧リレー７による保護方式では、ＣＢの開閉動作が列車の通過数に対 応して多頻度に起こる。この動作は、低周波振動Ｖ_SHの発生検出に数秒、ＣＢの 復帰に数秒を要するもので、この間の系統電圧変動は他機器に悪影響を与える。

【０００７】 そこで、この考案は、このような過電圧リレー４を用いることなく、ＳＶＣ自 身が極めて高速に低周波振動Ｖ_SHを除去できるＳＶＣ制御回路を提供して、系統 電圧Ｖ_lの安定化を図ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

この考案が提案する直列コンデンサ系統のＳＶＣ制御装置は、 電源から直列コンデンサを介して負荷に給電する交流電力系統の負荷側にサイ リスタ制御リアクトルを有する無効電力補償装置を設置し、位相制御によりサイ リスタ制御リアクトルが系統に供給する遅相電力を増減させて、負荷変動に伴う 電圧変動を抑制する設備において、 微分回路によって上記直列コンデンサの両端電圧の過渡的変動を検出し、この 微分出力が所定値（不感帯レベル）を越えたときその超過分に応じ、この直列コ ンデンサの過充電エネルギーが放出する極性で、商用周波の半周期毎にサイリス タ制御リアクトルに流す正と負の電流の大きさを、正負非対称に補正する低周波 振動補正回路を設けたことを特徴とする。

【０００９】

【作用】

上記構成は、微分回路で検出した直列コンデンサ４の両端電圧の過渡的変動が 、所定レベルを越えたか否かにより、低周波振動の発生原因である直列コンデン サ４の過充電を検出し、この超過分に応じた量だけ、サイリスタ制御リアクトル の電流を所定の極性で正負非対称に補正する。これによって、サイリスタ制御リ アクトルの偏励磁を解消し、このときのリアクトル電流で直列コンデンサの過充 電エネルギーを放出させ、低周波振動を高速に消滅させる。

【００１０】

【実施例】

この考案の構成例を、図１に示して説明する。 図１は変電所電源１から直列コンデンサ４を介して、系統母線２に給電する交 流電力系統に、ＳＶＣと、この考案のＳＶＣ制御装置９を設けたもので、電源側 には電源を含む電源側インピ−ダンス％Ｚ＝％Ｒ＋％Ｘ、負荷側には無負荷トラ ンス５がある。

【００１１】 ＳＶＣは、ＴＣＲとＦＣを系統母線２に並列接続したもので、ＴＣＲは逆並列 接続サイリスタ１０と、この定格電圧に降圧するためと遅れ無効電力Ｑ_TCRを発 生するリアクトルを兼ねた高インピ−ダンス変圧器（Ｘ_L）１１とから構成され る。なお、高インピ−ダンス変圧器１１に変えて、通常の変圧器と直列リアクト ルの場合もある。ＦＣは、一定の進み無効電力Ｑ_FCを発生するコンデンサ１２と 、このコンデンサ１２とで系統母線２の高調波を吸収する直列リアクトル１３と から構成される。

【００１２】 図示したＳＶＣ制御装置９において、１４はＰＬＬ回路で、降圧変圧器ＰＴ₁ 、入力トランスＰＴ₃を通して系統電圧Ｖ_lを受け、位相制御の正確な基準となる 商用周波同期信号を発生する。１５はのこぎり波発生回路で、この商用周波同期 信号の正負のピーク値からゼロクロス点までの１／４周期区間ごとに、走引する のこぎり波を発生する。１６は実効値演算回路で、降圧変圧器ＰＴ₁、入力トラ ンスＰＴ₄を通して系統電圧Ｖ_lを受け、その実効値Ｖ_inを算出する。１７は第１ の減算器で、この実効値Ｖ_inから所定の目標基準電圧Ｖ_refを減算して出力する 。１８はこの減算値を受けるＡＶＲ制御回路で、その比例積分出力をＡＶＲ制御 信号Ｖ_AVRとして出力する。１９は第２の減算器で、このＡＶＲ制御信号Ｖ_AVRか ら後述する補正信号Ｖ₂を減算して出力する。２０はファンクション回路で、第 ２の減算器１９の出力する補正されたＡＶＲ制御信号Ｖ_Oを受け、ＴＣＲのサイ リスタ１０の制御位相角βを表す電圧に線形変換する。２１はトリガパルス発生 回路で、ファンクション回路２０で線形変換された電圧と、前記のこぎり波とを 比較し、電圧が一致する各半波期間の交差時に正負のトリガパルスを発生する。 ２２はパルス増幅器で、この正負のトリガパルスをＴＣＲのサイリスタ１０を点 弧するのに十分な大きさに増幅して出力する。

【００１３】 このＳＶＣ制御装置９は、系統電圧Ｖ_lが目標基準電圧Ｖ_refよりも高いときＴ ＣＲのサイリスタの点弧位相角βを小さくし、ＴＣＲの発生する遅相電力Ｑ_TCR を増加させ、系統電圧Ｖ_lを下降させるというフィードバック制御（系統電圧Ｖ_l が目標基準電圧Ｖ_refよりも低いときは逆向き）を行うもので、その応答性はＡ ＶＲ制御回路１８の伝達関数〔Ｋ₁／（１＋ＳＴ₁）〕に従う。そして、低周波振 動が発生しない通常時は補正信号Ｖ₂が０で、正負の半波期間の点弧位相角βが 同一の正負対称制御を行なう。

【００１４】 ２３は低周波振動補正回路で、降圧変圧器ＰＴ₂を介して直列コンデンサ４の 両端電圧Ｖ_SCを受け、低周波振動発生時に上記補正信号Ｖ₂を発生する。この回 路は、入力トランスＰＴ₅、整流器２４、ΔＶ検出回路２５、反転器２６、極性 切換えスイッチ２７から構成される。

【００１５】 上記低周波振動補正回路２３において、入力トランスＰＴ₅および整流器２４ は、直列コンデンサ４の両端電圧Ｖ_scの全波整流信号Ｖ_inrを取り出す。

【００１６】 ΔＶ検出回路２５は、上記全波整流信号Ｖ_inrの過渡的変動（ｄＶ_inr／ｄｔ） が不感帯レベルＶ_Bを越えているとき、その越えた部分（ΔＶ＝Ｖ_inr／ｄｔ−Ｖ _B ）を所定ゲインＫで増幅したΔＶ検出信号（Ｖ₁＝Ｋ・ΔＶ）を出力するもので 、図２に示すように微分・積分回路２８、不感帯設定器である可変電源３０、お よび増幅器２９を備える。

【００１７】 微分・積分回路２８は、入力信号Ｖ_inrを微分することにより直列コンデンサ ４の過渡的変動に応じた電圧（ｄＶ_inr／ｄｔ）を取り出し、これを積分するこ とにより補正が必要な期間これを保持する。この微分・積分回路２８の諸定数は 、低周波振動発生の原因となる直列コンデンサ４の異常電圧上昇を検出する最適 値に設定される。例えば、そのカットオフ周波数〔ｆ_C＝１／２π・Ｒ₂・Ｃ₁（ Ｈ_Z）〕は、その周期が数ｍｓとなるように設定し、ゲインが最大となる中心周 波数〔ｆ_O＝１／２π・Ｒ₁・Ｃ₁（Ｈ_Z）〕は、その周期が数１０ｍｓとなるよう に設定する。 増幅器２９には、微分・積分回路２８の出力（ｄＶ_inr／ｄｔ）から不感帯設 定器である可変電源３０の電圧Ｖ_Bを減算した電圧（ΔＶ＝Ｖ_inr／ｄｔ−Ｖ_B） が入力される。この増幅器２９のゲイン（Ｋ＝Ｒ₄／Ｒ₃）は、ＴＣＲの位相制御 可能な範囲を有効利用するため大きく設定され、一定レベル以上の入力に対して は飽和出力を発生する。このΔＶ検出回路２５の出力Ｖ₁は、増幅器２９が飽和 しない状態で、Ｖ₁＝（Ｒ₄／Ｒ₃）・〔Ｒ₂・Ｃ₁・（ｄＶ_in／ｄｔ）−Ｖ_B〕とな る。

【００１８】 図１に戻って、反転器２６は極性反転により負のΔＶ検出信号（−Ｖ₁）を作 り、極性切換えスイッチ２７は、これら正負のΔＶ検出信号（±Ｖ₁）を、のこ ぎり波発生回路１５から受けた電源同期信号の極性により切換え、第２の減算器 １９に補正信号Ｖ₂として出力する。ここで、極性切換えスイッチ２７は、ΔＶ 検出信号Ｖ₁が発生したとき、これをそのまま補正信号Ｖ₂（＝＋Ｖ₁）として加 算器１９に送り、以後電源同期信号が正負を反転する毎に、補正信号Ｖ₂（＝± Ｖ₁）の正負を切換えて、加算器１９に出力する。

【００１９】 上記低周波振動補正回路２３は、低周波振動の発生に対して図３に示す波形図 のように補正信号Ｖ₂を発生する。 図３において、(a)は系統電圧Ｖ_lと直列コンデンサ４の両端電圧Ｖ_SCを重ねて 示すもので、無負荷トランスへの突入電流が発生すると、これに対応して直列コ ンデンサ４の電圧Ｖ_SCが過充電され（イ）、系統電圧Ｖ_lにその包絡線で示され るような低周波振動（ロ）が重なる。このとき、整流器２４の出力する全波整流 波形は(b)のようになる。この出力をΔＶ検出回路２５の前段の微分・積分回路 ２８に通すと(c)のようになる。この信号から不感帯設定器３０の設定電圧Ｖ_Bを 差し引くと(d)のようにクリップされた波形となる。このクリップ波形を増幅器 ２９で増幅すると、(e)のようになる。この波形で一定レベル以上がクランプさ れているのは、増幅器２９の飽和による。反転器２６と極性切換えスイッチ２７ は、この出力Ｖ₁を電源同期信号の極性によって、正負反転するので、加算器１ ９に出力される補正信号Ｖ₂は(f)のようになる。

【００２０】 次に、上記補正信号Ｖ₂による低周波振動抑制の具体例について説明する。 図４は、図１に示すＳＶＣを備えた直列コンデンサ系統において、その運転中 のＡの時点で電車が到来した場合の、系統電圧Ｖ_l、直列コンデンサ４の両端電 圧Ｖ_SC、負荷電流Ｉ_L、ＴＣＲの正負のトリガパルスＧ_1,Ｇ₂、ＴＣＲ電流Ｉ_TCR が変化する様子を示す。列車到来に伴い負荷に突入電流ａが流れ、直列コンデン サ４の電圧Ｖ_SCが急上昇ｂしようとする。すると前述したように低周波振動補正 回路２３が、補正信号Ｖ₂を発生する。このときの補正信号Ｖ₂は正（＋Ｖ₁）で 、これで減算されたＡＶＲ制御信号Ｖ_Oは小さくなり点弧位相角βを大きくし、 トリガパルスＧ₁の発生を遅らせる。これによって検出直後の半周期ｃのＴＣＲ 電流Ｉ_TCRは減少し、直列コンデンサ４への過充電を妨げる。商用周波同期信号 の極性が反転する次の半周期ｄは、補正信号Ｖ₂は負（−Ｖ₁）となり、これで減 算されたＡＶＲ制御信号Ｖ_Oは大きくなって、トリガパルスＧ₂の発生を速め、Ｔ ＣＲ電流Ｉ_TCRを通常より増加させる。これによって、直列コンデンサ４に直流 的に充電されたエネルギーを放出させる。以後このような正負非対称制御を、補 正信号Ｖ₂が続く間継続する。この制御例では、低周波は、商用周波の数サイク ルでほぼ消滅し、この後は無負荷トランス５の遅れ無効電力Ｑ_Lによる電圧降下 を補償する大きさだけ、ＴＣＲの発生する遅れ無効電力Ｑ_TCRを減少させるよう にＴＣＲ電流Ｉ_TCRを、略零近くまで落とす制御を行なっている。

【００２１】 上記説明では、ＳＶＣ制御回路９としてＡＶＲ制御回路（Ｖ制御方式）を用い た構成を示したが、ＴＣＲの位相制御は、負荷の無効電力Ｑ_Lを検出しこの変化 分を即時に補償するＱ制御方式によって行なってもよく、この場合でも上記低周 波振動の抑制効果は同様に得られる。

【００２２】

【考案の効果】

この考案は、ＳＶＣを設置した直列コンデンサ系統において、無負荷トランス の投入時に発生する低周波振動を、直列コンデンサ両端電圧の過渡的変動を微分 回路で捉えることによって瞬時に検出し、ＳＶＣのＴＣＲ電流の正負非対称制御 によって、ＳＶＣ自身に急速に消滅させる。この高速動作による系統電圧Ｖ_lの 安定化は、過電圧リレーを用いた従来の低周波振動対策に比べ格段に優れたもの となる。

【００２３】 また、この考案は低周波振動発生の検出を微分回路によって行うので、系統電 圧Ｖ_lに重畳する低周波成分をフィルタ等（変化分が少ないので回路構成が複雑 化する）で分離・検出する場合に比べ回路構成を簡略化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案のＳＶＣ制御装置の実施例を示す。

【図２】図１に示すＳＶＣ制御装置のΔＶ検出回路の具
体例を示す回路図を示す。

【図３】図２に示すΔＶ検出回路の動作を説明する各部
分の波形例を示す。

【図４】図１に示すＳＶＣ制御装置を、無負荷トランス
が投入されたときに運転した場合の低周波振動の抑制状
態を表す波形図を示す。

【図５】過電圧リレーを用いて低周波振動を消滅させる
従来の直列コンデンサ系統を示す。

【符号の説明】 １ 変電所電源 ２ 系統母線 ３ 負荷 ４ 直列コンデンサ ５ 無負荷トランス ９ ＳＶＣ制御装置 １０ サイリスタ １１ 高インピ−ダンス変圧器（リアクトル） １９ 第２の減算器 ２３ 低周波振動補正回路 ２４ 整流器 ２５ ΔＶ検出回路 ２６ 反転器 ２７ 極性切換えスイッチ ２８ 微分・積分回路 ２９ 増幅器 ３０ 不感帯設定器 Ｖ_l 系統電圧 Ｖ_SC 直列コンデンサの両端電圧 Ｖ_AVR ＡＶＲ制御信号 Ｖ₂ 補正信号 Ｖ_O 補正されたＡＶＲ制御信号 ＳＶＣ 無効電力補償装置 ＴＣＲ サイリスタ制御リアクトル ＦＣ フィルタ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源から直列コンデンサを介して負荷に
   給電する交流電力系統の負荷側にサイリスタ制御リアク
   トルを有する無効電力補償装置を設置し、位相制御によ
   りサイリスタ制御リアクトルが系統に供給する遅相電力
   を増減して、負荷変動に伴う電圧変動を抑制する設備に
   おいて、 微分回路によって上記直列コンデンサの両端電圧の過渡
   的変動を検出し、この微分出力が所定値を越えたとき、
   商用周波の半周期毎に正負対称に位相制御されている前
   記サイリスタ制御リアクトルの電流を、上記直列コンデ
   ンサの過充電をなくす極性で正負非対象に補正する低周
   波振動補正回路を具備したことを特徴とする直列コンデ
   ンサ系統のＳＶＣ制御装置。