JPH0625911U - 無効電力補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電圧低下を主眼にして設置するＳＶＣにおい
て、変電所が系統に供給するトータルの無効電力に応じ
てＴＣＲの待機容量を最適化する制御方法を提供するこ
とにより、設定器等の現地調整を不要化し、電圧低下の
抑制と力率改善を常時最適化しながら行なえるようにす
る。 【構成】 自設備の変電所が供給する系統全体の無効電
力Ｑ_Tを算出し、この無効電力Ｑ_Tと設定した僅かな進相
電力との差を、所定の時間遅れを与えてフィードバック
制御信号として負荷の無効電力検出信号に加算し、負荷
の無効電力検出信号によるフィードフォワード制御にて
電圧の瞬時変動を抑制しつつ、フィードバック制御にて
系統の無効電力を設定した僅かな進相電力値に追従させ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、交流電力系統の母線にサイリスタ制御リアクトル（以下ＴＣＲと 呼称する）を接続し、負荷の無効電力発生量に応じてＴＣＲの発生する遅れ無効 電力を待機容量から減少させて電圧変動を抑制する無効電力補償装置（以下ＳＶ Ｃと呼称する）に関し、特に電圧低下対策に主眼をおいて設置する場合の系統の 設備条件に応じた待機容量の自動最適化に関する。

【０００２】

【従来の技術】

ＳＶＣは、図２に示すように、電源１につながれ変動負荷２が接続された母線 ３に、遅れ無効電力Ｑ_TCRを発生するＴＣＲと一定の進み無効電力Ｑ_FCを発生す るフィルタ（以下ＦＣと呼称する）を並列に設けたもので、ＦＣによって高調波 （図示例では第３、第５高調波）を吸収し、ＦＣの進み無効電力Ｑ_FCによって力 率を改善しながら一定の電圧低下抑制を行うとともに、負荷の遅れ無効電力Ｑ_L の発生量に応じ、位相制御によりＴＣＲが発生する遅れ無効電力Ｑ_TCRを変化さ せ、系統の電源側インピ−ダンス％Ｚ≒％Ｘによる電圧変動ΔＶ≒％Ｘ・（Ｑ_L ＋Ｑ_TCR−Ｑ_FC）の抑制を行う。

【０００３】 このＴＣＲ制御は、負荷の無効電力Ｑ_LがゼロのときＴＣＲに最大電流（１０ ０％）を流し、それが発生する無効電力Ｑ_TCRを最大にする待機運転を行い、負 荷に無効電力Ｑ_Lが発生すると、その発生分だけＴＣＲの無効電力Ｑ_TCRを減少さ せ、電源側から見た無効電力Ｑ_L＋Ｑ_TCRを、一定化するように位相制御するのが 基本的な使い方である。

【０００４】 上記ＴＣＲ制御によって負荷変動に伴う系統電圧の変動は抑制できる。しかし 、交流電力系統には、上記ＳＶＣや負荷２の他にオートトランスＡ・Ｔ等が設置 され系統全体の無効電力Ｑ_T（＝Ｑ_L＋Ｑ_TCR−Ｑ_FC＋Ｑ_AT＋…）は遅れ力率にな っていることが多い。従って系統の電源側インピ−ダンス％Ｚ≒％Ｘによる電圧 降下ΔＶ≒％Ｘ・Ｑ_Tにより、系統電圧は低下する。なお上記制御方法では、Ｔ ＣＲはＱ_L＋Ｑ_TCRを一定にするように制御されるだけなので、この原因による電 圧低下の抑制には寄与しない。

【０００５】 系統の電圧低下を抑制する手段として、ＴＣＲの待機容量を減少させ、ＴＣＲ が系統の母線３に与える無効電力Ｑ_TCRを小さくすることが考えられる。

【０００６】 この考えを実現する一つの手段として、図３に、本出願人が先に提案した無効 電力補償装置装置４を示す（実公昭６１−３２３８号）。この装置４の本来の目 的はＳＶＣの設備容量を小さくすることであり、そのためにＴＣＲ電流を制限す る構成を持つ。この構成を利用し、ＳＶＣが設置された系統全体の遅れ無効電力 Ｑ_Tの大きさに応じ、ＴＣＲ電流Ｉ_TCRが、例えば定格の７０％を越えないように 制御し待機容量を減少すれば、電圧低下の抑制並びに力率改善ができる。 図３に示す、この装置４の構成を次に説明する。

【０００７】 １は変電所等の電源で、配電線および電源のインピ−ダンス％Ｚ≒％Ｘを通し て、電車等の変動負荷２が接続された母線３に給電している。ＳＶＣはＴＣＲと ＦＣとから構成され、ＴＣＲは母線３に直列接続されたリアクトル４と逆並列接 続サイリスタ５とから構成される。ＦＣは第３高調波吸収用と第５高調波吸収用 に夫々設けられ、その進相用コンデンサ６、７で、一定の進み無効電力Ｑ_FCを母 線３に与える。また系統母線３には、通信誘導障害並びに電圧降下を軽減するオ ートトランスＡ・Ｔ、および力率改善用の並列コンデンサＰＣが設置されている 。電源１から母線に給電する配電線には、系統全体への供給電力を計測する電力 計Ｗ・Ｈが設けられている。

【０００８】 ８はＳＶＣの位相制御装置で、母線３に接続されたＰＴおよび変動負荷２の回 路に結合されたＣＴの２次側に接続された無効電力Ｑ_L検出器１０で算出した無 効電力Ｑ_Lを、第１の加算器１１を通してファンクション回路１２でサイリスタ ５の点弧位相角に線形変換して無効電力信号ｑ_Lとし、これを比較器１３で、Ｐ Ｔの２次側に接続されたＰＬＬ回路１４で得た電源同期信号をタイミング回路１ ５に与えて得られる鋸歯状波と比較して、その交差タイミングでパルス発生器１ ６にサイリスタ５のゲートパルスＰ₁，Ｐ₂を発生させる。これによって、ＴＣＲ が発生する無効電力Ｑ_TCRを、無効電力信号ｑ_Lが表わす負荷２の無効電力Ｑ_Lの 大きさだけ減少させ、電圧変動を抑制する。

【０００９】 １７はＴＣＲ電流の最大値Ｉ_MAXの設定器で、ＴＣＲ電流の定格に対する割合 、例えばＩ_MAXを定格の７０％にするときは０．７ｐ．ｕを電圧に換算して設定 する。これは、ＴＣＲの回路に結合したＣＴ１８で検出したＴＣＲ電流Ｉ_TCRの 一方の極性成分をダイオード１９を介して受け、第２の加算器２０でＩ_TCR−Ｉ_{M AX} の演算を行ない、この結果が正のとき、所定の遅れと増幅率を持つ時定数回路 ２１を通して、前記第１の加算器１１に加える。このようなフィードバック制御 の結果、ＴＣＲ電流Ｉ_TCRが設定した最大値Ｉ_MAXを越えようとすると、第１の加 算器１１の出力が増加してＴＣＲ電流を減少させるようにゲートパルスＰ₁，Ｐ₂ の位相角をずらすので、ＴＣＲが発生する遅れ無効電力Ｑ_TCRは設定値以下に制 限され、この結果系統の電圧降下を抑制し、平均的な力率を改善することができ る。

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】

図３に示すようにＴＣＲ電流の最大値Ｉ_MAXを固定する方式であると、設備条 件が変わる毎に設定器１７の再設定をする必要があり、しかも電圧降下の抑制も 最適化されないという欠点がある。

【００１１】 設定の基準とされるのは、ＳＶＣが設置される交流電力系統の母線３につなが る種々の機器の進相容量と遅相容量の総和である。例えば列車負荷に給電するき 電系統の場合、ＦＣの進み無効電力Ｑ_FC、負荷の遅れ無効電力Ｑ_L、ＴＣＲの遅 れ無効電力Ｑ_TCR、オートトランスＡ・Ｔの遅れ無効電力Ｑ_AT、力率改善用の並 列コンデンサの進み無効電力Ｑ_C等が主たる決定要因となるが、設備全体の把握 が困難であると共に、各定格容量が全体としての容量に関わる割合は、時間的、 距離的に不確定である。

【００１２】 従って、変電所に設置された電力計Ｗ・Ｔを用いて、系統の実際の運転状態を 把握し、設定を行なうことになる。しかし、この方法では運転状態の変化に即応 することが出来ず、設備の改変毎に再設定を行なう必要がある。

【００１３】 また、上記従来方式は、負荷の無効電力Ｑ_Lがゼロまたは小さいときにＴＣＲ 電流を制限して、この時間帯における力率を改善し、全体としての力率改善を目 標としたもので、負荷の無効電力Ｑ_Lがある程度発生していて、制限を加えなく てもＴＣＲ電流が設定値Ｉ_MAXを越えないような場合は、力率改善の効果がなく 、電圧低下も抑制していない。

【００１４】 そこで、この考案は、電圧低下を主眼にして設置するＳＶＣにおいて、変電所 が系統に供給するトータルの無効電力に応じてＴＣＲの待機容量を最適化する制 御方法を提供することにより、設定器１７の現地調整を不要化し、電圧低下の抑 制と力率改善を常時最適化しながら行なえる装置を提案することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

この考案は、負荷の無効電力検出信号を用いて、変電所電源から給電を受ける 母線に接続されたサイリスタ制御リアクトルをフィードフォワード制御し、サイ リスタ制御リアクトルの発生する無効電力を負荷の無効電力と逆比例するように 瞬時変化させて、負荷変動に伴う電圧変動を抑制する無効電力補償装置に、 自設備の変電所が母線に供給するトータル電流と母線電圧から、系統全体の無 効電力Ｑ_Tを算出するＱ_T検出器と、この無効電力Ｑ_Tと設定した僅かな進相電力 との差を取り出す誤差増幅器と、この差の出力に所定の時間遅れを与えながら増 幅する時定数回路と、この時間遅れ出力をフィードバック制御信号として前記負 荷の無効電力検出信号に加算する加算器を設け、フィードフォワード制御にて電 圧の瞬時変動を抑制しつつ、フィードバック制御にて系統の無効電力を設定した 僅かな進相電力値に追従させることを特徴とする。

【００１６】

【作用】

上記構成では、ＴＣＲの制御に関し、負荷変動に応じた制御はフィードフォワ ード制御であるので、電圧変動を瞬時に抑制することができる。系統全体の無効 電力を検出し、これを僅かな進相電力にする制御は、所定の時定数回路を介して 行なうフィードバック制御であるので、前記フィードフォワード制御を妨げない で設定した進相状態に追従させ、この進相電流による電圧上昇分によって変電所 および配電線の抵抗分％Ｒと有効電力Ｐ_Tによる僅かな電圧降下（％Ｒ・Ｐ_T）分 をも補償して、系統母線の電圧低下を略完全に補償しつつ、力率を改善する。

【００１７】 特に、このフィードバック制御は、系統全体の無効電力を常に監視・制御して いるので、系統条件が変動し系統設備が改変されても、最適制御が常に保障され る。

【００１８】

【実施例】

この考案の構成例を、図１に示して説明する。 図１において、図３と同一の符号を付したものは同一物または均等物を示す。 １は変電所等の電源で、配電線および電源のインピ−ダンス％Ｚ≒％Ｘを通して 、電車等の変動負荷２が接続された母線３に給電する。ＳＶＣはＴＣＲとＦＣと から構成され、ＴＣＲは母線３に直列接続されたリアクトル４と逆並列接続サイ リスタ５とから構成される。ＦＣは第２高調波吸収用、第３高調波吸収用および 第５高調波吸収用に夫々設けられ、その進相用コンデンサ６、７、９で、一定の 進み無効電力Ｑ_FCを母線３に与える。また系統母線３には、通信誘導障害並びに 電圧降下を軽減するオートトランスＡ・Ｔ、および力率改善用の並列コンデンサ ＰＣが設置されている。この考案の装置は、変電所から供給する電流Ｉ_Tを、僅 かな進相電流になるようにフィードバック制御するので、母線３に接続された進 相設備の容量が遅相設備の容量と同程度以上あることが望ましい。このため、Ｓ ＶＣのＦＣは第３、第５高調波吸収用のものに加え、第２高調波吸収用のＦＣが 付加され、進相設備を増強してある。

【００１９】 ８は、ＳＶＣの位相制御装置で、負荷の無効電力Ｑ_L検出器１０に加え、系統 全体の無効電力Ｑ_T検出器２２が設けてある。 負荷の無効電力Ｑ_L検出器１０は、母線３に接続されたＰＴの２次側に接続さ れた９０°Ｌａｇ回路２３の出力側、および変動負荷２の回路に結合されたＣＴ の２次側に接続され、９０°Ｌａｇ回路２３から出力される母線電圧と９０°遅 れの電圧と負荷電流Ｉ_Lから負荷の無効電力Ｑ_Lを算出し、第１の加算器１１に出 力する。

【００２０】 系統の無効電力Ｑ_T検出器２２は、上記９０°Ｌａｇ回路２３の出力側と母線 ３に給電する配電線に結合されたＣＴの２次側に接続され、母線電圧と９０°遅 れの電圧と系統のトータル電流Ｉ_Tから系統全体の無効電力Ｑ_Tを算出する。この 系統の無効電力Ｑ_Tは、進相電力設定器２４に設定した設定値Ｑ_Sと誤差増幅器２ ５で比較され、この比較結果Ｑ_S−Ｑ_Tは、所定の増幅率と遅れを与える時定数回 路２６を通して、第１の加算器１１に負荷の無効電力Ｑ_Lに加算すべき値として 入力される。第１の加算器１１の出力は、ファンクション回路１３でサイリスタ ５の（点弧位相角−電流）特性に合わせて線形変換され、比較器１３に入力され る。比較器１３には、ＰＴの２次側に接続されたＰＬＬ回路１４で得た電源同期 信号をタイミング回路１５に与えて得られる鋸歯状波が入力されており、その交 差タイミングでパルス発生器１６にサイリスタ５のゲートパルスＰ₁，Ｐ₂を発生 させる。

【００２１】 上記構成の制御方式は、負荷電流Ｉ_Lから無効電力Ｑ_Lを演算して、この信号に てＴＣＲの無効電力制御を行なうフィードフォワードループが主制御となる。す なわち、き電系統で列車が到来し負荷の無効電力Ｑ_Lが増大して変化すれば、Ｔ ＣＲ電流Ｉ_TCRは待機位置から、負荷に応じた無効電力検出Ｑ_L分だけＴＣＲ電流 Ｉ_TCRを絞り込み、電圧変動を瞬時補償する。このとき、同時に系統の全無効電 力を検出して系統のトータル電流が僅かに進相電流になるように所定の遅れを持 つフィードバック制御により補正を加え、待機容量を自動調整する。なお、この 待機容量は系統の負荷の無効電力を除いた全無効電力に追従するもので、この待 機容量は、系統の遅相設備が大きくなる程に小さくなり、ＴＣＲの補償余力を減 少させるので、この考案の制御方式を採用するときは、並列コンデンサＰＣ等の 進相設備を十分に設置しておくのが好ましい。

【００２２】 このように系統全体の無効電力Ｑ_Tが、常に僅かな進相電力となるように、フ ィードバック制御しているので、この進相電流による電圧上昇分によって変電所 および配電線の抵抗分％Ｒと有効電力Ｐ_Tによる僅かな電圧降下（％Ｒ・Ｐ_T）分 をも補償して、系統母線の電圧低下を略完全に補償する。

【００２３】 なお、どの程度の進相電流にするかは、系統につながれる負荷の抵抗分の大き さ、および電源側インピ−ダンス％の抵抗分（図示せず）の大きさによる。これ らの値は、一般の電力系統においては、リアクタンス分に比べ無視できる程度に 小さいから、系統の進み力率も、かなり小さくでき、力率改善の効果も期待でき る。

【００２４】 特に、このフィードバック制御は、系統全体の無効電力を常に監視・制御して いるので、系統条件が変動し系統設備が改変されても、最適制御が常に保障され 、系統の保守管理上もメリットが大きい。。

【００２５】

【考案の効果】

この考案によれば、電圧低下対策に主眼をおいてＳＶＣを交流電力系統に設置 する場合において、系統の設備条件に応じて電圧低下の補償並びに力率改善をす るための、ＴＣＲの待機容量の自動最適化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の無効電力補償装置の一実施例を示ず
図

【図２】無効電力補償装置の概略図

【図３】従来の無効電力補償装置を示す図

【符号の説明】

１ 変電所電源 ２ 負荷 ３ 母線 １０ Ｑ_L検出器 １１ 第１の加算器 ６，７，９ ＦＣの進相用コンデンサ ８ 位相制御装置 ２２ Ｑ_T検出器 ２４ 進相電力設定器 ２５ 誤差増幅器 ２６ 時定数回路 ＳＶＣ 無効電力補償装置 ＴＣＲ サイリスタ位相制御装置 ＰＣ 並列コンデンサ Ａ・Ｔ オートトランス ＦＣ フィルタ

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】負荷の無効電力検出信号を用いて、変電所
   電源から給電を受ける母線に接続されたサイリスタ制御
   リアクトルをフィードフォワード制御し、サイリスタ制
   御リアクトルの発生する無効電力を負荷の無効電力と逆
   比例するように瞬時変化させて、負荷変動に伴う電圧変
   動を抑制する無効電力補償装置において、 自設備の変電所が母線に供給するトータル電流と母線電
   圧から、系統全体の無効電力Ｑ_Tを算出するＱ_T検出器
   と、この無効電力Ｑ_Tと設定した僅かな進相電力との差
   を取り出す誤差増幅器と、この差の出力に所定の時間遅
   れを与えながら増幅する時定数回路と、この時間遅れ出
   力をフィードバック制御信号として前記負荷の無効電力
   検出信号に加算する加算器を設け、フィードフォワード
   制御にて電圧の瞬時変動を抑制しつつ、フィードバック
   制御にて系統の無効電力を設定した僅かな進相電力値に
   追従させることを特徴とする無効電力補償装置。