JPH0682305B2 - 無効電力補償装置 - Google Patents

無効電力補償装置

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JPH0682305B2
JPH0682305B2 JP59185979A JP18597984A JPH0682305B2 JP H0682305 B2 JPH0682305 B2 JP H0682305B2 JP 59185979 A JP59185979 A JP 59185979A JP 18597984 A JP18597984 A JP 18597984A JP H0682305 B2 JPH0682305 B2 JP H0682305B2
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敦 奥野
等 河野
祐三 高門
宏 林
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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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、負荷の無効電力を補償して力率を改善する
無効電力補償装置に関する。
〔従来技術〕
電力の授受に際しては、総合力率が常に1であることが
望ましく、そのためには、負荷において発生する無効電
力を抑制する必要がある。そこで近年、無効成分の変動
にも対応できるように、無効電流と逆相の電流を発生し
て、無効成分を打ち消す無効電力補償装置が開発され効
果を上げている。第2図はこの種の無効電力補償装置の
動作原理も説明するためのブロック図であり、図におい
てIが電源電流,ILが負荷電流、ICが補償電流である。
そして、図に示す補償装置1は、電源電流Iが電源電圧
V(vsinwt)と同相の正弦波となるように、補償電流IC
発生する。この場合、負荷電流ILは高調波を含み、ま
た、基本波成分も電圧と位相差を有するが、一般的な補
償装置は、基本波成分についてのみ補償する基本波電力
補償であるため、高調波分はフイルタ等によって除去す
るようにしている。しかし、できればフイルタ等は用い
ずに高調波分も補償できることが望ましい。
そこで、最近高調波分をも含めた補償(すなわち、瞬時
無効電力の補償)が行なえる無効電力補償装置が提案さ
れている。例えば、第3図はこの種の無効電力補償装置
の構成を示す回路図、第4図は同装置の制御部の構成を
示すブロック図である。なお、この図に示す無効電力補
償装置は、電気学会論文誌58-B61 P.483〜P.490に記載
されているものであり、以下に動作原理について簡単に
説明する。
第4図に示す3,4は、負荷電流検出値と電源電圧検出値
に各々変換行列 を乗じて、3相の検出信号をα軸,β軸の2相に変換す
る変換部であり、ここで である。5はα,β軸上で電力を求める演算部であり、
Pは瞬時電力、qは瞬時虚電力である。瞬時電力Pは直
流分と交流分とに分解され、また、交流分はハイ
パスフイルタ6によって検出される。この場合、は力
率1の正弦波電流より得られる有効電力であるから、補
償の対象となるのは瞬時虚電力qと交流分となる。7
は瞬時虚電力qと交流分とに対応する補償電流▲i
α▼,▲i β▼を求める演算部であり、算出された補
償電流▲i α▼,▲i β▼は変換部8において が乗じられ、これにより、3相の補償電流指令信号▲I
▼となり、スイッチング制御部9に供給される。こ
こで、 の転置行列である。次に、スイッチング制御部9は指令
信号▲I ▼と補償電流ICとを各相毎に比較し、その
誤差分が所定値以内となるように、第3図に示す補償電
流発生部10内の各スイッチングトランジスタ(6個)の
オン−オフを制御する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、第3図,第4図に示す従来の無効電力補償装
置においては、高調波分も含めた補償が行なえる反面、
演算部5および7において各々乗算器(2変数を乗じる
乗算器)が4個および8個必要になり、回路全体では12
個の乗算器を必要としてしまい、構成が複雑となってし
まう欠点があった。また、この無効電力補償装置は3相
でないと瞬時虚電力qが定義できないため、単相には用
いることができないという欠点があった。
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、瞬時無効
電力の補償が行えるとともに、構成が簡単で、しかも単
相回路にも用いることができる無効電力補償装置を提供
することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明による無効電力補償装置は、平均値検出部(1
1)と、電圧検出手段(14)と、基準電流算出部(100)
と、偏差検出部(20,21,22)と、補償電流制御部(24)
とを有する無効電力補償装置であって、平均値検出部
(11)は、負荷(12)の負荷電力平均値を検出し、電圧
検出手段(14)は、負荷(12)に対する供給電圧を検出
し、基準電流算出部(100)は、平均値検出部(11)と
電圧検出手段(14)との出力を入力し、供給電圧と負荷
電力平均値とを乗算し、供給電圧の2乗値を求め、乗算
結果を供給電圧の2乗値によって除算して、当該負荷電
力平均値および供給電圧において力率が1であると仮定
した場合に、負荷(12)に流れるべき基準負荷電流を算
出し、偏差検出部(20,21,22)は、負荷(12)に実際に
流れる電流と基準電流算出部(100)の出力である基準
負荷電流とを入力してその偏差を出力し、補償電流制御
部(24)は、この偏差を入力して、偏差が0となるよう
に発生する補償電流を電源に流すものである。
〔作用〕
実際の電源電流が、基準負荷電流に一致するように補償
電流が制御されるので、力率が負荷の変動に衣らず常に
1となる。
〔実施例〕
以下、図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。
第1図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図で
あり、第2図〜第4図に示す各部と対応する部分には同
一の符号を付しその説明を省略する。
図において11は一定期間ごとに負荷12における負荷電力
平均値W3φを求める平均値検出部であり、その検出値
は乗算器13の一方の入力端に供給される。14はa相の負
荷電圧v(v=vsinwt)を検出するトランスであり、その検
出値は乗算器13の他方の入力端および振幅検出部15の入
力端に供給される。振幅検出部15はトランス14の検出信
号から負荷電圧振幅Vを検出して乗算器16へ供給し、乗
算器16は振幅Vを2乗して除算器17へ供給する。除算器
16は乗算器13の出力信号を振幅Vの2乗値(V2)で除算
し、その除算結果を定数乗算部18に供給する。定数乗算
器18は除算部17の除算結果を2/3倍した後に、偏差検出
部20,22および120°移送器19に供給する。以上説明した
各要素のうち乗算器13,16、振幅検出部15、乗算器17お
よび定数乗算部18により基準電流算出部100が構成され
ている。120°移相器19は、定数乗算部18の出力信号を1
20°遅らせた後に、偏差検出部21,22に供給する。偏差
検出部20,21,22には各々a相,b相,c相の負荷電流検出信
号が減算信号として供給されている。24は、偏差検出部
20,21,22からの偏差信号Sa,Sb,Scに基づいて、a相,b
相,c相の各補償電流を制御する補償電流制御部であり、
例えば、第3図に示す補償電流発生部10と、この補償電
流発生部10内の各スイッチング素子のオン,オフを偏差
信号Sa,Sb,Scに基づいて制御するスイッチング制御部
(図示略)とから成っている。
次に、上述した構成による実施例の動作を説明する。
まず、電源によって負荷12のa相に印加される電圧は、 v=V sin wt ……(2) であり、この電圧vはトランス14を介して検出される。
ここで、負荷12のa相に供給される電流を ir′=Irsin(wt+θ) ……(3) (但しθは位相差) とすると、平均値検出部11によって、 W3φ=3VIr/2 ……(4) なる電力W3φが検出される。電圧vと電力W3φとが
乗算器13に供給されると、式(2)、(4)の乗算結果
「3V2Irsin wt/2」が乗算器13から出力される。一方、
振幅検出部15を介して電圧vの振幅値Vが検出され、さ
らに乗算器16を介してその二乗値V2が出力される。
次に、除算器17においては、乗算器13の出力信号が乗算
器16の出力信号によって除算される。従って、除算器17
からは乗算結果 「3Irsin wt/2」が出力される。この除算器果は、さら
に定数乗算部18を介して定数 「2/3」が乗算され、定数乗算部18から乗算結果irが出
力される。
ir=Irsin wt ……(5) ここで、式(3)と式(5)とを比較すると、定数乗算
部18から出力される乗算結果irは、式(3)において位
相差θを「0」とした場合、すなわち力率「1」におけ
る理想状態の電流ir′と等しいことが判る。
次に、120°移相器19を介して、各偏差検出部20,21,22
に各信号Irsin wt,Irsin(wt-120゜),Irsin wt(wt-240
゜)が供給される。以下、これらの信号を三相まとめてIR
と表示する。
各偏差検出部20,21,22にあっては、信号IRと負荷電流IL
との偏差が各相毎に求められ、これら偏差Sa,Sb,Scは補
償電流制御部24に供給される。補償電流制御部24にあっ
ては、偏差Sa,Sb,Scによって指定された値と等しくなる
ように補償電流ICを設定する。これにより IC=IR−IL ……(6) が成立する。ところで、電源から供給された電流Iは、
負荷12と補償電流制御部24とに分岐されるから、 I=IC+IL ……(7) が常に成立する。式(6)を式(7)に代入すると、 I=IR ……(8) を得る。すなわち、式(5)によって得られた信号i
rは、下式(9)に示すように、力率を「1」とした場
合において電源のa相から供給されるべき電流、すなわ
ち基準負荷電流に等しいことが判る。
ir=Irsin wt =I sin wt ……(9) これは、b相およびc相についても同様である。、ま
た、式(8)を式(6)に代入すると、 I=IC+IL ……(10) が成立する。すなわち、補償電流ICと負荷電流ILとの和
は、力率「1」の基準負荷電流Iに等しいから、この補
償電流ICを補償電流制御部24に流すことにより、負荷電
流ILの無効成分が補償される。
上述した説明から判るように、本願においては変数と変
数の乗算あるいは除算を行う部分が、乗算器13,16およ
び除算器17の3カ所となり、構成が極めて簡単となって
いる。また、電源相電圧が既知かつ一定である場合、あ
るいは、高い補償精度が要求されない場合は、相電圧振
幅値を定数とすることができるから、振幅検出部15,乗
算器16および除算器17は各々定数の乗除算部に置き換え
ることができ、構成の簡略化をより一層図ることができ
る(変数同士の乗算器としてはW3φ・Vsinwtを求める
乗算器13が1ケで済む)。なお、回路が単相の場合は、
a相(あるいはb,c相)のみの制御を行う場合と同様と
なる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明による無効電力補償装置
は、平均値検出部(11)と、電圧検出手段(14)と、基
準電流算出部(100)と、偏差検出部(20,21,22)と、
補償電流制御部(24)とを有する無効電力補償装置であ
って、平均値検出部(11)は、負荷(12)の負荷電力平
均値を検出し、電圧検出手段(14)は、負荷(12)に対
する供給電圧を検出し、基準電流算出部(100)は、平
均値検出部(11)と電圧検出手段(14)との出力を入力
し、供給電圧と負荷電力平均値とを乗算し、供給電圧の
2乗値を求め、乗算結果を供給電圧の2乗値によって除
算して、当該負荷電力平均値および供給電圧において力
率が1であると仮定した場合に、負荷(12)に流れるべ
き基準負荷電流を算出し、偏差検出部(20,21,22)は、
負荷(12)に実際に流れる電流と基準電流算出部(10
0)の出力である基準負荷電流とを入力してその偏差を
出力し、補償電流制御部(24)は、この偏差を入力し
て、偏差が0となるように発生する補償電流を電源に流
すものであるので、瞬時無効電力の補償を極めて簡単な
構成で行うことができ、また、単相の回路にも適用し得
る利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第2図は一般的な無効電力補償装置の動作原理を説明す
るためのブロック図、第3図は高調波分も含めて補償す
る従来の無効電力補償装置の構成を示すブロック図、第
4図は第3図に示す制御部の構成を示すブロック図であ
る。 11……平均値検出部、13,16……乗算器、15……振幅検
出部、17……除算部、18……定数乗算部(以上13,15,1
6,17,18は基準電流算出部)、14……トランス(電圧検
出手段)、20,21,22……偏差検出部、24……補償電流制
御部。
フロントページの続き (72)発明者 林 宏 三重県伊勢市竹ヶ鼻町100番地 神鋼電機 株式会社伊勢工場内 (56)参考文献 特開 昭51−85447(JP,A) 特開 昭55−157932(JP,A) 特開 昭56−159936(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平均値検出部(11)と、電圧検出手段(1
    4)と、基準電流算出部(100)と、偏差検出部(20,21,
    22)と、補償電流制御部(24)とを有する無効電力補償
    装置であって、 平均値検出部(11)は、負荷(12)の負荷電力平均値を
    検出し、 電圧検出手段(14)は、負荷(12)に対する供給電圧を
    検出し、 基準電流算出部(100)は、平均値検出部(11)と電圧
    検出手段(14)との出力を入力し、供給電圧と負荷電力
    平均値とを乗算し、供給電圧の2乗値を求め、乗算結果
    を供給電圧の2乗値によって除算して、当該負荷電力平
    均値および供給電圧において力率が1であると仮定した
    場合に、負荷(12)に流れるべき基準負荷電流を算出
    し、 偏差検出部(20,21,22)は、負荷(12)に実際に流れる
    電流と基準電流算出部(100)の出力である基準負荷電
    流とを入力してその偏差を出力し、 補償電流制御部(24)は、この偏差を入力して、偏差が
    0となるように発生する補償電流を電源に流すものであ
    る 無効電力補償装置。
JP59185979A 1984-09-05 1984-09-05 無効電力補償装置 Expired - Lifetime JPH0682305B2 (ja)

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