JPH0687631B2 - 無効電力補償システムにおけるアクティブフィルタの制御方式 - Google Patents

無効電力補償システムにおけるアクティブフィルタの制御方式

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JPH0687631B2
JPH0687631B2 JP63007601A JP760188A JPH0687631B2 JP H0687631 B2 JPH0687631 B2 JP H0687631B2 JP 63007601 A JP63007601 A JP 63007601A JP 760188 A JP760188 A JP 760188A JP H0687631 B2 JPH0687631 B2 JP H0687631B2
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茂雄 小西
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/20Active power filtering [APF]

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、変動負荷が接続された電力系統、例えばア
ーク炉、熔接機、製鉄圧延設備等のような急峻な電力変
動を伴う負荷によって系統に引き起される電圧変動(フ
リッカ)を抑制するための無効電力補償システムに係
り、特にこの無効電力補償システムによる無効電力の変
動成分および高調波成分の補償をより有効かつ確実に行
うために設けたアクティブフィルタの制御方式に関す
る。
〔従来の技術〕
従来、この種の無効電力補償システムにおいて、リアク
トルとサイリスタとを直列に接続しサイリスタの点弧角
を調整して交流電力系統の遅相無効電力を調整するよう
構成したサイリスタ位相制御リアクトル(TCR)形無効
電力補償装置(以下、TCR形補償装置という)が広く使
用されている。第2図は、前述した従来のTCR形補償装
置を使用して、変動負荷と接続される電力系統の無効電
力補償を行うための制御回路を示すものである。すなわ
ち、第2図において、参照符号10は交流電源、12は電力
系統を示し、この電力系統12には、変動負荷14、TCR形
補償装置16、高調波フィルタ18がそれぞれ接続されてい
る。なお、高調波フィルタ18は、一般的には複数のフィ
ルタ群で構成され、またこの高調波フィルタに代えて進
相コンデンサを設けることも可能である。しかるに、前
記TCR形補償装置16には制御回路20が設けられ、この制
御回路20は、変流器22によって検出される変動負荷14の
電流と変成器24によって検出される系統電圧とをそれぞ
れ入力して変動負荷14の発生する無効電力を検出し、こ
の無効電力を補償するように前記TCR形補償装置16を制
御し、これにより系統電圧の変動を抑制している。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前述した従来の制御回路において、変動
負荷が例えばアーク炉のような場合、負荷電流の波形に
大きな波形歪や高調波成分を含有するため、無効電力の
検出値に誤差を生じ、この結果TCR形補償装置によって
電力系統の無効電力を完全に補償することができなくな
る難点がある。
また、TCR形補償装置の補償電流は断続波形であるた
め、このTCR形補償装置は高調波の発生源でもあり、こ
れにより電力系統に並列接続された高調波フィルタ(ま
たは進相コンデンサ)の高調波に対する補償責務を増大
させたり、あるいはTCR形補償装置および変動負荷の発
生する高調波が、同一系統の別の場所に設置されたコン
デンサに高調波障害を与える等の問題点を有する。さら
に、高調波フィルタは、大きく不規則に変動する高調波
成分を吸収する際に電力の動揺を引き起こし、TCR形補
償装置の電圧変動抑制性能を低下させるという問題も生
じる。
そこで、本発明の目的は、変動負荷を有する電力系統に
おいて、小容量のアクティブフィルタを併設することに
より、TCR形補償装置の補償誤差によって系統に残留す
る無効電力の変動成分を補償して電圧変動を完全に抑制
すると共に、負荷とTCR形補償装置の発生する高調波も
補償して同一の系統に対する高調波障害等を有効に低減
することができる無効電力補償システムにおけるアクテ
ィブフィルタの制御方式を提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る無効電力補償システムにおけるアクティブ
フィルタの制御方式は、変動負荷を有する電力系統にサ
イリスタ位相制御リアクトル形無効電力補償装置を接続
し、負荷の発生する無効電力を補償して系統の電圧変動
を抑制するように構成した無効電力補償システムにおい
て、 前記電力系統にアクティブフィルタを併設し、前記負荷
と前記無効電力補償装置の出力から合成電流値を演算す
ると共に、前記合成電流値と系統電圧とから無効電力を
検出し、前記無効電力の平均値と系統電圧に同期した基
準正弦波形とから非脈動成分の無効電流値を演算し、前
記負荷の負荷電流値と系統電圧とから有効電力を検出し
てこの有効電力の値と系統電圧に同期した基準正弦波形
とから有効電流値を演算し、前記負荷と前記無効電力補
償装置の合成電流値から前記無効電流値と有効電流値と
を差引いて得られる電流値を前記アクティブフィルタに
対する指令値とすることを特徴とする。
前記のアクティブフィルタの制御方式において、負荷電
流と無効電力補償装置の補償電流とを、それぞれの加算
器により加算して合成電流値を演算することができる。
また、無効電力の平均値と系統電圧に同期して90°位相
の遅れた基準正弦波形sin(ωt−π/2)とを掛算し
て、無効電流値を演算することができる。
さらに、有効電力の検出値と系統電圧に同期し同相の基
準正弦波形sinωtとを掛算して、有効電流値を演算す
ることができる。
なお、アクティブフィルタの直流電圧を設定電圧と比較
し、得られた偏差信号を負荷の有効電力検出値に加算
し、前記アクティブフィルタの直流電圧を一定値に制御
することができる。
〔作用〕
本発明に係る無効電力補償システムにおけるアクティブ
フィルタの制御方式によれば、負荷と無効電力補償装置
の発生する合成された無効電力と、負荷の有効電力を検
出し、前記無効電力の平均値と系統電圧に同期した基準
正弦波形とから非変動成分の無効電流値を演算し、また
前記有効電力値と系統電圧に同期した基準正弦波形とか
ら有効電流値を演算し、これら無効電流値と有効電流値
とを前記負荷と無効電力補償装置の合成電流値から差引
くことによって、無効電力補償装置の補償誤差によって
生じる無効電力の変動成分に相当する無効電流値および
負荷と無効電力補償装置の発生する高調波成分の合成電
流値とすることができ、この電流値を電力系統に併設し
たアクティブフィルタに対する指令値とすることによ
り、それぞれ前記無効電力の変動成分および高調波成分
を補償することができ、完全な電圧変動補償と高調波障
害の防止とを達成することができる。
〔実施例〕
次に、本発明に係る無効電力補償システムにおけるアク
ティブフィルタの制御方式の実施例につき、添付図面を
参照しながら以下詳細に説明する。
第1図は、本発明のアクティブフィルタの制御方式の一
実施例を示すTCR形補償装置を使用した変動負荷を有す
る電力系統の無効電力補償システム系統図である。な
お、説明の便宜上第2図に示す従来のシステム構成と同
一の構成部分については同一の参照符号を付して説明す
る。第1図に示す本実施例回路は、従来と同様に変動負
荷14を接続した電力系統12に対し、TCR形補償装置16お
よび高調波フィルタ18をそれぞれ接続したものにおい
て、前記電力系統12に能動素子と受動素子とを組合せて
構成したアクティブフィルタ30並びにのアクティブフィ
ルタ30を制御する制御装置32を設けたことを特徴とする
ものである。
しかるに前記アクティブフィルタ30の制御装置32を制御
動作させるため、本実施例回路は次のように構成され
る。まず、TCR形補償装置16に対し出力される補償電流
を検出するための変流器26を設け、この補償電流値iTCR
と変動負荷14に対して設けた変流器22によって検出され
る負荷電流値式iLとを加算器34に入力してこれらの電流
加算値(iL+iTCR)を演算する。また、無効電力検出器
36を設け、この検出器36に前記電流加算値(iL+iTCR
と変成器28によって検出される系統電圧とを入力して変
動負荷14とTCR形補償装置16の発生する無効電力Qを演
算する。さらに、有効電力検出器38を設け、この検出器
38に前記負荷電流値iLと前記系統電圧とを入力して変動
負荷14の有効電力Pを演算する。なお、前記変成器28で
検出される系統電圧に基づいて、それぞれ系統電圧と同
期し、90°位相の遅れた基準正弦波形sin(ωt−π/
2)および系統電圧と同相の基準正弦波形sinωtを出力
する基準正弦波発生器40を設ける。
次いで、前記無効電力検出器36で演算により検出された
無効電力Qはフィルタ42を介してその平均値Qを取出
し、この無効電力平均値Qと前記基準正弦波発生器40で
得られる基準正弦波形sin(ωt−π/2)とを掛算器44
に入力して、変動負荷14とTCR形補償装置16の発生する
無効電力の平均値(非変動成分)に相当する無効電流値
を演算出力する。また、前記有効電力検出器38で演
算により検出された有効電力Pは、前記基準正弦波発生
器40で得られる基準正弦波形sinωtと共に掛算器46に
入力して、変動負荷の有効電力に相当する有効電流値iP
を演算出力する。
このようにして得られた電流加算値(iL+iTCR)、無効
電流値i および有効電流値i は、それぞれ加減算器
48に入力して、前記電流加算値(iL+iTCR)からそれぞ
れ無効電流値i および有効電流値i を引算すること
により、アクティブフィルタ30に対する指令値iC *(被
補償電流値)を得るように構成される。なお、第1図に
おいて、アクティブフィルタ30から直流電圧Vdを取出
し、この直流電圧Vdを加減算器50に入力して、所要の直
流電圧設定値Vd *との偏差を演算し、この偏差値を調節
器52を介して前記有効電力検出器38の出力ラインに加算
器54を設けて供給する事により、アクティブフィルタ30
の直流電圧Vdが一定になるように有効電力の補正を行う
回路が設けられている。
前述したように、アクティブフィルタ30の指令値iC *
演算することにより、無効電力の変動成分と高調波成分
を同時にアクティブフィルタ30によって補償することが
できる。すなわち、負荷電流iLとiTCR形補償装置の補償
電流iTCRの加算値(iL+iTCR)を次式で表わす。
(iL+iTCR)=iP+i +iΔQ+iH 但し、 iP:負荷の有効電力に相当する電流成分 i :負荷とTCR形補償装置の無効電力の平均値に相当
する電流成分 iΔQ:負荷とTCR形補償装置の無効電力の変動分に相当
する電流成分 iH:負荷とTCR形補償装置の高調波電流成分 そこで、アクティブフィルタ30に対する指令値iC *は、
次式で表わされる。
iC *=(iL+iTCR)−i −iP =iΔQ+iH すなわち、この指令値iC *の内容は、TCR形補償装置16の
制御誤差によって生じる無効電力の変動分に対する補償
と、負荷14とTCR形補償装置16が発生する高調波に対す
る補償とを対象とするものである。従って、この指令値
iC *によって制御装置32を介してアクティブフィルタ30
が所要の補償電流を出力することにより、前記無効電力
の変動分の補償並びに高調波の補償を達成することがで
きる。
〔発明の効果〕
前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
TCR形補償装置を使用した変動負荷を有する電力系統に
おいて、TCR形補償装置の補償誤差によって系統に残留
する無効電力変動をアクティブフィルタにより容易に補
償することができ、これにより電圧変動抑制性能を大幅
に向上することができる。また、負荷とTCR形補償装置
の発生する高調波についても、アクティブフィルタで容
易に補償することができ、これにより同一系統の他の場
所に設置されたコンデンサへの高調波障害を防止できる
と共に、系統に並列接続される高調波フィルタや進相コ
ンデンサの高調波責務を低減することができる。さら
に、本発明においては、系統における無効電力の変動成
分を補償するようにしているため、アクティブフィルタ
の必要な装置容量は最小限とすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るアクティブフィルタの制御方式の
一実施例を示す変動負荷を有する電力系統の無効電力補
償システムの制御系統図、第2図は従来の変動負荷を有
する電力系統に対する無効電力補償システムの制御系統
図である。 10…交流電源、12…電力系統 14…変動負荷、16…TCR形補償装置 18…高調波フィルタ、20…制御回路 22…変流器、24…変成器 26…変流器、28…変成器 30…アクティブフィルタ 32…制御装置、34…加算器 36…無効電力検出器、38…有効電力検出器 40…基準正弦波発生器 42…フィルタ、44…掛算器 46…掛算器、48…加減算器 50…加減算器、52…調節器 54…加算器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】変動負荷を有する電力系統にサイリスタ位
    相制御リアクトル形無効電力補償装置を接続し、負荷の
    発生する無効電力を補償して系統の電圧変動を抑制する
    ように構成した無効電力補償システムにおいて、 前記電力系統にアクティブフィルタを併設し、前記負荷
    と前記無効電力補償装置の出力から合成電流値を演算す
    ると共に、前記合成電流値と系統電圧とから無効電力を
    検出し、前記無効電力の平均値と系統電圧に同期した基
    準正弦波形とから非脈動成分の無効電流値を演算し、前
    記負荷の負荷電流値と系統電圧とから有効電力を検出し
    てこの有効電力の値と系統電圧に同期した基準正弦波形
    とから有効電流値を演算し、前記負荷と前記無効電力補
    償装置の合成電流値から前記無効電流値と有効電流値と
    を差引いて得られる電流値を前記アクティブフィルタに
    対する指令値とすることを特徴とするアクティブフィル
    タの制御方式。
  2. 【請求項2】無効電力の平均値と系統電圧に同期して90
    °位相の遅れた基準正弦波形sin(ωt−π/2)とを掛
    算して、無効電流値を演算してなる請求項1記載のアク
    ティブフィルタの制御方式。
  3. 【請求項3】有効電力の検出値と系統電圧に同期し同相
    の基準正弦波形sinωtとを掛算して、有効電流値を演
    算してなる請求項1記載のアクティブフィルタの制御方
    式。
  4. 【請求項4】アクティブフィルタの直流電圧を設定電圧
    と比較し、得られた偏差信号を負荷の有効電力検出値に
    加算し、前記アクティブフィルタの直流電圧を一定値に
    制御してなる請求項1または3記載のアクティブフィル
    タの制御方式。
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JP2512182B2 (ja) * 1990-01-11 1996-07-03 東北電力株式会社 アクティブフィルタを用いた線路補償装置
US8898025B2 (en) * 2009-08-21 2014-11-25 Vestas Wind Systems A/S System and method for monitoring power filters and detecting power filter failure in a wind turbine electrical generator

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