JPH0713014U - 電圧変動抑制装置の制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 系統の電圧変動を抑制する目的で無効電力補
償装置を設置し、その制御をＰＩ制御回路を用いたＡＶ
Ｒ制御にて行なう場合に、ＰＩ制御の原理上生じる定常
偏差ΔＶεによる誤差、すなわち仕上り電圧Ｖ_l′が目
標基準電圧Ｖ_{r ef}′から定常偏差ΔＶε分だけずれる誤
差を除去する。 【構成】 ＰＩ制御回路の出力に、そのゲインの逆数１
／Ｋ₂を掛けた値を、入力側にリアルタイムでフィード
バックし、目標基準電圧Ｖ_refに加算してＶ_{r ef}′とし、
これと検出電圧Ｖ_inと比較し、ＰＩ制御回路の入力とす
る。これによって、ＰＩ制御系で原理的に生じる定常偏
差分による誤差を見掛け上０にし、出力電圧（制御電
圧）を目標基準電圧Ｖ_refに一致させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、電力系統の負荷変動による電圧変動を抑制するために設置される サイリスタ制御リアクトル（以下ＴＣＲという）を用いた無効電力補償装置（以 下ＳＶＣと呼称する）に関し、特に、Ｖ制御を採用した場合に原理的に生じる定 常偏差による誤差を除去できる制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】

電鉄などの電力系統にＳＶＣを設置する場合、変動負荷の電流が検出できない ときは、無効電力Ｑを直接補償できないため、系統電圧Ｖ_lを検出し、これを目 標基準電圧Ｖ_refに追従させるＶ制御が行われる。

【０００３】 この場合の制御回路例を、図３に示し、以下説明する。

【０００４】 図３は、変電所等の電源Ｅ₀から線路インピ−ダンスＺ₀を通して給電される負 荷１の系統に、ＳＶＣとその制御回路２を設置した状態を示す。

【０００５】 ＳＶＣはＴＣＲとフィルタ（ＦＣ）を組み合わせたもので、ＴＣＲはサイリス タ３と、リアクトルとして使用される高インピ−ダンス変圧器４とから構成され 、系統に制御可能な遅相電力を供給する。ＦＣは進相コンデンサ５と小容量リア クトル６を直列接続したもので、高調波を吸収しながら一定の進相電力を供給す る。これら高インピ−ダンス変圧器４及びＦＣはＣＢ_1-4によって系統に接続さ れている。

【０００６】 ＳＶＣの制御回路２は、次のように構成される。 まず、系統電圧Ｖ_lを電圧変成器ＰＴで受け、ＰＬＬ回路７で電源同期信号を 作成するとともに、電圧検出回路８で実効値演算を行って、系統電圧Ｖ_lの検出 信号Ｖ_inを得る。目標基準電圧Ｖ_refは、この検出信号Ｖ_inを、伝達関数として １／（１＋ＳＴ₁）を持つローパスフィルタ９に通すことによって得る。次に、 比較器１０で目標基準電圧Ｖ_refに対する検出信号Ｖ_inの偏差ΔＶε＝（Ｖ_in− Ｖ_ref）を算出する。１１は伝達関数Ｋ₂／（１＋ＳＴ₂）で表されるＰＩ制御回 路で、上記偏差ΔＶεに対して比例積分を行って、ＴＣＲの制御信号Ｖ_Cを出力 する。この制御信号Ｖ_Cは、ファンクション回路１２でＴＣＲの制御位相角βに 線形変換された後、電源同期信号を受ける位相制御回路１３に入力されてトリガ パルスを発生させる。このトリガパルスは、サイリスタゲートアンプ１４を通し てサイリスタ３を点弧する。

【０００７】 上記ＳＶＣの制御回路２は、検出信号Ｖ_inの目標基準電圧Ｖ_refに対する偏差 ΔＶεを、ＰＩ制御回路１１に入力して得た制御信号Ｖ_Cで、ＴＣＲの発生する 無効電力ΔＱを決定する。これによって、検出信号Ｖ_inを目標基準電圧Ｖ_refに 追従させ、系統の電圧変動（ΔＶ＝％Ｚ＝Ｋ・ΔＱ）を抑制する。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

上記Ｖ制御（ＡＶＲ制御）は、検出電圧Ｖ_inの目標基準電圧Ｖ_refに対する偏 差ΔＶεを一次遅れ要素を持つＰＩ制御回路１１で増幅して制御信号Ｖ_Cとする フィードバック制御である。したがって、ＴＣＲが、負荷変動に応じた補償出力 を発生するために、上記ΔＶεを定常偏差として必ず必要とし、これが制御誤差 となる。

【０００９】 これを具体的に説明する。 一般に、ＳＶＣの容量は、定格の２０％までの電圧変動を補償するように設定 される。そこで、系統条件をΔＶ（０.２）／ΔＳＶＣ〔＝ΔＱ〕（１.０）とす る。また、制御ループゲイン（Ｇ_L）は、通常要求される値である、Ｇ_L＝Ｋ₂・ ΔＶ／ΔＱ＝１０倍とする。このとき、このとき、定常偏差（Δε）はΔε＝１ ／（１＋Ｇ_L）≒９.１％となり、制御系偏差（ΔＶε）は、ΔＶε＝ΔＶ・Δε ≒２％…… となる。 このとき、仕上り電圧Ｖ_l′は、Ｖ_l′＝ΔＶε・Ｋ₂＝Ｖ_C…… で表される 。

【００１０】 具体例として、目標基準電圧Ｖ_refが系統の定格の３０ＫＶである場合を考え る。このときの仕上り電圧Ｖ_l′は、式とＰＩ制御原理により、Ｖ_l′＝３０Ｋ Ｖ±３０ＫＶ×２％＝２９.４ＫＶ又は３０.６ＫＶに収斂する。

【００１１】 このように、目標基準電圧Ｖ_refと制御電圧（出力電圧）は一致せず、必ずΔ Ｖεが設定誤差分として原理的に残留する。

【００１２】 そこで、この考案は、Ｖ制御を採用しても、上記誤差が仕上り電圧Ｖ_l′に表 われない制御方式を提供して電圧抑制の精度を向上することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

この考案が提供する電圧変動抑制装置の制御方式は、 系統電圧Ｖ_lの検出電圧Ｖ_inと目標基準電圧Ｖ_refの差を、一次遅れ要素と所定 の増幅率Ｋ₂を持つＰＩ制御回路に通して得た制御信号Ｖ_Cによって、無効電力補 償装置が系統に供給する無効電力を決定・制御して、系統の電圧変動を抑制する 電圧変動抑制装置において、

【００１４】 上記ＰＩ制御回路の出力を、１／Ｋ₂倍し、目標基準電圧Ｖ_refにリアルタイム で加算するフィードバック回路を設け、ＰＩ制御系で原理的に生じる定常偏差分 だけ高くした目標基準電圧Ｖ_ref′と、上記検出電圧Ｖ_inを比較して、系統の仕 上がり電圧Ｖ_l′を目標基準電圧Ｖ_refに偏差なく追従させることを特徴とする。

【００１５】

【作用】

上記構成は、定常偏差ΔＶεによる仕上り電圧Ｖ_l′の誤差を見越して、検出 信号Ｖ_inと比較される目標基準電圧Ｖ_refを、その時点の定常偏差分だけ増加さ せるから、仕上り電圧Ｖ_l′を目標基準電圧Ｖ_refに誤差なく追従させることがで きる。

【００１６】

【実施例】

本考案は、定常偏差ΔＶεによる誤差をなくすため、ＰＩ制御回路の出力をマ イナーフィードバックし、その時点の定常偏差分だけ目標基準電圧Ｖ_refを上昇 させる。

【００１７】 このフィードバック回路は、図１に示すように、図３の従来の構成において、 ＰＩ制御回路１１の出力を、その増幅率Ｋ₂で除算する係数器１５と、この係数 器１５の出力を目標基準電圧Ｖ_refに加算する加算器１６から構成される。図１ において、他の部分は、図３に示した従来例と同等であるので、同一符号を付し て説明を省略する。

【００１８】 追加されたフィードバック回路１７は、増幅作用を持つＰＩ制御回路１１の比 例積分出力Ｖ_Cを、係数器１５で１／Ｋ₂倍（増幅率Ｋ₂の逆数）し、入力側レベ ルの大きさに変換して加算器１６に入力する。加算器１６は、この帰還出力を目 標基準電圧Ｖ_refに加算し、見掛け上の目標基準電圧Ｖ_ref′として比較器１０に 出力し、検出電圧Ｖ_inと比較させる。

【００１９】 ＳＶＣの制御回路２′は、図３で説明したように、比較器１０で算出された偏 差ΔＶεを、ＰＩ制御回路１１で誤差増幅し、この出力Ｖ_CによりＴＣＲを位相 制御し、系統電圧変動を抑制している。

【００２０】 すなわち、Ｖ_ref′＞Ｖ_inのとき、ＴＣＲ電流を減少させて、系統電圧を上昇 し、Ｖ_ref′＜Ｖ_inのとき、ＴＣＲ電流を増加させて、系統電圧を降下させてい る。

【００２１】 このとき、係数器１５はＰＩ制御回路１１の出力を１／Ｋ₂倍した値を帰還さ せ、加算器１６は、この値をローパスフィルタ９の出力する目標基準電圧Ｖ_ref にリアルタイムで加算しているので、目標基準電圧Ｖ_refは、図２に示すように Ｖ_ref′に移行している。

【００２２】 したがって、フィードバック回路１７がない図３に示す従来の構成では、２点 鎖線で示すように、一定値を保つ目標基準電圧Ｖ_refに対し検出電圧Ｖ_inは偏差 分だけ低くなっていたものが、偏差分で補正された目標基準電圧Ｖ_ref′による 制御では、偏差による誤差が除去され、仕上り電圧は、本来の目標基準電圧Ｖ_{re f} に追従する。

【００２３】 これは、電圧変動ΔＶに対し、十分な時間が経過した収斂状態で、明瞭になる 。図２の右側部分では、制御信号Ｖ_Cのフィードバックにより嵩上げされた目標 基準電圧Ｖ_ref′の増加分Ｖ_C′によって、仕上り電圧Ｖ_in′（Ｖ_l′）が定常偏 差ΔＶε分だけ引き上げられ本来の目標制御電圧Ｖ_refと一致している。

【００２４】 この収斂状態では、帰還電圧Ｖ_C′（＝Ｖ_C／Ｋ₂）と制御系定常偏差ΔＶεが 一致し、仕上り電圧Ｖ_in′（Ｖ_l′）への定常偏差の影響が完全に除去される。

【００２５】

【考案の効果】

本考案は、ＴＣＲの制御にＰＩ制御系を用いるＶ制御方式の電圧変動抑制装置 において、ＰＩ制御の理論上必然的に生じる定常偏差による誤差、すなわち目標 基準電圧Ｖ_refに対する仕上り電圧Ｖ_l（Ｖ_in）の誤差を除去できる。

【００２６】 したがって、例えば系統の短絡容量等の変化で定常偏差が変動した場合に行な っていた基準電圧発生器（手動調整式）に対する目標基準電圧Ｖ_refの再調整の 必要がなくなる。

【００２７】 また、図１，図３に示したような、系統電圧Ｖ_lの長周期電圧変動を目標電圧 基準電圧Ｖ_refとする方式を採用した場合、その上下限設定器（図示せず）の設 定を、定常偏差による誤差を考慮せずに行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の電圧変動抑制装置の制御方式の一実
施例を示す図

【図２】図１に示す回路で、制御信号Ｖ_Cのマイナーフ
ィードバックによって仕上り電圧Ｖ_in（Ｖ_l）の誤差が
除去される状態を説明する図

【図３】従来の電圧変動抑制装置の制御方式の一実施例
を示す図

【符号の説明】

２′ ＳＶＣの制御回路 ８ 電圧検出回路 ９ ローパスフィルタ １０ 比較器 １１ ＰＩ制御回路 １５ 係数器 １６ 加算器 １７ フィードバック回路 Ｖ_l 系統電圧 Ｖ_in 検出電圧（系統電圧の実効値） Ｖ_ref 目標基準電圧 Ｖ_C 制御信号 Ｖ_C′帰還電圧 Ｖ_ref′ 帰還電圧が加算された目標基準電圧

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統電圧Ｖ_lの検出電圧Ｖ_inと目標基準
   電圧Ｖ_refの差を、一次遅れ要素と所定の増幅率Ｋ₂を持
   つＰＩ制御回路に通して得た制御信号Ｖ_Cによって、無
   効電力補償装置が系統に供給する無効電力を決定・制御
   して、系統の電圧変動を抑制する電圧変動抑制装置にお
   いて、 上記ＰＩ制御回路の出力を、１／Ｋ₂倍し、目標基準電
   圧Ｖ_refにリアルタイムで加算するフィードバック回路
   を設け、ＰＩ制御系で原理的に生じる定常偏差分だけ高
   くした目標基準電圧Ｖ_ref′と、上記検出電圧Ｖ_inを比
   較して、系統の仕上がり電圧を目標基準電圧Ｖ_refに偏
   差なく追従させることを特徴とする電圧変動抑制装置の
   制御方式。