JPH07312827A - 電圧制御装置 - Google Patents

電圧制御装置

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JPH07312827A
JPH07312827A JP6126825A JP12682594A JPH07312827A JP H07312827 A JPH07312827 A JP H07312827A JP 6126825 A JP6126825 A JP 6126825A JP 12682594 A JP12682594 A JP 12682594A JP H07312827 A JPH07312827 A JP H07312827A
Authority
JP
Japan
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voltage
reactive power
line
power
load
Prior art date
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Pending
Application number
JP6126825A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuzo Takakado
祐三 高門
Masaharu Ishiguro
正治 石黒
Toshiaki Ikuma
俊明 井熊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinko Electric Co Ltd
Original Assignee
Shinko Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Shinko Electric Co Ltd filed Critical Shinko Electric Co Ltd
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Publication of JPH07312827A publication Critical patent/JPH07312827A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

Abstract

(57)【要約】 【目的】 瞬時電圧変動に応答するとともに安価な自動
電圧調整器を提供する。 【構成】 SVG(静止型無効電力補償装置)1は、線
路4における力率が「1」よりも若干小となるような無
効電力を発生する。これにより、SVG1と負荷5の並
列回路のインピーダンスはリアクタンス成分を含むこと
になる。また、線路4は誘導性リアクタンスを含むた
め、電源3から見た回路全体は2次のフィルタを構成す
る。従って、線路電圧に応じて無効電力の大きさを変動
させると、フィルタ特性が変動するため、負荷5のイン
ピーダンスが変動したとしても、線路電圧を所定値に保
持することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、配電系統に用いて好
適な電圧制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、配電系統においては、線路電
圧を所定値に保持するため、自動電圧調整器が随所に設
けられている。これら自動電圧調整器は主としてスライ
ダックによって構成されており、検出した線路電圧に応
じてスライダックの接点位置を適宜変更することによ
り、電圧調整を行う。
【0003】また、近年、無効電力を高速に補償するた
めに静止型無効電力補償装置(以下SVGという。但し
SVCと称することもある)を送配電系統に設けること
が多い。SVGは、サイリスタ回路を介して線路電圧を
コンデンサまたはリアクトルに印加するものであり、こ
のサイリスタ回路の点弧角を適宜制御することによって
可変リアクトルおよび可変コンデンサとして機能する。
すなわち、SVGは負荷と並列に接続され、この負荷に
供給される無効電力に応じてインピーダンスを高速かつ
自動的に変動し、この負荷によって生ずる無効電力を相
殺する。
【0004】ここで、無効電力を高速に補償する理由と
しては、以下の3点が挙げられる。 (a)変動負荷による電圧フリッカの抑制 アーク炉や圧延機などの急激な負荷変動によって電圧フ
リッカが発生する。それを抑制するためには、ランダム
な無効電力の変動を正確かつ迅速に検出して、無効電力
を高速に補償することが必要である。 (b)受電端電圧の安定化 系統が重負荷になると、電圧の異常低下や電圧変動の増
大が生じる。これを安定化するためには、無効電力を補
償して負荷端の電圧を一定に維持することが必要であ
る。
【0005】(c)系統安定度の向上 長距離送電系統において、運転条件や負荷条件によって
は安定な発電運転ができない領域が生じる。この場合、
送電系統の中間点で無効電力を補償して電圧を一定に維
持し、中間点を等価的に無限大母線化することにより、
定態および過度安定度を向上することが必要である。
【0006】ここで、SVGを用いた配電系統の例を図
2に示す。図において、電源3から出力された電流は、
線路4を介して負荷5に供給される。SVG1は、負荷
5と並列に接続され、線路4の受電端電圧v0と線路電
流iとの位相差が「0」になるように、そのインピーダ
ンスが制御される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した自
動電圧調整器は接点位置を機械的に駆動して電圧調整を
行うため、線路電圧が所定値に安定するまで長時間(約
1分)の遅れを有し、瞬時電圧変動には対応できないと
いう欠点があった。また、瞬時電圧変動に応答する静止
型自動電圧調整器も実用化されているが、装置が高価に
なることから送配電系統に用いることは実現性に乏し
い。
【0008】また、瞬時電圧変動が負荷の無効電力の増
減に起因するものであれば、SVGを用いて無効電力を
相殺し、結果的に線路電圧を所定値に維持することは可
能である。しかし、有効電力の増減に起因して瞬時電圧
変動が生ずる場合は、無効電力を相殺したとしても線路
電圧を維持することはできない。この発明は上述した事
情に鑑みてなされたものであり、安価でありながら瞬時
電圧変動に対応できる電圧制御装置を提供することを目
的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1に記載の構成にあっては、線路に接続された無
効電力補償装置を制御することによって線路電圧を所定
値近傍に保持する電圧制御装置であって、前記無効電力
補償装置は、外部からの制御信号に基づいて、発生する
無効電力の大きさを設定するものであり、前記線路電圧
を検出する検出手段と、前記線路電圧が前記所定値に近
接するような制御信号を出力する制御手段とを具備する
ことを特徴としている。
【0010】また、請求項2に記載の構成にあっては、
請求項1の電圧制御装置において、前記線路は誘導性イ
ンピーダンスを有するものであり、前記無効電力補償装
置は負荷と並列に接続され、前記線路と前記無効電力補
償装置と前記負荷とは、ゲインに極大値を有するフィル
タを形成することを特徴としている。
【0011】
【作用】検出手段が線路電圧を検出すると、制御手段は
線路電圧が所定値に近接するような制御信号を出力する
から、これによって線路電圧は該所定値近傍の値に保持
される。
【0012】
【実施例】A.実施例の原理 以下、この発明の一実施例について説明する。まず、S
VG1と負荷5との並列回路は、一般的には合成インピ
ーダンスが抵抗成分のみになる。換言すれば、合成イン
ピーダンスが抵抗成分のみになるように、SVG1のイ
ンピーダンスが制御される。しかし、本実施例において
は、合成インピーダンスが若干のリアクタンス成分を含
むように、SVG1のインピーダンスを制御することが
前提になっている。ここで、合成インピーダンスが誘導
性である場合、中性点N1〜N3の電圧を「0ボルト」と
すると、図2の1相あたりの等価回路は、図3に示すよ
うになる。図3においてR1およびL1は線路4の抵抗お
よびインダクタンスであり、R2およびL2はSVG1と
負荷5の並列回路における抵抗およびインダクタンスで
ある。この等価回路について回路方程式を求めると、下
記数1のようになる。
【0013】
【数1】
【0014】但し、数1において“s”はラプラス演算
子であり、“jω”と等価である。また、図3に対する
ベクトル図を図9(c)に示す。同図(a)は、SVG1と
負荷5の並列回路のインピーダンスにリアクタンス成分
が無い場合(従来技術)のベクトル図であり、同図(b)
は後述する変形例に対するベクトル図である。なお、こ
れらの図においては、便宜上「R2=1」としているた
め、受電端電圧v0のベクトルと電流iR2のベクトルと
は同一の大きさになっている。さて、数1より線路電流
iを求め、伝達関数G(受電端電圧v0と送電端電圧vi
の比)を求めると、下記数2が得られる。
【数2】
【0015】数2より、s=jωとして、伝達関数Gの
ゲイン|G|を求めると、下記数3が得られる。
【数3】
【0016】電力系統においては、「線路インピーダン
ス(R1,ωL1)<<SVGと負荷との合成インピーダ
ンス(R2,ωL2)」が成立するため、ゲイン|G|は
「1/L2」に対して単調減少する。例えば、R1=0.
3Ω、L1=0.8mH、R2=3Ω、電源角周波数ω=
2π×60Hzとすると、誘導性リアクタンスL2に対す
るゲイン|G|は図5に示すようになる。このとき、ゲ
イン|G|と「1/L2」とは、近似的に比例関係を有
する。
【0017】また、SVGと負荷との合成インピーダン
スが容量性である場合、図2および図1の1相あたりの
等価回路は図4のようになり、回路方程式を求めると、
下記数4のようになる。
【数4】
【0018】数4より、送電端電圧viに対する受電端
電圧v0の伝達関数Gを求めると、下記数5が得られ
る。
【数5】
【0019】数5より、s=jωとして、伝達関数Gの
ゲイン|G|を求めると、下記数6が得られる。
【数6】
【0020】電力系統においては、「線路インピーダン
ス(R1,ωL1)<<SVGと負荷との合成インピーダ
ンス(R2,1/ωC)」が成立するため、ゲイン|G
|はCに対して単調増加する。例えば、R1=0.3
Ω、L1=0.8mH、R2=3Ω、電源角周波数ω=2
π×60Hzとすると、容量性リアクタンスCに対する
ゲイン|G|は図6に示すようになる。このとき、ゲイ
ン|G|とリアクタンスCは、近似的に比例関係を有す
る。
【0021】ここで、無効電力Qの極性を次のように定
義する。 誘導性リアクタンスが発生する無効電力QL<0 容量性リアクタンスが発生する無効電力QC>0 このとき、「1/L2」を大とすることは無効電力QL
小とすることに等しく、リアクタンスCを大とすること
は無効電力QCを大とすることに等しい。従って、SV
Gと負荷の無効電力Qに対するゲイン|G|の特性は、
図7のように単調増加の関係になる。
【0022】すなわち、SVGで無効電力を操作するこ
とにより、受電端電圧(系統電圧)v0を制御すること
ができる。ここで、図6に着目すると、受電端電圧v0
を送電端電圧viよりも大とできることがわかる。すな
わち、無効電力を操作することによって、線路インピー
ダンスの電圧効果を補償できるのは勿論のこと、受電端
電圧を送電端電圧よりも大とすることができ、系統電圧
を幅広く制御することができる。以上が本実施例の原理
である。
【0023】B.実施例の構成および動作 次に、本実施例の構成を図1を参照し説明する。なお、
図において図2の各部に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2は電圧検出回路
であり、線路4の受電端電圧v0を検出し電圧検出値V
を出力する。6は減算器であり、所定の電圧指令値V*
から電圧検出値Vを減算し減算結果を出力する。7は制
御回路であり、減算器6における減算結果が正値であれ
ば、無効電力の増加を指示する無効電力指令信号Q*
出力する。一方、制御回路7は、上記減算結果が負値で
あれば、無効電力の減少を指示する無効電力指令信号Q
*を出力する。そして、SVG1は、この無効電力指令
信号Q*に応じて無効電力が増減されるように、そのイ
ンピーダンスを設定する。
【0024】上記構成において線路4の受電端電圧v0
が低下すると、電圧検出値Vが低下し、減算器6におけ
る減算結果が正値になる。これにより、無効電力の増加
を指示する無効電力指令信号Q*が制御回路7からSV
G1に供給され、無効電力が増加するようにSVG1の
インピーダンスが設定される。一方、受電端電圧v0
上昇すると、電圧検出値Vが上昇し、減算器6における
減算結果が負値になる。
【0025】これにより、無効電力の減少を指示する無
効電力指令信号Q*が制御回路7からSVG1に供給さ
れ、無効電力が減少するようにSVG1のインピーダン
スが設定される。これにより、受電端電圧v0は、電圧
指令値V*で示される値の近傍に保持されることにな
る。SVG1における無効電力制御はサイリスタ等によ
り高速に行われるから、負荷5のインピーダンスが急激
に変動した場合であっても受電端電圧v0を電圧指令値
*に追従させることができる。
【0026】ところで、上述したように、SVGはそも
そも「変動負荷による電圧フリッカの抑制」、「受電端
電圧の安定化」、あるいは「系統安定度の向上」を目的
として設置されるものであるから、かかる目的に鑑みれ
ば力率を「1」にすることが最も望ましい。しかし、力
率が「1」未満であっても、必ずしもSVGの設置目的
が達せられないわけではなく、一般的には用途に応じた
力率の許容範囲が存在する筈である。
【0027】本実施例は、力率を常に「1」に保つとい
うSVG本来の機能を若干犠牲にするが、その代りにS
VGに無効電力補償機能と電圧補償機能とを併せ持たせ
ることができる。特に、SVGが既に送配電系統に設置
されていれば、わずかな制御回路等を付加することによ
って、本実施例を構成することができるから、きわめて
安価でありながら瞬時電圧変動に対応できる電圧制御装
置を実現することができる。
【0028】C.変形例 本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例
えば図8に示すように変形することが可能である。図8
において8は演算回路であり、無効電力指令信号Q*
「0」未満である場合に、無効電力指令信号Q*が小と
なるほど大となるような「1/L」の指令値を出力す
る。10は除算回路であり、「1/L」に基づいてイン
ダクタンスLの指令値を出力する。一方、9は演算回路
であり、無効電力指令信号Q*が「0」以上である場合
に、無効電力指令信号Q*が大となるほど大となるよう
なリアクタンスCの指令値を出力する。そして、SVG
1は、リアクタンスCおよびインダクタンスLの指令値
に基づいて、無効電力Qを発生させる。この変形例によ
れば、無効電力指令信号Q*の大きさに応じてインダク
タンスLまたはリアクタンスCの指令値の大きさが決定
されるため、SVG1の応答速度を速めることができ
る。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の電圧制
御装置によれば、制御手段が線路における力率を設定す
るとともに、検出された線路電圧に基づいて制御手段が
制御信号を出力するから、線路電圧は該所定値近傍の値
に保持される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一実施例の構成を示すブロック図である。
【図2】 従来の配電系統のブロック図である。
【図3】 一実施例の等価回路である。
【図4】 変形例の等価回路である。
【図5】 一実施例のゲイン特性図である。
【図6】 一実施例のゲイン特性図である。
【図7】 一実施例のゲイン特性図である。
【図8】 一実施例の変形例のブロック図である。
【図9】 同図(a)は従来例、同図(b),(c)は一実施
例のベクトル図である。
【符号の説明】
1 SVG(無効電力補償装置) 2 電圧検出回路(検出手段) 4 線路 5 負荷 6 減算器(制御手段) 7 制御回路(制御手段)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 線路に接続された無効電力補償装置を制
    御することによって線路電圧を所定値近傍に保持する電
    圧制御装置であって、 前記無効電力補償装置は、外部からの制御信号に基づい
    て、発生する無効電力の大きさを設定するものであり、 前記線路電圧を検出する検出手段と、 前記線路電圧が前記所定値に近接するような制御信号を
    出力する制御手段とを具備することを特徴とする電圧制
    御装置。
  2. 【請求項2】 前記線路は誘導性インピーダンスを有す
    るものであり、 前記無効電力補償装置は負荷と並列に接続され、 前記線路と前記無効電力補償装置と前記負荷とは、ゲイ
    ンに極大値を有するフィルタを形成することを特徴とす
    る請求項1に記載の電圧制御装置。
JP6126825A 1994-05-17 1994-05-17 電圧制御装置 Pending JPH07312827A (ja)

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JP6126825A JPH07312827A (ja) 1994-05-17 1994-05-17 電圧制御装置

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JP (1) JPH07312827A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102386625A (zh) * 2011-11-02 2012-03-21 河南省电力公司信阳供电公司 低压无功补偿及谐波治理装置
CN108011374A (zh) * 2017-12-13 2018-05-08 国网上海市电力公司 一种用于解决配电网高/低电压问题的治理设备

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102386625A (zh) * 2011-11-02 2012-03-21 河南省电力公司信阳供电公司 低压无功补偿及谐波治理装置
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