JPH0777491B2 - 障害電流補償装置 - Google Patents
障害電流補償装置Info
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- JPH0777491B2 JPH0777491B2 JP63200527A JP20052788A JPH0777491B2 JP H0777491 B2 JPH0777491 B2 JP H0777491B2 JP 63200527 A JP63200527 A JP 63200527A JP 20052788 A JP20052788 A JP 20052788A JP H0777491 B2 JPH0777491 B2 JP H0777491B2
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、電力系統に流れる負荷電流に含まれる障害電
流を、電力変換装置から供給される補償電流によって補
償する障害電流補償装置に関するものである。
流を、電力変換装置から供給される補償電流によって補
償する障害電流補償装置に関するものである。
（従来の技術） 多量の無効電流や不平衡電流、高調波電流などの障害電
流を生じ、しかも急激に変動する負荷、例えばアーク炉
は、電力系統に擾乱を引き起こすので望ましくない。自
励式インバータを用いた障害電流補償装置は、出力電流
を高速に制御できることから、上記障害電流を補償する
有力な手段として注目されている。
流を生じ、しかも急激に変動する負荷、例えばアーク炉
は、電力系統に擾乱を引き起こすので望ましくない。自
励式インバータを用いた障害電流補償装置は、出力電流
を高速に制御できることから、上記障害電流を補償する
有力な手段として注目されている。
第５図は自励式インバータを用いた障害電流補償装置を
設けた電流系統を示すものである。交流電源１を有する
電力系統２に負荷３が接続されている。電力系統２に流
れる負荷電流Ihに含まれる障害電流を補償し、交流電源
１からの供給電流Isに障害電流が含まれないようにする
ために、電力系統２に変圧器４を介して障害電流補償装
置５が接続されている。障害電流補償装置５は、整流器
６と自励式インバータ７と、このインバータ７を制御す
る制御装置８とからなっている。
設けた電流系統を示すものである。交流電源１を有する
電力系統２に負荷３が接続されている。電力系統２に流
れる負荷電流Ihに含まれる障害電流を補償し、交流電源
１からの供給電流Isに障害電流が含まれないようにする
ために、電力系統２に変圧器４を介して障害電流補償装
置５が接続されている。障害電流補償装置５は、整流器
６と自励式インバータ７と、このインバータ７を制御す
る制御装置８とからなっている。
負荷電流Ihは電流検出器51によって検出され、その検出
結果と系統電圧Vsに基づき制御装置８において補償すべ
き障害電流成分が検出され、それを補償すべく制御装置
８を介してインバータ７から補償電流Icが電力系統２に
供給される。補償電流Icはこれを制御するためにインバ
ータ７の出力側で電流検出器52によって検出され、制御
装置８にフィードバックされる。
結果と系統電圧Vsに基づき制御装置８において補償すべ
き障害電流成分が検出され、それを補償すべく制御装置
８を介してインバータ７から補償電流Icが電力系統２に
供給される。補償電流Icはこれを制御するためにインバ
ータ７の出力側で電流検出器52によって検出され、制御
装置８にフィードバックされる。
第６図は制御装置８の詳細な回路構成を示すものであ
る。この制御装置における障害電流の検出は「瞬時実電
力・瞬時虚電力の論理」（電気学会論文誌 103巻 Ｂ
分冊 ７号 pp.483〜490参照）を応用している。負荷
電流IhのU,V,W各相電流をそれぞれ Ihu,Ihv,Ihwとし、
系統電圧Vsの各相電圧をそれぞれVsu,Vsv,Vswとして、
３相/2相変換部21,22においてそれぞれ次の演算を行
い、互いに直交するα相，β相の各電流および電圧Ih
α,IhβおよびVsα,Vsβを算出する。
る。この制御装置における障害電流の検出は「瞬時実電
力・瞬時虚電力の論理」（電気学会論文誌 103巻 Ｂ
分冊 ７号 pp.483〜490参照）を応用している。負荷
電流IhのU,V,W各相電流をそれぞれ Ihu,Ihv,Ihwとし、
系統電圧Vsの各相電圧をそれぞれVsu,Vsv,Vswとして、
３相/2相変換部21,22においてそれぞれ次の演算を行
い、互いに直交するα相，β相の各電流および電圧Ih
α,IhβおよびVsα,Vsβを算出する。
このようにして得られた電流Ihα,Ihβおよび電圧Vsα,
Vsβに基づいて、瞬時電力演算部23により瞬時実電力Ph
および瞬時虚電力Qhが次式に従って計算される。
Vsβに基づいて、瞬時電力演算部23により瞬時実電力Ph
および瞬時虚電力Qhが次式に従って計算される。
いま、負荷電流Ihが第ｎ次高調波電流であるとして、 と定義する。ここで、φは、任意の位相差であるとす
る。
る。
（４）〜（６）式を（１）式に代入して、電流Ihα,Ih
βは、 となる。ここで簡単のため、Vsα＝sinωt,Vsβ＝−cos
ωｔとすると、瞬時実電力Phおよび瞬時虚電力Qhは
（７），（８）式を（３）式に代入して、 となる。
βは、 となる。ここで簡単のため、Vsα＝sinωt,Vsβ＝−cos
ωｔとすると、瞬時実電力Phおよび瞬時虚電力Qhは
（７），（８）式を（３）式に代入して、 となる。
負荷電流Ihが基本波であるとすれば、（９），（10）式
にｎ＝１を代入して、 となり、このとき、電力Ph,Qhは一定値となる。また、
この電力Ph,Qhは通常の基本波有効電力および基本波無
効電力と一致する。
にｎ＝１を代入して、 となり、このとき、電力Ph,Qhは一定値となる。また、
この電力Ph,Qhは通常の基本波有効電力および基本波無
効電力と一致する。
このようにして求められた瞬時実電力Phおよび瞬時虚電
力Qhは、それぞれハイパスフィルタ24を介して瞬時補償
実電力ΔPhおよび瞬時補償虚電力ΔQhに変換される。ハ
イパスフィルタ24は、第７図に示すように、瞬時実電力
に対しては周波数fpを、また瞬時虚電力に対しては周波
数fqをそれぞれカットオフ周波数としてそれ以下の低周
波域をカットする機能を有する。このような特性にする
理由は、例えばフリッカなどの電力系統の擾乱は変動す
る無効電流や高調波電流、不平衡電流などにより引き起
こされるので、一定量の基本波有効電流および基本波無
効電流を補償する必要は無いからである。
力Qhは、それぞれハイパスフィルタ24を介して瞬時補償
実電力ΔPhおよび瞬時補償虚電力ΔQhに変換される。ハ
イパスフィルタ24は、第７図に示すように、瞬時実電力
に対しては周波数fpを、また瞬時虚電力に対しては周波
数fqをそれぞれカットオフ周波数としてそれ以下の低周
波域をカットする機能を有する。このような特性にする
理由は、例えばフリッカなどの電力系統の擾乱は変動す
る無効電流や高調波電流、不平衡電流などにより引き起
こされるので、一定量の基本波有効電流および基本波無
効電流を補償する必要は無いからである。
瞬時実電力を補償するためには障害電流補償装置にエネ
ルギー蓄積要素を必要とする。例えば第５図の整流器６
および自励式インバータ７からなる電力変換装置にコン
デンサもしくはリアクトルが設けられている場合には、
そのコンデンサもしくはリアクトルがエネルギー蓄積要
素として機能するのが、大きなエネルギーを蓄積し得る
大容量のコンデンサもしくはリアクトルは電力変換装置
を大形かつ高価にする。そこで、第７図のフィルタ特性
のように、瞬時実電力用ハイパスフィルタのカットオフ
周波数fpは、瞬時虚電力用ハイパスフィルタのカットオ
フ周波数fqよりも高い値とし、補償対象と装置容量との
協調が計られる。
ルギー蓄積要素を必要とする。例えば第５図の整流器６
および自励式インバータ７からなる電力変換装置にコン
デンサもしくはリアクトルが設けられている場合には、
そのコンデンサもしくはリアクトルがエネルギー蓄積要
素として機能するのが、大きなエネルギーを蓄積し得る
大容量のコンデンサもしくはリアクトルは電力変換装置
を大形かつ高価にする。そこで、第７図のフィルタ特性
のように、瞬時実電力用ハイパスフィルタのカットオフ
周波数fpは、瞬時虚電力用ハイパスフィルタのカットオ
フ周波数fqよりも高い値とし、補償対象と装置容量との
協調が計られる。
ハイパスフィルタ24を通して得られた瞬時補償実電力Δ
Phおよび瞬時補償虚電力ΔQhは比例ゲインｋの増幅部25
を通すことにより瞬時実電力指令Ph＊および瞬時虚電力
指令Qh＊に変換され、さらに電流指令演算部26に入力さ
れる。なお、ハイパスフィルタ24のカットオフ特性およ
び増幅部25の比例ゲインは、補償対象である負荷の発生
する障害電流と電力変換装置の性能により決定される。
Phおよび瞬時補償虚電力ΔQhは比例ゲインｋの増幅部25
を通すことにより瞬時実電力指令Ph＊および瞬時虚電力
指令Qh＊に変換され、さらに電流指令演算部26に入力さ
れる。なお、ハイパスフィルタ24のカットオフ特性およ
び増幅部25の比例ゲインは、補償対象である負荷の発生
する障害電流と電力変換装置の性能により決定される。
電流指定演算部26においては次式に従に瞬時実電力指令
Ph＊および瞬時虚電力指令Qh＊に基づいて各相電流指令
Icu＊,Icv＊,Icw＊（図にはIc＊として代表的に表示）
が求められる。
Ph＊および瞬時虚電力指令Qh＊に基づいて各相電流指令
Icu＊,Icv＊,Icw＊（図にはIc＊として代表的に表示）
が求められる。
電流検出器52によって検出されるインバータ７の出力電
流すなわち補償電流Icが、（13）式によって求められた
電流指令Ic＊に一致するように電流制御系27およびPWM
制御系28を介して障害電流補償装置５を制御する。
流すなわち補償電流Icが、（13）式によって求められた
電流指令Ic＊に一致するように電流制御系27およびPWM
制御系28を介して障害電流補償装置５を制御する。
（発明が解決しようとする課題） 第５図の負荷２がアーク炉であるとする。アーク炉は著
しく変動する変動負荷であり、多量の不平衡電流を発生
する。この不平衡電流は基本波逆相成分を多量に含んで
いる。
しく変動する変動負荷であり、多量の不平衡電流を発生
する。この不平衡電流は基本波逆相成分を多量に含んで
いる。
第５図の負荷電流Ihが第ｎ次の逆相高調波電流であると
して、 とすると、瞬時実電力Phおよび瞬時虚電力Qhは、 となる。基本波逆相分に対する瞬時実電力Phおよび瞬時
虚電力Qhは、（17），（18）式においてｎ＝１として、 となる。これは、（９），（10）式において、第３次高
調波の正相分を考慮し、ｎ＝３を代入すると、 となり、（19）〜（22）の瞬時実電力Phおよび瞬時虚電
力Qhはそれぞれ同じ次数となり、第６図の制御装置では
両者を分離して補償することができない。また、第７図
のフィルタ特性では次数の高い高調波成分はすべて瞬時
実電力指令および瞬時虚電力指令として含まれてしま
う。
して、 とすると、瞬時実電力Phおよび瞬時虚電力Qhは、 となる。基本波逆相分に対する瞬時実電力Phおよび瞬時
虚電力Qhは、（17），（18）式においてｎ＝１として、 となる。これは、（９），（10）式において、第３次高
調波の正相分を考慮し、ｎ＝３を代入すると、 となり、（19）〜（22）の瞬時実電力Phおよび瞬時虚電
力Qhはそれぞれ同じ次数となり、第６図の制御装置では
両者を分離して補償することができない。また、第７図
のフィルタ特性では次数の高い高調波成分はすべて瞬時
実電力指令および瞬時虚電力指令として含まれてしま
う。
電力変換装置の容量や応答性などの制約により、例えば
アーク炉の発生する基本波逆相などのような特定の障害
電流を補償対象としたい場合に、従来の障害電流補償装
置では補償することができないという問題があった。
アーク炉の発生する基本波逆相などのような特定の障害
電流を補償対象としたい場合に、従来の障害電流補償装
置では補償することができないという問題があった。
したがって本発明は、特定の障害電流、例えば基本波逆
相電流成分を補償対応として補償し得る障害電流補償装
置を提供することを目的とする。
相電流成分を補償対応として補償し得る障害電流補償装
置を提供することを目的とする。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、電力系統に流れる
負荷電流に含まれる障害電流を、電力変換装置から供給
される補償電流によって補償する障害電流補償装置にお
いて、負荷電流に含まれる基本波の正相無効分および逆
相分の各瞬時値を検出する電流検出手段と、この電流検
出手段によって検出された基本波の正相無効分および逆
相分の各瞬時値にそれぞれ独立に重み付けして電力変換
装置に対する電流指令を演算する電流指令演算手段とを
備えたことを特徴とする。
負荷電流に含まれる障害電流を、電力変換装置から供給
される補償電流によって補償する障害電流補償装置にお
いて、負荷電流に含まれる基本波の正相無効分および逆
相分の各瞬時値を検出する電流検出手段と、この電流検
出手段によって検出された基本波の正相無効分および逆
相分の各瞬時値にそれぞれ独立に重み付けして電力変換
装置に対する電流指令を演算する電流指令演算手段とを
備えたことを特徴とする。
（作 用） 上記構成によれば、負荷電流に含まれる基本波の正相無
効分および逆相分の各瞬時値を検出し、その基本波の正
相無効分および逆相分の各瞬時値にそれぞれ独立に重み
付けして電力変換装置に対する電流指令を演算するの
で、両成分のうち所望の成分のみを補償対象として補償
することにより装置容量や応答性などの最適設計を達成
することができる。
効分および逆相分の各瞬時値を検出し、その基本波の正
相無効分および逆相分の各瞬時値にそれぞれ独立に重み
付けして電力変換装置に対する電流指令を演算するの
で、両成分のうち所望の成分のみを補償対象として補償
することにより装置容量や応答性などの最適設計を達成
することができる。
（実施例） 第２図は本発明の一実施例を、第６図に示す従来装置と
比較対照し易い形式で表現したブロック図である。第２
図において、回路構成要素として設けられている３相/2
相変換部21、瞬時実力演算部23、増幅部25、および電流
指定演算部26は、それぞれ第６図の同一符号のものと実
質的に同一構成を持っているものとする。ここでは、第
６図の３相/2相変換部22の代わりにPLL回路30が設けら
れ、また、ハイパスフィルタ24の代わりにローパスフィ
ルタ31が設けられている。第２図のブロック図をより詳
細に示したものが第１図である。
比較対照し易い形式で表現したブロック図である。第２
図において、回路構成要素として設けられている３相/2
相変換部21、瞬時実力演算部23、増幅部25、および電流
指定演算部26は、それぞれ第６図の同一符号のものと実
質的に同一構成を持っているものとする。ここでは、第
６図の３相/2相変換部22の代わりにPLL回路30が設けら
れ、また、ハイパスフィルタ24の代わりにローパスフィ
ルタ31が設けられている。第２図のブロック図をより詳
細に示したものが第１図である。
第１図に示すようにPLL回路30は、実際には２つのPLL回
路30A,30Bかからなっている。PLL回路30Aは系統電源Vs
の基本波正相分に位相同期し、PLL回路30Bは系統電圧Vs
の基本波逆相分に位相同期しているものとする。なお、
瞬時実電力については、その増幅部における比例ゲイン
をゼロとすることにより補償対象から容易に除去するこ
とができる。ローパスフィルタ31A,31Bは、第３図に示
すように、カットオフ周波数fc以上の高周波域をカット
する特性を持っているものとする。
路30A,30Bかからなっている。PLL回路30Aは系統電源Vs
の基本波正相分に位相同期し、PLL回路30Bは系統電圧Vs
の基本波逆相分に位相同期しているものとする。なお、
瞬時実電力については、その増幅部における比例ゲイン
をゼロとすることにより補償対象から容易に除去するこ
とができる。ローパスフィルタ31A,31Bは、第３図に示
すように、カットオフ周波数fc以上の高周波域をカット
する特性を持っているものとする。
第１図においては、瞬時実電力の経路は省略している。
基本波逆相については、負荷電流Ihは（14）〜（16）式
において、ｎ＝１として、 これらを（１）式に代入して３相/2相変換を行う。
基本波逆相については、負荷電流Ihは（14）〜（16）式
において、ｎ＝１として、 これらを（１）式に代入して３相/2相変換を行う。
PLの回路30Bの出力をVsαp,Vsβｐとすると、 Vsαｐ＝sinωｔ …（28） Vsβｐ＝cosωｔ …（29） （26）〜（29）式を（３）式に代入して、 として直流分が得られる。
第１図において、増幅器25A,25Bの比例ゲインka,kbに重
みを付ける場合の一例として、１≧ka＞kbとすると、基
本波正相無効分の補償量が基本波逆相分よりも大きくな
る。つまり、前者が後者よりも優先されることになる。
このようにすると、第５図の自励式インバータの直流エ
ネルギー変動の調整が可能となる。一般にアーク炉から
発生するフリッカを抑制する場合、電力変動分の100％
を補償する必要は無く、フリッカ規制値に基づいて適切
な量を補償度として制御する。したがって上述のごと
く、基本波無効分の補償度を上げ、基本波逆相分の補償
度を下げて、全体としての補償を実施すると、逆相分に
よる瞬時実電力の変動分が抑制されて、電力変換装置内
のエネルギー蓄積要素（コンデンサおよび／またはリア
クトル）のエネルギー蓄積量を減らすことができ、装置
全体としての経済設計を達成することができる。
みを付ける場合の一例として、１≧ka＞kbとすると、基
本波正相無効分の補償量が基本波逆相分よりも大きくな
る。つまり、前者が後者よりも優先されることになる。
このようにすると、第５図の自励式インバータの直流エ
ネルギー変動の調整が可能となる。一般にアーク炉から
発生するフリッカを抑制する場合、電力変動分の100％
を補償する必要は無く、フリッカ規制値に基づいて適切
な量を補償度として制御する。したがって上述のごと
く、基本波無効分の補償度を上げ、基本波逆相分の補償
度を下げて、全体としての補償を実施すると、逆相分に
よる瞬時実電力の変動分が抑制されて、電力変換装置内
のエネルギー蓄積要素（コンデンサおよび／またはリア
クトル）のエネルギー蓄積量を減らすことができ、装置
全体としての経済設計を達成することができる。
なお、増幅部25A,25B（第１図では符号25で総称）を図
示の実施例においてはローパスフィルタ31A,31Bの直後
に設けているが、これは制御系の中のどこかにあればよ
く、例えば第４図に示すように、電流指令演算部26の後
に設けてもよい。
示の実施例においてはローパスフィルタ31A,31Bの直後
に設けているが、これは制御系の中のどこかにあればよ
く、例えば第４図に示すように、電流指令演算部26の後
に設けてもよい。
以上述べたように本発明によれば、基本波正相分の瞬時
虚電力、基本波逆相分の瞬時実電力および瞬時虚電力を
補償対象として特定し、これらを分離して検出し独立の
重み付けをもって制御することにより、電力変換装置の
容量および応答性を最適に設計することができる。
虚電力、基本波逆相分の瞬時実電力および瞬時虚電力を
補償対象として特定し、これらを分離して検出し独立の
重み付けをもって制御することにより、電力変換装置の
容量および応答性を最適に設計することができる。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の補償装置を第６図と対応して示す原理図、第３
図は第１図の補償装置におけるローパスフィルタの特性
を示す特性図、第４図は増幅部の配置に関する変形実施
例を示すブロック図、第５図は障害電流補償装置を設け
た電力系統の回路図、第６図は従来の障害電流補償装置
の要部のブロック図、第７図は第６図の補償装置に用い
られるハイパスフィルタの特性を示す特性図である。 １……交流電源、２……電力系統、３……負荷、４……
変圧器、５……障害電流補償装置、６……整流器、７…
…自励式インバータ、８……制御装置、21……３相/2相
変換部、23,23A,23B……瞬時電力演算部、25,25A,25B…
…増幅部、26,26A,26B……電流指令演算部、30A,30B…
…PLL回路、31A,31B……ローパスフィルタ、51,52……
電流検出器。
第１図の補償装置を第６図と対応して示す原理図、第３
図は第１図の補償装置におけるローパスフィルタの特性
を示す特性図、第４図は増幅部の配置に関する変形実施
例を示すブロック図、第５図は障害電流補償装置を設け
た電力系統の回路図、第６図は従来の障害電流補償装置
の要部のブロック図、第７図は第６図の補償装置に用い
られるハイパスフィルタの特性を示す特性図である。 １……交流電源、２……電力系統、３……負荷、４……
変圧器、５……障害電流補償装置、６……整流器、７…
…自励式インバータ、８……制御装置、21……３相/2相
変換部、23,23A,23B……瞬時電力演算部、25,25A,25B…
…増幅部、26,26A,26B……電流指令演算部、30A,30B…
…PLL回路、31A,31B……ローパスフィルタ、51,52……
電流検出器。
Claims (1)
- 【請求項１】電力系統に流れる負荷電流に含まれる障害
電流を、電力変換装置から供給される補償電流によって
補償する障害電流補償装置において、 負荷電流に含まれる基本波の正相無効分および逆相分の
各瞬時値を検出する電流検出手段と、この電流検出手段
によって検出された基本波の正相無効分および逆相分の
各瞬時値にそれぞれ独立に重み付けして電力変換装置に
対する電流指令を演算する電流指令演算手段とを備えた
ことを特徴とする障害電流補償装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63200527A JPH0777491B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 障害電流補償装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63200527A JPH0777491B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 障害電流補償装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0251332A JPH0251332A (ja) | 1990-02-21 |
| JPH0777491B2 true JPH0777491B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=16425794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63200527A Expired - Fee Related JPH0777491B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 障害電流補償装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0777491B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0534587U (ja) * | 1991-10-14 | 1993-05-07 | 株式会社明電舎 | 逆相電流検出回路 |
| JP4989499B2 (ja) * | 2008-01-28 | 2012-08-01 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6369430A (ja) * | 1986-09-11 | 1988-03-29 | 株式会社東芝 | 無効電力補償装置 |
-
1988
- 1988-08-11 JP JP63200527A patent/JPH0777491B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6369430A (ja) * | 1986-09-11 | 1988-03-29 | 株式会社東芝 | 無効電力補償装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0251332A (ja) | 1990-02-21 |
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