JPH08205406A - 無効負荷変動に対し交流電源を安定化する方法および無効電力補償装置 - Google Patents

無効負荷変動に対し交流電源を安定化する方法および無効電力補償装置

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JPH08205406A
JPH08205406A JP7264382A JP26438295A JPH08205406A JP H08205406 A JPH08205406 A JP H08205406A JP 7264382 A JP7264382 A JP 7264382A JP 26438295 A JP26438295 A JP 26438295A JP H08205406 A JPH08205406 A JP H08205406A
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reactive
load
power
power converter
reactive power
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JP7264382A
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Shripad Tambe
タムベ シューリパト
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    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気的負荷の無効負荷変動に対し電源を安定
化する際、無効負荷変動を僅かなコストで補償できるよ
うにする。 【解決手段】 負荷８を通る電流強度は、電流調整器１
６により第１電力変換器５，５′を介して所定の電流目
標値になるよう調整される。第１電力変換器５，５′の
ための電力変換器調整量は、電流調整器１６から供給さ
れる電流調整器調整量Ｓ１６により形成される。負荷８
の無効電力は、安定化点弧角度に依存して無効電力制御
器２２の出力側により所定の無効電力目標値になるよう
調整される。その際、電力変換器調整量は、所定の係数
と乗算された安定化点弧角度に依存して形成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１つの
電気的負荷の無効負荷変動に対し交流電源を安定化する
方法および無効電力補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような形式の方法および装置は、た
とえばアメリカ合衆国特許第５，１５５，７４０号によ
り公知である。そこには直流アーク炉用のフリッカ補償
装置が示されており、この場合、無効電流調整は検出さ
れたアーク炉の無効電力にのみ依存して行われる。
【０００３】この補償の場合、フィルタ分岐および補助
装置中の電流は考慮されない。小さい電極電流である
と、アーク炉の無効電力が過度に小さくなる可能性があ
る。固定的に組み込まれたコンデンサバンクを用いると
これは過剰補償になり、このことは電源操作側により受
容されないことが多い。
【０００４】ヨーロッパ特許出願公開第０４９８２３９
号公報により、直流給電型アーク炉を２つの調整回路に
より調整することが知られている。電流調整器は、所定
の電流目標値にしたがって電流が一定になるようにす
る。電極調整回路は、電極の位置つまりはアーク長を制
御する。アークを長くするとき電流調整器は電圧を上昇
させ、つまりは電流が一定に保持されるよう整流器を制
御する必要がある。しかしこのことは電圧に余裕のある
間しか行えない。電極の調整は、適応形直流電圧調整器
を用いて行われる。直流電圧実際値としてアーク電圧が
用いられ、この電圧は減衰素子を介して比較器ないしは
加算器へ導かれる。直流電圧目標値は、トランス−電圧
段と電極電流を考慮しながら各動作点ごとにそのつど算
出しなければならない。はじめにこの目標値は、電力変
換器トランスのトランス段つまりは電力変換器の生じ得
る電圧変化量に応じて、電力変換器が定常的に最大限、
整流器限界位置よりもわずかに低いところで最大限に作
動されるよう、リミッタによって制限される。電圧目標
値が跳躍的に変化したときに実際値のオーバーシュート
（行き過ぎ）が生じないようにするため−このようなオ
ーバーシュートの発生によりアークが途切れるおそれが
ある−目標値は平滑されて加算器へ導かれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、可変
の無効負荷を有する少なくとも１つの電気的負荷の無効
負荷変動に対し電流給電装置または電源を安定化する方
法および無効電力補償装置において、無効負荷変動を僅
かなコストで補償できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および利点】本発明によれ
ばこの課題は、請求項１，５，６および９記載の方法お
よび装置により解決される。
【０００７】本発明の利点は、設備給電用の整流器を無
効負荷の一部分に対してのみ設計すればよいことであ
る。無効電力補償のために特別な補償用リアクタンスは
不要である。特別な補償用リアクタンスの代わりに負荷
と直列に設けられたチョークコイルないしリアクタンス
が用いられるので、コストを低減でき設備全体が安価に
なる。
【０００８】本発明の有利な実施形態によれば、補償の
行われない設備に関して無効電力補償のためにいかなる
付加的なハードウェアも不要である。コンピュータプロ
グラムを取り替えれば、既存の設備であっても申し分の
ない無効電力制御をあとから達成できる。
【０００９】次に、実施例に基づき本発明を説明する。
【００１０】
【実施例】以下ではわかりやすくするため、信号および
それに対応づけられた値ないし量にはそれぞれ同じ参照
符号が付されている。
【００１１】図１には、直流アーク炉つまりアーク炉８
が１つの電極つまりカソード７とともに示されており、
これは２つのリアクトルつまりチョークコイル６，６′
を介して接続されていて、これらは各並列分岐中でそれ
ぞれ１つの整流器５，５′、複数の回路段を有するアー
ク炉トランス２，２′、およびそれぞれ１つの変流器
（ＣＴ）３，３′と直列に接続されている。変流器（Ｃ
Ｔ）３，３′は、スイッチ１を介して３３ｋＶの交流電
圧の交流電源Ｎと接続されている。アーク炉８の炉床領
域に配置された第２の電極つまりアノード１２は、整流
器５のプラス極と接続されている（図示せず）。カソー
ド７の下端部と、図示されていない被溶解体ないしくず
鉄との間に、および溶解物ないし溶湯１１の表面との間
に、アークが発生する。
【００１２】整流器５，５′へ向かう交流導線中の変流
器３，３′により部分電流実際値信号ｉx1，ｉx2が検出
され、これらの信号は第３加算器４の非反転入力側へ供
給される。第３加算器はその各入力量の絶対値を加算
し、出力側からｉx ＝｜ｉx1｜＋｜ｉx2｜である電流実
際値信号ｉx を第２加算器１５の反転入力側ならびに無
効電力実際値信号ＱX のための関数発生器１９へ供給す
る。第２加算器１５の非反転入力側と修正され制限され
た電流目標値信号Ｓ２５を算出する関数発生器２５と
へ、まえもって設定可能な電流目標値信号ｉw がたとえ
ば図示されていないポテンショメータから供給される。
第２加算器１５の別の反転入力側へは、無効電力制御器
２２の出力側から安定化点弧角度信号αStが供給され、
この信号は第２の加算器１５において所定の係数Ｋ１と
乗算される。この場合、０≦Ｋ１≦０．４である。
【００１３】第２加算器１５はその出力側で比例積分特
性をもつ電流調整器１６と接続されており、さらにこの
電流調整器１６はその出力側で第１加算器１７の非反転
入力側と接続されている。第１加算器１７の一方の反転
入力側へは、交流電源Ｎと接続されたトランス１３と交
流電圧変換器１４とを介して、交流電源Ｎの電圧の振幅
に比例する整流された電源電圧信号ＵxNが供給される。
そしてこの信号は第１加算器１７において所定の係数Ｋ
２と乗算される。この場合、０≦Ｋ２≦０．５である。
第１加算器１７の他方の反転入力側へは安定化点弧角度
信号αStが供給され、この信号は第１加算器１７におい
て所定の係数Ｋ３と乗算される。この場合、０≦Ｋ３≦
０．４である。第１加算器１７はその出力側から、点弧
角度に応じて整流器調整量信号αx を点弧パルス変換器
１８へ供給し、この点弧パルス変換器はその出力側で整
流器５，５′を制御する。
【００１４】入力側でカソード７の電流線路と電気的に
接続されている直流電圧変換器（コンバータ）２１は、
アーク炉８の直流電圧つまりアーク電圧Ｕx を捕捉検出
する。直流電圧変換器２１はその出力側で、関数発生器
１９および２０と接続されている。関数発生器１９へは
さらに、交流電源Ｎにおける無負荷時の整流された電源
電圧ＵxNに応じて、まえもって設定可能なまたは上位に
配属された制御部（図示せず）から供給される直流電圧
定数Ｕ0 が導かれる。
【００１５】関数発生器１９はその入力信号に依存して
出力側から、次式のような無効電力実際値Ｑx に比例す
る信号を供給する： Ｑx ＝Ｕ0・ｉx・［１−（ＵX／Ｕ0）2］0.5 そしてこの信号は無効電力制御器２２の反転入力側へ導
かれる。
【００１６】関数発生器２５は、ｃｏｓ（αw ）に比例
する出力信号Ｓ２５を関数発生器２０へ供給する。この
場合、αw は点弧角度目標値を表す。電流目標値信号ｉ
w ＝０〜ｉw ＝ｉmax／２ であればｃｏｓ（αw ）＝ｃ
ｏｓ（αmin ）であり、この場合、αmin はまえもって
設定可能な最小点弧角度である。電流目標値信号ｉw≧
ｉmax であればｃｏｓ（αw ）＝ｃｏｓ（αmax ）であ
り、この場合、ｉmaxはアーク炉８に対する許容可能な
最大電流値であり、αmax はまえもって設定可能な最大
点弧角度である。０＜ｉw＜ｉmax であればｃｏｓ（αw
）＝ｍ・ｉw＋ｃｏｓ（αmin） であり、この場合、ｍ
＝［ｃｏｓ（αmax）−ｃｏｓ（αmin）］／（０．５・
ｉmax） である。
【００１７】関数発生器２０はその入力信号に依存して
出力側から、次式のような無効電流目標値Ｑw に比例す
る信号を供給する： Ｑw ＝Ｕ0・ｉw・［１−（ｃｏｓ（αw））2］0.5 そしてこの信号は無効電力制御器２２の非反転入力側へ
導かれる。
【００１８】無効電力制御器２２は出力側で点弧パルス
コンバータ２３を介して３相インバータ９の制御入力側
と接続されており、これは直流電圧側でアーク炉８の電
極７，１２と接続されており、交流電圧側では３相安定
化トランス２４を介して交流電源Ｎと接続されている。
【００１９】安定化トランス２４の代わりに、２つの２
次側の補助巻線２Ｚと２′Ｚを備えたアーク炉トランス
２，２′を用いることができ、これらは破線で示されて
いるように互いに直列に接続されている。これによって
スペースとコストを節約できる。
【００２０】インバータ９により無効電力を交流電源Ｎ
へ送出することができるし、あるいはそこから取り出す
ことができる。このためには付加的なリアクタンスは不
要である。それというのはすでに設けられているチョー
クコイル６，６′が無効電力補償用のリアクタンスとし
て用いられるからである。
【００２１】コンピュータシミュレーションによる算出
によれば、Ｋ１＝Ｋ２＝０とするだけですでに約２０％
ほどのフリッカ振幅の低減を伴うきわめて効果的な無効
電力補償が達成され、この場合にはトランス１３と交流
電圧変換器１４はなくてもよい。
【００２２】他方、そのほかにもインバータ９、点弧パ
ルス変換器２３、および安定化トランス２４ないしアー
ク炉トランス２，２′における補助巻線２Ｚ，２′Ｚを
省略しても、満足できる無効電力補償が得られる。
【００２３】そして約４０％ものフリッカ振幅の低減を
伴う最も大きな成果は、図１の基本回路図によるすべて
の構成を用いたときに得られる。
【００２４】加算器４を省略でき、部分電流実際値信号
ｉx1，ｉx2を加算器１５と関数発生器１９へ別個に供給
できることは自明であり、この場合、和の形成はそれら
のところにおいて行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電流調整回路と無効電力制御回路とを備えた直
流アーク炉を示す図である。
【符号の説明】
２，２′ アーク炉トランス ３，３′ 変流器 ４，１５，１７ 加算器 ７ カソード ８ アーク炉 １０ アーク １１ 溶解物 １２ アノード １６ 電流調整器 １８，２３ 点弧パルス変換器 １９，２０，２５ 関数発生器 ２２ 無効電力制御器

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 可変の無効負荷を有する少なくとも１つ
    の電気的負荷（８）の無効負荷変動に対し交流電源
    （Ｎ）を安定化する方法であって、 ａ）前記負荷（８）を通る電流強度（ｉx ）を、該負荷
    （８）を調整区間として含む第１の調整回路内の電流調
    整器（１６）により、少なくとも１つの第１の電力変換
    器（５，５′）を介して所定の電流目標値（ｉw ）にな
    るよう調整し、 ｂ）前記第１の電力変換器（５，５′）のための電力変
    換器調整操作量（αx ）を、前記電流調整器（１６）か
    ら供給される電流調整器調整量（Ｓ１６）により形成
    し、 ｃ）前記負荷（８）の無効電力（ＱX ）を、安定化点弧
    角度（αSt）に依存して無効電力制御器（２２）の出力
    により所定の無効電力目標値（Ｑw ）になるよう調整す
    る、 少なくとも１つの電気的負荷の無効負荷変動に対し交流
    電源を安定化する方法において、 ｄ）前記電力変換器調整操作量（αx ）を、少なくとも
    １つの所定の係数（Ｋ１，Ｋ３）と乗算された安定化点
    弧角度（αSt）に依存して形成することを特徴とする、 少なくとも１つの電気的負荷の無効負荷変動に対し交流
    電源を安定化する方法。
  2. 【請求項２】 ａ）前記安定化点弧角度（αSt）を所定
    の第１の係数Ｋ１と乗算し、その後、前記電流調整器
    （１６）の少なくとも１つの入力量と加算結合し、 ｂ）前記の所定の第１の係数Ｋ１は０≦Ｋ１≦０．４の
    範囲内にある、 請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 ａ）前記安定化点弧角度（αSt）を所定
    の第３の係数Ｋ３と乗算し、その後、前記電流調整器
    （１６）の少なくとも１つの出力量と加算結合し、 ｂ）前記の所定の第３の係数Ｋ３は０≦Ｋ３≦０．４の
    範囲内にある、 請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 ａ）前記電力変換器調整操作量（αx ）
    を、所定の第２の係数Ｋ２と乗算された交流電源（Ｎ）
    の電源電圧（ＵxN）に依存して前記電流調整器調整量
    （Ｓ１６）との加算結合により形成し、 ｂ）前記の所定の第２の係数Ｋ２は０≦Ｋ２≦０．５の
    範囲内にある、 請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 可変の無効負荷を有する少なくとも１つ
    の電気的負荷（８）の無効負荷変動に対し交流電源
    （Ｎ）を安定化する方法であって、 ａ）前記負荷（８）を通る電流強度（ｉx ）を、該負荷
    （８）を調整区間として含む第１の調整回路内の電流調
    整器（１６）により、少なくとも１つの第１の電力変換
    器（５，５′）を介して所定の電流目標値（ｉw ）にな
    るよう調整し、 ｂ）前記第１の電力変換器（５，５′）のための電力変
    換器調整操作量（αx ）を、前記電流調整器（１６）か
    ら供給される電流調整器調整量（Ｓ１６）により形成
    し、 ｃ）前記負荷（８）の無効電力（ＱX ）を、安定化点弧
    角度（αSt）に依存して無効電力制御器（２２）の出力
    側により所定の無効電力目標値（Ｑw ）になるよう調整
    する、 可変の無効負荷を有する少なくとも１つの電気的負荷の
    無効負荷変動に対し交流電源を安定化する方法におい
    て、 ｄ）前記無効電力（Ｑx ）を、前記負荷（８）を調整区
    間として含む第２の調整回路内で安定化点弧角度
    （ＱSt）に依存して少なくとも１つの第２の電力変換器
    （９）を介して所定の無効電力目標値（Ｑw ）になるよ
    う調整することを特徴とする、 可変の無効負荷を有する少なくとも１つの電気的負荷の
    無効負荷変動に対し交流電源を安定化する方法。
  6. 【請求項６】 ａ）可変の無効負荷を有する少なくとも
    １つの電気的負荷(８）を有しており、 ｂ）少なくとも１つの第１の電力変換器（５，５′）を
    介して、前記負荷（８）に給電する交流電源（Ｎ）と接
    続されており、 ｃ）電流調整器（１６）が設けられており、該電流調整
    器はその出力側で少なくとも１つの第１の電力変換器
    （５，５′）を制御するよう該電力変換器と接続されて
    おり、 ｄ）無効電力制御器（２２）が設けられており、該無効
    電力制御器はその出力側で無効電力補償装置（５，
    ５′；９）を制御するよう該装置と接続されている、 無効電力補償装置において ｅ）前記電流調整器（１６）は、第１の加算器（１７）
    を介して少なくとも１つの第１の電力変換器（５，
    ５′）を制御するよう該電力変換器と接続されており、 ｆ）前記無効電力制御器（２２）はその出力側で、前記
    第１の加算器（１７）の入力側と接続されていることを
    特徴とする、 無効電力補償装置。
  7. 【請求項７】 前記第１の加算器（１７）はその入力側
    で、交流電圧変換器（１４）を介して交流電源（Ｎ）と
    接続されている、請求項６記載の無効電力補償装置。
  8. 【請求項８】 前記無効電力制御器（２２）はその出力
    側で、第２の加算器（１５）を介して前記電流調整器
    （１６）の入力側と接続されている、請求項６または７
    記載の無効電力補償装置。
  9. 【請求項９】 ａ）可変の無効負荷を有する少なくとも
    １つの電気的負荷(８）を有しており、 ｂ）少なくとも１つの第１の電力変換器（５，５′）を
    介して、前記負荷（８）に給電する交流電源（Ｎ）と接
    続されており、 ｃ）電流調整器（１６）が設けられており、該電流調整
    器はその出力側で少なくとも１つの第１の電力変換器
    （５，５′）を制御するよう該電力変換器と接続されて
    おり、 ｄ）無効電力制御器（２２）が設けられており、該無効
    電力制御器はその出力側で無効電力補償装置（５，
    ５′；９）を制御するよう該装置と接続されている、 無効電力補償装置において ｆ）第２の電力変換器（９）が設けられており、 ｇ）該電力変換器（９）は直流側で前記負荷（８）と並
    列接続されており、 ｈ）該電力変換器（９）は交流側で交流電源（Ｎ）と接
    続されており、 ｉ）該電力変換器（９）はその制御入力側で前記無効電
    力制御器（２２）の出力側と接続されていることを特徴
    とする、 無効電力補償装置。
  10. 【請求項１０】 ａ）前記の少なくとも１つの電力変換
    器（５，５′）は少なくとも１つのトランス（２，
    ２′）を介して交流電源（Ｎ）と接続されており、 ｂ）前記の少なくとも１つのトランス（２，２′）は２
    次側に少なくとも１つの補助巻線（２Ｚ，２′Ｚ）を有
    しており、 ｃ）該補助巻線（２Ｚ，２′Ｚ）は前記第２の電力変換
    器（９）の交流入力側と電気的に接続されている、 請求項９記載の無効電力補償装置。
JP7264382A 1994-10-12 1995-10-12 無効負荷変動に対し交流電源を安定化する方法および無効電力補償装置 Pending JPH08205406A (ja)

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