JPH08314557A - 無効電力補償装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 系統母線の負荷変動に伴う無効電力補償と、
変圧器投入で発生した変圧器突入電流による電圧変動を
抑制する多機能化されたＳＶＣ制御装置。 【構成】 サイリスタ８とリアクトル７のＴＣＲ４を備
えたＳＶＣ６のサイリスタ８を位相制御するＳＶＣ制御
回路１０の瞬時無効電力検出用ローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）１９と、瞬時無効電力から負荷無効電力を検出して
サイリスタ８を位相制御するパルス発生回路２０の間
に、パルス発生回路２０の入力端子３７を乗算器１８と
ＬＰＦ１９の出力端子３５、３６のいずれかに切換え接
続する切換スイッチ３１を設置し、変圧器投入指令信号
ｍで変圧器１２が系統母線３に投入されて変圧器突入電
流ｉが発生して無くなるまでの一定時間だけ切換スイッ
チ３１を乗算器１８の出力端子３５側に瞬時補償回路３
０で切換えて、変圧器突入電流ｉによる系統母線３の電
圧変動を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、変電所やアーク炉需要
家、電鉄き電系統等の電力系統に設置される無効電力補
償装置の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アーク炉等の変動負荷を有する電力系統
においては、負荷変動に伴う系統母線の電圧変動を抑制
する目的でサイリスタ制御リアクトル方式の無効電力補
償装置（以下、ＳＶＣと称する）が設置される。このＳ
ＶＣの具体例を図３に示すと、系統母線３にサイリスタ
制御リアクトル（以下、ＴＣＲと称する）４とフィルタ
（以下、ＦＬと称する）５を並列接続してＳＶＣ６が構
成される。

【０００３】系統母線３に変電所電源１が電源系統リア
クタンス２を介して接続され、また、系統母線３には負
荷１１が降圧用変圧器１２の投入でもって接続される。
この変圧器投入は、遮断器１３を外部からの変圧器投入
指令信号でもってオンさせることで行われる。負荷１１
による負荷変動により発生する負荷無効電力がＳＶＣ６
を制御するＳＶＣ制御回路１０で検出され、ＳＶＣ制御
回路１０で制御されるＳＶＣ６から系統母線３に負荷無
効電力を打ち消す補償用無効電力が印加されて、系統母
線３の電圧変動が抑制される。

【０００４】ＳＶＣ６のＴＣＲ４は、高インピーダンス
変圧器等のリアクトル７と逆並列接続サイリスタ８の直
列回路で、サイリスタ８がＳＶＣ制御回路１０からの点
呼パルスＰで位相制御されて、ＴＣＲ４に発生する遅れ
無効電力を系統母線１に与える。ＦＬ５は、進相用コン
デンサ９を備え、これにより発生する進み無効電力を系
統母線１に与える。この遅れ無効電力と進み無効電力で
系統母線１の電圧変動が抑制される。

【０００５】ＳＶＣ制御回路１０は、変流器１４で検出
された負荷電流Ｉと、変圧器１５で検出された母線電圧
Ｅから負荷無効電力の瞬時値である瞬時無効電力ｑを検
出する乗算器１８と、乗算器１８の出力値の平均値から
負荷無効電力Ｑを検出するローパスフィルタ（以下、Ｌ
ＰＦと称する）１９と、負荷無効電力ＱからＴＣＲ４の
サイリスタ８を位相制御する点呼パルスＰを発生するパ
ルス発生回路２０を備える。負荷電流Ｉは、相変換回路
１６で位相変換されて乗算器１８に出力され、母線電圧
Ｅは、電圧位相器１７で位相を９０゜遅らせた電圧Ｖに
変換されて乗算器１８に出力される。乗算器１８は、負
荷電流Ｉと９０゜遅れの母線電圧Ｖを乗算した瞬時無効
電力ｑを出力し、この瞬時無効電力ｑの平均値に相当す
る負荷無効電力ＱがＬＰＦ１９で求められてパルス発生
回路２０に出力される。ＬＰＦ１９は、力率が変化する
負荷無効電力Ｑの検出に最適な回路要素であることが認
知されている。

【０００６】パルス発生回路２０は、負荷無効電力Ｑと
パルス発生基準信号形成回路２１からの鋸波の基準信号
Ｖｆのクロス点のタイミングで点弧パルスＰを発生して
ＴＣＲ４のサイリスタ８を位相制御して点弧させる。こ
のサイリスタ８の位相制御でＴＣＲ４に負荷無効電力Ｑ
を打ち消す補償用無効電力が発生して、系統母線３の負
荷変動に伴う電圧変動が抑制される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＳＶＣ制御回路１０に
よるＳＶＣ６の制御で、変動負荷に伴う系統母線３の電
圧変動が効果的に抑制されることは、各種電力系統に於
いて実証されているが、系統母線３に遮断器１３をオン
させて変圧器１２を投入するときに発生する変圧器突入
電流に伴う無効電力補償ができない機能不足なところが
あった。

【０００８】即ち、遮断器１３をオンさせて系統母線３
に変圧器１２を投入すると、例えば図４の電流波形Ａに
示すような突発的で断続的な突入電流（励磁電流）ｉの
何発かが系統母線３に数秒程度の短時間だけ流れる。こ
の突入電流ｉは、プラス側かマイナス側のいずれかに現
われ、その始めの一発が最大で、二発目から段階的に小
さくなる。始めの突入電流ｉの大きさは、変圧器投入時
の電圧位相や変圧器１２の残留磁束によって相違する
が、大きなもので変圧器容量の３〜５倍となる。このよ
うな大きな突入電流ｉが系統母線３に流れると、系統母
線３に瞬時電圧低下を引き起こして、系統母線３に接続
された他の負荷（モータやファン、照明器具等）に悪影
響（回転数低下、照明のチラツキ等）を及ぼし、悪くす
ると系統遮断が行われることがある。

【０００９】しかし、上記のような変圧器投入時の突入
電流ｉによる系統母線３の電圧変動は、ＳＶＣ制御回路
１０によるＳＶＣ６の制御で抑制することはできない。
その理由を説明する。

【００１０】突発的で断続的な突入電流ｉと母線電圧Ｖ
の乗算で求めた瞬時無効電力をＬＰＦ２１に通して負荷
無効電力を検出すると、この負荷無効電力は、ＬＰＦ２
１の応答の遅れから図４の電力波形Ｂに示すような波
形、つまり、突発的で断続的な何発かの突入電流ｉを平
均した立上がり立下がりの緩やかな波形となって現われ
る。この波形Ｂの負荷無効電力は、実際の突発的で断続
的な突入電流ｉと対応せず、この負荷無効電力をパルス
発生回路２０に出力して鋸波の基準信号Ｖｆとのクロス
のタイミングで点弧パルスを発生してＴＣＲ４のサイリ
スタ８を位相制御しても、系統母線３の電圧変動が抑制
されず、かえって電圧変動が増幅されてＳＶＣ６の回路
要素が破損するといったトラブル、逆効果を招くことが
あった。

【００１１】そこで、図３のようなＳＶＣ６を設置した
電力系統における電力系統の変圧器突入電流対策とし
て、変圧器の投入前に変圧器の残留磁束を打ち消すよう
にして、突入電流が発生しないようにすることが行われ
ている。しかし、電力系統に設置される変圧器や負荷の
数、種類が様々であるため、各々の変圧器に対して上記
対策を施すことが困難である問題があった。

【００１２】また、別の変圧器突入電流対策として、変
圧器投入時だけパルス発生回路２０を遮断状態にするこ
とが行われている。この場合、変圧器投入時の系統母線
３の電圧変動増幅が解消され、ＳＶＣ６の回路要素の破
損が回避されるが、変圧器突入電流による電圧変動によ
る問題がそのまま残る。

【００１３】本発明の目的とするところは、系統母線の
負荷変動に伴う無効電力補償のみならず、変圧器投入で
発生した変圧器突入電流による電圧変動をも確実に抑制
する多機能化されたＳＶＣ制御装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、逆並列接続サ
イリスタとリアクトルの直列回路を変圧器投入が行われ
る系統母線に接続したＴＣＲを有するＳＶＣのサイリス
タを位相制御して、系統母線の変動負荷に伴う電圧変動
を抑制する制御装置であって、系統母線での母線電圧と
負荷電流を乗算して負荷変動時の瞬時無効電力を検出す
る乗算器と、この乗算器の瞬時無効電力出力の平均値化
で負荷無効電力を検出するＬＰＦと、ＬＰＦの負荷無効
電力の入力値に対応してＴＣＲのサイリスタを位相制御
して点弧させる点弧パルスを発生するパルス発生回路
と、乗算器出力とパルス発生回路出力のいずれかを切換
えてパルス発生回路に入力する切換スイッチと、系統母
線への変圧器投入時点から変圧器突入電流が発生して無
くなるまでの一定時間だけ切換スイッチを、乗算器出力
がＬＰＦを通さず直接にパルス発生回路に入力するよう
に切換え、この一定時間経過後は乗算器出力がＬＰＦを
通してパルス発生回路に入力するように切換スイッチを
戻す瞬時補償回路とを具備した構造にて、上記目的の多
機能化を実現するものである。

【００１５】

【作用】系統母線への変圧器投入時点から変圧器突入電
流が発生して無くなるまでの一定時間だけ切換スイッチ
を乗算器出力が直接にパルス発生回路に入力するように
切換えておくと、変圧器突入電流が発生する間、乗算器
が突入電流に基づく瞬時無効電力を検出し、この瞬時無
効電力が直接にパルス発生回路に入力されて突発的で継
続的な突入電流に対応した点弧パルスでＴＣＲのサイリ
スタが位相制御されるので、変圧器突入電流による系統
母線の電圧変動の抑制が可能となる。

【００１６】また、系統母線への変圧器投入時点から変
圧器突入電流が発生して無くなるまでの一定時間経過後
に切換スイッチを、乗算器出力がＬＰＦを通してパルス
発生回路に入力するように切換えておくと、負荷変動に
伴う負荷電流に基づく負荷無効電力がＬＰＦで検出さ
れ、この負荷無効電力に対応した点弧パルスでＴＣＲの
サイリスタが位相制御されるＳＶＣ本来の動作でもって
負荷変動に伴う系統母線の電圧変動が抑制される。

【００１７】

【実施例】以下、本発明実施例を図１及び図２を参照し
て説明する。尚、図１の図３と同一、又は、相当部分に
は同一符号を付して、説明は省略する。

【００１８】図１に示されるＳＶＣ制御装置の図３装置
との相違点は、切換スイッチ３１とこれを制御する瞬時
補償回路３０を追加設置したことにある。切換スイッチ
３１は、ＬＰＦ１９とパルス発生回路２０の間に設置さ
れた有接点スイッチ或いは半導体スイッチング素子等の
無接点スイッチで、パルス発生回路２０の入力端子３７
を乗算器１８の出力端子３５かＬＰＦ１９の出力端子３
６のいずれかに切換え接続する。瞬時補償回路３０は、
切換スイッチ３１を２つの出力端子３５、３６のいずれ
かに切換える。

【００１９】瞬時補償回路３０は、外部からの変圧器投
入指令信号ｍで作動して遮断器１３をオンさせ、同時に
切換スイッチ３１を切換えるＣＢ投入指令回路３２を備
える。変圧器投入指令信号ｍでＣＢ投入指令回路３２が
作動すると、例えばＣＢ投入回路３３が作動して遮断器
１３をオンさせ、同時にＣＢ投入判定回路３４が作動し
て切換スイッチ３１をＬＰＦ１９の出力端子３６から乗
算器１８の出力端子３５に切換える。切換スイッチ３１
が乗算器１８の出力端子３５に切換えられると、その状
態が変圧器突入電流ｉが発生して無くなる一定時間だけ
維持されて、この一定時間が経過すると出力端子３５か
らＬＰＦ１９の出力端子３６に自動切換えされる。この
ような切換スイッチ３１の一定時間経過後の自動切換え
は、ＣＢ投入判定回路３４に内蔵された、或いは特別な
タイマー回路（図示せず）で制御される。

【００２０】瞬時補償回路３０は、遮断器１３をオンし
て変圧器１２を系統母線３に投入した時点から一定時間
作動して、ＳＶＣ制御回路１０とＳＶＣ６に変圧器突入
電流ｉによる系統母線３の電圧変動を抑制する動作を行
わしめる。この電圧変動抑制の動作を、図２（ａ）〜
（ｄ）の波形図を参照して説明する。

【００２１】ＣＢ投入指令信号ｍで遮断器１３がオンし
て変圧器１２が系統母線３に投入されると、系統母線３
に変圧器突入電流ｉが流れる。この突入電流ｉは、母線
電圧Ｅと位相が９０゜遅れの無効電力であり、大きさは
変圧器投入時の電圧位相、変圧器残留磁束で変わる。図
２（ａ）には、大きさが大中小の３段階で異なる突入電
流ｉが、、の記号で示される。突入電流ｉは、突
発的なもので、変圧器投入時点から数秒程度の間に大き
さが段階的に減少して断続的に発生する。

【００２２】系統母線３の突入電流ｉが変流器１４で検
出されて乗算器１８に出力されると、乗算器１８は突入
電流ｉと電圧位相器１７からの母線電圧Ｖを乗算して、
図２（ｂ）に示される瞬時無効電力ｑを算出する。図２
（ｂ）の、、で示される大きさの異なる３段階の
瞬時無効電力ｑは、図１（ａ）の、、の突入電流
ｉに数字を対応させてある。瞬時無効電力ｑは、突入電
流ｉと同じ突発的なものであり、数秒程度の一定時間だ
け断続的に発生する。

【００２３】ＣＢ投入指令信号ｍで変圧器投入が行われ
ると同時に、瞬時補償回路３０が切換スイッチ３１を乗
算器１８の出力端子３５に切換えているので、乗算器１
８で算出された瞬時無効電力ｑの出力値がそのままパル
ス発生回路２０に入力される。パルス発生回路２０は、
図２（ｃ）に示すように、瞬時無効電力ｑとパルス発生
基準信号形成回路２１からの鋸波の基準信号Ｖｆのクロ
ス点のタイミングで点弧パルスＰを発生し、ＴＣＲ４の
サイリスタ８を位相制御して点弧させる。

【００２４】突入電流ｉによる大中小の瞬時無効電力ｑ
と基準信号Ｖｆのクロス点のパルス位相βは、図２
（ｃ）の、、で示すように大中小と異なる。つま
り、図２（ｃ）の瞬時無効電力ｑとパルス位相βの、
、が対応させてあり、瞬時無効電力ｑが大きいとパ
ルス位相βも大きくなり、瞬時無効電力ｑが小さくなる
とパルス位相βが小さくなる。このようなパルス位相β
で発生する点弧パルスＰでサイリスタ８を位相制御して
点弧させたときにＴＣＲ４に流れるサイリスタ電流ｉ_Th
が図２（ｄ）に示される。

【００２５】図２（ｄ）で明らかなように、瞬時無効電
力ｑが大のときのサイリスタ電流ｉ _Thが小となり、瞬時
無効電力ｑが小のときのサイリスタ電流ｉ_Thが大とな
る。このようなサイリスタ電流ｉ_Thが系統母線３に流れ
ることで、ＴＣＲ４が系統母線３の断続的な突入電流ｉ
を各相独立させて順次に打ち消すような補償無効電力を
発生して、系統母線３の突入電流ｉに伴う電圧変動が抑
制される。

【００２６】以上の突入電流抑制動作は、変圧器投入か
ら突入電流発生が無くなる数秒の一定時間だけ行われ
る。この一定時間が経過すると、瞬時補償回路３０がタ
イマー制御で切換スイッチ３１を乗算器１８の出力端子
３５からＬＰＦ１９の出力端子３６に切換える。この切
換えで瞬時補償回路３０がＳＶＣ制御回路１０から開放
され、ＳＶＣ制御回路１０とＳＶＣ６が図３装置と同じ
本来の回路構成となり、以後、図３装置と同様に負荷変
動に伴う無効電力補償動作を行う。

【００２７】尚、図１の変圧器突入電流を、プラス側に
発生したもので説明したが、突入電流がマイナス側に発
生することもあり、このマイナス側突入電流に対しても
本発明装置の適用が可能である。

【００２８】また、電力系統に変圧器突入電流を流す変
圧器は負荷投入用変圧器に限らず、系統母線に交流電源
を投入する変圧器等であってもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、系統母線への変圧器投
入時点から変圧器突入電流が発生する時間帯では、乗算
器の変圧器突入電流に基づく瞬時無効電力出力が直接に
パルス発生回路に入力されて、突発的で継続的な突入電
流に対応した点弧パルスでＴＣＲのサイリスタが位相制
御されるので、変圧器突入電流による系統母線の電圧変
動抑制が可能となる。また、系統母線への変圧器投入時
点から変圧器突入電流が発生して無くなるまでの一定時
間経過後は、乗算器出力がＬＰＦを通してパルス発生回
路に入力して、負荷変動に伴う負荷電流に基づく負荷無
効電力でＴＣＲのサイリスタが位相制御されるので、Ｓ
ＶＣ本来の無効電力補償動作が行われる。その結果、通
常の負荷変動に伴う系統母線の電圧変動抑制と、変圧器
突入電流に伴う系統母線の電圧変動抑制の可能な多機能
化された、適用範囲の広いＳＶＣが提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すＳＶＣ制御装置と電力系
統の回路図

【図２】（ａ）〜（ｄ）は図１装置の動作を説明するた
めの各点での電圧・電流波形図

【図３】従来のＳＶＣ制御装置とＳＶＣを備えた電力系
統の回路図

【図４】図３の電力系統で発生する変圧器突入電流とそ
の無効電力の波形図

【符号の説明】

３ 系統母線 ４ サイリスタ制御リアクトル（ＴＣＲ） ６ 無効電力補償装置（ＳＶＣ） ８ サイリスタ １１ 負荷 １２ 変圧器 １８ 乗算器 １９ ローパスフィルタ（ＬＰＦ） ２０ パルス発生回路 ３０ 瞬時補償回路 ３１ 切換スイッチ ｉ 変圧器突入電流 ｑ 瞬時無効電力 Ｐ 点弧パルス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 逆並列接続サイリスタとリアクトルの直
   列回路を変圧器投入が行われる系統母線に接続したサイ
   リスタ制御リアクトルを有する無効電力補償装置の前記
   サイリスタを位相制御して、系統母線の変動負荷に伴う
   電圧変動を抑制する制御装置であって、 系統母線での母線電圧と負荷電流を乗算して負荷変動時
   の瞬時無効電力を検出する乗算器と、この乗算器の瞬時
   無効電力出力の平均値化で負荷無効電力を検出するロー
   パスフィルタと、ローパスフィルタの負荷無効電力の入
   力値に対応して前記サイリスタを位相制御して点弧させ
   る点弧パルスを発生するパルス発生回路と、前記乗算器
   出力とパルス発生回路出力のいずれかを切換えてパルス
   発生回路に入力する切換スイッチと、系統母線への変圧
   器投入時点から変圧器突入電流が発生して無くなるまで
   の一定時間だけ前記切換スイッチを乗算器出力がローパ
   スフィルタを通さず直接にパルス発生回路に入力するよ
   うに切換え、この一定時間経過後は乗算器出力がローパ
   スフィルタを通してパルス発生回路に入力するように切
   換スイッチを戻す瞬時補償回路とを具備したことを特徴
   とする無効電力補償装置の制御装置。