JPH09201071A - 自励式無効電力補償装置の制御方法 - Google Patents

自励式無効電力補償装置の制御方法

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JPH09201071A
JPH09201071A JP8009516A JP951696A JPH09201071A JP H09201071 A JPH09201071 A JP H09201071A JP 8009516 A JP8009516 A JP 8009516A JP 951696 A JP951696 A JP 951696A JP H09201071 A JPH09201071 A JP H09201071A
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Kosuke Morita
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 PWMインバータの直流電圧の安定化を図
る。 【解決手段】 矩形波インバータとPWMインバータと
を直列接続した自励式無効電力補償装置において、系統
電圧VS と矩形波インバータの出力電圧VB'との差分
(VS −VB')を補正電圧信号VH'としてPWMインバ
ータを制御するに際して、矩形波インバータの直流電圧
DCに基づいて矩形波インバータの出力電圧VB'の振幅
|VB'|を検出し、系統電圧VS の振幅|VS |を全波
整流回路22により検出する。そして、系統電圧VS
振幅|VS |と矩形波インバータの出力電圧VB'の振幅
|VB'|との差分(|VS |−|VB'|)を減算器24
により算出し、系統電圧VS に同期した基準正弦波信号
vを乗算器25によりかけ合わせて補正電圧信号VH'と
する。この補正電圧信号VH'を制御電圧信号vref1に加
算器26により付加することにより、PWMインバータ
に付与する制御電圧信号vref'とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は自励式無効電力補償
装置の制御方法に関し、詳しくは、アーク炉や圧延機の
フリッカ対策等に使用され、電力系統の負荷変動に伴う
電圧変動を抑制する自励式無効電力補償装置の制御方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】電力系統では、無効電力変動により系統
電圧変動を引き起こす大容量のアーク炉、電鉄負荷、鉄
鋼圧延負荷などの変動負荷に対しては、系統電源と変動
負荷との間に、その変動負荷の無効電力を補償するた
め、系統電源とインバータとを連系させる自励式無効電
力補償装置(以下、自励式SVCと称す)を設けるのが
一般的である。
【0003】この種のSVCは、例えば、図2に示すよ
うに大容量矩形波インバータ1(以下、単に矩形波イン
バータと称す)と小容量PWMインバータ2(以下、単
にPWMインバータと称す)とを、系統電源3と変動負
荷(図示せず)とを接続する系統母線4に連系トランス
5,6を介して直列接続した構造のものである。矩形波
インバータ1は、コンバータ回路7によりコンデンサ8
に直流電圧VDCをスイッチ9の操作でもって起動時のみ
充電する直流回路部10を有し、また、PWMインバー
タ2は、コンバータ回路11によりコンデンサ12に直
流電圧を充電する直流回路部13を有する。
【0004】前述した矩形波インバータ1では、系統電
圧VS と等しい出力電圧VB を発生させ、一方、PWM
インバータ2では、負荷変動に応じた無効電流指令値に
基づき無効電流を生成するための出力電圧VF を独立に
発生させる。つまり、主にPWMインバータ2の出力電
圧VF の振幅を負荷変動に追従させて増減することで、
負荷変動により発生した無効電流と逆位相の補償電流が
系統に生成され、負荷変動に伴う系統電圧VS の変動を
抑制している。
【0005】このように矩形波インバータ1が系統電圧
S と等しい出力電圧VB を発生し、PWMインバータ
2が負荷変動に伴う変動分を補償する出力電圧VF を発
生させる。この時、系統に生成される補償電流I
SYS は、ISYS ={VS −(VB +VF )}/Zとな
る。尚、Zは連系インピーダンスである。従って、過渡
変動時など、系統電圧VS と矩形波インバータ1の出力
電圧VB とが等しくならない時には、PWMインバータ
2は、補償電流指令値どおりの出力電流を得るため、系
統電圧VS と矩形波インバータ1の出力電圧VB との差
分(VS −VB )を補正電圧信号VH として出力する。
【0006】この補正電圧信号VH に基づくPWMイン
バータ2の制御アルゴリズムを、図3に示す制御ブロッ
クに基づいて説明する。
【0007】まず、矩形波インバータ1の出力電圧VB
を直接的に検出することが困難であるため、その出力電
圧VB の振幅を決定する直流電圧VDCをフィルタ14を
介して検出し、その直流電圧VDCと系統電圧VS に同期
した基準正弦波信号vとを乗算器15によりかけ合わ
せ、矩形波インバータ1の出力電圧VB に相当する電圧
B'(以下、出力電圧と称す)を生成する。尚、この矩
形波インバータ1の出力電圧VB'に所定のゲインk1
付与する。
【0008】一方、系統電圧VS をフィルタ16を介し
て検出し、その系統電圧VS と前述した矩形波インバー
タ1の出力電圧VB'との差分(VS −VB')を減算器1
7により算出して補正電圧信号VH とする。この補正電
圧信号VH に所定のゲインK 1 を付与した上で、その補
正電圧信号VH を制御電圧信号vref1に加算器18によ
り付加することにより、PWMインバータ2に付与する
制御電圧信号vref としている。
【0009】尚、以上で説明した直流電圧VDC、連系イ
ンピーダンスZ、基準正弦波信号v、補正電圧信号
H 、制御電圧信号vref1,vref 以外はすべてベクト
ル量である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、系統電圧V
S には高調波成分が含まれるため、前述した従来の制御
方法では、系統電圧VS をフィルタ16を介して検出す
ることにより、そのフィルタ16により高調波成分によ
る歪みを除去するようにしている。しかしながら、この
フィルタ16により系統電圧VS の検出に遅れが生じる
ため、系統電圧V S と基準正弦波信号vとの位相差が零
でなくなる。
【0011】この場合、図4に示すように系統電圧VS
と矩形波インバータ1の出力電圧V B'とに位相差が生
じ、系統電圧VS と矩形波インバータ1の出力電圧VB'
との振幅が同じであったとしても、PWMインバータ2
は、系統電圧VS と直交するベクトル方向の補正電圧信
号VH を出力する。
【0012】このPWMインバータ2が負荷変動に伴う
変動分を補償する出力電圧VF を発生させる時、系統電
圧VS と矩形波インバータ1の出力電圧VB'との差分で
ある補正電圧信号VH と補償電流ISYS とが同相成分と
なるため、PWMインバータ2で有効電力が入出力され
てその直流電圧が変動する。
【0013】図4のコンデンサモードの場合、前述した
系統電圧VS に対して矩形波インバータ1の出力電圧V
B'が遅れ位相の場合、PWMインバータ2に有効電力が
入力されることになり、PWMインバータ2の直流電圧
が過電圧となる。逆に、系統電圧VS に対して矩形波イ
ンバータ1の出力電圧VB'が進み位相の場合、PWMイ
ンバータ2から有効電力が出力されることになり、PW
Mインバータ2の直流電圧が過負荷となる。
【0014】そこで、本発明は上記問題点に鑑みて提案
されたもので、その目的とするところは、簡便な手段に
より、PWMインバータの直流電圧の安定化を容易に実
現し得る自励式SVCの制御方法を提供することにあ
る。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の技術的手段として、本発明方法は、コンバータ回路に
よりコンデンサに直流電圧を起動時のみ充電する直流回
路部を有する大容量矩形波インバータと、コンバータ回
路によりコンデンサに直流電圧を充電する直流回路部を
有する小容量PWMインバータとを直列接続して系統電
源と連系させた自励式無効電力補償装置において、系統
電圧と大容量矩形波インバータの出力電圧との差分を補
正電圧信号として小容量PWMインバータを制御するに
際して、系統電圧の振幅と大容量矩形波インバータの出
力電圧の振幅との差分に、系統電圧に同期した基準正弦
波信号をかけ合わせて補正電圧信号としたことを特徴と
する。
【0016】
【発明の実施の形態】本発明に係る自励式SVCの制御
方法の実施形態を図1に示して説明する。尚、図2及び
図3と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省
略する。
【0017】本発明の特徴は、PWMインバータ2の制
御方法にある。通常、PWMインバータ2は、負荷変動
に応じた無効電流指令値に基づき無効電流を生成するた
めの出力電圧VF を独立に発生させる。つまり、主にP
WMインバータ2の出力電圧VF の振幅を負荷変動に追
従させて増減することで、変動負荷に発生した無効電流
と逆位相の補償電流ISYS が系統に生成され、負荷変動
に伴う系統電圧VS の変動を抑制している。このように
PWMインバータ2は負荷変動に伴う変動分を補償する
出力電圧VF を発生させ、その時の補償電流ISYS は、
SYS ={VS −(VB +VF )}/Zとなる(図2参
照)。
【0018】過渡的な負荷変動時、系統電圧VS と矩形
波インバータ1の出力電圧VB とが等しくならない時に
は、PWMインバータ2は、補償電流指令値どおりの出
力電流を得るため、系統電圧VS と矩形波インバータ1
の出力電圧VB との差分を補正電圧信号として出力す
る。本発明方法では、系統電圧VS と矩形波インバータ
1の出力電圧VB との差分を補正電圧信号としてPWM
インバータ2を制御するに際して、系統電圧VS の振幅
と矩形波インバータ1の出力電圧VB の振幅との差分
に、系統電圧VS に同期した基準正弦波信号をかけ合わ
せて補正電圧信号とする。
【0019】具体的に、本発明の補正電圧信号に基づく
PWMインバータ2の制御アルゴリズムを、図1に示す
制御ブロックに基づいて説明する。
【0020】まず、矩形波インバータ1の出力電圧VB
を直接的に検出することが困難であるため、矩形波イン
バータ1の直流電圧VDCに基づきフィルタ21を介して
矩形波インバータ1の出力電圧VB'の振幅|VB'|を検
出する。一方、系統電圧VS を全波整流回路22により
直流信号化することにより、フィルタ23を介して系統
電圧VS の振幅|VS |を検出する。
【0021】そして、矩形波インバータ1の出力電圧V
B'の振幅信号|VB'|に所定のゲインk2 を付与した上
で、前述のようにして得られた系統電圧VS の振幅|V
S |と矩形波インバータ1の出力電圧VB'の振幅|VB'
|との差分(|VS |−|V B'|)を減算器24により
算出し、その上で、系統電圧VS に同期した基準正弦波
信号vを乗算器25によりかけ合わせて補正電圧信号V
H'とする。この補正電圧信号VH'に所定のゲインK2
付与した上で、その補正電圧信号VH'を制御電圧信号v
ref1に加算器26により付加することにより、PWMイ
ンバータ2に付与する制御電圧信号vref'とする。
【0022】本発明方法では、系統電圧VS の振幅|V
S |と矩形波インバータ1の出力電圧VB'の振幅|VB'
|との差分(|VS |−|VB'|)に、系統電圧VS
同期した基準正弦波信号vをかけ合わせて補正電圧信号
H'としたことにより、系統電圧VS と矩形波インバー
タ1の出力電圧VB'との振幅誤差(|VS |−|VB'
|)のみを監視し、両者の位相誤差を監視していないよ
うにした。その結果、系統電圧VS と矩形波インバータ
1の出力電圧VB'との差分(VS −VB')である補正電
圧信号VH'の成分中で、補償電流ISYS と同相成分であ
る系統電圧VS の直交成分の発生を抑制するようにして
いる。
【0023】尚、以上で説明した直流電圧VDC、連系イ
ンピーダンスZ、基準正弦波信号v、補正電圧信号
H'、制御電圧信号vref1,vref'以外はすべてベクト
ル量である。
【0024】
【発明の効果】本発明の制御方法によれば、系統電圧と
大容量矩形波インバータの出力電圧との差分を補正電圧
信号として小容量PWMインバータを制御するに際し
て、系統電圧の振幅と大容量矩形波インバータの出力電
圧の振幅との差分に、系統電圧に同期した基準正弦波信
号をかけ合わせて補正電圧信号としたことにより、PW
Mインバータでの有効電力の入出力が低減できて、その
PWMインバータの直流電圧の安定化を図ることが実現
容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明方法に基づくPWMインバータの制御ア
ルゴリズムを示す制御ブロック図
【図2】系統電源と矩形波インバータ及びPWMインバ
ータとを連系させた自励式SVCを示す概略構成図
【図3】従来方法によるPWMインバータの制御アルゴ
リズムを示す制御ブロック図
【図4】系統電圧、矩形波インバータの出力電圧、PW
Mインバータの出力電圧及び補償電流の関係を示すベク
トル図
【符号の説明】
1 大容量矩形波インバータ 2 小容量PWMインバータ VS 系統電圧 VB' 大容量矩形波インバータの出力電圧 |VS | 系統電圧の振幅 |VB'| 大容量矩形波インバータの出力電圧の振幅 VH' 補正電圧信号

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンバータ回路によりコンデンサに直流
    電圧を起動時のみ充電する直流回路部を有する大容量矩
    形波インバータと、コンバータ回路によりコンデンサに
    直流電圧を充電する直流回路部を有する小容量PWMイ
    ンバータとを直列接続して系統電源と連系させた自励式
    無効電力補償装置において、系統電圧と大容量矩形波イ
    ンバータの出力電圧との差分を補正電圧信号として小容
    量PWMインバータを制御するに際して、系統電圧の振
    幅と大容量矩形波インバータの出力電圧の振幅との差分
    に、系統電圧に同期した基準正弦波信号をかけ合わせて
    補正電圧信号としたことを特徴とする自励式無効電力補
    償装置の制御方法。
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