JPH09247862A - 自励式無効電力補償装置 - Google Patents

自励式無効電力補償装置

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JPH09247862A
JPH09247862A JP8047557A JP4755796A JPH09247862A JP H09247862 A JPH09247862 A JP H09247862A JP 8047557 A JP8047557 A JP 8047557A JP 4755796 A JP4755796 A JP 4755796A JP H09247862 A JPH09247862 A JP H09247862A
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JP
Japan
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voltage
energy storage
capacity
transformer
power supply
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Withdrawn
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JP8047557A
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English (en)
Inventor
Katsufusa Mizuki
克房 水木
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 方形波及びPWM各インバータを直列接続し
た自励式無効電力補償装置において、PWMインバータ
から出力した補償用電流が方形波インバータにも流れ込
んで有効電力が変動し、そのエネルギー蓄積部で充放電
が発生して直流電圧が変動する点である。 【解決手段】 大容量及び小容量各変圧器Ta、Tbの各高
圧側Pa、Pbを直列接続した変圧器Tmと、入力側を第1直
流給電部7のエネルギー蓄積部7aに並列接続し、直流電
圧Vaからベース電圧を発生し、出力側を大容量変圧器低
圧側Qaに接続した方形波インバータ1と、入力側を第2
直流給電部5のエネルギー蓄積部Cbに並列接続し、直流
電圧Vbから補償用無効電流生成用電圧成分を発生し、出
力側を小容量変圧器低圧側Qbに接続したPWMインバー
タ2とを具備した自励式無効電力補償装置において、コ
ンデンサ部Ccとバッテリ部Eとを並列接続して第1直流
給電部7のエネルギー蓄積部7aを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アーク炉等の電力
変動の大きい負荷のフリッカ、電圧変動対策用として好
適な自励式無効電力補償装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電力系統では、主に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、電車負
荷、鉄鋼圧延負荷等の変動負荷に対しては、系統電源と
その変動負荷との間に主に負荷による無効電力変動を補
償する無効電力補償装置を設けており、その一例として
自励式無効電力補償装置(以下、自励式SVCと称
す。)がある。上記自励式SVCは、図2に示すよう
に、方形波インバータ(1)と高周波PWMインバータ
(2)と制御指令部(図示せず)とを具備し、各インバ
ータ(1)(2)を系統連系用変圧器(Tm)を介して系
統母線(3)に接続することによりアーク炉等の変動負
荷(図示せず)に並列に接続される。
【0003】上記変圧器(Tm)は方形波インバータ用大
容量変圧器(Ta)とPWMインバータ用小容量変圧器
(Tb)の各高圧側(一次側)(Pa)(Pb)を直列多重接
続して系統母線(3)に接続したものである。方形波イ
ンバータ(1)は入力側を第1直流給電部(4)のエネ
ルギー蓄積部(Ca)に並列接続して出力側を変圧器(T
a)の低圧側(二次側)(Qa)に接続し、エネルギー蓄
積部(Ca)の直流電圧(Va)から基本周波数(50、60H
z)の120゜通電幅固定方形波ベース電圧(Vp)を発生す
る大容量の低損失低速応答インバータである。ここで、
第1直流電給電部(4)のエネルギー蓄積部(Ca)は所
定数の電解コンデンサで構成したコンデンサ部からな
り、起動時にコンバータ(図示せず)で初期直流充電し
て系統連系後の定常時、方形波インバータ(1)の位相
制御により系統と電力をやり取りして直流電圧(Va)を
定電圧制御する。
【0004】PWMインバータ(2)は入力側を第2直
流給電部(5)のエネルギー蓄積部(Cb)に並列接続し
て出力側を変圧器(Tb)の低圧側(Qb)に接続し、エネ
ルギー蓄積部(Cb)の直流電圧(Vb)から変動電流打ち
消し用補償電流を生成するための高周波の可変方形波電
圧成分(Vq)を発生する小容量の高損失高速応答インバ
ータで、変圧器(Tm)を介して両インバータ(1)
(2)を直列接続する。ここで、第2直流給電部(5)
のエネルギー蓄積部(Cb)は所定数のコンデンサで構成
したコンデンサ部からなり、コンバータ(6)で直流充
電される。尚、(Tn)は交流電源(図示せず)の電源電
圧を変圧してコンバータ(6)に電圧供給する整流用変
圧器で、方形波インバータ側にも初期充電用として同様
に設けられている。
【0005】上記構成によれば、負荷電流を検出して負
荷による無効電力変動を検知すると、各インバータ
(1)(2)で補償用無効電力(Q)を発生し、それを
変圧器(Tm)を介して系統母線(3)に供給して負荷に
よる無効電力変動を打ち消す。上記無効電力(Q)は、
Q=[Vs・{Vp-(Vp+Vq)}/Xs](但し、Vs:系統電源電圧、Xs:
系統連系インピーダンス)によって決まり、PWMイン
バータ(2)による電圧成分(Vq)を可変制御して適
宜、設定する。また、エネルギー蓄積部(Ca)(C
b)が許容できる範囲内で、上記無効電力対応と同様に
負荷による有効電力変動に本構成の自励式SVCを用い
ることが出来る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、方形波及びPWM各インバータ(1)(2)は直列
接続されているため、PWMインバータ(2)から補償
用電流発生用電圧成分(Vq)を出力する場合、補償用電
流に有効電力変動対応成分が含まれていると、補償用電
流が変圧器(Ta)を介して方形波インバータ(1)にも
流れ込み、その結果、変圧器(Ta)の出力電圧から見た
場合、有効電力が変動するため、コンデンサ部(エネル
ギー蓄積部)(Ca)で充放電が発生して直流電圧(Va)
が変動し、ベース電圧(Vp)が変動する点である。この
場合、有効電力変動を無視出来る程、コンデンサ部(C
a)のエネルギー蓄積容量{(1/2)Ca・Va2}を大きくする
と、直流電圧(Va)の変動を極力抑制出来るが、コンデ
ンサ部(Ca)に多数の電解コンデンサが必要になって寸
法及びコストが増大するという不具合がある。そこで、
本発明は、コスト及び寸法を増大せずに第1直流給電部
のエネルギー蓄積部容量を増大した自励式SVCを提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、大容量及び小
容量各変圧器の各高圧側を直列多重接続して系統母線に
接続した変圧器と、入力側を第1直流給電部のエネルギ
ー蓄積部に並列接続し、その直流電圧から系統電圧と同
位相のベース電圧を発生すると共に、出力側を上記大容
量変圧器低圧側に接続した大容量低速応答の方形波イン
バータと、入力側を第2直流給電部のエネルギー蓄積部
に並列接続し、その直流電圧から主に補償用無効電流を
生成するための電圧成分を発生すると共に、出力側を上
記小容量変圧器低圧側に接続して方形波インバータに直
列接続した小容量高速応答の高周波PWMインバータと
を具備し、上記方形波及びPWMインバータ各出力電圧
の加算値を系統連系インピーダンスを介して系統電圧と
略同位相で振幅制御することにより主に無効電力に対応
する補償用電流を発生する自励式無効電力補償装置にお
いて、直流充電用コンデンサ部とバッテリ部とを並列接
続して上記第1直流給電部のエネルギー蓄積部を形成
し、そのエネルギー蓄積容量を大きくしたことを特徴と
する。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明に係る自励式SVCの実施
の形態を図1を参照して以下に説明する。図において図
2と同一部分には同一参照符号を付してその説明を省略
する。相違する点は方形波インバータ用第1直流電圧蓄
積部(7)のエネルギー蓄積部(7a)の構成で、直流充
電用コンデンサ部(Cc)とバッテリ部(E)とを並列接
続してエネルギー蓄積部(7a)を形成し、従来のコンデ
ンサ部(Ca)に対し寸法増大を抑制しつつエネルギー蓄
積容量を大きくしたことである。
【0009】例えば変動負荷の無効電力補償時における
方形波インバータ(1)のエネルギー蓄積要素、即ちエ
ネルギー蓄積部(7a)のエネルギー蓄積容量を1とし
て、この時の補償用無効電流の流れ込みによって生じる
有効電力変動による直流電圧(Va)の変動分(ΔVd)を
5%とする。そうすると、ΔVd=5%によりエネルギー
蓄積部(7a)のエネルギー変化量(ΔP)は{(1/2)C・
V2}よりΔP=10%となる。そこで、エネルギー蓄積部
(7a)のエネルギー蓄積容量を1から5に倍増すると、
エネルギー変化量(ΔP)は2%となり、直流電圧(V
a)の変動分(ΔVd)は1%に減少する。
【0010】この場合、電解コンデンサだけでエネルギ
ー蓄積容量を大きくしようとすると、上述したように、
コンデンサ数が非常に多くなってコスト及び寸法的に不
利となる。そのため、本発明では、電解コンデンサから
なるコンデンサ部(Cc)にエネルギー蓄積容量の大きい
バッテリ部(E)を並列接続し、従来に対し寸法増大を
抑制しつつエネルギー蓄積部(7a)のエネルギー蓄積容
量を大きくし、且つ、コストを低減する。例えばコンデ
ンサ部(Cc)を1とした時、その4倍のエネルギー蓄積
容量を持つバッテリ部(E)を並列接続すると、エネル
ギー蓄積容量は5倍増される。
【0011】
【実施例】ここで、実施に際し、エネルギー蓄積要素と
して電解コンデンサとバッテリ部(例えば鉛電池、アル
カリ電池等)の各単体の内部インピーダンス(I)及び
kjあたりのコスト(II)を比較すると、次のような傾
向になる。尚、内部インピーダンスは蓄積エネルギーの
流出入時の応答性を示し、一般に電池は化学反応を伴う
ため、電解コンデンサよりも応答性は低下する。 (I)(開放型鉛電池):(シール型鉛電池):(アル
カリ電池):(電解コンデンサ)=2:1/3以下:1/3:
1 (II)(開放型鉛電池):(シール型鉛電池):(アル
カリ電池):(電解コンデンサ)=1:1:4:25 従って、上記比較値によれば、電解コンデンサとシール
型鉛電池等のバッテリ部とを組み合わせると、電解コン
デンサだけでエネルギー蓄積容量を増大させる場合に比
較してコスト面で約(1/25)に低減出来うることが知ら
れる。この時、蓄積エネルギーの変動部分を応答性の速
いコンデンサ部(Cc)に蓄え、ベース部分を応答性が遅
く蓄積容量の大きいバッテリ部(E)に蓄えて全蓄積エ
ネルギー容量の増大を図る。そうすると、コンデンサ部
(Cc)は応答性が速いため、コンデンサ部(Cc)で応答
性をまかなえば、SVC運転に差支えがなく、且つ、容
量大のベース部分で直流電圧変動を抑制出来る。
【0012】次に、寸法について述べる。まずエネルギ
ー蓄積部(7a)の蓄積容量の電圧変動抑制可能な値を50
0kJ(Va=1000V)とする。そして、それをシール型鉛電池
だけで実現する場合、12V、14AH定格品(寸法0.14×0.08
×0.2m)によりVa=1000Vとするために計100個直列に、繋
げるとして、その寸法は0.224m3(但し、配線スペース
を除く)になる。一方、電解コンデンサだけで同じエネ
ルギー蓄積容量を実現する場合、C=1.0F{(1/2)CV2=500k
J、Va=1000VよりC=1.0F}とすれば良く、そのためには、
例えば400V、12mF定格品(寸法0.09φ×0.25m)で{3
(一直列内のコンデンサ数)×250(一直列の並列接続
段数)=750}個、必要で、大きさは約1.2m3(但し、配
線スペースを除く)になる。従って、バッテリ部(E)
とコンデンサ部(Cc)を組み合わせると、電解コンデン
サ単独の場合に比較して大幅に寸法縮小可能であること
が知られる。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、第1、第2各直流給電
部の各エネルギー蓄積部にそれぞれ方形波及びPWM各
インバータを接続し、各インバータを変圧器を介して系
統母線に接続して両インバータを直列接続し、各インバ
ータ出力電圧の加算値を制御して補償用無効電力を発生
する自励式SVCにおいて、直流充電用コンデンサ部と
バッテリ部とを並列接続して第1直流給電部のエネルギ
ー蓄積部を形成したから、寸法増大を抑制しつつエネル
ギー蓄積容量が大きくなって、有効電力変動に対するエ
ネルギー蓄積部の直流電圧変動を抑制して一定に制御出
来、且つ、コストも大幅に低減出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る自励式SVCの実施の形態を示す
要部回路図である。
【図2】従来の自励式SVCの一例を示す要部回路図で
ある。
【符号の説明】 1 方形波インバータ 2 PWMインバータ 3 系統母線 5 第2直流給電部 7 第1直流給電部 7a エネルギー蓄積部 Cb エネルギー蓄積部 Cc コンデンサ部 E バッテリ部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 大容量及び小容量各変圧器の各高圧側を
    直列多重接続して系統母線に接続した変圧器と、入力側
    を第1直流給電部のエネルギー蓄積部に並列接続し、そ
    の直流電圧から系統電圧と同位相のベース電圧を発生す
    ると共に、出力側を上記大容量変圧器低圧側に接続した
    大容量低速応答の方形波インバータと、入力側を第2直
    流給電部のエネルギー蓄積部に並列接続し、その直流電
    圧から補償用無効電流を生成するための電圧成分を発生
    すると共に、出力側を上記小容量変圧器低圧側に接続し
    て方形波インバータに直列接続した小容量高速応答の高
    周波PWMインバータとを具備し、上記方形波及びPW
    Mインバータ各出力電圧の加算値を系統連系インピーダ
    ンスを介して系統電圧と略同位相で振幅制御することに
    より補償用無効電力を発生する自励式無効電力補償装置
    において、 直流充電用コンデンサ部とバッテリ部とを並列接続して
    上記第1直流給電部のエネルギー蓄積部を形成し、その
    エネルギー蓄積容量を大きくしたことを特徴とする自励
    式無効電力補償装置。
JP8047557A 1996-03-05 1996-03-05 自励式無効電力補償装置 Withdrawn JPH09247862A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001197745A (ja) * 2000-01-07 2001-07-19 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置の保護制御方法および保護制御装置
KR100333090B1 (ko) * 1999-11-24 2002-04-22 권영한 배전선로의 전력품질 보상장치 및 방법
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Effective date: 20030506