JPH1146446A

JPH1146446A - 無効電力発生装置及び無効電力発生方法

Info

Publication number: JPH1146446A
Application number: JP9200416A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Furuta; 通博古田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1999-02-16
Anticipated expiration: 2017-07-25
Also published as: JP3581528B2

Abstract

(57)【要約】【課題】系統事故時または有効電力反転時に、安定し
た直列型の無効電力発生装置及び無効電力制御方法を提
供するとともに、系統の有効電力の制御範囲を大きくと
れる並列補償器と直列補償装置の併用運転方式を提供す
る。【解決手段】電流に直交する方向で制御するため、イ
ンピーダンス制御は、電流の正相基本波を算出する方式
とし、直交電圧制御は、電圧から単位ベクトルを算出す
る方式とし、更にベクトルの誤差補正機能を付加し、系
統事故時などに直列補償装置が安定して動作できるよう
にする。また、並列補償器を系統電圧制御とし、直列補
償装置を直交電圧制御とすることにより、系統有効電力
の制御範囲を大きくする方式とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電力系統の有効
電力、無効電力を調整するために、電力系統に対して進
相無効電力、遅相無効電力を発生する無効電力発生装置
及び無効電力発生方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３乃至図１５は、例えば米国で発表
された論文「ＩＥＥＥ、９６ＷＭ１２０−６ＰＷＲ
Ｄ」に示された従来の電力系統を２つの電圧源に置き換
えた２機モデルにおいて、直列補償型の無効電力発生装
置を適用した場合の動作原理を示すものである。

【０００３】図１３において、符号１ａ、１ｂは系統の
電源電圧、２は送電線のインピーダンス、３は２つの電
源間の位相差とインピーダンス２から決まる系統の有効
電力Ｐ、４は直列補償型の無効電力発生装置（以後、直
列補償装置と略称する）を示し、５は結合変圧器、６は
自励式インバータ変換器、７はインバータ変換器の直流
電圧源となる直流コンデンサ、８は前記直列補償装置４
が系統に対して直列に挿入する出力電圧を示す。

【０００４】また、図１４の（ａ）は、図１３を簡単の
ためにモデル化した構成図、（ｂ）及び（ｃ）はそのベ
クトル図を示す。

【０００５】図１５の（ａ）は、直列補償装置４の出力
電圧を系統のインピーダンス２を調整する方向に制御し
た場合（以後、インピーダンス制御と呼ぶ）の位相差δ
（δ＝δｓ−δｒ）と有効電力Ｐの特性を示し、図１５
の（ｂ）は、直列補償装置４の出力電圧を電流に対して
直交する方向に制御した場合（以後、直交電圧制御と呼
ぶ）の位相差δと有効電力Ｐの特性を示す。

【０００６】次に、この従来例の動作について説明す
る。図１３、１４において、系統電流に対して直交する
方向に、且つ大きさが系統電流に比例するように直列補
償装置４の出力電圧８の電圧ベクトルを制御することに
より、系統のインピーダンス２を調整できるので、以後
これをインピーダンス制御と呼ぶ。

【０００７】調整するインピーダンス量Ｘｃを発生する
ために直列補償装置４が出力する電圧ベクトルは次式と
なる。Ｖ_ｑ＝Ｘｃ・Ｉ_・ｅ^-j90° この結果、系統の有効電力は次式となる。Ｐ＝（Ｖ²／ＸＬ）｛１／（１−Ｓ）｝ｓｉｎδ 但し、Ｖ_ｓ＝Ｖ_ｒ＝Ｖ，Ｓ＝Ｘｃ／ＸＬこのＰをＶ²／ＸＬで単位化したＰ−δ特性を図１５の
（ａ）に示す。図１５の（ａ）より直列補償装置４で、
系統のインピーダンス２を調整することで、系統の有効
電力Ｐを制御できるがことが分かる。

【０００８】また、系統電流に対して直交する方向に直
列補償装置４の出力電圧８の電圧ベクトルを制御する。
以後、これを直交電圧制御と呼ぶ。

【０００９】系統に直列に挿入する直交電圧量Ｖｑを発
生するために、直列補償装置４が出力する電圧ベクトル
は次式となる。Ｖ_ｃ＝Ｖｑ・（Ｉ_／｜Ｉ_｜）・ｅ^±j90° この結果、系統の有効電力は次式となる。Ｐ＝（Ｖ²／ＸＬ）｛ｓｉｎδ＋（Ｖｑ／Ｖ）ｃｏｓ
（δ／２）｝但し、Ｖ_１＝Ｖ_２＝ＶこのＰをＶ²／ＸＬで単位化したＰ−δ特性を図１５の
（ｂ）に示す。図１５の（ｂ）より直列補償装置４で、
系統に挿入する直交電圧を調整することにより、系統の
有効電力Ｐを制御でき、且つ有効電力の方向を逆転でき
ることが分かる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の方式は、以上の
ように構成されているので、直列補償型の無効電力発生
装置のインピーダンス制御と直交電圧制御は、１線地絡
のような不平衡系統事故の場合には、系統電流は正相分
以外に逆相分、直流分を含む電流となり、この電流を使
用して、系統に挿入するインピーダンスまたは電流に対
して直交する電圧を調整するための電圧を発生すると、
逆相分、直流分を含む電圧を発生することになり、その
結果、結合変圧器を偏磁させてインバータ過電流とな
り、インバータ装置の保護が働き運転できなくなるとい
う問題点があった。

【００１１】また、インピーダンス制御と直交電圧制御
は、系統電流の方向を逆転させる系統事故の場合は、系
統電流の方向が瞬時に逆転するため、この電流を使用し
て前記インピーダンスまたは電流に対して直交する電圧
を制御しようとすると、電圧ベクトル演算に誤差が生
じ、系統と変換器との間に急激な有効電力のやり取りが
発生して、直流コンデンサ電圧が変動し、直流コンデン
サの過電圧となりインバータ装置の保護が働き運転でき
なくなるという問題点もあった。

【００１２】さらに、直交電圧制御では、系統電流が零
になると、補償電圧の演算において、零で除算すること
になるため演算できず、補償電圧が不定となるという問
題点もあった。

【００１３】さらにまた、インピーダンス制御と直交電
圧制御とを使用して電力系統の有効電力を制御すると、
直流補償装置が発生した無効電力により、系統の無効電
力が変動しその結果、系統電圧を変動させるという問題
点もあった。

【００１４】この発明は上述したような種々の問題点を
解決するためになされたものであり、系統電流が逆相
分、零相分、直流分を含む場合、あるいは零になる場
合、あるいは急激に反転する場合にも、直列補償装置と
して安定して運転を継続することができる無効電力発生
装置及び無効電力発生方法を得ることを目的とするもの
である。

【００１５】また、本発明の他の目的は、直列型の無効
電力発生装置と並列型の無効電力発生装置とを併用して
運転することにより、系統の無効電力の変動による系統
電圧変動を抑制することができる無効電力発生装置及び
無効電力発生方法を得ることである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る無
効電力発生装置は、電力系統と、結合変圧器と、自励式
インバータ装置と、直流コンデンサと、系統電圧及び系
統電流を検出するセンサと、系統電圧の角速度を検出す
るＰＬＬ回路とで構成され、系統に対して直列に無効電
力を発生する直列補償器において、系統電流に対して同
相方向の電圧ベクトルを発生して、抵抗分を調整するこ
とにより前記直流コンデンサの電圧制御を行う制御手段
を備えるものである。

【００１７】請求項２の発明に係る無効電力発生装置
は、出力を制御するための制御指令に対して、指令に含
まれる直流成分を除去するために、電源周期に同期した
無駄時間と一時遅れ要素とで構成されるフィルタを備え
るものである。

【００１８】請求項３の発明に係る無効電力発生装置
は、系統に直列に挿入する電圧の電圧ベクトルを、系統
電流に対して直交した方向に且つ大きさが系統電流に比
例するように、制御するインピーダンス制御において、
前記電圧ベクトルを演算するために、系統電流の正相基
本波を検出する検出回路を備えるものである。

【００１９】請求項４の発明に係る無効電力発生装置
は、系統に直列に挿入する電圧の電圧ベクトルを、電流
に対して直交した方向に且つ大きさが電流に比例するよ
うに、制御するインピーダンス制御において、出力電圧
指令と系統電流とから有効電力に相当する位相差角を演
算して前記電圧ベクトルの演算誤差を補正するための検
出回路を備えるものである。

【００２０】請求項５の発明に係る無効電力発生装置
は、系統に直列に挿入する電圧の電圧ベクトルを、電流
に対して直交した方向に、制御する直交電圧制御におい
て、前記電圧ベクトルを演算するために、系統電圧の正
相基本波単位ベクトルを検出する検出回路と、系統電圧
と系統電流の位相差を考慮して、前記系統電圧の正相基
本波単位ベクトルを電流に対して回転させる回転回路と
を備えるものである。

【００２１】請求項６の発明に係る無効電力発生装置
は、系統に直列に挿入する電圧の電圧ベクトルを、系統
電流に対して直交した方向に、制御する直交電圧制御に
おいて、出力電圧指令と系統電流とから有効電力に相当
する位相差角を演算して、単位電圧ベクトルを系統電流
に対して回転させる時の誤差を補正する検出回路を備え
るものである。

【００２２】請求項７の発明に係る無効電力発生装置
は、系統に直列に接続され、該系統の有効電力を調整す
るために無効電力を発生する直列補償器と、前記系統
に、前記直列補償器と直列に接続された並列補償器と、
前記直列補償器が前記系統の有効電力を調整するために
発生した無効電力を出力電圧指令と系統電流とから演算
する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記直列補償
器が発生した無効電力を吸収するように前記並列補償器
を制御するものである。

【００２３】請求項８の発明に係る無効電力発生装置
は、並列補償器を系統電圧制御し、直列補償器を直交電
圧制御することにより、系統の有効電力の調整範囲が最
大となるようにしたものである。

【００２４】請求項９の発明に係る無効電力発生方法
は、系統と直列に、直列補償器と並列補償器とを接続
し、前記直列補償器が系統の有効電力を調整するために
発生した無効電力を、出力電圧指令と系統電流とから演
算し、前記無効電力を吸収するように前記並列補償器を
制御するものである。

【００２５】請求項１０の発明に係る無効電力発生方法
は、系統と直列に、直列補償器と並列補償器とを接続
し、前記並列補償器を系統電圧制御し、前記直列補償器
を直交電圧制御することにより、系統の有効電力の調整
範囲が最大となるようにしたものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について説明する。

【００２７】実施の形態１．図１乃至図３は、この発明
の実施の形態１による直列補償型の無効電力発生装置を
示すもので、上述した従来例と同一機能は同一番号で表
し、その説明を省略する。

【００２８】図１において、９ａは系統電圧Ｖ_を検出
するセンサ、９ｂは直流電圧Ｖｄｃを検出するセンサ、
１０は系統電流Ｉ_を検出するセンサ、１１ａは系統電
圧に同期した角速度θｖを検出するＰＬＬ回路、１２ａ
は直流電圧指令値Ｖｄｃ-ｒｅｆを第１指令値発生器、
１２ｂは系統の有効電力指令値Ｐ-ｒｅｆを出力する第
２指令値発生器、１２ｃはインピーダンス指令値Ｘｃを
出力する第３指令値発生器、１３は直流電圧指令値と現
在の直流電圧から直流電圧を制御するための指令を演算
する直流電圧制御器（ＤＣＡＶＲ）、１４は掛け算器、
１５は２軸の信号を回転させる回転回路（詳細は後
述）、１６は加減算器、１７は２軸の信号を３軸の信号
に変換する２相３相変換器（詳細は後述）、１８はイン
バータ変換器のゲート信号を発生するゲートパルス発生
回路、１９は有効電力検出回路（詳細は後述）、２０
は、有効電力指令Ｐ-ｒｅｆと現在の有効電力Ｐから有
効電力を制御するための指令を演算する有効電力制御器
（ＰＦＣ）、２１はＰの極性から信号を選択するスイッ
チ回路、２２は正相基本波電流を検出する回路（詳細は
後述）、３０は直流成分を減衰させるフィルタ（詳細は
後述）である。

【００２９】図２は、正相基本波電流検出回路２２の詳
細を示し、２３ａは３軸の信号を２軸の正相に変換する
３相２相変換器（詳細は後述）、２３ｂは３軸の信号を
２軸の逆相に変換する３相２相変換器（詳細は後述）、
２４は高調波リップルを減衰させるローパスフィルタ、
２５ａは正相の２軸信号を３軸に変換する２相３相変換
器、２５ｂは逆相の２軸信号を３軸に変換する２相３相
変換器、２６ａ、２６ｂはゲインである。

【００３０】図３は、直流成分を減衰させるフィルタ３
０の詳細を示し、１６は信号を加算する加算器、３０ａ
は電源周波数Ｔの３分の１周期でサンプルするサンプラ
ー、３０ｂは３分の１ゲイン、３０ｃは一時遅れ要素を
２段構成にしたローパスフィルタを示す。

【００３１】次に、この実施の形態１による無効電力発
生装置の動作について説明する。初めに、実施の形態１
の主要構成要素の基本動作について説明する。

【００３２】図２において、正相基本波電流検出回路２
２は、系統事故時などの場合に、系統電流に含まれる逆
相、零相、直流の成分を除去する回路であり、逆相分、
零相、直流分、正相分を含む電流を３相２相変換器２３
ａにより正相３相から２相に変換し、逆相は交流分２ｆ
へ、直流分は交流分１ｆへ、正相分は直流分に変換され
るので、２ｆ、１ｆの交流信号をローパスフィルタ２４
ａにより減衰させ、正相分を２相３相変換器２５ａによ
り２相から３相に逆変換することで逆相分と零相分と直
流分を減衰させた３相信号を取り出す。同様に、逆相分
を２相３相変換器２５ｂにより２相から３相に逆変換し
て正相分を減衰させた３相信号を取り出す。そして、３
相上で元の信号から逆相分を減算し、再度、３相２相変
換器２３ｂにより３相２相変換するとともにローパスフ
ィルタ２４ｂにより逆相分、直流分の除去をすること
で、２軸の正相基本波電流Ｉ１ｐ、ｑを検出する。

【００３３】図３は、指令値に含まれる直流成分（２相
３相変換した時に直流分となる成分を意味する）を除去
するフィルタ３０であり、このフィルタ３０は、電源周
波数の３分の１の無駄時間によるサンプラー３０ａと、
一時遅れ要素を２段に構成したローパスフィルタ３０ｃ
とにより、指令値変化の動作時間を一定時間（電源周
期）にすることができ、指令値に含まれる直流成分を除
去できる。この指令値を制御指令として制御すると出力
電圧に直流分を含まないので、結合変圧器５を偏磁させ
てインバータ過電流となるなどの不具合を取り除くこと
ができる。

【００３４】３相２相変換は、次式で表され、角速度θ
で回転する３相の交流信号［Ａ、Ｂ、Ｃ］を２軸の直流
信号［Ｑ、Ｐ］に変換する。

【００３５】

【数１】２相３相変換は、前記３相２相変換の逆変換で、次式で
表される。

【００３６】

【数２】回転は、２軸の信号を位相を回転させる変換であり、次
式で表される。

【００３７】

【数３】有効電力（Ｐ）、無効電力（Ｑ）の計算は、次式で表さ
れる。

【００３８】Ｐ＝Ｖｐ・Ｉｐ＋Ｖｑ・ＩｑＱ＝Ｖｐ・Ｉｑ−Ｖｑ・Ｉｐ

【００３９】次に、図１に戻って、この発明の実施の形
態１について詳細に説明する。インピーダンス制御にお
いて、問題となるのは、系統事故時に系統電流に含まれ
る逆相、零相、直流分であり、これを取り除くために、
系統電流を正相基本波電流検出回路２２により２軸の正
相基本波電流Ｉ１ｐ，ｑを検出し、電流に対して直交さ
せるために回転回路１５を使用して９０度回転させて、
インピーダンス方向の電流ベクトルを検出する。また、
有効電力制御器（ＰＦＣ）２０の出力あるいは第３指令
値発生器１２ｃの出力する指令値Ｘｃから直流成分除去
フィルタ３０を介して得られたインピーダンス量Ｘｃ＊
と、前記インピーダンス方向の電流ベクトルとを乗算し
て、インピーダンス相当の電圧指令を演算する。また、
第１指令値発生器１２ａの直流電圧指令（Ｖｄｃ-ｒｅ
ｆ）と自励式インバータ変換器６からの直流電圧（Ｖｄ
ｃ）の偏差を比例積分要素などにより算出した直流電圧
制御器（ＤＣＡＶＲ）１３の出力信号Ｒｃ＊を、掛け算
器１４により電流Ｉ_ｐ，ｑと乗算して抵抗相当の電圧
指令を算出し、加算器１６により前記インピーダンス相
当の電圧指令と抵抗相当の電圧指令を加算して出力電圧
指令Ｖｃｐ、ｑ＊とし、これを２相３相変換器１７によ
り２相３相変換して３相交流指令に変換し、ゲートパル
ス発生回路１８においてインバータ変換器６のスイッチ
ングパルスが作られ、このスイッチングパルスがインバ
ータ変換器６に与えられて、電圧指令Ｖｃｐ、ｑ＊に相
当した出力電圧Ｖ_ｃが系統に直列に挿入される。すな
わち、インピーダンス量Ｘｃ＊は無効電力を発生するた
めの操作量であり、抵抗量Ｒｃ＊は有効電力を発生する
ための操作量である。このインピーダンス量Ｘｃ＊によ
り系統のインピーダンスを調整して系統の有効電力を調
整し、抵抗量Ｒｃ＊により系統から有効電力を流入させ
て直流電圧を制御する。

【００４０】実施の形態２．図４は本発明の実施の形態
２による無効電力発生装置の概略構成を示している。上
記実施の形態１では、直流電圧制御が、補償器の損失分
と電圧ベクトル演算の誤差の補正を行っていたが、この
実施の形態２では、図４に示すように、電圧ベクトル演
算の誤差を補正するために、電圧指令Ｖｃｘｐ、ｑ＊と
系統電流より有効電力を演算して、誤差に相当るす補正
角θｐｃｘ＊を算出し、回転回路１５による回転量を補
正する方式とした。

【００４１】図５に補正角θｐｃｘ＊を演算する補正角
演算装置２９の詳細を示す。図５において、正相基本波
電流検出回路２２により正相基本波電流Ｉ１ｐ，ｑを算
出し、この正相基本波電流Ｉ１ｐ，ｑと電圧指令Ｖｃｘ
ｐ、ｑ＊とから、有効電力演算回路２９ａにより、誤差
に相当する有効電力Ｐｃｘ＊を次式により演算する。Ｐｃｘ＊＝Ｖｃｘｐ＊・Ｉ１ｐ＋Ｖｃｘｑ＊・Ｉ１ｑ

【００４２】そして、位相角演算回路２９ｂにより、こ
の有効電力Ｐｃｘから次式により位相角を演算する。 θｐｃ＝ｓｉｎ^-1（Ｐｃ＊／Ｋ）

【００４３】実施の形態３．図６は本発明の実施の形態
３による無効電力発生装置の概略構成を示している。直
交電圧制御では、電流が零になると電圧ベクトル演算で
きない問題があったが、この実施の形態３では、系統電
流の変わりに系統電圧を使用してベクトルを演算する方
式とした。

【００４４】図６に示すように、この実施の形態３は、
図１の実施の形態１とほぼ同じ構成であるが、系統電流
Ｉ_を検出するセンサ１０の後段に、系統電流の角速度
θ１を求めるＰＬＬ回路１１ｂを付加し、図１の正相基
本波電流検出回路２２を、系統電圧の正相基本波電圧単
位ベクトルを検出する回路２７に置き換えた点が相違し
ている。

【００４５】系統電圧の正相基本波電圧単位ベクトル検
出回路２７は、図７に示すように、正相基本波電流検出
回路２２の次段に、単位ベクトル化回路２８を付加した
構成である。

【００４６】単位ベクトル化回路２８は、正相基本波電
流検出回路２２の出力Ｖ１ｐ、ｑを次式により単位ベク
トル化する。Ｅ_ｖ１ｐ、ｑ＝Ｖ１ｐ、ｑ／（Ｖ１ｐ²＋Ｖ１ｑ²）^1/2

【００４７】また、系統電圧の正相基本波電圧単位ベク
トル検出回路２７は、図８に示すように、正相基本波電
流検出回路２２の回路部分を簡略化してもさしさえな
い。

【００４８】次に、この実施の形態３の動作について説
明する。系統電圧の正相基本波電圧単位ベクトル検出回
路２７で算出した単位ベクトルを回転回路１５を使用し
て９０度＋電圧θＶと電流θＩの位相差角（θＶ＋９０
-θＩ）に相当する角度回転させて電流に対して直交す
る単位ベクトルを演算し、また電圧と電流の位相差角に
相当する角度回転させて電流に対して同相（抵抗方向）
の単位ベクトルを演算するものである。

【００４９】実施の形態４．図９は本発明の実施の形態
４による無効電力発生装置の概略構成を示している。上
記実施の形態３では、直流電圧制御により、補償器の損
失分と電圧ベクトル演算の誤差の補正を行っていたが、
本実施の形態４では、図９のように、電圧ベクトル演算
の誤差を補正するために、電圧指令Ｖｃｘｐ、ｑ＊と系
統電流Ｉ_より有効電力を次の式により演算して誤差に
相当する補正角θｐｃｘ＊を算出するθｐｃｘ演算回路
２９（図５参照）を設け、回転回路１５の出力を補正す
る方式とした。

【００５０】θｐｃｘ＊＝ｓｉｎ^-1｛（Ｖｃｘｐ＊・Ｉ
１ｐ＋Ｖｃｘｑ＊・Ｉ１ｑ）／ｋ｝

【００５１】実施の形態５．図１０は本発明の実施の形
態５による無効電力発生方法を実施するための無効電力
発生装置の概略構成を示している。上述したインピーダ
ンス制御または直交電圧制御を使用して系統の有効電力
を制御すると、直列補償装置は発生した無効電力により
系統電圧を変動させる場合がある。そこで、本実施の形
態５は、図１０に示すように、直列補償装置が系統有効
電力制御のために発生した無効電力を補償する方式とし
た。

【００５２】図１０において、４ａは並列補償器、４ｂ
は直列補償装置、３１は系統電圧制御器、３２は無効電
力制御器、３３は無効電力検出回路を示す。

【００５３】直列補償装置４ｂと同様の構成回路の並列
補償器４ａを系統に接続し、直列補償装置４ｂの系統有
効電力制御用の出力電圧指令と系統電流から直列補償装
置４ｂが発生する無効電力Ｑｃ２を次式により算出し、
これを並列補償器４ａに対して無効電力指令として与
え、直列補償装置４ｂの無効電力を打ち消す無効電力を
並列補償器４ａより発生させる。

【００５４】Ｑｃ２＝Ｖｃｐ＊・Ｉ２ｑ−Ｖｃｑ＊・Ｉ２ｐ

【００５５】実施の形態６．次に、並列補償器と直列補
償装置との併用運転について、図１１及び図１２を参照
して説明する。

【００５６】図１１は、上述の図１０の系統において、
並列補償器４ａで系統電圧を制御し、直列補償装置４ｂ
で直交電圧を制御した場合のベクトル図を示しており、
系統の有効電力は次のように表される。第一区間（Ｖｓ
〜Ｖ１間）は次式で表される。Ｐ１＝（２Ｖ²／ＸＬ）ｓｉｎδ１第二区間（Ｖ１〜Ｖｓの間）は次式で表される。Ｐ２=(４Ｖ²／ＸＬ){ｓｉｎ(δ２/２)＋(Ｖｃ/２Ｖ)}ｃ
ｏｓ(δ２/２)

【００５７】同様に、並列補償器４ａのみで系統電圧を
制御した場合の系統の有効電力は次式となる。Ｐ＝（２Ｖ²／ＸＬ）ｓｉｎδ ここで、Ｐ１＝Ｐ２の条件下で、合成位相差（δ＝δ１
＋δ２）を計算すると、Ｐ-δは図１２のようになる。

【００５８】図１２より、並列補償器４ａで系統電圧を
制御し、直列補償装置４ｂで直交電圧を制御する併用運
転は、系統の有効電力を調整する範囲を大きくとれるこ
とが分かる。

【００５９】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、次の
ような優れた効果を奏するものである。

【００６０】請求項１の発明によれば、直列補償装置に
おいて、系統電流と同相方向に出力電圧を制御して系統
と補償器間で有効電力の享受を行うことにより、他の有
効電力源を持たずに直流電圧制御ができる効果がある。

【００６１】請求項２の発明によれば、指令値に対して
電源周期に対応した無駄時間要素フィルタを介して制御
指令とすることにより、指令値に含まれる直流成分を取
り除くことができるので、直流成分を出力しなくなり、
変圧器の鉄芯設計に対する余裕（マージン）が低減で
き、安価な装置を製作できる効果がある。

【００６２】請求項３の発明によれば、インピーダンス
制御において、電流に直交する電圧ベクトルを算出する
ために使用する系統電流に対して、正相基本波を検出す
る回路を用いることにより、系統事故時の電流に対して
精度よく電圧ベクトルを算出できるので、誤差によって
生じる有効電力分の直流電圧変動が少なくなり、直流コ
ンデンサを小さくでき、安価な装置を製作できる効果が
ある。

【００６３】請求項４の発明によれば、インピーダンス
制御において、電流に直交する電圧ベクトルを算出する
ために使用する系統電流に対して、正相基本波を検出す
る回路を用いることにより、系統事故時の電流に対して
精度よく電圧ベクトルを算出でき、また、演算した電圧
ベクトルと電流とから有効電力に相当する位相差角を演
算して電圧ベクトルを補正するようにしたので、誤差に
よって生じる有効電力分の直流電圧変動が更に少なくな
り、直流コンデンサを小さくでき、安価な装置を製作で
きる効果がある。

【００６４】請求項５の発明によれば、直交電圧制御お
いて、電流に直交する電圧ベクトルを算出するために系
統電圧の正相基本波単位ベクトルを検出する回路を用い
ることにより、系統電流が零の時でも電圧ベクトルを算
出でき、系統の有効電力が零または反転するときでも、
調整電圧を発生できる効果がある。

【００６５】請求項６の発明によれば、直交電圧制御お
いて、電流に直交する電圧ベクトルを算出するために、
系統電圧の正相基本波単位ベクトルを検出する回路を用
いることにより、系統電流が零の時でも電圧ベクトルが
算出でき、また、演算した電圧ベクトルと電流から有効
電力に相当する位相差角を演算して電圧ベクトルを補正
するようにしたので、誤差によって生じる有効電力分の
直流電圧変動が少なくなり、直流コンデンサを小さくで
き、安価な装置が製作でき、且つ、系統の有効電力が零
または反転するときでも、調整電圧を発生できる効果が
ある。

【００６６】請求項７あるいは請求項９の発明によれ
ば、直列補償装置で、系統の有効電力を制御するために
出力した無効電力のみを並列補償器で補償するようにし
たので、並列補償器の容量を効率よく使用でき、系統の
無効電力を増大させることなく有効電力を調整でき、且
つ、系統電圧の変動が生じない効果がある。

【００６７】請求項８あるいは請求項１０の発明によれ
ば、並列補償器と直列補償装置の併用運転において、直
列補償装置は直交電圧制御し、並列補償器は系統電圧制
御することにより、それぞれの補償容量を最大限に有効
活用でき、且つ、系統の有効電力の調整範囲が他の方式
より大きくなり、逆に補償装置として必要な調整容量が
少なくなり、安価な装置を製作できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による直列補償装置
インピーダンス制御の構成図である。

【図２】この発明の実施の形態１の正相基本波電流検
出回路の構成図である。

【図３】この発明の実施の形態１のフィルタの構成図
である。

【図４】この発明の実施の形態２による直列補償装置
インピーダンス制御の構成図である。

【図５】この発明の実施の形態２の補正位相角の構成
図である。

【図６】この発明の実施の形態３による直列補償装置
直交電圧制御の構成図である。

【図７】この発明の実施の形態３の正相基本波電圧単
位ベクトル検出回路の構成図である。

【図８】この発明の実施の形態３の正相基本波電圧単
位ベクトル検出回路の他の実施の形態の構成図である。

【図９】この発明の実施の形態４による直列補償装置
直交電圧制御の構成図である。

【図１０】この発明の実施の形態５による直列補償装
置と並列補償器の併用運転による無効電力制御の構成図
である。

【図１１】この発明の実施の形態６による直列補償装
置と並列補償器の併用運転によるベクトル図である。

【図１２】この発明の実施の形態６による直列補償装
置と並列補償器の併用運転によるＰ-δ特性図である。

【図１３】従来の直列補償装置の構成図である。

【図１４】従来の直列補償装置のモデル図とベクトル
図である。

【図１５】従来の直列補償装置のインピーダンス制御
と直交電圧制御のＰ-δ特性図である。

【符号の説明】

１電源電圧、２系統インピーダンス、３系統有効
電力、４補償装置、５結合変圧器、６自励式イン
バータ変換器、７直流コンデンサ、８直列補償装置
出力電圧、９電圧センサ、１０電流センサ、１１
ＰＬＬ回路、１２直流電圧制御基準、１３直流電圧
制御器、１４掛け算器、１５回転器、１６加減算
器、１７２相３相変換器、１８ゲートパルス発生回
路、１９Ｐ検出回路、２０有効電力制御器、２１選
択スイッチ、２２正相基本波電流検出回路、２３正
相、逆相２相３相変換器、２４ローパスフィルタ、２
５ａ正相の２相３相変換器、２５ｂ逆相の２相３相
変換器、２６ａ、２６ｂゲイン、２７正相基本波電圧
単位ベクトル検出回路、２８単位化回路、２９補正
角演算回路、３０フィルタ、３１交流電圧制御器、
３２無効電力制御器、３３無効電力検出回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統と、結合変圧器と、自励式イン
バータ装置と、直流コンデンサと、系統電圧及び系統電
流を検出するセンサと、系統電圧の角速度を検出するＰ
ＬＬ回路とで構成され、系統に対して直列に無効電力を
発生する直列補償器において、系統電流に対して同相方向の電圧ベクトルを発生して、
抵抗分を調整することにより前記直流コンデンサの電圧
制御を行う制御手段を備えることを特徴とする無効電力
発生装置。
【請求項２】出力を制御するための制御指令に対し
て、指令に含まれる直流成分を除去するために、電源周
期に同期した無駄時間と一時遅れ要素とで構成されるフ
ィルタを備えたことを特徴とする無効電力発生装置。
【請求項３】系統に直列に挿入する電圧の電圧ベクト
ルを、系統電流に対して直交した方向に且つ大きさが系
統電流に比例するように、制御するインピーダンス制御
において、前記電圧ベクトルを演算するために、系統電流の正相基
本波を検出する検出回路を備えたことを特徴とする無効
電力発生装置。
【請求項４】系統に直列に挿入する電圧の電圧ベクト
ルを、電流に対して直交した方向に且つ大きさが電流に
比例するように、制御するインピーダンス制御におい
て、出力電圧指令と系統電流とから有効電力に相当する位相
差角を演算して前記電圧ベクトルの演算誤差を補正する
ための検出回路を備えたことを特徴とする無効電力発生
装置。
【請求項５】系統に直列に挿入する電圧の電圧ベクト
ルを、電流に対して直交した方向に、制御する直交電圧
制御において、前記電圧ベクトルを演算するために、系統電圧の正相基
本波単位ベクトルを検出する検出回路と、系統電圧と系統電流の位相差を考慮して、前記系統電圧
の正相基本波単位ベクトルを電流に対して回転させる回
転回路と、を備えたことを特徴とする無効電力発生装置。
【請求項６】系統に直列に挿入する電圧の電圧ベクト
ルを、系統電流に対して直交した方向に、制御する直交
電圧制御において、出力電圧指令と系統電流とから有効電力に相当する位相
差角を演算して、単位電圧ベクトルを系統電流に対して
回転させる時の誤差を補正する検出回路を備えたことを
特徴とする無効電力発生装置。
【請求項７】系統に直列に接続され、該系統の有効電
力を調整するために無効電力を発生する直列補償器と、前記系統に、前記直列補償器と直列に接続された並列補
償器と、前記直列補償器が前記系統の有効電力を調整するために
発生した無効電力を、出力電圧指令と系統電流とから演
算する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記直列補償器が発生した無効電力を
吸収するように前記並列補償器を制御することを特徴と
する無効電力発生装置。
【請求項８】並列補償器を系統電圧制御し、直列補償
器を直交電圧制御することにより、系統の有効電力の調
整範囲が最大となるようにしたことを特徴とする無効電
力発生方法。
【請求項９】系統と直列に、直列補償器と並列補償器
とを接続し、前記直列補償器が系統の有効電力を調整するために発生
した無効電力を、出力電圧指令と系統電流とから演算
し、前記無効電力を吸収するように前記並列補償器を制御す
ることを特徴とする無効電力発生方法。
【請求項１０】系統と直列に、直列補償器と並列補償
器とを接続し、前記並列補償器を系統電圧制御し、前記直列補償器を直交電圧制御することにより、系統の
有効電力の調整範囲が最大となるようにしたことを特徴
とする無効電力発生方法。