JPS5854411B2 - 無効電力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、電力系統に直列インダクタンス要素を介し
て可変電圧源を接続し この可変電圧源の出力電圧の大
きさを制御することによって 電力系統と可変電圧源の
間に流れる無効電力を制御する無効電力制御装置に関す
る。

第１図は一般に知られているこの種可変電圧源形無動電
力制御装置の構成図である。

可変電圧源としては 電圧形インバータ サイクロコン
バータ、同期調相機等が適用される。

第１図において、電力系統（無限大母線）１と、可変電
圧源３をリアクトル２を介して接続し 系統電圧■Ｓに
対し 可変電圧源３の発生電圧ＶＩを、同一周波数同一
位相で運転する。

可変電圧源３の発生電圧ＶＩの大きさをＶＳに対して高
くしたり、低くすることにより、系統から取る無効電力
を進相から遅相までの任意の値に制御 調節できる。

第２図は その原理を説明するベクトル図である。

第２図において、ＶＳを系統電圧、ＶＩを可変電圧源電
圧、△ＶＬをリアクトル２にかかる電圧とし、系統１と
可変電圧源３の間に流れる電流をＩＡＣとする。

第２図ａはＶ Ｓ（Ｖ Ｉの状態を示しており リアク
トル２にかかる電圧△ＶＬのベクトルは右から左を向き
、その大きさは、ＩＶＩ−ＶＳとなる。

リアクトル２を流れる電流ＩＡＣは リアクトルにかか
る電圧より９００遅れとなるので図示のとうり系統電圧
■Ｓに対し ９００進みとなり、進相無効電力が系統か
ら流れることになる。

次に 第２図すのごと＜ ＶＳ＞ＶＩとするとりアク
ドル２にかかる電圧△ＶＬのベクトルは左から右を向き
大きさは Ｖ Ｉ −Ｖ Ｓ となる。

したがって電流ＩＡＣは △ＶＬのベクトルに対し、９
００遅れとなるので、系統電圧■Ｓに対し、９００遅れ
となり 系統１から遅相無効電力が流れることになる。

無効電力の大きさは、系統電圧■Ｓと可変電圧源電圧Ｖ
Ｉの電圧差△ＶＬに比例し 中間に設けられたりアクド
ル２のインピーダンスに反比例するため、可変電圧源３
の発生電圧ＶＩを、系統電圧ＶＳに対して制御すること
により無効電力の制御が行なわれる。

第３図は 以上の原理にもとづ〈従来の可変電圧源によ
る無効電力制御装置の構成図である。

第３図において１は、電力系統、２０は、可変電圧源と
電力系統を接続するための開閉器、４は、出力変圧器で
第１図にしめずインダクタンス２を この変圧器のリ
ーケイジインダクタンスで代替させている。

５は逆変換装置、６は、交流入力線路１８から交流を受
けて、直流に変換する順変換装置、７は、平滑リアクト
ル、８は、平滑コンデンサ、９は、系統１と可変電圧源
間に流れる電流を検出するＣＴ１０は 系統電圧を検出
するＰＴｌｌｌは、系統電圧に同期した電圧を可変電圧
源が発生するために、系統電圧信号を入力して逆変換装
置５のサイリスタ群に所定の点弧パルスを送出するパル
ス制御回路、１２は、系統電圧信号と系統と可変電圧源
間に流れる電流信号を入力して 無効電力を検出する無
効電力検出回路で信号ＱＦを送出する。

１３は、系統と可変電圧源間に流れる無効電力の基準を
与える基準信号発生回路で、基準信号ＱＲを送出する。

１５は１３の出力信号ＱＲと１２の出力信号ＱＦの偏差
を求め、演算増巾する演算回路で、信号ｑを送出する。

１６は演算回路１５の信号ｑと、平滑コンデンサ電圧に
比例した信号ｅとの偏差を求め、演算増巾する電圧制御
回路 １７は 電圧制御回路１６の出力信号に応じて順
変換装置６のサイリスタ群に点弧信号を送出するための
ゲートアンプ １４は 平滑コンデンサ８の端子電圧、
すなわち、直流電圧を検出する直流電圧検出器で上記し
たとうり信号ｅを送出する。

さて、開閉器２０の閉じた定常状態では、無効電力検出
回路１２の出力信号ＱＦが、無効電力基準信号発生器１
３の出力信号ＱＲと等しくなるよう、演算回路１５の出
力ｑが制御され、ｑは、電圧制御回路１６の基準信号と
なって、信号ｑと、直流電圧信号ｅとが等しくなるよう
電圧制御回路１６の出力信号が制御され、この信号によ
って、最終的に 順変換装置６を構成するサイリスク群
が、位相制御される。

順変換装置６のサイリスク群を位相制御すれば、直流電
圧が変化し、所定の無効電力が流れることになる。

したがって定常状態では、ＱＲ＝ＱＦ、ｑ＝ｅとなって
バランスし、何かの外乱でこの状態が、乱れると、直ち
に、上記の状態に戻るよう動作する。

定常状態では 上記したとうり無効電力を一定に制御す
ることはできるが 起動時には 開閉器２０が開いてい
るため、系統１と可変電圧源間に電流が流れず、したが
って、無効電力は零、そのため、無効電力検出回路１２
の出力ＱＦは零の状態になっている。

基準信号発生器１３の出力信号ＱＲが、所定の値を出し
ているので、演算回路１５の出力ｑは、最大値となり、
無効電力制御回路を構成する要素の飽和電圧となる。

したがって電圧制御回路１６の出力信号は、この大きな
値を有するｑと、信号ｅが等しくなるまで、増加するこ
とになる。

結局、平滑コンデンサ８の端子電圧である直流電圧は、
最大値となる。

この場合、可変電圧源の出力電圧ＶＩは、系統電圧■Ｓ
に比し、通常非常に大きい値となる。

何故なら、ＶＩの最大発生電圧は 系統との間のインピ
ーダンスと装置の過負荷耐量によって定まるのが普通で
ある。

系統との間のインピーダンスの％インピーダンス＠ｔｚ
（％）とし、過負荷耐量１５０（％）とすると 可変電
圧源の発生電圧ＶＩの最大値は次式で決る１直となる。

すなわち、系統電圧■Ｓに対し、可変電圧源は１．８倍
の電圧を発生していることになる。

したがって、この状態で、開閉器２０を投入すれば、系
統電圧と可変電圧源発生電圧との差△Ｖは△ｖ＝ｏ、ｓ
ｖｓとなるため、Ｚ（％）が２０（％）とすると、定格
装置容量の４倍の進相無効電力が、可変電圧源と系統の
間に流れることになる。

このような大きな無効電力が流れると、可変電圧源を構
成する送変換装置５内のサイリスクやダイオードが破壊
したり、転流が不可能となって、送変換機能を隘失した
り、さらに、電力系統に対して、じよう乱を与えること
になる等、種々の好しくない現象を生じるという欠点を
有している。

この発明は以上の点に鑑み成されたもので 安定した起
動ができる可変電圧源形無動電力制御装置を提供するこ
とを目的とするものである。

第４図にこの発明の一実施例を示す。

尚第４図において第３図との同一部分は同一符号を付し
ているので詳細説明は省略し 本発明により新たに追加
した要素を説明する。

３０は系統電圧検出器でＰＴｌｏからの系統電圧信号を
受けて系統電圧の大きさに比例した信号■Ｓを発生する
。

３１は接点１で、ｂ接点、３２は接点２で、ａ接点で、
３１．３２共、開閉器２０の動作に連動しており、開閉
器２０が閉じれば接点３１が開き、接点３２は閉じる。

逆に、開閉器２０が開けば、接点３１は閉じ、接点３２
は開く。

ここでは、開閉器２０の動作に応動する接点３１．３２
の駆動回路は省略している。

次に動作を説明する。第４図において起動時、開閉器２
０が開いているので接点３１は閉じ、接点３２は開いて
いる。

したがって演算回路１５の出力信号ｑは、電圧制御回路
１６の入力信号とはならない。

一方、系統電圧検出器３０の出力信号■Ｓは 電圧制御
回路１６の入力となっている。

また、従来同様、直流電圧検出器１４の出力信号ｅは
電圧制御回路１６の入力となっている。

この状態で、逆変換装置５および順変換装置６が所定の
順序にしたがい運転を開始すると、電圧制御回路１６の
出力信号は、信号■Ｓと信号ｅの偏差が零となる方向に
応動し平滑コンデンサ電圧、すなわち 直流電圧Ｅｄｃ
が系統電圧■Ｓと等しい値になるよう制御されることに
なる。

これは可変電圧源の発生電圧ＶＩと直流電圧Ｅｄｃとは
、完全に比例関係があるため、直流電圧を監視すること
は 可変電圧源電圧ＶＩを監視するのと同一である。

したがって 開閉器２０の投入前に 可変電圧源の発生
電圧ＶＩは その大きさが系統電圧ＶＳの大きさと等し
くなっており かつ周波数および位相はパルス制御□□
回路１１の制御により系統電圧と同相となっている。

ここで、開閉器２０を投入しても、開閉器２０の接点間
の電位差は、はゾ零であるため従来のものに比し、突入
電流は一切生じず、何のトラブルなしに、電力系統１と
可変電圧源を接続することが可能となる。

開閉器２０が投入されると 接点３１は開き系統電圧検
出器３０の出力信号■Ｓは、電圧制御回路１６の入力信
号ではなくなる。

一方、接点３２が閉じるため 演算回路１５の出力信号
ｑが電圧制（至）回路１６の入力信号となる。

よって、電圧制御回路１６は、信号ｑと信号ｅの偏差を
演算増巾し、順変換装置６を制御するため、直流電圧Ｅ
ｄｃが、基準信号ＱＲで与えられる所定の無効電力を発
生する方向へ増加或は減少することになる。

直流電圧Ｅｄｃが変れば 可変電圧源の発生電圧ＶＩが
変化し、よってＶＳ４ＶＩとなるため、無効電力が、系
統と可変電圧源の間に流れはじめる。

無効電力が流れはじめると、無効電力検出回路１２の出
力信号ＱＦが零から増加し、演算回路１５にフィードバ
ンクされ、基準信号ＱＲこの偏差を減少させる。

よって、ある一定時間の経過後、ＱＦ＝ＱＲとなり、無
効電力が所定の値に制御されることになる。

第５図に本発明の他の実施例を示す。

第５図において 系統電圧検出器３０の出力信号■Ｓを
加算器３５に送出すると共に １次遅れ回路３４に供
給する。

１次遅れ回路３４は、時定数Ｔを持ち 入力信号に対し
てＴ秒遅れて追従する回路である。

１次遅れ回路３４の出力信号■Ｓは、接点３３を介して
加算器３５に接続されており 加算器３５の出力は
電圧制御回路１６に接続されている。

さて 第４図における開閉器２０の動作と接点３３の動
作は、連動しており、開閉器２０の開いている時 すな
わち 無効電力料（財）装置の起動時には 接点３３も
開いているため 加算器３５の入力信号は ■Ｓのみで
あり 電圧制（財）回路１６に系統電圧信号■Ｓを与え
る。

したがって、上述した第４図の場合と同様に開閉器２０
が開いている時 可変電圧源の発生電圧ＶＩは ■Ｓと
等しくなるよう制（財）されている。

ここで 開閉器２０が閉じると 同時に接点３３も閉じ
る。

よって、加算器３５には、系統電圧検出器３０の出力信
号■Ｓと 一次遅れ回路３４の出力信号■′Ｓが加わり
ｖｓ−ｖｓの演算が行なわれる。

１次遅れ回路３４の出力信号ｖＳは、系統電圧ｖＳが安
定しており かつ 信号ｖＳを入力して時定数’ｌ’
ｓｅｃに比し、３倍〜５倍の時間が経過しておればｖ’
５＝ｖｓであるため 接点３３が閉じれば、加算器３５
の出力信号は、実質的に零となり、電圧制御回路１６に
は 何等影響を及ぼさず 以後の無効電力を基準無効電
力に等しくするための動作には無関係である。

以上述べたようにこの発明の無効電力制御装置によれば
、開閉器投入以前は、可変電圧源の出力電圧が、系統電
圧を基準信号として動作しているため、系統電圧と等し
い電圧を発生して待機している。

よって、開閉器を投入しても、突入電流が一切流れず、
装置に損傷を与えず、かつ、系統にじよう乱を発生する
ことなしに、スムーズな起動が出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は可変電圧源形無動電力制御装置の概念図、第２
図は第１図の原理説明のためのベクトル図、第３図は従
来の可変電圧源形無動電力制御装置の構成図、第４図は
本発明の一実施例による無効電力制御装置の構成図 第
５図は本発明の他の実施例を示す構成図である。 図中１は電力系統、２はインダクタンス、３は可変電圧
源、４は出力変圧器、５は逆変換装置、６は順変換装置
、７は平滑リアクトル、８は平滑コンデンサ、９は電流
検出用ＣＴ、１０は系統電圧検出用ＰＴ、１１はパルス
制御回路、１２は無効電力検出器 １３は無効電力基準
信号発生器１４は直流電圧検出器 １５は演算回路 １
６は電圧制御回路 １７はゲートアンプ １８は交流入
力線路、２０は開閉器、３０は系統電圧検出器、３１は
ｂ接点、３２はａ接点、３３はａ接点、３４は１次遅れ
回路、３５は加算器である。 尚図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電力系統と開閉器及びインダクタンス要素を介して
   接続される可変電圧源を具備し この可変電圧源の出力
   電圧を制御して電力系統と可変電圧源の間に流れる無効
   電力を制御する無効電力制御装置において、上記系統と
   上記可変電圧源の間に流れる無効電力を検出する無効電
   力検出器 上記系統と上記可変電圧源の間に流れる無効
   電力の基準を与える基準信号発生回路、この基準信号発
   生回路の出力と上記無効電力検出器の出力を比較しその
   偏差を求める演算回路、上記開閉器の系統側に設けられ
   系統電圧に比例した信号を発生する系統電圧検出器、上
   記可変電圧源の出力電圧を検出する検出器、上記演算回
   路の出力または上記系統電圧検出器の出力と上記検出器
   の出力とを比較しその偏差に応じて上記可変電圧源の出
   力電圧を制御する制御信号を導出する電圧制御回路を備
   え上記開閉器の投入前には、上記系統電圧検出器の出力
   と上記検出器の出力の偏差に基づく上記電圧制御回路の
   出力側の信号によって可変電圧源す出力を系統電圧と同
   振巾、同相の電圧を発生させるよう制御し、上記開閉器
   の投入後は、上記系統電圧検出器からの上記電圧制御回
   路への入力信号をしゃ断し且つ上記演算回路の出力と上
   記検出器の出力の偏差に基づく上記電圧制御回路の出力
   制御信号によって上記可変電圧源の出力を所定の無効電
   力を発生させるよう制御するようにしたことを特徴とす
   る無効電力制御装置。