JPS5922971B2

JPS5922971B2 - 無効電力調整装置

Info

Publication number: JPS5922971B2
Application number: JP52130020A
Authority: JP
Inventors: 吉彦山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1977-10-28
Filing date: 1977-10-28
Publication date: 1984-05-30
Also published as: JPS5463253A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、系統と可変電圧源との間にリアクトルを設
け、系統電圧に対して可変電圧源の出力電圧を増減させ
ることにより、電力系統から進相遅相の任意の無効電力
を取る無効電力調整装置に関するものである。

電力系統の無効電力を制御する回路として、第１図に示
すように、電力系統１と可変電圧源３との間にリアクト
ル２を設け、可変電圧源３の出力電圧ｖｃを系統電圧ｖ
ｓに対して増減させることにより、系統１から進相、遅
相の任意の無効電力を取るようにしたものがある。

第２図ａ、ｂはその動作原理を示すベクトル図である。
第２図ａは、系統１から遅れの無効電力を取る場合を示
しており、系統電圧ｖｓと同相でこれよりも低い電圧ｖ
ｃを可変電圧源（たとえば同期調相回路）３が発生する
と、リアクトル２に生じる電圧ΔＶは図示のベクトルと
なり、ΔＶを生じる電流計Ｑは、図示のとおり、系統電
圧Ｖｓに対して９００の遅れとなる。逆に系統１から進
相無効電力を取る場合には、第２図ｂに示すように、系
統電圧Ｖｓに対して可変電圧源３の電圧ｖｃを高くする
と、リアクトル２に生じる電圧ΔＶの極性は、図示のと
おり第２図ａとは逆向きとなり、系統１から流れる電流
計Ｑは、電圧Ｖｓに対して９００の進みとなる。進、遅
相無効電流の大きさは、系統電圧Ｖｓと可変電圧源電圧
Ｖｃとの差電圧に比例するため、ｖｃを制御すれば無効
電流を任意の値に制御できる。可変電圧源３としての同
期調相機は、回転部分を有するための保守の必要性と、
設置スペースの限定等の理由から最近では使用されるこ
とが少なくなり、反対にサイリスタ素子の大容量化と信
頼性の向上にともない、可変電圧源３は静止形のサイリ
スタインバータやサイリスタ式サイクロコンバータに移
行するすう勢にある。第３図は、第１図の無効電力制御
形電圧安定化装置の具体的な構成の一例を示している。

第３図において、４は電力系統母線、５はリアクトル、
６は転流能力を装置内に保有し、直流を交流に変換する
自励式インバータ、７は無効電力制御装置の動作に必要
な電力を供給する交流入力線路、８は交流を直流に変換
する順変換装置、９は平滑用直流リアクトル、１０は平
滑用コンデンサ、１１は系統の電圧ＶＡを検出する検出
用変成器、１２は系統電圧と同相の出力電圧を発生する
ために、インバータ６のサイリスタに所要のゲート点弧
パルスを供給するタイミング回路、１３は系統電圧１の
基準信号発生器、１４は基準信号と系統電圧に比例した
信号′１の偏差を得るための加算器、１５は所定の伝達
関数を有する電圧制御回路１６は電圧制御回路１５の出
力に比例して順変換装置８のサイリスタの点弧位相αで
ゲート信号を送出するゲートアンプをそれぞれ示す。通
常、インバータ６の出力電圧制御には、インバータ６側
出力電圧のパルス幅を制御するパルス幅変調方式と、出
力電圧のパルス幅を一定に個定しておき、出力電圧パル
スの振幅を制御するパルス振幅変調方式とがある。

ここでは後者の振幅変調方式について説明する。変成器
１１で系統電圧Ｖ′。

を検出し、加算器１４で基準信号Ｖｒｅｆとの偏差εを
得て、Ｖ？方が低いと、電圧制御回路１５はεを増幅し
てその出力は増加する。したがつてゲートアンプ１６は
順変換装置８のサイリスタの点弧角αを進ませ、その結
果、直流電圧Ｅｄｃが増加し、インバータ６の出力電圧
。も増加するため、系統から取る遅れの無効電力が減少
し、さらに系統電圧ＶＡが基準信号Ｒｅｆに対して低い
場合には進相無効電力の増加の段階まで進み、系統電圧
。を上昇させる〜一方、系統電圧′。

が基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合は、偏差εは負とな
り、電圧制御回路１５の出力は減少し、ゲートアンプ１
６は、順変換装置８のサイリスタの点弧角αを遅らせる
ため、直流電圧Ｅｄｃが減少し、インバータ６の出力電
圧ＶＯは低下する。その結果、系統から取出す進みの無
効電力が減少する方向に制御され系統電圧ＶＡが低下す
る。さらに低下させる場合には、遅れの無効電力が増加
する段階まで制御が進展する。さて、この種の無効電圧
制御形電圧制御装置には所定の容量が定められているた
め、無制限に系統から無効電力を取ることはできない。
したがつて無効電力を監視し、一定値以上になれば、そ
れ以上の無効電力を取らないような制御が必要となる〜従来、この種の制御を行うものとして、電流制限付電圧
制御インバータが使用され、その一例を第４図に示す。

インバータの構成要素は第３図に示すものと同様である
が、インバータの出力は第３図に示すものと異なり、出
力線路１７を通して受動負荷１８に接続されている．制
御回路は、基準電圧発生器１９、基準電圧制御回路２０
、分圧器２２、電流制御回路２３、電圧制御回路１５、
およびゲートアンプ１６から構成されている。この制御
回路では、通常、電流検出器２１で検出されるインバー
タ電流が一定値以下であるときは、電流制御回路２３の
出力は、基準電圧制御回路２０の入力に帰還されている
ため、基準電圧Ｖｒｅｆと等しい値になる。したがつて
この基準電圧Ｒｅｆと、インバータの出力電圧Ｌ比例電
圧Ｖ′１との偏差が電圧制御回路１５で増幅され、偏差
がゼロとなるように電圧制御回路１５の出力が増減し、
順変換装置８，９，１０の出力電圧Ｅｄｃが増減する。
すなわち′，〉ＶｒｅｆのときＥｄｃは減少し、′１〈
ＶｒｅｆのときＥｄｃが増加する。これに対してインバ
ータ電流信号１′，が一定値を越えるようになると、電
流制御回路２３の入力信号が負となるため、その出力は
減少する。

すなわち電圧制御回路２３への基準信号がＲｅｆよりも
小さくなるため、インバータの出力電圧。が低くなり、
インバータ電流１Ｌが一定値を越えないように制御され
る。この場合には、インバータの出力電圧は一定値には
保たれず、出力電流が一定に保たれるような、いわゆる
定電流制御動作を行うことになる。通常、電流制御回路
２３への帰還電流１′Ｌが増加して、偏差入力が負とな
ると、その出力がＶｒｅｆよりも小さくなるため、基準
信号制御回路２０の入力信号は正側に大きくなり、その
出力電圧は演算増幅器の飽和電圧である一定値Ｖｓａｔ
となぺしたがつてこの電圧Ｖｓａｔが分圧器２２で分圧
されるときの分圧比をＫとすると、電流制御回路２３の
基準信号がＫ．ｓａｔとなり、インバータ電流１Ｌはこ
の基準値Ｋ．Ｖｓａｔと等しくなるように制御され、Ｉ
Ｌ＞Ｋ．Ｖｓａｔの間は電圧制御回路１５への基準信号
は下り続け、その結果、Ｅｄｃが低下し、もはや定電圧
制御は行われず、インバータ出力電圧は低下することに
なる。

ところで、第３図に示した無効電力制御形電圧安定化装
置にも電流制限機能が必要であるため、第４図に示した
電流制限機能をもたせた場合には、つぎのような欠点が
生じる。

すなわち系統から進相電流を取る場合は、インバータ出
力電圧Ｖｃの増加に比例して進相電流が増加するため、
電流が一定値を越えると、第４図の方法で電圧制御回路
１５の入力基準信号を下げることにより電流を一定に保
ち、装置を過電流から保護することは可能である。しか
しながら、系統から遅れの無効電力を取る場合、電流が
一定値を越えて、電圧制御回路１５への基準信号が減少
したとするとインバータ出力電圧。は低下するため、さ
らに遅れの無効電流は増加し、そのため電圧制御回路１
５への基準信号はさらに減少するという経過をたどり電
流を制限することはできずに、反対に電流を増加させる
結果となり、電圧安定化装置を過電流により破壊すると
いう重大な欠点が生じる。この発明の目的は、進相およ
び遅相のいずれの無効電力を取る場合にも安定した動作
が得られるような無効電力調整装置を提供することであ
る。

第５図にこの発明の一実施例にもとづく無効電力調整装
置を示す。第５図において、４は電力系統を示し、Ａ点
でリアクトル５を介して電圧安定化装置のインバータ６
に接続されている。７は同装置の電力供給用交流線路、
８は順変換装置、９は平滑リアクトル、１０は平滑コン
デンサである。

また１１はＡ点での電圧、を検出する変成器、５０は変
成器１１の出力を適当な信号に変換する電圧検出回路、
５１は１の目標電圧である基準信号Ｖｒｅｆを発生する
基準信号発生器、５２は系統４からインバータ６に流れ
る電流を検出する変流器、５３は電圧信号ＶＡと電流信
号１Ｑから、進相，遅相の区別、および電流の大小に比
例した信号Ｓ１を出力する無効電流検出回路、５４はあ
る値以上の入力のみを通すリミツタ一回路、５５は電圧
検出器５０、基準信号発生器５１．リミツタ一回路５４
の出力信号の加減算を行う加算回路、１５は電圧制御回
路、１６はゲートアンプをそれぞれ示す。第５図に示し
た無効電流検出回路５３は、系統４からインバータ６に
流れる電流が遅相の場合は正で、進相の場合は負であり
、そしてこの電流の大きさに比例した大きさの信号Ｓ１
を発生する。

この信号Ｓ１は、リミツタ一回路５４に入力され、つぎ
のような関係を有する出力信号Ｓ２が発生する〜Ｓｌｌく！ＩＱＭＡＸのときＳ２＝０Ｓ１≧１１ＱＭＡＸ，Ｓ１〉０のときＳ２−Ｋ（Ｓ１− １ＱＭＡＸ）Ｓ１≧１１ＱＭＡｘＩ，Ｓ１く０のときＳ２−一Ｋ（Ｓ１＋１ＩＱＭＡＸＩ）上式において、ＩＱＭＡＸは電流制限値であり、Ｋは比
例定数である。

すなわち遅れの無効電流の大きさがＩＱＭＡＸ以下のと
きは、Ｓ２＝０であり、１ＱＭＡＸよりも大きくなると
Ｓ２はその偏差に比例した正の信号となる。一方、進み
の無効電流の大きさがＩＱＭＡＸ以下の場合、同様にＳ
２＝０であり、ＩＱＭＡＸよりも大きくなると、Ｓ２は
その偏差に比例した負の信号となる。したがつて系統か
ら取る遅れの無効電流１ＱがＩＱ≦ＩＱＭＡＸの場合、
加算回路５５への信号Ｓ２はゼロであるため、電圧制御
回路１５への入力は、電圧基準信号Ｖｒｅｆと、Ａ点の
電圧ＶＡに比例する信号ＶＡとの偏差εであり、Ｖ′。
がＶｒｅｆと等しくなり、εがゼロとなるように、ＶＡ
＞Ｖｒｅｆの場合ε〈０となつて電圧制御回路１５の出
力は減少し、ゲートアンプ１６の出力パルスの位相角α
は遅れ、順変換回路８の出力電圧Ｅｄｃは低下し、イン
バータ６の出力電圧Ｖｃも低下するため、遅れの無効電
流が増加して、１は低下する方向に制御される。Ｖ′Ａ
くＲｅｆの場合、上記と全く逆となり、インバータ６の
出力電圧ｃが増加し、遅れの無効電流を減少させ、さら
に進みの無効電流を増す方向に制御されるため、ＶＡは
上昇する方向に制御される〜ここで、インバータ６の出力電圧ｃを低下させて、装置
容量一杯の遅れの無効電流を取つたにもかかわらず、Ｖ
Ａ＞Ｖｒｅｆとなり、系統電圧Ａが目標値よりも高い場
合、電圧制御回路１５はさらにＶｃを低下させるべくそ
の出力を下げようとする。

したがつて無効電流がさらに上昇する方向に向かおうと
するが、しかし遅れの無効電流がＩ，ＬＡＯ≧１ＱＭＡ
Ｘである場合、無効電流検出回路５３とリミツタ一回路
５４の動作によりリミツタ一回路５４の出力Ｓ２は、１
ＱＬＡＧとＱＭＡＸとの差に比例した正の信号となり、
加算回路５５での偏差εは、ε＝Ｖｒｅｆ＋！Ｓ２ｌ−
′Ａとなるため、等価的に基準信号Ｒｅｆを上げたことと等
しくなる。

リミツタ一回路５４のゲインＫを適当に選択すれば、Ｖ
ｒｅｆ＋ＪＳ２ｌ〉Ｖ′４となり、加算回路５５の出力
εは正となるため、電圧制御回路１５の出力電圧の低下
は減少し、インバータ６の出力電圧Ｖｃを増加させる方
向に動作する。その結果、ＩＱＬＡＧの大きさは、ＩＱ
ＭＡＸと等しい値で落ちつくことになり、従来のものの
欠点を完全に除去できる。一方、インバータ６の出力電
圧Ｖ。

を増加させて、装置容量一杯の進相無効電流を流しても
なおＶＡ＜Ｖｒｅｆであり、系統電圧１が所定の目標電
圧よりも低い場合には、電圧制御回路１５の出力は、イ
ンバータ６の出力電圧Ｖ。を増加させるべく、自身も増
加しようとし、進相電流をなお一層増す方向に動作する
。しかるに、進相無効電流ＩＱＬＥＡＤ≧ＩＱＭＡＸで
ある場合、無効電流検出回路５３とリミツタ一回路５４
の動作により、リミツタ一回路５４の出力Ｓ２はＩＱＬ
ＥＡＤとＩＱＭＡＸの差に比例した負の信号となる。し
たがつて加算回路５５の出力偏差εはε＝Ｒｅｆ−１Ｓ
２１−ＶＡとなるため、等価的に基準信号Ｖｒｅｆを下げたことに
なる。

リミツタ一回路５４のゲインＫを適当に選択すれば、Ｖ
ｒｅｆ−１Ｓ２！くＶ′Ａとなり、加算回路５５の出力
εは負となるため、電圧制御回路１５の出力電圧の増加
は停止し、インバータ６の出力電圧。を減少させる方向
に動作する。その結果、ＩＱＬＥＡＯの大きさはＩＱＭ
ＡＸと等しい値で落ちつくことになり、進相電流に関し
ては、第４図に示した従来のものと同一の保護動作を行
うことになる。第６図ａは、第５図に示した無効電流検
出回路５３の具体的な回路構成の一例を示している。

この第６図において、（ＳＷｌ）および（ＳＷ２）は系
統電圧Ａの位相に同期して１／２サイクルごとに交互に
開閉するスイツチであり、一般的にはアナログスイツチ
を使用する。６３は演算増幅器と抵抗とで構成された符
号変換器で、入力信号の極性を反転した出力を生じる。

６４は同様に演算増幅器と抵抗とで構成された加算器で
、２つの入力の加算値の極性を反転した出力を生じる。

さて、無効電流検出回路５３への入力信号として、系統
４からインバータ６に流れる電流に比例した信号をＩＱ
とすると、ＩＱの位相が遅れの場合、入力信号１Ｑと出
力信号Ｓ１との関係は第６図ｂに示すようになる。すな
わち系統電圧比例信号ＶＡの正のピークから負のピーク
までの期間でスイツチ（ＳＷ２）が０Ｎに、（ＳＷｌ）
が０ＦＦになり、逆に負のピークから正のビークまでの
期間でスイツチ（ＳＷｌ）が０Ｎに、（ＳＷ２）が０Ｆ
Ｆになるようにスイツチ（ＳＷｌ）およびＳＷ２）を制
御すると、スイツチ（ＳＷｌ）が０Ｎの間は、無効電流
検出回路５３の出力Ｓ１は、入力信号１，の極性を反転
した信号となり、スイツチ（ＳＷ２）が０Ｎであると、
出力Ｓ１は入力信号１Ｑと同極性の信号となる。したが
つてＩＱが遅れの場合は、第６図ｂに示すように、出力
Ｓ１は信号１Ｑの全波整流波形となり、極性は正である
。一方、ＩＱが進みの場合は、第６図ｃに示すとおり、
極性が負の全波整流波形が出力Ｓ１として得られる。

このＳ１により、その極性で遅れ、進みの判別ができ、
その平均値あるいは最大値で無効電流の大きさを知るこ
とができる。インバータ６の動作限界を制限するために
使う情報として、無効電流のほかに、無効電力を使うこ
とも考えられるが、無効電力の場合は、系統事故時に系
統電圧が低下した場合、系統からインバータ６が大きな
進み電流を取つても、電圧と電流の積で無効電力が決ま
るため、電圧が低いと、制限値に達しないのに電流がイ
ンバータにとつて過電流となる状態が生じるので好まし
くなく、無効電流そのものを制限用の情報として使う方
がよい。

以上に詳述したようにこの発明においては、インバータ
の出力電圧と電流との関係が、一方は電圧を増せば電流
が増すという比例関係にある進相電流制御の場合ととも
に、他方は電圧を下げれば電流が増すという逆比例関係
にある遅相電流制御の場合も、一つの制御回路で電流制
限を行う制御が可能である。またインバータに流れる電
流が過電流になる場合、自動的に制限値に保つような、
無効電力制御形電圧安定化装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は可変電圧源により無効電力制御を行う原理的な
回路を示すプロツク図、第２図Ａ，ｂは第１図の回路の
ベクトルを示す説明図、第３図は可変電圧源としてサイ
リスタインバータを用いた回路のプロツク図、第４図は
従来の電流制限付定電圧インバータのプロツク図、第５
図はこの発明の一実施例による無効電力調整装置のプロ
ツク図、第６図ａは第５図に示した装置に用いられた無
効電流検出回路のプロツク図、第６図Ｂ，ｃは第６図ａ
の回路の入出力信号の関係を示すグラフである● ４・・・・・・電力系統、５・・・・・・リアクトル、
６・・・・・・インバータ、７・・・・・・交流線路、
８・・・・・・順変換回路、９・・・・・・平滑リアク
トル１０・・・・・・コンデンサ１１・・・・・・変
成器、１５・・・・・・電圧制御回路、１６・・・・・
・ゲートアンプ、５０・・・・・・電圧検出回路、５１
・・・・・・基準信号発生器、５２・・・・・・変流器
、５３・・・・・・無効電流検出回路、５４・・・・・
・リミツタ一回路、５５・・・・・・加算回路、６３・
・・・・・符号変換器、６４・・・・・・加算器。

Claims

【特許請求の範囲】

１系統電圧の調整、および無効電圧の調整のために、
系統にリアクトルを介して接続されるインバータ装置の
出力電圧を制御する無効電圧調整装置において、前記イ
ンバータ装置の出力電流が設定値を越えたとき、無効電
流の大きさと、進相か遅相かを判別する無効電流検出回
路の出力に従い前記インバータ装置の出力電圧と前記系
統電圧との差を少なくするように制御することにより、
前記インバータ装置の出力電流を制限することを特徴と
する無効電力調整装置。