JPS5928130B2 - 無効電力調整装置の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、系統の無効電力を調整するようにした無効
電力調整装置の制御方法に関するものである。

一般的な無効電力調整装置の構成と、動作原理を第１図
に従つて説明する。

第１図ａにおいて、可変周波数・可変電圧のインバータ
装置７は交流リアクトル８を介して系統電源２に接続さ
れている。インバータ装置Ｔの出力電圧をＶＩＮＶ（ベ
クトル量）、系統電源２の電圧をＶｇ（ベクトル量）と
すると、交流リアクトル８にかかる電圧△り（ベクトル
量）は△Ｖ■ ＶＳ−ＶＩＮＶ゜゜゜゜゜゜（１）と表
わされる。

Ｖ■■の周波数及び電圧をＶｓと等しくなるように制御
し、さらに、両者間の位相も等しくなるように制御する
と△Ｖはｏとなり、交流リアクトル８には電流が流れな
い。次に、ＶＩＮＶの周波数、位相ともにＶｓに一致さ
せたまま、ＶＩＮＶの大きさだけを変化させると、交流
リアクトル８には、Ｖｓの周波数に等しい周波数の電圧
△Ｖがかかり、交流リアクトル８を介して、インバータ
装置□と系統電源２の間に、Ｖｓと同じ周波数で△Ｖの
大きさに比例した大きさの電流ＩＬ（ベクトル量）が流
れる。いま、このシステムに損失が無い理想的な状態を
考えると、ＩＬは△Ｖの位相、すなわちＶｓの位相とπ
／２の位相差を持つた無効電流である。したがつて、系
統からは無効電力だけがとり出され、ＶΠ■の大きさを
変化することにより、無効電力を所定の値に制御するこ
とができる。第１図ｂは、系統より遅相の無効電力をと
つている場合のベクトル関係図である。

インバータ装置１の出力電圧ＶＩＮＶは系統電圧Ｖｓと
同一位相に制御され、大きさは、となるように制御され
る。

このとき（１武で決まる△ＶはＶｓと同一位相となるの
で、これよりＩｉおくれた位相で流れる工Ｌは、系統か
らみて、遅相の無効電流となる。同様に第１図ｃは、系
統より進相の無効電力をとつている場合であり、インバ
ータ装置１の出力電圧はとなるように制御されている。

このとき、△ＶはＶｓと逆位相となり、△Ｖよりπ／２
おくれた位相で流れるＩＬは、系統からみて進相の無効
電流となる。以上説明したように、第１図ａの構成をも
つた無効電力調整装置を使つて、系統から所定の無効電
力をとるためには、インバータ装置Ｔの出力電圧ＶＩＮ
Ｖの位相と大きさとを制御する必要がある。

従来、上記目的を達成するために第２図に示すような構
成における制御方法が知られている。第２図において、
１は第１の系統電源、２は第２の系統電源、３は上記第
１の系統電源１から給電される交流電圧を可変の直流電
圧に変換し、かつ直流電圧を交流電圧に変換して上記第
１の系統電源１へ電力を回生可能な可逆形のコンバータ
装置、４は直流リアクトル、５はフイルタコンデンサで
ある。なお、上記直流リアクトル４と上記フイルタコン
デンサ５とでフイルタ回路６を構成している。？は上記
フイルタ回路６を介して上記コンバータ装置３と接続さ
れたインバータ装置で、上記フイルタ回路６から出力さ
れた直流電圧を所定の周波数を有する三相交流電圧に変
換する。８は上記インバータ装置Ｔの交流出力端と上記
第２の系統電源２との間に接続された交流リアクトル、
９は無効電力基準を与える基準設定器、１０は上記第２
の系統電源２の電圧及び電流を検出し、上記第２の系統
電源２に出入する無効電力を演算する無効電力検出器、
１１は無効電力コントローラ、１２は上記フイルタコン
デンサ５の電圧を検出する電圧センサ、１３は電圧コン
トローラ、１４は上記直流リアクトル４の電流を検出す
る電流センサ、１５は電流コントローラ、１６は上記コ
ンバータ装置３の各サイリスタ（図示せず）のゲートパ
ルスを作り出すゲート回路である。

１７，１８は第１及び第２の位相検出器で、それぞれ上
記インバータ装置Ｔの出力電圧および第２の系統電源２
の電圧の位相を検出する。

１９は上記各位相検出器ＩＴ，ｌ８で検出された位相の
差を検出する位相差検出器、２０は上記位相差検出器１
９で検出された位相差を零とするように上記インバータ
装置７の運転位相を決める位相コントローラ、２１は上
記インバータ装置７の各サイリスタ（図示せず）に所定
の位相のゲートパルスを与えるゲート回路である。

制御回路は動作上から二つの部分にわかれる。インバー
タ装置７のゲート位相を制御する１７〜２１よりなる部
分は、フエイズロツクルーブを構成していて、インバー
タ装置？の出力電圧位相を第２の系統電源２の電圧位相
に一致させる機能を有する。また、コンバータ装置３の
ゲート位相を制御する９〜１６よりなる部分は、基準設
定器９から与えられた無効電力基準に従つて、第２の系
統電源に出入する無効電力を調整するため、インバータ
装置７の出力電圧の大きさを調整する機能を有する。つ
ぎに動作について説明する。

第２図において、第２の系統電源２に出入する無効電力
を制御した場合、第２の系統電源２とインバータ装置Ｔ
の間のインピーダンスが、理想的にリアクタンス分だけ
であれば、インバータ装置７から流れ出す電流は無効電
流だけとなる。したがつて、コンバータ装置３は、フイ
ルタ回路６で発生する損失分だけを供給できる容量があ
れば充分であり、第１の系統電源１の容量も同様に小さ
くてもよい。

しかし、実際には、インバータ装置？、交流リアクトル
８および配線などに抵抗分が存在するために、インバー
タ装置Ｔと第２の系統電源２の間のインピーダンスは、
リアクタンス分だけとはならない。したがつて、インバ
ータ装置７から流れ出す電流は有効分を含んだ電流とな
る。この様子を第３図で説明する。第３図ａにおいて、
２２はインバータＴと第２の系統電源２との間のインピ
ーダンスのリアクタンス分、２３は抵抗分を示す。第３
図ｂは第２の系統電源２からおくれ無効電力をとつてい
る場合で、インバータ装置７の出力電圧Ｖは系統電圧Ｖ
ｓより小さくなるように制御されている。いま、リアク
タンス分をＸ（Ω、抵抗分をＲ（Ωとすると、インバー
タ装置７と第２の系統電源２との間の電位差ΔＶによつ
て流れる電流１Ｌは、Ｖｓより（卜）だけ遅れた電流と
なる。位相角αは、Ｘ，Ｒによつて決まるもので−とな
る。

このとき、インバータ装置７には、で表わされる有効電
力が供給される。第３図Ｃは第２の系統電源２から進み
無効電力をとつている場合であり、インバータ装置７の
出力電圧ＶＩＮＶは、系統電圧Ｖｓより大きくなるよう
に制御され゜６πている。

この時、電流１ＬはＶｓより（Σ＋α）だけ進んだ電流
となり、こんどは、インバータ装置７から（５成で表わ
される有効電力が流出する。いずれにせよ、第２系統電
源２から無効電力をとろうとすれば、インバータ装置７
に（５）式で表わされる量の有効電力が出入することに
なる。このように従来の制御方法によると理想的には零
であるはずの有効電力の出入が起きるので、装置全体を
大きくしなければならないという欠点があつた。この発
明は上記欠点を解消するためになされたもので、インバ
ータ装置の交流出力電圧の位相を調整することによつて
、無効電力制御時にインバータ装置に出入する有効電力
を制限し、装置の容量を小さくできる無効電力調整装置
の制御方法を提供するものである。以下、図について説
明する。

第４図において、１〜２１は従来のものと同様である。
図において、２２は上記コンバータ装置３から供給する
直流電流の基準値を設定する基準設定回路、２３は直流
電流の基準値から偏差信号に基いて、インバータ装置７
の運転位相を変化させる電流コントローラである。電流
コントローラ２３の出力信号は、位相差基準信号となり
、この基準信号は位相差検出器１９によつて検出された
インバータ電圧ＶＩＮＶと系統電圧Ｖｓとの間の位相差
信号と比較して、位相コントローラ２０に加えられる。
位相コントローラ２０はＶＩＮとＶｓの位相差を、位相
差基準信号に等しくなるように制御する。この制御回路
の動作を第５図によつて説明する。第５図は、この制御
回路により、無効電力を制御した時のベクトル関係図を
示したものである。

第５図ａは、第２の系統電源２からおくれの無効電力を
とつている場合を示している。無効電力基準として、お
くれの基準が基準設定器９から与えられると、インバー
タ出力電圧ＶＩＮＶは絞られて、Ｖｓより小さくなる。
その結果、第２の系統電源２からおくれ電流が流れ出す
が、先に説明した様に、これと同時に、インバータ装置
７に、有効電力が流れ込む。このため、インバータ装置
７側からコンバータ装置３側に向かう直流電力が流れ、
コンバータ装置３はインバータ運転となつて電力を回生
する。この様な運転状態においては、コンバータ装置３
側の直流電流は、制御無効電力量の増大にともなつて回
生方向に増加する。このとき、電流センサ１４の検出値
は、負方向に増加してゆき、電流コントローラ２３は位
相差基準を進み運転の方向へ変化させる。この結果、イ
ンバータ装置７の出力電圧ＶＩＮＶの位相は、系統電圧
Ｖｓに対して進み位相に変化し、電位差△Ｖの位相をお
くらせる。系統電流Ｌは、これにしたがつておくれてゆ
き、結果として、インバータの運転力率は零に近づき、
有効電力の流入量は抑制されて小さくなる。

同様に第５図ｂは、系統から進み無効電力をとつている
場合の動作を示すベクトル関係図である。無効電力基準
として、進みの基準が与えられると、インバータ装置７
の出力電圧ＶＩＮＶは増加してＶｓより大きくなる。そ
の結果、系統から進み電流が流れ出すが、この時、同時
に、インバータ装置７から有効電力が流れ出す。このた
め、コンバータ装置３側からインバータ装置７に向かう
直流電力の流れが起こり、コンバータ装置３はコンバー
タ運転となる。この場合も、コンバータ側の直流電流は
、無効電力の制御量の増大にともなつて力行方向に増加
しようとする。このときは、電流センサ１４の検出値は
正方向に増加し、電流コントローラ２３の出力、即ち、
位相基準を遅れ運転の方向へ変化させる。この結果、イ
ンバータ装置７の出力電圧ＶＩＮの位相δは系統電圧Ｖ
ｓに対して遅れとなり、電位差△Ｖの位相を遅らせる。
系統電流１Ｌは、これにしたがつて遅れてゆき、結果と
して、やはりインバータ装置７の運転力率は零に近づき
、有効電力の流出量は抑制されて小さくなる。なお、上
記実施例において、電流の基準設定回路２２から適当な
コンバータ電流基準を与えれば、設定値に対応した有効
電流がインバータ装置７に出入するように、インバータ
装置７の運転位相が制御されるので、コンバータ電流の
一定制御が可能となり、系統への外乱を小さくできる。

この発明によれば、インバータ装置の交流出力電圧の位
相を調整することによつて、系統から遅れの無効電力を
とる場合には、インバータ装置の運転位相を進ませ、か
つ、進みの無効電力をとる場合にはインバータ装置の運
転位相を遅らせて、インバータ装置に出入する有効電力
を抑制できるので、装置の小形化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は無効電力調整装置の原理を示す構成図、第２図
は従来の無効電力調整装置の構成図、第３図は第２図に
よるベクトル関係を示す説明図、第４図はこの発明の一
実施例を示す構成図、第５図は第４図によるベクトル関
係を示す説明図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１の系統電源から給電される交流電圧を可変の直
   流電圧に変換し、かつ直流電圧を交流電圧に変換する可
   逆形のコンバータ装置と、このコンバータ装置の直流電
   力端に接続されたフィルタ装置と、このフィルタ装置を
   介して上記コンバータ装置と接続され直流電圧を所定の
   周波数の三相交流電圧に変換し、交流出力端が交流リア
   クトルを介して第２の交流電源と接続されるインバータ
   装置とを備え無効電力調整を行うようにした無効電力調
   整装置の制御方法において、上記インバータ装置と上記
   第２の系統電源との各交流電圧の位相差を検出し、上記
   フィルタ装置の電流と指令された直流電流との差に基い
   て基準の位相差を演算し、上記各交流電圧の位相差と上
   記基準の位相差とが等しくなるように上記インバータ装
   置の交流出力電圧の位相を調整するようにした無効電力
   調整装置の制御方法。