JPS594929B2 - 交流電源系統を安定化するための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は大きな負荷変動を伴なう単相または多相電力需
要設備がその接続された給電系統に及ぼす影響を安定化
するための装置に関するものであ３５る。

負荷の無効電力制御のためならびに給電系統における非
対称負荷成分を対称化するために種々の方法が知られて
いる。

変動する無効電力制御のためには、同期調相機が使用さ
れる。

このような回転機を使用する解決法には以下のような欠
点がある。（１）所要床面積卦よび設備費なら゛びに運
転コストが大となる。

（２）無効電力制御は対称的にのみ行なわれる。

（３）動特性に時間遅れ（約１００ｍｓ）が生ずる。も
つとも、無効電力制御が対称的にのみ行なわれる欠点に
対しては、電気角でπ／２変移した２つの励磁巻線を具
備し、反対方向にも回転する同期調相機を使用すること
によシ対処可能である。この場合は当然ながら所要経費
はさらに増大する。無効電力を対称に制御するためのそ
の他の公知装置としては、可制御整流装置ならびに負荷
としてのインダクタンスを電源に接続する装置が知られ
ている。誘導負荷（インダクタンス）に卦いては、単に
オーム降下に相当する僅かの直流電圧降下が生ずるにす
ぎないので、可制御整流装置は制御角απ／２に相当す
る、平均出力電圧零の動作点で動作させなければならな
い。

このような装置では、制御角αの僅かな変化によつて、
可制御整流装置の平均出力電圧を変化させ、したがつて
可制御整流装置の給電線電流を変化させる。とのような
装置は、制御時間が約５〜１０ｍｓ程度にな勺良好な動
特性の可変誘導負荷として作動する。

しかしこのような装置は補償すべき電源に対して誘導性
無効電力のみを制御することができるにすぎない。電源
系統の力率を制御するためには、常に電力用コンデンサ
を組合わせて使用しなければならない。さらに補償すべ
き電源系統には高調波が存在する。したがつて電力用コ
ンデンサは、可制御整流装置の高調波に同調させて吸収
回路を形成しなければならない。このような装置の他の
欠点は、そのインダクタンス分によ沙負荷として作用す
る点にある。

信号処理部分における騒乱が僅かな角度（電気角Ｆ５５
．６μｓ）の許容制御範囲を整流順方向に制御するよう
に外れると、必然的に過電流となり、装 ４置の故障が
生ずる。したがつて、このような装置は過電流｝よび故
障に対して追加の保護手段を必要とする。その他の補償
法は、可飽和リアクトルを有する強制消弧三相ブリツジ
（ＺＤＢ）回路による方法である。

可飽和リアクトルを有する方法では、可飽和リアクトル
の配置によつて一定電圧降下が生ずる。

負荷電圧が所定電圧を越えると、リアクトルは飽和しそ
してリアクトルに流れる余分の電流が電源系統インピー
ダンスにより電圧降下を生じさせる。強制消弧ブリツジ
回路は可制御整流装置を使用する方法に相当するが、電
力用コンデンサを省略することができる。これは、バル
ブの強制転流が可能であることから、制御角α〈σ で
運用し得るためである。強制消弧ブリツジ回路もまた同
様に対称無効電力制御が可能であるに止まる。

本発明の課題は、・上述の欠点を解消しながら給電系統
における非対称負荷を対称化すると同時に無効電力制御
を行なう上述の装置を提供することである。

本発明によればこの課題は特許請求の範囲に記載の構成
によつて解決される。

すなわち、単相または多相の漏洩変圧器を需要設備と並
列に接続して卦き、この漏洩変圧器の二次側が、測定装
置を介して供給を受ける需要設備の負荷変動に依存して
各相ごとに任意時点で調整器によつて短絡可能であるよ
うに構成するものである。この装置によれば、電源電圧
は漏洩変圧器によつて調整器により短絡可能な比較的低
い二次電圧に変成され、さらにこの漏洩変圧器によつて
誘導性電流成分が発生される。

そのため、電源系統の無効電力制御訃よび非対称有効電
力の対称化が無段階で実施できる利点が得られる。以下
に実施例を示す添付図を参照して本発明を詳述する。

第１図によれば、例えば電気炉のような需要設備１は接
続されている給電系統からの受電電力が大きく変動する
。

その結果連係されている他の系統Ｐｃｃに卦いては大き
な電圧変動が生ずる。したがつて系統Ｐｃｃに接続され
た負荷例えば電灯や放電ランプにフリツカとして悪影響
を与える。そのため、高圧系統Ｐ−の力率を所定範囲に
維） Ｕ持して系続Ｐｃｃに電圧変
動が生じないように制御する必要がある。

このような制御は結合系Ｐｖに並列接続▲れた安定化装
置２によつて行なわれる。このような安定化装置の接続
構成は第２図に示す通りである。安定化装置２は、端子
５，６，７によつて例えば三相負荷である電力需要設備
１と並列に接続される。端子５，６，７は３個の漏洩変
圧器８，９，１０に接続される。これら漏洩変圧器の一
次巻線８ａ，９ａ，１０ａは周知の開閉装置によつて三
角接続可能であり、あるいは必要に応じて互いに独立に
任意巻線毎に接続可能である。二次巻線８ｂ，９ｂ，１
０ｂはそれぞれ調整器１１，１２，１３によつて任意方
向に短絡することができる。各調整器の可制御バルブは
逆並列に接続されている。各漏洩変圧器は大きな漏洩イ
ンダクタンス（例えばパーセント漏洩インピーダンス％
Ｕ二１００％）を有し、そして一次側のＫ高電圧を各調
整器の耐え得る低電圧に変成する機能を有する。

したがつてこの漏洩変圧器は電流および電圧間の位相変
移を生ずるインダクタンスであると同時に電圧変成器と
して作用する。匍脚態様は第３図に示す通りである。

図中の記号Ｕ訃よびＪは第２図に示した漏洩変圧器の二
次電圧卦よび二次電流を示すものである。調整器が時点
ｔ１で投入されると大きな短絡電流Ｊ５が生ずる。以後
の調整器の投入では、例えば時点Ｔ２では）Ｊ５よりも
小さな短絡電流Ｊ６が生ずる。時間領域ｔ１〜Ｔ３に訃
ける任意の開閉によつて二次短絡電流は無段階で最大値
から零までに設定することができる。時点Ｔ４から次の
正の最大電圧の時点までの間は逆並列に接続された可制
御バルブで同様のことがいえる。第４図に｝いて記号Ｕ
は電力需要設備１｝よりび安定化装置２の電圧を示すも
のである。

いま、需要設備１が一定電流Ｊ で運転されている
Ｒｅｓと電力系統には一定電圧Ｕが現出している。

負ｖ荷電流が小さい電流Ｊ，であるとすると調整器は比
較的大きな値（例えば第３図のＪ５）の短絡電流Ｊ３′
に設定される。

負荷電流が突然、値Ｊ２まで増加すると１またはそれ以
上の調整器は公知の制御装置を介してより小さな短絡電
流Ｊ３″ となるように制御される。需要設備と並列に
、進相電流Ｊ４をとる電力コンデンサ（図示されていな
い）を接続することにより、調整された電流によつて所
定力率となるように制御される。

安定化装置の概略は第５図に示す通ジである。需要設備
１の電流、各調整器の制御角によつて変化する安定化装
置２の短絡電流訃よび電圧は、付属する測定装置によつ
て制御装置４へそれぞれ与えられ、この制御装置４によ
つて安定化装置２内の調整器が制御される。第２図に示
した漏洩変圧器は大きな漏洩インダクタンスを有し、そ
れぞれの二次巻線に調整器の接続された三相変圧器とし
て構成することができる。

大きな漏洩インダクタンスを有する三相変圧器は、アー
ク炉用変圧器と原理的に同様に形成され、そして各二次
巻線はそれぞれに接続される調整器に対する電圧適合の
ための電圧変成器として作用するとともに殊に大きく形
成された漏洩インダクタンスのためにチヨーク機能を発
揮する。調整器のバルブに点弧パルスが印加されない場
合は、変圧器の主インダクタンスのみが作用し装置の一
次電流は無視し得る程度に止まる。これに対し各調整器
のバルブが全て導通すると変圧器の一次側では所望の電
圧が生じ、そして係数ＵＫ％のみによつて規定される電
流が流れる。例えば％漏洩インピーダンス電圧％Ｕ ＝
１０［株］Ｋである漏洩変圧器に定格電圧が印加される
と、各調整器には単に定格電流が流れるのみであわ過電
流の問題は生じない。

調整器の制御角を変えることによつて補償電流は無段階
で変化せしめられる。

調整器のバルブの等しい制御角での制御は可変の対称補
償電流を発生し、また等しくない制御角での制御は可変
の非対称補償電流を発生する。異容量または同容量の多
数の分路リアクトルを使用する方式に対し本発明にかか
る装置に卦いては、漏洩変圧器の漏洩インダクタンスの
電圧一時間特性上の変化によつて負荷状態への適合が達
せられる。電圧一時間特性上の変化は調整器の制御範囲
内において、調整器の制御バルブへ異なる時点に制御パ
ルスが与えられるように構成することによつて達成され
る。制御用パルスは制御範囲内においては無段階で発生
時点を変えることができるので、負荷状態に対して無段
階で対処することができる。さらに、信号処理部に対す
る雑音感度を適当に減すると都合がよい。

装置の動特性も、分路リアクトルを使用する従来方式に
比して向上する。すなわち、本発明にかかる装置では負
荷変化の際にその作動点が多くとも平滑かつ迅速に反応
する。この上法によれば、調整器の制御バルブは電力用
コンデンサを並列接続して使用する方式のように給電系
統３の最大電圧の２倍の電圧を受けることはなく、単に
変圧器の二次電圧を阻止することができれば十分である
。断続し得る分路リアクトルを使用する他の方式に対す
る本発明にかかる装置のその他の利点は信号処理の点に
ある。

連続的に接続された分路リアクトルを使用する方式では
最大電圧が供給されていない限ｖリアクトル電流の直流
電流成分が生ずる。本発明にかかる装置においてはかか
る事態は生じない。それは、電圧最大となつた時点又は
それ以後に各々の電流方向に通電可能となるように構成
されるためである。これは、電圧零通過後に再び生ずる
電圧一時間面積（第３図）に依存する時点に消弧される
ことを意味する。この消弧に際する負側の電圧一時間面
積は点弧に際する正側の電圧一時間面積よりも小さくな
ければならないので、電流は負の電圧最大となる以前に
既に零となりそして零に留まつている。正の電圧最大の
電圧一時間面積についても同様である。調整器の第１の
制御バルブは第２のバルブがターンオフした後に始めて
ターンオンする。本発明にかかる装置は、さらに変更に
よつて容易に種々の課題に対処することができる。

対称負荷に訃いてＣＯＳφ＝１が要求され、あるいは有
効分電圧降下が補償されるべきである場合は、安定化装
置は異なる変圧器回路を有する２つの装置に分割するこ
とができる。例えば、一方の漏洩変圧器は一次接続を三
角結線とし、他方の漏洩変圧器は星形結線とすることが
できる。このような接続によつて安定化装置による補償
電流の高調波含有は本質的に減少される。さらに、互い
に３０含変位して動作する各巻線により装置全体の動特
性が改善される。このような結線の組合わせは、負荷が
対称部分と非対称部分とに分割されるときも有利である
。

これに対し負荷が対称部分と非対称部分とに分割できな
いときは、漏洩変圧器の一次接続を星形結線とすること
はできず三角結線としなければならない。以下に、本発
明にかかる装置のいくつかの信号処理例を示す。

漏洩変圧器卦よび電流調整器を具備するこの装置の動特
性は、パルス振幅制御システムよりも良好に作動するパ
ルス位相制御システムによつて得今られる。

安定化装置の動特性は、調整器の動特性以外に検出およ
び測定装置の動特性によつても制限▲れる。

電力用コンデンサまたは分路リアクトルを使用する周知
装置に卦いては、測定値を得るために電源周波数に同期
してクロツク制御される積分器が使用される。したがつ
て積分器の出力信号は所゛定時点においてのみ電源状態
に対する尺度となＤ得るにすぎない。クロツク制御され
た測定値の検出は、同様にクロツク制御されるリアクタ
ンスの接続される方式にも適している。このような測定
値の検出は漏洩変圧器｝よび三相電流調整器を有する装
置にも適用することができる。しかしながら、上述の測
定方法は本発明にかかる装置に適用するに際し以下のよ
うな欠点を有する。すなわち、この場合は単に所定時点
に｝いてのみ測定結果が得られるが、本発明にかかる装
置は調整装置の動特性を十分に利用するために連続的で
かつ高調波を含まない信号を必要とする。高速で連続的
かつ高調波成分を含まない測定値を得ることは、非対称
負荷を対称化しかつ補償するために殊に重要である。一
般に、測定間隔が大きくまた高調波成分の含有率が大き
くなることは望ましくないが、これは接続された測定値
検出装置からの測定値を位相多重化することによつての
み改善される。

対称化および補償を行なうことができる全ての補償方法
に｝いては、不足補償の場合に、回路インピーダンスに
よつて無効分電圧降下に加え有効分電圧降下が生ずる。

負荷変化が生ずると、給電側系統および需要設備側系統
間に位相変化が生ずる。調整器のためのパルス制御装置
が、十分に▲波された電源電圧のみを対象とすると、給
電側系統に対する需要側系途の位相変動がある制御電圧
（信号電圧）を生ずることになり調整装置の好ましくな
い制御動作をもたらすことになる。したがつて、電源電
圧をわずかにＰ波してパルス制御装置に適用しまたは負
荷電圧に依存して付加的な後続制御を行なう位相ロツク
ループを有するパルス制御装置を使用することによつて
上述の問題に対処することができる。さらに弱小電源系
統に生じがちな系統動揺に対しても上述の対策によつて
対処することができる。位相ロツクループ制御を採用す
ることによつて、点弧パルス制御装置は給電側系統の位
相変動訃よび周波数変動によつて直ちに変動することな
く、給電系統に同期しながら十分な制御が可能になるこ
とを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電力需要設備｝よび安定化装置が接続された
電力系統の例である。 第２図は、安定化装置の回路図である。第３図は、安定
化装置の動作説明図である。第４図は、電圧一電流曲線
である。第５図は、電力需要設備および安定化装置の接
続例である。図中の参照符号の対応は次の通りである。 １・・・電力需要設備、２・・・安定化装置、３・・・
給電系統、４・・・制御装置、５，６，７・・・端子、
８，９，１０・・・漏洩変圧器、１１，１２，１３・・
・調整器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可制御半導体バルブを接続した漏洩変圧器によつて
   インピーダンスを変化させ、交流電源系統を需要設備側
   並列接続により安定化するための装置において、各相交
   流系統３の無効電力を制御するための装置および非対称
   有効電力を対称化するための装置から成る安定化装置２
   内の前記装置の少なくとも一方を使用する際に、誘導要
   素としての漏洩変圧器８、９、１０を系統各相に接続し
   そして該漏洩変圧器の二次巻線８ｂ、９ｂ、１０ｂが短
   絡スイッチとしての調整器１１、１２、１３によつて接
   続可能であり、該調整器１１、１２、１３は測定および
   制御装置４によつて需要設備１の負荷変動に応じて制御
   可能であり、そして漏洩変圧器８、９、１０の一次巻線
   ８ａ、９ａ１０ａが二次巻線８ｂ、９ｂ、１０ｂに対し
   て絶縁された回路として構成されることを特徴とする前
   記装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、線路イ
   ンピーダンスの有効分圧降下が前記調整器１１、１２、
   １３の動作によつて補償可能であるように構成されるこ
   とを特徴とする前記装置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前記
   可制御半導体バルブは電圧周期期間内の制御範囲が９０
   °電気角に選定されることを特徴とする前記装置。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前記
   通電している可制御半導体バルブに対して逆並列接続さ
   れた可制御半導体バルブが、前記通電している可制御半
   導体バルブの零通過後にターンオン可能に構成されるこ
   とを特徴とする前記装置。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載の装置において、需要
   設備接続系統が弱小である場合、負荷電圧に依存して電
   圧調整制御を行なう制御装置系を具備することを特徴と
   する前記装置。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載の装置において、需要
   設備系統の位相変動および周波数変動を検出しかつ信号
   を発生する追加の測定装置を具備し、前記信号によつて
   前記調整器１１、１２、１３に対する制御パルスが形成
   され、前記調整器１１、１２、１３に影響を与える測定
   および制御装置４のための制御装置系が前記各変動によ
   る外乱によつて作動しないように構成されることを特徴
   とする前記装置。