JPS6148724B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、遅れ位相角で制御される電源転流変
換器と進み位相角で制御される強制転流変換器と
を設け、両変換器の直流側を直流リアクトルに対
して互いに並列ないしは直列に接続し、両変換器
の交流側を絶縁変圧器を介して補償対象の電源系
統に接続してなる無効電力補償装置に関する。

無効電力を生ずる負荷に給電する電源系統にお
いては、負荷が必要とする無効分を補償しないと
電圧変動が大きくなつてしまうので、無効電力補
償装置が設けられる。

この種の無効電力補償装置として、サイリスタ
とリアクトルとを組合せたものがある。これは電
源系統と同位相に位相制御されるサイリスタの出
力電圧に対し位相が90゜遅れた電流をリアクトル
により生ぜしめて無効電力の補償を行うものであ
るが、リアクトルの性質上遅れ無効電力しか補償
調整できない。このため、進み無効電力を補償調
整するには固定のコンデンサを付加して、これよ
り無効電力を供給するようにする必要がある。こ
のため、補償装置全体としては、遅れ無効電力及
び進み無効電力のどちらに対しても補償を行い得
るように、遅れあるいは進み無効電力のいずれか
一方の補償に要する装置容量の２倍の装置容量の
ものを設備しなければならず、不経済である。ま
た、サイリスタの位相制御によりリアクトルに流
れる電流は変化させられるので、このリアクトル
の時定数に相当する時間の制御遅れが生じ、これ
は負荷の急変に伴う無効電力変動を応答性よく補
償制御する際の妨げとなる。通常、サイリスタを
用いた無効電力補償装置では、補償すべき無効電
力が０〜100％に変化しても直流リアクトルの時
定数が応答性に影響しないようにするために、サ
イリスタの出力端に直列あるいは並列に接続され
ている直流リアクトルの電流を一定に保つように
制御がなされている。このため、直流出力電流は
100％の補償すべき無効電力に対応した大きな電
流値となつており、これによる変換器の損失とリ
アクトルの損失は無視できない。すなわち、補償
すべき無効電力が小さい時には不必要な損失を招
くという欠点を有している。

本発明の目的は、上述した欠点を除去し、遅れ
無効電力及び進み無効電力の両方に対して応答性
よく補償制御を行うことができ、しかも負荷の無
効電力補償量に対応した直流リアクトルの電流で
補償調整するようにして補償装置の不必要な損失
を低減した無効電力補償装置を提供することにあ
る。

この目的は、遅れ位相角で制御される電源転流
変換器と進み位相角で制御される強制転流変換器
とを設け、両変換器の直流側を直流リアクトルに
対して互いに並列ないしは直列に接続し、両変換
器の交流側を絶縁変圧器を介して補償対象の電源
系統に接続してなる無効電力補償装置において、
無効電力補償装置に所望の無効電力を発生させる
べく無効電力の制御偏差に応じて一方の変換器の
位相角を制御する手段と、直流リアクトル電流を
設定値に保つべく直流リアクトル電流の制御偏差
に応じて他方の変換器の位相角を制御する手段
と、前記直流リアクトル電流のための設定値を無
効電力補償装置が補償すべき無効電力の大きさの
増減に応じて増減させる手段とを備える無効電力
補償装置によつて達成される。

以下に図面を参照しながら本発明を更に詳細に
説明する。

第１図は本発明が用いる無効電力補償装置を示
す。第１図ａは並列形であり、第１図ｂは直列形
である。共に、遅れの位相角＋α_１で制御されて
整流器運転されるブリツジ型サイリスタ変換器か
らなる電源転流変換器１、進みの位相角−α_２で
制御されてインバータ運転されるサイリスタ変換
器からなる強制転流変換器２、及び平滑用直流リ
アクトル３からなつている。第１図ａでは両変換
器１，２の直流側は直流リアクトル３に対して互
いに並列接続されている。これらの変換器１及び
２の交流入力端は共通の２次２巻線式変圧器４を
介して電源５と負荷６を含む電源系統７に接続さ
れる。第１図ｂは両変換器１，２の直流側が直流
リアクトルに対して互いに直列に接続されている
こと以外は第１図ａと同様である。遅れの位相角
＋α_１で制御される変換器１は遅れ無効電力を系
統より吸収するのに対し、進みの位相角で制御さ
れる変換器２は進み無効電力を吸収し、従つて、
その分担の度合を任意にとることにより、装置全
体としては遅れ及び進みの両方の無効電力を供給
あるいは吸収できることになる。尚、第１図にお
いては、各変換器が６つのサイリスタ（図では３
相を１本の線とそれに付した３本の斜線で表わし
てあるので、２つしか示されていない）からなる
ものとして示されているが、多相化して各変換器
が12個のサイリスタあるいは24個のサイリスタか
らなるようにしても同様の機能が得られる。

このように異なる特性をもつ２台の変換器を組
合せた無効電力補償装置において負荷の変動に対
する無効電力の変動を応答性良く補償制御するに
は、直流リアクトル３を流れる電流を一定値に保
つてその時定数が無効電力補償装置の特性に関係
してこないようにすることが必要である。

本発明は、第１図に示したような無効電力補償
装置において、一方の変換器により直流リアクト
ル３を流れる電流を補償すべき無効電力に応じて
与えられる設定値に保つ制御を行いつつ他方の変
換器により系統における無効電力の補償調整の制
御を行うようにしている。

第２図は本発明の実施に用いられる制御部回路
構成の一例を示す。検出器８及び９、加算要素１
８、無効電力調節器（または無効電流調節器）１
０、移相器１１及びパルス増幅器１２からなる系
は無効電力補償制御を行う構成を示し、検出器
９、関数発生器１３及び１４、加算要素１９、電
流調節器１５、移相器１６及びパルス増幅器１７
からなる系は直流リアクトルの電流を負荷の無効
電力補償量に対応した設定値に保つ制御を行う構
成を示している。尚、第２図に記号で示した各電
流は第１図中記号を付して示した点における電流
あるいは電圧を示す。検出器９は負荷電流瞬時値
ｉ_Lを検出して無効電力あるいは無効電流を演算
し、検出器８は補償装置の出力電流瞬時値ｉ_Cを
検出してこれに対応した無効電力あるいは無効電
流を演算する。加算要素１８は検出器９から検出
器８の出力を減算して両出力の差を表わす信号を
発生する。この差信号を制御偏差として受ける電
流調節器１０は移相器１１、パルス増幅器１２を
介して変換器１の位相制御角＋α_１を制御する。
これにより無効電力補償装置は負荷が生ぜしめた
無効電力を相殺する無効電力を発生する。

次に、検出器９の出力を受けて関数発生器１３
及び１４が、一定に制御すべき直流リアクトルの
電流Idを無効電力補償量に対応するように段階的
に変化させ、補償装置の不必要な損失を無くした
無効電力調整を行なう。すなわち、関数発生器１
３及び１４は補償すべき無効電力の大きさに適し
た直流リアクトルの電流設定値Id^*を出力する。
以下に、詳細に説明する。その瞬時の負荷の無効
電力分は検出器９にてＢ_ILとして検出され次に無
効電力補償の制御ループとは別に関数発生器１３
へ入力される。関数発生器１３は公知の全波整流
回路ないしは絶対値変換回路として構成されてい
て、入力された無効電力Ｂ_ILの進み（Ｂ_IL＞Ｏ）
と遅れ（Ｂ_IL＜Ｏ）との双方についてこの無効電
力Ｂ_ILの大きさに対応した同一極性の電流設定値
を発生する。関数発生器１４は、公知のコンパレ
ータ回路として構成されていて、関数発生器１３
からの電流に応じて、少なくとも２段以上のステ
ツプを有する段階的な出力のうちの１つとして直
流リアクトルの電流設定値Id^*を発生する。加算
要素１９は電流設定値Id^*から直流リアクトル電
流の検出値Idを減算して制御偏差を発し、この制
御偏差は電流調節器１５、移相器１６、パルス増
幅器１７を介して変換器２の位相制御角−α_２を
制御する。これにより直流リアクトル３の電流Id
を装置容量及び無効電力補償量に応じた設定値
Id^*に保つ。

第３図は第２図の回路の構成要素として用いら
れる関数発生器の特性を示す図である。第３図で
は例として２段階設定値の場合の動作が示されて
いる。関数発生器１３は補償すべき瞬時の負荷無
効電力に応じてステツプ数によつて決められた設
定値のうちの１つ、例えば２段階の場合は50％値
と100％値との２つの設定値のうちのどちらか、
を与える。

関数発生器１４は関数発生器１３の出力を受
け、必要に応じて負荷無効分の変動周期、変動速
さと直流リアクトルの時定数とを考慮した時間、
例えば第３図ではτ_０及びτ_１、を設定し、この
時間以上にわたつて所定レベルの変動があつては
じめて設定値Id^*を変更するように機能する。第
３図ではτ_０においては50％値から100％値へ、
τ_１においては100％値から50％値へ変更され
る。このステツプ変更の際に時間τ_０，τ_１等を
設けたのは設定値Id^*の過度に頻繁な変動を避け
るためである。これと類似の機能は関数発生器１
４内のコンパレータにヒステリシス特性を持たせ
ることによつても得られる。このようにして、無
効電力補償量に応じた直流リアクトルの電流Idに
て損失の少ない応答性の良い無効電力補償調整が
可能となる。

以上説明したように、従来の無効電力補償装置
の場合には、補償すべき無効電力の大きさが低い
レベルにあるときでも、これとは関係なく常に直
流リアクトル電流を補償すべき無効電力の想定さ
れる最大値に合わせた一定値に常に保つていたの
に対して、本発明による無効電力補償装置におい
ては、補償すべき無効電力の大きさの増減に応じ
て直流リアクトル電流のための設定値を増減させ
ている。

直流リアクトル電流の制御系は大きな時定数の
ために、負荷の無効電力の急峻な変動には応答で
きず、負荷の無効電力のゆつくりと変化するベー
ス分に対してのみ応答することができる。したが
つて、負荷の無効電力の急峻な変動に対しては、
従来の無効電力補償装置と同様に、無効電力制御
偏差に応じて行われる位相角制御を行う制御系に
よる速い応答によつて補償が行われる。負荷の無
効電力が低いレベルにあるベース分を中心に変動
している期間においては、それに対応させて直流
リアクトル電流は低い値に調整される。つまり、
本発明は、無効電力補償装置が発生可能な補償無
効電力の最大値は直流リアクトルの電流値に比例
するので、負荷の無効電力が低いレベルにあるベ
ース分を中心に変動しているときには、要求され
る補償無効電力が小さいことから直流リアクトル
の電流値を減少させても支障は起こらない上に、
そのようにすることによつて電力損失の低減が期
待できるという認識に基づいている。無効電力補
償装置の主回路を構成する直流リアクトル及び両
変換器においては、抵抗分による電力損失および
転流動作にともなう電力損失は電流値が小さい程
小さくなるので、常に最大の電流値に固定する制
御を行つている従来装置において無駄に消費され
ていた電力を本発明によれば節約することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が用いる無効電力補償装置を示
す図、第２図は本発明の実施に用いられる制御部
回路構成の一例を示す図、第３図は第２図の回路
の構成要素として用いられる関数発生器の特性を
示す図である。 １：電源転流変換器、２：強制転流変換器、
３：直流リアクトル、４：変圧器、５：交流電
源、６：負荷、７：電源系統、８，９：検出器、
１０：無効電力調節器、１１，１６：移相器、１
２，１７：パルス増幅器、１３，１４：関数発生
器、１５：電流調節器、１８，１９：加算要素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 遅れ位相角で制御される電源転流変換器と進
   み位相角で制御される強制転流変換器とを設け、
   両変換器の直流側を直流リアクトルに対して互い
   に並列ないしは直列に接続し、両変換器の交流側
   を絶縁変圧器を介して補償対象の電源系統に接続
   してなる無効電力補償装置において、無効電力補
   償装置に所望の無効電力を発生させるべく無効電
   力の制御偏差に応じて一方の変換器の位相角を制
   御する手段と、直流リアクトル電流を設定値に保
   つべく直流リアクトル電流の制御偏差に応じて他
   方の変換器の位相角を制御する手段と、前記直流
   リアクトル電流のための設定値を無効電力補償装
   置が補償すべき無効電力の大きさの増減に応じて
   増減させる手段とを備えていることを特徴とする
   無効電力補償装置。