JPS63178732A

JPS63178732A - 無効電力補償装置

Info

Publication number: JPS63178732A
Application number: JP62009573A
Authority: JP
Inventors: 堺　高見
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-01-19
Filing date: 1987-01-19
Publication date: 1988-07-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は電力系統を流れる無効電流を制御して系統電圧
を安定化させる静止形の無効電力補償装置に関する。

（従来の技術）近年制御整流素子を用いた無効電力補償装置（Ｓ　ｔａ
ｔｉｃ　Ｖ　ａｒ　　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ　　以下
ＳＶＣと言う）が電力系統安定化装置として諸外国で用
いられ、電力系統の安定度向」二や電力変゛動の抑制に
大きな効果を発揮している。

まず、ＳＶＣの主回路および制御装置の構成と動作につ
いて一例を説明する。第３図はＳｖＣの主回路を示す図
で、サイリストコンドロールドリアクトル（以下ＴＣＲ
と言う）１と、フィックストコンデンサ（以下ＦＣと言
う）２とでＳＶＣの主回路３が構成されている。このう
ち、ＴＣＲＩは、サイリスタＵ、Ｘ、Ｖ、Ｙ、Ｗ、ｌよ
びリアクトルＬｌ、Ｌ２．Ｌ３から構成される装置サイ
リスタＵとＸ１サイリスタＶとＹ１サイリスタＷとＺは
それぞれ逆並列に接続されており、点弧位相を制御する
ことにより、リアクトルＬｌ。

Ｌ２．Ｌ３に流れる電流が制御される。また、Ｆｅ２は
コンデンサＣＩ、Ｃ２，Ｃ３およびしゃ断器ＣＢから構
成されている。ＳＶＣの運転中はしゃ断器ＣＢは閉じら
れており、Ｆｅ２は交流線路Ｒ，Ｓ、　Ｔに接続されて
進相無効電力を発生し、ＴＣＲＩは位相制御されて遅相
無効電力を発生する。ＴＣＲＩを位相制御すれば遅相無
効電力が制御されるため、５ＶＣ３は交流線路Ｒ，Ｓ、
　Ｔに進相無効電力から遅相無効電力まで発生できるこ
とになる。第４図はＳｖＣの制御装置の構成を、主回路
と併せて示したブロック図で、主回路３は主回路トラン
ス２００を介して電力系統母線３００に接続されており
、この主回路３を制御するために、電力系統母線３００
の電圧を測定するための計器用変圧器２０１と、主回路
トランス２００の二次側の電流を測定するための計器用
変流器２０２とが設けられ、これらの二次巻線が制篩装
置１００に接続されている。制御装置１００は計器用変
圧器２０１の二次巻線に発生した電圧に基づいて系統電
圧の実効値■ｂｕｓを求める系統電圧検出器１１１と、
電圧基準値■、。、を発生する電圧基準設定器１１２と
、計器用変流器２０２の二次巻線に流れる電流に基づい
て主回路３の電流の実効値Ｉ　　を検出する電流検出器
１１３と、ＳＶＣ電流実効値Ｉ　　を増幅する増幅機］１４と、電Ｖｅ圧実効値Ｖ　　と電圧基準値ｖｒｅｆ’との偏差ΔＶｕ
ｓを求める加算器１１５と、増幅器１１４の出力と加算器
１１５の出力ΔＶとの和を求める加算器１］６と、この
加算器］１６の出力を積分する積分器１１７と、この積
分器１１７の出力をサイリスタの点弧角に変換する変換
回路１１８と、計器用変圧器２０１の二次巻線に発生し
た電圧および変換回路１１８の出力に基づいてサイリス
タの位相を制御する位相制御回路１１９とで構成されて
いる。なお、第４図中の電力系統母線３００、主回路ト
ランス２００、計器用変圧器２０１、計器用変流器２０
２およびＳＶＣ主回路３は単線結線図で示されている。

この第４図において、加算器１１５は、系統電圧検出器
１１１によって検出された系統電圧実効値■ｂＵ８から
電圧基準設定器１１２の電圧基準値ｖｒｅｌ’を減算し
、電圧偏差信号ΔＶを出力する。

電流検出器１１３により検出されたＳＶＣ電流実効値Ｉ
　　は増幅器１１４でＫ　倍され、スローｓｖｃ　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｓプリアクタン
ス信号（ＩｘＫ）が得られる。

ｓｖｃ　　　　　　　ｓこのスロープリアクタンス信号（ＩＸＫ）ＳＶＱ　　　
　　　　Ｓと電圧偏差信号ΔＶとが加算器１１６で加算されて、積
分器１１７に入力される。積分器１１７は入力信号を積
分することにより、偏差信号ΔＶを所定の範囲とするた
めに必要なＴＣＲＩの遅相無効電流を決定するＴＣＲ制
御信号Ｉ、を出力する。

この制御信号ＩＬは、変換回路１１８によって遅相無効
電流を流すに必要な点弧角αに変換される。

位相制御回路１１９では、計器用変圧器２０１で検出さ
れた系統電圧の位相と、点弧角αとからＴＣＲＩの各サ
イリスタに点弧パルスを加える。

第５図は上記ＳｖＣの動作を説明するためのもので、（
ａ）、（ｂ）、　　（ｃ）は、ともに縦軸を系統電圧実
効値Ｖ　　　横軸をｓＶｃ電流実効値ｂｕｓ　　ゝｌ５ｖｃとすると共に、増幅器１１４のゲインＫＳを０
とした場合の電圧−電流特性である。なお、ＳＶＣ電流
実効値のうち、遅れ電流実効値を正の値とし、進み電流
実効値を負の値として示している。

これらの電圧−電流特性のうちの第５図（ａ）は第４図
のＴＣＲＩを運転していない状態、すなわち、ＴＣＲＩ
（７）各サイリスタＵ、Ｘ、Ｖ、Ｙ。

Ｗｌｚに点弧パルスが与えられないゲートブロック状態
の特性を示すもので、Ｆｅ２に流れる無効電流実効値と
系統電圧実効値ｖｂｕ８とが直線アに従って相互に変化
し、例えば、系統電圧実効値ｖｂｕ８が電圧基準値”ｒ
ｅｆに等しいとき、ＳＶＣ電流実効値■５ｖｃｌが流れ
ることになる。また、第５図（ｂ）はＦｅ２のしゃ断器
ＣＢが開いている状態でのＴＣＲＩに流れる無効電流実
効値と系統電圧実効値Ｖ　　との関係で、直線イはサイ
リスＶＣ夕の点弧角を最小にしてリアクトルＬｌ、Ｌ２゜Ｌ３に
最大電流を流すときの関係、直線つはサイリスクの点弧
角を最大にしてリアクトルＬｌ。

Ｌ２．Ｌ３に最小電流を流すときの関係をそれぞれ示し
、第４図のＳＶＣ制御装置１１０の制御が行われること
により無効電流実効値と系統電圧実効値ｖｂｕｓとが折
線工に従って相互に変化し、例えば、系統電圧実効値Ｖ
　　が電圧基準値ｖｒｅｆｕｓに等しいときにサイリスタの点弧角を最小値にしたとす
れば、ＳＶＣ電流実効値はｌ５ｖｃ２となり、サイリス
タの点弧角を最大値にしたとすれば、ＳｖＣ電流実効値
は工。ｖｃ３となる。さらにまた、第５図（ｃ）はＴＣ
ＲＩの運転中にＦｅ２のしゃ断器ＣＢを閉じた状態での
ＴＣＲＩに流れる無効電流実効値と系統電圧実効値ｖｂ
ｕ８との関係を直線オに示したもので、（ａ）の直線ア
の特性と、（ｂ）の折線工の特性を組合わせたものとな
っている。ここで、電流基準値ｖｒｅｆでのＳｖＣ電流
は、点弧角が最小値となった場合にｌ５ｖｃ４になり、
点弧角が最大値となった場合にｌ５ｖｃ５になり、第５
図（ｂ）と第５図（ｃ）との間には、次式の関係が成立
している。

ｌ５ｖｃ２−Ｉｓｖｃ３＝　ｌ５ｖｃ４　　’　５ｖｃ
５”””　（１）なお、（ｃ）図の折線オ上のＢ−Ｄ点
間およびＣ−０点間はＴＣＲＩのサイリスタの位相制御
ができず、電力系統安定化の機能遂行ができない部分で
あり、Ｂ−Ｃ点間でのみ、ＴＣＲＩのサイリスタ位相制
御ができて電力系統安定化の機能が遂行できる。

次に、ＳｖＣを電力系統安定化装置として用いるときの
動作を説明するために、電力系統母線のＳＶＣ設置点で
の電圧の変動の関係を第６図および第７図に示す。第６
図中４００は発電機、５００はインピーダンスＺｔの電
力系統線路、６００は可変リアクトル負荷をそれぞれ示
し、Ａ点にＳＶＣを設置したする。ここで、発電機４０
０は電圧Ｅを発生し、可変リアクトル負荷６００が所定
の値に保たれているとき線路５００を流れる電流がＩ　
であれば、ＳＶＣ設置設置点型の電圧Ｖは次式のようになる。

ｖ−Ｅ−Ｚｔ−Ｉｎ・・・・・・・・・・・・（２）一
方、第７図は発電機電圧Ｅが変動した場合のＳＶＣ設置
設置点型圧−電流特性を示し、発電機電圧ＥがＥｏの場
合直線力、Ｅ　＋ΔＶになった場合直線キ、Ｅ　−ΔＶ
になった場合直線りに従ってそれぞれ変化する。

次に、第８図はＳｖＣの制御効果を説明するためのもの
で、第４図の電圧基準値ｖｒｅｆを、第７図の発電機電
圧Ｅ　に等しく設定した例を示している。今、ＳｖＣ設
置設置点型圧がΔＶ上昇したとすると、ＳｖＣは折線オ
と直線キとの交点に相当する遅れ電流Ｉ□を流し、ＳＶ
Ｃ設置設置点型圧がΔ■下降したとすると、ＳＶＣは折
線オと直線りとの交点に相当する進み電流Ｉ２を流して
系統電圧実効値■　　を電圧基準値■、。、に一致さｕ
ｓせる。

以上は第４図の増幅器１１４のゲインＫ　を零とした場
合の動作であるが、増幅器１１４のゲインＫ　が０でな
い場合にはより大きな電圧変動に対しても抑制効果を有
することになる。第９図はこのことを説明するためのも
ので、ＳＶＣは増幅器１１４のゲインＫ　を大きくする
に従って、折点Ｂと折点Ｃとの間の傾きが電圧基準値Ｖ
、８．を軸として勾配の大きい折線すに示す電圧−電流
特性を有する。このとき、発電機の電圧がΔＶだけ変動
したとすると、ＳｖＣは設置点の電圧を基準電圧Ｖ　　
には抑制せず、基準電圧値ｖ、８．からｅｆ Δｖ１はずれた所に抑制するが、変動分Δ■が大きくと
も、第８図の折線オの特性の場合よりも制御範囲を広げ
ることができる。

（発明が解決しようとする問題点）上述した従来のＳＶＣは電力系統の短絡容量を考慮して
おらず、これがために不測の事態を引起こす恐れがあっ
た。以下にこのことを説明する。

いま、ＳＶＣの容量と、これが接続される電力系統の短
絡容量との比（以下ＳＣＲと言う）か例えば５ＣＲ＝２
であったとし、この状態で増幅器１１４のゲインＫ　が
Ｋ　　＝Ｋ　　　に調整されてｓ　　　　　　ｓ　　　
　　　ｓ。

いたとする。

かかる状態で交流系統事故が発生しである回線を切離し
たことにより、例えば、第６図におけるインピーダンス
２　が２・２．に変化し、ｓｃＲが５ＣＲ−１に減少す
れば、Ａ点の電圧は次式のように変化する。

ｖ−Ｅ　−２・Ｚｔ弓。・１旧・・（３）この（３）式
と上記（２）式とを比較すれば明らかなように、ＳＶＣ
の状態は何等変化していないにも拘らず、ＳｖＣの制御
すべき無効電力量が等価的に２倍になっている。

このことは、予め種々の検討結果に基づいてＳＶＣの制
御定数を最適に決定したとしても制御定数を勝手に変化
したと同様な状態を呈し、この結果、種々の不測の事態
を引起こす可能性があった。

本発明は」二足の問題点を解決するためになされたもの
で、電力系統の短絡容量等の変化により、ＳＣＲが変化
したとしても、同一の感度にて電力系統電圧変動を抑制
し得るＳｖＣの提供を目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）本発明は、進相無効電流を流す第１の電流要素および遅
相無効電流を流すｆＪ２の電流要素をそれぞれ電力系統
母線に接続すると共に、これらの電流要素のいずれか一
方に電流制御要素を直列接続して無効電力を補償するた
めの主回路を形成し、前記電力系統の基準電圧と検出電
圧との偏差信号に前記主回路の電流検出信号を増幅した
信号を加算し、さらに、比例、積分して得られた信号に
基づいて前記電力系統母線電圧を所定の範囲に保つよう
に前記電流制御要素を制御する無効電力補償装置におい
て、前記電力系統の短絡容量を測定する短絡容量測定手
段と、測定された短絡容量が小さくなるほど前記電流検
出信号の増幅率を大きくする増幅率可変手段とを備えた
ことを特徴とするものである。

（作　用）第３図、第４図に示したＳＶＣは、第１の電流要素とし
てのコンデンサおよび第２の電流要素としてのりアクド
ルが電力系統母線に接続されると共に、電流制御要素と
してのサイリスタがリアクトルに直列接続され、これら
が電力補償の主回路を形成し、そしてこの主回路中のサ
イリスクを制御するために電力系統の基準電圧と検出電
圧との偏差信号に主回路の電流検出信号を増幅した信号
、いわゆる、スロープリアクタンス信号を加算し、さら
に、比例、積分して得られた信号に基づいて前記電力系
統母線電圧が所定の範囲に保たれるようにサイリスタを
制御していたので、電力系統の短絡容量の変化等によっ
て感度が異なってしまったと言える。この問題を解決す
る一つの方法として、電力系統の短絡容量の変化に応じ
てスロープリアクタンス信号を得る増幅器のゲインを変
更すれば良い。第１０図はこのことを説明するためのも
ので、例えば、５ＣＲ−２のときに、折線すと直線スと
の交点Ｐ１を動作点として電力系統電圧を制御していた
とする。この状態で系統事故が発生して５ＣＲ＝１に変
化すると、電力系統の電圧−電流特性は直線スから直線
セに変化する。一方、５ＣＲ＝１になったという条／４
二でスロープリアクタンス信号を得る増幅器のゲインを
２倍にすれば、ＳＶＣの特性は折線シのように変化し、
動作点がＰ２に移動する。このとき、動作点Ｐ１、Ｐ２
は縦軸方向で同一の値をとり、この結果、短絡容量に変
化があっても電力系統電圧を一定に保ことができる。

そこで本発明は短絡容量測定手段で電力系統の短絡容量
を測定すると、増幅率可変手段が、短絡容量が小さくな
るほど電流検出信号の増幅率を大きくしている。

（実施例）第１図は本発明の一実施例の構成を、適用対象の電力系
統と併せて示したブロック図で、従来装置と同一の符号
を付したものはそれぞれ同一の要素を示している。同図
において、発電機４０１、しゃ断器ＣＢＩ、ＣＢ２でな
る第１の系統と、発電機４０？、しゃ断器ＣＢ３、ＣＢ
４でなる第２の系統との二つの電力系統に負荷４０３が
接続されると共に、この負荷の・接続点に前述したｓＶ
ｃの主回路３が主回路トランス２００を介して接続され
ている。また、計器用変流器２０２の出力に基づいて、
電流検出器１１３が電力系統電圧実効値Ｉ　　を検出す
るようになっている。この電流ｖＣ検出器１１３にはゲインがＫ　の増幅器１２４とゲイン
が２・Ｋ　の増幅器］２５とが接続され、さらに、これ
らの増幅器の出力端がそれぞれスイッチ１２１．１２３
を介して前述した加算器１１６の一方の入力端子に接続
されている。なお、加算器１１６の他方の入力端子には
上述した電力系統電圧の実際値と基準値との偏差ΔＶが
加えられるが、この偏差ΔＶを得る構成は第４図と同一
であるので省略している。また、第１の電力系統のしゃ
断器ＣＢ２の状態を検知し、その投入時に論理「１」の
信号を出力するもの、例えば、補助リレーの接点がＡＮ
Ｄ回路１２０の一方の入力端子に接続され、第２の電力
系統のしゃ断器ＣＢ４の状態を検知し、その投入時に論
理「１」の信号を出力するもの、例えば、補助リレーの
接点がＡＮＤ回路１２０の他方の入力端子に接続されて
いる。このＡＮＤ回路１２０は論理「１」の信号を出力
したときスイッチ１２１を閉成させ、逆に、論理「０」
の信号を出力したときインバータ１２２の出力を論理「
１」にして、スイッチ１２２を閉成させるようになって
いる。次に、加算器１１６の出力端子は積分器］１７に
接続されてサイリスクの制御に用いられるが、積分器１
１７以降の構成は従来装置と全く同様であるので省略し
ている。

上記のように構成された本実施例の動作を以下に説明す
る。

先ず、発電機４０１および４０２は同一の容量を有し、
線路インピーダンスも同じであると仮定し、しゃ断器Ｃ
ＢＩ〜ＣＢ４の全てが投入されて負荷４０３はこれら二
つの電力系統から電力の供給を受けていたとする。この
とき、ＡＮＤ回路１２０の出力は「１」であることから
、スイッチ１２１は閉成され、反対にスイッチ１２３は
開放状態にある。従って、電流検出器１１３によって検
出された電流実効値工　　は増幅器１２４でｖＣＫ　倍されて加算器１１６に加えられ、これ以降、従来
装置で説明したと同様な電力補償制御が行われる。

次に、交流系統事故が発生して、しゃ断器ＣＢＩ、ＣＢ
２のいづれかがしゃ断されるとＳＣＲは最初の状態の１
／２となる。このとき、ＡＮＤ回路１２４の出力は「０
」になると共に、インバーター２２の出力は「１」であ
ることから、スイッチ１２１は開放され、反対にスイッ
チ１２３は閉成せしめられる。しかして、ＳＶＣ電流検
出器１１３の出力である電流実効値工　　はｖＣ増幅器］２５で２・Ｋ　倍され、これによって勾配の大
きいスロープリアクタンス信号を用いた電力補償制御が
行われる。

この結果、交流系統事故の起こる前後で同一の感度で電
力系統電圧変動を抑制することができる。

なお、上記実施例では、ゲインの異なる二つの増幅器を
用いたが、この代わりに例えば第２図に示す如く、一つ
の増幅器１２６に抵抗器１２７およびスイッチ１２１の
直列接続回路と、抵抗器１２９およびスイッチ１２３の
直列接続回路とを並列に接続し、このうち、抵抗器１２
９の抵抗値が抵抗器１２７の２倍になるような構成にし
、ＡＮＤ回路出力でスイッチ１２１を、インバータ１２
２の出力でスイッチ１２３をそれぞれ閉成しても」二連
したと同様な制御ができる。

また、上記実施例では、説明の便宜上比較的単純な電力
系統と、これに適用する制御装置について説明したが、
回路網が複雑な電力系統にあってはスロープリアクタン
ス信号を得る増幅器のゲインも種々に変更しなければな
らない。このような場合には、ＳＣＲを等しくする種々
のゲインを予めＲＯＭに書込んでおき、しゃ断器の状態
信号を組合わせたロジック回路で、所望のゲインを読出
して使用するようにしてもよい。

なお、これでも必要なしゃ新条件が得られない場合には
、ＳｖＣ自体の出力を変動させ、この変動によって生じ
る電力系統の電圧変動を検出すると共に、短絡容量を算
出し、その算出値に応じてスロープリアクタンス信号を
得るように増幅器のゲインを変更すればよい。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなように本発明によれば、電
力系統の事故等により短絡容量が変わった場合でも、同
一の感度にて系統電圧変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を、適用対象の電力系
統と併せて示したブロック図、第２図は他の実施例の主
要部の構成を示すブロック図、第３図は従来の電力補償
装置の主回路の構成を示す回路図、第４図は同装置の全
体的な構成を示すブロック図、第５図、第７図、第８図
、第９図はそれぞれ同装置の動作を説明するために、電
流と電圧との関係を示した線図、第６図は同装置の動作
を説明するための電力系統図、第１０図は本発明の詳細
な説明するために、電流と電圧との関係を示した線図で
ある。＝　１９− １・・・サイリスタコンドロールドリアクトルフィック
ストコンデンサ、３・・・主回路、１００・・・制御装
置、１１１・・・系統電圧検出器、］１２・・・電圧基
準設定器、］］３・・・電流検出器、１１５。１１６・・・加算器、］１７・・・積分器、１１８・・
・変換回路、１］９・・・位相制御回路、］２０・・・
ＡＮＤ回路、１２１．、１２Ｂ・・・スイッチ、１２２
・・・インバータ、１２４，１２５，１．２６・・・増
幅器、１２７。１２９・・・抵抗器、Ｕ，　Ｖ，　Ｗ，　Ｘ，　Ｙ，　
　Ｚ・サイリスク。出願人代理人　　佐　　藤　　−　　雄后６　囚粍８　図ｂｕｓ芭９　にち１ｏ　図

Claims

【特許請求の範囲】

進相無効電流を流す第１の電流要素および遅相無効電流
を流す第２の電流要素をそれぞれ電力系統母線に接続す
ると共に、これらの電流要素のいずれか一方に電流制御
要素を直列接続して無効電力を補償するための主回路を
形成し、前記電力系統の基準電圧と検出電圧との偏差信
号に前記主回路の電流検出信号を増幅した信号を加算し
、さらに、比例、積分して得られた信号に基づいて前記
電力系統母線電圧を所定の範囲に保つように前記電流制
御要素を制御する無効電力補償装置において、前記電力
系統の短絡容量を測定する短絡容量測定手段と、測定さ
れた短絡容量が小さくなるほど前記電流検出信号の増幅
率を大きくする増幅率可変手段とを備えたことを特徴と
する無効電力補償装置。