JPS636611A - 無効電力補償用制御装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力系統に接続された変動負荷、例えばア
ーク炉、溶接器、鉄鋼圧延設備などから発生する無効電
力を補償して、系統電圧の変動（フリッカ）を抑制する
サイリスタ位相制御りアクドル式無効電力補償装置（以
下、単にＴＣＲとも略記する）を制御するための制御装
置に関する。

〔従来の技術〕

第４図はこの種の補償システムを示す構成図である。同
図において、１はＴＣＲ用制御装置、２はＴＣＲ，３は
フィルタコンデンサ、４は負荷である。か−るシステム
では、系統、負荷、　ＴＣｒｔおよびフィルタコンデン
サの各無効電力（ｖａｒ）をそれぞれＱｓ　＋　ＱＬ　
ｒ　ＱＴＣＲおよびＱｃとするとき、 Ｑｓ　＝　ＱＬ　＋ＱＴＣＩＬ　＋　ＱＣご０なる関係
を満たすようにＴＣＲを制御して無効電力を補償し、系
統インピーダンスＸｓによる電圧降下を抑制する。この
とき、特に急峻な変動をするアーク炉のような負荷に対
しては、半サイクル毎に負荷の無効電力を予測してＴＣ
Ｒを高速で制御することが必要である。

第５図は無効電力補償用制御装置の従来例を示すブロッ
ク図、第６図はその動作説明図である。

第５図の１１ａはサンプルホールド回路で、第６図（イ
）に示される如き負荷電流ＩＬの零点で系統電圧ｅ。の
サンプルを行なうが、この値は第６図（ロ）の如＜Ｅｓ
１ｎψ（Ｅ：系統電圧実効［直。

ψ：力率角）となる。１２は積分器で、第６図（ハ）の
如く負荷電５ｔ＋、零点より積分期間θｉの間積電流Ｉ
Ｌが正弦波に近い時はその実効値に比例する。従って、
掛算器１３でこれらの肱を掛は会わせると、 となり（第６図（ニ）参照）、θｉの時点でこの値をサ
ンプルホールド回路１１ｂで第６図（ホ）の如くサンプ
ルすることＫより、負荷の無効電力予測値を得ることが
できる。１４は補償特性調節回路で、得られた無効電力
Ｑｔ、の予測値に対して補償感度などの補償特性を決定
するための回路であり、その出力に従ってパルス発生器
１５で所望の制御位相の点弧信号ｇ（第６図（へ）参照
）を得るように構成されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような制御装置によれば、負荷電流
が正弦波形に近い場合は予測精度が高いが、アーク炉の
ように高調波が多く含まれた負荷電流の場合は予測の誤
差が大きくなるという欠点がある。第７図はこれを説明
するためのもので、電流零付近（θ１の期間）での波形
歪が大きいと予測誤差が大きくなり、この例では電流積
分値が大きく検出されるため、実際のＩＬの基本波実効
値上りＩＬ予側値が大きくなってしまう場合を示してい
る。なお、波形のひずみかたによって、逆のケースが生
じることは云う迄も表い。

したがって、この発明はこのような波形歪による負荷無
効電力の予測誤差を低減し、予測精度の高い制御装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するだめの手段〕　− 負荷電流と系統電圧とを乗算し無効電力瞬時値および無
効電力瞬時値を求める掛算器と、系統電圧零点より９０
°の点（基準点）からの無効電力瞬時値の積分値に有効
電力瞬時値の１／２の値を加算しこれから電力瞬時値の
１／２の値を基準点でサンプリングした値を差し引いて
第１の関数を演算する演算回路と、無効電力補償装置の
発生する無効電力を決定する位相角に関係する第２の関
数を発生する関数発生器とを設ける。

〔作用〕

この発明は、負荷電流ＩＬと系統電圧ｅ。を掛けて得ら
れる有効電力瞬時値ｐと、負荷電流ＩＬと系統電圧から
９０°遅れの電圧ｅ、。を掛けて得られる無効電力瞬時
値ｑおよびｐの半分の値（Ｔ　ｐ　）の系統電圧零点か
ら９０°の点における喧Ｐａとから、第一の関数−ｆＱ
ｄθ＋−ｐ−Ｐａ（点とする角度）を演算し、負荷の無
効電力ＱＬ、がσ に基づいてＴＣＲの制御位相を決定するもので、サイリ
スタを制御する直前までの無効電力瞬時値ｑの積分値に
よって制御を行うことにより、負荷電流に含まれる高調
波成分を平均化し、無効電力予測精度の向上を図る。ま
た、系統電圧ｅ。の零点から９０’の点より演算を行い
、波形の歪の太きい負荷電流零点近傍を演算から除外す
るようにしだので、無効電力予測精度のより一層の向上
を図るものである。このとき、点弧信号を得る方法とし
ては、補償装置の発生する無効電力を決定する位相ｔｆ
ｌ制御角βに関係した関数ｆ（β）（第二の関いう条件
でパルスを得る方法と、θＸｆ（１）と（ｆｑｄｅ＋−
ｐ−Ｐｏ）とが等しくなるという条件でパルスを得る方
法とがある。

〔発明の実施例〕

負荷の無効電力を補償するためのＴＣＲの制御関係式は
、次式の如く表わされる。

ＫＦ　（ＱＬ−ＱＬＯ）＋ＱＴＣＲ−Ｋ　（−定）・・
・・・・（１） ここに、ＫＦは補償感度、ＱＬは負荷の無効電力、ＱＬ
ＯはＱＬの非変動成分（ベース分）、ＱＴＣＲはＴＣＲ
の発生する無効電力である。また、通常はＫ　＝　ＱＴ
ＣＲＲ（Ｔ　ＣＲの定格無効電力）と選ばれるので、（
１）式は ・・・・・・（２） と変形される。ここで、ＱＴＣＲを系統電圧零点から９
０°の位相を起点（基準点）とする制御角βでπ ・・・・・・（３） となる。こ〜に、βｍ１０は最小制御位相角で、この位
相でＴＣＲは定格の無効電力ＱＴＣＲＲを発生する。

一方、負荷電流の基本ｆｉ酸成分考え、負荷電流ＩＬを
系統電圧Ｃ８の零点から９０”の点を起点とする角度θ
で表わすと、 ｉ””　ｈ　Ｉ　Ｌ　ＣＯ５（θ−ｃｐ　）　　　　　
−（４）し くＩＬ：負荷電流実効値、９：力率角）となる。

また、系統電圧Ｃ８は 。。−Ｖ７Ｅ（２）θ　　　　　　　・・曲（５）であ
り、 ｅｏから９０″遅れの電圧Ｃ２゜は ｅ　９ｏ　−ｑ　Ｅ　ｓｉｎ　１１　　　　　　　　・
曲・（６）と表わされるので、無効電力瞬時値ｑは。

ｑ−ｅ　９０　Ｘ　１１．　”’　４　Ｅ　ＮｉｌθＸ
　Ｖｌｌ　１．Ｃｍ　（θ−ψ）となる。これをθ−０
から積分すると、−ＥＩＬ（θ５ＬＩＩＩＰ　−−ＣＤ
Ｓ（２θ−ｑ　）＋　−ｃｏｓｃｐ　）・・・・・・（
８） となる。同様に、有効電力瞬時値ｐは、ｐ−ｅＯＸ！Ｌ
＝Ｎ’丁Ｅｃｃｓθｘ　Ｉ’Ｔ　Ｉ、ｃｏｓ　（θ−ψ
）で表わされる。

ここで、θ＝０におけるーｐの値は、 となる。（８）＋　（１０）　−（１１）から、であり
、従って、 θ が得られる。

（６）式と（１２）式を先の（２）式に代入すると、と
なる。こ〜で、 とおくと、 ・・・・・・（１３） となる。

そこで、（１３）式の左辺および右辺の２つの関数を作
り、それらの交点を求めれば（１６）式を満足するＴＣ
Ｒの制御位相となる。

第１図はこの発明の実施例を示す構成図で、以上の如き
演算を具体的に実現するだめのものである。また、第２
図はその動作を説明するための各部波形図である。

ｆ；ｇ１図において、掛算器１３ａ、１３ｂは第２図（
イ）の如く示される負荷電流ＩＬＩ！一系統電圧と同相
の電圧ｅ。、およびそれから９０°遅れの電圧ｅ９゜と
から、第２図（ロ）の如き無効電力瞬時［直ｑと有効電
力瞬時値ｐをそれぞれ演算するものである。掛算器１３
ａの出力ｑｌ″ｌ：積分器１２ａに入力され、と〜で系
統電圧ｅ。の零点から９０°の点（θ＝０）を起点（基
準点）として同１８０°の参照）ｆ、得、また掛算器１
３ｂの出力ｐは比例増幅器１７ａに入力されて−のゲイ
ンに調整され、−ｐ（第２図（ハ）の信号ｔ＃照）が得
られる。

この信号１（−−ｐ）はサンプルホールド回路１１ｃに
入力され、こ〜でｅ。の零点から９０°の点におけるｔ
の値をサンプルホールドし、ＰＯ＝ＥＩＬＣＯ３ψ（第
２図（ハ）の信号り参照）を得る。これらの信号（ｒ、
ｚ、ｈ）は加減算器１８ａに入力され、図（ハ）の信号
ｍ参照）。

一方、積分器１２ｂおよび電圧設定器１６ａは系統電圧
ｅ。の零点から９０°の点を起点とする時間関数θを得
るための回路で、設定器１６ａで設定された電圧をｅ。

の零点から９０°の点より積分して、第２図（・・）の
如くθを作っている。割算σ 加算器１８ｂにおいて電圧設定器１６ｂで設定されるＱ
ＬＯの値を図示の如き極性で加算した後、比例増幅器１
７ｂでＫＦ倍されてコンパレータ２１に入力される。コ
ンパレータ２１の他方の入力には関数発生器２０によっ
て作られた関数ｆ（β）が入力されており、第２図（ニ
）の如く再入力が等しくなった時点で点弧信号を得るよ
うに構成されているため、先の（１３）式の関係式を満
足する制御位相の点弧信号ｇを得ることができる。

第３図はこの発明の別の実施例を示す構成図である。

これは、先の（１３）式の両辺にθを掛けて′） ・・・・・・（１４） と変形し、この式の両辺の２つの関数を作って両者を比
較することにより点弧信号を得るようにしたものである
。基本的な考え方は第１図に示すものとまったく同じで
、（１４）式の演算をそのまま具体的な回路に置き変え
ただけであるので、詳細な説明は省略する。

〔発明の効果〕

この発明によれば、負荷電流はの一定期間積分値によっ
て予測を行うのをやめ、連続的に無効電力瞬時値ｑの積
分を行い、サイリスタを制御する直前までの積分値に基
づいてＴＣＲの制御条件を満足する点弧信号を得るよう
に構成したため、負荷電流に含まれる高調波の影響が緩
和されると−もに、系統電圧零点から９０°の位相（基
準点）から演算を行うようにしたので、波形歪の大きい
負荷電流零付近が演算から除外され、これにより負荷の
無効電力の予測精度を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す構成図、第２図はその
動作を説明するだめの各部波形図、第３図はこの発明の
他の実施例を示す構成図、第４図は無効電力補償システ
ムの−；投的な例を示す構成図、第５図は無効電力補償
用制御装置の従来例を示すブロック図、第６図はその動
作を説明するだめの各部波形図、第７図は波形歪による
無効電力の予測誤差を説明するための説明図である。 符号説明 １・・・・・・無効電力補償用制御装置、２・・・・・
・無効電力？ｉｆｆ装！（ＴＣＦＬ）、３・・・・・・
フィルタコンデンサ、４・・・・・・負荷、１１ａ、１
１ｂ、ｉｌｃ・・・・・・サンプルホールド回路、１２
ｇ、１２ｂ・・・・・・積分器、１３ａ　、　１３ｂ　
、　１３ｃ　、　１３ｄ−掛算器、１４・・・・・・補
償特性調節回路、１５・・・・・・パルス発生器、”＋
　６　ａ　、　’＋　６　ｂ−電圧設定器、１７ａ、１
７ｂ・・・・・・比例増幅器、１８ａ、１８ｂ・・・・
・・加算器、１９・・・・・・割算器、２０・・・・・
・関数発生器、２１・・・・・・コンパレータ。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　　清 第１図 第３図 第４図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電力系統に接続された変動負荷が発生する無効電力
   を補償し電圧変動を抑制すべく設けられるサイリスタ位
   相制御式無効電力補償装置を制御するための制御装置で
   あつて、 負荷電流と系統電圧とを乗算し無効電力瞬時値および有
   効電力瞬時値を求める掛算器と、 系統電圧零点より９０°の点を基準点として積分される
   無効電力瞬時値の積分値に有効電力瞬時値の１／２の値
   を加算しこれから有効電力瞬時値の１／２の値の該基準
   点におけるサンプリング値を差し引いて第１の関数を演
   算する演算回路と、前記無効電力補償装置の発生する無
   効電力を決定する位相制御角に関係する第２の関数を発
   生する関数発生器と、 を備え、前記第１の関数を基準点からの時間に比例した
   関数θで割つて得られる関数と前記第２の関数とを比較
   し、両者が等しくなつたとき前記サイリスタを点弧する
   ための点弧信号を発することを特徴とする無効電力補償
   用制御装置。 ２）特許請求の範囲第１項に記載の無効電力補償用制御
   装置において、前記第１の関数と第２の関数に関数θを
   掛けて得られる関数とを比較し両者が等しくなつたとき
   点弧信号を発することを特徴とする無効電力補償用制御
   装置。