JPS6395817A

JPS6395817A - 静止形無効電力補償装置の制御装置

Info

Publication number: JPS6395817A
Application number: JP61237825A
Authority: JP
Inventors: 堺　高見
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-10-08
Filing date: 1986-10-08
Publication date: 1988-04-26

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）本考案は、サイリスタを位相制御することにより、電力
系統へ流入する無効電流を制御する静止形無効電力補償
装置の制御装置に関する６（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（ＳＶＣ：
　５ｔａｔｉｃ　Ｖａｒ　Ｃｏｍｐａｎｓａｔｏｒ以下
ＳＶＣと略す）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上や電力変動の抑制に大き
な効果を発揮している。

まずＳｖＣの主回路構成と制御装置の動作について、−
例を説明する。第３図はＳＶＣの主回路の１構成例を説
明する図である。第４図はＳｖＣ制御装置の従来例を説
明する図である。第５図はＳｖＣの制御特性を説明する
図、第６図と第７図は電力系統の負荷特性を説明する図
、第８図と第９図はＳＶＣの制御特性と電力系統の負荷
特性により、ＳｖＣの動作を説明する図である。

第３図の１はサイリスタコンドロールドリアクトル（以
下ＴＣＲと略す）であり、サイリスタＵ。

ｘ、ｖ、ｙ、ｗ、ｚとり７　クト／ｌ／ＬＬ、Ｌ２．Ｌ
３カら構成されている。サイリスタＵとＸ、サイリスタ
ＶとＹ、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、すアクドルＬ
ｌ、Ｌ２．Ｌ３に流れる電流が制御される。２はフィッ
クストコンデンサ（以下ＦＣと略す）であり、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。Ｒ，Ｓ、Ｔは交流器である。

３はＳ　ＶＣ（７）主回路であり、ＴＣＲＩとＦｅ２か
ら構成される。ＳＶＣの運転中はしゃ断器ＣＢは閉じて
あり、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、ＴＣＲｌは位相制御されて遅相無効電
力を発生する。ＴＣＲＩを位相制御することにより遅相
無効電力が制御されるため、５ｖｃｓ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を発生できる
ことになる。

第４図はＳＶＣの制御装置を示している。第３図と同じ
機能の装置には同じ番号を付している。

３００は電力系統母線、２００は主回路トランス、２０
１は計器用変圧器、２０２は計器用変圧器、１００はＳ
ｖＣの制御装置であり、そのＳｖＣの制御装置は、下記
の装置で構成されている。１１１は系統電圧検出器、１
１２は電圧基準設定器、１１３はＳｖＣ電流検出器、１
１４は増幅器、１１５と１１６は加算器、１１７は積分
器、１１８は無効電流を点弧角に変換する為の変換回路
、１１９は位相制御回路である。第４図では電力系統母
線３００、主回路トランス２００、計器用変圧器２０１
．計器用変流器２０２およびＳＶＣ主回路３は単線結線
図で示している。電力系統母線３００の電圧は計器用変
圧器２０１を介して系統電圧検出器１１１により系統電
圧実行値ｖａｕｓとして検出され、電圧基準設定器１１
２からの電圧基準値Ｖｒｅｆたけ、加算器１１５により
減算され電圧誤差信号ΔＶが得られる。一方ＳｖＣ主回
路３に流れる電流は計器よう変流器２０２を介してＳｖ
Ｃ電流検出器１１３により、５ｖｃｆ！を流実効値ｌ５
ｖｃとして検出され、増幅器１１４でＫｓ倍され、スロ
ープリアクタンス信号（Ｉｓｖｃ欅Ｋｓ）として加算器
１１６に入力される。加算器１１６では電圧誤差信号Δ
Ｖとスロープリアクタンス信号（Ｉｓｖｃ　串Ｋｓ）が
加算された後、出方信号を積分器１１７の入力信号とす
る。積分器１１７の出方信号は誤差信号ΔＶを所定の範
囲とするために必要なＴＣＲＩが出力する遅相無効電流
を決定するＴＣＲ制御信号ＩＬとなっている。この制御
信号ＩＬは、変換回路１１８によって、工りを流すのに
必要とされる点弧角に変換される２位相制御回路１１９
では。

計器用変圧＄２０１で検出された系統電圧の位相と制御
電圧ＩＬに対応した点弧角αを決定し、ＴＣＲｌの各サ
イリスタに点弧パルスを出力する。第５図は第４図のＳ
ＶＣ制御装置によって生み出されるＳｖＣの電圧−電流
特性を説明する図である。

第５図（ａ）、　（ｂ）　、　（ｃ）は、ともに縦軸を
系統電圧実効値ｖａｕｓ、横軸をＳｖｃ電流実効値ｌ５
ｖｃとしており、５ｖｃｉｔ流実効値は遅れ電流実効値
を正の値として進み電流実効値を負の値とし、第４図の
増幅器１１４のゲインＫｓを０とした場合のｓｖｃの電
圧−電流特性である。

第５図（ａ）は第４図のＴＣＲＩが運転をしていない状
態、すなわちＴＣＲＩの各サイリスタＵ。

ｘ、Ｖ、Ｙ、Ｗ、Ｚに点弧パルスが与えられないゲート
ブロック状態での特性を示すもので、Ｆｅ２に流九る無
効電流実効値と系統電圧実効値ＶＢＵ９との関係が直線
アで与えられる。第４図の電圧基迎値■ｒｅｆでのＳｖ
ｃ電流実効値はｒｓｖｃｉとなっている。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ｖｓｖｃとの
関係を示しており、イはサイリスタの点弧角がリアクト
ルし１．Ｌ２．Ｌ３に最大電流を流す最小値となった時
、つは点弧角が最大値となった時の特性であり、第４図
のＳｖｃ制御装置１１０の制御が行なわれることにより
、実線工の特性が作り出される。ＳＶＣ電流実効値は電
圧基準値Ｖｒａｆで点弧角が最小値となった時点でｌ９
Ｖｅ２．最大値となった時点でｒｓｖｃｓとなる。第５
図（ｃ）はＴＣＲＩが運転中であり、Ｆｅ２のしゃ断器
ＣＢが閉じた状態での特性オであり、（ａ）の特性アと
（ｂ）の特性工を組み合わせたものとなっている。電流
基準値Ｖｒｅｆでのｓｖｃ電流は点弧角が最大値となっ
た場合ｒｓｖｃｔ　、点弧角が最小値となった場合ｘｓ
ｖｃ５となる。

ｌ５ＶＣ２−ｘｓｖｃａ　＝　ｌ９ｖｌｌ：４　　ｌ５
ｖｃ５の関係が成立している。なお（ｃ）図の特性オの
Ｂ−り点間およびＣ−０転間はＴＣＲｌのサイリスタの
位相制御ができず、ｆｆｉ力系腑安定化の機能遂行がで
きない部分であり、Ｂ−Ｃ朝間でのみ、ＴＣＲＩのサイ
リスタの位相制御ができ電力系統安定化の機能が遂行で
きる０次にＳｖＣを電力系統安定化装置として用いる時
の動作を説明するために、電力系統母線のＳｖＣ設置点
での電圧の変動を第６図および第７図に示す、第６図中
４００は発電機、５００は電力系統の線路（インピーダ
ンスＺｒ）、６００は可変リアクトル負荷を示し、Ａ点
がＳｖＣ設置点である０発電＠４００は電圧Ｅを発生し
、可変リアクトル負荷６００が所定値のとき線路を流れ
る電流がＩｎであれば、ＳｖＣ設置点Ａでの電圧はＶ＝
Ｅ−ＺｒＩｎで表わされる。第７図は発電機電圧Ｅが変動した場合の
５ｖｃＷ１１ｉ！点Ａの電圧−電流特性を示す図であり
、発電機電圧ＥがＥ。の場合力、Ｅ、＋ΔＶとなった場
合キ、Ｅ０−ΔＶとなった場合りの特性となる。

第８図はＳｖＣの電圧抑制効果を説明する図であり、第
４図の電圧基準Ｖｒｅｆを、第７図の発電機電圧Ｅ。に
詳しく設定した場合である。

第８図ではＳｖＣはＳｖＣの特性オにより第７図のＳＶ
ＣＭＦｆｉ点Ａでの電圧がΔＶ上昇した場合。

遅れ電流工、を流して、また電圧がΔＶ上下降た場合に
は進み電流工２を流して系統電圧ｖａｕｓを電圧基準値
Ｖｒａｆにすることを示している。

第９図は第４図の増幅器１１４のゲインＫｇを零にしな
い場合のＳｖＣの動作を説明する図である。

すがＳＶＣの電圧−電流特性であり、増幅器１１４のゲ
インＫｓを大きくするに従って折点Ｃと折点Ｂの傾きは
電圧基準値Ｖｒｅｆを軸として勾配が大きくなる。第９
図を第８図と比較するとケインＫｓが零でない所定値の
ときには発電機電圧の変動分ΔＶがあっても、ＳｖＣは
設置点の電圧を基準な圧Ｖｒｅｆに抑制せず、基準電圧
ＶｒｅｆからΔｖ１はずれた所に抑制するが、変動分Δ
Ｖが大きく変動しても第８図才の特性の時よりもＳｖＣ
の制御が働くことが分かる。

（発明が解決しようとする問題点）さて、このような構成におけるｓｖｃの大きな問題とし
てＳｖＣ用変圧変圧器流偏磁現象がある。

第１０図は、第４図における主回路変圧器２００とＴＣ
ＲＩとを組み合せた簡易回路を示している。

第１０図において１次巻線に交流電圧Ｖが印加されると
、鉄心には交流励磁電流工＾Ｃによる磁化力ＲＡｃが発
生し、交流磁束ＢＡＣが生じる。

一方、２次巻線において、直流電流よりｃが流入すると
、直流磁化力）１ｏｃが発生し直流磁束ｔ３ｏｃが生ず
る。この為、鉄心にはＢｍｌ　＝　ＢＡＣ＋　ＢＤＣな
る磁束が生ずることになり、この時の磁化力Ｈは、変圧
器のＢ−Ｈ曲線から、第１１図のごとくなる。

即ち、第１１図より明らかなごとく、変圧器の２次巻線
に直流電流が流入すると１次巻線には過渡的にしか直流
電流は流れないが、この直流電流により生ずる磁束が変
圧器の鉄心内に残存し、Ｍ終的に、Ｂ−Ｈ曲線の飽和領
域で運転されることになって、種々の問題を引き起す、
これが、いｂゆる直流偏磁現象である。この直流偏磁が
発生する原因として、系統の高調波特に第２高調波が考
えられる。ＳＶＣが設置される系統は弱小交流系統が多
く、弱小交流系統では第２高調波近辺に共振点が存在し
、その結果わずかなじよう乱でもそれが拡大される傾向
になるからである。

第１２図は、第２高調波が重畳した状態で、ＴＣＲｌを
点弧角α＝９０°で運転した場合の波形を示している。

この図より明らかなごとく、ＴＣＲ１を流れる電流ＩＬ
の値は全く同じ点弧角で運転されても大きく異なり、こ
のような状態が続くと直流偏磁が発生することは明らか
である。

従って、本発明の目的は、上述した変圧器の直流偏磁を
防止する為の手段を提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段）上記発明の目的を達成する為に、本発明においては直流
偏磁が発生する原因が、系統の高調波に帰因することに
着目し、同相内のサイリスタに与える点弧角を高調波に
よって補正しようとする機能を有することを特徴とする
。

（作用）このように構成されたものにおいては、同相内のサイリ
スタに与える点弧角を高調波によって補正されるのでと
直流電流が変圧器の２次巻線に流入することなく従って
変圧器の直流偏磁は発生しなくなる。

（実施例）本発明の一実施例を第１図に示す。第１図において第４
図と同一機能のものは同一符号で示す。

又、説明の便宜上第３図におけるＵ相バルブとＸ相バル
ブについて説明する。

第１図における１２０はフィルター回路で、第４図にお
ける計器用変圧器２０１で検出されたＲ相系統電圧は、
フィルター回路２０１で高調渡分を除去され商用周波数
成分のみ検出される。　１２１，１２２はレベル検出器
で、零点レベルを検出する。　１２３゜１２４はフリッ
プフロップ（以下ＦＦと略す、）で、ＦＦ１２３は位相
制御回路１１９の出力信号であるＵ相点弧パルスでセッ
トされ、ＦＦ１２４はＸ相点弧パルスでセットされそれ
らのＦＦ１２３．　ＦＦ１２４はレベル検出器１２１の
出力信号でリセットされる。　１２５゜１２６はアンド
素子、１２７，１２８はＦＦで、１２９，１３０は精分
器である。精分器１２９はＦＦ１２７の出力信号Ｑがロ
ジックレベル“１″のとき積分をし、ロジックレベルで
ｉｔ　Ｏｎの入力信号では、その積分値を保持し、Ｘ相
の点弧パルスで積分値はリセットされる。

−力積分器１３０はＦＦ１２ｇの出力信号がロジックレ
ベル“１″の時積分し、その積分値はＵ相点弧パルスで
リセットされる。１３１は加算器である。

このような構成において、第１２図に示したような第２
高調波が重畳した場合における本実施例の作用を第２図
にもとづいて説明する。

前述したごと＜、１２０はフィルター回路で商用周波数
成分のみをとり、１２１は零点レベルを検出するので、
１２１の出力は、０　＝　Ｏ’　、１８０’　、３６０
”　。

・・・の時点でロジックレベル１１１”となる、今、第
２高調波が重畳した時点をθ＝０′″とし、それ迄α＝
９０°で運転していたとすれば、ＦＦ１２３の出力信号
Ｑは、θ＝９０”からθ＝１８０″′　迄、ロジックレ
ベル゛′１″の状態を保つ、一方θ＝０２の時点でレベ
ル検出器１２２の出力信号はロジックレベルＩｆｆ　１
　ｊｌとなるので、アンド素子１２５の出力信号もロジ
ックレベル“１”となりＦＦ１２７がセットされる。従
ってＦＦ１２７の出力信号は、θ＝０２からθ＝１８０
”の時点迄ロジックレベル“１″となり、この期間積分
器１２９は積分される。この精分値は、加算器１３１に
加えられる。もし、第２高調波が発生していなくて、積
分器１２９の積分値が零の場合は、Ｘ相の点弧パルスも
Ｕ相と同じくα＝９０１の時点で即ちθ＝２７０°　の
時点で発生することになるが、積分器１２９の積分値が
補正として加算器１３１に加えられているので、その補
正分だけαが大きくなりＸ相の点弧パルスは例えばθ工
８２の時点で発生することになる６次に、ＦＦ１２４は
、Ｘ相の点弧パルスでセットされるので、ＦＦ１２４の
出力信号は。

θ＝０２からθ＝３６０°迄の期間ロッジレベル１′１
”の状態を保つが、この期間の間ではレベル検出器１２
２の出力信号はロジック・レベル１１１　ｒｓの状態に
はならないので、ＦＦ１２８はセットされず従って、精
分器１３０の出力信号は零である。即ち、加算器１３１
には補正はかからないので１次のサイクルのＵ相点弧パ
ルスはα＝９０’　、即ち０　＝４５０’　　で発生す
ることになる。このことは、Ｕ相バルブを介して系統に
供給される無効電流とＸ相バルブを介して系統に供給さ
れる無効電流が前述した補正操作により等しくなるので
、直流偏磁の原因がのぞかれることを意味している。

尚、第１図の実施例では、積分器１２９，１３０の出力
信号を直接加算したが、実際の適用にあたっては、比例
ゲインをもった増幅器等を介して加算したり、ＴＣＲＩ
の起動時、停止時等のしよう発生時には一時的に補正操
作を中断する等も考えられる。

〔発明の効果〕

以上述べたように１本発明によれば従来の制御回路に簡
単な回路を追加するのみで直流偏磁を防止できると言う
著しい効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は実施
例の説明図、第３図はＳＶＣの主回路の１構成例を示す
図、第４図はＳｖＣ制御装置の従来例を示すブロック図
、第５図はＳｖＣの制御特性を説明する図、第６図、第
７図は電力系統の負荷時性を説明する図、第８図、第９
図はＳｖＣの制御特性と電力系統の負荷特性によりＳｖ
Ｃの動作を説明する図、第１０図は変圧器とＴＣＲを組
み合せた簡易説明回路、第１１図は変圧器のＢ−Ｈ曲線
図、第１２図は従来技術を説明するための波形図を示す
。Ｒ，Ｓ、Ｔ・・・交流線路、Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚ−・・サイリスタ、Ｌ１〜Ｌよ
・・・リアクトル、０８〜Ｃ１・・・コンデンサー、Ｃ
Ｂ・・・しゃ断器、３００・・・電力系統母線、２００
・・・主回路トランス、２０１・・・計器用変圧器、２
０２・・・計器用変流器、１００・・・ＳｖＣ制御装置
、１１１・・・系統電圧検出器、１１２・・・電圧基準
設定器、１１３・・・ＳＶＣ電流検出器、１１４・・・
増幅器、１１５．１１６・・・加算器、　１１７・・・
積分器、１１ｇ・・・変換回路、　１１９・・・位相制
御回路。１２０・・・フィルター回路、１２１，１２２・・・レ
ベル検出器、１２３．１２４・・・フリップフロップ、
１２５．１２６・・・アンド素子。１２７．１２８・・・フリップフロップ、１２９，１３
０・・・積分器。１３１・・・加算器。代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　三俣弘文第１図第２図第３図（幻　　　　　　　　　　　（ｋ）　　　　　　　　　
　　　　　　（Ｃ）第５図第６図第８図第９図第１０図第１１図

Claims

【特許請求の範囲】

電力系統の電圧を制御する為の第１の手段、スロープリ
アクタンス信号を得る為の第２の手段、第１及び第２の
手段で得られた信号を加算する第３の手段、第３の手段
で得られた信号を比例積分する第４の手段、第４の手段
で得られた信号に対応する点弧角信号を得る為の第５の
手段、更に位相制御回路からなる第６の手段と、前記電
力系統の電圧歪にもとづいて、サイリスタに与える点弧
角信号を補正する第７の手段を具備してなる静止形無効
電力補償装置の制御装置。