JPWO2006064742A1 - Self-excited reactive power compensator - Google Patents

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伸彦 羽田野
伸彦 羽田野
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Abstract

高性能且つ高効率を両立した自励式無効電力補償装置であって、充放電機能を有する直流電源C1、C2、C3と、当該直流電源C1、C2、C3に接続され、その直流電源C1、C2、C3の電圧を交流電圧に変換して前記電力系統に出力する自励式インバータI1、I2、I3とからなる電源回路41、42、43を複数直列に接続して構成するとともに、前記それぞれの直流電源C1、C2、C3の電圧を互いに異ならせていることを特徴とする。A self-excited reactive power compensator that achieves both high performance and high efficiency, and is connected to the DC power sources C1, C2, and C3 having a charge / discharge function and the DC power sources C1, C2, and C3, and the DC power sources C1, C2 , And a plurality of power supply circuits 41, 42, and 43 including self-excited inverters I1, I2, and I3 that convert the voltage of C3 into an AC voltage and output the same to the power system. The voltages of the power supplies C1, C2, and C3 are different from each other.

Description

この発明は、電力系統に接続されて、その電力系統に無効電力を供給する無効電力補償装置に関し、特に自励式インバータを利用した自励式無効電力補償装置に関するものである。   The present invention relates to a reactive power compensator connected to a power system and supplying reactive power to the power system, and more particularly to a self-excited reactive power compensator using a self-excited inverter.

従来、電力系統の安定度向上に必要な電圧補償、あるいは受電設備容量の削減等に必要な力率改善を目的として自励式無効電力補償装置が設置されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a self-excited reactive power compensator is installed for the purpose of voltage compensation necessary for improving the stability of an electric power system or power factor improvement necessary for reducing power receiving facility capacity.

この自励式無効電力補償装置は、例えば特許文献1に示すように、1つのコンデンサを直流電源とし、そのコンデンサから出力される直流電圧をインバータにより交流電圧に変換して、その交流電圧を電力系統に出力するようにしている。   In this self-excited reactive power compensator, for example, as shown in Patent Document 1, a single capacitor is used as a DC power source, a DC voltage output from the capacitor is converted into an AC voltage by an inverter, and the AC voltage is converted into a power system. To output.

ところが、この自励式無効電力補償装置のインバータ制御には、PWM制御が用いられており、性能と損失との間にトレードオフの関係がある。つまり、自励式無効電力補償装置の性能を向上させるためには、多パルス化するためにスイッチ回数を増やす必要があるが、これによりインバータを構成する半導体スイッチ素子による電力損失が無視できなくなり高効率化を図ることができないという問題がある。   However, PWM control is used for inverter control of this self-excited reactive power compensator, and there is a trade-off relationship between performance and loss. In other words, in order to improve the performance of the self-excited reactive power compensator, it is necessary to increase the number of switches in order to increase the number of pulses. There is a problem that it cannot be achieved.

一方で、半導体スイッチ素子による電力損失を無くし高効率化を図るためには、スイッチ回数を可及的に少なくしなければならないが、そうすると出力電流を精度良く調整できず,系統電圧の安定化に支障が生じたり,系統へ高調波が流出するといった問題が生じてしまう。
特開平8−137564
On the other hand, in order to eliminate the power loss due to the semiconductor switch element and achieve high efficiency, it is necessary to reduce the number of switches as much as possible. However, if this is done, the output current cannot be adjusted accurately and the system voltage can be stabilized. Problems such as troubles and outflow of harmonics to the system will occur.
JP-A-8-137564

そこで本発明は、上記性能と損失との間のトレードオフの関係を一挙に解決し、高性能且つ高効率を両立した自励式無効電力補償装置を提供することをその主たる所期課題とするものである。   Accordingly, the main object of the present invention is to provide a self-excited reactive power compensator that solves the trade-off relationship between the performance and the loss at once and provides both high performance and high efficiency. It is.

すなわち本発明に係る自励式無効電力補償装置は、電力系統に並列に接続され、その電力系統に出力電圧である無効電力を供給することにより、当該電力系統の電圧調整や負荷の力率改善を行う自励式無効電力補償装置であって、充放電機能を有する直流電源と、当該直流電源に接続され、その直流電源が出力する直流電圧を交流電圧に変換して前記電力系統に出力する自励式インバータとからなる電源回路を複数直列に接続して構成するとともに、前記それぞれの直流電源の電圧を互いに異ならせていることを特徴とする。   That is, the self-excited reactive power compensator according to the present invention is connected in parallel to the power system and supplies reactive power as an output voltage to the power system, thereby adjusting the voltage of the power system and improving the power factor of the load. A self-excited reactive power compensator for performing a self-excited reactive power compensator, which is connected to the DC power source having a charge / discharge function, converts a DC voltage output from the DC power source into an AC voltage, and outputs the AC voltage to the power system. A plurality of power supply circuits composed of inverters are connected in series, and the voltages of the respective DC power supplies are different from each other.

このようなものであれば、異なる出力電圧の電源回路を複数直列に接続して構成しており、その組み合わせにより出力する電圧の大きさを変化させることが出来、インバータ全体の等価的なスイッチ回数を減らすことが出来るので高性能且つ高効率の自励式無効電力補償装置を提供することができる。   If this is the case, a plurality of power supply circuits with different output voltages are connected in series, and the magnitude of the output voltage can be changed by the combination of the power supply circuits. Therefore, a high-performance and high-efficiency self-excited reactive power compensator can be provided.

具体的な実施の形態としては、前記それぞれの直流電源に充電させる直流電圧の電圧比が略2のべき乗の関係にあることが望ましい。   As a specific embodiment, it is desirable that the voltage ratio of the DC voltage charged to each of the DC power sources is in a power-of-two relationship.

前記直流電源としては、コンデンサが考えられる。   A capacitor is conceivable as the DC power source.

例えばコンデンサを用いた場合には、それぞれのコンデンサより入出力するエネルギの総和は理想的にはゼロであるが、現実にはインバータの損失を補填する有効電流及びインバータにより生じる高調波電流が同時に流れるため、これらを含めてそれぞれのコンデンサより入出力するエネルギの総和がゼロになるように制御する必要がある。その必要性を具備するためには、前記出力電圧と前記系統電圧との位相差を制御して、前記電力系統と前記それぞれのコンデンサの間で入出力するエネルギを調整する制御部を備えていることが望ましい。   For example, when capacitors are used, the total energy input / output from each capacitor is ideally zero, but in reality, an effective current that compensates for the loss of the inverter and a harmonic current generated by the inverter flow simultaneously. Therefore, it is necessary to control so that the total sum of energy input and output from each capacitor including these becomes zero. In order to satisfy the necessity, a control unit is provided that controls the phase difference between the output voltage and the system voltage to adjust energy input and output between the power system and the respective capacitors. It is desirable.

各々のコンデンサの電圧を一定にして一層高性能化するためには、前記制御部が、所望の出力電圧を出力する際に、前記それぞれのコンデンサ間の電圧比を所定の値に可及的に近づけるように、前記自励式インバータ毎の動作を定めるものであることが望ましい。   In order to achieve higher performance by keeping the voltage of each capacitor constant, when the control unit outputs a desired output voltage, the voltage ratio between the capacitors is set to a predetermined value as much as possible. It is desirable to define the operation for each self-excited inverter so as to approach each other.

本発明の効果をより一層高めるためには、前記制御部が、交流周波数の1/4サイクル毎又は1/2サイクル毎又は整数サイクル毎に前記それぞれのコンデンサ毎に入出力するエネルギの総和が平均が略ゼロとなるように調整することが好ましい。   In order to further enhance the effect of the present invention, the control unit calculates the average sum of energy input and output for each capacitor every quarter cycle, every half cycle, or every integer cycle of the AC frequency. Is preferably adjusted to be substantially zero.

さらに、出力電圧に関わらず、常に15レベルの高精度な電圧出力を実現するためには、前記制御部が、例えば半導体スイッチ素子、コンデンサ又はリアクトル等の構成部品の耐電圧性能および電流容量に基づいて、前記無効電力を出力するための出力電圧の上下限を制限し、その範囲において、前記それぞれの直流電源の電圧の和を前記出力電圧と可及的に略等しくなるように前記自励式インバータ毎の動作を定めるものであることが好ましい。   Further, in order to always realize a high-accuracy voltage output of 15 levels regardless of the output voltage, the control unit is based on the withstand voltage performance and current capacity of components such as a semiconductor switch element, a capacitor or a reactor, for example. The self-excited inverter is configured so as to limit the upper and lower limits of the output voltage for outputting the reactive power, and within that range, the sum of the voltages of the respective DC power sources is made as substantially as possible as the output voltage. It is preferable to define each operation.

さらに加えて、本発明に係る自励式無効電力補償装置は、電力系統に並列に接続され、その電力系統に無効電力を供給することにより、当該電力系統の電圧調整や負荷の力率改善を行う自励式無効電力補償装置であって、コンデンサと、当該コンデンサに接続され、そのコンデンサの電圧を交流電圧に変換して前記電力系統に出力する自励式インバータとからなる電源回路を3組直列に接続して構成するとともに、前記出力電圧と前記系統電圧との位相差を制御して、前記電力系統と前記それぞれのコンデンサの間で入出力するエネルギの総和を調整する制御部を備え、前記それぞれのコンデンサの電圧が略4:2:1の関係であり、前記制御部が、例えば半導体スイッチ素子、コンデンサ又はリアクトル等の構成部品の耐電圧性能および電流容量に基づいて、前記無効電力を出力するための出力電圧の上下限を制限し、その範囲において、前記コンデンサ電圧の和を前記出力電圧と可及的に略等しくし、かつ前記それぞれのコンデンサの電圧の比が略4:2:1の関係を維持するように、前記自励式インバータ毎の動作を定めるものであることを特徴とする。   In addition, the self-excited reactive power compensator according to the present invention is connected in parallel to the power system and supplies reactive power to the power system, thereby adjusting the voltage of the power system and improving the power factor of the load. A self-excited reactive power compensator that is connected in series to a power supply circuit comprising a capacitor and a self-excited inverter that is connected to the capacitor and converts the voltage of the capacitor into an AC voltage and outputs the AC voltage to the power system. And a control unit that controls the phase difference between the output voltage and the system voltage, and adjusts the total sum of energy input and output between the power system and the respective capacitors. The voltage of the capacitor has a relationship of approximately 4: 2: 1, and the control unit performs the withstand voltage performance and voltage of components such as a semiconductor switch element, a capacitor, or a reactor. Based on the capacity, the upper and lower limits of the output voltage for outputting the reactive power are limited, and in that range, the sum of the capacitor voltages is made as substantially as possible as the output voltage, and The operation of each self-excited inverter is determined so that the voltage ratio maintains a relationship of approximately 4: 2: 1.

このようなものであれば、所望の出力電圧に応じて、コンデンサ電圧の大きさを略4:2:1の関係を維持しながら上下させることができ、出力電圧に関わらず常に15レベルの高精度な電圧出力を可能にすることができる。   If this is the case, the magnitude of the capacitor voltage can be raised or lowered in accordance with the desired output voltage while maintaining a substantially 4: 2: 1 relationship. Accurate voltage output can be made possible.

このように構成した本発明によれば、異なる出力電圧の電源回路を複数直列に接続して構成しており、その組み合わせにより出力する電圧の大きさ変化させることが出来、インバータ全体の等価的なスイッチ回数を減らすことが出来るので高性能且つ高効率の自励式無効電力補償装置を提供することができる。   According to the present invention configured as described above, a plurality of power supply circuits having different output voltages are connected in series, and the magnitude of the output voltage can be changed by the combination thereof. Since the number of switches can be reduced, a high-performance and high-efficiency self-excited reactive power compensator can be provided.

本実施形態の第1実施形態に係る自励式無効電力補償装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a self-excited reactive power compensator according to a first embodiment of the present embodiment. 同実施形態における情報処理装置の機器構成図。The equipment block diagram of the information processing apparatus in the embodiment. 同実施形態における情報処理装置の機能構成図。The function block diagram of the information processing apparatus in the embodiment. 同実施形態におけるインバータの制御方法を示すブロック線図。The block diagram which shows the control method of the inverter in the embodiment. 同実施形態におけるインバータの制御方法の出力レベルの組み合わせ及びその時のコンデンサ電圧条件を示す表。The table | surface which shows the combination of the output level of the control method of the inverter in the embodiment, and the capacitor voltage condition at that time. 同実施形態における各電源回路の動作タイミングを示す図。The figure which shows the operation timing of each power supply circuit in the embodiment. 同実施形態において出力レベル1の電圧を出力する際のインバータの充電及び放電を示す図。The figure which shows charge and discharge of an inverter at the time of outputting the voltage of the output level 1 in the same embodiment. 従来の3パルスインバータを用いた自励式無効電力補償装置の動作シミュレーションの結果を示す図。The figure which shows the result of the operation simulation of the self-excited reactive power compensation apparatus using the conventional 3 pulse inverter. 従来の16パルスインバータを用いた自励式無効電力補償装置の動作シミュレーションの結果を示す図。The figure which shows the result of the operation simulation of the self-excited reactive power compensation apparatus using the conventional 16 pulse inverter. 同実施形態に係る自励式無効電力補償装置の動作シミュレーションの条件設定を示す図。The figure which shows the condition setting of the operation simulation of the self-excited reactive power compensation apparatus which concerns on the same embodiment. 同シミュレーションにおける各インバータの動作を示す図。The figure which shows operation | movement of each inverter in the simulation. 同シミュレーションにおけるコンデンサ電圧の推移を示す図。The figure which shows transition of the capacitor voltage in the simulation. 同シミュレーションにおける出力電圧の位相調整量の推移を示す図。The figure which shows transition of the phase adjustment amount of the output voltage in the simulation. 同シミュレーションにおける系統電流等を示す図。The figure which shows the system current etc. in the simulation. コンデンサ電圧の合計値及びそのときの各電源回路の動作タイミングを示す図。The figure which shows the total value of a capacitor voltage, and the operation timing of each power supply circuit at that time. 本発明の第2実施形態に係る自励式無効電力補償装置のインバータの制御方法を示すブロック図。The block diagram which shows the control method of the inverter of the self-excitation reactive power compensator which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 同実施形態に係る自励式無効電力補償装置の動作シミュレーションの条件設定を示す図。The figure which shows the condition setting of the operation simulation of the self-excited reactive power compensation apparatus which concerns on the same embodiment. 同実施形態に係る自励式無効電力補償装置の動作シミュレーションの結果を示す図。The figure which shows the result of the operation simulation of the self-excited reactive power compensation apparatus which concerns on the same embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・自励式無効電力補償装置、V・・・系統電圧、VSVC・・・出力電圧、41、42、43・・・電源回路、C1、C2、C3・・・直流電源(コンデンサ)、I1、I2、I3・・・自励式インバータ、82・・・制御部1 ... self-excited reactive power compensator, V p ... system voltage, V SVC ... output voltage, 41, 42, 43 ... power supply circuit, C1, C2, C3 ... DC power supply (capacitor ), I1, I2, I3... Self-excited inverter, 82.

<第1実施形態>   <First Embodiment>

以下に本発明に係る自励式無効電力補償装置の第1実施形態について図面を参照して説明する。   A self-excited reactive power compensator according to a first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本実施形態の自励式無効電力補償装置1は、図1に示すように、交流電源2と負荷(需要家)3とを含む電力系統において、負荷(需要家)3に対して並列に接続され、その電力系統に無効電力を供給することにより、当該電力系統の系統電圧の調整や負荷力率の改善を行うものである。   As shown in FIG. 1, a self-excited reactive power compensator 1 according to this embodiment is connected in parallel to a load (customer) 3 in an electric power system including an AC power supply 2 and a load (customer) 3. By supplying reactive power to the power system, the system voltage of the power system is adjusted and the load power factor is improved.

この自励式無効電力補償装置1の構成は、電源回路41、42、43及び当該電源回路41、42、43の直流電源C1、C2、C3に初期電力を充電するための初期充電用回路5からなる。ここで、電源回路41、42、43を直列に接続することにより自励式無効電力補償装置1を構成している。   The self-excited reactive power compensator 1 includes a power supply circuit 41, 42, 43 and an initial charging circuit 5 for charging initial power to the DC power sources C1, C2, C3 of the power supply circuits 41, 42, 43. Become. Here, the self-excited reactive power compensator 1 is configured by connecting power supply circuits 41, 42, and 43 in series.

各部を詳述する。   Each part will be described in detail.

電源回路41、42、43は、充放電機能を有する直流電源C1、C2、C3と、当該直流電源C1、C2、C3に接続され、その直流電源C1、C2、C3が出力する電圧Vh、Vm、Vlを交流電圧に変換して前記電力系統に出力する自励式インバータI1、I2、I3とからなる。   The power supply circuits 41, 42, and 43 are connected to the DC power supplies C1, C2, and C3 having charge / discharge functions and the DC power supplies C1, C2, and C3, and the voltages Vh and Vm output from the DC power supplies C1, C2, and C3. , Vl is converted into an AC voltage and output to the power system by self-excited inverters I1, I2, and I3.

直流電源C1、C2、C3は、コンデンサであり、後述する初期充電用回路5によりそれぞれの初期充電電圧Vh、Vm、Vlの電圧比がそれぞれ2のべき乗の関係つまり、それぞれの充電電圧Vh、Vm、Vlを最小充電電圧Vlに対して略2倍(n=0、1、2)になるように充電する。即ち、Vh=2×Vm=2×2×Vlの関係となるように充電している。具体的には、初期充電電圧Vh、Vm、Vlをそれぞれ基準とする交流電圧の波高値の60[%]、30[%]、15[%]としている。The direct current power sources C1, C2, and C3 are capacitors, and the initial charging voltage Vh 0 , Vm 0 , and Vl 0 are each set to a power of 2 by the initial charging circuit 5 described later, that is, the respective charging voltages. Vh 0 , Vm 0 , and Vl 0 are charged so as to be approximately 2 n times (n = 0, 1, 2) with respect to the minimum charging voltage Vl 0 . That is, charging is performed so that Vh 0 = 2 × Vm 0 = 2 × 2 × Vl 0 is satisfied. Specifically, the peak values of the alternating voltage with reference to the initial charging voltages Vh 0 , Vm 0 , and Vl 0 are set to 60 [%], 30 [%], and 15 [%], respectively.

自励式インバータI1、I2、I3は、半導体スイッチ素子I11、I21、I31とそれに逆並列されたダイオードI12、I22、I32から構成したフルブリッジインバータであり、コンデンサC1、C2、C3に接続して、そのコンデンサC1、C2、C3の直流電圧Vh、Vm、Vlを交流電圧に変換して電力系統に出力するものである。本実施形態では半導体スイッチ素子I11、I21、I31として、オン時の飽和電圧が小さく電力損失が少ないIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いている。この自励式インバータI1、I2、I3は、後述する情報処理装置8の制御部82を用いて、ゲートへの駆動信号によりオンオフ制御され、動作パターン(スイッチパターン)が制御されるようにしている。   Self-excited inverters I1, I2, and I3 are full-bridge inverters composed of semiconductor switch elements I11, I21, and I31 and diodes I12, I22, and I32 anti-parallel to them, and are connected to capacitors C1, C2, and C3. The DC voltages Vh, Vm, and Vl of the capacitors C1, C2, and C3 are converted into AC voltages and output to the power system. In the present embodiment, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are used as the semiconductor switch elements I11, I21, and I31, which have a small saturation voltage when turned on and a small power loss. The self-excited inverters I1, I2, and I3 are controlled to be turned on and off by a drive signal to the gate using a control unit 82 of the information processing apparatus 8 to be described later, so that an operation pattern (switch pattern) is controlled.

初期充電用回路5は、コンデンサC1、C2、C3に直流電圧Vh、Vm、Vlを充電するためのもので、充電用トランス51を含み、前記コンデンサC1、C2、C3に対して並列に接続している。なお、充電動作は装置起動時にのみ行われる。充電が完了すれば、図示しないスイッチにより前記コンデンサC1、C2、C3から電気的に切り離され、自励式無効電力補償装置1の動作には、なんら影響を与えない。The initial charging circuit 5 is for charging DC voltages Vh 0 , Vm 0 , Vl 0 to the capacitors C 1, C 2, C 3, and includes a charging transformer 51, which is parallel to the capacitors C 1, C 2, C 3. Connected to. The charging operation is performed only when the apparatus is activated. When charging is completed, the capacitors C1, C2, and C3 are electrically disconnected by a switch (not shown), and the operation of the self-excited reactive power compensator 1 is not affected at all.

しかして、本実施形態は、系統電圧Vの位相角を測定するための位相測定部6、コンデンサ電圧Vh、Vm、Vlを測定するためのコンデンサ電圧測定部7、系統電圧Vの波高値を測定するための系統電圧測定部9及びそれらからの測定データに基づいて出力電圧VSVCの波高値と位相を調整するための情報処理装置8を備えるようにしている。Thus, the present embodiment, the capacitor voltage measuring unit 7 for measuring the phase measuring unit 6 for measuring the phase angle of the system voltage V p, the capacitor voltage Vh, Vm, and Vl, the peak value of the system voltage V p The system voltage measuring unit 9 for measuring the output voltage V SVC and the information processing device 8 for adjusting the peak value and phase of the output voltage V SVC based on the measurement data therefrom are provided.

位相測定部6は、系統電圧Vの位相角を測定するものであり、その測定結果を示す位相角測定データを情報処理装置8に出力するものである。Phase measuring unit 6 is for measuring the phase angle of the system voltage V p, and outputs a phase angle measurement data indicating the measurement result to the information processing apparatus 8.

コンデンサ電圧測定部7は、コンデンサC1、C2、C3に充電されている電圧Vh、Vm、Vlを測定するためのものであり、その電圧測定データを情報処理装置8に出力するものである。   The capacitor voltage measurement unit 7 is for measuring voltages Vh, Vm, and Vl charged in the capacitors C1, C2, and C3, and outputs the voltage measurement data to the information processing device 8.

系統電圧測定部9は、系統電圧Vの波高値を測定して、その測定結果を示す系統電圧測定データを情報処理装置8に出力するものである。System voltage measuring unit 9 measures the peak value of the system voltage V p, and outputs the system voltage measurement data indicating the measurement result to the information processing apparatus 8.

情報処理装置8は、図2に示すように、その機器構成はCPU801、メモリ802、入出力インターフェイス803等を備えた汎用乃至専用のコンピュータであり、前記メモリ802の所定領域に記憶させた所定プログラムにしたがってCPU801、周辺機器等を協働させることにより、図3に示すように、受付部81及び制御部82等としての機能を発揮する。   As shown in FIG. 2, the information processing apparatus 8 is a general purpose or dedicated computer having a CPU 801, a memory 802, an input / output interface 803, etc., and a predetermined program stored in a predetermined area of the memory 802. As shown in FIG. 3, the CPU 801, peripheral devices, and the like cooperate with each other so that the functions of the reception unit 81, the control unit 82, and the like are exhibited.

受付部81は、前述した各測定部からその測定データを受信して、制御部82に出力するものである。   The receiving unit 81 receives the measurement data from each measurement unit described above and outputs it to the control unit 82.

制御部82は、受付部81が受信した各測定データに基づいて、前記出力電圧VSVCと前記系統電圧Vとの位相差を制御して、交流周波数の1サイクル毎に前記電力系統と前記コンデンサC1、C2、C3の間で入出力するエネルギの総和の平均がゼロとなるように調整するものである。つまり、各々のコンデンサ電圧Vh、Vm、Vlを監視して充電エネルギと初期充電エネルギとの差に応じて電力系統との間で有効電力の出し入れを行い、前記コンデンサC1、C2、C3の充電エネルギの総和Eが一定値となるように制御するものである。The control unit 82 controls the phase difference between the output voltage V SVC and the system voltage V p based on each measurement data received by the reception unit 81, and the power system and the Adjustment is made so that the average of the total energy input and output between the capacitors C1, C2, and C3 becomes zero. That is, the capacitor voltages Vh, Vm, and Vl are monitored, and active power is transferred to and from the power system according to the difference between the charging energy and the initial charging energy, and the charging energy of the capacitors C1, C2, and C3. in which the sum E c of is controlled to be a constant value.

具体的には図4のブロック線図に示すように系統電圧Vに対する出力電圧VSVCの位相差φを決定し、自励式無効電力補償装置1の出力電圧VSVCの目標電圧Vrefを以下の式により計算して、インバータI1、I2、I3を制御するものである。Specifically, as shown in the block diagram of FIG. 4, the phase difference φ of the output voltage V SVC with respect to the system voltage V p is determined, and the target voltage V ref of the output voltage V SVC of the self-excited reactive power compensator 1 is The inverters I1, I2, and I3 are controlled by the following equation.

ここで、Vは交流電源2の交流電圧の波高値、Xは電力系統のインピーダンス、XSVCは自励式無効電力補償装置1のリアクトル10のインピーダンス、Qは一般的なSVCと同様に連系点電圧Vの制御や、力率改善などの目的に応じて、情報処理装置8により演算される。 Here, V p is the peak value of the AC voltage of the AC power source 2, X p is the impedance of the power system, X SVC is the impedance of the reactor 10 of the self-excited reactive power compensator 1, and Q is connected in the same way as general SVC. control of the system point voltage V t, depending on the purpose, such as power factor correction, is calculated by the information processing apparatus 8.

なお、図4のブロック線図においては、定数Kは総和Eと基準値Erefの誤差是正に要する時間を調整するための定数であり、定数Kは総和Eの時間的な振動を抑制するための定数である。また、定数Kは、中間変数Pを総和Eと基準値Erefの誤差是正のための電力とみなし、それを自励式無効電飾補償装置1と電力系統との間でやりとりするための系統電圧Vと出力電圧VSVCの位相差φに換算するための定数である。In the block diagram of FIG. 4, the constant K 1 is a constant for adjusting the time required to correct the error between the sum E c and the reference value E ref , and the constant K 2 is the temporal vibration of the sum E c. It is a constant for suppressing The constant K 3 is used to treat the intermediate variable P as power for correcting the error between the sum E c and the reference value E ref , and exchange it between the self-excited reactive decoration compensation device 1 and the power system. It is a constant for converting into the phase difference φ between the system voltage Vp and the output voltage VSVC .

ここで全コンデンサに蓄積されたエネルギの総和E、基準値Erefは、Here, the total energy E c stored in all capacitors and the reference value E ref are:

とそれぞれ表される。なお、C1は、コンデンサC1の静電容量、C2は、コンデンサC2の静電容量、C3は、コンデンサC3の静電容量である。 Respectively. C1 is the capacitance of the capacitor C1, C2 is the capacitance of the capacitor C2, and C3 is the capacitance of the capacitor C3.

さらに、制御部82は電圧VSVCを出力する際に、前記それぞれのコンデンサC1、C2、C3間の電圧比を所定の値(Vh:Vm:Vl=4:2:1)に可及的に近づけるように、前記自励式インバータI1、I2、I3毎の動作パターンを定めるものである。Further, when the control unit 82 outputs the voltage V SVC , the voltage ratio between the capacitors C1, C2, and C3 is set to a predetermined value (Vh: Vm: Vl = 4: 2: 1) as much as possible. The operation patterns for each of the self-excited inverters I1, I2, and I3 are determined so as to approach each other.

具体的な自励式インバータI1、I2、I3の動作パターンについて以下に述べる。   Specific operation patterns of the self-excited inverters I1, I2, and I3 will be described below.

コンデンサC1、C2、C3には、初期充電状態ではVh=2×Vm=2×2×Vlの関係の電圧Vh、Vm、Vlを充電しているので、インバータI1、I2、I3の動作パターンを選択の仕方により、7段階のレベルの電圧VSVCを出力することができる。このとき最小出力レベルをレベル1とする。また同一レベルの電圧VSVCを出力するにあたりインバータI1、I2、I3の動作パターンが複数通り選択可能な場合がある。Since the capacitors C1, C2, and C3 are charged with voltages Vh 0 , Vm 0 , and Vl 0 in a relationship of Vh 0 = 2 × Vm 0 = 2 × 2 × Vl 0 in the initial charging state, the inverters I1, I2 The voltage V SVC at seven levels can be output depending on how the operation pattern of I3 is selected. At this time, the minimum output level is set to level 1. Further, there are cases where a plurality of operation patterns of the inverters I1, I2, and I3 can be selected when outputting the voltage V SVC at the same level.

自励式インバータI1、I2、I3の動作パターンは、コンデンサC1、C2、C3の初期充電電圧Vh、Vm、Vlを正規化した値(Vh、2Vm、4Vl)と出力時の充電電圧を正規化した値(Vh、2Vm、4Vl)とを比較して、その値が乖離しているコンデンサC1、C2、C3の順番に優先的に補正するように決定している。Operation pattern of the self-excited inverter I1, I2, I3, the capacitor C1, C2, C3 initial charging voltage Vh 0 of, Vm 0, Vl 0 normalized values (Vh 0, 2Vm 0, 4Vl 0) and at the output It compares with the value (Vh, 2Vm, 4Vl) which normalized the charging voltage, and determines so that it may correct | amend preferentially in order of the capacitor | condenser C1, C2, C3 from which the value has deviated.

つまり、図5の表に示すように、コンデンサC1、C2、C3それぞれの電圧Vh、Vm、Vlの状態が、コンデンサ電圧条件のいずれの関係に当てはまるかにより、出力レベルに応じてその動作パターン、つまり放電及び充電を決定する。図5の表において「1」の場合にはそのコンデンサC1、C2、C3から放電し、「−1」の場合にはコンデンサC1、C2、C3へ充電する。但し、出力電流ISVCと出力電圧とが逆極性の場合は充放電関係が逆になる。さらに、この場合にはコンデンサ電圧条件の不等号の向きも反対になる。さらに、図6には、電源回路41、42、43に所定の出力動作をさせ、装置1の出力電圧VSVC及び出力電流ISVCを出力する各電源回路41、42、43の動作タイミングを示している。That is, as shown in the table of FIG. 5, depending on which of the capacitor voltage conditions the states of the voltages Vh, Vm, and V1 of the capacitors C1, C2, and C3 correspond to the output levels, That is, discharging and charging are determined. In the table of FIG. 5, when the value is “1”, the capacitors C1, C2, and C3 are discharged, and when the value is “−1”, the capacitors C1, C2, and C3 are charged. However, when the output current ISVC and the output voltage are opposite in polarity, the charge / discharge relationship is reversed. In this case, the direction of the inequality sign of the capacitor voltage condition is also reversed. Further, FIG. 6 shows the operation timing of each of the power supply circuits 41, 42, 43 that causes the power supply circuits 41, 42, 43 to perform a predetermined output operation and outputs the output voltage V SVC and the output current I SVC of the device 1. ing.

次に、具体例として図7にレベル1の電圧VSVCを出力する場合の例を示す。レベル1の電圧VSVCを出力するためのコンデンサ電圧Vh、Vm、Vlの組み合わせとしては、Next, as a specific example, FIG. 7 shows an example in which the voltage V SVC of level 1 is output. As a combination of the capacitor voltages Vh, Vm, and Vl for outputting the level 1 voltage V SVC ,

(1)コンデンサ電圧Vlのみを放電する場合、   (1) When discharging only the capacitor voltage Vl,

(2)コンデンサ電圧Vmを放電し、コンデンサ電圧Vlを充電する場合、   (2) When discharging the capacitor voltage Vm and charging the capacitor voltage Vl,

(3)コンデンサ電圧Vhを放電し、コンデンサ電圧Vm及びコンデンサ電圧Vlを充電する場合、   (3) When discharging the capacitor voltage Vh and charging the capacitor voltage Vm and the capacitor voltage Vl,

の3通りがある。これにより、コンデンサ電圧Vm、Vlを充電することも放電することも出力パターンの選択の仕方によって可能となる。つまり、それぞれの出力レベル毎に、インバータI1、I2、I3の動作パターンを選択することで、各電源回路41、42、43のコンデンサ電圧Vh、Vm、Vlが調整可能となる。   There are three ways. This makes it possible to charge and discharge the capacitor voltages Vm and Vl depending on how the output pattern is selected. That is, the capacitor voltages Vh, Vm, and Vl of the power supply circuits 41, 42, and 43 can be adjusted by selecting the operation pattern of the inverters I1, I2, and I3 for each output level.

次に、このように構成した本実施形態に係る自励式無効電力補償装置1の動作を以下に述べる。   Next, the operation of the self-excited reactive power compensator 1 according to this embodiment configured as described above will be described below.

まず、自励式無効電力補償装置1を起動すると、系統電圧測定部9が系統電圧Vの波高値を測定し、位相測定部6が系統電圧Vの位相を測定し、コンデンサ電圧測定部7がコンデンサ電圧Vh、Vm、Vlを測定して、それぞれ測定データを情報処理装置8に出力する。そして、その測定データを情報処理装置8が受信して、制御部82により電力系統に無効電力VSVCを供給し始める。First, when the self-excited reactive power compensator 1 is activated, the system voltage measuring unit 9 measures the peak value of the system voltage V p , the phase measuring unit 6 measures the phase of the system voltage V p , and the capacitor voltage measuring unit 7 Measures the capacitor voltages Vh, Vm, and Vl and outputs the measurement data to the information processing device 8, respectively. Then, the information processing apparatus 8 receives the measurement data, and the control unit 82 starts supplying reactive power V SVC to the power system.

その後に、コンデンサ電圧Vh、Vm、Vlに変動が生じた場合には、制御部82が位相測定データ及びコンデンサ電圧測定データに基づいて、図4の制御ブロック線図に示される制御手法により出力電圧VSVCの位相を調整する。これにより、コンデンサC1、C2、C3の充電エネルギの総和Eが調整される。Thereafter, when fluctuations occur in the capacitor voltages Vh, Vm, and Vl, the control unit 82 outputs the output voltage by the control method shown in the control block diagram of FIG. 4 based on the phase measurement data and the capacitor voltage measurement data. Adjust the phase of V SVC . Thus, the capacitor C1, C2, C3 sum E c of the charging energy is adjusted.

さらに制御部82は、コンデンサ電圧測定データにより、コンデンサ電圧Vh、Vm、Vlが図5のコンデンサ電圧条件のいずれに当てはまるかを判断し、各インバータI1、I2、I3の半導体スイッチ素子I11、I21、I31の動作パターンを選択し、インバータ駆動回路11にインバータ駆動信号を出力する。これにより、インバータI1、I2、I3が所望の動作をして出力電圧VSVCを出力すると共にコンデンサ電圧Vh、Vm、Vlの電圧比がVh:Vm:Vl=4:2:1の関係に補正される。Further, the control unit 82 determines, based on the capacitor voltage measurement data, which of the capacitor voltage conditions in FIG. 5 the capacitor voltages Vh, Vm, Vl apply, and the semiconductor switch elements I11, I21, The operation pattern of I31 is selected and an inverter drive signal is output to the inverter drive circuit 11. Thereby, inverters I1, I2, capacitor voltage Vh with I3 outputs the output voltage V SVC to the desired operation, Vm, the voltage ratio of Vl is Vh: Vm: Vl = 4: 2: Correction 1 relationship Is done.

次に、図10に示す具体的な条件設定による自励式無効電力補償装置1の動作シミュレーションの結果を示す。本シミュレーションにおいては、装置1の起動後時刻2[S]〜4[S]において20%の電圧低下が発生したとしている。ここでは、今まで用いてきた直流電源の電圧の[%]を[V]と読み替える。なお、比較のため、従来の3パルス(搬送波周波数180Hz)PWMインバータのみを用いた場合の動作シミュレーション結果を図8に、16パルス(搬送波周波数960Hz)PWMインバータのみを用いた場合の動作シミュレーション結果を図9に示す。   Next, the result of the operation simulation of the self-excited reactive power compensator 1 with the specific condition setting shown in FIG. 10 is shown. In this simulation, it is assumed that a voltage drop of 20% has occurred at times 2 [S] to 4 [S] after activation of the apparatus 1. Here, [%] of the voltage of the DC power supply used so far is read as [V]. For comparison, FIG. 8 shows an operation simulation result when only a conventional 3-pulse (carrier frequency 180 Hz) PWM inverter is used, and FIG. 8 shows an operation simulation result when only a 16-pulse (carrier frequency 960 Hz) PWM inverter is used. As shown in FIG.

図11に示すように、制御部82によってインバータI1、I2、I3がPWM制御され、出力電圧VSVCが調整される。このとき、インバータI1、I2、I3のスイッチ回数は、半周期毎にコンデンサ電圧Vhは1パルス、コンデンサ電圧Vmは3パルス、コンデンサ電圧Vlは7パルスであり、等価的なスイッチ回数は2.4パルス(=(60[V]×1パルス+30[V]×3パルス+15[V]×7パルス)/105[V])とみなすことができ、3パルスインバータ以下であることが確認できる。さらに、図8、図9の結果に比べて出力電圧VSVCの高調波成分がはるかに少ないことがわかる。As shown in FIG. 11, the inverters I1, I2, and I3 are PWM-controlled by the control unit 82, and the output voltage V SVC is adjusted. At this time, the number of switches of the inverters I1, I2, and I3 is one pulse for the capacitor voltage Vh, three pulses for the capacitor voltage Vm, and seven pulses for the capacitor voltage Vl every half cycle, and the equivalent number of switches is 2.4. Pulse (= (60 [V] × 1 pulse + 30 [V] × 3 pulse + 15 [V] × 7 pulse) / 105 [V]), which can be confirmed to be 3 pulse inverter or less. Furthermore, it can be seen that the harmonic components of the output voltage V SVC are much smaller than the results of FIGS.

また、図11において例えば出力レベル3(45[V])を出力するとき(A部分)には、コンデンサC1、C3が充電され、コンデンサC2が放電されている様子を確認することができる。   In FIG. 11, for example, when output level 3 (45 [V]) is output (part A), it can be confirmed that the capacitors C1 and C3 are charged and the capacitor C2 is discharged.

図12に示す位相差の推移は、系統電圧Vが正常な時刻(1〜2[S]、4〜5[S])においては−0.23[rad]程度に安定している。さらに、時刻2[S]〜4[S]の電圧低下の間には−0.5[rad]程度に安定していることが分かる。The transition of the phase difference shown in FIG. 12 is stable to about −0.23 [rad] at the time when the system voltage V p is normal (1-2 [S], 4-5 [S]). Further, it can be seen that the voltage is stable to about -0.5 [rad] during the voltage drop from time 2 [S] to 4 [S].

コンデンサ電圧Vh、Vm、Vlの調整機能が良好に動作した結果は,図13に示されている。系統電圧Vに急激な変動があるにも関わらず、コンデンサ電圧Vh、Vm、Vlは全時間にわたり、ほぼ60[V]、30[V]、15[V]に安定している様子が分かる。FIG. 13 shows the result of the satisfactory adjustment function of the capacitor voltages Vh, Vm, and Vl. Despite rapid fluctuation in system voltage V p, the capacitor voltage Vh, Vm, Vl is over the entire time, approximately 60 [V], 30 [V ], it can be seen that stable to 15 [V] .

また、系統電圧Vが80[V]に低下しているにも関わらず、連系点電圧Vは90[V]程度に維持できており、本来の自励式無効電力補償装置1としての電圧安定化効果も確認できる。In addition, although the system voltage V p is lowered to 80 [V], the interconnection point voltage V t can be maintained at about 90 [V], and the original self-excited reactive power compensator 1 is achieved. The voltage stabilization effect can also be confirmed.

また、図14に示す結果において、本装置1が電力系統に遅れ電流iSVCを供給し、系統側からみた負荷力率(cos∠(V,i))を良好に改善できていることがわかる。Further, in the result shown in FIG. 14, the present apparatus 1 supplies the delayed current i SVC to the power system, and the load power factor (cos ∠ (V p , i p )) seen from the system side can be improved satisfactorily. I understand.

このように構成した自励式無効電力補償装置1によれば、異なる出力電圧Vh、Vm、Vlの電源回路41、42、43を複数直列に接続して構成しており、その組み合わせにより出力する電圧の大きさを変更することができ、インバータI1、I2、I3の等価的なスイッチ回数を減らすことが出来るので高性能化且つ高効率化を実現することができる。   According to the self-excited reactive power compensator 1 configured as described above, a plurality of power supply circuits 41, 42, and 43 having different output voltages Vh, Vm, and Vl are connected in series. Since the number of equivalent switches of the inverters I1, I2, and I3 can be reduced, higher performance and higher efficiency can be realized.

つまり、トータルで最大出力電圧105Vの15レベルインバータが構成でき、この15レベルインバータの出力電圧VSVCの総合歪率は高調波フィルタを用いなくとも4%程度と、16パルスインバータ(搬送波約1kHzのインバータ)に比べて遙かに高性能である。さらに、等価的なスイッチ回数は2.4パルスと3パルスインバータ以下で例えば105[V]の単器インバータで1kHzのPWM制御を行った場合、すなわち16パルスインバータと比べて、スイッチング損失は15%程度で済む。以上のように本実施形態によれば高性能且つ高効率を両立することができる。That is, a 15-level inverter with a maximum output voltage of 105 V can be configured in total, and the total distortion of the output voltage V SVC of this 15-level inverter is about 4% without using a harmonic filter, and a 16-pulse inverter (with a carrier wave of about 1 kHz). It is much higher performance than the inverter). Furthermore, the equivalent number of switches is 2.4 pulses and 3 pulse inverters or less. For example, when a 1 kHz PWM control is performed with a single inverter of 105 [V], that is, compared with a 16 pulse inverter, the switching loss is 15%. It only takes about. As described above, according to the present embodiment, both high performance and high efficiency can be achieved.

さらに、制御部82が、前記出力電圧VSVCと前記系統電圧Vとの位相差を制御して、交流周波数の1サイクル毎に前記電力系統と前記コンデンサC1、C2、C3の間で入出力するエネルギの総和の平均がゼロとなるように調整し、電圧VSVCを出力する際に、前記それぞれのコンデンサC1、C2、C3間の電圧比を所定の値(Vh:Vm:Vl=4:2:1)に可及的に近づけるように、前記自励式インバータI1、I2、I3毎の動作パターンを定めるものであるので、本実施形態の効果を一層顕著にすることができる。Further, the control unit 82 controls the phase difference between the output voltage V SVC and the system voltage V p, and inputs / outputs between the power system and the capacitors C1, C2, C3 every cycle of the AC frequency. When the voltage V SVC is output so that the average of the total energy to be output is adjusted to zero, the voltage ratio between the capacitors C1, C2, and C3 is set to a predetermined value (Vh: Vm: Vl = 4: Since the operation pattern for each of the self-excited inverters I1, I2, and I3 is determined so as to be as close as possible to 2: 1), the effect of this embodiment can be made more remarkable.

<第2実施形態>   Second Embodiment

次に本発明に係る自励式無効電力補償装置1の第2実施形態について図面を参照して説明する。   Next, a second embodiment of the self-excited reactive power compensator 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態に係る自励式無効電力補償装置1は、前記第1実施形態と制御部82の機能が異なる。つまり、本実施形態の制御部82は、図15に示すように、コンデンサC1、C2、C3の電圧Vh、Vm、Vlの和(Vh+Vm+Vl)を出力電圧VSVCの波高値と可及的に同一とし、かつそれぞれのコンデンサ電圧Vh、Vm、Vlの比が、Vh:Vm:Vl=4:2:1の関係を維持するように、自励式インバータI1、I2、I3毎の動作を定め、出力電圧VSVCの波高値に関わらず常に15レベルの電圧を出力できるようにする機能も有する。The self-excited reactive power compensator 1 according to the present embodiment differs from the first embodiment in the function of the control unit 82. That is, the control unit 82 of the present embodiment, as shown in FIG. 15, the capacitors C1, C2, C3 voltage Vh of, Vm, identical as possible with the peak value of the output voltage V SVC sum (Vh + Vm + Vl) of Vl And the operation of each of the self-excited inverters I1, I2, and I3 is determined so that the ratio of the capacitor voltages Vh, Vm, and Vl maintains the relationship of Vh: Vm: Vl = 4: 2: 1. It also has a function of always outputting a voltage of 15 levels regardless of the peak value of the voltage V SVC .

なお、図15においては、例えば出力電圧が、105[V]から90[V]に変化した時の出力電圧VSVC及び、そのときの各電源回路41、42、43の動作タイミングを示している。このとき、本実施形態の制御部82は、各コンデンサC1、C2、C3の電圧Vh、Vm、Vlがそれぞれ51.44[V]、25.72[V]、12.86[V]となるように自励式インバータI1、I2、I3を制御する。In FIG. 15, for example, the output voltage V SVC when the output voltage changes from 105 [V] to 90 [V] and the operation timing of each of the power supply circuits 41, 42, 43 at that time are shown. . At this time, in the control unit 82 of the present embodiment, the voltages Vh, Vm, and Vl of the capacitors C1, C2, and C3 are 51.44 [V], 25.72 [V], and 12.86 [V], respectively. Thus, the self-excited inverters I1, I2, and I3 are controlled.

さらに、本実施形態の制御部82は、装置1の構成部品の耐電圧性能および電流容量に基づいて出力電圧VSVCの波高値を制限し、上記のように15レベルの電圧を出力できるようにするものである。Further, the control unit 82 of the present embodiment limits the peak value of the output voltage V SVC based on the withstand voltage performance and current capacity of the components of the device 1 so that the voltage of 15 levels can be output as described above. To do.

具体的には、図16のブロック線図に示すように、演算部(R)を介して、出力電圧VSVCの波高値の暫定値|Vz|を算出する。算出した暫定値|Vz|を第2リミッタ部(T)を介して判断し、その暫定値|Vz|が装置1の耐電圧性能を超えていない場合および暫定値|Vz|より定まる出力電流が装置1の電流容量を超えていない場合には、その暫定値|Vz|を、出力電圧VSVCの目標値Vrefの波高値|Vref|に決定する。一方、その暫定値|Vz|が装置1の耐電圧性能を超えている場合、又は暫定値|Vz|より定まる出力電流が装置1の電流容量を超えている場合には、それらを満たす所定の波高値|Vref|に決定する。Specifically, as shown in the block diagram of FIG. 16, the provisional value | Vz | of the peak value of the output voltage V SVC is calculated via the calculation unit (R). The calculated provisional value | Vz | is determined via the second limiter unit (T), and when the provisional value | Vz | does not exceed the withstand voltage performance of the apparatus 1 and the output current determined from the provisional value | Vz | When the current capacity of the device 1 is not exceeded, the provisional value | Vz | is determined as a peak value | V ref | of the target value V ref of the output voltage V SVC . On the other hand, if the provisional value | Vz | exceeds the withstand voltage performance of the device 1, or if the output current determined by the provisional value | Vz | The peak value | V ref | is determined.

ここで、図16中の|V|は連系点電圧Vの波高値の目標値で、時間領域において一定値である。Vは、連系点電圧の時間領域における瞬時値、Eは、コンデンサC1、C2、C3の充電エネルギの総和の時間領域における瞬時値、RMSブロックは、瞬時値を実効値に変換するものである。第1リミッタ部(S)は、第2リミッタ部(T)により|V|と|V|の誤差が生じた場合に、前段の積分部の出力が発散しないよう設けるものである。Here, | V n | in FIG. 16 is a target value of the peak value of the interconnection point voltage V t and is a constant value in the time domain. V t is the instantaneous value in the time domain of the connection point voltage, E c is the instantaneous value in the time domain of the total charge energy of the capacitors C1, C2, and C3, and the RMS block converts the instantaneous value into an effective value. It is. The first limiter unit (S) is provided so that the output of the previous integration unit does not diverge when an error between | V n | and | V t | is generated by the second limiter unit (T).

一方、コンデンサ電圧Vh、Vm、Vlの和Vh+Vm+Vlの目標値|V|は、波高値|Vref|を第3リミッタ部(U)を介して決定する。On the other hand, the target value | V c | of the sum Vh + Vm + Vl of the capacitor voltages Vh, Vm, and Vl determines the peak value | V ref | via the third limiter unit (U).

次に、コンデンサC1、C2、C3の充電エネルギEと目標値Erefの差が定常状態においてゼロとなるようにコンデンサC1、C2、C3に入出力する有効電力Psを決定する。そして、定数Kによる換算により、有効電力Psを自励式無効電力補償装置1と電力系統との間でやりとりするための系統電圧Vと、出力電圧VSVCの目標電圧Vrefの位相差φが決定される。そして、自励式無効電力補償装置1の出力電圧の目標電圧Vrefを以下の式により計算して、インバータI1、I2、I3を制御するものである。Next, the effective power Ps input / output to / from the capacitors C1, C2, and C3 is determined so that the difference between the charging energy E c of the capacitors C1, C2, and C3 and the target value E ref becomes zero in a steady state. The phase difference φ between the system voltage V t for exchanging the active power Ps between the self-excited reactive power compensator 1 and the power system and the target voltage V ref of the output voltage V SVC by conversion using the constant K 4. Is determined. Then, the target voltage V ref of the output voltage of the self-excited reactive power compensator 1 is calculated by the following formula to control the inverters I1, I2, and I3.

ここで、ωは電力系統の基本周波数である。   Here, ω is the fundamental frequency of the power system.

次に、図17に示す具体的な条件設定による自励式無効電力補償装置1の動作シミュレーションの結果を図18に示す。本シミュレーションにおいては、装置1の起動後時刻2[S]〜4[S]において30%の電圧低下が発生したとしている。また、コンデンサC1、C2、C3の静電容量はそれぞれ100[mF]、200[mF]、400[mF]である。   Next, FIG. 18 shows the result of the operation simulation of the self-excited reactive power compensator 1 with the specific condition setting shown in FIG. In this simulation, it is assumed that a voltage drop of 30% has occurred at times 2 [S] to 4 [S] after activation of the apparatus 1. The capacitances of the capacitors C1, C2, and C3 are 100 [mF], 200 [mF], and 400 [mF], respectively.

ここで、図16における第2リミッタ部(T)は、装置1の構成部品の耐電圧性能および電流容量に基づいて出力電圧の範囲を定めるものであり、その最大リミッタ値はmin(|V|+50[V]、140[V])、つまり、系統電圧の波高値|V|+50[V]と140[V]との小さい方の値であり、最小リミッタ値は、系統電圧の波高値|V|−50[V]である。第3リミッタ部(U)は、コンデンサC1、C2、C3などの装置1の構成部品の耐電圧性能に基づいて定められるものであり、その最大リミッタ値は120[V]であり、最小リミッタ値は0[V]である。第1リミッタ部(S)の、最大リミッタ値は40[V]で、最小リミッタ値は−40[V]である。Here, the second limiter section (T) in FIG. 16 determines the range of the output voltage based on the withstand voltage performance and current capacity of the components of the apparatus 1, and the maximum limiter value is min (| V t | +50 [V], 140 [V]), that is, the peak value of the system voltage | V t | +50 [V] and 140 [V], and the minimum limiter value is the wave of the system voltage The high value | V t | −50 [V]. The third limiter unit (U) is determined based on the withstand voltage performance of the components of the apparatus 1 such as the capacitors C1, C2, and C3. The maximum limiter value is 120 [V], and the minimum limiter value Is 0 [V]. The first limiter unit (S) has a maximum limiter value of 40 [V] and a minimum limiter value of −40 [V].

このとき、自励式無効電力補償装置1が電力系統に出力すべき電圧VSVCは、140[V]となり、図18に示すように、コンデンサC1の電圧Vhは、56[V]から68[V]に上昇しており、コンデンサC21の電圧Vmは、28[V]から34[V]に上昇しており、コンデンサC3の電圧Vlは、14[V]から17[V]に上昇しており、これらの合計値は119[V]となっている。これにより、系統電圧Vは、100[V]から70[V]まで30%低下しているにも関わらず、連系点電圧Vは90[V]程度に維持できており、本来の自励式無効電力補償装置としての電圧安定化効果を確認できる。At this time, the voltage V SVC that the self-excited reactive power compensator 1 should output to the power system is 140 [V], and the voltage Vh of the capacitor C1 is 56 [V] to 68 [V] as shown in FIG. The voltage Vm of the capacitor C21 is increased from 28 [V] to 34 [V], and the voltage Vl of the capacitor C3 is increased from 14 [V] to 17 [V]. The total value of these is 119 [V]. As a result, although the system voltage V p is reduced by 30% from 100 [V] to 70 [V], the interconnection voltage V t can be maintained at about 90 [V]. The voltage stabilization effect as a self-excited reactive power compensator can be confirmed.

このように構成した自励式無効電力補償装置1によれば、所望の出力電圧VSVCに応じて、コンデンサ電圧Vh、Vm、Vlの大きさを4:2:1の関係を維持しながら上下させることができ、出力電圧VSVCに関わらず常に15レベルの高精度な電圧出力を可能にすることができるので、低電圧出力時においても、電圧の出力レベル数を減らすことなく高精度な電圧出力が可能となる。さらに、このとき、装置1の構成部品の耐電圧性能および電流容量を考慮して出力電圧VSVCの最大値を算出しているので、安定な装置動作を確保することができる。According to the self-excited reactive power compensator 1 configured as described above, the magnitudes of the capacitor voltages Vh, Vm, and Vl are raised and lowered in accordance with the desired output voltage V SVC while maintaining a 4: 2: 1 relationship. Therefore, high-accuracy voltage output of 15 levels can always be enabled regardless of the output voltage V SVC , so that high-accuracy voltage output can be achieved without reducing the number of voltage output levels even during low-voltage output. Is possible. Further, at this time, the maximum value of the output voltage V SVC is calculated in consideration of the withstand voltage performance and current capacity of the components of the device 1, so that stable device operation can be ensured.

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。   The present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、前記実施形態では電源回路を3つ直列接続したがこれに限られず、2つ直列に接続しても良いし、4つ以上直列接続するように構成しても構わない。   For example, in the embodiment, three power supply circuits are connected in series. However, the present invention is not limited to this, and two power supply circuits may be connected in series, or four or more power supply circuits may be connected in series.

また、コンデンサ電圧の電圧比を2のべき乗の関係にしたが、この他の電圧比により構成しても良い。   In addition, the voltage ratio of the capacitor voltage has a power-of-2 relationship, but may be configured with other voltage ratios.

前記実施形態では、1つの電源回路に1つのコンデンサのみを用いて出力電圧を異ならせているが、1つの電源回路に複数のコンデンサを直列接続して、異なる出力電圧を出力するようにしても良い。   In the above-described embodiment, only one capacitor is used for one power circuit, and the output voltage is varied. However, a plurality of capacitors are connected in series to one power circuit to output different output voltages. good.

さらに、前記実施形態ではエネルギ蓄積手段としてコンデンサを用いたがこれに限られず、例えばバッテリーを用いても良い。   Furthermore, in the above embodiment, a capacitor is used as the energy storage means, but the present invention is not limited to this. For example, a battery may be used.

その上、半導体スイッチ素子にはIGBTを用いたがこれに限られることなく、例えばゲートターンオフサイリスタのような自己消弧形半導体スイッチ素子であっても差支えない。   In addition, although the IGBT is used as the semiconductor switch element, the semiconductor switch element is not limited to this, and may be a self-extinguishing semiconductor switch element such as a gate turn-off thyristor.

また、それらのスイッチ素子を直列接続したものを1つのスイッチとして用いても良い。   Moreover, you may use what connected those switch elements in series as one switch.

前記実施形態では、正規化して最も乖離したものを補正するようにしているが、この他にも、正規化しないで初期充電電圧と実際の電圧とを比較して最も乖離しているものを補正するようにしても良い。   In the above embodiment, normalization is corrected for the most dissimilarity, but other than that, the initial charge voltage is compared with the actual voltage without normalization, and the most dissimilarity is corrected. You may make it do.

上記に加えて、前記実施形態ではコンデンサ全体のエネルギを調整する際に、全てにコンデンサ電圧の総和を考慮して調整したが、一番大きい電圧を充電しているコンデンサ電圧のみを考慮して調整するようにしても良いし、2つのコンデンサ電圧を考慮して調整するようにしても良い。   In addition to the above, in the embodiment, when the energy of the entire capacitor is adjusted, the adjustment is made by taking into consideration the total sum of the capacitor voltages, but taking into account only the capacitor voltage charging the highest voltage. Alternatively, the adjustment may be performed in consideration of two capacitor voltages.

式1の目標電圧Vrefは、装置の系統連系点の電圧Vの波高値と位相を計測し、装置1のリアクトル10のインピーダンスXSVCを用いて算出することもできる。The target voltage V ref of Equation 1 can also be calculated using the impedance X SVC of the reactor 10 of the device 1 by measuring the peak value and phase of the voltage V t at the system interconnection point of the device.

直流電圧の総和は、必ずしも105[%](=60[%]+30[%]+15[%])である必要はなく、一般的なSVC同様に、系統条件や要求性能から設計すればよい。   The sum of the DC voltages is not necessarily 105 [%] (= 60 [%] + 30 [%] + 15 [%]), and may be designed based on system conditions and required performance as in a general SVC.

本発明は、単相用途に限られるものではなく、これまでの説明の電圧・電流諸量を3相交流における正相・逆相成分として取り扱えば、3交流系統へも適用できる。   The present invention is not limited to a single-phase application, and can be applied to a three AC system as long as the voltage and current quantities described so far are treated as normal and negative phase components in a three-phase AC.

更に加えて、前記第2実施形態では、出力電圧を算出する際に、第1リミッタ部、第2リミッタ部、第3リミッタ部を設けて、出力電圧の最大値を制限していたが、これらリミッタ部を設けることなく出力電圧を算出するようにしても良い。   In addition, in the second embodiment, when the output voltage is calculated, the first limiter unit, the second limiter unit, and the third limiter unit are provided to limit the maximum value of the output voltage. The output voltage may be calculated without providing a limiter unit.

この他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。   In addition, it goes without saying that various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

以上のように、本発明に係る自励式無効電力補償装置は、異なる出力電圧の電源回路を複数直列に接続して構成しており、その組み合わせにより出力する電圧の大きさ変化させることができ、インバータ全体の等価的なスイッチ回数を減らすことが出来るので高性能且つ高効率を実現することができる。
As described above, the self-excited reactive power compensator according to the present invention is configured by connecting a plurality of power supply circuits having different output voltages in series, and the magnitude of the output voltage can be changed by the combination thereof. Since the number of equivalent switches of the entire inverter can be reduced, high performance and high efficiency can be realized.

Claims (8)

電力系統に並列に接続され、その電力系統に無効電力を供給することにより、当該電力系統の電圧調整や負荷の力率改善を行う自励式無効電力補償装置であって、
充放電機能を有する直流電源と、当該直流電源に接続され、その直流電源の電圧を交流電圧に変換して前記電力系統に出力する自励式インバータとからなる電源回路を複数直列に接続して構成するとともに、前記それぞれの直流電源の電圧を互いに異ならせていることを特徴とする自励式無効電力補償装置。
A self-excited reactive power compensator that is connected in parallel to a power system and supplies reactive power to the power system, thereby adjusting the voltage of the power system and improving the power factor of the load,
A power supply circuit comprising a DC power supply having a charging / discharging function and a self-excited inverter connected to the DC power supply and converting the voltage of the DC power supply into an AC voltage and outputting it to the power system is connected in series. In addition, the self-excited reactive power compensator is characterized in that the voltages of the respective DC power sources are different from each other.
前記それぞれの直流電源の電圧比が略2のべき乗の関係にあることを特徴とする請求項1記載の自励式無効電力補償装置。   2. The self-excited reactive power compensator according to claim 1, wherein the voltage ratio of each of the DC power supplies is in a power-of-two relationship. 前記直流電源がコンデンサであることを特徴とする請求項1又は2記載の自励式無効電力補償装置。   3. The self-excited reactive power compensator according to claim 1, wherein the DC power source is a capacitor. 前記出力電圧と前記系統電圧との位相差を制御して、前記電力系統と前記それぞれの直流電源の間で入出力するエネルギの総和の平均が略ゼロとなるように調整する制御部を備えていることを特徴とする請求項1、2又は3記載の自励式無効電力補償装置。   A control unit that controls a phase difference between the output voltage and the system voltage and adjusts so that an average sum of energy input and output between the power system and each of the DC power sources is substantially zero; 4. The self-excited reactive power compensator according to claim 1, 2, or 3. 前記制御部が、所望の出力電圧を出力する際に、前記それぞれの直流電源間の電圧比を所定の値に可及的に近づけるように、前記自励式インバータ毎の動作を定めるものであることを特徴とする請求項4記載の自励式無効電力補償装置。   When the control unit outputs a desired output voltage, the control unit determines an operation for each self-excited inverter so that the voltage ratio between the DC power sources is as close as possible to a predetermined value. The self-excited reactive power compensator according to claim 4. 前記制御部が、交流周波数の1/4サイクル毎又は1/2サイクル毎又は整数サイクル毎に前記直流電源毎に通過する電荷量の平均がゼロとなるように調整することを特徴とする請求項5記載の自励式無効電力補償装置。   The said control part adjusts so that the average of the electric charge amount which passes for every said DC power supply may become zero for every 1/4 cycle of AC frequency, every 1/2 cycle, or every integer cycle. 5. The self-excited reactive power compensator according to 5. 前記制御部が、構成部品の耐電圧性能および電流容量に基づいて、前記無効電力を出力するための出力電圧の上下限を制限し、その範囲において、前記それぞれの直流電源の電圧の和を前記出力電圧と可及的に略等しくなるように前記自励式インバータ毎の動作を定めるものであることを特徴とする請求項5又は6記載の自励式無効電力補償装置。   The control unit limits the upper and lower limits of the output voltage for outputting the reactive power based on the withstand voltage performance and current capacity of the component parts, and in that range, the sum of the voltages of the respective DC power supplies 7. The self-excited reactive power compensator according to claim 5 or 6, wherein the operation for each self-excited inverter is determined so as to be approximately equal to an output voltage as much as possible. 電力系統に並列に接続され、その電力系統に無効電力を供給することにより、当該電力系統の電圧調整や負荷の力率改善を行う自励式無効電力補償装置であって、
コンデンサと、当該コンデンサに接続され、そのコンデンサの電圧を交流電圧に変換して前記電力系統に出力する自励式インバータとからなる電源回路を3組直列に接続して構成するとともに、前記出力電圧と前記系統電圧との位相差を制御して、前記電力系統と前記それぞれのコンデンサの間で入出力するエネルギの総和を調整する制御部を備え、
前記それぞれのコンデンサの電圧が略4:2:1の関係であり、
前記制御部が、構成部品の耐電圧性能および電流容量に基づいて、前記無効電力を出力するための出力電圧の上下限を制限し、その範囲において、前記コンデンサ電圧の和を前記出力電圧と可及的に略等しくし、かつ前記それぞれのコンデンサの電圧の比が略4:2:1の関係を維持するように、前記自励式インバータ毎の動作を定めるものであることを特徴とする自励式無効電力補償装置。
A self-excited reactive power compensator that is connected in parallel to a power system and supplies reactive power to the power system, thereby adjusting the voltage of the power system and improving the power factor of the load,
A power supply circuit including a capacitor and a self-excited inverter connected to the capacitor and converting the voltage of the capacitor into an AC voltage and outputting the converted voltage to the power system is connected in series, and the output voltage and A control unit that controls the phase difference with the system voltage and adjusts the sum of energy input and output between the power system and the respective capacitors,
The voltage of each capacitor is approximately 4: 2: 1.
The control unit limits the upper and lower limits of the output voltage for outputting the reactive power based on the withstand voltage performance and current capacity of the component parts, and in that range, the sum of the capacitor voltages can be used as the output voltage. The self-excited type is characterized in that the operation of each of the self-excited inverters is determined so that the ratio of the voltages of the capacitors is approximately 4: 2: 1. Reactive power compensator.
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