KR850000312B1 - 무효전력발생 및 제어시스템 - Google Patents

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웨스팅 하우스 일렉트릭 코오포레이숀
죠오지 메크린
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Abstract

내용 없음.

Description

무효전력발생 및 제어시스템
제1도는 종래 기술의 정전무효전력발생기.
제2도는 제1도의 장치에서 위상각에 대한 무효전력발생기의 전압 및 제어된 유도전류의 그래프.
제3도는 제1도의 장치에 있어 무효전력의 출력대 무효전력의 수요를 나타낸 그래프.
제4도는 소정범위내에서 무효전력발생의 데드밴드(dead band)를 이용하는 무효전력발생기 및 그 제어시스템을 나타낸 간략도.
제5도는 제4도의 장치에 있어 전압대 무효전력을 나타낸 그래프.
제6도는 제4도의 장치에 있어 무효전력출력대 무효전력수요를 나타낸 그래프.
제7도는 제4도의 장치에 있어 정격손실에 대한 유도성 무효전력수요 및 용량성 무효전력수요를 나타낸 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
14 : 전압측정회로 18 : 동기타이밍회로
22 : 에러증폭기 24 : 무효전력 수요비교기
26 : 에러조절회로 28 : 점호각 콘버어터의 에러
29 : 점호회로 32 : 캐패시터 스위칭용 결정논리회로
34 : 캐패시터 스위칭시간선택기 39 : 안정화증폭기
40 : 변화량증폭기 42 : 정레벨비교기
44 : 부레벨비교기 50 : OR게이트
52 : 분류증폭기
본 발명은 무효전력 발생기에 관한 것이며, 특히 손실이 최소화된 스위치 캐패시터와 접하여 사용된 스위치 인덕터를 채택한 정전무효전력 발생기에 관한 것이다.
전기시스템의 2개 선로양단에 병렬로 고정캐패시터와 스위치된 인덕터를 연결하여 무효전력 발생기를 형성하고, 그 시스템을 조절하고 제어하도록 하는 것이 공지되었다. 그러한 제어시스템은 소정시간동안 전도가격을 설정하기 위해 스위치된 인덕터의 스위치부분에 출력신호를 전송하도록 마련된다. 전도간격은 소정시간의 일부동안 전류를 흐르게 해서, 무효전력을 생산하도록 선로양단의 전압과 연동하는 순수 무효전류를 생산하여 고정된 용량성 무효전류와 상호작용하는 유도성 무효전류를 발생한다.
소정시간간격은 보통 선로전압의 반싸이클이다. 결과적으로, 반싸이클을 주기로 하여 스위칭 간격은 본 시스템의 계산 또는 제어부분에 필요한 만큼의 무효전력의 총합을 달리하도록 변화될 수 있다. 종전 형태의 시스템은 1976년 2월 3일 에프. 더블류. 켈리 2세와 지. 알. 이. 라이손에게 허여된 미합중국 특허 제3,936,727호와 1976년 12월 21일 엘. 규기둥에게 허여된 미합중국 특허 제3,999,117호에서 찾아볼 수 있다. 후자의 특허는 본 발명의 양수인에게 양도되었다. 용량값과 인덕턴스의 값은, 종전 기술에서 보통, 스위치된 언덕터에 대한 적절한 전도간격에서, 생산된 유도성전류가 고정된 용량성전류와 거의 동일하여 제로(0) 무효전력을 생산하도록 채택되었다. 결과적으로, 전도간격이 증가되면, 유도성전류의 양이 증가해서 순수 유도성 무효전류를 생산한다. 반면에, 전도간격이 감소되면, 유도성전류는 감소되며 순수 용량성 무효전류를 생산한다. 이것은 본 시스템에 정, 부무효전력가능을 제공한다. 그러나, 이러한 형태의 시스템은 많은 문제를 가지고 있다. 한가지 문제는 아무런 무효전력발생의 대기나 처분없이도, 괄목할만한 전력발생이 본 시스템의 유도성 및 용량성부품의 각개에 요구된다. 전술된 형태의 시스템에서 다른 방법 즉 유도성 전류가 역위상의 용량성전류를 상쇄시키도록 이용되기 때문에 아무런 무효전력발생의 정정이 요구되지 않을 때에 유도성전류가 발생된다. 이것은 비교적 높은 대기성손실이 있다는 것을 의미한다. 더우기, 어떤 정 또는 부의 무효전력의 정정이 주어졌을때, 최소의 용량값 및 인덕턴스가 요구된다. 전술된 시스템의 개선책은 유도성지로가 용량성지로에 대해 독립적으로 작용하는, 또한 그역도 같은, 유도성지로와 용량성지로를 이용하는 것이다. 이러한 시스템에서, 대기상태때에, 즉 시스템의 유도성부분이나 용량성부분 어느것도 충분한 전류를 전도하지 않을때, 대기상태손실은 전술된 시스템보다 더 낮아지게 된다. 순수 유동성전류는 본 시스템의 유도성부분을 독자적으로 사용해서 마련되며, 순수 용량성전류는 본 시스템의 용량성부분을 독점적으로 사용해서 제공된다. 그러나, 이러한 시스템에서 용량성지로는 시스템의 유도성 부분에서와 같이 용량성 전류의 넓은 범위에 걸쳐 연속적인 스위치제어로 도통하지 않는다는 문제점이 있다.
고로, 종래 기술에서, 그러한 시스템의 용량성부분은 별개의 스위치를 가진 개별 캐패시터 뱅크를 이용한다. 용량성무효전력 생산용 순수용량성 리액턴스는 개별적인 용량값을 제공하기 위해 캐패시터 뱅크내의 캐패시터의 조합을 적절하게 선택해서 결정된다. 그럼에도 불구하고, 이러한 시스템은 용량성전류의 개별적인 값만이 생산되게 허용하는 고유의 단점을 가지고 있다. 따라서, 연속적인 제어는 불가능하지 않을지라도 어렵다. 용량성 무효전력 수요의 범위에서, 본 시스템의 개개의 성질때문에 비교적 적은값의 용량성 전류만을 사용할 수 있다. 결과적으로, 용량성 전류범위내에서 무효전력보상 또는 정정이 근사적으로 될 수밖에 없다. 이런 문제는 종래 기술에서 정이나 부의 무효전력발생을 포함하는 연속적인 무효전력 정정으로써 해결되었다.
유도성장치 및 용량성장치는 유도성장치가 실제 순수유도성 무효전력수요에 대한 총무효전력을 발생하게 하는 방식으로 연결되고, 개별 캐패시터들은 순수 용량성수요에 대한 연속적인 범위에 걸쳐 무효전력발생을 제공하는 동일한 인덕터와 연결되어 사용된다. 어떤 적절한 제어시스템은 무효전력수요의 방향과 크기를 설정한다. 그러나, 무효전력 발생기에 의해 보상되는 시스템의 어떤 형태에 대해서는 단자전압의 변화가 비교적 작고 단지 최소의 보상이 요구될때 무효전력의 출력을 0으로 유지하여 손실을 저감시키는 것이 경제적인 것이 밝혀졌다. 따라서, 부수제어시스템을 가진 무효전력 발생기가 0의 무효전력 밴드주위에 불활성 무효전력 발생밴드를 가지는 것이 유리할 것이다.
본 발명에 의하면 무효전력수요가 시스템전압의 함수로 되는 전기적 시스템용 무효전력 발생기는 전기적 시스템과 내부로 상호 연결되었고 시스템전압의 함수로서 전기시스템용 무효전력을 생산하도록 제어할수 있고, 더우기, 시스템전압을 결정하고 전압의 함수로서 무효전력을 생산하 위해 무효전력 발생기를 제어하기 위한 무효전력 발생기와 전기시스템에 내부연결된 제어장치가 제공되며, 시스템전압이 소정범위에 놓여있을 때 무효전력생산을 방지하기 위해 제어장치의 부분으로서 무효화장치가 연결된다.
본 발명은 첨부된 도며을 참조로 한 이하의 양호한 실시예에 따른 상세한 설명으로부터 보다 더 명백해질 것이다.
제1도의 종래 기술에 대한 도면을 참조하면, 단상교류 시스템용 기본무효전력 발생기가 도시된다. 여기서 논의된 원리는 다상교류 전기시스템에도 적용가능한 것이다. 일반적으로 무효전력 발생기는 고정캐패시터 C의 다이리스터 제어인덕터 L로써 구성된다. 0점에서 시작하는 무효전력 수요에서 다이리스터 스위치 TH는 폐쇄되고 인덕터 L의 유도효과는 캐패시터 C의 용량효과를 상쇄시켜 교류시스템에 제공되는 순수유도성전류 Iα를 0으로 만든다. 그것은 캐패시터전류 Ic와 인덕터전류 Iα의 벡터합이 영으로 됨을 뜻한 다용량성 소자 C와, 유도성소자 L 및 다이리스터 스위치 TH를 포함하는 병렬회로 양단의 전압은 같다. 영점이 아닌 곳에서 시작하는 무효전력수요에서, 다이리스터 스위치 TH의 폐쇄는 인덕터 L를 흐르는 전류 Iα를 저감시키기 위해 공급전압 V1의 최대치에 대하여 측정되는 소위 점호각 α이라 불리는 가변각에 의해 교류전류의 각 반사이클마다 적절히 지연된다.
제2도를 참조하면, 위상각 wt에 대한 전압 V1과 전류 Iα의 상관관계가 그래프로도시되었다. 제2도의 그래프는 임의로 3개의 영역으로 분할되어 표시되는데, 3개의 영역 A1, B1 및 C1은 각각 전압 V1의 각반 사이클에서의 최대치 또는 최소치에서 분할되고 있다.
도면에서 명백한 바와 같이, 영역 A1에서 인덕터전류 Iα는 인덕터전압 V1에 대해 90°지연되고, 점호각 α는 0이다. 그러나, 0°~90°사이에서 점호각 α를 증대시킴에 따라 인덕터전류 Iα가 감소되고 동시에 교류시스템에 제공되는 앞선 무효전력이 증대된다. 최대의 앞선 무효전력의 수요에서 제1도의 다이리스터 스위치 TH는 개방된다. 이것은 α가 90°일때 발생하며, 이때 제1도의 인덕터 L를 흐르는 전류 Iα는 0이 되고 따라서 최대의 용량성전류 Ic가 보상을 위해 제공된다.
제2도는 지연 또는 점호각 α1에 대해, 유도성전류 Iα1가 영역 A1에 도시된 전류 Iα보다 더 짧은기간동안 흐른다는 것이 영역 B1에 각각 도시되었다. 또한, 점호각 α2(α2
Figure kpo00001
α1)인 영역 C1에서 인덕터전류 Iα2는 영역 A1과 B1에 각각 도시된 유도전류 Iα와 Iα1보다 더 단시간동안 흐른다.
제3도를 참조하면, 제1도에 도시된 단자에서 전압(ΔV1)변화로 측정된 무효전력수요(VAR demand)대 무효전력출력(VAR output)의 그래프가 있다. 다이리스터 제어인덕터형 무효전력 발생기는 보상을 위해 요구된 실제 전체의 무효전력출력을 얻기위해 다이리스터 제어인덕터의 가변유도성 무효전력출시(VARL)에 의해 고정 캐패시터로부터의 일정한 용량성 무효전력출력(VARc)에 반한다.
결과적으로 제로무효전력 수요때 용량성 및 유도성 무효전력은 상쇄된다. 이것은 캐피시터뱅크 C의 전체전류가 충분한 대기상태나 어떤 부하손실도 일으키지 않는 다이리스터 스위치 TH를 통해 리액터 뱅크 L을 통해 순환된다는 것을 의미한다. 이들 손실은 용량성 무효전력출력이 증가함에 따라 감소되며, 이것은 전류 Iα와 함께 감소하며, 역으로 증가된 전류 I와 함께 유도성 출력이 증가함에 따라 증가한다.
제4도에 관해 상세히 기술되고 단일전도제어 인덕터와 접촉하여 많은 스위치 캐패시터 뱅크가 사용된 사이리스터 스위치 개패시터와 사이리스터 제어리액터 장치에서 인덕터의 정격이 한 캐패시터 뱅크의 것과 같이 낮으며 정전무효전력 발생기의 전무효전력 용량성 무효전력용역에 연속적으로 가변출력을 제공한다. 이런 경우에 용량성 무효전력출력은 순수용량성 무효전력잉여를 가지고 무효전력수요에 접근하기 위해 각 단계에 증가되며 비교적 유도성 무효전력의 작은 양은 잉여용량성 무효전력을 상쇄시키기 위해 필요하다. 이런 장치는 제1도에 관해 기술된 것과 유사한 고정개패시터를 가진 비교적 작은 종래의 제어인덕터 장치로서 제어된 인덕터의 동범위내에서 분석한다. 인덕터 L의 정격은 비교적 낮게 유지되며 고정캐패시터 C의 값은 정전무효전력 발생기의 제로와 최대정격사이의 무효전력 출력에서 정상적인 작동범위내에 인덕터 L의 작동을 유지하기 위해 각 단계에서 변화된다.
이러한 작동원리의 결과로서 제로무효전력수요 근처의 손실이 비교적 낮으며 그들은 무효전력출력과 비례로 평균적으로 증가한다. 제로 무효전력 출력때 모든 캐패시터와 단일 인덕터뱅크를 외부로 스위치장치에서 손실은 제로로 될 수 있다. 그러나 무효전력 발생기가 조절한 단자전압의 매우 작은변화에 반응하여 다음에 기술될 제어회로는 제1 캐패시터 뱅크에 스위치를 하고 유사계단 방법으로 실제로 손실을 증가하는 제어인덕터뱅크에 적절한 전류를 설정할 무효전력 수요신호를 만든다. 많은 응용에서 정전무효전력 발생기가 전력시스템의 과도안정성을 개선하기 위해 역학적인 보상을 위해 주로 사용된 전력송전선의 보상에서 단상전압변화가 비교적 작고 보상이 요구되지 않을때 손실을 줄이기 위해 무효전력출력이 필수적으로 제로가 되게 유지하는 것은 경제적으로 이익이 있다. 이것은 특별한 무효전력출력대 정전무효전력 발생기용 전압데드밴드를 가진 것을 특징으로 하는 단자전압을 요구한다.
제4도를 참조하면, 상기 무효전력 발생기 및 그 제어시스템(10)이 도시되고 설명되었다. 무효전력 발생기 시스템(10)은 단자 X와 Y에서 전압 V를 가진 전기시스템의 2선로에 연결되었다.
본 발명의 이런 실시예에서, 전기시스템과 소통하는 유일한 장치는 제한되지 않을지라도 단자 X와 Y에 제공된다. 무효전력의 생산은 전기시스템에서 많은 목적을 가진다. 예로서, 그런 생산은 다른것 사이의 전압보보상을 위해 유용하다. 다른 예에서, 회로망전압 V는 부하가 전기시스템에서 변화를 조절할때, 정격치로부터 상승 또는 하강한다. 어떤 소정의 허용범위를 넘어선 전압 V의 변화는 많은 전기시스템에서 바람직하지 않다. 무효전력 발생기는 떨어질때 올리고 올라갈때 줄여서 충분한 무효전류나 무효전력을 생산한다. 무효전류의 생산은 계산된 무효전력의 수요전력의 수요신호에 따라 반싸이클씩 간격으로 여러기구를 점호하고 회로에 그들을 도입할 용량기구와 유도기구 및 제어시스템을 포함하는 무효전력 발생장치에 달려있다.
본 발명의 이런 특수한 실시예에서, 제어시스템(11)은 전압측정회로(14), 동기타이밍회로(18), 에러발생기(20), 에러증폭기(22), 무효전력수요 비교기(24), 에러조절회로(26), 점호각 콘버어터(28), 점호회로(29)와 손실 최소화장치(31)를 포함한다. 부가적으로 캐패시터 스위칭회로(32) 및 캐패시터 스위칭시간 선택기(34)용 결정논리회로가 설치된다.
그 기구들은 상호내부 연결되고 여러 캐패시터, 인덕터 및 다음 방법으로 무효전력 발생기회로(10)의 스위치와 내부 연결된다. 전압측정회로(14)는 위상전압 V1, V2및 V3를 측정하여, 예를들어 거기에 관련된 출력 VAVE를 제공하기 위해 단자 X와 Y에 내부 연결된다. 전압측정회로(14)는 그 논리에 대해 입력드레쉬 홀드 논리제어장치를 구성한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 이것은 류전측정회로, 전력측정회로 및 그와 유사한 회로로 구성한다. 그 주기능은 에러신호가 유도된 것에서 교류회로망 변수에 관련된 출력을 주공하는 것이다. 후자의 점에 관련하여, 전압측정회로(14)로부터 VAVE신호는 이하 상세히 기술된 에러발생기(20)외 부입력과 손실최소화장치(31)에 공급된다. 에러발생기(20)의 정입력에 도시된 고정공급전압V'로부터 유도된 소정단자신호 VREF가 제공된다. 신호 VREF는 후에 상세히 기술된 손실최소화장치(31)에 제공된다.
신호 VAVE와 VREF는 에러신호 V0를 제공하기 위해 에러발생기(20)에 대수학적으로 증가된다. 에러신호 V0는 확대에러신호 VARD가 생산된 것에서 에러증폭기(22)에 제공된다. 에러증폭기(22)의 출력은 동시에 4곳에 공급된다. 즉, 출력 VARD는 가변드루프저항 DR에 의해 패쇄루프 31환용에러발생기(20)의 다른 부입력단자에 제공된다. 드루프 저항 DR은 전압에 적절한 드루프 범위를 제공하기 위해 조절된다. 에러증폭기(22)의 출력 VARD는 바아르 수요비교기(24), 에러조절회로(26) 및 손실최소화장치(31)에 또한 제공된다. 바아르 수요비교기(24)는 바아르수요신호 VARD를 고정전원(도시안됨)과 회로망 변수에 달려있는 제어전원(도시안됨)에서 발생된 참고신호 VART와 비교한다. 장치(24)는 출력신호 BK1-BK4를 제공하며, 각개는 제4도에 도시된 C1-C4와 같은 그런 고정캐패시터용 점호신호에 관련된다. 이들 후자신호는 캐패시터 스위칭회로(32)용 결정논리회로에 세로로 차례차례 제공된다. 이런 회로는 캐패시터 스위칭시간 선택기(34)로부터 신호 SP1-SP4와 동기타이밍회로(18)로부터 신호 VPS 및 VNS와 무효전력 수요신호 BK1-BK4의 개개의 수준을 비교한다. 출력신호의 두 세트는 캐패시터 스위칭회로(32)용 결정논리회로로부터 공급된다. 라인(36)에 나타난 출력의 한 세트는 페루프신호 DPI, DNI등으로 고려된다. 이들 신호는 적절한 캐패시터 C1, C2, C3혹은 C4와 인덕터 L 각각에 대한 스위치 THC와 THC를 작동시키기 위해 점호회로(29)에 제공된다. 결정논리회로 캐패시터스위칭(32)로부터 출력신호 GO1-GO4의 다른 세트가 라인(38)에 제공된다.
라인(38)의 이런 세트는 제어회로(11)의 공급전단부라 불린다.이들 후자신호 GO1-GO4는 에러조절회로(26)에 입력의 한 세트로서 제공된다. 에러조절회로(26)의 다른 입력은 무효전력 수요신호 VARD가 된다. 에러조절회로(26)으로부터 출력은 조절된 에러신호 VARLD이다.
신호 VARD는 인덕터 L용 다이리스터 스위치 THL의 경우와 같이 위상 또는 전도각을 제어하기 위해 파이어링회로(29)에 차례로 제공된 라인(30)에 출력신호 αs를 제공하도록 동기타이밍회로(18)와 공동작동하는 점호각 콘버어터(28)의 에러에 제공된다. 캐패시터 스위칭시간 선택기(34)는 동기 타이밍회로(18)부터 출력신호 tsl에 대해 출력신호 SP1-SP4를 제공하기 위해 스위치 THC를 횡으로전 압을 측정하기 위해 연결된다.
필수적으로, 캐퍼시터 스위칭시간 선택기(34)는 상기에 기술된 신호 BK1 BK4의 상태에 따라 가장 효과적인 전이통로로 캐패시터 C1-C4의 결합을 통해 전도를 일으키기 위해 캐패시터 C1-C4와 교차로 전압 조건에 근거를 둔 적절한 순간을 선택한다. 동기 타이밍회로(18)는 상기에 기술된 특허 제3,999,117호의 동기타이밍 회로와 유사하다. 동기 타이밍회로(18) 전정전 무효전력 발생기(10)의 작동을 위해 시간기준 베이스를 갖는다. 그것은 정전무효 전력발생기(10)의 제어기의 모든 작동에 대한 근본적인 타이밍 기준으로서 본 발명의 양호한 실시예에서 교류회로망 단자전압 V1, V2및 V3을 이용하기 위해 단자 X와 Y에 내부연결된 입력을 가지고 있다.
에러증폭기(22)나 신호 VARD의 출력은 손실 최소화장치(31)의 안정화증폭기(39)에 입력으로서 공급된다. 안정화증폭기(39)나 피이드백신호 VARDFB의 출력이 가변증폭기(40)의 한 입력으로서 공급된다. 가변증폭기(40)의 다른 입력은 신호 VREF이다. 가변증폭기(40)의 다른 입력은 전압측정회로(14)의 출력으로부터 제공된 신호 VAVE이다. 가변증폭기(40)의 가변출력신호 Vv가 정기준비교기(42)와 부기준비교기(44)의 입력에 동시에 제공된다. 정기준비교기(42)의 다른 입력은 정기준비교기(42)의 비교치가 정전압제한(+Voltge Limit)에 의해 설치되도록 정전원(+V)와 내부연결된 설치가능한 전위차게(46)로부터 제공된다. 유사하게, 부기준비교기(44)의 다른 입력은 부기준비교기(44)의 비교치가 부전압제한(-Voltage Limit)에 의해 설치될 수 있도록 부전원(-V)와 내부연결된 설치가능한 전위차게(48)로부터 공급된다.
정기준비교기(42)와 부기준비교기(44)의 출력은 부가적인 입력으로 제공된 부바이아스전압(-V')을 가진 폐쇄증폭기(52)에 제공된 OR게이트(50)의 입력으로 동시에 공급된다. 폐쇄증폭기(52)와 출력은 전자스위치의 제어게이트로 공급된다.
무효전력 발생기(10)의 작용설명
제4도를 참고하면, 정전무효전력 발생기(10)가 3개의 동작방법을 가진 것을 알 수 있다. 동작 제1 방법은 배타적인 유도성전류 생산방법으로 불린다. 이런 경우에, 순수 유도성전류가 요구되고 인덕터 L은 유도성전류를 생산하기 위해 배타적으로 이용된다. 전압측정회로(14)는 에러비교기(20)에 의해 VREF신호와 비교되는 출력신호 VAVE를 발생한다. 거기에서 출력신호 Ve는 신호 VARLD를 발생하기 위해 일반적으로 변화되지 않은 상태로 에러조절회로(26)를 통해서 통과되는 에러증폭기(22)에 제공된다. 이런 후자신호는 점호회로(29)에 대해 적절한 점호각αs를 만드는 점호각콘버어터(28)의 에러에 공급된다. 어떤 용량 작용도 이때 요구되지 않으므로, 단자 X와 Y사이의 전압을 보상하기 위해 순수유도성 무효전류를 제공하기 위해 전압 V의 적절한 반싸이클동안 인닥터 L을 통해서 전류 IL이 흐르도록 적절한 반싸이클동안 점호회로(29)가 2극 다이리스터 게이트 THL를 점호시킨다. 다음 동작방법에서, 에러증폭기는 유도성 무효전류가 요구되는 사항동안 발생된 신호 VARD로부터 반대로 표시된 신호 VARD를 제공한다. 이런 경우에, 신호 VARD는 무효전력 수요비교기(24)에 의해 작동되며 캐패시터 스위칭회로(32)를 위해 결정논리회로에 적절한 신호 BK1-BK4를 제공한다. 적절한 때에, 용량성 소자 C1-C4양단의 전압이 점호를 위한 적절한 배치에 있을때, 캐패시터 스위칭시간 선별기(3)는 신호 SR1-SR4를 통해 캐패시터 스위칭 모듀울(32)에 대한 결정논리회로를 바꿀 것이다.
선로전압 V가 동기 타이밍회로(18)에 의해 결정된 것 같이 적합할 때, 캐패시터 스위칭용 결정논리회로(32)는 무효전류의 개개값을 발생시키기 위한 단자 X와 Y에 관련된 병렬회로속에 적절하게 결정된 캐패시터 C1-C4의 수를 전달하도록 적절한 다이리스터 THC작동용 점호회로(29)에 적절한 신호 DPI, DPI를 제공할 것이다. 선택된 무효전류의 개개값이 무효전력 수요비교기(24)에 의해 결정된 것같이 무효전력 수요를 만족하기에 충분한 전류와 정확히 같을지라도, 어떤 동작도 정전 무효전력 발생기(10)에 요구되지 않을 것이다.
그러나, 후자의 경우는 통계적으로 같지않다. 더 유사한 것은 캐패시터 C1-C4의 모든 결합을 통해 이용할 수 있는 여러 수준사이에 어느정도 있는 용량성전류를 적절한 무효전력 수요가 요구하는 것으로 동작 제3방법이 이용된다. 이러한 경우에, 캐패시터 스위칭회로(32)용 결정 논리회로가 선로(38)의 하나 이상의 신호를 에러조절회로(26)에 공급하며 차례로 신호 VARLD를 생산하는데 이것은 점호각 콘버어터(28)의 에러에 공급되고 차례로 인덕터 L이 전도되도록 다이리스터 THL을 점호시켜 선로(30)에 적절한 신호 αS를 제공한다. 이것은 유도성전류가 흐르도록하는 것이 충분하며 이는 용량성전류의 정확한 양을 생산해서 고정된 용량성전류의 일부를 상쇄시키는데 이는 에러증폭기(22)로 불리는 무효전력 수요와 같은 용량성 무효전력의 양을 생산하기 때문이다. 그러므로 부의 범위, 즉 무효전력 수요의 유도성 범위에서 모든 캐패시터 뱅크는 스위치가 닫혀지고 유도성 무효전력을 리액터나 인닥터 L의 위상제어의 보통방법으로 변화된다는 것을 알 수 있다. 무효전력 수요가 양일때, 즉 용량성이면, 제1 캐패시터 뱅크는 스위치가 장치되면 리액터는 잉여 용량바아트를 흡수하고 요구된 무효전력 출력을 제공하도록 제어된 이상이다. 무효전력 수요가 제1, 2, 3등 캐패시터 뱅크의 정적을 초과할때, 제2, 3, 4등 캐패시터 뱅크는 각각 스위치가 장치되며, 인덕터 뱅크는 무효전력 출력이 무효전력 수요와 같도록하기 위해 매시간 제어된다. 캐패시터 뱅크가 계획된 스위칭 포인트상의 발진을 통해 스위치인과 아우트가 되지 않도록 하기 위해, 적절한 히스테리시스가 무효전력 수요치와 스위칭인과 아우트가 실제로 일어나는 점에 제공된다.
이것은 인덕터 리액터 뱅크의 정격이 단일 캐패시터 뱅크의것 보다 더 높도록 요구하나 본 발명의 한 실시예에서, 히스테리시스 함수를 제공하는 것이 필요한 것으로 고려된다. 손실 최소화 장치(31)는 상기에 기술된 기준전압 VREF에 대한 교류회로망 전압 V의 평균치 VAVE와 가변증폭기(40)의 귀환 신호 VARDFB와 결합하여 작동한다. 출력신호 VV는 정레벨 비교기(42)와 부레벨비교기(44)에 의해 설치할 수 있는 정전압 값과 부전압값에 대해 비교된다. 신호 VV에 의해 나타난 변화가 작다면, 정 및 부레벨 비교기(42)와 (44)의 출력중 하나나 둘이 제로로되며, 따라서 제로 입력을 OR 게이트(50)에 제공한다. 이것은 부 바이아스 전압-V' 때문에, 전자스위치 eS가 출력에 의해 커지게하는 분류 증폭기(52)에 제로출력을 제공한다. 이런동작은 에러증폭기(22)의 이득을 줄이는 경향을 가지며, 따라서 에러증폭기(22)의 출력은 반드시 제로가 된다.
무효전력 수요비교기는 비교적 저수준신호, 즉 제로가 캐패시터 뱅크 C1-C4의 다이리스터 스위치 THC를 작동할 수 없도록 설치된다. 반면에 에러신호가 크게될때, 즉 가변증폭기(40)의 출력 VV가 충분히 커서 각 정레벨 비교기와 부레벨비교기(42), (44)용 정부전압 제한의 하나나 둘을 초과할때, 전술된 비교기의 하나나 둘의 출력이 정으로 된다. 따라서 논리 OR 게이트(50)의 출력은 또한 정이되며 분류 증폭기(52)의 출력이 부로된다.
분류 증폭기(52)의 이런 정의 값이 충분히 커서 다른 입력-V'에 의해 제공된 일정한 부 바이아스를 극복하는 것으로 가정된다. 결과적으로 아날로그 스위치 eS는 부 바이어스되고 개방되어 에러증폭기(22)가 정상 이득을 가지고 작동하게 한다.
전자스위치 eS가 개방되고 정상이득이 다시 설정될때, 무효전력 수요신호 VARD가 출력에서 나타난다. 이런 신호에 반응하여, 무효전력 발생기 제어는 요구된 보상을 생산하기 위해 인덕터 뱅크와 다이리스터 뱅크의 적절한 다이리스터 스위치 THL과 THC를 작동시킨다. 무효전력의 보상은 단자 전압변화를 줄인다, 이것은 불안전한 작동을 일으키며, 즉 정 및 부 레벨비교기(42)와 (44) 각각의 입력신호 VV는 감소되어서 차례로 전자 또는 아날로그 스위치 eS의 역행과 에러증촉기(22)의 이득 감소와 회로망의 무효전력 보상의 실질적인 불연속을 일으킬 수 있다. 이것은 일단 레벨비교기(42)와 (44)가 제로로가서 아날로그 스위치 eS가 개방되게하고 에러증촉기(22)의 정상이득과 요구된 무효전력 보상등을 재설정하면, 단자 전압변화를 증가시키는 경향이 있다. 이것은 전 시스템에 발진효과를 가져온다는 것을 알 수 있다. 이런것을 억제하고 안전한 동작을 위해, 에러증폭기(22)의 반전출력은 무효전력 발생기가 단자전압 V을 조절하기 시작한후 전압가변입력신호 VV의 감소를 보상하기 위해 상술된 안정화 증폭기(39)에 귀환된다. 에러증폭기(22)의 출력이 제공된 무효전력 보상에 비례하고 전압 변화의 감소가 이런 무효전력 보상에 비례하므로, 본 발명의 양호한 실시예에서, 모든 무효전력 출력 값의 보상되지 않은 전압 변화를 나타내는 입력 신호를 제공하고 안정한 방법으로 무효전력 발생기를 동작시키기 위해 부호 변환기인 안정화 증폭기의 사용으로 가능하다.
이런 손실 최소화 장치(31)의 사용과정 및 부 레벨비교기(42)와 (44) 각각에 대한정, 부 전압 한계를 분명히 선택해서, 정전 무효전력 발생기(10)의 손실은 단자 전압 변화와 상호 무효전력 수요신호 VARD가 발생기의 무효전력 출력을 제로로 유지시켜서 특정한계내에 있을때 마다 제로에 가깝거나 제로 이하로 유지시킬 수 있다. 변화값의 범위는 전위차계(46)과 (44)를 이용해서 설정할 수 있다.
제4도의 시험은 기술된 제어장치가 다음의 주기능을 실행한다는 것을 도시한다. 얼마나 많은 캐패시터 뱅크가 용량성 무효전력 잉여을 가지고 보상무효 전력 수요에 접근하기 위해 스위치인이나 아우트되는지 결정한다. 그것은 최소전달 교란으로 정의된 스위칭 순간에 어느 캐패시터 뱅크가 스위치될 수 있는지를 결정한다. 그것은 무효전력 발생기와 무효전력 수요가 같도록 하기 위해 캐패시터 뱅크에 의해 제공된 잉여용량성 무효전력을 흡수하기에 필요한 유도성 무효전력을 결정하며, 교류회로망의 보상요구를 일치시키기 위해 무효전력 출력에 전 폐쇄 루프제어를 제공하며 무효전력 보상이 적용되지 않을때 결정한다. 결과적으로, 상기 회로는 각 경우에 필요한 곳에 동일한 장치를 이용하는 폐루프와 위상 전단 제어를 둘다 제공한다.
제5도를 참고하면 단자전압대 무효전력(Q)의 그래프가 도시되었전다. 전압 V에 대한 정격 동작범위는 제5도의 수직축 V에 측정된 점(60)과 (62)사이에서 설정된다. 후자에 기술된 범위외에, 축 V의 점(60)이하나 점(62)상에, 무효전력 발생기는 캐패시터나 인덕터 각각으로서 작용한다. 곡선 QC=BCmaxV2은 전자의 사항을, 곡선 QL=BLmaxV2은 후자의 사항을 나타낸다. 일반적으로 용량성무효전력은 제5도의 왼쪽에 나타나 있으며 유도성 무효전력은 제5도의 우측에 나타나 있다. 캐패시터 뱅크와 인덕터 뱅크의 정격무효전력은 정점 QC와 QL에서 좌 우측에 도시되었다. 점(60)과 (62) 사이의 영역에 무효전력대 스위치 캐패시터 뱅크와 점호각 α에서 인덕터 뱅크의 어드미턴스의 선형그래프가 도시되었다.
실제 공급된 무효전력은 제5도에 도시된 점(64)와 (66) 사이에 요구된 실제 무효전력과 다르다는 것을 알 수 있다. 이런 영역에서 무효전력이나 제로 무효전력의 비활성 밴드가 제공된다. 이런 비활성 밴드는 교류시스템 Vnom의 공칭 전압에 대해 집중되어진다.
앞으로 다음 범례를 적용한다.
Q=무효전력
BC=스위치 인된 용량뱅크의 어드미턴스.
BL(α)=점호각 α에서 인덕터의 어드미턴스.
ΔV=단자 전압 변화(H=고, L=저)
제6도를 참조하면, 무효전력 출력대 제4도의 무효전력 발생기(10)에 대한 무효전력 수요 또는 ΔV가 도시되었다. 이런 경우에 어떤 무효전력 출력도 발생되지 않은 무효전력수요축의 점(68)과 (70)사이에 도시된 무효전력 수요 또는 전압차등의 범위가 있다는 것을 알 수 있다. 더우기, 우측 아래에 VARL로 표시된 V유도성소자 L에 의해 발생된 무효전력 출력이 도시되었고, 이것은 톱니타 함수로되는 특징을 가진 것이다.
더우기 우측위에 특징적인 계단모양을 가지고 VARC로 표시된 용량성소자에 스위치인되는 효과가 도시되었다.
VARC출력과 VARL의 가산으로 제6도에 도시된 무효전력 전체출력(VARTotal)을 생산한다. 점(68)의 좌측 아래에 유사한 선형무효전력 발생이 오른쪽 부분에 대해기술된 동일한 원리를 이용해서 용량성 영역에 제공된다는 것을 알 수 있다.
제7도를 참고하면 한편으로 정격손실대 무효전력수요나 유도성무효전력 출력과 다른 한편으로 용량성무효전력 수요나용량성 무효전력 출력의 그래프가 도시되었다. 좌측 점(72)와 우측점(74) 사이의 대드밴드영역에서, 정격 손실은 반드시 제로와 같으나 유도성 또는 용량성 무효전력 수요가 증가함에 따라서 증가한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 특수한 제어시스템과 도시된 무효전력 발생기에 적절한 동작이 제공되면 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있다. 또한 무효전력 보상을 위해 이용된 유도성 소자와 용량성 소자의 수가 제한되지 않는다는 것도 이해할 수 있다. 연속범위에 대한 제어가 결합된 유도성 소자를 이용하지 않고 얻어질수 없을 지라도 각 무효전력 단계의 수가 비교적 크다는 것을 이해할 것이다. 많은 예에서, 제4도에 도시된 기능블록에 대한 특수한 제어 회로장치가 양호한 실시예에 관련되어 있고, 데드밴드발생의 기능은 상기에 기술된 것 같이 제한되지 않는다는 것을 이해할 수 있다. 동기 타이밍 발생기와 점호각 콘버어터(28)의 에러가 전술한 미합중국 특허 제3,999,117호에 기술된 것과 같은 형태일 수도 있다.
본 발명의 양호한 실시예에 따른 장치는 많은 장점을 가지고 있다. 한 장점은 제로이하의 무효전력 발생의 데드밴드가 공칭전압의 영역에 제공될지라도 연속적인 제어가 정전 무효전력 발생기를 위해 앞선 또는 늦은 무효전력 영역에서 얻어질 수 있다.
본 발명의 다른 장점은 여기에 기술된 무효전력 발생 및 제어시스템이 만약 단자 전압변화가 대기 손실을 줄이기 위해 특정된 조절밴드내에 있다면 제로 무효 전력출력을 제공하나 그럼에도 불구하고 이런 밴드외부와 유용한 범위내에서 단자 전압특성에 비례하여 무효전력을 제공한다는 것이다.

Claims (1)

  1. 무효전력 수요가 전기시스템 전압의 함수로 되는 전기 시스템용 무효전력 발생기에 있어서, 상기 전기 시스템에 상호 연결되고 상기 시스템 전압에 대한 함수로서 상기 전기 시스템용 무효전력의 생산을 제어할 수 있는 무효전력 발생기(10)와, 상기 시스템 전압의 함수로서 상기 무효전력의 값을 생성하도록 상기 시스템 전압을 결정하고 상기 무효전력 발생기를 제어하기 위해 상기 무효전력 발생기 및 전기시스템에 연결된 제어장치(11)와, 상기 시스템 전압의 소정 범위내에 있을때 상기 무효전력의 발생을 방지하도록 상기 제어장치의 일부분으로써 연결된 상쇄장치를 구비한 것을 특징으로하는 무효전력 발생 및 제어 시스템.
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