JPS6366617A - 無効電力補償装置 - Google Patents

無効電力補償装置

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JPS6366617A
JPS6366617A JP61210558A JP21055886A JPS6366617A JP S6366617 A JPS6366617 A JP S6366617A JP 61210558 A JP61210558 A JP 61210558A JP 21055886 A JP21055886 A JP 21055886A JP S6366617 A JPS6366617 A JP S6366617A
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JP
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reactive power
converter
voltage
current
self
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JP61210558A
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Fumio Aoyama
文夫 青山
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Toshiba Corp
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

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、電源系統から無効電力変動の激しい負荷に電
力を供給するシステムにおいて、負荷の電力変動に起因
する電源系統の電圧変動を抑制するための無効電力補償
装置に関する。
（従来の技術） 一般にアーク炉のようにその無効電力の変動が不規則で
かつ変動が大きい場合、そのような無効電力変動を効果
的に補償するには、負荷の無効電力を速やかに検出し、
検出した無効電力に応じて無効電力補償装置のサイリス
タの点弧位相を決定して無効電力変動に対する無効電力
補償装置の応答をできるだけ速くする必要がある。
第３図に従来の無効電力補償装置とその制御回路の［略
ブロック図を示す。
第３図において、１は進相コンデンサであり、その無効
電力をＱｃとする。２はリアクトルでリアクトル２に流
れる電流は、リアクトル２に直列に接続された逆並列サ
イリスタ３により制御される。
逆並列サイリスタ３によりリアクトル２が電源がら取る
遅相無効電力ＱＬは０〜１００％の間で任意に第４図に
示すように点弧角αを位相制御することにより変化させ
ることができるので、進相コンデンサの進相無効電力Ｑ
ｃと組み合わせることにより負荷４の遅相無効電力ＱＦ
を補償する無効電力補償装置とすることができる。
例えば第３図においも進相コンデンサ１の取る進相無効
電力Ｑｃとリアクトル２の遅相無効電力をＱＬとすると
電源から取る進相無効電力ＱＴはＱＴ＝ＱＣＱＬ　　・
・・・・・・・・・・・・・・■となる。ω式から明ら
かなように逆並列サイリス３の点弧角αを制御すること
により電源から取る進相無効電力ＱＴを制御することが
可能となる。従って、負荷４の遅相無効電力ＯＦを検出
して、その値に等しい進相無効電力ＱＴを無効電力補償
装置が電源から取れば総合的に電源から取る無効電力は
０となり、負荷の遅相無効電力ＱＦは無効電力補償装置
から供給されることになる。
さて電力系統に接続される負荷の無効電力が変動する場
合、系統のインピーダンス７によって受電端電圧が変動
することは一般に知られている。
無効電力変動の大きな負荷の例としてはアーク炉があり
、アーク炉を負荷とした場合には変動が不規則でかつ変
動幅が大きい遅相無効電力が電力系統に流れるため系統
の電圧は激しく変化し、電圧フリッカを発生させる。
この種の無効電力変動を効果的に抑制するための手段と
して第３図に示す無効電力補償装置が用いられることに
なる。
回路の電圧を検出する電圧検出用変圧器５と負荷電流ｉ
ｐを検出する変流器６とから無効電力検出回路１１は負
荷４の無効電力ＱＦを検出する。一方、関数発生器１２
はω式のＱＴを点弧角αの関数で発生させる回路でその
関数はω式を図示した第５図のようになっている。従っ
て、負荷のＯＦを検出した無効電力検出回路１１の信号
と関数発生器１２の信号とが一致した時点を比較器１３
で検出し、パルス増幅回路１４を介してサイリスタ３に
ゲート信号を送出すれば、前記ＱＴが負荷４のＱＦを補
償するように制御されることになる。この様相をタイム
チャートで示したものが第６図である。
（発明が解決しようとする問題点） 前述のサイリスタによってリアクトルの消費する無効電
力を制御するサイリスタ位相制御リアクトル方式の無効
電力補償装置は第６図に示した様に電源電圧の１サイク
ルの間に２度しかサイリスタを点弧する機会がないため
、その制御には１／２サイクルのむだ時間が原理的に存
在する。アーク炉に代表される負荷の無効電力変動に起
因する電圧フリッカを抑制する場合、このむだ時間は無
視することができず、その抑制効果が充分ではなかった
。
本発明の目的は、無効電力補償装置の経済性を維持しつ
つ、電圧変動（フリッカ）抑制効果のより高い無効電力
補償装置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） 本発明は前記目的を達成するために、無効電力を消費す
る負荷に電力を供給する電力系統において、電源と前記
負荷を結ぶ母線にサイリスタ位相制御リアクトルとコン
デンサからなる無効電力補償回路を設け、前記負荷と無
効電力補償回路の電流が合成されて流れる母線に自励式
変換８よりなる無効電力補償回路を設置し、前記負荷の
無効電力変動を抑制するものである。
（作　用） 前述のように従来の無効電力補償装置に自励式変換器を
並列に設けることにより、自励式変換器は無駄時間が極
めて小さいので制御しきれない無効電力を自励式変換器
で制御するようにした。
（実施例） 本発明の実施例を第１図に示す。従来の無効電力補償装
置を示す第３図と同一機能のものは同一符号を付し、説
明を省略する。なお、第１図では煩雑さを避るため、三
相系統を単線結線図で取扱う。
本発明の実施例を示す第１図において、サイリスタ位相
制御リアクトルと進相コンデンサ１は従来の無効電力補
償装置と全く同じ構成であり、その制御回路１０もまた
同一である。本発明においては、自励式変換器２０を新
たに設置し、変流器８及び電圧検出用変圧器５によって
検出される電流、電圧から無効電力を演算し、それを補
償する電流を流すための制御回路３０から構成される。
自励式変換器２０は第２図に示す様に、交流リアクトル
２２、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）　２３、
ダイオード２４、直流コンデンサ２５によって構成され
る。
サイリスタ位相制御リアクトルとコンデンサｌにて構成
される無効電力補償回路の作用は従来例と同一であるが
、アーク炉のような負荷においてはその無効電力変動が
速いので、サイリスタの位相制御に起因するむだ時間の
ため、系統から供給される無効電力ａＳの変動は零にな
らない、また。
アーク炉においては、その電流には不特定の次数で時間
的に不規則に変化する高調波が含まれているが、サイリ
スタ位相制御リアクトルでは基本波無効電力のみしか制
御できないので、上述の時間的に変化する高調波に起因
する電圧変動を補償できないばかりでなく、高調波電流
が無効電力検出＠踏出力に誤差として表われ、無効電力
補償装置の補償誤差となる。これに対して第２図に示さ
れる自励式変換器２０は、ゲートターンオフサイリスタ
２３を高速にオンオフし、ＰＷＭ制御を行なう、ことに
より、非常に応答性の高い定電流源と見なすことができ
、電圧フリッカとして問題となる数十Ｈｚ以下の周波数
領域ではそのむだ時間は無視して差しつかえない、また
、高調波を補償することも可能である。
従って、この自励式変換器を無効電力補償装置として使
用すれば非常に性能の高い装置となるが、サイリスタ位
相制御リアクトルと比らべて高価で。
運転損失も大きく経済性が悪いという欠点がある。
本発明はサイリスタ位相制御リアクトルの経済性、自励
式変換器の応答性という利点を生かすべく両者を組み合
わせたものである。サイリスタ位相制御リアクトル方式
の無効電力補償装置の容量が負荷無効電力の変動量に対
して充分であれば。
その無効電力変動の大半は抑制できるので、自励式変換
器はその残りの無効電力変動を補償すればよい、第１図
に示す自励式変換器は以下に説明する様に作用する。
負荷４の無効電力はサイリスタ位相制御リアクトル方式
の無効電力補償装置によって従来例の如くほぼ補償され
、その残分と負荷の消費する有効電力による電流が変流
器８によって検出される。
この電流は３相回路の線電流でブロック３１において２
相交流に変換される。この処理は３相交流の各線電流を
ｌＲ＊１ｓｔｌＴ、２相交流をＩｄｙｌｑとすると次式
で表わされる。
回路電圧についても同様に電圧検出用変圧器５によって
検出され、ブロック３２において２相交流に変換される
。この変換は■のｉをＶに置換えたものに等しい。
２相変換された電圧信号ｖｄｙ　＃Ｑはブロック３４に
よってろ波され同期電圧信号νｄ＋’ｌ’Ｑ’を得る。
ブロック３３は無効電力検出回路で、電圧学会誌論文５
８−８６０　Ｐ、４１〜４８「瞬時無効電力の一般化理
論とその応用」において定義さ九でいるいわゆる瞬時実
電力、瞬時虚電力を検出するもので次式の演算によって
なされる。
ただし、ここでＰは瞬時実電力、ｑは瞬時虚電力を表わ
す、またシー、ν♂は２相交流において大きさがＩＰｕ
で、直交する成分であり、ｙ、＋１−、　ｙｑ崎１９Ｉ
′ｆと考えて差しつかえない、従ってｐは電源から負荷
へ供給される瞬時有効電力、ｑは２相間で循環している
瞬時無効電力である。
電力系統においてその電圧変動の大きさは無効電力変動
によるものが支配的で、有効電力による変動は無視して
差しつかえないので、自励式変換器２０ではｑのみを補
償すればよい、すなわち補償量Ｑｃ’はブロック３５で
ｑの符号を反転させ、兼　　− Ｑｃ　　−−（ｌｃ　　　　　　　　・・・・・・・・
・・・・（ハ）として得られる。自励式変換器２ｏを定
電流源として動作させるためブロック３６において各線
流指令値１ｃｆ’＋ｌｃｓ’＋１ｃＴ’を演算する。こ
れは（イ）式及び０式の逆変換で求められる。２相交流
における指令値を１ｃａ兼ｔ　ｉｃｑ＾とすると、 で与えられる。ただし−１前述の理由によりＰ）Ｇ＝０
でありから、 となる、この様にして求められた指令値と、変流器２１
によって検出される自励式変換器の各線電流ＩｃＲｘ　
ｉｃｓ　＊　ＩｃＴの差分を減算器３７で演算し、誤差
アンプ３８において定電流制御を行ない、変換器の電流
を指令値に追従させる。誤差アンプ３８の出力はゲート
回路３９に入力され変換器をＰＷＭ制御するための、オ
ン・オフパルスを発生し、第２図に示すゲートターンオ
フサイリスタのゲートに印加される。この自励式変換器
は定電圧型であるから、直流電圧を一定にするための直
流ゴンデンサ２５が必要である。しかし本発明において
は瞬時無効電力、すなわち各相間で循環する電力のみを
補償し有効分は補償しないので原理的には直流回路に流
ねる電流は零であり、ゲートターンオフサイリスタの転
流に伴なう電流のみを考えればよいので直流コンデンサ
の容量は小さくてよい。また、交流リアクトル２２はパ
ルス幅変調された電圧を平滑化して電流に変換する作用
をする。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように１本発明は次のような利
点を有する。
ω　自励式変換器のむだ時間はサイリスタ位相制御リア
クトルのむだ時間よりも格段に小さいので、従来のサイ
リスタ位相制御リアクトル方式の無効電力補償装置と組
み合力せる二とにより、応答性が高くなり無効電力の補
償性能が向上する。
■　自励式変換器は、従来例では補償性能を低下させて
いた高調波に起因する無効電力も合わせて補償すること
ができるので、電圧変動の抑制性能が向上する。
■　負荷の無効電力変動の大半を安価なサイリスタ位相
制御リアクトル方式の無効電力補償回路で補償し、その
残分を自励式変換器で補償するので、全てを自励式変換
器で補償する方式と比較して経済的である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による無効電力補償装置とその制御回路
のブロック図、第２図は第１図における自励式変換器の
詳細図、第３図は従来の無効電力補償装置とその制御回
路の概略ブロック図、第４図はりアクドルを流れる無効
電力と点弧角の関係を示した図、第５図は無効電力補償
装置の無効電力と点弧角の関係を示した図、第６図は従
来装置の動作を説明するためのタイムチャートである。 １・・・進相コンデンサ　　　２・・・リアクトル３・
・・サイリスタ　　　　　４・・・負荷５・・・電圧検
出用変圧器　　６・・・変換器７・・・系統インピーダ
ンス　１０・・・制御回路１１・・・無効電力検出回路
　　１２・・・関数発生器１３・・・比較器　　　　　
　　１４・・・パルス増幅回路２０・・・自励式変換器
　　　　２１・・・変流器２２・・・交流リアクトル ２３・・・ゲートターンオフサイリスタ２４・・・ダイ
オード　　　　　２５・・・直流コンデンサ３０・・・
制御回路　　　　　　３１，３２・・・３相２相変換器
３３・・・無効電力検出器　　　３４・・・同期検出器
３５００１反転器　　　　　　　３６・・・瞬時電流演
算器３７・・・減算器　　　　　　　３８・・・誤差ア
ンプ３９・・・ゲート回路 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　三俣弘文 Ｓ ２θ 第２図 第３図 第４図 キ 第５図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電源系統と負荷との間にリアクトルとコンデンサを並列
    に設け、負荷の無効電力を検出して前記リアクトルに流
    れる電流をサイリスタにより制御する無効電力補償回路
    と、前記無効電力補償回路によって補償されない無効電
    力を検出してその変動を抑制するための自励式電力変換
    器を設けたことを特徴とする無効電力補償装置。
JP61210558A 1986-09-09 1986-09-09 無効電力補償装置 Pending JPS6366617A (ja)

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EP87112595A EP0260504B1 (en) 1986-09-09 1987-08-28 Reactive power compensation circuit
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CA000546336A CA1283167C (en) 1986-09-09 1987-09-08 Reactive power compensation device

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