JPH02143312A

JPH02143312A - 無効電力補償装置

Info

Publication number: JPH02143312A
Application number: JP63295976A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nishikawa; 正西川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-25
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1990-06-01
Anticipated expiration: 2012-02-26
Also published as: JP2585402B2

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、電力系統にリアクトルとコンデンサを並列接
続し、そのリアクトルに流れる電流をサイリスタにより
位相制御して電力系統の無効電力を補償する無効電力補
償装置に関する。

（従来の技術）不規則、かつ、急激に変動する無効電力を発生する負荷
１例えば、アーク炉や圧延機などが接続されている電力
系統においては、無効電力の変動する電圧変動を生じ、
その電圧変動が原因となるフリッカを発生する。

このようなフリッカを防止するため、従来より。

変動負荷の無効電力を補償して電力系統の電圧を安定化
する無効電力補償装置が実用されている。

第６図は、無効電力補償装置の従来例を示している。

同図において、系＃ｌ電源１は、線路インピーダンス２
を備えた線路３を介し、無効電力補償装置ｆｆ４の受電
端５，６に印加されており、この無効電力補償装置４の
送電端７，８には、アーク炉などの変動負荷９が接続さ
れている。

無効電力補償装置４において、変成器１０は５系Ｍ電圧
を検出するためのものであり、その検出′賀正は制御回
路１１に出力されている。変流器１２は、系統電流を検
出するためのものであり、その検出電流は制御回路１１
に出力されている。

コンデンサ１３、および、リアク１−ルト１は、系統電
力の無効電力を補償する、補償無効電力を発生するため
のものであり、リアクトル１４と直列に、かつ、互いに
逆方向に並列接続されているサイリスタ１５．１６は、
リアクトル１４をオンオフするためのものである。

制御回路１１は、変成器１０より入力した系統電圧、お
よび、変流器１２より入力した系統電流に基づいて無効
電力を算出し、この無効電力を補償するための補償無効
電力を算出する。そして、その補償無効′重力を発生す
るように、サイリスタ１５．１６のゲートに印加する点
弧パルスＰＡの点弧角を制御している。

ここで、第７図に示すように、系統化ｇｌから歪のない
正弦波の電圧Ｖが印加されているとき、電圧Ｖのピーク
点より制御遅れ角α４．α２．α、で点弧パルスＰ＾を
出力すると、このときには、サイリスタ１６がオフして
おり、かつ、サイリスタ１５の１＠方向に電圧Ｖが印加
されているので、サイリスタ１５がオンし、それにより
、リアクトル１４に流れる電流が、それぞれ電流１ａ＋
ｌｂ＋ｌｃのように変化する。

また、制御遅れ角α０．α２．α１よりもそれぞれ１８
０度遅九九制御遅れ角α□′、α２′、α′、で点弧パ
ルスＰ＾を出力すると、このときには、サイリスタ１５
がオフし、かつ、サイリスタ１６の順方向に電圧Ｖが印
加されているので、サイリスタ１６がオンし。

それにより、リアクトル１４に流れる電流が、それぞれ
電流１ａ’　＋ｌｂ’　＋ｉｏ’のように変化する。

このようにして、リアクタンス１４に流れる電流は、サ
イリスタ１５．１６の点弧角により変化し、その制御遅
れ角αと電流ピーク値との関係を第８図に示す。

すなわち、制御回路１１は、サイリスタ１５．１６の点
弧角を変化することで、リアクトル１４のリアクタンス
を連続的に変化することができ、これにより、無効電力
補償装置４が発生する補償無効電力を連続的に変化する
ことができる。

したがって、制御回路１１は、」−述のようにして算出
した補償無効電力に対応して点弧パルスＰＡの点弧角を
設定し、それにより、電力系統に生じている無効電力を
補償して、電圧変動を抑制し、それにより、フリッカの
発生を防止している。

（発明が解決しようとする課題）ところが、このような従来装置では、系統電圧が変動し
、直流成分が重畳したり、波形歪を生じると、次のよう
な不都合を生じていた。

すなわち、−１に、電圧Ｖのピーク値検出が困難なため
、制御回路１１は、点弧パルスＰＡの点弧角の基市とし
て、電圧Ｖの波形の零点検出タイミングを用いている。

そこで、第９図（ａ）に示すように、電圧Ｖに直流成分
が重畳され、零点が電圧波形の正方向に変位する態様に
系統電圧が変動したとき、零点の検出タイミングが時間
的に後の方向にずれる。

このために、この場合には、同図（ｂ）に示すように、
サイリスタ１５の点弧幅が短縮され、また。

同図（Ｃ）に示すように、サイリスタ１６の点弧幅が延
長されて、１８０度を越えることがある。なお、同図（
ａ）において、電流ｊはサイリスタ１５を流れる電流を
示し、電流ｊ′はサイリスタ１６を流れる電流を示す。

その結果、リアクトル１４は、正側に励磁されている時
間よりも負側に励磁されている時間が格段に大きくなり
、リアクトル１４が直流偏磁されるという不都合を生じ
ていた。

また、これ以外にも、例えば、電圧Ｖの波形に歪を生じ
た場合に、同様の不都合を生じることがある。

そこで、本発明は、このような従来装置の課題を解決し
、リアクトルの直流偏磁を防止できる無効電力補償装置
を提供することを目的としている６［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、サイリスタの点弧位相遅れ角の最小値を所定
値に制限する点弧位相遅れ角制限手段を備えたものであ
る。

（作用）したがって、サイリスタの点弧幅が、一定値以下に制限
されるため、リアクトルの直流偏磁を防止することがで
きる。

（実施例）以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細
に説明する。

第１図は、本発明の一実施例にかかる無効電力補償装置
を示している。なお、同図において、第６図と同一部分
には同一符号を付している。

同図において、変成器１０の検出電圧は、無効電力検出
回路２１．および、位相制御回路２２に加えられるとと
もに、フィルタ回路２３により波形整形されている。ま
た、変流器１２の検出電流は、無効電力検出回路２１に
加えられている。

無効電力検出回路２１は、入力した検出電圧および検出
電流に基づいて電力系統に生じている無効電力を算出す
るものであり、その算出無効電力は、演算回路２４に出
力されている。

演算回路２４は、入力した算出無効電力に基づき。

その無効電力を補償するための補償無効電力を算出する
ものであり、その算出補償無効電力は、位相制御回路２
２に出力されている。

位相制御回路２２は、入力した算出補償無効電力に基づ
いてサイリスタ１．５．１６の点弧角を演算する一方、
検出電圧の零点を検出する。そして、その検出タイミン
グを基準として、演算した点弧角のタイミングを判定し
、その判定タイミングで立ち上がって次の検出電圧の零
点で立ち下がる波形の点弧タイミング信号ＳＴを発生す
るものであり、その点弧タイミング信ｇｙＳＴは、アン
ド回路２５．２６の一入力端に加えられている。

フィルタ回路２３により波形整形された検出電圧は、レ
ベル検出器２７に加えられるとともに、反転増＠器２８
で反転されたのちにレベル検出器２９に加えられている
。

レベル検出器２７は、人力信号が正になっている期間、
すなわち、検出電圧の正の期間を検出するものであり、
その検出信号Ｓ１は、オンデイレイタイマ回路３０に加
えられている。

レベル検出器２９は、人力信号が正になっている期間、
すなわち、検出電圧の負の期間を検出するものであり、
その検出信号Ｓ２は、オンデイレイタイマ回路３１に加
えられている。

オンデイレイタイマ回路３０．３１は、入力信号Ｓ１゜
Ｓ２の立上りタイミングから一定時間遅延（例えば、位
相角の１２０度に対応した時間）したタイミングで立上
り、かつ、入力信号Ｓｌ、Ｓ２の立ち下がりタイミング
と同一タイミングで立ち下がる信号Ｓ３．Ｓ４を形成す
るものであり、その信号Ｓ３．Ｓ・１は、アンド回路２
５．２６の他方の入力端に加えられている。

アンド回路２５．２６の出力信号Ｓ５．Ｓ６は、パルス
発生器３２．３３に加えられている。

パルス発生器３２．３３は、入力した信号Ｓ５．Ｓ６の
立」ユリタイミングに同期して、パルス幅の小さいパル
ス信号ＰＣ、ＰＤを一発出力するものであり、そのパル
ス信号ＰＣ，ＰＤは、パルストランス３４　、３５を介
し、点弧パルスＰＡ１．．ＰＡ２として、そ九ぞハサイ
リスタ１５、１６のゲート入力端に加えられている。

以上の構成で、第２図（ａ）〜（ｇ）に示すように、歪
のない正弦波の電圧Ｖが印加されているとき、その電圧
νの正の期間で、レベル検出器２７より信号Ｓｌが出力
される。

これにより、オンデイレイタイマ回路３０からは、信号
Ｓ１の立上りタイミングよりも、位相角にして１２０度
遅延したタイミング、すなわち、電圧Ｖのピーク値のタ
イミングから３０度位相遅れのタイミングで立ち上がる
信号Ｓ３が出力される。

一方、このとき、補償無効電力が比較的大きく。

位相制御回路２２から、電圧νのピーク値のタイミング
から１５度位相遅れのタイミングで立ち上がる点弧タイ
ミング信号Ｓ丁が出力されたとする。

したがって、アンド回路２５．２６は、この点弧タイミ
ング信号ＳＴが立ち上げられたタイミングで動作可能な
状態となり、信号Ｓ３が立ち上げられると、アンド回路
２５の出力信−号Ｓ５が立上り、これにより、パルス発
生器３２よりパルス信号ＰＣが発生する。

その結果、電圧Ｖのピーク値よりも３０度位相遅れのタ
イミングで、点弧パルス１）Ａ１がサイリスタ１５のゲ
ートに印加され、これにより、リアクトル１４には電流
ｉ、が印加される。

また、第３図（ａ）〜（ｇ）に示すように、歪のない正
弦波の電圧νが印加されているとき、その電圧Ｖの負の
期間で、レベル検出器２９より信号Ｓ２が出力される。

これにより、オンデイレイタイマ回路３１からは。

信号Ｓ２の立上りタイミングよりも、位相角にして２１
０度遅延したタイミング、すなわち、電圧Ｖの負のピー
ク値のタイミングから３０度位相遅れのタイミングで立
ち上がる信号Ｓ４が出力される。

一方、このとき、上述と同様に、位相制御回路２２から
、電圧Ｖの負のピーク値のタイミングから１５度位相遅
れのタイミングで立ち上がる点弧タイミング信号ＳＴが
出力されたとする。

したがって、アンド回路２５．２６は、この点弧タイミ
ング信号ＳＴが立ち」二げられたタイミングで動作可能
な状態となっており、信号Ｓ４が立ち上げられると、ア
ンド回路２６の出力信号Ｓ６が立」ニリ、これにより、
パルス発生器３３よりパルス信号ＰＤが発生する。

その結果、電圧Ｖの負のピーク値よりも３０度位相遅れ
のタイミングで、点弧パルスＰＡ２がサイリスタ１６の
ゲートに印加され、これにより、リアクトル１４には、
電流１２が流れる。

このように１本実施例では、サイリスタ１５．１６の点
弧遅れ角の最小値が３０度に制限されており、それより
も点弧遅れ角が小さくなることがない。

そのために、第９図（ａ）と同様の電圧変動が生じた場
合、本実施例では、第４図（ａ）〜（ｃ）に示すように
、サイリスタ１６の点弧幅が１８０度よりも大きくなる
ことが防止され、これにより、リアクトル１４の直流偏
磁を防止することができる。

ところで、上述のように、点弧遅れ角の最小値を３０度
に制限すると、第５図に曲線ＣＶＩで示すように、リア
クトル１４に流れる電流のピーク値が４０％に制限され
る。

そこで９本実施例では、制御遅れ角を３０度に設定した
ときに、同図に曲ａｃＶ２で示すように、従来同様の電
流値、すなわち、この無効電力補償装置の定格電流を流
すことができるように、リアクトル１４のリアクタンス
を、従来装置の４０％に設定した。

これにより、本実施例装置でも、従来装置と同等の無効
電力補償能力をもたせることができる。

ところで、リアクトル１４のコストは、リアクタンス値
の１．６〜１．７乗に比例する。上述のように、本実施
例装置で必要なりアクドル１４のリアクタンスが、従来
装置の４０％であるため、本実施例では、従来装置の２
０数％のコストでリアクトル１４を構成でき、それによ
り、無効電力補償装置のコストを低下することができる
という効果も得る。

なお、第４図（ａ）−（ｃ）では、電圧Ｖの波形が歪ん
でいない状態で、直流成分が重畳された場合について、
本実施例の効果を説明しているが、電圧Ｖに波形歪を生
じている場合においても、上述と同様に、本実施例の効
果があられれ、サイリスタ１５゜１６の点弧幅を制限す
ることができる。

また、実際には、リアクトルに流れる電流には高調波成
分を含むが、上述の説明においては、省略している。

また、上述した実施例では１点弧パルスの位相遅れ角の
最小値を３０度に制限しているが、この最小値は、これ
に限ることはない、すなわち、点弧パルスの位相遅れ角
の最小値は、電圧揺動（波形歪を含む）が生じた場合で
も、サイリスタの点弧幅を１８０度より小さくできる値
に設定すればよい。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、サイリスタの点弧位相
遅れ角の最小値を所定値に制限する点弧位相遅れ角制限
手段を備えているので、サイリスタの点弧幅を一定値以
下に制限することができ、それによって、リアクトルの
直流偏磁を防止することができる。また、リアクトルの
りアクタンスを小さくすることができるので、装置コス
トを低下することができるという効果を得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかる無効電力補償装置を
示すブロック図、第２図は電圧が正の期間における第１
図の装置の動作を説明するための波形図、第３図は電圧
が負の期間における第１図の装置の動作を説明するため
の波形図、第４図は第１図の装置の効果を説明するため
の波形図、第５図はりアクドルのりアクタンスの設定例
を示す概略図、第６図は従来装置の一例を示す回路図、
第７図は点弧角とりアクドルに流れる電流との関係を説
明するための波形図、第８図は制御遅れ角と電流ピーク
値の関係を示したグラフ図、第９図は従来装置の不都合
を説明するための波形図である。２１・・・無効電力検出回路、２２・・・位相制御回路
。２３・・・フィルタ回路、２４・・・演算回路、　２５
．２６・・・アンド回路、　２７．２９・・・レベル検
出器、２８・・・反転増幅器、　３０．３１・・・オン
デイレイタイマ回路、３２．３３・・パルス発生器、３
４　、３５・・・パルストランス。

Claims

【特許請求の範囲】

電力系統にリアクトルとコンデンサを並列接続し、その
リアクトルに流れる電流をサイリスタにより位相制御し
て電力系統の無効電力を補償する無効電力補償装置にお
いて、前記サイリスタの点弧位相遅れ角の最小値を、所
定値に制限する点弧位相遅れ角制限手段を備えたことを
特徴とする無効電力補償装置。