JPH0356035A - 電圧変動補償装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は配電系統の電圧変動を防止するための電圧変
動補償装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図は例えば三菱電機技報Ｖｏ　１．　６２，隔６，
　１９８８，？１５〜２０　　論文「アクティブフィル
タとその応用」に開示された従来の電圧変動補償装置を
示す回路図である。図において（１）は電源、（２）お
よび（３）は電源系統に存在するそれぞれ抵抗Ｒおよび
リアクタンスＸ，（４）は負荷側母線で、その電圧Ｖが
補償すべき対象の負荷電圧である。（５）はその電力が
変動する負荷、そして（６）が負荷（５）と並列に負荷
側母線（４）に接続された無効電力補償装置、（７）は
負荷検出手段である変流器（８）および変成器（９）か
らの検出出力をもとに無効電力補償装置（６）の出力無
効電力−ｊＱｃを制御する制御装置である。

上記無効電力補償装置（６）は例えば第６図に示すよう
に自動式インバータを用いたアクティブフィルタで構成
される。第６図はアクティブフィルタの回路構成を示す
図であり（１０ａ）〜（ＩＯＣ）はりアクトル、（１１
ａ）〜（ｌｌｆ）はトランジスタスイッチ、（６）はコ
ンデンサ、（１３ａ）と（１３ｂ）はアクティブフィル
タの出力電力を検出するための変流器である。また、制
御装１１（７）は次の回路で構成される。ａ＜は変或器
（９）で検出された電圧■と変流器（８）で検出された
電流挾を入力し負荷の有効電力Ｐと無効電力Ｑを検出す
る検出回路、Ｑ５は検出回路ａ＜の出力値を基準信号と
し、変流器μｓで検出された電流ＩＣをフィードバック
信号として出力電流を制御する電流制御回路、ＣＩＱは
電流制御回路四の出力信号を変調するためのＰＷＭ回路
であり、その出力はトランジスタスイッチ（１１ａ）〜
（１ｌｆ）のＯＮ　−　ＯＦＦ信号としてアクティブフ
ィルタ（６）へ与えられる。

次に動作について説明する。第６図においてコンデンサ
（転）に充電されている直流電圧Ｅｄはトランジスタス
イッチ（ＩＸａ）〜（ｌｌｆ）によりＰＷＭ変調され、
ｖ！なる交流電圧に変換される。

この電圧■はリアクトルＣｌＯを介して負荷側母線（４
）に供給される。従って、アクティブフィルタ（６）の
動作は第７図の等価回路で表わすことができ、第８図（
ａ）に示すようにアクティブフィルタの出力庫圧Ｖｘを
負荷母．ｉｌ９１［圧Ｖより大きくすると進相無効電力
をアクティブフィルタに流し、また、同図（ｂ）に示す
ようにアクティブフィルタの出力電圧Ｖｘを負荷母線電
圧Ｖより小さくすると遅相無効電力をアクティブフィル
タに流すように動作する。

次に無効電力補償装置（６）による電圧変動補償方法に
ついて説明する。第９図は負荷電圧Ｖ、補償無効電力Ｑ
Ｏ及び電源側無効電力Ｑｏの時間経過を示したタイムチ
ャート図である。今、電源系統の抵抗をＲ（％）（１ｏ
ＭＶＡベース）、リアクタンスをＸ（％）（１ｏＭＶＡ
ベース）とし、時刻Ｔ　＝　Ｔ１まで無負荷であったも
のが、時刻’ｒ＝’ｒ，で有効電力Ｐ（ＫＷ）、無効電
力Ｑ（ＫＶＡＲ）の負荷が投入されたとする。この負荷
投入により、負荷電圧Ｖは次式で示すΔＶだけ降下する
。（第９図（ａ））ΔＶ＝ＣＲ−Ｐ＋Ｘ−Ｑ）ｘ　１０
−’制御装置（７）はこの負荷のＰとＱ検出回路αΦに
より検出して直ちに電流制御回路α９及びＰＷＭ制御回
路ＱＱを調整し、上記電圧降下△Ｖを零にするように次
式で求まる進相無効電力Ｑｏ　（ＫＶＡＲ）を時刻Ｔ，
以降に無効電力補償装置（６）に流す。（第９図中）） △Ｖ＝　［Ｒ−Ｐ＋Ｘ・（Ｑ−ＱＣ）ｌ　×ｌＱ−’＝
Ｑ従って、 Ｒ ＱＣ＝Ｑ十Ｘ−Ｐ　（ＫＶＡＲ） この結果、電源側に流れる無効電力Ｑｏは進相となって
継続する。（第９図（Ｃ）） そしてこの進みはＲ／Ｘの値が大きくなるほど大きくな
り、電源側力率が悪化することになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の電圧補償装置は以上のように構成されているので
、負荷電圧を一定に保とうとすると、電源側の抵抗分Ｒ
による電圧降下をも補償する必要があるために進相無効
電力を過補償する必要があり、電源側の力率が悪化させ
ると共に電源インピーダンスによる電力損失を増加させ
るという課題があった。

この発明は以上のような課題を解消するためになされた
もので、電源側の力率の悪化を防止し、かつ負荷電圧の
変動を補償することができる電圧補償装置を得ることを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る電圧補償装置は無効電力補償装置に加え
て電源の配電線路側に線路電圧の大きさを検出して自動
的に負荷電圧の変動を補償する電圧調整装置を備えたも
のであり、負荷電力変動による電圧変動のうち有効成分
によるものは上記電圧調整装置で補償し、無効成分によ
るものは上記無効電力補償装置で補償するようにしたも
のである。

〔作用〕

この発明における電圧補償装置は負荷の過渡的な変化に
よる電圧変動分は速応性を有する無効電力補償装置で全
領域を補償するようにし、定常状態に達すると無効電力
袖償装置の補償領域を徐々に減じていき問題のない範囲
で電′ｇ電圧変動を少し生じさせることにより電圧調整
装置の動作を誘導するようにして定常的には有効成分に
よる電圧変動は電圧調整装置で、また無効成分による電
圧変動は無効電力補償装置により補償できるようにした
ものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、Ｑ７）はタップ切替器、（ト）は電圧変成
器、α０はタップ制御回路、（１）はＱ７）〜α９で構
成される電圧調整器である。また、Ｃυは負荷（５）の
無効電力を検出する負荷側無効電力検出回路、＠は負荷
（５）の有効電力を検出する負荷側有効電力検出回路、
（至）は電源側の電流を検出する電流変成器、（至）は
電源側の無効電力を検出する電源側無効電力検出回路、
（至）は積分回路、（ホ）は補償容量演算回路、（イ）
は補償容量演算回路（至）の出力値を基準信号とし、変
流器αＪで検出された電流Ｉｃをフィードバック信号と
して出力電流を制御する電流制御回路である。

また、（至）は電流制御回路のの出力信号を変調するた
めのＰＷＭ回路であり、その出力はトランジスタスイッ
チ（１１ａ）〜（１１ｆ）のＯＮ−ＯＦＦ信号としてア
クティブフィルタ（りへ与えられる。

次に動作について説明する。従来の装置との動作の違い
を説明するために第９図と同様のタイムチャートを用い
て第２図で説明する。第２図において時刻Ｔ　＝　Ｔ１
まで無負荷であったもので時刻Ｔ”Ｔｔで有効電力Ｐ（
ＫＷ）、無効電力−（ＫＶＡＲ）の負荷が投入されると
時刻１゛２以降に負荷側無効電カリυにより無効電力ｑ
を検出し、負荷側有効電力検出回路＠により有効電力Ｐ
を検出する。

一方、無効電力袖償装置（６）の接点より電源側の電流
を検出する電流変成器のを介して検出した電流を入力と
して電源側無効電力検出回路（ハ）で電源側無効電力Ｑ
ｏを求める。電源側無効電力検出回路例の出力ＱＯは次
段の徐分回路四へ入力され、時定数Ｔｔで積分された後
、積分出力Ｑｌを補償容量演算回路（ホ）へ入力する。

補償容量演算回路（至）では次式の演算を行う。

この補償容量演算回路の出力ＱＭは電流基準信号として
次段の電流制御回路＠へ入力され、電流制御回路（４）
とＰＷＭ回路のにより無効電力補償装置（６）にＱＭに
等しい無効１Ｋ力一ｊＱｃを流すように制御するのは第
５図に示す従来の無効電力補償装置と同様である。

時間Ｔ２の直後においては時定数の関係で積分回路（至
）はまだその出力ＱＩがほとんどＯの状態になっている
ので、Ｔ２直後の補償容量演算回路１浦の出力は Ｒ Ｑ　Ｍ　＝　Ｑ　＋（　ｘ　）　Ｐ を出力することになり、従って無効電力補償装置の出力
ＱＯも第２図（ｂ）のように を出力することになる。この結果、負荷（５）のＰとＱ
による電圧降下をＯに抑えるように動作することは従来
の無効電力補償装置と同様である。

第２図（Ｃ）に示すように、この場合には電源側の無効
電力ＱＯは となるが、この無効電力Ｑｏは電源側無効電力検出回路
＠で検出され積分回路＠において、時定数ＴＩで積分さ
れるため、積分回路＠の出力ＱＩは補償容量演算回路（
ニ）において、減算され次式のような演算を行う。

従って時刻Ｔ２以降で積分回路＠の出力ＱＩが時定数Ｔ
ｘで増加してくるにつれ徐々にＱＭが減少し、無効電力
補償装置（６）の出力ＱＣは徐々に低下してくることに
なる。この結果、第２図（ａ）に示すように負荷電圧Ｖ
もＱｃの低下に伴って徐々に下がってくるが、負荷電圧
Ｖの低下は電圧調整器四の電圧変成器（１呻により検出
されタップ制御回路αりに入力される。タップ切替えの
下限値ＶＬに達した時にタップ制御回路四はタップ切替
え器αカにタップ上昇信号を出力し、時刻Ｔ，において
タップを一段上げるように動作する。この結果、負荷電
圧Ｖは第２図に示すように時刻Ｔ，においてタップ上昇
分ΔＶｓだけ上昇する。時刻Ｔ３以降さらに無効電力補
償装置（６）の出力Ｑｏが減少してくると再び負荷電圧
Ｖは時刻Ｔ４においてタップ切替えの下限値ＶＬに達す
ると再びもう一段タップを上げて電圧をΔＶｓだけ更に
持上げるように動作する。このようにして無効電力補償
装置の出力ＱＯを徐々に減少させそれによる電圧の低下
分を電圧調整器（１）のタップを上げることにより負荷
電圧は一定範囲内に入るように動作することになる。無
効電力補償装置（６）の出力ＱＯを減少させていくと電
源側の無効電力Ｑｏは徐々に低下して来、定常的にはＱ
ｏが０になった時に積分回路（ニ）は積分動作を停止す
るため無効電力補償装置（６）の出力ＱＯはそれ以上は
減少せず、Ｗｌ源側の無効電力Ｑｏを０にした状態で落
ちつくことになる。従って、定常的には無効電力補償装
置（６）の出力はＱｏ　＝　Ｑｔ．となり、また電源側
の無効電力Ｑｏ＝ｏとなる。この結果、電源インピーダ
ンスによる電圧降下のうちリアクタンス分Ｘによる電圧
降下Ｘ．Ｑは無効竃力袖償装置Ｑａにより補償し、抵抗
分Ｒによる電圧降下Ｒ−Ｐは電圧調整装＠四で補償でき
ることになる。

上述の第１の実施例では無効電力補償装＠（６）の出力
ＱＯを減少させる時定数は積分回路＠の時定数ＴＸによ
り決まり、もし、電圧調整器（７）のタップ切替えに要
する時間遅れが上記時定数ＴＩに比べて長いような場合
にはタップの切替えのための応答時間が無効電力補償装
置（６）の出力ＱＣの低下の時定数に追いつかず、その
結果、負荷電圧■を必要以上に低下させてしまう可能性
がある。これを解決したのがこの発明の第２の実施例で
あり、第２の実施例を示す回路図を第３図に示す。

第３図では第１図の第１の実施例に加えて電圧変動検出
回路囚、変換回路（１）、リミッタ回路則、減算回路■
及び積分回路（至）が追加されている。

以下にこの動作について説明する。第４図の時刻Ｔ１で
負荷が投入されると、まず負荷無効電力検出回ｔｉｌｌ
）と負荷有効電力検出回路のが動作し、無効電力補償装
置の出力Ｑｏは時刻Ｔ２の直後において となり負荷（５）のＰとＱによる電圧降下を０に抑える
ように動作する。この後、電源側の無効電力Ｑｏが電源
側無効電力検出回路ので検出され積分回路（至）におい
て時定数Ｔｔで積分される。

積分回路＠の出力ＱＩは補償容量演算回路（ホ）におい
て ？演算を行うことにより時刻Ｔ，以降で積分回路■■■
の出力ＱＩが時定数ＴＩで増加してくるにつれて徐々に
ＱＭが減少し、無効電力補償装置（６）の出力吻は第４
図（ｂ）のように徐々に低下してくる。この結果、第４
図（ａ）のように負荷屯圧■はＱＯの低下に伴って徐々
に下ってくるが、この負荷電圧Ｖの低下分は電圧変動検
出回路四で検出され、その検出値ＶＤは次段の変換回路
Ｃ＋υへ入力され、ＶＤに相当した無効電力量ＱＤ　（
但しＱＤ＝Ｘ−ＶＤ）に変換される。一方、電源側無効
電力検出回路（ハ）の出力Ｑｏはリミッタ回路０υへ入
力され、その出力ＱＮは Ｑｏ≧＋ＱＬＩＭＩＴの時はＱＮ＝＋ＱＬＩＭＩＴ＋Ｑ
ＬＩＭＩＴ　＞ＱＯ　＞ＱＬＩＭＩＴ（Ｄ時はＱＮ　＝
　Ｑｏ−ＱＬＩＭＩＴ＞ＱＯの時はＱＮ：−ＱＬＩＭＩ
ＴとなるようにＱｏの上限値と下限値に制限が与えられ
る。

ここでＱｏの制限値ＱＬＩＭＩＴは次のように決定され
る。

ΔＶｔｒＭｔｒ　＝　Ｘ−ＱＬＩＭＩＴ但し、ΔＶＬＩ
ＭＩＴは負荷電圧■の許容変動巾、Ｘは配電線のりアク
タンス分、リミツタ回路６節の出力ＱＮは次段の減算回
路■において変換回路囚の出力ＱＤと減算され、減算回
路（１）の出力（ＱＮ−ＱＤ）が積分回路（至）におい
て時定数Ｔｖで積分される。

積分回路一の出力Ｑｖは補償容量演算回路（ホ）に入力
され Ｒ ＱＭ＝Ｑ＋（Ｘ）・Ｐ−Ｑｌ−Ｑｖ なる演算を行われる。無効電力補償装置（６）では上式
のＱＭに相当した無効電力ＱＯを出力することは前述の
第１の実施例と同様である。

このように負荷電圧■の電圧変動ＶＤを検出し、電圧変
動の許容値ΔＶＬＩＭＩＴ　に相当する。ＱＬＩＭＩＴ
からＶＤに相当する無効電力ＱＤを差引いたものを積分
演算しているため無効電力補償装置（６）の出力ＱＯを
徐々に低下するに伴ない負荷電圧Ｖが低下してくるがＶ
ＬＩＭＩＴより低くなろうとすると積分回路ρの入力（
　ＱＮ−　ＱＤ　）が負になり、積分回路（至）の出力
Ｑｖはそれ以上補償容量ＱＯを低下させないように動作
するため電圧変動許容値を超える電圧の低下は防止され
る。一方、電圧調整器（７）のタップ切替え下限値はＶ
ＬＩＭＩＴを超えない範囲で設定しているのでタップ制
御回路の応答が追いついた時点でタップが上昇し負荷電
圧Ｖが補償されていくのは第１の実施例と同様である。

なお、上記実施例では無効電力補償装置としてアクティ
ブフィルタを用いた場合について示したが、サイリスタ
スイッチでコンデンサやりアクトルを制御する方式の無
効電力補償装置であっても良い。また、電圧調整器とし
てはタップ切替え方式に限らず、他の電圧を制御する手
段であっても良く、上記実施例と同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば負荷の変動により生じ
る電圧変動のうち配電線のりアクタンス分により生じる
ものは無効電力補償装置により補償し、また、配電線の
抵抗分により生じるものは電圧調整器により補償するよ
うに構成したので電源側の力率を改善でき、配電線の抵
抗分で消費する損失を低減することができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例による電圧変動補償装
置を示す回路図、第２図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）は上記
第１の実施例の動作を示す動作タイムチャート、第３図
はこの発明の第２の実施例による電圧変動補償装置を示
す回路図、第４図（ａ）　（ｂ）（Ｃ）は上記第２の実
施例の動作を示す動作タイムチャート、第５図は従来の
電圧変動補償装置を示す回路図、第６図フィルタの出力
関係を示す波形図、第９図（ａ）　（ｂ）　（Ｃ）は従
来の電圧変動補償装置の動作を示す動作タイムチャート
である。 （１）は電源、（２）は抵抗、（３）はりアクタンス、
（４）は負荷側母線、（５）は負荷、（６）は無効電力
補は装置、（７）は制御装置、（８）は変流器、〈９）
は変成器、αＯはりアクトル、ａυはトランジスタスイ
ッチ、亜はコンデンサ、αＪは変流器、α◆は検出回路
、αｉは電流制御回路、Ｃｌｔ９はＰＷＭ回路、αカは
タップ切替器、Ｏ榎は電圧変成器、Ｑｌはタップ制御回
路、翰は（１７）〜α０で構成される電圧調整器、Ｃ１
）は負荷側無効電力検出回路、＠は負荷側有効電力検出
回路、四は電流変成器、（ニ）は電源側無効電力検出回
路、四は積分回路、（７）は補償容量演算回路、（５）
は電流制御回路、＠はＰＷＭ回路、翰は電圧変動検出回
路、■は変換回路、０υはリミッタ回路、働は減算回路
、■は積分回路。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電源から母線を経て負荷に電力を供給する系統に
   あって、 前記母線に接続され前記系統の無効電力を補償する無効
   電力補償装置と、 この無効電力補償装置の母線との接続点より電源側に接
   続され母線電圧の変動を補償する電圧調整器と、 前記負荷の有効成分および無効成分の変化を検出して前
   記無効電力補償装置の出力を制御する第１の制御回路と
   、 前記無効電力補償装置の電源側の無効電力を検出し、こ
   の無効電力を一定値にするよう前記無効電力補償装置の
   出力を制御する第２の制御回路と、前記母線の電圧の変
   化を一定範囲内に抑制するように前記電圧調整器を制御
   する電圧制御回路とを備え、 負荷が変化すると前記第１の制御回路により前記無効電
   力補償装置の出力を母線の電圧が変動しないように制御
   すると共に、 電源側の無効電力を前記第２の制御回路により所望の値
   に制御するようにし、 電源側の無効電力を前記所望値に制御する結果生じる母
   線の電圧変動を前記電圧制御回路により前記電圧調整器
   を制御して電圧変動を補償するようにしたことを特徴と
   する電圧変動補償装置。
2. （２）前記第１項の電圧変動補償装置に、母線電圧を検
   出する母線電圧検出回路と、 母線電圧が一定値を超えたときに、前記第２の制御回路
   の動作を制限するように作用する無効電力制限回路とを
   備え、 負荷が変化すると、前記第１の制御回路により前記無効
   電力補償装置の出力を母線の電圧が変動しないように制
   御すると共に、 電源側の無効電力を前記第２の制御回路により所望の値
   に制御するようにし、 その際生じる母線の電圧変動が一定値を超えると前記無
   効電力制限回路で前記第２の制御回路の動作を制限する
   ようにしたことを特徴とする電圧変動補償装置。