JPH0429294B2

JPH0429294B2 -

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Publication number: JPH0429294B2
Application number: JP56170401A
Authority: JP
Priority date: 1981-10-23
Filing date: 1981-10-23
Publication date: 1992-05-18
Also published as: JPS5872341A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、無効電力補償装置に関する。

不規則に変動する無効電力を発生するアーク炉
のような負荷が接続されている電気系統において
は電圧変動が生じ、それによつてフリツカが生ず
るので、これを避けるため無効電力補償装置（以
下、補償装置という）が設置される。

第１図は従来のこの種補償装置の構成を示す。
１は交流電源、２は電源インピーダンス、３は電
気系統、４は負荷、５は炉用変圧器である。補償
装置（図中一点鎖線内）１００は、変圧器１１、
リアクトル１２およびサイリスタを逆並列接続し
てなるサイリスタ回路１３からなる遅相無効電力
調整装置１０と、コンデンサ２１およびリアクト
ル２２からなる進相コンデンサ兼フイルタ装置２
０とから主として構成される。なお、３０，４０
はそれぞれ変動検出回路、点弧パルス発生回路で
ある。また、PTは電源電圧を検出し、CTは負荷
電流を検出するために設けられていて、それぞれ
の検出電圧、電流は変動検出回路３０に入力され
る。

さて、上述のように構成された従来装置は第２
図に示すような特性を有している。即ち、負荷４
の無効電流I_QLが大きくなると、リアクトル１２
に流れるいわゆるリアクトル電流I_Reを絞り、逆
に負荷４の無効電流I_QLが小さくなると、リアク
トル電流I_Reを多く流れるようにし、、常に負荷４
の無効電力とリアクトル１２の無効電力とを合成
したものが一定になるようにサイリスタ回路１３
への点弧パルスの位相制御を行なうようにし、そ
の結果電気系統３における無効電力の変動が小さ
くなり、フリツカの発生が小さくなるようにして
いる。

而して、フリツカ対策の面からみると、リアク
トル電流I_Reは定格の50％を中心として上下に電
流を制御して負荷４の無効電力を補償する方が、
フリツカ改善効果および装置の有効利用の面から
得策であるところから、従来から50％シフト回路
や自動不感帯回路を設けている。

例えば、50％シフト回路は、リアクトル電流
I_Reを検出してこの電流I_Reが定格の50％になるよ
うに、ある時定数をもたせて常にフイードバツク
制御をかけるものである。このため、リアクトル
電流I_Reは負荷４の無効電流I_QLの大小を問わず、
定格の50％を中心として負荷４の無効電力を補償
するような特性を呈することとなる。

また、自動不感帯回路は、負荷４の無効電力の
うち、ベース分（変動しない無効電力）には感応
しないように不感帯域をベース量に応じて設ける
回路である。この結果、リアクトル電流I_Reは前
記同様、定格の50％付近を中心として負荷４の無
効電力を補償するような特性を呈する。このよう
な特性のため、リアクトル１２が発生する平均無
効電力は定格の50％程度とみなすことができる。

ところで、第１図における進相電力装置２０に
よる進相容量は、通常、遅相無効電力調整装置１
０におけるリアクトル１２の遅相容量と等しく選
ぶことが多い。従つて、この場合、進相コンデン
サ兼フイルタ装置２０と遅相無効電力調整装置１
０とにより発生される無効電力を合わせたいわゆ
る補償装置１００全体としての平均無効電力は、
定格容量の50％の進相無効電力となる。

つまり、補償装置１００は、フリツカ対策用と
して設置されるが、力率改善用として用いること
もできる。

さて、変動負荷によつて発生するフリツカ、特
に、アーク炉によつて発生するフリツカには、溶
解期に発生する高いレベルのフリツカと、精錬期
等に発生する低いレベルのフリツカとがある。こ
のフリツカレベルの差は無効電力の変動巾（△
Ｑ）に起因するもので、溶解期は無効電力の変動
巾が大きく、精錬期ではこれが小さいことによつ
て生ずる。溶解期と精錬期とでは無効電力の変動
巾に差はあるが、平均無効電力は同程度である。
特に、直接還元鉄炉においては、フリツカを発生
する期間は1charge（２時間）中の最初の10分程
度であつて、フリツカレベルもこの時間帯を過ぎ
ると、ピーク値の1/3程度に下がり、運転時間の
大半は低いレベルのフリツカ発生となる。

而して、フリツカ対策の主目的は、高いレベル
のフリツカを抑制することにあり、低いレベルの
フリツカについては特に抑制する必要がない。そ
こで、補償装置をフリツカレベルが高い溶解期に
はフリツカ抑制装置として、また、フリツカレベ
ルが低い精錬期にはフリツカ対策の効果は多少犠
性にしても、主として進相コンデンサ装置として
使用する方が補償装置の運転効率が向上する。フ
リツカ対策については、高いレベルのものは従来
のフリツカ対策効果と同程度と考えることができ
る。

この発明は、上述の事情に基づいて提案された
もので、その目的とするところは、補償装置をフ
リツカレベルが高い場合には、従来のフリツカ抑
制装置として機能させ、他方、フリツカレベルが
低い場合には主として進相コンデンサ装置として
機能させるようにし、負荷の操業力率を従来以上
に向上させるようするとともに、リアクトル電流
I_Reを小さくすることによりこの種補償装置の運
転損失を低減しようとすることにある。

上記目的を達成するため、この発明では負荷の
変動に基づくフリツカ、無効電力変動、電圧変動
の内いずれか一つを検出してその検出信号と基準
設定回路の基準値とを比較する制御回路を設け、
検出信号が予め設定した基準値より小さいときは
主として進相コンデンサ装置として機能するよう
に補償装置の運転切替を行うようにしている。

以下、この発明を図によつて詳細に説明する。
第３図はこの発明の一実施例を示すものである。
図において、第１図と同一部分又は相当部分には
同一符号を付してある。第１図に示す従来例と大
きく異なる点は、制御回路５０を設けたことであ
る。この制御回路５０はフリツカ検出、無効電力
変動検出又は電圧変動検出のうち少なくとも１つ
は検出できるように構成されている。第４図は、
この制御回路５０の具体的構成を示すブロツク図
である。５１は信号が入力される入力端子、５２
は検出部であつて、フリツカ検出回路、無効電力
変動検出回路、又は電圧変動検出回路のうち少な
くとも１つを具備している。５３は検出部５２に
よつて得られた検出信号の平均値を求める平均値
回路で、例えば数十秒〜数分程度の時定数を有す
る一次遅れ系の積分回路からなる。５４は定数回
路、５５は比較回路で、基準値設定回路５６から
の基準値と検出信号とを比較する。５７はリレー
回路である。なお、３１は母線電圧値、負荷電流
値が入力される入力端子である。

便宜上、以下においては、フリツカレベルの判
定を行ない、これによつて補償装置１００の運転
の切替を行なう場合について説明する。

この場合、入力端子５１には図示しないフリツ
カメータのフリツカレベル信号ｆが与えられる。
従つて、検出部５２は省略される。そして、基準
値設定回路５６には装置機能の切替レベルとなる
基準フリツカレベルfsが設定される。入力端子５
１を経たフリツカレベル信号ｆは平均値回路５３
に入力され、平均化される（その値をとする）。
このフリツカレベルは比較回路５５において基
準フリツカレベルfsと比較され、ｆ＞fsであると
きは、フリツカ改善を目的として補償装置１００
をフリツカ抑制装置として作用させる。一方、ｆ
＜fsであるときは、第５図ａ，ｂ，ｃにそれぞれ
示すように補償装置１００を主として進相コンデ
ンサ装置として機能させる。

第５図において、は補償装置１００がフリツ
カ抑制装置として機能したときリアクトル１２が
発生する無効電力の特性直線、は補償装置１０
０が主として進相コンデンサ装置として機能した
ときリアクトル１２が発生する無効電力特性直
線、は補償装置１００がフリツカ抑制装置とし
て機能したとき、リアクトル１２が発生する平均
無効電力を表わす直線、は補償装置１００が主
として進相コンデンサ装置として機能したときリ
アクトル１２が発生する平均無効電力を表わす直
線である。

第５図ａは、フリツカレベルが低い場合であつ
て、サイリスタ回路１３への点弧パルスを止めて
しまい、リアクトル電流I_Reを零になるようにし
た場合を示すものである。この場合、補償装置１
００の進相コンデンサ兼フイルタ装置２０の進相
無効電力がそのまま力率改善に向けられる。従つ
て、従来に比して、定格の50％分多く電気系統３
の力率改善に寄与する。

第５図ｂは、フリツカレベルが低い場合であつ
て、サイリスタ回路１３への点弧パルスをある一
定の位相まで絞り、リアクトル１２には定格のｑ
％（＜50％）で一定のリアクトル電流I_Reを流し
た場合を示すものである。この場合、従来に比し
て、補償装置１００から発生する進相無効電力
は、定格の（50−ｑ）％分多く発生することにな
り、この分が電気系統３の力率改善に寄与する。

第５図ｃは、フリツカレベルが低い場合であつ
て、サイリスタ回路１３への点弧パルスを固定し
たり又は止めたりしない場合を示す。この場合、
補償装置１００がフリツカ抑制装置として機能し
たときの特性をそのままリアクトル電流I_Reの小
な方へ移行させ、負荷４が発生する無効電力に対
しては幾分補償できるような特性を持たせる。し
かし、その平均無効電力はｑ％（＜50％）に減ら
すことにより、平均的に見て、前述の第５図ｂの
場合と同様、従来より補償装置１００から発生す
る進相無効電力は定格の（50−ｑ）％分多く発生
することになり、この分が力率改善に寄与する。

一方、フリツカレベルが高い場合には、補償装
置１００は従来と同様、フリツカ抑制装置として
機能するから、フリツカの改善効果は従来と変ら
ない。

第６図は、この発明による補償装置のフリツカ
改善効果を従来の補償装置のそれと対比して示し
たものである。第６図ａは負荷のフリツカ発生レ
ベルの時間的推移を表わしたものであり、第６図
ｂは従来の補償装置による対策後のフリツカレベ
ルを表わしたものであり、更に、第６図ｃはこの
発明による補償装置によるフリツカレベルを表わ
したものである。

一般に、フリツカレベルの評価は正規分布の95
％値として評価するため、フリツカ対策はフリツ
カレベルの高いところだけを改善してもその評価
は変らない。第６図から理解されるように、従来
のように、全時間帯についてフリツカ対策した場
合でも、また、この発明のようにフリツカの高い
時間帯だけをフリツカ対策した場合でも、フリツ
カレベルは同程度といえる。

以上のことから、この発明によれば、フリツカ抑制効果は従来と変らない。

負荷の操業力率は従来より改善される。

から従来力率改善用として負荷側に設けて
いた力率改善用コンデンサの容量を減らすこと
が可能になる場合がある。また、新設負荷の場
合、力率改善用進相コンデンサの容量が少なく
て済む。

補償装置そのものの容量は従来と変わらな
い。

等の効果を奏するほか、この発明の制御回路５０
を従来のこの種補償装置に簡単に付加することが
できるという特徴をも有している。

なお、上述の説明では、フリツカレベルの判定
により運転切替えを行なう場合について説明した
が、切替判定のための信号としては、フリツカ以
外の他に次のものが考えられる。

○イ負荷の無効電力変動分（△Ｑ）の平均レベル
を運転切替信号とする。一般に、フリツカレベ
ルは負荷の無効電力変動（△Ｑ）に比例する。
すなわち、無効電力変動分が大きいほどフリツ
カレベルが高くなることより無効電力変動分の
平均レベルを検出し、これを基準レベルと比較
して変動分が大きければフリツカ抑制装置とし
て、小さければ主として進相コンデンサ装置と
して補償装置を機能させるものである。この場
合、第４図の制御回路５０の構成の一部は次の
ように変更される。すなわち入力端子５１には
系統の母線電圧および負荷の電流が入力され、
検出部５２として直流信号を出力とする無効電
力検出回路が用いられ、さらに、基準値設定回
路５６には無効電力変動レベルが設定される。

○ロ瞬時電圧変動（△Ｖ）の平均レベルを運転切
替信号とする。これも前記同様、フリツカは瞬
時電圧変動（△Ｖ）に比例することにより、こ
の変動（△Ｖ）を検出して運転切替を行なうよ
うにする。この場合、第４図の制御回路５０の
構成の一部は次のように変更される。すなわ
ち、入力端子５１には系統の母線電圧が入力さ
れ、検出部５２として直流信号を出力とする電
圧変動検出回路が用いられ、さらに、基準値設
定回路５６には電圧変動レベルが設定される。
或いは、入力端子５１にはフリツカメータの電
圧変動出力信号が入力され、検出部５２が省略
されるとともに、基準値設定回路５６に電圧変
動レベルが設定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置を示す単線結線図、第２図は
従来装置の動作特性図、第３図はこの発明による
装置の単線結線図、第４図は要部の構成を示すブ
ロツク図、第５図、第６図は動作特性図である。４……負荷、１００……無効電力補償装置。

Claims

【特許請求の範囲】

１系統にリアクトルとサイリスタ回路からなる
遅相無効電力調整装置と進相コンデンサ兼フイル
タ装置を並列に設け、前記リアクトルに流れる電
流をサイリスタで位相制御して負荷の変動による
無効電力を補償する無効電力補償装置において、
前記負荷の変動に基づくフリツカ、無効電力変
動、電圧変動の内いずれか一つを検出してその検
出信号と基準設定回路の基準値とを比較する制御
回路を設け、前記検出信号が予め設定した前記基
準値より小さいときは主として進相コンデンサ装
置として機能するようにしたことを特徴とする無
効電力補償装置。