JPH0612930B2 - 無効電力補償用制御装置 - Google Patents

無効電力補償用制御装置

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JPH0612930B2
JPH0612930B2 JP61244174A JP24417486A JPH0612930B2 JP H0612930 B2 JPH0612930 B2 JP H0612930B2 JP 61244174 A JP61244174 A JP 61244174A JP 24417486 A JP24417486 A JP 24417486A JP H0612930 B2 JPH0612930 B2 JP H0612930B2
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JP
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茂雄 小西
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Fuji Electric Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力系統に接続された変動負荷、例えばア
ーク炉,溶接器,鉄鋼圧延設備などから発生する無効電
力を補償して、系統電圧の変動(フリツカ)を抑制する
サイリスタ位相制御リアクトル式無効電力補償装置(以
下、単にTCRとも略記する)を制御するための制御装
置に関する。
〔従来の技術〕
第4図はこの種の補償システムを示す構成図である。同
図において、1はTCR用制御装置、2はTCR、3は
フイルタコンデンサ、4は負荷である。かゝるシステム
では、系統,負荷,TCRおよびフイルタコンデンサの
各無効電力(var)をそれぞれQS,QL,QTCRおよびQ
Cとするとき、 QS=QL+QTCR+QC0 なる関数を満たすようにTCRを制御して無効電力を補
償し、系統インピーダンスXSによる電圧降下を抑制す
る。このとき、特に急峻な変動をするアーク炉のような
負荷に対しては、半サイクル毎に負荷の無効電力を予測
してTCRを高速で制御することが必要である。
第5図は無効電力補償制御装置の従来例を示すブロツ
図、第6図はその動作説明図である。
第5図の11aはサンプルホールド回路で、第6図
(イ)に示される如き負荷電流iLの零点で系統電圧e0
サンプルを行なうが、この値は第6図(ロ)の如くE
sin(E:系統電圧実効値,:力率角)となる。1
2は積分器で、第6図(ハ)の如く負荷電流零点より積
分期間θiの間積分を行なう。この積分値 負荷電流iLが正弦波に近い時はその実効値に比例する。
従つて、掛算器13でこれらの値を掛け合わせると、 となり(第6図(ニ)参照)、θi の時点でこの値をサ
ンプルホールド回路11bで第6図(ホ)の如くサンプ
ルすることにより、負荷の無効電力予測値を得ることが
できる。14は補償特性調節回路で、得られた無効電力
Lの予測値に対して補償感度などの補償特性を決定す
るための回路であり、その出力に従つてパルス発生器1
5で所望の制御位相の点弧信号g(第6図(ヘ)参照)
を得るように構成されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、このような制御装置によれば、負荷電流
が正弦波形に近い場合は予測精度が高いが、アーク炉の
ように高調波が多く含まれた負荷電流の場合は予測の誤
差が大きくなるという欠点がある。第7図はこれを説明
するためのもので、電流零付近(θiの期間)での波形
歪が大きいと予測誤差が大きくなり、この例では電流積
分値が大きく検出されるため、実際のiLの基本波実効値
よりIL予測値が大きくなつてしまう場合を示してい
る。なお、波形のひずみかたによつて、逆のケースが生
じることは云う迄もない。
したがつて、この発明はこのような波形歪による負荷無
効電力の予測誤差を低減し、予測精度の高い制御装置を
提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
負荷電流と系統電圧とを乗算し無効電力瞬時値と有効電
力瞬時値とをそれぞれ求める掛算器と、負荷電流の零点
からの無効電力瞬時値を2回積分して得られる積分値の
2倍の値と有効電力瞬時値の積分値とを加算して得られ
る第1の関数を演算する演算回路と、無効電力補償装置
の発生する無効電力を決定する位相制御角に関係した第
2の関数を発生する関数発生器とを設け、上記第1の関
数を負荷電流零点からの時間の2乗に比例した関数θ2
で割つて得られる関数と前記第2の関数とを比較し、両
者が等しくなつたとき無効電力補償装置のサイリスタを
点弧するための点弧信号を発する。
〔作用〕
負荷電流iLと系統電圧e0を掛けて得られる有効電力瞬時
値pと、負荷電流iLと系統電圧から90゜遅れの電圧e90
を掛けて得られる無効電力瞬時値qとから、第一の関数
=2∫∫qdθdθ+∫pdθ(θは負荷電流零点からの角
度)を演算し、負荷の無効電力QLと表わされる関係式に基づいてTCRの制御角位相を決
定するもので、サイリスタを制御する直前までの無効電
力瞬時値qの積分値によつて制御を行なうことにより、
負荷電流に含まれる高調波成分を平均化し、無効電力の
予測精度の向上を図る。点弧信号を得る方法としては、
補償装置の発生する無効電力を決定する位相制御角βに
関係した第2の関数f(β)と とが等しくなるという条件でパルスを得る方法と、θ2
×f(β)と(2∫∫qdθdθ+∫pdθ)とが等しくなるとい
う条件でパルスを得る方法とがある。
〔発明の実施例〕
負荷の無効電力を補償するためのTCRの制御関係式
は、次式の如く表わされる。
F(QL−QL0)+QTCR=K(一定)……(1) ここで、KFは補償感度、QLは負荷の無効電力、QL0
Lの非変動成分(ベース分)、QTCRはTCRの発生す
る無効電力である。通常はK=QTCR(TCRの定格無
効電力)と選ばれるので、上記(1)式は となる。ここで、QTCRを系統電圧零点から90゜の位相
を起点とする制御角βで表わすと、 の如くなる。こゝに、βminは最小制御位相角で、この
位相でTCRは定格の無効電力QTCRRを発生する。
(3)式を(2)式に代入すると、 KF(QL−QL0)=f(β) ……(4) となる。但し、 である。
一方、負荷電流iLの基本波成分を考えて、 (θは負荷電流零点からの電気角) と表わすと、有効電力瞬時値p及び無効電力瞬時値q
は、それぞれ次式の如く表わされる 但し、E0は系統電圧実効値であり、は力率角であ
る。
pの電流零点からの積分値は、 となる。
また、qの電流零点からの積分値は、 となり、さらにもう一度積分すると、 となる。
2×(10)式+(8)式から、 が得られる。負荷無効電力QLは、QL=E0Lsinで
あるので、 2∫∫qdθdθ+∫pdθ=QL×θ2 なる関係式が成立する。従つて、 となり、この(12)式の先の(4)式を代入すると、 となる。そこで、左辺及び右辺の2つの関数を作り、そ
れらの交点を求めれば(13)式を満足するTCRの制御位
相となる。
第1図はこの発明の実施例を示す構成図で、以上の如き
演算を具体的に実現するためのものである。また、第2
図はその動作を説明するための各部波形図である。
第1図において、掛算器13a,13bは第2図(イ)
に示される負荷電流iLと系統電圧と同相の電圧e0、及び
それから90゜位相が遅れた電圧e90とから、第2図
(ロ)の如き無効電力瞬時値qと有効電力瞬時値pを演
算するものである。掛算器13aの出力qを積分器12
a及び12bによつて2回積分した後、比例増幅器16
aによりゲイン調整して出力h=2∫∫qdθdθ(第2図
(ハ)参照)を得、また掛算器13bの出力pを積分器
12cにより積分して出力i=∫pdθ(第2図(ハ)参
照)を得た後、加算器17aで両者を加算して出力j=
2∫∫qdθdθ+∫pdθ(第2図(ハ)参照)が演算され
る。さらに、信号jは割算器18に入力され、関数発生
器19で作られた関数θ2で割ることにより を演算し、減算器17bにおいて電圧設定器20に設定
されているQL0の値を差引いた後、比例増幅器16bで
F倍した後、コンパレータ22に入力する。コンパレ
ータ22の他方の入力には関数発生器21によつて作ら
れた関数f(β)が入力されており、第2図(ニ)の如く
両入力が等しくなつた点で点弧信号を得るように構成さ
れているため、先の(13)式の関係式を満す制御位相の点
弧信号q(第2図(ホ)参照)を得ることができる。
第3図はこの発明の別な実施例を示す構成図である。
これは、先の(13)式の両辺にθ2 を掛けて KF(2∫∫qdθdθ+∫pdθ−θ2L0)=θ2f(β) (14) と変形し、この式の両辺の2つの関数を作つて両者を比
較することにより点弧信号を得るようにしたものであ
る。基本的な考え方は第1図に示すものとまつたく同じ
で、(14)式の演算をそのまま具体的な回路に置き変えた
だけであるので、詳細な説明は省略する。
〔発明の効果〕
この発明によれば、負荷電流iLの一定期間積分値によつ
て予測を行なうのをやめ連続的に無効電力qと有効電力
pの積分を行ない、サイリスタを制御する直前までの積
分値に基づいてTCRの制御条件を満足する点弧信号を
得るように構成したため負荷電流に含まれる高調波の影
響が低減され、負荷無効電力の予測精度を大幅に向上す
ることができる利点がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示す構成図、第2図はその
動作を説明するための各部波形図、第3図はこの発明の
他の実施例を示す構成図、第4図は無効電力補償システ
ムの一般的な例を示す構成図、第5図は無効電力補償用
制御装置の従来例を示すブロツク図、第6図はその動作
を説明するための各部波形図、第7図は波形ひずみによ
る無効電力の予測誤差を説明するための説明図である。 符号説明 1……無効電力補償用制御装置、2……無効電力補償装
置(TCR)、3……フイルタコンデンサ、4……負
荷、11a,11b……サンプルホールド回路、12,
12a,12b,12c……積分器、13,13a,1
3b,13c,13d……掛算器、14……補償特性調
節回路、15……パルス発生器、16a,16b……比
例増幅器、17a,17b……加減算器、18……割算
器、19,21……関数発生器、22……コンパレー
タ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力系統に接続された変動負荷が発生する
    無効電力を補償し電圧変動を抑制すべく設けられるサイ
    リスタ位相制御式無効電力補償装置を制御するための制
    御装置であつて、 負荷電流と系統電圧とを乗算し無効電力瞬時値と有効電
    力瞬時値とをそれぞれ求める掛算器と、 負荷電流の零点からの無効電力瞬時値を2回積分して得
    られる積分値の2倍の値と有効電力瞬時値の積分値とを
    加算して得られる第1の関数を演算する演算回路と、 前記無効電力補償装置の発生する無効電力を決定する位
    相制御角に関係した第2の関数を発生する関数発生器
    と、 を備え、 前記第1の関数を負荷電流零点からの時間の2乗に比例
    した関数θ2 で割つて得られる関数と前記第2の関数と
    を比較し、両者が著しくなつたとき前記サイリスタを点
    弧するための点弧信号を発することを特徴とする無効電
    力補償用制御装置。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項に記載の無効電力補
    償制御装置において、前記第1の関数と第2の関数に関
    数θ2 を掛けて得られる関数とを比較し、両者が等しく
    なつたとき点弧信号を発することを特徴とする無効電力
    補償用制御装置。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項に記載の無効電力補
    償用制御装置において、前記第2の関数と比較される関
    数を前記第1の関数を関数θ2 で割つて得られる関数か
    ら負荷無効電力の非変動成分(ベース分)に相当する所
    定値を差し引いたものとすることを特徴とする無効電力
    補償用制御装置。
  4. 【請求項4】特許請求の範囲第2項に記載の無効電力補
    償用制御装置において、前記第2の関数にθ2 を掛けて
    得られる関数と比較される関数を前記第1の関数から負
    荷無効電力の非変動成分(ベース分)に相当する所定値
    に関数θ2 を乗じた量を差し引いたものとするこを特徴
    とする無効電力補償用制御装置。
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