JPH0675016U - 無効電力補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サイリスタ制御コンデンサの進相コンデンサ
ＳＣの初期充電を、限流抵抗器で電流制限して行った場
合の欠点、すなわち、投入時に電源に影響を与え易
い。比較的大きな充電電流が流れ、限流抵抗器等に大
容量のものが必要になる。限流抵抗器を入切する必要
が有り操作性が悪い。といった欠点を解消する。 【構成】 進相コンデンサの開閉スイッチとして逆並列
接続したサイリスタを採用し、その一方の極性のサイリ
スタＴh1によって初期充電を行い、充電完了後は、この
サイリスタをダイオードとして機能させる。この初期充
電は、コンデンサ電流を検出することにより、定電流制
御にて電源の最大値まで直流充電し、かつこの定電流基
準値に積分要素を持たせ、充電をソフトスタートさせ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、負荷変動による電圧変動を抑制するため系統に設置される無効電 力補償装置に関し、特に複数の進相コンデンサをサイリスタで開閉制御するサイ リスタ制御コンデンサ〔以下ＴＳＣ（Thyristor Switched Capacitor）という〕 の初期充電方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】

電力系統のリアクトル負荷変動による系統電圧Ｖ_lの変動を抑制するため無効 電力補償装置として、ＴＳＣが設置される場合がある。この従来の設置例、特に その初期充電方式を図６に示し、以下説明する。

【０００３】 図６において、１は系統母線で、電源インピ−ダンスＸ_Sを通して変電所電源 Ｅ_Sから給電され、負荷２に給電している。

【０００４】 ３は系統母線１に設置された複数のサイリスタ制御コンデンサ（ＴＳＣ）で、 夫々、進相コンデンサＳＣに、サイリスタスイッチ４と、進相コンデンサＳＣの 数％程度のインピ−ダンスの小容量リアクトルＳＲを直列接続して構成されてい る。

【０００５】 サイリスタスイッチ４は、ダイオードＤとサイリスタＴ_hを極性を逆向きにし て並列接続したもので、サイリスタＴ_hを、その順方向期間に導通させるか否か によって、進相コンデンサＳＣの投入制御を行う。この非導通時に、進相コンデ ンサＳＣはダイオードＤの順方向に充電され待機する。

【０００６】 ＣＢ₁，ＣＢ₂は、進相コンデンサＳＣの初期充電を行うために、２段に設けた 開閉器で、ＣＢ₂には限流抵抗器Ｒが並列に接続されている。

【０００７】 ５は進相コンデンサＳＣの投入制御回路で、この例では、検出した負荷の無効 電力Ｑ_Lの変動（遅相）を打ち消す進相電力を、進相コンデンサＳＣから与える べく、その投入数を決定するＱ制御方式を採用している。

【０００８】 この投入制御回路５は、無効電力検出回路６、ＳＣ制御群数決定回路７、同期 検出回路８、サイリスタ点弧パルス発生回路９、過電流検出回路１０から構成さ れる。

【０００９】 無効電力検出回路６は、ＰＴで検出した系統電圧Ｖ_L、ＣＴで検出され計器継 電器回路１１を通して受けた負荷電流Ｉ_Lから、負荷の無効電力Ｑ_Lを算出する。 ＳＣ制御群数決定回路７は、このＱ_Lの変動分を打ち消すのに必要な進相コンデ ンサＳＣの投入数を決定する。サイリスタ点弧パルス発生回路９は、投入が決定 された進相コンデンサＳＣに対応するサイリスタＴ_hに対し、点弧パルスを供給 して導通状態とする。この点弧パルスは、同期検出回路８が発生する電源同期信 号を利用して、各半波期間毎に所定のタイミングで出力される。過電流検出回路 １０は、ＴＳＣ回路内に設けたＣＴ_TSCで検出した各進相コンデンサＳＣの電流 Ｉ_Cが過大になったときサイリスタＴ_hの点弧を制限する。この投入制御回路５の 動作電源は、入力トランス_AxＴＲ、遮断器１２を通して供給されている。

【００１０】 上記サイリスタ制御コンデンサ３の各進相コンデンサＳＣは、起動前にダイオ ードＤの順方向に初期充電される。これは、サイリスタＴ_hによる開閉制御をス タート時から同期させ、投入に伴う異常電圧の発生を防止するためである。

【００１１】 この初期充電は、ＣＢ₂を開いた状態でＣＢ₁を閉じることによって行なう。こ のとき充電電流Ｉ_Cは、限流抵抗器Ｒ、進相コンデンサＳＣ、小容量リアクトル ＳＲ、ダイオードＤを通して流れ、進相コンデンサＳＣを直流的に充電する。

【００１２】 充電が終了する数秒後にＣＢ₂も閉じると、サイリスタ制御コンデンサ３は、 各進相コンデンサＳＣに初期充電された状態で系統母線１に接続される。これに よって、投入制御回路５による進相コンデンサＳＣの投入制御を、投入数０の状 態から、同期を保って開始することができる。

【００１３】

【考案が解決しようとする課題】

上記初期充電方式で、必要となる限流抵抗器Ｒの大きさを考える。

【００１４】 投入時の突入電流による振動をなくし、過制動の条件を保つため

【数１】

【００１５】 となり、このとき限流抵抗器Ｒで熱消費される電力は、 Ｐ(R)＝（Ｉ_C）²・Ｒとなる。

【００１６】 したがって、大容量のＴＳＣになる程、放熱器を含めた限流抵抗器Ｒの容量を 大きくすると同時に、初期充電電流を投入する開閉器ＣＢ₁を大容量化する必要 があり、設備の大型化とコスト上昇の問題が生じる。

【００１７】 また、上記初期充電方式は、ＣＢ₁投入時の突入電流によって電源に悪影響を 与える問題がある。さらに、開閉器の操作はＣＢ₁,ＣＢ₂を所定の間隔をおいて ２段階に投入する必要があり、操作も繁雑である。

【００１８】 そこで、この考案は、上記限流抵抗器Ｒとこれを入切するＣＢ₂を不要化する とともにＣＢ₁を低容量化し、電源に与える影響を極力少なくした状態で、初期 充電を行うことを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】

この考案が提供する無効電力補償装置は、系統に設置した複数の進相コンデン サＳＣの投入数を、負荷変動に応じて増減・制御し、電圧変動を抑制する無効電 力補償装置（ＴＳＣ）において、 極性を逆向きに並列接続した一対のサイリスタにＴ_h1,Ｔ_h2によって構成され 、上記進相コンデンサＳＣの各々に一つづつ直列接続され、その一方の極性のサ イリスタＴ_h1を直流で行われる進相コンデンサＳＣの初期充電の電流制御に使用 し、充電終了後はこれにダイオード作用をさせ、他方の極性のサイリスタＴ_h2の 導通制御によって、この進相コンデンサの投入制御を行うようにしたサイリスタ スイッチ１４と、 積分要素を持ち、起動とともに徐々に立ち上がり所定の定電流基準値Ｖ_Sに達 した状態で、これを保持する初期充電の電流目標値Ｖ_Cの基準回路１６と、 制御対象とする進相コンデンサの電流ｉ_Cを検出し、フィードバック制御で、 これが上記電流目標値Ｖ_Cに追従するように、対応する初期充電用のサイリスタ Ｔ_h1にゲートパルスを供給する初期充電制御回路１７とを具備したことを特徴と する。

【００２０】

【作用】

上記構成のサイリスタＴ_h1は、初期充電時に、進相コンデンサの電流ｉ_Cが電 流目標値Ｖ_Cに追従するようにフィードバック制御される。この電流目標値Ｖ_Cは 、起動とともに緩やかに上昇し、所定の定電流基準値Ｖ_Sに達して保持状態とな る。したがって、起動時の充電電流は、図４に示すように緩やかに上昇し(イ)、 所定の定電流値(ロ)に達する。このとき、サイリスタＴ_h1の各制御サイクルの導 通期間は、徐々に増加する。進相コンデンサＳＣが満充電の状態になると、順方 向の半サイクルの全期間（２７０°〜９０°）が導通するダイオード状態となる 。

【００２１】 上記初期充電が終了すれば、サイリスタＴ_h1をダイオード状態に保ち、サイリ スタＴ_h2の導通制御によって、各進相コンデンサＳＣの投入制御を行う。

【００２２】

【実施例】

この考案の一実施例を図１に示し、以下説明する。

【００２３】 この実施例は、図６に示す従来の構成に改良を加えたもので、改良部分は、従 来のサイリスタスイッチ４のダイオードＤをサイリスタＴ_h1に替えたサイリスタ スイッチ１４を用い、このサイリスタＴ_h1で初期充電の電流制御を行うコンデン サソフト充電回路１５を追加したことである。また、これによって従来必要であ った限流抵抗器Ｒとその入切用のＣＢ₂を廃止し、主開閉器ＣＢ₁を低容量化して いる。

【００２４】 他の構成部分は、図６と共通するので同一符号を付けて説明を省略し、この改 良部分について説明する。

【００２５】 変更されたサイリスタスイッチ１４は、サイリスタＴ_h1,Ｔ_h2を逆向きの極性 で並列接続したもので、一方の極性のサイリスタＴ_h1を、初期充電時の電流制御 に使用し、この充電後にダイオードとして機能させる。他方の極性のサイリスタ Ｔ_h2は、その導通制御によって進相コンデンサＳＣの投入・引外しに用いられ、 その制御は、従来同様に投入制御回路５によって行われる。

【００２６】 サイリスタＴ_h1の制御を行うコンデンサソフト充電回路１５の具体例を図２に 示す。

【００２７】 図２に示すコンデンサソフト充電回路１５は、電流目標値基準回路１６と初期 電流制御回路１７から構成される。

【００２８】 電流目標値基準回路１６は、可変調整可能な基準電圧Ｖ_Sの発生器１８と、抵 抗１９、コンデンサ２０、及びオぺアンプ２１から構成される積分回路を持ち、 起動スイッチＳＷ₁の投入直後から定電流基準値Ｖ_Sに向け、所定の時定数１／Ｃ Ｒに従って上昇する電流目標値Ｖ_Cを出力する。

【００２９】 初期充電制御回路１７は、減算器２２、調節計２３、ノコギリ波発生器２４、 比較器２５、及びゲートパルス発生回路２６から構成される。

【００３０】 この減算器２２は、過電流検出回路１０から入力された進相コンデンサの充電 電流ｉ_Cと、上記電流目標値Ｖ_Cとの差を出力する。入力される充電電流ｉ_Cは、 ＣＴ_TSCで検出され過電流検出回路１０内で平滑化された直流信号であり、減算 器２２の出力は、各時点における進相コンデンサ電流ｉ_Cの電流目標値Ｖ_Cに対す る差を表している。

【００３１】 調節計２３は、この減算器２２の出力を、比例積分するもので、増幅率と応答 速度を可変調整することによって、フィードバック制御の特性を調整する。この 調節計２３の最大出力はリミッタ２７によって制限され、サイリスタＴ_h1をダイ オード動作させる所定の点弧位相角に対応させている。

【００３２】 ノコギリ波発生器２４は、同期検出回路８から電源同期信号を受け、点弧位相 角決定の基準となるノコギリ波Ｖ_SAWを発生する。

【００３３】 比較器２５は、調節計２３の出力する積分出力Ｖ_Iとノコギリ波Ｖ_SAWを比較し 、その交差タイミングで、サイリスタＴ_h1のトリガパルスを発生する。このトリ ガパルスは、パルス増幅器２６で増幅され、対応するサイリスタＴ_h1のゲートに 出力される。

【００３４】 このコンデンサソフト充電回路１５の動作を、図４,図５について説明する。

【００３５】 初期充電は図１のＣＢ₁を閉じ、図２の電流目標値基準回路１６のスタートス イッチＳＷ₁を投入することにより開始される。電流目標値基準回路１６の出力 Ｖ_Cは、定電流基準値Ｖ_Sに向かって徐々に上昇し、コンデンサ電流ｉ_Cとの差が 調節計２３に入力される。調節計２３の比例積分出力Ｖ_Iは、比較器２５に入力 され、ノコギリ波Ｖ_SAWと交差するタイミングでゲートパルスＧ₁が発生し、パル ス増幅器２６を通して初期充電用の各サイリスタＴ_h1に出力される。

【００３６】 この初期充電制御回路１５は、コンデンサ電流ｉ_Cを電流目標値Ｖ_Cに追従させ るフィードバック制御をするので、電流目標値Ｖ_Cの上昇に伴って、比例積分出 力Ｖ_Iは、図３に示すように徐々に上昇する。これに伴い、コンデンサ電流Ｉ_Cは 、図４の(イ)に示すように、ゆっくりと上昇し、コンデンサ電圧Ｖ_SCも小さな傾 きで上昇する。このようなソフトスタートによって、突入電流による異常電圧の 発生を抑制する。

【００３７】 この後、電流目標値Ｖ_Cが定電流基準値Ｖ_Sに達すると、図４(ロ)に示す定電流 制御がなされる。この期間のコンデンサ電圧Ｖ_SCは一定の割合で上昇する。

【００３８】 このとき、比例積分出力Ｖ_Iは進相コンデンサの充電電圧Ｖ_SCの上昇に対応し て増加し、ゲートパルスの位相角は徐々に進められ、各制御サイクル期間の電流 を安定化している。

【００３９】 定電流充電の結果、進相コンデンサＳＣが満充電の状態〔図４(ハ)〕となると 、コンデンサ電流Ｉ_Cは微小なコンデンサ漏洩電流のみとなる〔図４(ニ)〕。これ によって、減算器２２の出力は最大値となり、これ以後、調節計２３はリミッタ ２７によって決まる最大出力状態に固定され、初期充電用のサイリスタＴ_h1は、 ２７０°〜９０°の期間導通し、ダイオードとして機能する。

【００４０】 このように初期充電が完了した状態で、サイリスタＴ_h2によって進相コンデン サの投入制御を開始する。このとき、各進相コンデンサＳＣは、初期充電用のサ イリスタＴ_h1の順方向に充電されている。したがって、図５に示すように同期状 態で、投入数の制御を開始することができる。

【００４１】

【考案の効果】

本考案は、ＴＳＣの初期充電を、ソフトスタートするサイリスタＴ_h1の定電流 制御にて行なうから、初期充電時に電源系統に与える影響を軽減できる。

【００４２】 また、従来必要であった初期充電用の限流抵抗器Ｒと、これを入切する開閉器 ＣＢ₂が不要になるとともに、主開閉器ＣＢ₁を低容量化でき、設備コストを低減 できる。

【００４３】 さらに、上記従来必要であった開閉器ＣＢ₂を不要化し、その操作の必要をな くしたから運転保守が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この考案の初期充電回路を設けたサイリスタ
制御コンデンサを示す系統図

【図２】 コンデンサソフト充電回路の一実施例を示す
ブロック図

【図３】 ソフトスタート時の各部分の波形を示す図

【図４】 図２の回路を用いた場合の充電電流Ｉ_Cと充
電電圧Ｖ_SCの初期充電時の変化を示す図

【図５】 進相コンデンサの初期充電によって同期投入
が可能になることをを示す位相関係図

【図６】 従来のサイリスタ制御コンデンサの初期充電
回路を示す電源系統図

【符号の説明】

１ 系統母線 ２ 負荷 ５ 進相コンデンサの投入制御回路 １３ サイリスタ制御コンデンサ（ＴＳＣ） １４ サイリスタスイッチ １５ コンデンサソフト充電回路 １６ 電流目標値基準回路 １７ 初期充電制御回路 Ｔ_h1 初期充電用のサイリスタ Ｔ_h2 投入制御用のサイリスタ Ｖ_S 定電流の基準となる電圧 Ｖ_C 電流目標値Ｖ_C ｉ_C 進相コンデンサの充電電流

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統に設置した複数の進相コンデンサの
   投入数を、負荷変動に応じて増減・制御し、電圧変動を
   抑制する無効電力補償装置において、 極性を逆向きに並列接続した一対のサイリスタによって
   構成され、上記進相コンデンサの各々に一つづつ直列接
   続され、その一方の極性のサイリスタを直流で行われる
   進相コンデンサの初期充電の電流制御に使用し、充電終
   了後はこれにダイオード作用をさせ、他方の極性のサイ
   リスタの導通制御によって、この進相コンデンサの投入
   制御を行うようにしたサイリスタスイッチと、 積分要素を持ち、起動とともに徐々に立ち上がり所定の
   定電流基準値に達した状態で、これを保持する初期充電
   の電流目標値基準回路と、 制御対象とする進相コンデンサの電流を検出し、フィー
   ドバック制御で、これが上記電流目標値に追従するよう
   に、対応する初期充電用のサイリスタにゲートパルスを
   供給する初期充電制御回路とを具備したことを特徴とす
   る無効電力補償装置。