JPH0716209U - 無効電力補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡便な手段により無効電力補償装置の応答性
を向上させる。 【構成】 電源電圧Ｖ_A から高調波等による歪みを除去
して同相の基本波の電圧成分を出力する位相同期回路１
１と、電源電圧Ｖ_A と同相の正弦波信号Ｓ₂ を発生させ
ると共に電源電圧Ｖ_A に対して９０°遅相した電源電圧
移相信号Ｓ₁ を発生させて二つの信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ を出力
する正弦波発生器１２と、電源電流Ｉ_S に対して９０°
進相した電源電流移相信号Ｉ_S'を生成する移相回路１３
とを含み、電源電圧移相信号Ｓ₁ と電源電流Ｉ_S 並びに
正弦波信号Ｓ₂ と電源電流移相信号Ｉ_S'をそれぞれ生成
し、その電源電圧移相信号Ｓ₁ と電源電流Ｉ_S 及び正弦
波信号Ｓ₂ と電源電流移相信号Ｉ_S'をそれぞれ乗算して
二つの仮想無効電力信号Ｑ₁，Ｑ₂ を生成し、仮想無効
電力信号Ｑ₁ ，Ｑ₂ の加算により、電源電流Ｉ_S 中の無
効電流成分を０とする伝達関数Ｇ(s) を付与して補償電
流指令信号Ｉ_C ^refを生成するフィードバック制御回路を
具備する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は無効電力補償装置に関し、詳しくは、サイリスタ制御リアクトル、サ イリスタ制御コンデンサや自励式インバータ等で構成され、負荷の無効電力を補 償する無効電力補償装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

電力系統では、図４に示すように系統電源１と負荷２との間に、その負荷の無 効電力を補償するための無効電力補償装置３を設けているのが一般的である。こ の無効電力補償装置３は、負荷の無効電流成分と逆位相の無効電流成分を持つ補 償電流Ｉ_C を生成し、負荷の無効電流成分を補償電流Ｉ_C の無効電流成分により 相殺するものであり、負荷の無効電流成分に応じて補償電流Ｉ_C を最適値に設定 するためオープンループの制御回路を具備する。

【０００３】 以下、この無効電力補償装置３の制御回路について詳述する。この制御回路は 、図５に示すように位相同期回路４〔ＰＬＬ〕、遅相正弦波発生器５、乗算器６ 、ロウパスフィルタ７〔ＬＰＦ〕、サンプルホールド回路８、乗算器９及び位相 反転回路１０によりオープンループ制御系が構成される。

【０００４】 制御回路では、系統電源１の電源電圧Ｖ_A を検出し、その電源電圧Ｖ_A から位 相同期回路４で高調波等による歪みを除去した基本波の電圧成分を取り出し、更 に、遅相正弦波発生器５により電源電圧Ｖ_A に対して９０°遅相した正弦波信号 である電源電圧移相信号Ｓ₁ を生成する。この電源電圧移相信号Ｓ₁ と電力系統 から検出された負荷電流Ｉ_L とを乗算器６により演算し、これにより得られた仮 想無効電力信号Ｑ₁ をロウパスフィルタ７に通すことより、その仮想無効電力信 号Ｑ₁ に含まれる基本波の二倍の周波数のリップル成分を抑制し、このようにし てロウパスフィルタ７により取り出された信号の平均値である直流成分が負荷の 無効電力に相当する。

【０００５】 その後、ロウパスフィルタ７からの出力信号Ｑ’をサンプルホールド回路８に より基本波半周期又は一周期ごとにサンプルホールドし、そのホールド値を、遅 相正弦波発生器５により９０°遅相された電源電圧移相信号Ｓ₁ とを乗算器９に より演算し、負荷電流Ｉ_L 中に含まれる無効電流成分を検出する。この負荷電流 Ｉ_L の無効電流成分を位相反転回路１０により逆位相に変換し、これを補償電流 指令信号Ｉ_C ^refとし、この補償電流指令信号Ｉ_C ^refに基づいて補償電流Ｉ_C を最 適値に制御している。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、従来の無効電力補償装置においては、単相の電源電圧移相信号Ｓ₁ と単相の負荷電流Ｉ_L とを乗算しているので、これにより得られた仮相無効電力 信号Ｑ₁ には基本波の二倍の周波数のリップル成分が含まれている。従って、こ の基本波の二倍の周波数のリップル成分を除去して無効電力に相当する直流値を 得るためにロウパスフィルタ７を回路構成しているが、このロウパスフィルタ７ では、そのカットオフ周波数が基本波の二倍の周波数のリップル成分を除去する 関係上、低くならざるを得ず、時定数の大きなロウパスフィルタ７を使用しなけ ればならず、応答性が悪いという問題があった。

【０００７】 また、上述した制御回路はオープンループ制御系を構成し、負荷電流Ｉ_L 中の 無効電流成分を予測して補償しているため、電源電流Ｉ_S 中には誤差として無効 電流成分が残存し、高精度な補償を実現することが困難であった。

【０００８】 そこで、本考案は上記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするとこ ろは、簡便な手段により、応答性に優れ高精度な無効電力補償装置を提供するこ とにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するための技術的手段として、本考案は、系統電源と負荷との 間に接続され、その負荷の無効電流成分と逆位相の無効電流成分を持つ補償電流 を生成し、負荷の無効電流成分をこの補償電流の無効電流成分により相殺する無 効電力補償装置において、電源電圧に同期した正弦波信号を９０°移相した電源 電圧移相信号と電源電流、並びに、その電源電圧に同期した正弦波信号と電源電 流を９０°移相した電源電流移相信号をそれぞれ生成し、その電源電圧移相信号 と電源電流及び正弦波信号と電源電流移相信号をそれぞれ乗算して二つの仮想無 効電力信号を生成し、これら仮想無効電力信号を加算することにより、電源電流 中の無効電流成分を０とする伝達関数を付与して補償電流指令信号を生成するフ ィードバック制御回路を具備したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】

本考案に係る無効戦力補償装置の制御回路では、電源電圧を９０°移相した電 源電圧移相信号と電源電流、及び電源電圧と電源電流を９０°移相した電源電流 移相信号の乗算により二つの仮想無効電力信号を生成し、この二つの仮想無効電 力信号を加算することによって相互のリップル成分を相殺させることができ、応 答性の向上が図れる。また、電源電流中の無効電力成分を直接的に検出してその 無効電流成分を０とするようにフィードバック制御するので、高精度の補償が実 現可能となる。

【００１１】

【実施例】

本考案に係る無効電力補償装置の一実施例を図１乃至図３に示して説明する。 尚、図４及び図５と同一部分には同一参照符号を付して重複説明は省略する。

【００１２】 本考案の特徴は、電力系統から引き込む補償電流Ｉ_C を最適値に設定する無効 電力補償装置３のフィードバック制御回路にある。

【００１３】 具体的に、フィードバック制御回路は、図１に示すように、電源電圧Ｖ_A から 高調波等による歪みを除去して同相の基本波の電圧成分を出力する位相同期回路 １１〔ＰＬＬ〕と、電源電圧Ｖ_A と同相の正弦波信号Ｓ₂ を発生させると共にそ の電源電圧Ｖ_A に対して９０°遅相した電源電圧移相信号Ｓ₁ を発生させてこれ ら二つの信号Ｓ₁ ，Ｓ₂ を出力する正弦波発生器１２と、電源電流Ｉ_S に対して ９０°進相した電源電流移相信号Ｉ_S'を生成する移相回路１３と、乗算器１４， １５、加算器１６と、電源電流Ｉ_S 中の無効電流成分を０とする伝達関数Ｇ(s) に基づきＰＩ制御する制御器１７と、乗算器１８とで構成される。

【００１４】 このフィードバック制御回路では、系統電源１の電源電圧Ｖ_A を検出し、電源 電圧Ｖ_A から位相同期回路１１で高調波等による歪みを除去した基本波の電圧成 分を取り出す。そして、図２に示すように正弦波発生器１２により電源電圧Ｖ_A に対して９０°遅相した正弦波信号である電源電圧移相信号Ｓ₁ を生成し、この 電源電圧移相信号Ｓ₁ と電力系統から検出された電源電流Ｉ_S とを乗算器１４に より演算して仮想無効電力信号Ｑ₁ 〔Ｑ₁ ＝Ｓ₁ ×Ｉ_S 〕を得る。一方、正弦波 発生器１２により電源電圧Ｖ_A と同相の正弦波信号Ｓ₂ を生成すると共に、電力 系統から検出された電源電流Ｉ_S に対して９０°進相した電源電流移相信号Ｉ_S' を移相回路１３により生成し、この電源電圧Ｖ_A と同相の正弦波信号Ｓ₂ と電源 電流Ｉ_S に対して９０°進相した電源電流移相信号Ｉ_S'とを乗算器１５により演 算して仮想無効電力信号Ｑ₂ 〔Ｑ₂ ＝Ｓ₂ ×Ｉ_S'〕を得る。

【００１５】 これにより得られた二つの仮想無効電力信号Ｑ₁ ，Ｑ₂ を加算器１６により演 算し、その加算信号Ｑを制御器１７に入力する。ここで、二つの仮想無効電力信 号Ｑ₁ ，Ｑ₂ は基本波の二倍の周波数のリップル成分を含んでいるが、１８０° の位相差となっているので、仮想無効電力信号Ｑ₁ ，Ｑ₂ を加算することにより 、各仮想無効電力信号Ｑ₁ ，Ｑ₂ に含まれていた基本波の二倍の周波数のリップ ル成分が相殺されることになり、このようにして信号Ｑは平均値である直流成分 のみが残ることになり電源電流Ｉ_S 中の無効電力成分の二倍の値を示す。

【００１６】 従って、制御器１７では、電源電流Ｉ_S 中の無効電力成分の二倍の値を０とす るようなフィードバックループ伝達関数Ｇ(s) が付与される。この制御器１７の 出力信号ｇと電源電圧移相信号Ｓ₁ とを乗算器１８により演算してこれを補償電 流指令信号Ｉ_C ^refとし、この補償電流指令信号Ｉ_C ^refに基づいて補償電流Ｉ_C を 最適値に制御する。これにより、図３に示すように補償電流Ｉ_C の応答性が向上 する。

【００１７】 尚、上述した実施例では、電源電圧Ｖ_A に対して９０°遅相した電源電圧移相 信号Ｓ₁ の場合に、電源電流Ｉ_S を９０°進相した電源電流移相信号Ｉ_S'を生成 したが、本考案はこれに限定されることなく、電源電圧移相信号Ｓ₁ が電源電圧 Ｖ_A に対して９０°進相する場合には、電源電流Ｉ_S を９０°遅相した負荷電流 移相信号Ｉ_S'を生成するようにすればよい。

【００１８】

【考案の効果】

本考案によれば、電源電圧を９０°移相した電源電圧移相信号と電源電流、及 び電源電圧と電源電流を９０°移相した電源電流移相信号を乗算して二つの仮想 無効電力信号を生成し、この二つの仮想無効電力信号を加算することによって相 互のリップル成分を相殺させることができ、応答性の向上が図れて高速補償を実 現可能となり、また、電源電流中の無効電力成分を直接的に検出してフィードバ ック制御するので、高精度の補償を実現した無効電力補償装置が提供できてその 実用的価値は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る無効電力補償装置の実施例を示す
制御回路のブロック図

【図２】図１の制御回路において発生する各種信号を示
す波形図

【図３】補償電流の応答性を示す波形図

【図４】電力系統の一例を示す等価回路図

【図５】従来の無効電力補償装置を示す制御回路のブロ
ック図

【符号の説明】

１ 系統電源 ２ 負荷 ３ 無効電力補償装置 １１ 位相同期回路〔ＰＬＬ〕 １２ 正弦波発生器 １３ 移相回路 Ｖ_A 電源電圧 Ｉ_S 電源電流 Ｉ_S' 電源電流移相信号 Ｓ₁ 電源電圧移相信号 Ｓ₂ 正弦波信号 Ｑ₁ 仮想無効電力信号 Ｑ₂ 仮想無効電力信号 Ｉ_C ^ref 補償電流指令信号

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統電源と負荷との間に接続され、その
   負荷の無効電流成分と逆位相の無効電流成分を持つ補償
   電流を生成し、負荷の無効電流成分をこの補償電流の無
   効電流成分により相殺する無効電力補償装置において、
   電源電圧に同期した正弦波信号を９０°移相した電源電
   圧移相信号と電源電流、並びに、その電源電圧に同期し
   た正弦波信号と電源電流を９０°移相した電源電流移相
   信号をそれぞれ生成し、その電源電圧移相信号と電源電
   流及び正弦波信号と電源電流移相信号をそれぞれ乗算し
   て二つの仮想無効電力信号を生成し、これら仮想無効電
   力信号を加算することにより、電源電流中の無効電流成
   分を０とする伝達関数を付与して補償電流指令信号を生
   成するフィードバック制御回路を具備したことを特徴と
   する無効電力補償装置。