JPH0795248B2 - 無効電力補償装置 - Google Patents

無効電力補償装置

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JPH0795248B2
JPH0795248B2 JP1264580A JP26458089A JPH0795248B2 JP H0795248 B2 JPH0795248 B2 JP H0795248B2 JP 1264580 A JP1264580 A JP 1264580A JP 26458089 A JP26458089 A JP 26458089A JP H0795248 B2 JPH0795248 B2 JP H0795248B2
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reactive power
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compensation
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稔 香山
茂 陰野
清司 茂木
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Nissin Electric Co Ltd
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Nissin Electric Co Ltd
Central Japan Railway Co
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    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、スコット結線変圧器を介して3相系統に接続
された電車線路等の2相負荷の不平衡電圧を補償する無
効電力補償装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、東海道新幹線等の電車線路の2相負荷は、第4図
に示すように、負荷用スコット結線変圧器(以下負荷用
変圧器という)1の2次側に接続された単相のM座負荷
2a,T座負荷2bで構成される。
なお、変圧器1の巻線比はM座が1:1,T座が に設定される。
そして、遅れ方向を+(正)とした場合、例えば上り線
路,下り線路に相当する負荷2a,2bの消費電力はPM+jQM,
PT+jQT(PM,PTは有効電力,QM,QTは無効電力)で示され
る。
また、3相系統の各相a,b,cの線間電圧を1.0puとし、a
相電圧を位相基準とした場合、負荷2a,2bへの給電に基
づく各相a,b,cの電流Ia,Ib,Icは次の(1)式で示され
る。
この(1)式を対称成分に分解すると、M座,T座の負荷
電流として次の(2),(3)式の正相電流IM1,IT1
逆相電流IM2,IT2が求まる。なお、零相成分は0にな
る。
〔M座負荷電流〕
〔T座負荷電流〕 そして、負荷2a,2bはいずれか一方の単独運転等の場
合、系統側に不平衡負荷として作用し、不平衡電圧変動
を発生させる。
この2相負荷の不平衡電圧変動の補償には、従来、日新
電機技報Vol.28,No.3抜刷,同技報Vol.29,No.4抜刷,特
開昭60-22423号公報(H02J 3/18)に記載の変位相スコ
ット結線方式の無効電力補償装置又は3相結線方式の無
効電力補償装置が用いられる。
そして、変位相スコット結線方式の無効電力補償装置
は、負荷2a,2bの力行負荷時の力率角が遅れ方行の15°
〜45°になることに着目し、第5図に示すように変位相
スコット変圧器3を用いた120°変位の無効電力補償部
(以下スコット補償部という)4で構成される。
この場合、変位相スコット変圧器(以下補償用変圧器と
いう)3の1次側は、負荷用変圧器1の接続位相に対し
て120°回転(変位)するように各相a,b,cに接続され
る。
また、補償用変圧器3の2次側の2相に、例えばサイリ
スタスイッチ,リアクトル,コンデンサで構成された無
効電力発生用のM座主回路5a,T座主回路5bが設けられ
る。
そして、系統に対して補償用変圧器3が負荷用変圧器1
の位相を120°進めて配置されるとともに、主回路5a,5b
が無効電力を発生する。
そのため、主回路5a,5bの発生電力をPm+JQm,Pt+jQtと
した場合、スコット補償部4の補償に基く各相a,b,cの
電流Isa,Isb,Iscは(1)式のa相をc相,b相をa相,c
相をb相とし、かつPm=Pt=0として求まり、次の
(4)式で示される。
この(4)式の対称成分に分解すると、M座,T座の補償
電流として次の(5),(6)式の正相電流Im1,It12,
逆相電流Im2,It2が求まる。なお、零相成分は0にな
る。
〔M座補償電流〕
〔T座補償電流〕 そして、(2),(3),(5),(6)式の合成電流
を3相平衡かつ力率100%の電流にして前記不平衡電圧
変動を補償するため、主回路5a,5bの発生電力は、次の
(7)式の制御条件に基いて制御される。
一方、3相結線方式の無効電力補償装置は、Δ結線の場
合第6図に示す無効電力補償部(以下3相補償部とい
う)6で構成される。
この3相補償部6は各相a,b,cの線間に無効電力発生用
の主回路8a,8b,8cを設けて形成される。
そして、この補償部6を流れる各相a,b,cの電流Isa′,I
sb′,Isc′は、第7図に示すように線間電流Iab,Ibc,Ic
aの差となり、次の(8)式で示される。
また、線間電圧及び各主回路8a〜8cが発生する無効電力
を第7図のVab,Vbc,Vca及びQab,Qbc,Qcaとすると、線間
電流Iab,Ibc,Icaは次の(9)式で示される。
そして、前記不平衡電圧変動等に基く各相a,b,cの無効
電力をQLa,QLb,QLcとすると、各無効電力QLa,QLb,QLcを
検出し、各主回路8a〜8cの発生電力を次の(10)式の制
御条件で制御し、各無効電力QLa,QLb,QLcを相殺して前
記不平衡電圧変動を補償する。
〔発明が解決しようとする課題〕 前記第5図の変位相スコット結線方式の無効電力補償装
置の場合、M座,T座の2個の主回路5a,5bで3相の不平
衡電圧変動の補償が行え、装置容量が小さく小型,安価
ではあるが、補償範囲は負荷力率角が15°〜45°(遅れ
方向)の力行負荷等に限られる。
そのため、電車の回生制動等で負荷力率角が例えば90°
以上になると、不平衡電圧変動の補償が行えなくなる問
題点がある。
一方、第6図の3相結線方式の無効電力補償装置の場
合、負荷力率角による補償範囲の制約はないが、相数の
主回路8a〜8cを要し、負荷力率角の広い範囲に渡って補
償を行うには、主回路8a〜8cを極めて容量の大きなもの
としなければならず、装置容量が極めて大きくなり、大
型,高価になる問題点がある。
なお、前記綱領にはスコット結線方式の無効電力補償装
置において、補償用の変位相スコット結線変圧器の位相
を負荷力率角に応じて移相し、補償範囲を変えることが
記載されているが、回生制動等で負荷力率角が大きく変
化するときには、その変化に応じて前記変圧器を移相す
ることは極めて困難である。
本発明は、装置容量の大きな構成で負荷力率角の広い範
囲の不平衡電圧変動の補償が行える無効電力補償装置を
提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
前記目的を達成するため、本発明の無効電力補償装置
は、3相系統に、 下記(イ)式の不平衡電圧変動補償用のM座,T座の無効
電力Qm,Qtを発生する変位相スコット結線方式の無効電
力補償部と、 各相のa,b,c間に注入される下記(ロ)式の不平衡電圧
変動補償用の3相の無効電力Qab,Qbc,Qcaを発生する3
相結線方式の無効電力補償部と 但し、PM,PTは2相負荷のM座,T座の有効電力,QM,QT
2相負荷のM座,T座の無効電力 を接続し、 前記両無効電力補償部により2相負荷の不平衡電圧変動
を補償する。
〔作用〕
以上のように構成された本発明の補償装置の場合、両補
償部の組合わせで電圧変動が補償され、例えば力行負荷
時の2相負荷の無効電力に基く電圧変動が変位相スコッ
ト補償部で補償され、この補償部の補償範囲を超えるそ
れ以外の電圧変動が3相補償部で相毎に補償される。
そのため、両補償部の補償協調により、3相補償部のみ
を設けた従来の3相結線方式の補償装置より小さな装置
容量で負荷力率角の広い範囲の不平衡電圧変動の補償が
行える。
〔実施例〕
1実施例について、第1図ないし第3図を参照して以下
に説明する。
第1図において、10は第6図の3相補償部6と同様のΔ
結線の3相補償部であり、系統の各相a,b,cの線間に主
回路11a,11b,11cをΔ結線して形成され、3相結線方式
の無効電力補償部を形成する。
12は第5図のスコット補償部4と同様の120°変位のス
コット補償部であり、第5図の補償用変圧器3及び主回
路5a,5bに相当する補償用変圧器13及びM座主回路14a,T
座主回路14bを設けて形成され、変位相スコット結線方
式の無効電力補償部を形成する。
そして、スコット補償部12の両主回路14a,14bの発生電
力をPm+jQm,Pt+jQtとすると(4),(5),(6)
式が成立する。
また、3相補償部10を流れる各相a,b,cの電流,線間電
流をIsa′,Isb′,Isc′,Iab,Ibc,Icaとし、線間電圧,
各主回路11a〜11cの発生電力(無効電力)をVab,Vbc,Vc
a,Qab,Qbc,Qcaとすると、(8),(9)式が成立す
る。
さらに、電流Isa′〜Isc′の零相成分が0になるため、
(8),(9)式に基く3相補償部12の補償電流の正相
電流IΔ1,逆相電流IΔ2は次の(11)式で示される。
そして、両補償部10,12の組合わせで負荷2a,2bの不平衡
電流を補償する場合、(2),(3)式のM座,T座の負
荷電流と、(5),(6)式のM座,T座の補償電流と、
(12)式の補償電流との合成電流を、3相平衡かつ力率
100%の電流にすればよい。
この合成電流の正相電流Isum1,逆相電流Isum2は、次の
(12)式で示される。
また、合成電流が3相平衡かつ力率100%になるとき
は、正相電流Isum1の無効成分(虚部)が0になるとと
もに、逆相電流Isum2が0になる。
そのため、補償制御の条件式が次の(13)式で示され
る。
この(13)式は制御変数がQm,Qt,Qab,Qbc,Qcaの5個、
条件式が3式となるため、解(複数)が必ず存在する。
したがって、(13)式に基づいて両補償部10,12の発生
電力を制御することにより、不平衡電圧変動が補償され
る。
そして、新幹線の不平衡電圧変動を補償する場合、運用
条件等を考慮すると、スコット補償部12によって新幹線
負荷のVar補償を行うことが望ましい。
この場合、(13)式に基づくQm,Qtの解は次の(14)式
で示される、Qab,Qbc,Qcaの解は次の(15)式で示され
る。
そして、各相a,b,cの電流,電圧の検出及び補償部10,12
の補償電力に基づく、負荷2a,2bの電力PM+jQM,PT+jQT
検出する。
さらに、検出したQM,QTに基づく(15)式の演算結果に
より、主回路14a,14bのサイリスタスイッチを制御し、
スコット補償部12の発生電力Qm,Qtを(14)式にしたが
って制御する。
同時に、検出したPM,QM,PT,QTに基づく(15)式の演算
結果により、主回路11a〜11cのサイリスタスイッチを制
御し、3相補償部1の発生電力Qab,Qbc,Qcaを(15)式
にしたがって制御する。
そして、種々の負荷条件での実験(シミュレーション)
により、第2図(a)〜(e)の補償効果が得られた。
この第2図の負荷条件は、力行負荷時を力率0.71(力率
角45°),回生制動時を力率−1.0(力率角180°)と
し、区間(期間)A,B,…,G,Hに次表のように設定されて
いる。
また、同図(a),(b),(c)は系統の線間電圧Va
b,Vbc,Vcaの変動ΔVab,ΔVbc,ΔVcaを示し、実線が補償
あり破線が補償なしの特性を示す。
さらに、同図(d),(e)は3相補償部10,スコット
補償部12の発生電力を示し、同図(d)の破線,実線、
点線がQab,Qbc,Qcaを示し、同図(e)の実線,破線がQ
m,Qtを示す。
そして、同図(a)〜(c)からも明らかなように、補
償なしのときに生じる線間電圧Vabの最大変動9.6%,線
間電圧Vbc,Vcaの最大変動7.6%が、いずれも0.5%まで
抑制される。
そして、3相補償部10のab相,bc相,ca相の容量Qab,Qbc,
Qca及びその総合容量QΔの必要範囲は、 となる。
また、スコット補償部12のM座,T座の容量QM,QTは−35M
VA(進み方向)となり、その総合容量Qsが−70MVAとな
る。
そのため、前記負荷条件のときに必要な装置容量は、14
0(=35+35+70)MVAになる。
一方、第6図の従来の3相結線方式の無効電力補償装置
により、第3図の場合と同一の負荷条件で同一の補償効
果を得るようにした実験結果は、第3図(a)〜(d)
に示すようになる。
この第3図(a)〜(d)は第2図(a)〜(d)に相
当し、3相補償部6の容量Qab,Qbc,Qca,ΔQの必要範囲
は、 となり、必要な装置容量は161(=114+47)MVAにな
る。したがって、従来より小さな装置容量で、新幹線の
力行,回生の組合せに基づく広い負荷力率角の範囲の不
平衡電圧変動が補償される。
そして、電車線路以外の種々の2相負荷の不平衡電圧変
動の補償に適用できるのは勿論である。
〔発明の効果〕
本発明は、以上説明したように構成されているため、以
下に記載する効果を奏する。
3相系統に、所定の式にしたがってM座,T座の無効電力
Qm,Qtを発生する変位相スコット結線方式の無効電力補
償部と、所定の式にしたがって各相a,b,c間に注入され
る3相の無効電力Qab,Qbc,Qcaを発生する3相結線方式
の無効電力補償部とを接続したため、変位相スコット結
線方式の無効電力補償部で補えない不平衡電圧変動を3
相結線方式の無効電力補償部により相単位で補償するこ
とができる。
そのため、両補償部の補償協調により、従来の3相結線
方式の補償装置より小さな装置容量で従来の変位相スコ
ット結線方式の補償装置では行えなかった回生制動等に
基づく不平衡電圧変動の補償も行え、装置容量が小さく
小型,安価な構成で、負荷力率角の広い範囲の不平衡電
圧変動の補償が行える。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の無効電力補償装置の1実施
例を示し、第1図は結線図、第2図(a)〜(e)は補
償効果説明用の波形図、第3図(a)〜(d)は装置容
量を比較するための従来例の波形図、第4図は新幹線負
荷の結線図、第5図は従来の変位相スコット結線方式の
補償装置の結線図、第6図は従来の3相結線方式の補償
装置の結線図、第7図は第6図の補償装置の発生電力説
明図である。 1……負荷用変圧器、2a,2b……負荷、10……3相補償
部、12……スコット補償部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茂木 清司 京都府京都市右京区梅津高畝町47番地 日 新電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−22423(JP,A) 特開 昭61−51221(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スコット結線変圧器を介して3相系統に接
    続された2相負荷の不平衡電圧変動を補償する無効電力
    補償装置において、 前記系統に、 下記(イ)式の不平衡電圧変動補償用のM座,T座の無効
    電力Qm,Qtを発生する変位相スコット結線方式の無効電
    力補償部と、 各相a,b,c間に注入される下記(ロ)式の不平衡電圧変
    動補償用の3相の無効電力Qab,Qbc,Qcaを発生する3相
    結線方式の無効電力補償部と 但し、PM,PTは2相負荷のM座,T座の有効電力,QM,QT
    2相負荷のM座,T座の無効電力 を接続し、 前記両無効電力補償部により2相負荷の不平衡電圧変動
    を補償することを特徴とする無効電力補償装置。
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JPH0743615B2 (ja) * 1983-07-15 1995-05-15 中部電力株式会社 無効電力補償装置
JPS6151221A (ja) * 1984-08-21 1986-03-13 Asami Denki Kk 力率改善装置

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