JPH0876866A

JPH0876866A - 無効電力補償装置

Info

Publication number: JPH0876866A
Application number: JP7170014A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Takakado; 祐三高門; Masaharu Ishiguro; 正治石黒; Toshiaki Ikuma; 俊明井熊
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【目的】無効電力を補償しつつ高調波電流を補償し得
る無効電力補償装置を提供する。【構成】三相／二相変換器２，３、無効電流検出器６
により、負荷１０に流れる無効電流（振幅値）Ｉ_Ldが求
められる。これに基づいて、加算器１７は無効電流指令
値Ｉ_d ^*を出力し、インバータ９は該指令値に基づいて無
効電流を発生する。一方、また、有効電流検出器２８に
よって、負荷１０に流れる有効電流が検出され、その高
調波成分Ｉ_LqhがＨＰＦ２９から出力される。これに基
づいて、加算器３３は有効電流指令値Ｉ_q ^*を出力し、イ
ンバータ９は該指令値に基づいて有効電流を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、配電系統に用い
て好適な無効電力補償装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、無効電力を高速に補償するため
に、静止型無効電力補償装置（以下ＳＶＧという。但し
ＳＶＣと称することもある）を送配電系統に設けること
が多い。ＳＶＧは、サイリスタ回路を介して線路電圧を
コンデンサまたはリアクトルに印加するものであり、こ
のサイリスタ回路の点弧角を適宜制御することによって
可変リアクトルおよび可変コンデンサとして機能する。
すなわち、ＳＶＧは負荷と並列に接続され、この負荷に
供給される無効電力に応じてインピーダンスを高速かつ
自動的に変動させ、この負荷によって生ずる無効電力を
相殺する。

【０００３】ここで、無効電力を高速に補償する理由と
しては、以下の３点が挙げられる。 (ａ)変動負荷による電圧フリッカの抑制アーク炉や圧延機などの急激な負荷変動によって電圧フ
リッカが発生する。それを抑制するためには、ランダム
な無効電力の変動を正確かつ迅速に検出して、無効電力
を高速に補償することが必要である。

【０００４】(ｂ)受電端電圧の安定化系統が重負荷になると、電圧の異常低下や電圧変動の増
大が生じる。これを安定化するためには、無効電力を補
償して負荷端の電圧を一定に維持することが必要であ
る。

【０００５】(ｃ)系統安定度の向上長距離送電系統において、運転条件や負荷条件によって
は安定な発電運転ができない領域が生じる。この場合、
送電系統の中間点で無効電力を補償して電圧を一定に維
持し、中間点を等価的に無限大母線化することにより、
定態および過度安定度を向上することが必要である。こ
こで、ＳＶＧを用いた配電系統の例を図２に示す。図に
おいて、電源３０から出力された電流は、線路４０を介
して負荷１０に供給される。ＳＶＧ５０は、負荷１０と
並列に接続され、線路４０の受電端電圧ｖ₀と線路電流
ｉとの位相差が「０」になるように、そのインピーダン
スが制御される。

【０００６】ところで、近年は、電力用半導体素子を用
いた電力変換装置の導入が増加しており、電力系統にお
いては高調波電流が増加している。この高調波電流によ
り、電源電圧に歪が生じ、他の機器に高調波障害が惹起
される等の問題が生じる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のＳＶＧ
は、負荷によって生ずる無効電力を相殺するのみ、すな
わち受電端における力率を「１」にするのみの機能しか
有しておらず、高調波電流を補償することはできなかっ
た。この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであ
り、無効電力を補償しつつ高調波電流を補償し得る無効
電力補償装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の構成にあっては、負荷に供給される交
流電流を検出する電流検出手段と、前記負荷に供給され
る有効電流の高調波成分を検出する高調波成分検出手段
と、前記交流電流と、前記負荷に印加される交流電圧と
に基づいて、前記負荷が発生する第１の無効電流を検出
する無効電流検出手段と、前記高調波成分に基づいて有
効電流指令値を生成し、この有効電流指令値によって指
令された有効電流を前記負荷に供給する有効電流発生手
段と、前記第１の無効電流に基づいて無効電流指令値を
生成し、この無効電流指令値によって指令された第２の
無効電流を前記負荷に供給する無効電流発生手段とを具
備することを特徴としている。

【０００９】また、請求項２記載の構成にあっては、請
求項１記載の構成において、前記交流電流は三相電流で
あり、前記高調波成分検出手段は、前記交流電流の検出
結果を二相電流に変換する電流変換手段(３)と、前記交
流電圧の検出結果を二相電圧に変換する電圧変換手段
(２)とを有し、これら二相電流および二相電圧に基づい
て前記高調波成分を検出するものであり、前記有効電流
発生手段は、コンデンサ（２７）と、このコンデンサの
端子電圧と所定値との偏差に基づいて該偏差が小となる
ように電圧操作量を出力する端子電圧制御手段（２１，
１２）と、この電圧操作量と前記高調波成分とを加算す
ることによって前記有効電流指令値を生成する加算手段
（３３）と、この有効電流指令値によって前記コンデン
サの端子電圧をパルス幅変調する変調手段（８，９，１
５）とによって構成され、前記無効電流発生手段は、前
記第１の無効電流と前記第２の無効電流との偏差を出力
する減算器(１８)を具備し、この減算器の出力信号が
「０」に近付くように前記変調手段（８，９，１５）を
制御することを特徴としている。

【００１０】（作用）電流検出手段は負荷に供給される
交流電流を検出する。高調波成分検出手段は、この交流
電流と、負荷に印加される交流電圧とに基づいて、負荷
に供給される有効電流の高調波成分を検出する。一方、
有効電流発生手段は、高調波成分に基づいて有効電流指
令値を生成し、この有効電流指令値によって指令された
有効電流を負荷に供給する。また、無効電流検出手段
は、この交流電流と、負荷に印加される交流電圧とに基
づいて、負荷が発生する第１の無効電流を検出する。そ
して、無効電流発生手段は、この無効電流指令値によっ
て指令された第２の無効電流を負荷に供給する。

【００１１】

【発明の実施の形態】Ａ．実施例の原理以下、この発明の一実施例について説明する。まず、図
２において、ＳＶＧ５０と負荷１０との並列回路は、一
般的には合成インピーダンスが抵抗成分のみになる。換
言すれば、合成インピーダンスが抵抗成分のみになるよ
うに、ＳＶＧ５０のインピーダンスが制御される。

【００１２】本実施例のブロック図を図１に示すが、こ
こでは図２のＳＶＧ５０に代えて電圧・無効電力補償装
置２０が用いられている。詳細は後述するが、電圧・無
効電力補償装置２０には、「無効電力補償モード」、
「電圧補償モード」および「併用モード」の三の動作モ
ードがある。まず、無効電力補償モードにおいては、電
圧・無効電力補償装置２０は、ＳＶＧ５０と同様に、負
荷１０との合成インピーダンスが抵抗成分のみになるよ
うに動作する。

【００１３】一方、電圧補償モードおよび併用モードに
おいては、上記合成インピーダンスが若干のリアクタン
ス成分を含むように、電圧・無効電力補償装置２０のイ
ンピーダンスを制御することが前提になっている。すな
わち、これらのモードにおいては、電圧・無効電力補償
装置２０の無効電力補償機能が若干犠牲になるのである
が、その代りに線路電圧を補償することが可能になる。
その原理について以下説明する。

【００１４】まず、負荷１０と電圧・無効電力補償装置
２０との合成インピーダンスが誘導性であり、かつ、負
荷１０，電圧・無効電力補償装置２０および電源３０の
各中性点の電圧が「０ボルト」とすると、図１の１相あ
たりの等価回路は、図３に示すようになる。図３におい
てＲ₁およびＬ₁は線路４０の抵抗およびインダクタンス
であり、Ｒ₂およびＬ₂は電圧・無効電力補償装置２０と
負荷１０の並列回路における抵抗およびインダクタンス
である。この等価回路について回路方程式を求めると、
下記数１のようになる。

【００１５】

【数１】

【００１６】但し、数１において“ｓ”はラプラス演算
子であり、“ｊω”と等価である。また、図３に対する
ベクトル図を図９(ｃ)に示す。なお、同図(ａ)は、電圧
・無効電力補償装置２０と負荷１０の並列回路のインピ
ーダンスにリアクタンス成分が無い場合（無効電力補償
モード）のベクトル図であり、同図(ｂ)は後述する図４
の等価回路に対するベクトル図である。これらの図にお
いては、便宜上「Ｒ₂＝１」としているため、受電端電
圧ｖ₀のベクトルと電流ｉ_R2のベクトルとは同一の大き
さになっている。さて、数１より線路電流ｉを求め、伝
達関数Ｇ（受電端電圧ｖ₀と送電端電圧ｖ_iの比）を求め
ると、下記数２が得られる。

【数２】

【００１７】数２より、ｓ＝ｊωとして、伝達関数Ｇの
ゲイン｜Ｇ｜を求めると、下記数３が得られる。

【数３】

【００１８】電力系統においては、「線路インピーダン
ス（Ｒ₁，ωＬ₁）＜＜電圧・無効電力補償装置２０と負
荷との合成インピーダンス（Ｒ₂，ωＬ₂）」が成立する
ため、ゲイン｜Ｇ｜は「１／Ｌ₂」に対して単調減少す
る。例えば、Ｒ₁＝０．３Ω、Ｌ₁＝０．８ｍＨ、Ｒ₂＝
３Ω、電源角周波数ω＝２π×６０Ｈzとすると、誘導
性リアクタンスＬ₂に対するゲイン｜Ｇ｜は図５に示す
ようになる。このとき、ゲイン｜Ｇ｜と「１／Ｌ₂」と
は、近似的に比例関係を有する。

【００１９】また、電圧・無効電力補償装置２０と負荷
との合成インピーダンスが容量性である場合、図２およ
び図１の１相あたりの等価回路は図４のようになり、回
路方程式を求めると、下記数４のようになる。

【数４】

【００２０】数４より、送電端電圧ｖ_iに対する受電端
電圧ｖ₀の伝達関数Ｇを求めると、下記数５が得られ
る。

【数５】

【００２１】数５より、ｓ＝ｊωとして、伝達関数Ｇの
ゲイン｜Ｇ｜を求めると、下記数６が得られる。

【数６】

【００２２】電力系統においては、「線路インピーダン
ス（Ｒ₁，ωＬ₁）＜＜電圧・無効電力補償装置２０と負
荷との合成インピーダンス（Ｒ₂，１／ωＣ）」が成立
するため、ゲイン｜Ｇ｜はＣに対して単調増加する。例
えば、Ｒ₁＝０．３Ω、Ｌ₁＝０．８ｍＨ、Ｒ₂＝３Ω、
電源角周波数ω＝２π×６０Ｈzとすると、容量性リア
クタンスＣに対するゲイン｜Ｇ｜は図６に示すようにな
る。このとき、ゲイン｜Ｇ｜とリアクタンスＣは、近似
的に比例関係を有する。

【００２３】ここで、無効電力Ｑの極性を次のように定
義する。誘導性リアクタンスが発生する無効電力Ｑ_L＜０容量性リアクタンスが発生する無効電力Ｑ_C＞０このとき、「１／Ｌ₂」を大とすることは無効電力Ｑ_Lを
小とすることに等しく、リアクタンスＣを大とすること
は無効電力Ｑ_Cを大とすることに等しい。従って、ＳＶ
Ｇと負荷の無効電力Ｑに対するゲイン｜Ｇ｜の特性は、
図７のように単調増加の関係になる。

【００２４】すなわち、ＳＶＧで無効電力を操作するこ
とにより、受電端電圧（系統電圧）ｖ₀を制御すること
ができる。ここで、図６に着目すると、受電端電圧ｖ₀
は送電端電圧ｖ_iよりも高くできることがわかる。すな
わち、無効電力を操作することによって、線路インピー
ダンスの電圧効果を補償できるのは勿論のこと、受電端
電圧を送電端電圧よりも高くすることができ、系統電圧
を幅広く制御することができる。以上が本実施例の原理
である。

【００２５】Ｂ．実施例の構成次に、本実施例の構成を図１を参照し説明する。なお、
図において図２の各部に対応する部分には同一の符号を
付しその説明を省略する。図において２は三相／二相変
換器であり、図１０に示すように構成されている。三相
／二相変換器２は線路４０の受電端における三相電圧ｖ
_LU，ｖ_LV，ｖ_LWが入力されるが、これらの電圧は下式に
よって表現される。

【００２６】

【数７】

【００２７】なお、受電端三相電圧ｖ_LU，ｖ_LV，ｖ_LWの
高調波成分は、後述する高調波電流と線路４０のインピ
ーダンスの積によって表現されるが、数値的には小さい
ため、無視している。図１０において受電端Ｕ相電圧ｖ
_LUはそのまま受電端α相電圧ｖ_Lαとして出力される。
また、加算器３１において受電端Ｖ相電圧ｖ_LVから受電
端Ｗ相電圧ｖ_LWが減算され、その減算結果に「１／√
３」を乗算したものが、乗算器３２を介して、受電端β
相電圧ｖ_Lβとして出力される。従って、受電端二相電
圧ｖ_Lα，ｖ_Lβは下式によって表現される。

【００２８】

【数８】

【００２９】図１に戻り、２４〜２６は電流検出器であ
り、負荷三相電流ｉ_LU，ｉ_LV，ｉ_ＬＷを各々検出し出力
する。ここで、高調波成分を考慮すると、上記各電流は
下式によって表わされる。

【００３０】

【数９】

【００３１】次に、３は三相／二相変換器であり、三相
／二相変換器２と同様に構成され、上記負荷三相電流ｉ
_ＬＵ，ｉ_LV，ｉ_LWが供給されると、これらを負荷二相電
流ｉ_Lα，ｉ_Lβに変換し出力する。すなわち、負荷二相
電流ｉ_Lα，ｉ_Lβは下式により表される。

【００３２】

【数１０】

【００３３】次に、６は無効電流検出器であり、図１１
に示すように構成されている。図１１において乗算器６
１は受電端α相電圧ｖ_Lαと負荷β相電流ｉ_Lβの乗算結
果を出力する。また、乗算器６２は受電端β相電圧ｖ_L
βと負荷α相電流ｉ_Lαの乗算結果を出力する。加算器
６３においては後者の乗算結果から前者の乗算結果が減
算される。そして、乗算器６４においては、この減算結
果に所定の定数Ｋが乗算され、この乗算結果が値Ｉ_Ldと
して出力される。また、２８は有効電流検出器であり、
図８に示すように構成され、値Ｉ_Lqを出力する。すなわ
ち、値Ｉ_Ld，Ｉ_Lqは、下式の通りになる。

【００３４】

【数１１】

【００３５】数１１に数８を代入すると、下式が得られ
る。

【数１２】

【００３６】ここで、受電端電圧振幅Ｖ_Lは既知の値で
あり、予め“Ｋ＝１／Ｖ_L”となるように定数Ｋを定め
ておく。これにより、値Ｉ_Ld，Ｉ_Lqは、次式の通りにな
り、各々負荷における無効電流および有効電流の振幅を
表すことがわかる。

【数１３】

【００３７】次に、５は電圧振幅検出器であり、図１３
に示すように構成され、受電端電圧振幅Ｖ_Lを出力する
（∵√（ｖ_Lα²＋ｖ_Lβ²）＝√（Ｖ_L ²（sin²θ＋cos
²θ）＝Ｖ_L）。２９はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）であ
り、負荷有効電流Ｉ_Lqから基本波成分を除去し、その結
果を高調波成分Ｉ_Lqhとして出力する。すなわち、高調
波成分Ｉ_Lqhは下式によって表される。

【数１４】

【００３８】１６は加算器であり、所定の受電端電圧振
幅指令値Ｖ_L ^*から受電端電圧振幅Ｖ_Lを減算する。１１
は偏差増幅器であり、加算器１６における減算結果に基
づいて無効電流補正値Ｉ_sdとして出力する（詳細は後述
する）。２２はモード切換スイッチであり、そのオン／
オフ状態に基づいて、負荷無効電流Ｉ_Ldおよび無効電流
補正値Ｉ_sdを加算器１７に供給する。加算器１７は、供
給された信号の加算結果を無効電流指令値Ｉ_d ^*として出
力する。

【００３９】次に、４は電圧位相検出器であり、図１５
に示すように構成され、受電端二相電圧ｖ_Lα，ｖ_Lβに
基づいて受電端α相電圧ｖ_Lαの位相θを出力する。な
お、電圧位相検出器４の詳細については、本出願人によ
る特許出願（特願平６−３７９４６号）に開示されてい
る。但し、上記出願にあっては相電圧はｓｉｎθで定義
されているのに対して、本願にあってはｃｏｓθで定義
されている（数７参照）。これに応じて、２相発振器４
３の出力信号も上記出願のものより「π／２」づつ進め
られたものになっている。

【００４０】次に、９はインバータであり、図１８に示
すように構成されている。図においてスイッチング素子
９１１と９１２、９１３と９１４、９１５と９１６は各
々直列に接続され、各直列回路に電圧Ｅが印加されてい
る。また、各スイッチング素子９１１〜９１６には、ダ
イオード９０１〜９０６が各々並列に接続されている。
従って、適切なタイミングでスイッチング素子９１１〜
９１６をオン／オフ制御することにより、各直列回路の
中点には三相電圧が発生する。

【００４１】図１に戻り、インバータ９から出力される
三相電圧は、若干の高周波成分を含むものの、受電端三
相電圧ｖ_LU，ｖ_LV，ｖ_LWとほぼ等しい。また、インバー
タ９から出力される三相電流ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wは、フィル
タ１を介して線路４０の受電端に供給されるとともに、
それらの値は電流検出器３４〜３６を介して検出され
る。７は静止座標／回転座標変換器であり、検出された
三相電流ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wに基づいて無効電流Ｉ_dおよび有
効電流Ｉ_qの計算値を出力するものである。以下、その
詳細を説明する。

【００４２】まず、三相電流ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wの角周波数
ｄθ／ｄｔで回転し相互に直交するｄ軸、ｑ軸を想定す
る。そして、三相電流ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wを有効電流Ｉ_q（ｑ
軸成分）と無効電流Ｉ_d（ｄ軸成分）とに分解して解析
する。各相の有効電流は、その位相が電圧（受電端三相
電圧ｖ_LU，ｖ_LV，ｖ_LW）と一致する筈である。一方、各
相の無効電流は、その位相が電圧に対して「π／２」だ
け異なる。従って、各三相電流ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wは下式に
より表される。

【００４３】

【数１５】

【００４４】ここで、静止座標／回転座標変換器７の構
成を図１６に示す。図において、加算器１６１および乗
算器１６２を介して、三相電流ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wが二相電
流ｉα，ｉβに変換される。なお、この部分の構成は上
述した三相／二相変換器２，３と同様であり、二相電流
ｉα，ｉβは下式のように表される。

【００４５】

【数１６】

【００４６】一方、二相発振器１６３は、電圧位相検出
器４から供給される位相θに基づいて、信号sinθ，cos
θを出力する。次に、乗算器１６４，１６５を介して、
加算器１６８から下式に示す信号が出力される。

【００４７】

【数１７】

【００４８】また、乗算器１６６，乗算器１６７を介し
て、加算器１６９から下式に示す信号が出力される。

【００４９】

【数１８】

【００５０】以上のように、静止座標／回転座標変換器
７からは無効電流Ｉ_dおよび有効電流Ｉ_qの計算値が出力
されることが判る。次に、８は回転座標／静止座標変換
器であり、図１７に示すように構成されている。図にお
いて１７８は三相発振器であり、位相θを受信すると、
cosθ，sinθ，cos（θ−４π／３），およびsin（θ−
４π／３）なる値を有する信号を乗算器１７１〜１７４
の各一端に各々供給する。乗算器１７１，１７３の他端
には有効電圧指令値Ｖ_q ^*が供給され、乗算器１７２，１
７４の他端には無効電圧指令値Ｖ_d ^*が供給される。１７
５〜１７７は加算器であり、上記乗算器１７１〜１７４
の出力信号に基づいて下式に示す三相電圧指令値ｖ_U ^*，
ｖ_V ^*，ｖ_W ^*を出力する。

【００５１】

【数１９】

【００５２】１５はＰＷＭ（パルス幅）変調回路であ
り、各スイッチング素子９１１〜９１６をオン／オフ制
御するとともに、上記三相電圧指令値ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*
に基づいて、オン／オフ時間のデューティ比を設定す
る。なお、インバータ９の出力端はフィルタ１を介して
線路４０に接続されているため、インバータ９の出力電
圧は受電端三相電圧ｖ_LU，ｖ_LV，ｖ_LWにほぼ等しくな
る。従って、三相電圧指令値ｖ_U ^*，ｖ_V ^*，ｖ_W ^*が変動し
たとしても、インバータ９の出力電圧の変動は僅かであ
る。すなわち、これら指令値が変動すると、スイッチン
グ素子９１１〜９１６のデューティ比が変動するため、
三相電流ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wが指令値に追従して変動するこ
とになる。

【００５３】次に、１８は加算器であり、無効電流指令
値Ｉ_d ^*と無効電流Ｉ_dの偏差を出力する。１３は偏差増
幅器であり、偏差「Ｉ_d ^*−Ｉ_d」が「０」に近付くよう
に、無効電圧指令値Ｖ_d ^*を出力する。また、２７はコン
デンサであり、その端子電圧Ｅが上述したインバータ９
に印加される。２１は加算器であり、所定の端子電圧指
令値Ｅ^*と端子電圧Ｅの偏差を出力する。１２は偏差増
幅器であり、偏差「Ｅ^*−Ｅ」を「０」に近付けるよう
な操作量Ｉ_Eqを出力する。操作量Ｉ_Eqと高調波成分Ｉ
_Lqhは、加算器３３において加算され、加算結果が有効
電流指令値Ｉ_q ^*として出力される。１９は偏差増幅器で
あり、偏差「Ｉ_q ^*−Ｉ_q」が「０」に近付くように、有
効電圧指令値Ｖ_q ^*を出力する。

【００５４】ここで、端子電圧Ｅと端子電圧指令値Ｅ^*
とに基づいて操作量Ｉ_Eqを設定し有効電流指令値Ｉ_q ^*を
変動させる理由を説明しておく。まず、インバータ９
は、コンデンサ２７の端子電圧Ｅをパルス幅変調するこ
とにより受電端三相電圧ｖ_LU，ｖ_LV，ｖ_LWを出力するた
め、端子電圧Ｅは少なくとも受電端三相電圧ｖ_LU，
ｖ_LV，ｖ_LWの振幅よりも高くなければならない。そこ
で、本実施例にあっては、端子電圧Ｅが低下した場合に
は、インバータ９を介してコンデンサ２７を充電する。
「コンデンサ２７を充電する」とは、インバータ９を介
して有効電力を消費することに他ならないため、偏差
「Ｅ^*−Ｅ」に基づいて操作量Ｉ_Eqを設定し有効電圧指
令値Ｖ_q ^*を変動させることとしたものである。

【００５５】ここで、操作量Ｉ_Eqが「０」であったとす
ると、有効電流指令値Ｉ_q ^*は高調波成分Ｉ_Lqhに等しく
なる。また、操作量Ｉ_sdが「０」であったとすると、無
効電流指令値Ｉ_d ^*は負荷無効電流Ｉ_Ldに等しくなる。こ
のとき、電圧・無効電力補償装置２０から出力される三
相電流ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wは、下式の通りになる。

【数２０】

【００５６】上式において、三相電流ｉ_U，ｉ_V，ｉ_Wの
各第１項は、負荷三相電流ｉ_LU，ｉ_L _V，ｉ_LWの無効電流
の基本波に等しく、各第２項以降は負荷三相電流ｉ_LU，
ｉ_LV，ｉ_LWの高調波成分に等しい。すなわち、負荷無効
電流Ｉ_Ldと負荷有効電流の高調波成分Ｉ_Lqhを、電圧・
無効電力補償装置２０で補償することによって負荷の発
生する無効電力と高調波電流を補償することができる。

【００５７】Ｃ．実施例の動作Ｃ−１．無効電力補償モード次に、本実施例の動作を説明する。まず、電圧・無効電
力補償装置２０を用いて無効電力のみを補償する場合
（無効電力補償モード）においては、スイッチ２２をオ
フにする。この場合、加算器１７を介して、負荷無効電
流Ｉ_Ldの検出値そのものが無効電流指令値Ｉ_d ^*として加
算器１８に供給される。一方、静止座標／回転座標変換
器７から無効電流Ｉ_dの検出値がフィードバックされ
る。従って、静止座標／回転座標変換器７、加算器１
８、偏差増幅器１３、ＰＷＭ変調回路１５およびインバ
ータ９から成るループを介して、インバータ９の発生す
る無効電流Ｉ_dと負荷１０に供給される無効電流Ｉ_Ldと
が一致するように、無効電流Ｉ_dが制御される。この結
果、負荷１０と電圧・無効電力補償装置２０の並列回路
においては、力率が「１」になる。

【００５８】一方、負荷有効電流Ｉ_Lqの高調波成分Ｉ
_Lqhと操作量Ｉ_Eqとは加算器３３において加算され、そ
の結果が有効電流指令値Ｉ_q ^*として加算器１９に供給さ
れる。加算器１９においては、有効電流指令値Ｉ_q ^*から
有効電流Ｉ_qが減算され、その結果に基づいて偏差増幅
器１４が有効電圧指令値Ｖ_q ^*を出力する。従って、静止
座標／回転座標変換器７、加算器１９、偏差増幅器１
４、回転座標／静止座標変換器８、ＰＷＭ変調回路１５
およびインバータ９から成るループを介して、インバー
タ９の発生する有効電流の高調波成分と、負荷三相電流
ｉ_LU，ｉ_LV，ｉ_LWの有効電流の高調波成分とが一致する
ように、有効電流Ｉ_qが制御される。これと前記無効電
流の制御とによって、受電端三相電流ｉ_SU，ｉ_SV，ｉ_SW
の高調波成分は補償される（振幅がほぼ「０」になる）
のである。

【００５９】ところで、先に数７等の説明においては受
電端三相電圧ｖ_LU，ｖ_LV，ｖ_LWの高調波成分は無視した
が、これらの電圧の高調波成分は受電端三相電流ｉ_SU，
ｉ_SV，ｉ_SWの高調波成分と線路インピーダンスとの積に
等しい。従って、受電端三相電流ｉ_SU，ｉ_SV，ｉ_SWの高
調波成分が補償されることにより、必然的に受電端三相
電圧ｖ_LU，ｖ_LV，ｖ_LWの高調波成分も補償される。な
お、端子電圧Ｅと端子電圧指令値Ｅ^*との偏差に基づい
て偏差増幅器１２から操作量Ｉ_Eqが出力されるが、操作
量Ｉ_Eqの周波数成分は低いため、高調波電流の補償に対
してほとんど影響を与えることはない。

【００６０】Ｃ−２．電圧補償モード次に、受電端三相電圧ｖ_LU，ｖ_LV，ｖ_LWを一定値に保持
する場合（電圧補償モード）においては、スイッチ２２
をオンにする。この場合、偏差「Ｖ_L ^*−Ｖ_L」に対応し
た無効電流補正値Ｉ_sdと負荷無効電流Ｉ_Ldとは加算器１
７にて加算され、その結果が無効電流指令値Ｉ_d ^*として
加算器１８に供給される。従って、静止座標／回転座標
変換器７、加算器１８、偏差増幅器１３、ＰＷＭ変調回
路１５およびインバータ９から成るループを介して、イ
ンバータ９の発生する無効電流Ｉ_dと無効電流指令値Ｉ_d
^*とが一致するように、無効電流Ｉ_dが制御される。

【００６１】従って、偏差「Ｖ_L ^*−Ｖ_L」が小となるよ
うな無効電流補正値Ｉ_dCを出力するように偏差増幅器１
１の特性を設定しておくと、受電端電圧振幅Ｖ_Lが受電
端電圧振幅指令値Ｖ_L ^*と一致するように、無効電流Ｉ_d
が設定されることになる。なお、加算器１７には負荷無
効電流Ｉ_Ldが加算されており、ＨＰＦ２９からは高調波
成分Ｉ_Lqhが出力されるので、負荷三相電流ｉ_LU，
ｉ_LV，ｉ_LWの無効電流と高調波成分は無効電力補償モー
ドの場合と同様に補償される。

【００６２】従って、かかる場合には、受電端電圧と高
調波電圧とが共に補償できる。

【００６３】Ｄ．変形例なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、例えば以下のように種々の変形が可能である。

【００６４】上記実施例においては、受電端電圧振幅
Ｖ_Lはほぼ一定であるとしたため、無効電流検出器６の
加算器６３（図１１参照）の出力信号に対して、乗算器
６４を介して定数Ｋ（Ｋ＝１／Ｖ_L）を乗算した。しか
し、受電端電圧振幅Ｖ_Lの変動が大きい場合、あるいは
精密な制御が必要な場合は、無効電流検出器６を図１２
に示すように構成してもよい。図１２においては、乗算
器６４に代えて除算器６５が設けられ、加算器６３の出
力信号が受電端電圧振幅Ｖ_Lの測定値によって除算され
る。これにより、現実の受電端電圧振幅Ｖ_Lに基づいて
負荷無効電流Ｉ_Ldを算出することが可能になる。同様
に、図８に示す有効電流検出器２８は、図２２に示すよ
うに変形してもよい。

【００６５】また、無効電流検出器６は図２０に示す
ように構成してもよい。図において６６，６７は乗算
器、６８は二相発振器、６９は加算器であり、下式によ
り負荷無効電流Ｉ_Ldが求められる。同様に、有効電流検
出器２８は、図２３に示すように変形してもよい。

【００６６】

【数２１】

【００６７】電圧振幅検出器５は図１４に示すように
構成してもよい。図１４の構成においては、図１３のも
のから開平演算回路５４が除去されているため、出力信
号は受電端電圧振幅Ｖ_Lの自乗値になる。これは、精度
のよい開平演算回路を安価に構成することが困難である
ことに鑑みてである。なお、この場合には、図１におい
て、加算器１６に供給される受電端電圧振幅指令値Ｖ_L ^*
をその自乗値に変更するとともに、偏差「Ｖ_L ^*2−
Ｖ_L ²」に基づいて無効電流補正値Ｉ_sdを出力するように
偏差増幅器１１を構成するとよい。

【００６８】また、電圧振幅検出器５は図２１に示す
ように構成してもよい。図において６６，６７は乗算
器、６８は二相発振器、６９は加算器であり、下式によ
り受電端電圧振幅Ｖ_Lが求められる。

【００６９】

【数２２】

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の無効電
力補償装置によれば、無効電流の振幅値またはこの振幅
値を適宜改変した値を無効電流指令値として無効電流を
発生させ、負荷に供給される有効電流の高調波成分を有
効電流指令として有効電流を発生させるから、受電端に
おける無効電力を任意に設定することが可能であり、高
調波電流を補償することが可能である。また、高調波電
流を補償することによって、受電端における高調波電圧
を抑制することが可能である。かつ偏差「Ｖ_L ^*−Ｖ_L」
に対応して無効電力を設定するから、電圧歪の無い電圧
制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】従来の配電系統のブロック図である。

【図３】一実施例の等価回路である。

【図４】変形例の等価回路である。

【図５】一実施例のゲイン特性図である。

【図６】一実施例のゲイン特性図である。

【図７】一実施例のゲイン特性図である。

【図８】有効電流検出器２８のブロック図である。

【図９】同図(ａ)は無効電力補償モードにおけるベク
トル図、同図(ｂ)，(ｃ)は電圧補償モードにおけるベク
トル図である。

【図１０】三相／二相変換器２，３のブロック図であ
る。

【図１１】無効電流検出器６のブロック図である。

【図１２】無効電流検出器６の変形例のブロック図で
ある。

【図１３】電圧振幅検出器５のブロック図である。

【図１４】電圧振幅検出器５の変形例のブロック図で
ある。

【図１５】電圧位相検出器４のブロック図である。

【図１６】静止座標／回転座標変換器７のブロック図
である。

【図１７】回転座標／静止座標変換器８のブロック図
である。

【図１８】インバータ９のブロック図である。

【図１９】フィルタ１のブロック図である。

【図２０】無効電流検出器６の変形例のブロック図で
ある。

【図２１】電圧振幅検出器５の変形例のブロック図で
ある。

【図２２】有効電流検出器２８の変形例のブロック図
である。

【図２３】有効電流検出器２８の変形例のブロック図
である。

【符号の説明】

２三相／二相変換器（高調波成分検出手段）３三相／二相変換器（高調波成分検出手段）４電圧位相検出器（有効電流発生手段）７静止座標／回転座標変換器（有効電流発生手段）８回転座標／静止座標変換器（有効電流発生手段）２４〜２６電流検出器（電流検出手段）２８有効電流検出器（高調波成分検出手段）２９ＨＰＦ（高調波成分検出手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負荷に供給される交流電流を検出する電
流検出手段と、前記負荷に供給される有効電流の高調波成分を検出する
高調波成分検出手段と、前記交流電流と、前記負荷に印加される交流電圧とに基
づいて、前記負荷が発生する第１の無効電流を検出する
無効電流検出手段と、前記高調波成分に基づいて有効電流指令値を生成し、こ
の有効電流指令値によって指令された有効電流を前記負
荷に供給する有効電流発生手段と、前記第１の無効電流に基づいて無効電流指令値を生成
し、この無効電流指令値によって指令された第２の無効
電流を前記負荷に供給する無効電流発生手段とを具備す
ることを特徴とする無効電力補償装置。
【請求項２】前記交流電流は三相電流であり、前記高調波成分検出手段は、前記交流電流の検出結果を
二相電流に変換する電流変換手段(３)と、前記交流電圧
の検出結果を二相電圧に変換する電圧変換手段(２)とを
有し、これら二相電流および二相電圧に基づいて前記高
調波成分を検出するものであり、前記有効電流発生手段は、コンデンサ（２７）と、この
コンデンサの端子電圧と所定値との偏差に基づいて該偏
差が小となるように電圧操作量を出力する端子電圧制御
手段（２１，１２）と、この電圧操作量と前記高調波成
分とを加算することによって前記有効電流指令値を生成
する加算手段（３３）と、この有効電流指令値によって
前記コンデンサの端子電圧をパルス幅変調する変調手段
（８，９，１５）とによって構成され、前記無効電流発生手段は、前記第１の無効電流と前記第
２の無効電流との偏差を出力する減算器(１８)を具備
し、この減算器の出力信号が「０」に近付くように前記
変調手段（８，９，１５）を制御することを特徴とする
請求項１記載の無効電力補償装置。