JPH0923585A - 無効電力補償の制御方法 - Google Patents

無効電力補償の制御方法

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JPH0923585A
JPH0923585A JP7171699A JP17169995A JPH0923585A JP H0923585 A JPH0923585 A JP H0923585A JP 7171699 A JP7171699 A JP 7171699A JP 17169995 A JP17169995 A JP 17169995A JP H0923585 A JPH0923585 A JP H0923585A
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inverter
reactive power
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JP7171699A
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Hajime Inoue
一 井上
Tadashi Shibuya
忠士 渋谷
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
East Japan Railway Co
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
East Japan Railway Co
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷の無効電力が急変しても系統の電圧降下
を緩和できる無効電力補償をする。 【構成】 インバータの電圧制御回路を系統電圧V0
等価な基準電圧量V0を基準入力とするオープン電圧制
御回路とし、負荷側の無効電力成分電流ixLをインバー
タの定格に制限するリミッタ11によりインバータの供
給する無効電流量ixL’を作成し、回路12でインバー
タの内部インピーダンス電圧降下分△V1を求め、ixL
とインバータの無効電力成分電流ixiから系統側のリア
クタンス電圧降下分△V2を求め、基準入力V0をixL
インバータ容量内の場合は△V1により補正し、インバ
ータ容量を越えた場合は△V1と△V2で補正し、インバ
ータ出力電圧をオープン制御で迅速に制御する。更にi
xLとixiとの偏差を偏差増幅回路14で増幅し、その信
号を基準入力V0に加えてオープンループ制御による制
御誤差をフィードバック制御によりなくし、制御精度を
保つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、交流系統の無効電力を
検出して無効電力を補償する自励式インバータを用いた
無効電力補償の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、無効電力補償装置の構成を図6に
示す。同図において、4は無効電力補償装置の自励式イ
ンバータで、インバータの交流側は交流リアクトルL1
を介して配電線2に接続され、直流側にはコンデンサC
1が接続されている。コンデンサC1はインバータのスイ
ッチング素子と逆並列に接続されている帰還ダイオード
を介して充電され、インバータはこのコンデンサを直流
電源として動作する。
【0003】8は無効電力検出回路で、電圧検出用変圧
器PT1,変流器CT1,CT3からの電圧,電流により
負荷の無効電力QL及びインバータの出力無効電力Qi
検出する。
【0004】31〜35はインバータの制御回路で、3
1は変圧器PT1で検出した電圧から系統電圧の同期信
号を得る同期回路、32はこの同期信号とインバータの
出力が同期するように制御する周波数制御系、33は検
出回路8からの無効電力QLとQiとの偏差を検出する無
効電力制御系、34はQLとQiの差がなくなるようにイ
ンバータの出力電圧を制御する電圧制御系、35は周波
数制御系及び電圧制御系の信号を受けてインバータのス
イッチング素子のゲートを駆動するゲート制御回路であ
る。
【0005】以上のように無効電力補償装置はインバー
タを周波数制御と電圧制御により負荷の無効電力を補償
している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の無効電力補
償装置は、無効電力を補償する制御系が負荷側で発生す
る無効電力を検出してこれを設定入力とし、インバータ
出力の無効電力を検出信号とする閉ループの制御として
いる。このため制御精度は確保できるが、全体の制御系
を速くすると自動系が不安定となり、オーバシュート等
が発生してインバータ装置の出力が過大となる現象が発
生するので、制御系にPI増幅器等の遅れを入れて安定
性を保つ回路方式となっている。
【0007】以上のことから制御の高速化ができず負荷
の無効電力が急変すると、無効電力補償に遅れが発生し
系統の電圧が大きく変動する。
【0008】本発明は、従来のこのような問題点に鑑み
てなされたものであり、その目的とするところは、負荷
の無効電力が急変しても系統の電圧降下を緩和すること
ができる無効電力補償の制御方法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
に、本発明は、電圧制御と周波数制御により負荷の無効
電力を補償する自励式インバータを使用した無効電力補
償の制御において、電圧制御を、系統の無負荷時の誘起
電圧と等価な基準電圧量を基準入力とするオープンルー
プ制御とし、負荷電流,インバータ電流またはこれらと
負荷電圧から負荷の無効電力成分電流及びインバータの
無効電力成分電流を検出し、負荷側の無効電力成分電流
からインバータの供給する無効電流量を作成し、インバ
ータの無効電力成分電流量とインバータの内部インピー
ダンスからインバータの内部インピーダンス電圧降下量
を演算して前記基準電圧量に補正をかけると共に、負荷
側の無効電力成分電流及びインバータの無効電力成分電
流と系統側のインピーダンスから系統側のインピーダン
ス電圧降下量を演算して前記基準電圧量に補正をかけ、
更に、前記インバータの供給する無効電力成分電力量と
インバータの無効電力成分電流との偏差を増幅して前記
基準電圧量に加算してオープンループ制御の誤差を補う
フィードバック制御するものである。
【0010】
【作用】負荷側の無効電力成分電流がインバータの定格
電流以内の場合はオープン電圧制御回路の基準入力にイ
ンバータの内部インピーダンス電圧降下量が加算される
ので、インバータの出力電圧はインバータの内部インピ
ーダンス電圧降下量分補正され系統側電圧と一致する。
また、負荷側の無効電力成分電流がインバータの定格電
流を越えた場合はオープンループ電圧制御回路の入力に
前記に加えて系統側のリアクタンス電圧降下量が加算さ
れて系統側のリアクタンス電圧降下量分も補正される。
このオープンループ制御により無効電力は高速で制御さ
れる。フィードバック制御手段は遅れを有し偏差がなく
なるように制御することで、オープンループ制御で生ず
る制御偏差を補う。
【0011】
【実施例】
実施例1 実施例1を図1、図2について説明する。図1につい
て、4は交流リアクトルL1を介して系統配電線2に接
された直流側にコンデンサC1を有するインバータ、6
はインバータの制御回路、8は計器用変圧器PT1で検
出した負荷電圧VL、変流器CT1,CT2で検出した負
荷電流iL,インバータ電流iiから負荷の無効電力成分
電流ixL及びインバータの無効電力成分電流ixiを検出
して電流信号をインバータの制御回路に出力する無効電
力成分電流検出回路である。
【0012】図2はインバータの制御回路6の構成を示
すもので、11は検出した電流ixLをインバータの定
格電流に制限してインバータの供給する無効電力成分電
流量ixL’を作成するリミッタ、12はこのリミッタ
からの電流ixL’とインバータの内部インピーダンスZ
i≒Xiからインバータ内部インピーダンス電圧降下量X
i・ixL’を演算して第2の補正信号△V2として出力す
る第1の基準電圧補正回路、13は電流ixLとixiから
インバータの定格電流を越えたときから系統側に流れて
いる無効電力成分電流量(ixL−ixi)を作成してこれ
と系統側のインピーダンスZ0≒X0から系統側のインピ
ーダンス電圧降下量X0(ixL−ix0)を演算して第2
の補正信号△V2として出力する第2の基準電圧補正回
路、14は電流ixLとixiの偏差を増幅する無効電力成
分電流偏差増幅回路、15は基準電圧V0と偏差増幅回
路14からの偏差増幅信号及び補正回路12,13から
の第1、第2の補正信号△V1,△V2を加算する加算
器、16は加算器15からの電圧信号が入力する基準電
圧V0を基準入力とした電圧制御回路、17は負荷電圧
Lから系統電圧の同期信号を検出する同期回路、18
はこの同期信号が入力する周波数制御回路、19は制御
回路16,17からの信号によりインバータ4のスイッ
チング素子のゲートを制御するゲート制御回路である。
【0013】次に、この実施例の動作について説明す
る。
【0014】系統側のインピーダンスをZ0,インバー
タの内部インピーダンスをZi,負荷の無効電力成分の
電流をIxi,インバータの無効電力成分の電流をIxi
系統の電圧をV0,インバータ電圧をVi,また負荷電流
をIxL,インバータ電流をIxi,系統電流Ix0とする
と、下記の式が成立する。
【0015】
【数1】
【0016】周波数制御は、従来同様に負荷電圧VL
ら同期回路17を通して系統電圧V0とインバータの電
圧Viの電圧の位相が等しくなるように、周波数制御回
路18,ゲート制御回路にてインバータの周波数を制御
する。
【0017】電圧制御は、系統電圧V0と等価量の基準
電圧V0を電圧制御回路16の基準入力として、これに
xL・Xiに相当する補正信号△V1及びX0(ixL−i
xi)に相当する補正信号△V2加算して、インバータの
出力電圧を制御する。
【0018】これにより負荷の無効電力成分電流がイン
バータの定格以内の場合は、インバータは基準電圧V0
+補正信号△V1の信号により出力電圧がVi=V0+Xi
iとなるように、インバータの内部リアクタンス降下
を補償する電圧制御がなされ、Ixi=IxLとなるように
インバータ出力電流が出るので、VL≒V0となる。
【0019】また、負荷の無効電力成分電流がインバー
タの定格電流を越える場合は、インバータは基準電圧V
0に補正信号△V1,△V2を加算した信号により出力電
圧がVi=V0−X0(IxL−Ixi)+Xiiとなるよう
に、インバータの定格電流を流すために発生するリアク
タンス電圧降下分と(Xi・Ixi)と系統のリアクタン
スで電圧降下分(−X0(IxL−Ixi)の補償をする電
圧制御がなされ、IxL>Ixiによる負荷電圧VLが系統
電圧V0より低下するのを抑制する。
【0020】ただし、上記の制御はオープン制御のため
に制御精度が確保できない。無効電力成分電流偏差増幅
回路はixL’とixiとの偏差をPI増幅した遅れを有す
る偏差信号を加算器15に出力し、偏差がなくなるよう
にフィードバック制御するので、上記オープン制御によ
る制御誤差量はなくなり、高精度の制御ができる。
【0021】したがって、この実施例によれば、遅れの
ないオープンループの補正信号△V1と△V2で高速制御
ができ、遅れをもたせたフィードバック制御で高精度の
制御ができる。
【0022】実施例2 実施例2を図4,図5について説明する。図4におい
て、4は図1の場合と同様に交流リアクトルL1を介し
て系統配電線2に接続された直流側にコンデンサC1
有するインバータ、6はインバータの制御回路、8は計
器用変圧器PT1で検出した負荷電圧VL、変流器CT1
〜CT3で検出した系統側電流i0,負荷電流iL,イン
バータ電流iiから系統側無効電力成分電流ix0,負荷
無効電力成分電流ixL,インバータ無効電力成分電流i
xiを検出する無効電力成分電流検出回路である。
【0023】図5はインバータの制御回路6の構成を示
すもので、13’は電流ix0からix0・X0を演算して
第2の補正電圧△V2を出力する第2の基準電圧補正回
路である。その他の構成は図2の回路と変わりがないの
で、同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を
省略する。電流ix0=ixL−ixiであるので、この実施
例によれば、実施例1と同様の原理で無効電力補償をす
ることができる。
【0024】
【発明の効果】本発明は、上述のように、自励式インバ
ータを使用し、系統側で発生するリアクタンス電圧降下
及びインバータの内部リアクタンス降下を負荷及びイン
バータの無効電力成分の電流から演算し、これらリアク
タンス電圧降下信号と、負荷及びインバータの無効電力
成分の電流の偏差のPI増幅信号を系統電圧と等価量の
基準電圧信号に加算した信号で、インバータを電圧制御
負荷の無効電力補償をしているので、制御がオープン制
御とフィードバック制御となり、オープン制御により高
速制御ができると共に遅れをもたせたフィードバック制
御で高精度の制御ができる。このため無効電力が急激に
変動する負荷が発生しても系統電圧を緩和することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1を示す全体構成図。
【図2】インバータの制御回路を示すブロック図。
【図3】電圧補正量を説明する線図。
【図4】実施例2を示す全体構成図。
【図5】インバータの制御回路を示すブロック図。
【図6】従来例を示す全体構成図。
【符号の説明】
2…系統配電線 4…インバータ 6…制御回路 8…無効電流検出回路 11…リミッタ 12,13,13’…基準電圧補正回路 14…無効電力成分電流偏差増幅回路 16…電圧制御回路 17…同期回路 18…周波数制御回路 19…ゲート制御回路 ixL…負荷の無効電力成分電流 ixi…インバータの無効電力成分電流 ix0…系統側の無効電力成分電流 △V1…インバータの内部リアクタンス電圧降下補正量 △V2…系統側のリアクタンス電圧降下補正量

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電圧制御と周波数制御により負荷の無効
    電力を補償する自励式インバータを使用した無効電力補
    償の制御において、 電圧制御を、系統の無負荷時の誘起電圧と等価な基準電
    圧量を基準入力とするオープンループ制御とし、 負荷電流,インバータ電流またはこれらと負荷電圧から
    負荷の無効電力成分電流及びインバータの無効電力成分
    電流を検出し、 負荷側の無効電力成分からインバータの供給する無効電
    力成分電流量を作成し、 インバータの無効電力成分電流量とインバータの内部イ
    ンピーダンスからインバータの内部インピーダンス電圧
    降下量を演算して前記基準電圧量に補正をかけると共
    に、負荷側の無効電力成分電流及びインバータの無効電
    力成分電流と系統側のインピーダンスから系統側のイン
    ピーダンス電圧降下量を演算して前記基準電圧量に補正
    をかけ、 更に、前記インバータの供給する無効電力成分電流量と
    インバータの無効電力成分電流との偏差を増幅して前記
    基準電圧量に加算してオープンループ制御の誤差を補う
    フィードバック制御する、 ことを特徴とした無効電力補償の制御方法。
  2. 【請求項2】 電圧制御と周波数制御により負荷の無効
    電力を補償する自励式インバータを使用した無効電力補
    償の制御において、 電圧制御を、系統の無負荷時の誘起電圧と等価な基準電
    圧量を基準入力とするオープンループ制御とし、 系統側電流,負荷電流,インバータ電流またはこれらと
    負荷電圧から系統側の無効電力成分電流と負荷の無効電
    力成分電流及びインバータの無効電力成分電流を検出
    し、 負荷側の無効電力成分電流からインバータの供給する無
    効電力成分電流量を作成し、 インバータの無効電力成分電流量とインバータの内部イ
    ンピーダンスからインバータの内部インピーダンス電圧
    降下量を演算して前記基準電圧量に補正をかけると共
    に、系統側の無効電力成分電流と系統側のインピーダン
    スから系統側のリアクタンス電圧降下量を演算して前記
    基準電圧量に補正をかけ、 更に、前記インバータの供給する無効電力成分電流量と
    インバータの無効電力成分電流との偏差を増幅し、その
    出力を前記基準電圧量に加算してオープンループ制御の
    誤差を補うフィードバック制御する、 ことを特徴とした無効電力補償の制御方法。
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