JPH0937468A

JPH0937468A - 静止型無効電力補償装置

Info

Publication number: JPH0937468A
Application number: JP7212308A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kuwata; 稔桑田; Yoshio Nishiwaki; 吉夫西脇; Yoshinori Kawasaki; 吉則河崎; Takeshi Yoshida; 武司吉田; Kunio Yamaguchi; 國雄山口
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 1995-07-17
Filing date: 1995-07-17
Publication date: 1997-02-07
Anticipated expiration: 2015-07-17
Also published as: JP3191633B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数直列に接続された変圧器の励磁インピー
ダンス比を容易、かつ、正確に調整することができ、更
にはコンパクト化が図れる自励式静止型無効電力補償装
置を提供すること。【解決手段】複数台の変圧器４１、４２の各高圧側巻
線４１ａ、４２ａを直列に接続して系統電源１に接続さ
れた直列多重変圧器４と、前記直列多重変圧器４の各低
圧側巻線４１ｂ、４２ｂに接続されたインバータ５、６
と、前記直列多重変圧器４の高圧側又は低圧側にリアク
トル９、１０及び／又は変圧器の鉄心にギャップを設
け、このリアクトル及び／又はギャップの調整により各
変圧器４１、４２の励磁インピーダンス比を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自励式静止型無効
電力補償装置等の複数の変圧器が直列に接続された変圧
器装置の励磁インピーダンスの調整に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】電力系統の安定化等を図る無効電力補償装
置の一つとして、直列多重変圧器を備えた大容量で低損
失の自励式静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）がある。
その例を図５を参照して説明すると、４は直列多重変圧
器で図示では第１変圧器４１と第２変圧器４２からな
り、第１及び第２変圧器４１、４２の高圧側巻線４１
ａ、４２ａを直列接続して遮断器３を介して系統母線２
に接続されている。系統母線２は系統インピーダンスＸ
ｓを有し、電源１に接続され、母線電圧Ｖｓを有してい
る。

【０００３】なお、本明細書及び図面全体を通じて、自
励式静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）は、電源が多相
の場合、各相同一の構成であるので単相分について説明
するものである。

【０００４】第１変圧器４１の低圧側巻線４１ｂは、第
１インバータ５に接続され、第２変圧器４２の低圧側巻
線４２ｂは、第２インバータ６に接続されている。第１
インバータ５は、コンデンサ７が接続され、コンバータ
等で直流変換された電流により充電されたコンデンサ７
を電源として基本周波数（５０、６０Ｈｚ）の固定矩形
波ベース電圧Ｖｐを発生する低損失の大容量のインバー
タである。

【０００５】第２インバータ６は、コンデンサ８が接続
され、コンバータ等で直流変換された電流により充電さ
れたコンデンサ８を電源として変動分の無効電力を補償
するための高周波の可変矩形波電圧成分Ｖｑを発生する
高損失の小容量インバータである。

【０００６】上記構成による自励式静止型無効電力補償
装置（ＳＶＣ）によれば、負荷の無効電力減少により系
統母線電圧Ｖｓが上昇するときには、第１及び第２イン
バータでＶｐ及びＶｑの電圧を発生し、それを第１及び
第２４１、４２を介して系統母線２に遅れ無効電力θ
（θ＞０）を供給し、負荷の無効電力の増加により系統
母線電圧Ｖｓが低下するときには、同様に系統母線２進
み無効電力θ（θ＜０）を供給し、負荷の無効電力変動
による系統母線電圧Ｖｓの安定化を図る。この無効電力
Ｑは、Ｑ＝Ｖｓ×（Ｖｓ−（Ｖｐ＋Ｖｑ）／Ｘｓによっ
て決まり、第２インバータ６による電圧成分Ｖｑを可変
制御して適宜設定する。

【０００７】ところで、上記のような自励式静止型無効
電力補償装置において、例えば、遮断器３をオンして第
１及び第２変圧器４１、４２の高圧側４１ａ、４２ｂが
系統母線２に接続し、第１及び第２インバータ５、６が
作動開始しようとする時、或いは無効電力補償装置を停
止の際に、第１及び第２インバータ５、６の出力を停止
した後に、遮断器３をオフする時等、第１及び第２イン
バータ５、６は停止しているが、系統母線電圧Ｖｓが第
１及び第２変圧器４１、４２に印加されて励磁している
場合がある。この励磁によって、第１及び第２変圧器４
１、４２の低圧側４１ｂ、４２ｂに誘起電圧Ｖａ、Ｖｂ
が発生する。

【０００８】この時、第１及び第２変圧器４１、４２に
印加される電圧分担は、第１及び第２変圧器４１、４２
の励磁インピーダンスの比によって決まり、第１及び第
２変圧器４１、４２の励磁インピーダンス比が所定値と
異なると電圧分担が所定とおりとならず一方に偏ること
になり、一方の誘起電圧Ｖａ又はＶｂが過大になる。こ
の過大電圧は、インバータに印加され、定格以上の過電
圧、例えば定格の１．２倍以上の電圧が印加されるとイ
ンバータを破壊する恐れがある。

【０００９】特に、容量の大きく異なる複数の変圧器を
直列接続する自励式静止型無効電力補償装置にあっては
各変圧器の励磁インピーダンスを所定の比に適合するよ
うに調整しておく必要がある。そして、この調整は、従
来、各変圧器を構成する鉄心の使用量を調整することに
より行なわれている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、変圧器を構成
する鉄心の使用量の調整では、変圧器の設計の自由度が
大幅に制限されるだけでなく、鉄心の接合状況等加工精
度により励磁インピーダンスが大きく変化し、また、製
作後それを修正する方法もなく、その結果、所望の励磁
インピーダンスを得難いという問題がある。

【００１１】本発明は、上記問題に鑑みなされたもの
で、複数直列に接続された変圧器の励磁インピーダンス
比を容易、かつ、正確に調整することができ、更にはコ
ンパクト化が図れる自励式静止型無効電力補償装置を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、下
記（１）ないし（５）とすることにより達成される。（１）複数台の変圧器の各高圧側巻線を直列に接続して
系統電源に接続された直列多重変圧器と、前記直列多重
変圧器の各低圧側巻線に接続されたインバータと、前記
直列多重変圧器の少なくとも一台の変圧器の高圧側又は
低圧側に並列接続された励磁インピーダンス比調整用リ
アクトルとからなることを特徴とする静止型無効電力補
償装置。

【００１３】（２）複数台の変圧器の各高圧側巻線を直
列に接続して系統電源に接続された直列多重変圧器と、
前記直列多重変圧器の各低圧側巻線に接続されたインバ
ータとからなり、前記直列多重変圧器の少なくとも一台
の変圧器の鉄心に励磁インピーダンス比調整用ギャップ
を設けたことを特徴とする静止型無効電力補償装置。

【００１４】（３）複数台の変圧器の各高圧側巻線を直
列に接続して系統電源に接続された直列多重変圧器と、
前記直列多重変圧器の各低圧側巻線に接続されたインバ
ータと、前記直列多重変圧器の少なくとも一台の変圧器
の高圧側又は低圧側に並列接続された励磁インピーダン
ス比調整用リアクトルとからなり、前記直列多重変圧器
少なくとも一台の変圧器の鉄心に励磁インピーダンス比
調整用ギャップを設けたことを特徴とする静止型無効電
力補償装置。

【００１５】（４）複数台の変圧器の各高圧側巻線を直
列に接続して多相の系統電源の各相それぞれに接続され
た直列多重変圧器と、前記直列多重変圧器の各低圧側巻
線に接続されたインバータと、少なくとも一台の各相の
対応する前記直列多重変圧器の各高圧側又は低圧側に並
列接続された励磁インピーダンス比調整用リアクトルか
らなり、前記各リアクトルはそれぞれ単相器で形成され
てなることを特徴とする静止型無効電力補償装置。

【００１６】（５）複数台の変圧器の各高圧側巻線を直
列に接続して多相の系統電源の各相それぞれに接続され
た直列多重変圧器と、前記直列多重変圧器の各低圧側巻
線に接続されたインバータと、少なくとも一台の各相の
対応する前記直列多重変圧器の各高圧側又は低圧側に並
列接続された励磁インピーダンス比調整用リアクトルを
有し、前記各リアクトルはそれぞれ単相器の別体に形成
されてなるとともに、少なくとも前記各相の対応する一
台の直列多重変圧器と前記各リアクトルとを同一のタン
ク内に収納してなることを特徴とする静止型無効電力補
償装置。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の構成によれば、直列多重
変圧器を構成する各変圧器に要求される励磁インピーダ
ンスの調整を変圧器の高圧側又は低圧側にリアクトルを
並列接続したり、変圧器の鉄心のギャップの厚みを変更
すること、あるいはリアクトルの並列接続と鉄心のギャ
ップの厚みの変更を組み合わせることにより、複数直列
に接続された変圧器の励磁インピーダンス比を容易、か
つ、正確に調整することができる。また、各変圧器の鉄
心の使用量に対する制約がなくなり、変圧器の設計自由
度が広がり、より最適設計が可能となって、小型化及び
コストの低減を図ることが可能となる。

【００１８】また、変圧器が３相３脚構造の場合であっ
ても、それぞれの変圧器に接続されるリアクトルをそれ
ぞれ単相器の別体に形成することにより、インバータの
出力が不平衡であってもそれぞれに対応したリアクトル
を設計することにより、リアクトル鉄心からの外部への
漏れ磁束の発生を防止することができるとともに、リア
クトルの背丈が低く形成され、変圧器とリアクトルとを
同一のタンクに収納するすることができ、リアクトル付
き多重変圧器をコンパクトに形成することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照して
説明する。なお、全図を通じて対応する部分には同一の
符号が付してある。

【００２０】図１は本発明の第１実施例の自励式静止型
無効電力補償装置の回路図である。図１において、４は
直列多重変圧器で、直列多重変圧器４は、この実施例で
は第１変圧器４１と第２変圧器４２の２台からなり、第
１変圧器４１の高圧側巻線４１ａ及び第２変圧器４２の
高圧側巻線４２ａが直列に接続され遮断器３を介して系
統母線２に接続されている。

【００２１】第１変圧器４１の低圧側巻線４１ｂにはコ
ンデンサ７を電源とする第１インバータ５が、また、第
２変圧器４２の低圧側巻線４２ｂにはコンデンサ８を電
源とする第２インバータ２がそれぞれに接続されてい
る。以上の構成は、前記図５を参照して説明した従来の
自励式静止型無効電力補償装置と同様であり、動作等の
より詳細な説明は省略する。

【００２２】９および１０は、リアクトルでこのリアク
トル９および１０は、第１及び第２インバータ５、６は
停止しているが、系統電圧Ｖｓが第１及び第２変圧器４
１、４２に印加されて励磁している場合の第１及び第２
変圧器４１、４２に印加される電圧分担を所定の値にす
るため、即ち、第１及び第２変圧器４１、４２の励磁イ
ンピーダンスの比を調整するものであり、この実施例で
は第１変圧器４１の低圧側巻線４１ｂと第２変圧器４２
の低圧側巻線４２ｂの両者にそれぞれに並列接続するこ
とにより、第１及び第２変圧器４１、４２の励磁インピ
ーダンスが調整されて電圧分担を所定の値にしている。

【００２３】なお、この実施例ではリアクトルを第１変
圧器４１の低圧側巻線４１ｂと第２変圧器４２の低圧側
巻線４２ｂの両者にそれぞれに並列接続しているが、リ
アクトルは励磁インピーダンス比調整用であり、第１及
び第２変圧器４１、４２の高圧側巻線４１ａ、４２ａと
並列に接続しても、また、何れか一方の変圧器のみに設
けても同様に調整できる。また、リアクトルに励磁イン
ピーダンス微調整用のタップを設けると、より精密に励
磁インピーダンス比を調整することができる。

【００２４】このような構成からなる自励式静止型無効
電力補償装置は、直列多重変圧器４の第１及び第２変圧
器４１、４２の励磁インピーダンスが大きく異なるもの
であってもリアクトルを挿入接続することにより、第１
及び第２変圧器４１、４２の励磁インピーダンスを所望
の値に容易に設定することができ、第１及び第２変圧器
４１、４２に発生する誘起電圧Ｖａ、Ｖｂの分担が偏ら
ないようにすることができる。即ち、励磁インピーダン
ス比を精密に設定できる。

【００２５】また、直列多重変圧器４の鉄心の使用量に
対する制約がなくなり、直列多重変圧器４の設計自由度
が増し、より変圧器の最適設計が図れ、小型化及びコス
トの低減が可能になる。

【００２６】図２は、本発明の第２実施例の自励式静止
型無効電力補償装置の要部の説明図で、前記第１実施例
で説明した図１に示す接続からなる回路構成のリアクト
ルに代え、直列多重変圧器４の第１及び第２変圧器４
１、４２の鉄心４１ｃ、４２ｃにギャップ４１ｇ、４２
ｇを形成し、このギャップ４１ｇ、４２ｇの厚みにより
励磁インピーダンスの調整を図ったものである。

【００２７】このようにギャップ４１ｇ、４２ｇを設け
た直列多重変圧器４は、等価回路的には、第１実施例の
図１に示した回路構成と同様であり、第１変圧器４１と
第２変圧器４２との容量が大きく異なり、励磁インピー
ダンスが大きく異なっても、それぞれの電圧分担をギャ
ップ４１ｇ、４２ｇの厚みの変更により、第１及び第２
変圧器４１、４２の励磁インピーダンスを所望の値に容
易に設定することができ、第１及び第２変圧器４１、４
２に発生する誘起電圧Ｖａ、Ｖｂの分担が偏らないよう
にすることができる。即ち、励磁インピーダンス比を精
密に設定できる。

【００２８】また、この第２実施例のようにすると、別
個にリアクトルを設けない分、機器台数を減少すること
ができ、装置の簡素化、小型化を図る構造とすることが
できる。

【００２９】なお、この実施例ではギャップを第１変圧
器４１と第２変圧器４２の鉄心４１ｃ、４２ｃの両者に
形成しているが、ギャップは励磁インピーダンス比調整
用であり、第１及び第２変圧器４１、４２の何れか一方
の変圧器のみに設けても同様に調整できる。また、ギャ
ップは、鉄心脚のどの位置に設けてもよく、複数個であ
ってもよい。

【００３０】図３は、本発明の第３実施例の自励式静止
型無効電力補償装置の要部の説明図で、前記第１実施例
で説明した図１に示す励磁インピーダンス比調整にリア
クトルを設けたものと、前記第２実施例で説明した図２
に示す励磁インピーダンス比調整にギャップを設けたも
のとを組み合わせて、直列多重変圧器４の第１及び第２
変圧器４１、４２の励磁インピーダンスの調整を図った
ものである。

【００３１】第３実施例の自励式静止型無効電力補償装
置は、第１変圧器４１は鉄心４１ｃにギャップ４１ｇを
設けた構造とし、第２変圧器４２の低圧側巻線４２ｂ
に、並列に励磁インピーダンス調整用リアクトル１０を
接続した構造としている。

【００３２】このように、自励式静止型無効電力補償装
置を構成しても、前記第１実施例および前記第２実施例
で説明したと同様に、励磁インピーダンス比を精密に設
定することができる。

【００３３】ここで、励磁インピーダンス比を調整する
ためにリアクトルを設けることと鉄心にギャップを設け
ることとを組み合わせた理由は、ギャップを形成した鉄
心は磁気吸引力による騒音、振動が大きくなる欠点があ
るが、ギャップには鉄心の直流偏励磁を抑制する効果が
ある。一方、リアクトルを設けた場合には、騒音は大き
くならないが直流偏励磁を抑制する効果はない。この２
つの長所及び短所を補うようにしたことによるものであ
る。

【００３４】すなわち、この実施例では、常時ベース電
圧を形成するインバータ５（図１及び図５）に接続され
る変圧器４１には鉄心にギャップを設けることにより直
流偏励磁対策をなし、高速負荷変動対応用例えばＰＷＭ
制御によるインバータ６（図１及び図５）に接続される
変圧器４２には、直流偏励磁の対策が必要でないので、
騒音低減のため、変圧器と並列に励磁インピーダンス調
整用リアクトルを設けている。

【００３５】図４は、リアクトルと直列多重変圧器とを
同一のタンク内に配置した場合の配置構造の実施例を示
したものであり、変圧器４３は、３相３脚の鉄心４３ｃ
で構成され、各脚のそれぞれに各相毎の高圧側巻線４３
ａ及び低圧側巻線４３ｂが巻回され（なお、図では１相
について符号を付している。）、タンク５０内に所定金
具に締結して絶縁油内に浸された構造となっている。ま
た、このタンク５０内の変圧器４３の上部には、変圧器
４３の低圧側巻線４３ｂのそれぞれに並列に接続された
単相器の励磁インピーダンス調整用（電圧調整用）リア
クトル１１が変圧器４３を固定する金具等に締結して固
定配置されている。

【００３６】この実施例の配置構造は、例えばアーク炉
等の負荷に対するもので、図１に示す自励式静止型無効
電力補償装置の回路に３相不平衡の電圧を発生させるイ
ンバータ及び変圧器を付加した部分のリアクトル及び直
列多重変圧器の配置構造を示す。この場合、変圧器４３
は３相不平衡に対してデルタ巻線を追加することにより
零相電流を往復電流に変換する。そのため、変圧器４３
の鉄心４３ｃは３相３脚で構成できる。

【００３７】しかし、リアクトル１１を３相器で構成す
ると、リアクトルにはデルタ巻線がないため零相に相当
する磁束が鉄心１１ｃの外部へ漏れ磁束となって放出さ
れる。この漏れ磁束によってタンク５０等の構造物が過
熱されたり、磁束分布が異なるため正相のインピーダン
スと零相のインピーダンスに差が生じる等の問題があ
り、更には、３相器の鉄心のリアクトルとを同一タンク
内に収納するとタンクの高さが高くなり、場合によって
は内蔵できないという問題も生じるが、リアクトル１１
を単相器とすることにより、リアクトル１１を変圧器４
３の上部に配置することが可能になり、コンパクトに構
成することができ、また、インバータの出力が不平衡で
あってもそれそれに対応したリアクトルを設計すれば問
題は解消できる。

【００３８】なお、この実施例の配置構造は、アーク炉
等の負荷に対する自励式静止型無効電力補償装置の一部
のリアクトルと直列多重変圧器とを同一のタンク内に配
置したものであるが、３相機全てのリアクトルと直列多
重変圧器とを同一のタンク内に配置するようにしても良
い。

【００３９】

【発明の効果】以上、詳述したように本発明によれば、
直列多重変圧器を構成する各変圧器に要求される励磁イ
ンピーダンスの調整を変圧器の高圧側又は低圧側にリア
クトルを並列接続したり、変圧器の鉄心のギャップの厚
みを変更すること、あるいはリアクトルの並列接続と鉄
心のギャップの厚みの変更を組み合わせることにより、
複数直列に接続された変圧器の励磁インピーダンス比を
容易、かつ、正確に調整することができる。また、各変
圧器の鉄心の使用量に対する制約がなくなり、変圧器の
設計自由度が広がり、より最適設計が可能となって、小
型化及びコストの低減を図ることが可能となる。

【００４０】また、変圧器が３相３脚構造の場合であっ
ても、それぞれの変圧器に接続されるリアクトルをそれ
ぞれ単相器の別体に形成することにより、インバータの
出力が不平衡であってもそれぞれに対応したリアクトル
を設計することにより、リアクトル鉄心からの外部への
漏れ磁束の発生を防止することができるとともに、リア
クトルの背丈が低く形成され、変圧器とリアクトルとを
同一のタンクに収納するすることができ、リアクトル付
き多重変圧器をコンパクトに形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の自励式静止型無効電力補
償装置の回路図である。

【図２】本発明の第２実施例の自励式静止型無効電力補
償装置の要部の説明図である。

【図３】本発明の第３実施例の自励式静止型無効電力補
償装置の要部の説明図である。

【図４】本発明の実施例の自励式静止型無効電力補償装
置のリアクトルと直列多重変圧器とを同一のタンク内に
配置した場合の配置構造図である。

【図５】従来の自励式静止型無効電力補償装置の回路図
である。

【符号の説明】

１電源２系統母線３遮断器４直列多重変圧器５、６インバータ７、８コンデンサ９、１０、１１リアクトル４１、４２、４３変圧器４１ｃ、４２ｃ、４３ｃ、鉄心４１ｇ、４２ｇギャップ５０タンクＶｓ系統電圧Ｘｓ系統インピーダンス

フロントページの続き (72)発明者吉田武司京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内 (72)発明者山口國雄京都市右京区梅津高畝町47番地日新電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数台の変圧器の各高圧側巻線を直列に
接続して系統電源に接続された直列多重変圧器と、前記
直列多重変圧器の各低圧側巻線に接続されたインバータ
と、前記直列多重変圧器の少なくとも一台の変圧器の高
圧側又は低圧側に並列接続された励磁インピーダンス比
調整用リアクトルとからなることを特徴とする静止型無
効電力補償装置。
【請求項２】複数台の変圧器の各高圧側巻線を直列に
接続して系統電源に接続された直列多重変圧器と、前記
直列多重変圧器の各低圧側巻線に接続されたインバータ
とからなり、前記直列多重変圧器の少なくとも一台の変
圧器の鉄心に励磁インピーダンス比調整用ギャップを設
けたことを特徴とする静止型無効電力補償装置。
【請求項３】複数台の変圧器の各高圧側巻線を直列に
接続して系統電源に接続された直列多重変圧器と、前記
直列多重変圧器の各低圧側巻線に接続されたインバータ
と、前記直列多重変圧器の少なくとも一台の変圧器の高
圧側又は低圧側に並列接続された励磁インピーダンス比
調整用リアクトルとからなり、前記直列多重変圧器の少
なくとも一台の変圧器の鉄心に励磁インピーダンス比調
整用ギャップを設けたことを特徴とする静止型無効電力
補償装置。
【請求項４】複数台の変圧器の各高圧側巻線を直列に
接続して多相の系統電源の各相それぞれに接続された直
列多重変圧器と、前記直列多重変圧器の各低圧側巻線に
接続されたインバータと、少なくとも一台の各相の対応
する前記直列多重変圧器の各高圧側又は低圧側に並列接
続された励磁インピーダンス比調整用リアクトルからな
り、前記各リアクトルはそれぞれ単相器で形成されてな
ることを特徴とする静止型無効電力補償装置。
【請求項５】複数台の変圧器の各高圧側巻線を直列に
接続して多相の系統電源の各相それぞれに接続された直
列多重変圧器と、前記直列多重変圧器の各低圧側巻線に
接続されたインバータと、少なくとも一台の各相の対応
する前記直列多重変圧器の各高圧側又は低圧側に並列接
続された励磁インピーダンス比調整用リアクトルを有
し、前記各リアクトルはそれぞれ単相器の別体に形成さ
れてなるとともに、少なくとも前記各相の対応する一台
の直列多重変圧器と前記各リアクトルとを同一のタンク
内に収納してなることを特徴とする静止型無効電力補償
装置。