JPS602022A - 無効電力補償装置の系統故障時保護方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、交流電力系統から進み力率の無効電力をと
る自励変換器と、同じく遅れ力率の無効電力をとる他励
変換器とを直流リアクトルに対して並列接続してなる無
効電力補償装置の系統故障時保護方式に関する。

従来、この釉の静止形無動電力補償装置としては、現在
既に実系統に適用されているサイリスタ制御リアクトル
（ＴＣＲ，）、サイリスタ開閉コンデンザ（ＴＳＣ）ま
たはこれらの組み合わせ（ＴＳＣ／ＴＣＲ）からなる可
変インピーダンスタイプのものと、現在開発段階にある
、電力変換器のみから構成される電流形、電圧形無動電
力補償装置等の、いわゆる無効電力源タイプのものとが
ある。前者は、その回路構成上から各相制御に適してお
シ、電力系統の１線、２ａ地絡または線間短絡などの不
平衡故障に対しても比較的対処し易い。一方、後者は、
基本的に三相構成の電力変換器を用いているため、不平
衡故障時には前者と比べて制御的に不安定となシ易く、
過電流などで停止するおそれがある。しかし、電力系統
用補償装置として両者をその性能、規模等の点から比較
すると、後者の方が応答性が良く、かつ遅れ力率および
進み力率の無効電力双方の連続制御が可能であシ、装置
規模も小さくて済むなどの優れた特徴を有しているため
、将来、この種の補償装置が多く使用されるようになる
ことが充分に予想される。このような場合、かかる無効
電力源タイプの補償装置にあっては、三相短絡、地絡な
との三相すべてを含む平均値的な故障である三相平衡故
障はともがく、これよ夕も過渡的でしかも各相単位で発
生し、がつ三相すべてを含むレベルで考えると正常値に
対してよシ小さな偏差として現われる不平衡故障を的確
に検知し、故障復旧時の再起動に備えて無効電力補償装
置を安全状態で待機させる処理を行なう必要がある。し
かしながら、従来は、専ら系統電圧を整流して平均値的
に検出する、いわゆる平衡故障の検出が行なわれている
に過ぎないため、可成シ頻繁に発生する不平衡故障を検
出することができず、したがって、無効電力補償装置が
不安定となシ、過電流などで停止してしまうおそれがあ
るという欠点を有している。

この発明は上記に鑑みてなされたもので、上述の如き不
平衡故障を的確に検出し適宜な故障処理を行なうことに
よシ、無効電力補償装置の保護を図ることを目的とする
ものである。

その特徴は、電力系統に不平衡故障が生じると、少なく
とも系統電圧（線間または相電圧）の和は零とならずに
、所定の値を示すことを利用して不平衡故障を積極的に
検出し、かかる不平衡故障または別途検出される平衡故
障が生じたときは、無効電力補償装置を安全に待機させ
その保護を図るようにした点にある。

以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明の適用対象となる無効電力補償装置の
主回路を示す構成図、第２図はこの発明による故障検出
処理回路を示す回路図、第２Ａ図は不平衡検出回路の具
体的な構成を示す構成図、第３Ａ図、３Ｂ図は故障検出
動作を説明するだめの波形図、である。

この発明の適用対象となる無効電力補償装置は、第１図
に示されるように、交流電力系統１に対し、一方では変
圧器２１を介して他励変換器３１が、また他方では変圧
器２２を介して自励変換器３２が接続され、両変換器の
直流側は共通な直流リアクトル４に対して互いに並列に
接続されて構成されている。なお、各変換器３１．３２
は、例えば３相ブリツジ接続されたサイリスクで構成さ
れておシ、自励変換器のほうは、さらに転流コンデンサ
を含む転流補助回路を備えている。そして、自励変換器
３２の側では、直流リアクトル電流を目標値に保つべく
電力系統１から進み位相の電力をとるように点弧角制御
が行なわれる一方、他励変換器３、の側では、系統電圧
を目標値に保つべく電力系統ｌから遅れ位相の電力をと
るように点弧角制御が行なわれる。こうして、無効電力
補償装置は直流リアクトル電流を一定に保ちながら、系
統電圧変動を抑制するに必要な補償゛無効電力を両変換
器の合成無効電力にて与える動作が行なわれる。

この発明では、かかる無効電力補償装置に対して、第２
図の如き検出処理回路が設けられる。同図において、２
う、２１１は変圧器、５は整流器、６はベクトル加算器
、７は平衡検出器、８は不平衡検出器、９はタイマ、１
０はモノステーブルマルチパイプレータ（以下、単にモ
ノステともいう。）、１１はスリップフロップ（以下、
単にＦＦと略記する。）、ＩＮＩ　、２はインバータ、
ＮｏＲ１〜３はノアゲートである。なお、変圧器２１１
とベクトル加算器６との間、およびベクトル加算器６と
不平衡検出器８との間には、第２Ａ図に示されるように
アンテネータＡＴＮ、絶対値変換器ＡＢがそれぞれ介挿
されておシ、さらに不平衡検出器８には、補償装置の動
作特性から決オる故障レベルをしきい値とするコンパレ
ータ８１および故障信号形成回路（タイマ８２．８３お
よびＦＦ８４　）が設けられている。したがって、平衡
検出器７では、変圧器２３を介する系統１の電圧が、整
流器５によって整流されて取り込まれる一方、不平衡検
出器８では、変圧器２１１を介する系統ｌの電圧がアッ
テネータＡＴＮにて所定のレベルにされた後、ベクトル
加算器６にて加算され、さらに絶対値変換器ＡＢにて一
方極性の信号にされて取シ込まれ、これらによって平衡
、不平衡の検出が行なわれる。なお、平衡、不平衡検出
器７．８は、例えば故障検出時にはＬ（ロー）″レベル
ノ信号を、また故障解除（正常）時にはＨ（）・イ）″
レベルの信号を出力するものとする。

次に、上記の如くして検出される故障信号の処理方法に
ついて、第３Ａ図を参照して説明する。

同図（イ）は系統１の相電圧を示す波形図であり、ここ
では、時刻ｔｏにおいて例えば−線地絡の如き不平衡故
障が生じ、時刻ｔ１′にて復旧（故障解除）した場合が
想定されている。なお、図中のＳＴ１は平衡状態を、ま
たＳＴｏは不平衡状態を表わもＯ している。したがって、同図（ハ）の時亥１ｈにて図の
如き不平衡故障が発生すると、第２図または第２Ａ図に
示される加算器６の出力は、第３Ａ図（ロ）の如くなシ
、この出力は第２Ａ図の絶対値変換器ＡＢｆＣよって同
図ｅ→の如く片極性の信号に変換される。この信号は、
不平衡検出器８のコンパレータ８１において、補償装置
の動作特性から決まる所定の故障レベルＬと比較され、
該レベルＬを越えるとコンパレータ出力は、同図に）に
示される如く”Ｌ″レベルなシ、故障であることが検出
される。このとき、不平衡検出器８は、電力変換器やス
イッチ素子の転流またはスイッチングサージ等による電
圧異常を検出しないよう、第２Ａ図のタイマ８２によっ
て所定の時間Ｔ１を確保して故障処理を開始するための
信号を出力することとする。

また、同図ｅつで示される絶対値変換器の出力が正弦波
であることから、一連の不平衡故障時には最大で電源周
期の１／２サイクルだけ、上記コンパレータ８１の出力
が“Ｌ″レベルなり得ることから、同図に）の如くコン
パレータ出力が”Ｈ″になってから電源周期の１／２に
相当する時間Ｔ２を確保して故障解除を行なうこととす
る。したがって、不平衡検出器８は同図（ホ）の如く、
コンパレータ出力が”Ｈ″になってからＴ１時間経過後
に故障出力を出し１、コンパレータ出力が“Ｈ″になる
時間が上記７２時間を越えたとき（第３Ａ図の時点ｔ１
参照）、故障解除を行なう。なお、不平衡検出器８の出
力はノアゲートＮ０Ｒ２を介してＦＦＩＩのリセット端
子Ｒに与えられる。このＦ’ＦＩＩは、そのセット端子
ＳにＬ”レベルの信号が与えられてから、リセット端子
Ｒに“Ｌ’レベルの信号が与えられる迄の間、その出力
端子ＯＵＴに゛Ｌ″Ｈ″ルの出力を出して所定の故障処
理を行なわせるものである。この場合の故障処理とは、
無効電力補償装置をその再起動に備えて安全に待機させ
る処理であって、例えば、自励変換器側では、その直列
アームの同時導通による直流短絡状態を起こさせるゲー
トパルス処理を、また、他励変換器側では点弧角を逆変
換動作領域ヘシフトさせるゲートパルス処理を行なうこ
とができる。

以上は、不平衡故障のみが発生する場合について説明し
たが、次に平衡、不平衡故障が発生する場合について説
明する。

第２図に示されるように、平衡故障は検出器７によｐ、
また不平衡故障は検出器８によシそれぞれ検出され、こ
れら各出力はノアゲートＮＯＲ１にて並列処理され、ノ
アゲー１−ＮＯＲ３およびＦＦ１１を介して故障処理信
号が出力される。一方、故障解除の時点では、検出器７
の出力は即座に正常側に反転するが、タイマ９によって
、その解除が所定の確認時間たけ遅らされ、ノアゲー）
　ＮＯＲ２を介してＦＦＩＩのリセット端子Ｒに故障解
除信号として力えられる。一方、検出器８の出力は、故
障復旧時から成る時間（この時間は、平衡故障時に動作
するタイマ９の遅延時間よシも短い。）だけ遅れて出力
され、ノアゲートＮ０Ｒ２を介してＦＦＩ　１のリセッ
ト端子Ｒに故障解除信号として与えられるので、これに
より補償装置は再起動されることになる。

以上の如き動作について、第３Ｂ図を参照して説明する
。同図（イ）は電力系統の線電圧を示すもので、ここで
は時点■で不平衡故障が発生しく■にて復旧）、不平衡
検出器出力が正常側に復帰する前に、■の時点で３相平
衡故障が発生（■にて復旧）した場合の例が示されてい
る。

［有］）の時点で不平衡故障が発生すると、第２図の平
衡検出器７では第３Ｂ図（Ｐ）の破線で示す如く健全相
によってマスキングきれるため異常は検出されないが、
不平衡検出器８では、第３Ａ図（ハ）で示した如くして
検出される。なお、第３Ｂ図←）は第２図に示される整
流器５の出力波形であり、同じく（ハ）は第２Ａ図に示
される絶対値変換器の出力波形を示すものである。その
結果、不平衡検出器８からは、第３Ｂ図に）の如く絶対
値変換器の出力が故障レベルを越えた時点よ、９Ｔ工時
間だけ遅れて故障信号（”Ｌ″レベルが出力される。そ
して、故障レベルを下回った時点よりＴ２　時間だけ遅
れて、その出力が正常側（”Ｈ″レベルに反転する。こ
のま＼、故障が発生しない場合は補償装置は再起動され
るが、この場合は、時点■において３相平衡故障が発生
するので、これが平衡検出器７にて検出され、その出力
がタイマ９、インバータＩＮ２およびノアゲー）ＮＯＲ
２を介して、“Ｈ″レベル信号としてＦＦＩ　ｌに与え
られるので、故障処理信号、すなわちＦＦＩＩの出力は
同図（ト）の如く“Ｌ″レベルま＼とな９、故障状態が
継続する。

つまり、不平衡故障に引き続いて３相平衡故障が発生す
ると、同図例の如き故障処理信号は、同図（ホ）の如き
不平衡故障出力にて故障処理状態（”Ｌ″レベルとな９
、不平衡故障復旧、不平衡故障検出々力の正常側への反
転にも拘わらず、引き続いて生じる３相平衡故障化号を
受けて故障処理状態が継続される。そして、同図に）の
如く、平衡検出器出力が■の時点で正常側に復旧すると
、それから所定の確認時間Ｔ５をとってＦＦＩＩに゛Ｌ
＃レベルのリセット信号を与えることによシ、故障処理
信号を正常側に反転させ、補償装置を再起動する。なお
、上記時間Ｔ５はタイマ９によって作られる。また、第
３Ｂ図（へ）は、ＦＦ１１のリセット端子Ｒに与えられ
る信号波形である。

ところで、このようにして系統故障が復旧し、無効電力
補償装置が再起動によｐ動作を開始する場合において、
系統電圧３相間の位相または振幅が異なる如き条件下に
あるときは、補償装置自体の補償動作によって不平衡状
態を系統側に引き起こすおそれのあることが知られてお
り、かかる場合には不平衡検出器が動作する結果、再度
、補償装置を故障処理状態に導くばかυでなく、系統安
定度向上に必要となる故障復旧時の電圧動揺の第１波（
復旧後１００−２００ｍ５ｅｃ）を抑制することができ
なくなるとい５欠点を有することになる。

そこで、この発明では、次のようにしている。すなわち
、第２図に示される如く、モノステ１０を不平衡検出器
８の出力、または平衡検出器７の出力をタイマ９にて遅
延させた信号によって動作させ、その出力によって不平
衡検出器８が動作しないように所定時間だけロックまた
はホールドする。

これにより、ＦＦ１１がリセットされ、故障解除された
後の所定時間たけは不平衡検出動作が行なわれないため
、不必要な故障処理動作が抑止され、したがって系統安
定度が向上するものである。なお、上記所定の時間は、
モノステ１０の回路定数によって決められる。また、か
かる動作は、第３Ｂ図（ト）に示される如く、故障解除
時（ｔｌ）よ’）　Ｔ１１時間だけモノステ１０を動作
させることにより行なわれる。

第４Ａ〜４Ｃ図はかかる動作を詳しく説明するための波
形図である。すなわち、第４Ａ図は系統の故障状態を説
明するものであシ、第４Ｂ図はこの発明が適用されない
場合、つまカ従来例を説明するものであり、第４Ｃ図は
この発明が適用された場合を説明するものである。

い才、平衡検出器の出力が第４Ａ図（イ）の如く表わさ
れるものとすると、まず時刻ｔｏにおいて補償装置を待
機状態へ導き、次いで、故障復旧時の時刻ｔ１′から成
る確認時間をとって再起動が行なわれるが（時刻１１）
、このとき補償装置自体の動作によって、同図（ハ）の
如く一時的に不平衡状態となっているものとする。なお
、同図（ロ）はタイマ出力波形を示すものである。この
とき、この発明を適用しないものとすると、第４Ｂ図（
イ〕の如く、不平衡検出器では所定の時間（Ｔ１）後に
故障処理を開始すべく信号を出力する。このため、平衡
故障復旧によって正常側に復帰した故障処理信号（ＦＦ
１１の出力）は、同図（ハ）の如く改めて故障側に移行
する。その結果、補償装置は再度待機状態へと導かれ、
再起動がｔ２時点までずれ込むため、上述の如き系統復
旧時の電圧過渡変動の第−波を抑制することが困難とな
る。なお、同図（ロ）はＦＦＩＩのリセット信号を示す
波形である。これに対して、この発明を適用した場合は
、第４Ｃ図＠）に水爆れる如く、再起動時（時刻ｔ１）
からモノステ１０によって設定された時間ＴＩＩだけ不
平衡検出器がロックされるため、不平衡検出器出力には
同図（Ｏ）の如く、故障出力は現われない。このため、
同図（ハ）のリセット信号も゛Ｌ″レベルとなυ、故障
処理信号も同図に）の如く正常側のま＼であシ、したが
って、補償装置自体の動作（（よる一時的な不平衡状態
は無視され、無用な故障処理動作が回避される。

なお、モノステ１０によって設定される時間Ｔ１１は、
故障検出系で判別する故障レベルの大きさで安定な動作
継続が可能となる時間以内に選ばれる。

以上のように、この発明によれば、平衡、不平衡検出器
を設けることにより、系統故障に対して的確な故障処理
が可能になＬ　したがって無効電力補償装置を安全に保
護することができる。また、系統故障の復旧時に、不平
衡故障検出器の動作を一時的にロックするようにしたの
で、補償装置自体の動作によって引き起こされる不平衡
故障による無用な故障処理が回避され、再起動が確実に
行なわれるという利点を有するものである。このため、
系統故障復旧時に生じる過渡的な電圧動揺に対して、よ
り速やかに補償装置を備えさせることができ、したがっ
て電圧の過渡安定度を向上させることが可能となる。

なお、この発明は、上述の如き電流形無動電力補償装置
に限らず、電圧形などの静止形電力変換器からなるもの
、またけ可変インピーダンスタイプのものなどの３相一
括制御もしくは各相個別制御される静止形無動電力補償
装置の保護を図る場合にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の適用対象となる無効電力補償装置の
主回路を示す構成ｌ、第２図はこの発明による故障検出
処理回路を示す回路図、第２Ａ図は不平衡検出回路の具
体的な構成を示す構成図、第３Ａ図、第３Ｂ図はこの発
明による故障検出動作を説明する説明図、第４Ａ〜４Ｃ
図はこの発明による和起動時の動作を説明するための説
明図である。 符号説明 １・・・交流電力系統、２１〜２１１・・・変圧器、３
１・・・他励変換器、３２・・・自励変換器、４・・・
直流リアクトル、５・・・整流器、６・・・ベクトル加
算器、７・・・平衡検出器、８・・・不平衡検出器、９
，８２．８３・・・タイマ、１０・・・モノステーブル
マルチノ（イブレータ（モノステ）、１１．８４・・・
フリツプフロツプ、８１・・・コンパレータ、ＩＮＩ　
、ＩＮ２・・・イン／（−タ、Ｎ０ＲＩ〜３・・・ノア
ゲート、ＡＴＮ・・・アンチ″ネータ、ＡＢ・・・絶対
値変換器。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）交流電力系統から進み力率の無効電力をとる自励変
   換器と、同じく遅れ力率の無効電力をとる他励変換器と
   を組み合わせて構成される無効電力補償装置において、
   該補償装置に供給される系統電圧からその平衡故障を検
   出する平衡故障検出手段と、同じく不平衡故障を検出す
   る不平衡故障検出手段とを設け、少なくとも一方の故障
   が検出される七きは前記補償装置を安全に待機させるこ
   とによ）、その保護を図ることを特徴とする無効ＩＴ、
   力補償装置の系統故障時保護方式。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の系統故障時保護方式
   において、前記平衡故障検出手段は系統電圧を整流する
   手段を含み、前記不平衡故障検出手段は系統電圧をベク
   トル加算する加算手段と、該加算出力を一方極性にする
   絶対値変換手段と、該一方極性の電圧を所定の不平衡故
   障レベルと比較する比較手段とを含むことを特徴とする
   無効電力補償装置の系統故障時保護方式。 ３）交流電力系統から進み力率の無効電力をとる自励変
   換器と、同じく遅れ力率の無効電力をと。 る他励変換器とを組み合わせて構成される無効電力補償
   装置において、該補償装置に供給される系統電圧からそ
   の平衡故障を検出する平衡故障検出手段と、同じく不平
   衡故障を検出する不平衡故障検出手段と、少なくとも一
   方の故障が検出されたときは所定の故障処理を行なう故
   障処理手段とを備え、故障復旧後の前記補償装置の再起
   動時には所定の時間だけ前記不平衡検出手段が動作しな
   いようにロックすることを特徴とする無効電力補償装置
   の系統故障時保護方式。