JP2575682B2 - 無効電力補償装置 - Google Patents
無効電力補償装置Info
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- JP2575682B2 JP2575682B2 JP62012774A JP1277487A JP2575682B2 JP 2575682 B2 JP2575682 B2 JP 2575682B2 JP 62012774 A JP62012774 A JP 62012774A JP 1277487 A JP1277487 A JP 1277487A JP 2575682 B2 JP2575682 B2 JP 2575682B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E40/30—Reactive power compensation
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- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、受電点電圧を補償するための無効電力補
償装置に関し、特に電源系統のリアクタンス及び抵抗の
両方による受電点電圧変動を同時に補償可能な無効電力
補償装置に関するものである。
償装置に関し、特に電源系統のリアクタンス及び抵抗の
両方による受電点電圧変動を同時に補償可能な無効電力
補償装置に関するものである。
[従来の技術] 第5図は、例えば、昭和61年11月27日電気学会発行の
電気学会半導体電力変換研究資料SPC−86−92「アクテ
ィブフィルタを用いた無効電力補償装置」に記載された
従来の無効電力補償装置の接続状態を示す回路図であ
り、第6図は第5図内の無効電力補償装置の機能構成を
示す制御ブロック図である。
電気学会半導体電力変換研究資料SPC−86−92「アクテ
ィブフィルタを用いた無効電力補償装置」に記載された
従来の無効電力補償装置の接続状態を示す回路図であ
り、第6図は第5図内の無効電力補償装置の機能構成を
示す制御ブロック図である。
第5図において、(1)は電源系統を構成する交流電
源、(2)は電源系統に含まれる電源リアクタンス、
(3)は電源系統から印加される受電点電圧Vsに応じた
電源電流isを供給するトランス、(4)はトランス
(3)を介して負荷前流iFが供給されて無効電力を発生
する負荷、(5)は負荷(4)に対して無効電力補償用
の出力電流iACFを供給する無効電力補償装置である。こ
の場合、無効電力補償装置(5)は、能動形の無効電力
補償装置であり、PWMインバータ(51)と、PWMインバー
タ(51)に接続されたコンデンサ(52)とから構成され
ている。
源、(2)は電源系統に含まれる電源リアクタンス、
(3)は電源系統から印加される受電点電圧Vsに応じた
電源電流isを供給するトランス、(4)はトランス
(3)を介して負荷前流iFが供給されて無効電力を発生
する負荷、(5)は負荷(4)に対して無効電力補償用
の出力電流iACFを供給する無効電力補償装置である。こ
の場合、無効電力補償装置(5)は、能動形の無効電力
補償装置であり、PWMインバータ(51)と、PWMインバー
タ(51)に接続されたコンデンサ(52)とから構成され
ている。
又、第6図において、(11a)及び(11b)は3相2相
変換回路であり、電源系統からトランス(3)を介して
負荷(4)に供給される3相電流iF及び受電点電圧Vsを
それぞれ2相電流(iFα、iFβ)及び2相電圧(Vsα、
Vsβ)に変換する。(12)は瞬時有効電力無効電力検出
回路であり、2相電流及び2相電圧に基づいて瞬時有効
電力pF及び瞬時無効電力qFを検出する。
変換回路であり、電源系統からトランス(3)を介して
負荷(4)に供給される3相電流iF及び受電点電圧Vsを
それぞれ2相電流(iFα、iFβ)及び2相電圧(Vsα、
Vsβ)に変換する。(12)は瞬時有効電力無効電力検出
回路であり、2相電流及び2相電圧に基づいて瞬時有効
電力pF及び瞬時無効電力qFを検出する。
(13)は瞬時有効電力pFのうちの所定周波数以上の成
分ΔpFのみを通過させるハイパスフィルタである。(1
4)は瞬時電流基準値演算回路であり、瞬時有効電力pF
及び瞬時無効電力qFに基づく各制御基準値*pACF及び*
qACFと2相電圧Vsα及びVsβとを用いたマトリクス乗算
により、2相の瞬時電流基準値を演算すると共に、2相
の瞬時電流基準値を3相の瞬時電流基準値*iCR、*iCS
及び*iCTに変換して出力する。
分ΔpFのみを通過させるハイパスフィルタである。(1
4)は瞬時電流基準値演算回路であり、瞬時有効電力pF
及び瞬時無効電力qFに基づく各制御基準値*pACF及び*
qACFと2相電圧Vsα及びVsβとを用いたマトリクス乗算
により、2相の瞬時電流基準値を演算すると共に、2相
の瞬時電流基準値を3相の瞬時電流基準値*iCR、*iCS
及び*iCTに変換して出力する。
(15)は直流電圧制御回路(AVRで示す)であり、コ
ンデンサ電圧Vdと電圧基準値*Vdとの偏差電圧ΔVdに所
定の制御関数Gv(S)を乗算して電流基準演算値ΔVd・
Gv(S)を出力する。(16)は電流制御回路(ACRで示
す)であり、最終的な瞬時電流基準値*iACFと無効電力
補償装置(5)の出力電流iACFとの偏差電流ΔiACFに所
定の制御関数GA(S)を乗算して電流制御信号ΔiACF・
GA(S)を出力する。
ンデンサ電圧Vdと電圧基準値*Vdとの偏差電圧ΔVdに所
定の制御関数Gv(S)を乗算して電流基準演算値ΔVd・
Gv(S)を出力する。(16)は電流制御回路(ACRで示
す)であり、最終的な瞬時電流基準値*iACFと無効電力
補償装置(5)の出力電流iACFとの偏差電流ΔiACFに所
定の制御関数GA(S)を乗算して電流制御信号ΔiACF・
GA(S)を出力する。
(20b)は電流制御回路(16)の出力側に挿入された
加算器であり、電流制御信号ΔiACF・GA(S)と受電点
電圧Vs(VsR、VsS及びXsT)とを加算してPWM制御信号Δ
iACF・GA(S)+Vsを出力する。(17)は加算器(20
b)からのPWM制御信号によりPWMインバータ(51)を制
御するPWM制御回路である。
加算器であり、電流制御信号ΔiACF・GA(S)と受電点
電圧Vs(VsR、VsS及びXsT)とを加算してPWM制御信号Δ
iACF・GA(S)+Vsを出力する。(17)は加算器(20
b)からのPWM制御信号によりPWMインバータ(51)を制
御するPWM制御回路である。
(18a)呼び(18)は瞬時電流基準値演算回路(14)
の入力側に挿入された符号変換器であり、瞬時有効電力
pFの所定周波数成分ΔpF及び瞬時無効電力qFをそれぞれ
符号変換した制御基準値*pACF及び*qACFを出力する。
の入力側に挿入された符号変換器であり、瞬時有効電力
pFの所定周波数成分ΔpF及び瞬時無効電力qFをそれぞれ
符号変換した制御基準値*pACF及び*qACFを出力する。
(19)は電流基準演算値ΔVd・Gv(S)と受電点電圧
Vsとを乗算してコンデンサ(52)の電圧制御用の3相の
電流基準値*iAVRを算出する乗算器、(20a)は3相の
電流基準値*iAVRに3相の瞬時電流基準値iCR〜*iCTを
加算して最終的な瞬時電流基準値*iACFを算出する加算
器である。
Vsとを乗算してコンデンサ(52)の電圧制御用の3相の
電流基準値*iAVRを算出する乗算器、(20a)は3相の
電流基準値*iAVRに3相の瞬時電流基準値iCR〜*iCTを
加算して最終的な瞬時電流基準値*iACFを算出する加算
器である。
次に、第5図及び第6図に示した従来の無効電力補償
装置の動作について説明する。
装置の動作について説明する。
まず、3相2相変換回路(11a)、(11b)及び瞬時有
効電力無効電力検出回路(12)は、負荷(4)に対する
3相の受電点電圧VsR、VsS、VsTと、3相の負荷電流
iFR、iFS、iFTとから、次式のマトリクス演算を行
い、負荷(4)の瞬時有効電力pF及び瞬時無効電力qFを
求める。
効電力無効電力検出回路(12)は、負荷(4)に対する
3相の受電点電圧VsR、VsS、VsTと、3相の負荷電流
iFR、iFS、iFTとから、次式のマトリクス演算を行
い、負荷(4)の瞬時有効電力pF及び瞬時無効電力qFを
求める。
上式から求められた瞬時有効電力pF及び瞬時無効電
力qFは、基本波有効電力、基本波無効電力に相当する直
流分pFd及びqFdと、高調波有効電力及び高調波無効電力
に相当する交流分pFa及びqFaとからなる。
力qFは、基本波有効電力、基本波無効電力に相当する直
流分pFd及びqFdと、高調波有効電力及び高調波無効電力
に相当する交流分pFa及びqFaとからなる。
このうち、基本波有効電力に相当する直流分pFdは、
交流電源(1)から供給されるべきものであるから、ハ
イパスフィルタ(13)で除去される。
交流電源(1)から供給されるべきものであるから、ハ
イパスフィルタ(13)で除去される。
又、高調波有効電力に相当する交流分pFaのうち、電
源電流isの波形歪に影響する領域の周波数(ここでは、
例えば、30Hz以上)の成分ΔpFのみは、ハイパスフィル
タ(13)を通過する。
源電流isの波形歪に影響する領域の周波数(ここでは、
例えば、30Hz以上)の成分ΔpFのみは、ハイパスフィル
タ(13)を通過する。
なぜなら、もし、交流分pFaの低周波成分も、ハイパ
スフィルタ(13)を通過させて、能動形の無効電力補償
装置(5)の補償対象とすると、無効電力補償装置
(5)の直流電源部は、高調波有効電力に相当する交流
分pFの低周波成分も供給することになり、直流電源部の
電圧に低周波変動が生起されて直流電源部の電圧が変動
すると、無効電力補償装置(5)の補償作用に誤差を生
じるので、この変動を吸収するために大容量の直流コン
デンサが必要となってしまい、直流電源部が大容量化す
るからである。
スフィルタ(13)を通過させて、能動形の無効電力補償
装置(5)の補償対象とすると、無効電力補償装置
(5)の直流電源部は、高調波有効電力に相当する交流
分pFの低周波成分も供給することになり、直流電源部の
電圧に低周波変動が生起されて直流電源部の電圧が変動
すると、無効電力補償装置(5)の補償作用に誤差を生
じるので、この変動を吸収するために大容量の直流コン
デンサが必要となってしまい、直流電源部が大容量化す
るからである。
一方、瞬時無効電力qFについては、検出値そのものを
無効電力補償装置(5)の補償対象とする。
無効電力補償装置(5)の補償対象とする。
こうして補償対象として選択された周波数成分ΔpF及
び瞬時無効電力qFは、負荷(4)から発生する検出量で
あり、能動形の無効電力補償装置(5)は、これらの検
出量を打ち消すように働くべきである。従って、符号変
換器(18a)及び(18)は、各検出量を符号変換して*p
ACF及び*qACFとし、これらを無効電力補償装置(5)
の制御基準値とする。
び瞬時無効電力qFは、負荷(4)から発生する検出量で
あり、能動形の無効電力補償装置(5)は、これらの検
出量を打ち消すように働くべきである。従って、符号変
換器(18a)及び(18)は、各検出量を符号変換して*p
ACF及び*qACFとし、これらを無効電力補償装置(5)
の制御基準値とする。
瞬時電流基準値演算回路(14)は、2相の受電点電圧
Vsα及びVsβを用いた次式のマトリクス演算により、
制御基準値*pACF及び*qACFを、無効電力補償装置
(5)が発生すべき3相電流iACFの瞬時電流基準値*i
CR、*iCS及び*iCTに変換する。
Vsα及びVsβを用いた次式のマトリクス演算により、
制御基準値*pACF及び*qACFを、無効電力補償装置
(5)が発生すべき3相電流iACFの瞬時電流基準値*i
CR、*iCS及び*iCTに変換する。
尚、無効電力補償装置(5)としては、電流形PWMイ
ンバータ方式と電圧形PWMインバータ方式とがあるが、
ここでは、後者の電圧形インバータ方式を例にとってい
る。又、無効電力補償装置(5)の直流電圧源として
は、インバータの饋還ダイオードによって電源側から直
流電力を取り込んで充電が行われる形式の直流コンデン
サ(52)を用いている。
ンバータ方式と電圧形PWMインバータ方式とがあるが、
ここでは、後者の電圧形インバータ方式を例にとってい
る。又、無効電力補償装置(5)の直流電圧源として
は、インバータの饋還ダイオードによって電源側から直
流電力を取り込んで充電が行われる形式の直流コンデン
サ(52)を用いている。
即ち、直流電圧制御回路(15)によって、コンデンサ
電圧基準値*Vdと実際のコンデンサ電圧Vdとの偏差電圧
ΔVdを検出し、これに制御関数Gv(S)を乗じて電流基
準演算値ΔVd・Gv(S)を得る。
電圧基準値*Vdと実際のコンデンサ電圧Vdとの偏差電圧
ΔVdを検出し、これに制御関数Gv(S)を乗じて電流基
準演算値ΔVd・Gv(S)を得る。
更に、乗算器(19)は、電流基準演算値ΔVd・Gv
(S)に対して、次式の演算を行い、コンデンサ電圧
制御用の3相の電流基準値*iAVR(*iAVRR、*iAVRS及
び*iAVRT)を求める。
(S)に対して、次式の演算を行い、コンデンサ電圧
制御用の3相の電流基準値*iAVR(*iAVRR、*iAVRS及
び*iAVRT)を求める。
上式から得られた電流基準値*iAVRR、*iAVRS及び
*iAVRTは、加算器(20a)において、無効電力補償用の
3相の瞬時電流基準値*iCR、*iCS及び*iCTと加算さ
れる。
*iAVRTは、加算器(20a)において、無効電力補償用の
3相の瞬時電流基準値*iCR、*iCS及び*iCTと加算さ
れる。
これにより、次式のように、無効電力補償装置
(5)の最終的な瞬時電流基準値*iACF(*iACFR、*i
ACFS及び*iACFT)が得られる。
(5)の最終的な瞬時電流基準値*iACF(*iACFR、*i
ACFS及び*iACFT)が得られる。
上式から得られた3相の瞬時電流基準値*iACFR、
*iACFS及び*iACFTは、フィードバック制御に用いるた
めに、電流制御回路(16)において、無効電力補償装置
(5)の出力電流iACFR、iACFS及びiACFTと各相毎に比
較される。これにより、偏差電流ΔiACFが求められ、
又、偏差電流ΔiACFに制御関数GA(S)が乗じられて、
電流制御信号ΔiACF・GA(S)が得られる。更に、加算
器(20b)において、電流制御信号ΔiACF・GA(S)に
受電点電圧Vsが加算され、PWM制御信号ΔiACF・G
A(S)+Vsが得られる。
*iACFS及び*iACFTは、フィードバック制御に用いるた
めに、電流制御回路(16)において、無効電力補償装置
(5)の出力電流iACFR、iACFS及びiACFTと各相毎に比
較される。これにより、偏差電流ΔiACFが求められ、
又、偏差電流ΔiACFに制御関数GA(S)が乗じられて、
電流制御信号ΔiACF・GA(S)が得られる。更に、加算
器(20b)において、電流制御信号ΔiACF・GA(S)に
受電点電圧Vsが加算され、PWM制御信号ΔiACF・G
A(S)+Vsが得られる。
このPWM制御信号は、PWM制御回路(17)に入力され、
PWM制御回路(17)は、負荷(4)の無効電力qFを補償
するように、無効電力補償装置(5)内のPWMインバー
タ(51)をPWM制御する。
PWM制御回路(17)は、負荷(4)の無効電力qFを補償
するように、無効電力補償装置(5)内のPWMインバー
タ(51)をPWM制御する。
ここで、加算器(20b)からPWM制御信号を得ているの
は、電圧形のPWMインバータ(51)を用いた無効電力補
償装置(5)においては、PWM制御回路(17)に対し
て、PWM制御用の電流制御信号ΔiACF・GA(S)のみな
らず、受電点電圧VsR、VsS及びVsTに対抗するための電
圧制御信号(受電点電圧Vsそのもの)も入力されなけれ
ばならないからである。
は、電圧形のPWMインバータ(51)を用いた無効電力補
償装置(5)においては、PWM制御回路(17)に対し
て、PWM制御用の電流制御信号ΔiACF・GA(S)のみな
らず、受電点電圧VsR、VsS及びVsTに対抗するための電
圧制御信号(受電点電圧Vsそのもの)も入力されなけれ
ばならないからである。
以上のように、従来の無効電力補償装置(5)は、受
電点電圧Vsの変動ΔVsが、負荷(4)の無効電力qFと電
源系統のリアクタンス2のリアクタンス値Xsとにより、
ΔVs≒qF・Xsとして生じるという観点から、負荷(4)
の無効電力qFを補償するように構成されている。
電点電圧Vsの変動ΔVsが、負荷(4)の無効電力qFと電
源系統のリアクタンス2のリアクタンス値Xsとにより、
ΔVs≒qF・Xsとして生じるという観点から、負荷(4)
の無効電力qFを補償するように構成されている。
[発明が解決しようとする課題] 従来の無効電力補償装置は以上のように構成されてい
るので、電源系統の抵抗分による電圧降下を無視するこ
とができない配電線末端に無効電力補償装置(5)を設
置する場合に、電圧補償を十分に行うことができないと
いう問題点があった。
るので、電源系統の抵抗分による電圧降下を無視するこ
とができない配電線末端に無効電力補償装置(5)を設
置する場合に、電圧補償を十分に行うことができないと
いう問題点があった。
例えば、山岳地帯の配電線末端から見た電源系統のリ
アクタンス分と抵抗分との比は、3:0ないし2:1であっ
て、決して無視することはできなかった。
アクタンス分と抵抗分との比は、3:0ないし2:1であっ
て、決して無視することはできなかった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、電源系統のリアクタンス分及び抵抗分の両
方による電圧降下を、負荷の有効電力変動分を補償する
ことなく、無効電力の補償のみによって同時に補償する
ことのできる無効電力補償装置を得ることを目的とす
る。
れたもので、電源系統のリアクタンス分及び抵抗分の両
方による電圧降下を、負荷の有効電力変動分を補償する
ことなく、無効電力の補償のみによって同時に補償する
ことのできる無効電力補償装置を得ることを目的とす
る。
[課題を解決するための手段] この発明に係る無効電力補償装置は、PWMインバータ
及びPWMインバータに接続されたコンデンサを含む無効
電力補償装置であって、電源系統から負荷に供給される
3相電流及び受電点電圧を2相電流及び2相電圧に変換
する3相2相変換回路と、2相電流及び2相電圧に基づ
いて瞬時有効電力及び瞬時無効電力を検出する瞬時有効
電力無効電力検出回路と、瞬時有効電力及び瞬時無効電
力の各直流分を基本波有効電力及び基本波無効電力とし
て通過させるローパスフィルタと、電源系統のインピー
ダンスのリアクタンス分に対する抵抗分の比に基本波有
効電力を乗算して有効電力乗算値を算出する係数器と、
有効電力乗算値に基本波無効電力を加算すると共に符号
変換して無効電力補償基準値を算出する加算器及び符号
変換器と、無効電力補償基準値と2相電圧とのマトリク
ス乗算により2相の瞬時電流基準値を演算すると共に、
2相の瞬時電流基準値を3相の瞬時電流基準値に変換す
る瞬時電流基準値演算回路と、コンデンサの電圧と電圧
基準値との偏差電圧に所定の制御関数を乗算して電流基
準演算値を出力する直流電圧制御回路と、電流基準演算
値と受電点電圧とを乗算してコンデンサの電圧制御用の
3相の電流基準値を算出する乗算器と、コンデンサの電
圧制御用の3相の電流基準値に3相の瞬時電流基準値を
加算して最終的な瞬時電流基準値を算出する加算器と、
最終的な瞬時電流基準値と無効電力補償装置の出力電流
との偏差電流に所定の制御関数を乗算して電流制御信号
を出力する電流制御回路と、電流制御信号に受電点電圧
を加算してPWM制御信号を出力する加算器と、PWM制御信
号に基づいてPWMインバータをPWM制御するPWM制御回路
とを備え、基本波無効電力を補償制御するものである。
及びPWMインバータに接続されたコンデンサを含む無効
電力補償装置であって、電源系統から負荷に供給される
3相電流及び受電点電圧を2相電流及び2相電圧に変換
する3相2相変換回路と、2相電流及び2相電圧に基づ
いて瞬時有効電力及び瞬時無効電力を検出する瞬時有効
電力無効電力検出回路と、瞬時有効電力及び瞬時無効電
力の各直流分を基本波有効電力及び基本波無効電力とし
て通過させるローパスフィルタと、電源系統のインピー
ダンスのリアクタンス分に対する抵抗分の比に基本波有
効電力を乗算して有効電力乗算値を算出する係数器と、
有効電力乗算値に基本波無効電力を加算すると共に符号
変換して無効電力補償基準値を算出する加算器及び符号
変換器と、無効電力補償基準値と2相電圧とのマトリク
ス乗算により2相の瞬時電流基準値を演算すると共に、
2相の瞬時電流基準値を3相の瞬時電流基準値に変換す
る瞬時電流基準値演算回路と、コンデンサの電圧と電圧
基準値との偏差電圧に所定の制御関数を乗算して電流基
準演算値を出力する直流電圧制御回路と、電流基準演算
値と受電点電圧とを乗算してコンデンサの電圧制御用の
3相の電流基準値を算出する乗算器と、コンデンサの電
圧制御用の3相の電流基準値に3相の瞬時電流基準値を
加算して最終的な瞬時電流基準値を算出する加算器と、
最終的な瞬時電流基準値と無効電力補償装置の出力電流
との偏差電流に所定の制御関数を乗算して電流制御信号
を出力する電流制御回路と、電流制御信号に受電点電圧
を加算してPWM制御信号を出力する加算器と、PWM制御信
号に基づいてPWMインバータをPWM制御するPWM制御回路
とを備え、基本波無効電力を補償制御するものである。
[作用] この発明においては、負荷の有効電力及び無効電力を
別個に検出し、電源系統のリアクタンス分に対する抵抗
分の比に有効電力検出値を乗じ、これに無効電力検出値
を代数的に加算したものを無効電力補償基準値とする。
即ち、無効電力補償装置の基本波無効電力基準値となる
制御基準値*qACFは、負荷の基本波有効電力pFd、電源
系統の抵抗分R、リアクタンス分Xsを用いて、次式、 *qACF=−{qFd+(R/Xs)pFd} によって与えられる。
別個に検出し、電源系統のリアクタンス分に対する抵抗
分の比に有効電力検出値を乗じ、これに無効電力検出値
を代数的に加算したものを無効電力補償基準値とする。
即ち、無効電力補償装置の基本波無効電力基準値となる
制御基準値*qACFは、負荷の基本波有効電力pFd、電源
系統の抵抗分R、リアクタンス分Xsを用いて、次式、 *qACF=−{qFd+(R/Xs)pFd} によって与えられる。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図はこの発明の一実施例の接続状態を示す回路図であ
り、(1)〜(4)、(52)、Vd、Vs、is、iF及びiACF
は前述(第5図参照)と同様のものである。又、(5A)
及び(51A)は、無効電力補償装置(5)及びPWMインバ
ータ(51)にそれぞれ対応している。
1図はこの発明の一実施例の接続状態を示す回路図であ
り、(1)〜(4)、(52)、Vd、Vs、is、iF及びiACF
は前述(第5図参照)と同様のものである。又、(5A)
及び(51A)は、無効電力補償装置(5)及びPWMインバ
ータ(51)にそれぞれ対応している。
第1図において、(6)は交流電源(1)に直列接続
された電源系統の抵抗、Rは抵抗(6)の抵抗値であ
る。
された電源系統の抵抗、Rは抵抗(6)の抵抗値であ
る。
第2はこの発明の一実施例の機能構成を示す制御ブロ
ック図であり、(11a)、(11b)、(12)、(14)〜
(19)、(20a)、(20b)*Vd、Vsα、Vsβ、pF、qF、
*icR、*icS、*icT、ΔVd・Gv(S)、*iAVR及び*i
ACFは前述(第6図参照)と同様のものである。
ック図であり、(11a)、(11b)、(12)、(14)〜
(19)、(20a)、(20b)*Vd、Vsα、Vsβ、pF、qF、
*icR、*icS、*icT、ΔVd・Gv(S)、*iAVR及び*i
ACFは前述(第6図参照)と同様のものである。
第2図において、(21a)及び(21b)は瞬時有効電力
無効電力検出回路(12)の各出力端子に接続されたロー
パスフィルタであり、瞬時有効電力pF及び瞬時無効電力
qFの各直流分を、基本波有効電力pFd及び基本波無効電
力qFdとして通過させる。
無効電力検出回路(12)の各出力端子に接続されたロー
パスフィルタであり、瞬時有効電力pF及び瞬時無効電力
qFの各直流分を、基本波有効電力pFd及び基本波無効電
力qFdとして通過させる。
(20c)はローパスフィルタ(21b)と符号変換器(1
8)との間に挿入された加算器である。(22)は基本波
有効電力pFd側のローパスフィルタ(21a)と加算器(20
c)との間に挿入された係数器であり、電源系統のイン
ピーダンスのリアクタンス分Xsに対する抵抗分Rの比
(R/Xs)と、検出された基本波有効電力pFdとを乗算し
て有効電力乗算値を出力する。
8)との間に挿入された加算器である。(22)は基本波
有効電力pFd側のローパスフィルタ(21a)と加算器(20
c)との間に挿入された係数器であり、電源系統のイン
ピーダンスのリアクタンス分Xsに対する抵抗分Rの比
(R/Xs)と、検出された基本波有効電力pFdとを乗算し
て有効電力乗算値を出力する。
符号変換器(18)は、加算器(20c)からの加算値q
Fd′を符号変換して、無効電力補償基準値即ち制御基準
値*qACFを算出し、これを瞬時電流基準値演算回路(1
4)に入力する。
Fd′を符号変換して、無効電力補償基準値即ち制御基準
値*qACFを算出し、これを瞬時電流基準値演算回路(1
4)に入力する。
瞬時電流基準値演算回路(14)は、無効電力補償基準
値(制御基準値)*qACFと2相の受電点電圧Vsα及びVs
βとのマトリクス乗算により、2相の瞬時電流基準値と
すると共に、2相の瞬時電流基準値を3相の瞬時電流基
準値*icR、*icS及び*icTに変換する。
値(制御基準値)*qACFと2相の受電点電圧Vsα及びVs
βとのマトリクス乗算により、2相の瞬時電流基準値と
すると共に、2相の瞬時電流基準値を3相の瞬時電流基
準値*icR、*icS及び*icTに変換する。
次に、第1図及び第2図に示したこの発明の一実施例
の動作について説明する。
の動作について説明する。
まず、受電点電圧Vsの変動分ΔVs、電源系統のリアク
タンス分Xs、抵抗分R、受電点における基本波有効電力
pFd及び基本波無効電力qFdの関係は、次式のように表
わされる。
タンス分Xs、抵抗分R、受電点における基本波有効電力
pFd及び基本波無効電力qFdの関係は、次式のように表
わされる。
ΔVs≒qFd・Xs+pFd・R …… 通常、抵抗分Rに比べてリアクタンス分Xsは極めて大
きく、Xs>>Rの関係が成り立つので、上式は、次式
のように表わされる。
きく、Xs>>Rの関係が成り立つので、上式は、次式
のように表わされる。
ΔVs≒qFd・Xs …… 尚、従来の無効電力補償装置(5)は、上式に基づ
いて動作しており、受電点又は負荷(4)の基本波無効
電力qFdを検出し、符号変換された基本波無効電力−qFd
を発生することによって、次式のように、受電点電圧
変動ΔVsを抑制している。
いて動作しており、受電点又は負荷(4)の基本波無効
電力qFdを検出し、符号変換された基本波無効電力−qFd
を発生することによって、次式のように、受電点電圧
変動ΔVsを抑制している。
ΔVs≒(qFd−qFd)・Xs=0 …… しかし、前述のように、山岳地帯の配電線末端の受電
点から見た電源系統のインピーダンスは、リアクタンス
分Xsと抵抗分Rとの比が、3:1ないし2:1であって、Xs>
>Rの関係が成り立たたないので、上式内のpFd・R
の項を無視することができない。
点から見た電源系統のインピーダンスは、リアクタンス
分Xsと抵抗分Rとの比が、3:1ないし2:1であって、Xs>
>Rの関係が成り立たたないので、上式内のpFd・R
の項を無視することができない。
そこで、この発明においては、式内のpFd・Rの項
も、無効電力補償装置(5A)で補償するために、無効電
力補償装置(5A)の無効電力補償基準値*qACFを次式
によって定める。
も、無効電力補償装置(5A)で補償するために、無効電
力補償装置(5A)の無効電力補償基準値*qACFを次式
によって定める。
ΔVs≒qFd・Xs+pFd・R =Xs(qFd+pFd・R/Xs) =Xs・qFd′ ∴*qACF=−qFd′ =−(qFd+pFd・R/Xs) …… 即ち、瞬時有効電力無効電力検出回路(12)から出力
される瞬時有効電力pF及び瞬時無効電力qFは、ローパス
フィルタ(21a)及び(21b)を通過することにより、直
流分のみの基本波有効電力pFd及び基本波無効電力qFdと
なる。
される瞬時有効電力pF及び瞬時無効電力qFは、ローパス
フィルタ(21a)及び(21b)を通過することにより、直
流分のみの基本波有効電力pFd及び基本波無効電力qFdと
なる。
基本波有効電力pFdは、係数器(22)を介してR/Xsが
乗じられた後、加算器(20c)を介して基本波無効電力q
Fdが加算され、加算値qFd′となる。
乗じられた後、加算器(20c)を介して基本波無効電力q
Fdが加算され、加算値qFd′となる。
更に、加算値qFd′は、符号変換器を介して(−1)
が乗じられ、無効電力補償基準値*qACF(=−qFd′)
となって、瞬時電流基準値演算回路(14)に入力され
る。
が乗じられ、無効電力補償基準値*qACF(=−qFd′)
となって、瞬時電流基準値演算回路(14)に入力され
る。
この場合、3相の瞬時電流基準値演算回路(14)は、
前述の式と同様のマトリクス演算を行うが、式にお
いて、*pACF=0として、無効電力補償基準値*qACFと
2相電圧Vsα及びVsβとのマトリクス乗算を行い、2相
の瞬時電流基準値*icα及び*icβを算出する。又、同
様に、式のマトリクス演算により、2相の瞬時電流基
準値*icα及び*icβを3相の瞬時電流基準値*icR、
*icS及び*icTに変換する。
前述の式と同様のマトリクス演算を行うが、式にお
いて、*pACF=0として、無効電力補償基準値*qACFと
2相電圧Vsα及びVsβとのマトリクス乗算を行い、2相
の瞬時電流基準値*icα及び*icβを算出する。又、同
様に、式のマトリクス演算により、2相の瞬時電流基
準値*icα及び*icβを3相の瞬時電流基準値*icR、
*icS及び*icTに変換する。
これにより、電源系統のリアクタンス分Xs及び抵抗分
Rの両方による電圧降下を、負荷(4)の有効電力変動
部を補償することなく、無効電力の補償のみによって同
時に補償することができる。
Rの両方による電圧降下を、負荷(4)の有効電力変動
部を補償することなく、無効電力の補償のみによって同
時に補償することができる。
例えば、第3図のように一般的な交流線路を考えた場
合、線路インピーダンスをR′[Ω]、X′[Ω]、送
電端電圧をEs[V]、受電端電圧をEr[V]、線路電流
をI[A]、受電端有効電力をP[W]、受電端無効電
力をQ[VA]、送電端力率角をφs、受電端力率角をφ
rとすると、第4図のベクトル図から、次式(ア)が成
り立つ。
合、線路インピーダンスをR′[Ω]、X′[Ω]、送
電端電圧をEs[V]、受電端電圧をEr[V]、線路電流
をI[A]、受電端有効電力をP[W]、受電端無効電
力をQ[VA]、送電端力率角をφs、受電端力率角をφ
rとすると、第4図のベクトル図から、次式(ア)が成
り立つ。
Es−Er=IR′+jIX′ ……(ア) 上式(ア)においては、第4図に示したベクトル図内
の縦軸を虚軸(j軸)としている。
の縦軸を虚軸(j軸)としている。
通常、上記各力率角φs及びφrは、φs≒φrの関
係が成り立つから、φs=φrと見なせば、電圧降下Δ
V′に関して、次式(イ)〜(エ)が成り立つ。
係が成り立つから、φs=φrと見なせば、電圧降下Δ
V′に関して、次式(イ)〜(エ)が成り立つ。
ΔV′=Es−Er =IR′cosφr+IX′sinφr ……(イ) Er・ΔV′=Er・Icosφr・R′+Er・Isinφr・X′ =P′R′+Q′K′ ……(ウ) ΔV′/Er=(P′R′+Q′K′)/Er2 ……(エ) ここで、式(エ)で表わされるΔV′/Erは、受電端
電圧Er[V]で基準化した電圧降下ΔV[pu(基準を1
としたときの比率)]に相当する。
電圧Er[V]で基準化した電圧降下ΔV[pu(基準を1
としたときの比率)]に相当する。
又、基準皮相電力をS[VA]とすると、基準インピー
ダンスZは、次式(オ)で表わされる。
ダンスZは、次式(オ)で表わされる。
Z=Er2/S[Ω] ……(オ) ここで、線路インピーダンスR′[Ω]及びX′
[Ω]を、基準インピーダンスZに対するpu値、R[p
u]、X[pu]で表わすと、次式(カ)及び(キ)とな
る。
[Ω]を、基準インピーダンスZに対するpu値、R[p
u]、X[pu]で表わすと、次式(カ)及び(キ)とな
る。
R′=RZ =REr2/S ……(カ) X′=XZ =XEr2/S ……(キ) 又、受電端有効電力P′[W]及び受電端無効電力
Q′[VA]を、基準皮相電力S[VA]に対するpu値、P
[pu]、Q[pu]で表わすと、次式(ク)及び(ケ)と
なる。
Q′[VA]を、基準皮相電力S[VA]に対するpu値、P
[pu]、Q[pu]で表わすと、次式(ク)及び(ケ)と
なる。
P′=PS ……(ク) Q′=QS ……(ケ) 従って、上式(カ)〜(ケ)を式(エ)に代入すれ
ば、受電端電圧Er[V]で基準化した電圧降下ΔV[p
u]は、次式(コ)のように表わされる。
ば、受電端電圧Er[V]で基準化した電圧降下ΔV[p
u]は、次式(コ)のように表わされる。
ΔV={PS・REr2/S+QS・XEr2/S}/Er2 =PR+QX[pu] ……(コ) 式(コ)より、電圧降下ΔVを0にするためには、P
及びQを0にしなければならないが、Pは負荷が必要と
する有効電力であるから、0にすることができない。
及びQを0にしなければならないが、Pは負荷が必要と
する有効電力であるから、0にすることができない。
しかし、本発明によれば、Pによる電圧降下PRを次式
(サ)のように、Qに対する補償電力即ち無効電力を補
正することにより、ΔVを0にすることができる。
(サ)のように、Qに対する補償電力即ち無効電力を補
正することにより、ΔVを0にすることができる。
ΔV=PR+QX−{(R/X)P+Q}X =0 ……(サ) 従来の無効電力補償装置では、上式(サ)内の−Qの
みを発生していたが、本発明では、これに、−(R/X)
Pを加えて発生している。
みを発生していたが、本発明では、これに、−(R/X)
Pを加えて発生している。
即ち、上式(サ)において、Pを検出してこれを無効
電力と見なし、それにR/Xを乗じたものを追加分の目標
値としている。
電力と見なし、それにR/Xを乗じたものを追加分の目標
値としている。
このように、3相交流線路の線路インピーダンスによ
る電圧降下のうち、抵抗分及び線路の基本波有効電力に
よる降下分を、3相2相変換に基づいて正確に求められ
た基本波有効電力を用いて演算検出し、これら降下分だ
けリアクタンス分及び基本波無効電力による電圧降下が
増えたとして、無効電力補償によって補償することがで
きる。
る電圧降下のうち、抵抗分及び線路の基本波有効電力に
よる降下分を、3相2相変換に基づいて正確に求められ
た基本波有効電力を用いて演算検出し、これら降下分だ
けリアクタンス分及び基本波無効電力による電圧降下が
増えたとして、無効電力補償によって補償することがで
きる。
又、補償対象とする電圧降下が線路を通過する電力又
は電流の基本波によるものであるため、基本波を正確に
検出することが要求されるが、この基本波を正確に検出
することができる。
は電流の基本波によるものであるため、基本波を正確に
検出することが要求されるが、この基本波を正確に検出
することができる。
[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、PWMインバータ及びP
WMインバータに接続されたコンデンサを含む無効電力補
償装置であって、電源系統から負荷に供給される3相電
流及び受電点電圧を2相電流及び2相電圧に変換する3
相2相変換回路と、2相電流及び2相電圧に基づいて瞬
時有効電力及び瞬時無効電力を検出する瞬時有効電力無
効電力検出回路と、瞬時有効電力及び瞬時無効電力の各
直流分を基本波有効電力及び基本波無効電力として通過
させるローパスフィルタと、電源系統のインピーダンス
のリアクタンス分に対する抵抗分の比に基本波有効電力
を乗算して有効電力乗算値を算出する係数器と、有効電
力乗算値に基本波無効電力を加算すると共に符号変換し
て無効電力補償基準値を算出する加算器及び符号変換器
と、無効電力補償基準値と2相電圧とのマトリクス乗算
により2相の瞬時電流基準値を演算すると共に、2相の
瞬時電流基準値を3相の瞬時電流基準値に変換する瞬時
電流基準値演算回路と、コンデンサの電圧と電圧基準値
との偏差電圧に所定の制御関数を乗算して電流基準演算
値を出力する直流電圧制御回路と、電流基準演算値と受
電点電圧とを乗算してコンデンサの電圧制御用の3相の
電流基準値を算出する乗算器と、コンデンサの電圧制御
用の3相の電流基準値に3相の瞬時電流基準値を加算し
て最終的な瞬時電流基準値を算出する加算器と、最終的
な瞬時電流基準値と無効電力補償装置の出力電流との偏
差電流に所定の制御関数を乗算して電流制御信号を出力
する電流制御回路と、電流制御信号に受電点電圧を加算
してPWM制御信号を出力する加算器と、PWM制御信号に基
づいてPWMインバータをPWM制御するPWM制御回路とを備
え、基本波無効電力を補償制御するようにしたので、電
源系統のリアクタンス分及び抵抗分の両方による受電点
電圧変動(電圧降下)を、負荷の有効電力変動分を補償
することなく無効電力の補償のみによって同時に補償す
ることができ、特に山岳地帯の配電線末端に設置された
場合に有効な無効電力補償装置が得られる効果がある。
WMインバータに接続されたコンデンサを含む無効電力補
償装置であって、電源系統から負荷に供給される3相電
流及び受電点電圧を2相電流及び2相電圧に変換する3
相2相変換回路と、2相電流及び2相電圧に基づいて瞬
時有効電力及び瞬時無効電力を検出する瞬時有効電力無
効電力検出回路と、瞬時有効電力及び瞬時無効電力の各
直流分を基本波有効電力及び基本波無効電力として通過
させるローパスフィルタと、電源系統のインピーダンス
のリアクタンス分に対する抵抗分の比に基本波有効電力
を乗算して有効電力乗算値を算出する係数器と、有効電
力乗算値に基本波無効電力を加算すると共に符号変換し
て無効電力補償基準値を算出する加算器及び符号変換器
と、無効電力補償基準値と2相電圧とのマトリクス乗算
により2相の瞬時電流基準値を演算すると共に、2相の
瞬時電流基準値を3相の瞬時電流基準値に変換する瞬時
電流基準値演算回路と、コンデンサの電圧と電圧基準値
との偏差電圧に所定の制御関数を乗算して電流基準演算
値を出力する直流電圧制御回路と、電流基準演算値と受
電点電圧とを乗算してコンデンサの電圧制御用の3相の
電流基準値を算出する乗算器と、コンデンサの電圧制御
用の3相の電流基準値に3相の瞬時電流基準値を加算し
て最終的な瞬時電流基準値を算出する加算器と、最終的
な瞬時電流基準値と無効電力補償装置の出力電流との偏
差電流に所定の制御関数を乗算して電流制御信号を出力
する電流制御回路と、電流制御信号に受電点電圧を加算
してPWM制御信号を出力する加算器と、PWM制御信号に基
づいてPWMインバータをPWM制御するPWM制御回路とを備
え、基本波無効電力を補償制御するようにしたので、電
源系統のリアクタンス分及び抵抗分の両方による受電点
電圧変動(電圧降下)を、負荷の有効電力変動分を補償
することなく無効電力の補償のみによって同時に補償す
ることができ、特に山岳地帯の配電線末端に設置された
場合に有効な無効電力補償装置が得られる効果がある。
第1図はこの発明の一実施例の接続状態を示す回路図、
第2図はこの発明の一実施例の機能構成を示す制御ブロ
ック図、第3図はこの発明の一実施例の作用効果を説明
するための一般的な電源系統を示す回路図、第4図は第
3図内の各電気量(電流及び電圧)を図式的に示すベク
トル図、第5図は従来の無効電力補償装置の接続状態を
示す回路図、第6図は従来の無効電力補償装置の機能構
成を示す制御ブロック図である。 (1)は交流電源、(2)は電源系統のリアクタンス、
(4)は負荷、(5A)は無効電力補償装置、(6)は電
源系統の抵抗、(11a)、(11b)は3相2相変換回路、
(12)は瞬時有効電力無効電力検出回路、(14)は瞬時
電流基準値演算回路、(15)は直流電圧制御回路、(1
6)は電流制御回路、(17)はPWM制御回路、(18)は符
号変換器、(19)は乗算器、(20a)〜(20c)は加算
器、(21a)、(21b)はローパスフィルタ、(22)は係
数器、(51A)はPWMインバータ、(52)はコンデンサ、
iACFは無効電力補償装置の出力電流、*icR、*icS、*
icTは3相の瞬時電流基準値、*iACFは最終的な瞬時電
流基準値、pFは瞬時有効電力、pFdは基本波有効電力、q
Fは瞬時無効電力、qFdは基本波無効電力、*qACFは無効
電力補償基準値、Vdはコンデンサ電圧、Vsは受電点電
圧、ΔVd・Gv(S)は電流基準演算値、ΔiACF・G
A(S)は電流制御信号である。 尚、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
第2図はこの発明の一実施例の機能構成を示す制御ブロ
ック図、第3図はこの発明の一実施例の作用効果を説明
するための一般的な電源系統を示す回路図、第4図は第
3図内の各電気量(電流及び電圧)を図式的に示すベク
トル図、第5図は従来の無効電力補償装置の接続状態を
示す回路図、第6図は従来の無効電力補償装置の機能構
成を示す制御ブロック図である。 (1)は交流電源、(2)は電源系統のリアクタンス、
(4)は負荷、(5A)は無効電力補償装置、(6)は電
源系統の抵抗、(11a)、(11b)は3相2相変換回路、
(12)は瞬時有効電力無効電力検出回路、(14)は瞬時
電流基準値演算回路、(15)は直流電圧制御回路、(1
6)は電流制御回路、(17)はPWM制御回路、(18)は符
号変換器、(19)は乗算器、(20a)〜(20c)は加算
器、(21a)、(21b)はローパスフィルタ、(22)は係
数器、(51A)はPWMインバータ、(52)はコンデンサ、
iACFは無効電力補償装置の出力電流、*icR、*icS、*
icTは3相の瞬時電流基準値、*iACFは最終的な瞬時電
流基準値、pFは瞬時有効電力、pFdは基本波有効電力、q
Fは瞬時無効電力、qFdは基本波無効電力、*qACFは無効
電力補償基準値、Vdはコンデンサ電圧、Vsは受電点電
圧、ΔVd・Gv(S)は電流基準演算値、ΔiACF・G
A(S)は電流制御信号である。 尚、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (1)
- 【請求項1】PWMインバータ(51A)及び前記PWMインバ
ータに接続されたコンデンサ(52)を含む無効電力補償
装置であって、 電源系統(1、2、6)から負荷(4)に供給される3
相電流及び受電点電圧を2相電流及び2相電圧に変換す
る3相2相変換回路(11a、11b)と、 前記2相電流及び前記2相電圧に基づいて瞬時有効電力
及び瞬時無効電力を検出する瞬時有効電力無効電力検出
回路(12)と、 前記瞬時有効電力及び前記瞬時無効電力の各直流分を基
本波有効電力及び基本波無効電力として通過させるロー
パスフィルタ(21a、21b)と、 前記電源系統のインピーダンスのリアクタンス分に対す
る抵抗分の比に前記基本波有効電力を乗算して有効電力
乗算値を算出する係数器(22)と、 前記有効電力乗算値に前記基本波無効電力を加算すると
共に符号変換して無効電力補償基準値を算出する加算器
(20c)及び符号変換器(18)と、 前記無効電力補償基準値と前記2相電圧とのマトリクス
乗算により2相の瞬時電流基準値を演算すると共に、前
記2相の瞬時電流基準値を3相の瞬時電流基準値に変換
する瞬時電流基準値演算回路(14)と、 前記コンデンサの電圧と電圧基準値との偏差電圧に所定
の制御関数を乗算して電流基準演算値を出力する直流電
圧制御回路(15)と、 前記電流基準演算値と前記受電点電圧とを乗算して前記
コンデンサの電圧制御用の3相の電流基準値を算出する
乗算器(19)と、 前記コンデンサの電圧制御用の3相の電流基準値に前記
3相の瞬時電流基準値を加算して最終的な瞬時電流基準
値を算出する加算器(20a)と、 前記最終的な瞬時電流基準値と前記無効電力補償装置の
出力電流との偏差電流に所定の制御関数を乗算して電流
制御信号を出力する電流制御回路(16)と、 前記電流制御信号に前記受電点電圧を加算してPWM制御
信号を出力する加算器(20b)と、 前記PWM制御信号に基づいて前記PWMインバータをPWM制
御するPWM制御回路(17)とを備え、 前記基本波無効電力を補償制御するようにしたことを特
徴とする無効電力補償装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62012774A JP2575682B2 (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 無効電力補償装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62012774A JP2575682B2 (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 無効電力補償装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63181620A JPS63181620A (ja) | 1988-07-26 |
JP2575682B2 true JP2575682B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=11814753
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62012774A Expired - Lifetime JP2575682B2 (ja) | 1987-01-22 | 1987-01-22 | 無効電力補償装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2575682B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2989029B2 (ja) * | 1991-03-26 | 1999-12-13 | 東洋電機製造株式会社 | 無停電電源装置 |
CN114204612A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-18 | 华北电力大学 | 一种通用电磁暂态黑箱模型与外部控制的功率交互算法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS597967B2 (ja) * | 1975-01-22 | 1984-02-22 | ニチコン株式会社 | ムコウデンリユウホシヨウソウチ |
JPS62239833A (ja) * | 1986-04-11 | 1987-10-20 | 富士電機株式会社 | 給電システムの制御装置 |
-
1987
- 1987-01-22 JP JP62012774A patent/JP2575682B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS63181620A (ja) | 1988-07-26 |
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