JP4900818B2 - Overload prevention device for static reactive power compensator - Google Patents
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Description
本発明は、静止形無効電力補償装置に係り、特に短時間定格を持つ装置の過負荷防止に関するものである。 The present invention relates to a static reactive power compensator, and particularly to prevention of overload of a device having a short-time rating.
配電系統には、電圧変動の抑制や電圧安定化を目的として、図4で示すような半導体素子を使用した静止形無効電力補償装置が設置されている。図4において、1は連系変圧器、2はリアクトル、3は半導体素子を使用した自励式インバータ、4はインバータ3を制御する制御回路である。このように構成した静止形無効電力補償装置は、電力半導体素子を使用していることから高価となることが多く、このため、小容量・短時間動作の静止形無効電力補償装置として構成され、既設のSVR(Step Voltage Regulator:自動電圧調整装置)に併設して協調動作をとる方法が行われている。 In the power distribution system, a static reactive power compensator using a semiconductor element as shown in FIG. 4 is installed for the purpose of suppressing voltage fluctuation and stabilizing the voltage. In FIG. 4, 1 is an interconnection transformer, 2 is a reactor, 3 is a self-excited inverter using a semiconductor element, and 4 is a control circuit for controlling the inverter 3. The static reactive power compensator configured in this way is often expensive because it uses a power semiconductor element, and is thus configured as a static reactive power compensator with a small capacity and short time operation, There is a method in which a cooperative operation is performed in combination with an existing SVR (Step Voltage Regulator).
静止形無効電力補償装置は、例えば、特許文献1で知られるように、過渡的な負荷変動が発生した場合、過渡的な負荷変動に伴う変動有効電流信号と変動無効電流信号を求め、求めた両電流信号を合成して補償電流指令を生成し、この信号に基づきPWMによるスイッチ制御信号を生成して自励式インバータを制御している。
The static reactive power compensator, for example, as known in
ところで、SVRと協調動作を実行するような短時間定格を持つ静止形無効電力補償装置では、短時間出力中に装置の温度上昇が発生することが懸念されるため、図5で示すような過負荷対策が採られている。すなわち、無効電力補償装置の出力電圧V、電流Iを検出して補償電圧演算部5に入力して補償電流指令を演算し、補償電流指令は第1のリミッタ7を介して電流制御部8に出力される。電流制御部8では、補償電流指令と検出された電流Iとの偏差信号に対応した自励式インバータ3の電圧指令を演算し、PWM制御回路9において電圧指令に基づくインバータのゲート信号を生成する。過負荷判定部6では、無効電力補償装置の定格が短時間定格となっていることにより、短時間出力中には装置の温度上昇が発生し、故障が生じないように検出した電流Iから過負荷発生の否かが判定される。過負荷と判定した場合には過負荷信号をリミッタ7に出力し、過負荷によるリミットをかけて電流指令値を制限する。
図5で示す過負荷判定部6では、出力の過負荷判定は次のようにして行う。
インバータ3の各相電流を検出し、各相電流の中で最大出力電流をインバータの出力電流Iinvとする。また、インバータ3は制御によって短時間定格容量を超えないように出力電流制限Ilimitをかけているものとする。インバータの出力電流Iinvが連続定格出力に相当する電流Iconを超えた場合、超過した時間Δtにおける短時間出力積算値ΔPは式(1)で求める。
Δt×ΔIinv=ΔP(ただし、ΔIinv=Iinv−Iconとする。)……(1)
過負荷となる短時間出力積算値PsumはΔPnの積算とする。
また、Iinv<Iconの場合、逆に出力積算値をΔPnだけ減少させる。短時間出力積算値PsumがPmax(短時間出力に相当する電流Imax×短時間出力可能時間tmax)になった場合、出力過負荷となり装置保護のため出力電流は過負荷出力電流制限値Iolで制限される。
The
Each phase current of the inverter 3 is detected, and the maximum output current among the phase currents is set as the inverter output current Iinv. Further, it is assumed that the inverter 3 applies an output current limit Ilimit so as not to exceed the rated capacity for a short time by the control. When the output current Iinv of the inverter exceeds the current Icon corresponding to the continuous rated output, the short-time output integrated value ΔP in the excess time Δt is obtained by Expression (1).
Δt × ΔIinv = ΔP (where ΔIinv = Iinv−Icon) (1)
The short-time output integrated value Psum that becomes an overload is the integration of ΔPn.
If Iinv <Icon, the output integrated value is decreased by ΔPn. When the short-time output integrated value Psum reaches Pmax (current Imax corresponding to short-time output x short-time output possible time tmax), the output is overloaded and the output current is limited by the overload output current limit value Iol to protect the device. Is done.
図6は短時間出力期間と冷却期間の関係を示す波形図である。過負荷によるリミッタ7の出力は、Psum>PmaxのときにはIlimit-1=Iolであり、また、
Psum<PmaxのときにはIlimit-1=Imaxに設定される。Iinv=Imaxが出力される短時間出力期間t0〜t1後に、装置を冷却のための出力制限期間t1〜t2が必要となる。出力制限期間中には一定時間出力が連続定格出力未満に制限される場合がある。すなわち、短時間出力最大値Imax、連続出力最大値Icon、期間t1〜t2の出力制限値Iolとすると、Icon>Iolとなる。このような過負荷による温度上昇防止のためにインバータ出力が制限されることにより、出力制限期間中には、装置は電力系統に補償に必要な出力を出すことが出来なくなってしまう。
FIG. 6 is a waveform diagram showing the relationship between the short-time output period and the cooling period. The output of the
When Psum <Pmax, Ilimit-1 = Imax is set. After a short output period t0 to t1 during which Iinv = Imax is output, output limit periods t1 to t2 for cooling the apparatus are required. During the output limitation period, the output may be limited to a value less than the continuous rated output for a certain period of time. That is, assuming that the short-time output maximum value Imax, the continuous output maximum value Icon, and the output limit value Iol for the period t1 to t2, Icon> Iol. When the inverter output is limited to prevent such a temperature rise due to overload, the device cannot output an output necessary for compensation to the power system during the output limitation period.
ここで、出力制限期間中に必要な補償量をIconvとすると、補償効果の低下率をkとすると式(2)で表わされる。
k=(Iconv−Iol)/Iconv×(t2−t1)……(2)
式(2)から過負荷防止により出力制限され場合には、出力制限値Iolが大きいほど、出力制限期間(t2−t1)が長いほど補償効果が低下する。また、補償中に過負荷による急な出力制限動作が実行された場合、Iconv−Iolだけ補償量がなくなるため、低下した分が逆に電力系統や負荷などの補償対象に対して悪影響をあたえるという問題を有している。
Here, when the amount of compensation required during the output restriction period is Iconv, and the reduction rate of the compensation effect is k, it is expressed by Equation (2).
k = (Iconv−Iol) / Iconv × (t2−t1) (2)
When the output is limited by overload prevention from the equation (2), the compensation effect decreases as the output limit value Iol increases and the output limit period (t2-t1) increases. In addition, when a sudden output limiting operation due to overload is executed during compensation, the amount of compensation is lost by Iconv-Iol, so that the reduced amount adversely affects the compensation target such as the power system and load. Have a problem.
そこで本発明が目的とするとこは、過負荷時の出力制限による補償出力の低下を抑制した無効電力補償装置における過負荷防止装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an overload prevention device in a reactive power compensator that suppresses a decrease in compensation output due to output limitation during overload.
本発明の請求項1は、電力系統に設置される静止形無効電力補償装置であって、過負荷判定部を設け、過負荷時に静止形無効電力補償装置におけるインバータに対する電流指令値をリミッタにより制限して過負荷防止するものにおいて、
前記過負荷による第1のリミッタの前段に、過負荷防止による第2のリミッタを設けると共に、過負荷発生直前に前記第2のリミッタを上限出力制限値Imaxから下限出力制限値Iclimに演算する過負荷防止演算部を設けたことを特徴としたものである。
A second limiter for preventing overload is provided before the first limiter due to overload, and the second limiter is calculated from the upper limit output limit value Imax to the lower limit output limit value Iclim immediately before the overload occurs. This is characterized in that a load prevention calculation unit is provided.
本発明の請求項2は、前記過負荷防止演算部は、過負荷発生時の電流制限値をIolとし、連続定格出力相当電流をIconとしたとき、前記下限出力制限値IclimをIcon>Iclim>Iolに演算し、設定することを特徴としたものである。 According to a second aspect of the present invention, the overload prevention calculation unit sets the lower limit output limit value Iclim to Icon> Iclim>, where Iol is a current limit value when overload occurs and Icon is a current corresponding to a continuous rated output. It is characterized by calculating and setting to Iol.
本発明の請求項3は、前記過負荷防止演算部は、前記過負荷判定部による過負荷判定時に、短時間出力積算値Psumと、予め定められた過負荷となる最大の短時間出力積算値Pmaxが、Psum ≒Pmaxとなったときに前記下限出力制限値Iclimまで徐々に出力電流制限値Ilimitを下げ、短時間出力積算値Psum=0時には出力電流制限値Ilimitを前記最大の短時間出力積算値Pmaxまで徐々に上昇させることを特徴としたものである。 According to a third aspect of the present invention, the overload prevention calculation unit is configured to output a short-time output integrated value Psum and a maximum short-time output integrated value that is a predetermined overload when the overload determination unit determines overload. When Pmax becomes Psum ≒ Pmax, the output current limit value Ilimit is gradually lowered to the lower limit output limit value Iclim. It is characterized by gradually increasing to the value Pmax.
以上のとおり、本発明によれば、過負荷による出力制限の前段に、出力制御により出力制限をかけたことにより、過負荷による出力制限に伴う補償出力の持続的な低減を防止し、全体的な補償効果の向上が図れるものである。また、出力制御をゆっくりと減少または上昇させたことにより、過負荷による急な出力制限が防止されて電力系統、または負荷への悪影響を低減することが可能となるものである。 As described above, according to the present invention, since the output limit is applied by the output control before the output limit due to the overload, the continuous reduction of the compensation output due to the output limit due to the overload is prevented, and the overall Thus, the compensation effect can be improved. Further, by slowly decreasing or increasing the output control, it is possible to prevent a sudden output limitation due to overload and to reduce adverse effects on the power system or the load.
図1は、本発明の実施例を示す構成図で、図4との同一部分、若しくは相当する部分に同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、本発明は補償電圧演算部5と第1のリミッタ7との間に第2のリミッタ11を介挿すると共に、過負荷防止演算部10を設け、過負荷判定部6から過負荷判定信号をこの過負荷防止演算部10に出力するよう構成したものである。過負荷判定部6では、Psumの検出、演算を実行し、第1のリミッタ7における過負荷出力の電流制限値Iolによるリミッタ値の設定、判定を行って電流制御部8への補償電流指令を制限する。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. The same or corresponding parts as those in FIG. That is, according to the present invention, the
過負荷防止演算部10は、過負荷による制限とは別に、過負荷出力の電流制限値Iolと短時間定格出力の最大電流値Imaxとの間のIlimit-2(t)に下限出力制限値Iclimを設定する。つまり、下限出力制限値Iclimは、Icon>Iclim>Iolにより設定する。また、過負荷防止演算部10には、図2で示す過負荷防止のための制御モードを実行するために、入力された短時間定格出力の積算値Psum の変化状態を判別し、その積算値Psumの挙動状態に応じて、例えば期間t0〜t1(Psum <Pmax)、期間t1〜t2、期間t2〜t3、及び期間t3〜t4の各期間領域に対応した各別の演算手段を有している。
The overload
図3は、過負荷防止制御のためのフローチャートである。
先ず、図2で示す時刻t0において過負荷状態が発生(ステップS1)すると、過負荷判定部6では、Ilimit-1=Imaxの信号を第1のリミッタ7に出力して電流制御部8への補償電流指令を制限する。同時に過負荷防止演算部10にも検出したPsumを出力する。過負荷防止演算部10は、Psum< Pmaxの期間中である時刻t0〜t1ではステップS2で示すようにIlimit-2=Imaxとして特にリミッタ11に対する設定値の変更は行わない。
FIG. 3 is a flowchart for overload prevention control.
First, when an overload condition occurs at time t0 shown in FIG. 2 (step S1), the
時刻t1が経過してステップS3でPsum ≒Pmaxになると、過負荷防止演算部10はステップ4で(3)式を演算してリミット値Ilimit-2(t)を算出する。
Ilimit-2(t)=Imax−a1(Imax−Iclim)t …… (3)
a1は係数で、この係数a1はリミッタ11の出力制限によって出力が減少している期間中にPsum= Pmaxとならない値とし、また、補償対象に可能な限り影響を与えないような小さな値にされる。ここでは、Ilimit-2(t)の下限出力値は Iclimとする。
求められたIlimit-2(t)に基づいてリミッタ11は出力値を制御し、Ilimit-2(t)が下限の出力制限値Iclimになる時刻t2までランプ関数により徐々に下げる。
When time t1 has elapsed and Psum≈Pmax is reached in step S3, the overload
Ilimit-2 (t) = Imax−a1 (Imax−Iclim) t (3)
a1 is a coefficient, and the coefficient a1 is set to a value that does not become Psum = Pmax during the period in which the output is reduced due to the output limit of the
Based on the obtained Ilimit-2 (t), the
時刻t2〜t3までの期間は、Icon>Iclimとして設定されていることによりPsumはΔPnで減算され、時刻t3のステップS5でPsum=0と判断されると、ステップS6で(4)式を演算する。
Ilimit-2(t)=Iclim+a2(Imax−Iclim)t …… (4)
a2は係数で、a1とどうように設定される。また、ここで、Ilimit-2(t)の上限値はImaxとする。
すなわち、Psum=0まで減算した時刻t3となると、Ilimit-2(t)をランプ関数で徐々にImaxまで上昇させる。
During the period from time t2 to t3, Psum is subtracted by ΔPn because Icon> Iclim is set, and if it is determined that Psum = 0 in step S5 at time t3, formula (4) is calculated in step S6. To do.
Ilimit-2 (t) = Iclim + a2 (Imax−Iclim) t (4)
a2 is a coefficient and is set in the same manner as a1. Here, the upper limit value of Ilimit-2 (t) is Imax.
That is, at time t3 after subtraction to Psum = 0, Ilimit-2 (t) is gradually raised to Imax by a ramp function.
本発明によれば、過負荷による無効電力補償装置の保護はリミッタ7により従来と同様にして保護し、出力制限に伴う補償出力の低下、及び電力系統や負荷への悪影響に対しては過負荷防止演算部10とリミッタ11のルートで改善可能となるものである。
According to the present invention, protection of the reactive power compensator due to overload is protected by the
1… 連系変圧器
2… リアクトル
3… 自励式インバータ
4… 制御回路
5… 補償電圧演算部
6… 過負荷判定部
7… 第1のリミッタ
8… 電流制御部
9… PWM制御回路
10… 過負荷防止演算部
11… 第2のリミッタ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記過負荷による第1のリミッタの前段に、過負荷防止による第2のリミッタを設けると共に、過負荷発生直前に前記第2のリミッタを上限出力制限値Imaxから下限出力制限値Iclimに演算する過負荷防止演算部を設けたことを特徴とした静止形無効電力補償装置の過負荷防止装置。 A static reactive power compensator installed in an electric power system, provided with an overload determination unit, which restricts the current command value for the inverter in the static reactive power compensator with a limiter during overload to prevent overload ,
A second limiter for preventing overload is provided before the first limiter due to overload, and the second limiter is calculated from the upper limit output limit value Imax to the lower limit output limit value Iclim immediately before the overload occurs. An overload prevention device for a static reactive power compensator characterized by comprising a load prevention arithmetic unit.
When the overload determination unit determines an overload, the overload prevention calculation unit has a short-time output integrated value Psum and a maximum short-time output integrated value Pmax that becomes a predetermined overload, such that Psum≈Pmax. The output current limit value Ilimit is gradually reduced to the lower limit output limit value Iclim, and when the short-time output integrated value Psum = 0, the output current limit value Ilimit is gradually increased to the maximum short-term output integrated value Pmax. The overload prevention device for a static reactive power compensator according to claim 1 or 2.
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