JP7102776B2 - Static VAR compensator and its control circuit - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、電力系統の三相または二相短絡事故によって発生する瞬時電圧低下を補償する無効電力補償装置及びその制御回路に関するものである。 The present invention relates to, for example, a static power compensator for compensating for an instantaneous voltage sag caused by a three-phase or two-phase short-circuit accident in a power system and a control circuit thereof.
図2は、無効電力補償装置の概略的な構成図である。
図2において、電力系統20に連系される無効電力補償装置10は、インバータ11と変圧器12と遮断器13とを備えている。インバータ11は、例えば図3に示すように、直流中間回路に設けられるコンデンサ11aと、還流ダイオードが接続されたIGBTやGTOサイリスタ等の半導体スイッチング素子11b~11gにより構成されている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the static VAR compensator.
In FIG. 2, the
上記の無効電力補償装置10は、インバータ11の出力電圧Vi及び出力電流Iiを制御して電力系統20に無効電力を注入し、電力系統20のリアクタンス成分及び無効電流によって系統電圧Vsの変動を補償している。
The above-mentioned
図4は、無効電力補償装置10の制御回路を示すブロック図である。
図4において、正相成分演算器31は系統電圧Vsの正相分(正相電圧)を検出し、電圧指令値と電圧検出値との偏差が減算器32により演算される。電圧制御器33は、上記偏差を零にするように動作して無効電流指令IPq
*を演算する。図2の無効電力補償装置10は、この無効電流指令IPq
*に従ってインバータ11の半導体スイッチング素子11b~11gを制御し、電力系統20に無効電力を注入することにより、系統電圧Vsの変動を補償している。
この種の制御回路は、例えば特許文献1に記載されている。
FIG. 4 is a block diagram showing a control circuit of the
In FIG. 4, the positive
This type of control circuit is described in, for example, Patent Document 1.
なお、特許文献1には明示されていないが、電圧制御器33の出力側には、図4に示すようにリミッタ34が設けられている。すなわち、無効電流指令IPq
*に従ってインバータ11を構成する半導体スイッチング素子11b~11gや還流ダイオードに定格値以上の電流が流れるとこれらが破損する恐れがあるので、リミッタ34によって電流を定格値以下に制限しており、この技術は無効電力補償装置の制御回路として一般的である。
Although not specified in Patent Document 1, a
さて、近年では、太陽光や風力等の再生可能エネルギーを利用した分散型電源が電力系統に導入されてきている。これらの分散型電源を備えた電力系統において、三相または二相短絡事故等により瞬時電圧低下が発生した時に分散型電源が一斉に解列されてしまうと、系統全体の電圧や周波数の維持に大きな影響を与える。
そこで、非特許文献1に記載されているように、低圧または高圧の電力系統に連系される分散型電源には事故時運転継続要件(FRT要件)を満たすことが求められている。
By the way, in recent years, distributed power sources using renewable energy such as solar power and wind power have been introduced into electric power systems. In a power system equipped with these distributed power sources, if the distributed power sources are disconnected all at once when a momentary voltage sag occurs due to a three-phase or two-phase short-circuit accident, etc., the voltage and frequency of the entire system can be maintained. It has a big impact.
Therefore, as described in Non-Patent Document 1, the distributed power sources connected to the low-voltage or high-voltage power system are required to satisfy the accident operation continuation requirement (FRT requirement).
図5は、分散型電源と電力系統との間に設けられた連系変圧器のY結線側(高圧側)で三相短絡事故(図5(a))または二相短絡事故(図5(b))が発生した場合の線間電圧の変化を示しており、非特許文献1に記載されているものである。なお、三相各相をA,B,C相とする。
前述したFRT要件においては、図5(a),(b)に示すごとく、短絡事故によって残電圧が定格値の20%~30%に低下した場合でも、分散型電源の運転を一定時間、継続することが要求されている。
FIG. 5 shows a three-phase short-circuit accident (FIG. 5 (a)) or a two-phase short-circuit accident (FIG. 5 (Fig. 5)) on the Y connection side (high voltage side) of the interconnection transformer provided between the distributed power source and the power system. It shows the change of the line voltage when b)) occurs, and is described in Non-Patent Document 1. Each of the three phases is referred to as A, B, and C phases.
In the above-mentioned FRT requirements, as shown in FIGS. 5A and 5B, even if the residual voltage drops to 20% to 30% of the rated value due to a short circuit accident, the operation of the distributed power source is continued for a certain period of time. Is required to do.
図4に示した従来技術によれば、無効電力補償装置10の動作によって電力系統20の電圧変動を補償することが可能であり、その電圧補償効果は、無効電力補償装置10から出力される無効電流と電力系統20のリアクタンス成分とによって決定される。ここで、電力系統20のリアクタンス成分を無効電力補償装置10により制御することは不可能であるため、無効電流の大きさが系統電圧の補償効果を決定することになる。
According to the prior art shown in FIG. 4, it is possible to compensate the voltage fluctuation of the
特に、前述したFRT要件により規定された三相または二相短絡時の瞬時電圧低下を補償する場合には、瞬間的に大きく低下する系統電圧を補償するための無効電流を出力する必要があり、無効電力補償装置10から出力される無効電流はできるだけ大きくすることが望まれる。
この無効電流が小さく補償電圧が小さい場合には、系統電圧が低い状態が続いて分散型電源が解列してしまい、系統全体の電圧や周波数の維持に大きな影響を与えてしまう。
電力系統20に対する電圧補償能力を高めるには無効電力補償装置10の容量を大きくすれば良いが、装置容量を通常運転時に必要とされる以上の大きさにすることはコストの増加を招くという問題がある。
In particular, when compensating for the instantaneous voltage drop at the time of a three-phase or two-phase short circuit specified by the FRT requirement described above, it is necessary to output a reactive current for compensating for the system voltage that drops significantly momentarily. It is desirable that the reactive current output from the
If the reactive current is small and the compensation voltage is small, the system voltage remains low and the distributed power sources are disconnected, which greatly affects the maintenance of the voltage and frequency of the entire system.
In order to increase the voltage compensation capacity for the
そこで、本発明の解決課題は、装置容量を増大させることなく、系統電圧の瞬時低下時の電圧補償を確実に行い、分散型電源の解列を防止するようにした無効電力補償装置及びその制御回路を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is a static power compensator and its control that ensure voltage compensation when the system voltage drops instantaneously and prevent disconnection of the distributed power source without increasing the device capacity. To provide the circuit.
上記課題を解決するため、請求項1に係る無効電力補償装置は、インバータにより電力系統に無効電力を出力して系統電圧の変動を補償する無効電力補償装置において、
前記系統電圧が閾値以下に低下した時に、前記系統電圧の低下を解消するために前記無効電力補償装置の定格電流値を超える第1の無効電流を第1の時間にわたり前記インバータから出力させ、前記第1の時間の経過後に、この第1の時間に応じて予め設定された時間であって前記インバータを構成する半導体素子を冷却するための第2の時間に従って第2の無効電流を前記インバータから出力させるように無効電流指令を生成することを特徴とする。
In order to solve the above problem, the static power compensator according to claim 1 is a static power compensator that outputs invalid power to the power system by an inverter to compensate for fluctuations in the system voltage.
When the system voltage drops below the threshold value, a first reactive current exceeding the rated current value of the reactive power compensator is output from the inverter for a first time in order to eliminate the drop in the system voltage. After the lapse of the first time, a second reactive current is generated from the inverter according to a second time for cooling the semiconductor element constituting the inverter, which is a preset time according to the first time. It is characterized by generating a reactive current command so as to output it .
請求項2に係る無効電力補償装置の制御回路は、インバータにより電力系統に無効電力を出力して系統電圧の変動を補償する無効電力補償装置の制御回路において、
前記系統電圧が閾値以下に低下したことを判定する判定手段と、
前記無効電力補償装置の定格電流値を超える第1の無効電流指令と前記定格電流値以下の第2の無効電流指令とを切替可能とした切替手段と、
前記判定手段による判定信号に従って前記第1の無効電流指令を第1の時間にわたって選択し、かつ、前記第1の時間の経過後に、前記第1の時間に応じて予め設定された時間であって前記インバータを構成する半導体素子の冷却時間を考慮した第2の時間が経過するまでは前記第2の無効電流指令を選択するように前記切替手段を制御する手段と、
前記第1の無効電流指令または前記第2の無効電流指令に従って前記インバータを制御する手段と、
を備えたことを特徴とする。
The control circuit of the reactive power compensator according to claim 2 is the control circuit of the reactive power compensator that outputs the reactive power to the power system by the inverter to compensate for the fluctuation of the system voltage .
A determination means for determining that the system voltage has dropped below the threshold value, and
A switching means capable of switching between a first reactive current command that exceeds the rated current value of the reactive power compensator and a second reactive current command that is equal to or lower than the rated current value.
The first invalid current command is selected over the first time according to the determination signal by the determination means, and after the lapse of the first time, the time is set in advance according to the first time. A means for controlling the switching means so as to select the second invalid current command until a second time in consideration of the cooling time of the semiconductor element constituting the inverter elapses.
A means for controlling the inverter according to the first reactive current command or the second reactive current command, and
It is characterized by being equipped with .
本発明によれば、三相短絡や二相短絡事故等によって系統電圧が瞬時に低下した場合でも、装置の定格電流値を超える無効電流を短時間出力して系統電圧を増加させ、系統電圧の低下を補償することができる。これにより、分散型電源の解列を未然に防止して系統全体の電圧や周波数に悪影響を及ぼすことがない。
また、無効電力補償装置の容量を必要以上に大きくする必要がないため、コストの低減にも寄与する。
According to the present invention, even when the system voltage drops instantaneously due to a three-phase short circuit or a two-phase short circuit accident, an invalid current exceeding the rated current value of the device is output for a short time to increase the system voltage and increase the system voltage. The decline can be compensated. As a result, disconnection of the distributed power source is prevented and the voltage and frequency of the entire system are not adversely affected.
In addition, since it is not necessary to increase the capacity of the static power compensator more than necessary, it also contributes to cost reduction.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この実施形態に係る無効電力補償装置の制御回路のブロック図である。図1において、図4と同一の部分については同一の符号を付して説明を省略し、以下では図4との相違点を中心に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a control circuit of the static power compensator according to this embodiment. In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 4 are designated by the same reference numerals and description thereof will be omitted, and the differences from FIG. 4 will be mainly described below.
図1に示す実施形態では、正相電圧演算器31から出力される系統電圧検出値が電圧低下判定器37に入力されている。電圧低下判定器37は、系統電圧検出値が閾値未満になると一定時間(ΔT1とする)にわたり、または、この時間内で系統電圧の低下が解消されるまで、「High」レベルの電圧低下判定信号STAを出力する。
電圧低下判定信号STAはタイマ38に入力されており、タイマ38は、電圧低下判定信号STAが「Low」レベルになると、「High」レベルの強制停止信号STPを一定時間(ΔT2とする)だけ出力する。
In the embodiment shown in FIG. 1, the system voltage detection value output from the positive
The voltage drop determination signal STA is input to the
また、リミッタ34の出力側にはスイッチ(切替手段)35が設けられている。このスイッチ35の一方の入力端子Aにはリミッタ34の出力信号(第2の無効電流指令)が加えられ、他方の入力端子Bには、設定器36により設定された無効電流指令(第1の無効電流指令)が加えられている。設定器36には、リミッタ34による定格値(±100%)を超える大きさの第1の無効電流指令が設定されているが、その設定値と、電圧低下判定信号STAが「High」レベルを維持する時間ΔT1とは、インバータ11を構成する半導体スイッチング素子11b~11gや還流ダイオード等の素子が過熱によって破損しない許容範囲内で決定される。
Further, a switch (switching means) 35 is provided on the output side of the
スイッチ35は、前述した電圧低下判定信号STAが「High」レベルの時に入力端子Bを、判定信号STAが「Low」レベルの時に入力端子Aを選択するように切替可能であり、これらの入力端子A,Bの何れかの入力信号を無効電流指令IPq
*として出力する。
図2の無効電力補償装置10は、この無効電流指令IPq
*に従ってインバータ11の半導体スイッチング素子11b~11gを制御して電力系統20に無効電力を注入し、系統電圧Vsの変動を補償する。
The
The
なお、無効電流指令は無効電力指令と同義であるため、図1の実施形態において、無効電流指令の代わりに、無効電力指令を用いても良いことは言うまでもない。 Since the reactive current command is synonymous with the reactive power command, it goes without saying that the reactive power command may be used instead of the reactive current command in the embodiment of FIG.
次に、この実施形態の動作を詳述する。
系統電圧検出値が閾値を超えている通常時には、電圧低下判定信号STAが「Low」レベルであり、スイッチ35は入力端子A側に接続されている。このため、リミッタ34により定格電流値である100%以下に制限された第2の無効電流指令IPq
*が、スイッチ35を介して出力され、定格値以下の無効電力が電力系統20に注入されて電圧補償が行われる。
Next, the operation of this embodiment will be described in detail.
Normally, when the system voltage detection value exceeds the threshold value, the voltage drop determination signal STA is at the “Low” level, and the
また、電力系統20に三相または二相短絡事故等が発生して系統電圧Vsが瞬時に低下し、系統電圧検出値が閾値以下になった状態が所定時間継続すると、電圧低下判定器37による電圧低下判定信号STAが一定時間ΔT1にわたって「High」レベルになる。この電圧低下判定信号STAによりスイッチ35は入力端子B側に切り替わり、設定器36による予め設定されている設定値、すなわち、装置の定格電流値を超える第1の無効電流指令IPq
*がスイッチ35を介して出力される。
このため、上記の一定時間ΔT1では、第1の無効電流指令IPq
*に従ってインバータ11の半導体スイッチング素子11b~11gが動作することにより、定格値を超える無効電力が電力系統20に注入されて系統電圧Vsの低下を補償する。
Further, when a three-phase or two-phase short-circuit accident or the like occurs in the
Therefore, in the above-mentioned constant time ΔT 1 , the
系統電圧Vsが上昇して電圧低下判定信号STAが「Low」レベルになると、スイッチ35が入力端子A側に切り替わると共に、タイマ38は、一定時間(ΔT2とする)にわたって「High」レベルの強制停止信号STPを電圧低下判定器37に出力する。電圧低下判定器37では、強制停止信号STPが「High」レベルである時間ΔT2は電圧低下判定信号STAを「Low」レベルに保つことにより、リミッタ34を介した第2の無効電流指令IPq
*を出力する状態が維持される。強制停止信号STPが「High」レベルである時間ΔT2中は、インバータを構成する半導体素子を破損させないため、系統電圧Vsが所定の閾値以下になっても電圧低下判定信号STAは「Low」レベルを維持し「High」レベルになることはない。系統電圧Vsの低下が解消されず継続している場合は、ΔT2経過後に電圧低下判定信号STAは「High」レベルとなり、再度定格値を超える無効電力が電力系統20に注入されて系統電圧Vsの低下を補償する。
When the system voltage V s rises and the voltage drop determination signal STA reaches the "Low" level, the
なお、無効電力補償装置10が定格値以上の無効電力を出力していても、許容時間内に系統電圧Vsの低下が解消した場合には、系統電圧Vsが復帰するまでの時間に応じてインバータ11の半導体スイッチング素子11b~11gや還流ダイオード等の半導体素子を冷却すれば良い。
Even if the
すなわち、電圧低下判定信号STAが「High」レベルである時間ΔT1(定格電流値を超える無効電流を出力している時間)と、その後に電圧低下判定信号STAが「Low」レベルに移行してから信号STPを「High」レベルにして信号STAを「Low」レベルのまま維持する時間ΔT2(無効電流を定格電流値以下に抑制して半導体素子の冷却を促す時間)との間には一定の関係があることから、信号STAが「High」レベルである時間ΔT1に応じた信号STPの「High」レベルの時間ΔT2をテーブルデータとして予め用意しておき、このテーブルデータに基づいて上記の時間ΔT2を決定しても良い。 That is, the time ΔT 1 (the time during which the invalid current exceeding the rated current value is output) when the voltage drop judgment signal STA is at the “High” level, and then the voltage drop judgment signal STA shifts to the “Low” level. The time to keep the signal STP at the “High” level and the signal STA at the “Low” level ΔT 2 (the time to suppress the invalid current below the rated current value and promote the cooling of the semiconductor element) is constant. Therefore, the time ΔT 2 at the “High” level of the signal STP corresponding to the time ΔT 1 at which the signal STA is at the “High” level is prepared in advance as table data, and the above is based on this table data. The time ΔT 2 of may be determined.
以上のような動作により、無効電力補償装置10から出力される無効電流及び電圧補償量を、許容し得る短時間だけ大きくすることにより、電力系統20の短絡事故発生時における分散型電源の解列を抑制して系統全体の電圧や周波数の維持に悪影響が及ぶのを防止することができる。
By the above operation, the reactive current and the voltage compensation amount output from the reactive
なお、本発明の他の形態として信号STAが「High」レベルである時間ΔT1においてリミッタ34の制限値を100%以下から100%超に切り替えるようにしても良い。
As another embodiment of the present invention, the limit value of the
10:無効電力補償装置
11:インバータ
11a:コンデンサ。
11b~11g:半導体スイッチング素子
12:変圧器
13:遮断器
20:電力系統
31:正相電圧演算器
32:減算器
33:電圧制御器
34:リミッタ
35:スイッチ
36:設定器
37:電圧低下判定器
38:タイマ
10: Static power compensator 11:
11b to 11g: Semiconductor switching element 12: Transformer 13: Circuit breaker 20: Power system 31: Positive phase voltage calculator 32: Subtractor 33: Voltage controller 34: Limiter 35: Switch 36: Setting device 37: Voltage drop judgment Vessel 38: Timer
Claims (2)
前記系統電圧が閾値以下に低下した時に、前記系統電圧の低下を解消するために前記無効電力補償装置の定格電流値を超える第1の無効電流を第1の時間にわたり前記インバータから出力させ、前記第1の時間の経過後に、この第1の時間に応じて予め設定された時間であって前記インバータを構成する半導体素子を冷却するための第2の時間に従って第2の無効電流を前記インバータから出力させるように無効電流指令を生成することを特徴とする無効電力補償装置。 In an indemnity power compensator that outputs indemnity power to the power system by an inverter to compensate for fluctuations in system voltage.
When the system voltage drops below the threshold value, a first reactive current exceeding the rated current value of the reactive power compensator is output from the inverter for a first time in order to eliminate the drop in the system voltage. After the lapse of the first time, a second reactive current is generated from the inverter according to a second time for cooling the semiconductor element constituting the inverter, which is a preset time according to the first time. A reactive power compensator characterized in generating a reactive current command to output .
前記系統電圧が閾値以下に低下したことを判定する判定手段と、
前記無効電力補償装置の定格電流値を超える第1の無効電流指令と前記定格電流値以下の第2の無効電流指令とを切替可能とした切替手段と、
前記判定手段による判定信号に従って前記第1の無効電流指令を第1の時間にわたって選択し、かつ、前記第1の時間の経過後に、前記第1の時間に応じて予め設定された時間であって前記インバータを構成する半導体素子の冷却時間を考慮した第2の時間が経過するまでは前記第2の無効電流指令を選択するように前記切替手段を制御する手段と、
前記第1の無効電流指令または前記第2の無効電流指令に従って前記インバータを制御する手段と、
を備えたことを特徴とする無効電力補償装置の制御回路。 In the control circuit of the static power compensator that outputs the static power to the power system by the inverter and compensates for the fluctuation of the system voltage .
A determination means for determining that the system voltage has dropped below the threshold value, and
A switching means capable of switching between a first reactive current command that exceeds the rated current value of the reactive power compensator and a second reactive current command that is equal to or lower than the rated current value.
The first invalid current command is selected over the first time according to the determination signal by the determination means, and after the lapse of the first time, the time is set in advance according to the first time. A means for controlling the switching means so as to select the second invalid current command until a second time in consideration of the cooling time of the semiconductor element constituting the inverter elapses.
A means for controlling the inverter according to the first reactive current command or the second reactive current command, and
A control circuit for a static VAR compensator.
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