JPH10320063A - 静止形無効電力補償装置 - Google Patents
静止形無効電力補償装置Info
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Abstract
変動を補償することができる静止形無効電力補償装置を
提供する。 【解決手段】コンデンサ25,リアクトル21,26お
よび位相制御スイッチ手段24からなる無効電力制御回
路2と、電圧検出部11と、電流検出部12と、無効電
力を検出する無効電力検出部16と、設定電圧を記憶し
設定電圧を変更可能な設定電圧記憶部12と、電圧検出
部11の出力を入力し電力系統の電圧が設定電圧になる
ように位相制御スイッチ手段24を制御する電圧一定制
御部13と、無効電力検出部16の出力を入力して主回
路2の無効電力が所定の目標範囲内になるように設定電
圧を変更する制御部14とを備えている。
Description
する静止形無効電力補償装置およびその装置を有する電
力システムに関する。
統においては、大容量モータの起動時等に大きな電圧変
動が生じる。このような大容量で急変な負荷変動による
電圧変動を抑制するのに有効な装置の一つが静止形無効
電力補償装置であり、系統電圧が低下している場合には
進み無効電力を供給し、また、系統電圧が上昇している
場合には遅れ無効電力を供給して系統の電圧変動を補償
するものである。
いて説明する。図12は従来の静止形無効電力補償装置
を示すものである。2は無効電力制御回路、4は電力系
統、5は制御装置、6は計器用変圧器、21は第1のリ
アクトル、24は位相制御スイッチ手段、25はコンデ
ンサ、26は第2のリアクトル、51は電圧検出部、5
2は設定電圧記憶部、53は電圧一定制御部である。
電力補償装置(SVC)について、以下その動作につい
て説明する。計器用変圧器6に印加された電力系統4の
系統電圧に対応した電圧を電圧検出部51で検出し、系
統電圧が低下した場合は、電圧一定制御部53により無
効電力制御回路2の位相制御スイッチ手段24を制御し
て進み無効電力を供給し、逆に電圧が上昇した場合に
は、遅れ無効電力を供給して系統電圧が設定電圧記憶部
52の設定電圧を維持するように電圧一定制御を行う。
具体的には、計器用変圧器6の出力は電圧検出部51を
通して系統電圧値に変換され、その出力は設定電圧記憶
部52の電圧設定値と比較され、その差分が電圧一定制
御部53に入力される。電圧一定制御部53では電圧差
分値が0になるように位相制御スイッチ手段24を制御
して無効電力制御を行う。
より、電力系統4の系統電圧の変動を抑制することがで
きる。図13は従来例の動作説明図であり、同図(a)
は需要電力(kW)に対する設定電圧(V)であり、同
図(b)は需要電力(kW)に対する無効電力(kvar)
であり、電力系統の需要が一定の割合で徐々に増加した
と仮定した場合を示す。このように、従来の静止形無効
電力補償装置は低速の負荷変動に対しても容量を全て使
用して電圧一定制御を行うため、容量が上限値付近にあ
る時に大容量の急変な負荷が発生したとき、電圧補償が
殆ど行われず、大きな電圧変動が発生する。
動が問題となるような配電線には通常SVR(Step Vol
tage Regulator :自動電圧調整装置)が設置されてい
る。SVRとは複数段のタップを有するタップ付き単巻
きトランスのV結線またはスター結線で構成され、あら
かじめ設定された目標点の電圧がある設定値範囲内にな
るようにタップを自動変更する配電線の電圧安定化装置
である。SVRは機械式接点制御のため寿命を考慮して
応答を数十秒と遅く設定してある。SVRが既に設置さ
れている配電線に静止形無効電力補償装置を設置してS
VRと静止形無効電力補償装置を併用する場合、静止形
無効電力補償装置の方が応答が速いため、負荷変動によ
る電圧補正についてまず静止形無効電力補償装置が追従
して電圧を一定にする。そして静止形無効電力補償装置
の電力限界値を超えて(いわば振り切れて)電圧が変動
すると初めてSVRが動作する。従って、静止形無効電
力補償装置を設置するとSVRの切替回数が抑えられて
SVRの活用が不充分になり、かつ静止形無効電力補償
装置が容量限界値を超えていることが多くなる。このよ
うな時に大容量の急変な負荷が発生すると、電圧補償が
殆ど行われず、大きな電圧変動が発生する。
VRの動作の関係を図14の配電線系統で検証する。但
し、実配電線の変わりに模擬配電線系統を用いてシミュ
レ−ションを行った。模擬配電線系統は実配電線系統に
対して電圧は1/30倍,容量は1/200倍とし、配
電線は2km毎の抵抗とインダクタンスの集中定数で構
成した。30は変電所であり送り出し電圧は6800V
とした。SVR31は6km地点に設置され、タップ幅
135V,目標点は12km地点で目標電圧は6600
V±1.5%という設定にした。静止形無効電力補償装
置42は末端の18km地点に設置され容量600kv
arであり、設定電圧は6480Vとした。32,3
3,34,35は350kW,力率1の負荷10,1
2,14,16であり、10km地点から16km地点
まで2km毎に設置され、それぞれスイッチ37,3
8,39,40で入切できるようにした。これらの負荷
10,12,14,16は配電線に分布する低速に変化
する負荷を想定した。36は350kW遅れ力率0.7
の負荷18であり、スイッチ41をある時間だけ投入す
ることにより大容量モ−タの起動時等に発生する大容量
の急変な負荷を想定した。
止形無効電力補償装置の動作をシミュレーションした結
果を図15に示す。図15(a)の静止形無効電力補償
装置の電圧(SVC電圧)は静止形無効電力補償装置の
設置点の電圧の時間変化を示し、図15(b)の静止形
無効電力補償装置の出力(SVC出力)は静止形無効電
力補償装置42の無効電力出力の時間変化を示す。時間
軸は10秒/division(目盛り)である。初期状態は1
6km地点の負荷16のみが入っていて、SVR31の
初期タップは素通し位置とする。まず、低速な負荷変動
を模擬して、14km地点から12km地点の負荷1
4,12を順次投入していくと静止形無効電力補償装置
は順次200kvar、400kvarと、進み無効電
力を発生し設置点電圧を一定に保つ。従って、SVR3
1の目標点12km地点の電圧もほぼ一定に保たれてい
るためタップは変わらない。次に時点t11で10km地
点の負荷10を投入すると静止形無効電力補償装置42
は進み側に電力限界値を超えて電圧が下がる。このため
時点t12でSVR31のタップが一段上がる。すると静
止形無効電力補償装置42は電力限界値を超えた状態
(振り切れ状態)が解除されて電圧を一定にできる。し
かしこの状態では静止形無効電力補償装置42の無効電
力出力は進み側の電力限界値付近にあるので、ここでた
とえば時点t13で大容量の急変な負荷(18km地点の
負荷18)が投入されると、静止形無効電力補償装置4
2による電圧変動補償は殆ど行われず、大きな電圧降下
Pが発生する。ここでは図15(a)のように6060
Vまで落ち込み定格電圧6600Vの8.2%も電圧が
下がっている。
うに、低速の負荷変動に対してSVRより静止形無効電
力補償装置の方が速く追従して電圧を一定に保つため、
SVRのタップは殆ど上昇せず、また静止形無効電力補
償装置は無効電力出力の限界値付近で動作することにな
る。この状態でさらに大容量の急変な負荷が発生した場
合には大きな電圧変動が発生する。要するに従来の静止
形無効電力補償装置ではSVRの機能を有効に活用でき
ないことが発生する。
関係について述べてきたが、他の段階的な電圧制御を行
う機器、例えば単体或いは複数のコンデンサとスイッチ
素子で電圧制御を行う装置や、単体或いは複数のリアク
トルとスイッチ素子で電圧制御を行う装置や、それらの
複合装置などと、従来の静止形無効電力補償装置を同一
配電線で併用する場合にも同じような弊害が発生するこ
とがある。
置は電圧を一定にする制御を行っているので、負荷の変
化に伴う電圧変動を抑制するために無効電力を電力系統
に供給する。その結果、静止形無効電力補償装置の出力
が出力容量の上下の限界値あるいはその近傍になること
があり、そのような状態で大容量の急変な負荷が発生し
た場合には、静止形無効電力補償装置は補償効果を発揮
できず電力系統に大きな電圧変動が生じてしまうことに
なる。
ュレ−ションでも説明したように、SVRと静止形無効
電力補償装置を同一配電線で併用した場合に、SVRの
機能が充分働かずかつ静止形無効電力補償装置は容量が
不足して、大容量の急変な負荷に対して大きな電圧変動
を生じることがある。この発明は、上記従来の問題点を
解決するもので、大容量の急変な負荷の変動による大き
な電圧変動を補償することができる静止形無効電力補償
装置を提供することを目的とする。
効電力補償装置は、電力系統に接続されて無効電力発生
量を制御する無効電力制御回路と、電力系統の電圧を検
出する電圧検出部と、無効電力制御回路の入力電流を検
出する電流検出部と、電圧検出部の出力および電流検出
部の出力より無効電力を検出する無効電力検出部と、設
定電圧を記憶し設定電圧を変更可能な設定電圧記憶部
と、電圧検出部の出力を入力し電力系統の電圧が設定電
圧になるように無効電力制御回路を制御する電圧一定制
御部と、無効電力検出部の出力を入力して無効電力制御
回路の無効電力が所定の目標範囲内になるように設定電
圧記憶部の設定電圧を変更する制御部とを備えたもので
ある。
よれば、設定電圧に対して常に電圧一定制御を継続しな
がら、低速な負荷変動に対して設定電圧を変化し、無効
電力出力をある目標範囲内に保持するように動作して静
止形無効電力補償装置の出力に余裕を持たせている。そ
して大容量の急変な負荷の変動に対しては静止形無効電
力補償装置の保持されている無効電力容量を充分に活用
して電圧変動を抑えそれを補償することができる。
は、請求項1において、設定電圧の上限値および下限値
を設定するリミッタ部を有するものである。請求項2記
載の静止形無効電力補償装置によれば、請求項1の効果
のほか、設定電圧を変更する場合に、設定電圧が無制限
に変わって行くことを防止し、電力系統の電圧が極端に
大きく変動することを防止することができる。
は、請求項1または請求項2において、制御部が、無効
電力制御回路の無効電力が目標範囲にあるか否かを判断
し、目標範囲外になると目標範囲内となるまで所定時間
ごとに設定電圧を所定の刻み幅で変化する処理を行なう
ものである。請求項3記載の静止形無効電力補償装置に
よれば、請求項1または請求項2の効果のほか、所定時
間および設定電圧の所定の刻み幅を適切に設定すること
により、電力系統の負荷の特徴にあった制御を実現する
ことができ、とくに設定電圧を変えて行く周期を大容量
の急変な負荷の発生時間より長く設定すれば、その間で
設定電圧の変更は行われないので、大容量急変負荷によ
る電圧変動の補償を効果的に行うことができる。
は、請求項1または請求項2において、制御部が、無効
電力制御回路の無効電力が目標範囲にあるか否かを判断
し、目標範囲外になると目標範囲からの偏差量の積分を
開始し、その積分値の絶対値がある判定レベルを超えた
か否かを判定し、判定レベルを超えると設定電圧を所定
の刻み幅で変化するとともに積分値をクリアする処理を
行い、無効電力制御回路の無効電力が目標範囲内に入る
まで積分および設定電圧の変更を繰り返すようにするも
のである。
よれば、請求項1または請求項2の効果のほか、静止形
無効電力補償装置の目標となる無効電力からの偏差の積
分値で設定電圧を変えることにより、無効電力が大きく
ずれる程、すなわち逸脱の偏差量が大きいほど設定電圧
の所定の刻み幅での変更が頻繁に行われるので、請求項
3の場合より設定電圧を変える周期が短くなり、時間カ
ウントの場合よりも速く静止形無効電力補償装置の無効
電力出力を無効電力出力目標範囲に戻すことができる。
は、請求項3または請求項4において、制御部が、設定
電圧を所定の刻み幅で変更した時の無効電力制御回路の
無効電力出力の変化幅が、第1の所定レベル以上で第2
の所定レベル以下になるように所定の刻み幅を自動的に
変更する処理を行なうものである。請求項5記載の静止
形無効電力補償装置によれば、請求項3または請求項4
の効果のほか、静止形無効電力補償装置の出力の変化幅
がある範囲内に入るように設定電圧の刻み幅を自動変更
することにより、所定の刻み幅を最適化し、配電線ある
いは送電線のインピーダンスの違いに関係無く、設定電
圧のシフトに伴う無効電力出力の変化幅をある範囲内に
納めることができる。
1、請求項2、請求項3、請求項4または請求項5記載
の静止形無効電力補償装置と、段階的に電圧を制御する
電圧調整装置とを電力系統に接続したものである。請求
項6記載の電力システムによれば、請求項1から請求項
5の効果のほか、段階的な電圧調整装置で低速で定常的
な負荷による電圧変動を補償し、静止形無効電力補償装
置で大容量の急変な負荷による電圧変動を補償すること
ができる。段階的な電圧調整装置の例としてSVR(St
ep Voltage Regulator)の例で説明すると、従来の静止
形無効電力補償装置の設定電圧が固定されている場合の
電圧一定制御では低速の負荷変動に対して静止形無効電
力補償装置の方が先に応答するため、SVRのタップは
上昇せず静止形無効電力補償装置が電力限界値を超えて
しまう。その状態で大容量の急変な負荷が発生すると、
静止形無効電力補償装置に補償容量が残っていないため
大きな電圧変動が発生する。これに対し、この発明の静
止形無効電力補償装置では低速の負荷増加に対して出力
容量がある目標範囲内に入るように設定電圧を変えて行
くため、SVRは電圧降下を検出してタップを上げて電
圧降下を補償する。一方静止形無効電力補償装置は無効
電力出力をある目標範囲内に維持しているため、大容量
の急変な負荷に対して静止形無効電力補償装置の特徴で
ある高速性を活かして電圧変動補償を実現できる。以上
は負荷の増加による電圧降下の例で説明したが、負荷の
減少或いはコンデンサ負荷の増加による電圧上昇に対し
ても同じ効果が得られる。
1ないし図3に基づいて説明する。図1はこの発明の第
1の実施の形態を示し、これは請求項1,3,4,5に
対応するものである。図1において、1は制御装置、2
は無効電力制御回路、4は電力系統、6は計器用変圧
器、11は電圧検出部、12は設定電圧記憶部で、13
は電圧一定制御部、以上は従来の構成と同様なものであ
る。また無効電力制御回路2の構成は従来例と同じであ
り、同じ要素に同一符号を付している。従来の構成と異
なるのは、変流器7と、制御部14と、無効電力出力目
標範囲指令部15と、無効電力検出部16と、電流検出
部17とを追加したことである。
統に接続されて無効電力発生量を制御するもので、実施
の形態ではコンデンサ25とリアクトル21,26と半
導体スイッチ手段である位相制御スイッチ手段24とか
らなる。電圧検出部11は電力系統4の電圧を検出する
もので、電力系統4に接続されて電力系統4の電圧を測
定する計器用変圧器6の出力を入力している。電流検出
部17は無効電力制御回路2の入力電流を検出するもの
で、無効電力制御回路2の入力電流を測定する変流器7
の出力を入力している。無効電力検出部16は電圧検出
部11の出力および電流検出部17の出力より無効電力
制御回路2の無効電力を検出する。設定電圧記憶部12
は設定電圧を記憶し設定電圧を変更可能なものである。
電圧一定制御部13は、電圧検出部11の出力を入力し
電力系統4の電圧が設定電圧になるように位相制御スイ
ッチ手段24を制御する。無効電力目標範囲指令部15
は無効電力制御回路2の無効電力出力の所定の目標範囲
を設定し、制御部14に出力するものである。制御部1
4は無効電力制御回路2の無効電力が無効電力目標範囲
指令部15で設定した所定の目標範囲内になるように設
定電圧記憶部12の設定電圧を変更する。すなわち、無
効電力検出部16の出力と無効電力出力目標範囲指令部
15の出力を入力とし、無効電力制御回路2の無効電力
出力を定常的には無効電力出力目標範囲Qu〜Ql内に
納めるように設定電圧記憶部12に記憶されている設定
電圧を自動変更する。
対応するが、無効電力制御回路2の無効電力が目標範囲
Qu〜Qlにあるか否かを判断し、目標範囲外になると
目標範囲内となるまで所定時間Tsごとに設定電圧Vs
を所定の刻み幅ΔVで変化する処理を行なう。図2に制
御部14のフローチャートを示す。すなわち、ステップ
S1で無効電力Qを検出し、ステップS2で無効電力Q
が無効電力目標範囲の上限値Quと無効電力目標の下限
値Qlとの範囲内にあるか否かを判断し、範囲内(ye
s)であればステップS10でタイマのタイマ値Tをク
リアし、再度ステップS1に戻る。無効電力目標範囲Q
u〜Ql内でなれれば、ステップS3で無効電力Qが無
効電力目標範囲の上限値Quを超えているか否かを判断
し、超えていればステップS4でタイマのスタート(タ
イマがスタートしていないとき)またはタイマ値Tのカ
ウントアップ(タイマがスタートしているとき)を行
い、ステップS5でタイマ値Tが所定時間Ts以上にな
ったか否かを判断し、所定時間Ts以上でなければステ
ップS1に戻り、所定時間Ts以上であればステップS
6で設定電圧Vsを所定の刻み幅ΔVを引き算する。つ
ぎにステップS10でタイマ値Tをクリアしてステップ
S1に戻る。またステップS3で無効電力Qが無効電力
目標範囲の上限値Quを超えていなければ、無効電力Q
は下限値Qlよりも下であるから、ステップS7でタイ
マのスタートまたはタイマ値Tのカウントアップを行
い、ステップS8でタイマ値Tが所定時間Ts以上にな
ったか否かを判断し、所定時間Ts以上でなければステ
ップS1に戻り、所定時間Ts以上であればステップS
9で設定電圧Vsを所定の刻み幅ΔVを足し算する。そ
してステップS10でタイマ値Tをクリアしてステップ
S1に戻る。
遅れを負で表示している。また無効電力Qの検出は例え
ば交流の半周期に1回の周期で行なわれる。上記のよう
に構成された静止形無効電力補償装置(SVC)につい
て、以下その動作を説明する。すわなち、この第1の実
施の形態でも従来例と同じように設定電圧記憶部12の
設定電圧を基準値として電圧一定制御部13で電圧一定
制御を常時行う。それに加えて第1の実施の形態では、
電圧検出部11からの出力と電流検出部17からの出力
より計算された無効電力Qと、無効電力出力目標範囲指
令部15から出力された無効電力出力目標範囲Qu〜Q
lを比較して、制御部14は無効電力出力が無効電力出
力目標範囲Qu〜Qlを逸脱すれば、無効電力出力目標
範囲Qu〜Qlに入るように設定電圧Vsを変更して行
くという特徴がある。これにより、定常時静止形無効電
力補償装置は無効電力出力目標範囲Qu〜Ql内に待機
しておき、大容量の急変な負荷に対応する容量を確保す
ることができる。
り、この図3は電力系統の需要が一定の割合で徐々に増
加したと仮定した場合を示し、静止形無効電力補償装置
は図3(b)に示すように図3(a)の設定電圧Vsを
維持するために進み無効電力を徐々に増やして行く。そ
して無効電力Qが無効電力出力目標範囲Qu〜Qlを逸
脱すると、すなわちこの図(b)では無効電力Qが目標
範囲Qu〜Qlの上限値Quを超えたとき、所定時間T
sを経過したら、図(a)に示すように設定電圧Vsを
所定の刻み幅ΔV下げて無効電力Qの出力を無効電力目
標範囲Qu〜Ql内に戻す。第1の実施の形態では負荷
変動が小さく1回の設定電圧Vsの変更で無効電力目標
範囲に戻っているが、負荷変動が大きい場合は複数回連
続で所定時間Tsのカウントと設定電圧Vsの変更を繰
り返して静止形無効電力補償装置の無効電力を無効電力
目標範囲Qu〜Ql内に戻す。また所定時間Tsのカウ
ント中に負荷変動が発生し、所定時間Tsの経過前に静
止形無効電力補償装置の出力が無効電力出力目標範囲Q
u〜Ql内に戻ったら所定時間Tsのカウントはクリア
し設定電圧Vsの変更も行わない。
の形態の静止形無効電力補償装置は、電力系統の需要電
力が増加した場合でも出力可能な無効電力を確保するこ
とができ、大容量の急変な負荷変動が発生した場合の大
きな電圧変動を補償することができる。例えば、大容量
モータ起動時等の瞬時的な電圧変動に対しては所定時間
を大容量モータの起動時間より長く設定しておけば、静
止形無効電力補償装置は定常時に確保している動作容量
で大容量モータ起動時の電圧変動を補償することができ
る。
して常に電圧一定制御を継続しながら、低速な負荷変動
に対して設定電圧を変化し、無効電力出力をある目標範
囲内に保持するように動作して静止形無効電力補償装置
の出力に余裕を持たせておく。そして大容量の急変な負
荷に対しては静止形無効電力補償装置の保持されている
無効電力容量を充分に活用して電圧変動を抑えそれを補
償することができる。
幅を適切に設定することにより、電力系統の負荷の特徴
にあった制御を実現することができ、とくに設定電圧を
変えて行く周期を大容量の急変な負荷の発生時間より長
く設定すれば、その間で設定電圧の変更は行われないの
で、大容量の急変な負荷による電圧変動の補償を効果的
に行うことができる。
に対応する第2の実施の形態を図4および図5に示す。
すなわち、全体構成は図1と同じであるが、制御部14
は、無効電力制御回路2の無効電力が目標範囲にあるか
否かを判断し、目標範囲Qu〜Ql外になると目標範囲
からの偏差量の積分を開始し、その積分値Qsの絶対値
がある判定レベルQiを超えたか否かを判定し、判定レ
ベルQiを超えると設定電圧Vsを所定の刻み幅ΔVで
変化するとともに積分値Qsをクリアする処理を行い、
無効電力制御回路2の無効電力が目標範囲内に入るまで
積分および設定電圧Vsの変更を繰り返す。
する。すなわち、ステップS11で積分値Qsをクリア
し、ステップS12で無効電力Qを検出し、ステップS
13で無効電力Qが無効電力出力目標範囲Qu〜Qlの
範囲内か否かを判断し、範囲内(yes)であればステ
ップS11に戻る。範囲外であれば、ステップS14で
無効電力Qが上限値Quを超えているか否かを判断し、
超えていればステップS15で上限値Quと無効電力Q
の差分値q(絶対値)を求め、ステップS16で積分値
Qsにqを足し算し、ステップS17で積分値Qsが判
定レベルQi以上であるか否かを判断し、否であればス
テップS12にもどり、判定レベル以上であればステッ
プS18で設定電圧Vsから所定の刻み幅ΔVを引き算
し、ステップS11にもどる。またステップS14で無
効電力Qが上限値Quを超えていなければ、無効電力Q
は下限値Qlよりも下側であるから、ステップS19で
下限値Qlと無効電力との差分値qを求め、ステップS
20で積分値に差分値q(絶対値)を足し算し、ステッ
プS21で積分値が判定レベルQiを超えたか否かを判
断し、否であればステップS12にもどり、超えていれ
ばステップS22で設定電圧Vsに所定の刻み幅ΔVを
足し算して、ステップS11にもどる。ただし、無効電
力は進みを正で表示し、遅れを負で表示している。
は第1の実施の形態の説明と同じである。異なるところ
は静止形無効電力補償装置の無効電力出力が無効電力目
標範囲Qu〜Qlを逸脱した時に第1の実施の形態では
単に所定時間Tsをカウントするのに対し、第2の実施
の形態では静止形無効電力補償装置の無効電力Qと無効
電力目標範囲との差分の積分値を演算することである。
そしてその積分値(斜線部)Qsがある判定レベルQi
を超えるか否かを判断し、超えれば設定電圧Vsを所定
の刻み幅ΔV下げて無効電力出力を無効電力目標範囲Q
u〜Ql内に戻す。図5では負荷変動が小さく1回の設
定電圧Vsの変更で無効電力目標範囲に戻っているが、
負荷変動が大きい場合は複数回連続で積分演算と設定電
圧Vsの変更を繰り返して静止形無効電力補償装置の無
効電力Qを無効電力目標範囲Qu〜Ql内に戻す。また
積分中に負荷変動が発生し積分値がある判定レベルQi
を超える前に静止形無効電力補償装置の出力が無効電力
出力目標範囲Qu〜Ql内に戻ったら積分値はクリアし
設定電圧Vsの変更も行わない。
態の静止形無効電力補償装置は、電力系統の需要電力が
増加した場合でも出力可能な無効電力を確保することが
でき、大容量の急変の負荷変動が発生した場合の大きな
電圧変動を補償することができる。第2の実施の形態に
よれば、静止形無効電力補償装置の目標となる無効電力
からの偏差の積分値で設定電圧Vsを変えることによ
り、無効電力が目標から大きくずれる程、すなわち逸脱
の偏差量が大きいほど設定電圧Vsの所定の刻み幅ΔV
での変更が頻繁に行われるので、第1の実施の形態より
も設定電圧Vsを変える周期が短くなり、時間カウント
の場合よりも速く静止形無効電力補償装置の無効電力出
力を無効電力出力目標範囲に戻すことができる。
に対応する第3の実施の形態を図6および図7に示す。
すなわち、全体構成は図1と同じであるが、その制御部
14は、設定電圧Vsを所定の刻み幅ΔVで変更した時
の無効電力制御回路2の無効電力出力の変化幅が、第1
の所定レベルΔQ1 以上で第2の所定レベルΔQ2 以下
になるように所定の刻み幅ΔVを自動的に変更する処理
を行なうものである。
すなわち、ステップS1で無効電力Qを検出し、ステッ
プS2で無効電力Qが無効電力目標範囲の上限値Quと
無効電力目標の下限値Qlとの範囲内にあるか否かを判
断し、範囲内(yes)であればステップS10でタイ
マのタイマ値Tをクリアし、再度ステップS1に戻る。
無効電力目標範囲内でなければ、ステップS3で無効電
力Qが無効電力目標範囲の上限値Quを超えているか否
かを判断し、超えていればステップS4でタイマのスタ
ートまたはタイマ値Tのカウントアップを行い、ステッ
プS28でタイマ値Tが所定時間Ts以上になったか否
かを判断し、所定時間Ts以上でなければステップS1
に戻り、所定時間Ts以上であればステップS29で設
定電圧変更前の無効電力QをQmとし、ステップS30
で設定電圧Vsから所定の刻み幅ΔVを引き算し、つぎ
にステップS31で無効電力Qを検出し、ステップS3
2で無効電力Qと設定前の無効電力Qmの差の絶対値が
第2の所定レベルΔQ2 より大きいか否かを判断し、大
きくないときはステップS34に移行し、大きいときは
ステップS33で所定の刻み幅ΔVから自動変更幅εを
引き算してステップS34に移行し、ステップS34で
無効電力Qと設定前の無効電力Qmの差の絶対値が第1
の所定レベルΔQ1 より小さいか否かを判断し、小さく
なければステップS10に移行し、小さければステップ
S35で所定の刻み幅ΔVに自動変更幅εを足し算して
ステップS10に移行する。ステップS10でタイマ値
TをクリアしてステップS1に戻る。
目標範囲の上限値Quを超えていなければ、無効電力Q
が下限値Qlよりも下になるので、ステップS7でタイ
マのスタートまたはタイマ値Tのカウントアップを行
い、ステップS37でタイマ値Tが所定時間Ts以上に
なったか否かを判断し、所定時間Ts以上でなければス
テップS1に戻り、所定時間Ts以上であればステップ
S38で設定電圧変更前の無効電力QをQmとし、ステ
ップS39で設定電圧Vsに所定の刻み幅ΔVを足し算
し、ステップS31に移行する。ただし、無効電力は進
みを正で表示し、遅れを負で表示している。
と同じである。異なる所は設定電圧の所定の刻み幅ΔV
を無効電力の変化幅が第1の所定レベルΔQ1 以上で第
2の所定レベルΔQ2 以下に入るように自動変更する点
である。図7は設定電圧Vsの所定の刻み幅ΔVが小さ
すぎた例を示しており、前記のフローチャートにしたが
って静止形無効電力補償装置の無効電力出力の変化幅
(|Q−Qm|)が第1の所定レベルΔQ1 以上になる
まで設定電圧Vsの所定の刻み幅ΔVを広げていってい
る。
場合は無効電力出力の変化幅が第2の所定レベルΔQ2
以下になるように設定電圧Vsの所定の刻み幅ΔVを狭
めて行く。静止形無効電力補償装置の設置位置によって
電力系統の配電線或いは送電線のインピーダンスが異な
るため、設定電圧Vsの所定の刻み幅ΔVに対する無効
電力出力の変化幅(|Q−Qm|)が異なる。それに対
応するため、この機能により静止形無効電力補償装置の
無効電力出力の変化幅(|Q−Qm|)を第1の所定レ
ベルΔQ1 以上で第2の所定レベルΔQ2 以下になるよ
うにすることができる。
力目標範囲の幅(Qu−Ql)以下にすれば、設定電圧
Vsの所定の刻み幅ΔVが大きすぎてハンチングが起っ
た場合に自動的にハンチングを収束させることができ
る。第3の実施の形態によれば、静止形無効電力補償装
置の出力の変化幅(|Q−Qm|)がある範囲内に入る
ように設定電圧Vsの刻み幅ΔVを自動変更することに
より、所定の刻み幅ΔVを最適化し、配電線あるいは送
電線のインピーダンスの違いに関係無く、設定電圧Vs
のシフトに伴う無効電力出力の変化幅(|Q−Qm|)
をある範囲内に納めることができる。
にも適用することができる。たとえばステップS18,
ステップS22の前にステップS29,ステップS38
を設け、ステップS18,ステップS22の後にステッ
プS31からステップS35までを追加することによ
り、前記と同様な効果を得ることができる。 (第4の実施の形態)この発明の請求項2に対応する第
4の実施の形態を図8および図9に示す。すなわち、第
1の実施の形態において、設定電圧記憶部12と電圧一
定制御部13の間にリミッタ部8を設け、設定電圧の指
令値に上限値および下限値を設定するようにしたもので
あり、その他の構成は第1の実施の形態と同様である。
荷の増加に伴い同図(a)のように設定電圧を下げて行
くが、設定電圧Vsが下限値Vs1 に達したら設定電圧
Vsを固定する。これにより電力系統の電圧が無制限に
下降することを防止する。すなわち、第1の実施の形態
では例えば電力系統の負荷が増加した場合、設定電圧V
sは無制限に下がって行き、電力系統の電圧管理基準を
大きく逸脱することも有り得る。これに対し第4の実施
の形態では設定電圧Vsに上下限値を設けることで静止
形無効電力補償装置の本来の機能である電圧一定制御を
有効に活用して、電力系統の電圧が極端に上昇あるいは
下降することを防止することができる。
を変更する場合に、設定電圧が無制限に変わって行くこ
とを防止でき、電力系統の電圧が極端に大きく変動する
ことを防止することができる効果がある。その他の効果
は第1の実施の形態と同様である。また第4の実施の形
態は、第2の実施の形態および第3の実施の形態にも適
用することができる。
に対応する第5の実施の形態の電力システムを図10お
よび図11に示す。すなわち、図14の従来例と同じ配
電線系統に従来形の静止形無効電力補償装置の代わりに
請求項1から5の静止形無効電力補償装置である静止形
無効電力補償装置43を設置した構成である。この電力
システムは、静止形無効電力補償装置43と段階的に電
圧を制御する電圧調整装置であるSVRとを電力系統で
ある配電線系統に接続して構成されている。
2,3に対応する第1の実施の形態および第4の実施の
形態の静止形無効電力補償装置の例で説明する。図11
に動作説明図を示す。これは実配電線の変わりに模擬配
電線系統を用いてシミュレーションを行った結果であ
り、これを用いて動作を説明する。模擬配電線系統は実
配電線系統に対して電圧は1/30倍,容量は1/20
0倍とし、配電線は2km毎の抵抗とインダクタンスの
集中定数で構成した。30は変電所であり送り出し電圧
は6800Vとした。SVR31は6km地点に設置さ
れ、タップ幅135V,目標点は12km地点で目標電
圧は6600V±1.5%という設定にした。静止形無
効電力補償装置43は末端の18km地点に設置され容
量600kvarであり、設定電圧を6480V、設定
電圧の下限値を6240V、無効電力出力目標範囲を±
60kvarの範囲、設定電圧の刻み幅を30Vでそれ
を変化させる所定時間を3秒とした。32,33,3
4,35は350kW,力率1の負荷であり、10km
地点から16km地点まで2km毎に設置され、それぞ
れスイッチ37,38,39,40で入切できるように
した。これらの負荷は配電線に分布する低速に変化する
負荷を想定した。36は350kW遅れ力率0.7の負
荷であり、大容量モ−タの起動時等に発生する大容量急
変負荷を想定した。これはスイッチ41で入切される。
説明する。図11(a)の静止形無効電力補償装置の電
圧(SVC電圧)は静止形無効電力補償装置の設置点の
電圧の時間変化を示し、同図(b)の静止形無効電力補
償装置の出力(SVC出力)は静止形無効電力補償装置
43の無効電力出力の時間変化を示す。時間軸は10秒
/div(目盛り)である。初期状態は16km地点の
負荷16のみが入っていて、SVR31の初期タップは
素通し位置とする。低速な負荷変動を模擬して、14k
m地点から12km地点の負荷14,12を順次投入し
ていく。まず、時点t1 で14km地点の負荷14を投
入すると、静止形無効電力補償装置43は進み200k
varを出力し±60kvarの範囲を脱するので、3
秒毎に設定電圧を30Vづつ下げて、出力を±60kv
ar内に戻す。すると同図(a)のように配電線の電圧
が下がっているので、時点t2 でSVRが電圧変動を検
出してそのタップが1段上昇(+1)し、今度は静止形
無効電力補償装置43の出力は±60kvarから遅れ
側に逸脱するので、静止形無効電力補償装置43は3秒
後の時点t3 に設定電圧を30V上昇して出力を±60
kvar内に戻し定常状態になる。
2,10を順次投入していくと(時点t4 ,t5 )、静
止形無効電力補償装置43の設定電圧およびSVRのタ
ップは図11に示すようなシーケンス(+2がt6 、+
3がt7 、+4がt8 )で変化して、最終は静止形無効
電力補償装置43が設定電圧6330V、無効電力出力
遅れ60kvarで定常状態であり、静止形無効電力補
償装置43は進み容量を充分残している状態である。従
って、ここで大容量急変負荷(18km地点の負荷)1
8が投入されると(時点t9 )、静止形無効電力補償装
置43は図(b)のように進み無効電力を約500kv
ar出力して電圧降下を補償するので、静止形無効電力
補償装置電圧は図(a)のように一定に保たれる。以上
のシミュレ−ション結果から分かるように、従来例では
図15のようにSVRのタップが1段しか動作せず、静
止形無効電力補償装置42の進み容量に余裕が無く、大
容量急変負荷に対して大きな電圧降下(6060V)が
発生していたのに対し、第5の実施の形態ではSVRの
タップが4段上昇し静止形無効電力補償装置も進み容量
を充分残していたので、大容量急変負荷に対して電圧変
動は発生せず、6330Vを保つことができた。
無効電力の目標範囲を0kvar付近に設定した例で説
明したが、これを遅れの上限値付近に設定すれば大容量
急変負荷に対して静止形無効電力補償装置は遅れ側から
進み側まで動作可能となり定格容量の約2倍の容量で電
圧変動の補償を行うことができる。例えば、定格容量が
±600kvarの静止形無効電力補償装置を例に取る
と、出力無効電力の目標範囲を遅れの600kvar付
近に設定すれば、大容量急変負荷に対して進み600k
varまで差し引き1200kvarの容量で電圧変動
を抑制することができる。
3の関係について述べてきたが、SVRに限らず、他の
段階的な電圧制御を行う機器、例えば単体あるいは複数
のコンデンサとスイッチ素子で電圧制御を行う装置や、
単体あるいは複数のリアクトルとスイッチ素子で電圧制
御を行う装置や、それらの複合装置などと、この発明の
静止形無効電力補償装置を同一配電線で併用する場合に
も同じような効果を得ることができる。
2,3の静止形無効電力補償装置を例にして説明した
が、請求項4,5に対応する静止形無効電力補償装置に
ついても同様な効果が得られる。また上記は負荷の増加
による電圧降下の例で説明したが、この静止形無効電力
補償装置は負荷の減少あるいはコンデンサ負荷の増加に
よる電圧上昇に対しても同じ効果が得られる。
線および配電線とそれに接続されている負荷や発電機等
を含む系統を指す。さらに、実施の形態の無効電力制御
回路2は別の構成を用いてもよい。たとえば一例とし
て、負荷に応じてコンデンサおよびリアクトルのうちコ
ンデンサのみからなり、これに位相制御スイッチ手段を
直列に接続したものや、リアクトルのみからなりこれを
位相制御スイッチ手段により制御するものでもよい。ま
た半導体スイッチとしてトランジスタを用いた自励式イ
ンバータ回路を用いてもよい。
圧,無効電力出力目標範囲,設定電圧の刻み幅,設定電
圧の上下限値,所定時間,積分値の判定レベル,無効電
力の変化幅の第1の所定レベルおよび第2の所定レベル
等)は構成図は省略しているが外部からキ−操作等で設
定することが可能であり、系統条件に合せて最適なパラ
メ−タを設定できるものとする。
演算部としたが、処理手段としてはコンピュータのみに
限らないものとする。
によれば、設定電圧に対して常に電圧一定制御を継続し
ながら、低速な負荷変動に対して設定電圧を変化し、無
効電力出力をある目標範囲内に保持するように動作して
静止形無効電力補償装置の出力に余裕を持たせている。
そして大容量の急変な負荷の変動に対しては静止形無効
電力補償装置の保持されている無効電力容量を充分に活
用して電圧変動を抑えそれを補償することができる。
よれば、請求項1の効果のほか、設定電圧を変更する場
合に、設定電圧が無制限に変わって行くことを防止し、
電力系統の電圧が極端に大きく変動することを防止する
ことができる。請求項3記載の静止形無効電力補償装置
によれば、請求項1または請求項2の効果のほか、所定
時間および設定電圧の所定の刻み幅を適切に設定するこ
とにより、電力系統の負荷の特徴にあった制御を実現す
ることができ、とくに設定電圧を変えて行く周期を大容
量の急変な負荷の発生時間より長く設定すれば、その間
で設定電圧の変更は行われないので、大容量急変負荷に
よる電圧変動の補償を効果的に行うことができる。
よれば、請求項1または請求項2の効果のほか、静止形
無効電力補償装置の目標となる無効電力からの偏差の積
分値で設定電圧を変えることにより、無効電力が大きく
ずれる程、すなわち逸脱の偏差量が大きいほど設定電圧
の所定の刻み幅での変更が頻繁に行われるので、請求項
3の場合より設定電圧を変える周期が短くなり、時間カ
ウントの場合よりも速く静止形無効電力補償装置の無効
電力出力を無効電力出力目標範囲に戻すことができる。
よれば、請求項3または請求項4の効果のほか、静止形
無効電力補償装置の出力の変化幅がある範囲内に入るよ
うに設定電圧の刻み幅を自動変更することにより、所定
の刻み幅を最適化し、配電線あるいは送電線のインピー
ダンスの違いに関係無く、設定電圧のシフトに伴う無効
電力出力の変化幅をある範囲内に納めることができる。
求項1から請求項5の効果のほか、段階的な電圧調整装
置で低速で定常的な負荷による電圧変動を補償し、静止
形無効電力補償装置で大容量の急変な負荷による電圧変
動を補償することができる。段階的な電圧調整装置の例
としてSVR(Step Voltage Regulator)の例で説明す
ると、従来の静止形無効電力補償装置の設定電圧が固定
されている場合の電圧一定制御では低速の負荷変動に対
して静止形無効電力補償装置の方が先に応答するため、
SVRのタップは上昇せず静止形無効電力補償装置が電
力限界値を超えてしまう。その状態で大容量の急変な負
荷が発生すると、静止形無効電力補償装置に補償容量が
残っていないため大きな電圧変動が発生する。これに対
し、この発明の静止形無効電力補償装置では低速の負荷
変動に対して出力容量がある目標範囲内に入るように設
定電圧を変えて行くため、SVRは電圧降下を検出して
タップを上げて電圧降下を補償する。一方静止形無効電
力補償装置は無効電力出力をある目標範囲内に維持して
いるため、大容量の急変な負荷に対して静止形無効電力
補償装置の特徴である高速性を活かして電圧変動補償を
実現できる。以上は負荷の増加による電圧降下の例で説
明したが、負荷の減少或いはコンデンサ負荷の増加によ
る電圧上昇に対しても同じ効果が得られる。
補償装置の構成図である。
要電力に対する動作説明図である。
ある。
要電力に対する動作説明図である。
ある。
要電力に対する動作説明図である。
構成図である。
および無効電力(b)の需要電力に対する動作説明図で
ある。
をSVRが設置されている配電線に設置した電力システ
ムの説明図である。
び静止形無効電力補償装置出力(b)の負荷に対する動
作説明図である。
ある。
(a)および無効電力(b)の需要電力に対する動作説
明図である。
設置されている配電線に設置した電力システムの説明図
である。
び静止形無効電力補償装置出力(b)の負荷に対する動
作説明図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 電力系統に接続されて無効電力発生量を
制御する無効電力制御回路と、前記電力系統の電圧を検
出する電圧検出部と、前記無効電力制御回路の入力電流
を検出する電流検出部と、前記電圧検出部の出力および
前記電流検出部の出力より無効電力を検出する無効電力
検出部と、設定電圧を記憶し前記設定電圧を変更可能な
設定電圧記憶部と、前記電圧検出部の出力を入力し前記
電力系統の電圧が前記設定電圧になるように前記無効電
力制御回路を制御する電圧一定制御部と、前記無効電力
検出部の出力を入力して前記無効電力制御回路の無効電
力が所定の目標範囲内になるように前記設定電圧記憶部
の前記設定電圧を変更する制御部とを備えた静止形無効
電力補償装置。 - 【請求項2】 設定電圧の上限値および下限値を設定す
るリミッタ部を有する請求項1記載の静止形無効電力補
償装置。 - 【請求項3】 制御部は、無効電力制御回路の無効電力
が目標範囲にあるか否かを判断し、前記目標範囲外にな
ると前記目標範囲内となるまで所定時間ごとに設定電圧
を所定の刻み幅で変化する処理を行なう請求項1または
請求項2記載の静止形無効電力補償装置。 - 【請求項4】 制御部は、無効電力制御回路の無効電力
が目標範囲にあるか否かを判断し、前記目標範囲外にな
ると前記目標範囲からの偏差量の積分を開始し、その積
分値の絶対値がある判定レベルを超えたか否かを判定
し、前記判定レベルを超えると設定電圧を所定の刻み幅
で変化するとともに前記積分値をクリアする処理を行
い、前記無効電力制御回路の無効電力が前記目標範囲内
に入るまで前記積分および設定電圧の変更を繰り返すよ
うにする請求項1または請求項2記載の静止形無効電力
補償装置。 - 【請求項5】 制御部は、設定電圧を所定の刻み幅で変
更した時の無効電力制御回路の無効電力出力の変化幅
が、第1の所定レベル以上で第2の所定レベル以下にな
るように前記所定の刻み幅を自動的に変更する処理を行
なう請求項3または請求項4記載の静止形無効電力補償
装置。 - 【請求項6】 請求項1、請求項2、請求項3、請求項
4または請求項5記載の静止形無効電力補償装置と、段
階的に電圧を制御する電圧調整装置とを電力系統に接続
している電力システム。
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