JP4341625B2 - 無効電力補償装置における演算方式 - Google Patents

Description

この発明は、電力系統に連系し、電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償装置における補償無効電力の演算方式に関する。

図３に無効電力補償装置の一般的な例を示す。
無効電力補償装置１は、電力系統２から系統インピーダンス３を介して負荷４が接続された電力系統の、系統インピーダンス３と負荷４との間に接続され、負荷４から発生する無効電力を補償する。この無効電力補償装置１は、サイリスタ５、リアクトル６およびコンデンサ７などから構成される。１３は無効電力補償装置１の制御装置を示す。

無効電力補償装置１の動作としては、負荷４が発生する無効電力を補償する。ここで、負荷４が発生する無効電力をＱｆ、無効電力補償装置１の無効電力をＱｔ、系統の無効電力をＱｓとすると、Ｑｔ＝Ｑｆとなるように無効電力補償装置１を制御することで、系統の無効電力はＱｓ＝０となり、系統電圧の電圧変動を抑制することができる。

無効電力補償装置のための制御装置の例を図４に示す。
これは、検出された系統電圧Ｖｓと負荷電流Ｉｆとから、無効電力検出器１０において無効電力Ｑを検出し、この無効電力Ｑに係数器または乗算器１１でゲインを乗じた結果を点弧角調節器１２に入力し、ここでサイリスタを点弧するための点弧角指令αを演算し、これに基き無効電力を補償するものである。

無効電力検出器１０として、例えば特許文献１に開示されている例を図５に示す。
これは、移相器１４、乗算器１５，１６、積分器１７，１８，２３、サンプルホールド器１９、加減算器２０、除算器２１および設定器２２などから構成され、検出された系統電圧Ｖｓおよび負荷電流ｉｆなどから、最終的には無効電力Ｑを演算するものである。その演算方式について、以下に説明する。

まず、系統電圧Ｖｓと同位相のｅ０と、移相器１４により９０°遅れのｅ９０を得る。ｉｆ，ｅ０およびｅ９０は、それぞれ次の（１）〜（３）式のように定義される。
ｅ０＝√２Ｅｃｏｓθ…（１）
ｅ９０＝√２Ｅｓｉｎθ…（２）
ｉｆ＝√２Ｉｃｏｓ（θ−φ）…（３）
ｅ９０とｉｆを乗算することで、無効電力瞬時値ｑが演算される。
ｑ＝ｅ９０×ｉｆ＝Ｅ・Ｉ｛ｓｉｎφ＋ｓｉｎ（２θ−φ）｝…（４）

（４）式をθ＝０から積分して、数１の（５）式を得る。

ｅ０とｉｆとを乗算することで、有効電力瞬時値ｐを求める。
ｐ＝ｅ０×ｉｆ＝Ｅ・Ｉ｛ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（２θ−φ）｝…（６）
有効電力瞬時値ｐの１／２と、θ＝０時点での１／２、すなわちｐ₍θ₌₀₎／２とを次の（７），（８）式のように演算する。
ｐ／２＝Ｅ・Ｉ｛ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（２θ−φ）｝／２…（７）
ｐ₍θ₌₀₎／２＝Ｅ・Ｉｃｏｓφ…（８）

上記（５）式＋（７）式−（８）式を演算すると、数２の（９）式を得る。

これにより、無効電力Ｑは次の数３の（１０）式のように求められる。

特公平０６−０２５９５５号公報

以上のように、無効電力Ｑを演算するのに全てを瞬時値では演算できず、有効電力瞬時値ｐのθ＝０における値を必要とすると言う問題がある。そのため、負荷電流ｉｆが変化する場合は、その変化が反映されないため無効電力Ｑの演算に誤差が含まれることになり、充分な補償ができなくなる。
したがって、この発明の課題は、時々刻々に変化する無効電力に追従可能とし、補償性能を向上させることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、電力系統に連系し電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償装置において、
無効電力瞬時値の積分値に対し、有効電力瞬時値にゲインを乗じた値を加算し、積分区間の角度で除した演算結果から、有効電力を積分区間の角度で除した演算結果を減算して無効電力量を演算するに当たり、前記有効電力は、有効電力瞬時値の積分値から無効電力瞬時値にゲインを乗じた値を減算した演算結果を、積分区間の角度で除して得ることを特徴とする。

請求項２の発明では、電力系統に連系し電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償装置において、
無効電力瞬時値の積分値に対し、有効電力瞬時値にゲインを乗じた値を加算し、有効電力を減じて得られる演算結果を積分区間の角度で除して無効電力量を演算するに当たり、前記有効電力は、有効電力瞬時値の積分値から無効電力瞬時値にゲインを乗じた値を減算した演算結果を、積分区間の角度で除して得ることを特徴とする。

この発明によれば、無効電力の演算を工夫し時々刻々に変化する無効電力に追従可能とすることにより、補償性能を向上させることが可能となる。

図１はこの発明の実施の形態を示すブロック構成図である。
無効電力検出器１０を図５に示すものから図１のように変更した点、すなわち図５に対し割算器２４、乗算器２５、加算器２６、減算器２７、ゲイン要素２８および積分器２９などを付加した点が特徴である。

その演算は、次のように行なわれる。まず、検出された系統電圧Ｖｓおよび負荷電流ｉｆを入力し、系統電圧Ｖｓと同位相のｅ０と、移相器１４で９０°遅れのｅ９０を得る。ｉｆ，ｅ０およびｅ９０は次の（１’）〜（３’）式のように定義される。
ｅ０＝√２Ｅｃｏｓθ…（１’）
ｅ９０＝√２Ｅｓｉｎθ…（２’）
ｉｆ＝√２Ｉｃｏｓ（θ−φ）…（３’）
ｅ９０とｉｆを乗算することで、無効電力瞬時値ｑが演算される。
ｑ＝ｅ９０×ｉｆ＝Ｅ・Ｉ｛ｓｉｎφ＋ｓｉｎ（２θ−φ）｝…（４’）

（４’）式をθ＝０から積分して、数４の（５’）式を得る。

ｅ０とｉｆとを乗算することで、有効電力瞬時値ｐを求める。
ｐ＝ｅ０×ｉｆ＝Ｅ・Ｉ｛ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（２θ−φ）｝…（６’）
有効電力瞬時値ｐの１／２を演算する。
ｐ／２＝Ｅ・Ｉ｛ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（２θ−φ）｝／２…（７’）
ここまでは、図５の場合と全く同様である。

次に、（７’）式をθ＝０から積分して、数５の（１１）式を得る。

無効電力瞬時値ｑの１／２を演算し、
ｑ／２＝Ｅ・Ｉ｛ｓｉｎφ＋ｓｉｎ（２θ−φ）｝／２…（１２）
を求め、（１１）式−（１２）式を演算すると、次の数６の（１３）式が得られる。

数６の（１３）式は数７の（１４）式のように変形され、有効電力量となることが分かる。

従って、無効電力Ｑは、上記（１０）式でｐ₍θ₌₀₎／２の代わりに（１４）式を代入して、次の数８の（１５）式のように表わされる。

上記数８の（１５）式は、数９の（１６）式のように変形できる。このことは、図１から乗算器２５を省き、かつ割算器２１の位置を変更して、図２のように構成できることを示している。

以上のように、従来例ではθ＝０での有効電力量を用いて無効電力量を演算していたので、時々刻々と変化する負荷に対する追従性が低かったが、この発明では瞬時値を用いることで時々刻々と変化する負荷の無効電力に追従可能となるため、補償性能が向上すると言う利点が得られる。

この発明の実施の形態を示すブロック図 図１の変形例を示すブロック図 一般的な電力系統を示す構成図 図３の制御装置の具体例を示すブロック図 図４の制御装置に設けられる無効電力検出器の具体例を示すブロック図

符号の説明

１…無効電力補償装置、２…電力系統、３…インダクタンス、４…負荷、５…サイリスタ、６…リアクトル、７…コンデンサ、８…ＰＴ（変圧器）、９…ＣＴ（８変流器）、１０…無効電力検出器、１１，２８…ゲイン要素、１２…点弧角制御回路、１３…制御装置、１４…移相器、１５，１６，２５…乗算器、１７，１８，２３，２９…積分器、１９…サンプルホールド器、２０…加減算器、２１，２４…除算器、２２…設定器、２６…加算器、２７…減算器。

Claims (2)

1. 電力系統に連系し電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償装置において、
   無効電力瞬時値の積分値に対し、有効電力瞬時値にゲインを乗じた値を加算し、積分区間の角度で除した演算結果から、有効電力を積分区間の角度で除した演算結果を減算して無効電力量を演算するに当たり、前記有効電力は、有効電力瞬時値の積分値から無効電力瞬時値にゲインを乗じた値を減算した演算結果を、積分区間の角度で除して得ることを特徴とする無効電力補償装置における演算方式。
2. 電力系統に連系し電力系統の電圧変動を抑制する無効電力補償装置において、
   無効電力瞬時値の積分値に対し、有効電力瞬時値にゲインを乗じた値を加算し、有効電力を減じて得られる演算結果を積分区間の角度で除して無効電力量を演算するに当たり、前記有効電力は、有効電力瞬時値の積分値から無効電力瞬時値にゲインを乗じた値を減算した演算結果を、積分区間の角度で除して得ることを特徴とする無効電力補償装置における演算方式。

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