JP6432334B2

JP6432334B2 - 瞬低補償装置の負荷起動方法

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Publication number: JP6432334B2
Application number: JP2014256005A
Authority: JP
Inventors: 翔士杉村
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: JP2016116427A

Description

本発明は、負荷に並列接続された瞬低補償装置に係り、特に負荷の始動に合わせて負荷の始動を補助する制御方式に関する。

図８は、瞬低補償装置１の回路構成例を示す回路図である。図８に示すように、瞬低補償装置１は、高速スイッチＳ１と、インバータ（ＡＣ／ＤＣ変換器）ＩＮＶと、インバータＩＮＶの直流側に接続された蓄電体Ｃを有する。

次に、瞬低補償装置１の動作を簡単に説明する。系統２が正常な時は、高速スイッチＳ１をＯＮにして系統２と瞬低補償装置１とを連系し、負荷平準化や電力のピークカットを目的として電力の充放電を行う。また、瞬低補償動作に備えて蓄電体Ｃに直流エネルギーを充電した状態で待機する。

系統２の異常時は、高速スイッチＳ１を遮断して負荷ＬＯＡＤと系統２とを切り離し、瞬低補償装置１を自立運転に移行することにより、負荷ＬＯＡＤ側に安定した電力を供給する。

なお、無効電力補償装置として、特許文献１〜４が知られている。

特開２０１２−１６０７２号公報特開２００６−６７７６０号公報特開２００６−６０９６１号公報特開２００４−３２８３１号公報

瞬低補償装置を組み入れた系統２において、負荷ＬＯＡＤに直入れする誘導電動機や同期電動機（以下、電動機と称する）Ｍが存在する場合、図９に示すような始動時の始動電流により高速スイッチＳ１がトリップしてしまう恐れがあった。

以上示したようなことから、瞬低補償装置において、高速スイッチのトリップを抑制すると共に、負荷の始動を補助することが課題となる。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、系統と負荷との間に設けられ、系統と負荷との間を開閉する高速スイッチと、高速スイッチに並列接続されたバイパス回路と、高速スイッチの出力側に交流側が接続されたインバータと、インバータの直流側に接続された蓄電体を備えた瞬低補償装置の負荷起動方法であって、負荷起動時に、高速スイッチをＯＦＦ、バイパス回路に設けられたバイパススイッチをＯＮとし、無効電力検出値が閾値を超えた時、アシスト起動信号発生回路からアシスト起動信号を出力し、アシスト起動信号が出力された後、指令値選択部により、装置容量のリミット値と無効電力検出値のうち小さい方を無効電力指令値として出力し、ＰＩ制御部により、無効電力指令値と無効電力検出値との偏差に基づいてインバータの電流指令値を演算することを特徴とする。

本発明によれば、瞬低補償装置において、高速スイッチのトリップを抑制すると共に、負荷の始動を補助することが可能となる。

実施形態における瞬低補償装置の制御ブロック図。無効電力指令値を示すタイムチャート。電動機始動時における瞬低補償装置のシーケンス例を示す図。電動機始動時における瞬低補償装置のシーケンス例を示す図。電動機始動時における瞬低補償装置のシーケンス例を示す図。電動機始動時における瞬低補償装置のシーケンス例を示す図。電動機始動時における瞬低補償装置のシーケンス例を示す図。瞬低補償装置の回路構成例を示す図。電動機の起動時における電流波形を示すタイムチャート。

本発明は、電動機の始動電流に起因する無効電力を瞬低補償装置で発生させ、系統からの無効電力を抑制する制御技術である。

以下、本発明に係る瞬低補償装置の実施形態を図１〜図８に基づいて詳述する。

［実施形態］
まず、図８に基づいて、本実施形態における瞬低補償装置１の構成を詳細に説明する。図８に示すように、瞬低補償装置１は、系統２と負荷ＬＯＡＤとの間に介挿される。なお、系統２と瞬低補償装置１との間には遮断器Ｓ２，Ｓ３が介挿され、瞬低補償装置１と負荷ＬＯＡＤとの間には遮断器Ｓ６が介挿されている。また、遮断器Ｓ６と負荷ＬＯＡＤとの間には電動機Ｍが設けられている。

遮断器Ｓ３と遮断器Ｓ６との間に、遮断器Ｓ４と高速スイッチＳ１とが直列接続されている。この直列接続された遮断器Ｓ４と高速スイッチＳ１に対して並列にバイパス回路が接続され、このバイパス回路にはバイパス回路をＯＮ（投入）／ＯＦＦ（遮断）するバイパススイッチＢＳが設けられている。また、高速スイッチＳ１の出力側にはインバータＩＮＶの交流側が接続され、インバータＩＮＶの直流側には蓄電体Ｃが接続されている。蓄電体Ｃは、例えば、二次電池や電気二重層キャパシタであり、系統異常時に負荷ＬＯＡＤに電力を供給するエネルギー源となる。

また、瞬低補償装置１には、瞬低補償装置１の出力電圧を検出する電圧検出器３と、負荷電流を検出する電流検出器４が設けられている。

次に、図１に基づいて、本実施形態における瞬低補償装置１の制御ブロックを説明する。図１に示すように、瞬低補償装置１の制御ブロックは、電圧検出器３で検出された出力電圧と電流検出器４で検出された負荷電流とから無効電力検出値を演算する無効電力演算部５と、無効電力検出値をトリガとして蓄電体Ｃからの放電を開始するＡ／Ｄ飽和スイッチ６と、リミッタ値を生成するリミット７と、無効電力検出値とリミッタ値とのうち小さい方を無効電力指令値Ａとして出力する指令値選択部８と、無効電力指令値Ａと無効電力検出値との偏差に基づいてＰＩ演算を行うＰＩ制御部９と、アシスト起動信号を出力するアシスト起動信号発生回路１０を備える。

蓄電体Ｃの蓄積エネルギーからインバータには有効出力電力（電流）に制約が設けられている。電流に制約があるために、リミット７により無効電力にも制約を持たせ、図２の破線で示すリミッタ値を設けている。例えば、上限値を１０Ｍｖａｒとする。

図２に示すように、アシスト起動信号発生回路１０には、蓄電体Ｃからの出力によるアシストを起動する条件として、無効電力の上限値より小さいアシスト電力１（例えば、５Ｍｖａｒ）の値が設定されている。無効電力検出値が、このアシスト電力１を越えた時点ｔ１でアシスト起動信号をＡ／Ｄ飽和スイッチ６とリミット７に出力する。

リミット７は、このアシスト起動信号を入力するとリミット７の条件（図２の破線部）を生成する。同時にＡ／Ｄ飽和スイッチ６はオンとなり無効電力を指令値選択部８に送出する。

キャパシタ（蓄電体Ｃ）式の瞬低補償装置の場合、蓄電体Ｃに充電しているエネルギーに制約があるため、有効電力量には制限があり補償パターンに制約が生じる。この制約条件をリミット７で生成している。しかし、本実施形態は無効電力制御であるため、制御期間中、蓄電体Ｃからの充放電電流の和はゼロとなり、エネルギー的制約はない。しかし、インバータＩＮＶ側に電流制限があるので、このリミット７を設けている。

指令値選択部８ではリミッタ値と無効電力検出値の値を比較し小さい方の値である無効電力指令値Ａを出力する。この無効電力指令値Ａが図２の一点鎖線部になる。この無効電力指令値Ａと無効電力検出値との偏差に基づいてＰＩ制御部９によりＰＩ演算し、このＰＩ演算結果である電流指令値をインバータＩＮＶに出力し、インバータＩＮＶから無効電力を出力する。

以下、本実施形態における瞬低補償装置１の一連の動作例を図３〜図７に基づいて説明する。

図３に示すように、瞬低補償装置１を停止状態とし、遮断器Ｓ４，高速スイッチＳ１，遮断器Ｓ５をＯＦＦ，バイパススイッチＢＳをＯＮとする。ここで、起動電流アシスト機能は、バイパス運転中のみ使用可能とする。

図４に示すように、瞬低補償装置１のＬＣＤ画面にて、起動電流アシスト「動作」ボタンを操作して瞬低補償装置１を「連系モード」で起動し、遮断器Ｓ５をＯＮとする。遮断器Ｓ５をＯＮとした後、ＬＣＤ画面に起動電流アシスト「動作準備完了」が表示される。ここで、「動作準備完了」が表示されるまで、電動機Ｍは起動しないこととする。

電動機Ｍが起動され、無効電流が設定値（アシスト電力１）以上になったことをトリガとして、図５に示すように、瞬低補償装置１から無効電力を出力する。無効電力が１０Ｍｖａｒ以下になったことを確認し、出力している無効電力を徐々に減衰させる。これは、系統２側から見て、急激に負荷量が変化しないようにするためである。

電動機Ｍが安定状態（通常運転状態）に移行したことを確認後、瞬低補償装置１のＬＣＤ画面にて、起動電流アシスト「停止」ボタンを操作する。図６に示すように、遮断器Ｓ５がＯＦＦとなり、蓄電体Ｃからの無効電力出力が停止する。

瞬低補償装置１のＬＣＤ画面にて、「装置起動」ボタンを操作する。遮断器Ｓ５をＯＮとし、蓄電体Ｃの充電を実施する。蓄電体Ｃの充電完了後、図７に示すように、遮断器Ｓ４，高速スイッチＳ１を順次投入する。遮断器Ｓ４，高速スイッチＳ１が「ＯＮ」状態であることを確認後、バイパススイッチＢＳをＯＦＦにする。これにより、待機運転状態への切り替えが完了する。

すなわち、本実施形態における電動機Ｍの始動シーケンスは、予め、電動機Ｍの始動時に高速スイッチＳ１をＯＦＦ、遮断器Ｓ５をＯＮにする。これは、電動機Ｍの始動電流が大きいことを想定したものであり、バイパス回路を用いた系統２からの給電と瞬低補償装置１が連系した状態で、電動機Ｍの直入れ始動を行う。電動機Ｍに限らず、始動・起動電流の大きい負荷は全て対象となる。この後、バイパススイッチＢＳをＯＦＦにすると同時に、高速スイッチＳ１をオンさせ、本来の状態に戻したものである。

電動機Ｍは始動時に無効電力を必要とする。そのため、高速スイッチＳ１をバイパスして負荷給電（バイパス給電）するように動作し、この状態で瞬低補償装置１が始動電流を補償するように無効電力を出力すれば、高速スイッチＳ１のトリップがなくなり、結果的に電動機Ｍの起動をアシストすることが可能となる。

その結果、本実施形態の瞬低補償装置１によれば、電動機Ｍに対して瞬低補償装置１が無効電力を供給するため、負荷ＬＯＡＤの電動機Ｍを始動することが可能となる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

１…瞬低補償装置
２…系統
３…無効電力演算部
７…リミット
８…指令値選択部
１０…アシスト起動信号発生回路
Ｓ１…高速スイッチ
ＢＳ…バイパススイッチ
ＬＯＡＤ…負荷
Ｍ…電動機
Ｃ…蓄電体
ＩＮＶ…インバータ

Claims

系統と負荷との間に設けられ、系統と負荷との間を開閉する高速スイッチと、
高速スイッチに並列接続されたバイパス回路と、
高速スイッチの出力側に交流側が接続されたインバータと、
インバータの直流側に接続された蓄電体と、
を備えた瞬低補償装置の負荷起動方法であって、
負荷起動時に、
高速スイッチをＯＦＦ、バイパス回路に設けられたバイパススイッチをＯＮとし、
無効電力検出値が閾値を超えた時、アシスト起動信号発生回路からアシスト起動信号を出力し、
アシスト起動信号が出力された後、指令値選択部により、装置容量のリミット値と無効電力検出値のうち小さい方を無効電力指令値として出力し、
ＰＩ制御部により、無効電力指令値と無効電力検出値との偏差に基づいてインバータの電流指令値を演算することを特徴とする瞬低補償装置の負荷起動方法。