(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳＶＣ装置により系統連系点電圧を一定に制御するＳＶＣ装置の制御方式において、
制御対象に可調整パラメータが付加されたプラントの動作手本となる規範モデル系と、
プラントと規範モデルからの各状態信号に重みをつけて加算して状態誤差を演算する手段と、この状態誤差とプラントの電流指令から適応パラメータを演算する手段とを有し、この適応パラメータをＳＶＣ装置の無効電流指令値に乗ずるモデル規範形適応制御系と、
を備え、プラントの応答が規範モデルの応答と等しくなるようにＳＶＣ装置を制御することを特徴とするＳＶＣ装置の制御方式。
【請求項２】
請求項１において、
前記モデル規範形適応制御系に、状態誤差を通す一次ローパスフィルタと、演算された適応パラメータを通す一次ローパスフィルタとを設け、制御系の動作を安定化させることを特徴とするＳＶＣ装置の制御方式。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記モデル規範形適応制御系に、状態誤差に定常的に存在するノイズ成分を除去する不感帯ブロックを設け、適応パラメータのドリフトを防止することを特徴とするＳＶＣ装置の制御方式。
【請求項４】
請求項１又は２又は３において、
前記モデル規範形適応制御系に、適応パラメータの変動を促す再同定処理ブロックを設け、適応パラメータの収束値を適切にすることを特徴とするＳＶＣ装置の制御方式。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つにおいて、
ＳＶＣ装置の出力無効電流指令値に、負荷無効電流の直流分を足す手段を設け、負荷の無効電流変動による電圧変動を減少させることを特徴とするＳＶＣ装置の制御方式。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つにおいて、
ＰＩコントローラの積分器出力誤差の前記モデル規範形適応制御系における適応則中の重みを零とし、ＳＶＣ装置の出力無効電流指令値に差が発生しても適応パラメーターの変動が抑制されることを特徴とするＳＶＣ装置の制御方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＳＶＣ装置（静止型無効電力補償装置）の制御方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＳＶＣ装置を系統連系点電圧一定制御（以下、ＳＶＣ制御という）に用いる場合には、連系点電圧を検出してそれを適当なローパスフィルタに通したものを制御量として、一般的なＰＩ制御系とすることにより行われている。図８にＳＶＣ制御系の構成を示し、図９にＳＶＣ装置の電力系統に対する配置を示す。
【０００３】
図８において、１１は連系点電圧指令、１３は電圧偏差検出用加算器、１４は電圧偏差を比例積分演算するＰＩコントローラ、２２はコントローラからの電流指令を制限するリミッタ、２３はリミッタ２２からの電流指令で動作するインバータ、２６は電力系統、３０は連系点電圧実効値を検出する４次のローパスフィルタ、３１は連系点電圧実効値を示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来図８の制御系が安定に動作するためには、系統連系点の上位側リアクトル成分Ｌｐｐの大きさに応じてＰＩゲインを適切に調整しなければならない。ところが、制御動作中はＰＩゲインは固定されたままであり、上位側リアクトル成分Ｌｐｐが変動した場合には制御系が不安定になる場合がある。
【０００５】
上記従来制御系のステップ応答を図１０〜図１３に示す。ＰＩゲインはＬｐｐ＝０．７５ｍＨでオーバーシュートがなく応答も速くなるように調整されている。図１０はＬｐｐ＝１．６ｍＨ、図１１はＬｐｐ＝１．０ｍＨ、図１２はＬｐｐ＝０．７５ｍＨ、図１３はＬｐｐ＝０．３ｍＨの場合のステップ応答である。ＰＩゲインが適切な図１２ではオーバーシュートもなく応答も速い。しかし、図１０，図１１の場合にはＬｐｐが大きくなっているため振動的な応答や、オーバーシュートを持つ応答になっている。一方、図１３はＬｐｐが小さくなっているため、応答が遅くなっている。
【０００６】
このように、上記制御系では、上位リアクトル成分Ｌｐｐがある値のときには望ましい応答になるが、Ｌｐｐの値が変動した場合には振動的な応答になったり、応答が遅くなったりする。また、更にＬｐｐが増えた場合には制御動作が不可能になるという問題がある。また、振動的な応答を示すので、電圧を変化させたときのオーバーシュートの高電圧により機器の許容定格電圧を超える場合には、機器へのストレスが増大する。また、アンダーシュートの低電圧では様々な装置が正常に動作しないといった問題がある。
【０００７】
この発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上位リアクトル成分が変動した場合には適応的にＰＩゲインを調整し、上位リアクトル成分の大きさにかかわらず、予め設定された規範モデルと同じ応答が得られるＳＶＣ装置の制御方式を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ＳＶＣ装置により系統連系点電圧を一定に制御するＳＶＣ装置の制御方式において、制御対象に可調整パラメータが付加されたプラントの動作手本となる規範モデル系と、プラントと規範モデルからの各状態信号に重みをつけて加算して状態誤差を演算する手段と、この状態誤差とプラントの電流指令から適応パラメータを演算する手段とを有し、この適応パラメータをＳＶＣ装置の無効電流指令値に乗ずるモデル規範形適応制御系とを設けて、プラントの応答が規範モデルの応答と等しくなるようにＳＶＣ装置を制御するものである。
【０００９】
そして、モデル規範形適応制御系に、状態誤差を通す一次ローパスフィルタと、演算された適応パラメータを通す一次ローパスを設けて制御系の動作を安定させる。
【００１０】
また、モデル規範形適応制御系に、状態誤差に定常的に存在するノイズ成分を除去する不感帯ブロックを設けて適応パラメータのドリフトを防止する。
【００１１】
また、モデル規範形適応制御系に、適応パラメータの変動を促す再同定処理ブロックを設けて適応パラメータの収束値を適切にする。
【００１２】
また、ＳＶＣ装置の出力無効電流指令値に、負荷無効電流の直流分を足す手段を設け、負荷の無効電流変動による電圧変動を減少させる。
【００１３】
また、モデル規範形適応制御系における適応則中のＰＩコントローラの積分器出力誤差の重みを零とし、ＳＶＣ装置の出力無効電流指令値に差が発生しても適応パラメータの変動が抑制されるようにする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１に実施の形態にかかるモデル規範形適応制御系（ＭＲＡＣ）を応用したＳＶＣ制御系を示す。同図において、Ａ（１１〜３１）はプラント、Ｂ（４１〜４７）は規範モデル、Ｃ（５１〜６０）は適応機構（ＭＲＡＣ）である。（ＭＲＡＣについては、「計測と制御」Ｖｏｌ、１７、ＮＯ．８、（昭５３、８）Ｐ、６０２参照）。
【００１５】
プラントＡは、ＳＶＣ装置を制御するための連系点電圧指令１１を適応機構Ｃの再同定動作ブロック６１からの再同定信号で補正する加算器１２と、この補正された電圧指令とローパスフィルタ３０で検出し連系点電圧との偏差を検出する加算器１３と、この偏差電圧をＰＩ演算するＰＩコントローラ１４と、このコントローラからの無効電流指令と適応機構Ｃのリミッタ５９からの可調整パラメータを乗算し、パラメータ補正した無効電流指令を出力する乗算器１９と。
【００１６】
この電流指令から負荷無効電流の直流成分を足す加算器２１と、この加算器からの無効電流指令を制限するリミッタ２２と、
このリミッタからの無効電流指令に実負荷無効電流２４を加算する加算器２５と、この加算器からの無効電流指令に基づくＳＶＣ装置出力電流が流れる連系点上位側系統の定数（Ｗ，Ｌｐｐ）２７と、系統電源電圧２８に系統の定数２７による電圧降下を加算して連系点電圧を出力する加算器２９と、この連系点電圧実効値を検出し制御量として偏差検出加算器１３に出力する４次のローパスフィルタ３０で構成されている。
【００１７】
規範モデルＢは、プラントＡの加算器１２からの再同定信号が加算された電圧指令と４次のローパスフィルタモデル４７からの検出電圧との偏差を検出する加算器４１と、この電圧偏差をＰＩ演算するＰＩコントローラモデル４２と、このコントローラモデルからの電流指令を制限するリミッタモデル４３と、このＳＶＣ装置出力電流が流れる連系点上位側系統の定数（Ｗ，Ｌｐｐ）４４と、系統電源電圧４５に系統の定数４４による電圧降下を加算して連系点電圧を出力する加算器４６と、この連接点電圧実効値を検出する４次のローパスフィルタモデル４７で構成されている。
【００１８】
適応機構Ｃは、規範モデルＢのローパスフィルタモデル４７，ＰＩコントローラモデル４２，プラントＡのローパスフィルタ３０，ＰＩコントローラ１４からの４つの状態信号が入力し、５つの状態変数誤差を設定する状態変数誤差設定ブロック５１と、この５つの状態変数誤差にそれぞれ重みつけするための５つの重み（このうちの第５成分である適応則中のＰＩコントローラの積分器出力の重みは０とする）を出力する重み設定ブロック５２と、上記５つの状態変数にそれぞれ５つの重みを掛けて重みづけし加算して規範モデルＢとプラントＡの状態誤差を出力する状態誤差演算器５３と。
【００１９】
この状態誤差を通す一次のローパスフィルタ５４と、このローパスフィルタからの状態誤差を図示の特性で通す不感帯ブロック５５と、図２のフローにより不感帯ブロック５５からの状態誤差ＰＦＩＬｉｎに無駄時間ＤＴを与えてパルス的に発生する状態誤差を除去する移相フィルタ５６と。
【００２０】
この移相フィルタ５６からの状態誤差とプラントＡのＰＩコントローラ１４からの電流指令とにより適応パラメータＫＬを演算する適応パラメータ演算ブロック５７と、この適応パラメータを通す１次ローパスフィルタ５８と、このフィルタからの適応パラメータを制限するリミッタ５９と、このリミッタからの適応パラメータＫＬを図３のアルゴリズムにより再同定処理し、プラントＡの加算器１２に再同定信号ＩＤを出力する再同定動作ブロック６１で構成されている。
【００２１】
上記状態変数設定ブロック５１は、ＰＩコントローラモデル４２からの積分出力Ｘｃｍ（１次元ベクトル（スカラ））と、ローパスフィルタモデル４７からの４次のローパスフィルタの状態の４次元ベクトルＸｆｍと、ＰＩコントローラ１４からの積分出力Ｘｃｐ（スカラ）と、ローパスフィルタ３０からの４次元ベクトルＸｆｐから５次元ベクトルｅを出力する。前記の記号を用いて、第１番目から第４番目の要素は、Ｘｆｍ・Ｘｆｐ、第５番目の要素はＸｃｍ・Ｘｃｐとなる。
【００２２】
また、上記状態変数誤差設定ブロック５１から出力される５つの重みである５次元の定数ベクトルＰＢｆｏは、ＰＩコントローラ４２，１４、４次のローパスフィルタ４７，３０及びインピーダンスモデルｗＬＭの各ブロック中の係数を用いて、一般的なＭＲＡＣの構成手法に従って導出される。
【００２３】
また、状態誤差演算器５３の出力は、状態変数誤差設定ブロック５１の出力を上記５次元の定数ベクトルＰＢｆｏで重みづけしたものであり、ブロック５１の出力を〔ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｅ４，ｅ５〕、定数ベクトルＰＢｆｏの５次元ベクトルを〔ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ５〕と表すと、状態誤差演算器５３の出力は、ｃ１ｅ１＋ｃ２ｅ２＋ｃ３ｅ３＋ｃ４ｅ４＋ｃ５ｅ５となる。
【００２４】
以上のように構成されているので、適応機構ＣはプラントＡ及び規範モデルＢのＰＩコントローラ１４及びそのモデル４２と４次ローパスフィルタ３０及びそのモデル４７からの信号を取り込んで、プラントＡの加算器１２にプラントＡの応答が規範モデルＣの応答と等しくなるように再同定信号ＩＤを出力する。
【００２５】
そのため、連系点上位側のリアクトル成分Ｌｐｐが変動した場合にもプラントＡのＰＩゲインが適応的に調整される。従って、リアクトル成分Ｌｐｐの大きさに拘わらず、プラントＡの応答は規範モデルＣと同じ応答となる。
【００２６】
ただ、単にＭＲＡＣを適用しただけでは、上位負荷変動等の外乱の影響を受けやすいが、上記実施の形態ではＭＲＡＣの適応則が下記のように改良されているので、外乱の影響を受けることがない。
【００２７】
（１）演算器５３からの規範モデルとプラントの状態誤差を一次のローパスフィルタ５４に通した。
（２）それを更に不感帯ブロック５５に通した。
（３）それを更にパルス状の変動は無視する移相フィルタ５６に通した。
（４）演算ブロック５７で演算された適応パラメータを一次のローパスフィルタ５８に通した。
（５）再同定動作ブロック６１を付加した。
（６）乗算器１９から出力されるＳＶＣ装置出力無効電流指令値に負荷無効電流の直流成分２０を足した。
（７）適応則中のＰＩコントローラ１４と４２の積分器出力誤差の重みをゼロにした。
【００２８】
上記ＭＲＡＣ適応則の改良により下記のように上位負荷変動等の外乱の影響を受けなくなる。
【００２９】
上記（１）のローパスフィルタ５４の効果により、負荷変動や上位インピーダンス変動により引き起こされた電圧変動による状態誤差変動が干渉され、適応パラメータ変動が抑制される。
上記（２）の不感帯ブロック５５により、状態誤差に定常的に存在するノイズ成分による適応パラメータ変動が抑制される。
上記（４）の移相フィルタ５６により適応パラメータの過渡な変動が抑制される。
【００３０】
上記（１）のローパスフィルタ５４，（２）の不感帯ブロック５５、（４）のローパスフィルタ５８を付けることによりそれらのノイズの影響が除去され制御動作が安定する。ところが、上位負荷が変動した場合、この変動によってＭＲＡＣの状態誤差が発生し、この状態誤差により適応パラメータがドリフトし、制御系が不安定になり、上位負荷変動によりパルス的な変動が生ずるが、上記（３）の移相フィルタ５５により、パルス的な変動が無視される。
【００３１】
上記インピーダンスや負荷が変動した場合、ＭＲＡＣと上記（１）〜（４）の効果により適応パラメータが変動し、ある値に収束する。ところが、その収束値が必ずしも適切な値になっているとは限らないが、上記（５）の再同定処理ブロック６１を付けたことにより適応パラメータの変動が促され、その収束値は適切な値となる。
【００３２】
負荷が変動した場合、負荷の種類により系統無効電流と系統有効電流が変動する。無効電流が変動した場合、規範モデルＢの無効電流指令値とＳＶＣ装置の無効電流指令値が異なり、これが状態誤差となり、適応パラメータのドリフト現象が発生するが、上記（６）の無効電流指令値に負荷無効電流の直流成分を足したことにより、負荷の無効電流が変動した場合でも、規範モデルとＳＶＣ装置の出力無効電流指令値は等しくなり、適応パラメータのドリフトが発生しない。また、負荷の無効電流変動による電圧変動も減少する。
【００３３】
一方、負荷の有効電流が変動した場合、負荷有効電流変動による電圧変動をＳＶＣ装置は無効電流を出力することにより補償する。従って、負荷有効電流が変動した場合にも規範モデルとＳＶＣ装置の出力無効電流に定常的に差が発生することになり、これにより適応パラメータのドリフトが発生するが、上記（７）のＰＩコントローラの積分出力の重みをゼロとしたことにより、負荷有効電流が変動し規範モデルとＳＶＣ装置の出力無効電流指令値に差が発生しても、適応パラメータの動作が抑制される。
【００３４】
上記（６）の具体的方法は、次の通りである。
ＳＶＣ装置の出力無効電流指令値Ｉｄ ｒｅｆはＰＩコントローラにより、
Ｉｄ ｒｅｆ＝（Ｋｐ＋Ｋｉ／Ｓ）（連系点電圧実効値設定値−連系点電圧実効値）
で与えられる。
【００３５】
上記（６）の負荷の無効電流をＩｄ ｌｏａｄ ｒｅｆとすると、
Ｉｄ ｒｅｆ＝（Ｋｐ＋Ｋｉ／Ｓ）（連系点電圧実効値設定値−連系点電圧実効値）＋Ｉｄ ｌｏａｄ ｒｅｆ
とすることである。
【００３６】
また、上記（８）の具体的方法は、次のとおりである。
今、重み設定ブロック５２の重みＰＢｆ０は一般的なＭＲＡＣの導出過程から導かれる（前記参考文献参照）。
【００３７】
図１の制御系においては、重みＰＢｆ０は５次元ベクトルとなり、その実際の値は、Ｐ
ＰＢｆ０＝［６９．２，６６．６，−６１．９，−９０．４，−０．０１５］である。
上記（８）は、ＰＢｆ０＝［６９．２，６６．６，−６１．９，−９０．４，０］
とする。
【００３８】
図４〜図７にそれぞれ従来図１０〜図１３の実験と同じＰＩゲイン，リアクトルＬｐｐを用いたときの実験結果を示す。図４〜図７では、それぞれＬｐｐが異なるにもかかわらず、いずれも同じステップ応答を示している。また、どの場合にもオーバーシュートはなく応答も速い。したがって、オーバーシュートによる機器の破損、アンダーシュートによる機器の不動作、また、応答時間の遅れなどの可能性が少ない。
【００３９】
【発明の効果】
この発明は、上述のとおり構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【００４０】
（１）上位リアクトル成分の大きさが変わっても予め設定された規範モデルと同じ応答が得られる。
【００４１】
（２）このためオーバーシュートによる機器の破損，アンダーシュートによる機器の不動作，応答時間遅れがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態にかかるＭＲＡＣを応用したＳＶＣ制御系を示すブロック図。
【図２】パルス的に発生する状態誤差を除去するフィルタ処理フロー図。
【図３】再同定処理アルゴリズム。
【図４】ＭＲＡＣを応用したＳＶＣ制御系のステップ応答（Ｌｐｐ＝１．６ｍＨの場合）を示すグラフ。
【図５】ＭＲＡＣを応用したＳＶＣ制御系のステップ応答（Ｌｐｐ＝１．０ｍＨの場合）を示すグラフ。
【図６】ＭＲＡＣを応用したＳＶＣ制御系のステップ応答（Ｌｐｐ＝０．７５ｍＨの場合）を示すグラフ。
【図７】ＭＲＡＣを応用したＳＶＣ制御系のステップ応答（Ｌｐｐ＝０．３ｍＨの場合）を示すグラフ。
【図８】従来例にかかるＳＶＣ制御系を示すブロック図。
【図９】ＳＶＣ装置の配置図。
【図１０】従来ＳＶＣ制御系のステップ応答（Ｌｐｐ＝１．６ｍＨの場合）を示すグラフ。
【図１１】従来ＳＶＣ制御系のステップ応答（Ｌｐｐ＝１．０ｍＨの場合）を示すグラフ。
【図１２】従来ＳＶＣ制御系のステップ応答（Ｌｐｐ＝０．７５ｍＨの場合）を示すグラフ。
【図１３】従来ＳＶＣ制御系のステップ応答（Ｌｐｐ＝０．３ｍＨの場合）を示すグラフ。
【符号の説明】
Ａ…プラント
Ｂ…規範モデル
Ｃ…適応機構，モデル規範形適応制御系，ＭＲＡＣ
１１…連系点電圧指令
１２，１３…加算器
１４…ＰＩコントローラ
１９…乗算器
２０…負荷無効電流の直流成分
２１…加算器
２２…リミッタ
２４…実負荷無効電流
２５…加算器
２７…連系点上位側送電線定数
２８…系統電源電圧
２９…加算器
３０…４次のローパスフィルタ，実効値検出用ローパスフィルタ
４１…加算器
４２…ＰＩコントローラモデル
４３…リミッタモデル
４４…送電線定数モデル
４５…系統電源電圧モデル
４６…加算器
４７…４次のローパスフィルタモデル，実効値検出用ローパスフィルタモデル
５１…状態変数設定ブロック
５２…重み設定ブロック
５３…状態誤差演算器
５４…１次ローパスフィルタ
５５…不感帯ブロック
５６…パルス的に発生する状態誤差除去フィルタ
５７…適応パラメータ演算ブロック
５８…１次ローパスフィルタ
５９…リミッタ
６１…再同定動作ブロック。
【図１】
0003633210.tif 000002
【図２】
0003633210.tif 000003
【図３】
0003633210.tif 000004
【図４】
0003633210.tif 000005
【図５】
0003633210.tif 000006
【図６】
0003633210.tif 000007
【図７】
0003633210.tif 000008
【図８】
0003633210.tif 000009
【図９】
0003633210.tif 000010
【図１０】
0003633210.tif 000011
【図１１】
0003633210.tif 000012
【図１２】
0003633210.tif 000013
【図１３】
0003633210.tif 000014