(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続されて無効電力を発生する無効電力発生回路と、前記無効電力を制御する無効電力制御手段とを備え、前記無効電力発生回路から発生する無効電力量が前記電力系統の電圧に依存する場合に、前記無効電力制御手段は前記無効電力発生回路から発生する無効電力量が前記電力系統の電圧に依存しなくなるように前記電力系統の電圧に応じて制御ゲインを演算するゲイン調整部を有する静止形無効電力補償装置。
【請求項２】
電力系統に接続されて無効電力を発生する無効電力発生回路と、前記電力系統の電圧を検出する電圧検出部と、設定電圧を記憶すると共に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発生回路を制御する電圧一定制御部と、前記無効電力発生回路から発生する無効電力量が前記電力系統の電圧に依存する場合、前記無効電力発生回路から発生する無効電力量が前記電力系統の電圧に依存しなくなるように前記電圧検出部の出力に応じた制御ゲインを演算するゲイン調整部とを備え、前記電圧一定制御部は、前記ゲイン調整部から出力される制御ゲインによって前記無効電力発生回路を制御する静止形無効電力補償装置。
【請求項３】
無効電力発生回路から発生する無効電力量が電力系統の電圧の２乗に比例する場合、制御ゲインは前記電力系統の電圧のマイナス２乗に比例する請求項１または２記載の静止形無効電力補償装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統に接続され系統電圧を維持する静止形無効電力補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大容量モータ等が接続されている電力系統においては、大容量モータ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負荷として動作し、また、系統電圧が上昇している場合には遅れ無効電力負荷として動作して系統の電圧変動を補償するものである。
【０００３】
以下に従来の静止形無効電力補償装置について説明する。図３に従来の静止形無効電力補償装置の説明図を示す。３０は制御装置、４０は無効電力発生回路、５０は電力系統、４１は降圧トランス、４２は第１のリアクトル、４３は第２のリアクトル、４４は位相制御スイッチ手段、４５はコンデンサ、３１は電圧検出回路、３２は設定電圧記憶部、３３はΔＱ１演算部、３４は積分処理部、３５は位相制御スイッチ制御部である。
【０００４】
以上のように構成された従来の静止形無効電力補償装置について、以下その動作について説明する。
【０００５】
まず、無効電力負荷として動作する無効電力発生回路４０は電力系統５０と降圧用トランス４１を介して低圧側に接続されている。電圧検出回路３１で計測された電力系統５０の電圧ＶＴが低下した場合は、制御装置３０により無効電力発生回路４０は位相制御スイッチ手段４４を制御して、進み無効電力負荷として動作し、逆に電圧ＶＴが上昇した場合には、遅れ無効電力負荷として動作して系統電圧が制御装置３０に設けられた設定電圧記憶部３２の設定電圧を維持するように電圧一定制御を行う。
【０００６】
具体的には、制御装置３０に設けられた電圧検出回路３１により計測された電力系統５０の電圧ＶＴ設定電圧記憶部３２の電圧設定値と比較されその偏差分がΔＱ１演算部３３に出力される。ΔＱ１演算部３３では入力した偏差分に制御ゲインＫ０を掛けて無効電力発生回路４０の出力変化分である無効電力ΔＱ１を演算する。制御系の定常偏差をなくすため積分処理部３４では入力した無効電力ΔＱ１を積分し無効電力発生回路４０の発生すべき無効電力Ｑ０１を演算して位相制御スイッチ制御部３５に出力する。
【０００７】
無効電力Ｑ０１を入力した位相制御スイッチ制御部３５は、無効電力発生回路４０がＱ０１の無効電力を出力する為の位相制御スイッチ手段４４の制御点弧角α１を出力する。但し、出力される制御点弧角α１は、無効電力発生回路４０に定格電圧Ｖ０が印加された状態を想定した値である。
【０００８】
無効電力発生回路４０では入力した制御点弧角α１のタイミングで位相制御スイッチ手段４４を動作させて無効電力Ｑ０１を電力系統５０に供給することにより、電力系統５０の電圧ＶＴの変動を抑制し、電圧ＶＴを設定電圧記憶部３２で設定された電圧にすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で説明したように、静止形無効電力補償装置によって電力系統５０の電圧ＶＴを一定にする処理において、位相制御スイッチ制御部３５が無効電力Ｑ０１を入力して制御点弧角α１を出力する動作は、無効電力発生回路４０に定格電圧ＶＯが印加された場合のものであるため、電力系統５０の電圧ＶＴが定格電圧ＶＯの場合には、無効電力発生回路４０から正確な無効電力Ｑ０１が出力されるが、電力系統５０の電圧ＶＴが電圧変動により定格電圧ＶＯからずれた場合には無効電力発生回路４０から出力される無効電力Ｑ１は、次の式となると考えられ、無効電力Ｑ０１が正確に出力されない。
【００１０】
【数１】
0003567783.tif 000002
【００１１】
このため、電力系統５０の電圧ＶＴと設定電圧記憶部３２の電圧とに偏差電圧ΔＶが発生した時に、位相制御スイッチ制御部３５に入力される無効電力がＱ０１からＱ０２に変化した場合、無効電力発生回路４０から出力される無効電力変化分Δｑ１は、
【００１２】
【数２】
0003567783.tif 000003
【００１３】
となり、偏差電圧ΔＶに対する無効電力変化分Δｑ１の比で表わされる無効電力補償装置トータルの制御ゲインは
【００１４】
【数３】
0003567783.tif 000004
【００１５】
であり、電力系統３の電圧ＶＴに依存する。
【００１６】
従って、電力系統５０に電圧上昇の変動が発生した場合と電圧降下の変動が発生した場合とではトータルの制御ゲインが異なり、制御ゲインＫＯが固定された値であると、昇圧制御時と降圧制御時では応答特性が変化することとなる。このような場合、昇圧制御時の応答速度を上げるために制御ゲインＫＯを一律に大きくすると降圧制御時にはオーバーシュートが発生し、電力系統３のＶＴが目標電圧範囲内外の電圧値に変動しながら目標電圧範囲内に収束するため、電力系統３の電圧ＶＴが目標範囲内に収まるまでの応答時間が長くなってしまい、応答速度も下がってしまうという課題があった。
【００１７】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、昇圧制御時及び降圧制御時のどちらにおいても、設置点の電圧変動に左右されることなく、静止形無効電力補償装置トータルの制御ゲインを均一にし、容易に高速かつ安定な応答特性を得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。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために、本発明の静止形無効電力補償装置の第１手段は、電力系統に接続されて無効電力を発生する無効電力発生回路と、前記無効電力を制御する無効電力制御手段とを備え、前記無効電力制御手段は前記電力系統の電圧に応じて制御ゲインを演算するゲイン調整部を有するものである。
【００１９】
また、第２手段は、電力系統に接続されて無効電力を発生する無効電力発生回路と、前記電力系統の電圧を検出する電圧検出部と、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発生回路を制御する電圧一定制御部と、前記電圧検出部の出力に応じた制御ゲインを演算するゲイン調整部とを備え、前記電圧一定制御部は、前記ゲイン調整部から出力される制御ゲインによって前記無効電力発生回路を制御するものである。
【００２０】
また、第３手段は、第１手段または第２手段において、制御ゲインは電力系統の電圧のマイナス２乗に比例するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
上記目的を達成するために、本発明の静止形無効電力補償装置の第１手段は、電力系統に接続されて無効電力を発生する無効電力発生回路と、前記無効電力を制御する無効電圧制御手段とを備え、前記無効電力制御手段は前記電力系統の電圧に応じて制御ゲインを演算するゲイン調整部を有するものであるため、電力系統の電圧を昇圧制御時及び降圧制御時のどちらにおいても、かつ無効電力発生回路に印加される電圧の変動に左右されることなく、高速かつ安定した応答特性を得ることができる。
【００２２】
また、第２手段は、電力系統に接続されて無効電力を発生する無効電力発生回路と、前記電力系統の電圧を検出する電圧検出部と、設定電圧を記憶し前記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発生回路を制御する電圧一定制御部と、前記電圧検出部の出力に応じた制御ゲインを演算するゲイン調整部とを備え、前記電圧一定制御部は、前記ゲイン調整部から出力される制御ゲインによって前記無効電力発生回路を制御するものであるため、電力系統の電圧を昇圧制御時及び降圧制御時のどちらにおいても、かつ無効電力発生回路に印加される電圧の変動に左右されることなく、設定電圧に精度よく高速で安定した応答することができる。
【００２３】
また、第３手段は、第１手段または第２手段において、制御ゲインは電力系統の電圧のマイナス２乗に比例するものであるため、電力系統の電圧を昇圧制御時及び降圧制御時のどちらにおいても、かつ無効電力発生回路に印加される電圧の変動に左右されることなく、設定電圧に精度よく高速で安定した応答することができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００２５】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態を示す静止形無効電力補償装置の説明図である。
【００２６】
図１において、１は電力系統３に接続された無効電力制御手段である制御装置、２は無効電力を発生する無効電力発生回路で降圧トランス２１を介して電力系統３と接続されている。
【００２７】
１１は電力系統３の電圧を検出する電圧検出部で、その出力は制御ゲインＫを調整するゲイン調整部１６に接続され、この制御ゲインＫはΔＱ演算部１３に出力される。
【００２８】
また、１２は設定電圧を記憶する設定電圧記憶部でこの設定電圧は変更可能であり、この設定電圧と電圧検出部１１から出力される電圧とによる偏差電圧ΔＶがΔＱ演算部１３へ出力されている。
【００２９】
ΔＱ演算部１３では、入力された偏差電圧ΔＶと制御ゲインＫによって比例演算した無効電力ΔＱを、積分処理部１４に出力する。
【００３０】
積分処理部１４はこの無効電力ΔＱを積分して無効電力ＱＯを演算し、位相制御スイッチ制御部１５に出力する。この位相制御スイッチ制御部１５で演算された制御点弧角αが、無効電力発生回路２に出力される。
【００３１】
上記のΔＱ演算部１３、積分処理部１４および位相制御スイッチ制御部１５は電圧一定制御部に相当するが、これに限るものではない。
【００３２】
また、無効電力発生回路２は、制御点弧角αにより制御される位相制御スイッチ２４と、位相制御スイッチ２４と直列に接続された第１のリアクトル２２と、第１のリアクトル２２と並列に接続した第２のリアクトル２３及びコンデンサ２５の直列回路とから構成され、第１のリアクトル２２と第２のリアクトル２３の接続点と電力系統３の間には降圧トランス２１が接続されている。
【００３３】
上記のような構成において動作を説明すると、ゲイン調整部１６は電圧検出部１１で計測した電力系統３の電圧ＶＴを逐次入力し、電力系統３の電圧ＶＴを変数パラメータとする制御ゲインＫを決定する。
【００３４】
図１において、位相制御スイッチ制御部１５が無効電力ＱＯを入力して制御点弧角αを出力する動作は、無効電力発生回路２の印加電圧が定格電圧ＶＯの場合のものであることから、次式
【００３５】
【数４】
0003567783.tif 000005
【００３６】
のように、無効電力発生回路２から出力される無効電力Ｑが指令値である無効電力ＱＯに対して（ＶＴ／ＶＯ）２倍に変化すると考え、この変化分を補正するように従来使用していた制御ゲインＫＯを（ＶＯ／ＶＴ）２倍したを制御ゲインＫと次式のように決定している。
【００３７】
【数５】
0003567783.tif 000006
【００３８】
このため、偏差電圧ΔＶが発生した時に、位相制御スイッチ制御部１５に入力される無効電力がＱ１からＱ２に変化した場合の無効電力発生回路２から出力される無効電力変化分Δｑは、
【００３９】
【数６】
0003567783.tif 000007
【００４０】
となり、偏差電圧ΔＶに対する無効電力変化分Δｑの比で表わされる無効電力補償装置トータルの制御ゲインは
【００４１】
【数７】
0003567783.tif 000008
【００４２】
であり、電力系統３の電圧ＶＴに依存しない。
【００４３】
これにより、昇圧制御時及び降圧制御時のどちらにおいても、設置点の電圧変動に左右されることなく、静止形無効電力補償装置トータルの制御ゲインを均一にし、容易に高速かつ安定な応答特性を得る事ができる。
【００４４】
図２に、上記静止形無効電力補償装置の出力無効電力及び設置点電圧の応答特性図を示す。電圧変化の発生時を時間の起点とし、静止形無効電力補償装置設置点の制御目標電圧３０に対して、電圧を制御したい目標範囲３１に到達するまでの時間を応答時間として考える場合の電圧応答特性及び出力無効電力応答特性に関して、昇圧制御時及び降圧制御時の両方について同一グラフ上に示している。
【００４５】
図２のように、従来の制御において、降圧制御時の電圧応答特性３６が目標範囲３１内に収まるように制御ゲインＫ０を設定した時の応答時間ＴＬ５２に対し、昇圧制御時の電圧応答特性３４の応答時間ＴＵ５３がかなり長くなってしまう。
【００４６】
また、昇圧制御時の電圧応答特性３４の応答時間ＴＵ５３を短くしようと制御ゲインＫ０を高くすると、降圧制御時の電圧応答特性３６がオーバーシュートするため、目標範囲３１内に収まるまでに電圧ＶＴが目標範囲内外を変動し応答時間がかえって長くなってしまう。
【００４７】
これは、前述のように、偏差電圧ΔＶに対する無効電力変化分Δｑ１の比で表わされる無効電力補償装置トータルの制御ゲインが（１）式のように電力系統３の電圧ＶＴの変動に影響されるためである。
【００４８】
それに対して、本実施の形態での（２）式に基づく制御ゲインＫでの昇圧制御時における電圧応答特性３３と降圧制御時における電圧応答特性３５の応答時間はいずれもＴ０５１となり、応答特性が均一になる。
【００４９】
そして、前述のように、偏差電圧ΔＶに対する無効電力変化分Δｑの比で表わされる無効電力補償装置トータルの制御ゲインが（３）式で表わされるように電力系統３の電圧ＶＴの変動に影響されないため、制御ゲインＫを容易に最適値にすることができる。
【００５０】
また、図２における応答時間ＴＬ５２は本実施の形態での応答時間Ｔ０５１よりも短くなっているが、電力系統３における電圧ＶＴが目標範囲に収まる応答時間は降圧制御時または昇圧制御時の応答時間の長い方の応答時間で定義するため、従来の制御における応答時間はＴＵ５３に対し、本実施の形態ではＴ０５１となる。このため、目標範囲３１に収束する応答時間は、従来の制御に比して、より短時間になる。
【００５１】
上記に対応する従来の昇圧制御時の出力無効電力応答特性３８と降圧制御時の出力無効電力応答特性４０、本実施の形態での昇圧制御時の出力無効電力応答特性３７と降圧制御時の出力無効電力応答特性３９を同様に図２に示す。
【００５２】
すなわち、制御ゲインＫ０を適切に大きくすることにより昇圧及び降圧の両方の制御においてオーバーシュートぎりぎりまで高速かつ安定な応答特性を得る事ができる。
【００５３】
また、設定電圧記憶部１２に保持する設定電圧Ｖ１が定格電圧Ｖ０と異なる場合にもその設定電圧Ｖ１がに依存することなく全電圧領域で応答特性を均一にすることができる。
【００５４】
すなわち、電力系統の電圧に依存しないので、設定電圧Ｖ１が変更されても、常に静止形無効電力補償装置トータルの制御ゲインが一定に保たれ、安定した均一な応答特性を得ることができる。
【００５５】
なお、ゲイン調整部での制御ゲイン決定手段は、位相制御スイッチ制御部１５の演算内容や保持内容や、意図する応答特性の違いにより変更することもできる。
【００５６】
なお、上記実施の形態の制御装置１及び電圧検出回路１１はブロック図で示しているが、全部又は一部をハードウェア又はマイクロコンピュータなどで処理させてもよい。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば昇圧制御時及び降圧制御時のどちらにおいても、設置点の電圧変動に左右されることなく、静止形無効電力補償装置トータルの制御ゲインを均一にし、常に高速かつ安定な応答特性を持つ静止形無効電力補償装置を提供する事ができる。
【００５８】
また、電力系統の設定電圧に依存せずに全電圧領域で応答特性を均一にする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の静止形無効電力補償装置の説明図
【図２】同実施の形態の静止形無効電力補償装置の応答特性図
【図３】従来の静止形無効電力補償装置の説明図
【符号の説明】
１    制御装置
２    無効電力発生回路
３    電力系統
１１  電圧検出部
１２  設定電圧記憶部
１３  ΔＱ演算部
１４  積分処理部
１５  位相制御スイッチ制御部
１６  ゲイン調整部
２１  降圧用トランス
２２  第１のリアクトル
２３  第２のリアクトル
２４  位相制御スイッチ
２５  コンデンサ
【図１】
0003567783.tif 000009
【図２】
0003567783.tif 000010
【図３】
0003567783.tif 000011