(57)【要約】      （修正有）【課題】電気炉等の負荷の無効電力を迅速かつ充分に補償可能とした制御装置を提供する。【解決手段】速度指令Ｎ＊が入力されて一定時間後の速度実際値Ｎ’を推定する電極昇降装置モデル２４と、速度実際値Ｎ’に電流指令Ｉ＊を加算して一定時間後の電流実際値Ｉ’を推定するための加算器２６と、電流実際値Ｉ’と系統電圧Ｖｓとから負荷４の無効電力を検出する無効電力検出回路１０，１１と、これらの検出回路１０，１１による無効電力検出結果を用いて無効電力補償装置１のサイリスタ５の点弧角指令αを生成するための余分容量演算器１５、点弧角制御回路１２等を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電流指令に従って電力系統から電流が供給され、かつ、所定の速度指令に従って駆動される駆動対象を備えた負荷の無効電力を、半導体素子の動作により補償する無効電力補償装置の制御装置において、
前記速度指令が入力されて一定時間後の速度実際値を推定する手段と、
前記速度実際値に前記電流指令を加算して一定時間後の電流実際値を推定する手段と、
前記電流実際値と前記電力系統の電圧とから前記負荷の無効電力を検出する検出手段と、
前記検出手段による無効電力検出結果を用いて前記半導体素子を制御する手段と、
を備えたことを特徴とする無効電力補償装置の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載した無効電力補償装置の制御装置において、
前記速度実際値を推定する手段は、
前記速度指令と前記速度実際値との偏差が入力され、かつ、前記駆動対象の速度調節器と同一の特性を有する速度調節器モデルと、
前記駆動対象及びその駆動装置がモデル化されて前記速度調節器モデルの出力から前記速度実際値を生成する制御対象モデルと、
を有するフィードバック制御モデルであることを特徴とする無効電力補償装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気炉等の負荷が発生する無効電力を補償する無効電力補償装置の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、この種の無効電力補償装置の一例を示す構成図である。図４において、２’は系統電源２に接続された電力系統であり、無効電力補償装置１は系統インピーダンス３と負荷４との間に設置されて負荷４により発生する無効電力を補償し、電圧フリッカを抑制するために用いられている。
無効電力補償装置１は、例えば、双方向に電力を供給可能なサイリスタ５と、リアクトル６と、コンデンサ７とによって構成されており、制御装置１３によってサイリスタ５のオン・オフが制御される。なお、制御装置１３には、ＰＴ８及びＣＴ９により検出した系統電圧Ｖｓ、負荷電流Ｉｆが入力されている。
【０００３】
この無効電力補償装置１は、負荷４が発生する無効電力を補償して電圧フリッカを抑制するものであり、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、電力系統２’の無効電力をＱｓとすると、Ｑｔ＝Ｑｆとなるようにサイリスタ５を制御することによって電力系統２’の無効電力Ｑｓ＝０となり、系統電圧の変動を防止して電圧フリッカを抑制することができる。
【０００４】
次に、前記制御装置１３について、図５を参照しつつ説明する。図５に示した制御装置１３は、特許文献１の図１に記載されているものと実質的に同一である。
この制御装置１３では、一方の無効電力検出回路１０が、ＰＴ８により検出した系統電圧ＶｓとＣＴ９により検出した負荷電流Ｉｆとを用いて、急変動成分ΔＱを含む負荷４の無効電力Ｑ１を演算する。また、他方の無効電力演算回路１１は、無効電力検出回路１０と同様にＶｓ，Ｉｆを用いて、比較的ゆっくりと変動する無効電力ベース分Ｑ２を演算する。これらのＱ１，Ｑ２の差を減算器１４が求めることで、電圧フリッカの主な原因となる急変動成分ΔＱを演算する。そして、余分容量演算回路１５によって演算した無効電力補償装置１の余分容量を、加算器１６により急変動成分ΔＱに加算して制御入力信号を求め、この制御入力信号に基づいて、点弧角制御回路１２が無効電力補償装置１のサイリスタ５の点弧角指令αを演算する。
サイリスタ５を点弧角指令αに従って導通制御することにより、無効電力補償装置１は、無効電力ベース分Ｑ２及び急変動成分ΔＱを含む負荷４の無効電力を補償し、電圧フリッカを抑制することができる。
【０００５】
一方、図４における負荷４は、例えばスクラップ鉄などをアークにより溶かして再生させる設備としての電気炉であり、図６のように構成されている。
すなわち、この電気炉は、炉用変圧器３１、電極３３、炉体３４、ＣＴ１７、ＰＴ１８、及び、電極３３を昇降させる電極昇降装置２３を備えている。ここで、電極昇降装置２３は、電極昇降制御装置３５、電極３３の駆動装置である電動機３２、及び、電動機３２の速度制御に必要な電力を供給するインバータ３０によって構成されている。また、電極昇降制御装置３５は、乗算器１９、電流設定器２０、減算器２１，２２、速度調節器２９から構成されている。
【０００６】
電極昇降制御装置３５は、ＰＴ１８によりアーク電圧を検出すると共に、ＣＴ１７によりアーク電流実際値Ｉを検出する。電流設定器２０による電流設定値とアーク電圧とを乗算して電流指令Ｉ＊を演算し、この電流指令Ｉ＊と電流実際値Ｉとの偏差を電極３３の速度指令Ｎ＊とする。
そして、電動機３２から検出した速度検出値Ｎが速度指令Ｎ＊に一致するように、速度調節器２９がインバータ３０を介して電動機３２の回転速度を制御することにより、電極３３を昇降制御する。
【０００７】
つまり、電流実際値Ｉが電流指令Ｉ＊より大きい場合は、電極３３と炉体３４間のアーク抵抗が小さくなったと判断して電極３３を上昇させるように制御し、アーク抵抗を大きくして電流実際値Ｉを減少させる。また、電流実際値Ｉが電流指令Ｉ＊より小さい場合は、電極３３と炉体３４との間のアーク抵抗が大きくなったと判断して電極３３を下降させるように制御し、アーク抵抗を小さくして電流実際値Ｉを増加させる。
図６の負荷４では、上述した昇降制御を行うことにより、負荷４内の駆動対象である電極３３と炉体３４との間のアーク抵抗を一定値に制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−８０３６８号公報（段落[００１１]〜[００１３]、図１〜図３等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図５に示した制御装置１３では、負荷４の無効電力を補償するために、負荷４の上位に設けたＰＴ８及びＣＴ９によって系統電圧Ｖｓ及び負荷電流Ｉｆを検出し、これらを用いて無効電力検出回路１０，１１等により負荷４の無効電力を検出して最終的に点弧角指令αを演算し、無効電力補償装置１を制御していた。
しかし、これによると、無効電力を検出するための演算遅れや無効電力補償装置１の動作遅れ等に起因して、負荷４の無効電力を迅速かつ充分に補償することができないという問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の解決課題は、負荷の無効電力の演算と無効電力補償装置の動作との間の遅れ時間を見掛け上、少なくして、負荷の無効電力を迅速かつ充分に補償可能とした制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、所定の電流指令に従って電力系統から電流が供給され、かつ、所定の速度指令に従って駆動される駆動対象を備えた負荷の無効電力を、半導体素子の動作により補償する無効電力補償装置の制御装置において、
前記速度指令が入力されて一定時間後の速度実際値を推定する手段と、
前記速度実際値に前記電流指令を加算して一定時間後の電流実際値を推定する手段と、
前記電流実際値と前記電力系統の電圧とから前記負荷の無効電力を検出する検出手段と、
前記検出手段による無効電力検出結果を用いて前記半導体素子を制御する手段と、を備えたものである。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した無効電力補償装置の制御装置において、
前記速度実際値を推定する手段は、
前記速度指令と前記速度実際値との偏差が入力され、かつ、前記駆動対象の速度調節器と同一の特性を有する速度調節器モデルと、
前記駆動対象及びその駆動装置がモデル化されて前記速度調節器モデルの出力から前記速度実際値を生成する制御対象モデルと、を有するフィードバック制御モデルであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、負荷を構成する駆動対象の速度指令から一定時間後の速度実際値を推定し、この速度実際値に駆動対象の電流指令を加算して一定時間後の電流実際値を推定し、この電流実際値を用いて演算した負荷の無効電力に基づいて無効電力補償装置を制御することにより、負荷が発生する無効電力を時間遅れなく補償することができ、電圧フリッカを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態を示す全体構成図である。
【図２】図１における電極昇降装置モデルの構成図である。
【図３】図１における電極昇降装置及び制御装置における電流、速度の説明図である。
【図４】従来技術を示す構成図である。
【図５】図４における制御装置の構成図である。
【図６】図４における負荷の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係る制御装置１３Ａを無効電力補償装置１、系統電源２、電力系統２’、系統インピーダンス３及び負荷４と共に示したものである。なお、無効電力補償装置１の構成は、例えば図４と同一である。また、負荷４も図６と同様に、炉用変圧器３１、ＣＴ１７、ＰＴ１８、電極３３、炉体３４、電極昇降装置２３を備え、電極昇降装置２３は、電極昇降制御装置３５、インバータ３０、及び、電極３３を駆動する電動機３２を備えている。これらの無効電力補償装置１及び負荷４の詳細な構成については、重複を避けるために説明を省略する。
【００１６】
さて、制御装置１３Ａは、無効電力検出回路１０，１１への電流入力部の構成が図５の制御装置１３と異なっている。
すなわち、制御装置１３Ａには、電極昇降装置２３（電極昇降制御装置３５）内で生成された速度指令Ｎ＊が入力される電極昇降装置モデル２４が設けられており、この電極昇降装置モデル２４により推定した一定時間Ｔ後の速度実際値Ｎ’と、同じく電極昇降装置２３内で生成された電流指令Ｉ＊とが加算器２６により加算されて、一定時間Ｔ後の電流実際値Ｉ’が推定されるようになっている。
【００１７】
加算器２６から出力される電流実際値Ｉ’は無効電力検出回路１０，１１に入力されており、この電流実際Ｉ’と系統電圧Ｖｓとを用いて各検出回路１０，１１により無効電力Ｑ１及び無効電力ベース分Ｑ２が演算される。各検出回路１０，１１以降の構成及び動作は、図５によって説明した通りである。
【００１８】
一方、従来と同様に、負荷４内の電極昇降制御装置３５では、電流実際値Ｉ及び電流指令Ｉ＊を用いて数式１により速度指令Ｎ＊を演算し、速度検出値Ｎが速度指令Ｎ＊に一致するように、速度調節器２９がインバータ３０を介して電動機３２を制御することにより、電極３３を昇降制御する。
［数式１］
Ｎ＊＝Ｉ−Ｉ＊
【００１９】
ここで、制御装置１３Ａ内の電極昇降装置モデル２４は、図２に示すように、電極昇降装置２３内の速度調節器２９と同一の特性を持つ速度調節器モデル２９Ａと、その出力が加えられる制御対象モデル２５と、減算器２２Ａと、によって構成されたフィードバック制御モデルである。なお、制御対象モデル２５は、駆動装置としてのインバータ３０及び電動機３２、並びに、駆動対象としての電極３３の特性を合成したモデルである。
本実施形態では、電極昇降装置モデル２４を用いて一定時間Ｔ後まで複数回演算することで、速度指令Ｎ＊に対する一定時間Ｔ後の速度実際値Ｎ’を推定する。この電極昇降装置モデル２４は電動機速度制御系を伝達関数等でモデル化したものであるため、一定時間Ｔ後の速度実際値Ｎ’の演算が可能である。
【００２０】
電極昇降装置モデル２４によって速度実際値Ｎ’を演算した後、加算器２６において数式２により電極昇降装置２３からの電流指令Ｉ＊を加算して、電流実際値Ｉ’を推定する。
この数式２は、数式１において、Ｎ＊＝Ｎ’、Ｉ＝Ｉ’とし、Ｉ’について演算した場合と同じである。言い換えれば、図３に示すように、制御装置１３Ａ内で、電極昇降装置２３内の速度指令Ｎ＊及び電流指令Ｉ＊を用いて時間Ｔ後の速度実際値Ｎ’及び電流実際値Ｉ’を推定していることになる。なお、図３は、現在の速度実際値が速度指令に一致している場合、すなわちＮ＝Ｎ＊とした場合である。
［数式２］
Ｉ’＝Ｎ’＋Ｉ＊
【００２１】
このように、本実施形態では、一定時間Ｔ後の速度実際値Ｎ’を用いて演算した電流実際値Ｉ’により、無効電力検出回路１０，１１が無効電力Ｑ１及び無効電力ベース分Ｑ２を演算して最終的に点弧角指令αを求め、無効電力補償装置１のサイリスタ５を制御することになる。すなわち、制御装置１３Ａ内の電極昇降装置モデル２４によって一定時間Ｔ後の速度及び電流を推定し、その推定値に基づいて無効電力検出回路１０，１１が一定時間Ｔ後の無効電力を前もって演算することができる。
これにより、無効電力を検出するための演算遅れや無効電力補償装置１の動作遅れ等があったとしても、これらの遅れ時間を上記の時間Ｔ内に吸収することが可能であり、無効電力を迅速かつ効果的に補償して電圧フリッカを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は、電気炉負荷に限らず、電鉄負荷、鉄鋼圧延負荷等が発生する無効電力の補償にも利用可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１：無効電力補償装置
２：系統電源
２’：電力系統
３：系統インピーダンス
４：負荷
５：サイリスタ
６：リアクトル
７：コンデンサ
８，１８：ＰＴ
９，１７：ＣＴ
１０，１１：無効電力検出回路
１２：点弧角制御回路
１３Ａ：制御装置
１４，２１，２２，２２Ａ：減算器
１５：余分容量演算器
１６，２６：加算器
１９：乗算器
２０：電流設定器
２３：電極昇降装置
２４：電極昇降装置モデル
２５：制御対象モデル
２９：速度調節器
２９Ａ：速度調節器モデル
３０：インバータ
３１：炉用変圧器
３２：電動機
３３：電極
３４：炉体
３５：電極昇降制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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