(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統にタップ切換式の直列リアクトルを介して接続される負荷の無効電力変動によって発生する電圧フリッカを抑制するために電力系統に連系される無効電力補償装置の制御方法において、
前記負荷の無効電力を急峻に変動する無効電力と比較的ゆっくり変動する無効電力とに分離して検出し、常時は、急峻に変動する無効電力とゆっくりと変動する無効電力を補償し、前記直列リアクトルのタップ切換時に一定時間の間、急峻に変動する無効電力のみを補償することを特徴とする無効電力補償装置の制御方法。
【請求項２】
電力系統にタップ切換式の直列リアクトルを介して接続される負荷の無効電力変動によって発生する電圧フリッカを抑制するために電力系統に連系される無効電力補償装置の制御装置において、
前記負荷の無効電力を急峻に変動する無効電力と比較的ゆっくり変動する無効電力とに分離して検出する無効電力検出手段と、
前記直列リアクトルのタップ切換時に発せられるリアクトル短絡指令信号に応答して一定時間持続する時限信号を発生する時限手段と、
常時は、急峻に変動する無効電力と比較的ゆっくり変動する無効電力とを補償無効電力指令値として選択し、前記時限手段が時限信号を発生している間は、急峻に変動する無効電力のみを補償無効電力指令値として選択する切換手段と、
その切換手段によって選択された補償無効電力指令値に基づいて無効電力補償装置のための制御信号を生成する制御手段と、
を有す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】
本発明は、電力系統に接続される電気炉などの負荷の無効電力変動によって発生する電圧フリッカを抑制するために電力系統に連系される無効電力補償装置の制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２に無効電力補償装置の一例を示す。図２において、１は無効電力補償装置、２は電力系統、３は電力系統に含まれる系統インピーダンス、４は電圧フリッカを発生する電気炉（アーク炉）などの負荷である。系統インピーダンス３と負荷４との間に接続されている無効電力補償装置１は、サイリスタ５、リアクトル６、コンデンサ７、変成器８、変流器９、制御装置１３から構成され、電圧フリッカを抑制するために負荷４が発生する無効電力を補償する。即ち、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を制御することで系統の無効電力がＱｓ＝０となり、系統電圧の電圧変動を抑制することができ、電圧フリッカを抑制することができる。
【０００３】
図２の制御装置１３の具体的な構成例を図３に示す。図３に示す制御装置１３は、無効電力補償装置を負荷の無効電力に応じて制御するために、負荷の無効電力を急峻に変動する無効電力成分（例えば１０Ｈｚ近辺）と、比較的ゆっくり変動する無効電力成分（例えば１Ｈｚ以下）とに分離して検出し、両無効電力成分に基づいて、補償すべき無効電力を指令する制御装置であり、この種の制御装置は公知である（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
図３における変成器８、変流器９は図２のものに対応し、変成器８は系統電圧Ｖｓを検出し、変流器９は負荷電流Ｉｆを検出する。制御装置１３は、無効電力検出回路１０および１１、減算器１４、余力容量演算器１５、点弧角制御回路１２によって構成されている。
【０００４】
変成器８により検出された系統電圧Ｖｓと、変流器９により検出された負荷電流Ｉｆとから、無効電力検出回路１０では負荷４の急峻な変動成分も含む無効電力Ｑ１を演算し、無効電力検出回路１１では負荷４の比較的ゆっくりと変動するベース成分の無効電力Ｑ２を演算する。従って、減算器１４において、無効電力検出回路１０によって演算した負荷４の無効電力Ｑ１から、無効電力検出回路１１で演算した比較的ゆっくりと変動する無効電力Ｑ２を減算することにより、負荷４の急峻に変動する無効電力ΔＱを求めることができる。結果的に、負荷４の無効電力Ｑ１が、急峻に変動する無効電力ΔＱと、比較的ゆっくりと変動する無効電力Ｑ２とを含むことになり、負荷の無効電力Ｑ１が、急峻に変動する無効電力ΔＱと、比較的ゆっくり変動する無効電力Ｑ２とに分離して検出されているといえる。
【０００５】
ここで、無効電力を補償するにあたり、負荷４の無効電力Ｑ１（＝ΔＱ＋Ｑ２）を補償する方法と、負荷４の急峻に変動する無効電力ΔＱを補償する方法との２通りがあることになるが、フリッカ補償の場合、急峻に変動する無効電力ΔＱを補償すればよい。しかし、比較的ゆっくりと変動する無効電力Ｑ２が残るため補償後の力率は良くならない。また、負荷４の無効電力Ｑ１を補償する場合、力率は良くなるが、無効電力補償装置１の補償容量には経済的な設計上から限界があるためフリッカ補償には充分ではない。このため従来技術では、急峻に変動する無効電力を補償することでフリッカ補償をし、無効電力補償装置１の補償容量に余力があれば、力率の補償まで行う方法を用いている。
【０００６】
そのために、図３に示すとおり余力容量演算回路１５が設けられている。余力容量演算回路１５は、両無効電力検出器１０および１１の演算出力を用いて、無効電力補償装置１の余力容量を演算し、その演算した余力容量の限度内で、比較的ゆっくり変動する無効電力Ｑ２の少なくとも一部を追加補償分として加算器１６に入力する。余力容量演算回路１５は、急峻に変動する無効電力ΔＱのみを補償した場合の無効電力補償装置１の余力容量値を演算する演算部と、当該余力容量値を上回らないように比較的ゆっくり変動する無効電力Ｑ２を制限して出力する制限部とで構成することができるが、その具体的な構成例は、先に挙げた特許文献１を参照されたい。
【０００７】
加算器１６において、余力容量演算回路１５が演算した追加補償分を、急峻に変動する無効電力ΔＱに対して加算することで、補償すべき無効電力の指令値が求められる。この指令値に基づいて点弧角制御回路１２が点弧角指令αを演算し、この点弧角指令αに従って無効電力補償装置１のサイリスタ５が点弧制御される。例えば、余力容量演算回路１５が演算した追加補償分が零のときは、即ち余力が全くないときは、急峻に変動する無効電力成分ΔＱのみが補償され、そうでない場合は、急峻に変動する無効電力ΔＱのみならず、容量演算回路１５が演算した追加補償分に応じて、比較的ゆっくり変動する無効電力Ｑ２の少なくとも一部が補償される。
【０００８】
一方、図２に示された負荷４は、スクラップ鉄などをアークによって溶かして再生させる設備としての電気炉を示しており、この電気炉の一例が図４にさらに詳しく示されている。図４の電気炉４は、直列リアクトル１９、炉用変圧器３１、電極３３、炉体３４、変流器１７、変成器１８、電極３３を昇降させる電極昇降装置３０、電極昇降装置３０を構成する電動機に電極３３の速度制御に必要な電力を供給する電極昇降制御装置３５で構成される。
【０００９】
図４に示す電気炉の電極昇降制御装置３５では、変成器１８でアーク電圧を、変流器１７でアーク電流を検出して、これらアーク電圧とアーク電流からアークインピーダンスを演算し、このインピーダンスが一定になるように電極３３を上昇または下降させるべく速度指令値を出力して電極昇降装置３０を制御する。
【００１０】
直列リアクトル１９は、電気炉に投入する電力量に応じて回路インピーダンスの切り換えるために切換可能なタップを有するタップ切換式の直列リアクトルとして構成されている。複数のタップを無電圧状態で切り換えるために、直列リアクトル１９にはしゃ断器２１，２２および切換制御器２０が設けられている。この無電圧タップ切換方式のほかに負荷時タップ切換方式もあるが、一般的に装置の小形化ができて安価であるという理由から無電圧状態で操作する無電圧タップ切換方式が採用されている。
【００１１】
直列リアクトル１９の無電圧タップ切換は、次のような手順で行われる。通常、直列リアクトル１９、しゃ断器２１、炉用変圧器３１の経路で電流が流れているが、タップを切り換える時には、しゃ断器２２を“閉”、しゃ断器２１を“開”にして直列リアクトル１９に電流を流さないようにしてタップを切り換える。その後、しゃ断器２１を“閉”、しゃ断器２２を“開”にすることで、タップの切換動作が完了する。このタップ切換の際に、特に直列リアクトル１９を短絡するためにしゃ断器２２を“閉”にした時に、回路インピーダンスが極端に小さくなることで、電気炉に流れる変動電流が大きくなるため、フリッカが多く発生することが明らかになった。
【００１２】
上述の従来の制御装置は、フリッカおよび力率を補償するため負荷４の急峻に変動する無効電力ΔＱを補償するモードと、負荷４の無効電力Ｑ２を補償するモードとの２つの補償モードを有しているが、常時は急峻に変動する無効電力ΔＱを補償する一方で、無効電力補償装置の余力容量を演算しながらその装置余力容量の限度内で比較的ゆっくり変動する無効電力Ｑ２の少なくとも一部を追加補償するので、モードの切換は負荷４の無効電力から装置余力容量によって切り換わることになる。しかし、この場合、装置余力容量等の演算に時間がかかってしまい、本来、急峻な変動の無効電力を補償するべき時点で、補償モードの切換が遅れることで、最適なフリッカ補償ができず、補償性能を低下させてしまうことが懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−８０３６８号公報
【特許文献２】特開２０１４−８７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明の課題は、直列リアクトルのタップ切換操作時のリアクトル短絡に起因して起こり得るフリッカの発生を防止することにより、フリッカ補償性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
その課題は、方法発明に関しては、電力系統にタップ切換式の直列リアクトルを介して接続される負荷の無効電力変動によって発生する電圧フリッカを抑制するために電力系統に連系される無効電力補償装置の制御方法において、前記負荷の無効電力を急峻に変動する無効電力と比較的ゆっくり変動する無効電力とに分離して検出し、常時は、急峻に変動する無効電力とゆっくりと変動する無効電力を補償し、前記直列リアクトルのタップ切換時に一定時間の間、急峻に変動する無効電力のみを補償することを特徴とする無効電力補償装置の制御方法によって解決される。
【００１６】
さらに、その課題は、装置発明に関しては、電力系統にタップ切換式の直列リアクトルを介して接続される負荷の無効電力変動によって発生する電圧フリッカを抑制するために電力系統に連系される無効電力補償装置の制御装置において、前記負荷の無効電力を急峻に変動する無効電力と比較的ゆっくり変動する無効電力とに分離して検出する無効電力検出手段と、前記直列リアクトルのタップ切換時に発せられるリアクトル短絡指令信号に応答して一定時間持続する時限信号を発生する時限手段と、常時は、急峻に変動する無効電力と比較的ゆっくり変動する無効電力とを補償無効電力指令値として選択し、前記時限手段が時限信号を発生している間は、急峻に変動する無効電力のみを補償無効電力指令値として選択する切換手段と、その切換手段によって選択された補償無効電力指令値に基づいて無効電力補償装置のための制御信号を生成する制御手段と有することを特徴とする無効電力補償装置の制御装置によって解決される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、負荷の無効電力を急峻に変動する無効電力と、比較的ゆっくり変動する無効電力とに分離して検出し、常時は、急峻に変動する無効電力とゆっくりと変動する無効電力を補償しておき、負荷の前段に設けられたタップ切換式の直列リアクトルのタップ切換時にリアクトル短絡指令が発せられた際に一定時間の間、急峻に変動する無効電力のみを補償することによって、直列リアクトルのタップ切換操作時のリアクトル短絡に起因して起こり得るフリッカの発生を防止することができ、フリッカ補償性能を向上させることができる。なぜならば、リアクトル短絡によって回路インピーダンスが極端に小さくなることで、負荷に流れる変動電流が大きくなるが、本発明により、リアクトル短絡指令が発せられた際に一定時間の間、急峻に変動する無効電力のみを補償するように切り換えることによって、速やかに無効電力補償装置の全容量を利用して変動電流を補償することができるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は無効電力補償装置の制御装置の本発明による実施例を示すブロック図である。
【図２】図２は無効電力補償装置の概略構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は無効電力補償装置の制御装置の従来における実施例を示すブロック図である。
【図４】図４は直列リアクトルを備えた電気炉の概略構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は無効電力補償装置の制御装置の本発明による実施例を示す。図１乃至４において互いに対応する構成要素には同一符号が付されている。図１において、１は無効電力補償装置であり、これの主回路は図２に示したとおりサイリスタ５、リアクトル６およびコンデンサ７から構成されており、系統インダクタンス３を有する電力系統２において、負荷４に対して並列に接続されている。
【００２０】
負荷４は、スクラップ鉄などをアークによって溶かして再生させる設備としての電気炉として示されており、図４に示した電気炉４と同様に、タップ切換式の直列リアクトル１９、しゃ断器２１および２２、切換制御器２０、炉用変圧器３１、電極３３、炉体３４、変流器１７、変成器１８、電極昇降装置３０、電極昇降制御装置３５で構成されている。さらに、後述するように、場合によっては図４にない遅延回路２３が追加される。
【００２１】
無効電力補償装置１の制御装置１３は、図３に示した従来例と同様に、２つの電力検出回路１０および１１と、減算器１４と、点弧角制御回路１２とを有する。従って、電力検出回路１０は、変成器８により検出された系統電圧Ｖｓと、変流器９により検出された負荷電流Ｉｆとから、負荷４の無効電力Ｑ１を演算する。また、電力検出回路１１は、変成器８により検出された系統電圧Ｖｓと、変流器９により検出された負荷電流Ｉｆとから、負荷４の比較的ゆっくりと変動する無効電力Ｑ２を演算する。減算器１４は、無効電力検出回路１０によって演算した負荷４の無効電力Ｑ１から、無効電力検出回路１１で演算した比較的ゆっくりと変動する無効電力Ｑ２を減算することにより、負荷４の急峻に変動する無効電力ΔＱを求める。従って、変成器８および変流器９と、２つの無効電力検出回路１０，１１と、減算器１４とは、負荷４の無効電力Ｑ１を急峻に変動する無効電力成分ΔＱと比較的ゆっくり変動する無効電力成分Ｑ２とに分離して検出する無効電力検出手段を構成している。
【００２２】
さらに、本発明による制御装置１３は、図３に示した従来例と違って、タイマ３６と切換器３７とを有する。タイマ３６には、電気炉４に設けられた直列リアクトル１９のしゃ断器２１および２２の切換制御を行う切換制御器２０から、直列リアクトル１９のタップ切換時に発せられるリアクトル短絡指令信号が入力される。タイマ３６は、リアクトル短絡指令信号によって作動して予め設定された一定時間だけ持続する出力信号を発生する。従って、タイマ３６は、電気炉４に設けられている直列リアクトル１９のタップ切換時のリアクトル短絡指令信号に応答して一定時間持続する時限信号を発生する時限手段である。
【００２３】
切換器３７は、常時は電力検出回路１０の出力値Ｑ１を選択し、タイマ３６が作動して出力信号を発生している一定時間の期間は減算器１４の出力値ΔＱを選択し、選択した方の出力値Ｑ１もしくはΔＱを補償無効電力指令値として点弧角制御回路１２に入力する。従って、切換器３７は、常時は、急峻に変動する無効電力ΔＱと比較的ゆっくり変動する無効電力Ｑ２とを含めた負荷の無効電力Ｑ１を補償無効電力指令値として選択し、前記時限手段（タイマ３６）が時限信号を発生している間は、急峻に変動する無効電力ΔＱのみを補償無効電力指令値として選択する切換手段である。
【００２４】
補償無効電力指令値とは、無効電力補償装置１が補償すべき無効電力の指令値であり、点弧角制御回路１２は、補償無効電力指令値に対応した点弧角αにて無効電力補償装置１内のサイリスタ５を点弧制御する。従って、点弧角制御回路１２は、前記切換手段（切換器３７）によって選択された補償無効電力指令値に基づいて無効電力補償装置１のための制御信号を生成する制御手段である。
【００２５】
電気炉４側では、切換制御器２０からのリアクトル指令信号を遅延回路２３により予め設定された時間だけ遅延させてしゃ断器２１および２２に伝達し、それによってしゃ断器２２が投入されて、しゃ断器２１が開路される。この状態で直列リアクトル１９の無電圧タップ切換が実行される。タップ切換完了後に切換制御器２０によって再びしゃ断器２１が投入されて、しゃ断器２２が開路される。遅延回路２３は、切換制御器２０からの短絡指令からしゃ断器２２が閉成されるまでの時間よりも、制御装置１３の切換器３７が切り換わる時間が短い場合には必要でない。
【００２６】
タイマ３６では、短絡指令が一旦入力されると、その時点から直列リアクトル１９のタップが切り換わって電流変動が収まるまで持続する一定の時間が予め設定されている。従って、タイマ３６は短絡指令に対して直ちに応答してオン状態になることによって、切換器３７が切り換わって、負荷４の急峻に変動する無効電力ΔＱを補償無効電力指令値として選択する。従って、タイマ３６で設定された一定時間の間は、負荷４の急峻に変動する無効電力ΔＱを継続的に補償する動作が行われる。一定時間経過後にタイマ３６がオフすると、切換器３７は元の状態に切り換わって、急峻に変動する無効電力ΔＱとゆっくりと変動する無効電力Ｑ２とを含めて負荷の無効電力Ｑ１を補償する常時動作に戻す。
【００２７】
本発明によれば、常時は、急峻に変動する無効電力ΔＱとゆっくりと変動する無効電力Ｑ２とを含めた負荷の無効電力Ｑ１を補償することによって、無効電力補償装置１はフリッカ補償と同時に力率改善にも寄与することができる。しかし、その場合、電気炉４に設けられている直列リアクトル１９のタップ切換のためにリアクトル短絡が行われたとき、回路インピーダンスが極端に小さくなって電気炉４に流れる変動電流が大きくなるが、無効電力補償装置１はそのような大きな変動電流に即応できず、その結果フリッカが発生する。そこで、本発明によれば、さらに、リアクトル短絡指令が発せられた際に一定時間の間、急峻に変動する無効電力ΔＱのみを補償するように切り換えることによって、直ちに無効電力補償装置１の全容量を変動電流の補償に利用可能にすることができるので、リアクトル短絡に起因して起こり得るフリッカの発生を防止し、フリッカ補償性能を向上させることができる。
【００２８】
本発明による制御方法は、先に挙げた特許文献１および特許文献２に開示されたフリッカ補償の改善技術と併用することができ、それによって総合的にフリッカ補償性能を格別に向上させることができる。例えば、急峻に変動する無効電力とゆっくりと変動する無効電力を補償する常時時動作の場合に、ゆっくりと変動する無効電力の補償については、特許文献１に開示されているように、無効電力補償装置の余力容量を演算しながら、装置余力容量の限度内で比較的ゆっくり変動する無効電力を補償するようにしてもよい。さらに特許文献２に記載されているように、電気炉の電極昇降制御のために演算される電極の速度指令値が予め設定した限界値を越えた際に、一定時間の間、急峻に変動する無効電力のみを補償するように、補償すべき無効電力を切り換えることを追加してもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１          無効電力補償装置
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          変成器
９          変流器
１０        無効電力検出回路
１１        無効電力検出回路
１２        点弧角制御回路
１３        制御装置
１４        減算器
１５        余力容量演算器
１６        加算器
１７        変流器
１８        変成器
１９        直列リアクトル
２０        切換制御器
２１        しゃ断器
２２        しゃ断器
２３        遅延回路
２８        設定器
２９        昇降制御回路
３０        電極昇降装置
３１        炉用変圧器
３３        電極
３４        炉体
３５        電極昇降制御装置
３６        タイマ
３７        切換器
【図１】
0006394316.tif 000002
【図２】
0006394316.tif 000003
【図３】
0006394316.tif 000004
【図４】
0006394316.tif 000005