(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続された負荷が発生する電圧フリッカを、可制御スイッチ素子からなる電力変換装置を用いて補償するに当たり、
一定時間前のフリッカ改善評価値とその今回値との差を検出してその差が一定範囲内かどうかを判断し、一定範囲内のときは負荷の無効電力正相成分と逆相成分との補償割合を変更せずそのままにして運転を継続し、前記差が一定範囲外のときは前記補償割合を変更することを特徴とする電圧フリッカ補償方法。
【請求項２】
前記差が一定範囲外で今回値が前回値を上回るときは、前記補償割合について前回が増加のときは今回は減少とするか、または、前回が減少のときは今回は増加とし、前記差が一定範囲外で今回値が前回値を下回るときは、前記補償割合について前回が増加のときは今回も増加とするか、または、前回が減少のときは今回も減少とすることを特徴とする請求項１に記載の電圧フリッカ補償方法。
【請求項３】
前記フリッカ改善評価値は、ちらつき視感度曲線の周波数特性に合わせたバンドパスフィルタで系統電圧を抽出し、その値から一定時間における実効値を求めて得ることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電圧フリッカ補償方法。
【請求項４】
電力系統に接続された負荷の電圧と電流から負荷の無効電力の正相成分と逆相成分とを求め、これらの各々に一定の補償割合を乗じた量にもとづき電力変換装置の可制御スイッチ素子を制御することにより、負荷が発生する電圧フリッカを補償する電圧フリッカ補償装置において、
前記負荷の電圧検出値からその一定周波数成分を抽出するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタの出力から一定時間の電圧実効値を演算する実効値演算器と、この電圧実効値を積算する積分器と、その最大値を求める最大値演算器と、この最大値からフリッカ改善評価値を用いて前記補償割合を演算する補償割合演算器とを設け、その補償割合に応じて補償することを特徴とする電圧フリッカ補償装置。
【請求項５】
前記バンドパスフィルタの周波数特性を、ちらつき視感度曲線の周波数特性に合わせることを特徴とする請求項４に記載の電圧フリッカ補償装置。
【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た電気炉等の負荷（不安定負荷）によって発生する電圧フリッカを、サイリスタや自己消弧形素子（これらを総称して可制御スイッチ素子とも言う）からなる電力変換装置を用いて補償する電圧フリッカ補償方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統から短絡容量に相当するリアクトルを介して負荷に電力を供給する場合、負荷の連系点には負荷の無効電力変動と上記リアクトルとの積で決まる電圧変動が生じる。この電圧変動を電圧フリッカと言い、規制の対象となっている。このような電圧フリッカを補償する方式には、例えば図５に示すように、自己消弧形素子５にダイオード６を逆並列接続した電圧形インバータ７を、負荷３に並列接続する自励式補償方式と、図６に示すように、リアクトル９とサイリスタ１０の直列回路と、リアクトル１１とコンデンサ１２の直列回路とをそれぞれ負荷３に並列接続する他励式補償方式とがある。
【０００３】
自励式補償方式の詳細構成を図７に示す。
これは、電圧検出器１３で検出した連系電圧と、電流検出器１４で検出した負荷電流とから、負荷の無効電力正相分と無効電力逆相分を座標変換器１６により演算し、調整結果により得られた（予め求められて２４，２５に設定されている）正相分と逆相分の補償割合を乗算する。その結果に各相電流が定格内になるよう、リミッタ演算器１７で演算したゲインをさらに乗算し、その結果から座標変換器１８で３相の電流指令を演算し、電流検出器１４’で検出した出力電流が指令と一致するように、電流調節器１９’で電圧指令を演算し、パルス生成器１９により図５の自己消弧形素子５に対する点弧パルスを演算する。
【０００４】
他励式補償方式の詳細構成を図８に示す。
これは、各相電流が定格内になる無効電力正相分と逆相分を演算し、リミッタにより定格内に収めるところまでは自励式補償方式と同様であるが、その後図７では座標変換器１８を用いて３相の電流指令を求めているのに対し、ここでは３相電流指令値演算器１８’を用いて３相の電流指令を求めるようにした点で異なっている。その先は図７と同じく上記電流指令に出力電流が一致するように、電流調節器１９’で点弧角指令を演算し、パルス生成器１９で点弧パルスを演算して図６のサイリスタ１０を点弧制御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電圧フリッカを補償するに当たっては、できるだけ少ない補償装置容量で補償できることがコスト的にも望ましい。また、効果的に補償するためには負荷の無効電力の正相分と逆相分の補償割合を最適に設定する必要があるが、この最適値は負荷や設置される系統によって異なるため、最適値の設定には経験が必要になると言う問題がある。
したがって、この発明の課題は、電気炉などの不安定負荷を、常時最適な補償割合で補償できるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、電力系統に接続された負荷が発生する電圧フリッカを、可制御スイッチ素子からなる電力変換装置を用いて補償するに当たり、
一定時間前のフリッカ改善評価値とその今回値との差を検出してその差が一定範囲内かどうかを判断し、一定範囲内のときは負荷の無効電力正相成分と逆相成分との補償割合を変更せずそのままにして運転を継続し、前記差が一定範囲外のときは前記補償割合を変更することを特徴とする。
この請求項１の発明においては、前記差が一定範囲外で今回値が前回値を上回るときは、前記補償割合について前回が増加のときは今回は減少とするか、または、前回が減少のときは今回は増加とし、前記差が一定範囲外で今回値が前回値を下回るときは、前記補償割合について前回が増加のときは今回も増加とするか、または、前回が減少のときは今回も減少とすることができる（請求項２の発明）。
上記請求項１または２の発明においては、前記フリッカ改善評価値は、ちらつき視感度曲線の周波数特性に合わせたバンドパスフィルタで系統電圧を抽出し、その値から一定時間における実効値を求めて得ることができる（請求項３の発明）。
【０００７】
請求項４の発明では、電力系統に接続された負荷の電圧と電流から負荷の無効電力の正相成分と逆相成分とを求め、これらの各々に一定の補償割合を乗じた量にもとづき電力変換装置の可制御スイッチ素子を制御することにより、負荷が発生する電圧フリッカを補償する電圧フリッカ補償装置において、
前記負荷の電圧検出値からその一定周波数成分を抽出するバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタの出力から一定時間の電圧実効値を演算する実効値演算器と、この電圧実効値を積算する積分器と、その最大値を求める最大値演算器と、この最大値からフリッカ改善評価値を用いて前記補償割合を演算する補償割合演算器とを設け、その補償割合に応じて補償することを特徴とする。
この請求項４の発明においては、前記バンドパスフィルタの周波数特性を、ちらつき視感度曲線の周波数特性に合わせることができる（請求項５の発明）。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
図示のように、これは図７に示す従来例に対し、バンドパスフィルタ２０、実効値演算器２１、積分器２２’、最大値演算器２２および補償割合演算器２３を付加して構成される。フィルタ２０には検出器１３からの系統電圧が与えられるので、系統電圧の所定周波数成分が抽出される。このとき、フィルタ２０には図２に示されるような、ちらつき視感度曲線のゲイン応答と一致する周波数特性を持たせる。
【０００９】
実効値演算器２１はフィルタ２０の出力ｆBFP（ｔ）に対し、次の数１に示す（１）式の演算式により、例えば周期１００ｍｓの実効値演算を行ない、これをフリッカ評価値として用いる。
【数１】
0003801946.tif 000002
【００１０】
演算された各相電圧の実効値は積分器２２’で逐次積分され、その各相の最大値が最大値演算器２２で求められる。これは、最大値に対して補償ができるようにするためである。補償割合演算器２３はフリッカ評価値から上記正相分と逆相分の補償割合を演算し、これにもとづき制御を行なう。なお、各演算サイクル毎に積分器２２’がクリアされる。
【００１１】
図３は補償割合演算器の動作を説明するフローチャートである。
まず、ステップ▲１▼でフリッカ評価値の前回値と今回値との差（｜前回値−今回値｜）が、一定範囲内（＜ΔＶ）かどうかを判断する。一定範囲内のときは補償割合を変更せず（ステップ▲２▼）、一定範囲外のときはステップ▲３▼で前回値＜今回値かどうかを判断する。前回値＜今回値のときはステップ▲４▼に移行し、ここで前回において正相分の補償割合を増加したか否かを判断する。判断結果がＹｅｓのときは、正相分補償割合前回値ＲP（Ｎ−１）をΔＲだけ減らし、逆相分補償割合前回値ＲN（Ｎ−１）をΔＲだけ増やす。つまり、正相分補償割合今回値ＲP（Ｎ）＝ＲP（Ｎ−１）−ΔＲとし、逆相分補償割合今回値ＲN（Ｎ）＝ＲN（Ｎ−１）＋ΔＲとする（ステップ▲５▼）。
一方、ステップ▲４▼での判断結果がＮｏのときは、正相分補償割合前回値ＲP（Ｎ−１）をΔＲだけ増やし、逆相分補償割合前回値ＲN（Ｎ−１）をΔＲだけ減らす。つまり、正相分補償割合今回値ＲP（Ｎ）＝ＲP（Ｎ−１）＋ΔＲとし、逆相分補償割合今回値ＲN（Ｎ）＝ＲN（Ｎ−１）−ΔＲとする（ステップ▲６▼）。
【００１２】
上記ステップ▲３▼の判断結果が前回値＜今回値でないときは（前回値＞今回値のときである。前回値＝今回値のときは、ステップ▲１▼のときとおなじである。）、ステップ▲７▼で前回において正相分の補償割合を増加したか否かを判断する。判断結果がＹｅｓのときはステップ▲６▼と同じく、正相分補償割合前回値ＲP（Ｎ−１）をΔＲだけ増やし、逆相分補償割合前回値ＲN（Ｎ−１）をΔＲだけ減らす（ステップ▲８▼）。ステップ▲７▼での判断結果がＮｏのときはステップ▲５▼と同じく、正相分補償割合前回値ＲP（Ｎ−１）をΔＲだけ減らし、逆相分補償割合前回値ＲN（Ｎ−１）をΔＲだけ増やす。
【００１３】
このように、一定時間前のフリッカ改善評価値とその今回値との差を検出してその差が一定範囲内かどうかを判断し、一定範囲内のときは負荷の無効電力正相成分と逆相成分との補償割合を変更せずそのままにして運転を継続し、前記差が一定範囲外で今回値が前回値を上回るときは前回とは逆の操作をし、前記差が一定範囲外で今回値が前回値を下回るときは前回と同じ操作をすることにより、電気炉などの不安定負荷を、常時最適な補償割合で補償することが可能となる。
【００１４】
【発明の効果】
この発明によれば、予め決められた補償割合で補償するのではなく、負荷の電圧変動に応じて補償するようにしたので、補償装置を設置した後に行なう調整時間を短縮することができる。また、常に最適な補償割合となることから、従来のものよりも少ない装置容量で従来と同程度の電圧フリッカ補償性能を有するので、装置コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】ちらつき視感度曲線を示す特性図である。
【図３】図１の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４】この発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
【図５】自励式補償方式の従来例を説明するための概要図である。
【図６】他励式補償方式の従来例を説明するための概要図である。
【図７】図５の詳細例を示す構成図である。
【図８】図６の詳細例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…電力系統、２…短絡容量相当のインダクタンス、３…負荷、４，９，１１…リアクトル、５…自己消弧素子、６…ダイオード、７…インバータ、８…直流電源、１０…サイリスタ、１２…コンデンサ、１３…電圧検出器、１４，１４’…電流検出器、１５…自励式補償装置、１５’…他励式補償装置、１６，１８…座標変換器、１７…リミッタ演算器、１８’…３相電流指令値演算器、１９…パルス生成器、１９’…電流調節器、２０…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、２１…実効値演算器、２２…最大値演算器、２２’…積分器、２３…補償割合演算器、２４…逆相分補償率設定器、２５…正相分補償率設定器。
【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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【図７】
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【図８】
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