JP4900818B2 - 静止形無効電力補償装置の過負荷防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、静止形無効電力補償装置に係り、特に短時間定格を持つ装置の過負荷防止に関するものである。

配電系統には、電圧変動の抑制や電圧安定化を目的として、図４で示すような半導体素子を使用した静止形無効電力補償装置が設置されている。図４において、１は連系変圧器、２はリアクトル、３は半導体素子を使用した自励式インバータ、４はインバータ３を制御する制御回路である。このように構成した静止形無効電力補償装置は、電力半導体素子を使用していることから高価となることが多く、このため、小容量・短時間動作の静止形無効電力補償装置として構成され、既設のＳＶＲ（Step Voltage Regulator：自動電圧調整装置）に併設して協調動作をとる方法が行われている。

静止形無効電力補償装置は、例えば、特許文献１で知られるように、過渡的な負荷変動が発生した場合、過渡的な負荷変動に伴う変動有効電流信号と変動無効電流信号を求め、求めた両電流信号を合成して補償電流指令を生成し、この信号に基づきＰＷＭによるスイッチ制御信号を生成して自励式インバータを制御している。

ところで、ＳＶＲと協調動作を実行するような短時間定格を持つ静止形無効電力補償装置では、短時間出力中に装置の温度上昇が発生することが懸念されるため、図５で示すような過負荷対策が採られている。すなわち、無効電力補償装置の出力電圧Ｖ、電流Ｉを検出して補償電圧演算部５に入力して補償電流指令を演算し、補償電流指令は第１のリミッタ７を介して電流制御部８に出力される。電流制御部８では、補償電流指令と検出された電流Ｉとの偏差信号に対応した自励式インバータ３の電圧指令を演算し、ＰＷＭ制御回路９において電圧指令に基づくインバータのゲート信号を生成する。過負荷判定部６では、無効電力補償装置の定格が短時間定格となっていることにより、短時間出力中には装置の温度上昇が発生し、故障が生じないように検出した電流Ｉから過負荷発生の否かが判定される。過負荷と判定した場合には過負荷信号をリミッタ７に出力し、過負荷によるリミットをかけて電流指令値を制限する。
特開平９−２３３８４３

図５で示す過負荷判定部６では、出力の過負荷判定は次のようにして行う。
インバータ３の各相電流を検出し、各相電流の中で最大出力電流をインバータの出力電流Iinvとする。また、インバータ３は制御によって短時間定格容量を超えないように出力電流制限Ｉlimitをかけているものとする。インバータの出力電流Iinvが連続定格出力に相当する電流Ｉconを超えた場合、超過した時間Δｔにおける短時間出力積算値ΔＰは式（１）で求める。
Δｔ×ΔIinv＝ΔＰ（ただし、ΔIinv＝Iinv−Ｉconとする。）……（１）
過負荷となる短時間出力積算値ＰsumはΔＰnの積算とする。
また、Iinv＜Ｉconの場合、逆に出力積算値をΔＰnだけ減少させる。短時間出力積算値ＰsumがＰmax（短時間出力に相当する電流Ｉmax×短時間出力可能時間tmax）になった場合、出力過負荷となり装置保護のため出力電流は過負荷出力電流制限値Ｉolで制限される。

図６は短時間出力期間と冷却期間の関係を示す波形図である。過負荷によるリミッタ７の出力は、Ｐsum＞ＰmaxのときにはＩlimit-1＝Ｉolであり、また、
Ｐsum＜ＰmaxのときにはＩlimit-1＝Ｉmaxに設定される。Iinv＝Ｉmaxが出力される短時間出力期間ｔ０〜ｔ１後に、装置を冷却のための出力制限期間ｔ１〜ｔ２が必要となる。出力制限期間中には一定時間出力が連続定格出力未満に制限される場合がある。すなわち、短時間出力最大値Ｉmax、連続出力最大値Ｉcon、期間ｔ１〜ｔ２の出力制限値Ｉolとすると、Ｉcon＞Ｉolとなる。このような過負荷による温度上昇防止のためにインバータ出力が制限されることにより、出力制限期間中には、装置は電力系統に補償に必要な出力を出すことが出来なくなってしまう。

ここで、出力制限期間中に必要な補償量をＩconvとすると、補償効果の低下率をｋとすると式（２）で表わされる。
ｋ＝（Ｉconv−Ｉol）／Ｉconv×（ｔ２−ｔ１）……（２）
式（２）から過負荷防止により出力制限され場合には、出力制限値Ｉolが大きいほど、出力制限期間（ｔ２−ｔ１）が長いほど補償効果が低下する。また、補償中に過負荷による急な出力制限動作が実行された場合、Ｉconv−Ｉolだけ補償量がなくなるため、低下した分が逆に電力系統や負荷などの補償対象に対して悪影響をあたえるという問題を有している。

そこで本発明が目的とするとこは、過負荷時の出力制限による補償出力の低下を抑制した無効電力補償装置における過負荷防止装置を提供することにある。

本発明の請求項１は、電力系統に設置される静止形無効電力補償装置であって、過負荷判定部を設け、過負荷時に静止形無効電力補償装置におけるインバータに対する電流指令値をリミッタにより制限して過負荷防止するものにおいて、
前記過負荷による第１のリミッタの前段に、過負荷防止による第２のリミッタを設けると共に、過負荷発生直前に前記第２のリミッタを上限出力制限値Ｉmaxから下限出力制限値Iclimに演算する過負荷防止演算部を設けたことを特徴としたものである。

本発明の請求項２は、前記過負荷防止演算部は、過負荷発生時の電流制限値をＩolとし、連続定格出力相当電流をＩconとしたとき、前記下限出力制限値IclimをＩcon＞Iclim＞Ｉolに演算し、設定することを特徴としたものである。

本発明の請求項３は、前記過負荷防止演算部は、前記過負荷判定部による過負荷判定時に、短時間出力積算値Psumと、予め定められた過負荷となる最大の短時間出力積算値Pmaxが、Psum ≒Pmaxとなったときに前記下限出力制限値Iclimまで徐々に出力電流制限値Ilimitを下げ、短時間出力積算値Psum＝０時には出力電流制限値Ilimitを前記最大の短時間出力積算値Pmaxまで徐々に上昇させることを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、過負荷による出力制限の前段に、出力制御により出力制限をかけたことにより、過負荷による出力制限に伴う補償出力の持続的な低減を防止し、全体的な補償効果の向上が図れるものである。また、出力制御をゆっくりと減少または上昇させたことにより、過負荷による急な出力制限が防止されて電力系統、または負荷への悪影響を低減することが可能となるものである。

図１は、本発明の実施例を示す構成図で、図４との同一部分、若しくは相当する部分に同一符号を付してその説明を省略する。すなわち、本発明は補償電圧演算部５と第１のリミッタ７との間に第２のリミッタ１１を介挿すると共に、過負荷防止演算部１０を設け、過負荷判定部６から過負荷判定信号をこの過負荷防止演算部１０に出力するよう構成したものである。過負荷判定部６では、Psumの検出、演算を実行し、第１のリミッタ７における過負荷出力の電流制限値Ｉolによるリミッタ値の設定、判定を行って電流制御部８への補償電流指令を制限する。

過負荷防止演算部１０は、過負荷による制限とは別に、過負荷出力の電流制限値Ｉolと短時間定格出力の最大電流値Ｉmaxとの間のＩlimit-２(t)に下限出力制限値Ｉclimを設定する。つまり、下限出力制限値Ｉclimは、Ｉcon＞Ｉclim＞Ｉolにより設定する。また、過負荷防止演算部１０には、図２で示す過負荷防止のための制御モードを実行するために、入力された短時間定格出力の積算値Psum の変化状態を判別し、その積算値Psumの挙動状態に応じて、例えば期間ｔ０〜ｔ１（Psum ＜Pmax）、期間ｔ１〜ｔ２、期間ｔ２〜ｔ３、及び期間ｔ３〜ｔ４の各期間領域に対応した各別の演算手段を有している。

図３は、過負荷防止制御のためのフローチャートである。
先ず、図２で示す時刻ｔ０において過負荷状態が発生（ステップＳ１）すると、過負荷判定部６では、Ｉlimit-1＝Ｉmaxの信号を第１のリミッタ７に出力して電流制御部８への補償電流指令を制限する。同時に過負荷防止演算部１０にも検出したPsumを出力する。過負荷防止演算部１０は、Psum＜ Pmaxの期間中である時刻ｔ０〜ｔ１ではステップＳ２で示すようにＩlimit-2＝Ｉmaxとして特にリミッタ１１に対する設定値の変更は行わない。

時刻ｔ１が経過してステップＳ３でPsum ≒Pmaxになると、過負荷防止演算部１０はステップ４で（３）式を演算してリミット値Ｉlimit-2(t)を算出する。
Ｉlimit-2(t)＝Ｉmax−ａ１（Ｉmax−Ｉclim）ｔ …… （３）
ａ１は係数で、この係数ａ１はリミッタ１１の出力制限によって出力が減少している期間中にPsum＝ Pmaxとならない値とし、また、補償対象に可能な限り影響を与えないような小さな値にされる。ここでは、Ｉlimit-2(t)の下限出力値は Ｉclimとする。
求められたＩlimit-2(t)に基づいてリミッタ１１は出力値を制御し、Ｉlimit-2(t)が下限の出力制限値Ｉclimになる時刻ｔ２までランプ関数により徐々に下げる。

時刻ｔ２〜ｔ３までの期間は、Ｉcon＞Ｉclimとして設定されていることによりPsumはΔPnで減算され、時刻ｔ３のステップＳ５でPsum＝０と判断されると、ステップＳ６で（４）式を演算する。
Ｉlimit-2(t)＝Ｉclim＋ａ２（Ｉmax−Ｉclim）ｔ …… （４）
ａ２は係数で、ａ１とどうように設定される。また、ここで、Ｉlimit-2(t)の上限値はＩmaxとする。
すなわち、Psum＝０まで減算した時刻ｔ３となると、Ｉlimit-2(t)をランプ関数で徐々にＩmaxまで上昇させる。

本発明によれば、過負荷による無効電力補償装置の保護はリミッタ７により従来と同様にして保護し、出力制限に伴う補償出力の低下、及び電力系統や負荷への悪影響に対しては過負荷防止演算部１０とリミッタ１１のルートで改善可能となるものである。

本発明の実施形態を示す制御回路の構成図。 過負荷防止制御による制御モード図。 過負荷防止制御のための演算フロー図。 静止形無効電力補償装置の概略構成図。 従来の過負荷防止の制御回路の構成図。 短時間出力期間と冷却期間の説明図。

符号の説明

１… 連系変圧器
２… リアクトル
３… 自励式インバータ
４… 制御回路
５… 補償電圧演算部
６… 過負荷判定部
７… 第１のリミッタ
８… 電流制御部
９… ＰＷＭ制御回路
１０… 過負荷防止演算部
１１… 第２のリミッタ

Claims (3)

1. 電力系統に設置される静止形無効電力補償装置であって、過負荷判定部を設け、過負荷時に静止形無効電力補償装置におけるインバータに対する電流指令値をリミッタにより制限して過負荷防止するものにおいて、
   前記過負荷による第１のリミッタの前段に、過負荷防止による第２のリミッタを設けると共に、過負荷発生直前に前記第２のリミッタを上限出力制限値Ｉmaxから下限出力制限値Iclimに演算する過負荷防止演算部を設けたことを特徴とした静止形無効電力補償装置の過負荷防止装置。
2. 前記過負荷防止演算部は、過負荷発生時の電流制限値をＩolとし、連続定格出力相当電流をＩconとしたとき、前記下限出力制限値IclimをＩcon＞Iclim＞Ｉolに演算し、設定することを特徴とした請求項１記載の静止形無効電力補償装置の過負荷防止装置。
3. 前記過負荷防止演算部は、前記過負荷判定部による過負荷判定時に、短時間出力積算値Psumと、予め定められた過負荷となる最大の短時間出力積算値Pmaxが、Psum≒ Pmaxとなったときに前記下限出力制限値Iclimまで徐々に出力電流制限値Ilimitを下げ、短時間出力積算値Psum＝０時には出力電流制限値Ilimitを前記最大の短時間出力積算値Pmaxまで徐々に上昇させることを特徴とした請求項１又は２記載の静止形無効電力補償装置の過負荷防止装置。
   

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