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公開番号2021103920
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210715
出願番号2019234285
出願日20191225
発明の名称自励式無効電力補償装置
出願人愛知電機株式会社
代理人
主分類H02J 3/18 20060101AFI20210618BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】配電線のインピーダンスを自動計測する機能を搭載し、補償器の定数を自動で最適値に変更することのできる自励式無効電力補償装置を提供する。
【解決手段】自励式無効電力補償装置1において、種々の配電線のインピーダンス値に対して、系統電圧制御系の周波数特性が最適(制御系が安定かつ応答が速く、制御精度が良い)となる補償器定数をあらかじめ計算する。計算した最適な補償器定数を、配電線インピーダンス値の自動計測結果に基づき都度補正することで自動で最適化して設定する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
種々の配電線のインピーダンス値に対して、系統電圧制御系の周波数特性が最適(制御系が安定かつ応答が速く、制御精度が良い)となる補償器定数をあらかじめ計算しておき、こうして把握しておいた最適な補償器定数を、配電線インピーダンス値の自動計測結果に基づき都度補正することにより自動で最適化して設定することを特徴とする自励式無効電力補償装置。
続きを表示(約 210 文字)【請求項2】
前記自励式無効電力補償装置から次数間高調波の微小電流を配電系統に注入して、系統電圧の同次数の高調波を計測することで、下記式(1)で次数間高調波電流を求め、下記式(2)で次数間高調波電圧を求め、これらを入力として下記式(3)で前記配電線インピーダンスを求め、これを平均化することにより、平均化した値を前記配電線インピーダンス値と自動推定することを特徴とする請求項1記載の自励式無効電力補償装置:

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、自励式無効電力補償装置を構成する補償器の定数を自動で最適値に変更する技術に関する。
続きを表示(約 3,100 文字)【背景技術】
【0002】
太陽光発電や風力発電など自然エネルギーを利用する分散型電源が配電系統に大量導入された場合、系統電圧の変動が増大することが懸念される。つまり、日射や風力の急変によりこれらの出力は大きく変動するため、その影響で系統電圧も急激に変動する。
【0003】
その影響による急激な電圧変動に対しては、変圧器のタップを切換えて電圧を調整する従来の電圧調整装置では対応できず、この問題を解決する装置としてSTATCOMなどの無効電力補償装置が有効と考えられる。
【0004】
STATCOMはIGBT等の半導体デバイスで構成された自励式の無効電力補償装置であり、高速な無効電力出力制御によって急激な電圧変動を迅速に抑制することができる。(下記特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
愛知電機技報No.37 p30 高圧配電線用STATCOMの開発
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記STATCOMの制御系を構成する補償器の定数を決めるにあたっては、事前に配電線のインピーダンスを調査し、それに合わせて手動で最適となるよう設定していた。このため、配電系統の切り換えなどで配電線のインピーダンスが大きく変化すると、その都度補償器の設定を手動で変更する必要があった。
【0007】
本発明は、配電線のインピーダンスを自動計測する機能を搭載し、補償器の定数を自動で最適値に変更することのできる自励式無効電力補償装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
請求項1記載の発明は、種々の配電線のインピーダンス値に対して、系統電圧制御系の周波数特性が最適(制御系が安定かつ応答が速く、制御精度が良い)となる補償器定数をあらかじめ計算しておき、こうして把握しておいた最適な補償器定数を、配電線インピーダンス値の自動計測結果に基づき都度補正することにより自動で最適化して設定することに特徴を有する。
【0009】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の自励式無効電力補償装置において、当該自励式無効電力補償装置から次数間高調波の微小電流を配電系統に注入して、系統電圧の同次数の高調波を計測することで、下記式(1)で次数間高調波電流を求め、下記式(2)で次数間高調波電圧を求め、これらを入力として下記式(3)で前記配電線インピーダンスを求め、これを平均化することにより、平均化した値を前記配電線インピーダンス値と自動推定することを特徴とする請求項1記載の自励式無効電力補償装置:
【発明の効果】
【0010】
請求項1記載の発明によれば、配電線のインピーダンスが大きく変化した場合でも、補償器の設定を手動でする必要はない。また、補償器の最適値を系統電圧制御系の周波数特性から決定するので、制御系を安定かつ応答速度が速く、制御精度の良いものにできる。さらに、あらかじめ把握しておいた最適な補償器定数を、配電線インピーダンス値の自動計測結果に基づきより最適な値に補正することができる。
【0011】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明による効果に加え、配電線インピーダンスを計測する際に、配電線に存在しない次数間高調波を用いるので、他からの影響を受けにくく、式(1)と式(2)で積分・時間平均して(ディジタルフーリエ変換を用いて)次数間高調波の電圧・電流を検出し、さらに式(3)で求めた値の平均値を採用するので、配電線のインピーダンスを精度良く推定できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本発明に係る自励式無効電力補償装置の制御ブロック図である。
線路リアクタンスと補償器の最適ゲインとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態を図1により説明する。図1において、1は高圧配電系統に接続される自励式無効電力補償装置であり、2は補償器として機能する系統電圧制御部である。
【0014】
3は逆γδ変換・逆αβ変換部であり、4は電流出力部(出力電流制御やPWM制御インバータ、LCフィルタ、昇圧変圧器を含む)、5は次数間高調波電流検出部である。
【0015】
6は次数間高調波電圧検出部であり、7は配電線インピーダンス演算部である。8は補償器定数決定部であり、9は次数間高調波電流指令値生成部である。10は系統電圧検出部であり、11はPLL、12は次数間高調波信号生成部である。
【0016】
上記のとおり構成した本発明の自励式無効電力補償装置1は、直流電圧制御系と系統電圧制御系から構成されている。
【0017】
系統電圧制御系は、系統電圧制御部2、逆γδ変換・逆αβ変換部3、電流出力部4、計器用変成器VTおよび系統電圧検出部10から構成される。自励式無効電力補償装置1の出力電流指令値は、前記2つの制御系の補償器の出力を逆γδ変換・逆αβ変換することにより作成される。そして、電流出力部4は、当該出力電流指令値に応じた電流を配電線に出力し、無効電力を供給する。
【0018】
以上のように構成した自励式無効電力補償装置1において、補償器2の定数を決定する場合、まず、配電線のインピーダンスを計測する。計測にあたっては、該無効電力補償装置1から次数間高調波(例えば、2.5次)の微小電流を配電系統に注入する。
【0019】
次数間高調波電流検出部5は、電流検出器CTで検出した電流i(t)(電流出力部4から出力される電流)と次数間高調波信号生成部12が出力する次数間高調波信号を入力として、下記[数1]によって次数間高調波電流Ikのcos成分とsin成分を求め、下記[数2]によって次数間高調波電流Ikを求める。
【0020】
【0021】
【0022】
次数間高調波電圧検出部6は、計器用変成器VTで検出した電圧v(t)(自励式無効電力補償装置1が接続されている点の配電線の電圧)と次数間高調波信号生成部12が出力する次数間高調波信号を入力として、下記[数3]によって次数間高調波電圧Vkのcos成分とsin成分を求め、下記[数4]によって次数間高調波電圧Vkを求める。
【0023】
【0024】
【0025】
次に、配電線インピーダンス演算部7は、次数間高調波電流検出部5によって求めた次数間高調波電流Ikと、次数間高調波電圧検出部6によって求めた次数間高調波電圧Vkを入力として配電線インピーダンスZlを求める。
【0026】
配電線インピーダンスZl=R+jX(R:配電線インピーダンスの抵抗分、X:配電線インピーダンスのリアクタンス分)とすると、次数間高調波におけるインピーダンスZlkは下記[数5]のようになる。
【0027】
【0028】
また、次数間高調波におけるインピーダンスZlkは下記[数6]で計算できる。
【0029】
【0030】
したがって、配電線インピーダンスは下記[数7]によって求めることができる。
(【0031】以降は省略されています)

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