特開 2022-85200 自励式無効電力補償装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022085200

(43)【公開日】2022-06-08

(54)【発明の名称】自励式無効電力補償装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/493 20070101AFI20220601BHJP

   H02J 3/16 20060101ALI20220601BHJP

   H02J 3/18 20060101ALI20220601BHJP

【ＦＩ】

H02M7/493

H02J3/16

H02J3/18 135

【審査請求】有

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020196759

(22)【出願日】2020-11-27

(71)【出願人】

【識別番号】000116666

【氏名又は名称】愛知電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】五藤 和志

(72)【発明者】

【氏名】岡庭 雅幸

(72)【発明者】

【氏名】桑原 祐

【テーマコード（参考）】

5G066

5H770

【Ｆターム（参考）】

5G066AD14

5G066AE14

5G066DA04

5G066DA08

5G066FB11

5H770AA02

5H770BA13

5H770DA11

5H770DA22

5H770DA48

5H770HA03Y

5H770JA10X

5H770JA13Y

(57)【要約】

【課題】自励式無効電力補償装置を構成する二台のインバータ間に発生する高周波の循環電流を抑制する。
【解決手段】並列接続した非同期の二台のインバータ３ａ，３ｂ間に、２つの連系リアクトル６ａ，６ｂを介して高周波の循環電流を抑制する１つのリアクトル（循環電流抑制リアクトル）７を接続し、この１つのリアクトル７は、連系リアクトル６ｂに巻始めを接続する一方のコイル７ｂと、当該一方のコイル７ｂの巻終わりに巻始めを接続し、その巻終わりを連系リアクトル６ａに接続した他方のコイル７ａによって構成した。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

変圧器部と電力変換器部からなり、該電力変換器部を構成する並列接続した非同期の二台のインバータ間に、当該インバータの何れかに一端を接続する２つの連系リアクトルと、当該２つの連系リアクトルの間に、高周波の循環電流を抑制する１つの循環電流抑制リアクトルを接続し、当該循環電流抑制リアクトルは、前記２つの連系リアクトルのうち、一方の連系リアクトルの他端に巻始めを接続する一方のコイルと、当該一方のコイルの巻終わりに巻始めを接続し、その巻終わりを他方の前記連系リアクトルの他端に接続した他方のコイルから構成したことを特徴とする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（以下、STAOCOMという。）を構成する二台のインバータ間に発生する循環電流を抑制する技術に関する。

【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。特に、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。

【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、高圧配電系統に接続されて、無効電力を無段階かつ高速に供給するものであり、無効電力が配電線を流れることで発生する電圧を利用して、配電線の電圧を調整する。無効電力はインバータで制御される。

【0005】

インバータはサイリスタよりも高速動作が可能な半導体（ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ（炭化ケイ素ＭＯＳ型電界効果トランジスタ））を用いて構成されており、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。（下記非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【非特許文献1】［２０１９年４月１０日検索］インターネット＜URL：http://www.aichidenki.jp/products/catalog_pdf/a2-statcom.pdf＞

【0007】

非特許文献１記載のＳＴＡＴＣＯＭの制御性能としては、高圧配電系統の電圧一定制御は、応答時間３０ｍｓ以内、無効電力一定制御は、応答時間３０ｍｓ以内、フリッカ抑制制御はフリッカ電圧（６Ｈｚ）４５％以下を実現している。

【0008】

図２に従来のＳＴＡＴＣＯＭの主回路構成をブロック図で示す。ＳＴＡＴＣＯＭ１０１は、二台のインバータ１０２ａ，１０２ｂと制御ユニット１０３、連系用変圧器１０４、電圧検出器１０５を備えて概略構成されている。

【0009】

二台のインバータ１０２ａ，１０２ｂは互いに並列接続されており、連系用変圧器１０４を介して高圧配電系統（以下、単に配電系統という）１０６に接続される。

【0010】

制御ユニット１０３は電圧検出器１０５を介して配電系統１０６に接続されており、電圧検出器１０５にて配電系統１０６の（線間）電圧を検出し、配電系統１０６の電圧が目標電圧となるようにインバータ１０２ａ，１０２ｂを制御する。

【0011】

インバータ１０２ａ，１０２ｂはＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴのスイッチングによって、連系用変圧器１０４を介して無効電力を配電系統１０６に流し、配電線に無効電力が流れることによって発生する電圧を利用して、配電系統１０６の電圧を目標電圧に調整する。

【0012】

インバータ１０２ａ，１０２ｂは無効電力を無段階で調節可能なため、きめ細かい電圧調整が可能となる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

然るに、前記インバータ１０２ａ，１０２ｂは並列構成となっているので、互いに非同期とした場合、インバータ１０２ａ，１０２ｂ間に高周波の循環電流が流れる。

【0014】

インバータ１０２ａ，１０２ｂ間に高周波の循環電流が流れることによって、インバータ１０２ａ，１０２ｂを構成するＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ等のパワーデバイスで生じる導通損失を増大させることとなるので、好ましくない。

【0015】

そこで従来は、インバータ１０２ａ，１０２ｂを構成する制御部（図示せず）の補償器（ゲイン）を理想の値よりも下げることで、循環電流の影響を抑制していた。

【0016】

しかし、補償器（ゲイン）を理想の値よりも下げることによって、インバータ１０２ａ，１０２ｂの性能が低下する問題が発生する。

【0017】

本発明は、前述の問題を解決できるものであり、インバータの制御性能を低下させることなく、循環電流の影響を抑制することのできる無効電力補償装置の構造に関するものである。

【課題を解決するための手段】

【0018】

請求項１記載の自励式無効電力補償装置は、変圧器部と電力変換器部からなり、該電力変換器部を構成する並列接続した非同期の二台のインバータ間に、当該インバータの何れかに一端を接続する２つの連系リアクトルと、当該２つの連系リアクトルの間に、高周波の循環電流を抑制する１つの循環電流抑制リアクトルを接続し、当該循環電流抑制リアクトルは、前記２つの連系リアクトルのうち、一方の連系リアクトルの他端に巻始めを接続する一方のコイルと、当該一方のコイルの巻終わりに巻始めを接続し、その巻終わりを他方の前記連系リアクトルの他端に接続した他方のコイルから構成したことに特徴を有する。

【発明の効果】

【0019】

請求項１記載の発明によれば、インバータ内の制御部の調整が不要となるので、インバータの制御性能を低下させることなく、高周波の循環電流を抑制することが可能となる。また、連系リアクトルを設けることにより、接続する系統の線路インピーダンスの変化の影響を受けにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明に係る自励式無効電力補償装置の主回路を示すブロック図である。

【図2】従来の自励式無効電力補償装置の主回路を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

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は配電系統２に接続される自励式無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）であり、３ａ，３ｂはＳＴＡＴＣＯＭ１の電力変換器部を構成する二台のインバータである。

【0022】

二台のインバータ３ａ，３ｂは互いに並列接続されており、非同期構成となっている。

【0023】

４は配電系統２に接続される電圧検出器であり、５は電圧検出器４を介して配電系統２に接続され、配電系統２の配電線電圧を制御する制御ユニットを示している。

【0024】

６ａ，６ｂはインバータ３ａ，３ｂに一端を接続する２つの連系リアクトルであり、７は連系リアクトル６ａ，６ｂ間に接続される１つのリアクトル（循環電流抑制リアクトル）を示している。循環電流抑制リアクトル７を構成する各コイル７ａ，７ｂは、連系リアクトル６ａ，６ｂの他端にそれぞれ一端を接続し、他端を他方のコイル７ｂ，７ａの他端に接続することで、互いに直列接続されている。なお、各コイル７ａ，７ｂは１つの鉄心に巻回されることで、１つのリアクトル７を構成している。

【0025】

さらに詳述すれば、非同期の二台のインバータ３ａ，３ｂ間に連系リアクトル６ａ，６ｂを介して接続した１つの循環電流抑制リアクトル７は、連系リアクトル６ａに巻終わりを接続する一方のコイル７ａと、当該一方のコイル７ａの巻始めに巻終わりを接続し、その巻始めを連系リアクトル６ｂに接続した他方のコイル７ｂから構成されている。

【0026】

各コイル７ａ，７ｂ間の接続点には、変圧器部を構成する連系用変圧器８が接続されており、当該連系用変圧器８を介して配電系統２に接続されている。

【0027】

以上のように構成されたＳＴＡＴＣＯＭ１の動作は図２で説明した従来のＳＴＡＴＣＯＭ１０１の場合と概ね同一である。つまり、制御ユニット５は電圧検出器４を介して配電系統２の（線間）電圧を検出し、配電系統２の電圧が目標電圧となるようにインバータ３ａ，３ｂを制御する。

【0028】

インバータ３ａ，３ｂはＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴのスイッチングによって、連系リアクトル６ａ，６ｂ、および、循環電流抑制リアクトル７のコイル７ａ，７ｂから連系用変圧器８を介して無効電力を配電系統２に流し、配電線に無効電力が流れることによって発生する電圧を利用して、配電系統２の電圧を目標電圧に調整する。

【0029】

このとき、連系リアクトル６ａ，６ｂは、インバータ３ａ，３ｂの制御が配電系統２の図示しない線路インピーダンスＬの影響を受けにくくしている。連系リアクトル６ａ，６ｂの各々のインダクタンスＬａ，Ｌｂと配電系統２の線路インピーダンスＬとの関係は、Ｌａ，Ｌｂ＞Ｌである場合がインバータ３ａ，３ｂの制御への影響が小さい理想形となる。

【0030】

また、並列構成となっている非同期のインバータ３ａ，３ｂ間には高周波の循環電流が流れるが、連系リアクトル６ａ，６ｂのみによってこの循環電流を抑制しようとすると、循環電流が高周波であることから、Ｌａ，Ｌｂ＞＞Ｌとする必要があり、コストやサイズを考慮すると現実的でない。

【0031】

そこで、本発明では、インバータ３ａ，３ｂ間に、循環電流抑制リアクトル７を前述した接続態様によって接続することで、高周波の循環電流を当該リアクトル７によって抑制する。なお、当該リアクトル７は商用周波（ノーマル成分）電流に影響を与えることはない。

【0032】

このようにして循環電流を抑制することにより、インバータ３ａ，３ｂを構成するＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴ等のパワーデバイスで生じる導通損失が増大することを確実に防止することができる。

【0033】

そして、この循環電流の抑制は、従来のように、インバータ３ａ，３ｂを構成する制御部内の補償器（ゲイン）を調節する（ゲインを理想値より下げる）ことなく実現できるので、インバータ３ａ，３ｂの制御性能の低下を招くことはない。

【0034】

この結果、本発明に係るＳＴＡＴＣＯＭ１による配電系統２の電圧制御性能を従来のＳＴＡＴＣＯＭ１０１と比較して向上させることが可能となる。

【0035】

具体的には、電圧一定制御の応答時間を２０ｍｓ以内に、無効電力一定制御の応答時間を２０ｍｓ以内に、フリッカ抑制制御のフリッカ電圧（６Ｈｚ）を３０％以下とすることが可能となった。

【0036】

以上説明したように、本発明の自励式無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）によれば、当該装置を構成する並列接続した二台のインバータ間に流れる高周波の循環電流を、両インバータ間に１つのリアクトルを追加するという簡易な構成によって抑制できるので、従来のように、インバータの制御性能を低下させることなく、循環電流による弊害を確実に防止することが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明は、並列接続した非同期のインバータを備えた各種機器に利用可能である。

【符号の説明】

【0038】

１，１０１ 自励式無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）
２，１０６ 高圧配電系統
３ａ，３ｂ，１０２ａ，１０２ｂ インバータ
４，１０５ 電圧検出器
５，１０３ 制御ユニット
６ａ，６ｂ 連系リアクトル
７ 循環電流抑制リアクトル
７ａ，７ｂ コイル
８，１０４ 連系用変圧器

【図1】

【図2】