JP6301388B2

JP6301388B2 - 静止型無効電力補償装置及びその動作方法

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Publication number: JP6301388B2
Application number: JP2016075200A
Authority: JP
Inventors: テシクナム
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2036-04-04
Also published as: CN106505584A; US9912230B2; KR101698275B1; CN106505584B; EP3154146A1; US20170070135A1; JP2017054479A

Description

本発明は、静止型無効電力補償装置及びその動作方法に関し、具体的に、Ｙ結線構造により接続される静止型無効電力補償装置で初期点弧パルスを生成する方法を提供する静止型無効電力補償装置及びその動作方法に関するものである。

サイリスタスイッチトキャパシタ(Thyristor Switched Capacitor：ＴＳＣ、以下ＴＳＣとする)は、静止型無効電力補償装置の１種類として、電力系統の受配電盤に接続されて無効電力を補償する。無効電力を補償する理由は、電圧を使用者が望む一定の範囲内に維持させてより多くの有効電力を伝達するためである。このような交流送電系統での無効電力補償は系統の安定度と信頼度を増加させる。特に線路が長くなるほど無効電力補償の効果は増大する。

図１は、既存のサイリスタスイッチトキャパシタの電力系統接続回路図を示した図である。

既存のサイリスタスイッチトキャパシタ１００はデルタ結線構造で電力系統に接続されて三相交流を発生させることができる。

この場合、図１に示されたように、三相交流を発生させる三つの相それぞれは、双方向サイリスタ１１０、１２０、１３０とキャパシタ１１１、１２１、１３１で構成できる。また、三つの相それぞれには、小型リアクトル１１２、１２２、１３２をさらに含むことができる。

オフ（ＯＦＦ）状態にあるサイリスタスイッチトキャパシタ１００を作動させるためには、まずサイリスタスイッチトキャパシタ１００に電源を印加する。以後、サイリスタスイッチトキャパシタ１００の各相に含まれる双方向サイリスタ１１０、１２０、１３０を順にオンさせるために点弧パルスを生成する。

既存のサイリスタスイッチトキャパシタ１００の三相はデルタ結線構造で接続される。しかし、デルタ結線構造による接続から発生する様々な欠点のため、サイリスタスイッチトキャパシタ１００を新しい方式により電力系統に接続する方法が研究されている。さらに、このような新しい方式により電力系統に接続する場合、既存の初期に点弧パルスを生成する方法も異なるように適用されなければならない。

本発明では、静止型無効電力補償装置の接続構造をＹ結線方式に変更する場合において、初期の点弧パルスを生成する方法を提供する。

さらに、静止型無効電力補償装置をＹ結線方式で設置及び運転する場合において、点弧パルス生成に伴う電流過渡を最小限にしながら、同時に電源が印加された時点に静止型無効電力補償装置が直ちに動作できるようにする初期点弧パルス生成方法を提供するものである。

本発明で成そうとする技術的課題は上述した技術的課題に制限されるものではなく、言及されていない他の技術的課題は以下の記載から提案される実施例が属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるはずである。

本発明の一実施例に係る静止型無効電力補償装置によれば、Ｙ結線構造で接続され、開閉されることにより三相交流による電力を供給する複数のキャパシタと、前記複数のキャパシタに直列に接続され、前記複数のキャパシタを開閉させる複数の双方向サイリスタと、前記静止型無効電力補償装置に電源が印加されると、所定の位相差を置いて周期的に過渡電流が最小となる電圧位相に到達する前記複数の双方向サイリスタに点弧パルス信号を印加し、かつ最初にいずれか一つの双方向サイリスタに前記点弧パルス信号を印加する時点においては、前記いずれか一つの双方向サイリスタ及び前記三相に電流が導通できるようにする残りの双方向サイリスタに同時に前記点弧パルス信号を印加する制御部と、を含む。

また、本発明の一実施例に係る静止型無効電力補償システムは、前記無効電力を吸収するサイリスタ制御リアクトルと、Ｙ結線構造で接続され、三相交流による電力を供給する複数のキャパシタと前記複数のキャパシタを開閉させる複数の双方向サイリスタとを含むサイリスタスイッチトキャパシタと、前記サイリスタスイッチトキャパシタに電源が印加されると、所定の位相差を置いて周期的に過渡電流が最小となる電圧位相に到達する前記複数の双方向サイリスタに点弧パルス信号を印加し、かつ最初にいずれか一つの双方向サイリスタに前記点弧パルス信号を印加する時点においては、前記いずれか一つの双方向サイリスタ及び前記三相に電流が導通できるようにする残りの双方向サイリスタに同時に前記点弧パルス信号を印加する制御部と、を含む。

また、本発明の一実施例に係るＹ結線形態の三相構造で構成される静止型無効電力補償装置の動作方法は、前記静止型無効電力補償装置に電源が印加されるステップと、所定の位相差を置いて周期的に過渡電流が最小となる電圧位相に到達する複数の双方向サイリスタに点弧パルス信号を印加するステップと、最初にいずれか一つの双方向サイリスタに前記点弧パルス信号を印加する時点においては、前記いずれか一つの双方向サイリスタ及び前記三相に電流が導通できるようにする残りの双方向サイリスタに同時に前記点弧パルス信号を印加するステップと、を含む。

本発明に係る実施例によれば、静止型無効電力補償装置をＹ結線方式で設置及び運転する場合において、電源印加時に発生する電流の過渡現象が最小となり、初期点弧時current pathが生成されて電源投入後直ちに動作制御が可能になる。

既存のサイリスタスイッチトキャパシタの電力系統接続回路図を示した図である。本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置の電力系統接続回路図を示した図である。本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置での点弧パルス生成方法を説明するための図である。本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置での点弧パルス生成方法を説明するための図である。本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置での点弧パルス生成方法を説明するための図である。本発明の一実施例による初期点弧パルス印加方法によって生成されるcurrent pathを示した図である。本発明の一実施例による初期点弧パルス印加方法によって生成されるcurrent pathを示した図である。本発明の一実施例による初期点弧パルス印加方法によって生成されるcurrent pathを示した図である。本発明の一実施例による初期点弧パルス印加方法によって生成されるcurrent pathを示した図である。本発明の一実施例による初期点弧パルス印加方法によって生成されるcurrent pathを示した図である。本発明の一実施例による初期点弧パルス印加方法によって生成されるcurrent pathを示した図である。本発明の一実施例による静止型無効電力補償システムの構成を示した図である。本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置の動作方法を示した図である。

以下、本発明の具体的な実施例を図面を参照して詳しく説明する。しかし、本発明の技術的思想が以下の実施例に制限されるものではなく、さらなる構成要素の追加、変更、削除などにより退歩的な他の発明や本発明の技術的思想の範囲内に含まれる他の実施例を容易に提案することができる。

本発明において用いられる用語は、可能な限り現在該当技術に関して広く用いられている一般的な用語を選択しているが、特定の場合は出願人が任意に選定した用語もあり、この場合は該当する発明の説明部分でその意味を詳しく記載しているので、単なる用語の名称ではなく用語が有する意味で本発明を把握すべきであることを明らかにしておく。なお、以下の説明において、用語「含む」は、列挙されたもの以外の構成要素または段階の存在を排除するものではない。

図２は本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置の電力系統接続回路図を示した図である。

本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置２００はサイリスタスイッチトキャパシタで具現でき、複数のキャパシタ２１１、２２１、２３１、複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０及び制御部２４０を含むことができる。

静止型無効電力補償装置２００はＹ結線形態の三相構造で構成できる。Ｙ結線形態の三相は三相交流を発生させ、三相を構成する三つの相それぞれは、双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０とキャパシタ２１１、２２１、２３１とを含むことができる。

複数のキャパシタ２１１、２２１、２３１は、Ｙ結線構造で接続され、開閉されることにより三相交流による電力を供給することができる。例えば、キャパシタ２１１、２２１、２３１はＡＣ電力系統に電力を供給することができる。

具体的に、Ｙ結線構造はキャパシタ２１１、２２１、２３１それぞれの一端が一つの中性点に接続され、キャパシタ２１１、２２１、２３１それぞれの他端は双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれの一端に接続され、複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれの他端はそれぞれ電力系統に接続される構造を有することができる。

キャパシタ２１１、２２１、２３１は二つの電極と二つの電極の間に位置した誘電体で構成される素子として、電気エネルギーを蓄積することができる。

一実施例によれば、キャパシタ２１１、２２１、２３１はキャパシタバンクでありうる。キャパシタバンクは、電気エネルギーを蓄積するための大容量キャパシタとして、複数個のキャパシタを含むことができる。

キャパシタ２１１、２２１、２３１の開閉は双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０の開閉によって行われる。

複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０は複数のキャパシタ２１１、２２１、２３１に直列に接続され、複数のキャパシタ２１１、２２１、２３１を開閉させることができる。具体的に、複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０は制御部１４０によってオン状態またはオフ状態にスイッチングされてキャパシタ２１１、２２１、２３１を開閉させることができる。

複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０はオンオフされることにより双方向に電流を導通させることができる。複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０のゲートに点弧パルス信号が印加されると、スイッチがオンされて複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０は電流を流し始める。

複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれは、二つのサイリスタが逆並列形態に接続される形態で構成でき、二つのサイリスタのうち一つは正方向サイリスタとして、他のサイリスタは逆方向サイリスタとして動作することができる。

一実施例によれば、過渡電流の発生を最小化するために、正方向サイリスタは電圧位相が２７０度に到達する時点に点弧パルス信号を印加し、逆方向サイリスタは電圧位相が９０度に到達する時点に点弧パルス信号を印加することができる。これについては、図３に対する説明で詳しく後述する。

制御部２４０は、静止型無効電力補償装置２００に電源が印加されると、所定の位相差を置いて周期的に過渡電流が最小となる電圧位相に到達する複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０に点弧パルス信号を印加する。

既存の静止型無効電力補償装置１００は図１に示されたように、デルタ結線方式で構成される。しかし、本発明のようにデルタ結線方式の代わりにＹ結線方式で構成する場合、静止型無効電力補償装置２００にかかる相電圧は既存のデルタ結線方式の相電圧に比べて１．７３倍低下する。これによって、静止型無効電力補償装置２００の絶縁レベルが低下して装置２００に含まれる双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０の個数を減らすことができ、これによって全体的なコストが減少し、ひいては装置２００の安定性を高めることができる。

既存のデルタ結線方式による静止型無効電力補償装置１００は、電源が印加されると、所定の位相差を置いて周期的に複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０に点弧パルス信号を印加する。この場合、電源が印加される時点から開始して、各相に１２０度の位相差を持って周期的に点弧パルス信号を印加することになる。

しかし、前記のような既存の点弧パルス生成方式が本発明によるＹ結線方式の静止型無効電力補償装置２００に適用される場合、初期点弧信号印加時、電流路（Current path）が直ちに生成されないため、初期に電流が全く導通しない。

このような問題点を解決するために、制御部２４０は電源が印加されて初期点弧パルス信号を印加する場合、最初にいずれか一つの双方向サイリスタに点弧パルス信号を印加する時点においては、いずれか一つの双方向サイリスタ及び三相に電流が導通できるようにする残りの双方向サイリスタに同時に点弧パルス信号を印加することができる。

一実施例によれば、いずれか一つの双方向サイリスタは三相のうちいずれか一相を構成する正方向サイリスタであり、残りの双方向サイリスタは三相のうち残りの相それぞれを構成する逆方向サイリスタでありうる。

他の実施例によれば、いずれか一つの双方向サイリスタは、三相のうちいずれか一相を構成する逆方向サイリスタであり、残りの双方向サイリスタは三相のうち残りの相それぞれを構成する正方向サイリスタでありうる。

制御部２４０は、複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれにかかる電圧が０になる位相で複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれに点弧パルス信号を印加することができる。これによって、静止型無効電力補償装置２００に電源印加時、装置２００に発生する過渡電流は最小化できる。

複数の双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれにかかる電圧が０になる位相は、各相のキャパシタ電圧が最大系統電圧と等しくなる位相である。

具体的に、制御部２４０は正方向サイリスタの場合、電圧位相が２７０度に到達する時点に点弧パルス信号を印加し、逆方向サイリスタの場合、電圧位相が９０度に到達する時点に点弧パルス信号を印加することができる。

また、制御部２４０は無効電力の供給に対する制御を含み、静止型無効電力補償装置２００に対する全般的な制御を行うことができる。この場合、制御部２４０は入力電圧Ｖを参照電圧Ｖｒｅｆと比較し、これに基づいて制御を行うことができる。

本実施例では、制御部２４０が静止型無効電力補償装置２００に含まれるが、実施例に応じて制御部２４０は静止型無効電力補償装置２００の外部に位置して静止型無効電力補償装置２００を制御することもできる。

一方、本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置２００は小型リアクトル（図示せず）をさらに含むことができる。小型リアクトル（図示せず）は三つの相それぞれに含まれて開閉過渡現象を制限するか、または並列接続された他の無効電力補償装置や電力系統から発生する高調波及び突入電流を抑制することができる。この場合、双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０と小型リアクトル（図示せず）及びキャパシタ２１１、２２１、２３１は直列に接続することができる。

図３は本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置での点弧パルス信号生成方法を説明するための図である。

静止型無効電力補償装置２００は点弧瞬時時間を判断し、これによって要求される点弧パルスを生成して印加する。三相の結線方式及び点弧パルス生成時点に応じて装置２００に流れる電流の過渡現象が異なってくる。

過渡現象とは、急にシステムの電源を切って電流を遮断させるか、電源を印加して電流を流す場合において、定常状態に到達するまで瞬間的に電流が過度に流れる状態を言う。したがって、オフ状態にある静止型無効電力補償装置２００に電源を印加する場合、瞬間的に過渡現象が発生して電流が過度に流れるようになり、このため、双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０と装置２００の安定性を損なう恐れがある。

したがって、本実施例では、電流の過渡現象を考慮して双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０の開閉瞬時時間を決定し、これによって双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０を開閉する。具体的に、制御部２４０は過渡現象を最小化することができる時点で点弧パルス信号を印加してそれぞれの双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０をオンさせる。

図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）それぞれにおいて、Ｖは系統電圧を、Ｖ_cはキャパシタ電圧を示す。Ｖ_maxは系統電圧の最大値である。

Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ−ｉｎは双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０が点弧されてオン（ＯＮ）される時点であり、Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ−ｏｕｔは双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０がオフ（ＯＦＦ）される時点である。ｉは双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０がオンされる場合の流れる電流である。

図３（ａ）において双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれは、キャパシタ電圧Ｖ_cが０である時点３０１で点弧される。

図３（ｂ）において双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれは、キャパシタ電圧Ｖ_cが系統電圧の最大値Ｖ_maxと等しくなる時点３０２で点弧される。

図３（ｃ）において双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれは、キャパシタ電圧Ｖ_cが系統電圧の最大値Ｖ_maxより低い時点３０３で点弧される。

図３（ｄ）において双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれは、キャパシタ電圧Ｖ_cが系統電圧の最大値Ｖ_maxより大きい時点３０４で点弧される。

仮に、図３（ａ）のようにキャパシタ電圧Ｖ_cが０であるか、図３（ｃ）のように系統電圧の最大値Ｖ_maxより低いキャパシタ電圧Ｖ_cで点弧されるか、または図３（ｄ）のように最大電圧が双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれにかかる場合、電流の過渡現象は最大となる。

反面、図３（ｂ）のように双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０が交流系統電圧Ｖの最大値であるＶ_maxと等しくなるキャパシタ電圧Ｖ_cの位相で点弧される場合、双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０それぞれにかかる電圧が０となり、電流の過渡現象は最小となる。

したがって、双方向サイリスタ２１０、２２０、２３０の点弧パルス信号はキャパシタ電圧Ｖ_cが系統電圧の最大値Ｖ_maxと等しくなる位相、つまり各相の電圧が９０度または２７０度になる時点で印加される。この場合、正方向サイリスタは２７０度、逆方向サイリスタは９０度になる位相で点弧パルス信号が印加されることになる。

図４ａと図４ｂは本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置での点弧パルス生成方法を説明するための図である。

本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置２００は、電源が印加されて初期点弧パルス信号を印加する場合、最初にいずれか一つの双方向サイリスタに点弧パルス信号を印加する時点においては、いずれか一つの双方向サイリスタ及び三相に電流が導通できるようにする残りの双方向サイリスタに同時に点弧パルス信号を印加することができる。

一実施例によれば、いずれか一つの双方向サイリスタは三相のうちいずれか一相を構成する正方向サイリスタであり、残りの双方向サイリスタは三相のうち残りの相それぞれを構成する逆方向サイリスタでありうる。これについては図４ａを参照して説明する。

他の実施例によれば、いずれか一つの双方向サイリスタは三相のうちいずれか一相を構成する逆方向サイリスタであり、残りの双方向サイリスタは三相のうち残りの相それぞれを構成する正方向サイリスタでありうる。これについては図４ｂを参照して説明する。

以下、具体的に点弧パルス信号を印加する方法を詳しく説明する。

図４ａと図４ｂはＡ相とＢ相及びＣ相の三相を構成する正方向サイリスタと逆方向サイリスタそれぞれが時間に応じてオンオフされる状態を示した図である。

図４ａと図４ｂにおいて、４１０はＡ相の正方向サイリスタ、４１１はＡ相の逆方向サイリスタ、４２０はＢ相の正方向サイリスタ、４２１はＢ相の逆方向サイリスタ、４３０はＣ相の正方向サイリスタ、４３１はＣ相の逆方向サイリスタをそれぞれ示す。

それぞれの図において、Ｘ軸は時間を示す。また、Ｙ軸は点弧パルスによって正方向サイリスタまたは逆方向サイリスタがオンされている状態であるか否かを示す。１の値を有する区間でサイリスタはオン状態であり、０の値を有する区間でサイリスタはオフ状態である。

図４ａを参照すると、Ａ相とＢ相及びＣ相をそれぞれ構成する正方向サイリスタと逆方向サイリスタは、１２０度の位相差を置いて周期的に点弧パルス信号が印加される。

４１１を参照すると、電源印加時点にＡ相の逆方向サイリスタに点弧パルス信号が印加される。この場合、４２０及び４３１に示されたように、Ｂ相の正方向サイリスタとＣ相の逆方向サイリスタは既に点弧パルス信号が印加された状態である。しかし、Ｂ相の正方向サイリスタに点弧パルス信号が印加された時点ではＡ相の逆方向サイリスタがオフ状態であり、Ｃ相の逆方向サイリスタに点弧パルス信号が印加された時点ではＡ相の逆方向サイリスタ及びＢ相の正方向サイリスタがオフ状態であるため、三相にcurrent pathは生成されない。つまり、図４ａに示されたように、Ａ相とＢ相及びＣ相を構成する正方向サイリスタと逆方向サイリスタは所定の位相差を置いて点弧パルス信号が印加されて同時に点弧されず、これによって初期点弧パルス印加時点にcurrent pathが生成されないため、電流は流れない。

したがって、電源が印加されて初期点弧パルス信号を印加する場合、最初にいずれか一相のサイリスタに点弧パルス信号を印加する時点で、三相に電流が導通できるようにする残り相のサイリスタに同時に点弧パルス信号を印加する。

図４ａにおいて、電源が印加される時点に最初に点弧パルスが印加されるサイリスタはＡ相の逆方向サイリスタである。この場合、Ｂ相の正方向サイリスタとＣ相の逆方向サイリスタに同時に点弧パルス信号を印加し、三つのサイリスタを同時にオンさせることでcurrent pathを生成させて三相に電流が導通するようにすることができる。

図４ｂを参照すると、Ａ相とＢ相及びＣ相をそれぞれ構成する正方向サイリスタと逆方向サイリスタは、１２０の位相差を置いて周期的に点弧パルス信号が印加される。

４１０を参照すると、電源印加時点にＡ相の正方向サイリスタに点弧パルス信号が印加される。この場合、４２１及び４３０に示されたように、Ｂ相の逆方向サイリスタとＣ相の正方向サイリスタは既に点弧パルス信号が印加された状態である。しかし、Ｂ相の逆方向サイリスタに点弧パルス信号が印加された時点ではＡ相の正方向サイリスタがオフ状態であり、Ｃ相の正方向サイリスタに点弧パルス信号が印加された時点ではＡ相の正方向サイリスタ及びＢ相の逆方向サイリスタがオフ状態であるため、三相にcurrent pathが生成されない。つまり、図４ｂに示されたように、Ａ相とＢ相及びＣ相を構成する正方向サイリスタと逆方向サイリスタは所定の位相差を置いて点弧パルス信号が印加されて同時に点弧されず、これによって初期点弧パルス印加時点にcurrent pathが生成されないため、電流は流れない。

図４ｂにおいて、電源が印加される時点に最初に点弧パルスが印加されるサイリスタはＡ相の正方向サイリスタである。この場合、Ｂ相の逆方向サイリスタとＣ相の正方向サイリスタに同時に点弧パルス信号を印加し、三つのサイリスタを同時にオンさせることでcurrent pathを生成させて三相に電流が導通するようにする。

図５ａ乃至図５ｃは本発明の一実施例による初期点弧パルス印加方法によって生成されるcurrent pathを示した図である。

図５ａ乃至図５ｃでは、三相のうちいずれか一相を構成する一つの正方向サイリスタと、残りの二相それぞれを構成する二つの逆方向サイリスタとを同時に点弧させる。この場合、次の表１のような場合の数が存在する。

図５ａ乃至図５ｃにおいて、Ａ相の双方向サイリスタ２１０は正方向サイリスタ２１１と逆方向サイリスタ２１２を、Ｂ相の双方向サイリスタ２２０は正方向サイリスタ２２１と逆方向サイリスタ２２２を、Ｃ相の双方向サイリスタ２３０は正方向サイリスタ２３１と逆方向サイリスタ２３２をそれぞれ含む。

図５ａを参照すると、Ａ相の正方向サイリスタ２１１とＢ相の逆方向サイリスタ２２２及びＣ相の逆方向サイリスタ２３２が同時に点弧される。この場合、図５ａに示されたように、矢印方向にcurrent pathが生成され、これによって電流は導通できる。

図５ｂを参照すると、Ａ相の逆方向サイリスタ２１２とＢ相の正方向サイリスタ２２１及びＣ相の逆方向サイリスタ２３２が同時に点弧される。この場合、図５ｂに示されたように、矢印方向にcurrent pathが生成され、これによって電流は導通できる。

図５ｃを参照すると、Ａ相の逆方向サイリスタ２１２とＢ相の逆方向サイリスタ２２２及びＣ相の正方向サイリスタ２３１が同時に点弧される。この場合、図５ｃに示されたように、矢印方向にcurrent pathが生成され、これによって電流は導通できる。

図６ａ乃至図６ｃは、本発明の一実施例による初期点弧パルス印加方法によって生成されるcurrent pathを示した図である。

図６ａ乃至図６ｃでは、三相のうちいずれか一相を構成する一つの逆方向サイリスタと、残りの二相それぞれを構成する二つの正方向サイリスタとを同時に点弧させる。この場合、次の表２のような場合の数が存在する。

図６ａ乃至図６ｃの構成要素は、上述した図５ａ乃至図５ｃの構成要素と同一であるため、図６ａ乃至図６ｃに示された構成要素に対する説明は省略する。

図６ａを参照すると、Ａ相の逆方向サイリスタ２１２とＢ相の正方向サイリスタ２２１及びＣ相の正方向サイリスタ２３１が同時に点弧される。この場合、図６ａに示されたように、矢印方向にcurrent pathが生成され、これによって電流は導通できる。

図６ｂを参照すると、Ａ相の正方向サイリスタ２１１とＢ相の逆方向サイリスタ２２２及びＣ相の正方向サイリスタ２３１が同時に点弧される。この場合、図６ｂに示されたように、矢印方向にcurrent pathが生成され、これによって電流は導通できる。

図６ｃを参照すると、Ａ相の正方向サイリスタ２１１とＢ相の正方向サイリスタ２２１及びＣ相の逆方向サイリスタ２３２が同時に点弧される。この場合、図６ｃに示されたように、矢印方向にcurrent pathが生成され、これによって電流は導通できる。

図７は本発明の一実施例による静止型無効電力補償システムの構成を示した図である。

本発明の一実施例による静止型無効電力補償システム７００は、ＳＶＣシステムで具現できる。ＳＶＣシステムは線路に並列に接続され、キャパシタまたはキャパシタとリアクトルを組み合せたものをサイリスタで高速開閉して無効電力を発生または吸収することで、無効電力を調整することができる。このために、静止型無効電力補償システム７００は、サイリスタ制御リアクトル（Thyristor Controlled Reactor：ＴＣＲ）７１０、サイリスタスイッチトキャパシタ(Thyristor Switched Capacitor：ＴＳＣ)７２０及び制御部７３０を含むことができる。

ＴＣＲ７１０は双方向サイリスタとリアクトルとを含み、双方向サイリスタをオンオフさせてＡＣ電力系統の無効電力を吸収する。具体的に、ＴＣＲ７１０は電力系統から伝達される無効電力が一定レベルより高い場合、一定レベルを超えた量だけ吸収することができる。

ＴＳＣ７２０は三相アセンブリとして、Ｙ結線形態で電力系統に接続することができる。

ＴＳＣ７２０はサイリスタＯＮ／ＯＦＦ制御方式を介してキャパシタ７２４を開閉することでＡＣ電力系統に無効電力を供給する。具体的に、ＴＳＣ７２０は電力系統から伝達される無効電力が一定レベルより低い場合、一定レベルに満たない量だけ供給することができる。このために、ＴＳＣ７２０は三相を構成する複数の双方向サイリスタ７２２と複数のキャパシタ７２４とを含むことができる。

また、ＴＳＣ７２０は小型リアクトル（図示せず）をさらに含むことができる。小型リアクトルは開閉過渡現象の制限、並列接続された他の無効電力補償器と電力系統から発生する高調波の影響と突入電流の抑制のために使用される。

制御部７３０は静止型無効電力補償システム７００に電源が印加されてＴＳＣ７２０に初期点弧パルス信号を印加する場合、最初に複数の双方向サイリスタ７２２のうちいずれか一つの双方向サイリスタに点弧パルス信号を印加する時点においては、いずれか一つの双方向サイリスタ及び三相に電流が導通できるようにする残りの双方向サイリスタに同時に点弧パルス信号を印加することができる。これに対する説明は既に詳しく説明したため、それ以上の説明を省略する。

制御部７３０は複数の双方向サイリスタ７２２それぞれにかかる電圧が０になる位相で複数の双方向サイリスタ７２２それぞれに点弧パルス信号を印加することができる。これによって、静止型無効電力補償システム７００に電源印加時、ＴＳＣ７２０に発生する過渡電流は最小化できる。

一方、制御部７３０は無効電力の供給に対する制御を含み、静止型無効電力補償システム７００に対する全般的な制御を行うことができる。この場合、制御部７３０は入力電圧Ｖを参照電圧Ｖｒｅｆと比較し、これに基づいて制御を行うことができる。

本実施例に係るシステム７００によれば、各相の電圧が９０度（逆方向サイリスタ基準）または２７０度（正方向サイリスタ基準）で点弧パルス信号を印加するので、電流の過渡現象が最小となり、サイリスタの初期点弧時、三相を同時に導通させることでcurrent pathが生成されて電源投入後直ちにシステムの動作を制御することができる。

図８は本発明の一実施例による静止型無効電力補償装置の動作方法を示した図である。

図８において静止型無効電力補償装置２００は、Ｙ結線形態の三相構造で構成される。

静止型無効電力補償装置２００に電源が印加される（Ｓ８０１）。

静止型無効電力補償装置２００は所定の位相差を置いて周期的に過渡電流が最小となる電圧位相に到達する複数の双方向サイリスタに点弧パルス信号を印加する（Ｓ８０２）。

この場合、静止型無効電力補償装置２００は最初にいずれか一つの双方向サイリスタに点弧パルス信号を印加する時点においては、いずれか一つの双方向サイリスタ及び三相に電流が導通できるようにする残りの双方向サイリスタに同時に点弧パルス信号を印加する（Ｓ８０３）。

具体的に、各相の電圧が９０度（逆方向サイリスタ基準）または２７０度（正方向サイリスタ基準）で点弧パルス信号を印加し、かつ初期点弧パルス信号を生成する場合はcurrent pathを生成させるために、六つのサイリスタ（Ａ相の正方向サイリスタと逆方向サイリスタ、Ｂ相の正方向サイリスタと逆方向サイリスタ、Ｃ相の正方向サイリスタと逆方向サイリスタ）のうち各相当たり一つずつ、三つのサイリスタを同時にオンさせる。

この場合、二つの逆方向サイリスタと一つの正方向サイリスタをオンさせるか、一つの逆方向サイリスタと二つの正方向サイリスタをオンさせてこそcurrent pathが生成できる。

一方、初期点弧パルス信号を生成してcurrent pathが生成された以後には、既存の点弧パルス信号生成方式と同様に周期的に各相にサイリスタを順にオンさせる。

以上、実施例を中心に説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものでなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲内で以上に例示されていない多様な変形と応用が可能であることが分かる。例えば、実施例に具体的に示された各構成要素は変形して実施することができる。そして、このような変形と応用に係る差異点は添付した特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解析されるべきである。

２００静止型無効電力補償装置
２１１、２２１、２３１、７２４キャパシタ
２１０、２２０、２３０、７２２双方向サイリス
７１０サイリスタ制御リアクトル
７２０サイリスタスイッチトキャパシタ
２４０、７３０制御部
７００静止型無効電力補償システム

Claims

静止型無効電力補償装置において、
Ｙ結線構造で接続され、開閉されることにより三相交流による電力を供給する複数のキャパシタと、
前記複数のキャパシタに直列に接続され、前記複数のキャパシタを開閉させる複数の双方向サイリスタと、
前記静止型無効電力補償装置に電源が印加されると、所定の位相差を置いて周期的に過渡電流が最小となる電圧位相に到達する前記複数の双方向サイリスタに点弧パルス信号を印加し、かつ最初にいずれか一つの双方向サイリスタに前記点弧パルス信号を印加する時点においては、前記いずれか一つの双方向サイリスタ及び前記三相に電流が導通できるようにする残りの双方向サイリスタに同時に前記点弧パルス信号を印加する制御部と、
を含むことを特徴とする、静止型無効電力補償装置。
前記複数の双方向サイリスタそれぞれは、
正方向サイリスタと逆方向サイリスタとを含み、前記正方向サイリスタ及び前記逆方向サイリスタがオンオフされることにより双方向に電流を導通させる、請求項１に記載の静止型無効電力補償装置。
前記いずれか一つの双方向サイリスタは、前記三相のうちいずれか一相を構成する正方向サイリスタであり、
前記残りの双方向サイリスタは、前記三相のうち残りの相それぞれを構成する逆方向サイリスタである、請求項２に記載の静止型無効電力補償装置。
前記いずれか一つの双方向サイリスタは、前記三相のうちいずれか一相を構成する逆方向サイリスタであり、
前記残りの双方向サイリスタは、前記三相のうち残りの相それぞれを構成する正方向サイリスタである、請求項２に記載の静止型無効電力補償装置。
前記制御部は、
前記正方向サイリスタの場合、前記電圧位相が２７０度に到達する時点に前記点弧パルス信号を印加し、
前記逆方向サイリスタの場合、前記電圧位相が９０度に到達する時点に前記点弧パルス信号を印加する、請求項２に記載の静止型無効電力補償装置。
前記Ｙ結線形態は、
前記複数のキャパシタそれぞれの一端が一つの中性点に接続され、
前記複数のキャパシタそれぞれの他端が前記複数の双方向サイリスタそれぞれの一端に接続され、
前記複数の双方向サイリスタそれぞれの他端は、それぞれ電力系統に接続される、請求項１に記載の静止型無効電力補償装置。
静止型無効電力補償システムにおいて、
前記無効電力を吸収するサイリスタ制御リアクトルと、
Ｙ結線構造で接続され、三相交流による電力を供給する複数のキャパシタと前記複数のキャパシタを開閉させる複数の双方向サイリスタとを含むサイリスタスイッチトキャパシタと、
前記サイリスタスイッチトキャパシタに電源が印加されると、所定の位相差を置いて周期的に過渡電流が最小となる電圧位相に到達する前記複数の双方向サイリスタに点弧パルス信号を印加し、かついずれか一つの双方向サイリスタに前記点弧パルス信号を印加する時点においては、前記いずれか一つの双方向サイリスタ及び前記三相に電流が導通できるようにする残りの双方向サイリスタに同時に前記点弧パルス信号を印加する制御部と、
を含むことを特徴とする、静止型無効電力補償システム。
Ｙ結線形態の三相構造で構成される静止型無効電力補償装置の動作方法において、
前記静止型無効電力補償装置に電源が印加されるステップと、
所定の位相差を置いて周期的に過渡電流が最小となる電圧位相に到達する複数の双方向サイリスタに点弧パルス信号を印加するステップと、
最初にいずれか一つの双方向サイリスタに前記点弧パルス信号を印加する時点においては、前記いずれか一つの双方向サイリスタ及び前記三相に電流が導通できるようにする残りの双方向サイリスタに同時に前記点弧パルス信号を印加するステップと、
を含むことを特徴とする、静止型無効電力補償装置の動作方法。
前記複数の双方向サイリスタそれぞれは、
正方向サイリスタと逆方向サイリスタとを含み、前記正方向サイリスタ及び前記逆方向サイリスタがオンオフされることにより双方向に電流を導通させる、請求項８に記載の静止型無効電力補償装置の動作方法。
前記いずれか一つの双方向サイリスタは、前記三相のうちいずれか一相を構成する正方向サイリスタであり、
前記残りの双方向サイリスタは、前記三相のうち残りの相それぞれを構成する逆方向サイリスタである、請求項９に記載の静止型無効電力補償装置の動作方法。
前記いずれか一つの双方向サイリスタは、前記三相のうちいずれか一相を構成する逆方向サイリスタであり、
前記残りの双方向サイリスタは、前記三相のうち残りの相それぞれを構成する正方向サイリスタである、請求項９に記載の静止型無効電力補償装置の動作方法。
前記正方向サイリスタの場合、前記電圧位相が２７０度に到達する時点に前記点弧パルス信号を印加し、
前記逆方向サイリスタの場合、前記電圧位相が９０度に到達する時点に前記点弧パルス信号を印加する、請求項９に記載の静止型無効電力補償装置の動作方法。
前記Ｙ結線形態は、
複数のキャパシタそれぞれの一端が一つの中性点に接続され、
前記複数のキャパシタそれぞれの他端が前記複数の双方向サイリスタそれぞれの一端に接続され、
前記複数の双方向サイリスタそれぞれの他端は、それぞれ電力系統に接続される、請求項８に記載の静止型無効電力補償装置の動作方法。