專利名稱：功率因數控制裝置以及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及并聯(lián)運轉多臺發(fā)電機時，控制它們的功率因數的功率因數控制裝置以及方法。
背景技術：
以往，在多臺發(fā)電機沒有與電力公司的系統(tǒng)連接的狀態(tài)下并聯(lián)運轉時(系統(tǒng)非連接并聯(lián)運轉)，各發(fā)電機之間的功率因數平衡保持是用以下所示的PFCC(功率因數補償電路)進行。
圖4示出在特開昭51-103209號公報中公開的PFCC的無功電流控制裝置的結構。在該裝置中，當兩臺發(fā)電機11a、11b的功率因數產生差異時，在對應于各發(fā)電機11a、11b的功率因數檢測器12a、12b的輸出中產生差異。這時，負荷(總線)10a的功率因數位于發(fā)電機11a與11b的功率因數之間。從而，對應于總線10a的功率因數檢測器12c的輸出位于功率因數檢測器12a與12b的輸出之間，功率因數檢測器12c與12a的差信號和功率因數檢測器12c與12b的差信號的極性相反。
在該狀態(tài)下調整各發(fā)電機11a、11b的電壓時，自動電壓調整器13a與13b的信號的極性相反。即，進行動作使得提高發(fā)電機11a、11b的一方的電壓，降低另一方的電壓，使各發(fā)電機11a、11b的功率因數相等。由此，不受來自外部設備的控制，保持各發(fā)電機之間的功率因數平衡。
但是，在上述現(xiàn)有的控制方法中，例如要以小容量的發(fā)電機對應工廠內的負荷運轉時，由于從各自動電壓調整器向各發(fā)電機順序輸出多個信號，因此存在著對于急劇的負荷變動各發(fā)電機不能夠跟蹤的問題。另外，在與電力公司的系統(tǒng)連接著時，如果是各發(fā)電機的功率因數平衡惡化的狀態(tài)，則在停電時等從系統(tǒng)分離開始了單獨運轉時，難以恢復功率因數平衡，成為過勵磁或者過負荷狀態(tài)而跳閘。
另外，上述的控制方法在各發(fā)電機為同一規(guī)格，同一容量的情況下是有效的，但是在各發(fā)電機為不同規(guī)格(不同的制造廠)或者不同容量的情況下將發(fā)生問題。即，通過PFCC在發(fā)電機中產生的特性由于按照發(fā)電機的每個制造廠不同，因此從各自動電壓調整器接收信號的各發(fā)電機的反應不統(tǒng)一，不能夠期待保持功率因數平衡與負載的電壓平衡。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供保持功率因數與電壓的平衡的情況下可以進行使用了不同規(guī)格或者容量的發(fā)電機的系統(tǒng)非連接并聯(lián)運轉時的功率因數控制的功率因數控制裝置以及方法。
本發(fā)明的功率因數控制裝置控制連接到總線上的多臺發(fā)電機的功率因數，其具備以一定的周期設定作為上述多臺發(fā)電機的目標的各功率因數范圍的目標功率因數設定單元；以上述一定的周期把上述總線的電壓與預定的電壓值范圍進行比較的比較單元；該比較單元的結果，當上述總線的電壓高于上述電壓值范圍時，進行控制使得降低功率因數最低的至少一臺發(fā)電機的電壓，當上述總線的電壓低于上述電壓值范圍時，進行控制使得提高功率因數最高的至少一臺發(fā)電機的電壓的第1控制單元；上述比較單元的結果，當上述總線的電壓位于上述電壓值范圍內時，進行控制使得把脫離上述功率因數范圍的發(fā)電機的功率因數修正到上述功率因數范圍內的第2控制單元。


圖1是示出本發(fā)明實施例的功率因數控制裝置的結構的電路圖。
圖2是示出本發(fā)明實施例的功率因數控制裝置的控制順序的流程圖。
圖3示出本發(fā)明實施例的功率因數·電壓數據。
圖4示出現(xiàn)有技術的無功電流控制裝置的結構。
具體實施例方式
圖1是示出本發(fā)明實施例的功率因數控制裝置的結構的電路圖。在本實施例中，進行保持規(guī)格和容量不同的4臺發(fā)電機1a、1b、1c、1d之間的功率因數平衡的控制。
圖1中，在功率因數控制單元9a上，連接著4個自動電壓調整器2a、2b、2c、2d。各個自動電壓調整器2a、2b、2c、2d分別經過勵磁線圈3a、3b、3c、3d進行發(fā)電機1a、1b、1c、1d的電壓控制。
發(fā)電機1a、1b、1c、1d分別經過配電盤8a內的斷路器6a、6b、6c、6d，連接到總線10上。電力公司的系統(tǒng)L經過配電盤8a內的斷路器6e連接到總線10上。
另外在配電盤8a內，儀表用變流器5a、5b、5c、5d和儀表用變壓器4a、4b、4c、4d、4e分別連接到復合型模擬信號變換器7a上。
圖2是示出由具有上述結構的功率因數控制裝置進行的控制過程的流程圖。另外，總線10處于用斷路器6e從電力公司的系統(tǒng)L切斷的狀態(tài)。
首先，在步驟S1中功率因數控制單元9a以一定的取樣周期(500ms)計測各發(fā)電機1a、1b、1c、1d擔負的無功功率和有功功率，設定各發(fā)電機的目標功率因數范圍(在本實施例中，取為82～88％)。這種情況下，混合型模擬信號變換器7a分別從儀表用變壓器4a～4d檢測各發(fā)電機1a～1d的各個電壓的同時，分別從儀表變流器5a～5d檢測各發(fā)電機1a～1d的各個電流，把它們變換為模擬信號后輸出到功率因數控制單元9a。功率因數控制單元9a從輸入的信號計算各發(fā)電機1a～1d的功率因數，設定目標功率因數范圍。
接著，在步驟S2中，功率因數控制單元9a檢測總線10的電壓。這時，復合型模擬信號變換器7a從儀表用變壓器4e檢測總線10的電壓，變?yōu)槟M信號后輸出到功率因數控制單元9a。
接著，在步驟S3中，在總線10的電壓高于目標電壓值(在本實施例中，取為10.7～11.3kV)的最高值(11.3kV)時，在步驟S4中，功率因數控制單元9a執(zhí)行電壓下降修正功率因數控制模式。在該模式下，功率因數控制單元9a如上述那樣計算各發(fā)電機1a～1d的功率因數，向與功率因數最低的發(fā)電機1a～1d相對應的自動電壓測量器2a～2d輸出電壓下降信號。接收了該信號的自動電壓調整器2a～2d控制相對應的發(fā)電機1a～1d中的勵磁線圈3a～3d的電流，降低其發(fā)電機1a～1d的電壓。然后，功率因數控制單元9a再次進行步驟S1的目標功率因數設定。
例如在上述步驟S4中，發(fā)電機1a～1d的各功率因數是80％，85％，87％，90％時，功率因數控制單元9a降低發(fā)電機1a的電壓，進行控制使得其功率因數成為目標功率因數范圍(82～88％)內。
在上述步驟S3中，總線10的電壓沒有高于上述目標電壓值的最高值，并在步驟S5中，總線10的電壓低于上述目標電壓值的最低值(10.7kV)時，在步驟S6中，功率因數控制單元9a執(zhí)行電壓上升修正功率因數控制模式。在該模式下，功率因數控制單元9a進行計算使得提高各發(fā)電機1a～1d的功率因數，向與功率因數最高的發(fā)電機1a～1d相對應的自動電壓調整器2a～2d輸出電壓提高信號。接收了該信號的自動電壓調整器2b～2d控制相對應的發(fā)電機1a～1d中的勵磁線圈3a～3d的電流，提高其發(fā)電機1a～1d的電壓。然后，功率因數控制單元9a再次進行上述步驟S1的目標功率因數設定。
例如在上述步驟S6中，發(fā)電機1a～1d的各個功率因數是80％，85％，87％，90％時，功率因數控制單元9a像上述那樣計算各發(fā)電機1a～1d的功率因數，在各個功率因數是目標功率因數范圍(82～88％)內時，再次進行上述步驟S1的目標功率因數設定。
另外，在上述步驟S7中，當存在不在目標功率因數范圍內的功率因數時，在步驟S8中，功率因數控制單元9a執(zhí)行功率因數控制模式。這時，功率因數控制單元9a向自動電壓調整器2a～2d輸出電壓提高信號或者電壓降低信號，這些自動電壓調整器2a～2d與對于功率因數的目標最低功率因數82％或者目標最高功率因數88％的絕對值偏差最大的發(fā)電機1a～1d相對應。接收了該信號的自動電壓調整器2a～2d控制相對應的發(fā)電機1a～1d中的勵磁線圈3a～3d的電流，提高或者降低其發(fā)電機1a～1d的電壓。然后，功率因數控制單元9a再次進行上述步驟S1的目標功率因數設定。
例如在上述步驟S8中，發(fā)電機1a～1d的各功率因數是80％，83％，86％，89％時，功率因數控制單元9a降低發(fā)電機1a的電壓，進行控制使得其功率因數成為目標功率因數范圍(82～88％)內。
如以上那樣，在本實施例的功率因數控制裝置中，不使用以往那樣的PFCC，進行基于由上述過程構成的編程的控制。其控制基本適應在與電力公司的系統(tǒng)連接時的、以往就已經使用的對于功率因數低的發(fā)電機輸出電壓下降信號，對于功率因數高的發(fā)電機輸出電壓提高信號的方法。但是，在系統(tǒng)非連接時如果進行這些控制，則功率因數與電壓的平衡偏差加大，不能夠進行適當的控制。因而在本實施例中，進行以下的控制。
(1).按照一定的周期計測多臺發(fā)電機的無功功率和有功功率，設定各目標功率因數，檢查總線電壓是否在規(guī)定值范圍內，進而檢查是否存在脫離目標功率因數的發(fā)電機。
(2).在總線電壓高于規(guī)定值時，對于功率因數最低的發(fā)電機輸出電壓降低信號，在總線電壓低于規(guī)定值時，對于功率因數最高的發(fā)電機輸出電壓提高信號。
(3).進行(1)，即使沒有結束基于取樣結果的(2)的控制，也使最新的取樣結果優(yōu)先，轉移到下一個目標控制(2)。
圖3(a)、(b)示出在上述的功率因數控制裝置中把兩臺發(fā)電機作為控制對象的功率因數·電壓數據。圖3(a)、(b)示出在用斷路器6e把總線10從電力公司的系統(tǒng)L斷開的狀態(tài)下并聯(lián)運轉了兩臺發(fā)電機A、B的結果。從圖3(a)可知，兩臺發(fā)電機A、B的功率因數都處于目標功率因數范圍內(40～60％)，總線10的電壓在目標電壓值的范圍內(11.0kV左右)處于恒定的狀態(tài)。這樣如果依據本功率因數控制裝置，則在系統(tǒng)非連接時，能夠保持功率與電壓的平衡，進行規(guī)格或者容量不同的多臺發(fā)電機的運轉控制。
另外，本發(fā)明不僅限定于上述的實施例，在不變更宗旨的范圍內能夠適當地變形實施。例如，在上述實施例中示出了發(fā)電機為四臺或者二臺的情況，但是并不限定于此，也可以用多臺發(fā)電機實施。
另外，在上述實施例中，把進行功率因數控制的發(fā)電機的數目取為1個取樣各1臺，然而可以同時控制各2臺以上。例如，在控制各2臺情況下，在上述步驟S4中，向與功率因數最低的發(fā)電機和功率因數第2低的發(fā)電機相對應的各自動電壓調整器2a～2d輸出電壓降低信號。在上述步驟S6中，向與功率因數最高的發(fā)電機和功率因數第2高的發(fā)電機相對應的各自動電壓調整器輸出電壓提高信號。在上述步驟S8中，向各自動電壓調整器輸出電壓提高信號或者電壓降低信號，其中，各自動電壓調整器與對于功率因數的目標最低功率因數或者目標最高功率因數的絕對值偏差最大的發(fā)電機和偏差第2大的發(fā)電機相對應。
另外，在上述實施例中，把取樣周期(程序執(zhí)行周期)取為500ms，但是并不限定于此，例如也可以在10ms以上的調整范圍變更。另外，各發(fā)電機對于信號的跟蹤性能夠在功率因數控制單元9a的設定范圍內調整。
另外本發(fā)明還能夠對于規(guī)格或者容量相同的多臺發(fā)電機實施，即使在與電力公司的系統(tǒng)相連接的狀態(tài)下也能夠實施。
如果依據本發(fā)明的功率因數控制裝置以及方法，則能夠防止發(fā)電機的跳閘，該跳閘是在由于商業(yè)停電等而向系統(tǒng)非連接運轉轉移時所產生的功率因數平衡的崩潰而引起的，同時，能夠抑制伴隨著功率因數變動的電壓變動。由此，能夠確立使用了不同規(guī)格或者容量的發(fā)電機的系統(tǒng)非連接并聯(lián)運轉時的功率因數控制。
權利要求
1.一種功率因數控制裝置，該功率因數控制裝置控制連接到總線上多臺發(fā)電機的功率因數，其特征在于具備以一定的周期設定作為上述多臺發(fā)電機的目標的各功率因數范圍的目標功率因數設定單元；以上述一定的周期把上述總線的電壓與預定的電壓值范圍進行比較的比較單元；比較單元的結果，當上述總線的電壓高于上述電壓值范圍時，進行控制使得降低功率因數最低的至少一臺發(fā)電機的電壓，當上述總線的電壓低于上述電壓值范圍時，進行控制使得提高功率因數最高的至少一臺發(fā)電機的電壓的第1控制單元；上述比較單元的結果，當上述總線的電壓是上述電壓值范圍內時，進行控制使得把脫離上述功率因數范圍的發(fā)電機的功率因數修正到上述功率因數范圍內的第2控制單元。
2.一種功率因數控制方法，該功率因數控制方法控制連接到總線上的多臺發(fā)電機的功率因數，其特征在于具有以一定的周期設定作為上述多臺發(fā)電機的目標的各功率因數范圍的過程；以上述一定的周期把上述總線的電壓與預定的電壓值范圍進行比較的過程；比較的結果，當上述總線的電壓高于上述電壓值范圍時，進行控制使得降低功率因數最低的至少一臺發(fā)電機的電壓，當上述總線的電壓低于上述電壓值范圍時，進行控制使得提高功率因數最高的至少一臺發(fā)電機的電壓的過程；上述比較的結果，當上述總線的電壓是上述電壓值范圍內時，進行控制使得把脫離上述功率因數范圍的發(fā)電機的功率因數修正到上述功率因數范圍內的過程。
全文摘要
本發(fā)明的功率因數控制裝置控制連接到總線上多臺發(fā)電機的功率因數,具備以一定的周期設定作為上述多臺發(fā)電機的目標的各功率因數范圍的目標功率因數設定單元;以上述一定的周期把上述總線的電壓與預定的電壓值范圍進行比較的比較單元;該比較單元的結果,當上述總線的電壓高于上述電壓值范圍時,進行控制使得降低功率因數最低的至少一臺發(fā)電機的電壓,當上述總線的電壓低于上述電壓值范圍時,進行控制使得提高功率因數最高的至少一臺發(fā)電機的電壓的第1控制單元;上述比較單元的結果,當上述總線的電壓是上述電壓值范圍內時,進行控制使得把脫離上述功率因數范圍的發(fā)電機的功率因數修正到上述功率因數范圍內的第2控制單元。
文檔編號H02J3/18GK1379524SQ02107688
公開日2002年11月13日 申請日期2002年3月29日 優(yōu)先權日2001年3月30日
發(fā)明者住谷大介, 小柳晉一, 荒木博文 申請人:三菱重工業(yè)株式會社, 三菱電機株式會社