CN1215625C - 电压波动补偿装置 - Google Patents

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Abstract

在具有监视电力系统中电压下降并基于此控制供电的检测控制部，抑制供给负荷的电压波动的补偿装置中，以廉价小型化方式，实现高精度的电压补偿。电力系统上串联连接有把具有各自不同的充电电压(最小电压的约2K倍(K＝0、1、2、…))的电容器(11)中存储的直流电压转换成交流输出的多个电压补偿电路P、N，将测出各电压补偿电路P、N内电容器(11)的电压值的值V1～V3作为各比特信号的基准值，通过将电力系统的电压下降量与该基准值对照，对其进行A/D变换为二进制的信号，根据该信号，选择希望组合的电压补偿电路P、N，以其输出电压的总和来补偿上述电力系统的电压下降。

Description

电压波动补偿装置
技术领域
本发明是有关一种供给负荷的电力系统电压瞬时性下降时，将其测出并补偿电压下降的电压波动补偿装置。
技术背景
因雷电等随着电力系统的电压瞬时性下降，工厂等的精密设备等进行误动作或暂时停止，往往招致生产线上很大的受害。为了防止这样的损害，监视电力系统的瞬时电压下降等的电压波动，并使用补偿电压下降的电压波动补偿装置。
图18中示出现有电压波动补偿装置的示意构成图。如图所示，从输电线1来的电力，用变压器2降压，通过电压波动补偿装置连接到用户(负载)3并供给电力。电压波动补偿装置由直流电源4、换流器5、平滑滤波器6和大容量变压器7构成。
以下，示出有关这种现有电压波动补偿装置，在系统电压瞬时下降时(以下，称为瞬低时)的电压补偿动作。
图19分别示出系统电压瞬低时的系统电压、电压波动补偿电路输出、和供给用户3的电压。如图所示，一旦系统电压发生瞬时性电压下降，在监视电压波动的检测部(图未示出)就测出电压下降，通过基于此进行供电控制，电压波动补偿装置中，采用由直流电源4和换流器5发生交流电压，经过平滑滤波器6和大容量变压器7跟电力系统串联连接的办法，补偿电力系统的电压下降。因此，将电压波动补偿装置来的输出电压加到电压下降后的系统电压上，大致以正常的电压，向用户3供给电力。
现有的电压波动补偿装置构成如以上那样，因为系统电压即使正常时，也通过变压器7使相当部分的负荷电流流过换流器5，因此，通常时也发生变压器7和换流器5的损耗，需要大型的冷却装置。
并且，系统电压的瞬低时，由于通过平滑滤波器6和变压器7向电力系统供给电压，所以平滑滤波器6或变压器7的容量将会增大，存在装置大型化的问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述这个问题而研发的，其目的在于获得一种能够在系统电压瞬低时进行高精度电压补偿，而且装置全体能以廉价构成小型的电压波动补偿装置。
本发明的第1方面所述的电压波动补偿装置是：包括对最小充电电压值(绝对值)约为2K倍(K＝0、1、2、…)，具有各自不同的充电电压的电容器，在电力系统上串联连接把向该电容器充电的直流电压转换成交流输出的多个电压补偿电路P、N，将各电压补偿电路内的上述电容器的充电电压值作为各比特信号的基准值，通过将电力系统的电压下降量与该基准值对照，A/D变换为二进制数的信号，根据该信号，从多个电压补偿电路之中选择要求的组合，以其输出电压的总和来补偿上述电力系统的电压下降。
并且本发明的第2方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面，由电压下降量变成A/D变换的基准值的电容器充电电压值是随时检测各电容器电压的电压测定值。
并且本发明的第3方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面，从电压下降量变成A/D变换的基准值的电容器充电电压值是监视电力系统的系统电流，并基于该电流值通过对各电容器的电压下降量的预测运算，随时算出的电压算出值。
并且本发明的第4方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面～3任一项，由串联连接的全部的电压补偿电路构成的全补偿电路可能最大输出电压设定为各电压补偿电路内电容器的充电电压，使其超过电力系统的最大电压下降量。
并且本发明的第5方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面～4任一项，各电压补偿电路内电容器的静电容量是对最小静电容量大约2K倍(K＝0、1、2、…)或其以上，设定该电容器的充电电压越大其静电容量越小。
并且本发明的第6方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面～5任一项，从电压下降量A/D变换为二进制数的信号之际，由该信号决定的电压补偿电路输出电压的总和是从上述电压下降量减去规定的电压量的电压值以下时，上述二进制数的信号加上1，使电容器的最小充电电压值加到上述输出电压的总和上。
并且本发明的第7方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面，电力系统上，具备跟电压补偿电路一起串联连接，将使电容器充电的直流电压转换成交流输出的下降电压补偿电路，上述电压补偿电路内电容器的电压下降到规定值以下时，将其测出，使上述下降电压补偿电路动与上述电压补偿电路的动作一致动作，用上述电压补偿电路和上述下降电压补偿电路的输出电压之和，补偿上述电力系统的电压下降。
并且本发明的第8方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面，按照二进制数的信号选择的电压补偿电路，输出电压可包含跟电力系统的电压极性相反极性的，输出电压跟上述电力系统同极性的电压补偿电路内电容器在动作时进行放电，相反极性的电压补偿电路内的电容器在动作时进行充电。
并且本发明的第9方面所述的电压波动补偿装置是，根据第8方面，从二进制数的信号，把各比特数值转换成电容器放电时为1、充电时为-1的二进制数值，编成用于选择电压补偿电路组合的逻辑表，检测各电压补偿电路内电容器的电压下降并根据其状态，从上述逻辑表里选择可对该电容器充电的模式的二进制数值，按照该二进制数值的各比特数值选择的电压补偿电路内电容器，当上述比特数值为1的时候进行放电，为-1的时候进行充电。
并且本发明的第10方面所述的电压波动补偿装置是，根据第8方面，一个电压补偿电路的输出电压是第1极性，其它全部电压补偿电路的输出电压是跟上述第1极性相反的第2极性，上述第1极性的电压补偿电路内电容器的充电电压跟其它全部第2极性的电压补偿电路内电容器的充电电压总和绝对值大约相同，电力系统的电压是第1极性时，选择上述第2极性的电压补偿电路的要求组合和上述第1极性的电压补偿电路进行动作，上述电力系统的电压是第2极性时，只选择上述第2极性的电压补偿电路的组合进行动作。
附图说明
图1是本发明实施例1的电压波动补偿装置构成图。
图2表示本发明实施例1的电压瞬低控制电路的详细电路图。
图3是说明本发明实施例1的电压波动补偿装置动作波形图。
图4是说明本发明实施例1的充电电容器的电压下降时的动作波形图。
图5是表示本发明实施例1的A/D变换器详细构成图。
图6是本发明实施例1的另一例电压波动补偿装置构成图。
图7是本发明实施例1的另一例电压波动补偿装置构成图。
图8是表示本发明实施例2的A/D变换器详细构成图。
图9是表示本发明实施例2的预测运算电路详细构成图。
图10是本发明实施例3的电压波动补偿装置构成图。
图11是说明本发明实施例3的电压波动补偿装置动作波形图。
图12是表示本发明实施例3的电压波动补偿装置详细电路图。
图13是表示本发明实施例6的A/D变换器详细构成图。
图14是表示本发明实施例7的A/D变换器详细构造图。
图15是本发明实施例8的电压波动补偿装置构成图。
图16是表示本发明实施例8的A/D变换后的二进制信号图。
图17是说明本发明实施例8的电压波动补偿装置动作波形图。
图18是现有的电压波动补偿装置示意构成图。
图19是说明现有电压波动补偿装置的电压补偿动作图。
具体实施方式
实施例1
以下，详细说明有关本发明的实施例1。
图1是本发明实施例1的电压波动补偿装置构成图。
从输电线1来的电力，用变压器2降压，经过电压波动补偿装置100连接到用户3(负荷)，并供给电力。
关于电压波动补偿装置100，如图所示，电力系统上，多个串联连接有由根据电压极性选择的2个电压补偿电路P、N构成的补偿单元110。由该串联连接的多个(这时6个)的电压补偿电路N1、P1、N2、P2、N3、P3构成的全补偿电路120，具备高速机械式的稳定短路开关8，其输出端与全补偿电路120并联。
各电压补偿电路P1～P3、N1～N3内，具备：在输出端并联具备的瞬低转换开关9、瞬低补偿开关10、作为能量存储装置的充电电容器11、和用于给充电电容器11充电的充电用二极管12和充电用变压器200的次级线圈14，充电电容器11的充电电压通过串联连接于该充电电容器11的瞬低补偿开关10连到电力系统上。并且，瞬低转换开关9和瞬低补偿开关10由反向并联连接二极管的半导体开关元件，例如IGBT构成。另外，半导体开关元件就是IGBT以外的自消弧型元件也无妨。
充电电容器11用充电用二极管12和充电用变压器200的次级线圈14充入电压，充电用变压器初级线圈13跟电力系统连接起来。另外，15是充电用变压器200的铁芯。
一个补偿单元110内的2个电压补偿电路P、N，分别执掌正·负的电压发生。即，借助于2个充电二极管12p、12n的作用，利用共同的次级线圈14，各自相反极性的电压相同大小，向充电电容器11p和充电电容器11n充电。
设定向补偿单元110内的充电电容器11(11p1、11n1)(11p2、11n2)(11p3、11n3)充电的电压比为2的乘方比。即，满足以下关系。
Vn3＝2×Vn2＝2×2×Vn1    (p也同样)
稳定短路开关8、瞬低转换开关9、瞬低补偿开关10连到作为检测控制部的电压瞬低控制电路16。并且，系统电压也输入到电压瞬低控制电路16。以下说明有关该电压瞬低控制电路16和动作。
图2是表示电压瞬低控制电路16的详细电路图。并且，图3是表示图1中示出的电压波动补偿装置100产生的电压补偿动作与电压瞬低控制电路16控制动作的关系波形图。
如图2所示，系统电压输入到电压瞬低控制电路16并与目标电压25进行比较。这时目标电压25，设为正常时的系统电压。用误差放大电路26放大两者之差，进而施行绝对值变换以后，在A/D变换器27转换成3比特的数字信号(D1～D3)。当系统电压与目标电压25之差变成跟充电电容器11p1的充电电压Vp1相等时，仅使A/D变换器27来的输出信号中最低位变成1，即变成“001”的方式，预先调整误差放大电路26的增益。
只要D1～D3信号的任何一个变成1，就通过NOR电路28，用信号Z(＝0)断开稳定短路开关8。
另一方面，输入电压瞬低控制电路16的系统电压也输入到极性判定电路29，并判定极性。其次，系统电压的极性按照正·负的情况，经由AND电路30和反相器31，选择由数字信号D1～D3变成活动的信号Yp或Yn、Xp或Xn。Xp、Xn都是瞬低补偿开关10的驱动信号，Yp、Yn则是瞬低转换开关9的驱动信号，瞬低转换开关9和瞬低补偿开关10由反相器31构成，往往使其以相反极性动作。
系统电压正常时，即数字信号D1～D3全0时，稳定短路开关8处于接通(信号Z为1)、瞬低转换开关9处于接通(信号Y为1)、瞬低补偿开关10处于断开(信号X为0)状态，电流流过稳定短路开关8。这时，充电电容器11借助于充电用变压器200充电至一定电压。由于充电用变压器200只是对充电电容器11进行充电的工作，所以小容量变压器就办得到。
其次，按照图3说明瞬低时的补偿动作。
在时刻t0，假如系统电压上发生瞬时的电压下降。时刻t0以后，误差放大电路26的输出发生误差电压。据此，A/D变换器27的输出上，对应于该误差电压也发生数字信号D1～D3。与此同时，信号Z变成0，并使稳定短路开关8断开。
时刻t0～t1，因为系统电压的极性为正，数字信号D1～D3分别传送到p侧元件。最低位的信号D1为1时，电压补偿电路P1中，Xp1变成1、Yp1变成0，瞬低补偿开关10p1接通，瞬低转换开关9p1断开，充电电容器11p1的电压Vp1由瞬低补偿开关10p1输出。当信号D2为1时，电压补偿电路P2中，Xp2变成1、Yp2变成0，瞬低补偿开关10p2接通，瞬低转换开关9p2断开，充电电容器11p2的电压Vp2由瞬低补偿开关10p2输出。同样，最高位的信号D3为1时，电压补偿电路P3中输出充电电容器11p3的电压Vp3。另外，关于各数字信号D1～D3之中变成0的信号，例如最低位的信号D1为0时，电压补偿电路P1中Xp1为0和Yp1为1，因而随着瞬低转换开关9p1，短路其输出端，电压补偿电路P1来的输出大约变成0。这些输出由系统进行组合，可以发生“000”～“111”的8个等级输出电压，最大补偿电压变成7×Vp1。
直到t1～t2，系统电压的极性为负以后，数字信号D1～D3分别传送到n侧元件，在电压补偿电路N1～N3中，同样输出补偿电压，最大补偿电压变成7×Vn1。
尽管，上述说明中，没有考虑充电电容器11的电压变化，说明理想状态的动作，然而实际上电容器容量是有限的，因而充电电容器11上发生下降(电压的下降)。例如充电电容器11p3的充电电压Vp3上发生下降时，利用图2中示出的电压瞬低控制电路16形成上述哪样的二进制信号(D1～D3)，使之进行电压补偿动作的话，如图4所示，借助于充电电压Vp3的下降，就会在发生的补偿电压上出现畸变。
因此，考虑上述充电电容器11的下降，用图2所示的A/D变换器27，进行示出二进制的信号的A/D变换是可取的，对于此，表示如下。
图5是表示考虑到充电电容器11的电压下降进行A/D变换的A/D变换器27详细构成图。图中，50(50-1、50-2、50-3)是比较器，51-1、51-2是利用运算处理器等的运算电路。并且，各电压补偿电路P1～P3、N1～N3内的充电电容器11具备电压检测器，在监视着电压，并把电压检测值V3、V2、V1输送给A/D变换器27。另外这时，设定V3、V2、V1分别为p侧元件的充电电容器11p3、11p2、11p1的电压检测值(参照图1)。
如图5所示，首先，用比较器50-3，对误差放大电路26的输出V3in和V3的电压进行比较，设定V3in≥V3时为1，V3in＜V3时为0，并形成D3。其次，在运算电路51-2中，如果D3为1，假定V2in＝V3in-V3，当D3为0时设定V2in＝V3in。在这里，V2in表示在D3的信号状态下输出补偿电压时，已经不能补偿的电压。接着，用比较器50-2对V2in与V2进行比较而输出D2。然后跟前面同样在运算电路51-1中，对V1in进行运算。V1in表示表示在D3和D2的信号状态下输出补偿电压时的不足补偿的电压。最后，用比较器50-1对V1in与V1进行比较，决定D1。
这样，利用如图5所示的A/D变换器27，将放大电力系统的电压下降量的误差放大电路26输出、A/D变换为二进制的信号(D1～D3)之际，跟随时检测各充电电容器11电压的电压检测值V3、V2、V1对照来决定二进制信号的各比特信号。为此，根据充电电容器11的状态，选择电压补偿电路P1～P3、N1～N3并决定动作的信号，所以能够实现精度更高的补偿。因此，充电电容器11上发生下降时，也不会补偿电压上发生畸变，因而可以阶段充电电容器11的静电容量值。
上述实施例1中，由串联连接的多个电压补偿电路N1、P1、N2、P2、N3、P3构成的全补偿电路120，因为直接与电力系统串联连接，所以不需要现有的那种大型变压器。并且，跟全补偿电路120并联，具备高速机械式的稳定短路开关8，系统电压正常时，稳定短路开关8导通并使电流旁路，因此正常时的装置损耗几乎为0，冷却装置小容量就行，整个装置能以廉价小型化。
并且，在系统电压瞬时下降时，通过数字等级控制，选择组合具有各自不同充电电压的充电电容器11的多个电压补偿电路N1、P1、N2、P2、N3、P3，以输出电压的总和方式进行电压补偿，因而可能进行极其精细的电压补偿，以至可以不用或用小型输出滤波器。并且，一般在使用PWM控制等场合，与在输出滤波器频带部分发生相当的响应延迟相比较，控制方式由于是数字等级式控制，所以可实时补偿电压，进而可以更精确补偿电压。
并且，设定对各电压补偿电路P1～P3、N1～N3的充电电容器11充电的电压为Vn3＝2×Vn2＝2×2×Vn1(p也同样)，因此可以等间隔高精度按等级控制补偿电压。
而且，充电电容器11通过连到电力系统的充电用变压器200，系统电压正常时就能充分充电，因而充电用变压器200用小容量就足够，充电电路会变得小型便宜起来。并且，为了自动进行充电，装置也简化了。
另外，上述实施例中，A/D变换器27所用的V3、V2、V1分别规定为p侧充电电容器11p3、11p2、11p1是电压检测值，然而瞬时下降的电压大小，没有按照系统电压的极性而是几乎一定时，n侧元件的各充电电容器11n的电压也大致与p侧元件同样转移电压状态，因而无论检测p侧还是n侧的电压，也可以使用其绝对值。
并且，也可以具备p侧用和n侧用的2个A/D变换器27，分别输入对应充电电容器11的电压检测值，发生二进制数的信号(D1～D3)，这时，跟极性判定电路29(参照图2)的输出合并，选用2个A/D变换器27的任一输出信号。因此，能够实现更高精度的补偿。
并且还有，也可以p侧用和n侧用的双方都具备电压检测器，跟极性判定电路29的输出合并，任选p侧、n侧的一个电压检测器，使用其电压检测值。
另外，在上述实施例1中，在全补偿电路120的输出端，虽然备有一个跟全补偿电路120并联的稳定短路开关8，但是如图6所示，也可以在各电压补偿电路P1～P3、N1～N3的每个输出端并联配备。并且，由一对电压补偿电路P、N构成的补偿单元110的每个输出端，也可以备有稳定短路开关8。这样，即使备有多个稳定短路开关8，控制方式也与一个的情况同样，正常时闭合全部的稳定短路开关8，使全部电压补偿电路P1～P3、N1～N3旁路，电力系统的电压下降时，断开全部的稳定短路开关8，按照电压补偿电路P1～P3、N1～N3来的电压输出，补偿电力系统的电压下降。
并且还有，上述实施例1中，虽然用一对电压补偿电路P、N构成补偿单元110，但是如图7所示，也可以一对电压补偿电路PN构成输出正负电压的各个补偿单元110。
在图7(a)示出的例子中，电压补偿电路PN1具备由反向并联连接二极管的4个半导体开关元件17a～17d构成的全桥式变换器和作为能量存储装置的充电电容器18，充电电容器18的充电电压Vpn1，按照半导体开关元件17a～17d的接通/断开控制，按正或负的极性连到电力系统上。并且在图7(b)示出的例子中，电压补偿电路PN1具备由反向并联连接二极管的2个半导体开关元件19p1、19n1构成的半桥式变换器和由反向并联连接二极管的2个半导体开关元件20p1、20n1构成，并联连接电压补偿电路PN1的输出端的瞬低转换开关和作为能量存储装置的充电电容器21p1、21n1，按照半导体开关元件19、20的接通/断开控制，输出正负之一极性的补偿电压。
实施例2
其次，说明有关本发明的实施例2。
图8是表示本发明实施例2的A/D变换器27详细构成图。如图所示，A/D变换器27具备，预测运算各充电电容器11电压的预测运算电路52(52-1、52-2、52-3)。并且，监视着电力系统的系统电流，并把系统电流的电流值和作为从该A/D变换器27输出的各数字信号(D1～D3)内的对应信号送入各预测运算电路。在各预测运算电路，根据系统电流的电流值和各数字信号(D1～D3)，预测并运算各充电电容器11的电压值。运算结果规定作为电压算出值的电压预测运算值V1x～V3x进行输出，并输入到比较器50(50-1、50-2、50-3)以替代上述实施例1的图5中示出的电压检测值V1～V3，此外，跟上述实施例1的图5中示出的A/D变换器27同样动作，示出数字信号(D1～D3)。
图9是表示各预测运算电路52的一例。在这里，典型性示出预测运算充电电容器11p3(或11n3)的电压的预测运算电路52-3。数字信号D3为1的期间，电压补偿电路P3输出从充电电容器11p3来的补偿电压，并将系统电流的电流值输入到积分电路54，进行积分。其结果，对积分电路54的输出来说，运算输出充电电容器11p3的电压下降量。在减法器中，通过从充电电容器11p3的初期充电电压设定值Vp3减去积分电路54的输出，获得充电电容器11p3的电压预测运算值V3x。
这样，采用图8中所示的A/D变换器27，把电力系统的电压下降量放大后的误差放大电路26输出，A/D变换为二进制数的信号(D1～D3)之际，跟通过预测运算随时算出充电电容器11上电压的预测运算值V3x、V2x、V1x对照，决定二进制数的各比特信号。因而，与上述实施例1同样，可以根据充电电容器11的状态，选择电压补偿电路P1～P3、N1～N3并决定使其动作的信号，实现精度良好的补偿。因此，即使充电电容器11上发生下降时，补偿电压上也不会发生畸变，因而能够减少充电电容器11的静电容量值。并且，利用预测运算充电电容器11上电压的电压算出值，因而不需要为各充电电容器11配备电压检测器，以便宜的装置构成获得上述效果。
实施例3
接着，说明有关本发明实施例3。
图10是本发明实施例3的电压波动补偿装置构成图。如图所示，除用上述实施例3的图1表示的3个补偿单元110以外具备下降补偿单元110S。下降补偿单元110S的构成与其它补偿单元110同样，分别由掌管发生正负电压的2个下降电压补偿电路PS、NS构成，各下降电压补偿电路PS、NS具备，在输出端并联具备的瞬低转换开关9、瞬低补偿开关10、作为能量存储装置的充电电容器11和用于充电电容器11充电的充电用二极管12和充电用变压器200的次级线圈14，充电电容器11的充电电压通过串联连接到该充电电容器11的瞬低补偿开关10连到电力系统。
按照图11说明这种构成的电压波动补偿装置100的电压补偿动作。图中，Xps是下降电压补偿电路PS内的瞬低补偿开关10ps的驱动信号。
充电电容器11p3的充电电压Vp3如果发生下降，如上述一样，补偿电压会发生波形畸变。通过使下降电压补偿电路PS动作，补偿因这样的下降引起的波形畸变。即，图11中，降低到预先设定Vp3电压的下降补偿转换电压以下时，将其测出，驱动信号Xps变成1时，常常下降电压补偿电路PS也输出补偿电压那样的驱动信号Xps作为1。下降补偿转换电压，例如，Vp3的电压下降量规定为与下降电压补偿电路PS的充电电容器Vps的初期充电电压一致的点。因此，Vp3的下降要由下降电压补偿电路PS进行补偿，补偿电压会成为畸变少的波形。
图12是说明本发明实施例3的电压瞬低控制电路16的图，例如补偿Vp3的下降图。如果Vp3变成了下降补偿转换电压以下，就借助于比较器56和“与”电路57，象下降电压补偿电路PS进行电压补偿动作一样的构成。因此，充电电容器11的电压即使发生下降，波形畸变也不会发生，可以大幅度减少充电电容器11的静电容量值。因此，能够构便宜的装置。
另外，在上述实施例中，虽然全都说明p侧元件，但是对n侧元件也同样，Vn3的下降用下降电压补偿电路NS来补偿。
并且，虽然说明补偿充电电容器11p3、11n3的电压下降的情况，但是也可以具备补偿其它充电电容器11下降的下降电压补偿电路。
实施例4
接着，说明有关本发明的实施例4。本实施例4中，说明有关各电压波动补偿装置100内充电电容器11的电压设定方法。
由于充电电容器11只能具备有限的静电容量，一定会发生下降。下降一旦增大，可能补偿的电压就会减少。因而，预先给充电电容器11设定很大的充电电压，使得发生下降也能补偿系统电压的电压下降量。例如，假定系统电压的瞬低(规定的连续时间内)的最大电压下降量为ΔVmax，则设定各电压如下。
Vp3、Vn3＞(ΔVmax/7)×4
Vp2、Vn2＞(ΔVmax/7)×2
Vp1、Vn1＞(ΔVmax/7)×1
按照设定的方法，各自的电压关系虽然存在从上述这样的2K倍(K＝0、1、2)的关系稍有偏差的可能性，然而只要是大约2K倍的关系，就不会降低补偿电压精度。
由于这样做出电压设定，充电电容器11上即使发生下降，对电压下降也能确保充分的补偿电压，因此，可以将充电电容器的静电容量值设计得很小，实现廉价的装置。
实施例5
接着，说明有关本发明实施例5。本实施例5中，说明有关各电压波动补偿装置100内充电电容器11的静电容量值设定方法。
如上述一样，由于充电电容器11只能具备有限的静电容量，一定会发生下降。为此，例如充电电容器11也都选用相同静电容量值的话，下降大小大致为相同，可是对初期充电的比例不同，因而电压的大约2K倍关系将变为不完整。因此，选定静电容量值如下。另外，例如把充电电容器11p1的静电容量值表示为Cp1。
Cp1(Cn1)2×Cp2(Cn2)
Cp2(Cn2)2×Cp3(Cn3)
这样，充电电容器11的静电容量值，充电电压越高设定得越小，由于对静电容量值也带来大约2K倍的关系，在同一电流流过的情况下，因为对初期充电电压的下降比例也同样，发生下降时的各充电电容器11电压的关系保持大约2K倍的关系。因而，发生电压下降时，也能实现精度良好的电压补偿。
另外，也可以如下选定各充电电容器11的静电容量值。
Cp1(Cn1)≥2×Cp2(Cn2)
Cp2(Cn2)≥2×Cp3(Cn3)
由于这样，设定静电容量值，在同一电流流过的情况下，充电电压但的充电电容器11电压难以下降，也就难以损害大约2K倍的关系，发生电压下降时，也能实现精度良好的电压补偿。
实施例6
接着，说明有关本发明的实施例6。
一般地说，决定装置规格时，需要考虑瞬低时用户3的最大下降电压保证值。例如，假如电压下降保证值为Vz，则需要电压补偿，使其向用户3供电电压的电压下降量应低于Vz。
如果把充电电容器11的最小电压Vp1、Vn1设定得比该电压下降保证值Vz要大些，在用上述例如图5所示的A/D变换器27的A/D变换中，决定D2、D3以后，预计的补偿电压的残余部分在Vz以上也在V1以下的情况下，D1就不是1。因此，尽管电压波动补偿装置100有输出电压的能力，供给用户的电压仍然从正常时下低Vz以上。
为此，以下示出有关把充电电容器11的最小电压Vp1、Vn1设定得比电压下降保证值Vz大时的A/D变换。
图13是表示本实施例6的A/D变换器27详细构成图。
如图所示，用比较器50-3，比较误差放大电路26的输出V3in与V3的电压，规定V3in≥V3时为1，V3in＜V3时为0形成D3a。然后，在运算电路51-1，如果D3a为1，假定V2in＝V3in-V3，D3a为0时假定V2in＝V3in。在这里，V2in表示在D3a的信号状态下输出补偿电压时不可能补偿的电压。接着，在用比较器50-2比较V2in与V2，输出D2a。然后与前面同样，在运算电路51-2，运算V1in。V1in表示在D3a和D2a的信号状态下输出补偿电压时不足补偿的电压。然后在用比较器50-1比较Vlin与V1，决定D1a。
接着，按照这样决定的数字信号(D1a～D3a)使各电压补偿电路P、N动作，用运算电路58求出输出补偿电压时不能补偿的电压ΔV。在运算电路59，当ΔV≥Vz时设定add＝1，在逻辑运算电路60中，与数字信号(D1a～D3a)的二进制数进行相加。
例如，假如D1a＝1、D2a＝0、D3a＝0，add＝1时，进行如下的逻辑运算。
001+1＝010
其结果，输出D1＝0、D2＝1、D3＝0的信号。
这样，在运算电路59中，ΔV≥Vz时，由于决定数字信号(D1～D3)，使其得到对跟充电电容器11的最小电压Vp1(Vn1)相应的电压部分相加的补偿电压，所以向用户3供给电压的电压下降量变成小于Vz。
本实施例中，即使设定了充电电容器11的充电电压的最小电压比电压下降保证值Vz大时，也把从正常时的电压引用Vz的电压值以上供给用户3的功能优先作用。因此，可以把个电压补偿电路P、N内充电电容器11的电压设定得高，并且能够减少充电电容器11的静电容量。执行这种控制时，供给用户3的电压虽然有时候比正常值增加，但是若电压的增加量小，就没有问题。
实施例7
接着，说明有关本发明的实施例7。
电力系统的电压下降量比较小的场合，只有充电电压小的充电电容器11的电压补偿电路(例如P1、N1)动作，只有这些充电电容器11发生电压下降，电荷变化迅速。
在本实施例7中，正如上述那样，就是电压下降量小的时候，利用充电电压高的充电电容器11的电荷，抑制充电电压低的充电电容器11的电压下降，按照图14说明如下。
由3比特的数字信号(D1～D3)现在电压补偿电路P、N进行电压补偿动作时，电压等级S有1、2、3、4、5、6、7的七种。为了实现该电压等级指令，把-1、+1双方都可作为各位的数字信号(D1～D3)值，作成图中表示的这种逻辑表62。另外，逻辑表62内的逻辑，+1表示放电动作，-1表示充电动作。例如，用图1表示的电压波动补偿装置100中，系统电流的相位和系统电压的相位为同相位时，需要补偿电压是正的时候，现在电压补偿电路P、N进行动作，使其在逻辑为+1时P侧的充电电容器11p放电，在逻辑为-1时N侧的充电电容器11n充电。即，输出电压对系统电压同极性的电压补偿电路P的动作为放电动作(+1)，输出电压相反极性的电压补偿电路N的动作为(-1)，将放电电压扣除充电电压后的电压，从全补偿电路120输出作为补偿电压。
就是，由逻辑表62可以知道，作为电压等级S值输出1时，可以选择三种的二进制信号。例如，有时用相当于D1的补偿单元110(电压补偿电路P1、N1)的电压充电有时放电。例如，用D1动作的补偿单元110叫做单元1、用D2动作的补偿单元110(电压补偿电路P2、N2)叫做单元2、用D3动作的补偿单元110(电压补偿电路P3、N3)叫做单元3。希望只增加单元1的充电电容器11的电压时，选定1-②，希望增加单元1和单元2两者充电电容器11的电压时，选定1-③。希望减少单元1的充电电容器11的电压时，选定1-①。在这里，以V1Δ(单元1)、V2Δ(单元2)表示增加电压的单元。即，V1Δ为1时，增加单元1的电压。就是，按照各自的S值和希望增减的单元，通过选定数字信号(D1、D2、D3)，可以调整单元1、单元2和单元3的电压。因为补偿电压一定要用交流产生，考虑交流一个周期的话，P侧、N侧的充电电容器11双方的电压都变成能够调整。
另外，补偿单元110，如图7(a)所示从一个充电电容器18pn输出正负双方的电压时，系统电流的相位与系统电压的相位同相位的时候，例如需要补偿电压为正的时候，逻辑为+1时充电电容器18pn为放电，-1时充电电容器18pn为充电方式动作。
接着，说明有关从系统电压的电压下降量，A/D变换成由上述这种逻辑表62内的(D1～D3)组成的二进制信号。
图14所示的A/D变换器中，A/D变换器27a进行与图5示出A/D变换器相同动作，并设定其输出为D1a、D2a、D3a。在运算电路61，运算由D1a、D2a、D3a产生的电压等级S值，并输入逻辑表62。在运算电路61的电压等级指令运算是S＝D3a×4+D2a×2+D1a。并且，在运算电路63中，根据被监视的电压V3除以4后的电压，若V1的电压小，就把电压增加信号V1Δ设定为1。并且，根据被监视的电压V3除以2后的电压，若V2的电压小，就把电压增加信号V2Δ设定为1。即，在V1Δ为1时，单元1充电电容器11的电压应该比单元3充电电容器11的电压作为基准的的二进制条件低，需要增加单元1的充电电容器11的电压。V2Δ为1时，对单元1的充电电容器11也同样意思。V1Δ和V2Δ的信号输入到逻辑表62。按逻辑表62，选定符合S值和V1Δ、V2Δ值的栏内二进制信号(D1、D2、D3)。
这样，可以设定(D1、D2、D3)的信号，使得各充电电容器11的电压没有偏离大约2K倍的关系。因此，往往可能进行精度很好的补偿。并且，补偿电压在哪个电平的情况下，也不单单使用一部分电压补偿电路P、N的充电电容器11的电荷，而是有效地利用全部的电压补偿电路P、N的充电电容器11的电荷。在低补偿电压长时间继续时，在长时间期间，准确可以继续电压补偿。其结果，可以把充电电容器11的静电容量值设定得小些，构成便宜的装置。
实施例8
接着，说明有关本发明的实施例8。
图15是本发明实施例8的电压波动补偿装置构成图。如图所示，将输出正电压的3个电压补偿电路P1、P2、P3和输出负电压的1个电压补偿电路N0串联连接到电力系统上。电压补偿电路P1、P2、P与上述实施例1所示的同样，各充电电容器11具有大约2K倍的关系。电压补偿电路N0输出跟3个电压补偿电路P1、P2、P的输出电压总和几乎相等的大小而相反极性的电压。即，各充电电容器22的电压，取绝对值有以下的关系。
Vp3＝Vp2×2＝Vp1×4
Vn0＝(Vp1+Vp2+Vp3)
尽管，系统电压下降时，大体上都是在系统原来的某个地方，因雷电等引起短路或接地的情况，应该补偿的电压是交流电压。于是，从各电压补偿电路P1～P3、N0输出补偿电压，以便产生交流的补偿电压。通过这些电压补偿电路P1～P3、N0的组合，就可以产生如下交流电压。假定Vp1＝1，设定补偿输出从-7～7V时，就可以利用如图16所示的表中信号。在这里，D1是使电压补偿电路P1动作的控制信号，在1的场合表示补偿电压输出状态。同样，D2是使电压补偿电路P2动作的控制信号，D3是使电压补偿电路P3动作的控制信号，D0是使电压补偿电路N0动作的控制信号。
以下按照图17，表示这种电压波动补偿装置的电压补偿动作。另外，假定系统电压和系统电流是同相位的状态。
如图所示，充电电容器11n0的电压Vn0，在负电压的电压补偿动作中电压下降。然而，充电电容器11p3的电压Vp3，在正电压的电压补偿动作中电压下降，但是在负电压的电压补偿动作中由于使电压补偿电路P3动作，相反电荷进行充电，使电压恢复。在充电电容器11p1、11p2的Vp1、Vp2方面也同样。这样，除电压补偿电路N0内的充电电容器11n0以外的充电电容器11的电压如果观察交流一周期间，就应该说没有变化。
本实施例中，用输出正电压的3个电压补偿电路P1、P2、P3和输出负电压的电压补偿电路N0，可进行补偿电压输出从-7～7为止的等级控制，并能够以格外简化的廉价的装置构成实现高精度的电压补偿。并且电压补偿电路P1、P2、P3内充电电容器11的下降不成为使补偿电压畸变的因素，与具有最大电压的电压补偿电路N0内充电电容器11n相比，可以充分小地选定这些的静电容量值，整个装置将变得便宜起来。
在上述各实施例中虽然各补偿装置内充电电容器的充电电压比设定为约2的乘方比，但也可使用其它电压比的组合。电压比为约2的乘方比，其组合不产生可供给电压值的重复，最为适合。
在各实施例中，虽然储能装置是使用电容器来表示的，但是也可用其它的，例如使用蓄电池等。
说明效果
如以上所说，本发明的第1方面所述的电压波动补偿装置是对最小充电电压值(绝对值)约2K倍(K＝0、1、2、…)，并具备具有各自不同的充电电压的电容器，电力系统上串联连接把向该电容器充电的直流电压转换成交流输出的多个电压补偿电路，将各电压补偿电路内的上述电容器的充电电压值作为各比特信号的基准值，通过与该基准值对照，把上述电力系统的电压下降量A/D变换为二进制数的信号，根据该信号，从上述多个电压补偿电路之中选择要求的组合，以其输出电压的总和来补偿上述电力系统的电压下降，因而能廉价促进小型化的装置构成，按等间隔等级控制补偿电压，极其精细进行高精度的电压补偿。
并且本发明的第2方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面，由电压下降量变成A/D变换的基准值的电容器充电电压值是随时检测各电容器电压的电压测定值，因而可以根据充电电容器的电压状态，A/D变换为二进制数的信号，实现精度良好的补偿。并且，因此，能够抑制电压补偿的畸变，减少充电电容器的静电容量。
并且本发明的第3方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面，从电压下降量变成A/D变换的基准值的电容器充电电压值是监视电力系统的系统电流，并通过各电容器的电压下降量的预测运算之下，随时算出该电流值的电压算出值，因而是廉价的装置构成，根据充电电容器的状态，能够A/D变换2为二进制数的信号，实现精度良好的补偿，并且，因此，能够抑制电压补偿的畸变，减少充电电容器的静电容量。
并且本发明的第4方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面～3任一项，设定由串联连接的全部的电压补偿电路构成全补偿电路的可能最大输出电压为各电压补偿电路内电容器的充电电压，使其超过在电力系统的最大电压下降量，因而即使充电电容器上发生电压下降，也能确保补偿电压，可以减少充电电容器的静电容量。
并且本发明的第5方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面～4任一项，各电压补偿电路内电容器的静电容量是对最小静电容量大约2K倍(K＝0、1、2、…)或其以上，设定该电容器的充电电压越大其静电容量越小，因而即使充电电容器上发生电压下降，也能实现精度良好的电压补偿。
并且本发明的第6方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面～5任一项，在从电压下降量A/D变换为二进制数的信号之际，由该信号决定的电压补偿电路输出电压的总和是从上述电压下降量减去规定的电压量的电压值以下时，电容器的最小充电电压值是上述二进制数的信号加上1，将其跟上述输出电压的总和相加，因而可以确保供给负荷的电压为减去上述规定的电压里量后的电压值以上，并且可以把充电电容器的电压设定得较高，减少静电容量。
并且本发明的第7方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面，电力系统上，具备跟电压补偿电路一起串联连接，将对电容器充电的直流电压转换成交流输出的下降电压补偿电路，上述电压补偿电路内电容器的电压下降到规定值时，将其测出，使上述下降电压补偿电路与上述电压补偿电路的动作合并动作，用上述电压补偿电路和上述下降电压补偿电路的输出电压之和，补偿上述电力系统的电压下降，因而即使充电电容器上发生电压下降，也能抑制电压补偿的畸变，大大减少充电电容器的静电容量。
并且本发明的第8方面所述的电压波动补偿装置是，根据第1方面，按照二进制数的信号选择的电压补偿电路，输出电压可包含跟电力系统的电压极性相反极性的，输出电压跟上述电力系统同极性的电压补偿电路内电容器在动作时进行放电，相反极性的电压补偿电路内的电容器在动作时进行充电，因而能够有效地利用充电电容器的电荷，并延长电压补偿可能期间。
并且本发明的第9方面所述的电压波动补偿装置是，根据第8方面，由二进制数的信号，把各比特数值转换成电容器放电时设定为1，充电时设定为-1的二进制数值，编成用于选择电压补偿电路组合的逻辑表，检测各电压补偿电路内电容器的电压下降并根据其状态，从上述逻辑表里选择可对该电容器充电的模式的二进制数值，按照该二进制数值的各比特数值选择的电压补偿电路内电容器，当上述的比特数值为1的时候进行放电，为-1的时候进行充电，因而往往可以具有精度良好的电压补偿，同时能够有效地利用充电电容器的电荷，在长时间内准确可能继续进行电压补偿。并且因此可以减少充电电容器的静电容量。
并且本发明的第10方面所述的电压波动补偿装置是，根据第8方面，一个电压补偿电路的输出电压是第1极性，其它全部电压补偿电路的输出电压是跟上述第1极性相反的第2极性，上述第1极性的电压补偿电路内电容器的充电电压跟其它全部第2极性的电压补偿电路内电容器的充电电压总和绝对值大约相同，电力系统的电压是第1极性时，选择上述第2极性的电压补偿电路的要求组合和上述第1极性的电压补偿电路进行动作，上述电力系统的电压是第2极性时，只选择上述第2极性的电压补偿电路的组合进行动作。

Claims (13)

1.一种电压波动补偿装置，包括对电力系统的电压下降进行监视并基于此进行供电控制的检测控制部，并抑制供给负荷的电压波动，其特征是还包括：具有各自不同的存储电压的储能装置，在所述电力系统上串联连接把该储能装置中存储的直流电压转换为交流输出的多个电压补偿电路，将各电压补偿电路内的上述该储能装置中存储电压值作为各比特信号的基准值，通过与该基准值对照，将电力系统的电压下降量进行A/D变换为二进制数的信号，根据该信号，从所述多个电压补偿电路之中选择所要求的组合，以其输出电压的总和来补偿上述电力系统的电压下降。
2.根据权利要求1所述的电压波动补偿装置，其特征是，多个电压补偿电路内的储能装置分别存储的不同电压的绝对值是相对于最小该电压补偿电路的输出电压绝对值约为2K倍：K＝0、1、2...。
3.根据权利要求1所述的电压波动补偿装置是，其特征是，储能装置是电容器。
4.根据权利要求2所述的电压波动补偿装置，其特征是，作为对电压下降量进行A/D变换的基准值的电容器充电电压值是随时检测各电容器的电压而得到的电压测定值。
5.根据权利要求3所述的电压波动补偿装置是，其特征是，作为对电压下降量进行A/D变换的基准值的电容器充电电压值是监视电力系统的系统电流，并基于该电流值通过对各电容器的电压下降量的预测运算，随时算出的电压算出值。
6.根据权利要求3所述的电压波动补偿装置，其特征是，各电压补偿电路内电容器的充电电压设定为，使由串联连接全部电压补偿电路构成全补偿电路的可能最大输出电压超过在电力系统的最大电压下降量。
7.根据权利要求3所述的电压波动补偿装置，其特征是，各电压补偿电路内的电容器的静电电容量设定为该电容器的充电电压越大其静电电容量越小。
8.根据权利要求7所述的电压波动补偿装置，其特征是，各电压补偿电路内电容器的静电电容量是对最小静电电容量大约2K倍，K＝0、1、2、...，或最小静电电容量以上。
9.根据权利要求3所述的电压波动补偿装置，其特征是还包括：运算电路，用于当将电压下降量进行A/D变换为二进制数的信号之际，由该信号决定的电压补偿电路输出电压的总和与从上述电压下降量减去规定电压量后的电压值比较，其结果为上述输出电压的总和在上述减法后的电压值以下时，上述二进制数的信号加1，
根据上述运算电路的加法信号，选择上述多个电压补偿电路中所需的组合。
10.根据权利要求3所述的电压波动补偿装置，其特征是还包括，与电压补偿电路一起串联连接在电力系统上、将被电容器充电的直流电压转换成交流输出的下降电压补偿电路，当上述电压补偿电路内电容器的电压下降到规定值以下时，将其测出并使上述下降电压补偿电路与上述电压补偿电路的动作协同动作，由上述电压补偿电路和上述下降电压补偿电路的输出电压之和，来补偿上述电力系统的电压下降。
11.根据权利要求3所述的电压波动补偿装置，其特征是，按照二进制数的信号选择的电压补偿电路包含，其输出电压与电力系统的电压极性相反的电压补偿电路，输出电压与上述电力系统同极性的电压补偿电路内电容器在工作时进行放电，相反极性的电压补偿电路内电容器在工作时进行充电。
12.根据权利要求11所述的电压波动补偿装置，其特征是，由二进制数的信号，把各比特数值转换成电容器放电时为1、充电时为-1的二进制数值，制成用于选择电压补偿电路组合的逻辑表，检测各电压补偿电路内电容器的电压下降并根据其状态，从上述逻辑表里选择可对该电容器充电的模式的二进制数值，按照该二进制数值的各比特数值选择的电压补偿电路内电容器，当上述的比特数值为1的时候进行放电，为-1的时候进行充电。
13.根据权利要求11所述的电压波动补偿装置，其特征是，一个电压补偿电路的输出电压是第1极性，其它全部电压补偿电路的输出电压是与上述第1极性相反的第2极性，上述第1极性的电压补偿电路内电容器的充电电压与其它全部第2极性的电压补偿电路内电容器的充电电压总和绝对值大约相同，电力系统的电压是第1极性时，选择上述第2极性的电压补偿电路的所要求组合和上述第1极性的电压补偿电路进行动作，上述电力系统的电压是第2极性时，只选择上述第2极性的电压补偿电路的组合进行动作。
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