JP2005057913A - 電圧変動補償装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 それぞれ異なる電圧のコンデンサ１０を備えて該コンデンサ１０の電圧を交流に変換して出力する複数の電圧補償回路ＰＮを電力系統に直列に接続して、系統電圧の瞬低時に、所望の電圧補償回路ＰＮの組み合わせにより補償電圧を発生して瞬低補償する電圧変動補償装置において、コンデンサ電圧の低下を抑制して信頼性よく補償を継続する。
【解決手段】 所定の電圧補償回路ＰＮの出力電圧を必要に応じて系統電圧と逆極性にすることで、その電圧補償回路ＰＮ内のコンデンサ１０を充電させ、系統電圧と系統電流との極性が異極性になることを検出して、充電すべきコンデンサ１０の電圧補償回路ＰＮの出力電圧を系統電圧と同極性になるように切り替える。
【選択図】 図３

Description

この発明は、負荷に供給される電力系統の電圧が瞬時的に変動した際に、それを検出して電圧変動を補償する電圧変動補償装置に関するものである。

雷などにより電力系統の電圧が瞬時的に低下し、工場などの精密機器などが誤作動や一時停止することにより、生産ラインで多大な被害を被ることがある。このような被害を防ぐために、電力系統の瞬時的電圧低下（以下、瞬低と称す）などの電圧変動を監視して、電圧低下を補償する電圧変動補償装置が用いられている。
従来の電圧変動補償装置は、電力系統に直列に接続され、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する複数の電圧補償回路で構成される。各電圧補償回路には、ダイオードが逆並列に接続された４個の半導体スイッチング素子から成るフルブリッジインバータ、および充電コンデンサが備えられ、充電コンデンサの直流電圧を交流に変換して出力する。また、各電圧補償回路の出力端には、高速機械式の定常短絡スイッチが並列に設けられる。各電圧補償回路内の充電コンデンサは、充電ダイオードと充電用トランスによってそれぞれ異なる電圧が充電され、電圧の比は概ね２のべき乗比に設定される。

定常時、電流は定常短絡スイッチを流れる。また電力系統の瞬低時には、電力系統の電圧低下量を、各電圧補償回路内の充電コンデンサの電圧検出値を各ビット信号の基準値として、該基準値と照合することにより２進数の信号にＡ／Ｄ変換し、該信号によって、上記複数の電圧補償回路の中から所望の組み合わせを選択し、その出力電圧の総和で電力系統の電圧低下を補償する。また、２進数の信号により選択される電圧補償回路が、出力電圧が電力系統の電圧極性と逆極性のものを含むことを可能とし、出力電圧が電力系統と同極性の電圧補償回路内のコンデンサは動作時に放電され、逆極性の電圧補償回路内のコンデンサは動作時に充電される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３５９９２８号公報

このような従来の電圧変動補償装置においては、コンデンサの電圧低下を抑制するため、所定の電圧補償回路の出力電圧を必要に応じて系統電圧と逆極性にすることで、その電圧補償回路内のコンデンサを充電させ、このように充電と放電を組み合わせて動作させていた。しかしながら、系統に例えば電流位相が遅れとなる負荷が接続されている場合等に、電圧と電流の極性が反転する場合があり、その場合には充電と放電との関係が逆になり、コンデンサ電圧が低下して充電する必要があるコンデンサに対して更に放電させてしまう。このため、補償不可に陥りやすいという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、系統の電圧と電流とに位相遅れが存在する場合でも、電圧低下を抑制すべきコンデンサが、さらに放電することなく充電可能にすることで、信頼性の高い電圧補償を継続させることを目的とする。

この発明による電圧変動補償装置は、それぞれ異なる電圧のコンデンサを有して該コンデンサの電圧を交流に変換して出力する複数の電圧補償回路を電力系統に直列に接続し、該電力系統における電圧低下の監視、上記コンデンサの電圧低下、およびそれに基づく給電制御を行う制御部を備えて、上記電力系統の電圧低下時に、上記複数の電圧補償回路の中から出力電圧が互いに逆極性のものを含むことを可能として所望の組み合わせを選択し、その出力電圧の総和による補償電圧にて上記電力系統の電圧低下を補償して負荷に供給される電圧の変動を抑えると共に、上記補償電圧と逆極性の出力電圧を発生する電圧補償回路内のコンデンサに充電して該コンデンサの電圧低下を抑制する。そして、上記補償電圧の電圧極性と上記電圧補償回路を流れる系統電流の電流極性とが異極性になることを検出する異極性検出手段を備えて、該異極性が検出されると、充電により電圧低下を抑制すべき上記コンデンサを有する上記電圧補償回路の出力電圧を上記補償電圧と同極性となるように切り替えるものである。

この発明による電圧変動補償装置では、系統電流の極性と補償電圧の極性との関係に拘わらず、コンデンサ電圧の低下を抑制でき、常に精度のよい補償が可能となる。また、全ての電圧補償回路のコンデンサの電荷を有効に利用でき、このため、長時間に渡って確実に電圧補償を継続可能となる。その結果、コンデンサの静電容量値を小さく設定でき、安価な装置が構成できる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１はこの発明の実施の形態１による電圧変動補償装置１００の概略構成図である。
図１に示すように、送電線１からの電力は、変圧器２により降圧されて、電圧変動補償装置１００を介して需要家３（負荷）に接続され、電力が供給される。電圧変動補償装置１００は、図に示すように、複数（この場合３個）の電圧補償ユニット１５と制御回路１６とで構成され、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３が電力系統に直列に接続される。各電圧補償ユニット１５には、ダイオードが逆並列に接続された４個のＩＧＢＴ９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４から成るフルブリッジインバータ、および充電コンデンサ１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３で構成される各電圧補償回路ＰＮ（ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３）と、充電コンデンサ１０（１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３）を充電するための充電ダイオード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３とが備えられる。また、充電コンデンサ１０の充電電圧Ｖ１〜Ｖ３は、ＩＧＢＴ９（９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４）のオン／オフ制御により正負いずれかの極性で電力系統に接続される。

また、各電圧補償回路ＰＮの出力端には、各電圧補償回路ＰＮと並列に高速機械式の定常短絡スイッチ８が設けられる。なお、この定常短絡スイッチ８は、図では複数個設けたものを示したが、直列接続された複数の電圧補償回路ＰＮ全体と並列に１個のみ設けても良い。
また、フルブリッジインバータはＩＧＢＴ９以外の自己消弧型半導体スイッチング素子で構成しても良い。
充電コンデンサ１０は充電ダイオード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３によってそれぞれ異なる電圧が充電され、充電用トランス１次巻線１２は、電力系統と接続される。各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内の充電コンデンサ１０に充電される電圧の比は概ね２のべき乗比に設定されている。つまり、以下の関係を満足させる。
Ｖ３＝２×Ｖ２＝２×２×Ｖ１

定常短絡スイッチ８および各ＩＧＢＴ９は制御回路１６に接続される。この制御回路１６の構成および動作について、図２に基づいて以下に説明する。
図２に示すように、系統電圧Ｖｘ、系統電流Ｉｘは制御回路１６に入力され、極性判定回路２４にてそれぞれ極性が判定され、極性判定回路２４は、電圧極性信号２４ａを出力すると共に、系統電圧極性と系統電流極性とが異極性であるとき異極性検出信号２４ｂを出力する。また、系統電圧Ｖｘは誤差増幅器２１にも入力され、誤差増幅器２１では、系統電圧Ｖｘを正常時の系統電圧である設定電圧２０と比較し、両者の差を増幅し、さらに絶対値変換を施して誤差電圧信号２１ａを出力する。
また、各電圧補償回路ＰＮ内の充電コンデンサ１０は図示しない電圧検出器を備えて電圧をモニタしており、電圧検出値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を制御回路１６に入力する。

Ａ/Ｄ変換器２２では、誤差増幅器２１からの誤差電圧信号２１ａ、極性判定回路２４からの異極性検出信号２４ｂ、各コンデンサの電圧検出値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を入力として、３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）を出力する。この３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）は、各ビットの値を−１、＋１の双方を可能とした２進数値で構成され、出力電圧を発生させる電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３の組み合わせと、各出力電圧の極性とを選択する。
また、２３は瞬低検出部で、入力された系統電圧Ｖｘの瞬低を検出すると、信号ｚ（＝０）により定常短絡スイッチ８をオフする。
また、２５は、各電圧補償回路ＰＮのインバータの駆動信号を発生する駆動信号発生器で、極性判定回路２４からの電圧極性信号２４ａと、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３とを入力として、各電圧補償回路ＰＮのインバータの駆動信号ｇ１１〜ｇ１４、ｇ２１〜ｇ２４、ｇ３１〜ｇ３４を発生する。

駆動信号発生器２５からの駆動信号による各電圧補償回路の動作について以下に説明する。
例えば、図１で示す電圧補償回路ＰＮ１においては、最下位ビットＤ１＝１のときに、系統電圧Ｖｘの極性が正の場合、ＩＧＢＴ９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオンし、ＩＧＢＴ９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を正極性で出力する。また系統電圧の極性が負の場合、ＩＧＢＴ９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオンし、ＩＧＢＴ９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を負極性で出力する。
また、最下位ビットＤ１＝−１のときに、系統電圧Ｖｘの極性が正の場合、ＩＧＢＴ９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオンし、ＩＧＢＴ９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を負極性で出力する。また系統電圧の極性が負の場合、ＩＧＢＴ９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオンし、ＩＧＢＴ９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を正極性で出力する。またＤ１＝０のとき、ＩＧＢＴ９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、のうち上アーム側９ｓｗ１２、９ｓｗ１４あるいは下アーム側９ｓｗ１１、９ｓｗ１３のどちらか一方をオン状態とし他方をオフ状態として出力端を短絡し、電圧補償回路ＰＮ１からの出力をほぼゼロとする。

通常時、定常短絡スイッチ８はオン状態で、電流は定常短絡スイッチ８を流れる。また電力系統の瞬低時には、発生されたデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３によって選択された各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３において、補償電圧が出力される。
ところで、電力系統の電圧低下量が比較的小さい場合、充電電圧の小さな充電コンデンサ１０を有する電圧補償回路（例えばＰＮ１）ばかりが動作して、それらの充電コンデンサ１０のみ電圧低下が発生して電荷が急速になくなる。このため補償電圧を出力する際、各充電コンデンサの電圧検出値Ｖ１〜Ｖ３から、充電電圧の比較的小さな充電コンデンサ１０の電圧低下を検出して、充電電圧が比較的高い充電コンデンサ１０の電荷を利用して、電圧低下した充電コンデンサ１０を充電させる。
即ち、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３における、−１、＋１の双方を可能とした２進数値である各ビット数値（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）により、出力電圧を発生させる電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３の組み合わせと、各出力電圧の極性とを選択し、充電と放電とを組み合わせて補償電圧を出力させる。これらの出力は系統にて組み合わされ系統電圧の電圧低下を補償すると共に、充電コンデンサ１０への充電によりコンデンサ電圧の低下を抑制する。なお、電圧変動補償装置１００全体から、゛０００゛〜゛１１１゛の８階調の電圧出力を発生することができ、最大の補償電圧は、７×Ｖ１となる。

Ａ/Ｄ変換器２２の詳細を図３に示す。
図に示すように、Ａ/Ｄ変換器２２には、誤差増幅器２１からの誤差電圧信号２１ａと各充電コンデンサ１０の電圧検出値Ｖ１〜Ｖ３とを入力として、誤差電圧に応じた３ビットのデジタル信号（Ｄ１ａ〜Ｄ３ａ）に変換するＡ／Ｄコンバータ２７、Ａ／Ｄコンバータ２７からのデジタル信号（Ｄ１ａ〜Ｄ３ａ）に基づいて電圧階調指令演算を行う演算回路６１、極性判定回路２４からの異極性検出信号２４ｂと各充電コンデンサ１０の電圧検出値Ｖ１〜Ｖ３とを入力として電圧増加信号Ｖ１Δ、Ｖ２Δを発生させる演算回路６３、および、演算回路６１、６３からの信号によりデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３を決定するための論理テーブル６２を備える。

図４は、Ａ／Ｄコンバータ２７の詳細を示す構成図である。図において、５０（５０-1、５０-2、５０-3）はコンパレータ、５１-1、５１-2は演算プロセッサなどを用いた演算回路である。
図４に示すように、まず、誤差増幅器２１からの誤差電圧信号２１ａの誤差電圧Ｖ３inとＶ３の電圧をコンパレータ５０-3にて比較し、Ｖ３in≧Ｖ３のとき１、Ｖ３in＜Ｖ３のとき０としてＤ３ａを形成する。次に、演算回路５１-2において、Ｄ３ａが１なら、Ｖ２in＝Ｖ３in−Ｖ３とし、Ｄ３ａが０のときはＶ２in＝Ｖ３inとする。ここでＶ２inは、Ｄ３ａの信号状態において補償電圧を出力した場合の、補償できていない電圧を表す。次に、Ｖ２inとＶ２とをコンパレータ５０-2にて比較しＤ２ａを出力する。次に先と同様に演算回路５１-1にて、Ｖ１inを演算する。Ｖ１inは、Ｄ３ａとＤ２ａの信号状態において補償電圧を出力した場合の、補償が不足する電圧を表す。最後にＶ１inとＶ１とをコンパレータ５０-1にて比較し、Ｄ１ａを決定する。

このように、Ａ／Ｄコンバータ２７を用いて、電力系統の電圧低下量を増幅した誤差増幅器２１の出力をデジタル信号（Ｄ１ａ〜Ｄ３ａ）にＡ／Ｄ変換する際、各充電コンデンサ１０の電圧を随時検出した電圧検出値Ｖ１〜Ｖ３と照合して２進数の信号（Ｄ１ａ〜Ｄ３ａ）の各ビット信号を決定する。
なお、系統電圧Ｖｘと設定電圧２０との差が、充電コンデンサ１０ｐｎ１の検出電圧値Ｖ１と等しくなったとき、Ａ/Ｄコンバータ２７からの出力信号における最下位ビットＤ１ａのみが１、即ち゛００１゛となるよう、また、同様に゛０１０゛・・・゛１１１゛の場合も、充電コンデンサ１０の検出電圧値Ｖ１〜Ｖ３の組み合わせと等しくなるように誤差増幅器２１のゲインは予め調整しておく。

図３に示すように、Ａ／Ｄコンバータ２７からのＤ１ａ、Ｄ２ａ、Ｄ３ａによる電圧階調Ｓ値を演算回路６１で演算し、論理テーブル６２に入力する。演算回路６１における電圧階調指令演算は、Ｓ＝Ｄ３ａ×４＋Ｄ２ａ×２＋Ｄ１ａである。電圧階調Ｓは１，２，３，４，５，６，７の７通り存在する。
電圧補償回路ＰＮを選択して電圧階調指令を実現する電圧補償動作を行うため、図に示すような論理テーブル６２を予め作成し、この論理テーブル６２から、各ビット数値が−１、＋１の双方を可能としたデジタル信号（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）を選択する。なお、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の各ビット数値により、それぞれ対応する電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３が動作する。

なお、通常、論理テーブル６２内の論理が＋１は放電動作、−１は充電動作することを表す。ここで、通常とは、系統電流の極性と系統電圧の極性が同極性の場合を示し、異極性の場合については、後述する。例えば、図１で示すような電圧変動補償装置１００において、系統電流の極性と系統電圧の極性が同極性の場合、電圧低下分に相当する補償電圧を出力する時、論理が＋１の場合には充電コンデンサ１０が放電、−１の場合には充電コンデンサ１０が充電するよう電圧補償回路ＰＮを選択して動作させる。即ち、系統電圧に対して出力電圧が同極性の電圧補償回路ＰＮの動作は放電動作（＋１）となり、出力電圧が逆極性の電圧補償回路ＰＮの動作は充電動作（−１）となり、放電電圧から充電電圧を差し引いた電圧が、電圧変動補償装置１００から補償電圧として出力される。

つまり、論理テーブル６２からわかるように、電圧階調Ｓ値として１を出力する場合、３通りの２進信号を選択することができる。例えば、Ｄ１に相当する電圧補償回路ＰＮ１内の充電コンデンサ１０を充電することも放電することもできる。電圧補償回路ＰＮ１の充電コンデンサ電圧１０のみを増加したいときは、Ｎｏ．１−２を選定する。電圧補償回路ＰＮ１と電圧補償回路ＰＮ２との両方の充電コンデンサ１０の電圧を増加したいときは、Ｎｏ．１−３を選定する。いずれの充電コンデンサ１０の電圧も増加させる必要がない場合は、Ｎｏ．１−１を選定する。
ここで、どの電圧補償回路ＰＮの充電コンデンサ１０の電圧を増加させるかは、演算回路６３からの電圧増加信号Ｖ１Δ、Ｖ２Δに基づいて決定する。即ち、Ｖ１Δが１のときは、Ｄ１の論理が−１であるものを選択して電圧補償回路ＰＮ１の充電コンデンサ電圧１０の電圧を増加し、Ｖ２Δが１のときは、Ｄ２の論理が−１であるものを選択して電圧補償回路ＰＮ２の充電コンデンサ電圧１０の電圧を増加する。

このような電圧増加信号Ｖ１Δ、Ｖ２Δは、演算回路６３において、以下のような演算にて出力される。演算回路６３においては、系統電流の極性と系統電圧の極性が同極性、即ち異極性検出信号２４ｂが入力されない通常状態では、モニタされている充電コンデンサ１０の電圧Ｖ３を４で割った電圧より、Ｖ１の電圧が小さければ電圧増加信号Ｖ１Δを１と設定する。また、モニタされている電圧Ｖ３を２で割った電圧より、Ｖ２の電圧が小さければ電圧増加信号Ｖ２Δを１と設定する。つまり、Ｖ１Δが１の場合には、電圧補償回路ＰＮ１の充電コンデンサ１０の電圧が、電圧補償回路ＰＮ３の充電コンデンサ１０の電圧を基準とした場合の２進条件より低いことになり、電圧補償回路ＰＮ１の充電コンデンサ１０の電圧を増加する必要がある。Ｖ２Δが１の場合も電圧補償回路ＰＮ２の充電コンデンサ１０に対して同様の意味となる。
つまり、論理テーブル６２を参照して、演算回路６１からの電圧階調Ｓ値と、演算回路６３からの電圧増加信号Ｖ１Δ、Ｖ２Δとに基づいて、デジタル信号（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）を選定することで、系統電圧の電圧低下を補償すると共に、充電コンデンサ１０のコンデンサ電圧の低下を抑制する。

次に、系統電流の極性と系統電圧の極性が異極性の場合の制御について以下に説明する。系統電流の極性と系統電圧の極性が異極性の場合、系統電圧の電圧低下分に相当する補償電圧の出力は、電圧変動補償装置１００全体としてはエネルギーを充電することになる。
極性判定回路２４からは異極性検出信号２４ｂが出力される。この異極性検出信号２４ｂは、例えば正、負いずれかの電流極性と電圧極性を乗算した極性ｐＩＶの符号を判定し、該極性ｐＩＶが負の場合にアクティブとなるように出力させる。演算回路６３では異極性検出信号２４ｂが入力されると、図５に示すように、電圧増加信号Ｖ１ΔとＶ２Δの判定ロジックを逆転させて出力する。即ち、極性ｐＩＶが負の場合、モニタされている充電コンデンサ１０の電圧Ｖ１が、電圧Ｖ３を４で割った電圧以上であれば電圧増加信号Ｖ１Δを１と設定する。また、モニタされている充電コンデンサ１０の電圧Ｖ２が、電圧Ｖ３を２で割った電圧以上であれば電圧増加信号Ｖ２Δを１と設定する。
つまり、Ｖ１Δが１の場合には、電圧補償回路ＰＮ１の充電コンデンサ１０の電圧が、電圧補償回路ＰＮ３の充電コンデンサ１０の電圧を基準とした場合の２進条件より高いことになり、Ｖ２Δが１の場合も電圧補償回路ＰＮ２の充電コンデンサ１０に対して同様の意味となる。

演算回路６３からこのように出力された電圧増加信号Ｖ１Δ、Ｖ２Δと、演算回路６１からの電圧階調Ｓ値とに基づいて、論理テーブル６２を参照して、デジタル信号（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）を選定する。
ところで、系統電流の極性と系統電圧の極性が異極性の場合、系統電圧の電圧低下を補償する補償電圧の出力は、電圧変動補償装置１００全体としてはエネルギーを充電することになるため、論理テーブル６２内の論理が＋１は系統電圧と同極性の出力電圧を発生して充電動作、−１は系統電圧と逆極性の出力電圧を発生して放電動作することを表す。そして、放電電圧から充電電圧を差し引いた電圧が、電圧変動補償装置１００から補償電圧として出力される。
即ち、Ｖ１Δが１のときは、Ｄ１の論理が−１であるものを選択して電圧補償回路ＰＮ１の充電コンデンサ電圧１０の電圧を放電し、Ｖ２Δが１のときは、Ｄ２の論理が−１であるものを選択して電圧補償回路ＰＮ２の充電コンデンサ電圧１０の電圧を放電する。

このように、演算回路６３に異極性検出信号２４ｂが入力されると、電圧低下により充電させる必要がある充電コンデンサ１０に対し、判定ロジックが反転した電圧増加信号Ｖ１Δ、Ｖ２Δが０となるため、論理テーブル６２において対応する論理が−１にはならない。即ち、対応する電圧補償回路ＰＮが選択される場合は、論理が１となり、系統電圧と同極性の出力電圧を発生して充電動作となる。このため、系統の電圧と電流とに位相遅れが存在して、系統電流の極性と系統電圧の極性が異極性となる場合でも、電圧低下を抑制すべき充電コンデンサ１０が、さらに放電することなく充電させることができ、系統電圧の電圧低下を補償すると共に、充電コンデンサ１０のコンデンサ電圧の低下を抑制する。

このように、系統電流の極性と系統電圧の極性との関係に拘わらず、充電コンデンサ１０のコンデンサ電圧の低下を抑制できる。また、各充電コンデンサ１０の電圧が概ね２のべき乗倍の関係からずれないように、（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）の信号を設定できるため、常に精度のよい補償が可能となる。また、補償電圧がいずれの電圧レベルの場合でも、一部の電圧補償回路ＰＮの充電コンデンサ１０の電荷のみを使用せず、全ての電圧補償回路ＰＮの充電コンデンサ１０の電荷を有効に利用できる。従って、低い補償電圧が長時間続く場合においても、長時間に渡って確実に電圧補償を継続可能となる。その結果、充電コンデンサ１０の静電容量値を小さく設定でき、安価な装置が構成できる。

なお、上記電圧変動補償装置１００の動作は、系統電圧の１相のみについて説明したが、実際には図６に示すように、３相交流（ａ相、ｂ相、ｃ相）のそれぞれの相について、制御回路１６を備えた電圧変動補償装置１００を直列に接続して電圧変動を補償している。

また、この実施の形態では、極性判定回路２４で系統電圧の極性を判定させたが、これは電圧変動補償装置１００全体の出力電圧である補償電圧の極性を検出するものである。この実施の形態のように、各相で独立に電圧補償を行っている場合では、補償電圧極性は系統電圧極性に一致するため、系統電圧極性を検出して用いることができる。複数相で連動して電圧補償を行う場合は、各相の系統電圧極性と補償電圧極性が必ずしも一致せず、このような場合は、極性判定回路２４には補償電圧を入力して補償電圧極性を検出して用いる。

実施の形態２．
上記実施の形態１において、論理テーブル６２からデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）を選定して補償電圧の出力パターンを切り替えるには、電圧階調Ｓ値が変化した時、あるいは異極性検出信号２４ｂによる異極性検出の有無が切り替わった時に行い、それ以外には行わない。この場合、異極性検出信号２４ｂは、演算回路６３だけでなく、論理テーブル６２にも入力されるようにしておく。
このようにすることで、電圧増加信号Ｖ１ΔとＶ２Δの信号が切り替わるたびに、補償電圧の出力パターンが頻繁に切り替わるのが防止でき、電圧補償回路ＰＮのＩＧＢＴ９のスイッチング損失が低減でき、補償動作の信頼性が向上する。

実施の形態３．
上記実施の形態２では、論理テーブル６２からデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）を選定して補償電圧の出力パターンを切り替えるには、電圧階調Ｓ値が変化した時、あるいは異極性検出手段による検出の有無が切り替わった時にのみ行うものとしたが、これらの場合に加えて、電圧階調Ｓ値が予め設定した所定の時間を超えて同じ値を継続したときにもデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）を選定して補償電圧の出力パターンを切り替えるようにし、それ以外には行わない。上記所定の時間は、電圧補償回路ＰＮのＩＧＢＴ９のスイッチング損失が問題とならない程度の時間を設定しておく。
このようにすることで、電圧増加信号Ｖ１ΔとＶ２Δの信号が切り替わるたびに、補償電圧の出力パターンが頻繁に切り替わるのが防止でき、電圧補償回路ＰＮのＩＧＢＴ９のスイッチング損失が低減できると共に、各充電コンデンサ１０の電圧を概ね２のべき乗倍の関係により近づけながら、（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３）の信号を設定できるため、補償動作の信頼性が向上する。

実施の形態４．
上記実施の形態１では、演算回路６３での電圧増加信号Ｖ１Δ、Ｖ２Δの演算（判定ロジック）を、異極性検出信号２４ｂにより、切り替えていた。この実施の形態４では、図７に示すように、異極性検出信号２４ｂが演算回路６３に入力されると、モニタされている充電コンデンサ１０の各電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３にそれぞれ−１を乗じたものを新たにＶ１、Ｖ２、Ｖ３とする。これにより、系統電流の極性と系統電圧の極性が同極性、即ち異極性検出信号２４ｂが入力されない通常状態で用いていた、電圧増加信号Ｖ１Δ、Ｖ２Δの演算方式を常に用いることができる。即ち、モニタされている充電コンデンサ１０の電圧Ｖ３を４で割った電圧より、Ｖ１の電圧が小さければ電圧増加信号Ｖ１Δを１と設定する。また、モニタされている電圧Ｖ３を２で割った電圧より、Ｖ２の電圧が小さければ電圧増加信号Ｖ２Δを１と設定する。
これにより、電圧増加信号Ｖ１Δ、Ｖ２Δの判定ロジックを共通の１つのみとすることができ、制御を簡素化することができる。

実施の形態５．
上記実施の形態１では、演算回路６３での電圧増加信号Ｖ１Δ、Ｖ２Δの判定ロジックを、異極性検出信号２４ｂにより、切り替えていた。この実施の形態５では、異極性検出信号２４ｂが演算回路６３に入力されると、電圧増加信号Ｖ１ΔとＶ２Δは０に固定する。これにより、系統電流の極性と系統電圧の極性が異極性となる場合は、選択される電圧補償回路ＰＮは全て充電コンデンサ１０に充電させるように動作する。このため、電圧低下を抑制すべき充電コンデンサ１０が、さらに放電することなく充電させることができ、系統電圧の電圧低下を補償すると共に、充電コンデンサ１０のコンデンサ電圧の低下を抑制する。これにより、電圧と電流の極性が反転する時間が短い場合には、上記実施の形態１と同様の効果を奏すると共に、制御を簡素化することが出来る。

この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置の構成図である。 この発明の実施の形態１による制御回路を示す回路図である。 この発明の実施の形態１によるＡ／Ｄ変換器の詳細を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるＡ／Ｄコンバータの詳細を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による演算回路での演算を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置を３相交流に適用した場合の全体構成図である。 この発明の実施の形態４による演算回路での演算を説明するフローチャートである。

符号の説明

３ 負荷（需要家）、１０ 充電コンデンサ、１６ 制御回路、
２２ Ａ／Ｄ変換器、２３ 瞬低検出部、２４ 極性判定回路、
２４ｂ 異極性検出信号、２７ Ａ／Ｄコンバータ、６２ 論理テーブル、
６３ 演算回路、１００ 電圧変動補償装置、Ｄ１〜Ｄ３ ２進数値、
Ｄ１ａ〜Ｄ３ａ ２進数の信号、ＰＮ１〜ＰＮ３，ＰＮ 電圧補償回路、
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３ コンデンサ電圧検出値、Ｖｘ 系統電圧、Ｉｘ 系統電流。

Claims (7)

1. それぞれ異なる電圧のコンデンサを有して該コンデンサの電圧を交流に変換して出力する複数の電圧補償回路を電力系統に直列に接続し、該電力系統における電圧低下の監視、上記コンデンサの電圧低下、およびそれに基づく給電制御を行う制御部を備えて、上記電力系統の電圧低下時に、上記複数の電圧補償回路の中から出力電圧が互いに逆極性のものを含むことを可能として所望の組み合わせを選択し、その出力電圧の総和による補償電圧にて上記電力系統の電圧低下を補償して負荷に供給される電圧の変動を抑えると共に、上記補償電圧と逆極性の出力電圧を発生する電圧補償回路内のコンデンサに充電して該コンデンサの電圧低下を抑制する電圧変動補償装置において、上記補償電圧の電圧極性と上記電圧補償回路を流れる系統電流の電流極性とが異極性になることを検出する異極性検出手段を備えて、該異極性が検出されると、充電により電圧低下を抑制すべき上記コンデンサを有する上記電圧補償回路の出力電圧を上記補償電圧と同極性となるように切り替えることを特徴とする電圧変動補償装置。
2. 上記電力系統の電圧低下時に、上記各電圧補償回路内のコンデンサの電圧を各ビット信号の基準値として、該電圧低下量を該基準値と照合することにより２進数の信号にＡ／Ｄ変換し、各ビット数値を上記コンデンサが放電される場合に１、充電される場合に−１とする２進数値に、上記２進数の信号を変換するために論理テーブルを予め設定し、上記２進数の信号と、上記コンデンサの検出電圧とに基づいて、上記論理テーブルから２進数値を選択して、該２進数値の各ビット数値に応じて上記電圧補償回路の組み合わせと各出力電圧の極性とを選択し、上記論理テーブルは、上記異極性検出手段により異極性が検出されると、上記論理テーブル内の２進数値の各ビット数値が１のとき上記コンデンサの充電、−１のとき放電となるように読み替えて用いることを特徴とする請求項１記載の電圧変動補償装置。
3. 上記各電圧補償回路内のコンデンサの検出電圧と予め設定された各コンデンサ間の電圧比とに基づいて該コンデンサの電圧低下を検出し、該コンデンサに充電可能であるモードの２進数値を上記論理テーブルから選択し、上記異極性検出手段により異極性が検出されると、上記コンデンサの検出電圧が、予め設定された各コンデンサ間の電圧比に対し高いことを検出して、該コンデンサが放電可能であるモードの２進数値を上記論理テーブルから選択することを特徴とする請求項２記載の電圧変動補償装置。
4. 上記異極性検出手段により異極性が検出された場合に、上記コンデンサの検出電圧を正負反転させて用いることにより、該異極性の検出の有無に拘わらず、共通の演算式を用いて決定されたコンデンサに対応するビット数値が−１である２進数値を、上記論理テーブルから選択することを特徴とする請求項３記載の電圧変動補償装置。
5. 上記各電圧補償回路内のコンデンサの検出電圧と予め設定された各コンデンサ間の電圧比とに基づいて該コンデンサの電圧低下を検出し、該コンデンサに充電可能であるモードの２進数値を上記論理テーブルから選択し、上記異極性検出手段により異極性が検出されると、上記電圧低下量をＡ／Ｄ変換した上記２進数の信号に対応して予め決定された２進数値を上記論理テーブルから選択することを特徴とする請求項２記載の電圧変動補償装置。
6. 上記補償電圧出力のために上記２進数値を上記論理テーブルから選択するのは、上記電圧低下量をＡ／Ｄ変換した上記２進数の信号のレベルが変化した時、または上記異極性検出手段による検出の有無が切り替わった時に行い、それ以外には行わないことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の電圧変動補償装置。
7. 上記補償電圧出力のために上記２進数値を上記論理テーブルから選択するのは、上記電圧低下量をＡ／Ｄ変換した上記２進数の信号のレベルが変化した時、該２進数の信号のレベルが所定時間を超えて同じ状態を継続したとき、または上記異極性検出手段による検出の有無が切り替わった時に行い、それ以外には行わないことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の電圧変動補償装置。

Images