JP2009261052A - 瞬低補償装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】瞬低を検出すると、並列型インバータを動作させる電流制御指令S2を電圧指令値Vrefpとして出力して並列型インバータから負荷に定格電流を供給してスイッチに流れる電流を零にすると共に、直列型インバータを動作させる電圧制御指令S4を電圧指令値Vrefsとして出力して直列型インバータから負荷に補償電圧を供給する。このとき、電圧制御指令S4の値を漸減して直流型インバータの電圧値を下げることにより、直列型インバータによる電圧補償制御と、並列型インバータによるスイッチ電流を零にする制御との干渉を防ぎ、これにより負荷電圧のオーバーシュートを抑制する。
【選択図】図1
Description
一方、IT関連機器などの負荷では、電力系統に瞬低が発生すると、機器の停止や誤動作等の障害が発生する恐れがある。
このため、瞬低に起因して機器の停止や誤動作等を防止する目的で、一般に電力系統には、瞬低補償装置が備えられている。
並列型インバータ5及び直列型インバータ6の直流側には、共通の直流充電部7が接続されている。
制御シーケンサ20の動作状態や、スイッチ信号So及びゲイン信号g1〜g4の出力タイミングや機能は後述する。
制御部100の詳細構造や動作状態、更にはゲート制御信号GP,GSの信号状態については後述する。
この正常時においては、高効率化を図る場合には、並列型インバータ5及び直列型インバータ6のスイッチングを行わない待機状態としている。なお、並列型インバータ5による直流充電部7への充電は、充電電圧が不足したときには行っている。
また、並列型インバータ5による高調波電流の補償や、直列型インバータによる電圧歪み補償といった補償機能を持たせる場合もある。
また同時に、並列型インバータ5で交流電流を出力して、負荷3へ電力を供給する。
図5に示すように、制御部100は、加算部101〜103と、PWM(Pulse Width Modulation)変調器104,105と、高調波補償指令部110と、電流制御指令部120と、電圧制御指令部130と、電圧制御指令部140を有している。
高調波補償指令部110と、電流制御指令部120と、電圧制御指令部130は、並列型インバータ5に対する指令を生成する制御ブロックである。
一方、電圧制御指令部140は、直列型インバータ6に対する指令を生成する制御ブロックである。
乗算部114は、高調波補償指令S1に、ゲインg1を乗算した電圧指令値Vref1を出力する。なお、ゲインg1の大きさは、後述するように制御状態に応じて、制御シーケンサ20により可変制御されている。
乗算部123は、電流制御指令S2に、ゲインg2を乗算した電圧指令値Vref2を出力する。なお、ゲインg2の大きさは、後述するように制御状態に応じて、制御シーケンサ20により可変制御されている。
このように、並列型インバータ5が負荷3に対して定格電流を供給すると、系統電源1から高速スイッチ2及び出力トランス4を介して負荷3に向かって流れる電流の供給が停止され、結果として、高速スイッチ2を流れる電流を0にすることができる。
乗算部133は、電圧制御指令S3に、ゲインg3を乗算した電圧指令値Vref3を出力する。なお、ゲインg3の大きさは、後述するように制御状態に応じて、制御シーケンサ20により可変制御されている。
乗算部143は、電圧制御指令S4に、ゲインg4を乗算した電圧指令値Vrefsを出力する。なお、ゲインg4の大きさは、後述するように制御状態に応じて、制御シーケンサ20により可変制御されている。
この結果、並列型インバータ5は、負荷3から発生する高調波を抑制する(打ち消す)補償電流を出力しアクティブフィルタとしての高調波補償動作が行われる。
なお、瞬低継続時間Tcを設定しているのは、瞬低の誤検出を防止するためである。
つまり実際に瞬低が発生した時点t1から、「Td+Tc」の時間が経過した時点t2において、瞬低が発生したと検出する。
このため、並列型インバータ5は、負荷3に定格電流を供給し、その結果、高速スイッチ2に流れる電流を短時間で0にすることができる。
このため、直列型インバータ6は、瞬低に伴う電圧低下を補償する補償電圧を出力する。
また同時に、制御シーケンサ20は、系統電流ISの電流値が0になったことを検出した時点t3において、スイッチ信号Soの出力を停止し、高速スイッチ2を遮断する。このとき、高速スイッチ2に流れる電流は0となっているため、高速スイッチ2を遮断してもサージの発生を抑制することができる。
このため、並列型インバータ5は、負荷3に定格電圧を供給する。
電圧制御指令S4に基づき直列型インバータ6が瞬低に伴う電圧低下を補償する補償電圧を出力する制御と、電流制御指令S2に基づき並列型インバータ5が定格電流を出力して高速スイッチ2に流れる電流を0にする制御とが干渉し、瞬低検出後(時点t2後)に負荷電圧VLがオーバーシュートを起こして異常上昇してしまうという問題がある(図7参照)。
これは、高速スイッチ2に流れる系統電流ISを0にするには、並列型インバータ5は、「系統電圧VS」+「直列型インバータ電圧V1」以上の電圧を出力する必要があるためである。
この問題は、ゲイン信号g4の値を減少させて、直列型インバータ6による補償電圧を低下させることで改善できる。しかし、このようにゲイン信号g4の値を減少させると、瞬低発生直後の負荷電圧VLの落ち込みが更に大きくなってしまう(図7参照)。
並列型インバータ5による高調波電流の補償や、直列型インバータによる電圧歪み補償
を常時行うようにした場合には、直列型インバータ6による電圧歪み補償により、瞬低継続時間Tcにおいても、瞬低による系統電圧VSの落ち込みを補償することができる。
しかし、高効率化のため、正常時においてインバータ5,6のスイッチング動作を行わずに待機状態とする場合には、瞬低が実際に発生した時点t1から、高速スイッチ2が遮断される時点t3までに、「検出遅れ時間Td」と「瞬低継続時間Tc」と「スイッチ遮断動作時間Ta」とを加えた時間が必要である。
このように、瞬低が実際に発生した時点t1から高速スイッチ3が遮断される時点t3までに、長い時間が必要であるため、瞬低継続時間Tcにおいて電圧低下を補償することができず、図7に示すように、負荷電圧VLの波形に急激な落ち込み(急激な電圧低下)が発生するという問題がある。
一方、瞬低継続時間Tcを短くすると、瞬低を誤検出し瞬低補償装置が誤動作する可能性が高くなる。
負荷と系統電源とを接続する電力系統に介装されたスイッチと、
前記負荷に並列に接続された並列型インバータと、
出力トランスを介して前記負荷に直列に接続された直列型インバータと、
前記電力系統の系統電圧と系統電流を監視しており、前記スイッチの開閉制御をするとともに、ゲイン信号(g2,g3,g4)を出力する制御シーケンサと、
前記並列型インバータを動作させるゲート制御信号(GP)と、前記直列型インバータを動作させるゲート制御信号(GS)を出力する制御部とを有し、
前記制御部は、
負荷電流と、前記並列型インバータに入出力するインバータ電流との偏差から、前記負荷に対して定格電流を供給するように前記並列型インバータを動作させる電流制御指令(S2)を生成し、この電流制御指令(S2)にゲイン信号(g2)を乗算した電圧指令値(Vref2)を出力する電流制御指令部と、
負荷電圧と基準電圧との偏差から、前記負荷に対して定格電圧を印加するように前記並列型インバータを動作させる電圧制御指令(S3)を生成し、この電圧制御指令(S3)にゲイン信号(g3)を乗算した電圧指令値(Vref3)を出力する第1の電圧制御指令部と、
系統電圧と基準電圧との偏差から、瞬低発生に伴う電圧低下を補償する補償電圧を出力するように前記直列型インバータを動作せる電圧制御指令(S4)を生成し、この電圧制御指令(S4)にゲイン信号(g4)を乗算した電圧指令値(Vrefs)を出力する第2の電圧制御指令部と、
前記電流制御指令部から出力される電圧指令値(Vref2)と、前記第1の電圧制御指令部から出力される電圧指令値(Vref3)と基準電圧とを加算した電圧指令値(Vrefp)を基に、前記ゲート制御信号(GP)を生成する第1の変調器と、
前記第2の電圧制御指令部から出力される電圧指令値(Vrefs)を基に、前記ゲート制御信号(GS)を生成する第2の変調と、を有し、
前記制御シーケンサは、
監視していた系統電圧の電圧値が予め設定した瞬低検出レベル以下となり、しかもこの状態が予め設定した瞬低継続時間に渡り継続したら、値が一定のゲイン信号(g2)と、時間の経過と共に値が減少するゲイン信号(g4)を出力すると共に、ゲイン信号(g3)は出力せず、
監視していた系統電流の電流値が零になったら、値が一定のゲイン信号(g3)を出力し、ゲイン信号(g2)とゲイン信号(g4)は出力せず、更に、前記スイッチを遮断する制御を行う、
ことを特徴とする。
負荷と系統電源とを接続する電力系統に介装されたスイッチと、
前記負荷に並列に接続された並列型インバータと、
出力トランスを介して前記負荷に直列に接続された直列型インバータと、
前記電力系統の系統電圧と系統電流を監視しており、前記スイッチの開閉制御をするとともに、ゲイン信号(g2,g3,g4)を出力する制御シーケンサと、
前記並列型インバータを動作させるゲート制御信号(GP)と、前記直列型インバータを動作させるゲート制御信号(GS)を出力する制御部とを有し、
前記制御部は、
負荷電流と、前記並列型インバータに入出力するインバータ電流との偏差から、前記負荷に対して定格電流を供給するように前記並列型インバータを動作させる電流制御指令(S2)を生成し、この電流制御指令(S2)にゲイン信号(g2)を乗算した電圧指令値(Vref2)を出力する電流制御指令部と、
負荷電圧と基準電圧との偏差から、前記負荷に対して定格電圧を印加するように前記並列型インバータを動作させる電圧制御指令(S3)を生成し、この電圧制御指令(S3)にゲイン信号(g3)を乗算した電圧指令値(Vref3)を出力する第1の電圧制御指令部と、
系統電圧と基準電圧との偏差から、瞬低発生に伴う電圧低下を補償する補償電圧を出力するように前記直列型インバータを動作せる電圧制御指令(S4)を生成し、この電圧制御指令(S4)にゲイン信号(g4)を乗算した電圧指令値(Vrefs)を出力する第2の電圧制御指令部と、
前記電流制御指令部から出力される電圧指令値(Vref2)と、前記第1の電圧制御指令部から出力される電圧指令値(Vref3)と基準電圧とを加算した電圧指令値(Vrefp)を基に、前記ゲート制御信号(GP)を生成する第1の変調器と、
前記第2の電圧制御指令部から出力される電圧指令値(Vrefs)を基に、前記ゲート制御信号(GS)を生成する第2の変調と、を有し、
前記制御シーケンサは、
監視していた系統電圧の電圧値が一瞬でも予め設定した瞬低検出レベル以下となったことを検出したら、ゲイン信号(g4)を出力すると共に、ゲイン信号(g2)とゲイン信号(g3)は出力せず、
監視していた系統電圧の電圧値が予め設定した瞬低検出レベル以下となり、しかもこの状態が予め設定した瞬低継続時間に渡り継続したら、値が一定のゲイン信号(g2)を出力し、既に出力していたゲイン信号(g4)の値を時間の経過と共に徐々に減少させると共に、ゲイン信号(g3)は出力せず、
監視していた系統電流の電流値が零になったら、値が一定のゲイン信号(g3)を出力し、ゲイン信号(g2)とゲイン信号(g4)は出力せず、更に、前記スイッチを遮断する制御を行う、
ことを特徴とする。
更に、直列型インバータによる電圧補償制御の立ち上がりを緩やかにすることにより、瞬低発生直後の負荷電圧の低下を更に抑えることかできる。
そこで、装置構成自体については説明を省略し、図1を参照して、ゲイン信号g1〜g4のゲイン制御状態を中心にして説明をする。
なお、瞬低継続時間Tcを設定しているのは、瞬低の誤検出を防止するためである。
つまり実際に瞬低が発生した時点t1から、「Td+Tc」の時間が経過した時点t2において、瞬低が発生したと検出する。
このため、並列型インバータ5は、負荷3に定格電流を供給し、その結果、高速スイッチ2に流れる電流を短時間で0にすることができる。
このため、直列型インバータ6は、基準電圧Vrefに対する系統電圧VSの不足電圧を、全て補償する。この結果、瞬低検出直後(時点t2直後)の負荷電圧VLの電圧低下を抑えることができる。
このため、直列型インバータ6は、基準電圧Vrefに対する系統電圧VSの不足電圧を、50%だけ補償することになる。
この結果、並列型インバータ5は、瞬低前の系統電圧VSよりも大きな電圧を出力しなくても、高速スイッチ2に流れる系統電流ISを0に制御することが可能となる。このため、瞬低検出後(時点t2後)に負荷電圧VLがオーバーシュートを起こすという問題を解消することができる。
つまり、前述した第1の問題を解消することができる。
また同時に、制御シーケンサ20は、系統電流ISの電流値が0になったことを検出した時点t3において、スイッチ信号Soの出力を停止する(スイッチ信号Soの値を0にする)。
このため、並列型インバータ5は、負荷3に定格電圧を供給する。
そこで、装置構成自体については説明を省略し、図2を参照して、ゲイン信号g1〜g4のゲイン制御状態を中心にして説明をする。
このとき、ゲイン信号g1,g2,g3は出力しない(ゲイン信号g1,g2,g3の値を0とする)。
この結果、直列型インバータ6は、時点t1から検出遅れ時間Tdが経過した時点から(瞬低発生とほぼ同時に)、瞬低に伴う電圧低下を補償する補償電圧を出力する。よって、瞬低による電圧低下を早めに抑えることができる。
また、直列型インバータ6を常時動作させる場合に比べて、効率を高く保つことができる。
このため、並列型インバータ5は、負荷3に定格電流を供給し、その結果、高速スイッチ2に流れる電流を短時間で0にすることができる。
このため、直列型インバータ6は、基準電圧Vrefに対する系統電圧VSの不足電圧を、50%だけ補償することになる。
この結果、並列型インバータ5は、瞬低前の系統電圧VSよりも大きな電圧を出力しなくても、高速スイッチ2に流れる系統電流ISを0に制御することが可能となる。このため、瞬低検出後(時点t2後)に負荷電圧VLがオーバーシュートを起こすという問題を解消することができる。
つまり、前述した第1の問題を解消することができる。
なお、時点t2から時点t3までの時間を、スイッチ遮断動作時間taとする。
また同時に、制御シーケンサ20は、系統電流ISの電流値が0になったことを検出した時点t3において、スイッチ信号Soの出力を停止する(スイッチ信号Soの値を0にする)。
このため、並列型インバータ5は、負荷3に定格電圧を供給する。
また、瞬低を誤検出した場合でも、直後のゲイン信号g4の値が零であるため、直列型インバータ6は零電圧を出力することになり、誤検出による系統への悪影響を更に小さくすることができる。
2 高速スイッチ
3 負荷
4 出力トランス
5 並列型インバータ
6 直列型インバータ
7 直流充電部
20 制御シーケンサ
100 制御部
110 高調波補償指令部
120 電流制御指令部
130 電圧制御指令部
140 電圧制御指令部
Claims (3)
- 負荷と系統電源とを接続する電力系統に介装されたスイッチと、
前記負荷に並列に接続された並列型インバータと、
出力トランスを介して前記負荷に直列に接続された直列型インバータと、
前記電力系統の系統電圧と系統電流を監視しており、前記スイッチの開閉制御をするとともに、ゲイン信号(g2,g3,g4)を出力する制御シーケンサと、
前記並列型インバータを動作させるゲート制御信号(GP)と、前記直列型インバータを動作させるゲート制御信号(GS)を出力する制御部とを有し、
前記制御部は、
負荷電流と、前記並列型インバータに入出力するインバータ電流との偏差から、前記負荷に対して定格電流を供給するように前記並列型インバータを動作させる電流制御指令(S2)を生成し、この電流制御指令(S2)にゲイン信号(g2)を乗算した電圧指令値(Vref2)を出力する電流制御指令部と、
負荷電圧と基準電圧との偏差から、前記負荷に対して定格電圧を印加するように前記並列型インバータを動作させる電圧制御指令(S3)を生成し、この電圧制御指令(S3)にゲイン信号(g3)を乗算した電圧指令値(Vref3)を出力する第1の電圧制御指令部と、
系統電圧と基準電圧との偏差から、瞬低発生に伴う電圧低下を補償する補償電圧を出力するように前記直列型インバータを動作せる電圧制御指令(S4)を生成し、この電圧制御指令(S4)にゲイン信号(g4)を乗算した電圧指令値(Vrefs)を出力する第2の電圧制御指令部と、
前記電流制御指令部から出力される電圧指令値(Vref2)と、前記第1の電圧制御指令部から出力される電圧指令値(Vref3)と基準電圧とを加算した電圧指令値(Vrefp)を基に、前記ゲート制御信号(GP)を生成する第1の変調器と、
前記第2の電圧制御指令部から出力される電圧指令値(Vrefs)を基に、前記ゲート制御信号(GS)を生成する第2の変調と、を有し、
前記制御シーケンサは、
監視していた系統電圧の電圧値が予め設定した瞬低検出レベル以下となり、しかもこの状態が予め設定した瞬低継続時間に渡り継続したら、値が一定のゲイン信号(g2)と、時間の経過と共に値が減少するゲイン信号(g4)を出力すると共に、ゲイン信号(g3)は出力せず、
監視していた系統電流の電流値が零になったら、値が一定のゲイン信号(g3)を出力し、ゲイン信号(g2)とゲイン信号(g4)は出力せず、更に、前記スイッチを遮断する制御を行う、
ことを特徴とする瞬低補償装置。 - 負荷と系統電源とを接続する電力系統に介装されたスイッチと、
前記負荷に並列に接続された並列型インバータと、
出力トランスを介して前記負荷に直列に接続された直列型インバータと、
前記電力系統の系統電圧と系統電流を監視しており、前記スイッチの開閉制御をするとともに、ゲイン信号(g2,g3,g4)を出力する制御シーケンサと、
前記並列型インバータを動作させるゲート制御信号(GP)と、前記直列型インバータを動作させるゲート制御信号(GS)を出力する制御部とを有し、
前記制御部は、
負荷電流と、前記並列型インバータに入出力するインバータ電流との偏差から、前記負荷に対して定格電流を供給するように前記並列型インバータを動作させる電流制御指令(S2)を生成し、この電流制御指令(S2)にゲイン信号(g2)を乗算した電圧指令値(Vref2)を出力する電流制御指令部と、
負荷電圧と基準電圧との偏差から、前記負荷に対して定格電圧を印加するように前記並列型インバータを動作させる電圧制御指令(S3)を生成し、この電圧制御指令(S3)にゲイン信号(g3)を乗算した電圧指令値(Vref3)を出力する第1の電圧制御指令部と、
系統電圧と基準電圧との偏差から、瞬低発生に伴う電圧低下を補償する補償電圧を出力するように前記直列型インバータを動作せる電圧制御指令(S4)を生成し、この電圧制御指令(S4)にゲイン信号(g4)を乗算した電圧指令値(Vrefs)を出力する第2の電圧制御指令部と、
前記電流制御指令部から出力される電圧指令値(Vref2)と、前記第1の電圧制御指令部から出力される電圧指令値(Vref3)と基準電圧とを加算した電圧指令値(Vrefp)を基に、前記ゲート制御信号(GP)を生成する第1の変調器と、
前記第2の電圧制御指令部から出力される電圧指令値(Vrefs)を基に、前記ゲート制御信号(GS)を生成する第2の変調と、を有し、
前記制御シーケンサは、
監視していた系統電圧の電圧値が一瞬でも予め設定した瞬低検出レベル以下となったことを検出したら、ゲイン信号(g4)を出力すると共に、ゲイン信号(g2)とゲイン信号(g3)は出力せず、
監視していた系統電圧の電圧値が予め設定した瞬低検出レベル以下となり、しかもこの状態が予め設定した瞬低継続時間に渡り継続したら、値が一定のゲイン信号(g2)を出力し、既に出力していたゲイン信号(g4)の値を時間の経過と共に徐々に減少させると共に、ゲイン信号(g3)は出力せず、
監視していた系統電流の電流値が零になったら、値が一定のゲイン信号(g3)を出力し、ゲイン信号(g2)とゲイン信号(g4)は出力せず、更に、前記スイッチを遮断する制御を行う、
ことを特徴とする瞬低補償装置。 - 請求項2において、
前記制御シーケンサは、監視していた系統電圧の電圧値が一瞬でも予め設定した瞬低検出レベル以下となったことを検出したら、時間の経過と共に値が漸増してから一定値となるゲイン信号(g4)を出力することを特徴とする瞬低補償装置。
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