JP3819722B2 - 電圧変動補償装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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低下した際に、それを検出して電圧低下を補償する電圧変動補償装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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の概略構成図を図１０に示す。図に示すように、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。電圧変動補償装置は、直流電源４、インバータ５、平滑フィルタ６および大容量トランス７で構成される。 このような従来の電圧変動補償装置における、系統電圧の瞬時低下時（以下、瞬低時と称す）の電圧補償動作について以下に示す。
図１１は、系統電圧の瞬低時の、系統電圧、電圧変動補償回路出力、および需要家３に供給される電圧をそれぞれ示したものである。図に示すように、系統電圧に瞬時的に電圧低下が発生すると、電圧変動を監視している検出部（図示せず）にて電圧低下を検出し、それに基づく給電制御により、電圧変動補償装置では、直流電源４とインバータ５とで交流電圧を発生させて、平滑フィルタ６と大容量のトランス７を介して電力系統に直列に接続することにより、電力系統の電圧低下を補償する。これにより、需要家３には、電圧低下した系統電圧に電圧変動補償装置からの出力電圧が加算されてほぼ正常な電圧で電力が供給される。
【０００３】
このように、電圧変動補償装置では系統電圧の電圧低下を検出してそれを補償するものであるが、電圧低下の検出は、予め設定あるいは発生された補償目標となる目標電圧と系統電圧とを比較して低下量を検出し、需要家３にこの目標電圧が供給できるように補償する。
図１２は従来の電圧変動補償装置における目標電圧発生部の構成図である。図において、５０は同期信号発生器で、系統電圧５１に同期した位相同期信号５２を出力する。５３は正弦波発生器で、位相同期信号５２に同期した正弦波を位相同期信号５２の入力毎に１サイクル発生し、この発生正弦波が目標電圧５４となる。正弦波発生器５３では発生する正弦波の周波数と出力振幅は、正常時の系統電圧の公称値に予め設定される。
上記のように構成される目標電圧発生部により発生される目標電圧５４は、系統電圧５１が低下しても、系統電圧５１に同期し、しかも予め設定された正常時の振幅と周波数の正弦波となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電圧変動補償装置は、以上のように構成されているため、補償目標となる目標電圧５４は、常に予め設定された周波数ｆ（公称値）の正弦波として正弦波発生器５３から発生される。系統電圧５１の周波数ｆａが公称値ｆに等しい場合には、位相同期信号５２の周期は正弦波発生器５３の出力である目標電圧５４の正弦波の周期に等しく、目標電圧５４は連続的に得られる。
しかしながら、実際の系統電圧５１の周波数ｆａは公称値ｆを中心として変動しており、特に電圧低下が起こるような異常時には周波数ｆａは大きく変動する。このような場合、位相同期信号５２の周期Ｔａ（＝１／ｆａ）は、目標電圧５４の正弦波の周期Ｔ（＝１／ｆ）とは異なるものとなる。例えばＴ＜Ｔａの場合、正弦波発生器５３が位相同期信号５２に同期して１サイクルの正弦波を発振した後、次の位相同期信号５２が入力されるまでの（Ｔａ−Ｔ）時間は正弦波発生器５３の出力電圧は零であり、目標電圧５４は１サイクル毎に（Ｔａ−Ｔ）時間の休止期間のある不連続な正弦波となる。逆にＴ＞Ｔａの場合、正弦波発生器５３が位相同期信号５２に同期して１サイクルの正弦波を発振し終わる前に、次の位相同期信号５２が入力されるため、１サイクルの途中で次の正弦波の発振が始まり、目標電圧５４は１サイクル内の後ろの部分が欠けた不完全な正弦波の連なりとなる。このように、目標電圧５４が完全な正弦波の連続とならず、このため正確な電圧補償が困難となるものであった。
【０００５】
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、系統電圧の瞬低時に、良好な補償目標電圧を安定して得ることにより電圧補償を高精度に行うことができる電圧変動補償装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１記載の電力変動補償装置は、系統電圧から位相同期信号を取得し、この位相同期信号の発生時点に至る最新の所定期間における上記系統電圧の平均周波数を検出して、該平均周波数を有する単位サイクルの正弦波を上記位相同期信号の発生毎に発生させて、上記正弦波の電圧を補償目標電圧とするものである。
【０００７】
またこの発明に係る請求項２記載の電力変動補償装置は、請求項１において、正弦波の発生は、系統電圧が概ゼロで該系統電圧から位相同期信号が取得できない場合、直前に発生された正弦波を連続発生させるものである。
【０００８】
またこの発明に係る請求項３記載の電力変動補償装置は、請求項１または２において、正弦波の振幅は、正常時の系統電圧の出力振幅に予め設定されるものである。
【０００９】
またこの発明に係る請求項４記載の電力変動補償装置は、過去の最新の所定期間の系統電圧を同位相毎に累積平均して求めた１サイクル分の系統電圧を記憶する手段を備え、該記憶手段は、補償電圧出力中は上記系統電圧を更新せずにそれ以前に記憶された系統電圧を保持し、補償目標電圧は、その時点に相当する位相の瞬時系統電圧を上記記憶手段内の系統電圧から抽出して用いるものである。
【００１０】
またこの発明に係る請求項５記載の電力変動補償装置は、過去の最新の所定期間の負荷供給電圧を同位相毎に累積平均して求めた１サイクル分の負荷供給電圧を記憶する手段を備え、補償目標電圧は、その時点に相当する位相の瞬時負荷供給電圧を上記記憶手段内の負荷供給電圧から抽出して用いるものである。
【００１１】
またこの発明に係る請求項６記載の電力変動補償装置は、請求項１〜５のいずれかにおいて、それぞれ異なる電圧が蓄積されるエネルギ蓄積手段を備え該エネルギ蓄積手段に蓄積された直流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、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を、系統電圧の電圧低下量を補償する補償電圧とするものである。
【００１２】
またこの発明に係る請求項７記載の電力変動補償装置は、請求項６において、複数の電圧補償回路内のエネルギ蓄積手段にそれぞれ蓄積される異なる電圧の絶対値は、最も小さい該電圧補償回路の出力電圧（絶対値）に対して概２Ｋ倍（Ｋ＝０、１、２、・・・）である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
電圧変動補償装置の本体については、図１０で示した同様の構造であり、直流電源４、インバータ５、平滑フィルタ６および大容量トランス７で構成される。この電圧変動補償装置では、図示しない検出部により目標電圧からの系統電圧の電圧低下量を監視しており、それに基づく給電制御により、直流電源４とインバータ５とで交流電圧を発生させて、平滑フィルタ６と大容量のトランス７を介して電力系統に直列に接続することにより、電力系統の電圧低下を補償する。
【００１４】
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における目標電圧発生部２５の構成図である。図において、５００は入力が系統電圧５１０、出力が入力の位相に同期した位相同期信号５２０となる同期信号発生器である。５２１は系統電圧５１０を入力とし直前の過去の或るサイクル数（１以上）の平均周波数を求め平均周波数信号５２２を出力する平均周波数検出器である。５３０は入力した位相同期信号５２０に同期し且つ平均周波数検出器５２１から出力された平均周波数５２２に対応した周波数の正弦波電圧を補償目標電圧５４０として１サイクル出力する正弦波発生器である。
正弦波発生器５３０では、位相同期信号５２０が入力されない時は平均周波数信号５２２に相当する周波数の正弦波を連続発振するものとする。平均周波数検出器５２１は直前の過去の例えば10サイクル分の系統電圧５１０の平均周波数を検出しており、１サイクル毎に平均周波数信号５２２は更新されるが、入力である系統電圧５１０が零の場合は更新されず、それまでの平均周波数信号５２２を保持する。正弦波発生器５３０の出力振幅は正常時の系統電圧の公称値に予め設定されている。
【００１５】
図２は系統電圧５１０、位相同期信号５２０、および目標電圧５４０の関係を示したものである。時刻Ａは系統電圧５１０が正常な時の或るサイクルの開始時、時刻Ｂは電圧低下の起こるサイクルの開始時、時刻Ｃは電圧低下期間中の或るサイクルの開始時の時刻を示す。系統電圧５１０に同期した時刻Ａからの１サイクル間の目標電圧５４０は、時刻Ａより前の１０サイクルの平均周波数ｆから算定された平均周期１／ｆの正弦波である。時刻Ｂからの１サイクル間の目標電圧５４０も同様に発生される。このサイクル中に電圧低下が発生すると系統電圧５１０は低下するが目標電圧５４０は予め設定された周波数、振幅で発生される。電圧低下期間中の系統電圧５１０に同期した時刻Ｃからの１サイクルの目標電圧５４０は、系統電圧５１０が正常、異常に拘わらず過去１０サイクルの平均周波数を持つ正弦波として発生される。
【００１６】
このように目標電圧５４０は発生されるため、系統電圧５１０の周波数や位相が公称値よりずれても目標電圧５４０は常に系統電圧５１０と同期し、正常時の系統電圧５１０と等しい振幅の正弦波となる。この場合、系統電圧５１０の周波数が大きく変動したとしても、目標電圧５４０は最新の過去１０サイクルの系統電圧５１０の平均周波数を持つ正弦波として発生されるため、その周波数は系統電圧５１０の周波数変動に応じて変動し、目標電圧５４０の正弦波の周期は位相同期信号５２０の周期とほぼ等しくなる。このため、位相同期信号５２０の発生毎に発生される目標電圧５４０の正弦波は、良好な形状で連続した正弦波となる。
また系統電圧５１０が零電圧まで低下した場合は、正弦波発生器５３０には位相同期信号５２０は入力されないが、平均周波数検出器５２１からは保持された直前の平均周波数信号５２２が入力されるため、直前に発生された目標電圧５４０の正弦波が連続して発生される。
【００１７】
以上のようにこの実施の形態では、目標電圧５４０が常に正常時の系統電圧振幅となり、周波数および位相が系統電圧５１０とほぼ等しい、良好な連続した正弦波となるため、高精度な電圧補償が可能になる。また系統電圧５１０が零電圧となっても目標電圧５４０として連続な正弦波が発生されるため、常に高精度な電圧補償が可能となる。
【００１８】
なお上記実施の形態では、正弦波発生器５３０は１サイクル毎に目標電圧５４０を発生する構成になっているが、半サイクル毎でも又は２サイクル以上の複数サイクル毎でも同様な効果が有る。
【００１９】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。
この実施の形態では、上記実施の形態１による目標電圧発生部２５を備えた他の電圧変動補償装置について示す。
図３は、この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置の構成図である。
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においては、図に示すように、電力系統に、電圧の極性に応じて選択される２つの電圧補償回路Ｐ、Ｎからなる補償ユニット１１０が複数個直列に接続される。この直列接続された複数個（この場合６個）の電圧補償回路Ｎ１、Ｐ１、Ｎ２、Ｐ２、Ｎ３、Ｐ３で構成される全補償回路１２０は、その出力端に全補償回路１２０と並列に、高速機械式の定常短絡スイッチ８を備える。
各電圧補償回路Ｐ１〜Ｐ３、Ｎ１〜Ｎ３には、出力端に並列に備えられた瞬低切替スイッチ９、瞬低補償スイッチ１０、エネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ１１、および充電コンデンサ１１を充電するための充電ダイオード１２と充電用トランス２００の２次巻線１４とが備えられ、充電コンデンサ１１の充電電圧はこの充電コンデンサ１１に直列に接続された瞬低補償スイッチ１０によって電力系統に接続される。また、瞬低切替スイッチ９および瞬低補償スイッチ１０は、ダイオードが逆並列に接続された半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴにて構成されている。なお、半導体スイッチング素子はＩＧＢＴ以外の自己消弧型素子でも構わない。
【００２０】
充電コンデンサ１１は充電ダイオード１２と充電用トランス２００の２次巻線１４によって電圧が充電され、充電用トランス１次巻線１３は、電力系統と接続される。なお、１５は充電用トランス２００のコアである。
１つの補償ユニット１１０内の２つの電圧補償回路Ｐ、Ｎは、それぞれ正・負の電圧発生をつかさどる。つまり、２つの充電ダイオード１２ｐ、１２ｎの作用により、充電コンデンサ１１ｐと充電コンデンサ１１ｎとには共通の２次巻線１４を用いてそれぞれ逆極性の電圧が同じ大きさで充電されている。
各補償ユニット１１０内の充電コンデンサ１１（（１１ｐ１，１１ｎ１）（１１ｐ２，１１ｎ２）（１１ｐ３，１１ｎ３））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。
Ｖｎ３＝２×Ｖｎ２＝２×２×Ｖｎ１ （ｐも同様）
【００２１】
定常短絡スイッチ８、瞬低切替スイッチ９、瞬低補償スイッチ１０は、検出制御部としての電圧瞬低制御回路１６に接続される。また、系統電圧５１０も電圧瞬低制御回路１６に入力される。この電圧瞬低制御回路１６の構成および動作について、以下に説明する。
図４は、電圧瞬低制御回路１６の詳細を示す回路図である。また、図５は、図１で示した電圧変動補償装置１００による電圧補償の動作と電圧瞬低制御回路１６の制御動作との関係を示す波形図である。
図４に示すように、系統電圧５１０は電圧瞬低制御回路１６に入力され、目標電圧発生部２５からの目標電圧５４０と比較される。両者の差を誤差増幅器２６にて増幅し、さらに絶対値変換を施した後、Ａ/Ｄコンバータ２７にて３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）に変換する。系統電圧５１０と目標電圧５４０との差が、充電コンデンサ１１ｐ１の充電電圧Ｖｐ１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のみが１、即ち゛００１゛となるよう、誤差増幅器２６のゲインは予め調整しておく。
【００２２】
Ｄ１〜Ｄ３の信号のいずれかが１となると、ＮＯＲ回路２８を通して、信号Ｚ（＝０）により定常短絡スイッチ８をオフする。
一方、電圧瞬低制御回路１６に入力された系統電圧５１０は、極性判定回路２９にも入力され、極性が判定される。次いで、系統電圧５１０の極性が正・負の場合に応じて、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３にてアクテイブとなる信号ＹｐもしくはＹｎ、ＸｐもしくはＸｎをＡＮＤ回路３０および反転器３１を経て選択する。Ｘｐ、Ｘｎは瞬低補償スイッチ１０の駆動信号で、Ｙｐ、Ｙｎは瞬低切替スイッチ９の駆動信号であり、瞬低切替スイッチ９と瞬低補償スイッチ１０とは常に逆極性にて動作するよう反転器３１にて構成されている。
系統電圧５１０が正常時、即ちデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３が全て０の時は、定常短絡スイッチ８はオン（信号Ｚは１）、瞬低切替スイッチ９はオン（信号Ｙは１）、瞬低補償スイッチ１０はオフ状態（信号Ｘは０）にあり、電流は定常短絡スイッチ８を流れる。このとき充電コンデンサ１１は充電用トランス２００によって一定の電圧に充電されている。充電用トランス２００は、充電コンデンサ１１を充電するのみの働きでよいから、小容量のもので済む。
【００２３】
次に、瞬低時の補償動作を図５に基づいて説明する。
時刻ｔ０において、系統電圧５１０に瞬時的に電圧低下が発生したとする。時刻ｔ０以降に誤差増幅回路２６の出力には誤差電圧が発生する。それに応じて、Ａ/Ｄコンバータ２７の出力には、誤差電圧に応じてデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３が発生する。それと同時に、信号Ｚが０となり、定常短絡スイッチ８はオフする。 時刻ｔ０〜ｔ１は系統電圧５１０の極性が正であるから、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３は、それぞれｐ側素子に伝達される。最下位ビットの信号Ｄ１が１のとき、電圧補償回路Ｐ１において、Ｘｐ１が１、Ｙｐ１が０となり、瞬低補償スイッチ１０ｐ１がオン、瞬低切替スイッチ９ｐ１がオフして、充電コンデンサ１１ｐ１の電圧Ｖｐ１が瞬低補償スイッチ１０ｐ１により出力される。信号Ｄ２が１のときは、電圧補償回路Ｐ２において、Ｘｐ２が１、Ｙｐ２が０となり、瞬低補償スイッチ１０ｐ２がオン、瞬低切替スイッチ９ｐ２がオフして、充電コンデンサ１１ｐ２の電圧Ｖｐ２が瞬低補償スイッチ１０ｐ２により出力される。同様に、最上位ビットの信号Ｄ３が１のとき、電圧補償回路Ｐ３において充電コンデンサ１１ｐ３の電圧Ｖｐ３が出力される。なお、各デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３のうち０となる信号については、例えば最下位ビットの信号Ｄ１が０のとき、電圧補償回路Ｐ１において、Ｘｐ１が０、Ｙｐ１が１であるので、瞬低切替スイッチ９ｐ１によって出力端が短絡されて電圧補償回路Ｐ１からの出力はほぼゼロとなる。これらの出力は、系統にて組み合わされ、゛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×Ｖｐ１となる。
時刻ｔ１〜ｔ２までは、系統電圧５１０の極性が負であるから、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３は、それぞｎ側素子に伝達されて、電圧補償回路Ｎ１〜Ｎ３において同様に補償電圧を出力し、最大の補償電圧は、７×Ｖｎ１となる。
【００２４】
上記実施の形態２では、直列接続された複数個の電圧補償回路Ｎ１、Ｐ１、Ｎ２、Ｐ２、Ｎ３、Ｐ３で構成される全補償回路１２０が直接電力系統に直列に接続されているため、従来のような大型のトランスが不要である。また、全補償回路１２０と並列に、高速機械式の定常短絡スイッチ８を備えて、系統電圧５１０が正常時には定常短絡スイッチ８が導通して電流をバイパスするため、正常時の装置ロスはほとんどゼロとなり、冷却装置が小容量でよく、装置全体が安価で小型化できる。
また、系統電圧５１０が瞬時低下したときには、それぞれ異なる電圧が充電された充電コンデンサ１１を有する複数個の電圧補償回路Ｎ１、Ｐ１、Ｎ２、Ｐ２、Ｎ３、Ｐ３をディジタル階調制御により組み合わせを選択して、出力電圧の総和で電圧補償するため、きめ細かい電圧補償が可能になり、出力フィルタが不要または小型でよい。また、一般に用いられるＰＷＭ制御の場合などで出力フィルタの帯域分に相当する応答遅れが発生するのに比して、制御方式がデジタル階調制御であるため、リアルタイムで電圧を補償でき、さらに精度良く電圧補償が可能である。
【００２５】
また、各電圧補償回路Ｐ１〜Ｐ３、Ｎ１〜Ｎ３の充電コンデンサ１１に充電される電圧は、Ｖｎ３＝２×Ｖｎ２＝２×２×Ｖｎ１（ｐも同様）としたため、補償電圧を等間隔で高精度に階調制御できる。
さらに充電コンデンサ１１は、電力系統に接続された充電用トランス２００を介して、系統電圧５１０の正常時にゆっくり充電できるため、充電用トランス２００は小容量で十分であり、充電回路は小型・安価となる。また、自動的に充電が行われるため装置が簡素化される。
【００２６】
このように、この実施の形態２では、高精度な階調制御によりきめ細かな電圧補償が可能であるが、このような高精度な電圧補償は、目標電圧５４０そのものが良好でなければ意味のないものである。このため、上記実施の形態１で示したように良好で連続した正弦波である目標電圧５４０を発生できる目標電圧発生部２５を備えたため、上述した高精度な階調制御によるきめ細かな電圧補償が、良好で信頼性の高い目標電圧５４０を負荷に供給すべく行われ、負荷にほぼ正常な電圧で電力が供給できる。
【００２７】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。
図６はこの発明の実施の形態３による電圧変動補償装置における目標電圧発生部２５の構成図である。ここでは、上記実施の形態２で示した電圧変動補償装置１００に適用するものとする。
図に示すように、目標電圧発生部２５は記憶手段としての波形記憶装置５５０と、この波形記憶装置５５０から波形を呼び出す波形呼出装置５６０とから成る。波形記憶装置５５０には系統電圧５１０と図４で示した電圧瞬低制御回路１６のＮＯＲ回路２８の出力Ｚとが入力されている。波形記憶装置５５０は信号Ｚが「１」の場合には瞬時系統電圧を連続して記憶する。波形記憶装置５５０は少なくとも現在から過去１サイクル分の系統電圧５１０の波形を記憶しており、時間が進むにつれて最も古い系統電圧データが消去され最新の系統電圧５１０が記憶される。従って、常に少なくとも最新の過去１サイクル分の系統電圧波形を記憶するように記憶内容が更新されつづけている。一方、信号Ｚが「０」になると記憶内容の更新をストップする。波形呼出装置５６０は波形記憶装置５５０から１サイクル前の記憶内容である瞬時系統電圧を呼出しつづけており、呼出した電圧波形を目標電圧５４０として出力する。信号Ｚが「０」の時は波形記憶装置５５０の記憶内容が更新されないため、記憶内容の最新の１サイクルの内、その時点に相当する位相の瞬時系統電圧を呼出し目標電圧５４０とする。
【００２８】
系統電圧５１０、波形記憶装置５５０の記憶波形、および目標電圧５４０の関係を図７に示す。時刻Ａは系統電圧５１０が正常な時、時刻Ｂは電圧低下発生時、時刻Ｃは電圧低下期間中の時とする。
系統電圧５１０が正常な場合、時刻Ａの目標電圧は次のように求められる。時刻Ａにおいて、波形記憶装置５５０には図の太線で示すように、時刻Ａに至るまでの少なくとも過去１サイクルの所定期間における系統電圧５１０（記憶波形Ａ）が記憶されている。時刻Ａの電圧零点からの位相（以下、単に位相と称す）がαとすれば、これに対応する位相αの記憶波形Ａの値を波形呼出装置５６０は波形記憶装置５５０から呼出し目標電圧５４０とする。これは１サイクル前の瞬時系統電圧である。時刻Ａにおいて電圧補償回路Ｐ、Ｎが動作しなければ信号Ｚは「１」であり、波形記憶装置５５０は時刻Ａの系統電圧５１０の値を位相αの値として新たに記憶する。信号Ｚが「１」すなわち系統電圧５１０が正常な限り同様な動きで目標電圧５４０は出力される。
【００２９】
系統電圧５１０に瞬時電圧低下が発生した場合を以下に説明する。図７の時刻Ｂの目標電圧５４０の値は上記と同様に、時刻Ｂの位相がβとすれば波形記憶装置５５０の記憶波形Ｂの位相βの値が波形呼出装置５６０に呼出され出力される。この目標電圧５４０と系統電圧５１０が比較され電圧低下と判断されると電圧補償回路Ｐ、Ｎが動作し、ＮＯＲ回路２８の出力信号Ｚが「０」となる。信号Ｚが「０」になると波形記憶装置５５０は記憶波形の更新を停止し、以後の目標電圧５４０は系統電圧５１０が正常時に記憶された記憶波形Ｂから呼出される。すなわち位相βの目標電圧５４０の値は記憶波形Ｂの位相βの電圧値となる。
図７では、ある時刻に出力すべき目標電圧５４０の位相を、目標電圧５４０の電圧零点を基準として求めるように表されているが、系統電圧５１０が恒常的に零でなければ当然系統電圧５１０の電圧零点から求めても良い。
【００３０】
この実施の形態では、系統電圧５１０が正常時には１サイクル前の瞬時系統電圧を目標電圧とし、瞬低時には、その時点の位相に相当する瞬低発生前の正常な瞬時系統電圧を目標電圧５４０とするため、常に正常な瞬時系統電圧による連続した正弦波を目標電圧５４０に用いることができ、常に高精度な電圧補償が可能となる。
【００３１】
なおこの実施の形態では、ＮＯＲ回路２８の出力である信号Ｚが「１」場合には、常に少なくとも最新の過去１サイクル分の系統電圧波形を記憶するように記憶内容を更新しつづけたが、過去のあるサイクル数の系統電圧５１０を累積平均した１サイクル分の波形を記憶していても良い。この場合は瞬時系統電圧５１０の値が得られる度に、記憶内容の中のその時点に相当する位相の瞬時系統電圧と累積平均を取って記憶内容を更新する。これにより、より信頼性の高い目標電圧５４０が得られる。
また２サイクル分の記憶容量を波形記憶装置５５０に用意し、正常な系統電圧５１０の１サイクル分のデータを１セットとして、１セット毎（正常な系統電圧１サイクルのデータ）に波形記憶装置５５０の記憶内容を更新（置換えるか累積平均を取りなおす）しても良い。
【００３２】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。
図８はこの発明の実施の形態４による電圧変動補償装置における目標電圧発生部２５の構成図である。この実施の形態では、波形記憶装置５５０は電圧変動補償装置の出力側電圧、すなわち負荷供給電圧５７０が入力され、少なくとも現在から過去１サイクル分の負荷供給電圧５７０を記憶しており、時間の進むにつれて記憶内容を更新し続けている。波形呼出装置５６０は波形記憶装置５５０から１サイクル前の瞬時負荷供給電圧５７０を呼出し続けており、これを目標電圧５４０として出力する。
【００３３】
図９に系統電圧５１０、負荷供給電圧５７０、波形記憶装置５５０の記憶波形、および目標電圧５４０の関係を示す。系統電圧５１０が正常の時は、電圧変動補償装置は電圧補償動作しておらず出力側電圧すなわち負荷供給電圧５７０は系統電圧５１０と等しい。このような状況の時刻Ａの目標電圧５４０の値は次のように求まる。時刻Ａにおいて、波形記憶装置５５０には少なくとも最新の過去１サイクルの所定期間における負荷供給電圧５７０（正常時の系統電圧５１０に等しい）波形である記憶波形Ａが記憶されている。時刻Ａの負荷供給電圧５７０の位相がαとすれば、波形呼出装置５６０は波形記憶装置５５０の記憶波形Ａの位相αの値を呼出し、目標電圧５４０とする。これは１サイクル前の瞬時負荷供給電圧である。波形記憶装置５５０は時刻Ａの負荷供給電圧５７０の値を位相αの値として新たに記憶する。
時間の進展に従って同様に目標電圧５４０を求め出力し、波形記憶装置５５０の記憶波形の更新を繰り返す。系統電圧に電圧低下が発生した時刻Ｂにおいても同様に目標電圧５４０を求め出力する。電圧低下が１サイクル以上続いた時刻Ｃでは、波形記憶装置５５０内の最新の過去１サイクルの記憶波形Ｃは全て電圧低下期間中の負荷供給電圧５７０となっているが、電圧補償されているために負荷供給電圧５７０は電圧補償後の負荷が正常に働く良好な電圧に保たれる。従って、時刻Ｃの目標電圧５４０の値を上述したように１サイクル前の瞬時負荷供給電圧としても、電圧変動補償装置は負荷が正常に働く電圧となるように電圧補償することができる。
【００３４】
この実施の形態では、目標電圧５４０を負荷を正常に動作させる負荷供給電圧５７０とするため、負荷に良好な電力供給が継続して行える電圧補償が可能になる。また電圧補償動作に拘わらず１サイクル前の瞬時負荷供給電圧を目標電圧５４０とすることができ、波形記憶装置５５０の記憶内容の更新、停止の制御が不要で目標電圧発生部２５の構成が簡略化できる。
【００３５】
なおこの実施の形態では、ある時刻に出力すべき目標電圧５４０の位相を、目標電圧５４０の電圧零点から求めるように図９で示しているが、負荷供給電圧５７０の電圧零点あるいは系統電圧５１０が恒常的に零でなければ系統電圧５１０の電圧零点から求めても良い。
またこの場合も、波形記憶装置５５０は過去のあるサイクル数の系統電圧５１０を累積平均した１サイクル分の波形を記憶していても良く、より信頼性の高い目標電圧５４０が得られる。
【００３６】
さらにまた、上記実施の形態３、４では、記憶手段となる波形記憶装置５５０は波形を記憶するとしたが、それぞれの位相の瞬時電圧、あるいは対応する位相の該瞬時電圧を累積平均した電圧値の集合を記憶する記憶装置であっても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る請求項１記載の電力変動補償装置は、系統電圧から位相同期信号を取得し、この位相同期信号の発生時点に至る最新の所定期間における上記系統電圧の平均周波数を検出して、該平均周波数を有する単位サイクルの正弦波を上記位相同期信号の発生毎に発生させて、上記正弦波の電圧を補償目標電圧とするため、補償目標電圧が良好な連続した正弦波となり、高精度な電圧補償が可能になる。
【００３８】
またこの発明に係る請求項２記載の電力変動補償装置は、請求項１において、正弦波の発生は、系統電圧が概ゼロで該系統電圧から位相同期信号が取得できない場合、直前に発生された正弦波を連続発生させるため、系統電圧が概ゼロであっても、補償目標電圧となる良好な連続した正弦波が得られ、常に高精度な電圧補償が可能になる。
【００３９】
またこの発明に係る請求項３記載の電力変動補償装置は、請求項１または２において、正弦波の振幅は、正常時の系統電圧の出力振幅に予め設定されるため、より高精度で信頼性の高い電圧補償が実現できる。
【００４０】
またこの発明に係る請求項４記載の電力変動補償装置は、過去の最新の所定期間の系統電圧を同位相毎に累積平均して求めた１サイクル分の系統電圧を記憶する手段を備え、該記憶手段は、補償電圧出力中は上記系統電圧を更新せずにそれ以前に記憶された系統電圧を保持し、補償目標電圧は、その時点に相当する位相の瞬時系統電圧を上記記憶手段内の系統電圧から抽出して用いるため、常に正常な瞬時系統電圧から補償目標電圧を取得でき、高精度でより信頼性の高い電圧補償が可能となる。
【００４１】
またこの発明に係る請求項５記載の電力変動補償装置は、過去の最新の所定期間の負荷供給電圧を同位相毎に累積平均して求めた１サイクル分の負荷供給電圧を記憶する手段を備え、補償目標電圧は、その時点に相当する位相の瞬時負荷供給電圧を上記記憶手段内の負荷供給電圧から抽出して用いるため、常に電圧補償後の良好な瞬時負荷供給電圧から補償目標電圧を取得でき、高精度でより信頼性の高い電圧補償が可能となる。
【００４２】
またこの発明に係る請求項６記載の電力変動補償装置は、請求項１〜５のいずれかにおいて、それぞれ異なる電圧が蓄積されるエネルギ蓄積手段を備え該エネルギ蓄積手段に蓄積された直流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、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を、系統電圧の電圧低下量を補償する補償電圧とするため、安価で小型化の促進された装置構成で、きめ細かな高精度な電圧補償が、良好で信頼性の高い補償目標電圧を負荷に供給すべく行われる。
【００４３】
またこの発明に係る請求項７記載の電力変動補償装置は、請求項６において、複数の電圧補償回路内のエネルギ蓄積手段にそれぞれ蓄積される異なる電圧の絶対値は、最も小さい該電圧補償回路の出力電圧（絶対値）に対して概２Ｋ倍（Ｋ＝０、１、２、・・・）であるため、補償電圧を等間隔で階調制御でき、さらに精度良く電圧補償が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置における目標電圧発生部の構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による目標電圧発生の動作を説明する図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置の構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態２による電圧瞬低制御回路の詳細を示す回路図である。
【図５】 この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置の動作を説明する波形図である。
【図６】 この発明の実施の形態３による電圧変動補償装置における目標電圧発生部の構成図である。
【図７】 この発明の実施の形態３による目標電圧発生の動作を説明する図である。
【図８】 この発明の実施の形態４による電圧変動補償装置における目標電圧発生部の構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態４による目標電圧発生の動作を説明する図である。
【図１０】 従来の電圧変動補償装置の概略構成図である。
【図１１】 従来の電圧変動補償装置の電圧補償動作を説明する図である。
【図１２】 従来の電圧変動補償装置における目標電圧発生部の構成図である。
【符号の説明】
１ 送電線、３ 負荷（需要家）、１１ エネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ、
１６ 検出制御部としての電圧瞬低制御回路、２５ 目標電圧発生部、
５１０ 系統電圧、５２０ 位相同期信号、５２２ 平均周波数、
５３０ 正弦波発生器、５４０ 目標電圧、５５０ 記憶手段としての波形記憶装置、
５６０ 波形呼出装置、５７０ 負荷供給電圧、１００ 電圧変動補償装置、
Ｐ１〜Ｐ３，Ｎ１〜Ｎ３ 電圧補償回路。
【発明の属する技術分野】
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低下した際に、それを検出して電圧低下を補償する電圧変動補償装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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の概略構成図を図１０に示す。図に示すように、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。電圧変動補償装置は、直流電源４、インバータ５、平滑フィルタ６および大容量トランス７で構成される。 このような従来の電圧変動補償装置における、系統電圧の瞬時低下時（以下、瞬低時と称す）の電圧補償動作について以下に示す。
図１１は、系統電圧の瞬低時の、系統電圧、電圧変動補償回路出力、および需要家３に供給される電圧をそれぞれ示したものである。図に示すように、系統電圧に瞬時的に電圧低下が発生すると、電圧変動を監視している検出部（図示せず）にて電圧低下を検出し、それに基づく給電制御により、電圧変動補償装置では、直流電源４とインバータ５とで交流電圧を発生させて、平滑フィルタ６と大容量のトランス７を介して電力系統に直列に接続することにより、電力系統の電圧低下を補償する。これにより、需要家３には、電圧低下した系統電圧に電圧変動補償装置からの出力電圧が加算されてほぼ正常な電圧で電力が供給される。
【０００３】
このように、電圧変動補償装置では系統電圧の電圧低下を検出してそれを補償するものであるが、電圧低下の検出は、予め設定あるいは発生された補償目標となる目標電圧と系統電圧とを比較して低下量を検出し、需要家３にこの目標電圧が供給できるように補償する。
図１２は従来の電圧変動補償装置における目標電圧発生部の構成図である。図において、５０は同期信号発生器で、系統電圧５１に同期した位相同期信号５２を出力する。５３は正弦波発生器で、位相同期信号５２に同期した正弦波を位相同期信号５２の入力毎に１サイクル発生し、この発生正弦波が目標電圧５４となる。正弦波発生器５３では発生する正弦波の周波数と出力振幅は、正常時の系統電圧の公称値に予め設定される。
上記のように構成される目標電圧発生部により発生される目標電圧５４は、系統電圧５１が低下しても、系統電圧５１に同期し、しかも予め設定された正常時の振幅と周波数の正弦波となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電圧変動補償装置は、以上のように構成されているため、補償目標となる目標電圧５４は、常に予め設定された周波数ｆ（公称値）の正弦波として正弦波発生器５３から発生される。系統電圧５１の周波数ｆａが公称値ｆに等しい場合には、位相同期信号５２の周期は正弦波発生器５３の出力である目標電圧５４の正弦波の周期に等しく、目標電圧５４は連続的に得られる。
しかしながら、実際の系統電圧５１の周波数ｆａは公称値ｆを中心として変動しており、特に電圧低下が起こるような異常時には周波数ｆａは大きく変動する。このような場合、位相同期信号５２の周期Ｔａ（＝１／ｆａ）は、目標電圧５４の正弦波の周期Ｔ（＝１／ｆ）とは異なるものとなる。例えばＴ＜Ｔａの場合、正弦波発生器５３が位相同期信号５２に同期して１サイクルの正弦波を発振した後、次の位相同期信号５２が入力されるまでの（Ｔａ−Ｔ）時間は正弦波発生器５３の出力電圧は零であり、目標電圧５４は１サイクル毎に（Ｔａ−Ｔ）時間の休止期間のある不連続な正弦波となる。逆にＴ＞Ｔａの場合、正弦波発生器５３が位相同期信号５２に同期して１サイクルの正弦波を発振し終わる前に、次の位相同期信号５２が入力されるため、１サイクルの途中で次の正弦波の発振が始まり、目標電圧５４は１サイクル内の後ろの部分が欠けた不完全な正弦波の連なりとなる。このように、目標電圧５４が完全な正弦波の連続とならず、このため正確な電圧補償が困難となるものであった。
【０００５】
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、系統電圧の瞬低時に、良好な補償目標電圧を安定して得ることにより電圧補償を高精度に行うことができる電圧変動補償装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１記載の電力変動補償装置は、系統電圧から位相同期信号を取得し、この位相同期信号の発生時点に至る最新の所定期間における上記系統電圧の平均周波数を検出して、該平均周波数を有する単位サイクルの正弦波を上記位相同期信号の発生毎に発生させて、上記正弦波の電圧を補償目標電圧とするものである。
【０００７】
またこの発明に係る請求項２記載の電力変動補償装置は、請求項１において、正弦波の発生は、系統電圧が概ゼロで該系統電圧から位相同期信号が取得できない場合、直前に発生された正弦波を連続発生させるものである。
【０００８】
またこの発明に係る請求項３記載の電力変動補償装置は、請求項１または２において、正弦波の振幅は、正常時の系統電圧の出力振幅に予め設定されるものである。
【０００９】
またこの発明に係る請求項４記載の電力変動補償装置は、過去の最新の所定期間の系統電圧を同位相毎に累積平均して求めた１サイクル分の系統電圧を記憶する手段を備え、該記憶手段は、補償電圧出力中は上記系統電圧を更新せずにそれ以前に記憶された系統電圧を保持し、補償目標電圧は、その時点に相当する位相の瞬時系統電圧を上記記憶手段内の系統電圧から抽出して用いるものである。
【００１０】
またこの発明に係る請求項５記載の電力変動補償装置は、過去の最新の所定期間の負荷供給電圧を同位相毎に累積平均して求めた１サイクル分の負荷供給電圧を記憶する手段を備え、補償目標電圧は、その時点に相当する位相の瞬時負荷供給電圧を上記記憶手段内の負荷供給電圧から抽出して用いるものである。
【００１１】
またこの発明に係る請求項６記載の電力変動補償装置は、請求項１〜５のいずれかにおいて、それぞれ異なる電圧が蓄積されるエネルギ蓄積手段を備え該エネルギ蓄積手段に蓄積された直流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、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を、系統電圧の電圧低下量を補償する補償電圧とするものである。
【００１２】
またこの発明に係る請求項７記載の電力変動補償装置は、請求項６において、複数の電圧補償回路内のエネルギ蓄積手段にそれぞれ蓄積される異なる電圧の絶対値は、最も小さい該電圧補償回路の出力電圧（絶対値）に対して概２Ｋ倍（Ｋ＝０、１、２、・・・）である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について詳細に説明する。
電圧変動補償装置の本体については、図１０で示した同様の構造であり、直流電源４、インバータ５、平滑フィルタ６および大容量トランス７で構成される。この電圧変動補償装置では、図示しない検出部により目標電圧からの系統電圧の電圧低下量を監視しており、それに基づく給電制御により、直流電源４とインバータ５とで交流電圧を発生させて、平滑フィルタ６と大容量のトランス７を介して電力系統に直列に接続することにより、電力系統の電圧低下を補償する。
【００１４】
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における目標電圧発生部２５の構成図である。図において、５００は入力が系統電圧５１０、出力が入力の位相に同期した位相同期信号５２０となる同期信号発生器である。５２１は系統電圧５１０を入力とし直前の過去の或るサイクル数（１以上）の平均周波数を求め平均周波数信号５２２を出力する平均周波数検出器である。５３０は入力した位相同期信号５２０に同期し且つ平均周波数検出器５２１から出力された平均周波数５２２に対応した周波数の正弦波電圧を補償目標電圧５４０として１サイクル出力する正弦波発生器である。
正弦波発生器５３０では、位相同期信号５２０が入力されない時は平均周波数信号５２２に相当する周波数の正弦波を連続発振するものとする。平均周波数検出器５２１は直前の過去の例えば10サイクル分の系統電圧５１０の平均周波数を検出しており、１サイクル毎に平均周波数信号５２２は更新されるが、入力である系統電圧５１０が零の場合は更新されず、それまでの平均周波数信号５２２を保持する。正弦波発生器５３０の出力振幅は正常時の系統電圧の公称値に予め設定されている。
【００１５】
図２は系統電圧５１０、位相同期信号５２０、および目標電圧５４０の関係を示したものである。時刻Ａは系統電圧５１０が正常な時の或るサイクルの開始時、時刻Ｂは電圧低下の起こるサイクルの開始時、時刻Ｃは電圧低下期間中の或るサイクルの開始時の時刻を示す。系統電圧５１０に同期した時刻Ａからの１サイクル間の目標電圧５４０は、時刻Ａより前の１０サイクルの平均周波数ｆから算定された平均周期１／ｆの正弦波である。時刻Ｂからの１サイクル間の目標電圧５４０も同様に発生される。このサイクル中に電圧低下が発生すると系統電圧５１０は低下するが目標電圧５４０は予め設定された周波数、振幅で発生される。電圧低下期間中の系統電圧５１０に同期した時刻Ｃからの１サイクルの目標電圧５４０は、系統電圧５１０が正常、異常に拘わらず過去１０サイクルの平均周波数を持つ正弦波として発生される。
【００１６】
このように目標電圧５４０は発生されるため、系統電圧５１０の周波数や位相が公称値よりずれても目標電圧５４０は常に系統電圧５１０と同期し、正常時の系統電圧５１０と等しい振幅の正弦波となる。この場合、系統電圧５１０の周波数が大きく変動したとしても、目標電圧５４０は最新の過去１０サイクルの系統電圧５１０の平均周波数を持つ正弦波として発生されるため、その周波数は系統電圧５１０の周波数変動に応じて変動し、目標電圧５４０の正弦波の周期は位相同期信号５２０の周期とほぼ等しくなる。このため、位相同期信号５２０の発生毎に発生される目標電圧５４０の正弦波は、良好な形状で連続した正弦波となる。
また系統電圧５１０が零電圧まで低下した場合は、正弦波発生器５３０には位相同期信号５２０は入力されないが、平均周波数検出器５２１からは保持された直前の平均周波数信号５２２が入力されるため、直前に発生された目標電圧５４０の正弦波が連続して発生される。
【００１７】
以上のようにこの実施の形態では、目標電圧５４０が常に正常時の系統電圧振幅となり、周波数および位相が系統電圧５１０とほぼ等しい、良好な連続した正弦波となるため、高精度な電圧補償が可能になる。また系統電圧５１０が零電圧となっても目標電圧５４０として連続な正弦波が発生されるため、常に高精度な電圧補償が可能となる。
【００１８】
なお上記実施の形態では、正弦波発生器５３０は１サイクル毎に目標電圧５４０を発生する構成になっているが、半サイクル毎でも又は２サイクル以上の複数サイクル毎でも同様な効果が有る。
【００１９】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。
この実施の形態では、上記実施の形態１による目標電圧発生部２５を備えた他の電圧変動補償装置について示す。
図３は、この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置の構成図である。
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においては、図に示すように、電力系統に、電圧の極性に応じて選択される２つの電圧補償回路Ｐ、Ｎからなる補償ユニット１１０が複数個直列に接続される。この直列接続された複数個（この場合６個）の電圧補償回路Ｎ１、Ｐ１、Ｎ２、Ｐ２、Ｎ３、Ｐ３で構成される全補償回路１２０は、その出力端に全補償回路１２０と並列に、高速機械式の定常短絡スイッチ８を備える。
各電圧補償回路Ｐ１〜Ｐ３、Ｎ１〜Ｎ３には、出力端に並列に備えられた瞬低切替スイッチ９、瞬低補償スイッチ１０、エネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ１１、および充電コンデンサ１１を充電するための充電ダイオード１２と充電用トランス２００の２次巻線１４とが備えられ、充電コンデンサ１１の充電電圧はこの充電コンデンサ１１に直列に接続された瞬低補償スイッチ１０によって電力系統に接続される。また、瞬低切替スイッチ９および瞬低補償スイッチ１０は、ダイオードが逆並列に接続された半導体スイッチング素子、例えばＩＧＢＴにて構成されている。なお、半導体スイッチング素子はＩＧＢＴ以外の自己消弧型素子でも構わない。
【００２０】
充電コンデンサ１１は充電ダイオード１２と充電用トランス２００の２次巻線１４によって電圧が充電され、充電用トランス１次巻線１３は、電力系統と接続される。なお、１５は充電用トランス２００のコアである。
１つの補償ユニット１１０内の２つの電圧補償回路Ｐ、Ｎは、それぞれ正・負の電圧発生をつかさどる。つまり、２つの充電ダイオード１２ｐ、１２ｎの作用により、充電コンデンサ１１ｐと充電コンデンサ１１ｎとには共通の２次巻線１４を用いてそれぞれ逆極性の電圧が同じ大きさで充電されている。
各補償ユニット１１０内の充電コンデンサ１１（（１１ｐ１，１１ｎ１）（１１ｐ２，１１ｎ２）（１１ｐ３，１１ｎ３））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。
Ｖｎ３＝２×Ｖｎ２＝２×２×Ｖｎ１ （ｐも同様）
【００２１】
定常短絡スイッチ８、瞬低切替スイッチ９、瞬低補償スイッチ１０は、検出制御部としての電圧瞬低制御回路１６に接続される。また、系統電圧５１０も電圧瞬低制御回路１６に入力される。この電圧瞬低制御回路１６の構成および動作について、以下に説明する。
図４は、電圧瞬低制御回路１６の詳細を示す回路図である。また、図５は、図１で示した電圧変動補償装置１００による電圧補償の動作と電圧瞬低制御回路１６の制御動作との関係を示す波形図である。
図４に示すように、系統電圧５１０は電圧瞬低制御回路１６に入力され、目標電圧発生部２５からの目標電圧５４０と比較される。両者の差を誤差増幅器２６にて増幅し、さらに絶対値変換を施した後、Ａ/Ｄコンバータ２７にて３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）に変換する。系統電圧５１０と目標電圧５４０との差が、充電コンデンサ１１ｐ１の充電電圧Ｖｐ１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のみが１、即ち゛００１゛となるよう、誤差増幅器２６のゲインは予め調整しておく。
【００２２】
Ｄ１〜Ｄ３の信号のいずれかが１となると、ＮＯＲ回路２８を通して、信号Ｚ（＝０）により定常短絡スイッチ８をオフする。
一方、電圧瞬低制御回路１６に入力された系統電圧５１０は、極性判定回路２９にも入力され、極性が判定される。次いで、系統電圧５１０の極性が正・負の場合に応じて、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３にてアクテイブとなる信号ＹｐもしくはＹｎ、ＸｐもしくはＸｎをＡＮＤ回路３０および反転器３１を経て選択する。Ｘｐ、Ｘｎは瞬低補償スイッチ１０の駆動信号で、Ｙｐ、Ｙｎは瞬低切替スイッチ９の駆動信号であり、瞬低切替スイッチ９と瞬低補償スイッチ１０とは常に逆極性にて動作するよう反転器３１にて構成されている。
系統電圧５１０が正常時、即ちデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３が全て０の時は、定常短絡スイッチ８はオン（信号Ｚは１）、瞬低切替スイッチ９はオン（信号Ｙは１）、瞬低補償スイッチ１０はオフ状態（信号Ｘは０）にあり、電流は定常短絡スイッチ８を流れる。このとき充電コンデンサ１１は充電用トランス２００によって一定の電圧に充電されている。充電用トランス２００は、充電コンデンサ１１を充電するのみの働きでよいから、小容量のもので済む。
【００２３】
次に、瞬低時の補償動作を図５に基づいて説明する。
時刻ｔ０において、系統電圧５１０に瞬時的に電圧低下が発生したとする。時刻ｔ０以降に誤差増幅回路２６の出力には誤差電圧が発生する。それに応じて、Ａ/Ｄコンバータ２７の出力には、誤差電圧に応じてデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３が発生する。それと同時に、信号Ｚが０となり、定常短絡スイッチ８はオフする。 時刻ｔ０〜ｔ１は系統電圧５１０の極性が正であるから、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３は、それぞれｐ側素子に伝達される。最下位ビットの信号Ｄ１が１のとき、電圧補償回路Ｐ１において、Ｘｐ１が１、Ｙｐ１が０となり、瞬低補償スイッチ１０ｐ１がオン、瞬低切替スイッチ９ｐ１がオフして、充電コンデンサ１１ｐ１の電圧Ｖｐ１が瞬低補償スイッチ１０ｐ１により出力される。信号Ｄ２が１のときは、電圧補償回路Ｐ２において、Ｘｐ２が１、Ｙｐ２が０となり、瞬低補償スイッチ１０ｐ２がオン、瞬低切替スイッチ９ｐ２がオフして、充電コンデンサ１１ｐ２の電圧Ｖｐ２が瞬低補償スイッチ１０ｐ２により出力される。同様に、最上位ビットの信号Ｄ３が１のとき、電圧補償回路Ｐ３において充電コンデンサ１１ｐ３の電圧Ｖｐ３が出力される。なお、各デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３のうち０となる信号については、例えば最下位ビットの信号Ｄ１が０のとき、電圧補償回路Ｐ１において、Ｘｐ１が０、Ｙｐ１が１であるので、瞬低切替スイッチ９ｐ１によって出力端が短絡されて電圧補償回路Ｐ１からの出力はほぼゼロとなる。これらの出力は、系統にて組み合わされ、゛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×Ｖｐ１となる。
時刻ｔ１〜ｔ２までは、系統電圧５１０の極性が負であるから、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３は、それぞｎ側素子に伝達されて、電圧補償回路Ｎ１〜Ｎ３において同様に補償電圧を出力し、最大の補償電圧は、７×Ｖｎ１となる。
【００２４】
上記実施の形態２では、直列接続された複数個の電圧補償回路Ｎ１、Ｐ１、Ｎ２、Ｐ２、Ｎ３、Ｐ３で構成される全補償回路１２０が直接電力系統に直列に接続されているため、従来のような大型のトランスが不要である。また、全補償回路１２０と並列に、高速機械式の定常短絡スイッチ８を備えて、系統電圧５１０が正常時には定常短絡スイッチ８が導通して電流をバイパスするため、正常時の装置ロスはほとんどゼロとなり、冷却装置が小容量でよく、装置全体が安価で小型化できる。
また、系統電圧５１０が瞬時低下したときには、それぞれ異なる電圧が充電された充電コンデンサ１１を有する複数個の電圧補償回路Ｎ１、Ｐ１、Ｎ２、Ｐ２、Ｎ３、Ｐ３をディジタル階調制御により組み合わせを選択して、出力電圧の総和で電圧補償するため、きめ細かい電圧補償が可能になり、出力フィルタが不要または小型でよい。また、一般に用いられるＰＷＭ制御の場合などで出力フィルタの帯域分に相当する応答遅れが発生するのに比して、制御方式がデジタル階調制御であるため、リアルタイムで電圧を補償でき、さらに精度良く電圧補償が可能である。
【００２５】
また、各電圧補償回路Ｐ１〜Ｐ３、Ｎ１〜Ｎ３の充電コンデンサ１１に充電される電圧は、Ｖｎ３＝２×Ｖｎ２＝２×２×Ｖｎ１（ｐも同様）としたため、補償電圧を等間隔で高精度に階調制御できる。
さらに充電コンデンサ１１は、電力系統に接続された充電用トランス２００を介して、系統電圧５１０の正常時にゆっくり充電できるため、充電用トランス２００は小容量で十分であり、充電回路は小型・安価となる。また、自動的に充電が行われるため装置が簡素化される。
【００２６】
このように、この実施の形態２では、高精度な階調制御によりきめ細かな電圧補償が可能であるが、このような高精度な電圧補償は、目標電圧５４０そのものが良好でなければ意味のないものである。このため、上記実施の形態１で示したように良好で連続した正弦波である目標電圧５４０を発生できる目標電圧発生部２５を備えたため、上述した高精度な階調制御によるきめ細かな電圧補償が、良好で信頼性の高い目標電圧５４０を負荷に供給すべく行われ、負荷にほぼ正常な電圧で電力が供給できる。
【００２７】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３について説明する。
図６はこの発明の実施の形態３による電圧変動補償装置における目標電圧発生部２５の構成図である。ここでは、上記実施の形態２で示した電圧変動補償装置１００に適用するものとする。
図に示すように、目標電圧発生部２５は記憶手段としての波形記憶装置５５０と、この波形記憶装置５５０から波形を呼び出す波形呼出装置５６０とから成る。波形記憶装置５５０には系統電圧５１０と図４で示した電圧瞬低制御回路１６のＮＯＲ回路２８の出力Ｚとが入力されている。波形記憶装置５５０は信号Ｚが「１」の場合には瞬時系統電圧を連続して記憶する。波形記憶装置５５０は少なくとも現在から過去１サイクル分の系統電圧５１０の波形を記憶しており、時間が進むにつれて最も古い系統電圧データが消去され最新の系統電圧５１０が記憶される。従って、常に少なくとも最新の過去１サイクル分の系統電圧波形を記憶するように記憶内容が更新されつづけている。一方、信号Ｚが「０」になると記憶内容の更新をストップする。波形呼出装置５６０は波形記憶装置５５０から１サイクル前の記憶内容である瞬時系統電圧を呼出しつづけており、呼出した電圧波形を目標電圧５４０として出力する。信号Ｚが「０」の時は波形記憶装置５５０の記憶内容が更新されないため、記憶内容の最新の１サイクルの内、その時点に相当する位相の瞬時系統電圧を呼出し目標電圧５４０とする。
【００２８】
系統電圧５１０、波形記憶装置５５０の記憶波形、および目標電圧５４０の関係を図７に示す。時刻Ａは系統電圧５１０が正常な時、時刻Ｂは電圧低下発生時、時刻Ｃは電圧低下期間中の時とする。
系統電圧５１０が正常な場合、時刻Ａの目標電圧は次のように求められる。時刻Ａにおいて、波形記憶装置５５０には図の太線で示すように、時刻Ａに至るまでの少なくとも過去１サイクルの所定期間における系統電圧５１０（記憶波形Ａ）が記憶されている。時刻Ａの電圧零点からの位相（以下、単に位相と称す）がαとすれば、これに対応する位相αの記憶波形Ａの値を波形呼出装置５６０は波形記憶装置５５０から呼出し目標電圧５４０とする。これは１サイクル前の瞬時系統電圧である。時刻Ａにおいて電圧補償回路Ｐ、Ｎが動作しなければ信号Ｚは「１」であり、波形記憶装置５５０は時刻Ａの系統電圧５１０の値を位相αの値として新たに記憶する。信号Ｚが「１」すなわち系統電圧５１０が正常な限り同様な動きで目標電圧５４０は出力される。
【００２９】
系統電圧５１０に瞬時電圧低下が発生した場合を以下に説明する。図７の時刻Ｂの目標電圧５４０の値は上記と同様に、時刻Ｂの位相がβとすれば波形記憶装置５５０の記憶波形Ｂの位相βの値が波形呼出装置５６０に呼出され出力される。この目標電圧５４０と系統電圧５１０が比較され電圧低下と判断されると電圧補償回路Ｐ、Ｎが動作し、ＮＯＲ回路２８の出力信号Ｚが「０」となる。信号Ｚが「０」になると波形記憶装置５５０は記憶波形の更新を停止し、以後の目標電圧５４０は系統電圧５１０が正常時に記憶された記憶波形Ｂから呼出される。すなわち位相βの目標電圧５４０の値は記憶波形Ｂの位相βの電圧値となる。
図７では、ある時刻に出力すべき目標電圧５４０の位相を、目標電圧５４０の電圧零点を基準として求めるように表されているが、系統電圧５１０が恒常的に零でなければ当然系統電圧５１０の電圧零点から求めても良い。
【００３０】
この実施の形態では、系統電圧５１０が正常時には１サイクル前の瞬時系統電圧を目標電圧とし、瞬低時には、その時点の位相に相当する瞬低発生前の正常な瞬時系統電圧を目標電圧５４０とするため、常に正常な瞬時系統電圧による連続した正弦波を目標電圧５４０に用いることができ、常に高精度な電圧補償が可能となる。
【００３１】
なおこの実施の形態では、ＮＯＲ回路２８の出力である信号Ｚが「１」場合には、常に少なくとも最新の過去１サイクル分の系統電圧波形を記憶するように記憶内容を更新しつづけたが、過去のあるサイクル数の系統電圧５１０を累積平均した１サイクル分の波形を記憶していても良い。この場合は瞬時系統電圧５１０の値が得られる度に、記憶内容の中のその時点に相当する位相の瞬時系統電圧と累積平均を取って記憶内容を更新する。これにより、より信頼性の高い目標電圧５４０が得られる。
また２サイクル分の記憶容量を波形記憶装置５５０に用意し、正常な系統電圧５１０の１サイクル分のデータを１セットとして、１セット毎（正常な系統電圧１サイクルのデータ）に波形記憶装置５５０の記憶内容を更新（置換えるか累積平均を取りなおす）しても良い。
【００３２】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４について説明する。
図８はこの発明の実施の形態４による電圧変動補償装置における目標電圧発生部２５の構成図である。この実施の形態では、波形記憶装置５５０は電圧変動補償装置の出力側電圧、すなわち負荷供給電圧５７０が入力され、少なくとも現在から過去１サイクル分の負荷供給電圧５７０を記憶しており、時間の進むにつれて記憶内容を更新し続けている。波形呼出装置５６０は波形記憶装置５５０から１サイクル前の瞬時負荷供給電圧５７０を呼出し続けており、これを目標電圧５４０として出力する。
【００３３】
図９に系統電圧５１０、負荷供給電圧５７０、波形記憶装置５５０の記憶波形、および目標電圧５４０の関係を示す。系統電圧５１０が正常の時は、電圧変動補償装置は電圧補償動作しておらず出力側電圧すなわち負荷供給電圧５７０は系統電圧５１０と等しい。このような状況の時刻Ａの目標電圧５４０の値は次のように求まる。時刻Ａにおいて、波形記憶装置５５０には少なくとも最新の過去１サイクルの所定期間における負荷供給電圧５７０（正常時の系統電圧５１０に等しい）波形である記憶波形Ａが記憶されている。時刻Ａの負荷供給電圧５７０の位相がαとすれば、波形呼出装置５６０は波形記憶装置５５０の記憶波形Ａの位相αの値を呼出し、目標電圧５４０とする。これは１サイクル前の瞬時負荷供給電圧である。波形記憶装置５５０は時刻Ａの負荷供給電圧５７０の値を位相αの値として新たに記憶する。
時間の進展に従って同様に目標電圧５４０を求め出力し、波形記憶装置５５０の記憶波形の更新を繰り返す。系統電圧に電圧低下が発生した時刻Ｂにおいても同様に目標電圧５４０を求め出力する。電圧低下が１サイクル以上続いた時刻Ｃでは、波形記憶装置５５０内の最新の過去１サイクルの記憶波形Ｃは全て電圧低下期間中の負荷供給電圧５７０となっているが、電圧補償されているために負荷供給電圧５７０は電圧補償後の負荷が正常に働く良好な電圧に保たれる。従って、時刻Ｃの目標電圧５４０の値を上述したように１サイクル前の瞬時負荷供給電圧としても、電圧変動補償装置は負荷が正常に働く電圧となるように電圧補償することができる。
【００３４】
この実施の形態では、目標電圧５４０を負荷を正常に動作させる負荷供給電圧５７０とするため、負荷に良好な電力供給が継続して行える電圧補償が可能になる。また電圧補償動作に拘わらず１サイクル前の瞬時負荷供給電圧を目標電圧５４０とすることができ、波形記憶装置５５０の記憶内容の更新、停止の制御が不要で目標電圧発生部２５の構成が簡略化できる。
【００３５】
なおこの実施の形態では、ある時刻に出力すべき目標電圧５４０の位相を、目標電圧５４０の電圧零点から求めるように図９で示しているが、負荷供給電圧５７０の電圧零点あるいは系統電圧５１０が恒常的に零でなければ系統電圧５１０の電圧零点から求めても良い。
またこの場合も、波形記憶装置５５０は過去のあるサイクル数の系統電圧５１０を累積平均した１サイクル分の波形を記憶していても良く、より信頼性の高い目標電圧５４０が得られる。
【００３６】
さらにまた、上記実施の形態３、４では、記憶手段となる波形記憶装置５５０は波形を記憶するとしたが、それぞれの位相の瞬時電圧、あるいは対応する位相の該瞬時電圧を累積平均した電圧値の集合を記憶する記憶装置であっても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る請求項１記載の電力変動補償装置は、系統電圧から位相同期信号を取得し、この位相同期信号の発生時点に至る最新の所定期間における上記系統電圧の平均周波数を検出して、該平均周波数を有する単位サイクルの正弦波を上記位相同期信号の発生毎に発生させて、上記正弦波の電圧を補償目標電圧とするため、補償目標電圧が良好な連続した正弦波となり、高精度な電圧補償が可能になる。
【００３８】
またこの発明に係る請求項２記載の電力変動補償装置は、請求項１において、正弦波の発生は、系統電圧が概ゼロで該系統電圧から位相同期信号が取得できない場合、直前に発生された正弦波を連続発生させるため、系統電圧が概ゼロであっても、補償目標電圧となる良好な連続した正弦波が得られ、常に高精度な電圧補償が可能になる。
【００３９】
またこの発明に係る請求項３記載の電力変動補償装置は、請求項１または２において、正弦波の振幅は、正常時の系統電圧の出力振幅に予め設定されるため、より高精度で信頼性の高い電圧補償が実現できる。
【００４０】
またこの発明に係る請求項４記載の電力変動補償装置は、過去の最新の所定期間の系統電圧を同位相毎に累積平均して求めた１サイクル分の系統電圧を記憶する手段を備え、該記憶手段は、補償電圧出力中は上記系統電圧を更新せずにそれ以前に記憶された系統電圧を保持し、補償目標電圧は、その時点に相当する位相の瞬時系統電圧を上記記憶手段内の系統電圧から抽出して用いるため、常に正常な瞬時系統電圧から補償目標電圧を取得でき、高精度でより信頼性の高い電圧補償が可能となる。
【００４１】
またこの発明に係る請求項５記載の電力変動補償装置は、過去の最新の所定期間の負荷供給電圧を同位相毎に累積平均して求めた１サイクル分の負荷供給電圧を記憶する手段を備え、補償目標電圧は、その時点に相当する位相の瞬時負荷供給電圧を上記記憶手段内の負荷供給電圧から抽出して用いるため、常に電圧補償後の良好な瞬時負荷供給電圧から補償目標電圧を取得でき、高精度でより信頼性の高い電圧補償が可能となる。
【００４２】
またこの発明に係る請求項６記載の電力変動補償装置は、請求項１〜５のいずれかにおいて、それぞれ異なる電圧が蓄積されるエネルギ蓄積手段を備え該エネルギ蓄積手段に蓄積された直流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、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を、系統電圧の電圧低下量を補償する補償電圧とするため、安価で小型化の促進された装置構成で、きめ細かな高精度な電圧補償が、良好で信頼性の高い補償目標電圧を負荷に供給すべく行われる。
【００４３】
またこの発明に係る請求項７記載の電力変動補償装置は、請求項６において、複数の電圧補償回路内のエネルギ蓄積手段にそれぞれ蓄積される異なる電圧の絶対値は、最も小さい該電圧補償回路の出力電圧（絶対値）に対して概２Ｋ倍（Ｋ＝０、１、２、・・・）であるため、補償電圧を等間隔で階調制御でき、さらに精度良く電圧補償が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置における目標電圧発生部の構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による目標電圧発生の動作を説明する図である。
【図３】 この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置の構成図である。
【図４】 この発明の実施の形態２による電圧瞬低制御回路の詳細を示す回路図である。
【図５】 この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置の動作を説明する波形図である。
【図６】 この発明の実施の形態３による電圧変動補償装置における目標電圧発生部の構成図である。
【図７】 この発明の実施の形態３による目標電圧発生の動作を説明する図である。
【図８】 この発明の実施の形態４による電圧変動補償装置における目標電圧発生部の構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態４による目標電圧発生の動作を説明する図である。
【図１０】 従来の電圧変動補償装置の概略構成図である。
【図１１】 従来の電圧変動補償装置の電圧補償動作を説明する図である。
【図１２】 従来の電圧変動補償装置における目標電圧発生部の構成図である。
【符号の説明】
１ 送電線、３ 負荷（需要家）、１１ エネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ、
１６ 検出制御部としての電圧瞬低制御回路、２５ 目標電圧発生部、
５１０ 系統電圧、５２０ 位相同期信号、５２２ 平均周波数、
５３０ 正弦波発生器、５４０ 目標電圧、５５０ 記憶手段としての波形記憶装置、
５６０ 波形呼出装置、５７０ 負荷供給電圧、１００ 電圧変動補償装置、
Ｐ１〜Ｐ３，Ｎ１〜Ｎ３ 電圧補償回路。
Claims (7)
- 電力系統に接続され、該系統電圧の補償目標電圧からの電圧低下量を監視して、それに基づく給電制御により、上記電圧低下量を補償する補償電圧を出力して負荷に供給される電圧変動を抑える電圧変動補償装置において、上記系統電圧から位相同期信号を取得し、この位相同期信号の発生時点に至る最新の所定期間における上記系統電圧の平均周波数を検出して、該平均周波数を有する単位サイクルの正弦波を上記位相同期信号の発生毎に発生させて、上記正弦波の電圧を上記補償目標電圧とすることを特徴とする電圧変動補償装置。
- 正弦波の発生は、系統電圧が概ゼロで該系統電圧から位相同期信号が取得できない場合、直前に発生された正弦波を連続発生させることを特徴とする請求項１記載の電圧変動補償装置。
- 正弦波の振幅は、正常時の系統電圧の出力振幅に予め設定されることを特徴とする請求項１または２記載の電圧変動補償装置。
- 電力系統に接続され、該系統電圧の補償目標電圧からの電圧低下量を監視して、それに基づく給電制御により、上記電圧低下量を補償する補償電圧を出力して負荷に供給される電圧変動を抑える電圧変動補償装置において、過去の最新の所定期間の系統電圧を同位相毎に累積平均して求めた１サイクル分の系統電圧を記憶する手段を備え、該記憶手段は、上記補償電圧出力中は上記系統電圧を更新せずにそれ以前に記憶された系統電圧を保持し、上記補償目標電圧は、その時点に相当する位相の瞬時系統電圧を上記記憶手段内の系統電圧から抽出して用いることを特徴とする電圧変動補償装置。
- 電力系統に接続され、該系統電圧の補償目標電圧からの電圧低下量を監視して、それに基づく給電制御により、上記電圧低下量を補償する補償電圧を出力して負荷に供給される電圧変動を抑える電圧変動補償装置において、過去の最新の所定期間の負荷供給電圧を同位相毎に累積平均して求めた１サイクル分の負荷供給電圧を記憶する手段を備え、上記補償目標電圧は、その時点に相当する位相の瞬時負荷供給電圧を上記記憶手段内の負荷供給電圧から抽出して用いることを特徴とする電圧変動補償装置。
- それぞれ異なる電圧が蓄積されるエネルギ蓄積手段を備え該エネルギ蓄積手段に蓄積された直流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、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を、系統電圧の電圧低下量を補償する補償電圧とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電圧変動補償装置。
- 複数の電圧補償回路内のエネルギ蓄積手段にそれぞれ蓄積される異なる電圧の絶対値は、最も小さい該電圧補償回路の出力電圧（絶対値）に対して概２Ｋ倍（Ｋ＝０、１、２、・・・）であることを特徴とする請求項６記載の電圧変動補償装置。
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