JP4031145B2 - 無停電工事用電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、各戸の無停電工事に用いられる無停電工事用電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、引込線の取換え,修理等の工事対象戸が1戸の小規模の配電工事を無停電で行うため、本願の出願人は、特願平9−101072号の出願により、つぎに説明する無停電工事用電源装置を既に発明している。
【0003】
この既発明の無停電工事用電源装置は、蓄電池等の直流電源を静止型変換器構成のDC/AC変換部により系統電源に相当する交流のバックアップ電源に変換し、このバックアップ電源を工事対象戸に給電する。
【0004】
そして、直流電源を小容量の蓄電池等とすることにより、露地等にも持運ぶことができ、小型軽量な構成で工事可能な地域の制限や工事中の騒音の発生や大気汚染なく、負荷による変動のない安定な無停電工事が行えるものである。
【0005】
ところで、この無停電工事用電源装置は事載装置としてもよく、とくに、近年の電気自動車の普及に伴い、電気自動車に搭載してその駆動用バッテリを直流電源に利用することが考えられる。
【0006】
そして、小型のいわゆる軽貨物電気自動車等であれば、細い露地にも進入できるため、工事可能範囲の制約も極めて少なく、持運ぶ場合と同等の工事が行える。
【0007】
つぎに、従来の無停電工事用電源装置を用いた工事の手順等について説明する。
まず、工事前に装置の給電ライン及び検電ラインの先端のクリップを工事対象戸の引込線の工事個所より負荷側(家屋側),配電線側(系統側)にそれぞれ接続し、検電ラインから取込んだ配電線の系統電源の電圧(系統電圧)を基準にした同期CVCF運転により、DC/AC変換部を系統電源に連系運転する。
【0008】
そして、DC/AC変換部が連系運転状態になると、引込線を切断してその取換え等の工事を行う。
【0009】
この工事中は、DC/AC変換部から出力されたバックアップ電源により工事対象戸の給電が継続する。
【0010】
そして、工事が終了すると、引込線が再接続されてDC/AC変換部が再び連系運転の状態に戻り、その後、DC/AC変換部の運転が停止されて給電ライン及び検電ラインのクリップが引込線から取外されて工事が完了する。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
前記既出願の従来装置の場合、工事前,後の連系運転の際にDC/AC変換部の出力電圧を配電線の系統電源の電圧に同期させるため、給電ラインだけでなく検電ラインをクリップにより引込線に接続して検相クランプを行う必要があり、しかも、工事が終了すると検電ラインの取外しも必要になり、作業性が悪い問題点がある。
【0012】
また、検電ラインのケーブル長の制限により、車載仕様等の場合、電源装置から工事対象戸までの距離が長くなると、工事が行えない事態も生じる。
【0013】
本発明は、検電ラインを用いた検相クランプを行うことなく、DC/AC変換部の出力が系統電源と同期するようにし、作業効率の向上等を図ることを課題とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明の無停電工事用電源装置においては、
検電ラインを前記引込線に接続して検相クランプを行うことなく、
DC/AC変換部を制御する制御部に、
DC/AC変換部の出力側の電圧に基づき、検出位相を出力する検出電圧位相演算部と、
前記DC/AC変換部の出力側の電圧に基づき、制御基準の演算位相を、前記系統電源の周期に基づく単位量の累積演算により出力する基準電圧位相演算部と、
検出位相と演算位相との誤差を算出し,誤差が設定量以上になるときに演算位相を検出位相に補正する誤差検出部と、
演算位相に基づきDC/AC変換部の出力電圧の位相を制御し,工事前にDC/AC変換部を連系運転に制御し,工事中にDC/AC変換部を自立運転に制御し,工事終了時にDC/AC変換部を連系運転に戻す手段とを設ける。
【0015】
したがって、従来装置のように検電ラインを引込線にクリップ等で接続することなく、工事前はDC/AC変換部の交流出力側が活線状態の引込線に接続されてDC/AC変換部が配電線の系統電源に連系運転される。
【0016】
また、DC/AC変換部の出力電圧の位相は制御部の演算位相によって制御され、この演算位相はDC/AC変換部の出力側の電圧の検出位相から設定量以上ずれそうになると、検出位相に補正される。
【0017】
そして、系統電源がDC/AC変換部の出力より極めて大容量であることから、工事前の連系運転中は、前記検出位相が系統電源の位相になり、演算位相が系統電源の位相に一致してDC/AC変換部が系統電源に同期して運転される。
【0018】
また、引込線が配電線から切離される工事中は、その直前の系統電源の位相を基準にした演算位相に基づいてDC/AC変換部が自立運転され、その出力が工事対象戸に給電されて無停電工事が行われる。
【0019】
そして、工事が終了して引込線が配電線に再接続されると、検出位相が再び系統電源の位相になり、このとき、工事中の演算誤差等により演算位相が検出位相から設定量以上ずれていると、演算位相が検出位相に補正され、工事終了によるDC/AC変換部の連系運転が系統電源に同期する。
【0020】
そのため、従来装置の検電ラインを用いた検相クランプを行うことなく、DC/AC変換部の出力が系統電源に同期し、作業性が向上するとともに、検電ラインのケーブル長による工事可能範囲の制約を受けることもない。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の1形態につき、図1ないし図4を参照して説明する。
図1は全体構成を示し、蓄電池等の直流電源1に3相インバータからなる静止型変換器構成のDC/AC変換部2の直流入力側が接続され、この変換部2の交流出力側がリアクトル部3の各相の連系リアクトル3u,3v,3w,遮断器部4の各相の遮断器4u,4v,4wを介して端子台5の各相の出力端子5u,5v,5wに接続される。
【0022】
また、DC/AC変換部2を制御する制御部6は、デジタル演算機能を有する制御演算回路7と、この制御演算回路7に接続されたインバータパルス発生回路8とからなり、制御演算回路7は3相/2相変換により2相の電圧情報からDC/AC変換部2の3相の制御を行うため、例えば計器用変圧器9u,9wの2相U,Wの計測電圧の信号が供給される。
【0023】
そして、図1の装置は例えば図2に示す電気自動車10に搭載されて直流電源1が電気自動車10の駆動用バッテリ11により形成され、電気自動車10によって工事対象戸12の近くに運ばれる。
【0024】
なお、図2の13は図1のDC/AC変換部2,リアクトル部3,制御部6及び計器用変圧器9u,9w等が形成する回路ブロックである。
【0025】
そして、端子台5の各相の出力端子5u,5v,5wが接続ケーブル14を介して工事対象戸12の引込線15の各相の工事対象個所より負荷側(家屋側)に接離自在に接続された後、図示省略された装置のスタート(起動)釦が押される。
【0026】
このとき、引込線15は活線状態であり、DC/AC変換部2の出力側各相に配電線16の系統電源の各相の電圧が印加される。
【0027】
そして、計器用変圧器9u,9wの計測電圧の信号が制御部6の制御演算回路7に供給される。
【0028】
この制御演算回路7はハードウェア回路又はマイクロコンピュータのソフトウェアにより、図3に示すように形成され、計器用変圧器9u,9wの2相U,Wの計測電圧Vu,Vwの信号を検出部7aによりそれぞれデジタルの情報にA/D変換する。
【0029】
さらに、計測電圧Vu,Vw(ベクトル量)の情報が3相/2相変換部7bに供給され、この変換部7bは3相の電圧Vu,Vv,Wwにつき、Vu+Vv+Vw=0の条件下、つぎの数1の式の変換演算によって3相/2相変換し、2相変換された電圧Va,Vb(ベクトル量)の情報を得る。
【0030】
【数1】
【0031】
そして、電圧Va,Vbの情報は検出電圧位相演算部7c及び基準電圧位相演算部7dに供給され、演算部7cは電圧Va,Vbに基づき、つぎの数2の2式の大きさ|Vc|,検出位相ωtの電圧VcをD/C変換部2の出力電圧として求める。
【0032】
【数2】
【0033】
一方、基準電圧位相演算部7dはつぎの数3の式の演算をくり返し、D/C変換部2の出力電圧の制御基準の時々刻々の演算位相θを、単位量Δの累積演算から求める。
【0034】
【数3】
【0035】
なお、単位量Δは系統電圧の1周期1/60秒又は1/50秒の累積が360°になるように、系統電圧の周期及び制御演算回路7の演算周期に基づいて定められる。
【0036】
そして、誤差検出部7eにより最新の検出位相ωtと演算位相θとの誤差(ωt−θ)を演算し、この誤差(ωt−θ)がDC/AC変換部2の運転の切換えに伴う出力側の電圧位相のジャンプによって設定量α以上になったか否かを判別する。
【0037】
この判別により、|(ωt−θ)|≧αの大きな位相ずれ(位相のジャンプ)を検出したときは、演算位相θを検出位相ωtに補正して制御基準の位相として後段のリミッタ7fに供給し、|(ωt−θ)|<αの位相ずれがほとんどないときは、演算位相θをそのまま制御基準の位相としてリミッタ7fに供給する。
【0038】
そして、設定量αを小さくする程、同期特性は向上するが、工事中に工事対象戸12の負荷擾乱によるDC/AC変換部2の出力電圧の位相変動も検出して誤補正する事態が発生し、最悪の場合DC/AC変換部2の出力周波数が高い方又は低い方に発散するおそれがあるため、設定量αを小さくしても不都合が生じないように、演算位相θの補正範囲を周波数換算で基準周波数(60Hz又は50Hz)の±1Hzの範囲に制限して後段の基準電圧作成部7gに供給する。
【0039】
つぎに、電圧Va,Vbの情報が減算器7ha,7hbにも供給され、両減算器7ha,7hbにより電圧Va,Vbの振幅と設定振幅Va(set) ,Vb(set) との誤差を演算し、両減算器7ha,7hbの振幅誤差をPI制御又はPID制御のコントローラ部7ia,7ibを介して基準電圧作成部7gに2相の基準振幅Va(ref),Vb(ref)の情報として供給する。
【0040】
そして、基準電圧作成部7gは演算位相θと基準振幅Va(ref),Vb(ref)とに基づき、つぎの数4の2式の演算から2相の基準電圧Va(REF),Vb(REF)の情報を生成する。
【0041】
【数4】
【0042】
さらに、基準電圧作成部7gの基準電圧Va(REF),Vb(REF)の情報が2相/3相変換部7jに供給され、この変換部7jはつぎの数5の式の演算により、基準電圧Va(REF),Vb(REF)を3相U,V,Wの基準電圧Vu(REF),Vv(REF),Vw(REF)の情報に変換し、これらをD/A変換して電圧Va, Vbの変動に応じて振幅変化する3相U,V,Wの制御基準信号を形成する。
【0043】
【数5】
【0044】
そして、これらの制御基準信号がインバータパルス発生回路8に供給され、この発生回路8が各制御基準信号と一定レベルの信号とを比較して各相の駆動パルス信号を形成し、これらのパルス信号によりDC/AC変換部2のインバータ動作を制御する。
【0045】
したがって、DC/AC変換部2は設定振幅Va(set),Vb(set)と演算位相θとに基づくフィードバック制御で直流電源1(11)を系統周波数の3相の交流電源と変換し、引込線15が活線状態のときは、検出位相ωtが系統電源の電圧位相になることから、検出位相ωtに制御された演算位相θに基づき、その出力電圧が系統電源の電圧位相に同期し、系統電源に連系運転されて系統電源に同期して交流電源を出力する。
【0046】
つぎに、例えば図2の×印の個所(工事個所)で配電線16が切断されて工事が始まると、引込線15の系統電源は消失するが、DC/AC変換部2の交流電源が工事対象戸12に給電され、無停電で工事が行われる。
【0047】
このとき、DC/AC変換部2の出力側の電圧がDC/AC変換部2の各相の出力電圧になるため、検出位相ωtと演算位相θとは等しくなる。
【0048】
したがって、工事中は基準電圧位相演算部7dの演算位相θに基づく位相制御により、DC/AC変換部2が自立運転される。
【0049】
つぎに、工事が終了して図2の×印の切断個所が復旧し、引込線15が再び活線状態になると、DC/AC変換部2の出力側の電圧が再び系統電圧になる。
【0050】
ところで、基準電圧位相演算部7dの演算誤差等に基づき、工事中の自立運転によるDC/AC変換部2の出力電圧の位相は工事開始直前の位相からずれる。
【0051】
そして、復旧時刻txにおいて、図4の(a),(b)に示す振幅,位相の系統電圧に対し、DC/AC変換部2の出力電圧の振幅,位相が同図の(c),(d)に示すように大きくずれていたとする。
【0052】
このとき、復旧と同時にDC/AC変換部2の出力側の電圧がDC/AC変換部2の出力電圧から系統電圧に変化し、検出電圧位相演算部7cの検出位相ωtが系統電圧の位相になって検出位相ωtと演算位相θとに誤差(ωt−θ)が生じる。
【0053】
そして、工事中の演算位相θのずれ等に基づき、復旧時にDC/AC変換部2の出力側の電圧位相に大きな変動(位相ジャンプ)が生じると、誤差(ωt−θ)が設定量α以上になり、誤差検出部7eにより演算位相θが検出位相ωtに補正され、変換部7jの制御基準信号が系統電圧の振幅,位相を基準にした信号に変化する。
【0054】
そのため、DC/AC変換部2の運転が自立運転から再び連系運転に移行し、DC/AC変換部2の交流電源が系統電圧に同期する。
【0055】
そして、制御演算回路7のデジタル演算の制御周期が極めて短く、系統電源の復旧により計測電圧Vu,Vwが系統電圧に変化すると、この変化に応動して変換部7jの制御基準信号が瞬時に系統電圧の振幅,位相に基づく信号に変化し、DC/AC変換部2の運転の切換えが瞬時に行われる。
【0056】
そのため、系統電圧の復旧時に系統電圧とDC/AC変換部2の自立運転の出力電圧との位相差に基づく過大な横流が電源装置側に発生せず、この横流による遮断器4u,4v,4wの開放等の保護動作が生じることなく、工事が終了する。
【0057】
その後、装置のストップ釦が押されてDC/AC変換部2が停止し、接続ケーブル14が引込線15から取外されて工事が完了する。
【0058】
この場合、従来装置のように検電ラインのケーブル接続が不要で作業性が向上し、短時間に効率よく無停電工事を行うことができ、しかも、検電ラインのケーブル長の制約がなく、工事可能範囲が拡大する。
【0059】
ところで、前記実施の形態においては、3相/2相変換を行って制御演算回路7の演算処理を簡単にするようにしたが、3相/2相変換を行うことなく、各相の計器用変圧器の検出電圧に基づき、3相U,V,Wそれぞれにつき、検出位相ωt,演算位相θ及び振幅誤差を求めて基準電圧Vu,Vv,Vwの情報を形成してもよいのは勿論である。
【0060】
また、直流電源1を携帯可能な2次電池とし、この電源装置を作業員が持運ぶようにしてもよい。
【0061】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
従来装置のように検電ラインを引込線15に接続することなく、工事前のDC/AC変換部2の交流出力側が活線状態の引込線15に接続されてDC/AC変換部2が配電線16の系統電源に連系運転される。
【0062】
このとき、DC/AC変換部2の位相が制御部6の演算位相によって制御され、この演算位相がDC/AC変換部2の出力側の電圧の検出位相から設定量以上ずれそうになると、検出位相に補正される。
【0063】
そして、引込線15が配電線16から切離される工事中は、その直前の系統電源の位相を基準にした演算位相に基づいてDC/AC変換部2が自立運転され、その出力が工事対象戸12に給電されて無停電工事が行われる。
【0064】
さらに、工事が終了して引込線15が配電線16に再接続されると、検出位相が再び系統電源の位相になり、このとき、工事中の演算誤差等により演算位相が検出位相から設定量以上ずれていると、演算位相が検出位相に補正され、工事終了によるDC/AC変換部2の連系運転を系統電源に同期する。
【0065】
したがって、従来装置の検電ラインを用いた検相クランプを行うことなく、DC/AC変換部2の出力を系統電源に同期させることができ、作業性が向上するとともに、検電ラインのケーブル長による工事可能範囲の制約を受けることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の1形態の回路ブロック図である。
【図2】図1の電源装置を用いた工事例の説明図である。
【図3】図1の一部の詳細な回路ブロック図である。
【図4】(a),(b)は図1の系統電圧の波形図,位相変化の説明図であり、(c),(d)は図1のDC/AC変換部の出力電圧の波形図,位相変化の説明図である。
【符号の説明】
1 直流電源
2 DC/AC変換部
6 制御部
7 制御演算回路
8 インバータパルス発生回路
12 工事対象戸
15 引込線
16 配電線
Claims (1)
- 蓄電池等の直流電源をインバータ動作により交流電源に変換して出力する静止型変換器構成のDC/AC変換部と、前記DC/AC変換部を制御する制御部とを備え、
工事前に前記DC/AC変換部の交流出力側が工事対象戸の活線状態の引込線に接離自在に接続され、前記DC/AC変換部が配電線の系統電源に連系運転され、
前記引込線が前記配電線から切離される工事中に前記DC/AC変換部から前記工事対象戸への給電を継続し、
前記引込線が前記配電線に接続されて活線状態に戻る工事終了後に前記DC/AC変換部の運転が停止されて前記DC/AC変換部の出力側が前記配電線から切離される無停電工事用電源装置において、
検電ラインを前記引込線に接続して検相クランプを行うことなく、
前記制御部に、
前記DC/AC変換部の出力側の電圧に基づき、検出位相を出力する検出電圧位相演算部と、
前記DC/AC変換部の出力側の電圧に基づき、制御基準の演算位相を、前記系統電源の周期に基づく単位量の累積演算により出力する基準電圧位相演算部と、
前記検出位相と前記演算位相との誤差を算出し,前記誤差が設定量以上になるときに前記演算位相を前記検出位相に補正する誤差検出部と、
前記演算位相に基づき前記DC/AC変換部の出力電圧の位相を制御し,工事前に前記DC/AC変換部を前記連系運転に制御し,工事中に前記DC/AC変換部を自立運転に制御し,工事終了時に前記DC/AC変換部を前記連系運転に戻す手段とを設けた
ことを特徴とする無停電工事用電源装置。
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