JP4037380B2 - Voltage compensator - Google Patents
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Description
この発明は、負荷に供給される電源電圧が低下した際に、電源電圧に補償電圧を重畳して電圧低下を補償する電圧補償装置に関するものである。 The present invention relates to a voltage compensation device that compensates for a voltage drop by superimposing a compensation voltage on a power supply voltage when the power supply voltage supplied to a load drops.
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。
The voltage of the electric power system is instantaneously reduced by lightning, etc., and precision equipment such as factories malfunctions or is temporarily stopped, which can cause great damage on the production line. In order to prevent such damage, a voltage fluctuation compensator that monitors voltage fluctuations such as an instantaneous voltage drop (hereinafter referred to as a momentary voltage drop) of the power system and compensates for the voltage drop is used.
A conventional voltage fluctuation compensator is configured by a plurality of voltage compensation circuits that are connected in series to a power system and output a compensation voltage with either positive or negative polarity. Each voltage compensation circuit is provided with a full bridge inverter composed of four semiconductor switching elements with diodes connected in antiparallel, and a charging capacitor, which converts the DC voltage of the charging capacitor into AC and outputs it. In addition, a high-speed mechanical steady short-circuit switch is provided in parallel at the output terminal of each voltage compensation circuit. The charging capacitors in each voltage compensation circuit are charged with different voltages by the charging diode and the charging transformer, and the voltage ratio is set to a power ratio of about 2.
定常時、電流は定常短絡スイッチを流れる。また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にて電圧低下を検出し、それに基づく給電制御により、定常短絡スイッチを開放し、誤差電圧に応じて複数の電圧補償回路内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(例えば、特許文献1参照)。 Constantly, current flows through a steady short circuit switch. In addition, when a voltage drop occurs instantaneously in the system voltage, the voltage drop is detected by a detection unit that monitors voltage fluctuation, and a steady short-circuit switch is opened by power supply control based on the voltage drop, and a plurality of voltage drops depending on the error voltage. A desired combination is selected from the voltage compensation circuit, and the voltage drop of the power system is compensated by the sum of the output voltages (see, for example, Patent Document 1).
上記のような従来の電圧補償装置では、系統電圧の瞬低発生時に補償電圧を系統電圧に重畳することで電圧低下を補償するものであるため、電源側の電圧が例えば100%低下した場合は、不足分の100%の補償電圧を発生して負荷側に電圧供給する。電圧補償装置の上流に設けられたブレーカが何らかの事情によりオフされた場合、電圧補償装置の電源側の電圧変動を監視している検出部では電源電圧が0Vに低下したと判断し、不足分の100%の補償電圧を発生して負荷側に電圧供給しようとする。上流のブレーカがオフしているため、電源側で検出される電圧は、補償電圧の発生により変動し、その変動をさらに補償しようとする不要な補償動作を行ってしまうという問題点があった。 In the conventional voltage compensator as described above, the voltage drop is compensated by superimposing the compensation voltage on the system voltage at the time when the system voltage is suddenly reduced. Then, the compensation voltage of 100% of the shortage is generated and supplied to the load side. When the breaker provided upstream of the voltage compensator is turned off for some reason, the detection unit monitoring the voltage fluctuation on the power supply side of the voltage compensator determines that the power supply voltage has dropped to 0 V, and the shortage 100% compensation voltage is generated to try to supply voltage to the load side. Since the upstream breaker is off, the voltage detected on the power supply side fluctuates due to the generation of the compensation voltage, and there is a problem that an unnecessary compensation operation for further compensating for the fluctuation is performed.
また、電圧低下の検出に基づいて制御部にて制御信号を発生することで給電制御を行っているが、制御部を動作させるための電源回路には、起動時にも、電源電圧の低下時にも電圧供給されるように、該電源回路を電源側と負荷側との双方の端子に接続して、それぞれノイズフィルタを介して電圧供給されるようにしていた。これにより、装置構成の簡略化の妨げになるものであった。 In addition, power supply control is performed by generating a control signal in the control unit based on the detection of the voltage drop, but the power supply circuit for operating the control unit has both a start-up and a power supply voltage drop. In order to supply voltage, the power supply circuit is connected to both terminals on the power supply side and the load side so that the voltage is supplied through the noise filter. This hinders simplification of the device configuration.
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、電圧補償装置の上流に設けられたブレーカがオフされた場合に、速やかに検知して不要な電圧補償動作を停止させることを第1の目的とする。
さらに、制御部を動作させるための電源回路に電圧供給するための回路構成を簡略化して小型で安価な装置構成を提供することを第2の目的とする。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and when a breaker provided upstream of the voltage compensator is turned off, it can quickly detect and perform unnecessary voltage compensation operation. The first purpose is to stop the operation.
It is a second object of the present invention to provide a small and inexpensive device configuration by simplifying a circuit configuration for supplying a voltage to a power supply circuit for operating a control unit.
この発明に係る電圧補償装置は、エネルギ蓄積手段を有して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補償回路を交流電源に直列接続し、該電源電圧に並列接続されて該電源電圧を監視する電圧検出部、および該電源電圧に基づく給電制御を行う制御部を備え、上記電圧検出部にて電源電圧の低下を検出すると、上記補償回路により出力する補償電圧を該電源電圧に重畳して負荷に供給する電圧の低下を補償する装置構成である。上記電圧検出部は、自身の両端電圧を上記電源電圧として検出すると共に、該電源電圧の基準位相より所定量を超えた位相変動を検出する位相検出手段を有し、上記補償回路が上記補償電圧を出力する補償動作中に、上記位相検出手段が上記電源電圧の位相変動を検出すると、上記補償回路から上記補償電圧の出力を停止する補償動作終了手段を備える。そして、上記交流電源の遮断時に、上記補償回路が補償電圧を出力すると共に上記電圧検出部が上記交流電源をバイパスする経路となって、上記補償回路、上記負荷および上記電圧検出部を結ぶ閉回路が形成され、上記位相検出手段が上記電源電圧位相の変動を検出して上記補償動作終了手段により上記補償回路から上記補償電圧の出力を停止するものである。 The voltage compensator according to the present invention has an energy storage means, and a compensation circuit for converting the DC voltage stored in the energy storage means into an alternating current and outputting it is connected in series to an AC power supply and connected in parallel to the power supply voltage. voltage detection unit for monitoring a power supply voltage is, and a control unit that performs power supply control based on the power supply voltage, when detecting the power supply voltage drop at the voltage detecting unit, the compensation voltage output by the compensation circuit This is a device configuration that compensates for a drop in the voltage supplied to the load superimposed on the power supply voltage. The voltage detection unit includes phase detection means for detecting a voltage at both ends of the voltage detection unit as the power supply voltage and detecting a phase fluctuation exceeding a predetermined amount from a reference phase of the power supply voltage, and the compensation circuit includes the compensation voltage. When the phase detection unit detects a phase fluctuation of the power supply voltage during the compensation operation for outputting the compensation voltage, a compensation operation termination unit is provided for stopping the output of the compensation voltage from the compensation circuit . When the AC power supply is shut off, the compensation circuit outputs a compensation voltage, and the voltage detection unit bypasses the AC power supply, and is a closed circuit that connects the compensation circuit, the load, and the voltage detection unit. The phase detection means detects the fluctuation of the power supply voltage phase, and the compensation operation end means stops the output of the compensation voltage from the compensation circuit.
またこの発明に係る電圧補償装置は、上記補償回路をバイパスするための機械式の短絡スイッチを該補償回路に並列に備え、上記制御部による制御にて、上記電源電圧が定常時には上記短絡スイッチを閉じて上記補償回路をバイパスし、上記電源電圧の電圧低下時には、上記短絡スイッチを開放して上記補償回路からの補償電圧出力により上記電源電圧の低下を補償するものであり、上記制御部を動作させるための制御電源回路を備える。該制御電源回路は、上記補償回路の負荷側端子に接続されると共に、上記補償回路の電源側端子に切換手段を備えて接続されて、装置の起動時に上記短絡スイッチが閉じる前には該電源側端子から電圧供給され、該装置の起動により上記短絡スイッチが閉じると上記切換手段により上記電源側端子からの電圧供給を遮断して上記負荷側端子からの電圧供給に切り換えるものである。 The voltage compensator according to the present invention comprises a mechanical short-circuit switch for bypassing the compensation circuit in parallel with the compensation circuit, and the control circuit controls the short-circuit switch when the power supply voltage is steady. Closes and bypasses the compensation circuit. When the power supply voltage drops, the short-circuit switch is opened to compensate for the power supply voltage drop by the compensation voltage output from the compensation circuit. A control power supply circuit is provided. The control power supply circuit is connected to the load side terminal of the compensation circuit, and is connected to the power supply side terminal of the compensation circuit with a switching means. When a voltage is supplied from the side terminal and the short-circuit switch is closed by starting the apparatus, the switching means cuts off the voltage supply from the power supply side terminal and switches to the voltage supply from the load side terminal.
この発明による電圧補償装置では、補償動作中に電源電圧位相が基準位相より所定量を超えて変化したことを検出して、補償回路から上記補償電圧の出力を停止して補償動作を終了するため、電圧補償装置の上流に設けられたブレーカがオフされた場合に、速やかに検知して不要な電圧補償動作を停止させることができる。 In the voltage compensator according to the present invention, during the compensation operation, it is detected that the power supply voltage phase has changed by more than a predetermined amount from the reference phase, and the compensation operation is stopped by stopping the output of the compensation voltage from the compensation circuit. When the breaker provided upstream of the voltage compensation device is turned off, it is possible to quickly detect and stop unnecessary voltage compensation operation.
またこの発明による電圧補償装置では、制御電源回路は、装置の起動時に電源側端子から電圧供給され、該装置の起動により上記短絡スイッチが閉じると電源側端子からの電圧供給を遮断して負荷側端子からの電圧供給に切り換えるため、電源側端子からの電圧供給に、ノイズフィルタを介する必要が無く、電圧供給するための回路構成を簡略化して小型で安価な装置構成を提供できる。 In the voltage compensator according to the present invention, the control power supply circuit is supplied with a voltage from the power supply side terminal at the time of starting the device, and when the short circuit switch is closed by the start of the device, the voltage supply from the power supply side terminal is cut off. Switching to voltage supply from the terminal eliminates the need for a voltage supply from the power supply side terminal via a noise filter, simplifying the circuit configuration for supplying voltage and providing a small and inexpensive device configuration.
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による電圧補償装置の概略構成図である。
図1に示すように、交流電源1に電圧発生部である補償回路2が直列に接続され、補償回路2は補償電圧を出力し、この補償電圧を電源電圧に重畳して負荷3の電圧変動を補償する。また、補償回路2をバイパスするための短絡スイッチ4が補償回路2に並列に接続される。さらに、電源電圧を監視している電圧検出部5の情報に基づいて、制御部6にて制御信号を発生し、短絡スイッチ4および補償回路2内のスイッチング素子を制御して給電制御を行う。7は補償回路2の電源端子や電圧検出部5の接続位置よりも上流(電源側)に設けられたブレーカである。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below. 1 is a schematic configuration diagram of a voltage compensator according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, a
また、電圧検出部5は電源電圧の電圧値を検出するだけでなくその位相を検出する位相検出手段を併せ持つ。そして、電源電圧位相が基準電圧の位相から所定量を超えて大きく変動したことが電圧検出部5にて検出されると、制御部6は補償回路2に制御信号を発生し、補償回路2では補償電圧の発生を停止し補償動作を終了する。
Further, the
電源電圧が定常時には、短絡スイッチ4を閉じて補償回路2をバイパスする。電圧検出部5にて電源電圧の低下を検出すると、制御部6は、短絡スイッチ4を開放して補償回路2を介した電力供給へ切り換える。補償回路2は補償電圧を出力し、この補償電圧を電源電圧に重畳して負荷3に供給する。
When the power supply voltage is steady, the
上流のブレーカ7がオフされた場合、電圧検出部5は電源電圧が0Vであると判断し、短絡スイッチ4を開放し、不足分の100%の補償電圧を発生して補償動作を行う。このとき、図2に示すような回路が形成される。ここで、V1は電圧検出部5が検出する電源電圧、V2は補償回路2が出力する補償電圧、V3は負荷3への供給電圧、R1は電圧検出部5の入力インピーダンス5a、Rloadは負荷3のインピーダンスである。
このとき、V1+V2=V3
V2を電源と考えると、V1:−V3=R1:Rload
これにより、V1=(−R1/Rload)V3
となる。補償回路2が出力する補償電圧V2は、負荷3への供給電圧V3が正常時の電源電圧Vtになるように出力されるため、
V1=(−R1/Rload)Vt
となり、電圧検出部5が検出する電源電圧V1は、正常時の電源電圧Vtと位相が約180度異なる逆位相となる。このとき、補償回路2が出力する補償電圧V2は、
V2=Vt−V1=((Rload+R1)/Rload)Vt
となる。
When the
At this time, V1 + V2 = V3
Considering V2 as a power supply, V1: -V3 = R1: Rload
As a result, V1 = (− R1 / Rload) V3
It becomes. The compensation voltage V2 output from the
V1 = (− R1 / Rload) Vt
Thus, the power supply voltage V1 detected by the
V2 = Vt−V1 = ((Rload + R1) / Rload) Vt
It becomes.
上述したように、電源電圧位相が基準電圧(正常時の電源電圧Vt)の位相から所定量を超えて大きく変動したことが電圧検出部5にて検出されると、制御部6にて補償動作を終了させる。このため、電圧検出部5が検出する電源電圧V1が、正常時の電源電圧Vtと位相が約180度異なる逆位相となると、電圧検出部5が有する位相検出手段により所定量を超えたことを検知し、補償回路2は補償電圧発生を停止して補償動作を終了する。
As described above, when the
この実施の形態では、電圧検出部5にて検出される電源電圧位相が基準電圧位相から大きく変動したことを検出して、上流のブレーカ7がオフされたことを検知する。そして速やかに補償動作を終了させるため、不要な補償動作を継続し続けることが無い。このため、電圧補償装置の信頼性の高い運転制御が行える。
In this embodiment, it is detected that the power supply voltage phase detected by the
なお、通常の位相変動では、60度を超える変動は見られないため、例えば安全電圧である30Vを超える電圧で60度を超える位相変動が検出されると、ブレーカ7がオフされたと判断して速やかに補償動作を終了させる。
In normal phase fluctuations, fluctuations exceeding 60 degrees are not observed. Therefore, for example, when phase fluctuations exceeding 60 degrees are detected at a voltage exceeding 30 V, which is a safety voltage, it is determined that the
上記実施の形態1における補償回路2の例を、図3に基づいて以下に示す。
図に示すように、補償回路2は、ダイオードD1〜D4が逆並列に接続された4個のIGBT(T1〜T4)などの半導体スイッチング素子から成るフルブリッジの単相インバータ8と、エネルギ蓄積手段としてのコンデンサ9とを備え、正負いずれかの極性で補償電圧を出力し、電源電圧に重畳することで負荷3に供給される電圧の低下を補償する。
また、このような構成の補償回路2を複数個備え、各単相インバータ8の交流側を直列に接続して用いても良く、その場合、各単相インバータ8からそれぞれ発生される出力電圧の総和により多段階の補償電圧を出力して、高精度な電圧補償が可能である。
An example of the
As shown in the figure, the
Further, a plurality of
実施の形態2.
次に、上記実施の形態1で示した電圧補償装置において、短絡スイッチ4および補償回路2内のスイッチング素子を制御する制御部6の電源について以下に説明する。
図4は、この発明の実施の形態2による電圧補償装置の構成図である。
図に示すように、制御部6を動作させるための制御電源回路10を制御部6に接続し、制御電源回路10は、補償回路2の電源側端子11aと負荷側端子11bとにそれぞれ接続される。また、制御電源回路10と補償回路2の電源側端子11aとの間には、両極間の電圧が所定電圧を超えるとき通電するインピーダンスとしての定電圧手段12が挿入される。また、制御電源回路10の前段には整流回路13を備え、定電圧手段12の後段のダイオード(整流回路13内)の制御電源回路側の電位を補償回路2の負荷側端子11bから入力するように構成する。そして、補償回路2の電源側端子11aからは定電圧手段12および整流回路13を介して制御電源回路10に電圧供給され、負荷側端子11bからはノイズフィルタ14を備えて該フィルタ14および整流回路13を介して制御電源回路10に電圧供給される。
Next, the power supply of the
FIG. 4 is a configuration diagram of a voltage compensation apparatus according to
As shown in the figure, a control
電圧補償装置の起動時には、短絡スイッチ4は開状態で、この短絡スイッチ4は装置の起動により閉じる。短絡スイッチ4が開状態での電圧補償装置の起動時には、電源側端子11aから定電圧手段12を介して制御電源回路10に電圧供給され、該装置の起動により短絡スイッチ4が閉じると、定電圧手段12後段の上記ダイオードが遮断して定電圧手段12は遮断される。この時点で短絡スイッチ4を介して負荷3側に電力供給されているため、負荷側端子11bから制御電源回路10への電圧供給に切り換わる。なお、定電圧手段12は、起動時の電源電圧がいずれの極性でも使用できるように構成する。
また、この実施の形態では、制御電源回路10と補償回路2の電源側端子11aとの間に挿入するインピーダンスとして定電圧手段12を用いて、制御電源回路10への電圧供給を確実に切り換えるようにしたが、これに限るものではなく、例えばインピーダンスとして抵抗を用いても良い。
When the voltage compensator is started, the short-
Further, in this embodiment, the voltage supply to the control
このように、制御部6を動作させるための制御電源回路10への電圧供給を、装置の起動時のみ電源側から供給し、その後の装置運転中は負荷側から供給するようにしたため、電源側からの電圧供給経路にフィルタを用いる必要がなくなり、回路構成を簡略化できる。このため小型で安価な装置構成の電圧補償装置が得られる。
In this way, the voltage supply to the control
1 交流電源、2 補償回路、3 負荷、4 短絡スイッチ、5 電圧検出部、
6 制御部、9 エネルギ蓄積手段としてのコンデンサ、10 制御電源回路、
11a 電源側端子、11b 負荷側端子、12 定電圧手段、14 フィルタ。
1
6 control unit, 9 capacitor as energy storage means, 10 control power supply circuit,
11a Power supply side terminal, 11b Load side terminal, 12 constant voltage means, 14 filter.
Claims (5)
上記電圧検出部は、自身の両端電圧を上記電源電圧として検出すると共に、該電源電圧の基準位相より所定量を超えた位相変動を検出する位相検出手段を有し、
上記補償回路が上記補償電圧を出力する補償動作中に、上記位相検出手段が上記電源電圧の位相変動を検出すると、上記補償回路から上記補償電圧の出力を停止する補償動作終了手段を備え、
上記交流電源の遮断時に、上記補償回路が補償電圧を出力すると共に上記電圧検出部が上記交流電源をバイパスする経路となって、上記補償回路、上記負荷および上記電圧検出部を結ぶ閉回路が形成され、上記位相検出手段が上記電源電圧位相の変動を検出して上記補償動作終了手段により上記補償回路から上記補償電圧の出力を停止することを特徴とする電圧補償装置。 A voltage having an energy storage means and converting a DC voltage stored in the energy storage means into an alternating current and outputting it in series with an AC power supply and connected in parallel to the power supply voltage to monitor the power supply voltage And a control unit that performs power supply control based on the power supply voltage. When the voltage detection unit detects a decrease in the power supply voltage, the compensation voltage output by the compensation circuit is superimposed on the power supply voltage and applied to the load. In a voltage compensator that compensates for a drop in the supplied voltage,
The voltage detection unit has a phase detection unit that detects a voltage fluctuation exceeding a predetermined amount from a reference phase of the power supply voltage, while detecting a voltage at both ends of the voltage detection unit as the power supply voltage.
Compensation operation end means for stopping the output of the compensation voltage from the compensation circuit when the phase detection means detects a phase fluctuation of the power supply voltage during the compensation operation in which the compensation circuit outputs the compensation voltage ,
When the AC power supply is shut off, the compensation circuit outputs a compensation voltage, and the voltage detection unit forms a path that bypasses the AC power supply, thereby forming a closed circuit that connects the compensation circuit, the load, and the voltage detection unit. And the phase detection means detects the fluctuation of the power supply voltage phase, and the compensation operation end means stops the output of the compensation voltage from the compensation circuit .
上記制御部を動作させるための制御電源回路を備え、
該制御電源回路は、上記補償回路の負荷側端子に接続されると共に、上記補償回路の電源側端子に切換手段を備えて接続されて、装置の起動時に上記短絡スイッチが閉じる前には該電源側端子から電圧供給され、該装置の起動により上記短絡スイッチが閉じると上記切換手段により上記電源側端子からの電圧供給を遮断して上記負荷側端子からの電圧供給に切り換えることを特徴とする請求項1または2記載の電圧補償装置。 A mechanical short-circuit switch for bypassing the compensation circuit is provided in parallel with the compensation circuit, and the control unit controls to close the short-circuit switch and bypass the compensation circuit when the power supply voltage is steady. When the power supply voltage drops, the short-circuit switch is opened to compensate for the power supply voltage drop by the compensation voltage output from the compensation circuit.
A control power supply circuit for operating the control unit;
The control power supply circuit is connected to the load side terminal of the compensation circuit, and is connected to the power supply side terminal of the compensation circuit with a switching means. A voltage is supplied from a side terminal, and when the short-circuit switch is closed by starting the device, the switching means cuts off the voltage supply from the power supply side terminal and switches to the voltage supply from the load side terminal. Item 3. The voltage compensation device according to Item 1 or 2.
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