JP4113070B2

JP4113070B2 - 電圧変動補償装置

Info

Publication number: JP4113070B2
Application number: JP2003287350A
Authority: JP
Inventors: 正樹山田; 明彦岩田; 敏之菊永; 伸彦羽田野
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-08-06
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-08-06
Also published as: JP2005057912A

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、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）。

特開２００２−３５９９２９号公報（第１頁、第６−第８頁、第１、第６図）

このような電圧変動補償装置においては、系統に例えば整流器のようにコンデンサが負荷として接続されている場合には、系統に瞬低が発生すると、制御部により瞬低を検出し定常短絡スイッチを開極した後、電圧変動補償装置が出力するまでに、時間遅れが生じるため、負荷に含まれるコンデンサの電圧が上記時間遅れの間、定常時に比べて低下する。このようにコンデンサの電圧が低下した状態で電圧変動補償装置から補償電圧を出力することによって、過渡的に突入電流が流れ、過電流状態を引き起こす。また、このような過電流は系統によっては振動波形となる場合があり、これが長く続くと接続されている電圧変動補償装置に過電流による異常を引き起こす場合がある。
また、系統の負荷側での事故時に短絡電流のような過電流が流れる場合、電圧変動補償装置が瞬低補償動作することにより負荷側事故による過電流を増大させ、過電流による被害の増加や、電圧変動補償装置自体が過電流により破壊されるという問題点があった。
さらに、瞬低補償中に系統電圧が正常値に回復した場合には、電圧変動補償装置が系統電圧の回復を検知して補償電圧の出力をゼロにするまでに、遅れ時間が生じるために、その応答時間の間、負荷に過電圧（サージ電圧）が発生するという問題点もあった。

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、負荷に供給する電圧低下を補償する電圧変動補償装置において、瞬低補償時に発生する過電流を速やかに抑制して、信頼性の高い瞬低補償を行うと共に、過電流による被害を抑制し、電圧変動補償装置を保護することを目的とする。また、瞬低補償時の負荷への供給電圧に発生する過電圧を速やかに抑制して、信頼性の高い瞬低補償を行うと共に、過電圧による被害を抑制することを目的とする。

この発明に係る電圧変動補償装置は、それぞれ異なる電圧が蓄積される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、該電力系統における電圧低下の監視、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。また、補償電圧の発生による補償動作中に、上記複数の電圧補償回路が直列接続された系統に流れる過電流を過電流検出部にて検出して、上記制御部により所定の上記電圧補償回路の出力電圧を変化させて上記補償電圧を低減させる。そして、上記過電流検出部にて用いる過電流検出レベルを複数種設定し、その最大過電流検出レベルを超える過電流が検出されると、装置を停止して保護動作を起こす手段を備え、上記制御部は、上記保護動作に先立って、全ての上記電圧補償回路から、系統電圧と逆極性の出力電圧を発生させ、その出力電圧の総和による過電流抑制電圧を上記系統電圧に重畳させるものである。

またこの発明に係る電圧変動補償装置は、負荷に供給される過電圧を検出する過電圧検出部を備え、上記複数の各電圧補償回路は、ダイオードが逆並列に接続された自己消弧型の半導体スイッチング素子を複数個備えて、上記エネルギ蓄積手段を直流電源として電力系統に接続し、上記直流電源に接続される上記ダイオードは、該直流電源の正極側では該ダイオードの負極が接続され、該直流電源の負極側では該ダイオードの正極が接続される。そして、上記補償電圧の発生による補償動作中に上記過電圧検出部にて過電圧が検出されると、上記制御部では、給電制御に割り込み処理を施し、所定の上記電圧補償回路内の全ての上記半導体スイッチング素子をオフにして、上記直流電源の電圧を系統電圧と逆極性の出力電圧として上記ダイオードを介して系統電圧に重畳するものである。

以上のようにこの発明に係る請求項１記載の電圧変動補償装置は、補償電圧の発生による補償動作中に、上記複数の電圧補償回路が直列接続された系統に流れる過電流を過電流検出部にて検出して、上記制御部により所定の上記電圧補償回路の出力電圧を変化させて上記補償電圧を低減させるため、過電流を抑えて該過電流による被害を抑制し、信頼性の高い電圧変動補償を行うと共に、電圧変動補償装置を保護できる。また、上記過電流検出部にて用いる過電流検出レベルを複数種設定し、その最大過電流検出レベルを超える過電流が検出されると、装置を停止して保護動作を起こす手段を備え、上記制御部は、上記保護動作に先立って、全ての上記電圧補償回路から、系統電圧と逆極性の出力電圧を発生させ、その出力電圧の総和による過電流抑制電圧を上記系統電圧に重畳させるため、過電流により電圧変動補償装置が破壊、損傷するのが効果的に防止できる。

またこの発明に係る電圧変動補償装置は、負荷に供給される過電圧を検出する過電圧検出部を備え、上記複数の各電圧補償回路は、ダイオードが逆並列に接続された自己消弧型の半導体スイッチング素子を複数個備えて、上記エネルギ蓄積手段を直流電源として電力系統に接続し、上記直流電源に接続される上記ダイオードは、該直流電源の正極側では該ダイオードの負極が接続され、該直流電源の負極側では該ダイオードの正極が接続される。そして、上記補償電圧の発生による補償動作中に上記過電圧検出部にて過電圧が検出されると、上記制御部では、給電制御に割り込み処理を施し、所定の上記電圧補償回路内の全ての上記半導体スイッチング素子をオフにして、上記直流電源の電圧を系統電圧と逆極性の出力電圧として上記ダイオードを介して系統電圧に重畳するため、過電圧を速やかに抑制して該過電圧による被害を抑制し、信頼性の高い電圧変動補償を行うことができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
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、およびエネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ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全体に対して並列に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。各電圧補償サブ回路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は制御回路１６に入力され、設定電圧２０と比較される。このとき設定電圧２０は、正常時の系統電圧とする。両者の差を誤差増幅器２１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２２にて３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）に変換する。系統電圧Ｖｘと設定電圧２０との差が、充電コンデンサ１０ｐｎ１の充電電圧Ｖ１と等しくなったとき、Ａ/Ｄコンバータ２２からの出力信号における最下位ビットＤ１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の充電電圧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。
また瞬低検出部２３は、系統電圧Ｖｘを入力として、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。

一方、電圧変動補償装置１００から負荷に供給される負荷電流（系統電流）Ｉｘは電流センサ（図示せず）により検出されて制御回路１６に入力され、過電流検出部３０に入力される。過電流検出部３０では、後述する所定の基準により過電流を検出すると過電流検出信号３１を出力する。
また、制御回路１６に入力された系統電圧Ｖｘは、極性判定回路２４にも入力され、極性が判定される。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からの極性と、過電流検出部３０からの過電流検出信号３１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。

図３に過電流検出部３０の詳細を示す。過電流検出部３０は、複数の比較器４０ａ〜４０ｅ、ラッチ回路４１ａ〜４１ｄ、および絶対値変換部４２で構成される。各比較器４０ａ〜４０ｃは、各電圧補償回路ＰＮ１〜ＰＮ３にそれぞれ対応したＰＮ用過電流検出レベル４３ａ〜４３ｃを有し、負荷電流Ｉｘの絶対値が過電流検出レベル４３ａ〜４３ｃを超えた時、ラッチ回路４１ａ〜４１ｃを介して過電流検出信号３１としてのＰＮオフ信号３１ａ〜３１ｃを出力する。なお、便宜上、ラッチ回路４１ｂ、４１ｃの図示は省略する。
このＰＮオフ信号３１ａ〜３１ｃは駆動信号発生器２５に入力され、対応する電圧補償回路ＰＮ１〜ＰＮ３内のインバータの４個のＩＧＢＴ９を全てオフさせるように駆動信号が発生される。例えば、負荷電流Ｉｘの絶対値がＰＮ２用過電流検出レベル４３ｂを超えた時、ラッチ回路４１ｂは比較器４０ｂからの信号をラッチして、電圧補償回路ＰＮ２内のインバータの４個のＩＧＢＴ９を全てオフさせるＰＮ２オフ信号３１ｂを出力する。なお、各過電流検出レベル４３ａ〜４３ｃは、以下の関係を満足する。
ＰＮ１用過電流検出レベル４３ａ＜ＰＮ２用過電流検出レベル４３ｂ＜ＰＮ３用過電流検出レベル４３ｃ

また、比較器４０ｄは、各ＰＮ用過電流検出レベル４３ａ〜４３ｃよりも高い最大過電流検出レベル４３ｄを有し、負荷電流Ｉｘの絶対値が最大過電流検出レベル４３ｄを超えた時、ラッチ回路４１ｄを介して、装置を停止して保護動作を起こすインターロック信号３１ｄを過電流検出信号３１として出力する。さらに、比較器４０ｅは、各ＰＮ用過電流検出レベル４３ａ〜４３ｃよりも低い過電流抑制解除レベルとしての検出レベル（以下、解除レベルと称す）４３ｅを有し、負荷電流Ｉｘの絶対値が解除レベル４３ｅを超えた時、検出信号を出力する。各ラッチ回路４１ａ〜４１ｄでは、比較器４０ｅからの検出信号が１から０になると、即ち、負荷電流Ｉｘの絶対値が解除レベル４３ｅ以下になると、ラッチしていた各比較器４０ａ〜４０ｄからの信号をクリアし、各過電流検出信号３１(３１ａ〜３１ｄ)を１から０にする。

まず、負荷電流Ｉｘに過電流が発生しない正常時の電圧変動補償動作について以下に説明する。駆動信号発生器２５では、過電流検出信号３１は入力されず、系統電圧Ｖｘ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駆動信号ｇ１１〜ｇ１４、ｇ２１〜ｇ２４、ｇ３１〜ｇ３４を選択する。
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、誤差電圧に応じて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。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×Ｖ１となる。

次に瞬低補償中に過電流検出部３０が負荷電流Ｉｘに過電流を検出した時の過電流抑制動作について説明する。
負荷電流Ｉｘは電流センサにより検出されて制御回路１６に入力され、過電流検出部３０に入力される。過電流検出部３０は、過電流検出のための複数の比較器４０ａ〜４０ｄを備え、負荷電流Ｉｘの絶対値が各過電流検出レベル４３ａ〜４３ｄを超えた時、対応する電圧補償回路ＰＮのインバータのＩＧＢＴ９を全てオフする過電流検出信号３１（３１ａ〜３１ｄ）を出力する。
各電圧補償回路ＰＮでは、ダイオードが逆並列に接続された４個のＩＧＢＴ９
によりコンデンサ１０の電圧が正負いずれかに極性で出力されて系統電圧Ｖｘに重畳されるものであるが、コンデンサ１０に接続されるダイオードは、コンデンサ１０の正極側では該ダイオードの負極が接続され、コンデンサ１０の負極側では該ダイオードの正極が接続されている。即ち、過電流検出部３０での過電流検出時に、インバータのＩＧＢＴ９を全てオフにする電圧補償回路ＰＮでは、コンデンサ１０を通って電流が流れ、コンデンサ１０の電圧を系統電圧Ｖｘと逆極性の出力電圧として、ダイオードを介して系統電圧Ｖｘに重畳することになる。

まず、制御回路１６に入力された負荷電流Ｉｘから絶対値変換部４２で絶対値を求め、これがＰＮ１用過電流検出レベル４３ａを越えた時には、ＰＮ１オフ信号３１ａを駆動信号発生器２５に出力し、駆動信号発生器２５では電圧補償回路ＰＮ１のＩＧＢＴ９を全てオフするように駆動信号ｇ１１〜ｇ１４を全て０にする。これにより、電圧補償回路ＰＮ１は系統電圧Ｖｘと逆極性の出力電圧（過電流抑制電圧）Ｖ１を発生し、電圧変動補償装置１００からの補償電圧は低減されるため、過電流が抑制される。そこで過電流状態が収まらず、ＰＮ２用過電流検出レベル４３ｂを越えた時には、ＰＮ２オフ信号３１ｂを駆動信号発生器２５に出力し、駆動信号発生器２５では電圧補償回路ＰＮ２のＩＧＢＴ９を全てオフするように駆動信号ｇ２１〜ｇ２４を全て０にする。これにより、電圧補償回路ＰＮ２も系統電圧Ｖｘと逆極性の出力電圧（過電流抑制電圧）Ｖ２を発生し、電圧変動補償装置１００からの補償電圧はさらに低減される。同様に過電流が収まらず、ＰＮ３用過電流検出レベル４３ｃを越えた時には、ＰＮ３オフ信号３１ｃにより、電圧補償回路ＰＮ３も系統電圧Ｖｘと逆極性の出力電圧（過電流抑制電圧）Ｖ３を発生し、電圧変動補償装置１００からの補償電圧を低減させる。

この抑制でも過電流状態が収まらず、最大過電流検出レベル４３ｅを超えた場合には、インターロック信号３１ｄにより、装置の保護動作（インターロック）を働かせ、過電流により各電圧補償回路ＰＮが破壊・損傷するのを防ぐ。なお、このインターロック信号３１ｄが出力される時点では、全電圧補償回路ＰＮ１〜ＰＮ３内の１２個のＩＧＢＴ９は全てオフされ、全電圧補償回路ＰＮ１〜ＰＮ３からの系統電圧Ｖｘと逆極性の出力電圧の総和による過電流抑制電圧が系統電圧Ｖｘに重畳されている。
一方、このような過電流抑制動作によって過電流が抑制され、負荷電流Ｉｘの絶対値が解除レベル４３ｅ以下になると、ラッチされていた各比較器４０ａ〜４０ｄからの信号はクリアされ、各過電流検出信号３１(３１ａ〜３１ｄ)は解除される。これにより、過電流抑制動作を解除して再び、通常の電圧変動補償を再開する。

上述したように、系統に例えば整流器のようにコンデンサが負荷３として接続されている場合には、系統に瞬低が起こった時、制御回路１６によって瞬低を検出し定常短絡スイッチ８をオフした後、電圧変動補償装置１００が出力するまでに、時間遅れが生じるため、負荷に含まれるコンデンサの電圧が上記時間遅れの間、定常時に比べて低下する。このようにコンデンサの電圧が低下した状態で電圧変動補償装置１００から補償電圧を出力することによって、過渡的に突入電流が流れ、過電流状態を引き起こす。
この実施の形態では、負荷電流を監視し、過電流が検出された時、そのレベルに応じて所定の電圧補償回路ＰＮから系統電圧と逆極性の過電流抑制電圧を出力させて補償電圧を低減させる。このため、過電流の状態に応じた抑制動作を行うことができ、過渡的な過電流状態から定常状態へより高速に収束する事ができ、過電流から電圧変動補償装置を保護しながら、より安定な電圧変動補償ができる。
また、過電流抑制動作は過電流のレベルに応じて電圧補償回路ＰＮを選択し、該電圧補償回路ＰＮ内のＩＧＢＴ９を全てオフすることで行うため、容易に系統電圧と逆極性の過電流抑制電圧を発生させることができ、かつ、電流の極性によらず過電流抑制電圧を発生させる事が出来るため、制御が簡素化できる。

また、電圧補償回路ＰＮ内のＩＧＢＴ９をオフするための過電流検出レベル４３ａ〜４３ｃよりも高い最大過電流検出レベル４３ｄで過電流を検出してインターロックによる装置保護動作をさせるようにしたため、負荷短絡等の異常による過電流が検出された時にインターロックによる装置保護動作を起こし、過電流により電圧変動補償装置１００が破壊・損傷するのが防止できる。また、このような装置保護動作を行うに先立って、過電流が過電流検出レベル４３ｃを越えた時点で、全電圧補償回路ＰＮ１〜ＰＮ３内の１２個のＩＧＢＴ９を全てオフして、全電圧補償回路ＰＮ１〜ＰＮ３からの過電流抑制電圧を発生させる。このため、負荷短絡等の異常により高いレベルの過電流が流れたとき、インターロックによる装置保護動作に先だって、迅速に過電流抑制電圧を発生させる過電流抑制動作を起こすことができ、過電流により電圧変動補償装置１００が破壊・損傷するのを効果的に防止できる。
また、負荷３にコンデンサが接続されている場合のような過渡的な過電流であるか、短絡異常であるかを判別することができ、前者の場合には過電流抑制動作を盛り込みながら瞬低補償動作を継続して、後者の場合にはインターロックによる装置保護動作を起こすことができる。このため、信頼性の高い瞬低補償を行うと共に、過電流による被害を効果的に抑制できる。

さらに、最小の過電流検出レベル４３ａよりも低いレベルの解除レベル４３ｅを持たせて過電流検出レベルにヒステリシスを持たせる構成としたため、過電流抑制動作と通常動作を繰り返すハンチング動作を防ぐことができ、装置の安定性を増す事ができる。

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４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、ここでは負荷電流Ｉｘを絶対値変換部４２で絶対値変換して比較したが、正負両極性についてそれぞれ過電流検出レベルを有し、負荷電流Ｉｘの電流値をそのまま比較しても同様の効果が得られる。

また、この実施の形態では、選択された電圧補償回路ＰＮ内のインバータのＩＧＢＴ９を全てオフにして、コンデンサ１０の電圧を系統電圧Ｖｘと逆極性の出力電圧として、ダイオードを介して系統電圧Ｖｘに重畳したが、インバータ内の４個のＩＧＢＴ９の内、２個をオンさせ、ＩＧＢＴ９を介して逆極性の出力電圧を系統電圧Ｖｘに重畳させてもよい。この場合、電流の極性によってインバータの駆動制御を切り替える。

実施の形態２．
上記実施の形態１では過電流検出のための各比較器４０ａ〜４０ｄに対し、過電流抑制動作の解除レベル４３ｅを共通に構成したが、例えばヒステリシスコンパレータを用いるなどにより、各過電流検出レベル４３ａ〜４３ｄ毎に別々の解除レベルを設けると、過電流抑制動作と通常動作を繰り返すハンチング動作が防止できると共に、さらにきめ細かな過電流抑制動作が行える。

実施の形態３．
上記実施の形態１では過電流検出部３０で検出された過電流のレベルに応じて電圧補償回路ＰＮを選択し、該電圧補償回路ＰＮ内のＩＧＢＴ９を全てオフすることで系統電圧と逆極性の過電流抑制電圧を発生させたが、この実施の形態では、過電流検出信号３１が入力された駆動信号発生器２５において、過電流のレベルに応じて選択された電圧補償回路ＰＮが、その時点で補償電圧を出力しているか、出力がゼロであるかによって制御を変化させる。
即ち、電圧変動補償装置１００からの補償電圧を低減させるために、その出力電圧を変化させるように選択された電圧補償回路ＰＮにおいて、その時点で補償電圧を出力している場合は出力電圧をゼロにし、出力電圧がゼロである場合には、系統電圧と逆極性の過電流抑制電圧を発生させる。これにより、選択された電圧補償回路ＰＮでは、常に、コンデンサ１０の電圧分だけ出力電圧を低減させることになり、電圧変動補償装置１００からの補償電圧を信頼性よく低減できて過電流を抑制できる。

実施の形態４．
上記実施の形態１〜３では、過電流抑制動作は過電流のレベルに応じて電圧補償回路ＰＮを選択して、その電圧補償回路ＰＮからの出力電圧が低減するように変化させるものであったが、この実施の形態では、過電流の検出により補償電圧を再演算させる。
図５は、この発明の実施の形態４による電圧変動補償装置の制御回路１６を示す図である。図に示すように、制御回路１６に入力された系統電圧Ｖｘは、補償電圧演算部３２に入力される。一方、電圧変動補償装置１００から負荷に供給される負荷電流（系統電流）Ｉｘは電流センサ（図示せず）により検出されて制御回路１６に入力され、過電流検出部３０に入力される。この過電流検出部３０は上記実施の形態１で示したものと同様に構成され（図３参照）、過電流のレベルに応じて過電流検出信号３１を出力する。

補償電圧演算部３２では、負荷電流Ｉｘに過電流が発生しない状態では、入力された系統電圧Ｖｘを正常時の系統電圧である設定電圧２０と比較し、両者の差を図示しない誤差増幅器にて増幅し、さらに絶対値変換を施して補償電圧を演算し出力する。瞬低補償動作中に負荷電流Ｉｘに過電流が発生すると、過電流検出部３０からの過電流検出信号３１は補償電圧演算部３２に入力され、補償電圧演算部３２は補償電圧から過電流抑制電圧分を減算して出力する。この過電流抑制電圧分は、過電流検出部３０において、複数の過電流検出レベル４３に応じて出力される過電流検出信号３１に基づいて、予め設定しておく。
なお、図５に示す制御回路１６において、過電流検出信号３１に基づいて補償電圧を再演算させる補償電圧演算部３２に係る構成、および動作以外は、上記実施の形態１で示したものと同様である。
このように、過電流発生時には、補償電圧演算部３２が過電流抑制電圧分を低減した補償電圧を再演算して出力し、この低減された補償電圧に基づいて、駆動信号発生器２５から各電圧補償回路ＰＮのインバータの駆動信号ｇ１１〜ｇ１４、ｇ２１〜ｇ２４、ｇ３１〜ｇ３４を発生する。これにより、電圧変動補償装置１００からの補償電圧を信頼性よく低減できて過電流を抑制できる。

実施の形態５．
上記各実施の形態では、過電流検出部３０を制御回路１６の中に備えて、駆動信号発生器２５からは過電流抑制を考慮した駆動信号を発生していた。この実施の形態５では、制御回路１６内には過電流検出部３０を設けず、負荷電流Ｉｘの電流値も入力させないで、過電流に拘わらず通常の瞬低補償のための駆動信号ｇ１１〜ｇ１４、ｇ２１〜ｇ２４、ｇ３１〜ｇ３４を発生させる。そして、図６に示すように、制御回路１６の外側にＡＮＤ回路３５を備えて割り込み処理を可能とし、制御回路１６からの駆動信号ｇ１１〜ｇ１４、ｇ２１〜ｇ２４、ｇ３１〜ｇ３４は、過電流検出信号３１（３１ａ〜３１ｃ）を割り込み信号として、対応する電圧補償回路ＰＮへの信号が全て０になる。
このような割り込み処理は、高速なハードウェアによる構成にて行うことができ、過電流検出信号３１が発生すると、所望の電圧補償回路ＰＮに対する全駆動信号を高速に０にしてＩＧＢＴ９を速やかにオフさせることができる。このため、過電流抑制動作の応答速度が制御回路１６の処理能力に依存することなく、高速に行えて、過電流から電圧変動補償装置１００を保護できる。また、制御回路１６内には過電流検出部３０を設けず、負荷電流Ｉｘの電流値も入力させないため、通常の瞬低補償時にも制御回路１６の処理量を低減でき、高速で信頼性の高い制御が行える。

実施の形態６．
瞬低補償中に系統電圧が正常値に回復した場合には、電圧変動補償装置１００が系統電圧の回復を検知して補償電圧の出力をゼロにするまでに、遅れ時間が生じるために、その応答時間の間、図７に示すように、負荷３に過電圧（サージ電圧）が発生する。
この実施の形態６では、負荷３に供給される過電圧を検出する過電圧検出部４４を備えて、過電圧が検出されると所定の電圧補償回路ＰＮから系統電圧と逆極性の出力電圧を発生させる過電圧抑制動作を行う。このような制御は、上記実施の形態５と同様に、高速な割り込み処理を用いて行い、制御回路１６からの駆動信号ｇ１１〜ｇ１４、ｇ２１〜ｇ２４、ｇ３１〜ｇ３４は、過電圧検出部４４からの過電圧検出信号４９（４９ａ〜４９ｃ）を割り込み信号として、対応する電圧補償回路ＰＮへの信号が全て０になる。

図８に過電圧検出部４４の詳細を示す。過電圧検出部４４は、複数の比較器４７ａ〜４７ｄ、ラッチ回路４８ａ〜４８ｃ、および絶対値変換部４５で構成される。各比較器４７ａ〜４７ｃは、各電圧補償回路ＰＮ１〜ＰＮ３にそれぞれ対応したＰＮ用過電圧検出レベル４６ａ〜４６ｃを有し、負荷電圧の絶対値が過電流検出レベル４６ａ〜４６ｃを超えた時、ラッチ回路４８ａ〜４８ｃを介して過電圧検出信号４９としてのＰＮオフ信号４９ａ〜４９ｃを出力する。なお、便宜上、ラッチ回路４８ｂの図示は省略する。
なお、各過電圧検出レベル４６ａ〜４６ｃは、以下の関係を満足する。
ＰＮ１用過電圧検出レベル４６ａ＜ＰＮ２用過電圧検出レベル４６ｂ＜ＰＮ３用過電圧検出レベル４６ｃ

また、比較器４７ｄは、各ＰＮ用過電圧検出レベル４６ａ〜４６ｃよりも低い過電圧抑制解除レベルとしての検出レベル（以下、解除レベルと称す）４６ｄを有し、負荷電圧の絶対値が解除レベル４６ｄを超えた時、検出信号を出力する。各ラッチ回路４８ａ〜４８ｃでは、比較器４７ｄからの検出信号が１から０になると、即ち、負荷電圧の絶対値が解除レベル４６ｄ以下になると、ラッチしていた各比較器４７ａ〜４７ｃからの信号をクリアし、各過電圧検出信号４９(４９ａ〜４９ｃ)を１から０にする。

この実施の形態では、負荷電圧に過電圧が検出されると、過電圧のレベルに応じて選択された電圧補償回路ＰＮに対して、駆動信号を高速に０にしてインバータのＩＧＢＴ９を全てオフにする。これにより、該電圧補償回路ＰＮでは、コンデンサ１０の電圧を系統電圧Ｖｘと逆極性の出力電圧として、ダイオードを介して系統電圧Ｖｘに重畳し、電圧変動補償回路１００の補償電圧を速やかに低減できる。
このため、系統電圧の回復を検知して補償電圧の出力をゼロにするための駆動信号を制御回路１６から発生するのが遅れても、過電圧を検出すると、所定の電圧補償回路ＰＮから高速に系統電圧Ｖｘと逆極性の出力電圧を発生させて過電圧を抑制できる。このため、信頼性の高い瞬低補償を行うと共に、過電圧による被害を効果的に抑制できる。

また、最小の過電圧検出レベル４６ａよりも低いレベルの解除レベル４６ｄを持たせて過電圧検出レベルにヒステリシスを持たせる構成としたため、過電圧抑制動作と通常動作を繰り返すハンチング動作を防ぐことができ、装置の安定性を増す事ができる。

この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置の概略構成図である。この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置の制御回路の構成図である。この発明の実施の形態１による過電流検出部の回路構成図である。この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置における３相交流への適用時の全体構成図である。この発明の実施の形態４による電圧変動補償装置の制御回路の構成図である。この発明の実施の形態５による電圧変動補償装置の動作を説明する回路図である。この発明の実施の形態６による電圧変動補償装置の動作を説明する図である。この発明の実施の形態６による過電圧検出部の回路構成図である。

符号の説明

３負荷、
９sw11〜９sw14，９sw21〜９sw24，９sw31〜９sw34 半導体スイッチング素子としてのＩＧＢＴ、
１０（１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３）エネルギ蓄積手段としてのコンデンサ、
１６制御部としての制御回路、２３瞬低検出部、２５駆動信号発生器、
３０過電流検出部、３１過電流検出信号、
３１ａ過電流検出信号としてのＰＮ１オフ信号、
３１ｂ過電流検出信号としてのＰＮ２オフ信号、
３１ｃ過電流検出信号としてのＰＮ３オフ信号、
３１ｄ過電流検出信号としてのインターロック信号、３２補償電圧演算部、
３５ＡＮＤ回路、４０ａ〜４０ｄ比較器、
４３ａＰＮ１用過電流検出レベル、４３ｂＰＮ２用過電流検出レベル、
４３ｃＰＮ３用過電流検出レベル、４３ｄ最大過電流検出レベル、
４３ｅ過電流抑制解除レベルとしての解除レベル、４４過電圧検出部、
４６ａＰＮ１用過電圧検出レベル、４６ｂＰＮ２用過電圧検出レベル、
４６ｃＰＮ３用過電圧検出レベル、４７ａ〜４７ｃ比較器、
４９過電圧検出信号、４９ａＰＮ１オフ信号、４９ｂＰＮ２オフ信号、
４９ｃＰＮ３オフ信号、１００電圧変動補償装置、
ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ３電圧補償回路、Ｖｘ系統電圧、
Ｉｘ系統電流。

Claims

それぞれ異なる電圧が蓄積される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、該電力系統における電圧低下の監視、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電圧変動補償装置において、
上記補償電圧の発生による補償動作中に、上記複数の電圧補償回路が直列接続された上記系統に流れる過電流を過電流検出部にて検出して、上記制御部により所定の上記電圧補償回路の出力電圧を変化させて上記補償電圧を低減させ、
上記過電流検出部にて用いる過電流検出レベルを複数種設定し、その最大過電流検出レベルを超える過電流が検出されると、装置を停止して保護動作を起こす手段を備え、上記制御部は、上記保護動作に先立って、全ての上記電圧補償回路から、系統電圧と逆極性の出力電圧を発生させ、その出力電圧の総和による過電流抑制電圧を上記系統電圧に重畳させ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、該電力系統における電圧低下の監視、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電圧変動補償装置において、
上記補償電圧の発生による補償動作中に、上記複数の電圧補償回路が直列接続された上記系統に流れる過電流を過電流検出部にて検出して、上記制御部により所定の上記電圧補償回路の出力電圧を変化させて上記補償電圧を低減させ、
上記過電流検出部では、上記複数の電圧補償回路にそれぞれ対応させて複数の過電流検出レベルを設定し、該過電流検出レベルを超える過電流が検出されると、上記制御部は、当該過電流検出レベルに対応する電圧補償回路を上記所定の電圧補償回路として、その出力電圧を変化させることを特徴とする電圧変動補償装置。
上記過電流検出部では、上記複数の電圧補償回路にそれぞれ対応させて複数の過電流検出レベルを設定し、該過電流検出レベルを超える過電流が検出されると、上記制御部は、当該過電流検出レベルに対応する電圧補償回路を上記所定の電圧補償回路として、その出力電圧を変化させることを特徴とする請求項１に記載の電圧変動補償装置。
上記所定の電圧補償回路における出力電圧の変化は、該所定の電圧補償回路の過電流検出時点での出力電圧レベルに応じて、系統電圧と逆極性の出力電圧を発生させる、あるいは出力電圧を零にすることにより行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電圧変動補償装置。
上記制御部では、上記過電流検出部での過電流検出時に、該過電流のレベルに応じて該過電流検出時点の補償電圧から所定の電圧を減じるように補償電圧を再演算し、該再演算された補償電圧に応じて所定の上記電圧補償回路の出力電圧を変化させることを特徴とする請求項４に記載の電圧変動補償装置。
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、該電力系統における電圧低下の監視、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電圧変動補償装置において、
上記補償電圧の発生による補償動作中に、上記複数の電圧補償回路が直列接続された上記系統に流れる過電流を過電流検出部にて検出して、上記制御部により所定の上記電圧補償回路の出力電圧を変化させて上記補償電圧を低減させ、
上記所定の電圧補償回路における出力電圧の変化は、該所定の電圧補償回路から系統電圧と逆極性の出力電圧を発生させることにより行うことを特徴とする電圧変動補償装置。
上記所定の電圧補償回路における出力電圧の変化は、該所定の電圧補償回路から系統電圧と逆極性の出力電圧を発生させることにより行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電圧変動補償装置。
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、該電力系統における電圧低下の監視、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電圧変動補償装置において、
上記補償電圧の発生による補償動作中に、上記複数の電圧補償回路が直列接続された上記系統に流れる過電流を過電流検出部にて検出して、上記制御部により所定の上記電圧補償回路の出力電圧を変化させて上記補償電圧を低減させ、
上記複数の各電圧補償回路は、ダイオードが逆並列に接続された自己消弧型の半導体スイッチング素子を複数個備えて、上記エネルギ蓄積手段を直流電源として電力系統に接続し、上記直流電源に接続される上記ダイオードは、該直流電源の正極側では該ダイオードの負極が接続され、該直流電源の負極側では該ダイオードの正極が接続され、上記過電流検出部での過電流検出時に、系統電圧と逆極性の出力電圧を発生させる上記電圧補償回路では、該電圧補償回路内の全ての上記半導体スイッチング素子をオフにして、上記直流電源の電圧を逆極性の出力電圧として上記ダイオードを介して系統電圧に重畳することを特徴とする電圧変動補償装置。
上記複数の各電圧補償回路は、ダイオードが逆並列に接続された自己消弧型の半導体スイッチング素子を複数個備えて、上記エネルギ蓄積手段を直流電源として電力系統に接続し、上記直流電源に接続される上記ダイオードは、該直流電源の正極側では該ダイオードの負極が接続され、該直流電源の負極側では該ダイオードの正極が接続され、上記過電流検出部での過電流検出時に、系統電圧と逆極性の出力電圧を発生させる上記電圧補償回路では、該電圧補償回路内の全ての上記半導体スイッチング素子をオフにして、上記直流電源の電圧を逆極性の出力電圧として上記ダイオードを介して系統電圧に重畳することを特徴とする請求項１〜３、６または７のいずれか１項に記載の電圧変動補償装置。
上記過電流検出部での過電流検出時に、上記制御部では、給電制御に割り込み処理を施して、系統電圧と逆極性の出力電圧を発生させる上記電圧補償回路内の全ての上記半導体スイッチング素子をオフにすることを特徴とする請求項８または９に記載の電圧変動補償装置。
上記負荷に供給される過電圧を検出する過電圧検出部を備え、上記補償電圧の発生による補償動作中に上記過電圧検出部にて過電圧が検出されると、上記制御部では、給電制御に割り込み処理を施し、所定の上記電圧補償回路内の全ての上記半導体スイッチング素子をオフにして、上記直流電源の電圧を逆極性の出力電圧として上記ダイオードを介して系統電圧に重畳することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の電圧変動補償装置。
上記過電流検出部にて用いる過電流の検出レベルよりも低いレベルの過電流抑制解除レベルを有し、上記過電流検出部にて過電流検出後、該電流が上記過電流抑制解除レベル以下になると、上記制御部は、上記所定の電圧補償回路に対して出力電圧を変化させる制御を解除することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電圧変動補償装置。
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、該電力系統における電圧低下の監視、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電圧変動補償装置において、上記負荷に供給される過電圧を検出する過電圧検出部を備え、上記複数の各電圧補償回路は、ダイオードが逆並列に接続された自己消弧型の半導体スイッチング素子を複数個備えて、上記エネルギ蓄積手段を直流電源として電力系統に接続し、上記直流電源に接続される上記ダイオードは、該直流電源の正極側では該ダイオードの負極が接続され、該直流電源の負極側では該ダイオードの正極が接続され、上記補償電圧の発生による補償動作中に上記過電圧検出部にて過電圧が検出されると、上記制御部では、給電制御に割り込み処理を施し、所定の上記電圧補償回路内の全ての上記半導体スイッチング素子をオフにして、上記直流電源の電圧を系統電圧と逆極性の出力電圧として上記ダイオードを介して系統電圧に重畳することを特徴とする電圧変動補償装置。
上記過電圧検出部では、上記複数の電圧補償回路にそれぞれ対応させて複数の過電圧検出レベルを設定し、該過電圧検出レベルを超える過電圧が検出されると、上記制御部は、当該過電圧検出レベルに対応する電圧補償回路を上記所定の電圧補償回路として、該電圧補償回路から系統電圧と逆極性の出力電圧を発生させることを特徴とする請求項１１または１３に記載の電圧変動補償装置。