JP5071139B2

JP5071139B2 - 瞬低補償装置

Info

Publication number: JP5071139B2
Application number: JP2008031582A
Authority: JP
Inventors: 渡辺　　純一
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: JP2009194981A

Description

本発明は、瞬低補償装置に関する。

従来から、電源の瞬低時に電池や電気二重層キャパシタ等のエネルギー蓄積要素から電力を供給する瞬低補償装置が知られている。
図７は、従来の瞬低補償装置のシステム構成を示した図である。
図７に示すように、従来の瞬低補償装置は、瞬低時に負荷１０を電源１１から解列するための高速スイッチ１２と、瞬低時に電源１１の代わりとなるインバータ（ＰＣＳ）１３と、高速スイッチ１２及びインバータ１３を制御する制御装置１４と、エネルギーを蓄積する蓄積要素１５とにより構成されている。

図８は、従来の瞬低補償装置の動作タイミングを示した図である。
図８中にＣで示す期間は、電源１１の正常時であり、電源１１から負荷１０へ給電しており、このとき制御装置１４は系統電圧の位相情報を検出し、電源１１による系統電圧と同位相の電圧指令を更新し、瞬低補償動作に備えている。

瞬低が発生すると、制御装置１４は高速に瞬低を検出し、高速スイッチ１２にオフ指令を与えて負荷１０を電源１１から解列し、同時にインバータ１３を始動して蓄積要素１５の直流エネルギーをインバータ１３で交流に変換し、負荷１０へ無瞬断で電力を供給する。
図８中にＡで示す期間は、電源１１の瞬低時であり、制御装置１４内で更新されていた瞬低前の位相情報により運転される。

図８中にＢで示す期間は、系統が復電すると、系統自体の位相変化や制御装置１４の精度により、系統電圧の位相とインバータ１３の電圧の位相との間に、位相差が発生する可能性があるため、インバータ１３は系統電圧に位相合わせ（以下、同期合わせとする）を行う。同期合わせが完了すると高速スイッチ１２をオンにし、電源１１からの給電へ切り換えて次の瞬低に備える。なお、図８中にＢで示す期間は、厳密に言うと、同期合わせ完了後から瞬低補償装置停止までの期間も含んでいるが、ここでは説明のため同期合わせ期間として簡略化して説明する。

特開２００１−１８６６９０号公報

図９は、従来の瞬低補償装置の同期合わせ回路を示した図である。
図９に示すように、従来の瞬低補償装置の同期合わせ回路は、系統電圧とインバータ電圧との位相差（±Δｔ）を検出する位相差検出部２０と、位相差検出部２０で検出した位相差により固定された規定のリミッタ特性に基く固定されたリミット幅（±Δｔ’）を有するリミッタ２１と、リミッタ２１のリミット幅とインバータ制御内部周波数ｆｒｅｆ（周期はＴ＝１／ｆｒｅｆ）とに応じてインバータ正弦波の周波数[１／（Ｔ±Δｔ’）]を生成する周波数生成部２２とにより構成されている。

このように、従来の瞬低補償装置では、系統電圧とインバータ電圧との位相差を、ある固定された規定値のリミット幅に基き周波数を生成することで、同期合わせ期間Ｂ（図８参照）の位相変化量を制限している。そして、位相差の基準を系統電圧とし、インバータ電圧の位相が進んでいる場合は正として周波数を下げ、遅れている場合は負として周波数を上げている。

ところで、瞬低補償装置は、短時間の補償に限定した装置であるため（例えば、１秒から１０秒程度）、エネルギーの蓄積要素１５は経済性、外形寸法等から容量が限定され、同期合わせも短時間で行わなければならない。

しかしながら、同期合わせは、周波数の変化により行うため、同期合わせを短時間で行うためには、周波数の変可量も大きくする必要があり、周波数の変化に敏感な装置であるインバータ１３では過電流による装置停止が生ずる虞があり、モーター負荷等では、回転数やトルクの急変等により、負荷１０に影響を与える虞がある。

以上のことから、本発明は、周波数変化による同期合わせ時における負荷への影響を最小限に抑えることができる瞬低補償装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る瞬低補償装置は、
電源により生ずる系統電圧とインバータにより生ずるインバータ電圧との位相差を検出する位相差検出部と、
負荷電流の変化量を負荷電流変化量として検出する変化量検出部と、
前記位相差と前記負荷電流変化量とに応じてリミット幅を変化させることで周波数変化量を変化させるリミッタと、
前記リミット幅とインバータ制御内部周波数とに応じてインバータ正弦波の周波数を生成する周波数生成部と
を備える
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る瞬低補償装置は、第１の発明に係る瞬低補償装置において、
前記リミッタは、前記負荷電流変化量が設定値以上の場合に周波数変化量を小さくする
ことを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る瞬低補償装置は、第１の発明又は第２の発明に係る瞬低補償装置において、
前記リミッタは、前記負荷電流変化量が設定値以下の場合に周波数変化量を大きくする
ことを特徴とする。

本発明によれば、周波数変化による同期合わせ時における負荷への影響を低減することが可能な瞬低補償装置を実現することができる。

本発明に係る瞬低補償装置の実施例について、図を用いて説明する。なお、本発明に係る瞬低補償装置の基本的な構成については、上述した図６に示す従来の瞬低補償装置のシステム構成と同様であるため、ここでの説明は省略する。また、実施例中の説明で用いる符号は図６で用いたものと同じ符号を用いるものとする。

以下、本発明に係る瞬低補償装置の第１の実施例について説明する。
図１は、本実施例に係る瞬低補償装置の同期合わせ回路を示した図、図２は、本実施例に係る瞬低補償装置の同期合わせ回路におけるリミッタ特性を示した図である、図３は、本実施例に係る瞬低補償装置の同期合わせの様子を示した図である。

図１に示すように、本実施例に係る瞬低補償装置の同期合わせ回路は、電源１１により生ずる系統電圧とインバータ１３により生ずるインバータ電圧との位相差（±Δｔ）を検出する位相差検出部１と、負荷電流の変化量（負荷電流変化量）を検出する変化量検出部２と、位相差検出部１で検出した位相差と変化量検出部２で検出した負荷電流変化量とに応じてリミッタ特性を変化させてリミット幅（±Δｔ’）を変化させるリミッタ３と、リミッタ３のリミット幅とインバータ制御内部周波数ｆｒｅｆ（周期はＴ＝１／ｆｒｅｆ）とに応じてインバータ正弦波の周波数（１／Ｔ±Δｔ’）を生成する周波数生成部４とにより構成されている。

なお、本実施例においては、例として、位相差検出部１は、系統電圧の位相を基準として、系統電圧とインバータ電圧との位相差（±Δｔ）を検出している。また、本実施例に係る瞬低補償装置では、リミッタ３のリミッタ特性を保存し、外部回路（ＰＣ等）へ出力する機能を持たせることも可能である。

ところで、従来の瞬低補償装置では、系統電圧とインバータ電圧の位相差（±Δｔ）に対して１サイクルあたりの周波数変化量は負荷電流変化量の大小に関わらず固定値であった。なお、以下の説明において、従来の瞬低補償装置における固定された周波数変化量を規定値の周波数変化量と呼び、この規定値の周波数変化量による同期合わせ時間を規定の同期合わせ時間と呼ぶこととする。

従来の瞬低補償装置に対し、本実施例に係る瞬低補償装置は、負荷電流の変化を変化量検出部により検出して、負荷電流変化量が設定値以下の場合には、図２（ａ）に示すようにリミッタ３のリミッタ特性を変化させずにリミット幅を維持し、規定値の周波数変化量を維持する。なお、設定値については、規定値の周波数変化量により同期合わせをした場合に、負荷１０に与える影響がない又は少ない範囲に応じて適宜設定する。

図３（ａ）に示すように、本実施例に係る瞬低補償装置では、負荷電流変化量が設定値以下の場合には、図３（ａ）中に実線で示すように、負荷１０に影響を与えることがないため、規定の同期合わせ時間（以下、Ｔ_a1とする）で規定値の周波数変化量で同期合わせを行うことができる。

また、負荷電流変化量が設定値以上の場合には、図２（ｂ）に示すようにリミッタ３のリミッタ特性を変化させてリミット幅を縮小することで、単位時間当たりの周波数変化量を規定値よりも小さくする。この場合、同期合わせが完了するまでの時間は長くなるが、負荷１０への影響は低減することができる。

図３（ｂ）に示すように、本実施例に係る瞬低補償装置では、負荷電流変化量が設定値以上の場合には、図３（ｂ）に実線で示すように、単位時間当たりの周波数変化量を規定値よりも小さくすることにより、同期合わせ時間（以下、Ｔ_bとする）はＴ_a1に比べ長くなるが、負荷１０に与える影響を低減することができる。これに対し、従来の瞬低補償装置では、負荷電流変化量が設定値以上の場合にも、図３（ｂ）中に一点鎖線で示すように、規定値の周波数変化量で同期合わせを行うため、負荷１０に大きな影響を与えてしまう。

以上のように、本実施例に係る瞬低補償装置によれば、同期合わせの周波数変化量を負荷電流変化量により可変とし、負荷電流変化量が一定量以上あった場合には、単位時間当たりの周波数変化量を規定値よりも小さくすることで、周波数や位相の変化に敏感な装置（例えば、インバータ１３）が負荷１０に接続されている場合であっても、負荷１０に与える影響を最小限に抑えることができる。

以下、本実施例に係る瞬低補償装置の第２の実施例について説明する。
図４は、本実施例に係る瞬低補償装置の同期合わせ回路におけるリミッタ特性を示した図、図５は、本実施例に係る瞬低補償装置の同期合わせの様子を示した図である。

なお、本実施例に係る瞬低補償装置の基本的な構成については、第１の実施例に係る瞬低補償装置と同様であるためここでの詳細な説明は省略する。また、本実施例中の説明で用いる符号は図１で用いたものと同じ符号を用いるものとする。
ところで、第１の実施例に係る瞬低補償装置では、負荷電流変化量が設定値以下の場合には、規定値の周波数変化量をそのまま維持していた。

第１の実施例に係る瞬低補償装置に対し、本実施例に係る瞬低補償装置は、負荷電流変化量が設定値以下の場合には、同期合わせ時間の短縮のため、図４（ａ）に示すようにリミッタ３のリミッタ特性を変化させてリミット幅を拡大することで、周波数変化量を大きくする。

なお、これは、負荷電流変化量に応じて周波数変化量を可変としたことにより、負荷電流変化量が大きいときにもできるだけ対応可能なように、規定値として中間的な値の周波数変化量を設定する必要がなくなったことにより、はじめて可能となったものである。また、設定値については、規定値の周波数変化量により同期合わせをした場合に、負荷１０に与える影響がない又は少ない範囲に応じて適宜設定する。

図５（ａ）に示すように、従来の瞬低補償装置と同じように負荷電流変化量が設定値以上の場合にも、規定値の周波数変化量で同期合わせを行った場合、図５（ａ）中に一点鎖線で示すように、同期合わせに要する時間は従来の瞬低補償装置と同じくＴ_a1（図３参照）だけかかってしまう。しかしながら、本実施例に係る瞬低補償装置では、負荷電流変化量が設定値以上の場合には、図５（ａ）中に実線で示すように、単位時間当たりの周波数変化量を規定値よりも大きくすることにより、同期合わせ時間（以下、Ｔ_a2とする）を、図５（ａ）中にＴ_Sで示す分だけ短縮して、Ｔ_a2＜Ｔ_a1とすることができる。

また、負荷電流変化量が設定値以上の場合には、第１の実施例に係る瞬低補償装置と同様に、図４（ｂ）に示すようにリミッタ３のリミッタ特性を変化させてリミット幅を縮小することで、単位時間当たりの周波数変化量を規定値よりも小さくする。この場合、同期合わせが完了するまでの時間は長くなるが、負荷１０への影響は低減することができる。

図５（ｂ）に示すように、本実施例に係る瞬低補償装置では、負荷電流変化量が設定値以上の場合には、図５（ｂ）中に実線で示すように単位時間当たりの周波数変化量を規定値よりも小さくすることにより、同期合わせ時間（以下、Ｔ_bとする）はＴ_a1（図３参照）に比べ長くなるが、負荷１０に与える影響を低減することができる。これに対し、従来の瞬低補償装置では、負荷電流変化量が設定値以上の場合にも、図５（ｂ）中に一点鎖線で示すように、規定値の周波数変化量で同期合わせを行うため、負荷１０に大きな影響を与えてしまう。

図６は、本実施例に係る瞬低補償装置の動作タイミングを示した図である。なお、図６中にＡで示す期間は瞬低補償期間を、図６中にＢで示す期間は同期合わせ期間を、図６中にＣで示す期間は瞬低補償装置の停止期間を示している。なお、Ｂで示す期間は、厳密に言うと、同期合わせ完了後から瞬低補償装置停止までの期間も含んでいるが、ここでは説明のため、同期合わせ期間として簡略化して説明する。

図６に示すように、本実施例に係る瞬低補償装置は、瞬低が発生すると、瞬低補償期間Ａ→同期合わせ期間Ｂ→停止期間Ｃの動作を行う。そして、本実施例に係る瞬低補償装置によれば、瞬低補償期間Ａを延ばすことができる。これは、蓄電要素１５に必要とされるエネルギー量は、瞬低補償期間Ａと同期合わせ期間Ｂとに必要とされるエネルギー量により決定されるためである。したがって、本実施例に係る瞬低補償装置によれば、同期合わせ期間Ｂを短縮することができ、同期合わせ期間Ｂの短縮は蓄電要素１５の容量を減らすことができる他、同じ容量の蓄電要素１５を用いた場合には瞬低補償期間Ａの時間を長く取れることができる。

また、本実施例に係る瞬低補償装置によれば、負荷電流変化量が設定値以下の場合には、周波数変化量を規定値よりも大きくすることで、同期合わせに要する時間を短縮することができるため、蓄電要素１５の容量を減らすことができる。また、従来の瞬低補償装置と蓄電要素１５の容量が同じ場合には、瞬低の補償時間を延ばすことができる。

本発明は、例えば、瞬低時に無瞬断で負荷に電力を供給する瞬低補償装置、特に、復電時にインバータから系統へ切り換える際の、系統電圧とインバータ電圧との同期合わせ回路に利用することが可能である。

本発明の第１の実施例に係る瞬低補償装置の同期合わせ回路を示した図である。本発明の第１の実施例に係る瞬低補償装置の同期合わせ回路におけるリミッタ特性を示した図である。本発明の第１の実施例に係る瞬低補償装置の同期合わせの様子を示した図である。本発明の第２の実施例に係る瞬低補償装置の同期合わせ回路におけるリミッタ特性を示した図である。本発明の第２の実施例に係る瞬低補償装置の同期合わせの様子を示した図である。本発明の第２の実施例に係る瞬低補償装置の動作タイミングを示した図である。従来の瞬低補償装置のシステム構成を示した図である。従来の瞬低補償装置の動作タイミングを示した図である。従来の瞬低補償装置の同期合わせ回路を示した図である。

符号の説明

１位相差検出部
２変化量検出部
３リミッタ
４周波数生成部
１０負荷
１１電源
１２高速スイッチ
１３インバータ
１４制御装置
１５蓄積要素

Claims

電源により生ずる系統電圧とインバータにより生ずるインバータ電圧との位相差を検出する位相差検出部と、
負荷電流の変化量を負荷電流変化量として検出する変化量検出部と、
前記位相差と前記負荷電流変化量とに応じてリミット幅を変化させることで周波数変化量を変化させるリミッタと、
前記リミット幅とインバータ制御内部周波数とに応じてインバータ正弦波の周波数を生成する周波数生成部と
を備える
ことを特徴とする瞬低補償装置。
前記リミッタは、前記負荷電流変化量が設定値以上の場合に周波数変化量を小さくする
ことを特徴とする請求項１に記載の瞬低補償装置。
前記リミッタは、前記負荷電流変化量が設定値以下の場合に周波数変化量を大きくする
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の瞬低補償装置。