JP5332229B2 - 瞬低補償装置 - Google Patents

Description

本発明は、瞬低補償装置に関するものである。

電力系統においては、系統に接続されている負荷量が急変したり、系統に落雷が作用したりすること等を原因として、瞬時電圧低下（以下「瞬低」と称する）が発生することがある。
一方、ＩＴ関連機器などの負荷では、電力系統に瞬低が発生すると、機器の停止や誤動作等の障害が発生する恐れがある。
このため、瞬低に起因して負荷に障害が発生することを防止する目的で、一般に電力系統には、並列型瞬低補償装置が備えられている。

この並列型瞬低補償装置は、平常時（瞬低が発生していない時）には、高速スイッチを介して系統電源から負荷に電力を供給するとともに、直流充電部（電気二重層キャパシタ等）に電力を貯蔵する。
そして瞬低発生時には、並列型瞬低補償装置は、負荷と電力系統とを瞬時に切り離すと共に、直流充電部に貯蔵していた直流電力を交流電力に変換して、この交流電力を負荷に対して無停電状態で供給する。

なお、瞬低補償装置にアクティブフィルタ機能を併せ持たせた並列型瞬低補償装置があり、このタイプの並列型瞬低補償装置は、平常時において、負荷から発生した高調波電流を抑制する（打ち消す）補償電流を出力する。

ここで、アクティブフィルタ機能を併せ持った並列型瞬低補償装置の回路構成を、図８を参照して説明する。

図８に示すように、系統電源１を含む電力系統Ｌ１には、高速スイッチ２を介して負荷３が接続されている。高速スイッチ２は、例えばＩＧＢＴ等により構成されている。

電力変換器４は、逆変換動作（インバータ動作）と順変換動作（コンバータ動作）ができるインバータ装置等で構成されている。
この電力変換器４には、その直流側に電気二重層キャパシタ（直流充電部）５が接続されている。
また電力変換器４は、その交流側が電力ラインＬ２を介して負荷３に接続されており、電力変換器４は、負荷３に対して並列に接続されている。電力ラインＬ２には、ＡＣフィルタとして、ＬＣフィルタやＬＣＬフィルタが介装されている。

この電力変換器４は、後述する制御部１００の制御の下にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調器６から出力されるゲート制御信号Ｇに応じて、次のような動作機能を果たすものである。
（１）平常時において、順変換動作（コンバータ動作）をすることにより、系統電源１から得た交流電力を直流電力に変換し、この直流電力により電気二重層キャパシタ５を充電する。
（２）平常時において、負荷３から発生する高調波電流と逆極性の補償電流を出力し、この補償電流により高調波電流を打ち消す。つまり、アクティブフィルタとしての動作機能を果たす。
（３）瞬低が発生した時に、逆変換動作（インバータ動作）をすることにより、電気二重層キャパシタ５に充電していた直流電力を交流電力に変換し、この交流電力を負荷３に送る。つまり、瞬低補償装置としての動作機能を果たす。

電力系統Ｌ１には電圧検出器１１と電流検出器１２が介装されており、電圧検出器１１は検出した系統電圧値を示す系統電圧信号ＶＳを出力し、電流検出器１２は検出した系統電流値を示す系統電流信号ＩＳを出力する。
なお、電力系統Ｌ１には、高速スイッチ２から見て系統電源１側に、ＡＣＬを接続する場合もある。

電力系統Ｌ１のうち高速スイッチ２と負荷３との間には、電圧検出器１３と電流検出器１４が介装されており、電圧検出器１３は検出した負荷電圧値を示す負荷電圧信号ＶＬを出力し、電流検出器１４は検出した負荷電流値を示す負荷電流信号ＩＬを出力する。

電力変換器４の交流側には、電力変換器４が出力する交流出力電流（インバータ出力電流）を検出する電流検出器１５が備えられており、電流検出器１５は検出した交流出力電流値（インバータ出力電流値）を示す交流出力電流信号（インバータ出力電流信号）Ｉｉｎｖを出力する。

電気二重層キャパシタ５には電圧検出器１６が備えられており、電圧検出器１６は電気二重層キャパシタ５の充電電圧値を示す充電電圧信号Ｖｄｃを出力する。

制御部１００は、上記信号ＶＳ，ＶＬ，ＩＳ，ＩＬ，Ｉｉｎｖ，Ｖｄｃを取り込むことにより、電力系統Ｌ１の状況を判断し、電力系統Ｌ１の状態に応じて、電力変換器４を、電気二重層キャパシタ５を充電する充電装置として動作させたり、アクティブフィルタとして動作させたり、瞬低補償装置として動作させたりするように、電力変換器４の動作状態を制御する。
また、この制御部１００は、高速スイッチ２のスイッチング動作を制御する。つまり平常時には高速スイッチ２を閉じておき、瞬低が発生したときには、高速スイッチ２を瞬時に遮断する。

図８に示す構成となっている並列型瞬低補償装置では、瞬低発生を検出したら、高速スイッチ２を遮断し、電気二重層キャパシタ５に蓄積されている直流電力を電力変換器４により交流電力に変換し、この交流電力を負荷３に供給している。

この場合、瞬低発生から高速スイッチ２の遮断までに時間がかかることや、高速スイッチ２を遮断する際にサージが発生すること等を理由として、負荷３の電圧波形には、一瞬、急激な落ち込みが発生する。

この負荷電圧波形の急激な落ち込み（一瞬の電圧の落ち込み）を防止するために、特許文献１（特開２００６−１８７０８９）などでは、制御部１００に工夫をしている。

そこで、特許文献１などに示されている、制御部１００の詳細について、図９を参照して説明する。
図９に示すように、制御部１００は、瞬低検出部１０１と、遮断制御部１０２と、基準電圧発生部１０３と、加算部１０４と、高調波補償指令部１１０と、電流制御指令部１２０と、電圧制御指令部１３０と、選択・出力指令部１４０を有している。
なお、図９では、電気二重層キャパシタ５を充電するための充電指令を作る充電指令制御系統は、図示省略している。

瞬低検出部１０１は、系統電圧信号ＶＳを監視しており、この系統電圧信号ＶＳが、予め設定した閾値よりも低下したら、瞬低が発生したと判断する。なお、瞬低検出部１０１にて検出動作をするのに時間を要するため、瞬低が実際に発生した時点から、瞬低を検出する時点までの間には、僅かながらタイムラグがある。

遮断制御部１０２は、瞬低検出部１０１が瞬低の発生を検出したら、この瞬低検出時点から予め設定した時間（例えば数十μＳ）が経過した時点で、遮断信号Ｓｈを出力する。この遮断信号Ｓｈが高速スイッチ２に入力されると、高速スイッチ２が直ちに遮断される。

基準電圧発生部１０３は、系統電圧信号ＶＳを取り込み、ＰＬＬ演算等をして系統電圧の位相を演算等して、系統電源１が供給する三相電圧（高調波成分を含まず、且つ、位相ズレのない三相電圧）の電圧値及び位相を示す基準電圧信号Ｖｒｅｆを出力する。

高調波補償指令部１１０は、高調波抽出部１１１と、減算部１１２と、電流制御部１１３とを有している。
そして、高調波抽出部１１１は、負荷電流信号ＩＬから負荷高調波成分を抽出し、減算部１１２は、負荷高調波成分と交流出力電流信号（インバータ出力電流信号）Ｉｉｎｖとの偏差を求め、この偏差を電流制御部１１３により比例・積分（ＰＩ）演算することにより高調波補償指令Ｓ１を求める。
この高調波補償指令Ｓ１は、負荷３から発生する高調波を抑制（打ち消す）ように、電力変換器４から補償電流を出力させるように動作させる指令である。

電流制御指令部１２０は、減算部１２１と、電流制御部１２２とを有している。
そして、減算部１２１は、負荷電流信号ＩＬと交流出力電流信号（インバータ出力電流信号）Ｉｉｎｖとの偏差を求め、この偏差を電流制御部１２２により比例・積分（ＰＩ）演算することにより電流制御指令Ｓ２を求める。
この電流制御指令Ｓ２は、電力変換器４が負荷３に必要な電流を供給するように、電力変換器４を動作させる指令である。
このように、電力変換器４が負荷３に必要な電流を供給すると、系統電源１から高速スイッチ２を介して負荷３へ流れる電流の供給が停止され、結果として、高速スイッチ２を流れる電流を０にすることができる。

電圧制御指令部１３０は、減算部１３１と、電圧制御部１３２とを有している。
そして、減算部１３１は、負荷電圧信号ＶＬと基準電圧信号Ｖｒｅｆとの偏差を求め、この偏差を電圧制御部１３２により比例・積分（ＰＩ）演算することにより電圧制御指令Ｓ３を求める。
この電圧制御指令Ｓ３は、電力変換器４が負荷３に定格電圧（系統電源１の定格電圧と等しい電圧）となっている三相電圧を供給するように、電力変換器４を動作（インバータ動作）させる指令である。

選択・出力指令部１４０は、ゲイン信号出力部１４１と、乗算部１４２，１４３，１４４と、加算部１４５，１４６を有している。
ゲイン信号出力部１４１は、ゲイン信号ｇ１，ｇ２，ｇ３を出力するものであり、各ゲイン信号ｇ１，ｇ２，ｇ３の値は、電力系統Ｌ１の状況に応じて、０〜１の間の値に変化するようにしている。
この選択・出力指令部１４０の動作は、図１０を参照して後述するが、この選択・出力指令部１４０から出力される指令を、選択・出力指令Ｓ０とする。

加算部１０４は、選択・出力指令Ｓ０に基準電圧信号Ｖｒｅｆを加算して最終指令ＳＳを得て、この最終指令ＳＳが出力される。最終指令ＳＳは、ＰＷＭ変調器６によりＰＷＭ変調されてゲート制御信号Ｇとなり、このゲート制御信号Ｇ（ＰＷＭ変調された最終指令ＳＳ）により電力変換器４のゲート制御が行なわれる。

ここで図１０を参照して、選択・出力指令部１４０の動作、ならびに、並列型瞬低補償装置の動作を説明する。

図１０において、期間Ｔ０、つまり瞬低検出部１０１により瞬低が検出される時点ｔ２よりも前の期間では、ゲイン信号出力部１４１は、値が１となっているゲイン信号ｇ１のみを出力し、ゲイン信号ｇ２，ｇ３は出力しない（ゲイン信号ｇ２，ｇ３の値をそれぞれ０とする）。
このため、選択・出力指令部１４０から出力される選択・出力指令Ｓ０は、高調波補償指令Ｓ１のみを含むこととなる。したがって最終指令ＳＳも、高調波補償指令Ｓ１のみを有することとなり、この最終指令ＳＳ（＝高調波補償指令Ｓ１）をＰＷＭ変調したゲート制御信号Ｇにより、電力変換器４が作動して、電力変換器４からは、負荷３から発生する高調波を抑制（打ち消す）補償電流が出力されアクティブフィルタとしての高調波補償動作が行なわれる。

図１０において、時点ｔ１において瞬低が発生すると、時点ｔ１から時間的に遅れた時点ｔ２において、瞬低検出部１０１は瞬低が発生したことを検出する。

瞬低検出部１０１にて瞬低を検出したら、ゲイン信号出力部１４１は、値が１となっているゲイン信号ｇ２のみを出力し、ゲイン信号ｇ１，ｇ３は出力しない（ゲイン信号ｇ１，ｇ３の値をそれぞれ０とする）。
このため、選択・出力指令部１４０から出力される選択・出力指令Ｓ０は、電流制御指令Ｓ２のみを有することとなり、最終指令ＳＳ（＝電流制御指令Ｓ２）をＰＷＭ変調したゲート制御信号Ｇにより、電力変換器４が作動して、電力変換器４から負荷３に対して、この負荷３が必要な電流を供給する。
このため、系統電源１から高速スイッチ２を介して負荷３へ流れる電流の供給が停止され、結果として、高速スイッチ２を流れる電流を、極めて短時間で０にすることができる。

また、遮断制御部１０２は、瞬低検出部１０１が瞬低の発生を検出した時点ｔ２から予め設定した時間（例えば数十μＳ）Ｔ１が経過した時点ｔ３において、遮断信号Ｓｈを出力する。この遮断信号Ｓｈが高速スイッチ２に入力されると、高速スイッチ２が直ちに遮断される。

図１０において、時点ｔ３、つまり高速スイッチ２が遮断されたら、ゲイン信号出力部１４１は、期間Ｔ２（時点ｔ３から時点ｔ４までの期間）において、ゲイン信号ｇ２の値を１から徐々に減少させて０とすると共に、ゲイン信号ｇ３の値を０から徐々に増加させて１にし、ゲイン信号ｇ１は出力しない（ゲイン信号ｇ１の値を０とする）。
このため、選択・出力指令部１４０から出力される選択・出力指令Ｓ０は、電流制御指令Ｓ２が徐々に減少し、電圧制御指令Ｓ３が徐々に増加する。
そして、電圧制御指令Ｓ３が増加していくと、この電圧制御指令Ｓ３をＰＷＭ変調したゲート制御信号Ｇにより電力変換器４が作動して、電力変換器４から負荷３に対して、定格電圧（系統電源１の電圧と等しい電圧）となっている三相電圧を供給する。このため、高速スイッチ２が遮断されても、負荷３に対して三相電力の供給ができる。

結局、図９，図１０を基に説明した特許文献１等の技術では、電流制御指令部１２０は、瞬低検出後、インバータ出力電流指令Ｉｉｎｖと負荷電流指令ＩＬとが等しくなるような電流制御指令Ｓ２を出力し、系統電流を速やかに０にし、その後に高速スイッチ２を遮断するため、瞬低検出からスイッチ遮断までの時間（期間Ｔ１）を短縮でき、サージ発生を抑えてサージに起因する電圧変動を抑制している。

特開２００６−１８７０８９

図９及び図１０を基に説明したように、特許文献１等に示す従来技術では、瞬低を検出すると電流制御指令部１２０から出力される電流制御指令Ｓ２を用いて、電力変換器４から負荷３に対して、この負荷３が必要な電流を供給することにより、系統電源１から高速スイッチ２を介して負荷３へ流れる電流の供給を停止し、高速スイッチ２に流れる電流を速やかに０にした後に、高速スイッチ２を遮断している。
このようにして、電流が流れていない状態で高速スイッチ２を遮断することができるため、サージの発生を抑制することができ、電力変換器２から負荷３に供給する電圧変動（サージに起因する電圧変動）を抑制できると共に、瞬低検出からスイッチ遮断までの時間（期間Ｔ１）を短縮することができる。

しかし、図１０において、瞬低を検出した時点ｔ２から、スイッチを遮断した時点ｔ３までの期間Ｔ１において、瞬低を原因として負荷２の電圧波形には急激な落ち込みが生じるという問題がある。

この負荷電圧の急激な落ち込みを低減するために、並列型瞬低補償装置の電力系統Ｌ１のうち系統電源１側にリアクトルを挿入するといった回路方式が考えられるが、それだけでは完全に電圧低下を無くすことはできない。

完全に負荷側の電圧降下を防止するためには、瞬低を検出した時点から高速スイッチを遮断する時点までの期間において、瞬低による負荷電圧の急激な落ち込みを低減するなどの制御を行なう必要があるが、かかる技術は従来では開発されていない。

本発明は、上記従来技術に鑑み、瞬低が発生しても、この瞬低に起因する負荷電圧の低下を抑制す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。

上記課題を解決する本発明の構成は、
負荷と系統電源とを接続する電力系統に介装されたスイッチと、
交流側が前記負荷に接続されると共に直流側に直流充電部が接続されており、逆変換動作と順変換動作ができる電力変換器と、
前記電力系統に瞬低が発生すると、前記スイッチを遮断制御すると共に、前記電力変換器を逆変換動作させることにより前記電力変換器から前記負荷に電力を供給するために前記電力変換器を制御する制御部とを有する瞬低補償装置において、
前記制御部は、
前記電力系統に瞬低が発生したか否かを検出する瞬低検出部と、
前記瞬低検出部により瞬低を検出した後、予め設定した時間が経過したら前記スイッチを遮断する遮断制御部と、
負荷電圧と基準電圧との偏差から、前記電力変換器が前記負荷に電力を供給して前記負荷に定格電圧を印加するために、前記電力変換器を制御する電圧制御指令を生成する電圧制御指令部と、
瞬低による負荷電流の落ち込みに相当するひずみ成分を負荷電流から抽出し、前記電力変換器が前記負荷に電力を供給して前記ひずみ成分を補償する補償電流を前記負荷に供給するために、前記電力変換器を制御する電流制御指令を生成する電流制御指令部と、
前記瞬低検出部により瞬低を検出したら、前記電流制御指令を選択して出力し、前記遮断制御部により前記スイッチが遮断されたら、前記電圧制御指令を選択して出力する選択・出力指令部と、
前記選択・出力指令部から出力された制御指令に基づき、前記電力変換器から前記負荷に電力を供給するために前記電力変換器を制御するゲート制御信号を前記電力変換器に送る変調器とを有することを特徴とする瞬低補償装置。

この場合、前記選択・出力指令部は、前記遮断制御部により前記スイッチが遮断されたら、前記電流制御指令を漸減するとともに前記電圧制御指令を漸増することを特徴としてもよい。

また本発明の構成は、
負荷と系統電源とを接続する電力系統に介装されたスイッチと、
交流側が前記負荷に接続されると共に直流側に直流充電部が接続されており、逆変換動作と順変換動作ができる電力変換器と、
前記電力系統に瞬低が発生すると、前記スイッチを遮断制御すると共に、前記電力変換器を逆変換動作させることにより前記電力変換器から前記負荷に電力を供給するために前記電力変換器を制御する制御部とを有する瞬低補償装置において、
前記制御部は、
前記電力系統に瞬低が発生したか否かを検出する瞬低検出部と、
前記瞬低検出部により瞬低を検出した後、予め設定した時間が経過したら前記スイッチを遮断する遮断制御部と、
負荷電圧と基準電圧との偏差から、前記電力変換器が前記負荷に電力を供給して前記負荷に定格電圧を印加するために、前記電力変換器を制御する電圧制御指令を生成する電圧制御指令部と、
瞬低による負荷電流の落ち込みに相当するひずみ成分を負荷電流から抽出し、前記電力変換器が前記負荷に電力を供給して前記ひずみ成分を補償する補償電流を前記負荷に供給するために、前記電力変換器を制御するひずみ成分補償指令を生成するとともに、負荷電流と前記電力変換器が出力する交流出力電流との偏差から、前記電力変換器が前記負荷に電力を供給して前記負荷に定格電流を供給するために、前記電力変換器を制御する系統電流零指令を生成する電流制御指令部と、
前記瞬低検出部により瞬低を検出したら、前記ひずみ成分補償指令及び前記系統電流零指令を選択して出力し、前記遮断制御部により前記スイッチが遮断されたら、前記電圧制御指令を選択して出力する選択・出力指令部と、
前記選択・出力指令部から出力された制御指令に基づき、前記電力変換器から前記負荷に電力を供給するために前記電力変換器を制御するゲート制御信号を前記電力変換器に送る変調器とを有することを特徴とする。

この場合、前記選択・出力指令部は、前記瞬低検出部が瞬低を検出したら、前記ひずみ成分補償指令を漸減するとともに、前記電圧制御指令を漸増することを特徴としてもよい。

本発明によれば、瞬低を検出した時点から高速スイッチを遮断する時点までの期間において、電力変換器から負荷に対して、瞬低に起因する負荷電流のひずみ成分を補償する電流、即ち、負荷電流のひずみ成分に対して、位相及び周波数が等しく、且つ大きさを−１倍した補償電流を、電力変換器から負荷に供給している。
このため、負荷電流の落ち込みを低減することができ、この結果、瞬低により負荷電圧の急激な落ち込みが発生しようとしても、この落ち込みを低減することができるという効果を奏する。

更に、瞬低を検出した時点から高速スイッチを遮断する時点までの期間において、電力変換器から負荷に対して負荷電流に相当する電流を供給することにより、高速スイッチに流れる電流（系統電流）を０にした状態で、高速スイッチを遮断することができるため、サージの発生を抑制することができ、サージに起因する電圧変動を抑制することができると共に、瞬低検出からスイッチ遮断までの期間を短縮することができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１にかかる瞬低補償装置に用いる制御部２００を示す。この制御部２００は、図８に示す従来の制御部１００の代わりに用いられるものであり、並列型瞬低補償装置の動作を制御するものである。
なお、図１では、電気二重層キャパシタ５を充電するための充電指令を作る充電指令制御系統や、電力変換器４から補償電流を出力させてアクティブフィルタ動作させる高調波補償指令を作る高調波補償指令部は、図示省略している。

この制御部２００は、図１に示すように、瞬低検出部２０１と、遮断制御部２０２と、基準電圧発生部２０３と、加算部２０４と、電流制御指令部２１０と、電圧制御指令部２２０と、選択・出力指令部２３０を有している。

瞬低検出部２０１は、系統電圧信号ＶＳを監視しており、この系統電圧信号ＶＳが、予め設定した閾値よりも低下したら、瞬低が発生したと判断する。なお、瞬低検出部２０１にて検出動作をするのに時間を要するため、瞬低が実際に発生した時点から、瞬低を検出する時点までの間には、僅かながらタイムラグがある。

遮断制御部２０２は、瞬低検出部１０１が瞬低の発生を検出した後に、遮断信号Ｓｈを出力する。この遮断信号Ｓｈが高速スイッチ２に入力されると、高速スイッチ２が直ちに遮断される。

基準電圧発生部２０３は、系統電圧信号ＶＳを取り込み、ＰＬＬ演算等をして系統電圧の位相を演算等して、系統電源１が供給する三相電圧（高調波成分を含まず、且つ、位相ズレのない三相電圧）の電圧値及び位相を示す基準電圧信号Ｖｒｅｆを出力する。

電流制御指令部２１０は、ひずみ成分抽出部２１１と、−１を乗算する乗算部２１２と、減算部２１３と、電流制御部２１４とを有している。
ひずみ成分抽出部２１１は、負荷電流信号ＩＬから、瞬低による負荷電流の落ち込みに相当するひずみ成分信号ＩＬｈを抽出し、乗算部２１２はひずみ成分を補償するためにひずみ成分信号ＩＬｈに−１を乗算し、減算部２１３は、−１を乗算したひずみ成分信号ＩＬｈと交流出力電流信号（インバータ出力電流信号）Ｉｉｎｖとの偏差を求め、この偏差を電流制御部２１４により比例・積分（ＰＩ）演算することにより電流制御指令Ｓ１０を求める。
なお、ひずみ成分抽出部２１１としては各種のものを使用することができるが、その一例の回路構成については後述する。

電圧制御指令部２２０は、減算部２２１と、電圧制御部２２２とを有している。
減算部２２１は、負荷電圧信号ＶＬと基準電圧信号Ｖｒｅｆとの偏差を求め、この偏差を電圧制御部２２２により比例・微分（ＰＤ）演算することにより電圧制御指令Ｓ２０を求める。
この電圧制御指令Ｓ２０は、電力変換器４が負荷３に電力を供給して負荷３に対して定格電圧（系統電源１の定格電圧と等しい電圧）となっている三相電圧を出力するように、電力変換器４を動作（インバータ動作）させる指令である。

選択・出力指令部２３０は、ゲイン信号出力部２３１と、乗算部２３２，２３３と、加算部２３４を有している。
ゲイン信号出力部２３１は、ゲイン信号ｇ１１，ｇ１２を出力するものであり、各ゲイン信号ｇ１１，ｇ１２の値は、電力系統Ｌ１の状況に応じて、０〜１の間の値に変化するようにしている。
この選択・出力指令部２３０の動作は、図２を参照して後述するが、この選択・出力指令部２３０から出力される指令を、選択・出力指令Ｓ０とする。

加算部２０４は、選択・出力指令Ｓ０に基準電圧信号Ｖｒｅｆを加算して最終指令ＳＳを得る。この最終指令ＳＳは、ＰＷＭ変調器６によりＰＷＭ変調されてゲート制御信号Ｇとなり、このゲート制御信号Ｇ（ＰＷＭ変調された最終指令ＳＳ）により電力変換器４のゲート制御が行なわれる。

次に、選択・出力指令部２３０の動作、ならびに、並列型瞬低補償装置の動作を、図２を参照して説明する。

図２において、期間Ｔ１０、つまり瞬低検出部２０１により瞬低が検出される時点ｔ１２よりも前の期間では、ゲイン信号出力部２３１は、ゲイン信号ｇ１１，ｇ１２を出力しない（ゲイン信号ｇ１１，ｇ１２の値をそれぞれ０とする）。
このため、選択・出力指令部２３０からは、電流制御指令Ｓ１０及び電圧制御指令Ｓ２０は出力されない。つまり待機状態となっている。

図２において、時点ｔ１１において瞬低が発生すると、時点ｔ１１から時間的に遅れた（期間Ｔ１１が経過した）時点ｔ１２において、瞬低検出部２０１は瞬低が発生したことを検出する。

瞬低検出部２０１にて瞬低を検出したら、ゲイン信号出力部２３１は、値が１となっているゲイン信号ｇ１１のみを出力し、ゲイン信号ｇ１２は出力しない（ゲイン信号ｇ１２の値を０とする）。
このため、選択・出力指令部２３０から出力される選択・出力指令Ｓ０は、電流制御指令Ｓ１０のみを有することとなり、最終指令ＳＳ（＝電流制御指令Ｓ１０）をＰＷＭ変調器６にてＰＷＭ変調したゲート制御信号Ｇにより、電力変換器４が作動して、電力変換器４から負荷３に対して、瞬低に起因する負荷電流のひずみ成分を補償する電流を供給する。つまり、負荷電流のひずみ成分に対して、位相及び周波数が等しく、且つ大きさを−１倍した補償電流を、電力変換器４から負荷３に供給する。

このように、負荷電流のひずみ成分に対して、位相及び周波数が等しく、且つ大きさを−１倍した補償電流を、電力変換器４から負荷３に供給するため、負荷電流の落ち込みを低減することができ、この結果、瞬低により負荷電圧の急激な落ち込みが発生しようとしても、この落ち込みを低減することができる。

遮断制御部２０２は、瞬低検出部２０１が瞬低の発生を検出した時点ｔ１２から予め設定した期間Ｔ１２が経過した時点ｔ１３において、遮断信号Ｓｈを出力する。この遮断信号Ｓｈが高速スイッチ２に入力されると、高速スイッチ２が直ちに遮断される。

図２において、時点ｔ１３、つまり遮断制御部２０２から遮断信号Ｓｈが出力されたら、ゲイン信号出力部２３１は、値が１となっているゲイン信号ｇ１２みを出力し、ゲイン信号ｇ１１は出力しない（ゲイン信号ｇ１１の値を０とする）。
このため、選択・出力指令部２３０から出力される選択・出力指令Ｓ０は、電圧制御指令Ｓ２０のみを有することとなり、最終指令ＳＳ（＝電圧制御指令Ｓ２０）をＰＷＭ変調器６にてＰＷＭ変調したゲート制御信号Ｇにより、電力変換器４が作動して、電力変換器４から負荷３に対して、定格電圧（系統電源１の電圧と等しい電圧）となっている三相電圧を供給する。このため、高速スイッチ２が遮断されても、負荷３に対して三相電力の供給ができる。

結局、実施例１にかかる瞬低補償装置の制御部２００では、瞬低を検出した時点ｔ１２から高速スイッチ２を遮断する時点ｔ１３までの期間Ｔ１２において、電流制御指令Ｓ１０に基づくゲート制御信号Ｇにより電力変換器４を作動させて、電力変換器４から負荷３に対して、瞬低に起因する負荷電流のひずみ成分を補償する電流、即ち、負荷電流のひずみ成分に対して、位相及び周波数が等しく、且つ大きさを−１倍した補償電流を、電力変換器４から負荷３に供給している。
このため、負荷電流の落ち込みを低減することができ、この結果、瞬低により負荷電圧の急激な落ち込みが発生しようとしても、この落ち込みを低減することができるという効果を奏する。

次に本発明の実施例２を説明する。実施例２では、制御部２００の構成は実施例１と同じであるが、ゲイン信号ｇ１１，ｇ１２の出力状態を一部変更している。このゲイン信号ｇ１１，ｇ１２の出力状態を、図３を参照して説明する。

図３に示すように、時点ｔ１３までの動作は、実施例１と同じである。

実施例２では、図３において、時点ｔ１３、つまり高速スイッチ２が遮断されたら、ゲイン信号出力部２３１は、予め設定した期間Ｔ１３（時点ｔ１３から時点ｔ１４までの期間）において、ゲイン信号ｇ１１の値を１から徐々に減少させて０とすると共に、ゲイン信号ｇ１２の値を０から徐々に増加させる。
このため、選択・出力指令部２４０から出力される選択・出力指令Ｓ０は、電流制御指令Ｓ１０が徐々に減少し、電圧制御指令Ｓ２０が徐々に増加する。

このように電流制御指令Ｓ１０が徐々に減少し、電圧制御指令Ｓ２０が徐々に増加するため、負荷電流の落ち込みを低減する電流制御状態から、負荷電圧を定格電圧に維持する電圧制御状態への移行が緩やかになり、高速スイッチ２の遮断後の電圧変動の変化率を小さくし、電圧振動の発生を抑制することができる。

次に本発明の実施例３にかかる瞬低補償装置に用いられる制御部２００Ａを、図４を参照して説明する。なお、図１に示す実施例１にかかる制御部２００と同一部分には同一符号を付し重複する説明は省略する。

実施例３の制御部２００Ａでは、電流制御指令部３００と選択・出力指令部３１０を備えており、他の部分は図１に示す実施例１と同じである。

電流制御指令部３００は、ひずみ成分抽出部３０１と、−１を乗算する第１の乗算部３０２と、第２の乗算部３０３と、第３の乗算部３０４と、加算部３０５と、減算部３０６と、電流制御部３０７とを有している。

ひずみ成分抽出部３０１は、負荷電流信号ＩＬから、瞬低による負荷電流の落ち込みに相当するひずみ成分信号ＩＬｈを抽出し、乗算部３０２はひずみ成分を補償するためにひずみ成分信号ＩＬｈに−１を乗算する。
−１が乗算されたひずみ成分信号ＩＬｈは、更に乗算部３０３によりゲイン信号ｇ１１ａが乗算され、負荷電流信号ＩＬは乗算部３０４によりゲイン信号ｇ１１ｂが乗算され、両信号は加算部３０５にて加算される。加算された信号は、減算部３０６にて交流出力電流信号（インバータ出力電流信号）Ｉｉｎｖとの偏差が演算され、この偏差を電流制御部３０７により比例・積分（ＰＩ）演算することにより電流制御指令Ｓ３０を求める。

この電流制御指令Ｓ３０は、
（１）瞬低に起因する負荷電流のひずみ成分を補償する電流を電力変換器４から負荷３に供給することにより、負荷電流の落ち込みを防止するひずみ成分補償指令Ｓ３１と、
（２）負荷電流とインバータ電流を一致させる電流制御を行なうことにより、電力変換器４から負荷３に対して負荷電流に相当する電流を供給することにより、高速スイッチ２に流れる電流（系統電流）を０にする系統電流零指令Ｓ３２とを含む。

ひずみ成分補償指令Ｓ３１は、−１が乗算されたひずみ成分信号ＩＬｈにゲイン信号ｇ１１ａを乗算した値から、交流出力電流信号（インバータ出力電流信号）Ｉｉｎｖを減算し、この減算値［（−ＩＬｈ×ｇ１１ａ）−Ｉｉｎｖ］を比例・積分（ＰＩ）演算したものである。
系統電流零指令Ｓ３２は、負荷電流信号ＩＬにゲイン信号ｇ１１ｂを乗算した値から、交流出力電流信号（インバータ出力電流信号）Ｉｉｎｖを減算し、この減算値［（ＩＬ×ｇ１１ｂ）−Ｉｉｎｖ］を比例・積分（ＰＩ）演算したものである。

なお、ひずみ成分抽出部３０１としては各種のものを使用することができるが、その一例の回路構成については後述する。

選択・出力指令部３１０は、ゲイン信号出力部３１１と、乗算部３１２と、加算部３１３を有している。
ゲイン信号出力部３１１は、ゲイン信号ｇ１１ａ，ｇ１１ｂ，ｇ１２を出力するものであり、各ゲイン信号ｇ１１ａ，ｇ１１ｂ，ｇ１２の値は、電力系統Ｌ１の状況に応じて、０〜１の間の値に変化するようにしている。
この選択・出力指令部３１０の動作は、図５を参照して後述するが、この選択・出力指令部３１０から出力される指令を、選択・出力指令Ｓ０とする。

次に、選択・出力指令部３１０の動作、ならびに、並列型瞬低補償装置の動作を、図５を参照して説明する。

図５において、期間Ｔ１０、つまり瞬低検出部２０１により瞬低が検出される時点ｔ１２よりも前の期間では、ゲイン信号出力部３１１は、ゲイン信号ｇ１１ａ，ｇ１１ｂ，ｇ１２を出力しない（ゲイン信号ｇ１１ａ，ｇ１１ｂ，ｇ１２の値をそれぞれ０とする）。
このため、選択・出力指令部３１０からは、電流制御指令Ｓ３０及び電圧制御指令Ｓ２０は出力されない。つまり待機状態となっている。

図５において、時点ｔ１１において瞬低が発生すると、時点ｔ１１から時間的に遅れた（期間Ｔ１１が経過した）時点ｔ１２において、瞬低検出部２０１は瞬低が発生したことを検出する。

瞬低検出部２０１にて瞬低を検出したら、ゲイン信号出力部３１１は、値が１となっているゲイン信号ｇ１１ａ，ｇ１１ｂを出力し、ゲイン信号ｇ１２は出力しない（ゲイン信号ｇ１２の値を０とする）。
このため、選択・出力指令部３１０から出力される選択・出力指令Ｓ０は、電流制御指令Ｓ３０（＝Ｓ３１＋Ｓ３１）のみを有することとなり、最終指令ＳＳ（＝電流制御指令Ｓ３０）をＰＷＭ変調器６にてＰＷＭ変調したゲート制御信号Ｇにより、電力変換器４が作動する。

したがって、電流制御指令Ｓ３０のうちのひずみ成分補償指令Ｓ３１により、電力変換器４から負荷３に対して、瞬低に起因する負荷電流のひずみ成分を補償する電流を供給する。つまり、負荷電流のひずみ成分に対して、位相及び周波数が等しく、且つ大きさを−１倍した補償電流を、電力変換器４から負荷３に供給する。

このように、負荷電流のひずみ成分に対して、位相及び周波数が等しく、且つ大きさを−１倍した補償電流を、電力変換器４から負荷３に供給するため、負荷電流の落ち込みを低減することができ、この結果、瞬低により負荷電圧の急激な落ち込みが発生しようとしても、この落ち込みを低減することができる。

また電流制御指令Ｓ３０のうちの系統電流零指令Ｓ３２により、電力変換器４から負荷３に対して負荷電流に相当する電流を供給することにより、高速スイッチ２に流れる電流（系統電流）を０にすることができる。

遮断制御部２０２は、瞬低検出部２０１が瞬低の発生を検出した時点ｔ１２から予め設定した期間Ｔ１２が経過した時点ｔ１３において、遮断信号Ｓｈを出力する。この遮断信号Ｓｈが高速スイッチ２に入力されると、高速スイッチ２が直ちに遮断される。

この場合、系統電流零指令Ｓ３２により、電力変換器４から負荷３に対して負荷電流に相当する電流を供給することにより、高速スイッチ２に流れる電流（系統電流）を０にした状態で、高速スイッチ２を遮断することができるため、サージの発生を抑制することができ、サージに起因する電圧変動を抑制することができると共に、瞬低検出からスイッチ遮断までの期間Ｔ１２を短縮することができる。

図５において、時点ｔ１３、つまり遮断制御部２０２から遮断信号Ｓｈが出力されたら、ゲイン信号出力部３１１は、値が１となっているゲイン信号ｇ１２みを出力し、ゲイン信号ｇ１１ａ，ｇ１１ｂは出力しない（ゲイン信号ｇ１１ａ，ｇ１１ｂの値を０とする）。
このため、選択・出力指令部３１０から出力される選択・出力指令Ｓ０は、電圧制御指令Ｓ２０のみを有することとなり、最終指令ＳＳ（＝電圧制御指令Ｓ２０）をＰＷＭ変調器６にてＰＷＭ変調したゲート制御信号Ｇにより、電力変換器４が作動して、電力変換器４から負荷３に対して、定格電圧（系統電源１の電圧と等しい電圧）となっている三相電圧を供給する。このため、高速スイッチ２が遮断されても、負荷３に対して三相電力の供給ができる。

結局、実施例３にかかる瞬低補償装置の制御部２００Ａでは、瞬低を検出した時点ｔ１２から高速スイッチ２を遮断する時点ｔ１３までの期間Ｔ１２において、電流制御指令Ｓ３０のうちのひずみ成分補償指令Ｓ３１に基づくゲート制御信号Ｇにより電力変換器４を作動させて、電力変換器４から負荷３に対して、瞬低に起因する負荷電流のひずみ成分を補償する電流、即ち、負荷電流のひずみ成分に対して、位相及び周波数が等しく、且つ大きさを−１倍した補償電流を、電力変換器４から負荷３に供給している。
このため、負荷電流の落ち込みを低減することができ、この結果、瞬低により負荷電圧の急激な落ち込みが発生しようとしても、この落ち込みを低減することができるという効果を奏する。

更に、実施例３にかかる瞬低補償装置の制御部２００Ａでは、瞬低を検出した時点ｔ１２から高速スイッチ２を遮断する時点ｔ１３までの期間Ｔ１２において、電流制御指令Ｓ３０のうちの系統電流零指令Ｓ３２により、電力変換器４から負荷３に対して負荷電流に相当する電流を供給することにより、高速スイッチ２に流れる電流（系統電流）を０にした状態で、高速スイッチ２を遮断することができるため、サージの発生を抑制することができ、サージに起因する電圧変動を抑制することができると共に、瞬低検出からスイッチ遮断までの期間Ｔ１２を短縮することができる。

次に本発明の実施例４を説明する。実施例４では、制御部２００Ａの構成は実施例３と同じであるが、ゲイン信号ｇ１１ａ，ｇ１１ｂの出力状態を一部変更している。このゲイン信号ｇ１１ａ，ｇ１１ｂの出力状態を、図６を参照して説明する。

図６に示すように、検出部２０１が瞬低を検出した時点ｔ１２から、予め決めた期間α（但しα＜Ｔ１２）においては、ゲイン信号出力部３１１は、ゲイン信号ｇ１１ａの値を１から徐々に減少させて０とすると共に、ゲイン信号ｇ１１ｂの値を０から徐々に増加させる。
このため、期間αにおいて、選択・出力指令部３１０から出力される選択・出力指令Ｓ０（＝電流制御指令Ｓ３０）は、ひずみ成分補償指令Ｓ３１が徐々に減少し、系統電流零指令Ｓ３２が徐々に増加する。

このようにひずみ成分補償指令Ｓ３１が徐々に減少し、系統電流零指令Ｓ３２が徐々に増加するため、瞬低による負荷電流の落ち込みを低減する電流制御状態から、負荷電流とインバータ電流を一致させて高速スイッチ２に流れる電流（系統電流）を０にする電流制御状態への切り替えを緩やかにし、電圧のステップ変化及び、この電圧のステップ変化による電圧を振動を抑制することができる。

［ひずみ成分抽出部の構成の一例］
次に、図１に示すひずみ成分抽出部２１１や、図４に示すひずみ成分抽出部３０１として使用することができる、ひずみ成分抽出部４００を、図７を参照して説明する。

このひずみ成分抽出部４００は、三相／二相変換器４０１と、瞬低による負荷電流の落ち込みに相当するひずみ成分を抽出できるように帯域通過周波数を設計したバンドパスフィルタ（ＢＰＳ：band pass filter）４０２，４０３と、二相／三相変換器４０４とで構成されている。

負荷電流信号ＩＬを、三相／二相変換器４０１により三相／二相変換し、系統電源１の周波数に同期した回転座標系のｄｑ座標成分に変換する。そして、このｄ軸成分とｑ軸成分をバンドパスフィルタ４０２，４０３に通してフィルタリングし、フィルタリングしたｄ軸成分とｑ軸成分を、二相／三相変換器４０４により逆ｄｑ変換をすることにより、瞬低による負荷電流の落ち込みに相当するひずみ成分信号ＩＬｈを求めることができる。

本発明の実施例１に係る、瞬低補償装置の制御部を示すブロック構成図である。 実施例１の動作状態を示す説明図である。 実施例２の動作状態を示す説明図である。 本発明の実施例３に係る、瞬低補償装置の制御部を示すブロック構成図である。 実施例３の動作状態を示す説明図である。 実施例４の動作状態を示す説明図である。 ひずみ成分抽出部の一例を示す構成図である。 従来技術に係る、瞬低補償装置の制御部を示すブロック図である。 従来の制御部を示すブロック構成図である。 従来の制御部の動作状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 系統電源
２ 高速スイッチ
３ 負荷
４ 電力変換器
５ 電気二重層キャパシタ
６ ＰＷＭ変調器
１００，２００，２００Ａ 制御部
２０１ 瞬低検出部
２０２ 遮断制御部
２０３ 基準電圧発生部
２０４ 加算部
２１０，３００ 電流制御指令部
２２０ 電圧制御指令部
２３０，３１０ 選択・出力指令部

Claims (4)

1. 負荷と系統電源とを接続する電力系統に介装されたスイッチと、
   交流側が前記負荷に接続されると共に直流側に直流充電部が接続されており、逆変換動作と順変換動作ができる電力変換器と、
   前記電力系統に瞬低が発生すると、前記スイッチを遮断制御すると共に、前記電力変換器を逆変換動作させることにより前記電力変換器から前記負荷に電力を供給するために前記電力変換器を制御する制御部とを有する瞬低補償装置において、
   前記制御部は、
   前記電力系統に瞬低が発生したか否かを検出する瞬低検出部と、
   前記瞬低検出部により瞬低を検出した後、予め設定した時間が経過したら前記スイッチを遮断する遮断制御部と、
   負荷電圧と基準電圧との偏差から、前記電力変換器が前記負荷に電力を供給して前記負荷に定格電圧を印加するために、前記電力変換器を制御する電圧制御指令を生成する電圧制御指令部と、
   瞬低による負荷電流の落ち込みに相当するひずみ成分を負荷電流から抽出し、前記電力変換器が前記負荷に電力を供給して前記ひずみ成分を補償する補償電流を前記負荷に供給するために、前記電力変換器を制御する電流制御指令を生成する電流制御指令部と、
   前記瞬低検出部により瞬低を検出したら、前記電流制御指令を選択して出力し、前記遮断制御部により前記スイッチが遮断されたら、前記電圧制御指令を選択して出力する選択・出力指令部と、
   前記選択・出力指令部から出力された制御指令に基づき、前記電力変換器から前記負荷に電力を供給するために前記電力変換器を制御するゲート制御信号を前記電力変換器に送る変調器と、
   を有することを特徴とする瞬低補償装置。
2. 請求項１において、
   前記選択・出力指令部は、前記遮断制御部により前記スイッチが遮断されたら、前記電流制御指令を漸減するとともに前記電圧制御指令を漸増することを特徴とする瞬低補償装置。
3. 負荷と系統電源とを接続する電力系統に介装されたスイッチと、
   交流側が前記負荷に接続されると共に直流側に直流充電部が接続されており、逆変換動作と順変換動作ができる電力変換器と、
   前記電力系統に瞬低が発生すると、前記スイッチを遮断制御すると共に、前記電力変換器を逆変換動作させることにより前記電力変換器から前記負荷に電力を供給するために前記電力変換器を制御する制御部とを有する瞬低補償装置において、
   前記制御部は、
   前記電力系統に瞬低が発生したか否かを検出する瞬低検出部と、
   前記瞬低検出部により瞬低を検出した後、予め設定した時間が経過したら前記スイッチを遮断する遮断制御部と、
   負荷電圧と基準電圧との偏差から、前記電力変換器が前記負荷に電力を供給して前記負荷に定格電圧を印加するために、前記電力変換器を制御する電圧制御指令を生成する電圧制御指令部と、
   瞬低による負荷電流の落ち込みに相当するひずみ成分を負荷電流から抽出し、前記電力変換器が前記負荷に電力を供給して前記ひずみ成分を補償する補償電流を前記負荷に供給するために、前記電力変換器を制御するひずみ成分補償指令を生成するとともに、負荷電流と前記電力変換器が出力する交流出力電流との偏差から、前記電力変換器が前記負荷に電力を供給して前記負荷に定格電流を供給するために、前記電力変換器を制御する系統電流零指令を生成する電流制御指令部と、
   前記瞬低検出部により瞬低を検出したら、前記ひずみ成分補償指令及び前記系統電流零指令を選択して出力し、前記遮断制御部により前記スイッチが遮断されたら、前記電圧制御指令を選択して出力する選択・出力指令部と、
   前記選択・出力指令部から出力された制御指令に基づき、前記電力変換器から前記負荷に電力を供給するために前記電力変換器を制御するゲート制御信号を前記電力変換器に送る変調器と、
   を有することを特徴とする瞬低補償装置。
4. 請求項３において、
   前記選択・出力指令部は、前記瞬低検出部が瞬低を検出したら、前記ひずみ成分補償指令を漸減するとともに、前記電圧制御指令を漸増することを特徴とする瞬低補償装置。

Images