JPH04273504A - 瞬時無効電力補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は交流電源と負荷との間
に接続されるパルス幅変調変換器（以下、ＰＷＭ変換器
という）で構成される瞬時無効電力補償装置、特に瞬時
電圧低下補償も兼ねた装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】瞬時無効電力補償装置は、電源系統と負
荷との間の系統ラインに設けられ、電源系統から送られ
る三相の電圧，電流の瞬時値から負荷の無効電力及び高
調波電力を補償するための瞬時補償電流を算出し、無効
電力及び高調波電力を補償することにより、良好な電力
を負荷に送るものである。

【０００３】この瞬時無効電力補償装置の一例として、
発明者等が特願平２−１６５５４２号で提案したものが
あり、以下この装置について述べる。

【０００４】この発明者等が提案した瞬時無効電力補償
装置は、三相負荷電流を三相電源電圧の合成ベクトルの
方向とそれに直交する方向の２軸の座標系に変換して瞬
時有効電流の高調波成分及び瞬時無効電流を検出する検
出手段と、瞬時有効電流の高調波成分及び瞬時無効電流
にフィードフォワード制御を与えるフィードフォワード
制御手段と、このフィードフォワード制御手段から出力
され三相交流座標系に変換された指令電流とＰＷＭ変換
器からの補償電流との差に電源系統とＰＷＭ変換器間の
リアクタンスによる降下分を加える非干渉手段を備え、
三相交流座標系では加えられないフィードフォワード制
御を、２軸の座標系に変換した瞬時有効電流の高調波成
分と瞬時無効電流とに加え、さらに有効電力と無効電力
とを独立して制御する非干渉制御を三相交流座標系で加
えることにより、高調波電流の補償過渡特性を向上させ
ることができるものである。

【０００５】また、発明者等が提案した瞬時無効電力補
償装置の他の例は、上記の手段に加えて、検出手段の検
出出力がＰＷＭ変換器の定格値以下のときは検出手段で
検出された瞬時無効電流をそのまま出力し、検出手段の
検出出力がＰＷＭ変換器の定格値を超えるときは定格値
の範囲内に収まるように瞬時無効電流の基本波成分に制
限を加え、その制限が加えられた瞬時無効電流を出力す
る演算手段を有し、フィードフォワード制御手段は検出
手段からの瞬時有効電流の高調波成分と演算手段からの
瞬時無効電流を入力するもので、ＰＷＭ変換器の定格値
を超えた場合には、高調波電流の補償指令値に制限を加
えずに、無効電流の補償指令値に制限を加えて全補償指
令量がＰＷＭ変換器の定格値の範囲内におさまるように
したので、高調波電流の電源系統への流出が抑制され、
効率のよい無効電力補償装置が得られるものである。

【０００６】また、他の例として、特開平２−２４７１
１号公報に開示された系統電圧無効電力制御装置があげ
られるが、電源系統側における瞬時停電時などには、電
圧が維持できないなどの課題があった。

【０００７】次に、停電や電源電圧の変動による電圧低
下を補償する瞬低補償装置の例として、フライホイール
ＵＰＳの一例を図１１に示す。［平成２年電気学会全国
大会予稿：フライホイールＵＰＳの開発（４）］図１１
において、Ｆは電源装置本体であり、ＩＭは誘導電動機
、ＦＷはエネルギー貯蔵装置としてのフライホイールで
ある。１は負荷、１５は電源系統、４及び４ａは交流リ
アクトル、５及び５ｂはそれぞれＰＷＭ変換器で構成さ
れるコンバータ及びインバータで、コンデンサ１９を中
心に対称な構成となっている。５ａはフライホイール駆
動用ＰＷＭ電力変換器で、コンデンサ１９の両端に接続
される。１０１及び１０１ａはそれぞれ商用電源系統１
５直送用スイッチ、及びフライホイール電源接続用切替
スイッチである。

【０００８】以下動作について説明する。このフライホ
イール装置は、モータ兼発電機となる誘導電動機ＩＭ及
びフライホイールＦＷで構成され、常時フライホイール
駆動用ＰＷＭ電力変換器５ａの出力でフライホイールＦ
Ｗを高速回転し、停電時にこのフライホイールに蓄えら
れた回転エネルギーを電気エネルギーに変換して出力す
る。このフライホイール電源装置Ｆは、通常時は、主回
路コンバータ５及び主回路インバータ５ｂからスイッチ
１０１ａを介して負荷１に定電圧周波数の交流電力を供
給している。自己消弧型高速スイッチング素子からなる
コンバータ５は、入力電圧と同相となる様に入力電流を
正弦派追従制御しているので、高力率を維持している。

【０００９】フライホイールＦＷの回転数を立上げる時
（エネルギー注入時）誘導電動機ＩＭに与えるすべり周
波数を変化させ、電圧／周波数比が一定になる様な運転
パターンで運転する。貯蔵時には電圧が１／６程度のパ
ターンに切り換える。

【００１０】停電等により商用電源１に異常が発生する
と、フライホイール電源装置ＦのフライホイールＦＷの
慣性エネルギーによって発電機を用いて発電する。この
交流電力が、ＰＷＭ電力変換器５ａにより直流電力に変
換され、主回路インバータ５ｂ、スイッチ１０１ａを介
して負荷１に供給される。この様にして、電源電圧の変
動による電圧低下を補償できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記の発明者等が提案
した瞬時無効電力補償装置は、負荷電流の高調波分や無
効分を打ち消すような電流を電源へ流すよう制御されて
いるだけなので、停電時等には、瞬時無効電力補償装置
から負荷への電力供給は行われない。このため、停電等
の際にも負荷に安定に電力を供給するためには、瞬時無
効電力補償装置の他に、無停電電源を設ける必要があっ
た。

【００１２】また、特開平２−２４７１１号公報に開示
された系統電圧無効電力制御装置も、無停電電源等を設
ける必要があるという問題点があった。

【００１３】また、瞬低補償装置（フライホイールＵＰ
Ｓ）は、電源と負荷のラインに直列に挿入される。その
為、過負荷の場合、装置がトリップしたりして、負荷連
続電力供給機能が欠如するなどの問題点があった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る瞬時無効
電力補償装置は、三相負荷電流を三相電源電圧の合成ベ
クトルの方向とそれに直交する方向の２軸の座標系に変
換して瞬時有効電流の高調波成分及び瞬時無効電流を検
出し、補償する補償手段と、電源系統の電圧の低下及び
停電を検出し、瞬低検出信号を出力する瞬低検出手段と
、瞬低検出信号を受けて、制御モードを無効電力及び高
調波電力補償から瞬時電圧低下補償へ切替えるモード切
替信号を出力する制御モード切替手段と、電源系統正常
時に電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、モード切替信号を
受けて電源系統から負荷への電力供給を遮断する開閉手
段と、パルス幅変調変換器と前記電力貯蔵装置との間に
介在し、モード切替信号が入力されると放電側に切替え
られる充放電開閉制御手段と、負荷に供給すべき電圧出
力を得るための２軸の座標系における電圧指令値を三相
の電源系統電圧対応に変換する二相／三相変換器と、制
御モード切替信号を受けてパルス幅変調変換器の入力側
を二相／三相変換器の出力側に切替える切替手段とを設
けたものである。

【００１５】この発明に別の発明に係る瞬時無効電力補
償装置は、上記発明の補償手段と、瞬低検出手段と、制
御モード切替手段と、負荷への電力供給を遮断する開閉
手段と、充放電開閉制御手段とを有し、これに加えて、
負荷に印加される電圧を２軸の座標系に変換したものと
負荷に与えるべき電圧指令値との偏差に従って出力する
フィードバック手段と、制御モード切替信号を受けて、
フィードバック手段の出力と瞬時有効電流及び瞬時無効
電流との加算回路を形成し、瞬時有効電流の基本波成分
も加える入力回路を形成し、さらにコンデンサ電圧一定
制御ループをオフする回路開閉手段とを設けたものであ
る。

【００１６】

【作用】この発明においては、電力貯蔵装置が電源系統
が正常のときに電力を貯蔵し、制御モード切替手段が瞬
低検出信号を受けると制御モードを無効電力及び高調波
電力補償から瞬時電圧低下補償へ切替えるモード切替信
号を出力し、このモード切替信号に基づいて、電源系統
から負荷への電力供給が遮断され、負荷に供給すべき電
圧を得るための電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ変換器が
インバータ動作を行ない、貯蔵された電力により負荷に
電力を供給する。

【００１７】この発明においては、電力貯蔵装置が電源
系統が正常のときに電力を貯蔵し、制御モード切替手段
が瞬低検出信号を受けると制御モードを無効電力及び高
調波電力補償から瞬時電圧低下補償へ切替えるモード切
替信号を出力し、このモード切替信号に基づいて、電源
系統から負荷への電力供給が遮断され、瞬低時に交流正
弦派電圧を発生させるためのＰＷＭ変換器の出力電流は
、負荷端電圧に追従すべく瞬時値電圧制御が行なわれ、
貯蔵された電力により負荷に電力を供給する。

【００１８】

【実施例】図１はこの発明の一実施例に係る瞬時無効電
力補償装置の回路構成図、図２は図１の補償指令値作成
回路１０及び電流制御回路１２の詳細を示すブロック図
である。図１において、１は電源系統１５から三相の交
流電力が供給される負荷、５は補償電流を電源系統１５
と負荷１との間の系統ラインに送るＰＷＭ変換器、４は
ＰＷＭ変換器５の直流出力電流のリップル分を低減する
ためのリアクトル、９は系統ラインの各相の電圧と負荷
電流検出器２で検出した電流の瞬時値を二相の電圧と電
流にそれぞれ変換する三相／二相変換回路である。３は
補償電流検出器である。６は交流電源１５の電圧を検出
するための変圧器、７は電源周波数同期化パルス発生器
、１４は変圧器６からの交流電圧を検出し制御系で取扱
える電圧レベルに変換する電圧検出変換器、８は制御部
である。

【００１９】制御部８は三相／二相変換回路９、補償指
令値作成回路１０、二相／三相変換回路１１、及び電流
制御回路１２及び制御モード切替回路１０４を有する。 三相／二相変換回路９は負荷電流検出器２で検出した電
流ｉａ，ｉｂ，ｉｃを、三相電源電圧の合成ベクトルの
方向をｑ軸、それより左回りにπ／２（ｒａｄ）ずれた
軸をｄ軸とした２軸のｄ−ｑ座標系に変換し、変換した
電流ｉｄ，ｉｑを出力する。この電流ｉｄ，ｉｑのうち
有効な電流はｑ軸電流ｉｑの基本波成分のみであり、電
流ｉｑの高調波成分とｄ軸電流の基本波成分，高調波成
分のすべてが無効な電流となる。

【００２０】補償指令値作成回路１０は図２のブロック
図に示すように、ハイパスフィルタ９０と減算器６３及
びフィードフォワード制御回路２１，２２を有し、三相
／二相変換回路９から送られる電流ｉｄ，ｉｑに基づい
て補償電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊を算出する。二相／三
相変換回路１１は補償指令値作成回路１０から送られる
補償電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊を三相交流座標系に変換
する。

【００２１】電流制御回路１２は図２のブロック図に示
すように、リミッタ２３，２４と減算器６３〜６５，演
算器２５〜２９、加算器４５〜４８及び負加算器４９を
有し、二相／三相変換回路１１で三相指令に変換された
補償電流指令値に非干渉制御を加える。

【００２２】１３はゲート回路であり、このゲート回路
１３は電流制御回路１２から送られるＰＷＭ三相変調信
号によりＰＷＭ変換器５の自己消弧素子（スイッチング
素子）のＰ側とＮ側を交互にターンオン・オフさせるた
めのゲート信号を送り出す。１９はＰＷＭ変換器５から
送り出す直流出力電流のリップル分を平滑化する平滑コ
ンデンサである。２０は直流電圧制御回路であり、平滑
コンデンサ１９の電圧Ｖｃと基準電圧Ｖｒｅｆとの差電
圧をＰＩ制御して、直流電圧制御電流指令ΔＶｄｃを補
償指令値作成回路１０に出力する。

【００２３】１０１はＡＣスイッチ、１０２は電源系統
電圧検出用ＰＴ、１０３は瞬低検出回路、１０４は制御
モード切替回路、１０５は二相／三相変換回路。１０６
は充放電制御スイッチ、１０７は電力貯蔵装置（例えば
コンデンサバンク）である。図２において、１０９，１
１０は切替接点スイッチ、ｖｑ＊，ｖｄ＊はｄ−ｑ軸座
標での交流基準電圧発生回路（図示せず）から出力され
る電源電圧基準である。

【００２４】次に動作について説明する。ＡＣスイッチ
１０１が閉状態では、本装置は瞬時無効電力及び高調波
電力補償を行なう。その動作については後述する。但し
、後述する瞬時電圧低下補償（以下、瞬低補償という）
の為に、電力貯蔵装置としてのコンデンサバンク１０７
を充放電制御スイッチ１０６により、充電のみ行なう、
つまり、フローティング充電状態で運転する。

【００２５】一方、電源系統電圧検出用ＰＴ１０２の出
力を、瞬低検出回路１０３で判定し、電源系統電圧が低
下し、瞬時電圧低下が検出されると、瞬低検出信号ＰＤ
を制御モード切替回路１０４に送る。この回路１０４は
、系統からの電源供給を、スイッチ１０１で遮断し、瞬
低検出信号ＰＤを受信して即座にモード切替信号ＣＨを
出力し、制御モードを無効電力補償・高調波電力補償モ
ードから瞬低補償モードに切替える。信号ＣＨを受けて
ＡＣスイッチ１０１は、系統からの電源供給を遮断し、
充放電制御スイッチ１０６は放電側に切替えられ、ＰＷ
Ｍ変換器５をインバータ運転とし、電力貯蔵装置１０７
に貯えられ静電エネルギーにより、無瞬断で、負荷に電
力供給を行なう。

【００２６】なお、このとき、第２図に示す切替スイッ
チ１０９，１１０は、モード切替信号ＣＨを受けて、ａ
側からｂ側へ切替えられ、電圧基準ｖｑ＊，ｖｄ＊に基
づいて、電源系統電圧正常時と同様のＰＷＭ３相電圧指
令値ｖａ＊，ｖｂ＊，ｖｃ＊が出力される。

【００２７】このＰＷＭ三相電圧指令信号は、ゲート回
路１３へ入力され、三角波比較のＰＷＭ変調などにより
インバータスイッチング指令を出す。即ち、ほぼ瞬時に
インバータ運転に入り、負荷に正弦波電圧が供給される
。瞬低補償時間経過後は、インバータ運転から、再投入
，初期充電，無効電力及び高調波補償動作へと移行する
。

【００２８】即ち、充放電制御スイッチ１０６をオフし
、電源系統スイッチ１０１をオンし、負荷給電を再開す
ると同時に、無効電力補償装置内の電力貯蔵装置１０７
に充電を開始し、制御モードを無効電力及び高調波電力
補償モードに戻し、ＰＷＭスイッチングを再スタートさ
せる。

【００２９】次に、瞬時無効電力補償の動作について説
明する。電力障害をひき起こす負荷２の負荷電流ｉａ，
ｉｂ，ｉｃを負荷電流検出器２で検出し、三相／二相変
換回路９でｄ，ｑ軸で表わされる二相の電流ｉｄ，ｉｑ
に変換する。この電流ｉｄ，ｉｑを補償指令値作成回路
１０に送り、瞬時有効電流ｉｑはハイパスフィルタ９０
により基本波成分ｉｑｆが除去され高調波成分ｉｑｈが
検出される。

【００３０】この高調波成分ｉｑｈを加算器６３で直流
電圧制御電流指令ΔＶｄｃと加算し、その演算した結果
をフィードフォワード制御回路２２に送りフィードフォ
ワード制御を行って補償電流指令値ｉｑ＊を算出する。 一方、瞬時無効電流ｉｄはそのままフィードフォワード
制御回路２１に送りフィードフォワード制御を行って補
償電流指令値ｉｄ＊を算出する。このフィードフォワー
ド制御は三相交流座標系では実現することができないが
、２軸の座標系に変換した瞬時無効電流ｉｄ及び瞬時有
効電流ｉｑの高調波成分ｉｑｈに加えることにより効果
的な制御を行うことができ、無効電流と高次高調波の補
償能力を高めることができる。

【００３１】補償指令値作成回路１０で算出された補償
電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊は二相／三相変換回路１１で
三相交流座標系に変換され、変換された補償電流指令値
が電流制限回路１２に送られる。

【００３２】電流制御回１２に送られた三相交流座標系
の補償電流指令値は各々リミッタ２３，２４を通して減
算器６４，６５に送られ、補償電流検出器３で検出され
た補償電流検出値ｉａｃ，ｉｂｃとの差が演算され、そ
の偏差にそれぞれ演算器２６，２７でゲインＫが乗算さ
れる。

【００３３】一方、補償転流検出値ｉａｃ，ｉｂｃは演
算器２５にも送られ、例えばａ相とｂ相の相電流

【００
３４】

【数１】

【００３５】が演算され、この相電流に演算器２８，２
９でリアクトル４のインピーダンスに対応するゲインω
Ｌが乗じられて、リアクトル４による電圧降下分が正確
に算出される。

【００３６】演算器２６，２７から出力される補償電流
の偏差と演算器２８，２９から出力されるリアクトル４
による電圧降下分及び電圧検出変換器１４から送られる
各相電圧検出値ｅａ，ｅｂが加算器４５〜４８で加算さ
れ、ＰＷＭ三相変調信号ｖａ＊，ｖｂ＊が生成され、さ
らに負加算器４９より変調信号ｖｃ＊が生成される。電
流制御回路１２で生成された変調信号ｖａ＊，ｖｂ＊，
ｖｃ＊はゲート回路１３に送られ、ゲート回路１３でゲ
ート信号に変換されてＰＷＭ変換器５に送られる。

【００３７】このように、三相交流座標系に変換した補
償電流指令値に電流制御回路１２で非干渉制御を加える
ことにより、有効電力と無効電力とを独立に制御するこ
とができる。また、２軸の座標系に非干渉系を加える場
合に比較して、電流マイナーループとして考えた場合よ
り過渡応答性の向上を図ることができ、良好な無効電力
補償を行うことができる。

【００３８】また、電流制御回路１２に送られた三相交
流座標系の補償電流指令値を電流出力を制限するリミッ
タ２３，２４を通すことにより、負荷側（交流側）の力
率が変化したり、高調波を含む有効電力と無効電力の比
率やＰＷＭ変換器５が入力する有効電力の向きが変化し
ても自己消弧素子の電流容量を最大限に生かすことがで
き、ＰＷＭ変換器５を最大限に使用することができる。

【００３９】次に、第２実施例について説明する。第１
実施例では、電源系統電圧低下時に、無効電力補償及び
高調波電力補償モードから瞬低補償モード、即ちインバ
ータ運転モードへ制御を瞬時に切替えるという装置につ
いて説明した。

【００４０】第２実施例として、給電状態から停電状態
への制御モード切替時に制御の連続性をもたせた装置を
図３及び図４を用いて説明する。図３はこの発明の第２
実施例に係る瞬時無効電力補償装置の回路構成図、図４
は図３の補償指令値作成回路１０及び電流制御回路１２
の詳細を示すブロック図である。

【００４１】図３において、図１と同一符号を付した部
分は同一の部分を示しており、１０８はｄ−ｑ座標系（
同期回転座標系）を用いた三相／二相座標変換回路、１
１９は接点（ｂ接点）を示す。図４において、図２と同
一符号を付した部分は同一部分を示しており、１１１，
１１２はｄ−ｑ軸座標系（同期回転座標系）における電
圧指令値、１１４，１１５は任意定数（比例ゲイン定数
）、１１６〜１１９は接点スイッチを示す。

【００４２】次に、動作について説明する。電力貯蔵装
置１０７の充電作用については、第１実施例と同じであ
る。瞬低検出後、制御モードを切替える際、制御の不連
続に伴なう不安定性を解消するため次の様な工夫をした
。

【００４３】瞬時無効電力及び高調波電力補償時（電源
系統電圧が正常時）は、１１６〜１１８は開状態、１１
９は閉状態で、通常の電流マイナーループと、電流制御
の安定化のための電圧メジャーループが有効的に働いて
いる。これは第１実施例と同じである。それに対し、瞬
低検出回路１０３で、瞬低を検出した場合、電源系統か
らの電源供給を遮断するＡＣスイッチ１０１へのモード
切替信号がＣＨが制御モード切替回路１０４より出力さ
れる。

【００４４】さらに、コンデンサ電圧一定制御ループを
接点１１９によりオフする。一方（負荷供給）電源電圧
ｅａ，ｅｂ，ｅｃを、三相／二相変換器１０８によりｄ
，ｑ軸成分ｅｄ，ｅｑに変換してフィードバックし、ｄ
−ｑ軸座標での交流基準電圧発生回路（図示せず）の正
弦波電圧基準ｖｄ＊，ｖｑ＊と出力電圧偏差を零にする
様なＰＷＭスイッチング制御をするためのＡＣ電圧一定
ループを、モード切替信号ＣＨにより接点１１６，１１
７を閉状態にし、追加する。このＡＣ電圧一定制御偏差
信号は、加算器で瞬時有効電流ｉｑ，瞬時無効電流ｉｄ
とそれぞれ加算される。

【００４５】なおこのとき（瞬低時）には、有効電流基
本波成分ｉｑｆも負荷に供給する必要があるため、モー
ド切替信号ＣＨを受けて接点１１８を閉にし、ハイパス
フィルター９０をバイパスさせ、フィードフォワード回
路２２へと信号は伝達される。この回路以後は第１実施
例と同じ様に、二相／三相変換回路１１を通り、三相指
令値となり非干渉化されＰＷＭ変換器５へと送られる。 電流系統電圧が低下しても、速やかに無効電力補償、高
調波電力補償機能からＡＣ電圧補償機能へと移行し、連
続して交流正弦波電圧を供給することが可能となる。な
お、瞬時無効電力補償の動作は第１実施例と同じである
。

【００４６】次に、第３実施例を図５及び図６により説
明する。この第３実施例は、瞬時電圧低下を検出した場
合の動作は、第１実施例と全く同じで、供給状態から停
電状態への制御モード切替が不連続となるものであるが
、系統電源電圧が正常のときに、（換言すれば瞬時無効
電力補償のときに）補償電流指令値がＰＷＭ変換器の定
格値を超えた場合には、無効電力を順序づけて制限し高
調波を電源系統に流さないようにし、且つ遅相無効電力
補償装置を制御して電源系統を良質・安定に連続運転す
る様にした装置である。

【００４７】図５はこの発明の第３実施例に係る瞬時無
効電力補償装置の回路構成図、図６は図５の補償指令値
作成回路１０及び電流制御回路１２の詳細を示すブロッ
ク図であり、図１の第１実施例との関係では、補償指令
値作成回路１０ａが図１のそれとは相違し、遅相無効電
力補償装置としての力率補償回路５９が付加されている
点が相違する。遅相無効電力補償回路５９は開閉器４０
〜４２及び遅相電力補償用進相コンデンサ５０〜５８か
ら構成されている。この進相コンデンサ５０〜５８の一
端は接地した場合について図示してあるが、電源系統１
５の中性点に接続してもよい。

【００４８】図６において、９１は負荷電流を三相二相
変換器９にてｄ，ｑ軸成分に変換した値のうちｄ軸成分
ｉｄ中の基本波成分をカットするためのハイパスフィル
タ、３５は無効電流の基本波成分補償不足分αｗ求める
演算回路、３６，３７は減算器、３８は加算器、３９は
制御回路であり、その他は図２に示したブロック図と全
く同じである。

【００４９】次に、動作について説明する。この第３実
施例の瞬低補償の動作は第１実施例と同じである。以下
、図５の無効電力補償の動作を図６のブロック図を参照
して説明する。

【００５０】電力障害を引き起こす負荷装置１の負荷電
流を検出器２より検出し、この検出された三相電流は三
相／二相座標変換器９で二相の電流量ｉｄ，ｉｑに変換
される。電流指令値演算回路１０ａでは、三相／二相座
標変換器９の出力ｉｄ，ｉｑを用いて補償電流指令値ｉ
ｄ＊，ｉｑ＊を求める。有効電力の補償電流指令値ｉｑ
＊に関しては、第１実施例と同様であり、瞬時有効電流
ｉｑから基本波成分をＨＰＦ（ハイパスフィルタ）９０
により除去して、その高調波成分ｉｑｈを加算器６３で
直流電圧制御電流指令値Ｖｄｃと加算し、フィードフォ
ワード制御回路２２に送りフィードフォワード制御を行
って補償電流指令値ｉｑ＊を算出し、二相／三相変換器
１１により三相電流指令量に変換する。

【００５１】一方、無効電流及び有効電流の高調波成分
の総和がＰＷＭ変換器５の定格値ＩＡ以下の場合には、
第１実施例と同様にｉｄはそのままフィードフォワード
制御回路２１てフィードフォワード制御されて補償電流
指令値ｉｄ＊が算出される。しかし、無効電流及び有効
電流高調波成分の総和がＰＷＭ変換器５の定格値ＩＡを
超えると、無効電流の基本波成分ｉｄｆ及び高調波成分
ｉｄｈのいずれかの成分を下げなければならないが、高
調波成分ｉｄｈの方を下げると所要の高調波補償ができ
なくなってしまう。そこで、基本波成分ｉｄｆの指令量
を次のようにして低減して対処している。

【００５２】瞬時無効電流ｉｄはハイパスフィルタ９１
を通してその基本波成分が除去されてその高調波成分ｉ
ｄｈが検出される。そして、減算器３６において、瞬時
無効電流ｉｄから高調波成分ｉｄｈが減算されてその基
本波成分ｉｄｆが検出される。そして、この高調波成分
ｉｄｈ、基本波成分ｉｄｆ及び有効電流の高調波成分ｉ
ｑｈが演算回路３５に入力する。

【００５３】図７はこのときの演算回路３５の演算処理
を示すフローチャートである。この演算回路３５はワン
チップマイコンを用いれば容易に実現できる。演算回路
３５は無効電流の基本波成分ｉｄｆ、高調波成分ｉｄｈ
、有効電流の高調波成分ｉｑｈ及びＰＷＭ変換器５の定
格値ＩＡを読み取り、無効電流と有効電流の高調波成分
の総和

【００５４】

【数２】

【００５５】がＩＡより大きくない時にはｉｄｆ′＝ｉ
ｄｆとしてそのままｉｄｆを出力する（第１実施例と同
様になる。）一方、上記の総和がＩＡより大きい時には
無効電流の基本波分ｉｄｆ′をｉｄｆ′＝ＩＡ−ｉｄｈ
の如く低減し、更に、無効電流の基本波補償不足分とし
てαｗ＝ｉｄｆ−ｉｄｆ′を求めてアナログ量として出
力する。このαｗは無効電流の基本波補償不足分として
外部に対して報知することもでき、その場合にはαｗの
量を監視して電源系統の電力状態を把握することができ
る。

【００５６】そして、減算器３７において無効電流の基
本波成分ｉｄｆからこの無効電流の基本波補償不足分α
ｗ（＝ｉｄｆ−ｉｄｆ′）が減算されその減算結果ｉｄ
ｆ′は加算器３８で高調波成分ｉｄｈと加算される。そ
の加算結果（ｉｄｆ′＋ｉｄｆ）は補償電流指令値ｉｄ
＊として二相／三相変換器１１に入力する。

【００５７】補償電流指令値ｉｄ＊，ｉｑ＊は第１実施
例と同様に二相／三相変換器１１により三相指令に変換
され、補償電流の検出信号ｉａｃ，ｉｂｃとの偏差によ
ってＰＷＭ変換器５の自己消弧素子がオン／オフ制御さ
れ、瞬時無効電力の一部及び高調波電力が負荷装置１か
ら発生する無効電力の一部及び調波電力と相殺される。

【００５８】図８は図５に示す瞬時電力補償装置の各部
の動作波形を示す波形図であり、この実施例の効果を示
したものである。図８の動作波形は負荷装置１としてＲ
Ｌ負荷を位相制御した場合であり、図中ａは電圧波形、
ｂは負荷電流波形、ｃは瞬時無効電流瞬時有効高調波電
流波形、ｄは電源系統の電流波形、ｅは力率補償用コン
デンサの電流波形である。

【００５９】この実施例においては、高調波を含む無効
電流が流れるため、電源系統の電流ｉＳＲは破線の如く
正弦派に近い形に補正することができ、従って大幅に高
調波成分を減小させることが可能となる（図８の（ｄ）
の破線部参照）。

【００６０】ところで、この実施例においては電流演算
回路３５で無効電力の基本波補償不足分αｗをアナログ
量で出力しており、制御回路３９ではその量に基づいて
遅相電力補償進相コンデンサ５０〜５８の容量を判定し
、例えば大容量［１００％］、中容量［５０％］、小容
量［１０％］の各コンデンサバンク（図５のコンデンサ
５０〜５２，５３〜５５，５６〜５８）をオン・オフす
る開閉器（４０，４１，４２）の制御信号３９−１，２
，３を出力し、無効電力の基本波補償不足分もこれらの
コンデンサバンクで図８のｅに示すように補償し、電源
系統電流ｉＳＲも図８のｄの実線のように電圧波形とほ
ぼ同相力率１の電流を供給することが可能になっている
。

【００６１】制御回路３６に関しては、大容量、中容量
又は小容量のいずれのコンデンサバンクを接続するかを
決める制御信号３９−１，２，３の演算をして出力する
ことは例えばＡ／Ｄ変換器内蔵のワンチップマイコン，
リレードライバーＩＣ，リレーを用いれば容易に実現可
能である。また、同様にコンパレータＩＣ，リレードラ
イバー用ＩＣ，リレー等アナログ回路を用いても可能で
ある。なお、この第３実施例によれば、電流マイナール
ープがより確実に行なえる性能の優れた装置が得られる
。

【００６２】次に、第４実施例を図９及び図１０により
説明する。この第４実施例は、瞬時電圧低下を検出した
場合、第２実施例と同様、給電状態から停電状態への制
御モード切替のときに、制御の連続性を持たせたもので
あり、系統電源電圧が正常のときは（換言すれば瞬時無
効電力補償のときは）、第３実施例と同様補償電流指令
値がＰＷＭ変換器の定格値を超えた場合には、無効電力
を順序づけて制限し高調波を電源系統に流さないように
し、且つ遅相無効電力補償装置を制御して電源系統を良
質・安定に連続運転する様にしたものである。

【００６３】図９はこの発明の第４実施例に係る瞬時無
効電力補償装置の回路構成図、図１０は図９の補償指令
値作成回路１０及び電流制御回路１２の詳細を示すブロ
ック図である。この第４実施例の動作は、瞬時電圧低下
を検出した場合は、第２実施例と同じであり、系統電源
電圧が正常な場合は、第３実施例と同じであるので、そ
の説明は省略する。

【００６４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、電源系
統電圧正常のときに電力を貯蔵し、電源系統電圧が低下
したときには、ＰＷＭ変換器をインバータとして動作さ
せ、貯蔵された電力により、負荷に対する無瞬断（ＡＣ
電圧）供給源として働く様にしたので、系統電圧正常の
ときの無効電力及び高調波電力補償機能に加え、多機能
で効率的な装置が得られる効果がある。また、以上のよ
うにこの発明の別の発明によれば、瞬低のときに、交流
正弦派電圧を発生させるためのＰＷＭ変換器の出力電流
は、負荷端電圧に追従すべく瞬時値電圧制御を行なった
ので、制御モード切替のとき制御の連続性が得られ、制
御系の不安定性の心配は無用となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例に係る瞬時無効電力補償
装置の回路構成図である。

【図２】図１の補償指令値作成回路及び電流制御回路の
詳細を示すブロック図である。

【図３】この発明の第２実施例に係る瞬時無効電力補償
装置の回路構成図である。

【図４】図３の補償指令値作成回路及び電流制御回路の
詳細を示すブロック図である。

【図５】この発明の第３実施例に係る瞬時無効電力補償
装置の回路構成図である。

【図６】図５の補償指令値作成回路及び電流制御回路の
詳細を示すブロック図である。

【図７】図６の演算回路の動作を示すフローチャートで
ある。

【図８】図５の瞬時無効電力補償装置の動作波形を示す
波形図である。

【図９】この発明の第４実施例に係る瞬時無効電力補償
装置の回路構成図である。

【図１０】図９の補償指令値作成回路及び電流制御回路
の詳細を示すブロック図である。

【図１１】従来の瞬低補償装置を示すブロック図である
。

【符号の説明】 １　　負荷 ２　　負荷電流検出器 ３　　補償電流検出器 ５　　ＰＷＭ変換器 ８　　制御部 ９　　三相／二相変換回路 １０，１０ａ　　補償指令値作成回路 １１　　二相／三相変換回路 １２　　電流制御回路 １３　　ゲート回路 １５　　交流電源 ５９　　力率補償回路 １０１　　ＡＣスイッチ １０２　　電源系統電圧検出用変圧器 １０３　　瞬低検出回路 １０４　　制御モード切替回路 １０５　　二相／三相変換回路 １０６　　充放電制御スイッチ １０７　　電力貯蔵装置 １０８　　三相／二相座標変換回路 １０９，１１０　　切替接点スイッチ １１６〜１１９　　接点スイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　三相電源系統と負荷との間に配設され
   たパルス幅変調変換器を有し、三相の電圧，電流の瞬時
   値から負荷の無効電力と高調波電力を補償する瞬時無効
   電力補償装置において、三相負荷電流を三相電源電圧の
   合成ベクトルの方向とそれに直交する方向の２軸の座標
   系に変換して瞬時有効電流の高調波成分及び瞬時無効電
   流を検出し、補償する補償手段と、電源系統の電圧の低
   下及び停電を検出し、瞬低検出信号を出力する瞬低検出
   手段と、前記瞬低検出信号を受けて、制御モードを無効
   電力及び高調波電力補償から瞬時電圧低下補償へ切替え
   るモード切替信号を出力する制御モード切替手段と、電
   源系統正常時に電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、前記モ
   ード切替信号を受けて電源系統から負荷への電力供給を
   遮断する開閉手段と、前記パルス幅変調変換器と前記電
   力貯蔵装置との間に介在し、前記モード切替信号が入力
   されると放電側に切替えられる充放電開閉制御手段と、
   負荷に供給すべき電圧出力を得るための前記２軸の座標
   系における電圧指令値を三相の電源系統電圧対応に変換
   する二相／三相変換器と、前記制御モード切替信号を受
   けて前記パルス幅変調変換器の入力側を前記二相／三相
   変換器の出力側に切替える切替手段とを設けたことを特
   徴とする瞬時無効電力補償装置。
2. 【請求項２】　　三相電源系統と負荷との間に配設され
   たパルス幅変調変換器を有し、三相の電圧，電流の瞬時
   値から負荷の無効電力と高調波電力を補償する瞬時無効
   電力補償装置において、三相負荷電流を、三相電源電圧
   の合成ベクトルの方向とそれに直交する方向の２軸の座
   標系に変換して瞬時有効電流の高調波成分及び瞬時無効
   電流を検出し、補償する補償手段と、電源系統の電圧の
   低下及び停電を検出し、瞬低検出信号を出力する瞬低検
   出手段と、前記瞬低検出信号を受けて、制御モードを無
   効電力及び高調波電力補償から瞬時電圧低下補償へ切替
   えるモード切替信号を出力する制御モード切替手段と、
   電源系統正常時に電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、前記
   モード切替信号を受けて電源系統から負荷への電力供給
   を遮断する開閉手段と、前記パルス幅変調変換器と前記
   電力貯蔵装置との間に介在し、前記モード切替信号が入
   力されると放電側に切替えられる充放電開閉制御手段と
   、負荷に印加される電圧を前記２軸の座標系に変換した
   ものと負荷に与えるべき電圧指令値との偏差に従って出
   力するフィードバック手段と、前記制御モード切替信号
   を受けて、前記フィードバック手段の出力と前記瞬時有
   効電流及び瞬時無効電流との加算回路を形成し、前記瞬
   時有効電流の基本波成分も加える入力回路を形成し、さ
   らににコンデンサ電圧一定制御ループをオフする回路開
   閉手段とを設けたことを特徴とする瞬時無効電力補償装
   置。