JPH1198693A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JPH1198693A
JPH1198693A JP9305084A JP30508497A JPH1198693A JP H1198693 A JPH1198693 A JP H1198693A JP 9305084 A JP9305084 A JP 9305084A JP 30508497 A JP30508497 A JP 30508497A JP H1198693 A JPH1198693 A JP H1198693A
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JP
Japan
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power supply
load
voltage waveform
waveform
supply voltage
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JP9305084A
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English (en)
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Yuji Okuyama
雄司 奥山
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TOUROSSHU KK
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TOUROSSHU KK
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/30Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
    • Y02B70/3225Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y04S20/222Demand response systems, e.g. load shedding, peak shaving

Landscapes

  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本装置と同一の電力系に接続された他の電気機
器が、力率の悪さのために使えなかった瞬間の電力を本
装置が優先的に使用して仕事を行うことで、電力系全体
の力率を改善し、高調波を低減する。 【解決手段】 電力系全体の電流の総和の波形を検出す
る電流波形検出部(1) と、電源電圧波形検出部(2) と交
流の周波数に比べて充分に速い応答性を持って負荷の大
きさを変え得る負荷(3) と、電流波形検出部(1) から得
られた信号波形に応じて負荷(3) の大きさを制御する制
御部(4) から構成され、電流波形検出部(1) から得られ
た信号波形が、電圧波形に近付くように交流の一周期内
の負荷(3)の大きさを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は電源装置に関す
る。詳しくは、本装置以外の負荷を本装置の負荷部と並
列に接続しうる交流電力伝送系において、本装置以外の
負荷の電力の利用率(以下力率)の悪さ、即ち無効電力
の多さのために使い残した瞬間の電力から、本装置が優
先的に使用して有効な仕事を行うことで、電力系全体の
電力の利用率を改善する電源装置である。
【0002】
【従来の技術】従来の電力機器の力率の悪化は、誘導性
や容量性の負荷による位相のずれに関してはコンデンサ
やリアクトルを電力系に挿入することで対策できた。一
方、交流から直流を得る整流回路のように、交流の一周
期の間の特定の瞬間にしか電流の流れない回路について
は、電力を使用する個々の装置毎に装置の力率を向上さ
せることを目指していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら個々の装
置に要求される性能は力率ばかりでないために、他の性
能と力率が二律背反するときには力率の悪さが放置され
ることがあった。整流回路で言えば、整流後のリプル電
圧を小さくしようとする程、力率は悪化する傾向にあ
る。このため電力の利用率が悪かったり、高調波によっ
て他の機器に悪影響を与えることがあった。
【0004】そこで、この発明はこのような問題を解決
したものであって、他の機器の力率の悪さのために使い
残した瞬間の電力から優先して使用することで電力系と
しての力率を改善し、同時に高調波を抑制する電源装置
を提案するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、この発明に係る電力系力率改善装置では、系全体
の電流の総和の波形を検出する電流波形検出部(1)と、
電源電圧波形検出部(2)と、交流の周波数に比べて充分
に速い応答性を持って負荷の大きさを変え得る負荷(3)
と、電流波形検出部(1) から得られた信号波形に応じて
負荷(3) の大きさを制御する制御部(4) から構成され、
電流波形検出部(1) から得られた信号波形が、電源電圧
波形検出部(2) から得られた電圧波形に近付くように交
流の一周期内の負荷(3) の大きさを制御する。
【0006】この発明では、電力系全体の電流波形と電
圧波形が一致するように負荷の重さを高速で変化させる
ことで、電力系全体の力率を向上させるものである。こ
のことにより、従来は不可能であった力率の悪い機器が
使用しなかった瞬間の電力を、本装置の負荷により活用
することが出来るものである。
【0007】電流波形検出部の実施方法としては、実際
の電源電圧波形を、基準とする電圧波形と比較する方法
がある。
【0008】基準とする電圧波形として、装置内部で作
り出した電源電圧波形と位相を一致させた正弦波を用い
る方法がある。
【0009】基準とする電圧波形として、装置内部に記
憶されたデジタル情報を用いる方法がある。
【0010】基準とする電圧波形を無負荷時の実際の電
圧波形を学習することによる方法がある。
【0011】制御部(4) が、負荷の状態の信号の、電源
交流の周期の二分の一周期の整数倍の周期の移動平均値
を計算して利用することが、応答性と電源周波数の影響
の除去に有効である。
【0012】移動平均値とは例えば20ミリ秒の移動平
均値であれば、過去20ミリ秒間の平均値を計算により
求めた値である。これを求めるためにはアナログフィル
ターでは無理であり、CPU等を用いたデジタル回路に
よる計算が不可欠である。
【0013】請求項2のように電流波形検出の手段とし
て電源電圧波形を利用する場合を除いては、電源電圧検
出部(2) として実際に電圧を測定して検出することによ
る他に、電流波形から電圧を推定することで目的を達成
することもできる。この場合は構成を簡略化できるため
に、コストを低くできる。
【0014】
【発明の実施の形態】続いてこの発明に係る電力系力率
改善装置の実施の形態を図面を参照して詳細に説明す
る。基本構成を図1に示す。この発明は上述したよう
に、系全体の電流の総和の波形を検出する電流波形検出
部(1) と、電源電圧波形検出部(2) と、交流の周波数に
比べて充分に速い応答性を持って負荷の大きさを変え得
る負荷(3) と、電流波形検出部(1) から得られる電流波
形と、電源電圧波形検出部(2) から得られる電圧波形に
応じて負荷(3)の大きさを制御する制御部(4) から構成
され、電流波形検出部(1) から得られる電流波形が、電
圧波形に近付くように交流の一周期内の負荷(3) の大き
さを制御する。
【0015】この発明では、電力系全体の電流波形と電
圧波形が一致するように負荷の重さを高速で変化させる
ことで、電力系全体の力率を向上させるものである。負
荷(3) としては、誘導性や容量性が小さい負荷、すなわ
ち抵抗性の負荷であって、交流の一周期内に負荷の大き
さが変動しても問題のない種類の負荷である必要があ
る。具体例としては電気炉や充電器、インバータに電力
を供給するための直流電源、ちらつきがあまり問題にな
らない照明等が考えられる。電流波形検出部(1) として
は、抵抗器の両端の電圧を測定する方法のほか、一次側
が1〜数回巻きで電源電流を流し二次側が多数回巻きの
トランスを用いて二次側で検出する方式、ホール素子方
式などが利用できる。
【0016】この他に電流波形検出部の実施方法として
は、実際の電源電圧波形を理想的な電圧波形である正弦
波と比較する方法がある。この方法は負荷の大きい瞬間
には大きい電流が流れ、送電線の内部抵抗(6) のために
電圧損失が大きくなることを利用している。電源電圧波
形を実効値の等しい正弦波と比較したときに、電源電圧
波形が正弦波よりも絶対値の小さい瞬間は負荷が大き
く、絶対値の大きい瞬間は負荷が小さいと判断できる。
【0017】図2にこの実施例を示す。電流波形検出部
(1) が、電源電圧波形検出部(2) による電源電圧波形と
基準電圧発生部(8) による基準電源電圧波形との差分を
電圧比較器(7) によって検出することによってなる。
【0018】図3は
【0016】で説明した基準電源電圧波形が、装置内部
で作り出した電源電圧波形と位相を一致させた正弦波で
ある場合の実施例である。電源電圧波形は基準電圧発生
部(8) に入るとローパスフィルター(10)でノイズ成分が
除去された後、波形整形されて方形波になる。この方形
波は位相比較器(12)、VCO(13)、分周器(14)、シフト
レジスタ(15)から構成されるPLL(PhaseLocked Loop)
の位相比較器(12)に送られる。
【0019】PLLでは電源周波数と一致した疑似正弦
波を発生させる。疑似正弦波はALC(Automatic Lebel
Controle)ループに送られる。本実施例ではVCO(13)
は、電源周波数の10万〜100万倍程度の周波数を発
振し、その出力は制御部(9)でCPUを使用する場合に
クロック信号として使用される。ALCループでは疑似
正弦波を元に電源電圧波形と実効値が等しい正弦波が作
られ、電源電圧波形と電圧比較器(7) により比較され
る。電源電圧波形が正弦波よりも絶対値の小さい瞬間は
負荷(3) を小さくし、絶対値の大きい瞬間は負荷(3) を
大きくすることで、力率の向上が図れる。
【0020】図4は基準電源電圧波形が、装置内部に記
憶されたデジタル情報であることを特徴とする実施例で
ある。ここでは電源電圧波形検出部(2) がA/Dコンバ
ータによって実現される。デジタル化された電圧信号は
基準電圧メモリマップ(21)の信号と比較され、電源電圧
が基準電圧よりも絶対値の小さい瞬間は負荷を小さく
し、絶対値の大きい瞬間は負荷を大きくすることで、力
率の向上が図れる。
【0021】図4の学習ルートは基準電源電圧波形を、
制御部(4) が学習する機能を持つときに設けるものであ
る。これは無負荷時の電源電圧波形が正弦波と異なると
きに意味がある。電力系の負荷を全くなくした状態で電
圧波形を記憶し、これを基準電圧波形とするものであ
る。この時には電圧波形メモリとしてはEP−ROMま
たはEEP−ROMを使用すると良い。
【0022】図5は制御部(4) が、負荷(3) の状態の信
号を使用して制御を行うときに負荷(3) の状態の信号
の、電源交流の周期の二分の一周期の整数倍の周期の移
動平均値を計算して利用することによる周波数伝達特性
図である。負荷(3) の大きさは電源周期の1周期内に高
速で変化させるが、これよりも長い周期で負荷自体の要
求から負荷の大きさを変える必要が生じることがある。
このための負荷の状態の信号を制御部(4) で使用すると
きに要求される性能としては、電源周波数による影響が
小さく、負荷の状態を少ない遅れ時間で検出できること
である。
【0023】従来は電源周波数による影響を小さくする
要素として一次遅れのローパスフィルターを使用してき
たが、これでは電源周波数の影響を小さくするほどに遅
れ時間が増加してしまうという問題点があった。
【0024】図5は例えば電源周波数が50Hzとし
て、50Hzの1周期即ち20ミリ秒間の移動平均値を
計算して求めると、一周期の二分の一の遅れ時間、即ち
10ミリ秒で理論的には電源周波数の影響を完全に無く
す事が可能になることを示している。一次遅れのローパ
スフィルターで50Hzが10ミリ秒の遅れになるのは
カットオフ周波数が約19.2Hzのときであるが、こ
の場合は50Hzの信号の減衰は8.91db(0.35
8倍) に過ぎない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明では、電力
系全体の電流の総和の波形を検出する電流波形検出部
(1) と、電源電圧波形検出部(2) と交流の周波数に比べ
て充分に速い応答性を持って負荷の大きさを変え得る負
荷(3) と、電流波形検出部(1) から得られた信号波形に
応じて負荷(3) の大きさを制御する制御部(4) から構成
され、電流波形検出部(1) から得られた信号波形が、電
圧波形に近付くように交流の一周期内の負荷(3) の大き
さを制御する。これによれば、本装置の接続された電力
系において、他の負荷の力率が悪くても、他の負荷の使
い残した瞬間の電力から優先的に使用して行くことで、
電力系全体の力率の向上と高調波の低減を図ることが出
来る。また、他の負荷が接続されていない状態において
も、本装置は力率の高い電気機器として使用できる。
【0026】電流波形検出部(1) が、電源電圧波形と装
置内に有する基準電源電圧波形との差分を検出すること
によって、本装置を電力系に接続しただけで、同じ電力
系に接続された他の電気機器の力率の悪さを補うことが
出来る。
【0027】上記基準電源電圧波形は、電源電圧波形と
位相を一致させた装置内部で作り出した正弦波を用いる
ことで容易に実現できる。
【0028】上記基準電源電圧波形は、装置内部に記憶
されたデジタル情報とすることでも実現できる。
【0029】上記基準電源電圧波形を、制御部(4) が学
習する機能を持つことで、電力系の元の電圧波形が正弦
波でない場合でも、本装置の効果を発揮することが出来
る。
【0030】上記制御部(4) が、負荷の状態の信号の、
電源交流の周期の二分の一周期の整数倍の周期の移動平
均値を算出して利用することで、電源周波数による影響
を受けることなく、負荷の状態を少ない遅れ時間で検出
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】基本構成を示すブロック図である。
【図2】電源電圧波形を基準電圧波形と比較して電流波
形を検出する実施例のブロック図である。
【図3】基準電圧波形として装置内部で正弦波を発生さ
せて電流波形を検出する実施例のブロック図である。
【図4】基準電圧波形が、装置内部に記憶されたデジタ
ル情報である実施例のブロック図である。
【図5】移動平均値を用いることによる効果を示す周波
数伝達特性図である。
【符号の説明】
1・・・・・電流波形検出部 2・・・・・電源電圧波形検出部 3・・・・・負荷の大きさを変え得る負荷 4・・・・・制御部 5・・・・・負荷 6・・・・・送電線の内部抵抗 7・・・・・電圧比較器 8・・・・・基準電圧発生部 9・・・・・制御部 10・・・・ローパスフィルター 11・・・・波形整形器 12・・・・位相比較器 13・・・・VCO(電圧制御発振器) 14・・・・分周器 15・・・・シフトレジスタ(位相調整器) 16・・・・ゲイン調整部 17・・・・ローパスフィルター 18・・・・正逆切り替え器 20・・・・交流電力源 21・・・・基準電圧メモリマップ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の負荷を並列に接続し得る交流電力
    伝送系において、 系全体の電流の総和の波形を検出する電流波形検出部
    (1) と、 電源電圧波形検出部(2) と、 交流の周波数に比べて充分に速い応答性を持って負荷の
    大きさを変え得る負荷(3) と、 電流波形検出部(1)から得られる電流波形と、電源電圧
    波形検出部(2) から得られる電圧波形に応じて負荷(3)
    の大きさを制御する制御部(4) を有し、 電流波形検出部(1) から得られる電流波形が、電源電圧
    波形検出部(2) から得られる電圧波形に近付くように負
    荷(3) の大きさを制御することを特徴とする電源装置。
  2. 【請求項2】 上記電流波形検出部(1) が、電源電圧波
    形と、装置内に有する基準電源電圧波形発生部(8) の発
    生する基準電源電圧波形との差分を検出することによっ
    て成ることを特徴とする請求項1記載の電源装置。
  3. 【請求項3】 上記基準電源電圧波形が、電源電圧波形
    と位相を一致させた装置内部で作り出した正弦波である
    ことを特徴とする請求項2記載の電源装置。
  4. 【請求項4】 上記基準電源電圧波形が、装置内部に記
    憶されたデジタル情報であることを特徴とする請求項2
    記載の電源装置。
  5. 【請求項5】 上記基準電源電圧波形を、制御部(4) が
    学習する機能を持つことを特徴とする請求項4記載の電
    源装置。
  6. 【請求項6】 上記制御部(4) が、負荷の状態の信号
    の、電源交流の周期の二分の一周期の整数倍の周期の移
    動平均値を算出して利用することを特徴とする請求項1
    記載の電源装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007330031A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Kawamura Electric Inc 系統連系インバータ、及びその逆電力検出プログラム
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