JPWO2014016918A1 - 電力送電装置 - Google Patents

Abstract

交流電源（１）から第２の制御ケーブル（５ｂ）を介して送電された電力を整流した後、単相インバータ（１４）により補償電圧を出力する直列補償回路（７）を備えた送電補償部（１０）を、エレベータのかご（３）に設置する。交流電源（１）からかご（３）内の負荷機器（６）へ送電する第１の制御ケーブル（５ａ）に直列補償回路（７）の出力側を直列接続して、第１の制御ケーブル（５ａ）の相電圧に補償電圧を重畳する。そして、制御装置（８）内の電流波形制御部（３３）により、負荷電流の高調波成分を抑制するように単相インバータ（１４）が出力制御される。

Description

この発明は、例えば昇降行程の長いエレベータのかごへの電力送電に用い、複数の芯線を有する制御ケーブルを介して送電する電力送電装置に関するものである。

エレベータのかごには、照明器具、エアコン、ファン、ドアモータなどの各種負荷機器が搭載され、エレベータ機械室からかごへの電力送電には制御ケーブルを介して行われる。制御ケーブルは可撓性を保つため、比較的細線の芯線を複数本備えて構成される。また高層ビルのエレベータでは、制御ケーブルが長くなることによる電圧降下が大きくなり負荷機器での入力電圧が低下する。制御ケーブルの芯線数を増やすことで電圧降下を防止できるが、制御ケーブルの重量増につながり、制御ケーブルの揺れによりエレベータの走行の妨げになる。
従来の電力伝送方式では、昇圧した電力を一括してかごに送り、かごでこの電圧を変成して各機器用電源を作成し各機器に配電する。これにより、電力伝送用の芯線による電圧降下を小さくし、かつ芯線数を削減している（例えば特許文献１）。

特開平６−１３５６４５号公報

上記特許文献１記載の送電では、エレベータ機械室で予め送電電圧を昇圧し制御ケーブルに流れる電流を抑制する高電圧送電であり、負荷が変動すると制御ケーブルに流れる電流も変動するため制御ケーブルでの電圧降下が変動する。このため、負荷機器への入力電圧は負荷の状態に依存し変動するものであった。また、各負荷機器はそれぞれが高調波発生源であるため、高調波電流により電源力率を悪化させ、電源からの供給電力を増加させるものであった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、負荷機器への入力電圧変動を抑制可能で、また負荷機器からの高調波電流が制御ケーブルに流出するのを抑制し、力率を向上して交流電源からの送電電力を低減できる電力送電装置を、小型で安価な装置構成にて提供することを目的とする。

この発明による電力送電装置は、機器設置部に設けられた複数の負荷機器に交流電源から制御ケーブルを介して電力を送電するものであって、上記交流電源からの電力を受電して整流するコンバータ、該コンバータの出力に接続されたエネルギ蓄積要素、および該エネルギ蓄積要素の直流電力を交流電力に変換する単相インバータを有し、出力側が上記制御ケーブルに直列接続されて上記制御ケーブルの相電圧に重畳する電圧を出力する、上記機器設置部に設けられた直列補償回路と、上記直列補償回路を制御する制御装置とを備える。そして、上記制御装置は、上記制御ケーブルを流れる電流を検出し、該電流の高調波成分を抑制するように上記直列補償回路内の上記単相インバータを出力制御する電流波形制御部を備えるものである。

この発明による電力送電装置は、上記制御ケーブルの相電圧に重畳する電圧を出力する直列補償回路を備えるため、上記直列補償回路の出力電圧により、負荷機器への入力電圧変動が抑制可能となる。また、負荷機器からの高調波電流を制御ケーブルに流出するのを抑制でき、力率を向上して交流電源からの送電電力を低減できる。さらに、上記直列補償回路は比較的小容量に構成でき、電力送電装置を小型で安価な装置構成にできる。

この発明の実施の形態１による電力送電装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１による電力送電装置を用いたエレベータ用電力給電システムの概略図である。 この発明の実施の形態１による直列補償回路の制御ブロック図である。 この発明の実施の形態１による単相インバータの構成および動作を説明する図である。 この発明の実施の形態１による効果を説明する電圧、電流波形図である。 この発明の実施の形態２による直列補償回路の制御ブロック図である。 この発明の実施の形態３による直列補償回路の制御ブロック図である。 この発明の実施の形態４による直列補償回路の制御ブロック図である。 この発明の実施の形態５による電力送電装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態６による電力送電装置の構成を示す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による電力送電装置を図に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による電力送電装置、より具体的には、三相商用電源である交流電源１から機器設置部に設置された各種の負荷機器６（６ａ〜６ｄ）へ電力送電を行う電力送電装置１００の構成を示す図である。また、電力送電装置１００を用いたエレベータ用電力給電システムの概略図を図２に示す。
電力送電装置１００は、交流電源１から機器設置部としてのかご３へ送電する送電制御ケーブル５と、かご３に設けられて、送電制御ケーブル５からの電力を受電して所望の電圧を出力する送電補償部１０とを備えて負荷機器６である三相負荷６ａおよび単相負荷６ｂ〜６ｄに電力供給する。

図２に示すように、エレベータが設置される建物内に設けられた昇降路２内にかご３が配置されている。昇降路２の上部には制御盤４が設置されている。制御盤４は交流電源１から受電し、送電制御ケーブル５は、一端が制御盤４に接続されて、昇降路２に沿って懸垂され、かご３内の負荷機器６に接続される。送電制御ケーブル５は、かご３へ電力を送電する電源ケーブルと、制御盤４で生成される制御信号をかご３へ送る信号ケーブルなどから成り、可撓性を保つために比較的細い芯線を使用し、これらを複数束ねたものである。かご３に搭載される負荷機器６は、例えば、空調機、照明器具、ドア駆動装置、気圧制御装置などである。送電補償部１０はかご３に設置される。

図１に示すように、送電制御ケーブル５は、主な電力送電を担う制御ケーブルとしての第１の制御ケーブル５ａと、第２の制御ケーブル５ｂとを備え、送電補償部１０では、第１の入力端子１１ａから第１の制御ケーブル５ａを介した電力を入力し、第２の入力端子１１ｂから第２の制御ケーブル５ｂを介した電力を入力する。そして、出力端子２１から所望の電圧の電力を負荷機器６へ出力する。
送電補償部１０は、第２の制御ケーブル５ｂから送電され、第１の制御ケーブル５ａの各相に出力側が直列接続される直列補償回路７と、直列補償回路７をバイパスするバイパススイッチ２０（２０ａ〜２０ｃ）と、直列補償回路７を制御する制御装置８とを備える。

直列補償回路７は、第２の制御ケーブル５ｂからの電力を受電して整流するコンバータとしてのダイオード整流器１２と、エネルギ蓄積要素としてのコンデンサ１３と、各相の単相インバータ１４（１４ａ〜１４ｃ）と、フィルタ回路１５（１５ａ〜１５ｃ）と、一次側がフィルタ回路１５に接続され、二次側が各相の第１の制御ケーブル５ａに直列接続された直列トランス１６（１６ａ〜１６ｃ）とを備える。

送電補償部１０内では、各相の送電線１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）が、各相の第１の制御ケーブル５ａに直列接続され、直列補償回路７の各相の出力は、各相の送電線１８の接続点１９（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ）に接続されることで、第１の制御ケーブル５ａの各相に直列接続される。
送電補償部１０は、さらに、コンデンサ１３の電圧を検出する直流電圧センサ２２と、接続点１９の交流電源側、負荷機器側の送電線１８の各線間電圧を検出する電圧センサ２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ）、２４（２４ａ、２４ｂ、２４ｃ）と、接続点１９の交流電源側、負荷機器側の各相電流を検出する電流センサ２５（２５ａ、２５ｂ、２５ｃ）、２６（２６ａ、２６ｂ、２６ｃ）とを備える。なお、交流電源１から負荷機器６に流れる電流の方向を正とする。

負荷機器６の主な電力は、各相毎に第１の制御ケーブル５ａにより送電され送電線１８に接続される。直列補償回路７内の直列トランス１６の二次巻線とバイパススイッチ２０とが並列に接続され、これらが送電線１８に直列接続される。バイパススイッチ２０は通常時に開放され、直列補償回路７は、第１の制御ケーブル５ａによる電圧降下を補償する各相の補償電圧を出力し、直列トランス１６の二次巻線を介して送電線１８の相電圧に重畳する。送電補償部１０は、補償電圧を重畳後の電圧を出力端子２１から出力する。
なお、直列補償回路７の制御及び動作の詳細は後述する。

出力端子２１は、各負荷機器６に接続される。各負荷機器６はそれぞれスイッチを有しており、直列補償回路７の停止時、あるいは内部故障時、もしくは交流電源１の影響で負荷機器６への入力電圧が低下した場合、重要度の低い負荷機器６からスイッチを切って負荷軽減する。これにより第１の制御ケーブル５ａでの電圧降下が低減するため、重要度の高い負荷機器６は運転を継続することができる。
バイパススイッチ２０は、直列補償回路７に故障が発生して補償電圧を出力できなくなった場合に閉じて直列トランス１６（二次巻線）をバイパスすることで直列補償回路７をバイパスする。バイパススイッチ２０を閉じている時は、第１の制御ケーブル５ａにより送電された電力が、そのまま負荷機器６に供給される。このとき、上記のように重要度の低い負荷機器６のスイッチを切って負荷軽減を図る。
なお、バイパススイッチ２０はリレー、電磁コンタクタ、半導体スイッチング素子など外部信号で開閉できるものであればよく、いずれか複数を組合せて構成することも可能である。

一方、交流電源１から第２の制御ケーブル５ｂを介して直列補償回路７に送電された交流電力は、ダイオード整流器１２によって三相全波整流され、コンデンサ１３によって平滑されてリップルが除去された直流となる。なお、第２の制御ケーブル５ｂは、この場合三相交流に対応する３本として図示したが、相数と異なるものでも良い。

各単相インバータ１４は、それぞれダイオードを逆並列接続したＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの自己消弧型の半導体スイッチング素子を用いたフルブリッジインバータで構成される。各単相インバータ１４は、制御装置８により駆動制御されてＰＷＭ変調された電圧を出力する。
なお、各単相インバータ１４を構成する２組のハーフブリッジの一方のみを三相分集めて構成した三相回路と、他方のみを三相分集めて構成した三相回路とに、それぞれ三相インバータ回路に広く用いられている回路構成のモジュールを適用できる。このため、このような三相回路の２つのモジュールを用いて単相インバータ１４の三相分を構成しても良い。

フィルタ回路１５は、コンデンサおよびリアクトルを有して構成され、単相インバータ１４から出力された電圧のリップル成分を除去する。フィルタ回路１５からの出力電圧は、直列トランス１６を介して送電線１８の接続点１９に接続される。

次に、直列補償回路７内の単相インバータ１４の制御について説明する。
直流電圧センサ２２、各電圧センサ２３、２４および各電流センサ２５、２６の出力が制御装置８に入力され、制御装置８は、これらの検出結果に基づいて単相インバータ１４の出力指令を生成し、この出力指令に基づいて単相インバータ１４をＰＷＭ制御するゲート信号を生成して単相インバータ１４を駆動制御する。
図３は、制御装置８による直列補償回路７の制御ブロック図で、単相インバータ１４の出力指令の生成について示すものである。
図３に示すように、制御装置８は、フィードフォワード電圧制御部３１と、フィードバック電圧制御部３２と、電流波形制御部３３とを備えて、各制御部３１〜３３の制御を組み合わせて出力指令４１を生成する。実際には、これらの制御部３１〜３３はマイコン、ＤＳＰあるいはアナログ回路等で構成されている。

制御装置８では、接続点１９より負荷機器６側の負荷電圧（相電圧）の目標値３５を予め設定して保持し、直流電圧センサ２２、各電圧センサ２３、２４および各電流センサ２５、２６の出力がデジタル値に変換されて入力される。なお、この場合、電流センサ２５、２６の出力の内、電流センサ２６の出力である、接続点１９より負荷機器側の負荷電流を用いる。
フィードフォワード電圧制御部３１では、電圧センサ２３からの線間電圧を相電圧に変換した電源側電圧３４の実効値を、負荷電圧目標値３５の実効値から差し引いた差電圧を求める。また電源側電圧３４から基準正弦波４２を生成し、上記差電圧と基準正弦波４２との積から電圧指令４５を生成して出力する。

フィードバック電圧制御部３２では、電圧センサ２４からの線間電圧を相電圧に変換した負荷電圧３６の実効値を、負荷電圧目標値３５の実効値から差し引いた差電圧がゼロになるように、制御器３７がＰＩ制御などにより電圧制御値を生成する。そして、電源側電圧３４から生成された基準正弦波４２と電圧制御値との積により電圧指令４６を生成して出力する。なお、制御器３７では、ゲイン調整により制御応答が自由に設定できる。

電流波形制御部３３では、電流センサ２６からの電流（負荷電流）３８の基本波成分を抽出し、この基本波成分を電流３８から差し引いて高調波電流を求める。そして、この高調波電流がゼロとなるように、制御器３９がＰＩ制御などにより電圧制御値を電圧指令４７として生成して出力する。なお、制御器３９では、ゲイン調整により制御応答が自由に設定できる。
電源側を基準として、高調波電流が正ならば直列補償回路７が負の電圧を出力して電源側電圧に重畳し、負荷機器６への入力電圧となる負荷電圧を低減する。負荷電圧が低下すると電流は流れにくくなり結果的に高調波電流を抑制することができる。また逆に高調波電流が負のときは直列補償回路７が正の電圧を出力して電源側電圧に重畳することで高調波電流を抑制する。

制御装置８は、上記３つの電圧指令４５、４６、４７から単相インバータ１４の出力電圧指令値４８を演算し、直流電圧センサ２２により検出されたコンデンサ１３の電圧（コンデンサ電圧４０）で出力電圧指令値４８を除算して正規化することによって単相インバータ１４の出力指令４１を生成する。この出力指令４１は各相毎に生成される。
なお、制御装置８は、電源側電圧３４、負荷電圧目標値３５および負荷電圧３６について、それぞれ実効値を制御に用いたが、平均値を用いても良い。

単相インバータ１４の構成および動作について図４を用いて説明する。
図４（ａ）に示すように、単相インバータ１４は、それぞれダイオードを逆並列接続したＩＧＢＴ５３〜５６を用いたフルブリッジインバータで構成される。制御装置８では、生成した出力指令４１と二段の三角波（キャリア波）５１、５２とをコンパレータで比較して（図４（ｂ）参照）、ＰＷＭ制御の為のゲート信号を生成して各ＩＧＢＴ５３〜５６を次のようにスイッチング制御する。
電源側を基準として直列補償回路７が正の出力をするときは、ＩＧＢＴ５４、５５をオン、負の出力をするときはＩＧＢＴ５３、５６をオン、ゼロの出力をするときはＩＧＢＴ５４、５６をオンとする。そのため、出力指令４１が正のときは、ＩＧＢＴ５３をオフ固定、ＩＧＢＴ５４をオン固定して、三角波５１と出力指令４１とを比較してＩＧＢＴ５５、５６をスイッチングする。また、出力指令４１が負のときは、ＩＧＢＴ５５をオフ固定、ＩＧＢＴ５６をオン固定して、三角波５２と出力指令４１とを比較してＩＧＢＴ５３、５４をスイッチングする。

そして上述したように、単相インバータ１４からの出力電圧はフィルタ回路１５にてリップル成分が除去され、直列トランス１６を介して出力される電圧が送電線１８の相電圧に重畳される。この直列トランス１６の二次側の出力電圧が、直列補償回路７が出力する補償電圧となる。直列補償回路７は、負荷機器６に入力される負荷電圧３６が負荷電圧目標値３５となるように、また、送電線１８に流れる電流３８の高調波成分がゼロに近づくような補償電圧を出力するように動作する。

なお、上記の単相インバータ１４のスイッチング制御は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等のユニポーラ駆動の一例であり、バイポーラやダイポーラなどの駆動では別の方法が用いられる。
また、単相インバータ１４は３レベルのフルブリッジインバータを用いたが、これに限るものではない。

上述したように制御装置８は、負荷電圧３６が負荷電圧目標値３５となるようなフィードフォワード電圧制御、フィードバック電圧制御、さらに高調波電流を抑制する電流波形制御とを、それぞれ個別に電圧指令４５、４６、４７を演算した後に組み合わせている。
フィードフォワード電圧制御部３１、フィードバック電圧制御部３２では、基準正弦波を用いて電圧指令４５、４６を生成するため、電圧指令４５、４６は、単相インバータ１４の出力電圧指令値４８の基本波成分を構成する。一方、電流波形制御部３３は、負荷電流の高調波成分を制御する電圧指令４７を生成するため、高調波成分で構成される。このため、フィードフォワード電圧制御部３１、フィードバック電圧制御部３２による電圧制御と、電流波形制御部３３による電流制御が互いに干渉することなく制御できる。

これにより、図５に示すように、負荷電圧、負荷電流が改善されることがわかる。制御無しの場合は、交流電源１から第１の制御ケーブル５ａを介して送電される電力がそのまま負荷機器６に供給される場合で、負荷電圧が低下し負荷電流に高調波成分が多く含まれている。制御有りの場合は、この実施の形態による結果である負荷電圧、負荷電流であり、負荷電圧の電圧降下が抑制され、負荷電流の高調波電流も抑制されている。

以上のように、直列補償回路７が制御されて補償電圧を出力して、送電線１８の相電圧に重畳することにより、負荷電圧が目標値に維持され、負荷電流の高調波電流が抑制される。この高調波電流の抑制により、電源力率が向上して電力送電装置１００の効率が向上し、交流電源１からの送電電力を低減できる。また、負荷電圧を目標値に維持する電圧制御は、高調波電流を抑制する電流制御と干渉することなく、電圧制御、電流制御のそれぞれが信頼性良く行える。また、電圧制御は、フィードフォワード電圧制御部３１、フィードバック電圧制御部３２を組み合わせて行っているため、負荷電圧の変動を速やかに、しかも高精度に補償して目標値に維持することができる。

また直列補償回路７は相毎に制御された補償電圧を出力するため、各負荷機器６ａ〜６ｄの個別の負荷変動にも対応でき、各負荷機器６への入力電圧の電圧変動を確実に抑制できる。さらに、単相負荷である負荷機器６ｂ〜６ｄが個別に負荷変動を起こしても、各負荷機器６ｂ〜６ｄへの入力電圧はほぼ一定にでき、接続された三相の負荷機器６ａにも電圧変動が抑制された良好な三相交流電圧が入力される。

また、制御ケーブルでの電圧降下をもたらすインピーダンスは芯線数に反比例し、芯線数が多くなるほどインピーダンス、特に抵抗成分は減少する。この実施の形態では、第１の制御ケーブル５ａでの電圧降下を許容して第１の制御ケーブル５ａの芯線数を低減し、直列補償回路７が出力する補償電圧を送電線１８の相電圧に重畳することで負荷電圧を目標値に復帰させる。このため、負荷機器６への入力電圧の電圧変動を抑制できると共に、第１の制御ケーブル５ａの芯線数を低減できる。
ビルの高層化でエレベータの昇降行程が大きくなると第１の制御ケーブル５ａが長くなるが、芯線数が低減できるため第１の制御ケーブル５ａの重量増大を抑制できる。なお、第２の制御ケーブル５ｂが送電する電力は第１の制御ケーブル５ａと比して格段と小さいため、送電制御ケーブル５全体の芯線数も低減でき重量増大を抑制できる。このため、エレベータ装置の小型・軽量化および低コスト化につながる。

また、直列補償回路７を有する送電補償部１０がエレベータのかご３に設けられているため、かご３に搭載される負荷機器６へ送電する第１の制御ケーブル５ａによる電圧降下をかご３の位置で補償することになり確実に補償できる。また、エレベータ機械室で予め送電電圧を昇圧し制御ケーブルに流れる電流を抑制する必要が無く、第１の制御ケーブル５ａに高耐圧のケーブルを使用する必要が無い。

さらに、直列補償回路７は、第１の制御ケーブル５ａによる電圧降下を補償するためのの電力のみを扱うため、直列補償回路７内の単相インバータ１４は容量の小さなものでよく、装置構成を小型で安価なものにできる。

さらにバイパススイッチ２０を設けることにより、直列補償回路７の異常時や起動停止時など必要な場合はバイパススイッチ２０をオンして負荷機器６に交流電源１から電力を直送することが可能である。その場合、いずれかの負荷機器６のスイッチを切ってその負荷機器６を停止させることにより、第１の制御ケーブル５ａの電圧降下を抑制し、他の負荷機器６への入力電圧を確保することができる。これにより重要度の高い負荷機器６に対し入力電圧を確保できる。

また、直列補償回路７が直列トランス１６を備えて補償電圧を送電線１８に接続しているため、直列補償回路７の入力側と出力側とで絶縁でき、所望の補償電圧を容易に送電線１８に接続できる。

なお、上記実施の形態では、第２の制御ケーブル５ｂにより直列補償回路７に送電したが、第２の制御ケーブル５ｂがなく、第１の制御ケーブル５ａから直列補償回路７に送電しても良い。この場合、交流電源１からかごに電力送電する送電制御ケーブル５を第１の制御ケーブル５ａのみにできるので電力送電が簡素化され、全体の送電制御ケーブル５の芯線数がさらに低減できる。
また、直列補償回路７の入力端子である第２の入力端子１１ｂを送電補償部１０の出力端子２１に接続して、送電補償部１０の出力側から直列補償回路７へ電力供給して、第２の制御ケーブル５ｂを省略しても良い。

また、直列補償回路７内のコンバータには、ダイオード整流器１２を用いたが、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子を用いた高力率コンバータを用いても良い。これにより、交流電源１の電圧が上昇した場合にも、直列補償回路７は電圧上昇を補償して送電補償部１０は所望の負荷電圧を出力することができる。このとき、単相インバータ１４が吸収した電力は高力率コンバータを介して交流電源１側に戻される。

また、交流電源１は、変圧器やパワーエレクトロニクス機器を用いて商用電源の電圧を昇圧もしくは降圧されたものでもよい。
さらにまた、上記実施の形態では、電力送電装置１００は、送電制御ケーブル５を有して構成されるものとしたが、送電制御ケーブル５は上位のエレベータ用電力給電システムが有するものとしても良い。

実施の形態２．
図６は、この実施の形態２による制御装置８による直列補償回路７の制御ブロック図で、単相インバータ１４の出力指令の生成について示すものである。その他の構成は上記実施の形態１と同様である。
上記実施の形態１と同様に、制御装置８は、フィードフォワード電圧制御部３１ａと、フィードバック電圧制御部３２ａと、電流波形制御部３３ａとを備える。そして、各制御部３１ａ〜３３ａからの３つの電圧指令４５ａ、４６ａ、４７ａから単相インバータ１４の出力電圧指令値４８ａを演算し、コンデンサ電圧４０で出力電圧指令値４８ａを除算して単相インバータ１４の出力指令４１ａを生成する。

フィードフォワード電圧制御部３１ａでは、電源側電圧３４から、バンドパスフィルタやローパスフィルタを用いて基本波抽出６１を行い、この基本波を負荷電圧目標値３５から差し引いて電圧指令４５ａを生成する。
フィードバック電圧制御部３２ａでは、負荷電圧３６から、バンドパスフィルタやローパスフィルタを用いて基本波抽出６２を行い、この基本波を負荷電圧目標値３５から差し引いた差電圧がゼロになるように、制御器３７がＰＩ制御などにより電圧指令４６ａを生成して出力する。
電流波形制御部３３ａでは、電流（負荷電流）３８から、ハイパスフィルタやバンドストップフィルタを用いて高調波抽出６３を行い、この高調波電流がゼロとなるように、制御器３９がＰＩ制御などにより電圧指令４７ａを生成して出力する。

この実施の形態では、フィードフォワード電圧制御部３１ａ、フィードバック電圧制御部３２ａにおける基本波成分、および電流波形制御部３３ａにおける高調波成分の生成方法が上記実施の形態１と異なるが、上記実施の形態１と同様に、電圧制御と電流制御が互いに干渉することなく、負荷電圧を目標値に維持でき、負荷電流の高調波電流が抑制できて電源力率を向上できる。

実施の形態３．
この実施の形態では、上記実施の形態１における単相インバータ１４の出力指令の生成において、電流波形の制御に、さらに特定次数の電流を抑制する制御を追加する。
図７は、この実施の形態３による制御装置８による直列補償回路７の制御ブロック図で、単相インバータ１４の出力指令の生成について示すものである。その他の構成は上記実施の形態１と同様である。
図７に示すように、制御装置８は、フィードフォワード電圧制御部３１と、フィードバック電圧制御部３２と、電流波形制御部３３ｂとを備える。フィードフォワード電圧制御部３１およびフィードバック電圧制御部３２は上記実施の形態１と同様であり、電流波形制御部３３ｂは、上記実施の形態１と同様の電流波形制御部３３に、さらに特定電流制御部７０を備える。そして、各制御部３１〜３３、７０からの４つの電圧指令４５、４６、４７、４７ｂから単相インバータ１４の出力電圧指令値４８ｂを演算し、コンデンサ電圧４０で出力電圧指令値４８ｂを除算して単相インバータ１４の出力指令４１ｂを生成する。

特定電流制御部７０では、電流センサ２６からの電流（負荷電流）３８の特定次数の電流を抽出７２し、この特定次数電流がゼロとなるように、制御器７３がＰＩ制御などにより電圧指令４７ｂを生成して出力する。制御器７３では、ゲイン調整により制御応答が自由に設定できる。
この電圧指令４７ｂは、電流波形制御部３３からの電圧指令４７と同様に、極性反転されて電圧指令４５、４６に加算される。

この実施の形態では、上記実施の形態１と同様に、負荷電圧を目標値に維持でき、負荷電流の高調波電流が抑制できて電源力率を向上でき、さらに特定次数の電流が抑制できる。この特定次数に関しては一種類でも複数種類でもよい。

なお、上記各実施の形態において、電流制御に用いる電流３８は、電流センサ２６で検出する負荷電流を用いたが、電流センサ２５で検出する電源側の電流でも良い。いずれの電流も送電線１８を流れる電流であり、第１の制御ケーブル５ａを流れる電流となる。

また、上記各実施の形態において、電流制御と共に行う電圧制御は、フィードフォワード電圧制御部３１、フィードバック電圧制御部３２の双方を組み合わせたものであったが、フィードバック電圧制御部３２のみとしても良い。その場合、負荷電圧が大きく変動した場合に目標値に戻るのが少し遅くなるが、負荷電圧の変動を高精度に補償できる。
また、電圧制御をフィードフォワード電圧制御部３１のみで構成することもでき、負荷電圧を速やかに目標値にすることができる。

実施の形態４．
この実施の形態では、単相インバータ１４の出力指令の生成において、電流制御のみを行う。
図８は、この実施の形態４による制御装置８による直列補償回路７の制御ブロック図で、単相インバータ１４の出力指令の生成について示すものである。その他の構成は上記実施の形態１と同様である。
図８に示すように、制御装置８は、電流波形制御部３３ｃを備える。電流波形制御部３３ｃは、電流（負荷電流）３８の実効値からピーク値を算出する。また電源側電圧３４から位相検出７４し、その位相の正弦波と算出されたピーク値との積を、電流３８から差し引いた差電流がゼロになるように、制御器７５がＰＩ制御などにより出力電圧指令値４８ｃを生成して出力する。なお、制御器７５では、ゲイン調整により制御応答が自由に設定できる。

制御装置８は、直流電圧センサ２２により検出されたコンデンサ１３の電圧（コンデンサ電圧４０）で出力電圧指令値４８を除算して正規化することによって単相インバータ１４の出力指令４１ｃを生成する。
これにより、直列補償回路７が制御されて補償電圧を出力して、送電線１８の相電圧に重畳することにより、負荷電流の高調波電流が抑制される。この場合、電圧制御との干渉を考慮する必要がないため、負荷電流の位相を制御して、負荷電流の高調波成分を抑制すると共に基本波成分の波形改善も行える。
この実施の形態では、第１の制御ケーブル５ａによる電圧降下を、直列補償回路７の補償電圧で補償する必要のない場合に、負荷電流の波形を効果的に改善でき電源力率を向上できる。

実施の形態５．
上記実施の形態１では、直列補償回路７は直列トランス１６を備えたが、この実施の形態５では、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を備えた直列補償回路７ａを用いる。
図９は、この発明の実施の形態５による電力送電装置１００の構成を示す図である。
図９に示すように、送電補償部１０ａは、直列補償回路７ａと、送電線１８（１８ａ〜１８ｃ）上で直列補償回路７ａをバイパスするバイパススイッチ２０（２０ａ〜２０ｃ）と、直列補償回路７ａを制御する制御装置８ａとを備える。直列補償回路７ａは、ダイオード整流器１２とコンデンサ１３との間に絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を備える。そして、各相の単相インバータ１４（１４ａ〜１４ｃ）の出力は、フィルタ回路１５（１５ａ〜１５ｃ）を介して送電線１８の接続点１９（１９ａ〜１９ｃ）に接続される。

この実施の形態では、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を用いて直列補償回路７ａの入力側と出力側とを絶縁している。絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１７は、上記実施の形態１で用いた直列トランス１６が扱う交流電源１の周波数より高周波で動作するもので、装置構成が小型化できる効果がある。
その他の装置構成は上記実施の形態１と同様であり、また、上記実施の形態１〜４で示した制御装置８による制御を同様に適用でき、同様の効果が得られる。

実施の形態６．
上記実施の形態１では、三相交流による送電について説明したが、単相による送電であってもよい。
図１０は、この発明の実施の形態６による電力送電装置１００Ａの構成を示す図である。この場合、交流電源１は単相であり、交流電源１からかご３に設置された負荷機器６（単相負荷６ｂ、６ｃ）へ送電される。図に示すように、直列補償回路７ｂを備えて送電補償部１０ｂが構成され、直列補償回路７ｂ内の単相インバータ１４、フィルタ回路１５、直列トランス１６およびバイパススイッチ２０は各１台でよい。
この場合も、実施の形態１と同様に、制御装置８ｂは、負荷電圧が目標値となるようなフィードフォワード電圧制御、フィードバック電圧制御、さらに高調波電流を抑制する電流波形制御を行う。これにより、上記実施の形態１と同様に、負荷電圧を目標値に維持でき、また負荷電流の高調波電流が抑制できて電源力率を向上でき、交流電源１からの送電電力を低減できる。

なお、この場合、直列トランス１６を用いたものを図示したが、上記実施の形態５と同様に、絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を用いても良い。
また、直列補償回路７ｂ内のコンバータにはダイオード整流器１２を用いたが、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子を用いた高力率コンバータを用いても良い。

なお、上記実施の形態１〜６は、交流電源１からエレベータのかご３内の負荷機器６への電力送電について示したが、複数の芯線を有し比較的長い制御ケーブルを用いて複数の負荷機器へ交流電源から電力送電する電力送電装置に適用でき、同様の効果が得られる。
また、この発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (14)

1. 機器設置部に設けられた複数の負荷機器に交流電源から制御ケーブルを介して電力を送電する電力送電装置において、
   上記交流電源からの電力を受電して整流するコンバータ、該コンバータの出力に接続されたエネルギ蓄積要素、および該エネルギ蓄積要素の直流電力を交流電力に変換する単相インバータを有し、出力側が上記制御ケーブルに直列接続されて上記制御ケーブルの相電圧に重畳する電圧を出力する、上記機器設置部に設けられた直列補償回路と、
   上記直列補償回路を制御する制御装置とを備えて、
   上記制御装置は、上記制御ケーブルを流れる電流を検出し、該電流の高調波成分を抑制するように上記直列補償回路内の上記単相インバータを出力制御する電流波形制御部を備えた、
   電力送電装置。
2. 上記制御装置は、上記直列補償回路が上記制御ケーブルに直列接続される接続点よりも上記負荷機器側の負荷電圧を検出し、該負荷電圧が設定された目標電圧となるように上記単相インバータを出力制御するフィードバック電圧制御部を備え、
   上記フィードバック電圧制御部は、基本波成分で構成される電圧指令を生成し、上記電流波形制御部は、高調波成分で構成される電圧指令を生成して、上記単相インバータを出力制御する、
   請求項１に記載の電力送電装置。
3. 上記制御装置は、上記直列補償回路が上記制御ケーブルに直列接続される接続点より上記交流電源側の電圧を検出し、該検出電圧と、上記接続点よりも上記負荷機器側の負荷電圧に設定された目標電圧との差分を上記直列補償回路が出力するように、上記単相インバータを出力制御するフィードフォワード電圧制御部を備え、
   上記フィードフォワード電圧制御部は、基本波成分で構成される電圧指令を生成し、上記電流波形制御部は、高調波成分で構成される電圧指令を生成して、上記単相インバータを出力制御する、
   請求項１に記載の電力送電装置。
4. 上記制御装置は、上記直列補償回路が上記制御ケーブルに直列接続される接続点より上記交流電源側の電圧を検出し、該検出電圧と、上記負荷電圧の目標電圧との差分を上記直列補償回路が出力するように、上記単相インバータを出力制御するフィードフォワード電圧制御部を備え、
   上記フィードフォワード電圧制御部は、基本波成分で構成される電圧指令を生成し、上記電流波形制御部は、高調波成分で構成される電圧指令を生成して、上記単相インバータを出力制御する、
   請求項２に記載の電力送電装置。
5. 上記電流波形制御部は、上記制御ケーブルを流れる電流の高調波成分を抑制すると共に、該電流の位相を制御する電圧指令を生成して、上記単相インバータを出力制御する、
   請求項１に記載の電力送電装置。
6. 上記直列補償回路内の上記コンバータは、第２の制御ケーブルを介して上記交流電源からの電力を受電する、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力送電装置。
7. 上記制御ケーブルに直列接続された上記直列補償回路をバイパスするバイパススイッチを備えた、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力送電装置。
8. 上記電流波形制御部は、上記制御ケーブルを流れる電流の特定次数の高調波成分をさらに検出し、該特定次数の高調波成分をキャンセルする制御を併せて行う、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力送電装置。
9. 検出される上記制御ケーブルを流れる電流は、上記直列補償回路が直列接続される接続点よりも上記負荷機器側で検出される負荷電流である、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力送電装置。
10. 上記直列補償回路は、一次側が上記単相インバータの交流側に接続され、二次側が上記制御ケーブルに直列接続された直列トランスを備えて、該直列トランスの二次側に電圧を出力する、
    請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力送電装置。
11. 上記直列補償回路は、上記コンバータと上記エネルギ蓄積要素との間に絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータを備えた、
    請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力送電装置。
12. 上記制御装置は、上記直列補償回路内の異常を検出すると、上記バイパススイッチにより上記直列補償回路をバイパスすると共に、上記複数の負荷機器の内のいずれかを停止させる、
    請求項７に記載の電力送電装置。
13. 上記交流電源は三相交流電源であり、上記制御ケーブルおよび上記単相インバータを各相毎に備え、上記直列補償回路の各相出力が上記各相の制御ケーブルに直列接続される、
    請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力送電装置。
14. 上記機器設置部はエレベータのかごであり、エレベータ機械室内の上記交流電源から上記かごに設けられた上記複数の負荷機器に送電する、
    請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電力送電装置。

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