JPH048126A - 直列補償型電圧変動補償装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、系統側電源から負荷への給電経路中に直列
に介挿されて系統側電源の電圧変動を直列補償する直列
補償型電圧変動補償装置に関するものである。

［従来の技術］ 配電系統の電圧変動に対する補償装置として、従来の直
列補償型電圧変動補償装置を第６図および第７図に示す
。

従来の直列補償型電圧変動補償装置を第６図に基づいて
詳しく説明する。

この直列補償型電圧変動補償装置は、第６回に示すよう
に、系統側電源１の電圧■、を全波整流して直流電力を
得る整流回路２と、整流回路２から供給される直流電力
でもって充電される補償用電力蓄積用の直流コンデンサ
、例えば大容量の電解コンデンサ３と、この電解コンデ
ンサ３より電力供給されて系統側電源１の電圧■、の変
動分を補償するための補償電圧■１を常時発生するイン
バータ４と、このインバータ４の出力電圧ｖ１が一次巻
線に印加され二次巻線を系統制電ａ１から負荷６への給
電経路中に介挿した直列補償用の結合トランス５とを主
構成要素としている。この場合、結合トランス５の二次
巻線の電圧ＶＨが系統側を源１の電圧■、に同期した目
標正弦波電圧から系統側電源１の電圧■、を差し引いた
電圧に相当する。

なお、インバータ４は、系統側電源１の電圧■。

の電圧変動分を検出する制御回路３０によって制御され
る。また、結合トランス５の巻数比は１対１またはその
他の値に設定され、１対１の場合は補償電圧Ｖ、と補償
電圧■□とが等しくなる。

また、目標正弦波電圧の振幅は、系統側’Ｈｄｉ　１の
電圧Ｖ、の正常時の振幅としている。

以上に述べた構成により、この直列補償型電圧変動補償
装置は、系統側電源ｌの電圧■５を整流回路２で全波整
流し、この整流回路２の出力で補償用電力蓄積用の電解
コンデンサ３を充電し、この電解コンデンサ３よりイン
バータ４に給電して系統側電源ｌの電圧■、の変動分に
相当する補償電圧■、をインバータ４から常時発生させ
、この補償電圧ｖ１を結合トランス５を介して系統側電
源１の電圧■、に加算して負荷６に印加することになる
。

この結果、系統側電源１の電圧■、の電圧変動にかかわ
らず負荷６の両端の負荷電圧Ｖ、が常に一定になる。

ここで、制御回路３０の具体構成およびその動作を第７
図に基づいて説明する。

この制御回路３０は、系統側電源１の電圧Ｖ。

を計器用変圧器１１で検出し、計器用変圧器１１の二次
側電圧ＶＳＩに基づいて位相同期回路１２が系統制電ａ
ｔの電圧■、に同期した同期信号を作成する。この同期
信号に基づいて基準正弦波発生回路１３が系統側電源１
の電圧■、の正常時の値に相当する振幅の目標正弦波電
圧Ｖｌｌを発生するようになっている。

そして、減算器１４により目標正弦波電圧■。

と二次側電圧ＶＳＩとの差が演算され、得られた差電圧
■。がパルス幅変調回路１６に加えられ、このパルス幅
変調回路１６でもって例えば三角波電圧と比較され、パ
ルス幅変調回路６５から差電圧■ｏに相当するパルス幅
変調電圧■、が出力され、このパルス幅変調電圧■２が
インバータ４のベースドライブ回路（図示せず）に加え
られることになる。

この結果、インバータ４から目標正弦波電圧■８と計器
用変圧器１１の二次側電圧Ｖ３１との差電圧■。に相当
する補償電圧■１、すなわち系統側電源１の電圧■、の
変動分に相当する補償電圧ＶＩが出力され、この補償電
圧■１が結合トランス５を介して系統側電源１の電圧■
、に加算されて負荷６に印加されることになり、負荷６
の両端に現れる負荷電圧■、は、目標正弦波電圧■、に
対応する値となるものである。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら従来の直列補償型電圧変動補償装置は、起
動後に負荷６を投入した場合などに、インバータ４から
大きな直流分が結合トランス５に流れて結合トランス５
を偏磁させることがある。

これにより結合トランス５の鉄心が飽和すると励磁イン
ピーダンスが急減し、インバータ４から結合トランス５
の一次巻線に大きな励磁電流が流れ、これがインバータ
４の過電流に対する保護継電動作の作動レベルを超える
と、インバータ４に内蔵された過電流継電器がトリップ
するなど保護継電動作が行われ、電圧変動補償動作が停
止することになる。

この発明の目的は、負荷投入時などの過渡時に流れるイ
ンバータの過電流による電圧変動補償動作の停止を防止
することができる直列補償型電圧変動補償装置を提供す
ることである。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１）記載の直列補償型電圧変動補償装置は、系
統側電源の電圧の変動分に相当する補償電圧を発生する
インバータの出力端子に結合トランスの一次巻線を接続
するとともに、結合トランスの二次巻線を系統側電源か
ら負荷への給電経路中に直列介挿している。

また、電流検出手段を設けてインバータの出力電流の瞬
時値の絶対値を検出し、さらに比較手段を設けてこの検
出値を設定値と比較している。

また、補償電圧一時抑制手段を設け、比較手段の出力に
基づいて　インバータの出力電流の瞬時値の絶対値が設
定値を超えている期間、補償電圧を強制的に零とし、イ
ンバータの出力電流の瞬時値の絶対値が設定値より低く
なったときに補償電圧を零から時間の経過とともに上昇
させて系統側電源の電圧の変動分に相当する値に徐々に
復帰させるようにしている。

請求項（２）記載の直列補償型電圧変動補償装置は、請
求項（１）記載の直列補償型電圧変動補償装置において
、系統側電源が３相であり、電流検出手段を３相分有し
、比較手段で各相の電流検出手段の検出値の最大値を設
定値と比較するようにしている。

（作用］ 請求項（１）記載の構成によれば、電流検出手段が常時
インバータの出力電圧の瞬時値の絶対値を検出し、比較
手段が電流検出手段の検出値を設定値と常時比較してい
る。比較手段の出力により、インバータの出力電流の瞬
時値の絶対値が設定値より低いときは、補償電圧一時抑
制手段が作動せず、系統側電源の電圧の変動分に相当す
る補償電圧がインバータから発生し、結合トランスを介
し系統側電源の電圧と合成されて負荷に加わる。

以上のような状態において、負荷投入などによってイン
バータから結合トランスの一次巻線に大きな直流分が流
れると、結合トランスが偏磁し、結合トランスの鉄心が
飽和し、インバータから結合トランスの一次巻線に大き
な電流が流れる状態となる。この結果、インバータの出
力電流の瞬時値の絶対値が設定値を超えると、補償電圧
一時抑制手段が作動し、インバータから出力させる補償
電圧を強制的に零にする。これによって、インハタの出
力電流の瞬時値の絶対値が設定値より低くなったときに
、補償電圧を零から系統側電源の電圧の変動分に相当す
る電圧に徐々に復帰させる。

この結果、一時的には電圧変動補償動作が不完全なもの
となるが、負荷投入時などの過渡時において結合トラン
スの飽和によるインバータに過電流が流れるのを防止す
ることができる。

請求項（２）記載の構成によれば、各相における電流検
出手段が常時各相におけるインバータの出力電圧の瞬時
値の絶対値を検出し、比較手段が電流検出手段の検出値
の最大値を設定値と常時比較している。比較手段の出力
により、各相のインバータの出力電流の瞬時値の絶対値
の最大値が設定値より低いときは、補償電圧一時抑制手
段が作動せず、各相において系統側Ｔ！ｉＨの電圧の変
動分に相当する補償電圧がインバータから発生し、結合
トランスを介し系統側電源の電圧と合成されて負荷に加
わる。

以上のような状態において、負荷投入などによってイン
バータから結合トランスの一次巻線に大きな直流分が流
れると、結合トランスが偏磁し、結合トランスの鉄心が
飽和し、インバータから結合トランスの一次巻線に大き
な電流が流れる状態となる。この結果、インバータの出
力電流の瞬時値の絶対値の最大値が設定値を超えると、
全相共用の補償電圧一時抑制手段が作動し、全相におい
てインバータから出力させる補償電圧を強制的に零にす
る。これによって、インバータの出力電流の瞬時値の絶
対値の最大値が設定値より低くなったときに、全相の補
償電圧を零から系統側ＭＲの電圧の変動分に相当する電
圧に徐々に復帰させる。

この結果、一時的には電圧変動補償動作が不完全なもの
となるが、負荷投入時などの過渡時において結合トラン
スの飽和によるインバータに１Ｍ１ｉＫが流れるのを防
止することができる。

〔実施例〕

実施±１ この発明の第１の実施例を第１図ないし第３図に基づい
て説明する。

この直列補償型電圧変動補償装置は、第１図番こ示すよ
うに、インバータ４の出力電流■を検出する変流器１７
を設け、制御回路３０に代えて制御回路７を用いた点が
従来例と異なり、その他の構成は従来例と同様である。

ここで、制御回路７の具体構成およびその動作を第２回
および第３図に基づいて説明する。

この制御回路７は、差電圧Ｖ１を得るまでは第７図と同
様であるが、差電圧Ｖ、をそのままパルス幅変調回路１
６に加えるのではなく、乗算器１５を介してパルス幅変
調回路１６に加えている点で異なる。

以下、第７図の従来例との相違点について詳しく説明す
る。すなわち、制御回路７においては、端子２２にゲイ
ン１ｐｕの電圧ｖｂが加えられ、ＣＲ回路２１を通して
乗算器１５に信号Ｖａとして入力されている。また、イ
ンバータ４の出力電流■の瞬時値を変流器１７で検出し
、絶対値回路１８は変流器１７で検出した出力電流Ｉの
瞬時値の絶対値である絶対値信号１ａを作成してコンパ
レータ１９に加える。変流器１７および絶対値回路１８
は電流検出手段を構成している。比較手段であるコンパ
レータ１９に入力された絶対値信号Ｉａは設定値と比較
され、絶対値信号１ａが設定値より低いときは、コンパ
レータ１９はスィッチ２０ヘハイレベル信号を出力しス
イッチ２０はオフである。このときＣＲ回路２１のコン
デンサＣは満充電状態であるので、乗算器１５に入力さ
れる信号Ｖａはｌｐｕである。乗算器１５．ＣＲ回路２
１およびスイッチ２０は補償電圧一時抑制手段を構成し
、絶対値信号１ａが設定値より低いときは不作動の状態
である。

しかし、負荷投入などにより、コンパレータ１９に入力
された絶対値信号１ａが設定値を超えたときは、コンパ
レータ１９はスィッチ２０ヘローレヘル信号を出力しス
イッチ２０をオンにする。

これにより、ＣＲ回路２１のコンデンサＣは瞬時に放電
し、乗算器１５に入力される信号Ｖａはｌｐｕから瞬時
にＯｐｕとなる。これによって、インバータ４の出力電
圧が抑えられ、したがってインバータ４の出力電流も減
少し、コンパレータ１９に入力された絶対値信号１ａが
設定値より低くなると、ＣＲ回路２１の抵抗Ｒとコンデ
ンサＣによる時定数でもってＱｐｕから徐々に増加して
ｌｐｕとなる。

そして、乗算器１５は、戚算器１４から発生される差電
圧■ゎと信号Ｖａとを掛は合わせてインバータリファレ
ンス電圧Ｖ７を作成し、このインバータリファレンス電
圧Ｖ、をパルス幅変調回路１６に加える。この結果、イ
ンバータリファレンス電圧■、もＯから徐々に上昇す゛
ることになる。

そして、このパルス幅変調回路１６でもって、乗算器１
５から出力されるインバータリファレンス電圧■７を従
来例と同様に三角波電圧と比較し、インバータリファレ
ンス電圧■、に相当するパルス幅変調電圧Ｖ、をインバ
ータ４のベースドライブ回路（図示せず）に加える。

この結果、インバータ４の出力１ｉｌｌの瞬時値の絶対
値が設定値より低いときは、スイッチ２０がオフであり
乗算器１５に入力される信号Ｖａはｌｐｕであるため、
差電圧■、がそのままインハタリファレンス電圧■７と
なり、インバータ４から目標正弦波電圧■９と計器用変
圧器１１の次側；圧ＶＳＩとの差電圧Ｖ、に相当する補
償電圧■４、すなわち系統側型＃Ｉの電圧〜′５の変動
分に相当する補償電圧ｖ１が出力され、この補償電田〜
′、が結合トランス５を介して系統側電源１の電圧■、
に加算されて負荷６に印加されることになり、負荷６の
両端に現れる負荷電圧■、は、目標正弦波電圧ｖｌｌに
対応する値となるものである。

負荷投入後の動作を第３図を参照して説明する。

時刻しわで負荷投入すると、第３図（ａ）に示すような
一方向に偏った直流的な負荷電流が流れ、これにより結
合トランス５が飽和し、その励磁インビダンスが低下し
て大きな励磁電流が流れる。つまり、インバータ４の出
力型ｉｒが第３図（ｂ）に示すように増大する。このよ
うな場合において、インバータ４の出力電流Ｉの瞬時値
の絶対値が時刻１、で設定値を超えたときには、スイッ
チ２０がオンとなり、ＣＲ回路２１のコンデンサＣが瞬
時に放電し乗算器１５に入力される信号Ｖａは第３図（
Ｃ）に示すように瞬時にＯｐｕとなる。これにより、イ
ンバータリファレンス電圧Ｖ、が０となり、さらに、イ
ンバータ４の出力電圧ｖ１　も０になり、第２図（ｂ）
に示すようにインバータ４の出力電流Ｉの増加が抑制さ
れ、さらに減少する。これによって、時刻ｔ２で出力型
Ｉ！Ｊｉｆの瞬時値の絶対値が設定値より低くなるとス
イッチ２ｏがオフとなり、ＣＲ回路２１の充電が始まり
、乗算器１５へ加えられる信号Ｖａが第３図（Ｃ）に示
すように、抵抗ＲとコンデンサＣによる時定数ＣＲでも
ってＯｐｕから徐々に増加してｌｐｕとなる。これに伴
い０となったインバータリファレンス電圧■７は、第３
１１Ｄ（ｄ）に示すように、時刻む、以後時定数ＣＲで
もって増加し差電圧■、と等しくなる。さらに、瞬時に
Ｏとなったインバータ４の出力電圧■、も、その後時定
数ＣＲでもって増加し差電圧■。に相当する補償電圧つ
まり系統側電源１の電圧の変動分に相当する補償電圧■
１が出力される。これに対応して、インバータ４の出力
電流■は第３図（ｂ）に示すように、設定値を超えると
すぐに低いレベルに抑えられることになる。そして、設
定値をインバータ４の過電流に対する保護継電動作の作
動レベルよりも低く設定することにより、従来のような
負荷投入時などにおけるインバータ４の過電′ｆ、！こ
よる電圧変動補償動作の停止を防くことができる。なお
、負荷投入後ある程度時間が経過すれば結合トランス５
も飽和状態から脱し、補償電圧のレベルが復帰しても、
今度はインバータ電流は設定値を超えない。

災施班） この発明の第２の実施例を第４回および第５図に基づい
て説明する。

この直列補償型電圧変動補償装置は、３相回路に適用し
たもので、第４図に示すように、Ａ相Ｂ相およびＣ相の
３相よりなる系統側電源１０１から３相の負荷１０６へ
の給電経路中に補償電圧ｖＨＡ＋　　ｖＮｌ−ｖＭｃを
発生する補償用回路１１０を加算極性に直列介挿したも
のである。なお、４Ａ４Ｂ、４Ｃは各相のインバータ、
５Ａ、５Ｂ、５Ｃは各相の結合トランス、１７Ａ　　１
７Ｂ　　１７Ｃは各相の変流器である。各相における構
成および動作は、制御回路を除いて第１の実施例の場合
と同様である。

ここで、制御回路の具体構成およびその動作について第
１の実施例と異なる部分を第５ノに基づいて説明する。

それぞれ各相のインバータ４Ａ、４８４Ｃの出力電流Ｔ
Ａ、ＴＩ、ＩＣは変流器１７Ａ、１７Ｂ１７ｃで検出さ
れる。絶対値回路１８Ａ、１８Ｂ１８Ｃ４’は、変流器
１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ７検出された出力型ｍｌＡ、Ｉ
Ｂ、Ｉｃの絶対値である絶対値信号ｒ、Ａ、Ｉ□、１．
ｃが作成されてコンパレータ１９に加えられる。コンパ
レータ１９には、絶対値信号１　ｍＡ、　　ｌ　、ａＢ
＋　’Ｉ　ａＣのうち最大のものが入力されることにな
る。そして絶対値信号１　ｍＡ□！ＩＩ　　ｌ　ａＣの
うち最大のものと設定値とが比較される。その比較結果
によりスイッチ２ｏが動作するのは、実施例１の場合と
同様である。また、端子２２にはゲインＩｐｕの電圧ｖ
ｂが加えられ、ＣＲ回路２１を通して各相の乗算器１５
Ａ１５Ｂ。

１５Ｃに信号Ｖａとして入力されている。

そして、乗算器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは、それぞれ各
相について減算器（図示せず）から加えられる差電圧Ｖ
ＤＡ、　ＶＤＩ　　ｖｏｃと信号Ｖａとを掛は合わせて
インバータリファレンス電圧ＶｔａＶ　ＴＢ、　　Ｖ　
ＴＣを作成し、このインバータリファレンス電圧ＶＴＡ
、　　Ｖ丁１　　ｖｔｃをそれぞれのパルス幅変調回路
（図示せず）に加えることになる。

このように３相−括して制御を行うことにより、各相そ
れぞれに制御を行うよりも制御回路を簡単にすることが
できる。

そして、第１の実施例と同様に設定値をインバータ４Ａ
、４Ｂ、４Ｃの過電流に対する保護＃１電動作の作動レ
ベルよりも低く設定することにより、従来のように負荷
投入時などにおけるインハーク４Ａ、４Ｂ、４Ｃの過電
流による電圧変動補償動作の停止を防くことができる。

〔発明の効果〕

請求項（１）記載の直列補償型電圧変動補償装置は、イ
ンバータの出力を流の瞬時値の絶対値が設定値を超える
と、補償電圧一時抑制手段が作動し、インバータから出
力させる補償電圧を強制的に零にし、インバータの出力
電流の瞬時値の絶対値が設定値より低くなったときに、
補償電圧を零から系統側を源の電圧の変動分に相当する
電圧に徐々に復帰させることにより、一時的には電圧変
動補償動作が不完全なものとなるが、負荷投入時などの
過渡時において結合トランスの飽和によりインバータに
過電流が流れるのを防止することができる。

この結果、過渡時のインバータの過電流による保護継電
動作が行われることがなく、過渡的なインバータの過電
流による電圧変動補償動作の停止を防止することができ
る。

請求項（２）記載の直列補償型電圧変動補償装置は、請
求項（１）記載の直列補償型電圧変動補償装置の同様の
効果があり、さらに、３相−括して制御を行うことによ
り、各相それぞれに＃御を行うよりも制御回路を簡単に
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例の構成を示すブロック
図、第２図は第１図の制御回路の構成を示すブロック図
、第３図は負荷投入時における各部のタイムチャート、
第４図はこの発明の第２の実施例の構成を示すブロック
図、第５図は第４図の制御回路の構成を示すブロック図
、第６図は従来例の構成を示すブロック図、第７図は第
６図の制御回路の構成を示すブロック図である。 １．１０１・・・系統側電源、４．４Ａ、４Ｂ、４Ｃ・
・・インバータ、５．５Ａ、５Ｂ、５Ｃ・・・結合トラ
ンス、６，１０６・・・負荷、１５．１５Ａ、１５８１
５ｃ・・・乗算器、１７．１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ・・
・変流器、１８．１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ・・・絶対（
１回Ｂ、１９・・・コンパレータ、２０・・・スイッチ
、２１・・・ＣＲ回路 代　理　人　　弁理士　宮井暎夫＝＝　Ｆ　Ｅ；ｉ；−
り；竺羊 ′Ｌ二２１＝ １・・・系統側電源 ４・・・インバータ ６・・・負荷 ｌ　７・・・Ｒ流５

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）系統側電源の電圧の変動分に相当する補償電圧を
   発生するインバータを設け、このインバータの出力端子
   に結合トランスの一次巻線を接続するとともに、前記結
   合トランスの二次巻線を系統側電源から負荷への給電経
   路中に直列介挿した直列補償型電圧変動補償装置におい
   て、 前記インバータの出力電流の瞬時値の絶対値を検出する
   電流検出手段を設け、この電流検出手段による検出値を
   設定値と比較する比較手段を設け、この比較手段の出力
   に基づいて前記インバータの出力電流の瞬時値の絶対値
   が設定値を超えている期間前記補償電圧を強制的に零と
   し、前記インバータの出力電流の瞬時値の絶対値が前記
   設定値より低くなったときに前記補償電圧を零から時間
   の経過とともに上昇させて前記系統側電源の電圧の変動
   分に相当する値に徐々に復帰させる補償電圧一時抑制手
   段を設けたことを特徴とする直列補償型電圧変動補償装
   置。
2. （２）系統側電源が３相であり、電流検出手段を３相分
   有し、比較手段で各相の電流検出手段の検出値の最大値
   を設定値と比較するようにした請求項（１）記載の直列
   補償型電圧変動補償装置。