JP2004048938A - Voltage compensation apparatus - Google Patents

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JP2004048938A
JP2004048938A JP2002204585A JP2002204585A JP2004048938A JP 2004048938 A JP2004048938 A JP 2004048938A JP 2002204585 A JP2002204585 A JP 2002204585A JP 2002204585 A JP2002204585 A JP 2002204585A JP 2004048938 A JP2004048938 A JP 2004048938A
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voltage
converter
electric double
layer capacitor
double layer
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Yukio Kadota
門田 行生
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a voltage compensation apparatus in which the capacity of a convertor is reduced as a countermeasure for dropping of a system voltage, for a smaller size and lower cost. <P>SOLUTION: The apparatus comprises a convertor for converting a DC voltage into an AC voltage, a serial transformer of which a primary coil is connected to an AC voltage side of the convertor while a secondary coil is serially connected to a system, an electric double layer capacitor connected to a DC voltage side of the convertor, a control means which calculates an output of the convertor to output a gate signal, outputs an AC voltage from the convertor, and convolutes the AC voltage to the system from the secondary coil of the serial transformer, and a gate circuit for switching a self-arc-extinguishing element in the convertor. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の電源側電圧が低下したときに、負荷側電圧を適性な電圧範囲内に維持する電圧補償装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6は、従来の電圧補償装置を用いた電力系統の概略図を示したものである。同図において、1は所要の系統、2は系統電源側、3は系統負荷側、4は負荷装置、5は変換器、6は電気二重層キャパシタ、7はリアクトル、8は系統1と電圧補償系との接続点、9は系統1と電源側2との連系スイッチ、10は系統電源側2の電圧を検出する第1の電圧検出器、11は系統負荷側3の電圧を検出する第2の電圧検出器、12は電気二重層キャパシタの端子電圧を検出する第3の電圧検出器、13は制御手段、14はゲート回路を示している。
【0003】
変換器5の直流電圧側は、電気二重層キャパシタ6に接続され、変換器5の交流電圧側は、リアクトル7を介して接続点8において系統1に接続されている。
【0004】
この接続点8の系統電源側2に、連系スイッチ9が設けられ、接続点8の系統負荷側に、負荷装置4が接続されている。
【0005】
次に、回路動作について説明する。制御手段13は、第1の電圧検出器10により系統電源側2の電圧を検出し、第2の電圧検出器11により系統負荷側3の電圧を検出し、第3の電圧検出器12により電気二重層キャパシタ6の端子電圧を検出する。
【0006】
制御手段13が第1の電圧検出器10の電圧値から低電圧状態であると判断した場合には、制御手段13は、連系スイッチ9を開放し、変換器5によって交流電圧を出力し、負荷装置4に電圧を給電する。さらに制御手段13は、第2の電圧検出器11の検出値である交流電圧が規定電圧範囲内の値となるように、第3の電圧検出器12による電気二重層キャパシタ6の端子電圧を取込んで、直流交流変換器5の駆動用スイッチング信号を演算する。
【0007】
ゲート回路14は、演算されたスイッチング信号を受取り、変換器5内の自己消弧形素子を駆動するために、スイッチングパルスを出力する。
【0008】
制御手段13が第1の電圧検出器10の電圧値から系統電圧が復帰したと判断した場合には、制御手段13は、系統電源側2の電圧と系統負荷側3の電圧を合わせてから連系スイッチ9を投入する。ここで、系統電圧が所定の値の範囲内すなわち正常なときは、制御手段13は、変換器5に電気二重層キャパシタ6の充電を行わせる。
【0009】
このようにして、従来の電圧補償装置は、系統電圧が所定の値以上に低下したときでも、負荷装置に電圧を供給し、負荷装置を停止することなく運転を継続していた。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電圧補償装置では、系統電圧の低下に対して連系スイッチを開放して系統電源側と負荷側とを切り離していたので、変換器は、系統電源側と同等の電圧を出力できる電源容量が必要であった。
【0011】
とはいえ、1秒未満の短時間に生ずる瞬時電圧低下は系統電圧の減少が系統電圧の半分にも達しないケースが多く、ほとんどの場合、50%以上の交流電圧が残っているのが実情であった。
【0012】
そこで、本発明の電圧補償装置は、系統の電源側電圧が所定の値以上に低下したときには、直列変圧器を用いて電圧低下分を補償し、負荷側電圧を適正電圧範囲内に維持することにより、変換器の容量を低減し、その結果、小型化・低コスト化が図れる電圧補償装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項1に記載の電圧補償装置は、直流電圧を交流電圧に変換する変換器と、一次巻線が前記変換器の交流電圧側と接続され、ニ次巻線が系統と直列に接続された直列変圧器と、変換器の直流電圧側と接続された電気二重層キャパシタと、系統の電源側電圧を検出する第1の電圧検出器と変換器の交流電圧を検出する第2の電圧検出器と電気二重層キャパシタの直流電圧を検出する第3の電圧検出器とからの出力信号を入力し、変換器の出力を演算してゲート信号を出力するとともに、系統の電源側電圧が所定の値の範囲内のときは、変換器から電気二重層キャパシタを充電し、系統の電源側電圧が所定の値以上に低下したときは、電気二重層キャパシタを放電して変換器から交流電圧を出力し、当該交流電圧を直列変圧器のニ次巻線から系統に重畳する制御手段と、ゲート信号を入力し、変換器内の自己消弧素子をスイッチングするためのゲートパルスを出力するゲート回路とを具備することを特徴とする。
【0014】
これにより、変圧器ニ次巻線に発生する補償電圧は、系統電圧の電圧降下分だけでよくなり、変換器および電気二重層キャパシタの容量を低減することができ、その結果、電圧補償装置の小型化・低コスト化を図ることができる。
【0015】
請求項2に記載の電圧補償装置は、直流電圧を交流電圧に変換する変換器と、
一次巻線が前記変換器の交流電圧側と接続され、ニ次巻線が系統と直列に接続された直列変圧器と、変換器の直流電圧側にリプルを抑制するために接続されたコンデンサと、電圧補償時の電力を蓄積するために変換器の直流電圧側とコンデンサおよび昇降圧チョッパを介して接続された電気二重層キャパシタと、変換器の直流電圧側とともに電気二重層キャパシタに充放電を行う昇降圧チョッパと、系統の電源側電圧を検出する第1の電圧検出器と変換器の交流電圧を検出する第2の電圧検出器と変換器の直流電圧を検出する第3の電圧検出器と電気二重層キャパシタの直流電圧を検出する第4の電圧検出器とからの出力信号を入力し、変換器の出力を演算してゲート信号を出力するとともに、系統の電源側電圧が所定の値の範囲内のときは、変換器および昇降圧チョッパから電気二重層キャパシタを充電し、系統の電源側電圧が所定の値以上に低下したときは、電気二重層キャパシタを放電して変換器から交流電圧を出力し、当該交流電圧を直列変圧器のニ次巻線から系統に重畳する制御手段と、ゲート信号を入力し、変換器内の自己消弧素子をスイッチングするためのゲートパルスを出力するゲート回路とを具備することを特徴とする。
【0016】
これにより、電気二重層キャパシタの必要容量が小さくて電気二重層キャパシタの定格電圧が変換器の動作電圧より小さいときでも、変換器の動作電圧まで昇降圧チョッパで昇圧して補償電圧を直列変圧器から出力し、電圧補償を行うことができる。
【0017】
請求項3に記載の電圧補償装置は、請求項1または請求項2に記載の電圧補償装置において、直流電圧を交流電圧に変換する変換器は、3相分の単相交流電圧を出力するとともに、3相分の単層直列変圧器の一次巻線と接続されたことを特徴とする。
【0018】
これにより、三相系統で1相もしくは2相の電圧が低下する三相不平衡が発生しても、本電圧補償装置により補償電圧を出力することにより、負荷装置の電圧を三相平衡とすることができる。
【0019】
請求項4に記載の電圧補償装置は、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電圧補償装置において、直列変圧器と並列に接続されたバイパススイッチを、さらに具備し、制御手段は、系統の電源側電圧が所定の値の範囲内のとき、バイパススイッチをオンして前記変換器をゲートブロックして停止し、系統の電源側電圧が所定の値以上に低下したとき、バイパススイッチをオフして変換器によって補償電圧を出力することを特徴とする。
【0020】
これにより、系統電源側が適正電圧のときは電圧補償装置を停止することができるので、変換器自体の損失を低減することができる。
【0021】
なお、バイパススイッチは、直列変圧器の1次巻線と並列に接続しても同じ効果を得ることができる。
【0022】
請求項5に記載の電圧補償装置は、請求項4に記載の電圧補償装置において、電気二重層キャパシタと並列に接続され、該電気二重層キャパシタの充電を行う充電回路を、さらに具備したことを特徴とする。
【0023】
これにより、電気二重相キャパシタの充電に伴って変換器を駆動する必要がなくなり、変換器が駆動しなくても、系統電圧正常時の電気二重相キャパシタの端子電圧を適正電圧に維持することができるので、変換器の駆動により生じていた損失を著しく低減することができ。
【0024】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態:請求項1に対応)
図1は、第1の実施の形態に係る回路構成を示す図であるが、図中1〜14は、従来の技術で説明したので、ここでの説明は省略する。
【0025】
同図において、15は直列変圧器、16は変換器5の交流電圧を検出する第4の電圧検出器である。
【0026】
変換器5の直流電圧側は、電気二重層キャパシタ6と接続され、交流電圧側は、直列変圧器15の一次巻線と接続されている。
【0027】
直列変圧器15のニ次巻線は、系統と直列に接続され、系統電源側2の電圧低下に対して交流電圧を重畳することにより負荷側の電圧を規定電圧範囲内に維持する。
【0028】
制御手段13は、第1の電圧検出器10により系統電源側2の電圧を検出し、第3の電圧検出器12により電気二重層キャパシタ6の端子電圧を検出し、第4の電圧検出器16により直列変圧器のニ次電圧を検出する。
【0029】
第1の電圧検出器10の電圧値から低電圧状態であることを判断した場合には、制御手段13は、負荷装置4の入力電圧が規定電圧範囲内となるように、第3の電圧検出器12の検出値である電気二重層キャパシタの端子電圧を取込み、変換器5のためのスイッチング信号を演算する。
【0030】
ゲート回路13は、このスイッチング信号を受取り、スイッチングパルスを出力して変換器5の自己消弧形素子を駆動する。
【0031】
その結果、変換器5が補償源電圧を出力し、直列変圧器16のニ次巻線が補償電圧を発生する。
【0032】
第1の電圧検出器10の電圧値から、系統電圧が復帰したと判断した場合には、制御手段13は、変換器5が電気二重層キャパシタ6の充電を行うように制御を始める。
【0033】
第3の電圧検出器12の電圧値から、制御手段13が電気二重層キャパシタ6が満充電していると判断した場合には、制御手段13は、変換器5による充電動作を停止する。また、制御手段13は、第3の電圧検出器12の電圧検出値の増減変化量から電流量を演算し、電気二重層キャパシタ6の充電電流が目的の電流値になるよう変換器5を制御して充電を行う。
【0034】
第1の実施の形態によれば、直列変圧器のニ次巻線に発生させる補償電圧は、系統電圧の電圧降下分だけでよく、従来は系統の負荷容量全部を負担していた変換器および電気二重層キャパシタの容量を低減することができ、その結果、装置の小型化・低コスト化を図ることができる。
【0035】
なお、図1において、直流交流変換器5は、三相ブリッジ変換器を用いて記載したが、NPC(Neutral Point Clamped)変換器を適用することもできる。また、電圧補償の対象は、三相系統の場合だけでなく、単相系統のみの場合でもよい。
【0036】
(第2の実施の形態:請求項2に対応)
図2は第2の実施の形態に係る回路構成を示す図であり、同図において、17はコンデンサ、18は昇降圧チョッパ、19は変換器5の直流電圧を検出するための第5の電圧検出器である。
【0037】
直流交流変換器5の直流電圧側は、コンデンサ17に接続され、コンデンサ17は、昇降圧チョッパ18を介して電気二重層キャパシタ6と接続されている。
【0038】
第1の電圧検出器10の電圧値から低電圧状態であると判断した場合には、制御手段13は、負荷装置4の入力電圧が規定電圧範囲内となるように、第5の電圧検出器19の検出値であるコンデンサ電圧を取込み、変換器5のスイッチング信号を演算する。ゲート回路13は、このスイッチング信号を受取り、スイッチングパルスを出力して変換器5の自己消弧形素子を駆動する。変換器5は、補償源電圧を出力して、直列変圧器16のニ次巻線に補償電圧を発生させる。また、制御手段13は、昇降圧チョッパ18を制御してコンデンサ17の電圧を目標電圧に維持しながら、電気二重層キャパシタ6の放電を行う。
【0039】
第1の電圧検出器10の電圧値から、系統電圧が復帰したと判断した場合には、制御手段13は、電気二重層キャパシタ6の充電を行うように昇降圧チョッパ18の制御を始める。また、コンデンサ17の端子電圧を目標電圧を維持するように、変換器5を動作させる。
【0040】
一方、第3の電圧検出器12の電圧検出値から、電気二重層キャパシタ6が満充電であると判定した場合には、制御手段13は、昇降圧チョッパ18による充電動作を停止する。また、制御手段13は、第3の電圧検出器12の電圧検出値の増減変化量から電流量を演算し、電気二重層キャパシタ6の充電電流が目的の電流値になるよう昇降圧チョッパ18を制御して充電を行う。
【0041】
第2の実施の形態によれば、電気二重層キャパシタの必要容量が小さくて電気二重層キャパシタの定格電圧が変換器の動作電圧より小さいときでも、変換器の動作電圧まで昇降圧チョッパで昇圧して、補償源電圧を直列変圧器に供給し、直列変圧器から補償電圧を出力することができる。
【0042】
(第3の実施の形態:請求項3に対応)
図3は、第3の実施の形態に係る回路構成を示す図であり、同図において、変換器5は、単相ブリッジ変換器3組を並列にして構成されており、各単相ブリッジの交流電圧側が、各相の直列変圧器の一次巻線に接続されている。
【0043】
第1の電圧検出器10の電圧値から低電圧状態であると判断した場合には、制御手段13は、低電圧となっている系統電圧相に対して、直列変圧器のニ次巻線から補償電圧を出力し、負荷装置4の入力電圧を規定電圧範囲内にする。
【0044】
第3の実施の形態によれば、三相系統で1相もしくは2相の電圧が低下する三相不平衡が発生しても、各相毎に補償電圧を出力することによって、負荷装置の電圧を三相平衡とすることができる。
【0045】
(第4の実施の形態:請求項4に対応)
図4は、第4の実施の形態に係る回路構成を示す図であり、同図において、20はバイパススイッチである。
【0046】
バイパススイッチ20は、直列変圧器15のニ次巻線と並列に接続し、系統電源側電圧が適正電圧のとき、制御手段13は、バイパススイッチ20をオンし、系統電源側からバイパススイッチを介して系統負荷側へと電力を送り、一方、変換器5は停止させる。系統電源側電圧が低電圧のとき、制御手段13は、バイパススイッチ20をオフし、変換器5から補償源電圧を供給して直列変圧器15から補償電圧を出力することによって、系統負荷側電圧を適正な電圧範囲内とする。
【0047】
第4の実施の形態によれば、系統電源側が適正電圧のときは、本電圧補償装置を停止することができるので、変換器が生じる損失を低減することができる。
【0048】
なお、バイパススイッチ20は、直列変圧器の一次巻線と並列に接続しても同じ効果を得ることができる。
【0049】
(第5の実施の形態:請求項5に対応)
図5は、第5の実施の形態に係る回路構成を示す図であり、同図は、第4の実施の形態に係る回路構成に、充電回路21が追加されている。
【0050】
系統電源側電圧が適正電圧であると判断したとき、制御手段13は、バイパススイッチ20をオンし、変換器5をゲートブロックして電圧補償動作を停止したままでいると、電気二重相キャパシタ6は、開放状態となり自己放電動作により電圧が減少していく。
【0051】
電圧補償装置により十分な電圧補償効果を得るためには、常時、電気二重相キャパシタ6の端子電圧を適正電圧に維持する必要がある。そのために、電気二重相キャパシタ6と並列に小容量の充電回路21を接続して、適宜電気二重相キャパシタ6の充電を行う。
【0052】
第5の実施の形態によれば、変換器5による電気二重相キャパシタ6の充電を行わないので、変換器が生じる損失を低減することができるとともに、系統電圧正常時の電気二重相キャパシタの端子電圧を適正電圧に維持して電圧補償動作に備えることができる。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、系統電圧の電圧低下に対して、系統に直列に接続した直列変圧器によって電圧低下分を補償し、負荷電圧を適正電圧範囲内に維持することができる。これにより、変換器の容量を低減することができるので、電圧補償装置の小型化・低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る回路構成図
【図2】本発明の第2の実施の形態に係る回路構成図
【図3】本発明の第3の実施の形態に係る回路構成図
【図4】本発明の第4の実施の形態に係る回路構成図
【図5】本発明の第5の実施の形態に係る回路構成図
【図6】従来の電圧補償装置の回路構成図
【符号の説明】
1・・・系統、2・・・系統電源側、3・・・系統負荷側、4・・・負荷装置、5・・・変換器、6・・・電気二重相キャパシタ、7・・・リアクトル、8・・・本装置と系統との接続点、9・・・連系スイッチ、10・・・第1の電圧検出器、11・・・第2の電圧検出器、12・・・第3の電圧検出器、13・・・制御手段、14・・・ゲート回路、15・・・直列変圧器、16・・・第4の電圧検出器、17・・・コンデンサ、18・・・昇降圧チョッパ、19・・・第5の電圧検出器、20・・・バイパススイッチ、21・・・充電回路
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a voltage compensator that maintains a load-side voltage within an appropriate voltage range when a power-supply-side voltage of a power system drops.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a schematic diagram of a power system using a conventional voltage compensating device. In the figure, 1 is a required system, 2 is a system power supply side, 3 is a system load side, 4 is a load device, 5 is a converter, 6 is an electric double layer capacitor, 7 is a reactor, 8 is system 1 and voltage compensation. A connection point with the system, 9 is an interconnection switch between the system 1 and the power supply 2, 10 is a first voltage detector that detects a voltage of the system power supply 2, and 11 is a first voltage detector that detects a voltage of the system load 3. Reference numeral 2 denotes a voltage detector, 12 denotes a third voltage detector for detecting a terminal voltage of the electric double layer capacitor, 13 denotes control means, and 14 denotes a gate circuit.
[0003]
The DC voltage side of converter 5 is connected to electric double layer capacitor 6, and the AC voltage side of converter 5 is connected to system 1 at connection point 8 via reactor 7.
[0004]
The interconnection switch 9 is provided on the system power supply side 2 of the connection point 8, and the load device 4 is connected to the system load side of the connection point 8.
[0005]
Next, the circuit operation will be described. The control means 13 detects the voltage on the system power supply side 2 by the first voltage detector 10, detects the voltage on the system load side 3 by the second voltage detector 11, and detects the electric voltage by the third voltage detector 12. The terminal voltage of the double layer capacitor 6 is detected.
[0006]
When the control means 13 determines that the state is the low voltage state from the voltage value of the first voltage detector 10, the control means 13 opens the interconnection switch 9 and outputs an AC voltage by the converter 5, The voltage is supplied to the load device 4. Further, the control means 13 detects the terminal voltage of the electric double layer capacitor 6 by the third voltage detector 12 so that the AC voltage which is the detection value of the second voltage detector 11 becomes a value within a specified voltage range. Then, a driving switching signal for the DC / AC converter 5 is calculated.
[0007]
Gate circuit 14 receives the calculated switching signal, and outputs a switching pulse to drive the self-extinguishing element in converter 5.
[0008]
If the control means 13 determines that the system voltage has returned from the voltage value of the first voltage detector 10, the control means 13 adjusts the voltage of the system power supply 2 and the voltage of the system The system switch 9 is turned on. Here, when the system voltage is within a predetermined value range, that is, normal, the control unit 13 causes the converter 5 to charge the electric double layer capacitor 6.
[0009]
In this manner, the conventional voltage compensator supplies the voltage to the load device even when the system voltage drops to a predetermined value or more, and continues the operation without stopping the load device.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional voltage compensating device, since the interconnection switch is opened to disconnect the system power supply side and the load side in response to a decrease in system voltage, the converter can output a voltage equivalent to that of the system power supply side. Power supply capacity was required.
[0011]
Nevertheless, the instantaneous voltage drop that occurs in a short time of less than 1 second often results in the system voltage drop not reaching half of the system voltage, and in most cases, 50% or more of the AC voltage remains. Met.
[0012]
Therefore, the voltage compensator of the present invention compensates for the voltage drop by using a series transformer when the power supply side voltage of the system drops to a predetermined value or more, and maintains the load side voltage within an appropriate voltage range. Accordingly, an object of the present invention is to provide a voltage compensating device that can reduce the capacity of a converter, and as a result, can reduce the size and cost.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a voltage compensator according to claim 1 includes a converter for converting a DC voltage into an AC voltage, a primary winding connected to an AC voltage side of the converter, and a secondary winding. A series transformer having a line connected in series with the grid, an electric double layer capacitor connected to the DC voltage side of the converter, a first voltage detector for detecting a power supply side voltage of the grid, and an AC voltage of the converter. And output signals from a third voltage detector for detecting the DC voltage of the electric double layer capacitor, and calculating the output of the converter to output a gate signal, The converter charges the electric double layer capacitor when the voltage on the power supply side of the system is within the specified value range, and discharges the electric double layer capacitor when the voltage on the power supply side of the system falls below the predetermined value. To output an AC voltage from the converter. Control means for superimposing on the system from the secondary winding of the series transformer, and a gate circuit for inputting a gate signal and outputting a gate pulse for switching a self-extinguishing element in the converter are provided. And
[0014]
As a result, the compensation voltage generated in the secondary winding of the transformer can be reduced only by the voltage drop of the system voltage, and the capacity of the converter and the electric double layer capacitor can be reduced. The size and cost can be reduced.
[0015]
A voltage compensation device according to claim 2, wherein the converter converts a DC voltage to an AC voltage,
A primary winding is connected to the AC voltage side of the converter, a secondary winding is connected in series with the system, a series transformer, and a capacitor connected to the DC voltage side of the converter to suppress ripple. Charge and discharge the electric double layer capacitor together with the DC voltage side of the converter and the electric double layer capacitor connected via a capacitor and a buck-boost chopper to accumulate the power at the time of voltage compensation, and the DC voltage side of the converter. Step-up / step-down chopper, a first voltage detector for detecting a power supply side voltage of the system, a second voltage detector for detecting an AC voltage of the converter, and a third voltage detector for detecting a DC voltage of the converter And a fourth voltage detector for detecting the DC voltage of the electric double layer capacitor, inputting the output signal of the converter, outputting the gate signal by calculating the output of the converter, and setting the power supply side voltage of the system to a predetermined value. Is within the range The electric double layer capacitor is charged from the converter and the buck-boost chopper, and when the power supply side voltage of the system drops to a predetermined value or more, the electric double layer capacitor is discharged to output an AC voltage from the converter, Control means for superimposing a voltage on a system from a secondary winding of a series transformer, and a gate circuit for inputting a gate signal and outputting a gate pulse for switching a self-extinguishing element in the converter. It is characterized by.
[0016]
As a result, even when the required capacity of the electric double-layer capacitor is small and the rated voltage of the electric double-layer capacitor is smaller than the operating voltage of the converter, the compensation voltage is boosted by the buck-boost chopper to the operating voltage of the converter, and the compensation voltage is increased. And voltage compensation can be performed.
[0017]
The voltage compensating device according to claim 3 is the voltage compensating device according to claim 1 or 2, wherein the converter that converts the DC voltage to the AC voltage outputs three phases of single-phase AC voltages, and , Characterized by being connected to the primary winding of a single-layer series transformer for three phases.
[0018]
Thus, even if a three-phase imbalance occurs in the three-phase system in which the voltage of one or two phases decreases, the voltage of the load device is made three-phase balanced by outputting the compensation voltage by the present voltage compensator. be able to.
[0019]
A voltage compensating device according to a fourth aspect of the present invention is the voltage compensating device according to any one of the first to third aspects, further comprising a bypass switch connected in parallel to the series transformer. When the power supply side voltage of the system is within a predetermined value range, a bypass switch is turned on to gate-block the converter and stop, and when the power supply side voltage of the system falls to a predetermined value or more, the bypass The switch is turned off, and the compensation voltage is output by the converter.
[0020]
Thus, when the system power supply has the proper voltage, the voltage compensator can be stopped, so that the loss of the converter itself can be reduced.
[0021]
The same effect can be obtained by connecting the bypass switch in parallel with the primary winding of the series transformer.
[0022]
The voltage compensator according to claim 5 is the voltage compensator according to claim 4, further comprising a charging circuit connected in parallel with the electric double layer capacitor and charging the electric double layer capacitor. Features.
[0023]
This eliminates the need to drive the converter with the charging of the electric double-phase capacitor, and maintains the terminal voltage of the electric double-phase capacitor at the proper system voltage at an appropriate voltage even when the converter is not driven. Therefore, the loss caused by driving the converter can be significantly reduced.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(First Embodiment: Corresponding to Claim 1)
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration according to the first embodiment. In FIG. 1, 1 to 14 have been described in the related art, and a description thereof will be omitted.
[0025]
In the figure, 15 is a series transformer, and 16 is a fourth voltage detector for detecting the AC voltage of the converter 5.
[0026]
The DC voltage side of converter 5 is connected to electric double layer capacitor 6, and the AC voltage side is connected to the primary winding of series transformer 15.
[0027]
The secondary winding of the series transformer 15 is connected in series with the system, and maintains the voltage on the load side within a specified voltage range by superimposing an AC voltage on the voltage drop on the system power supply side 2.
[0028]
The control means 13 detects the voltage of the system power supply 2 by the first voltage detector 10, detects the terminal voltage of the electric double layer capacitor 6 by the third voltage detector 12, To detect the secondary voltage of the series transformer.
[0029]
If it is determined from the voltage value of the first voltage detector 10 that it is in the low voltage state, the control means 13 performs the third voltage detection so that the input voltage of the load device 4 falls within the specified voltage range. The terminal voltage of the electric double layer capacitor, which is the detection value of the converter 12, is taken in, and a switching signal for the converter 5 is calculated.
[0030]
Gate circuit 13 receives this switching signal and outputs a switching pulse to drive the self-extinguishing element of converter 5.
[0031]
As a result, the converter 5 outputs the compensation source voltage, and the secondary winding of the series transformer 16 generates the compensation voltage.
[0032]
When it is determined from the voltage value of the first voltage detector 10 that the system voltage has returned, the control unit 13 starts control so that the converter 5 charges the electric double layer capacitor 6.
[0033]
When the control means 13 determines from the voltage value of the third voltage detector 12 that the electric double layer capacitor 6 is fully charged, the control means 13 stops the charging operation by the converter 5. Further, the control means 13 calculates the amount of current from the amount of increase or decrease in the voltage detection value of the third voltage detector 12 and controls the converter 5 so that the charging current of the electric double layer capacitor 6 becomes a target current value. To charge.
[0034]
According to the first embodiment, the compensation voltage generated in the secondary winding of the series transformer need only be the voltage drop of the system voltage. The capacity of the electric double layer capacitor can be reduced, and as a result, the size and cost of the device can be reduced.
[0035]
In FIG. 1, the DC / AC converter 5 is described using a three-phase bridge converter, but an NPC (Neutral Point Clamped) converter can also be applied. The voltage compensation may be performed not only for the three-phase system but also for a single-phase system.
[0036]
(Second embodiment: corresponds to claim 2)
FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration according to the second embodiment, in which 17 is a capacitor, 18 is a step-up / step-down chopper, and 19 is a fifth voltage for detecting a DC voltage of the converter 5. It is a detector.
[0037]
The DC voltage side of the DC / AC converter 5 is connected to the capacitor 17, and the capacitor 17 is connected to the electric double layer capacitor 6 via the step-up / step-down chopper 18.
[0038]
When it is determined from the voltage value of the first voltage detector 10 that it is in the low voltage state, the control unit 13 sets the fifth voltage detector so that the input voltage of the load device 4 falls within the specified voltage range. The capacitor voltage which is the detected value of 19 is taken in, and the switching signal of the converter 5 is calculated. Gate circuit 13 receives this switching signal and outputs a switching pulse to drive the self-extinguishing element of converter 5. Converter 5 outputs a compensation source voltage to generate a compensation voltage in the secondary winding of series transformer 16. Further, the control means 13 controls the step-up / step-down chopper 18 to discharge the electric double layer capacitor 6 while maintaining the voltage of the capacitor 17 at the target voltage.
[0039]
When it is determined from the voltage value of the first voltage detector 10 that the system voltage has returned, the control unit 13 starts controlling the step-up / step-down chopper 18 to charge the electric double layer capacitor 6. Further, the converter 5 is operated so that the terminal voltage of the capacitor 17 is maintained at the target voltage.
[0040]
On the other hand, when it is determined from the voltage detection value of the third voltage detector 12 that the electric double layer capacitor 6 is fully charged, the control means 13 stops the charging operation by the step-up / step-down chopper 18. Further, the control means 13 calculates a current amount from an increase / decrease change amount of the voltage detection value of the third voltage detector 12, and controls the step-up / step-down chopper 18 so that the charging current of the electric double layer capacitor 6 becomes a target current value. Control and charge.
[0041]
According to the second embodiment, even when the required capacity of the electric double layer capacitor is small and the rated voltage of the electric double layer capacitor is smaller than the operating voltage of the converter, the voltage is raised by the buck-boost chopper to the operating voltage of the converter. Thus, the compensation source voltage can be supplied to the series transformer, and the compensation voltage can be output from the series transformer.
[0042]
(Third Embodiment: Corresponding to Claim 3)
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration according to the third embodiment. In FIG. 3, a converter 5 is configured by parallelizing three sets of single-phase bridge converters. The AC voltage side is connected to the primary winding of each phase series transformer.
[0043]
If it is determined from the voltage value of the first voltage detector 10 that it is in the low voltage state, the control unit 13 determines the low voltage of the system voltage phase from the secondary winding of the series transformer. A compensation voltage is output to set the input voltage of the load device 4 within a specified voltage range.
[0044]
According to the third embodiment, even when a three-phase imbalance occurs in which a voltage of one or two phases decreases in a three-phase system, a compensation voltage is output for each phase, so that the voltage of the load device is reduced. Can be brought into a three-phase equilibrium.
[0045]
(Fourth Embodiment: Corresponding to Claim 4)
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration according to the fourth embodiment, in which 20 is a bypass switch.
[0046]
The bypass switch 20 is connected in parallel with the secondary winding of the series transformer 15, and when the system power supply voltage is at an appropriate voltage, the control unit 13 turns on the bypass switch 20, and from the system power supply side via the bypass switch. Power to the system load side while the converter 5 is stopped. When the system power supply side voltage is low, the control unit 13 turns off the bypass switch 20, supplies the compensation source voltage from the converter 5, and outputs the compensation voltage from the series transformer 15, thereby controlling the system load side voltage. Within an appropriate voltage range.
[0047]
According to the fourth embodiment, when the system power supply has an appropriate voltage, the present voltage compensator can be stopped, so that the loss caused by the converter can be reduced.
[0048]
Note that the same effect can be obtained by connecting the bypass switch 20 in parallel with the primary winding of the series transformer.
[0049]
(Fifth embodiment: corresponds to claim 5)
FIG. 5 is a diagram showing a circuit configuration according to the fifth embodiment. In FIG. 5, a charging circuit 21 is added to the circuit configuration according to the fourth embodiment.
[0050]
When it is determined that the system power supply side voltage is an appropriate voltage, the control means 13 turns on the bypass switch 20 and gates the converter 5 to stop the voltage compensation operation. 6 is in an open state, and the voltage is reduced by the self-discharge operation.
[0051]
In order to obtain a sufficient voltage compensation effect by the voltage compensator, it is necessary to always maintain the terminal voltage of the electric double-phase capacitor 6 at an appropriate voltage. For this purpose, a small-capacity charging circuit 21 is connected in parallel with the electric double-phase capacitor 6, and the electric double-phase capacitor 6 is appropriately charged.
[0052]
According to the fifth embodiment, since the electric double-phase capacitor 6 is not charged by the converter 5, the loss generated by the converter can be reduced, and the electric double-phase capacitor when the system voltage is normal can be reduced. Can be prepared for the voltage compensation operation by maintaining the terminal voltage at the appropriate voltage.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to compensate for the voltage drop of the system voltage by the series transformer connected in series to the system and maintain the load voltage within an appropriate voltage range. it can. As a result, the capacity of the converter can be reduced, and the size and cost of the voltage compensator can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram according to a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is a circuit diagram according to a second embodiment of the present invention; FIG. 3 is a circuit diagram according to a third embodiment of the present invention; FIG. 4 is a circuit configuration diagram according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 5 is a circuit configuration diagram according to a fifth embodiment of the present invention. Circuit configuration diagram [Description of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... System, 2 ... System power supply side, 3 ... System load side, 4 ... Load device, 5 ... Converter, 6 ... Electric double phase capacitor, 7 ... Reactor, 8 ... Connection point between this device and system, 9 ... Connection switch, 10 ... First voltage detector, 11 ... Second voltage detector, 12 ... 3 voltage detector, 13 control means, 14 gate circuit, 15 series transformer, 16 fourth voltage detector, 17 capacitor, 18 up / down Pressure chopper, 19: fifth voltage detector, 20: bypass switch, 21: charging circuit

Claims (5)

直流電圧を交流電圧に変換する変換器と、
一次巻線が前記変換器の交流電圧側と接続され、ニ次巻線が系統と直列に接続された直列変圧器と、
前記変換器の直流電圧側と接続された電気二重層キャパシタと、
前記系統の電源側電圧を検出する第1の電圧検出器と前記変換器の交流電圧を検出する第2の電圧検出器と前記電気二重層キャパシタの直流電圧を検出する第3の電圧検出器とからの出力信号を入力し、前記交直流変換器の出力を演算してゲート信号を出力するとともに、前記系統の電源側電圧が所定の値の範囲内のときは、前記変換器から前記電気二重層キャパシタを充電し、前記系統の電源側電圧が所定の値以上に低下したときは、前記電気二重層キャパシタを放電して前記変換器から交流電圧を出力し、当該交流電圧を前記直列変圧器のニ次巻線から系統に重畳する制御手段と、
前記ゲート信号を入力し、前記交直流変換器内の自己消弧素子をスイッチングするためのゲートパルスを出力するゲート回路と
を具備することを特徴とする電圧補償装置。
A converter for converting a DC voltage to an AC voltage,
A series transformer in which a primary winding is connected to the AC voltage side of the converter, and a secondary winding is connected in series with the system;
An electric double layer capacitor connected to the DC voltage side of the converter,
A first voltage detector for detecting a power supply side voltage of the system, a second voltage detector for detecting an AC voltage of the converter, and a third voltage detector for detecting a DC voltage of the electric double layer capacitor. And outputs the gate signal by calculating the output of the AC / DC converter, and when the power supply side voltage of the system is within a predetermined value range, the converter outputs the electric power. When the multilayer capacitor is charged and the power supply side voltage of the system drops to a predetermined value or more, the electric double layer capacitor is discharged to output an AC voltage from the converter, and the AC voltage is converted to the series transformer. Control means for superimposing on the system from the secondary winding of
And a gate circuit for receiving the gate signal and outputting a gate pulse for switching a self-extinguishing element in the AC / DC converter.
直流電圧を交流電圧に変換する変換器と、
一次巻線が前記変換器の交流電圧側と接続され、ニ次巻線が系統と直列に接続された直列変圧器と、
前記変換器の直流電圧側にリプルを抑制するために接続されたコンデンサと、
電圧補償時の電力を蓄積するために前記交直流変換器の直流電圧側と前記コンデンサおよび昇降圧チョッパを介して接続された電気二重層キャパシタと、
前記変換器の直流電圧側とともに前記電気二重層キャパシタに充放電を行う昇降圧チョッパと、
前記系統の電源側電圧を検出する第1の電圧検出器と前記変換器の交流電圧を検出する第2の電圧検出器と前記変換器の直流電圧を検出する第3の電圧検出器と前記電気二重層キャパシタの直流電圧を検出する第4の電圧検出器とからの出力信号を入力し、前記変換器の出力を演算してゲート信号を出力するとともに、前記系統の電源側電圧が所定の値の範囲内のときは、前記変換器および昇降圧チョッパから電気二重層キャパシタを充電し、前記系統の電源側電圧が所定の値以上に低下したときは、前記電気二重層キャパシタを放電して前記交直流変換器から交流電圧を出力し、当該交流電圧を直列変圧器のニ次巻線から系統に重畳する制御手段と、
前記ゲート信号を入力し、前記変換器内の自己消弧素子をスイッチングするためのゲートパルスを出力するゲート回路と
を具備することを特徴とする電圧補償装置。
A converter for converting a DC voltage to an AC voltage,
A series transformer in which a primary winding is connected to the AC voltage side of the converter, and a secondary winding is connected in series with the system;
A capacitor connected on the DC voltage side of the converter to suppress ripple,
An electric double layer capacitor connected to the DC voltage side of the AC / DC converter and the capacitor and the buck-boost chopper to store power at the time of voltage compensation;
A buck-boost chopper for charging and discharging the electric double layer capacitor together with the DC voltage side of the converter,
A first voltage detector for detecting a power supply side voltage of the system, a second voltage detector for detecting an AC voltage of the converter, a third voltage detector for detecting a DC voltage of the converter, An output signal from a fourth voltage detector for detecting a DC voltage of the double-layer capacitor is input, an output of the converter is calculated, a gate signal is output, and a power supply side voltage of the system is a predetermined value. When the voltage is within the range, the electric double layer capacitor is charged from the converter and the buck-boost chopper, and when the power supply side voltage of the system is reduced to a predetermined value or more, the electric double layer capacitor is discharged to discharge the electric double layer capacitor. Control means for outputting an AC voltage from the AC / DC converter and superimposing the AC voltage on the system from the secondary winding of the series transformer;
A voltage compensator comprising: a gate circuit that receives the gate signal and outputs a gate pulse for switching a self-extinguishing element in the converter.
直流電圧を交流電圧に変換する前記変換器は、3相分の単相交流電圧を出力するとともに、3相分の単層の直列変圧器の一次巻線と接続されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電圧補償装置。The converter for converting a DC voltage into an AC voltage outputs three-phase single-phase AC voltage and is connected to a primary winding of a three-phase single-layer series transformer. The voltage compensator according to claim 1 or 2. 前記直列変圧器と並列に接続されたバイパススイッチを、さらに具備し、前記制御手段は、前記系統の電源側電圧が所定の値の範囲内のとき、バイパススイッチをオンして前記変換器をゲートブロックして停止し、前記系統の電源側電圧が所定の値以上に低下したとき、バイパススイッチをオフして前記変換器によって補償電圧を出力することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電圧補償装置。The power supply further comprises a bypass switch connected in parallel with the series transformer, wherein the control unit turns on the bypass switch to gate the converter when the power supply side voltage of the system is within a predetermined value range. 4. The method according to claim 1, wherein when the power supply side voltage of the system drops to a predetermined value or more, the bypass switch is turned off and a compensation voltage is output by the converter. 5. A voltage compensator according to any one of the preceding claims. 前記電気二重層キャパシタと並列に接続され、該電気二重層キャパシタの充電を行う充電回路を、さらに具備したことを特徴とする請求項4に記載の電圧補償装置。The voltage compensator according to claim 4, further comprising a charging circuit connected in parallel with the electric double layer capacitor and charging the electric double layer capacitor.
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