JP3980515B2 - Voltage fluctuation compensation device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、負荷に供給される電力系統の電圧が瞬時的に変動した際に、それを検出して電圧変動を補償する電圧変動補償装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
雷などにより電力系統の電圧が瞬時的に低下し、工場などの精密機器などが誤作動や一時停止することにより、生産ラインで多大な被害を被ることがある。このような被害を防ぐために、電力系統の瞬時的電圧低下などの電圧変動を監視して、電圧低下を補償する電圧変動補償装置が用いられている。
従来の電圧変動補償装置は、電力系統に直列に接続され、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する複数の電圧補償回路で構成される。各電圧補償回路には、ダイオードが逆並列に接続された4個の半導体スイッチング素子から成るフルブリッジインバータ、および充電コンデンサが備えられ、充電コンデンサの直流電圧を交流に変換して出力する。また、各電圧補償回路の出力端には、高速機械式の定常短絡スイッチが並列に設けられる。各電圧補償回路内の充電コンデンサは、充電ダイオードと充電用トランスによってそれぞれ異なる電圧が充電され、電圧の比は概ね2のべき乗比に設定される。
定常時、電流は定常短絡スイッチを流れる。また電力系統の電圧低下時には、誤差電圧に応じて複数の電圧補償回路内から所望の組み合わせを選択し、その出力電圧の総和で電力系統の電圧低下を補償する(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−359929号公報(第1頁、第6−第8頁、第1、第6図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電圧変動補償装置は以上のように構成され、補償電圧を階調制御により出力するため電力系統の瞬時的な電圧低下を高精度に補償するものであるが、コンデンサ電圧の低下(エネルギの低下)に伴い、出力すべき最大電圧仕様を満足できなくなった時点で補償限界に至り、それにより電圧変動の補償を継続できる時間が決まることになる。補償の時間を確保するためには、各電圧補償回路内の充電コンデンサの容量を比例的に大きくし、即ち複数箇所に大容量のコンデンサを備える必要がある。一般に電圧変動補償装置においては、エネルギを蓄積するコンデンサの大きさが概ね装置の大きさを決定してしまうため、装置が大型化する問題があった。
また、コンデンサのエネルギは電圧の2乗に比例するため、初期に蓄積しておく電圧が高ければ高いほど多くのエネルギを蓄積できる。従って、装置の小型化を図るためには、各電圧補償回路内の充電コンデンサへの充電電圧を予め高く設定しておくことで、各充電コンデンサを大容量にせずに補償時間をより長くすることが可能であるが、電圧を高くしただけ補償電圧の階調の幅が大きくなり、きめ細かな階調制御ができず補償精度が低下するという問題があった。
【0005】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、電力系統に複数の電圧補償回路が直列に接続されて、各電圧補償回路内のエネルギ蓄積手段に蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する電圧変動補償装置において、装置を大型化することなく、高精度で長時間の電圧補償を可能にすることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電圧変動補償装置は、電力系統における電圧低下の監視、およびそれに基づく給電制御を行う制御部と、該電力系統に直列に接続され、それぞれ異なる電圧が蓄積されたエネルギ蓄積手段に蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する複数(N個)の電圧補償回路とを備えて、上記電力系統の電圧低下時に、出力電圧が逆極性のものを含むことを可能にして上記複数の電圧補償回路の中から所定の組み合わせを選択し、該出力電圧極性を含む組み合わせ(以下、出力パターンと称す)による各出力電圧の総和で上記電力系統の電圧低下を補償して負荷に発生する電圧変動を抑える。そして、上記複数の電圧補償回路のうちK個(K<N)の電圧補償回路内のエネルギ蓄積手段の前段に、該エネルギ蓄積手段に比して容量の大きな第2のエネルギ蓄積手段とチョッパ回路とを設け、該第2のエネルギ蓄積手段から該チョッパ回路を介して上記エネルギ蓄積手段にエネルギを供給するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1について説明する。図1はこの発明の実施の形態1による電圧変動補償装置の構成図である。
図1に示すように、電力系統4に、複数の電圧補償回路としての第1〜第3の電圧補償ユニット1〜3が直列に接続され、それらの出力端には、並列に高速機械式の定常短絡スイッチ5が接続される。なお、電力系統4からの各相の電力線にそれぞれ第1〜第3の電圧補償ユニット1〜3が直列に接続されるものであるが、図1ではU相の電力線7uに接続されたものを示す。7vはV相の電力線である。また、電力系統における電圧低下の監視、およびそれに基づく給電制御を行う制御回路6を備えて、制御回路6からの指令により第1〜第3の電圧補償ユニット1〜3の出力電圧が系統に直列に重畳されて系統電圧の低下を補償する。
【0008】
第1〜第3の電圧補償ユニット1〜3は、第1〜第3の単相インバータ10、20、30と、第1のエネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ(第1のコンデンサC1、第2のコンデンサC2、第3のコンデンサC3)とを備え、単相インバータ10、20、30の交流側が電力系統に直列に接続され、各単相インバータ10、20、30は充電コンデンサC1〜C3の直流電圧を交流に変換して出力する。また、各電圧補償ユニット1〜3内の第1〜第3のコンデンサC1〜C3に充電される電圧(V1、V2、V3)の比は概ね2のべき乗比に設定されて、4:2:1となる。
また、第1の電圧補償ユニット1内の第1のコンデンサC1の前段には、第2のエネルギ蓄積手段として大容量のコンデンサC0(以下、容量コンデンサC0と称す)、および、第1のコンデンサC1と容量コンデンサC0とを接続するチョッパ回路としてのDC/DCコンバータ11を備える。
さらに、第1〜第3のコンデンサC1〜C3および容量コンデンサC0は、当該相(U相)の電力線7uから第1〜第3の単相インバータ10、20、30を介して、他相、この場合V相の電力線7vに接続される充電回路により、電力系統の線間電圧を用いて充電される。各電圧補償ユニット1〜3内の充電回路には、充電抵抗R11〜R13、R21,R22、R31,R32、ダイオードD1、D2、D3、およびツェナーダイオードD11、D12、D13を備える。なお、ツェナーダイオードD11、D12、D13は充電が効率的に行えるものであるが、なくても充電は行える。
【0009】
第1〜第3の単相インバータ10、20、30の構成を図2に示す。図に示すように、ダイオードが逆並列に接続された4個のIGBT8から成るフルブリッジインバータで構成される。フルブリッジインバータはIGBT以外の自己消弧型半導体スイッチング素子で構成しても良い。また、フルブリッジに限らず、ハーフブリッジなど電圧を発生するインバータの構成であればよい。
【0010】
次に、動作について説明する。
定常時、定常短絡スイッチ5はオン状態で、電流は電圧変動補償装置をバイパスして定常短絡スイッチ5を流れ、装置ロスは低減される。また電力系統の瞬時的な電圧低下時(瞬低時)には、定常短絡スイッチ5をオフして、瞬低補償動作を開始する。即ち、誤差電圧に応じて選択された各電圧補償ユニット1〜3において、補償電圧が出力される。これらの出力は系統にて組み合わされ、゛000゛〜゛111゛の8階調の電圧出力を発生することができ、最大の補償電圧は、7×V3となる。
なお、各電圧補償ユニット1〜3内の第1〜第3のコンデンサC1〜C3に充電される電圧(V1、V2、V3)の比は概ね2のべき乗比としたが、これに限るものではない。また、各電圧補償ユニット1〜3にて出力される補償電圧は、系統電圧と逆極性のものを含んでも良い。V1、V2、V3の電圧の関係と出力電圧の階調レベルとの関係は図3のようなパターンが考えられる。例えば、パターンGは最も階調数が多く、3つの電圧補償ユニット1〜3で13の階調数が得られる故、きめ細かな出力電圧の階調制御が可能であり、出力フィルタを削除することができる。
【0011】
また、容量コンデンサC0の電圧V0は初期に十分に高く充電しておき、容量コンデンサC0の電圧V0を入力としたDC/DCコンバータ11により、第1のコンデンサC1の電圧V1を所定の値になるよう制御する。なお、容量コンデンサC0および第1〜第3のコンデンサC1〜C3についてはコンデンサではなく、バッテリー等のエネルギ蓄積手段であっても同様の効果が得られる。
また上述したように、第1〜第3のコンデンサC1〜C3および容量コンデンサC0は、当該相(U相)の電力線7uから第1〜第3の単相インバータ10、20、30を介して、他相、この場合V相の電力線7vに接続される充電回路により、電力系統の線間電圧を用いて充電する。この充電動作は装置を立ち上げる時に行うとともに、電力系統の瞬低が発生しない定常時に行う。
【0012】
第1の電圧補償ユニット1内の第1のコンデンサC1については、大容量の容量コンデンサC0からDC/DCコンバータ11を介してエネルギが供給されるが、第2、第3の電圧補償ユニット2、3内の第2、第3のコンデンサC2、C3のエネルギについて以下に示す。
図4に、V1、V2、V3の電圧の関係が、4:2:1と5:2:1と6:2:1との場合について出力電圧の階調レベルとの関係の別例を示す。例えば図4(a)に示すように、出力階調レベルとして同じ1を出力する場合において、3つのパターンを有する。第1の場合は、最小出力の第3の電圧補償ユニット3からV3を出力するのみであり、この場合、第3のコンデンサC3からエネルギが放出されるのみとなる。しかし、第2の場合は、第2の電圧補償ユニット2からV2を正で、第3の電圧補償ユニット3からV3を負で出力するから、第2のコンデンサC2からエネルギが放出され、第3のコンデンサC3にはエネルギが供給される。また、第3の場合は、第1のコンデンサC1からエネルギが放出され、第2、第3のコンデンサC2、C3にエネルギが供給される。
このように、出力階調レベルが同じでも複数のパターンを利用することによって、第2、第3のコンデンサC2、C3に第1のコンデンサC1からエネルギを移行することができる。このような選択パターンは図4に示すように、他の階調出力レベルの場合においても存在する。
【0013】
この実施の形態では、、電力系統の瞬低時に、出力電圧が逆極性のものを含むことを可能にして電圧補償ユニット1〜3の中から所定の組み合わせを選択し、該出力パターンによる各電圧補償ユニット1〜3の出力電圧の総和で上記電力系統の電圧低下を補償する。この補償時に、DC/DCコンバータ11により、容量コンデンサC0の電圧V0を入力として、最大電圧を蓄積する第1のコンデンサC1の電圧V1は所定の値になるよう制御する。そして、第2、第3のコンデンサC2、C3は、エネルギの放出と第1のコンデンサC1からのエネルギの供給とによるエネルギ授受ができるだけバランスするように出力制御する。即ち、出力電圧極性を含んで選択された電圧補償ユニット1〜3の組み合わせで決定される上記出力パターンを、第2、第3のコンデンサC2、C3におけるエネルギ授受ができるだけバランスするように決定して補償電圧を出力する。
【0014】
このため、第1のコンデンサC1だけでなく第2、第3のコンデンサC2、C3についても電圧低下を抑制でき、電圧変動の継続補償時間を長くできる。また容量コンデンサC0のエネルギをほとんど使い果たし出力すべき最大電圧仕様を満足できなくなった時点で、補償限界に至り補償終了となるため、その時の第1〜第3のコンデンサC1〜C3の保有エネルギ分は結果的には使われずに残ってしまう。従って、第1〜第3のコンデンサC1〜C3のコンデンサの容量をできるだけ小さくしておくことが、エネルギの有効利用に重要となる。このように大容量のコンデンサである容量コンデンサC0は1つ設ければよく、装置を大型にすることなく補償時間を確保できる。また、第1のコンデンサC1の電圧V1を所定の値以上に保っている限り電圧変動の継続補償が可能となるため、必要以上に各コンデンサC1〜C3の充電電圧を高くして階調幅を拡げることなく、きめ細かく高精度な出力電圧の階調制御が行える。
【0015】
実施の形態2.
次に、上記実施の形態1に示す電圧変動補償装置において、第2、第3のコンデンサC2、C3におけるエネルギ授受ができるだけバランスするように出力パターンを決定して補償電圧を出力する動作について詳述する。
ここで、少し簡略化するために、第2、第3の電圧補償ユニット2、3の2つを"フィルタユニット"と呼ぶこととする。まず、V1、V2、V3の電圧の関係が、4:2:1の場合について説明する。図5(a)に、各出力階調レベルを得る際の、フィルタユニット2、3および最大出力ユニット(第1の電圧補償ユニット1)の出力パターンを示す。ここで、Vaは階調幅となる電圧で、この場合、V3と等しい。図5(b)には、正弦波を最大5レベルの階調制御で出力した場合の、フィルタユニット2、3および最大出力ユニット1のエネルギ量をそれぞれ示す。
まず、このフィルタユニット2、3のみについて考えるとフィルタユニット2、3のみで出しうる階調レベルは1〜3であり、そのうち最小出力ユニット(第3の電圧補償ユニット3)が受け持つのは1レベルおよび3レベルである。この1レベルおよび3レベルにおいて、最小出力ユニット3は、いずれも正、負双方の極性で電圧出力するパターンが存在する。つまり、フィルタユニット2、3が発生する電圧のうち最小出力ユニット3が受け持つ1レベルおよび3レベルの出力条件においては、第3のコンデンサC3にエネルギを供給する場合と、エネルギを放出する場合との双方が存在する。従って、フィルタユニット2、3が発生する階調レベル1〜3の条件において、仮に第2のコンデンサC2のエネルギが増減しないとすれば、第3のコンデンサC3のエネルギは増減を自由に調整できることになる。
【0016】
次に、第2のコンデンサC2のエネルギを増減させないためには、フィルタユニット2、3全体から放出されるエネルギ分を、第1のコンデンサC1から供給すればよい。
図5(b)に示すように、最大レベルが5までの階調制御で正弦波を出力させた場合、フィルタユニット2、3のエネルギ授受は、ほぼバランスしていることがわかる。この状態であれば、出力パターンの選択によりフィルタユニット2、3のエネルギ授受をほぼ0にしてバランスさせることができる。しかし、図5(a)を見ればわかるように、6および7の階調レベルでは、フィルタユニット2、3は2Vaと3Vaの出力、つまりいずれもエネルギを放出するパターンしかないため、6および7の階調レベルでの電圧出力では、フィルタユニット2、3のエネルギは減少することになる。
【0017】
次に、V1、V2、V3の電圧の関係が、5:2:1の場合について、図6(a)に、各出力階調レベルを得る際の、フィルタユニット2、3および最大出力ユニット(第1の電圧補償ユニット1)の出力パターンを示す。また、図6(b)には、正弦波を最大6レベルの階調制御で出力した場合の、フィルタユニット2、3および最大出力ユニット1のエネルギ量をそれぞれ示す。
図6(b)に示すように、最大レベルが6までの階調制御で正弦波を出力させた場合、フィルタユニット2、3のエネルギ授受は、ほぼバランスしていることがわかる。この状態であれば、出力パターンの選択によりフィルタユニット2、3のエネルギ授受をほぼ0にしてバランスさせることができる。しかし、図6(a)を見ればわかるように、7の階調レベルでは、フィルタユニット2、3は2Vaの出力、つまりエネルギを放出するパターンしかないため、フィルタユニット2、3のエネルギは減少することになる。
次に、V1、V2、V3の電圧の関係が、6:2:1の場合について、図7(a)に、各出力階調レベルを得る際の、フィルタユニット2、3および最大出力ユニット(第1の電圧補償ユニット1)の出力パターンを示す。また、図7(b)には、正弦波を最大7レベルの階調制御で出力した場合の、フィルタユニット2、3および最大出力ユニット1のエネルギ量をそれぞれ示す。
図7(b)に示すように、最大レベルが7までの階調制御で正弦波を出力させた場合、フィルタユニット2、3のエネルギ授受は、ほぼバランスしていることがわかる。この状態であれば、出力パターンの選択によりフィルタユニット2、3のエネルギ授受をほぼ0にしてバランスさせることができる。
【0018】
V1、V2、V3の電圧の関係が、4:2:1、5:2:1、6:2:1の3種の場合について、フィルタユニット2、3のエネルギが以上のように変化するため、最大レベルが5までの階調制御で正弦波を出力させた場合は4:2:1を用い、最大レベルが6まで階調制御が必要になると5:2:1に切り替え、最大レベルが7まで階調制御が必要になると6:2:1に切り替えると、フィルタユニット2、3のエネルギ授受をほぼ0にしてバランスさせることができる。上述したように、第3のコンデンサC3のエネルギはフィルタユニット2、3全体の中でエネルギの増減を調整できるため、第3のコンデンサC3の電圧V3は一定となる。
上記にように、V1、V2、V3の電圧の関係を切り替えるには、第1のコンデンサC1の電圧V1を、1:2:4で決まる4の値から5または6の値に増加すればよいことがわかる。
これにより、第2、第3のコンデンサC2、C3の容量値をできるだけ小さくすることができ、出力すべき最大電圧仕様を満足できなくなった時点で残存するエネルギを小さくすることができる。これは、装置のエネルギ利用率を増加でき、装置の小型化に結びつく。
【0019】
なお、V1、V2、V3の電圧の関係は、5:2:1や6:2:1に固定しない。例えば、出力階調レベルとして1レベルを出力する場合、5:2:1や6:2:1では、図6、図7に示すように、フィルタユニット2、3にエネルギを供給できない。従って、このような場合、フィルタユニット2、3内のエネルギが即座に無くなってしまうこととなる。一方、4:2:1を用いた場合、図5に示すように、出力階調レベルとして1または2レベルを出力する場合においてもフィルタユニット2、3にエネルギを供給できる。
従って、各コンデンサC0〜C3の状況に応じて、または、瞬低の発生状況に応じて、または、フィルタユニット2、3へのエネルギ授受の状況もしくは各コンデンサC2、C3の電圧状況に応じて、第1のコンデンサC1の電圧V1をDC/DCコンバータ11により変化させることにより、よりエネルギの有効な利用が可能となる。
【0020】
また、フィルタユニット2、3のコンデンサC2、C3の容量値を小さくするには限界がある。例えば図5〜図7からわかるようにフィルタユニット2、3のエネルギの増減がゼロになるのは、もちろん正弦波の半周期の積分の結果であるから、半周期の間は電圧を安定に保つだけの容量値は必要となる。
また、瞬低の状況が急変した場合等においては、第1のコンデンサC1の電圧を急に変化させ、所定の電圧に設定する必要があるため、この点においても第1のコンデンサC1の容量値は小さい方が望ましい。例えば、一旦、第1のコンデンサC1の電圧V1を6レベルに設定した後、瞬低が軽くなり、4レベルに低下させなければならない状況が考えられる。
すなわち、(コンデンサC1の容量値)<(コンデンサC2、C3の容量値)としておくのが望ましい。
【0021】
実施の形態3.
次に、上記実施の形態1に示す電圧変動補償装置において、第1のコンデンサC1の電圧V1をDC/DCコンバータ11により変化させて電圧変動を補償する動作について説明する。
図8は、チョッパ回路であるDC/DCコンバータ11の出力電圧の設定および電圧変動の補償動作を示すフローチャートである。
初期の時点ではV1、V2、V3の電圧の関係は4:2:1に設定されているものとし、まず、電力系統の瞬低を検出すると(S1)、DC/DCコンバータ11の出力電圧であるチョッパ電圧V1の目標値レベルを4と設定する(S2)。続いて出力すべき補償電圧の大きさが最大7階調必要か判断し(S3)、不要なら最大6階調必要か判断し(S4)、さらに不要なら、即ち出力すべき補償電圧の大きさが最大5階調以下であるとき、図4(a)に示すV3:V2:V1=1:2:4である論理テーブルの階調発生パターンに決定し(S5)、最小出力電圧であるV3が規定値より低ければ、V3が充電されるモード(出力パターン)を選択し、V3が規定値より高ければ、V3が放電されるモードを選択して(S6)、各電圧補償ユニット1〜3からの出力電圧の総和により電力系統の瞬低を補償する(S7)。この後、S3に戻る。
【0022】
S3にて、出力すべき補償電圧の大きさが最大7階調必要であれば、チョッパ電圧V1の目標値レベルを6と設定し(S12)、図4(c)に示すV3:V2:V1=1:2:6である論理テーブル内の階調発生パターンに決定し(S15)、最小出力電圧であるV3が規定値より低ければ、V3が充電されるモードを選択し、V3が規定値より高ければ、V3が放電されるモードを選択して(S16)、各電圧補償ユニット1〜3からの出力電圧の総和により電力系統の瞬低を補償する(S17)。この後、S15に戻る。
S4にて、出力すべき補償電圧の大きさが最大6階調必要であれば、チョッパ電圧V1の目標値レベルを5と設定し(S22)、図4(b)に示すV3:V2:V1=1:2:5である論理テーブル内の階調発生パターンに決定し(S25)、最小出力電圧であるV3が規定値より低ければ、V3が充電されるモードを選択し、V3が規定値より高ければ、V3が放電されるモードを選択して(S26)、各電圧補償ユニット1〜3からの出力電圧の総和により電力系統の瞬低を補償する(S27)。続いて、出力すべき補償電圧の大きさが最大7階調必要か判断し(S28)、不要ならS22へ、必要ならS12へ移る。
【0023】
次に、図9は、チョッパ回路であるDC/DCコンバータ11の出力電圧の設定および電圧変動の補償動作の第2の例を示すフローチャートである。
この場合、図8で示した場合における電圧変動の補償動作のステップS7、S17、S27の後、必ずS3に戻って、出力すべき補償電圧の大きさが最大7階調必要か判断し、さらに不要ならS4にて最大6階調必要か判断する。
この場合は、瞬低の状況が大きく変化する場合に対して有効であり、時々刻々と変化する瞬低のレベルに対し出力すべき電圧が変わっても、必要な出力パターンを適切に設定できるようにチョッパ電圧V1を繰り返し設定する。これにより、例えば7レベルの出力が必要でその後2レベルの出力が必要な場合には、一旦、V3:V2:V1を1:2:6に変化した後、その後1:2:4に戻すよう動作する。このように種々の瞬低状況に対応できる。
なお、図8、図9に示す例では、必要とされる補償電圧階調に応じて、V3:V2:V1の関係を設定するものであり、第3のコンデンサC3の電圧V3は監視して制御に用いるが、第2のコンデンサC2の電圧V2を監視する必要がないため、回路が簡素化される。
【0024】
次に、図10は、チョッパ回路であるDC/DCコンバータ11の出力電圧の設定および電圧変動の補償動作の第3の例を示すフローチャートである。
初期の時点ではV1、V2、V3の電圧の関係は4:2:1に設定されているものとし、まず、電力系統の瞬低を検出すると(T1)、DC/DCコンバータ11の出力電圧であるチョッパ電圧V1の目標値レベルを4と設定する(T2)。続いて、第2のコンデンサC2の電圧V2と規定値との差がある範囲内かどうか判断し(T3)、ある範囲を外れたとき、電圧V2が上記規定値より高いかどうか判断する(T4)。V2が上記規定値より高い場合は、チョッパ電圧V1の目標値レベルを上げるように切り替え(T5a)、V2が上記規定値以下の場合は、チョッパ電圧V1の目標値レベルを下げるように切り替え(T5b)、チョッパを制御する。その後、チョッパ電圧V1の目標値レベルに応じて階調発生パターン(V3:V2:V1)を1:2:4、1:2:5あるいは1:2:6の中のいずれかに切り替え(T6)、第2のコンデンサC2の電圧V2が規定値より低ければ、V2が充電されるモード(出力パターン)を選択し、V2が規定値より高ければ、V2が放電されるモードを選択する(T7)。また、最小出力電圧であるV3が規定値より低ければ、V3が充電されるモードを選択し、V3が規定値より高ければ、V3が放電されるモードを選択して(T8)、各電圧補償ユニット1〜3からの出力電圧の総和により電力系統の瞬低を補償する(T9)。この後、T3に戻る。
T3にて、電圧V2と規定値との差がある範囲内である時は、チョッパ電圧の目標値レベルを変更せずT6にて階調発生パターン(V3:V2:V1)を設定する。
【0025】
図10に示す例では、第2、第3のコンデンサC2、C3の電圧V2、V3を監視して、電圧V1の制御をチョッパ回路であるDC/DCコンバータ11で行うため、電圧V2、V3をそれぞれ一定に保つことができ、長時間に渡り精度の高い補償が可能となる。
なお、階調発生パターンの切り替えタイミングは、チョッパ電圧V1の目標値を変化させた直後でもよいし、またV1の実電圧が目標値に達した時点でもよい。
【0026】
また、チョッパ電圧V1の目標値の設定に関しては、上記の説明ではいずれも、階調レベルを4〜6の間で1階調ずつ変化させているが、1階調未満の電圧値の増減であっても、出力パターンを決定する論理テーブルさえ書き換えれば問題はない。もちろん、階調幅が常に一定とはならないが、全体としては精度の高い階調制御による電圧補償が行える。
さらにまた、図10に示す例では、第2、第3のコンデンサC2、C3の電圧V2、V3を監視するが、これらの電圧値は演算で求めることもでき、例えば、系統の電流と出力モードとから電圧V2、V3の変化は演算でき、これにより、チョッパ電圧の設定を決定することも可能である。
【0027】
実施の形態4.
上述したように、第2、第3のコンデンサC2、C3におけるエネルギ授受ができるだけバランスするようにチョッパ電圧V1を制御し、出力パターンを決定して補償電圧を出力するが、各出力パターンによる補償時間(パルス幅)を調整し、エネルギ授受を補正して0に近づけることもできる。
例えば、電圧V2の電圧が規定値より低ければ、電圧V2を発生する時間のうち充電が多くなるよう、また、放電が少なくなるよう、その電圧発生の補償時間のパルス幅を少し変える。このとき出力電圧の実効値が低下することになるため、電圧V1を発生する時間をやや延ばしてやればよい。
図11に、最大レベルが7レベルの階調制御で正弦波を出力させた場合の、各出力パターンによる補償時間(パルス幅)の調整について示す。正規の発生電圧に対し、パルス幅を補正した発生電圧では、階調レベルが3〜5レベルのパルス幅が拡がり、また7レベルのパルス幅が狭まっていることがわかる。階調発生パターン(V3:V2:V1)が1:2:6とすると、パルス幅を補正した発生電圧では、正規の発生電圧に対し充電の量が増加し、放電の量が減少することになる。従って、パルス幅を補正することにより、フィルタユニット2、3のエネルギ授受を変化させることができる。即ち、フィルタユニット2、3のエネルギ量が少ない場合には、充電を行う出力パターンのパルス幅を広めに、放電を行う出力パターンのパルス幅を狭めにすることで、エネルギ量を回復させ、フィルタユニット2、3のエネルギ授受をほぼ0にすることが可能となる。
【0028】
実施の形態5.
次に、この発明の実施の形態5について説明する。図1に示す上記実施の形態1では、第1の電圧補償ユニット1内の第1のコンデンサC1の前段に、容量コンデンサC0およびチョッパ回路としてのDC/DCコンバータ11を備えたが、この実施の形態では、図12に示すように、電圧V0の容量コンデンサC0と電圧V1の第1のコンデンサC1との間に降圧チョッパ12、昇圧チョッパ13あるいは昇降圧チョッパ14を備える。その他の構成は上記実施の形態1と同様である。
まず、12(a)に示す降圧チョッパ12を用いる場合を図13を用いて説明する。図13(a)は電圧変動補償装置の構成を示す図である。なお、便宜上、第3の電圧補償ユニット3、定常短絡スイッチ5および制御回路6の図示を省略する。図に示すように、容量コンデンサC0と第1のコンデンサC1との間に、チョッパスイッチ12a、ダイオード12bおよびリアクトル12cから成る降圧チョッパ12が備えられる。また、R0x、R0yは容量コンデンサC0を充電するための充電抵抗、R1x、R1yは第1のコンデンサC1を充電するための充電抵抗、R2x、R2yは第2のコンデンサC2を充電するための充電抵抗である。
【0029】
次に、動作を説明する。
U相の電位がV相の電位より高い場合、最大出力ユニットである第1の電圧補償ユニット1において、U相電力線7uから第1の単相インバータ10の出力端子を介して取り込まれたU相電圧は、第1の単相インバータ10の上アーム(図中右側)のダイオードを通ってC1+端子を通り、第1のコンデンサC1を充電して、さらに充電抵抗R1yを通りダイオードD1を通りV相電力線に戻る。また、C1+端子からC0+端子に進み容量コンデンサC0を充電して、さらに充電抵抗R0yを通りダイオードD1を通りV相電力線に戻る。U相の電位がV相の電位より低い場合、D1がオフ状態となるため、容量コンデンサC0および第1のコンデンサC1に充電された電荷はそのまま維持される。容量コンデンサC0の電圧V0および第1のコンデンサC1の電圧V1の大きさは、最終的には充電抵抗R0x、R0y、R1x、R1yによる各分圧にて決定され、それらの値を選定することにより所定の値にすることが可能である。
【0030】
瞬低補償の動作としては、定常時には定常短絡スイッチ5が導通しており、そのとき、各単相インバータ10、20の出力はゼロ、すなわち上アーム側をいずれもオンにすることができる(なおこのとき下アーム側をオンにしてもよいがその場合にはダイオードD1〜D3の極性を反転させれば同じ動作が得られる)。そのため、定常状態においては第1の単相インバータ10および第2の単相インバータ20のインバータ出力電位同士を接続した点はU電位と同じとなる。したがって、第2の電圧補償ユニット2においても、第2のコンデンサC2は充電抵抗R2x、R2yとダイオードD2とによって充電され、抵抗値を選定することで電圧V2を所定の値に設定することが可能である。なお、図示しない第3の電圧補償ユニット3についても同様に第3のコンデンサC3が充電できる。
例えば、V1、V2、V3をまず4:2:1の関係に充電し、V0>V1の条件に充電する場合を考える。初期充電が完了した状態では、V1に対しV0は高く設定されている。R0x、R0y、R1x、R1yでそれぞれの抵抗値を表し、(Vrms*1.141)を線間電圧の実効値とすると、初期充電が完了した時点では、
V0=R0x/(R0x+R0y)*(Vrms*1.141)
V1=R1x/(R1x+R1y)*(Vrms*1.141) となる。
図13(b)に、時間Tと電圧V1、V0との関係を示す。T=0で電力系統に瞬低が発生し、補償を開始する。このとき、説明の簡単化のため、電圧V1の目標値を変える必要のない瞬低条件とする。T=0から瞬低補償を行いながら、第1のコンデンサC1の電圧V1が低下しないように、降圧チョッパ12を用いて容量コンデンサC0のエネルギを第1のコンデンサC1に移行する。それにより容量コンデンサC0の電圧V0は除々に低下し、やがてV0=V1となり、概ね補償の限界に至る。
【0031】
次に、12(b)に示す昇圧チョッパ13を用いる場合を図14を用いて説明する。図14(a)は電圧変動補償装置の構成を示す図である。なお、便宜上、ここでは第1の電圧補償ユニット1のみを示す。
図に示すように、容量コンデンサC0と第1のコンデンサC1との間に、チョッパスイッチ13a、ダイオード13bおよびリアクトル13cから成る昇圧チョッパ13が備えられる。R0x、R0yは充電抵抗であり、R1x、R1yは存在しない。
次に、動作を説明する。
U相の電位がV相の電位より高い場合、第1の電圧補償ユニット1において、U相電力線7uから第1の単相インバータ10の出力端子を介して取り込まれたU相電圧は、第1の単相インバータ10の上アーム(図中右側)のダイオードを通って、第1のコンデンサC1および容量コンデンサC0を充電して、さらにダイオードD0を通り充電抵抗R0yを通りV相電力線に戻る。このとき、容量コンデンサC0の電圧V0と第1のコンデンサC1の電圧V1とは等しい大きさに設定される。初期充電が完了した時点では、
V0=R0x/(R0x+R0y)*(Vrms*1.141)=V1 となる。
図14(b)に、時間Tと電圧V1、V0との関係を示す。T=0で電力系統の瞬低が発生し、瞬低補償が進むに連れ、電圧V0は低下していくが、昇圧チョッパ13を用いて容量コンデンサC0のエネルギを第1のコンデンサC1に移行するため、電圧V0が低下しても第1のコンデンサC1は常に一定の電圧V1とすることができる。この場合、容量コンデンサC0の電圧V0がゼロになるまで補償継続が可能である。
【0032】
次に、12(c)に示す昇降圧チョッパ14を用いる場合を図15を用いて説明する。図15(a)は電圧変動補償装置の構成を示す図である。なお、便宜上、ここでは第1の電圧補償ユニット1のみを示す。
図に示すように、容量コンデンサC0と第1のコンデンサC1との間に、チョッパスイッチ14a、ダイオード14bおよびリアクトル14cから成る昇降圧チョッパ14が備えられる。R0x、R0yは充電抵抗であり、R1x、R1yは存在しない。
次に、動作を説明する。
定常状態においては、第1の単相インバータ10の全アームをオンとしておく。それにより第1のコンデンサC1には充電されず、容量コンデンサC0のみに、Rox、Royの抵抗の分圧で決まる電圧V0が充電される。
V0=R0x/(R0x+R0y)*(Vrms*1.141) となる。
図15(b)に、時間Tと電圧V1、V0との関係を示す。
T=0で電力系統の瞬低が発生し、その時点で、電圧V1はゼロであるから、第1の単相インバータ10の各アームを全オフにして第1のコンデンサC1の電圧V1が即座に所定の値になるよう昇降圧チョッパ14で制御する。それから瞬低補償を開始する。補償が進むに連れ、電圧V0は低下していくが、昇降圧チョッパ14を用いて容量コンデンサC0のエネルギを第1のコンデンサC1に移行するため、電圧V0が低下しても第1のコンデンサC1は常に一定の電圧V1とすることができる。この場合、チョッパ14の構成は昇降圧型であるため、V0<V1となっても、電圧V1を一定値にすることができ、最終的に容量コンデンサC0の電圧V0がゼロになるまで補償継続が可能である。
【0033】
次に、12(c)に示す昇降圧チョッパを用いる場合の別例を図16を用いて説明する。図16(a)は電圧変動補償装置の構成を示す図である。なお、便宜上、ここでは第1の電圧補償ユニット1のみを示す。
図に示すように、容量コンデンサC0と第1のコンデンサC1との間に、チョッパスイッチ15a、ダイオード15bおよびリアクトル15cから成る昇降圧チョッパ15が備えられる。R0x、R0yは容量コンデンサC0を充電するための充電抵抗、R1x、R1yは第1のコンデンサC1を充電するための充電抵抗である。また、ダイオードD1は正極が充電抵抗R1yに、負極が第1のコンデンサC1に接続される。
次に、動作を説明する。
定常状態においては、第1の単相インバータ10の上アームをオンとしておく。それにより、U相の電位がV相の電位より高い場合、容量コンデンサC0を充電し、U相の電位がV相の電位より低い場合、第1のコンデンサC1を充電することができる。この場合、V0>V1の条件で充電し、初期充電が完了した状態では、V1に対しV0は高く設定されている。初期充電が完了した時点では、
V0=R0x/(R0x+R0y)*(Vrms*1.141)
V1=R1x/(R1x+R1y)*(Vrms*1.141) となる。
図15(b)に、時間Tと電圧V1、V0との関係を示す。
T=0で電力系統の瞬低が発生し、補償を開始する。補償が進むに連れ、電圧V0の電圧は低下していくが、昇降圧チョッパ15を用いて容量コンデンサC0のエネルギを第1のコンデンサC1に移行するため、電圧V0が低下しても第1のコンデンサC1は常に一定の電圧V1とすることができる。この場合、チョッパ15の構成は昇降圧型であるため、V0<V1となっても、電圧V1を一定値にすることができ、最終的に容量コンデンサC0の電圧V0がゼロになるまで補償継続が可能である。
【0034】
なお、上記各実施の形態では、コンデンサC0〜C3は、電力系統の線間電圧を用いて充電するようにしたが、充電用のトランスを備えて充電しても良い。
また、電圧補償ユニットの個数が多くなると、容量コンデンサとチョッパ回路とを最大出力ユニットに限らず、2個あるいはそれ以上の電圧補償ユニットに設けても良い。
【0035】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る電圧変動補償装置は、電力系統における電圧低下の監視、およびそれに基づく給電制御を行う制御部と、該電力系統に直列に接続され、それぞれ異なる電圧が蓄積されたエネルギ蓄積手段に蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する複数(N個)の電圧補償回路とを備えて、上記電力系統の電圧低下時に、出力電圧が逆極性のものを含むことを可能にして上記複数の電圧補償回路の中から所定の組み合わせを選択し、該出力電圧極性を含む組み合わせ(以下、出力パターンと称す)による各出力電圧の総和で上記電力系統の電圧低下を補償して負荷に発生する電圧変動を抑える。そして、上記複数の電圧補償回路のうちK個(K<N)の電圧補償回路内のエネルギ蓄積手段の前段に、該エネルギ蓄積手段に比して容量の大きな第2のエネルギ蓄積手段とチョッパ回路とを設け、該第2のエネルギ蓄積手段から該チョッパ回路を介して上記エネルギ蓄積手段にエネルギを供給するものであるため、装置を大型化することなく、高精度で継続補償時間の長い電圧補償が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による電圧変動補償装置の構成図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による単相インバータの構成図である。
【図3】 この発明の実施の形態1による単相インバータの電圧発生パターンである。
【図4】 この発明の実施の形態1による単相インバータの電圧発生パターンの別例である。
【図5】 この発明の実施の形態2による各電圧補償ユニットの出力パターンとエネルギ量を示す図である。
【図6】 この発明の実施の形態2の別例による各電圧補償ユニットの出力パターンとエネルギ量とを示す図である。
【図7】 この発明の実施の形態2の別例による各電圧補償ユニットの出力パターンとエネルギ量との別例を示す図である。
【図8】 この発明の実施の形態3によるチョッパ回路の出力電圧の設定および電圧変動の補償動作を示すフローチャートである。
【図9】 この発明の実施の形態3の別例によるチョッパ回路の出力電圧の設定および電圧変動の補償動作を示すフローチャートである。
【図10】 この発明の実施の形態3の別例によるチョッパ回路の出力電圧の設定および電圧変動の補償動作を示すフローチャートである。
【図11】 この発明の実施の形態4による各出力パターンの補償時間の調整を示す図である。
【図12】 この発明の実施の形態5による電圧変動補償装置の構成図である。
【図13】 この発明の実施の形態5による電圧変動補償装置の詳細構成図と動作説明図である。
【図14】 この発明の実施の形態5の別例による電圧変動補償装置の詳細構成図と動作説明図である。
【図15】 この発明の実施の形態5の別例による電圧変動補償装置の詳細構成図と動作説明図である。
【図16】 この発明の実施の形態5の別例による電圧変動補償装置の詳細構成図と動作説明図である。
【符号の説明】
1〜3 電圧補償回路としての第1〜第3の電圧補償ユニット、
4 電力系統、6 制御回路、10 第1の単相インバータ、
11 チョッパ回路としてのDC/DCコンバータ、12 降圧チョッパ、
13 昇圧チョッパ、14,15 昇降圧チョッパ、
20 第2の単相インバータ、30 第3の単相インバータ、
C0 第2のエネルギ蓄積手段としての容量コンデンサ、
C1〜C3 エネルギ蓄積手段としての第1〜第3のコンデンサ。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a voltage fluctuation compensator that detects and compensates for voltage fluctuation when the voltage of a power system supplied to a load fluctuates instantaneously.
[0002]
[Prior art]
The voltage of the electric power system is instantaneously reduced by lightning, etc., and precision equipment such as factories malfunctions or is temporarily stopped, which can cause great damage on the production line. In order to prevent such damage, a voltage fluctuation compensator that monitors voltage fluctuation such as instantaneous voltage drop of the power system and compensates for the voltage drop is used.
A conventional voltage fluctuation compensator is configured by a plurality of voltage compensation circuits that are connected in series to a power system and output a compensation voltage with either positive or negative polarity. Each voltage compensation circuit is provided with a full bridge inverter composed of four semiconductor switching elements with diodes connected in antiparallel, and a charging capacitor, which converts the DC voltage of the charging capacitor into AC and outputs it. In addition, a high-speed mechanical steady short-circuit switch is provided in parallel at the output terminal of each voltage compensation circuit. The charging capacitors in each voltage compensation circuit are charged with different voltages by the charging diode and the charging transformer, and the voltage ratio is set to a power ratio of about 2.
Constantly, current flows through a steady short circuit switch. When the voltage of the power system is lowered, a desired combination is selected from a plurality of voltage compensation circuits according to the error voltage, and the voltage drop of the power system is compensated by the sum of the output voltages (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-359929 A (page 1, page 6, page 8, FIG. 1, FIG. 6)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional voltage fluctuation compensator is configured as described above, and compensates for an instantaneous voltage drop in the power system with high accuracy in order to output the compensation voltage by gradation control. When the maximum voltage specification to be output cannot be satisfied, the compensation limit is reached, thereby determining the time during which voltage fluctuation compensation can be continued. In order to ensure the compensation time, it is necessary to proportionally increase the capacity of the charging capacitor in each voltage compensation circuit, that is, to provide a large capacity capacitor at a plurality of locations. In general, in the voltage fluctuation compensating device, the size of the capacitor for storing energy largely determines the size of the device, and thus there is a problem that the device becomes large.
Further, since the energy of the capacitor is proportional to the square of the voltage, the higher the voltage stored in the initial stage, the more energy can be stored. Therefore, in order to reduce the size of the device, the charging voltage to the charging capacitor in each voltage compensation circuit is set high in advance, so that the compensation time can be extended without increasing the capacity of each charging capacitor. However, there is a problem that the gradation width of the compensation voltage increases as the voltage is increased, so that fine gradation control cannot be performed and the compensation accuracy is lowered.
[0005]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and a plurality of voltage compensation circuits are connected in series to an electric power system and stored in energy storage means in each voltage compensation circuit. An object of the present invention is to enable voltage compensation for a long period of time with high accuracy without increasing the size of the voltage fluctuation compensator that outputs the converted DC voltage to AC.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The voltage fluctuation compensator according to the present invention includes a control unit that monitors voltage drop in a power system and performs power feeding control based on the voltage drop, and is connected in series to the power system, and stores in different energy storage means that store different voltages. A plurality of (N) voltage compensation circuits that convert the converted DC voltage into AC and output the output voltage, and when the voltage of the power system drops, the output voltage can include those of opposite polarity. A predetermined combination is selected from the voltage compensation circuit, and the voltage drop of the power system is compensated for by the sum of each output voltage by the combination including the output voltage polarity (hereinafter referred to as an output pattern) and generated in the load. Reduce voltage fluctuations. A second energy storage means and a chopper circuit having a capacity larger than that of the energy storage means are arranged in front of the energy storage means in K voltage compensation circuits (K <N) among the plurality of voltage compensation circuits. And supplying energy from the second energy storage means to the energy storage means via the chopper circuit.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below. 1 is a block diagram of a voltage fluctuation compensating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in FIG. 1, a first to third voltage compensation units 1 to 3 as a plurality of voltage compensation circuits are connected in series to the power system 4, and their output terminals are connected in parallel to a high-speed mechanical type. A steady short-circuit switch 5 is connected. The first to third voltage compensation units 1 to 3 are connected in series to each phase power line from the power system 4, but in FIG. 1, what is connected to the U-phase power line 7u is shown. Show. 7v is a V-phase power line. In addition, a control circuit 6 that performs voltage drop monitoring and power supply control based on the voltage drop in the power system is provided, and the output voltages of the first to third voltage compensation units 1 to 3 are serially connected to the system according to a command from the control circuit 6 To compensate for the system voltage drop.
[0008]
The first to third voltage compensation units 1 to 3 include first to third single-phase inverters 10, 20, and 30 and charging capacitors (first capacitor C 1, second capacitor as first energy storage means). And the AC side of the single-phase inverters 10, 20, and 30 are connected in series to the power system, and the single-phase inverters 10, 20, and 30 are DC voltages of the charging capacitors C1 to C3. Is converted into alternating current and output. Further, the ratio of the voltages (V1, V2, V3) charged in the first to third capacitors C1 to C3 in each voltage compensation unit 1 to 3 is set to a power ratio of about 2: 4: 2: 1
A first capacitor C1 in the first voltage compensation unit 1 is preceded by a large-capacitance capacitor C0 (hereinafter referred to as a capacitance capacitor C0) as a second energy storage unit, and a first capacitor C1. And a DC / DC converter 11 as a chopper circuit that connects the capacitor C0.
Further, the first to third capacitors C1 to C3 and the capacitive capacitor C0 are connected to the other phase via the first to third single-phase inverters 10, 20, and 30 from the phase (U-phase) power line 7u. In this case, charging is performed using the line voltage of the power system by the charging circuit connected to the V-phase power line 7v. The charging circuit in each voltage compensation unit 1 to 3 includes charging resistors R11 to R13, R21, R22, R31, R32, diodes D1, D2, D3, and Zener diodes D11, D12, D13. The Zener diodes D11, D12, and D13 can be charged efficiently, but can be charged without them.
[0009]
The configuration of the first to third single-phase inverters 10, 20, and 30 is shown in FIG. As shown in the figure, it is composed of a full-bridge inverter composed of four IGBTs 8 with diodes connected in antiparallel. The full bridge inverter may be composed of a self-extinguishing semiconductor switching element other than the IGBT. Further, the configuration is not limited to a full bridge, and may be a configuration of an inverter that generates a voltage, such as a half bridge.
[0010]
Next, the operation will be described.
Normally, the steady short-circuit switch 5 is in an ON state, and the current bypasses the voltage fluctuation compensation device and flows through the steady short-circuit switch 5, so that the device loss is reduced. Further, when the voltage of the power system is instantaneously decreased (at the time of a sag), the steady short-circuit switch 5 is turned off and a sag compensation operation is started. That is, the compensation voltage is output in each of the voltage compensation units 1 to 3 selected according to the error voltage. These outputs are combined in the system to generate a voltage output of 8 gradations from “000” to “111”, and the maximum compensation voltage is 7 × V3.
The ratio of the voltages (V1, V2, V3) charged in the first to third capacitors C1 to C3 in each voltage compensation unit 1 to 3 is approximately a power of 2, but is not limited to this. Absent. Further, the compensation voltage output from each voltage compensation unit 1 to 3 may include one having a polarity opposite to that of the system voltage. A pattern as shown in FIG. 3 can be considered as the relationship between the voltages V1, V2, and V3 and the gradation level of the output voltage. For example, the pattern G has the largest number of gradations, and the three voltage compensation units 1 to 3 can obtain 13 gradations. Therefore, it is possible to finely control the gradation of the output voltage, and to eliminate the output filter. Can do.
[0011]
Further, the voltage V0 of the capacitor C0 is charged sufficiently high in the initial stage, and the voltage V1 of the first capacitor C1 becomes a predetermined value by the DC / DC converter 11 having the voltage V0 of the capacitor C0 as an input. Control as follows. Note that the same effect can be obtained even if the capacitor C0 and the first to third capacitors C1 to C3 are not capacitors but energy storage means such as a battery.
As described above, the first to third capacitors C1 to C3 and the capacitive capacitor C0 are connected to the phase (U-phase) power line 7u through the first to third single-phase inverters 10, 20, and 30, respectively. Charging is performed using the line voltage of the power system by the charging circuit connected to the power line 7v of the other phase, in this case V-phase. This charging operation is performed at the time of starting up the apparatus and at a steady time when the power system does not cause an instantaneous drop.
[0012]
The first capacitor C1 in the first voltage compensation unit 1 is supplied with energy from the large-capacity capacitor C0 via the DC / DC converter 11, but the second and third voltage compensation units 2, The energy of the second and third capacitors C2 and C3 in FIG.
FIG. 4 shows another example of the relationship between the gradation level of the output voltage when the relationship between the voltages V1, V2, and V3 is 4: 2: 1, 5: 2: 1, and 6: 2: 1. . For example, as shown in FIG. 4A, when the same 1 is output as the output gradation level, there are three patterns. In the first case, only V3 is output from the third voltage compensation unit 3 with the minimum output, and in this case, energy is only released from the third capacitor C3. However, in the second case, V2 is output from the second voltage compensation unit 2 as positive and V3 is output as negative from the third voltage compensation unit 3, so that energy is released from the second capacitor C2, and the third Energy is supplied to the capacitor C3. In the third case, energy is released from the first capacitor C1, and energy is supplied to the second and third capacitors C2, C3.
In this way, energy can be transferred from the first capacitor C1 to the second and third capacitors C2 and C3 by using a plurality of patterns even if the output gradation level is the same. Such a selection pattern exists even in the case of other gradation output levels as shown in FIG.
[0013]
In this embodiment, when the power system is instantaneously reduced, the output voltage can include those of reverse polarity, and a predetermined combination is selected from the voltage compensation units 1 to 3, and each voltage according to the output pattern is selected. The sum of the output voltages of the compensation units 1 to 3 compensates for the voltage drop of the power system. At the time of compensation, the DC / DC converter 11 controls the voltage V1 of the first capacitor C1 that stores the maximum voltage to be a predetermined value with the voltage V0 of the capacitor C0 as an input. The second and third capacitors C2 and C3 perform output control so that the energy transfer by the energy release and the energy supply from the first capacitor C1 is balanced as much as possible. That is, the output pattern determined by the combination of the voltage compensation units 1 to 3 selected including the output voltage polarity is determined so that the energy transfer in the second and third capacitors C2 and C3 is balanced as much as possible. Output compensation voltage.
[0014]
For this reason, not only the first capacitor C1 but also the second and third capacitors C2 and C3 can be suppressed in voltage drop, and the continuous compensation time for voltage fluctuation can be lengthened. Also, when the maximum voltage specification that should be output cannot be satisfied because the energy of the capacity capacitor C0 is almost exhausted, the compensation limit is reached and the compensation ends, so the energy held by the first to third capacitors C1 to C3 at that time is As a result, it remains unused. Therefore, it is important for the effective use of energy to keep the capacities of the first to third capacitors C1 to C3 as small as possible. Thus, it is sufficient to provide one capacitance capacitor C0, which is a large-capacity capacitor, and it is possible to secure compensation time without increasing the size of the device. Further, as long as the voltage V1 of the first capacitor C1 is maintained at a predetermined value or more, it is possible to continuously compensate for voltage fluctuations. Therefore, the charging voltage of the capacitors C1 to C3 is increased more than necessary to widen the gradation width. Therefore, the gradation control of the output voltage can be performed finely and with high accuracy.
[0015]
Embodiment 2. FIG.
Next, in the voltage fluctuation compensator shown in the first embodiment, the operation for determining the output pattern and outputting the compensation voltage so as to balance the energy exchange between the second and third capacitors C2 and C3 as much as possible is described in detail. To do.
Here, for the sake of simplification, the second and third voltage compensation units 2 and 3 will be referred to as “filter units”. First, the case where the relationship between the voltages V1, V2, and V3 is 4: 2: 1 will be described. FIG. 5A shows output patterns of the filter units 2 and 3 and the maximum output unit (first voltage compensation unit 1) when each output gradation level is obtained. Here, Va is a voltage having a gradation width, and in this case, is equal to V3. FIG. 5B shows the energy amounts of the filter units 2 and 3 and the maximum output unit 1 when a sine wave is output by gradation control with a maximum of five levels.
First, considering only the filter units 2 and 3, the gradation levels that can be output only by the filter units 2 and 3 are 1 to 3, and the minimum output unit (the third voltage compensation unit 3) is responsible for 1 level. And 3 levels. At the first level and the third level, there is a pattern in which the minimum output unit 3 outputs voltage with both positive and negative polarities. That is, in the 1st level and 3rd level output conditions that the minimum output unit 3 takes in among the voltages generated by the filter units 2 and 3, there are a case where energy is supplied to the third capacitor C3 and a case where energy is released. Both exist. Therefore, if the energy of the second capacitor C2 does not increase or decrease under the conditions of gradation levels 1 to 3 generated by the filter units 2 and 3, the energy of the third capacitor C3 can be adjusted freely. Become.
[0016]
Next, in order not to increase or decrease the energy of the second capacitor C2, the amount of energy released from the entire filter units 2 and 3 may be supplied from the first capacitor C1.
As shown in FIG. 5B, when a sine wave is output by gradation control up to a maximum level of 5, it can be seen that the energy transfer between the filter units 2 and 3 is almost balanced. In this state, the energy transfer of the filter units 2 and 3 can be made substantially zero and balanced by selecting the output pattern. However, as can be seen from FIG. 5 (a), at the gradation levels of 6 and 7, the filter units 2 and 3 have outputs of 2Va and 3Va, that is, only patterns that emit energy. With the voltage output at the gradation level, the energy of the filter units 2 and 3 decreases.
[0017]
Next, when the relationship between the voltages V1, V2, and V3 is 5: 2: 1, FIG. 6A shows the filter units 2 and 3 and the maximum output unit (when the output gradation levels are obtained). The output pattern of the first voltage compensation unit 1) is shown. FIG. 6B shows the energy amounts of the filter units 2 and 3 and the maximum output unit 1 when a sine wave is output by gradation control with a maximum of 6 levels.
As shown in FIG. 6 (b), when a sine wave is output by gradation control up to a maximum level of 6, it is understood that the energy transfer between the filter units 2 and 3 is almost balanced. In this state, the energy transfer of the filter units 2 and 3 can be made substantially zero and balanced by selecting the output pattern. However, as can be seen from FIG. 6A, at the gradation level of 7, since the filter units 2 and 3 have only 2Va output, that is, a pattern that emits energy, the energy of the filter units 2 and 3 decreases. Will do.
Next, when the relationship between the voltages V1, V2, and V3 is 6: 2: 1, FIG. 7A shows the filter units 2 and 3 and the maximum output unit ( The output pattern of the first voltage compensation unit 1) is shown. FIG. 7B shows the energy amounts of the filter units 2 and 3 and the maximum output unit 1 when a sine wave is output by gradation control with a maximum of 7 levels.
As shown in FIG. 7B, when the sine wave is output by gradation control up to a maximum level of 7, it can be seen that the energy transfer between the filter units 2 and 3 is almost balanced. In this state, the energy transfer of the filter units 2 and 3 can be made substantially zero and balanced by selecting the output pattern.
[0018]
The energy of the filter units 2 and 3 changes as described above when the relationship among the voltages V1, V2 and V3 is 4: 2: 1, 5: 2: 1 and 6: 2: 1. When a sine wave is output by gradation control up to a maximum level of 5, 4: 2: 1 is used, and when gradation control is required up to a maximum level of 6, it is switched to 5: 2: 1. When gradation control is required up to 7, switching to 6: 2: 1 makes it possible to balance the energy transfer of the filter units 2 and 3 to almost zero. As described above, the energy of the third capacitor C3 can be adjusted in the entire filter units 2 and 3, so that the voltage V3 of the third capacitor C3 is constant.
As described above, in order to switch the relationship between the voltages V1, V2, and V3, the voltage V1 of the first capacitor C1 may be increased from a value of 4 determined by 1: 2: 4 to a value of 5 or 6. I understand that.
As a result, the capacitance values of the second and third capacitors C2 and C3 can be made as small as possible, and the remaining energy can be reduced when the maximum voltage specification to be output cannot be satisfied. This can increase the energy utilization rate of the apparatus and lead to a reduction in the size of the apparatus.
[0019]
Note that the relationship among the voltages V1, V2, and V3 is not fixed at 5: 2: 1 or 6: 2: 1. For example, when 1 level is output as the output gradation level, when 5: 2: 1 or 6: 2: 1, energy cannot be supplied to the filter units 2 and 3 as shown in FIGS. Therefore, in such a case, the energy in the filter units 2 and 3 is immediately lost. On the other hand, when 4: 2: 1 is used, energy can be supplied to the filter units 2 and 3 even when the output gradation level is 1 or 2 as shown in FIG.
Therefore, according to the situation of each capacitor C0 to C3, according to the occurrence situation of the instantaneous drop, or according to the situation of energy transfer to the filter units 2 and 3 or the voltage situation of the capacitors C2 and C3, By changing the voltage V1 of the first capacitor C1 by the DC / DC converter 11, more effective use of energy becomes possible.
[0020]
Further, there is a limit to reducing the capacitance values of the capacitors C2 and C3 of the filter units 2 and 3. For example, as can be seen from FIGS. 5 to 7, the increase or decrease of the energy of the filter units 2 and 3 is, of course, the result of the integration of the half cycle of the sine wave, so that the voltage is kept stable during the half cycle. Only a capacitance value is required.
Further, when the instantaneous drop situation suddenly changes, the voltage of the first capacitor C1 needs to be suddenly changed and set to a predetermined voltage. Therefore, the capacitance value of the first capacitor C1 also in this respect Should be smaller. For example, once the voltage V1 of the first capacitor C1 is set to the 6th level, a situation where the instantaneous drop becomes lighter and it must be reduced to the 4th level is conceivable.
That is, it is desirable that (capacitance value of capacitor C1) <(capacitance value of capacitors C2 and C3).
[0021]
Embodiment 3 FIG.
Next, in the voltage fluctuation compensating apparatus shown in the first embodiment, an operation for compensating voltage fluctuation by changing the voltage V1 of the first capacitor C1 by the DC / DC converter 11 will be described.
FIG. 8 is a flowchart showing an output voltage setting and voltage fluctuation compensation operation of the DC / DC converter 11 which is a chopper circuit.
It is assumed that the relationship among the voltages V1, V2, and V3 is set to 4: 2: 1 at the initial time point. First, when an instantaneous drop in the power system is detected (S1), the output voltage of the DC / DC converter 11 is A target value level of a certain chopper voltage V1 is set to 4 (S2). Subsequently, it is determined whether the maximum magnitude of the compensation voltage to be output is 7 gradations (S3), and if it is not necessary, it is determined whether the maximum 6 gradations are necessary (S4). 4 is a maximum of 5 gradations or less, the gradation generation pattern of the logic table shown in FIG. 4A is V3: V2: V1 = 1: 2: 4 (S5), and V3 is the minimum output voltage. If V3 is lower than the specified value, the mode (output pattern) in which V3 is charged is selected. If V3 is higher than the specified value, the mode in which V3 is discharged is selected (S6). The power supply voltage drop is compensated for by the sum of the output voltages from (S7). Thereafter, the process returns to S3.
[0022]
In S3, if the maximum magnitude of the compensation voltage to be output is 7 gradations, the target value level of the chopper voltage V1 is set to 6 (S12), and V3: V2: V1 shown in FIG. = 1: 2: 6 The gradation generation pattern in the logic table is determined (S15). If V3 which is the minimum output voltage is lower than the specified value, the mode in which V3 is charged is selected, and V3 is the specified value. If it is higher, the mode in which V3 is discharged is selected (S16), and the instantaneous drop of the power system is compensated by the sum of the output voltages from the voltage compensation units 1 to 3 (S17). Thereafter, the process returns to S15.
In S4, if the maximum value of the compensation voltage to be output is 6 gradations, the target value level of the chopper voltage V1 is set to 5 (S22), and V3: V2: V1 shown in FIG. = 1: 2: 5 The gradation generation pattern in the logic table is determined (S25), and if the minimum output voltage V3 is lower than the specified value, the mode in which V3 is charged is selected, and V3 is the specified value. If it is higher, the mode in which V3 is discharged is selected (S26), and the instantaneous drop of the power system is compensated by the sum of the output voltages from the voltage compensation units 1 to 3 (S27). Subsequently, it is determined whether the magnitude of the compensation voltage to be output requires a maximum of 7 gradations (S28). If unnecessary, the process proceeds to S22, and if necessary, the process proceeds to S12.
[0023]
Next, FIG. 9 is a flowchart showing a second example of the setting of the output voltage of the DC / DC converter 11 which is a chopper circuit and the compensation operation for voltage fluctuation.
In this case, after steps S7, S17, and S27 of the voltage fluctuation compensation operation in the case shown in FIG. 8, it always returns to S3 to determine whether the magnitude of the compensation voltage to be output requires a maximum of 7 gradations. If unnecessary, it is determined in S4 whether a maximum of 6 gradations is necessary.
In this case, it is effective when the instantaneous drop situation changes greatly, and the necessary output pattern can be set appropriately even if the output voltage changes for the instantaneous drop level that changes from moment to moment. The chopper voltage V1 is set repeatedly. Thus, for example, when 7 level output is required and 2 level output is required thereafter, V3: V2: V1 is once changed to 1: 2: 6 and then returned to 1: 2: 4. Operate. In this way, it is possible to deal with various instantaneous drop situations.
In the examples shown in FIGS. 8 and 9, the relationship of V3: V2: V1 is set according to the required compensation voltage gradation, and the voltage V3 of the third capacitor C3 is monitored. Although used for control, it is not necessary to monitor the voltage V2 of the second capacitor C2, so that the circuit is simplified.
[0024]
Next, FIG. 10 is a flowchart showing a third example of the setting of the output voltage of the DC / DC converter 11 which is a chopper circuit and the compensation operation for voltage fluctuation.
It is assumed that the relationship among the voltages V1, V2, and V3 is set to 4: 2: 1 at the initial time point. First, when an instantaneous drop in the power system is detected (T1), the output voltage of the DC / DC converter 11 is A target value level of a certain chopper voltage V1 is set to 4 (T2). Subsequently, it is determined whether or not the difference between the voltage V2 of the second capacitor C2 and the specified value is within a certain range (T3). When the difference is outside the certain range, it is determined whether or not the voltage V2 is higher than the specified value (T4). ). When V2 is higher than the specified value, switching is performed to increase the target value level of the chopper voltage V1 (T5a), and when V2 is equal to or lower than the specified value, switching is performed to decrease the target value level of the chopper voltage V1 (T5b). ) Control the chopper. Thereafter, the tone generation pattern (V3: V2: V1) is switched to one of 1: 2: 4, 1: 2: 5, or 1: 2: 6 according to the target value level of the chopper voltage V1 (T6). ) If the voltage V2 of the second capacitor C2 is lower than the specified value, the mode (output pattern) in which V2 is charged is selected. If V2 is higher than the specified value, the mode in which V2 is discharged is selected (T7). ). If the minimum output voltage V3 is lower than the specified value, the mode in which V3 is charged is selected. If V3 is higher than the specified value, the mode in which V3 is discharged is selected (T8). The instantaneous drop of the power system is compensated by the sum of the output voltages from the units 1 to 3 (T9). Thereafter, the process returns to T3.
When the difference between the voltage V2 and the specified value is within a certain range at T3, the gradation generation pattern (V3: V2: V1) is set at T6 without changing the target value level of the chopper voltage.
[0025]
In the example shown in FIG. 10, the voltages V2 and V3 of the second and third capacitors C2 and C3 are monitored and the voltage V1 is controlled by the DC / DC converter 11 which is a chopper circuit. Each can be kept constant, and compensation with high accuracy is possible for a long time.
Note that the gradation generation pattern switching timing may be immediately after the target value of the chopper voltage V1 is changed, or may be when the actual voltage of V1 reaches the target value.
[0026]
In addition, regarding the setting of the target value of the chopper voltage V1, in all of the above explanations, the gradation level is changed one by one between 4 and 6, but by increasing or decreasing the voltage value below one gradation. Even if there is, there is no problem as long as the logical table for determining the output pattern is rewritten. Of course, the gradation width is not always constant, but voltage compensation by highly accurate gradation control as a whole can be performed.
Furthermore, in the example shown in FIG. 10, the voltages V2 and V3 of the second and third capacitors C2 and C3 are monitored. These voltage values can also be obtained by calculation, for example, the system current and the output mode. Thus, the changes in the voltages V2 and V3 can be calculated, and thereby the setting of the chopper voltage can be determined.
[0027]
Embodiment 4 FIG.
As described above, the chopper voltage V1 is controlled so that the energy transfer between the second and third capacitors C2 and C3 is balanced as much as possible, the output pattern is determined, and the compensation voltage is output. (Pulse width) can be adjusted to correct energy transfer and to approach zero.
For example, if the voltage V2 is lower than a specified value, the pulse width of the voltage generation compensation time is slightly changed so that the charging is increased and the discharging is reduced in the time for generating the voltage V2. At this time, since the effective value of the output voltage is lowered, the time for generating the voltage V1 may be slightly extended.
FIG. 11 shows adjustment of compensation time (pulse width) by each output pattern when a sine wave is output by gradation control with a maximum level of 7 levels. It can be seen that, with the generated voltage in which the pulse width is corrected with respect to the normal generated voltage, the pulse width at the gradation level of 3 to 5 is widened, and the pulse width at the 7th level is narrowed. If the tone generation pattern (V3: V2: V1) is 1: 2: 6, the generated voltage with the corrected pulse width increases the amount of charge with respect to the normal generated voltage and decreases the amount of discharge. Become. Therefore, the energy transfer of the filter units 2 and 3 can be changed by correcting the pulse width. That is, when the energy amount of the filter units 2 and 3 is small, the energy amount is recovered by widening the pulse width of the output pattern for charging and narrowing the pulse width of the output pattern for discharging. The energy exchange between the units 2 and 3 can be made almost zero.
[0028]
Embodiment 5 FIG.
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment shown in FIG. 1, the capacitor C0 and the DC / DC converter 11 as a chopper circuit are provided in the first stage of the first capacitor C1 in the first voltage compensation unit 1. In the embodiment, as shown in FIG. 12, a step-down chopper 12, a step-up chopper 13 or a step-up / step-down chopper 14 is provided between a capacitance capacitor C0 having a voltage V0 and a first capacitor C1 having a voltage V1. Other configurations are the same as those in the first embodiment.
First, the case where the step-down chopper 12 shown to 12 (a) is used is demonstrated using FIG. FIG. 13A is a diagram showing the configuration of the voltage fluctuation compensation device. For convenience, the third voltage compensation unit 3, the steady short circuit switch 5, and the control circuit 6 are not shown. As shown in the figure, a step-down chopper 12 including a chopper switch 12a, a diode 12b, and a reactor 12c is provided between a capacitive capacitor C0 and a first capacitor C1. R0x and R0y are charging resistors for charging the capacitor C0, R1x and R1y are charging resistors for charging the first capacitor C1, and R2x and R2y are charging resistors for charging the second capacitor C2. It is.
[0029]
Next, the operation will be described.
When the U-phase potential is higher than the V-phase potential, the U-phase captured from the U-phase power line 7u via the output terminal of the first single-phase inverter 10 in the first voltage compensation unit 1 which is the maximum output unit. The voltage passes through the diode of the upper arm (right side in the figure) of the first single-phase inverter 10 and passes through the C1 + terminal, charges the first capacitor C1, passes through the charging resistor R1y, passes through the diode D1, and passes through the V phase. Return to power line. Further, the capacitor C0 is charged from the C1 + terminal to the C0 + terminal, further passes through the charging resistor R0y, passes through the diode D1, and returns to the V-phase power line. When the U-phase potential is lower than the V-phase potential, D1 is turned off, so that the charges charged in the capacitor C0 and the first capacitor C1 are maintained as they are. The magnitude of the voltage V0 of the capacitor C0 and the voltage V1 of the first capacitor C1 is finally determined by the respective voltage divisions by the charging resistors R0x, R0y, R1x, R1y, and by selecting these values It can be set to a predetermined value.
[0030]
As an operation of the voltage sag compensation, the steady short-circuit switch 5 is turned on in a steady state, and at that time, the outputs of the single-phase inverters 10 and 20 are zero, that is, the upper arm side can be turned on. At this time, the lower arm side may be turned on. In this case, the same operation can be obtained by inverting the polarities of the diodes D1 to D3). Therefore, in the steady state, the point where the inverter output potentials of the first single-phase inverter 10 and the second single-phase inverter 20 are connected is the same as the U potential. Therefore, also in the second voltage compensation unit 2, the second capacitor C2 is charged by the charging resistors R2x and R2y and the diode D2, and the voltage V2 can be set to a predetermined value by selecting the resistance value. It is. Note that the third capacitor C3 can be charged similarly for the third voltage compensation unit 3 (not shown).
For example, consider a case in which V1, V2, and V3 are first charged in a 4: 2: 1 relationship and charged under the condition of V0> V1. In the state where the initial charging is completed, V0 is set higher than V1. R0x, R0y, R1x, R1y represent the respective resistance values, and when (Vrms * 1.141) is the effective value of the line voltage, when the initial charge is completed,
V0 = R0x / (R0x + R0y) * (Vrms * 1.141)
V1 = R1x / (R1x + R1y) * (Vrms * 1.141)
FIG. 13B shows the relationship between the time T and the voltages V1 and V0. At T = 0, an instantaneous drop occurs in the power system, and compensation is started. At this time, for the sake of simplification, it is assumed that the voltage drop condition does not require changing the target value of the voltage V1. The voltage of the capacitor C0 is transferred to the first capacitor C1 using the step-down chopper 12 so that the voltage V1 of the first capacitor C1 does not decrease while compensating for the voltage sag from T = 0. As a result, the voltage V0 of the capacitive capacitor C0 gradually decreases, eventually V0 = V1, and almost reaches the limit of compensation.
[0031]
Next, the case of using the boost chopper 13 shown in 12 (b) will be described with reference to FIG. FIG. 14A is a diagram showing the configuration of the voltage fluctuation compensating apparatus. For convenience, only the first voltage compensation unit 1 is shown here.
As shown in the figure, a step-up chopper 13 including a chopper switch 13a, a diode 13b, and a reactor 13c is provided between a capacitive capacitor C0 and a first capacitor C1. R0x and R0y are charging resistors, and R1x and R1y do not exist.
Next, the operation will be described.
When the U-phase potential is higher than the V-phase potential, in the first voltage compensation unit 1, the U-phase voltage captured from the U-phase power line 7 u via the output terminal of the first single-phase inverter 10 is the first voltage compensation unit 1. The first capacitor C1 and the capacitor C0 are charged through the diode of the upper arm (right side in the figure) of the single-phase inverter 10 and then returned to the V-phase power line through the diode D0 and the charging resistor R0y. At this time, the voltage V0 of the capacitor C0 and the voltage V1 of the first capacitor C1 are set to be equal. When initial charging is complete,
V0 = R0x / (R0x + R0y) * (Vrms * 1.141) = V1.
FIG. 14B shows the relationship between the time T and the voltages V1 and V0. At T = 0, an instantaneous drop in the power system occurs and the voltage V0 decreases as the instantaneous drop compensation proceeds. However, the energy of the capacitive capacitor C0 is transferred to the first capacitor C1 using the boost chopper 13. Therefore, even if the voltage V0 decreases, the first capacitor C1 can always be set to the constant voltage V1. In this case, compensation can be continued until the voltage V0 of the capacitor C0 becomes zero.
[0032]
Next, a case where the step-up / step-down chopper 14 shown in FIG. 12C is used will be described with reference to FIG. FIG. 15A is a diagram showing a configuration of the voltage fluctuation compensating device. For convenience, only the first voltage compensation unit 1 is shown here.
As shown in the figure, a step-up / step-down chopper 14 including a chopper switch 14a, a diode 14b, and a reactor 14c is provided between a capacitive capacitor C0 and a first capacitor C1. R0x and R0y are charging resistors, and R1x and R1y do not exist.
Next, the operation will be described.
In the steady state, all the arms of the first single-phase inverter 10 are turned on. As a result, the first capacitor C1 is not charged, and the voltage V0 determined by the divided voltage of the Rox and Roy resistors is charged only to the capacitor C0.
V0 = R0x / (R0x + R0y) * (Vrms * 1.141)
FIG. 15B shows the relationship between the time T and the voltages V1 and V0.
At T = 0, an instantaneous power supply voltage drop occurs, and at that time, the voltage V1 is zero. Therefore, each arm of the first single-phase inverter 10 is fully turned off, and the voltage V1 of the first capacitor C1 is immediately The step-up / step-down chopper 14 is controlled so as to obtain a predetermined value. Then, instantaneous drop compensation is started. As the compensation proceeds, the voltage V0 decreases. However, since the energy of the capacitive capacitor C0 is transferred to the first capacitor C1 using the step-up / step-down chopper 14, even if the voltage V0 decreases, the first capacitor C1. Can always be a constant voltage V1. In this case, since the configuration of the chopper 14 is a step-up / step-down type, the voltage V1 can be kept constant even when V0 <V1, and compensation is continued until the voltage V0 of the capacitor C0 finally becomes zero. Is possible.
[0033]
Next, another example in which the step-up / step-down chopper shown in 12 (c) is used will be described with reference to FIG. FIG. 16A is a diagram showing the configuration of the voltage fluctuation compensation device. For convenience, only the first voltage compensation unit 1 is shown here.
As shown in the figure, a step-up / step-down chopper 15 including a chopper switch 15a, a diode 15b, and a reactor 15c is provided between a capacitive capacitor C0 and a first capacitor C1. R0x and R0y are charging resistors for charging the capacitor C0, and R1x and R1y are charging resistors for charging the first capacitor C1. The diode D1 has a positive electrode connected to the charging resistor R1y and a negative electrode connected to the first capacitor C1.
Next, the operation will be described.
In the steady state, the upper arm of the first single-phase inverter 10 is turned on. Thereby, when the potential of the U phase is higher than the potential of the V phase, the capacitor C0 can be charged, and when the potential of the U phase is lower than the potential of the V phase, the first capacitor C1 can be charged. In this case, when charging is performed under the condition of V0> V1 and initial charging is completed, V0 is set higher than V1. When initial charging is complete,
V0 = R0x / (R0x + R0y) * (Vrms * 1.141)
V1 = R1x / (R1x + R1y) * (Vrms * 1.141)
FIG. 15B shows the relationship between the time T and the voltages V1 and V0.
At T = 0, an instantaneous drop in the power system occurs and compensation is started. As the compensation proceeds, the voltage V0 decreases, but the energy of the capacitive capacitor C0 is transferred to the first capacitor C1 using the step-up / step-down chopper 15, so even if the voltage V0 decreases, the first voltage V0 decreases. The capacitor C1 can always be a constant voltage V1. In this case, since the configuration of the chopper 15 is a step-up / step-down type, even if V0 <V1, the voltage V1 can be kept constant, and compensation is continued until the voltage V0 of the capacitive capacitor C0 finally becomes zero. Is possible.
[0034]
In each of the above embodiments, the capacitors C0 to C3 are charged using the line voltage of the power system, but may be charged with a charging transformer.
Further, when the number of voltage compensation units increases, the capacitor and the chopper circuit may be provided not only in the maximum output unit but also in two or more voltage compensation units.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, the voltage fluctuation compensator according to the present invention includes a control unit that performs voltage drop monitoring and power feeding control based on the voltage drop in the power system, and energy that is connected in series to the power system and stores different voltages. A plurality of (N) voltage compensation circuits that convert the DC voltage stored in the storage means into AC and output it, and when the voltage of the power system drops, the output voltage can include those of opposite polarity A predetermined combination is selected from the plurality of voltage compensation circuits, and the voltage drop of the power system is compensated by the sum of the output voltages by the combination including the output voltage polarity (hereinafter referred to as an output pattern). Suppresses voltage fluctuations that occur in the load. A second energy storage means and a chopper circuit having a capacity larger than that of the energy storage means are arranged in front of the energy storage means in K voltage compensation circuits (K <N) among the plurality of voltage compensation circuits. Since the energy is supplied from the second energy storage means to the energy storage means via the chopper circuit, voltage compensation with high accuracy and a long continuous compensation time can be achieved without increasing the size of the apparatus. Can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a voltage fluctuation compensating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a single-phase inverter according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a voltage generation pattern of the single-phase inverter according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is another example of the voltage generation pattern of the single-phase inverter according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an output pattern and an energy amount of each voltage compensation unit according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an output pattern and an energy amount of each voltage compensation unit according to another example of the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing another example of the output pattern and energy amount of each voltage compensation unit according to another example of the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart showing an output voltage setting and voltage fluctuation compensation operation of a chopper circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart showing an output voltage setting and voltage fluctuation compensating operation of a chopper circuit according to another example of the third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a flowchart showing an output voltage setting and voltage fluctuation compensating operation of a chopper circuit according to another example of the third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing adjustment of compensation time of each output pattern according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 12 is a configuration diagram of a voltage fluctuation compensating apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 13 is a detailed configuration diagram and an operation explanatory diagram of a voltage fluctuation compensator according to Embodiment 5 of the present invention;
FIG. 14 is a detailed configuration diagram and an operation explanatory diagram of a voltage fluctuation compensator according to another example of the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 15 is a detailed configuration diagram and an operation explanatory diagram of a voltage fluctuation compensator according to another example of the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 16 is a detailed configuration diagram and an operation explanatory diagram of a voltage fluctuation compensator according to another example of the fifth embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
1-3 First to third voltage compensation units as voltage compensation circuits,
4 power system, 6 control circuit, 10 first single-phase inverter,
11 DC / DC converter as chopper circuit, 12 step-down chopper,
13 Boost chopper, 14, 15 Buck-boost chopper,
20 second single-phase inverter, 30 third single-phase inverter,
C0 capacitive capacitor as second energy storage means,
C1 to C3 First to third capacitors as energy storage means.

Claims (5)

電力系統における電圧低下の監視、およびそれに基づく給電制御を行う制御部と、該電力系統に直列に接続され、それぞれ異なる電圧が蓄積されたエネルギ蓄積手段に蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する複数(N個)の電圧補償回路とを備えて、上記電力系統の電圧低下時に、出力電圧が逆極性のものを含むことを可能にして上記複数の電圧補償回路の中から所定の組み合わせを選択し、該出力電圧極性を含む組み合わせ(以下、出力パターンと称す)による各出力電圧の総和で上記電力系統の電圧低下を補償して負荷に発生する電圧変動を抑える電圧変動補償装置において、上記複数の電圧補償回路のうちK個(K<N)の電圧補償回路内のエネルギ蓄積手段の前段に、該エネルギ蓄積手段に比して容量の大きな第2のエネルギ蓄積手段とチョッパ回路とを設け、該第2のエネルギ蓄積手段から該チョッパ回路を介して上記エネルギ蓄積手段にエネルギを供給することを特徴とする電圧変動補償装置。A controller that performs voltage drop monitoring and power supply control based on the voltage drop in the power system, and a DC voltage stored in the energy storage means connected in series to the power system and storing different voltages is converted into an AC. A plurality of (N) voltage compensation circuits for outputting, and when the voltage of the power system drops, it is possible to include output voltages having a reverse polarity, so that a predetermined combination of the plurality of voltage compensation circuits is provided. In the voltage fluctuation compensation device that suppresses the voltage fluctuation generated in the load by compensating for the voltage drop of the power system with the sum of each output voltage by the combination including the output voltage polarity (hereinafter referred to as an output pattern), Among the plurality of voltage compensation circuits, K energy (K <N) in the voltage compensation circuit, the second energy having a capacity larger than that of the energy storage means is provided in the preceding stage. It provided a product means the chopper circuit, the energy storage means of the second through the chopper circuit voltage fluctuation compensating apparatus characterized by supplying energy to said energy storage means. 上記第2のエネルギ蓄積手段およびチョッパ回路は、それぞれ異なる電圧が蓄積された上記複数のエネルギ蓄積手段の内、最大電圧を蓄積するエネルギ蓄積手段(以下、最大エネルギ蓄積手段と称す)の前段にのみ設けられたことを特徴とする請求項1記載の電圧変動補償装置。The second energy storage means and the chopper circuit are provided only before the energy storage means for storing the maximum voltage (hereinafter referred to as the maximum energy storage means) among the plurality of energy storage means in which different voltages are stored. The voltage fluctuation compensation apparatus according to claim 1, wherein the voltage fluctuation compensation apparatus is provided. 上記電力系統の電圧低下の補償時に、上記最大エネルギ蓄積手段を有する電圧補償回路(以下、最大出力補償回路と称す)以外の上記電圧補償回路におけるエネルギの授受がバランスするように上記出力パターンを決定することを特徴とする請求項2記載の電圧変動補償装置。The output pattern is determined so that energy transfer in the voltage compensation circuit other than the voltage compensation circuit having the maximum energy storage means (hereinafter referred to as the maximum output compensation circuit) is balanced when the voltage drop of the power system is compensated. The voltage fluctuation compensating apparatus according to claim 2, wherein: 上記チョッパ回路を制御して上記最大出力補償回路の出力電圧となる上記最大エネルギ蓄積手段の電圧を制御可能とし、上記電力系統の電圧低下時に、必要補償電圧に応じて、上記最大エネルギ蓄積手段の電圧を制御することを特徴とする請求項3記載の電圧変動補償装置。By controlling the chopper circuit, the voltage of the maximum energy storage means that becomes the output voltage of the maximum output compensation circuit can be controlled, and when the voltage of the power system drops, the maximum energy storage means 4. The voltage fluctuation compensator according to claim 3, wherein the voltage is controlled. 決定された上記出力パターンにより上記電力系統の電圧低下を補償する際、上記最大出力補償回路以外の上記電圧補償回路におけるエネルギの授受をよりバランスさせるように上記出力パターンによる補償時間を調整することを特徴とする請求項3または4記載の電圧変動補償装置。When compensating the voltage drop of the power system by the determined output pattern, adjusting the compensation time by the output pattern so as to balance the transfer of energy in the voltage compensation circuit other than the maximum output compensation circuit. The voltage fluctuation compensating apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that:
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