(57)【要約】    【課題】  電力系統とその負荷系統との間に設置される瞬時電圧降下対策装置を構成するリアクトルによる力率低下と負荷系統の電圧低下とを補整する。    【解決手段】  瞬時電圧降下対策装置２０をスイッチ２１，リアクトル２２，整合変圧器２３，直列インバータ２４などから構成し、電力系統１が健全時には整合変圧器２３と直列インバータ２４とで、整合変圧器２３の二次巻線の両端電圧（Ｖｉｎｖ）としてリアクトル２２の両端電圧（Ｖｒ）とは逆位相の交流電圧を発生させることにより、この両端電圧（Ｖｒ）を相殺することで、負荷機器２が純抵抗負荷のときには電力系統１から見た力率をほぼ１にする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチとリアクトルと整合変圧器と直列インバータとを備え、
商用電源などの電力系統とその負荷系統との間に、前記スイッチとリアクトルと整合変圧器の二次巻線とをそれぞれ直列接続してなる回路の両端を接続し、
前記整合変圧器の一次巻線間に前記直列インバータの交流出力端を接続し、
前記電力系統が健全時には、前記直列インバータから前記整合変圧器の二次巻線間に前記リアクトルの両端電圧とは逆位相の交流電圧を発生させることを特徴とする瞬時電圧降下対策装置。
【請求項２】
請求項１に記載の瞬時電圧降下対策装置において、
前記直列インバータの直流電源側に並列インバータを付加し、
前記並列インバータの交流出力側は、直接または昇圧変圧器を介して前記負荷系統側に接続したことを特徴とする瞬時電圧降下対策装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、商用電源などの電力系統とその負荷系統との間に設置される瞬時電圧降下対策装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワーエレクトロニクス機器，コンピュータ機器，電子機器など、その電源としての電力系統の電圧変動の影響を受け易い負荷機器が増大していることから、前記電力系統が特に高圧系統の場合、その負荷系統には自家発電設備などのバックアップ電源を設置し、さらに、前記電力系統と負荷系統との間に、この電力系統の停電や電圧低下時に該電力系統から負荷系統を切り離す瞬時電圧降下対策装置が設けられている。
【０００３】
図５は、この種の瞬時電圧低下対策装置の従来例を示す回路構成図であり、下記非特許文献１に記載されている回路と同様構成のものである。
【０００４】
すなわち図５において、１は商用電源などの電力系統、１０は電力系統１と負荷機器２，自家発電設備３などからなる負荷系統との間に挿設された瞬時電圧降下対策装置であり、この瞬時電圧降下対策装置１０には電力系統１側の遮断器１１と、リアクトル１２と、サイリスタスイッチ（以下、サイリスタＳＷとも称する）１３と、前記負荷系統側の遮断器１４と、補助変圧器１５と、補助変圧器１５で検知した電力系統１の電圧値に基づいてサイリスタＳＷ１３の動作を制御するサイリスタＳＷ制御回路１６とを備えている。
【特許文献１】特開２０００−２８７４５８号公報（第５頁，図１など）。
【非特許文献１】菅原他，「サイリスタスイッチによる瞬時停電対策装置」，産業電力電気応用研究会資料，ＩＥＡ−０１−６，２００１年３月１６日，社団法人電気学会。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５に示した従来の瞬時電圧低下対策装置の動作とその問題点とを、図６に示したその動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。
【０００６】
先ず、図６に示す時刻ｔ0 直前までは電力系統１の電圧Ｖｓが健全なため、閉路している遮断器１１，リアクトル１２，サイリスタＳＷ制御回路１６からのオン指令信号により導通状態にあるサイリスタＳＷ１３，閉路している遮断器１４それぞれを介して電力系統１から負荷機器２に電流Ｉｓが流れている。
【０００７】
次に時刻ｔ0 で、電力系統１が何らかの要因で停電状態に陥ると、この時から電力系統１の電圧Ｖｓが零の状態となるが、リアクトル１２に蓄えられているエネルギーによりリアクトル１２の両端電圧Ｖｒが時刻ｔ0 より図示のように変化し、この電圧Ｖｒにより数ミリ秒程度の期間は負荷機器２の両端電圧Ｖｌｏａｄをほぼ正常な状態に維持するための電流Ｉｓが流れ続ける。
【０００８】
また、上述の電圧Ｖｓが零の状態は補助変圧器１５を介したサイリスタＳＷ制御回路１６が検知し、サイリスタＳＷ１３へオフ指令信号を送出することにより、時刻ｔ1 で電流Ｉｓが零となって、サイリスタＳＷ１３が遮断状態になり、この遮断状態になったサイリスタＳＷ１３により、以後は電力系統１が負荷機器２，自家発電設備３などからなる負荷系統から切り離され、自家発電設備３より負荷機器２に電力が供給される状態となる。
【０００９】
この瞬時電圧低下対策装置１０において、サイリスタＳＷ１３は電力系統１の電圧Ｖｓの半サイクル以内の高速遮断が行えるので、遮断器１１，遮断器１４が閉路状態から、電力系統１の停電状態に陥った時点直後に発せられる遮断指令により開路状態に移行するのに時間が要しても、この時間が前記負荷系統に影響を与えることはない。
【００１０】
図５に示した瞬時電圧降下対策装置１０において、上述の動作を行うために、例えば、リアクトル１２のパーセントインピーダンス（％Ｚ）を３０％に設定し、負荷機器２を純抵抗負荷とすると、図６に示すように、電力系統１の電圧Ｖｓが定格電圧（１００％），電流Ｉｓが定格電流（１００％）のときにはリアクトル１２の両端電圧Ｖｓが３０％となり、このときの電圧Ｖｓと電流Ｉｓとの位相差が１７°（電気角）となり、従って、電力系統１から見た力率は約０．９６、負荷機器２の両端電圧Ｖｌｏａｄは９６％となり、その結果、電力系統１が健全時におけるリアクトル１２に起因した電力系統１から見た力率低下と負荷機器２の両端電圧の低下とを招くという問題点があった。
【００１１】
上記問題点を解消するために、例えば、上記特許文献１に開示されている回路例では、図５におけるリアクトル１２の代わりに直列インバータを備え、この直列インバータにより電力系統１の電圧低下を補償するようにしているが、この直列インバータは負荷機器への有効電力の一部を分担することからをその出力容量が大きくなり、さらに、広い出力電圧範囲で高速応答が要求され、その結果、この瞬時電圧降下対策装置の大型化と価格上昇とを招くという新たな問題点があった。
【００１２】
この発明の目的は上記問題点を解消した瞬時電圧降下対策装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この第１の発明の瞬時電圧降下対策装置にはスイッチとリアクトルと整合変圧器と直列インバータとを備え、商用電源などの電力系統とその負荷系統との間に、前記スイッチとリアクトルと整合変圧器の二次巻線とをそれぞれ直列接続してなる回路の両端を接続し、前記整合変圧器の一次巻線間に前記直列インバータの交流出力端を接続し、前記電力系統が健全時には、前記直列インバータから前記整合変圧器の二次巻線間に前記リアクトルの両端電圧とは逆位相の交流電圧を発生させることを特徴とする。
【００１４】
また第２の発明は前記第１の発明の瞬時電圧降下対策装置において、前記直列インバータの直流電源側に並列インバータを付加し、前記並列インバータの交流出力側は、直接または昇圧変圧器を介して前記負荷系統側に接続したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明の瞬時電圧降下対策装置によれば、前記直列インバータと整合変圧器とにより前記リアクトルに起因した電力系統から見た力率の低下と負荷系統への電圧低下が解消されるので、安定した好適な電力を負荷系統に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す瞬時電圧降下対策装置の回路構成図であり、この図において、図５に示した従来例回路構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【００１７】
すなわち図１に示した瞬時電圧降下対策装置２０には、例えばサイリスタＳＷなど高速遮断機能を有するスイッチ２１と、リアクトル１２と同一仕様で製作されるリアクトル２２と、整合変圧器２３と、直列インバータ２４と、蓄電池設備など直列インバータ２４への直流電源２５と、補助変圧器２６，２７とを備えている。
【００１８】
この瞬時電圧降下対策装置２０の動作を、図２に示すその動作波形図を参照しつつ、以下に説明する。
【００１９】
先ず、図２に示す時刻ｔ0 直前までは電力系統１の電圧Ｖｓが健全なため、閉路しているスイッチ２１，リアクトル２２，整合変圧器２３の二次巻線それぞれを介して電力系統１から負荷機器２に電流Ｉｓが流れている。
【００２０】
このとき、リアクトル２２の両端電圧Ｖｒは補助変圧器２６と補助変圧器２７とを介して直列インバータ２４が検知し、この電圧Ｖｒと逆位相でその振幅がほぼ等しい電圧を直列インバータ２４から整合変圧器２３の二次巻線間にＶｉｎｖとして発生させることにより、例えば負荷機器２が純抵抗負荷の場合に、電力系統１の電圧Ｖｓと電流Ｉｓとの位相差をほぼ０°、すなわち、電力系統１から見た力率をほぼ１にすることができ、さらに、前記電圧Ｖｓと負荷機器２の両端電圧Ｖｌｏａｄとをほぼ等しくすることができる。
【００２１】
次に時刻ｔ0 で、電力系統１が何らかの要因で停電状態に陥ると、補助変圧器２６を介して直列インバータ２４がこの状態を検知して、直列インバータ２４の変換動作を速やかに停止させてその出力電圧を零にし、また、この時から電力系統１の電圧Ｖｓも零の状態となるが、リアクトル２２に蓄えられているエネルギーによりリアクトル２２の両端電圧Ｖｒが時刻ｔ0 より図示のように変化し、この電圧Ｖｒにより数ミリ秒程度の期間は負荷機器２の両端電圧Ｖｌｏａｄをほぼ正常な状態に維持するための電流Ｉｓが流れ続ける。
【００２２】
上述の電圧Ｖｓが零の状態は図示しないスイッチ２１の操作回路もこれを検知し、スイッチ２１へ釈放信号を送出することにより、時刻ｔ2 で電流Ｉｓが零となって、スイッチ２１が遮断状態になり、この遮断状態になったスイッチ２１により、以後は電力系統１が負荷機器２，自家発電設備３などからなる負荷系統から切り離され、自家発電設備３より負荷機器２に電力が供給される状態となる。
【００２３】
なお、図１に示した直列インバータ２４は上述の動作に加えて、負荷機器２が無効電力成分を取る場合の該無効電力成分を相殺する成分を発生させる動作も可能である。
【００２４】
図３はこの発明の第２の実施の形態を示す瞬時電圧降下対策装置の回路構成図であり、この図において、図１に示した瞬時電圧降下対策装置２０と同一機能を有するものには同一符号を付している。
【００２５】
すなわち図３に示した瞬時電圧降下対策装置３０には、図１に示した瞬時電圧降下対策装置２０の構成要素それぞれの他に、並列インバータ３１が付加されている。
【００２６】
この並列インバータ３１は直列インバータ２４の変換動作の際の損失分の補給動作，直流電源２５への充電動作の他に、前記負荷系統を電力系統１から切り離したときのバックアップ電源としても利用できることから、自家発電設備３を省略することも可能である。
【００２７】
図４はこの発明の実施例として、図３に示した瞬時電圧降下対策装置３０の詳細回路構成図である。なお、この図において、図３に示した補助変圧器２６，２７はその図示を省略している。
【００２８】
この瞬時電圧降下対策装置３０においては、直列インバータ２４はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）とダイオードの逆並列回路を三相ブリッジ接続してなるインバータ主回路２４ａとこの主回路の変換動作を制御する直列ＩＮＶ（インバータ）制御回路２４ｂとから構成され、同様に、並列インバータ３１はＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路を三相ブリッジ接続してなるインバータ主回路３１ａとこの主回路の変換動作を制御する並列ＩＮＶ（インバータ）制御回路３１ｂとから構成され、さらに、並列インバータ３１が出力する交流電圧を昇圧して前記負荷系統側に接続するための昇圧変圧器３２が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す瞬時電圧降下対策装置の回路構成図
【図２】図１の動作を説明する波形図
【図３】この発明の第２の実施の形態を示す瞬時電圧降下対策装置の回路構成図
【図４】この発明の実施例を示す瞬時電圧降下対策装置の回路構成図
【図５】従来例を示す瞬時電圧降下対策装置の回路構成図
【図６】図５の動作を説明する波形図
【符号の説明】
【００３０】
１…電力系統、２…負荷機器、３…自家発電設備、１０…瞬時電圧降下対策装置、１１…遮断器、１２…リアクトル、１３…サイリスタスイッチ、１４…遮断器、１５…補助変圧器、１６…サイリスタＳＷ制御回路、２０，３０…瞬時電圧低下対策装置、２１…スイッチ、２２…リアクトル、２３…整合変圧器、２４…直列インバータ、２５…直流電源、２６，２７…補助変圧器、３１…並列インバータ、３２…昇圧変圧器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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