(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平常時（０〜Ｔ１）は、交流電源から高速スイッチを通して負荷に給電すると共に、瞬低補償用インバータは系統と連系し、電流指令ＩＲＥＦに応じて出力電流をほぼゼロに電流自動制御（ＡＣＲ）しておき、
前記交流電源の瞬低発生（Ｔ１）を検出し、これを確認した時（Ｔ２）は、前記高速スイッチを開放制御すると共に、前記インバータを前記電流自動制御（ＡＣＲ）から電圧自動制御（ＡＶＲ）に切り換え、この交流出力をＬＣ型またはＬＣＬ型のフィルタと連系トランスを通して負荷に供給する交流電源の瞬低補償装置において、
コンデンサ電流抑制補償部を設け、
コンデンサ電流抑制補償部は、平常時（０〜Ｔ１）に前記フィルタのコンデンサ電流ＩCの検出値をゲインＫＰの比例アンプに入力して補償電流ＩＣ-DUMPを生成し、生成された補償電流ＩＣ-DUMPと前記電流自動制御（ＡＣＲ）による電流指令ＩREFとの差分に基づいて前記インバータの電圧指令Ｖ*を算出するよう構成したことを特徴とする交流電源の瞬低補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、瞬低補償装置に係り、特に商用系統などの交流電源の瞬低（瞬時停電）発生時に負荷への給電を交流電源から瞬低補償用インバータ側に切り換える電源切換制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３に瞬低補償装置の構成例を示す（例えば、特許文献１参照）。瞬低補償装置は、高速スイッチ１、インバータ２、ＬＣフィルタ３、連系トランス４および蓄電部５によって主回路が構成される。この瞬低補償装置は、平常時は高速スイッチ１を閉じて商用系統などの交流電源から受電する交流電力を負荷６に給電し、インバータ２は電流指令ＩREFを電流指令とする電流自動制御（ＡＣＲ）で系統と連系して待機するか蓄電部５の充電を行い、瞬低発生時は高速スイッチ１を開放してインバータ２からＬＣフィルタ３と連系トランス４を通して負荷６に電力を供給する。各部の電圧電流を図３のように定義し、高速スイッチ１のゲート信号をｇａｔｅSW、インバータ２のゲート信号をｇａｔｅINVとする。
【０００３】
図４は特許文献１に記載される瞬低補償装置の制御装置を主回路と一体で示す。ＰＬＬ回路１１は系統電圧検出値ＶSからＰＬＬ動作によって位相同期した周期信号を得、正弦波発生器１２ではＰＬＬ回路１１からの周期信号から定格電圧に相当する系統電圧に同期した三相の基準電圧ＶBASEを作成する。瞬低検出ブロック１３は、系統電圧検出値ＶSと閾値との比較から瞬低検出信号ｄｉｐｄｅｔ（常時は０，検出時は１）を発生する。この信号と反転回路（ＮＯＴ）から、電圧制御（ＡＶＲ）ブロック１４のゲインｇAVRと電流制御（ＡＣＲ）ブロック１５のゲインｇACRのオン・オフ切り換えを行い、さらに高速スイッチ１のオン・オフゲート信号ｇａｔｅSWも作成する。１６はインバータ２の出力指令Ｖ*を制限するリミッタ、１７はインバータ２の出力指令Ｖ*に応じたパルス幅変調波形を得るＰＷＭ制御部である。
【０００４】
図４における各部波形を図５にタイムチャートで示す。図５の系統電圧検出値ＶSは定格値を１とした単位法で表す。時刻Ｔ１において瞬低が発生し、時刻Ｔ２で瞬低を検出したときにゲート信号ｇａｔｅSWをゼロ（オフ）にして高速スイッチ１を遮断し、電流制御ブロック１５の電流制御ゲインｇACRを「０」にすると共に、電圧制御ブロック１４の電圧制御ゲインｇAVRを「１」に切り換える。
【０００５】
なお、瞬低の誤検出を防止するために、通常は瞬低発生時刻から瞬低検出までには確認時間を設ける。例えば、瞬低を任意のＮ回検出した場合、瞬低発生から時刻Ｔ２後に瞬低判定出力を得るなどの方法を用いる。
【０００６】
図４に戻って、インバータ２のゲートｇａｔｅINVは、電流制御ブロック１５または電圧制御ブロック１４の出力に基準正弦波電圧ＶBASEを加算し，リミッタ１６によるリミッタを施して作成した電圧指令Ｖ*にＰＷＭ制御部１７でＰＷＭ変調を施して作成する。そして、インバータ２は、系統連系時には電流制御ブロック１５の電流指令値ＩREFとインバータ電流ＩINVの偏差がゼロになるように電流自動制御（ＡＣＲ）を行い、瞬低検出時には電圧制御ブロック１４の電圧指令値ＶREFと負荷電圧ＶLの偏差がゼロになるように電圧自動制御（ＡＶＲ）を行う。
【０００７】
以上のように、従来の瞬低補償装置の電源切換制御は、瞬低を検出してから高速スイッチを遮断し、インバータを電流制御（ＡＣＲ）から電圧制御（ＡＶＲ）に切り換える。ここで、瞬低が発生した場合は系統電圧ＶSが低下するため、ＬＣフィルタ３のフィルタＣから連系トランス４および高速スイッチ１を通して系統側への放電が発生し、フィルタＣ電圧ＶCは急激に落ち込む。一方、インバータ２からの給電は瞬低検出（Ｔ２）後から開始されるため、瞬低発生（Ｔ１）から瞬低検出（Ｔ２）までの期間、負荷電圧ＶLもフィルタＣ電圧ＶCと同様に落ち込んだ波形となる。
【０００８】
図６に従来の電源切換制御による各部電圧・電流波形の詳細を示す。時刻Ｔ１で瞬低が発生し、系統電圧ＶSが低下するとコンデンサ電流ＩCは振動的な波形になる。電源切換制御装置は、瞬低を検出してから、高速スイッチ１を遮断して、インバータ２をそれまでの電流制御（ＡＣＲ）から電圧制御（ＡＶＲ）に切り換える場合、インバータ電流ＩINVは時刻Ｔ２から立ち上がる。その結果、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間において、振動的なコンデンサ電流ＩCに起因して負荷電圧および負荷電流に振動と落ち込みが生じ、瞬低補償性能を低下させる。
【０００９】
この対策として、特許文献１では、インバータ電流ＩINVとコンデンサＣ電流ＩCの共振によるコンデンサＣ電流ＩCの振動を抑制する第１の制御ブロックと、瞬低に発生によるフィルタＣの放電電流ＩCを検出し、インバータ２からフィルタＣと同じ方向に放電させる第２の制御ブロックを設けている。
【００１０】
このうち、第１の制御ブロックは、インバータ電流ＩINVを入力とし、インバータ出力からフィルタＣまでの伝達関数を考慮した振動抑制電流Ｉdumpを発生し、これをインバータ電流指令に加える。第２の制御ブロックは、瞬低検出時のフィルタＣの急峻な放電に対し、瞬低発生時に放電するフィルタＣの検出電流ＩCに合わせて、インバータ２からフィルタＣと同方向の電流を出力するための補償電流を演算で求め、これをインバータの電流指令ＩREFに加算する。
【００１１】
他の電源切換方式として、系統からインバータへの電源切換期間（時刻Ｔ１〜Ｔ２）に、インバータ２の出力電流指令ＩREFを現在の負荷電流ＩLに切り換えることで高速スイッチ１の遮断動作時のアーク発生を抑制するものがある（例えば特許文献２，３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−１８７４５９号公報
【特許文献２】特開２００３−１５３４５０号公報
【特許文献３】特開２００８−２９０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記の特許文献１による電源切換方式では、検出するインバータ電流ＩINVを基にしたコンデンサ電流ＩCの振動抑制と、検出するコンデンサ電流ＩCを基にした負荷電流、負荷電圧の落ち込み抑制となり、これらの実現には制御装置におけるインバータからフィルタＣまでの伝達関数とその係数等を装置毎に予め正確に求めておく必要があり、さらに複雑で高速演算できる手段（制御要素）が必要となる。
【００１４】
なお、特許文献２，３では、瞬低発生から検出までの期間（Ｔ１〜Ｔ２）に負荷電流ＩLの変化を検出してインバータの電流指令とするフィードバック制御になるため、高速スイッチ１の開放時のアーク電流を遮断するのに必要な応答性を確保できるが、コンデンサ電流ＩCの振動に起因した負荷電圧や負荷電流の振動と落ち込み抑制には応答性で問題があった。
【００１５】
本発明の目的は、電源切換時の負荷電圧の振動や落ち込みを確実に抑制でき、しかも複雑で高速演算できる制御要素を不要にした交流電源の瞬低補償装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、瞬低補償性能の低下は瞬低発生時（Ｔ１）にフィルタＣに発生する振動電流に起因していることに着目し、インバータの電流自動制御（ＡＣＲ）状態ではフィルタのコンデンサ電流ＩCの検出値に比例した補償電流をインバータの電流指令に加算しておくことで、平常時（０〜Ｔ１）ではインバータの電流出力をフィルタのコンデンサのダンピング抵抗として作用させることでコンデンサ電流の変化を抑制する補償電流を発生しておき、この制御状態で瞬低発生時（Ｔ１）にはインバータからの補償電流によってコンデンサ電流の急変を抑制し、この電流自動制御（ＡＣＲ）を瞬低発生時（Ｔ１）から瞬低発生確認（Ｔ２）まで継続してコンデンサ電流を低レベルの振動電流に抑制するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１７】
平常時（０〜Ｔ１）は、交流電源から高速スイッチを通して負荷に給電すると共に、瞬低補償用インバータは系統と連系し、電流指令ＩＲＥＦに応じて出力電流をほぼゼロに電流自動制御（ＡＣＲ）しておき、
前記交流電源の瞬低発生（Ｔ１）を検出し、これを確認した時（Ｔ２）は、前記高速スイッチを開放制御すると共に、前記インバータを前記電流自動制御（ＡＣＲ）から電圧自動制御（ＡＶＲ）に切り換え、この交流出力をＬＣ型またはＬＣＬ型のフィルタと連系トランスを通して負荷に供給する交流電源の瞬低補償装置において、
コンデンサ電流抑制補償部を設け、
コンデンサ電流抑制補償部は、平常時（０〜Ｔ１）に前記フィルタのコンデンサ電流ＩCの検出値をゲインＫＰの比例アンプに入力して補償電流ＩＣ-DUMPを生成し、生成された補償電流ＩＣ-DUMPと前記電流自動制御（ＡＣＲ）による電流指令ＩREFとの差分に基づいて前記インバータの電圧指令Ｖ*を算出するよう構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
以上のとおり、本発明によれば、インバータの電流自動制御（ＡＣＲ）状態ではフィルタのコンデンサ電流ＩCの検出値に比例した補償電流ＩC_DUMPをインバータの電流指令に加算しておくことで該コンデンサ電流の変化を抑制しておき、この制御状態で瞬低発生時（Ｔ１）には前記インバータからの補償電流ＩC_DUMPによってコンデンサ電流の急変を抑制し、この電流自動制御（ＡＣＲ）を瞬低発生時（Ｔ１）から瞬低発生確認（Ｔ２）まで継続してコンデンサ電流を低レベルの振動電流に抑制するようにしたため、電源切換時の負荷電圧の振動や落ち込みを確実に抑制でき、しかも複雑で高速演算できる制御要素が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る瞬低補償装置の制御装置と主回路の構成図。
【図２】本発明に係る電源切換制御による各部電圧・電流波形の詳細波形。
【図３】従来の瞬低補償装置の構成例。
【図４】特許文献１の瞬低補償装置の制御装置と主回路の構成図。
【図５】従来の電源切換時の各部のタイムチャート。
【図６】従来の電源切換制御による各部電圧・電流波形の詳細波形。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、瞬低補償装置の制御装置を主回路と一体で示す。同図が図４と異なる部分はコンデンサ電流抑制補償部１８を設けた点にある。
【００２２】
コンデンサ電流抑制補償部１８は、インバータ２が電流自動制御（ＡＣＲ）状態ではフィルタのコンデンサＣで検出されるコンデンサ電流ＩCを補償電流指令とし、このコンデンサ電流ＩCをゲインＫPの比例アンプで増幅し、この出力を電流制御（ＡＣＲ）ブロック１５の出力に加算してインバータ２の電流指令ＩREFに加算しておく。
【００２３】
図２に電源切換制御による各部電圧・電流波形の詳細を示す。瞬低発生時刻Ｔ１までは、インバータ２の電流指令ＩREFはほぼゼロで、電流自動制御（ＡＣＲ）ブロック１５によってインバータ電流Ｉinvはほぼゼロになるように制御されている。
【００２４】
この制御状態で、コンデンサ電流抑制補償部１８は、コンデンサ電流ＩCにゲインＫPを掛けてコンデンサ電流抑制のための補償電流ＩC_DUMPを発生している。この補償電流ＩC_DUMPは電流自動制御（ＡＣＲ）ブロック１５のＡＣＲ出力から減算することにより、コンデンサ電流ＩCの変化を抑制する。この期間の補償電流ＩC_DUMPをＩ０とする。
【００２５】
この制御状態で瞬低発生時（Ｔ１）には、コンデンサ電流ＩCの変化が検出されないが、インバータ２からの補償電流によってコンデンサ電流の急変を抑制し、この急変を抑制したコンデンサ電流ＩCの変化に対し、Ｔ１〜Ｔ２の期間では、瞬低発生によりコンデンサＣからの放電電流がそれまでの電流Ｉ０よりも大きくなり、Ｉ１＞Ｉ０の関係として検出される。このためＡＣＲブロック１５の出力と補償電流ＩC_DUMPの差が大きくなり、インバータ２の電流Ｉinv増の指令となって瞬低発生時（Ｔ１）から瞬低発生確認（Ｔ２）まで継続してコンデンサ電流を低レベルの振動電流に抑制する。
【００２６】
このＡＣＲブロック１５からの電流制御指令は、ＰＷＭ変調してインバータ２のゲートｇａｔｅINVを作成することで、インバータ２からはコンデンサ電流ＩCを低レベルの振動電流に抑制制御する。
【００２７】
したがって、コンデンサ電流抑制補償部１８は、時間０〜Ｔ１までの定常状態においてはフィルタＣのダンピング抵抗の役割を担い、時間Ｔ１〜Ｔ２までの瞬低発生時においてはコンデンサ電流を低レベルの振動電流に抑制する。
【００２８】
ここで、コンデンサ電流抑制補償部１８は、検出電流ＩCをゲインＫPの比例アンプで増幅して補償電流ＩC_DUMPを発生しておくという構成となり、特許文献１のように、インバータ２からフィルタＣまでの伝達関数とその係数等を装置毎に予め正確に求めておく構成に比べてその実現が容易となる。しかも、特許文献２，３のように、負荷電流ＩLの変化を検出してフィードバック制御するのではなく、瞬低発生前の定常状態（０〜Ｔ１）でコンデンサ電流ＩCの抑制制御をしており、瞬低発生から瞬低検出までの遅れおよび負荷電流の変化検出までの遅れによる影響を小さくして、コンデンサ電流ＩCから直接に振動電流抑制を行なうことができ、電源切換時の負荷電圧ＶLの振動や落ち込みを確実に抑制できる。
【００２９】
なお、瞬低発生（時刻Ｔ１）の判定は、例えば、制御装置内部で系統と同期した基準の正弦波を生成し、これを基準の正弦波と検出した系統電圧と比較し、所定の値以上に検出値が低下したことで瞬低発生を判断することができる。また、瞬低検出（時刻Ｔ２）の判定は、例えば、系統電圧波形と検出波形との差異が一定値以上になり、これが一定時間継続したことが確認されたときに瞬低検出と判断することができる。
【００３０】
また、実施形態では、フィルタ３をコイルＬとコンデンサＣをＬ字型に構成したＬＣフィルタとする場合を示すが、これはＴ字型のＬＣＬフィルタに適用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  高速スイッチ
２  インバータ
３  ＬＣフィルタ
４  連系トランス
５  蓄電部
６  負荷
１４  電圧制御ブロック
１５  電流制御ブロック
１６  リミッタ
１７  ＰＷＭ制御部
１８  コンデンサ電流抑制補償部
【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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