(57)【要約】【課題】交流電源電圧の大きさの変動や波形が歪んでいるときや、交流負荷の大幅な変動による電圧変動や、非線形負荷による高調波電流のため交流負荷端子電圧の大きさや波形が歪むことにより、同じ電源につながれている負荷機器に悪影響を及ぼすことが懸念されることから、種々の交流安定化電源が開発、市販されているが、波形精度、応答性、効率、重量、コスト面などの観点からの課題も多い。【解決手段】本発明による、交流電圧制御装置は、交流電源と交流負荷の間に、線路インダクタを含む直列インダクタをとインバータで構成できる電圧補償電源を直列に接続し、交流負荷端子にコンデンサを接続することにより、交流出力電圧の位相に対して必要な大きさの進み電流を線路に流すことによって、出電圧補償電源部で外部との有効電力授受を行うことなく、交流瞬時電圧が制御できる交流電圧制御装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
線路インダクと電圧補償電源を直列に接続した交流出力端に並列にコンデンサを抵抗と直列に接続し、線路に交流出力端電圧に対して必要な大きさの進み電流を流し、この線路電流と直交する電圧を電圧補償電源で発生制御することによって、線路インダクタと電圧補償電源での合成瞬時電圧を交流電源電圧波形の上下にわたって制御することにより交流電圧を制御する交流電圧制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の交流電圧制御装置において、電圧補償電源部は電力増幅器で構成して、交流出力電圧が基準正弦波と一致するように交流電圧を制御する交流電圧制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の交流電圧制御装置において、電圧補償電源部は電圧形インバータで構成して、交流出力電圧が基準正弦波と一致するように交流電圧を制御する交流電圧制御装置。
【請求項４】
請求項１記載の交流電圧制御装置において、電圧形インバータのＰＷＭ制御信号発生部では、インバータの直流電圧を検出して、一定の基準値に一致させるように制御してインバータの交流側端子に交流制御電圧を発生させることにより出力された交流出力電圧を検出して、交流出力電圧が基準正弦波と一致するように交流電圧を制御する交流電圧制御装置。
【請求項５】
請求項１、３、４に記載の交流電圧制御装置において、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流電圧と同期した信号を検出して、交流出力電圧を制御するスイッチング制御信号を発生させることを特徴とする交流電圧制御装置。
【請求項６】
請求項１、３〜５に記載の交流電圧制御装置おいて、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流回路線路電流を検出して、交流出力電圧を制御するスイッチング制御信号を発生させることを特徴とする交流電圧制御装置。
【請求項７】
請求項１、３〜６に記載の交流電圧制御装置において、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流電圧と同期した信号と交流回路線路電流を検出して、交流出力電圧を制御するスイッチング制御信号を発生させることを特徴とする交流電圧制御装置。
【請求項８】
請求項１、３〜７に記載の交流電圧制御装置において、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流電圧と同期した信号の位相に、インバータの直流電圧を検出して、一定の基準値と一致させる電圧調節器からの出力位相信号を加えた位相の正弦波で大きさが交流電圧制御の基準値と一致する基準正弦波に交流出力電圧が一致するように瞬時値比較制御する調節器の出力を交流電圧制御信号として交流電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置。
【請求項９】
請求項１、３〜８に記載の交直連系電力変換装置において、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流出力電圧が交流基準正弦波と一致するように、交流電圧の大きさが交流電圧制御の基準値と一致させる電圧調節器の出力を大きさとした交流電流の基本波成分と９０°位相差のある波形信号と、交流出力電圧の高調波成分に比例した波形信号と、インバータの直流電圧を検出して一定の基準値と一致させる電圧調節器からの出力に交流電流を掛け合わせた波形信号を加え合わせることにより、交流電圧制御信号を発生して交流電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置。
【請求項１０】
請求項１、３〜９に記載の交流電圧制御装置において、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流電圧と同期した正弦波で大きさが交流電圧制御の基準値と一致する基準正弦波に交流出力電圧が一致させる電圧調節器からの出力と、インバータの直流電圧を検出して一定の基準値と一致させる電圧調節器出力と線路電流の乗算出力を合成して交流電圧制御信号を発生して交流電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置。
【請求項１１】
請求項１、３〜１０に記載の交流電圧制御装置において、インバータの直流電圧を一定の基準値と一致させる有効電力制御ループを含むことを特徴とする交流電圧制御装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１に記載の交流電圧制御装置において、線路インダクタンスとして交流回路との間に直列インダクタンスを直列接続することを特徴とする交流電圧制御装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２に記載の交流電圧制御装置において、電源の相数に比例した単相回路構成により多相の交流電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置。
【請求項１４】
請求項１〜１２に記載の交流電圧制御装置において、電源の相数から１つ減じた単相回路構成により多相の交流電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、交流電圧の波形および大きさが変動する交流電源に対して、交流電流の波形および大きさが変動する電流が流れる交流負荷が接続される交流回路において、交流電源と交流負荷の間に直列インダクタンスと直列インバータを接続し、交流負荷端子に並列接続することにより直列インバータだけで、特別な有効電力授受回路を設けることなく交流安定化電源として制御できる小型軽量高効率を特徴とする交流電圧制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  需要家の負荷変動や非線形負荷の高調波電流は総負荷容量の増大と共に、商用交流電源の電圧の変動や電圧波形が歪むなどの電源品質の低下を招き、同じ系統に接続される機器の誤動作や運転停止を招く恐れがあるので、交流自動電圧調整器とよばれる交流安定化電源が広く普及している【０００３】  特に、電源設備容量が小さな地域では受電端での電圧変動率が大きく、また、大きな負荷変動を伴う需要家自身でも、線路インピーダンス降下のため大きな電圧変動を招き、高い電源品質が求められる負荷装置にとっては、機器の誤動作や運転停止など電圧変動による障害や影響が大きい。【０００４】  このため、電源電圧変動や負荷変動に伴う電圧変動に対して、自動的に安定した交流電圧源を得る装置としてＡＶＲと呼ばれる数多くの制御手法による自動電圧調整装置が市販されている。【０００５】  一方、近年の整流回路などの非線形負荷を含むパワーエレクトロニクス機器の接続の増加による高調波電流の発生により、電源電圧波形が歪み、電源品質の低下が起きている。また、需要家自身でも、高調波電流を発生するパワーエレクトロニクス機器の総容量が増加し、電源電圧波形歪みの原因となり、これば需要家内の他の機器に悪影響を与えることが懸念されている。【０００６】  こうした電源電圧波形歪みや、高調波負荷電流の影響をなくすために、電圧電流波形の改善するものにアクティブフィルタがあるが、波形改善のための電源ラインに接続する付加的な装置であるため、高価であり一般には用いられていない。【０００７】  このため、交流電圧変動と波形改善機能を有する交流安定化電源も種々開発実用化されている。例えば、単巻変圧器や直列変圧器のタップ位置を電動機により摺動させるものがあるが、変圧器を必要とすると共に機械的に制御するため応答性に問題がある。また、摺動方式の替わりにタップ位置を数組の交流スイッチで切り替えるものもあるが、変圧器を必要とし制御精度にも問題がある。また、商用電源の電圧歪みや高調波負荷電流により電圧波形歪みに対しての波形補償機能を有していない。【０００８】  交流電圧の瞬時波形と応答性が改善できる交流安定化電源として、交流電源から整流回路を通して直流電源を得てから、ＰＷＭインバータや電力増幅器により波形制御された交流電圧を得る制御方式によるものも実用化されているが、装置が大型化し損失も大きく効率が低いなどの問題がある。【０００９】  単巻変圧器や直列変圧器のタップ間電圧をＰＷＭスイッチングにより、交流電圧の瞬時波形と応答性が改善できる手法も提案されているが、交流スイッチング制御が複雑で、スイッチングノイズが発生するなどの問題点もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】  本発明は、線路インダクタと交流負荷端子のコンデンサ回路と小容量の電圧補償電源を組み合わせることにより、電圧補償電源としては特別な有効電力の授受機能を必要とせずに交流出力電圧の瞬時波形制御を行なうことで、フィルタ機能も備えた小型、軽量、高効率で安価な交流安定化電源を実現させる交流電圧制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  第１の観点では、本発明は、線路インダクと電圧補償電源を直列に接続した交流出力端に並列にコンデンサを抵抗と直列に接続し、線路に交流出力端電圧に対して必要な大きさの進み電流を流し、この線路電流と直交する電圧を電圧補償電源で発生制御することによって、線路インダクタと電圧補償電源での合成瞬時電圧を交流電源電圧波形の上下にわたって制御することにより交流電圧を制御する交流電圧制御装置を提供する。
上記第１の観点による交流電圧制御装置の基本構成例を図１に示す。本発明の交流電圧制御装置は、交流回路１と交流負荷２との間に電圧補償電源５を線路リアクトル４と直列に接続し、コンデンサ４を交流負荷端子に並列に接続し、交流負荷電流とコンデンサ回路電流の合成である線路電流が進みとなる回路条件のもとで、電圧補償電源の電圧を線路インダクタンスと同相あるいは逆相に制御することにより、線路インダクタと直列インバータでの合成瞬時電圧を交流電源電圧波形の上下にわたって制御することにより交流負荷端子電圧を制御することができる。【００１２】  第２の観点では、本発明は、請求項１記載の交流電圧制御装置において、電圧補償電源部は電力増幅器で構成して、交流出力電圧が基準正弦波と一致するように交流電圧を制御する交流電圧制御装置を提供する。
本発明の交流電圧制御装置は、電圧補償部で扱う電力が小さいので、電力増幅器により交流電圧制御電源を発生させることで、スイッチングノイズの少ない交流電圧制御出力を得ることができる。【００１３】  第３の観点では、本発明は、請求項１記載の交流電圧制御装置において、電圧補償電源部は電圧形インバータで構成して、交流出力電圧が基準正弦波と一致するように交流電圧を制御する交流電圧制御装置を提供する。
本発明の交流電圧制御装置は、電圧補償部に電圧形インバータを用いることで回路損失の少ない交流電圧制御出力を得ることができる。【００１４】  第４の観点では、本発明は、請求項１、３記載の交流電圧制御装置において、電圧形インバータのＰＷＭ制御信号発生部では、インバータの直流電圧を検出して、一定の基準値に一致させるように制御してインバータの交流側端子に交流制御電圧を発生させることにより出力された交流出力電圧を検出して、交流出力電圧が基準正弦波と一致するように交流電圧を制御する交流電圧制御装置を提供する。
上記第４の観点による交流電圧制御装置の基本構成図において、本発明の交流電圧制御装置は、直列インバータ５に対するＰＷＭ制御信号発生部６は、直列インバータの直流コンデンサの端子電圧を直流電圧検出器７からの信号と、交流出力端の電圧を交流電圧検出器８からの信号をもとに、直列インバータの直流側に有効電力授受回路を設けることなく交流出力電圧が基準正弦波と一致するように交流電圧を制御することができる。
図２は、本発明の交流出力電圧制御装置の単相等価回路である。交流電源電圧１の電圧ｅｓに対して、線路インダクタンス３での電圧ｅｘと直列インバータ５による交流電圧ｅｃとの合成電圧をｅｃｘとおくとき、直列インバータ５により、交流出力電圧ｅｏを制御可能範囲で電源電圧ｅｓの上下にわたって制御することができる。線路電流ｉｓは交流負荷電流ｉｏとコンデンサ回路電流ｉｃとの合成であり、コンデンサＣにより進み電流を流すことができる。
図３は、本発明の交流出力電圧制御装置の直列インバータによる交流電圧の制御原理を説明するための図２に示す単相等価回路に対するフェーザ図である。交流出力電圧Ｅｏを基準にとるとき、力率１の交流負荷電流Ｉｏが流れると、交流出力端の並列コンデンサ回路により９０°進みの電流Ｉｃが流れ、負荷電流Ｉｏとコンデンサ回路電流Ｉｃとの合成電流である線路電流Ｉｓは図示するように出力電圧に対して進み電流が流れる。ここで、直列インバータの出力電圧が零であるとき、電源電圧はＥｓ１で表され、Ｅｓ１＜Ｅｏの関係となる。これに対して直列インバータの電圧を線路インダクタの両端電圧と逆位相の２倍の電圧を発生させるとき、電源電圧はＥｓ２となり、Ｅｓ２＞Ｅｏの関係が得られる。直列インバータの電圧の大きさを制御することで、電源電圧Ｅｓと出力Ｅｏの関係は、Ｅｓ＝Ｅｓ１（＜Ｅｏ）からＥｓ＝Ｅｓ２（＞Ｅｏ）まで任意に制御することができる。これにより、出力電圧Ｅｏは直列インバータの出力電圧Ｅｃの大きさの制御によって、電源電圧Ｅｓの上下にわたる制御可能範囲内で任意に制御することができる。なお、直列インバータの出力電圧Ｅｃの位相は、インバータを流れる線路電流Ｉｓと直交関係にあり、基本的に有効電力の授受を行わないで、電圧制御できることを示している。
図４は、交流負荷端にコンデンサを接続していないか、コンデンサ電流が負荷電流に対して無視できる程度に小さいときの出力電圧Ｅｏと電源電圧Ｅｓの関係を示すフェーザ図である。このときの線路電流Ｉｓは力率１の交流負荷電流Ｉｏと一致し、直列インバータの電圧Ｅｃの大きさを制御しても、電源Ｅｓと交流出力電圧Ｅｏの関係は常にＥｓ＞Ｅｏの関係となることが分かる。すなわち、直列インバータの電圧Ｅｃを制御することによって、交流出力電圧を下げることはできても、上げることはできず、電源電圧が交流基準電圧の前後に変動する場合は、交流安定化電源として働かせることができない。
なお、出力電圧の制御可能範囲は、線路インダクタンス値、交流負荷端子に接続するコンデンサの容量値および直列インバータの直流動作電圧と交流負荷電流によって決まる。【００１５】  第５の観点では、本発明は、請求項１、３，４に記載の交流電圧制御装置において、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流電圧と同期した信号を検出して、交流出力電圧を制御するスイッチング制御信号を発生させることを特徴とする交流電圧制御装置を提供する。
図５は、交流電圧検出８により交流電圧の同期信号を検出してＰＷＭ制御信号発生部に導いた本発明の交流出力電圧制御装置の基本構成図である。直列インバータを働かせる適切な位相は、直列インバータの直流電圧が一定の基準値と一致するような位相に調整することができるので、同期信号の検出箇所は、直列インバータの入力端でも出力端からの検出でも制御システムとして動作させることができる。【００１６】  第８の観点では、請求項１、３〜７に記載の交流電圧制御装置において、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流電圧と同期した信号の位相に、インバータの直流電圧を検出して、一定の基準値と一致させる電圧調節器からの出力位相信号を加えた位相の正弦波で大きさが交流電圧制御の基準値と一致する基準正弦波に交流出力電圧が一致するように瞬時値比較制御する調節器の出力を交流電圧制御信号として交流電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置を提供する。
図６は、第３の観点に基づく詳細なＰＷＭ制御信号発生部６の制御ブロック図例である。同図において、電圧検出器８より交流同期信号を検出した位相情報θ０に直列インバータ
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位相補正情報Δθを加え合わせて基準位相θを得て、これと交流出力電圧の基準値（実効
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流出力端の電圧を電圧検出器８により検出した電圧ｅｏと比較して、両者の瞬時比較によるＰＷＭ制御により交流出力電圧を制御する。【００１７】  第６の観点では、本発明は、請求項１、３〜５に記載の交流電圧制御装置おいて、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流回路線路電流を検出して、交流出力電圧を制御するスイッチング制御信号を発生させることを特徴とする交流電圧制御装置を提供する。
図７は、電流検出器９により交流電流を検出して、ＰＷＭ制御信号発生部に導いた本発明の交流出力電圧制御装置の基本構成図である。直列インバータは、線路インダクタンスにかかる比例電圧を出力するために線路電流の微分量に比例した量により出力電圧を制御すると共に、線路電流に比例した量をもとに直列インバータの直流コンデンサの電圧を一定に制御する有効電力制御に用いＰＷＭ制御信号を発生させることで、交流出力電圧を制御することができる。【００１８】  第９の観点では、本発明は、請求項１、３〜８に記載の交直連系電力変換装置において、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流出力電圧が交流基準正弦波と一致するように、交流電圧の大きさが交流電圧制御の基準値と一致させる電圧調節器の出力を大きさとした交流電流の基本波成分と９０°位相差のある波形信号と、交流出力電圧の高調波成分に比例した波形信号と、インバータの直流電圧を検出して一定の基準値と一致させる電圧調節器からの出力に交流電流を掛け合わせた波形信号を加え合わせることにより、交流電圧制御信号を発生して交流電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置を提供する。
図８は、第６の観点に基づく詳細なＰＷＭ制御信号発生部６の制御ブロック図例である。同図において、交流出力電圧を出力側の電圧検出器８により検出し、その実効値が基準電
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て、電流検出器９より検出した交流線路電流の９０°進み電圧成分とを乗算器１４により乗算して交流出力電圧の大きさを制御する信号ｅｏ１を発生すると共に、交流出力電圧に含まれる高調波成分を高調波検出器１８で検出して交流電圧の波形補償信号ｋｅｏｈとし、さらに直列インバータの直流電圧Ｅｄを直流電圧検出器７により検出し、これが一定の基準値
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と乗算器１４により乗算して直流電圧を一定にする制御信号ｅｄｃを発生させ、これらを合成した信号をもとにＰＷＭ制御により交流出力電圧を制御する。【００１９】  第７の観点では、本発明は、請求項１、３〜４に記載の交流電圧制御装置において、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流電圧と同期した信号と交流回路線路電流を検出して、交流出力電圧を制御するスイッチング制御信号を発生させることを特徴とする交流電圧制御装置を提供する。
図９は、交流電圧検出８により交流電圧の同期信号を検出すると共に、電流検出器９により交流線路電流を検出して、ＰＷＭ制御信号発生部に導いた本発明の交流出力電圧制御装置の基本構成図である。交流電圧の同期信号は、直列インバータにより交流出力電圧を制御するための基準正弦波を発生させ、線路電流は直列インバータの直流電圧を一定に制御するための有効電力制御に用いＰＷＭ制御信号を発生させることで、交流出力電圧を制御することができる。【００２０】  第１０の観点では、本発明は、請求項１、３〜９に記載の交流電圧制御装置において、ＰＷＭ制御信号発生部は、交流電圧と同期した正弦波で大きさが交流電圧制御の基準値と一致する基準正弦波に交流出力電圧が一致させる電圧調節器からの出力と、インバータの直流電圧を検出して一定の基準値と一致させる電圧調節器出力と線路電流の乗算出力を合成して交流電圧制御信号を発生して交流電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置を提供する。
図１０は、第７の観点に基づく詳細なＰＷＭ制御信号発生部６の制御ブロック図例である。同図において、交流同期信号を検出した位相情報θ０と交流出力電圧の基準値（実効
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列インバータの直流電圧を一定に制御するため、その基準値と直流電圧検出器７により検出した電圧ｅｄと比較し、電圧調節器１１の出力に、電流検出器９により検出した線路電
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り検出された交流出力電圧ｅｏと比較してＰＷＭ制御により交流出力電圧を制御する。【００２１】  第１１の観点では、本発明は、請求項１、３〜１０に記載の交流電圧制御装置において、インバータの直流電圧を一定の基準値と一致させる有効電力制御ループを含むことを特徴とする交流電圧制御装置を提供する。
図８あるいは図１０における直列インバータの直流電圧一定制御ループにおいて、電流検出器９により検出された交流線路電流あるいはそれと同相成分との乗算出力をＰＷＭ制御信号に導いているが、線路電流と同相成分を含んでいれば有効電力授受が可能であり直流電圧を一定に制御することができる。【００２２】  第１２の観点では、本発明は、請求項１〜１１に記載の交流電圧制御装置において、線路インダクタンスとして交流回路との間に直列インダクタンスを直列接続することを特徴とする交流電圧制御装置を提供する。
図１に示す、交流電圧制御装置の基本構成において、線路インダクタンスは、交流電源の線路インダクタンスが電圧制御範囲に比べて小さければ、直列インダクタンスを直列接続することにより、交流電圧の制御可能な範囲を広くすることができる。【００２３】  第１３の観点では、本発明は、請求項１〜１２に記載の交流電圧制御装置において、電源の相数に比例した単相回路構成により多相の交流電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置を提供する。
図１１は、第１〜１２の観点に基づく単相交流電圧制御装置を三相電源に対する交流電圧制御装置として適用する場合の基本構成図である。三相交流電源１と三相負荷２の間に直列に３台の直列インバータを用いた単相電圧制御装置を挿入することにより、三相交流負荷端の交流電圧が基準正弦波と一致するように制御することができる。【００２４】  第１４の観点では、本発明は、請求項１〜１２のいずれかに記載の交流電圧制御装置において、電源の相数から１つ減じた単相回路構成により多相の交流電圧を制御することを特徴とする交流電圧制御装置を提供する。
図１２は、第１〜１２の観点に基づく単相交流電圧制御装置を三相電源に対する交流電圧制御装置として適用する場合の基本構成図である。三相交流電源１と三相負荷２の間に直列に２台の直列インバータを用いた単相電圧制御装置を挿入することにより、三相交流負荷端の線間電圧の交流電圧が基準正弦波と一致するように制御することができる。
【発明の効果】
【００２５】  電源電圧変動が負荷で許容される変動幅を超える環境下では、同じ系統に接続される機器の誤動作や運転停止を招く恐れがあるので、交流自動電圧調整器とよばれる交流安定化電源が広く普及している。
本発明の交流電圧制御装置は、交流電源に直列に線路インダクタンスと共に直列インバータを接続し、その出力端に並列にコンデンサを接続するだけの極めて簡単な構成で実現できる。また、直列インバータの動作電圧は電圧変動を補償する変動幅程度で交流安定化制御出力を得ることができるため、極めて小容量で構成することができる。そして、電圧形インバータを用いて極めて低い電圧をＰＷＭスイッチング制御するため、スイッチングノイズの発生も極めて低く抑えられる。さらに、直列インバータはその直流側にコンデンサを接続するだけで、特別な有効電力の授受回路を必要としないため、絶縁用変圧器なども必要としないで構成することができる。また、直列インバータとともに交流出力電圧制御のために用いる線路インダクタンスや並列コンデンサは直列インバータによりＰＷＭ制御された電圧に対するフィルタ回路も兼ねる働きがある。さらに、直列インダクタンスは交流電源の線路インピーダンスを含めることができるため、交流電源の線路インダクタンスが大きい場合は、直列インダクタンスは極めて小さく、場合によっては特別に接続しないでも交流電圧制御装置として働かせることができる。
本発明による交流電圧制御装置を用いた交流安定化電源は、配電系統が弱く電圧変動が大きい環境化で有用なだけでなく、非線形負荷により多くの高調波電流が発生して交流負荷端子電圧の波形歪みが問題となる環境下においても極めて有用である。
以上の数多くの特徴を有していることから、本発明による交流電圧制御装置は、従来から用いられている各種の電圧制御装置に比べて極めて安価で小型・軽量・高効率化が期待でき、発明の効果は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】  以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。【００２７】（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係わる交流電圧制御装置のブロック図を図１３に示す。これは、第６の観点に基づく図６に示す制御システムを具現化したものである。
交流回路１には上位の交流電源系統からの交流正弦波電圧源ｅｓと電源の線路インダクタンスも含まれるが、図中のＬｓは線路インダクタンス値が小さいとき、追加挿入したインダクタンスも含めて示している。直列インバータ５としてＩＧＢＴとダイオードの逆並列スイッチ回路をブリッジ接続して構成し、その直流側には直流コンデンサＣｄを接続するだけで構成している。直列インバータの交流側端子を線路に直列に接続して交流負荷２に接続すると共に、交流負荷に並列に抵抗ｒｏを直列に接続したコンデンサＣｏを接続することで主回路を構成する。
ＰＷＭ制御信号発生部では、交流電源電圧１から交流同期信号を検出した位相情報θ０
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圧調節器１１を通して得られる位相補正情報Δθを加え合わせて基準位相θを得て、これ
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Ｍ制御により交流出力電圧を制御する。【００２８】（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係わる交流電圧制御装置のブロック図を図１４に示す。これは、第７の観点に基づく図８に示す制御システムを具現化することにより得ることができる。
主回路構成は、第１の実施の形態に係わる交流電圧制御装置と同じであるが、ＰＷＭ制御信号発生部が異なる。
ＰＷＭ制御信号発生部では、交流出力電圧を検出し、そのＲＭＳ検出回路の出力実効値
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ＢＰＦ回路１５により基本波成分を抽出し、基本は成分と９０°進み成分とを乗算器１４により乗算して交流出力電圧の大きさを制御する信号ｅｏ１を発生すると共に、交流出力電圧に含まれる高調波成分をＢＥＦ高調波検出器１８で検出して交流電圧の波形補償信号
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致するようにＰＩ電圧調節器１１の出力を線路電流の基本波成分と乗算器１４により乗算して直流電圧を一定にする制御信号ｅｄｃを発生させ、これらを合成した信号をもとにＰＷＭ制御により交流出力電圧を制御する。【００２９】（第３の実施の形態）
第２の実施の形態に係わる交流電圧制御装置のブロック図を図１５に示す。これは、第８の観点に基づく図１０に示す制御システムを具現化することにより得ることができる。
主回路構成は、第１の実施の形態に係わる交流電圧制御装置と同じであるが、ＰＷＭ制御信号発生部が異なる。
ＰＷＭ制御信号発生部では、交流電源電圧１からの交流同期信号θと交流出力電圧の基
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求め、これと交流出力端の電圧ｅｏ比較して、両者の瞬時比較によるＰＷＭ制御により交流出力電圧を制御する。【００３０】  以下、本発明の実施例を前記第１の実施の形態で種々の動作条件でのシミュレーション解析結果を説明する。
前記第１の実施の形態の図１３に示す交流電圧制御装置において、交流出力電圧の基準値として実効値１００Ｖの正弦波として、交流電源電圧Ｅｓ＝１００Ｖ，周波数ｆ＝６０Ｈｚ，電源インピーダンスを含む線路インダクタンスＬｓ＝１ｍＨ，連系インバータの直流コンデンサＣｄ＝５０００μＦ、直流基準電圧Ｅｄｒ＝１５Ｖ，  交流端子に接続する抵抗・コンデンサＣｆ＝１００ｕＦ，Ｒｆ＝１オームの回路定数を基準として、交流電源電圧や交流負荷を変えたときの動作波形を以下に示す。
【実施例１】
【００３１】  交流負荷として抵抗Ｒｏ＝２０オームＬ＝４０ｍＨで力率０．８のＲ−Ｌ誘導性負荷に対して交流電源電圧が変動したときの交流電圧制御動作波形を以下に示す。
図１６は、交流電源電圧ｅｓが実効値１００Ｖで正弦波のときの動作波形である。交流電
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に挿入された線路インダクタンスでの電圧降下ｅｘと直列インバータの発生電圧ｅｃを合わせた電圧ｅｃｘはほぼ零となっていることが確認できる。なお、線路電流ｉｓは交流負荷ｉｏより進んでいるのは、出力端に接続したコンデンサ電流ｉｃによるためである。また、直列インバータの直流側動作電圧ｅｄは１５Ｖ一定に保たれている。
図１７、図１８は交流電源電圧が±５％変動して、前者の交流電源電圧は９５Ｖ，後者の交流電源電圧が１０５Ｖのときの動作波形であり、いずれも交流出力電圧としては実効値１００Ｖの正弦波の交流安定化電源として動作できることが確認できる。なお、直列インバータの直流電圧は、交流電源電圧の変動によって多少脈動しているが、交流出力電圧としては基準正弦波との瞬時比較制御により波形歪みはみられない。
【実施例２】
【００３２】  図１９は、交流電源電圧ｅｓの波形が±１３０Ｖでピークカットされた歪み波電圧のときの、交流負荷として抵抗Ｒｏ＝２０オームＬ＝４０ｍＨで力率０．８のＲ−Ｌ誘導性負荷が接続されたときの動作波形である。交流出力電圧としては実効値１００Ｖの正弦波の交流安定化電源として動作していることが確認できる。
【実施例３】
【００３３】  図２０は、交流負荷として、整流負荷が接続され、その交流インダクタンス１ｍＨ，整流出力端の平滑コンデンサ３０００μＦ，直流負荷抵抗１００オームの回路条件のもとで直列インバータおよび交流出力側のコンデンサ回路を接続しない時の動作波形である。非線形負荷のため負荷電流波形は歪み、交流出力電圧波形のピーク値付近に歪みが見られる。
図２１は、直列インバータおよび交流出力側のコンデンサ回路を接続したときの動作波形であり、直列インバータの波形補償制御により、歪みのない正弦波の安定した交流出力電圧波形に制御できていることが確認できる。
【実施例４】
【００３４】（電源電圧歪み＋負荷電流歪み補償特性）
図２２は、交流負荷として、上記の整流負荷および線形誘導性負荷が共に接続されたときの、直列インバータおよび交流出力側のコンデンサ回路を接続しない時の動作波形である。交流電源電圧歪みおよび非線形負荷のため交流出力電圧波形のピーク値付近に大きな歪みが見られる。
図２３は、直列インバータおよび交流出力側のコンデンサ回路を接続したときの動作波形であり、負荷が増えたため交流負荷端子のコンデンサの容量値を２００μＦ，直列インバータの直流コンデンサを１００００μＦに増やして、制御システムを働かせたときの動作波形である。電源電圧波形歪みおよび負荷電流波形歪みのもとでも、直列インバータの電圧波形補償制御により、正弦波の安定した交流出力電圧波形が得られていることが確認できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の観点による交流電圧制御装置の基本構成例である。
【図２】本発明の第１の観点による交流電圧制御装置の単相等価回路である。
【図３】本発明の第１の観点にによる交流電圧制御装置の単相等価回路をもとにした動作ベクトル図（フェーザー図）である。
【図４】本発明の第１の観点にによる交流電圧制御装置の単相等価回路において交流出力端のコンデンサ回路を取り除いたときの動作ベクトル図（フェーザー図）である。
【図５】本発明の第３の観点による交流電圧制御装置の基本構成例である。
【図６】本発明の第３、第６の観点による交流電圧制御装置の基本構成例である。
【図７】本発明の第４の観点による交流電圧制御装置の基本構成例である。
【図８】本発明の第４、第７の観点による交流電圧制御装置の基本構成例である。
【図９】本発明の第５の観点による交流電圧制御装置の基本構成例である。
【図１０】本発明の第５、第８の観点による交流電圧制御装置の基本構成例である。
【図１１】本発明の第９の観点による三相交流電圧制御装置の基本構成例である。
【図１２】本発明の第１０の観点による三相交流電圧制御装置の基本構成例である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係る交流電圧制御回路装置である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る交流電圧制御回路装置である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る交流電圧制御回路装置である。
【図１６】本発明の実施例１に係る制御時のシミュレーション波形である。
【図１７】本発明の実施例１に係る制御時のシミュレーション波形である。
【図１８】本発明の実施例１に係る制御時のシミュレーション波形である。
【図１９】本発明の実施例２に係る制御時のシミュレーション波形である。
【図２０】本発明の実施例３に係る無制御時のシミュレーション波形である。
【図２１】本発明の実施例３に係る制御時のシミュレーション波形である。
【図２２】本発明の実施例４に係る無制御時のシミュレーション波形である。
【図２３】本発明の実施例４に係る制御時のシミュレーション波形である。
【符号の説明】
【００３６】１…交流回路（交流電源）
２…交流負荷（線形負荷、非線型負荷）
３…インダクタ（線路インダクタを含む）
４…コンデンサ回路（コンデンサと直列抵抗）
５…電圧補償電源（直列インバータ）
６…制御信号発生部（ＰＷＭ制御信号発生部）
７…直流電圧検出器
８…交流電圧検出器
９…交流電流検出器
１０…ＰＷＭスイッチング信号発生部
１１…電圧調節器
１２…位相検出器
１３…関数発生器
１４…乗算器
１５…基本波同相分検出器
１６…基本波直交分検出器
１７…実効値演算部
１８…高調波検出部（ＢＥＦ）
１００…交流電圧制御装置（単相交流電圧制御装置）
２００…三相交流電圧制御装置
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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