(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統における電圧変動の監視、およびそれに基づく給電制御を行う制御部と、該電力系統の各相にそれぞれ直列に接続し、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各相電圧補償回路とを備えて、負荷に供給される電圧変動を抑える電圧変動補償装置において、上記電力系統の電圧変動時に、各相の出力電圧を正常電圧に補償するための各相電圧に、それぞれ同じ出力電圧ベクトルを重畳して演算された各相補償電圧を上記各相電圧補償回路から出力して、上記電力系統における線間電圧の電圧変動を抑えることを特徴とする電圧変動補償装置。
【請求項２】
各相電圧補償回路は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記各相電圧補償回路からの出力エネルギが概均等となるように決定することを特徴とする請求項１記載の電圧変動補償装置。
【請求項３】
各相電圧補償回路は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各相補償電圧の大きさが概均等となるように、重畳する出力電圧ベクトルを決定することを特徴とする請求項１記載の電圧変動補償装置。
【請求項４】
各相電圧補償回路は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各エネルギ蓄積手段をコンデンサで構成して該各エネルギ蓄積手段の電圧検出手段を備え、上記各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記各エネルギ蓄積手段の検出電圧の差を無くすように決定することを特徴とする請求項１記載の電圧変動補償装置。
【請求項５】
各エネルギ蓄積手段の検出電圧の平均値を算出し、該平均値に基づいて上記各エネルギ蓄積手段の検出電圧の許容範囲を設定し、各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルは、上記許容範囲を越えた相の補償電圧が上記許容範囲を越えた相のエネルギ蓄積手段の検出電圧より小さくなるように決定することを特徴とする請求項４記載の電圧変動補償装置。
【請求項６】
エネルギ蓄積手段は、複数相の電圧補償回路で共用とすることを特徴とする請求項１記載の電圧変動補償装置。
【請求項７】
各相電圧補償回路の異常を検出する手段を備え、各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記手段により異常検出された電圧補償回路からの補償電圧出力を０とするように決定することを特徴とする請求項１または６記載の電圧変動補償装置。
【請求項８】
各相電圧補償回路は、共用のエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該エネルギ蓄積手段をコンデンサで構成して該エネルギ蓄積手段の電圧検出手段を備え、電力系統の電圧変動時に、各相の出力電圧を正常電圧に補償するための各相電圧が上記エネルギ蓄積手段の検出電圧以下の場合、重畳する出力電圧ベクトルを０ベクトルとし、該検出電圧を超える相がある場合、上記各相補償電圧が該検出電圧以下となるように上記重畳する出力電圧ベクトルを決定することを特徴とする請求項１記載の電圧変動補償装置。
【請求項９】
電力系統の各相にそれぞれ直列に接続される各相電圧補償回路は、それぞれ異なる電圧が蓄積されてエネルギ蓄積手段を構成するエネルギ蓄積部を備え該エネルギ蓄積部に蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する複数の電圧補償サブ回路を直列に接続して構成され、上記複数の電圧補償サブ回路内の上記エネルギ蓄積部にそれぞれ蓄積される異なる電圧の絶対値を、最も小さい電圧（絶対値）に対して概２Ｋ倍（Ｋ＝０、１、２、・・・）とし、上記電圧補償サブ回路をバイパスするための高速機械式の短絡スイッチを、１つもしくは直列接続された複数の上記電圧補償サブ回路の出力端毎に備えて、各相補償電圧出力時には、各相における上記複数の電圧補償サブ回路の中から所望の組み合わせを選択し、その出力電圧の総和で上記電力系統における線間電圧の電圧変動を抑えることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の電圧変動補償装置。
【発明の詳細な説明】
【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の概略構成図を図１２に示す。図に示すように、送電線１からの電力は、変圧器２により降圧されて、電圧変動補償装置を介して需要家３（負荷）に接続され、電力が供給される。電圧変動補償装置は、直流電源４、インバータ５、平滑フィルタ６および大容量トランス７で構成される。
このような従来の電圧変動補償装置における、系統電圧の瞬時低下時（以下、瞬低時と称す）の電圧補償動作について以下に示す。
図１３は、系統電圧の瞬低時の、系統電圧、電圧変動補償装置の補償電圧出力、および需要家３に供給される電圧をそれぞれ示したものである。図に示すように、系統電圧に瞬時的に電圧低下が発生すると、電圧変動を監視している検出部（図示せず）にて電圧低下を検出し、それに基づく給電制御により、電圧変動補償装置では、直流電源４とインバータ５とで交流電圧を発生させて、平滑フィルタ６と大容量のトランス７を介して電力系統に直列に接続することにより、電力系統の電圧低下を補償する。これにより、需要家３には、電圧低下した系統電圧に電圧変動補償装置から出力される補償電圧が加算されてほぼ正常な電圧で電力が供給される。
【０００３】
上記のような電圧変動補償装置は、トランス７を介して電力系統に接続されるものであるが、近年、直列接続された複数個の電圧補償サブ回路で構成される電圧変動補償装置を直接電力系統に直列に接続するものが開発されており、図１４に基づいて以下に説明する。
図１４に示すように、送電線１からの電力は、変圧器２により降圧されて、電圧変動補償装置１００を介して需要家３（負荷）に接続され、電力が供給される。電圧変動補償装置１００は、図に示すように、複数の電圧補償ユニット１５と制御回路１６とで構成され、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する電圧補償サブ回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３が電力系統に直列に接続される。各電圧補償ユニット１５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９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４から成るフルブリッジインバータ、およびエネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３で構成される各電圧補償サブ回路ＰＮ（ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３）と、充電コンデンサ１０（１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３）を充電するための充電ダイオード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３とが備えられる。また、充電コンデンサ１０の充電電圧Ｖ１〜Ｖ３は、半導体スイッチング素子９（９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４）のオン／オフ制御により正負いずれかの極性で電力系統に接続される。また、各電圧補償サブ回路ＰＮの出力端には、各電圧補償サブ回路ＰＮと並列に高速機械式の定常短絡スイッチ８が設けられる。
充電コンデンサ１０は充電ダイオード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３によってそれぞれ異なる電圧が充電され、充電用トランス１次巻線１２は、電力系統と接続される。各電圧補償サブ回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内の充電コンデンサ１０に充電される電圧の比は概ね２のべき乗比に設定されている。つまり、以下の関係を満足させる。
Ｖ３＝２×Ｖ２＝２×２×Ｖ１
【０００４】
定常短絡スイッチ８および各半導体スイッチング素子９は制御回路１６に接続される。この制御回路１６の構成および動作について、図１５に基づいて以下に説明する。
図１５に示すように、系統電圧は制御回路１６に入力され、設定電圧２０と比較される。このとき設定電圧２０は、正常時の系統電圧とする。両者の差を誤差増幅器２１にて増幅し、さらに絶対値変換を施した後、Ａ/Ｄコンバータ２２にて３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）に変換する。系統電圧と設定電圧２０との差が、充電コンデンサ１０ｐｎ１の充電電圧Ｖ１と等しくなったとき、Ａ/Ｄコンバータ２２からの出力信号における最下位ビットＤ１のみが１、即ち゛００１゛となるよう、また、同様に゛０１０゛・・・゛１１１゛の場合も、充電コンデンサ１０の充電電圧の組み合わせと等しくなるように誤差増幅器２１のゲインは予め調整しておく。
Ｄ１〜Ｄ３の信号のいずれかが１となると、ＮＯＲ回路２３を通して、信号ｚ（＝０）により定常短絡スイッチ８をオフする。
一方、電圧瞬低制御回路１６に入力された系統電圧は、極性判定回路２４にも入力され、極性が判定される。２５は、各電圧補償サブ回路ＰＮのインバータの駆動信号を発生する駆動信号発生器で、系統電圧の極性が正・負の場合に応じて、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３にてアクテイブとなる信号ｇ１１〜ｇ１４、ｇ２１〜ｇ２４、ｇ３１〜ｇ３４を選択する。
【０００５】
例えば、図１４で示す電圧補償サブ回路ＰＮ１においては、最下位ビットＤ１＝１のときに、系統電圧の極性が正の場合、スイッチング素子９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオンし、スイッチング素子９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を正極性で出力する。また系統電圧の極性が負の場合、スイッチング素子９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオンし、スイッチング素子９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を負極性で出力する。またＤ１＝０のとき、スイッチング素子９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、のうち上アーム側９ｓｗ１２、９ｓｗ１４あるいは下アーム側９ｓｗ１１、９ｓｗ１３のどちらか一方をオン状態とし他方をオフ状態として出力端を短絡し、電圧補償サブ回路ＰＮ１からの出力をほぼゼロとする。
通常時、即ちデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３が全て０の時は、定常短絡スイッチ８はオン状態で、電流は定常短絡スイッチ８を流れる。また電力系統の電圧低下時には、誤差電圧に応じて発生されたデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３によって選択された各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３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×Ｖ１となる。
【０００６】
このような従来の電圧変動補償装置１００は、複数の電圧補償サブ回路ＰＮ１〜ＰＮ３を備えて補償電圧を階調制御により出力するため、系統電圧の瞬低時における高精度な電圧補償が可能であり、また直接系統電圧に接続するため装置全体が安価で小型に構成できるものである。
上記従来の電圧変動補償装置１００の動作は、系統電圧の１相のみについて説明したが、実際には図１６に示すように、３相交流（ａ相、ｂ相、ｃ相）のそれぞれの相について、コンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えた電圧変動補償装置１００ａ、１００ｂ、１００ｃを直列に接続して独立に電圧変動を補償している。なお、トランス７を介して電力系統に接続される従来の電圧変動補償装置についても同様に、各相にそれぞれ電圧変動補償装置を備えて独立に電圧変動を補償している。
【０００７】
【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、以上のように系統電圧の各相をそれぞれ独立に補償しており、図１７のフローチャートに示すように、系統電圧の変動を検出すると（ｓ１）、各相（ａ相、ｂ相、ｃ相）にそれぞれ必要な補償電圧（Ｖta、Ｖtb、Ｖtc）を演算し、それらが各相の出力可能な電圧、即ちコンデンサの電圧（Ｖa、Ｖb、Ｖc）以下の時（ｓ２）、各相に補償電圧（Ｖta、Ｖtb、Ｖtc）を出力する（ｓ３）。ｓ２において、必要な補償電圧がコンデンサの電圧を越える相が存在すると、電圧変動に対する補償が不可能となる（ｓ４）。
このように、電圧変動補償装置が出力可能な補償電圧が、必要補償電圧に満たない相が１相でもあると補償不可となるため、コンデンサの電圧低下が最も大きい相で補償可能時間が決定され、他の相のエネルギを有効利用できず補償不可に陥りやすいという問題点があった。
【０００８】
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、電圧系統の各相の電圧変動を補償する電圧変動補償装置において、各相のエネルギ蓄積手段のエネルギを全体として有効利用し、出力可能な補償電圧が必要補償電圧に満たない相が存在しても、継続して電圧補償できることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る請求項１記載の電圧変動補償装置は、電力系統における電圧変動の監視、およびそれに基づく給電制御を行う制御部と、該電力系統の各相にそれぞれ直列に接続し、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各相電圧補償回路とを備えて、負荷に供給される電圧変動を抑える装置構成であって、上記電力系統の電圧変動時に、各相の出力電圧を正常電圧に補償するための各相電圧に、それぞれ同じ出力電圧ベクトルを重畳して演算された各相補償電圧を上記各相電圧補償回路から出力して、上記電力系統における線間電圧の電圧変動を抑えるものである。
【００１０】
またこの発明に係る請求項２記載の電圧変動補償装置は、請求項１において、各相電圧補償回路は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記各相電圧補償回路からの出力エネルギが概均等となるように決定するものである。
【００１１】
またこの発明に係る請求項３記載の電圧変動補償装置は、請求項１において、各相電圧補償回路は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各相補償電圧の大きさが概均等となるように、重畳する出力電圧ベクトルを決定するものである。
【００１２】
またこの発明に係る請求項４記載の電圧変動補償装置は、請求項１において、各相電圧補償回路は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各エネルギ蓄積手段をコンデンサで構成して該各エネルギ蓄積手段の電圧検出手段を備え、上記各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記各エネルギ蓄積手段の検出電圧の差を無くすように決定するものである。
【００１３】
またこの発明に係る請求項５記載の電圧変動補償装置は、請求項４において、各エネルギ蓄積手段の検出電圧の平均値を算出し、該平均値に基づいて上記各エネルギ蓄積手段の検出電圧の許容範囲を設定し、各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルは、上記許容範囲を越えた相の補償電圧が上記許容範囲を越えた相のエネルギ蓄積手段の検出電圧より小さくなるように決定するものである。
【００１４】
またこの発明に係る請求項６記載の電圧変動補償装置は、請求項１において、エネルギ蓄積手段は、複数相の電圧補償回路で共用とするものである。
【００１５】
またこの発明に係る請求項７記載の電圧変動補償装置は、請求項１または６において、各相電圧補償回路の異常を検出する手段を備え、各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記手段により異常検出された電圧補償回路からの補償電圧出力を０とするように決定するものである。
【００１６】
またこの発明に係る請求項８記載の電圧変動補償装置は、請求項１において、各相電圧補償回路は、共用のエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該エネルギ蓄積手段をコンデンサで構成して該エネルギ蓄積手段の電圧検出手段を備え、電力系統の電圧変動時に、各相の出力電圧を正常電圧に補償するための各相電圧が上記エネルギ蓄積手段の検出電圧以下の場合、重畳する出力電圧ベクトルを０ベクトルとし、該検出電圧を超える相がある場合、上記各相補償電圧が該検出電圧以下となるように上記重畳する出力電圧ベクトルを決定するものである。
【００１７】
またこの発明に係る請求項９記載の電圧変動補償装置は、請求項２〜５のいずれかにおいて、電力系統の各相にそれぞれ直列に接続される各相電圧補償回路は、それぞれ異なる電圧が蓄積されてエネルギ蓄積手段を構成するエネルギ蓄積部を備え該エネルギ蓄積部に蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する複数の電圧補償サブ回路を直列に接続して構成され、上記複数の電圧補償サブ回路内の上記エネルギ蓄積部にそれぞれ蓄積される異なる電圧の絶対値を、最も小さい電圧（絶対値）に対して概２Ｋ倍（Ｋ＝０、１、２、・・・）とし、上記電圧補償サブ回路をバイパスするための高速機械式の短絡スイッチを、１つもしくは直列接続された複数の上記電圧補償サブ回路の出力端毎に備えて、各相補償電圧出力時には、各相における上記複数の電圧補償サブ回路の中から所望の組み合わせを選択し、その出力電圧の総和で上記電力系統における線間電圧の電圧変動を抑えるものである。
【００１８】
【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２００の概略構成図である。
図１（ａ）に示すように、送電線１からの電力は、変圧器２により降圧されて、電圧変動補償装置２００を介して需要家３（負荷）に接続され、電力が供給される。電圧変動補償装置２００は図１（ｂ）に示すように、３相交流（ａ相、ｂ相、ｃ相）のそれぞれの相について、エネルギ蓄積手段としてのコンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備えた各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを直列に接続し、制御部として全相で共通の制御回路３０を備えて、この制御回路３０からの指令により、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから各相に補償電圧を出力して電圧変動を補償する。
【００１９】
各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの詳細な構成は図２に基づいて以下に説明する。
図２に示すように、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、複数（この場合３個）の電圧補償ユニット１５で構成され、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する電圧補償サブ回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３が電力系統に直列に接続される。各電圧補償ユニット１５には、ダイオードが逆並列に接続された４個のＩＧＢＴ９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４から成るフルブリッジインバータ、およびエネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３で構成される各電圧補償サブ回路ＰＮ（ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３）と、充電コンデンサ１０（１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３）を充電するための充電ダイオード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３とが備えられる。また、充電コンデンサ１０の充電電圧Ｖ１〜Ｖ３は、ＩＧＢＴ９（９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４）のオン／オフ制御により正負いずれかの極性で電力系統に接続される。充電コンデンサ１０（１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３）は、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが備える各コンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ（図１参照）を詳細に示したものである。
【００２０】
また、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの出力端には、並列に高速機械式の定常短絡スイッチ８が設けられる。なお、この定常短絡スイッチ８は、各電圧補償サブ回路ＰＮと並列に複数個設けても良く、１つあるいは直列接続された複数の電圧補償サブ回路ＰＮの出力端毎に設けられていれば良い。また、フルブリッジインバータはＩＧＢＴ９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。
充電コンデンサ１０は充電ダイオード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３によってそれぞれ異なる電圧が充電され、充電用トランス１次巻線１２は、電力系統と接続される。各電圧補償サブ回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内の充電コンデンサ１０に充電される電圧の比は概ね２のべき乗比に設定されている。つまり、以下の関係を満足させる。
Ｖ３＝２×Ｖ２＝２×２×Ｖ１
【００２１】
各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの定常短絡スイッチ８および各半導体スイッチング素子９は制御回路３０に接続され、制御回路３０からの指令信号ｚ，ｇ１１〜ｇ１４，ｇ２１ｇ〜２４，ｇ３１〜ｇ３４により動作する。この制御回路３０の構成および動作について、図３に基づいて以下に説明する。
図３に示すように、電力系統の各相の電流をモニタして観測される系統電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、系統電流Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚはそれぞれ制御回路３０に入力され、補償電圧算出部３３において、系統電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、系統電流Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚと、各相の設定電圧３１、設定電流３２とに基づいて、各線間電圧の電圧変動を補償するように各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する。このとき設定電圧３１、設定電流３２は、正常時の系統電圧および系統電流とする。上記各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicの算出は、補償電圧算出部３３内の重畳電圧算出部３４で算出される全相に共通の重畳電圧ベクトルＶ0を重畳してなされるもので、以下に詳述する。
【００２２】
図４は、電力系統の各相の電圧、電流をベクトル図で示したもので、図４（ａ）に、正常時の各相の電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖnc（以下、正常電圧ベクトルと称す）、電流ベクトルＩna、Ｉnb、Ｉnc（以下、正常電流ベクトルと称す）、および瞬低による電圧変動時の各相の電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖsc（以下、瞬低電圧ベクトルと称す）を示す。なお、θsa、θsb、θscは電圧変動時の瞬低電圧ベクトルと正常電流ベクトルとの位相差を表している。図４（ｂ）に示すように、各相の瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電圧Ｖna−Ｖsa、Ｖnb−Ｖsb、Ｖnc−Ｖsc（以下、Ｖta、Ｖtb、Ｖtcと表す）に、それぞれ同じ出力電圧ベクトルである重畳電圧ベクトルＶ0を重畳（加算）して、図４（ｃ）に示すように、各相の補償電圧である各相補償電圧ベクトルＶia、Ｖib、Ｖicを算出する。このとき、重畳電圧ベクトルＶ0は、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにおける補償電圧出力時の出力エネルギが概均等になるように重畳電圧算出部３４にて算出され、この算出方法の詳細については、後述する。
このように、各相の電圧変動によって変動した線間電圧を、概均等の出力エネルギで補償するように、重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する。
【００２３】
各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicが算出されると、図３に示すように、増幅回路３５にて増幅し、さらに絶対値変換を施した後、Ａ/Ｄコンバータ３６にて各相毎に３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）に変換する。各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicの大きさが、充電コンデンサ１０ｐｎ１の充電電圧Ｖ１と等しくなったとき、Ａ/Ｄコンバータ３６からの出力信号における最下位ビットＤ１のみが１、即ち゛００１゛となるよう、また、同様に゛０１０゛・・・゛１１１゛の場合も、充電コンデンサ１０の充電電圧の組み合わせと等しくなるように増幅回路３５のゲインは予め調整しておく。
Ｄ１〜Ｄ３の信号のいずれかが１となると、ＮＯＲ回路３７を通して、信号ｚ（＝０）により各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの定常短絡スイッチ８を全てオフする。なお、ＮＯＲ回路３７は各相毎に複数個（この場合３個み）備えても良く、その場合、対応する電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの定常短絡スイッチ８に対して信号ｚを出力する。
【００２４】
一方、算出された各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicは、極性判定回路３８にも入力され、極性が判定される。３９ａ、３９ｂ、３９ｃは、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに対して駆動信号ｇａ、ｇｂ、ｇｃを発生する駆動信号発生器であり、この各相の駆動信号ｇａ、ｇｂ、ｇｃは、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ内の複数個の電圧補償サブ回路ＰＮのインバータの１２種の駆動信号ｇ１１〜ｇ１４，ｇ２１〜ｇ２４，ｇ３１〜ｇ３４でそれぞれ構成される。この駆動信号発生器３９ａ、３９ｂ、３９ｃにより、各相の補償電圧Ｖｉａ、Ｖｉｂ、Ｖｉｃの極性が正・負の場合に応じて、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３にてアクテイブとなる信号を選択し、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに対し、駆動信号ｇａ、ｇｂ、ｇｃを発生する。
【００２５】
例えば、図２で示す各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ内の電圧補償サブ回路ＰＮ１においては、最下位ビットＤ１＝１のときに、系統電圧の極性が正の場合、スイッチング素子９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオンし、スイッチング素子９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を正極性で出力する。また系統電圧の極性が負の場合、スイッチング素子９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオンし、スイッチング素子９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を負極性で出力する。またＤ１＝０のとき、スイッチング素子９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、のうち上アーム側９ｓｗ１２、９ｓｗ１４あるいは下アーム側９ｓｗ１１、９ｓｗ１３のどちらか一方をオン状態とし他方をオフ状態として出力端を短絡し、電圧補償サブ回路ＰＮ１からの出力をほぼゼロとする。他の電圧補償サブ回路ＰＮ２、ＰＮ３からの出力も、対応するビットのデジタル信号Ｄ２、Ｄ３に応じて同様に行われ、即ち、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ内において、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３によって選択された各補償サブ回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３から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階調の電圧出力を各相で発生することができ、最大の補償電圧は、７×Ｖ１となる。
【００２６】
次に、重畳電圧ベクトルＶ0の算出方法の詳細について説明する。この重畳電圧ベクトルＶ0は、上述したように、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにおける補償電圧出力時の出力エネルギが概均等になるように重畳電圧算出部３４にて算出される。
図４を用いて説明したように、各相補償電圧ベクトルＶia、Ｖib、Ｖicは、各相の瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電圧に、それぞれ同じ出力電圧ベクトルである重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して、以下の式（１）（２）（３）のように表される。
【００２７】
【数１】
0003911175.tif 000002
【００２８】
この時、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの出力エネルギＰia、Ｐib、Ｐicは、
【数２】
0003911175.tif 000003
となる。なお、・は内積を表している。
【００２９】
正常時の系統電圧、系統電流はほぼ三相平衡状態であり、即ち正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncは１２０°づつ位相が異なっており、|Ｖna|＝|Ｖnb|＝|Ｖnc|＝|Ｖn|、また正常電流ベクトルＩna、Ｉnb、Ｉncも１２０°づつ位相が異なっており、|Ｉna|＝|Ｉnb|＝|Ｉnc|＝|Ｉn|である。このため、任意の定数ｋを使って、
【数３】
0003911175.tif 000004
とおくと、
【００３０】
式（４）（５）（６）は、
【数４】
0003911175.tif 000005
となる。
【００３１】
式（８）（９）（１０）において、ｋ＝１とすることにより、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの出力エネルギＰia、Ｐib、Ｐicをほぼ均等にすることができる。即ち、ｋ＝１のときの式（７）で示すＶ0が、求める重畳電圧ベクトルＶ0である。
【００３２】
次に、電圧変動補償装置２００全体の動作について、図５のフローチャートに基づいて、以下に説明する。
制御部３０では、系統電圧変動を監視し（ｔ１）、通常時（電圧変動が無い時）には、各相のデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３は全て０であり、定常短絡スイッチ８はオン状態で、系統電力は抵抗の小さい定常短絡スイッチ８を通して負荷（需要家）３に供給されている。系統電圧変動が発生すると、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの出力エネルギＰia、Ｐib、Ｐicをほぼ均等にするように重畳電圧ベクトルＶ0を演算し（ｔ２）、瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtcに、それぞれ重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する（ｔ３）。算出された各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicによる電圧が、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの出力可能な電圧、即ち各相におけるコンデンサ電圧の総和Ｖa、Ｖb、Ｖc以下の時（ｔ４）、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを出力することにより、各相の線間電圧の変動を補償する（ｔ５）。ｔ４において、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicがコンデンサ電圧の総和Ｖa、Ｖb、Ｖcを越える相が存在すると、電圧変動に対する補償が不可能となる（ｔ６）。
【００３３】
この実施の形態では、各相の電圧補償を行う際に、同じ重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出するため、線間電圧の電圧変動を補償して負荷３への電力供給の信頼性を保ちつつ、出力エネルギの各相のバランスを重畳電圧ベクトルＶ0によって調整することが可能になる。この場合、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの出力エネルギをほぼ均等にするように重畳電圧ベクトルＶ0を演算したため、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが個別に備えるコンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃのエネルギをほぼ均等に利用することができる。このため、各相で偏った電圧変動が発生しても、電圧変動補償装置２００全体のコンデンサのエネルギを有効利用でき、その結果電圧変動補償可能時間を延長することができる。
【００３４】
なお、この実施の形態では、重畳電圧ベクトルＶ0は、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにおける補償電圧出力時の出力エネルギが概均等になるように算出したが、電力系統がほぼ三相平衡状態であれば、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicの電圧の大きさが概均等になるように、重畳電圧ベクトルＶ0を算出しても、出力エネルギは概均等となる。このため、制御を簡略とするため、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicの電圧の大きさが概均等になるように、重畳電圧ベクトルＶ0を算出して用いることも可能である。
【００３５】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２について説明する。
この実施の形態においても、上記実施の形態１で用いた同様の各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを用い、各相の電圧補償を行う際に、同じ重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出するものであるが、この場合、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが個別に備えるコンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおける電圧の差を無くすように重畳電圧ベクトルＶ0を演算する。
図６は、この実施の形態による電圧変動補償装置が備える、制御部としての制御回路３０ａの構成を示す図であり、この制御回路３０ａからの指令により、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから各相に補償電圧を出力して電圧変動を補償する。
【００３６】
以下、制御回路３０ａの構成および動作について説明する。図６に示すように、系統電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、および、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ内の各コンデンサ１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３の電圧をモニタした値Ｖa1〜Ｖa3、Ｖb1〜Ｖb3、Ｖc1〜Ｖc3はそれぞれ制御回路３０ａに入力される。入力されたコンデンサ電圧Ｖa1〜Ｖa3、Ｖb1〜Ｖb3、Ｖc1〜Ｖc3は、電圧加算部４０で各相ごとにコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcが計算される。これらの各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcは平均値演算部４１にて全相のコンデンサ平均電圧Ｖaveが計算される。比較演算部４２にて各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcと全相のコンデンサ平均電圧Ｖaveとの差をそれぞれ計算し、計算結果の差の絶対値が、予め設定されたばらつきの許容値４３以下であるかを電圧ばらつき判定部４４で判定する。
【００３７】
補償電圧算出部３３ａでは、系統電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、正常時の系統電圧である各相の設定電圧３１、各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖc、全相のコンデンサ平均電圧Ｖave、および電圧ばらつき判定部４４の判定結果に基づいて、各線間電圧の電圧変動を補償するように各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する。上記各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicの算出は、図４で説明したように、各相の瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtc（Ｖna−Ｖsa、Ｖnb−Ｖsb、Ｖnc−Ｖsc）に、それぞれ同じ出力電圧ベクトルである重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して、各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する。このとき、重畳電圧ベクトルＶ0は、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにおけるコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcのばらつきを無くすように、補償電圧算出部３３ａ内の重畳電圧算出部３４ａにて算出され、この算出方法の詳細については、後述する。
【００３８】
各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicが算出されると、増幅回路３５にて増幅し、さらに絶対値変換を施した後、Ａ/Ｄコンバータ３６にて、上記実施の形態１と同様に各相毎に３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）に変換する。
ＮＯＲ回路３７ａ、３７ｂ、３７ｃは各相に対して備えられ、Ｄ１〜Ｄ３の信号のいずれかが１となると、対応する電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの定常短絡スイッチ８に信号ｚ（＝０）を出力して定常短絡スイッチ８をオフする。
一方、算出された各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicは、極性判定回路３８で極性が判定され、上記実施の形態１と同様に、駆動信号発生器３９ａ、３９ｂ、３９ｃにより、各相の補償電圧Ｖｉａ、Ｖｉｂ、Ｖｉｃの極性が正・負の場合に応じて、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３にてアクテイブとなる信号を選択し、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに対し、駆動信号ｇａ、ｇｂ、ｇｃを発生する。
【００３９】
次に、重畳電圧ベクトルＶ0の算出方法の詳細について説明する。この重畳電圧ベクトルＶ0は、上述したように、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃにおけるコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcのばらつきを無くすように重畳電圧算出部３４ａにて算出され、次の式（１１）で表される。
Ｖ0＝ＳａｋＶna＋ＳｂｋＶnb＋ＳｃｋＶnc         （１１）
なお、Ｓａｋ、Ｓｂｋ、Ｓｃｋの初期値は、Ｓａ０＝Ｓｂ０＝Ｓｃ０＝０で、その時、Ｖ0＝０となる。電圧ばらつき判定部４４の判定結果が全相においてＧＯ（許容値以下）であるとき、重畳電圧ベクトルＶ0＝０となり、各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicは、各相の瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtc（Ｖna−Ｖsa、Ｖnb−Ｖsb、Ｖnc−Ｖsc）と等しくなる。
【００４０】
電圧ばらつき判定部４４の判定結果がＮＧである相があるとき、即ち、各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcと全相のコンデンサ平均電圧Ｖaveとの差が許容値を越える相が存在するとき、式（１１）におけるＳａｋ、Ｓｂｋ、Ｓｃｋの値を、ｋ＝１として以下のように更新する。
コンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcと全相のコンデンサ平均電圧Ｖaveとの差が許容値を越える相をｉ相（ｉはａ、ｂ、ｃのいずれか１つまたは複数）とし、ｉ相以外の相をｊ相とすると、
Ｓｉ１＝Ｓｉ０＋（Ｖi−Ｖave）／|Ｖn|               （１２）
Ｓｊ１＝Ｓｊ０                                      （１３）
これにより得られるＳａ１、Ｓｂ１、Ｓｃ１の値を用いて、式（１１）から、重畳電圧ベクトルＶ0を求める。
ここでは、コンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcと全相のコンデンサ平均電圧Ｖaveとの差が許容値を越える相について、重畳電圧ベクトルＶ0をシフトさせるもので、コンデンサ総和電圧が、コンデンサ平均電圧Ｖaveよりも大きい場合は当該相の順方向（＋方向）にシフトさせ、コンデンサ平均電圧Ｖaveよりも小さいい場合は当該相の逆方向（−方向）にシフトさせて、重畳電圧ベクトルＶ0を求める。
【００４１】
次に、演算された重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出し、これらの補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicが各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖc以下であれば出力可能であるため、演算された重畳電圧ベクトルＶ0は採用される。
【００４２】
ここで、算出された補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicで各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcを越える相があるとき、Ｓａｋ、Ｓｂｋ、Ｓｃｋの値を、ｋ＝２として以下のように更新する。
Ｓａ２＝Ｓａ１−（Ｖia＋Ｖ0−Ｖa）／|Ｖn|              （１４）
Ｓｂ２＝Ｓｂ１−（Ｖib＋Ｖ0−Ｖb）／|Ｖn|              （１５）
Ｓｃ２＝Ｓｃ１−（Ｖic＋Ｖ0−Ｖc）／|Ｖn|              （１６）
なお、式中のＶ0、Ｖia、Ｖib、Ｖicは、ｋ＝１のときのＳａ１、Ｓｂ１、Ｓｃ１の値を用いて、式（１１）から得たＶ0と該Ｖ0を用いて算出した補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicの値である。
上記式（１４）（１５）（１６）で得たＳａ２、Ｓｂ２、Ｓｃ２の値を用いて、式（１１）から、再度重畳電圧ベクトルＶ0を求める。
【００４３】
この実施の形態では、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃのコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcのばらつきを無くすように重畳電圧ベクトルＶ0を演算し、この重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する。このため、線間電圧の電圧変動を補償して負荷３への電力供給の信頼性を保ちつつ、各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcをほぼ均等に低下させることができる。このため、電圧変動補償装置２００全体のコンデンサのエネルギを有効利用でき、その結果電圧変動補償可能時間を延長することができる。
【００４４】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態２では、Ｓａ１、Ｓｂ１、Ｓｃ１の値を式（１２）により求めたが、定数βを用いて以下の式により求めても良い。
Ｓｉ１＝Ｓｉ０＋β（Ｖi−Ｖave）／|Ｖi−Ｖave|               （１７）
同様に、Ｓａ２、Ｓｂ２、Ｓｃ２の値を式（１４）（１５）（１６）の代わりに、定数γを用いて以下の式により求めても良い。
Ｓａ２＝Ｓａ１−γＳａ１／|Ｓａ１|              （１８）
Ｓｂ２＝Ｓｂ１−γＳｂ１／|Ｓｂ１|              （１９）
Ｓｃ２＝Ｓｃ１−γＳｃ１／|Ｓｃ１|              （２０）
上記式（１７）〜（２０）を用いることで、補償電圧の出力により急激に相電圧が変化することが抑制できて、電圧変動補償補償装置の誤作動などを防止し、電圧補償の信頼性が向上する。
【００４５】
実施の形態４．
また、上記実施の形態２では、各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcにばらつきが発生すると、ばらつきを無くすように重畳電圧ベクトルＶ0を演算したが、各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcが一定値（α）以上の電圧であれば、重畳電圧ベクトルＶ0を０として重畳させず、上記一定値（α）よりも電圧が低下した時点で、ばらつきを無くすように重畳電圧ベクトルＶ0を演算して用いても良い。
さらにまた、各相の瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtc（Ｖna−Ｖsa、Ｖnb−Ｖsb、Ｖnc−Ｖsc）が、全て、各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖc以下であるときは、重畳電圧ベクトルＶ0を０として重畳させず、上記各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtcのいずれかがコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖc以上になった時点で、上記実施の形態と同様に、ばらつきを無くすように重畳電圧ベクトルＶ0を演算して用いても良い。
【００４６】
実施の形態５．
上記実施の形態２で用いた制御回路３０ａの別例を図７に示す。実施の形態２では、比較演算部４２にて各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcと全相のコンデンサ平均電圧Ｖaveとの差をそれぞれ計算し、計算結果の差の絶対値が、予め設定されたばらつきの許容値４３以下であるかを電圧ばらつき判定部４４で判定した。この実施の形態では、電圧ばらつき判定部４４ａにおいて、ばらつきの許容値を、平均値演算部４１で求められた全相のコンデンサ平均電圧Ｖaveの所定の定数倍とし、この平均電圧Ｖaveにばらつき許容値を加算した電圧と各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcとで判定させる。
このように、常に一定の割合で電圧ばらつきを許容することから、許容値の不適切による制御エラーを起こりにくくすることが出来、また、ばらつきの許容値をコンデンサ平均電圧Ｖaveから容易に設定できるため、制御回路の構成が簡略化できる。
【００４７】
上記実施の形態１〜５では、図２に示す各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを電力系統の各相に、直接、直列に接続した電圧変動補償装置について説明したが、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、フルブリッジインバータを用いるものに限るものではなく、また、トランスを介して電力系統の各相に直列に接続するもので、一般的なＰＷＭ制御により電圧変動を補償する装置であっても良く、上記実施の形態１〜５と同様に、重畳電圧ベクトルＶ0を演算し、この重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して算出する各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを用いて、各相の線間電圧の変動を補償する。
【００４８】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６による電圧変動補償装置２１０について、図８に基づいて説明する。
図８に示すように、３相交流（ａ相、ｂ相、ｃ相）のそれぞれの相について、インバータ回路５３ａ、５３ｂ、５３ｃを備えた各相電圧補償回路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを、高調波除去用の平滑フィルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃと大容量のトランス５１ａ、５１ｂ、５１ｃを介して電力系統に接続する。また、エネルギ蓄積手段として全相で共用するコンデンサ５４と、制御部として全相で共通の制御回路５０とを備えて、この制御回路５０からの指令により、各相電圧補償回路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ内のインバータ回路５３ａ、５３ｂ、５３ｃを駆動することにより、共用コンデンサ５４に蓄積された電圧から補償電圧を発生させ、電圧変動を補償する。
【００４９】
このように構成される電圧変動補装置２１０の動作を図９のフローチャートに基づいて、以下に説明する。
制御回路５０では、系統電圧変動を監視し（ｕ１）、通常時（電圧変動が無い時）には、系統電力はそのまま負荷（需要家）３に供給されている。また、共用コンデンサ５４の電圧Ｖabcをモニタした値を制御回路５０に入力し、ｕ１において、系統電圧変動が発生すると、瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtcを演算し、この各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtcが全てコンデンサ電圧Ｖabc以下の時（ｕ２）、各相電圧補償回路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃから各相補償電圧としてＶta、Ｖtb、Ｖtcを出力することにより、各相の電圧変動を補償する（ｕ３）。ｕ２において、各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtcでコンデンサ電圧Ｖabcを越える相が存在するとき、次ステップｕ５において算出する各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicが全てコンデンサ電圧Ｖabc以下となるように、重畳電圧ベクトルＶ0を演算し（ｕ４）、上記各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtcに、それぞれ重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する（ｕ５）。次に、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicが全てコンデンサ電圧Ｖabc以下であるか確認し（ｕ６）、各相電圧補償回路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃから各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを出力することにより、各相の線間電圧の変動を補償する（ｕ７）。ｕ６において、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicでコンデンサ電圧Ｖabcを越える相が存在すると、電圧変動に対する補償が不可能となる（ｕ８）。
【００５０】
このような電圧補償を行う電圧変動補償装置で、例えば３相のうちの１相（ａ相）だけの電圧が大きく低下した場合で、補償に必要な相電圧Ｖtaがコンデンサ電圧Ｖabcよりも大きい場合の電圧補償動作について、図１０を用いて説明する。図１０は、電力系統の各相の電圧をベクトル図で示したもので、図１０（ａ）に、正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncを示す。図１０（ｂ）に示すように、瞬低による電圧変動により発生する瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscのうち瞬低電圧ベクトルＶsaのみが大きく低下し、瞬低電圧ベクトルＶsaを正常電圧ベクトルＶnaに補償するための電圧Ｖta（Ｖna−Ｖsa）がコンデンサ電圧Ｖabcよりも大きくなったとする。このため、図１０（ｃ）に示すように、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicがコンデンサ電圧Ｖabc以下となるように、重畳電圧ベクトルＶ0を決定して、算出された各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを各相電圧補償回路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃから出力する。
【００５１】
この実施の形態では、各相の電圧補償を行う際に、同じ重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出することにより、単相あたりの系統電圧変動が電圧変動補償装置２１０の共用コンデンサ５４の電圧よりも大きい時にも対応して補償することができ、線間電圧の電圧変動を補償して負荷３への電力供給の信頼性を保ちつつ、電圧変動補償装置２１０の共用コンデンサ５４のエネルギを有効利用でき、その結果電圧変動補償可能時間を延長することができる。
【００５２】
なお、図９で示した補償動作において、ｕ３にて、各相補償電圧としてＶta、Ｖtb、Ｖtcを出力して各相の電圧変動を補償する補償動作途中に、各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtcでコンデンサ電圧Ｖabcを越えるものが生じたとき、それを検出して制御回路５０内の制御を切り換えることにより、ｕ４からの処理に切り換えるようにすれば、継続して電圧変動補償が行える。
【００５３】
また、共用コンデンサ５４は全相で共用するものとしたが、複数相で共用させるコンデンサを複数個備えることも可能である。
【００５４】
実施の形態７．
上記実施の形態１〜６において、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）の異常を検出する手段を備え、異常が発生した各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）が出力する補償電圧が０となるように、重畳電圧ベクトルＶ0を決定して、その他の各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）が出力する各相補償電圧を算出する。これにより、いずれかの相の各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）が補償不可能に陥っても、他の相のみで、線間電圧変動の補償を継続することが可能となる。
【００５５】
実施の形態８．
ところで、実際の電力系統では、図１１で示すように、電力系統は分岐されて、例えば、電圧変動補償装置２００、２１０を直列に接続して負荷３に供給する線間電圧の補償を行う配電線以外に、電圧補償対象外の需要家に供給される系統６１や、母線零相電圧検出のための系統が存在し、母線零相電圧検出器６０や配電線零相電流検出器６２を備えて、母線零相電圧や配電線零相電流を監視し、地絡保護を行っている場合がある。このため、上記各実施の形態により電圧変動の補償動作を行う際、以下のような対応に留意する必要がある。
１．母線零相電圧検出器６０または配電線零相電流検出器６２の異常検出しきい値以下に収まる範囲で、重畳電圧ベクトルＶ0を制限するか、または電圧変動補償装置２００、２１０が動作している時には、母線零相電圧検出器６１の動作を無視する。
２．電圧変動補償装置２００、２１０に別途母線零相電圧検出器を組み込み、重畳電圧ベクトルＶ0を常に母線零相電圧検出器の動作しきい値以下となるように制御する。
３．重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して補償電圧を出力する時間を母線零相電圧検出器６０の異常判定タイマーの動作しきい時間以内となるように制御する。
４．母線零相電圧検出器６０の動作しきい値を、あらかじめ電圧変動補償装置２００、２１０内の制御回路３０、５０に設定しておき、重畳電圧ベクトルＶ0ををこの値以下となるように制御する。
５．母線零相電圧検出器６０の動作ステータス信号により、母線零相電圧検出器６０が動作中には、重畳電圧ベクトルＶ0を重畳する制御を行わないようにする。
【００５６】
例えば、上記実施の形態２、３において重畳電圧ベクトルＶ0を演算するためのＳａｋ、Ｓｂｋ、Ｓｃｋの値に、上限を設定できるようにしておくと、上述した母線零相電圧や配電線零相電流を監視するための対応が容易に行える。
【００５７】
【発明の効果】
この発明に係る請求項１記載の電圧変動補償装置は、電力系統における電圧変動の監視、およびそれに基づく給電制御を行う制御部と、該電力系統の各相にそれぞれ直列に接続し、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各相電圧補償回路とを備えて、負荷に供給される電圧変動を抑える装置構成であって、上記電力系統の電圧変動時に、各相の出力電圧を正常電圧に補償するための各相電圧に、それぞれ同じ出力電圧ベクトルを重畳して演算された各相補償電圧を上記各相電圧補償回路から出力して、上記電力系統における線間電圧の電圧変動を抑えるため、線間電圧の電圧変動を補償して負荷への電力供給の信頼性を保ちつつ、出力エネルギの各相のバランスを、重畳する出力電圧ベクトルによって調整することが可能になる。
【００５８】
またこの発明に係る請求項２記載の電圧変動補償装置は、請求項１において、各相電圧補償回路は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記各相電圧補償回路からの出力エネルギが概均等となるように決定するため、各相のエネルギ蓄積手段のエネルギをほぼ均等に利用することができ、全体のエネルギを有効利用できて、電圧変動補償可能時間を延長することができる。
【００５９】
またこの発明に係る請求項３記載の電圧変動補償装置は、請求項１において、各相電圧補償回路は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各相補償電圧の大きさが概均等となるように、重畳する出力電圧ベクトルを決定するため、各相のエネルギ蓄積手段のエネルギをほぼ均等に利用することができ、全体のエネルギを容易に有効利用できて、電圧変動補償可能時間を延長することができる。
【００６０】
またこの発明に係る請求項４記載の電圧変動補償装置は、請求項１において、各相電圧補償回路は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各エネルギ蓄積手段をコンデンサで構成して該各エネルギ蓄積手段の電圧検出手段を備え、上記各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記各エネルギ蓄積手段の検出電圧の差を無くすように決定するため、各相のコンデンサ電圧をほぼ均等に低下させることができ、全体のコンデンサのエネルギを有効利用できて、電圧変動補償可能時間を延長することができる。
【００６１】
またこの発明に係る請求項５記載の電圧変動補償装置は、請求項４において、各エネルギ蓄積手段の検出電圧の平均値を算出し、該平均値に基づいて上記各エネルギ蓄積手段の検出電圧の許容範囲を設定し、各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルは、上記許容範囲を越えた相の補償電圧が上記許容範囲を越えた相のエネルギ蓄積手段の検出電圧より小さくなるように決定するため、補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、容易で確実に、各エネルギ蓄積手段の検出電圧の差を無くすように決定できる。
【００６２】
またこの発明に係る請求項６記載の電圧変動補償装置は、請求項１において、エネルギ蓄積手段は、複数相の電圧補償回路で共用とするため、共用のエネルギ蓄積手段から各相に出力される出力エネルギの各相のバランスを、重畳する出力電圧ベクトルによって調整して、電圧変動補償可能時間を延長する。
【００６３】
またこの発明に係る請求項７記載の電圧変動補償装置は、請求項１または６において、各相電圧補償回路の異常を検出する手段を備え、各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記手段により異常検出された電圧補償回路からの補償電圧出力を０とするように決定するため、いずれかの相の各相電圧補償回路に以上が発生しても、線間電圧変動の補償を継続することが可能となる。
【００６４】
またこの発明に係る請求項８記載の電圧変動補償装置は、請求項１において、各相電圧補償回路は、共用のエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該エネルギ蓄積手段をコンデンサで構成して該エネルギ蓄積手段の電圧検出手段を備え、電力系統の電圧変動時に、各相の出力電圧を正常電圧に補償するための各相電圧が上記エネルギ蓄積手段の検出電圧以下の場合、重畳する出力電圧ベクトルを０ベクトルとし、該検出電圧を超える相がある場合、上記各相補償電圧が該検出電圧以下となるように上記重畳する出力電圧ベクトルを決定するため、単相あたりの電圧変動が共用のコンデンサ電圧よりも大きい時にも、線間電圧変動の補償を継続することが可能となり、コンデンサのエネルギを有効利用できて、電圧変動補償可能時間を延長することができる。
【００６５】
またこの発明に係る請求項９記載の電圧変動補償装置は、請求項２〜５のいずれかにおいて、電力系統の各相にそれぞれ直列に接続される各相電圧補償回路は、それぞれ異なる電圧が蓄積されてエネルギ蓄積手段を構成するエネルギ蓄積部を備え該エネルギ蓄積部に蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する複数の電圧補償サブ回路を直列に接続して構成され、上記複数の電圧補償サブ回路内の上記エネルギ蓄積部にそれぞれ蓄積される異なる電圧の絶対値を、最も小さい電圧（絶対値）に対して概２Ｋ倍（Ｋ＝０、１、２、・・・）とし、上記電圧補償サブ回路をバイパスするための高速機械式の短絡スイッチを、１つもしくは直列接続された複数の上記電圧補償サブ回路の出力端毎に備えて、各相補償電圧出力時には、各相における上記複数の電圧補償サブ回路の中から所望の組み合わせを選択し、その出力電圧の総和で上記電力系統における線間電圧の電圧変動を抑えるため、安価で小型な装置構成で、全体のエネルギを有効利用できる効果的で高精度な電圧補償により、線間電圧変動の補償が可能となる。
【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概略構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による各相電圧補償回路の構成図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置の制御回路の構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置の動作を説明する電圧、電流のベクトル図である。
【図５】  この発明の実施の形態１による電圧変動補償装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】  この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置の制御回路の構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態５による電圧変動補償装置の制御回路の構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態６による電圧変動補償装置の概略構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態６による電圧変動補償装置の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６による電圧変動補償装置の動作を説明する電圧のベクトル図である。
【図１１】  この発明の実施の形態８による電圧変動補償装置の動作を説明する図である。
【図１２】  従来の電圧変動補償装置の概略構成図である。
【図１３】  従来の電圧変動補償装置の動作を説明する図である。
【図１４】  従来の別例による電圧変動補償装置の構成図である。
【図１５】  図１４における電圧変動補償装置の制御回路の構成図である。
【図１６】  従来の電圧変動補償装置による３相交流電圧補償を示す図である。
【図１７】  従来の電圧変動補償装置による３相交流電圧補償の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３  負荷、８  短絡スイッチ、
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  エネルギ蓄積手段としてのコンデンサ、
３０，３０ａ  制御部としての制御回路、３１  正常電圧としての設定電圧、
３３，３３ａ  補償電圧算出部、３４，３４ａ  重畳電圧算出部、
３９ａ，３９ｂ，３９ｃ  各相電圧補償回路駆動制御部、４１  平均値演算部、
４４，４４ａ  電圧ばらつき判定部、５０  制御部としての制御回路、
５４  共用のエネルギ蓄積手段としての共用コンデンサ、
１１０ａ〜１１０ｃ，１２０ａ〜１２０ｃ  各相電圧補償回路、
２００，２１０  電圧変動補償装置、
ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ３  電圧補償サブ回路、Ｖ0  重畳電圧ベクトル、
Ｖia，Ｖib，Ｖic  各相補償電圧ベクトル、
Ｖa1〜Ｖa3，Ｖb1〜Ｖb3，Ｖc1〜Ｖc3  コンデンサ検出電圧、
Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ  系統電圧。
【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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