(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統と、該電力系統から給電され電力系統の瞬時電圧低下(以下、瞬低という)を許容しない負荷と、前記電力系統と前記負荷との間に設けた電源ラインに並列に挿入された並列トランスまたは並列リアクトルと電源ラインに直列に接続された直列トランスと前記並列トランスまたは並列リアクトルに接続されたコンバータ（以下、並列補償コンバータという）と前記直列トランスに接続されたインバータ（以下、直列補償インバータという）と前記並列補償コンバータと前記直列補償インバータの間に接続された電力貯蔵媒体とから構成され電力系統の瞬低および停電に対応する直並列補償方式瞬時電圧低下対策システム（以下、直並列補償方式瞬低対策システムという）とを有し、
前記直並列補償方式瞬低対策システムと前記電力系統の間に、電力系統側の開放事故または並列補償コンバータの過負荷または過電流を検出したときに前記電力系統と前記直並列補償方式瞬低対策システムとの間を遮断する入力スイッチを設けた無停電電源システム。
【請求項２】
並列補償コンバータの過負荷または過電流を検出した時に並列補償コンバータの出力電流を並列補償コンバータの過電流耐量または過負荷耐量未満に制限するようにした請求項１に記載の無停電電源システム。
【請求項３】
直並列補償方式瞬低対策システムには負荷が並列に接続されている請求項１または請求項２に記載の無停電電源システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源ラインに並列に接続された並列トランスまたは並列リアクトルと、電源ラインに直列に接続された直列トランスと、前記並列トランスまたは並列リアクトルに接続された並列補償コンバータと、前記直列トランスに接続された直列補償インバータと、前記並列補償コンバータと前記直列補償インバータの間に接続された電力貯蔵媒体と、前記並列補償コンバータを制御する並列補償コンバータ制御回路と、前記直列補償インバータを制御する直列補償インバータ制御回路とから構成され、電源ラインの電圧低下時に電力貯蔵媒体から重要負荷に電力を供給するようにした直並列補償方式瞬低対策システムを用いた電力供給システムを構成する無停電電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電源ラインの瞬低を許容しない負荷へ無停電で電力を供給する電力供給システムとして、特願平１１−３１０５２４号公報に記載されている無停電電源システムを用いた電力供給システムがある。
【０００３】
図９を用いて、従来の直並列補償方式瞬低対策システムを用いた電力供給システムの構成を説明する。この電力供給システムは、瞬低を許容しない負荷（重要負荷）７０と、該重要負荷に電力を供給する電力系統６０と、前記電力系統から前記重要負荷に電力を供給する電源ラインに一次巻線が並列に接続された並列トランスまたは並列リアクトル４０と、前記電源ラインに一次巻線が直列に接続された直列トランス５０と、前記並列トランスの二次巻線または並列リアクトルに接続される並列補償コンバータ１０と、前記直列トランスの二次巻線に接続される直列補償インバータ２０と、前記並列補償コンバータと前記直列補償コンバータの間に接続された電力貯蔵媒体３０と、直流中間回路の電圧を検出し直流中間回路電圧検出値ＥＤＣを出力する直流中間回路電圧検出回路（ＶＳＤＣ）３５と、前記並列補償コンバータの出力電流(入力電流)を検出し並列補償コンバータ出力電流値Ｉcを出力する並列補償コンバータ出力電流検出回路(ＣＴＣ)６３と、負荷電流を検出し負荷電流検出値ＩLを出力する負荷電流検出回路（ＣＴＬ）６５と、直並列補償方式瞬低対策システムの入力電圧を検出し入力電圧検出値Ｖiを出力する入力電圧検出回路（ＰＴＩ）６７と、前記並列補償コンバータを制御する並列補償コンバータ制御回路１００と、前記直列補償インバータを制御する直列補償インバータ制御回路２００と、入力電圧の周波数低下もしくは電圧低下を検出し入力スイッチ開放信号を出力する上流開放検出回路８５と、前記入力スイッチ開放信号によって前記電力系統と前記直並列補償方式瞬低対策システムとの接続を遮断する入力スイッチ８０とを有して構成される。
【０００４】
このような電力供給システムにおいては、電力系統に発生する瞬低または停電に対する対策として、並列補償コンバータ１０を、停電および瞬低補償対象である重要負荷７０のフィーダ（電源ライン）に並列トランスまたは並列リアクトル４０を介して並列に接続し、直列補償インバータ２０を直列トランス５０を介して直列に接続し、並列補償コンバータ１０と直列補償インバータ２０との間の直流ライン（直流中間回路）に電力貯蔵媒体３０を接続して直並列補償方式瞬低対策システムを構成している。
【０００５】
このシステムは、直列トランス５０を介して直列補償インバータ２０の出力電圧を電源ラインの電圧に補償電圧として直接加えることによって、重要負荷７０に印加される電圧を重要負荷７０の定格電圧に補償している。すなわち、定常的に電源ラインの電圧が定格電圧より不足する場合および瞬時電圧低下が発生した場合、はその不足分を直列補償インバータ２０で発生させ直列トランス５０を介してその電圧を電源ラインの電圧に重畳することによって定格電圧を維持している。
【０００６】
このようなシステムにおいて、系統の完全な停電、電力系統の断線、上流遮断器の開放等の上流に開放事故が発生すると、上流開放検出回路８５を用いて入力電圧の周波数低下もしくは電圧低下により上流開放事故を検出し、入力スイッチ８０を開放した後、並列補償コンバータ１０の制御モードを電流制御モードから電圧制御モードに切り替え並列補償コンバータ１０から安定した電圧を確立させ、並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の電流閉回路を形成させることにより重要負荷７０へ安定した電力を供給する。
【０００７】
このシステムでは、電源ラインで不足する分のエネルギーは電力貯蔵媒体３０から供給される。すなわち、電源ラインの電圧が定格電圧より低い場合は直列トランス５０と直列補償インバータ２０を介して電力貯蔵媒体３０から電力を供給して重要負荷７０の定格電圧を維持することができる。
【０００８】
さらに、並列補償コンバータ１０は、直列補償インバータ２０の電圧補償動作に伴い電源ラインとの間でエネルギーの授受が発生したときに、その電力の供給又は回生を行うとともに、重要負荷７０の無効電流および不平衡電流（逆相電流）ならびに高調波電流を補償するアクティブフィルターとしても動作する。
【０００９】
つぎに、直並列補償方式瞬低対策システムによる並列補償コンバータ１０の制御方法を図１０以降を用いて説明する。図１０は図９中の並列補償コンバータ制御回路１００の具体的な構成を示す図である。
【００１０】
並列補償コンバータ制御回路１００は、直流中間回路電圧補償電流演算回路１１０と、負荷電流補償電流演算回路１２０と、並列補償コンバータ出力電流制御演算回路１３０と、並列補償コンバータ出力電圧指令演算回路１４０と、ＰＷＭ制御回路１５０と、キャリア信号発生回路１５５と、ゲートドライブ回路１６０と、電流／電圧制御モード切替器１７０と、入力電圧制御演算回路１８０と、入力電圧基準値設定器１９１と、入力周波数基準値設定器１９３と、時限設定器１９５とを有して構成される。
【００１１】
直流中間回路電圧補償電流演算回路１１０は、直流中間回路電圧目標値ＥＤＣ*と直流中間回路電圧検出値ＥＤＣから直流中間回路電圧を一定にするのに必要な並列補償コンバータ１０から出力すべき有効電流に関する信号（以下、直流中間回路電圧補償有効電流信号という）を演算する。
【００１２】
負荷電流補償電流演算回路１２０は、負荷電流検出値ＩLと入力電圧検出値Ｖiから負荷に流入する負荷電流の無効成分および高調波成分ならびに逆相成分を抽出した演算値と、直流中間回路電圧補償電流演算回路１１０から出力された直流中間回路電圧補償有効電流信号から、並列補償コンバータ１０が出力すべき負荷電流の無効成分および高調波成分ならびに逆相成分を相殺するのに必要な電流ならびに直流中間回路電圧を一定に保つのに必要な電流（以下、電流制御モード並列補償コンバータ出力電流目標値信号という）を演算する。
【００１３】
並列補償コンバータ出力電流制御演算回路１３０は、電流制御モード並列補償コンバータ出力電流目標値信号または電圧制御モード並列補償コンバータ出力電流目標値信号と並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcから両者の偏差がゼロになるために必要な並列補償コンバータ出力電圧の変化分（以下、並列補償コンバータ出力電圧変化分指令信号という）を演算する。
【００１４】
並列補償コンバータ出力電圧指令演算回路１４０は、並列補償コンバータ出力電圧変化分指令信号と入力電圧検出値Ｖiから並列補償コンバータ１０の出力電圧指令信号を演算する。
【００１５】
ＰＷＭ制御回路１５０は、並列補償コンバータ１０の出力電圧指令信号とキャリア信号発生回路１５５からのキャリア信号との比較を行い、並列補償コンバータ１０を構成するスイッチング素子ブリッジのスイッチング信号を出力する。
【００１６】
ゲートドライブ回路１６０は、このスイッチング信号に基づきスイッチング素子ブリッジに駆動パワーを供給する。
【００１７】
電流／電圧制御モード切替器１７０は、負荷電流補償電流演算回路１２０からの電流制御モード並列補償コンバータ出力電流目標値信号または入力電圧制御演算回路１８０からの後述する電圧制御モード並列補償コンバータ出力電流目標値信号のいずれかを上流開放検出回路８５からの制御モード選択信号に基づいて選択し、並列補償コンバータ１０を電流制御モードで動作させるか電圧制御モードで動作させるかを選択する。
【００１８】
入力電圧制御演算回路１８０は、入力電圧検出値Ｖiと、入力電圧基準値設定器１９１からの入力電圧基準値Ｖi*と、入力周波数基準値設定器１９３からの入力周波数基準値ω０と、時限設定器１９５からの時限値Ｔが入力され、上流開放検出回路８５からの起動信号を受けた瞬間における入力電圧検出値Ｖiおよびその周波数、入力電圧基準値Ｖi*（例えば定格の９５％）、入力周波数基準値ω０（例えば５０Hz）、時限値Ｔから、入力電圧が、起動信号を受けた瞬間における入力電圧および入力周波数から時限値Ｔ後に基準電圧および基準周波数になるために必要な並列補償コンバータ１０が出力すべき電流（以下、電圧制御モード並列補償コンバータ出力電流目標値という）を演算する。
【００１９】
入力スイッチ８０は、上流開放検出回路８５からの入力スイッチ開放信号を受けると開放するとともに、確実に開放したことを検出して入力スイッチ開放アンサーバック信号を出力する。
【００２０】
上流開放検出回路８５は、入力電圧の周波数または電圧を監視し、入力電圧に周波数低下もしくは電圧低下を検出したときに、入力スイッチ８０に入力スイッチ開放信号を出力する。さらに、上流開放検出回路８５は、入力スイッチ８０からの入力スイッチ開放アンサーバック信号を受けたときに、電流／電圧制御モード切替器１７０に制御モード切替信号を出力するとともに、入力電圧制御演算回路１８０に起動信号を出力する。
【００２１】
並列補償コンバータ１０から安定した電圧を確立させることによって、並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の電流閉回路が形成され、重要負荷７０へ安定した電力を供給することができる。
【００２２】
以上の制御動作により、上流開放検出回路８５を用いて入力電圧の周波数低下もしくは電圧低下により上流開放事故を検出し、入力スイッチ８０を開放した後、並列補償コンバータ１０の制御モードを電流制御モードから電圧制御モードに切り替える。並列補償コンバータ１０は、入力電圧および周波数を時限後に基準値になるようにその電流を出力し、その結果、入力電圧および周波数を基準値に制御することができるので、電圧低下もしくは周波数低下による並列補償コンバータの自己防衛機能が働く前に並列補償コンバータ１０から安定した電圧を確立させることができ、並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の電流閉回路を形成させることにより重要負荷７０へ安定した電力を供給することができる。
【００２３】
図１１〜図１３を用いて、従来技術の直並列補償方式瞬低対策システムにおける上流開放事故時の電流および電力の流れを説明する。
【００２４】
＜上流事故発生時＞  上流開放事故発生前に電力系統の電圧が、例えば重要負荷７０の定格電圧の９５％だったとすると、入力電圧が重要負荷７０の定格電圧の９５％であることから、直列補償インバータ２０は、重要負荷７０の定格電圧の５％の電圧を発生させて、直列トランス５０を介して入力電圧に重畳させ重要負荷７０には１００％の電圧を確立させている。
【００２５】
図１１に示すように、上流側に開放事故が発生すると、並列補償コンバータ１０は、重要負荷７０の定格電圧の９５％の電圧を確立し、重要負荷７０に供給する電力の９５％を供給する。直列補償インバータ２０は、重要負荷７０の定格電圧の５％の電圧を確立し、重要負荷７０に供給する電力の５％を供給する。
【００２６】
重要負荷７０の電流は、並列補償コンバータ１０が供給源になり並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の閉ループを形成する。直列補償インバータ２０の出力電流Ｉiは、直列トランス５０の二次巻線を介して閉ループを構成する。
【００２７】
電力貯蔵媒体３０は、並列補償コンバータ１０および直列補償インバータ２０へ電力Ｐesを供給している。これはちょうど重要負荷７０に供給する電力の１００％に相当する。
【００２８】
したがって、電力貯蔵媒体３０の電圧は急激に低下する。直流中間回路の電圧を一定に保つために並列補償コンバータ制御回路１００の動作により並列補償コンバータ１０は、電源ラインから電力を吸収する動作を行おうとする。このため並列補償コンバータ１０の出力電圧は低下もしくは周波数が遅れるようになる。
【００２９】
電流および電力の流れは、周波数にはあまり関係しないので以下の説明は周波数に関して無視して説明する。
【００３０】
＜上流開放検出回路８５により例えば入力電圧が９０％まで低下したことを検出して入力スイッチ８０を開放したとき＞  図１２に示すように、例えば、入力電圧が重要負荷７０の定格電圧の９０％まで低下したことを上流開放検出回路８５が検出すると、入力スイッチ開放信号が出力され入力スイッチ８０が開放される。並列補償コンバータ１０は、電圧低下による自己防衛機能により停止する前に、前述の制御モード切替動作により電流制御モードから電圧制御モードへ切り替えられる。この時間は瞬時にして行われるので入力電圧は重要負荷７０の定格電圧の９０％のままである。
【００３１】
直列補償インバータ２０は、入力電圧が重要負荷７０の定格電圧の９０％であるので、重要負荷７０の定格電圧の１０％の電圧を発生させ、直列トランス５０を介して入力電圧に重畳させ、重要負荷７０には定格電圧の１００％の電圧を確立させる。
【００３２】
重要負荷７０の電流は、並列補償コンバータ１０が供給源になり並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の閉ループを形成している。また、直列補償インバータ２０の出力電流Ｉiは、直列トランス５０の二次巻線を介し閉ループを構成している。
【００３３】
並列補償コンバータ１０は、重要負荷定格電圧の９０％の電圧を確立しているので重要負荷７０に供給する電力の９０％を供給している。また、直列補償インバータ２０は重要負荷７０の定格電圧の１０％の電圧を確立しているので重要負荷７０に供給する電力の１０％を供給している。
【００３４】
電力貯蔵媒体３０は、並列補償コンバータ１０および直列補償インバータ２０の電力Ｐesを供給している。これはちょうど重要負荷７０に供給する電力の１００％に相当する。したがって、電力貯蔵媒体３０の電圧は依然として急激に低下するが、並列補償コンバータ１０は電圧制御モードに切り替えられているので、これ以上の入力電圧の低下または周波数の低下はなく自己防衛機能により並列補償コンバータ１０は停止する恐れはない。
【００３５】
その後、前述の制御動作により、入力電圧は基準の例えば９５％まで、時限Ｔを伴い徐々に上昇していく。
【００３６】
＜入力電圧が基準値、例えば９５％に並列補償コンバータ１０が制御されている時＞
図１３に示すように、この時の電流や電力の流れは入力スイッチ８０が開放していることを除き、図１１に示した＜上流事故発生時＞と同じである。
【００３７】
このように、本発明に実施の形態によれば、上流に開放事故が発生した場合であっても、電力貯蔵媒体３０に並列補償コンバータ１０および直列補償インバータ２０を駆動する電力が貯蔵されている間は、並列補償コンバータ１０は自己防衛機能によって停止することが無くなり、重要負荷７０への電力供給を維持することができる。
【００３８】
従来の直並列補償方式瞬低対策システムを用いた回路構成では、直並列補償方式瞬低対策システムに並列に負荷が接続されている場合は、系統の完全な停電、電力系統の断線、上流側遮断器の開放等の上流に開放事故が発生した場合、重要負荷の運転に支障がある問題があり、かつ、負荷の破損の恐れがある。すなわち、直並列補償方式瞬低対策システムに並列に負荷が接続されている場合で上流側に開放事故が発生した場合の電流および電力の流れを、図１４，図１５を用いて説明する。
【００３９】
直並列補償方式瞬低対策システムの上流に開放事故が発生する前に電力系統の電圧が例えば重要負荷７０の定格電圧の９５％だったとすると、直並列補償方式瞬低対策システムの入力電圧が９５％であることから、直列補償インバータ２０に重要負荷７０の定格電圧の５％の電圧を発生させ、直列トランス５０を介して入力電圧に重畳させ重要負荷７０には定格電圧の１００％の電圧を確立している。電力系統６０には負荷７５が並列に接続されているとする。
【００４０】
上流に開放事故が発生すると、図１４に示すように、重要負荷７０および負荷７５には、並列補償コンバータ１０が電流の供給源になり、並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の閉ループと、並列補償コンバータ１０→負荷７５→並列補償コンバータ１０の閉ループを形成する。並列補償コンバータ１０は、重要負荷７０の定格電圧の９５％の電圧を確立しているので重要負荷電力ＰｉLの９５％と負荷電力ＰＬを供給する。直列補償インバータ２０は、重要負荷７０の定格電圧の５％の電圧を確立しているので重要負荷電力ＰｉLの５％を供給する。
【００４１】
直列補償インバータ２０の出力電流Ｉiは、直列トランス５０の二次巻線を介し閉ループを構成している。
【００４２】
このように、上流開放事故発生時には、電力貯蔵媒体３０は、並列補償コンバータ１０および直列補償インバータ２０へ電力貯蔵媒体電力Ｐesを供給する。これはちょうど重要負荷電力ＰｉLと負荷電力ＰＬの合計に相当する。
【００４３】
一般に、負荷電力ＰＬは重要負荷電力ＰｉＬよりもかなり大きい。負荷電力ＰＬの供給源は並列補償コンバータ１０であるが故に、並列補償コンバータ出力電流は重要負荷７０の定格電流よりもかなり大きくなる。通常、並列補償コンバータ１０には過負荷もしくは過電流の場合に自動的に作動を停止する自己防衛機能を備えている。
【００４４】
図１５に示すように、並列補償コンバータ１０は、過負荷もしくは過電流が発生すると、その自己防衛機能により停止する。並列補償コンバータ１０が停止すると、直列補償インバータ２０は、重要負荷７０に定格電圧を確立させるために重要負荷７０の定格電圧の１００％程度の電圧を発生させる。
【００４５】
直列補償インバータ２０と、重要負荷７０と、負荷７５は直列回路を形成している。したがって、重要負荷７０の電圧は直列補償インバータ２０の電圧を重要負荷７０と負荷７５のインピーダンスで案分した電圧であり、直列補償インバータ２０の電圧が重要負荷７０の定格電圧の１００％程度の電圧としても、重要負荷７０の電圧は定格電圧未満となり、重要負荷７０の運転に支障が生じる。また、図１５に示すごとく負荷７５の電圧、電流は通常の方向と逆転しており負荷７５を破損する恐れがある。
【００４６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑み、直並列補償方式瞬低対策システムに並列に負荷７５が接続されている場合において上流開放モード発生時にも重要負荷７０に安定な電力を供給し、かつ、負荷７５を破損する恐れのない無停電電源システムを提供することを目的とする。
【００４７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、電力系統と、該電力系統から給電され電力系統の瞬時電圧低下(以下、瞬低という)を許容しない負荷（重要負荷）と、前記電力系統と前記重要負荷との間に設けた電源ラインに並列に挿入された並列トランスまたは並列リアクトルと電源ラインに直列に接続された直列トランスと前記並列トランスまたは並列リアクトルに接続された並列補償コンバータと前記直列トランスに接続された直列補償インバータと前記並列補償コンバータと前記直列補償インバータの間に接続された電力貯蔵媒体とから構成され電力系統の瞬低および停電に対応する直並列補償方式瞬低対策システムとを有し、前記直並列補償方式瞬低対策システムと前記電力系統の間に、電力系統側の開放事故または並列補償コンバータの過負荷または過電流を検出したときに前記電力系統と前記直並列補償方式瞬低対策システムとの間を遮断するスイッチを設けて無停電電源システムを構成した。
【００４８】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、並列補償コンバータの過負荷または過電流を検出した後に並列補償コンバータの出力電流を並列補償コンバータの過電流耐量または過負荷耐量未満に制限するようにした。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる無停電電源システムの実施の形態を図を用いて説明する。
【００５０】
この発明は、並列補償コンバータ１０の電流制限により上記問題を解決している。本発明の構成を図を用いて説明する。
【００５１】
この発明にかかる直並列補償方式瞬低対策システムは、図９に示した、従来の無停電電源システムにおいて、上流開放検出回路８５に電流リミット信号を入力するとともに並列補償コンバータ制御回路１００から電流リミット信号を出力するようにし、並列補償コンバータ１０の過電流または過負荷を検出したときに瞬時に並列補償コンバータ出力電流を制限するとともに電力系統６０と直並列補償方式瞬低対策システムとの間を遮断動作する入力スイッチ８０を設けた点に特徴を有している。
【００５２】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明にかかる無停電電源システムを用いた電力供給システムの構成を示すブロック図である。その構成は、図９で説明した従来の無停電電源システムを用いた電力供給システムの構成と、上流開放検出回路８５に電流リミット信号を入力するとともに並列補償コンバータ制御回路１００から電流リミット信号を出力するようにした点、および、無停電電源システムと並列に負荷７５が接続されている点以外は同じなので詳細な説明は割愛する。
【００５３】
図２を用いて、本発明に用いる並列補償コンバータ制御回路１００の構成を説明する。
【００５４】
並列補償コンバータ制御回路１００の構成は、ＰＷＭ制御回路１５０とゲートドライブ回路１６０との間にリミット回路１５６を有するとともに、リミット電流設定器１５７を有する点、並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcがリミット回路１５６に入力される点、リミット回路１５６から電流リミット信号が出力される点以外は、図１０で説明した従来の並列補償コンバータ制御回路１００の構成と同様なので詳細な説明を割愛する。
【００５５】
直流中間回路電圧補償電流演算回路１１０、負荷電流補償電流演算回路１２０、並列補償コンバータ出力電流制御演算回路１３０、並列補償コンバータ出力電圧指令演算回路１４０ 、キャリア信号発生回路１５５、電流／電圧制御モード切替器１７０、入力電圧制御演算回路１８０、および入力スイッチ８０の構成および働きは図１０で説明した従来技術と同じなので詳細な説明を割愛する。
【００５６】
ＰＷＭ制御回路１５０は、並列補償コンバータ１０の出力電圧指令信号とキャリア信号発生回路１５５からのキャリア信号との比較を行い、リミット回路１５６へスイッチング信号を出力する。
【００５７】
リミット回路１５６は、ＰＷＭ制御回路１５０からのスイッチング信号と、リミット電流設定器１５７からのリミット電流設定値ＩcLと、並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcとから図３に示す制御フローチャートに基づきゲートドライブ回路１６０へスイッチング処理信号を出力するとともに、上流開放検出回路８５へ電流リミット信号を出力する。
【００５８】
ＰＷＭ制御回路１５０は、並列補償コンバータ１０の出力電圧指令信号とキャリア信号発生回路１５５からのキャリア信号との比較を行い、リミット回路１５６へスイッチング信号を出力する。
【００５９】
リミット回路１５６は、ＰＷＭ制御回路１５０からのスイッチング信号と、リミット電流設定器１５７からのリミット電流設定値ＩcLと、並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcとから図３に示す制御フローチャートにもとづきゲートドライブ回路１６０へスイッチング処理信号を出力し、上流開放検出回路８５へ電流リミット信号を出力する。
【００６０】
図３に示すように、リミット回路１５６は、リミット電流設定器１５７からのリミット電流設定値ＩcLと並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcを比較し（Ｓ１）、並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcがリミット電流設定値ＩcL未満の場合（Ｎｏ）には、スイッチング処理信号としてスイッチング信号をそのまま出力する（Ｓ４）。ステップＳ１で、並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcがリミット電流設定値ＩcL以上の場合（Ｙｅｓ）は、電流リミット信号を出力する（Ｓ２）とともに、ある決められた時間だけスイチング処理信号をＯＦＦし（Ｓ３）、その後、スイッチング処理信号としてスイッチング信号をそのまま出力し（Ｓ４）、スタートに戻り同様な動作を繰り返す。
【００６１】
また、リミット電流設定値ＩcLの値は並列補償コンバータの過負荷耐量また過電流耐量未満であることは言うまでもない。
ゲートドライブ回路１６０は、リミット回路１５６からのスイッチング処理信号に基づきスイッチング素子ブリッジに駆動パワーを供給する。
【００６２】
上流開放検出回路８５は、入力電圧検出値Ｖiから入力電圧の低下（例えば定格電圧の９０％）もしくは入力周波数の低下（例えば４９.５Hz（５０Hz定格））を検出するか、または、電流リミット信号を受信したときに、入力スイッチ８０に入力スイッチ開放信号を出力する以外は従来技術と同様である。
【００６３】
第１の実施の形態における制御方法を以下に説明する。
【００６４】
上流側に開放事故が発生すると、図１４および図１５の説明で述べた理由により並列補償コンバータ１０の出力電流は増加し、並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcがリミット電流設定値ＩcL（例えば重要負荷７０の定格電流の１２０％）以上になったとき、リミット回路１５６から、電流リミット信号を上流開放検出回路８５へ出力する。上流開放検出回路８５は電流リミット信号を受信し、入力スイッチ８０に入力スイッチ開放信号を出力する。
【００６５】
この入力スイッチ開放信号を受けた入力スイッチ８０は開放して、負荷７５および電力系統６０と、直並列補償方式瞬低対策システムを分離し、確実に開放したことを検出して入力スイッチ開放アンサーバック信号を出力する。
【００６６】
入力スイッチ８０が開放するまでの間はリミット回路１５６の機能より効果的に並列補償コンバータ出力電流はリミット電流設定IcL程度以下に制限され、並列補償コンバータ１０が、その自己防衛機能により停止する恐れがない。
【００６７】
入力スイッチ開放アンサーバック信号を受けた上流開放検出回路８５は、電流／電圧制御モード切替器１７０に制御モード切替信号を出力するとともに、入力電圧制御演算回路１８０に起動信号を出力する。なお、入力スイッチ８０から入力スイッチ開放アンサーバック信号を受けてから制御モード切替信号および起動信号を出力することに代えて、入力スイッチ開放信号を出力した後、入力スイッチ８０が開放する十分な時間をとり、この時間後、制御モード切替信号および起動信号を出力しても良い。
【００６８】
制御モード切替信号を受けた電流／電圧制御モード切替器１７０は、並列補償コンバータ１０の制御モードを電流制御モードから電圧制御モードへ瞬時に切り替える。
【００６９】
起動信号を受け入力電圧制御演算回路１８０は、起動信号を受けた瞬間における入力電圧検出値Ｖiおよび起動信号を受けた瞬間における入力周波数、ならびに、入力電圧基準値Ｖi*（例えば定格の９５％）および入力周波数基準値ω０（例えば５０Hz）および時限値Ｔを用いて、時限後に入力電圧を基準電圧Ｖi*および基準周波数ω０にするために必要な並列補償コンバータ１０が出力すべき電圧制御モード並列補償コンバータ出力電流目標値を演算する。
【００７０】
並列補償コンバータ出力電流制御演算回路１３０以降の動作により、並列補償コンバータ１０から出力される電流は電圧制御モード並列補償コンバータ出力電流目標値に制御される。
【００７１】
以上の制御動作により、上流側の開放事故が発生したときにリミット回路１５６の機能により並列補償コンバータ１０を過負荷耐量未満または過電流耐量未満に制限して並列補償コンバータ１０を運転継続させ、並列補償コンバータ１０の過負荷または過電流による停止を防止する。さらに、上流側の開放事故が発生したときに入力スイッチ８０を開放し、入力電圧および周波数を時限後に基準値になるように並列補償コンバータ１０の電流を出力し、その結果、入力電圧および周波数を基準値に制御することができるので、並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の電流閉回路を形成して重要負荷７０へ安定した電力を供給することができる。
【００７２】
また、電源系統に並列に接続された負荷７５の電圧および電流の方向は通常の方向と同じであり、負荷の破損を防止できる。
【００７３】
＜第２の実施の形態＞
本発明の第２の実施の形態について以下に説明する。
【００７４】
本発明の第２の実施の形態にかかる無停電電源システムを用いた電力供給システム構成は、図１に示した第１の実施の形態の電力供給システムの構成と同様であるので、詳細な説明を割愛する。
【００７５】
図４を用いて、この実施の形態に用いる並列補償コンバータ制御回路１００の構成を説明する。
【００７６】
並列補償コンバータ制御回路１００の構成は、リミット電流設定器１５７を、第１のリミット電流設定器１５８と第２のリミット電流設定器１５９に代えた以外は、図２に示した第１の実施の形態の並列補償コンバータ制御回路１００の構成と同様なので詳細な説明を割愛する。
【００７７】
直流中間回路電圧補償電流演算回路１１０、負荷電流補償電流演算回路１２０、並列補償コンバータ出力電流制御演算回路１３０、並列補償コンバータ出力電圧指令演算回路１４０ 、キャリア信号発生回路１５５、電流／電圧制御モード切替器１７０、入力電圧制御演算回路１８０、および入力スイッチ８０の構成および働きは、図１０で説明した従来技術と同じなので詳細な説明を割愛する。
【００７８】
ＰＷＭ制御回路１５０は、並列補償コンバータ１０の出力電圧指令信号とキャリア信号発生回路１５５からのキャリア信号との比較を行い、リミット回路１５６へスイッチング信号を出力する。
【００７９】
リミット回路１５６は、ＰＷＭ制御回路１５０からのスイッチング信号と、第１のリミット電流設定器１５８からの第１のリミット電流設定値ＩcL１と、第２のリミット電流設定器１５９からの第２のリミット電流設定値ＩcL２と並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcとから図５に示す制御フローチャートにもとづきゲートドライブ回路１６０へスイッチング処理信号を出力し、上流開放検出回路８５へ電流リミット信号を出力する。
【００８０】
図５に示すように、リミット回路１５６は、第１のリミット電流設定器１５８からの第１のリミット電流設定値ＩcL１と並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcを比較し(Ｓ１１)、並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcが第１のリミット電流設定値ＩcL１未満の場合（Ｎｏ）は、スイッチング処理信号としてスイッチング信号をそのまま出力し（Ｓ１５）、並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcが第１のリミット電流設定値ＩcL１以上の場合（Ｙｅｓ）は、電流リミット信号を出力する（Ｓ１２）とともに、スイッチング処理信号をＯＦＦし（Ｓ１３）、その後、第２のリミット電流設定器１５９からの第２のリミット電流設定値ＩcL２と並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcを比較し（Ｓ１４）、並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcが第２のリミット電流設定値ＩcL２以上の場合（Ｙｅｓ）は、引き続きスイッチング信号をＯＦＦする（Ｓ１３）。並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcが第２のリミット電流設定値ＩcL２未満の場合（Ｎｏ）は、スイッチング処理信号としてスイッチング信号をそのまま出力し（Ｓ１５）、スタートに戻り同様な動作を繰り返す。
【００８１】
また、第１のリミット電流設定値ＩcL１および第２のリミット電流設定値ＩcL２の値は並列補償コンバータの過負荷耐量未満または過電流耐量未満であり、かつ、第１のリミット電流設定値ＩcL１は第２のリミット電流設定値ＩcL２より大きいことは言うまでもない。
【００８２】
ゲートドライブ回路１６０は、リミット回路１５６からのスイッチング処理信号に基づきスイッチング素子ブリッジに駆動パワーを供給する。
【００８３】
上流開放検出回路８５は、入力電圧検出値Ｖiから入力電圧の低下（例えば定格電圧の９０％）もしくは入力周波数の低下（例えば４９.５Hz（５０Hz定格））を検出するか、または、電流リミット信号を受信したときに、入力スイッチ８０に入力スイッチ開放信号を出力する。これ以外は、従来技術と同様である。
【００８４】
第２の実施の形態における制御方法を以下に説明する。
【００８５】
上流側に開放事故が発生すると、図１４および図１５の説明で述べた理由により、並列補償コンバータ１０の出力電流は増加し、並列補償コンバータ出力電流検出値Ｉcが第１のリミット電流設定値ＩcL１（例えば重要負荷７０の定格電流の１２０％）以上になったとき、リミット回路１５６から、電流リミット信号を上流開放検出回路８５へ出力する。
【００８６】
上流開放検出回路８５は、電流リミット信号を受信し、入力スイッチ８０に入力スイッチ開放信号を出力する。
【００８７】
この入力スイッチ開放信号を受けた入力スイッチ８０は、開放して負荷７５および電力系統６０と、直並列補償方式瞬低対策システムを分離し、確実に開放したことを検出して入力スイッチ開放アンサーバック信号を出力する。
【００８８】
入力スイッチ８０が開放するまでの間はリミット回路１５６の機能より効果的に並列補償コンバータ出力電流は第１のリミット電流設定値ＩcL１程度以下に制限され、並列補償コンバータ１０が、その自己防衛機能により停止する恐れがない。
【００８９】
入力スイッチ開放アンサーバック信号を受けた上流開放検出回路８５は、電流／電圧制御モード切替器１７０に制御モード切替信号を出力するとともに、入力電圧制御演算回路１８０に起動信号を出力する。なお、入力スイッチ８０から入力スイッチ開放アンサーバック信号を受けてから制御モード切替信号および起動信号を出力することに代えて、入力スイッチ開放信号を出力した後、入力スイッチ８０が開放する十分な時間をとり、この時間後、制御モード切替信号および起動信号を出力しても良い。
【００９０】
制御モード切替信号を受けた電流／電圧制御モード切替器１７０は、並列補償コンバータ１０の制御モードを電流制御モードから電圧制御モードへ瞬時に切り替える。
【００９１】
起動信号を受け入力電圧制御演算回路１８０は、起動信号を受けた瞬間における入力電圧検出値Ｖiおよび起動信号を受けた瞬間における入力周波数、ならびに、入力電圧基準値Ｖi*（例えば定格の９５％）および入力周波数基準値ω０（例えば５０Hz）および時限値Ｔを用いて、時限後に入力電圧を基準電圧Ｖi*および基準周波数ω０にするために必要な並列補償コンバータ１０が出力すべき電圧制御モード並列補償コンバータ出力電流目標値を演算する。
【００９２】
並列補償コンバータ出力電流制御演算回路１３０以降の動作により、並列補償コンバータ１０から出力される電流は電圧制御モード並列補償コンバータ出力電流目標値に制御される。
【００９３】
以上の制御動作により、上流側の開放事故が発生したときに、リミット回路１５６の機能により並列補償コンバータ１０の出力を過負荷耐量未満または過電流耐量未満に制限して並列補償コンバータを運転継続させ、並列補償コンバータ１０の過負荷または過電流による停止を防止するとともに、入力スイッチ８０を開放し、入力電圧および周波数を時限後に基準値になるように並列補償コンバータ１０の電流を出力し、その結果、入力電圧および周波数を基準値に制御することができるので、並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の電流閉回路を形成させ、重要負荷７０へ安定した電力を供給することができる。
【００９４】
また、負荷の電圧および電流の方向は通常の方向と同じであり負荷の破損を防止できる。
【００９５】
図６、図７、図８を用いて、第１の実施の形態および第２の実施の形態の無停電電源システムにおける上流開放事故時の電流および電力の流れを説明する。
【００９６】
＜上流事故発生時＞
上流開放事故発生前に直並列補償方式瞬低対策システムに並列に重要負荷７０の１０倍の容量を持つ負荷７５が接続されているとする。電力系統６０の電圧が、例えば重要負荷７０の定格電圧の９５％だったとすると、入力電圧が重要負荷７０の定格電圧の９５％であることから、直列補償インバータ２０は、重要負荷７０の定格電圧の５％の電圧を発生させて、直列トランス５０を介して入力電圧に重畳させ重要負荷７０には１００％の電圧を確立させている。
【００９７】
図６に示すように、上流に開放事故が発生すると、重要負荷７０および負荷７５には、並列補償コンバータ１０が電流の供給源になり、並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の閉ループと並列補償コンバータ１０→負荷７５→並列補償コンバータ１０の閉ループを形成する。図１４および図１５で説明した理由により、並列補償コンバータ１０は過負荷または過電流になる恐れがあるが、並列補償コンバータ１０の出力電流Ｉcが、リミット回路１５６の機能により、第１の実施の形態においてはリミット電流設定値ＩcL（例えば重要負荷７０の定格電流の１２０％）程度、第２の実施の形態においては第１のリミット電流設定値ＩcL１（例えば重要負荷７０の定格電流の１２０％）程度、に制限されるので、並列補償コンバータ１０の出力電流Ｉcは例えば重要負荷７０の定格電流の１２０％程度になり、並列補償コンバータ１０は、過負荷または過電流でトリップする恐れがない。
【００９８】
並列補償コンバータ１０の出力電圧は、並列補償コンバータ１０の出力電流を制限するために重要負荷７０の定格電圧の２％程度の電圧を確立しているので、重要負荷電力ＰｉLの２％程度の電力を供給する。また、負荷７５には重要負荷７０の電力の０．４％程度（負荷７５の電力の０．０４％程度）を供給する。
【００９９】
直列補償インバータ２０は、重要負荷７０の定格電圧の９８％程度の電圧を確立しているので重要負荷電力ＰｉLの９８％程度を供給する。直列補償インバータ２０の出力電流Ｉiは、直列トランス５０の二次巻線を介して閉ループを構成する。
【０１００】
重要負荷７０の電圧および電流は定格値を維持しており、重要負荷７０の定格電力が安定して供給される。一方、負荷７５には定格電圧の2％程度が確立され、負荷７５の電流は重要負荷７０の定格電流の２０％程度（負荷７５の電流の２％程度）であり、負荷７５の電力は重要負荷７０の電力の０．４％程度（負荷７５の電力の０．０４％程度）である。また、負荷７５の電圧および電流は通常の方向であり負荷を破損する恐れがない。
【０１０１】
電力貯蔵媒体３０は、並列補償コンバータ１０および直列補償インバータ２０へ電力Ｐesを供給している。これはちょうど重要負荷７０に供給する電力と負荷７５に供給する電力の合計であり重要負荷７０の定格電力の１００．４％程度に相当する。
【０１０２】
＜入力スイッチ８０を開放したとき＞
図７に示すように、リミット回路１５６から電流リミット信号を出力し、この信号を上流検出回路８５が受信すると、上流検出回路８５から入力スイッチ開放信号が出力され入力スイッチ８０が開放される。並列補償コンバータ１０は、従来技術と同様に制御モード切替動作により電流制御モードから電圧制御モードへ切り替えられる。この時間は瞬時にして行われるので入力電圧は重要負荷定格電圧の２％程度のままである。
【０１０３】
直列補償インバータ２０は、入力電圧が重要負荷７０の定格電圧の２％程度であるので、重要負荷７０の定格電圧の９８％程度の電圧を発生させ、直列トランス５０を介して入力電圧に重畳させ、重要負荷７０には定格電圧の１００％の電圧を確立させる。
【０１０４】
重要負荷７０の電流は、並列補償コンバータ１０が供給源になり並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の閉ループを形成している。この閉ループの電流は負荷７５への電流の供給を入力スイッチ８０により遮断しているので重要負荷７０の定格電流の１００％になる。また、直列補償インバータ２０の出力電流Ｉiは、直列トランス５０の二次巻線を介し閉ループを構成している。
【０１０５】
並列補償コンバータ１０は、重要負荷定格電圧の２％程度の電圧を確立しているので重要負荷７０に供給する電力の２％程度を供給している。また、直列補償インバータ２０は重要負荷定格電圧の９８％程度の電圧を確立しているので重要負荷７０に供給する電力の９８％程度を供給している。重要負荷７０の電圧および電流は定格値を維持しており、重要負荷７０の定格電力が安定して供給される。一方、負荷７５には入力スイッチ８０が開放されているので、電力供給は行われない。
【０１０６】
電力貯蔵媒体３０は、並列補償コンバータ１０および直列補償インバータ２０の電力Ｐesを供給している。これはちょうど重要負荷７０に供給する電力の１００％に相当する。したがって、電力貯蔵媒体３０の電圧は依然として急激に低下するが、並列補償コンバータ１０は電圧制御モードに切り替えられているので、入力電圧の低下または周波数の低下はなく自己防衛機能により並列補償コンバータ１０は停止する恐れはない。
【０１０７】
その後、図１１〜図１３で説明したように、従来技術と同様に入力電圧は基準の例えば９５％まで、時限Ｔを伴い徐々に上昇していく。
【０１０８】
＜入力電圧が基準値、例えば９５％に並列補償コンバータ１０が制御されている時＞
図８に示すように、この時の電流や電力の流れは直並列補償方式瞬低対策システムに並列に重要負荷７０の１０倍の容量を持つ負荷７５が接続されていることを除き、図１３に示した＜入力電圧が基準値、例えば９５％に並列補償コンバータ１０が制御されている時＞と同じである。
【０１０９】
このように、本発明の実施の形態によれば、上流側の開放事故が発生したときに、リミット回路１５６の機能により並列補償コンバータ１０の過負荷耐量未満または過電流耐量未満に制限して並列補償コンバータ１０を運転継続させることにより、並列補償コンバータ１０の過負荷または過電流による停止を防止するとともに、入力スイッチ８０を開放し、入力電圧および周波数を時限後に基準値になるように並列補償コンバータ１０の電流を出力し、その結果、入力電圧および周波数を基準値に制御することができるので、並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の電流閉回路を形成させ、重要負荷７０へ安定した電力を供給することができる。
【０１１０】
また、負荷７５の電圧および電流の方向は通常の方向と同じであり負荷７５の破損を防止できる。
【０１１１】
【発明の効果】
直並列補償方式瞬低対策システムに並列に負荷が接続されている場合において、上流の開放事故（系統の完全な停電、電力系統の断線、上流遮断器の開放等）が発生しても、リミット回路１５６の機能によって並列補償コンバータ１０の出力電流を過負荷耐量未満または過電流耐量未満に制限するので、並列補償コンバータを運転継続させて並列補償コンバータ１０の過負荷または過電流による停止を防止することができる。
【０１１２】
さらに、入力スイッチ８０を開放し、入力電圧および周波数を時限後に基準値になるように並列補償コンバータ１０の電流を出力し、その結果、入力電圧および周波数を基準値に制御することができるので、並列補償コンバータ１０→直列トランス５０→重要負荷７０→並列補償コンバータ１０の電流閉回路を形成させることにより重要負荷７０へ安定した電力を供給することができる。
【０１１３】
また、負荷７５の電圧および電流の方向は通常の方向と同じであり負荷７５の破損を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図２】第１の実施の形態にかかる直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムの並列補償コンバータ制御回路の構成を示すブロック図。
【図３】第１の実施の形態にかかるリミット回路の制御フローチャート。
【図４】第２の実施の形態にかかる直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムの並列補償コンバータ制御回路の構成を示すブロック図。
【図５】第２の実施の形態にかかるリミット回路の制御フローチャート。
【図６】本発明にかかる直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムに並列に負荷が接続されている場合における上流開放事故発生時の電流および電力の流れを説明する図。
【図７】本発明にかかる直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムに並列に負荷が接続されている場合における上流開放事故発生時に入力スイッチを開放したときの電流および電力の流れを説明する図。
【図８】本発明にかかる直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムに並列に負荷が接続されている場合において、上流スイッチが開放し、入力電圧が９５％(基準値)となるように並列補償コンバータが制御されているときの電流および電力の流れを説明する図。
【図９】従来の直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図１０】図９の無停電電源システムの並列補償コンバータ制御回路の構成を示すブロック図。
【図１１】従来の直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムにおける上流開放事故発生時の電流および電力の流れを説明する図。
【図１２】従来の直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムにおける上流開放事故発生時に上流開放検出回路により入力電圧が９０％まで低下したことを検出して入力スイッチを開放したときの電流および電力の流れを説明する図。
【図１３】従来の直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムにおいて、上流スイッチが開放し、入力電圧が９５％(基準値)となるように並列補償コンバータが制御されているときの電流および電力の流れを説明する図。
【図１４】従来の直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムに並列に負荷が接続されている場合における上流開放事故発生時の電流および電力の流れを説明する図。
【図１５】従来の直並列補償方式瞬低対策システムを用いた無停電電源システムに並列に負荷が接続されている場合における上流開放事故が発生したことにより並列補償コンバータが自己防衛機能により停止したときの電流および電力の流れを説明する図。
【符号の説明】
１０：並列補償コンバータ
２０：直列補償インバータ
３０：電力貯蔵媒体
３５：直流中間回路電圧検出回路
４０：並列トランスまたは並列リアクトル
５０：直列トランス
６０：電力系統
７０：重要負荷
７５：負荷
８０：入力スイッチ
８５：上流開放検出回路
１００：並列補償コンバータ制御回路
１１０：直流中間回路電圧補償電流演算回路
１２０：負荷電流補償電流演算回路
１３０：並列補償コンバータ出力電流制御演算回路
１４０：並列補償コンバータ出力電圧指令演算回路
１５０：ＰＷＭ制御回路
１５５：キャリア信号発生回路
１５６：リミット回路
１５７：リミット電流設定器
１５８：第１のリミット電流設定器
１５９：第２のリミット電流設定器
１６０：ゲートドライブ回路
１７０：電流／電圧制御モード切替器
１８０：入力電圧制御演算回路
１９１：入力電圧基準値設定器
１９３：入力周波数基準値設定器
１９５：時限設定器
２００：直列補償インバータ制御回路
【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】
0004108899.tif 000013
【図１３】
0004108899.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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