(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に接続された双方向に電力変換できるＰＷＭ制御コンバータ（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双方向に電力変換できるＰＷＭ制御インバータ（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力系統の瞬低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の発生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た
無停電電源システム。
【請求項２】
直並列補償方式瞬低対策システムの上流側の開放を検出する上流側開放検出回路と、並列補償コンバータの制御モードを電圧制御モードと電流制御モードとに切り替える電流／電圧制御モード切替器を設け、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前記スイッチの確実な開放を検出した後に、前記並列補償コンバータの制御モードを電流制御モードから電圧制御モードに変更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】
電力系統側の開放事故の発生を、直並列補償方式瞬低対策システムの入力電圧の周波数の低下あるいは電圧低下により検出する請求項１または請求項２に記載の無停電電源システム。
【請求項４】
電力系統と、該電力系統から給電され電力系統の瞬低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力系統の瞬低に対応する直並列補償方式瞬低対策システムと、前記直並列補償方式瞬低対策システムに並列に設けられ前記電力系統と連系して常時運転される発電機とからなる無停電電源システムにおいて、
前記直並列補償方式瞬低対策システムは、電源ラインに並列に挿入された並列トランスと、電源ラインに直列に接続された直列トランスと、前記並列トランスに接続された双方向に電力変換できる並列補償コンバータと、前記直列トランスに接続された双方向に電力変換できる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、前記直並列補償方式瞬低対策システムおよび前記発電機の上流側に前記電力系統の瞬低時に前記電力系統と前記直並列補償法式瞬低対策システムおよび前記発電機の間を高速に遮断する高速遮断システムを設けた
無停電電源システム。
【請求項５】
前記高速遮断システムが、前記発電機の瞬時電力を検出して瞬時電力が設定値を超えたときに遮断動作を行う請求項４に記載の無停電電源システム。
【請求項６】
前記並列補償コンバータの容量を、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量以上、例えば重要負荷容量の１５％以上とする請求項４または請求項５に記載の無停電電源システム。
【請求項７】
前記並列補償コンバータの容量を、重要負荷の不平衡を補償する必要がある場合は、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量および重要負荷の不平衡を補償する容量の合計値以上とする請求項４または請求項５に記載の無停電電源システム。
【請求項８】
前記並列補償コンバータの容量を、重要負荷の高調波を補償する必要がある場合には、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量および重要負荷の高調波を補償する容量の合計値以上とする請求項４または請求項５に記載の無停電電源システム。
【請求項９】
前記並列補償コンバータの容量を、重要負荷の不平衡および高調波を補償する必要がある場合には、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量および重要負荷の不平衡を補償する容量ならびに重要負荷の高調波を補償する容量の合計値以上とする請求項４または請求項５に記載の無停電電源システム。
【請求項１０】
前記直列補償インバータの容量を、少なくとも高速遮断システムにより限定された発電機の電圧低下を補償するに足る容量以上、例えば重要負荷容量の４０％以上とする請求項４または請求項５に記載の無停電電源システム。
【請求項１１】
前記電力貯蔵媒体の出力容量を、少なくとも高速遮断システムによる限定された発電機の電圧低下を補償するに足る出力容量以上、例えば重要負荷容量の４０％以上とする請求項４または請求項５に記載の無停電電源システム。
【請求項１２】
前記電力貯蔵媒体のエネルギー容量を、少なくとも（電力系統の短絡事故発生から高速遮断システムが開放する時間＋高速遮断システムが開放し発電機電圧が定格まで回復する時間）×前記高速遮断システムによる限定された発電機の電圧低下を補償するに足る出力容量以上とする請求項４または請求項５に記載の無停電電源システム。
【請求項１３】
前記スイッチの確実な開放を検出した後に、前記スイッチが開放した瞬間における入力電圧および入力周波数を時限後に基準電圧および基準周波数にするために必要な並列補償コンバータが出力すべき電流の目標値を演算しこの目標電流に基づき並列補償コンバータを制御する入力電圧制御演算回路を設けた請求項１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挿入された並列トランスと、電源ラインに直列に接続された直列トランスと、前記並列トランスに接続された双方向に電力変換できる並列補償コンバータと、前記直列トランスに接続された双方向に電力変換できる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、電源ライン電圧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、図１３に示す無停電電源装置を用いた電力供給システムがある。
図１３は、従来の直並列補償法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示すブロック図である。この電力供給システムは、瞬低を許容しない負荷(以下、重要負荷という)７０と、該重要負荷に電力を供給する電力系統６０と、電力系統６０から重要負荷７０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４０と、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に接続された双方向に電力変換でき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た双方向に電力変換できる直列補償インバータ２０と、電力貯蔵媒体３０と、前記並列補償コンバータと前記直列補償インバータにより共用される直流ライン（以下、「直流中間回路」という）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、並列補償コンバータ１０の出力電流を検出し並列補償コンバータ出力電流検出値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、電源ラインに流れる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１０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２０の動作を制御する直列補償インバータ制御回路２００から構成される。
【０００３】
このような電力供給システムにおいて、電力系統に発生する瞬低に対する対策として、並列補償コンバータ１０を、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。
【０００４】
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の定格電圧に補償している。すなわち、電源ラインの電圧が定格電圧より不足する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。
一方、電源ラインの電圧が定格電圧より高い場合は、超過分の電圧を反転させた電圧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に維持している。
【０００５】
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。
【０００６】
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イブフィルターとしても動作する。
【０００７】
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の制御方法の概要を図１４を用いて説明する。図１４は図１３中の並列補償コンバータ制御回路１００の構成を示す図である。
【０００８】
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を有して構成される。
【０００９】
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。
【００１０】
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、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。
【００１１】
並列補償コンバータ出力電流制御演算回路１３０は、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から両者の偏差をゼロにす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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
以上の構成を有する並列補償コンバータ制御回路１００の制御動作により、並列補償コンバータ１０から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、および直流中間回路電圧を一定に保つのに必要な電流が出力され、その結果、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が相殺され負荷電流の品質が向上するとともに、直流中間回路電圧も目標値に保たれる。
【００１６】
並列補償コンバータ１０の具体的な構成および制御方法を並列補償コンバータ制御回路１００の具体的な構成図である図１５を用いて以下に詳述する。
【００１７】
直流中間回路電圧補償電流演算回路１１０は、減算器１１１と直流中間回路電圧制御回路ＡＶＲ(ＥＤＣ)１１２とから構成される。減算器１１１において、直流中間回路電圧検出値ＥＤＣから直流中間回路電圧目標値ＥＤＣ*を減算した偏差の信号を生成し、例えば、ＰI制御回路からなる直流中間回路電圧制御回路１１２に入力し、その出力を直流中間回路電圧を一定にするための並列補償コンバータ１０から出力すべき直流中間回路電圧補償有効電流信号にする。
【００１８】
負荷電流補償電流演算回路１２０は、３相２相変換回路（３φ／２φ）１２１と、基準信号発生回路１２２と、正相回転座標変換回路（ＶＤ）１２３と、交流成分抽出回路１２４と、加算器１２５と、正相逆回転座標変換回路（ＶＤ-1）１２６と、２相３相変換回路（２φ／３φ）１２７を有して構成される。交流成分抽出回路１２４は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２４１と減算器１２４２とから構成されるが、これに代えてハイパスフィルタによって構成しても良い。
【００１９】
３相２相変換回路１２１には、負荷電流Ｒ相検出値ＩＬＲ、負荷電流Ｓ相検出値ＩＬＳ、負荷電流Ｔ相検出値ＩＬＴが入力され、２相交流であるα−β座標軸に変換する。以下この変換された信号を負荷電流α成分信号、負荷電流β成分信号という。
【００２０】
基準信号発生回路１２２は、入力電圧Ｒ相検出値ＶiＲ、入力電圧Ｓ相検出値ＶiＳ、入力電圧Ｔ相検出値ＶiＴが入力され、入力電圧に同期した基準正弦波信号ｓｉｎωｔおよび基準余弦波信号ｃｏｓωｔを出力する。
【００２１】
正相回転座標変換回路１２３は、負荷電流α成分信号、負荷電流β成分信号、基準正弦波信号ｓｉｎωｔおよび基準余弦波信号ｃｏｓωｔから負荷電流を入力電圧と同一速度で同一方向に回転する直交正相回転座標変換軸（ｄ―ｑ座標軸）を基準にして座標変換し、正相二軸成分の直流量として分離検出する。以下この変換された信号を負荷電流ｄ成分信号、負荷電流ｑ成分信号という。なお、このｄ成分信号およびｑ成分信号の直流成分は基本波有効成分および基本波無効成分を示し、交流成分は高調波成分および逆相成分（不平衡成分）を示すことは公知の事実である。
【００２２】
今、負荷電流のうち補償したい電流は、高調波成分および不平衡成分ならびに無効電流であり、これらの成分を以下のように抽出する。
交流成分抽出回路１２４において、負荷電流ｄ成分信号からローパスフィルター１２４１により直流成分を抽出し、この信号を負荷電流ｄ成分信号から減算器１２４２により減算して交流成分を抽出する。
【００２３】
この結果出力される信号（以下、負荷電流ｄ成分交流信号という）は負荷電流ｄ成分信号の交流成分であり、負荷電流有効成分のうち基本波成分以外の成分すなわち、不平衡成分、高調波成分を抽出した信号である。
【００２４】
負荷電流ｄ成分交流信号と直流中間回路電圧補償有効電流信号を加算器１２５で加算して、並列補償コンバータ１０から出力すべき ｄ―ｑ座標軸におけるｄ成分電流信号（以下、負荷電流ｄ成分処理信号という）とする。
一方、負荷電流ｑ成分信号はフィルター操作を行わないので無効電流、不平衡成分、高調波成分を示す信号である。
【００２５】
以上の負荷電流ｄ成分処理信号および負荷電流ｑ成分信号を、基準正弦波信号ｓｉｎωｔおよび基準余弦波信号ｃｏｓωｔを用いて、正相逆回転座標変換回路１２６および２相３相変換回路１２７によりｄ−ｑ座標軸から３相交流座標軸に変換し、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ことならびに直流中間回路を一定に保つのに必要なＲ相電流信号およびＴ相電流信号（以下、並列補償コンバータＲ相出力電流目標値信号ＩＣＲ*、並列補償コンバータＴ相出力電流目標値信号ＩＣＴ*という）を出力する。
【００２６】
並列補償コンバータ出力電流制御演算回路１３０は，減算器１３１Ｒと、並列補償コンバータＲ相出力電流制御回路（ＡＲＣ（ＩＣ））１３２Ｒと、Ｒ相フィードフォワード電圧出力回路（ＦＦ）１３３Ｒと、加算器１３４Ｒと、減算器１３１Ｔと、並列補償コンバータＴ相出力電流制御回路（ＡＲＣ（ＩＣ））１３２Ｔと、Ｔ相フィードフォワード電圧出力回路（ＦＦ）１３３Ｔと、加算器１３４Ｔと、減算器１３５とから構成される。
【００２７】
減算器１３１Ｒは、並列補償コンバータＲ相出力電流目標値信号ＩＣＲ*と並列補償コンバータＲ相出力電流検出値ＩＣＲが入力され、偏差を出力する。減算器１３１Ｔは、並列補償コンバータＴ相出力電流目標値信号ＩＣＴ*と並列補償コンバータＴ相出力電流検出値ＩＣＴが入力され、偏差を出力する。
【００２８】
並列補償コンバータＲ相出力電流制御回路１３２Ｒは、並列補償コンバータＲ相出力電流目標値信号ＩＣＲ*と並列補償コンバータＲ相出力電流検出値ＩＣＲの偏差から並列補償コンバータＲ相出力電圧の変化分（以下、並列補償コンバータＲ相出力電圧変化分指令信号という）を演算する。また、並列補償コンバータＴ相出力電流制御回路１３２Ｔは、並列補償コンバータＴ相出力電流目標値信号ＩＣＴ*と並列補償コンバータＴ相出力電流検出値ＩＣＴの偏差から並列補償コンバータＴ相出力電圧の変化分（以下、並列補償コンバータＴ相出力電圧変化分指令信号という）を演算する。
【００２９】
２相３相変換回路１２７から出力された並列補償コンバータＲ相出力電流目標値信号ＩＣＲ*は、Ｒ相フィードフォワード電圧出力回路１３３Ｒを介して加算器１３４Ｒに入力され、並列補償コンバータＲ相出力電圧変化分指令信号と加算される。
２相３相変換回路１２７から出力された並列補償コンバータＴ相出力電流目標値信号ＩＣＴ*は、Ｔ相フィードフォワード電圧出力回路１３３Ｔを介して加算器１３４Ｔに入力され、並列補償コンバータＴ相出力電圧変化分指令信号と加算される。
【００３０】
減算器１３５には、フィードフォワード信号が加算された並列補償コンバータＲ相出力電圧変化分指令信号（以下、並列補償コンバータＲ相出力電圧変化分指令処理信号という）およびフィードフォワード信号が加算された並列補償コンバータＴ相出力電圧変化分指令信号（以下、並列補償コンバータＴ相出力電圧変化分指令処理信号という）が入力され、ゼロから並列補償コンバータＲ相出力電圧変化分指令処理信号および並列補償コンバータＴ相出力電圧変化分指令処理信号を減算してＳ相出力電圧の変化分（以下、並列補償コンバータＳ相出力電圧変化分指令処理信号という）を生成する。
【００３１】
減算器１３１Ｒおよび並列補償コンバータＲ相出力電流制御回路１３２Ｒに並列に接続されたＲ相フィードフォワード電圧出力回路１３３Ｒと、減算器１３１Ｔおよび並列補償コンバータＴ相出力電流制御回路１３２Ｔに並列に接続されたＴ相フィードフォワード電圧出力回路１３３Ｔは、省略することができる。
フィードフォワード電圧出力回路１３３Ｒ，１３３Ｔは、並列補償コンバータＲ相出力電流目標値および並列補償コンバータＴ相出力電流目標値になるための並列補償コンバータＲ相出力電圧の変化分およびＴ相出力電圧の変化分を並列トランスのリアクトル分（Ｌ）および抵抗分（Ｒ）からあらかじめ演算して、並列補償コンバータ１０の応答性を高めるためのもので、ＬＳ＋Ｒ（Ｓは微分器）で実現できるが、必須の構成ではない。
【００３２】
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Ｒ相出力電圧変化分指令処理信号と入力電圧Ｒ相検出値ＶiＲが入力される加算器１４１Ｒと、並列補償コンバータＳ相出力電圧変化分指令処理信号と入力電圧Ｓ相検出値ＶiＳが入力される加算器１４１Ｓと、並列補償コンバータＴ相出力電圧変化分指令処理信号と入力電圧Ｔ相検出値ＶiＴが入力される加算器１４１Ｔから構成され、それぞれの入力を加算して並列補償コンバータの各相の出力電圧指令信号を生成する。
【００３３】
ＰＷＭ制御回路１５０Ｒは、並列補償コンバータのＲ相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Ｒ相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。ＰＷＭ制御回路１５０Ｓは、並列補償コンバータのＳ相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Ｓ相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。ＰＷＭ制御回路１５０Ｔは、並列補償コンバータのＴ相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Ｔ相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。
【００３４】
ゲートドライブ回路１６０Ｒ，１６０Ｓ，１６０Ｔは、このスイッチング信号に基づいて各相のスイッチング素子ブリッジに駆動パワーを供給する。
【００３５】
また、直並列補償方式瞬低対策システムは、その電力貯蔵媒体３０の容量の関係上、補償時間が限定されてしまう。この欠点を補うために、補償時間が長いガスエンジンまたはガスタービンで駆動される発電機とセットで設置されるのが一般的である。
【００３６】
すなわち、図１６に示すように，ガスエンジンまたはガスタービンで駆動される発電機６９を電力系統１０と遮断器９０を介して連系させている。
【００３７】
電力系統６０の短絡事故等による瞬低が発生すると、電力系統電圧の低下または電力系統周波数の低下により電力系統の瞬低を検出した瞬低検出回路９５は、遮断器９０に遮断指令を出力する。
遮断指令を受けた遮断器９０は開放し、電力系統と分離された発電機６９は自立運転に移行し重要負荷７０に電力を供給する。
なお、電力系統６０の短絡事故等発生から遮断器９０の開放までは通常数秒程度を必要とし、遮断器９０の開放により自立運転に移行した発電機６９が定格電圧に戻るまで通常数秒程度を必要とする。
【００３８】
電源ラインの電圧は、電力系統６０の短絡事故等発生から遮断器９０の開放までの時間と、自立運転に移行した発電機６９が定格電圧に戻るまでの時間低下することになり、この低下した電圧は直並列補償方式瞬低対策システムにより補償され重要負荷は定格電圧が維持される。
【００３９】
上記の直並列補償方式瞬低対策システムの動作時の電流および電力の流れを、図１７〜図２１を用いて以下に説明する。図１７〜図２１は、ガスエンジンまたはガスタービンにより常時運転される発電機６９と組み合わせた直並列補償方式瞬低対策システムの各部の電流および電力の流れを示す図である。
図１７は短絡事故（瞬低）発生時の電流および電力の流れ図、図１８は遮断器開放直後の電流および電力の流れ図、図１９は遮断器開放後発電機電圧がある程度回復したときの電流および電力の流れ図、図２０は遮断器開放後発電機電圧が回復したときの電流および電力の流れ図、図２１は遮断器開放後発電機電圧が回復してしばらくたったときの電流および電力の流れ図である。
【００４０】
図１７を用いて電力系統６０に短絡事故（瞬低）が発生した場合の電流および電力の流れを説明する。
電力系統に短絡事故（瞬低）が発生すると、電力系統６０の電源から事故点に向かって電力系統短絡電流Ｉpsが流入し、それに伴い電力系統短絡電力Ｐpsが事故点に供給される。
【００４１】
発電機６９からの電流の大半は、発電機短絡電流Ｉgsとして事故点へ流入し、それに伴い発電機電力の大半である発電機短絡電力Ｐgsが事故点に供給される。したがって、発電機６９の出力電圧は重要負荷の定格電圧より低下することとなり電源ライン電圧も重要負荷の定格電圧より低下する。
【００４２】
直列補償インバータ２０は、電源ラインの電圧を重要負荷の定格電圧に維持するために、入力電圧が重要負荷の定格電圧より低下した分に当たる電圧に相当する電圧を出力し直列トランス５０を介して入力電圧である発電機６９の出力電圧に直列に重畳させる。
【００４３】
重要負荷７０には直列トランス５０を介した直列補償インバータ２０の電圧と発電機６９の出力電圧が合計された定格電圧がかかり、重要負荷７０のインピーダンスに見合った電流が流入する。この電流は発電機６９→直列トランス５０→重要負荷７０→発電機６９のような電流閉ループを構成している。以下この電流を「発電機重要負荷電流ＩgL」という。
【００４４】
今、例えば短絡事故（瞬低）が発生した瞬間に発電機６９の出力電圧が重要負荷の定格電圧に対して７０％に低下すると、発電機の出力電圧に直列補償インバータ２０から定格電圧の３０％を直列トランス５０を介して重畳させることによって、重要負荷７０には定格電圧１００％の電圧が維持される。
【００４５】
この場合、発電機６９が重要負荷７０に供給する電力（以下、「発電機重要負荷電力ＰgL」という）は、重要負荷７０の電力（以下、「重要負荷電力ＰL」という）の７０％であり、直列補償インバータ２０から重要負荷７０に供給する電力（以下、「直列補償インバータ出力電力Ｐi」という）は、重要負荷電力ＰLの３０％である。重要負荷には発電機重要負荷電力ＰgLと直列補償インバータ出力電力Ｐiにより必要な電力がまかなわれている。
【００４６】
なお、直列トランス５０の一次巻線に、発電機重要負荷電流ＩgLが流れ、二次巻線を介して直列補償インバータ出力電流Ｉiが流れている。
【００４７】
並列補償コンバータ１０は、直流中間回路電圧を一定にするため、電力貯蔵媒体３０への充電電力容量、例えば、重要負荷電力ＰLの１５％程度の電力を入力から流入するように制御され、その結果並列補償コンバータ電流Ｉcが流入し、これに伴い並列補償コンバータ電力Ｐcが直流中間回路に流入する。なお、この並列補償コンバータ電流Ｉcは、並列補償コンバータ１０→発電機６９→並列補償コンバータ１０の電流閉ループを構成している。
【００４８】
電力貯蔵媒体３０は、直列補償インバータ出力電力Ｐiと並列補償コンバータ電力Ｐcの差に相当する分の電力（例えば、この例では、重要負荷電力の１５％程度）を供給する。言い換えると、重要負荷電力の３０％に相当する電力である直列補償インバータ出力電力Ｐiの半分程度が、電力貯蔵媒体３０から電力貯蔵媒体電力Ｐesとして出力され、残りの半分程度は、並列補償コンバータ電力Ｐcの源である発電機６９から供給されていることになる。
【００４９】
なお、発電機６９から出力される電流（以下、「発電機電流Ｉg」という）は、発電機短絡電流Ｉgs、発電機重要負荷電流ＩgL、並列補償コンバータ電流Ｉcの合計であり、発電機６９から出力される電力（以下、「発電機電力Ｐg」という）は発電機短絡電力Ｐgs、発電機重要負荷電力ＰgL、並列補償コンバータ電力Ｐcの合計である。
【００５０】
以上の現象は、電力系統の短絡事故の発生から遮断器９０が開放されるまでの数秒間継続する。
【００５１】
図１８を用いて、遮断器９０の開放直後の電流および電力の流れを説明する。遮断器９０が開放されると発電機短絡電流Ｉgsが遮断され、発電機短絡電力Ｐgsも遮断されるので、発電機６９の過負荷が解消されるのみで、その他の電流および電力の流れは上記と変わらない。
【００５２】
図１９を用いて、遮断器９０の開放後発電機電圧がある程度（定格電圧の９０％）回復したときの電流および電力の流れを説明する。
遮断器９０が開放されると、発電機短絡電流Ｉgsが遮断され、発電機短絡電力Ｐgsも遮断されるので、発電機６９の過負荷が解消されるとともに、数秒間程度をかけて発電機６９の電圧はある程度復帰する。遮断器９０が開放されてから発電機電圧が上昇するに伴い直列補償インバータ２０から重畳させる電圧は減少する。この結果、発電機重要負荷電力ＰgLが上昇し、直列補償インバータ出力電力Ｐiが減少し、その合計である重要負荷電力ＰLは一定であり、重要負荷に必要な電力がまかなわれる。直列補償インバータ出力電力Ｐiが並列補償コンバータ電力Ｐcより減少すると、電力貯蔵媒体３０へその差の電力が電力貯蔵媒体電力Ｐesとして流入することになり、電力貯蔵媒体３０は失った電力が充電される。
【００５３】
図２０を用いて、遮断器９０が開放された後、発電機電圧が回復（定格電圧の９５％）したときの電流および電力の流れを説明する。
電力フローは、基本的に図１９に示した遮断器９０の開放後発電機電圧がある程度回復したときと同じである。違うところは、発電機電圧の更なる上昇に伴い、発電機重要負荷電力ＰgLが更に増加し、直列補償インバータ出力電力Ｐiが更に減少する。また、並列補償コンバータ電力Ｐcは変わらないので、並列補償コンバータ電力Ｐcと発電機重要負荷電力ＰgLとの合計である発電機電力Ｐgは更に増える。並列補償コンバータ電力Ｐcが不変で直列補償インバータ出力電力Ｐiが減少すると、電力貯蔵媒体電力３０へ供給される（充電方向）電力が増え電力貯蔵媒体３０の充電時間を短縮させる。
【００５４】
図２１を用いて、遮断器９０が開放された後、発電機電圧が回復してしばらくたったときの電流と電力の流れを説明する。
遮断器９０が開放された後、発電機電圧が回復してしばらくたつと、電力貯蔵媒体３０の充電が完了し、並列補償コンバータ１０は直流中間回路電圧を一定に保つのに必要な電力すなわち直列補償インバータ出力電力Ｐiと同じ電力を入力から流入するように制御される。この結果、並列補償コンバータ電力Ｐcは減少し、これに伴い発電機電力Ｐgが減少し、重要負荷電力ＰLに相当する電力となり、発電機６９および直並列補償方式瞬低対策システムは定常状態に移行する。
【００５５】
上記図１７から図２１までに示した、従来の直並列補償方式瞬低対策システムにおける、直列補償インバータ出力電力Piと、並列補償コンバータ電力Ｐcの状態などをまとめて一覧表として表１に示した。この表において、電圧は定格電圧のパーセンテージで、電力は負荷電力のパーセンテージでそれぞれ示してある。
【００５６】
【表１】
0004156150.tif 000002
【００５７】
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、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すると、重要負荷に電力を供給できなくなる問題がある。すなわち、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２２，図２３を用いて説明する。
【００５８】
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の定格電圧の９５％だったとすると、直並列補償法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。
【００５９】
上流に開放事故が発生すると、図２２に示すように、重要負荷７０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の閉ループを形成する。並列補償コンバータ１０は重要負荷の定格電圧の９５％の電圧を確立しているので重要負荷電力ＰLの９５％を供給する。直列補償インバータ２０は重要負荷の定格電圧の５％の電圧を確立しているので重要負荷電力ＰLの５％を供給する。
【００６０】
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。
【００６１】
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ＰLの１００％に相当する。したがって、電力貯蔵媒体３０の電圧が急激に低下する。
【００６２】
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１０は、並列補償コンバータ制御回路１００の動作により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。通常、並列補償コンバータ１０には電圧低下もしくは周波数低下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。
【００６３】
図２３に示すように、電圧低下もしくは周波数低下が発生すると、並列補償コンバータ１０は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、前述の電流の閉回路（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）を形成できないので、負荷に電力を供給できなくなる。すなわち上流の開放事故があると負荷へは電力が供給できなくなると言った欠点がある。
【００６４】
ガスエンジンまたはガスタービンによって運転される発電機６９が設けられている場合で、短絡事故が発電機に近い場所で生じた場合の各部の電流および電力の流れを、図２４から図２６を用いて説明する。
図２４に示すように、発電機６９に近い個所で電力系統に短絡事故が発生すると、事故点における短絡電流は電力系統の電源および電源から事故点までのインピーダンスと、発電機および発電機から事故点までのインピーダンスの比の逆数により事故点における短絡電流は案分されるから、発電機短絡電流Ｉgsは相当大きい値になり、発電機６９はより厳しい過電流又は過負荷状況に陥ることになる。
【００６５】
このため、図２５に示すように、遮断器９０の開放が間に合わず、過電流や過負荷時、またはガスタービンと発電機を接続するシアピンが破断するなどによる自己防衛機能により発電機６９がトリップし、図示していない発電機６９と電源ラインとの間に設置されている遮断器が開放する。
【００６６】
また、直並列補償方式瞬低対策システムにおいては、短絡事故発生時、発電機６９は発電機短絡電力Ｐgsばかりか発電機重要負荷電力ＰgLおよび並列補償コンバータ電力Ｐcも供給する必要があり、発電機６９の過電流や過負荷を助長する結果となり、自己防衛機能により発電機６９がトリップする可能性が更に高くなる。
【００６７】
図２６に示すように、発電機６９がトリップすると、発電機６９に設置されている遮断器が開放し、電力系統の電源と発電機６９間の遮断器９０も開放しているので、直並列補償方式瞬低対策システムの上流開放モードが発生し、図２２および図２３を用いて説明に示したと同様の理由により、並列補償コンバータ１０は自己防衛機能により停止し、その結果、重要負荷に電力を供給できなくなる。
【００６８】
また、直並列補償方式瞬低対策システムを構成するインバータおよびコンバータの変換器ならびに電力貯蔵媒体は、非常に高価であるとともに、容量の増大に伴い体積が大きくなり、広い設置スペースを要するという問題がある。
【００６９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑み、上流開放モード発生時にも重要負荷へ電力供給することができる直並列補償方式瞬低対策システムを提供することを目的とする。
【００７０】
さらに、本発明は、ガスエンジンまたはガスタービンで駆動される発電機とセットで設置される直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、電力系統に短絡事故等（瞬低）発生時に発電機の自己防衛機能が働く前に発電機を電力系統から分離し自立運転に移行させることにより、直並列補償方式瞬低対策システムの上流側の開放モードの発生を防止し、重要負荷に安定して電力を供給することができる直並列補償方式瞬低対策システムを提供することを目的とする。
【００７１】
さらに、本発明は、ガスエンジンまたはガスタービンにより常時運転される発電機と組み合わせた直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、並列補償コンバータ、直列補償インバータおよび電力貯蔵媒体の容量を最適化することにより、安価でスペースメリットがある直並列補償方式瞬低対策システムを提供することを目的とする。
【００７２】
【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低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に接続された双方向に電力変換できる並列補償コンバータと前記直列トランスに接続された双方向に電力変換できる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力系統の瞬低に対応する直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、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の発生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。
【００７３】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、直並列補償方式瞬低対策システムの上流側の開放を検出する上流側開放検出回路と、並列補償コンバータの制御モードを電圧制御モードと電流制御モードとに切り替える電流／電圧制御モード切替器を設け、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前記スイッチの確実な開放を検出した後に、前記並列補償コンバータの制御モードを電流制御モードから電圧制御モードに変更するようにした。
【００７４】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、電力系統側の開放事故の発生を、直並列補償方式瞬低対策システムの入力電圧の周波数の低下あるいは電圧低下により検出するようにした。
【００７５】
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低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力系統の瞬低に対応する直並列補償方式瞬低対策システムと、前記直並列補償方式瞬低対策システムに並列に設けられ前記電力系統と連系して常時運転される発電機とからなる無停電電源システムにおいて、前記直並列補償方式瞬低対策システムは、電源ラインに並列に挿入された並列トランスと、電源ラインに直列に接続された直列トランスと、前記並列トランスに接続された双方向に電力変換できる並列補償コンバータと、前記直列トランスに接続された双方向に電力変換できる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の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、前記直並列補償方式瞬低対策システムおよび前記発電機の上流側に前記電力系統の瞬低時に前記電力系統と前記直並列補償法式瞬低対策システムおよび前記発電機の間を高速に遮断する高速遮断システムを設けて無停電電源システムを構成した。
【００７６】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、前記高速遮断システムが、前記発電機の瞬時電力を検出して瞬時電力が設定値を超えたときに遮断動作を行うようにした。
【００７７】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、前記並列補償コンバータの容量を、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量以上、例えば重要負荷容量の１５％以上とした。
【００７８】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、前記並列補償コンバータの容量を、重要負荷の不平衡を補償する必要がある場合は、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量および重要負荷の不平衡を補償する容量の合計値以上とする。
【００７９】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、前記並列補償コンバータの容量を、重要負荷の高調波を補償する必要がある場合には、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量および重要負荷の高調波を補償する容量の合計値以上とする。
【００８０】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、前記並列補償コンバータの容量を、重要負荷の不平衡および高調波を補償する必要がある場合には、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量および重要負荷の不平衡を補償する容量ならびに重要負荷の高調波を補償する容量の合計値以上とする。
【００８１】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、前記直列補償インバータの容量を、少なくとも高速遮断システムにより限定された発電機の電圧低下を補償するに足る容量以上、例えば重要負荷容量の４０％以上とする。
【００８２】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、前記電力貯蔵媒体の出力容量を、少なくとも高速遮断システムによる限定された発電機の電圧低下を補償するに足る出力容量以上、例えば重要負荷容量の４０％以上とする。
【００８３】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、前記電力貯蔵媒体のエネルギー容量を、少なくとも（電力系統の短絡事故発生から高速遮断システムが開放する時間＋高速遮断システムが開放し発電機電圧が定格まで回復する時間）×前記高速遮断システムによる限定された発電機の電圧低下を補償するに足る出力容量以上とする。
【００８４】
本発明は、上記無停電電源システムにおいて、前記スイッチの確実な開放を検出した後に、前記スイッチが開放した瞬間における入力電圧および入力周波数を時限後に基準電圧および基準周波数にするために必要な並列補償コンバータが出力すべき電流の目標値を演算しこの目標電流に基づき並列補償コンバータを制御する入力電圧制御演算回路を設けた。
【００８５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる直並列補償方式瞬低対策システムを具備した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。
【００８６】
この発明は、並列補償コンバータ１０の制御モード切替により上記問題を解決している。本発明の構成の概要を図１を用いて説明する。
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１３に示した、電力系統６０と重要負荷７０の間に直並列補償方式瞬低対策システムを設けた従来の無停電電源システムにおいて、上流側すなわち電力系統側の開放を検出し、かつ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、該上流開放検出回路８５の入力スイッチ開放信号によって電力系統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。
【００８７】
図１に示すように、本発明にかかる無停電電源システムは、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に接続され双方向に電力変換でき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双方向に電力変換でき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。
【００８８】
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の構成の概要を説明する。
【００８９】
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。
【００９０】
直流中間回路電圧補償電流演算回路１１０は、図１４および図１５で説明した直流中間回路電圧補償電流演算回路１１０と同様の構成を有しており、これと同様の働きをする。
【００９１】
同様に、負荷電流補償電流演算回路１２０は、図１４および図１５で説明した負荷電流補償電流演算回路１２０同様の構成を有しており、これと同様の働きをする。負荷電流補償電流演算回路１２０は、電流制御モード並列補償コンバータ電流目標値信号を出力する
【００９２】
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。
【００９３】
並列補償コンバータ出力電圧指令演算回路１４０は、図１４および図１５で説明した並列補償コンバータ出力電圧指令演算回路１４０と同様の構成を有しており、これと同様の働きをする。
【００９４】
ＰＷＭ制御回路１５０およびキャリア信号発生回路１５５は、図１４および図１５で説明したＰＷＭ制御回路１５０およびキャリア信号発生回路１５５と同様の構成を有しており、これと同様の働きをする。
【００９５】
ゲートドライブ回路１６０は、図１４および図１５で説明したゲートドライブ回路１６０と同様の構成を有しており、これと同様の働きをする。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。その制御方法の概要を以下に説明する。
【０１０１】
上流側に開放事故が発生すると、図２２および図２３の説明で述べた理由により入力電圧が低下もしくは入力周波数が低下する。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））を検出すると、入力スイッチ８０に入力スイッチ開放信号を出力する。
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
電圧制御モードにおける並列補償コンバータ出力電流制御演算回路１３０以降の動作は、図１４およびその説明に示した従来技術の動作において、「並列補償コンバータ出力電流目標値」を「電圧制御モード並列補償コンバータ出力電流目標値」と読み替えることによって同様になされる。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
上記、並列補償コンバータ制御回路１００の具体的な回路構成を図３を用いて説明する。
本発明においては、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、補償並列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は、図１５に示した回路と同様の構成を有し同様に働くので、その詳細な説明を省略する。
【０１０９】
入力電圧制御演算回路１８０は、３相２相変換回路（３φ／２φ）１８１と、入力周波数目標値発生回路１８２と、正相回転座標変換回路（ＶＤ）１８３と、直流成分抽出回路１８４と、入力電圧目標値発生回路１８５と、減算器１８６ｄ，１８６ｑと、入力電圧制御回路ＡＶＲ（ＶＩ）１８７と、正相逆回転座標変換回路（ＶＤ-1）１８８と、２相３相変換回路（２φ／３φ）１８９とを有して構成される。直流成分抽出回路１８４は、ローパスフィルタによって構成されるが、これに代えてハイパスフィルタと減算器によって構成しても良い。
【０１１０】
３相２相変換回路（３φ／２φ）１８１には、入力電圧Ｒ相検出値ＶiＲ、入力電圧Ｓ相検出値ＶiＳ、入力電圧Ｔ相検出値ＶiＴが入力され、２相交流であるα―β座標軸に変換する。以下この変換された信号を入力電圧α成分および入力電圧β成分信号という。
【０１１１】
入力周波数目標値発生回路１８２は、入力電圧Ｒ相検出値ＶiＲ、入力電圧Ｓ相検出値ＶiＳ、入力電圧Ｔ相検出値ＶiＴと、入力周波数基準値ω０および時限値Ｔと、起動信号が入力され、起動信号を受けた瞬間はそのときにおける入力電圧の周波数ωaと同期させ、その後は時限値Ｔ後に入力周波数基準値ω０になるような基準余弦波信号ｃｏｓω*h×tおよび基準正弦波信号ｓｉｎω*h×tを出力する。
【０１１２】
正相回転座標変換回路１８３は、入力電圧α成分信号、入力電圧β成分信号、基準余弦波信号ｃｏｓω*h×tおよび基準正弦波信号ｓｉｎω*h×tから入力電圧を入力周波数目標値と同一速度で同一方向に回転する直交正相回転座標変換軸（ｄ―ｑ座標軸）を基準にして座標変換し、正相二軸成分の直流量として分離検出する。以下この変換された信号を入力電圧ｄ成分信号、入力電圧ｑ成分信号という。この入力電圧ｄ成分信号の直流成分は基本波正相成分を示し、交流成分は、逆相正分、高調波成分を示し、入力電圧ｑ成分信号は、逆相正分、高調波成分を示すことは公知の事実である。
【０１１３】
直流成分抽出回路１８４において、入力電圧ｄ成分信号をローパスフィルターを通すことによって、直流成分を抽出する。入力電圧ｄ成分をハイパスフィルタにより交流成分を抽出し、この信号を入力電圧ｄ信号から減算器により減算してもよい。この結果出力される信号を、以下、入力電圧ｄ成分直流信号という。
【０１１４】
入力電圧目標値発生回路１８５は、入力電圧ｄ成分直流信号、入力電圧基準値Ｖi*および時限値Ｔならびに起動信号が入力され、起動信号を受けた時間は、そのときにおける入力電圧ｄ成分直流信号を発生させ、その後は時限値Ｔ後に基準値Ｖi*となるような信号Ｖi*h（以下、「入力電圧ｄ成分目標値信号」という）を。また、入力電圧ｑ成分信号目標値信号としてゼロを出力する。
【０１１５】
減算器１８６ｄは、入力電圧目標値発生回路１８５から出力された入力電圧d成分目標値信号Ｖi*hから正回転座標変換回路１８３から出力された入力電圧ｄ成分信号を減算した入力電圧ｄ成分偏差信号を出力する。減算器１８６ｑは、入力電圧目標値発生回路１８５から出力されたゼロ値から正回転座標変換回路１８３から出力された入力電圧ｑ成分信号を減算した入力電圧ｑ成分偏差信号を出力する。なお、入力電圧ｑ成分偏差信号の演算は、入力電圧ｑ成分信号を極性反転回路により極性反転させて得るようにしても良い。
【０１１６】
例えば、ＰＩ制御回路から構成される入力電圧制御回路（ＡＶＲ（ＶＩ））１８７は、入力電圧ｄ成分偏差信号、入力電圧ｑ成分偏差信号をゼロ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ｄ成分電流信号（以下、電圧制御モード並列補償コンバータｄ成分電流目標値信号という）、ｑ成分電流信号（以下、電圧制御モード並列補償コンバータｑ成分電流目標値信号という）を出力する。なお、本回路は、定常偏差をゼロにするために必要な回路であり、必ずしも必須の回路ではない。
【０１１７】
電圧制御モード並列補償コンバータｄ成分電流目標値信号、電圧制御モード並列補償コンバータｑ成分電流目標値信号、基準余弦波信号ｃｏｓω*h×tおよび基準正弦波信号ｓｉｎω*h×tを正相逆回転座標変換回路１８８に入力して、ｄ―ｑ座標軸から２相交流であるα―β座標軸に変換する。さらに、この信号を２相３相変換回路１８９で３相交流座標軸に変換し、並列補償コンバータ１０が出力すべき入力電圧および周波数の目標値に追従させ、入力電圧を平衡化し、高調波をキャンセルするのに必要なＲ相電流信号（以下、電圧制御モード並列補償コンバータＲ相出力電流目標値信号）およびＴ相電流信号（以下、電圧制御モード並列補償コンバータＴ相出力電流目標値信号という）を出力する。
【０１１８】
電流／電圧制御モード切替器１７０は、上流開放検出回路８５からの制御モード切替信号に基づいて、電流制御モード選択時には負荷電流補償電流演算回路１２０からの出力を選択し、電圧制御モード選択時には入力電圧制御演算回路１８０からの出力を選択して、並列補償コンバータ出力電流制御演算回路１３０へ出力する。
【０１１９】
並列補償コンバータ出力電流制御演算回路１３０以降の動作は、図１５の場合と同様である。
【０１２０】
上流開放検出回路８５は、各相の入力電圧検出値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））を検出すると入力スイッチ８０に入力スイッチ開放信号を出力する。
【０１２１】
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、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。
【０１２２】
入力スイッチ開放アンサーバック信号を受けて上流開放検出回路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。
【０１２３】
なお、入力スイッチから入力スイッチ開放アンサーバック信号を出力し、この信号を受けて、起動信号および制御モード切替信号を生成することに代えて、入力スイッチ８０が開放するのに十分な時間をとり、この時間後、制御モード切替信号および起動信号を出力する構成としても良い。
【０１２４】
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の運転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。
【０１２５】
図４〜図６を用いて、この制御モード切替による実施の形態の無停電電源システムにおける電流および電力の流れを説明する。
＜上流事故発生時＞
図４に示すように、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には１００％の電圧を確立させている。
【０１２６】
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、重要負荷の定格電圧の５％の電圧を確立し、重要負荷に供給する電力の５％を供給する。
【０１２７】
重要負荷の電流は、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。
【０１２８】
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。
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。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。
【０１２９】
＜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５に示すように、例えば、入力電圧が重要負荷の定格電圧の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定格電圧の９０％のままである。
【０１３０】
直列補償インバータ２０は、入力電圧が重要負荷の定格電圧の９０％であるので、重要負荷の定格電圧の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、重要負荷には定格電圧の１００％の電圧を確立させる。
【０１３１】
重要負荷の電流は、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。
【０１３２】
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は重要負荷定格電圧の１０％の電圧を確立しているので重要負荷に供給する電力の１０％を供給している。
【０１３３】
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。
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。
【０１３４】
＜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６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４に示した＜上流事故発生時＞と同じである。
【０１３５】
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。
【０１３６】
図７〜図９を用いて、本発明の第二の実施の形態を説明する。この実施の形態は、ガスエンジンまたはガスタービンによって常時駆動される発電機６９を電源ラインの入力側に設け、高速遮断システム９８を介して電力系統６０に連系させた無停電電源システムの実施の形態である。
【０１３７】
この無停電電源システムは、図７に示すように、直並列補償方式瞬低対策システムに並列に接続されたガスタービンやガスエンジンによって常時運転される発電機６９と、直並列補償方式瞬低対策システムおよび該発電機と電力系統６０の間に高速遮断システム９８を設けた点に特徴を有している。
【０１３８】
すなわち、この無停電電源システムは、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、電力系統６０に連系して接続されガスタービンエンジンまたはガスエンジンによって常時運転される発電機６９と、電力系統と発電機６９の連系を遮断する高速遮断システム９８と、並列トランス４０と、直列トランス５０と、双方向に電力変換できる並列補償コンバータ１０と、双方向に電力変換できる直列補償インバータ２０と、電力貯蔵媒体３０とを有して構成される。
【０１３９】
この無停電電源システムは、高速遮断システム９８を用いて発電機６９の自己防衛機能が働く前に発電機を電力系統６０から分離し発電機を自立運転に移行させて、電力系統における短絡事故等発生時の発電機のトリップを防ぐことにより、発電機６９→直列トランス５０→重要負荷７０→発電機６９の電流閉ループの構成を維持し重要負荷７０には安定して電力を供給する。
【０１４０】
この実施の態様で用いる高速遮断システム９８は、電力系統に停電または瞬低が発生すると、発電機の過負荷か過電流による自己防衛機能が働く前やガスタービンと発電機を接続するシアピンが破断する前に高速に電力系統６０から発電機６９を分離する機能を有している。
【０１４１】
この高速遮断システム９８は、具体的には、特開平５−２２８６５号公報、特開平６−３３９２２７号公報、特開平６−２９６３３０号公報、特開平６−３３９３００号公報、特開平７−２７１４０１号公報、特開平８−１２６２１０号公報などに示される高速遮断システムを用いることができ、例えば、遮断器と、発電機６９の瞬時電力をサンプルする手段と、３サンプル連続して瞬時電力が設定値を越えたときに遮断信号を出力する手段と、該遮断信号が出力されると遮断器を遮断する動作手段を有しており、発電機６９の瞬時電力を検出し、瞬時電力が設定値を越えたきに高速に遮断動作を行う高速遮断システムとして構成される。本発明においては、高速遮断システム９８は、高速に遮断し発電機を継続運転できる遮断システムであれば、いかなるシステムでも使用することができる。
【０１４２】
第二の実施の形態にかかる高速遮断システムを用いた場合の各部の電流および電力の流れを図８から図１２を用いて説明する。
図８を用いて短絡事故（瞬低）発生時の電流および電力の流れを説明する。
電力系統６０に、例えば、発電機６９に近いところで短絡事故（瞬低）が発生した瞬間の発電機６９の電圧を例えば重要負荷の定格電圧に対して６０％とする。これは、図１７に示した従来の例では、発電機の電圧は重要負荷定格電圧の７０％であったが、事故点が発電機６９に近いことを反映させたため従来の例より１０％減とした。
【０１４３】
したがって、重要負荷の定格電圧の４０％を直列補償インバータ２０から直列トランス５０を介して重畳させ、重要負荷７０には定格電圧の１００％の電圧が維持されているとすると、発電機６９が重要負荷に供給する電力である発電機重要負荷電力ＰgLは、重要負荷の電力である重要負荷電力ＰLの６０％であり、直列補償インバータ２０から重要負荷に供給する電力である直列補償インバータ出力電力Ｐiは、重要負荷電力ＰLの４０％である。又発電機短絡電流Ｉgsは事故点が発電機６９に近いので相当大きくなる。
【０１４４】
電力貯蔵媒体３０は、直列補償インバータ出力電力Ｐiと並列補償コンバータ電力Ｐcの差に相当する分の電力（例えば、この例では、重要負荷電力ＰLの２５％程度）を供給する。言い換えると重要負荷電力の４０％に相当する電力である、直列補償インバータ２０の出力電力Ｐiのうち６０％程度が電力貯蔵媒体３０から出力され、残りの４０％程度は並列補償コンバータ電力の源である発電機６９から供給されていることになる。上記以外は従来と変わらない。
【０１４５】
図９を用いて高速遮断システム開放直後の電流および電力の流れを説明する。高速遮断システムの開放直後には、図９に示すように、短絡事故点が発電機６９に近いところで、発電機短絡電流Ｉgsが相当大きくても、高速遮断システム９８により短絡事故（瞬低）を検出して０．２秒程度以下という短い時間に電力系統６０と発電機６９を遮断・分離することができるから、発電機短絡電流Ｉgsが遮断され、発電機短絡電力Ｐgsも遮断されるので発電機６９の過負荷が解消され確実に発電機６９を自立運転に移行することが可能である。また、各電力の流れは上記と変わらない。
【０１４６】
高速遮断システム９８開放後発電機電圧がある程度（定格電圧の９０％）回復したときの電流と電力の流れは、図１０に示すように、従来における図１９の電流および電力の流れと変わらない。
【０１４７】
高速遮断システム９８開放後発電機電圧が回復（定格電圧の９５％）したときの電流と電力の流れは、図１１に示すように、従来における図２０の電流および電力の流れと変わらない。
【０１４８】
高速遮断システム９８開放後発電機電圧が回復してしばらくたったときの電流と電力の流れは、図１２に示すように、従来における図２１の電流および電力の流れと変わらない。
【０１４９】
以上のように、高速遮断システム９８を用い発電機６９の自己防衛機能が働く前に発電機６９を電力系統６０から分離して発電機６９を自立運転に移行させることにより、直並列補償方式瞬低対策システム上流側の開放モードを防止することができ、発電機６９→直列トランス５０→重要負荷７０→発電機６９の電流閉ループの構成を維持し、重要負荷に安定して電力を供給することができる。
【０１５０】
直並列補償方式瞬低対策システムに並列に接続されたガスタービンやガスエンジンによって常時運転される発電機１９と直並列補償方式瞬低対策システムおよび発電機１９と電力系統６０の間に高速遮断システム９８を設けた無停電電源システムにおける並列補償コンバータ１０の容量について、以下に検討する。
【０１５１】
並列補償コンバータ１０の容量を少なくとも電力貯蔵媒体３０の充電に必要な容量以上、例えば重要負荷容量の１５％以上にする。並列補償コンバータ１０の容量をこのような値とすることによって、並列補償コンバータの容量を削減することができ、コストの削減、効率の向上、設置費用の削減、スペースメリットの向上を図ることができる。
【０１５２】
重要負荷７０の不平衡を補償する必要がある場合は、並列補償コンバータ１０の容量を、少なくとも電力貯蔵媒体３０の充電に必要な容量および重要負荷７０の不平衡を補償する容量の合計値以上にする。並列補償コンバータ１０の容量をこのような値とすることによって、並列補償コンバータの容量を削減することができ、コストの削減、効率の向上、設置費用の削減、スペースメリットの向上を図ることができる。
【０１５３】
重要負荷の高調波を補償する必要がある場合は、並列補償コンバータ１０の容量を、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量および重要負荷の高調波を補償する容量の合計値以上にする。並列補償コンバータ１０の容量をこのような値とすることによって、並列補償コンバータの容量を削減することができ、コストの削減、効率の向上、設置費用の削減、スペースメリットの向上を図ることができる。
【０１５４】
重要負荷の不平衡および高調波を補償する必要がある場合は、並列補償コンバータ１０の容量を、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量ならびに重要負荷の高調波および不平衡を補償する容量の合計値以上にする。並列補償コンバータ１０の容量をこのような値とすることによって、並列補償コンバータの容量を削減することができ、コストの削減、効率の向上、設置費用の削減、スペースメリットの向上を図ることができる。
【０１５５】
上述のように並列補償コンバータ１０の容量を限定できる理由は以下のとおりである。すなわち、発電機６９を連系していないときには重要負荷７０への電力の供給源はほとんどが並列補償コンバータ１０を介して電力貯蔵媒体３０からなされており、一方、高速遮断システム９８を使用し発電機６９を連系しているときには、重要負荷７０への電力の供給源は発電機６９および直列補償インバータ２０を介した電力貯蔵媒体３０からなされるので、並列補償コンバータ１０は電力貯蔵媒体３０に充電する容量で済むことが理由である。
【０１５６】
例えば、図４において、上流側に開放事故が発生したときには、電力貯蔵媒体３０から並列補償コンバータ１０を介して、重要負荷７０の電力にほぼ相当する電力を供給している。したがって、並列補償コンバータ１０の容量は、少なくとも重要負荷７０の容量以上が必要となる。
【０１５７】
一方、直並列補償方式瞬低対策システムに並列に接続されたガスタービンやガスエンジンによって常時運転される発電機１９と直並列補償方式瞬低対策システムおよび発電機１９と電力系統６０の間に高速遮断システム９８を設けた無停電電源システムにおいては、図８〜図１２に示すように、短絡事故発生時から高速遮断システム９８開放後に発電機電圧が回復してしばらくたったときのいずれのときにおいても、並列補償コンバータ１０の電力は、電力貯蔵媒体３０を充電する電力ですんでおり、並列補償コンバータ１０の容量は、同様に電力貯蔵媒体１０を充電する容量で足りている。
【０１５８】
直並列補償方式瞬低対策システムに並列に接続されたガスタービンやガスエンジンによって常時運転される発電機１９と直並列補償方式瞬低対策システムおよび発電機１９と電力系統６０の間に高速遮断システム９８を設けた無停電電源システムにおける直列補償インバータ２０の容量について、以下に検討する。
【０１５９】
直列補償インバータ２０の容量を少なくとも高速遮断システムにより限定された発電機６９の電圧低下を補償するに足る容量（例えば重要負荷容量の４０％程度）以上とする。直列補償インバータの容量をこのような値とすることによって、直列補償インバータの容量を削減することができ、コストの削減、効率の向上、設置費用の削減、スペースメリットの向上を図ることができる。
【０１６０】
上述のように直列補償インバータの容量を限定できる理由は以下のとおりである。高速遮断システム９８を使用すると遮断時間は０．２秒程度以下に限定される。遮断時間の間は発電機短絡電流Ｉgsが事故点に向け流れるが、この時のエネルギーは主に発電機６９の慣性によるものであり、この慣性エネルギーにより発電機６９の電圧の低下度は限定される。したがって、電圧の低下度が限定されるので直列補償インバータ２０はその限定された電圧低下を補償するに足る容量で済むことになる。
【０１６１】
例えば、図８〜図１２に示すように、短絡事故発生時から高速遮断システム９８開放後に発電機電圧が回復してしばらくたったときのいずれのときにおいても、直列補償インバータ２０の出力電力は、高速遮断システム９８により限定された発電機６９の電圧低下を補償するのに必要な電力しか供給しておらず、直列直列補償インバータ２０の容量も同様に発電機６９の電圧低下を補償するのに必要な容量で足りている。
【０１６２】
直並列補償方式瞬低対策システムに並列に接続されたガスタービンやガスエンジンによって常時運転される発電機１９と直並列補償方式瞬低対策システムおよび発電機１９と電力系統６０の間に高速遮断システム９８を設けた無停電電源システムにおける電力貯蔵手段３０の出力容量について、以下に検討する。
【０１６３】
電力貯蔵媒体３０の出力容量を高速遮断システムによる限定された発電機の電圧低下を補償するに足る出力容量（例えば、重要負荷容量の４０％程度）以上とする。このように電力貯蔵媒体３０の出力容量を限定することにより、電力貯蔵媒体３０の容量を削減することができ、コストの削減、効率の向上、設置費用の削減、スペースメリットの向上を図ることができる。
【０１６４】
上述のように、電力貯蔵媒体３０の出力容量を限定できる理由は、以下のとおりである。既に述べた直列補償インバータの容量を限定できる理由で示したとおり、直列補償インバータの容量は、高速遮断システムにより限定された発電機69の電圧低下を補償するに足る容量(例えば重要負荷電力の40％程度)に限定される。したがって、電力貯蔵媒体30の出力容量も同様に高速遮断システムにより限定された発電機69の電圧低下を補償するに足る容量(例えば重要負荷電力の40％程度)に限定される。
【０１６５】
例えば、図８〜図１２に示すように電力系統に短絡事故発生時から高速遮断システム開放後発電機電圧が回復してしばらくたったときのいずれにおいても、電力貯蔵媒体の出力は高速遮断システムによる限定された発電機の電圧低下を補償するに足る出力で足りている。
【０１６６】
直並列補償方式瞬低対策システムに並列に接続されたガスタービンやガスエンジンによって常時運転される発電機１９と直並列補償方式瞬低対策システムおよび発電機１９と電力系統６０の間に高速遮断システム９８を設けた無停電電源システムにおける電力貯蔵手段３０のエネルギー容量について、以下に検討する。
【０１６７】
電力貯蔵媒体３０のエネルギー容量を少なくとも（電力系統の短絡事故発生時から高速遮断システムが開放する時間＋高速遮断システムが開放し発電機電圧が定格まで回復する時間）×前記高速遮断システムによる限定された発電機の電圧低下を補償するに足る出力容量以上とする。このように電力貯蔵手段３０のエネルギー容量を限定することにより、電力貯蔵媒体３０の容量を削減することができ、コストの削減、効率の向上、設置費用の削減、スペースメリットの向上を図ることができる。
【０１６８】
上述のように、電力貯蔵媒体のエネルギー容量を限定できる理由は以下のとおりである。電力貯蔵媒体３０の出力の時間は電力系統に短絡事故発生から高速遮断システムが開放する時間＋高速遮断システムが開放し発電機電圧が定格まで回復する時間で限定され、電力貯蔵媒体３０の出力容量はこの出力容量に関する既述の理由により前記高速遮断システムによる限定された発電機の電圧低下を補償するに足る出力容量で限定される。したがって、電力貯蔵媒体３０のエネルギー容量は、出力時間×出力容量として、（電力系統の短絡事故発生時から高速遮断システムが開放する時間＋高速遮断システムが開放し発電機電圧が定格まで回復する時間）×前記高速遮断システムによる限定された発電機の電圧低下を補償するに足る出力容量で足りることになる。
【０１６９】
【発明の効果】
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、上流開放検出回路８５によっ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を開放したあと、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ことにより、並列補償コンバータ１０は、入力電圧・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・周波数は基準値に制御することができる。このため、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１０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。
【０１７０】
直並列補償方式瞬低対策システムに並列に接続されたガスタービンやガスエンジンによって常時運転される発電機１９と直並列補償方式瞬低対策システムおよび発電機１９と電力系統６０の間に高速遮断システム９８を設けた場合には、絡事故点が発電機６９に近いところであって、発電機短絡電流Ｉgsが相当大きくても、高速遮断システム９８により短絡事故（瞬低）を検出して０．２秒程度以下という短い時間に電力系統６０と発電機６９を遮断・分離することができるから、発電機短絡電流が遮断され、発電機短絡電力も遮断されるので発電機６９の過負荷が解消され確実に発電機６９を自立運転に移行することが可能である。
高速遮断システム９８を用い発電機６９の自己防衛機能が働く前に発電機６９を電力系統から分離し発電機６９を自立運転に移行させることにより、直並列補償方式瞬低対策システムの上流側の開放モードの発生を防止することにより、発電機６９→直列トランス６０→重要負荷７０→発電機６９の電流閉ループの構成を維持し重要負荷７０には安定して電力を供給することができる。
【０１７１】
直並列補償方式瞬低対策システムに並列に接続されたガスタービンやガスエンジンによって常時運転される発電機１９と直並列補償方式瞬低対策システムおよび発電機１９と電力系統６０の間に高速遮断システム９８を設けた無停電電源システムにおいて、並列補償コンバータ１０の容量を、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量以上、例えば重要負荷容量の１５％程度以上にすること、または重要負荷の不平衡を補償する必要がある場合は、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量および重要負荷の不平衡を補償する容量の合計値以上にすること、または、重要負荷の高調波を補償する必要がある場合は、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量および重要負荷の高調波を補償する容量の合計値以上にすること、または、重要負荷の不平衡および高調波を補償する必要がある場合は、少なくとも電力貯蔵媒体の充電に必要な容量ならびに重要負荷の高調波および不平衡を補償する容量の合計値以上にすることにより、並列補償コンバータ１０の容量を削減することができ、コストの削減、効率の向上、設置費用の削減、スペースメリトの向上がはかれる。
【０１７２】
直並列補償方式瞬低対策システムに並列に接続されたガスタービンやガスエンジンによって常時運転される発電機１９と直並列補償方式瞬低対策システムおよび発電機１９と電力系統６０の間に高速遮断システム９８を設けた無停電電源システムにおいて、直列補償インバータ２０の容量を少なくとも高速遮断システム９８により限定された電圧低下を補償するに足る容量以上（例えば重要負荷容量の４０％程度以上）とすることにより上記と同様なメリットがある。
【０１７３】
さらに、直並列補償方式瞬低対策システムに並列に接続されたガスタービンやガスエンジンによって常時運転される発電機１９と直並列補償方式瞬低対策システムおよび発電機１９と電力系統６０の間に高速遮断システム９８を設けた無停電電源システムにおいて、電力貯蔵媒体３０の出力容量を、少なくとも高速遮断システム９８により限定された電圧低下を補償するに足る容量以上（例えば重要負荷容量の４０％程度以上）とすることにより上記と同様なメリットがある。
【０１７４】
直並列補償方式瞬低対策システムに並列に接続されたガスタービンやガスエンジンによって常時運転される発電機１９と直並列補償方式瞬低対策システムおよび発電機１９と電力系統６０の間に高速遮断システム９８を設けた無停電電源システムにおいて、電力貯蔵手段３０のエネルギー容量を少なくとも（電力系統の短絡事故発生時から高速遮断システムが開放する時間＋高速遮断システムが開放し発電機電圧が定格まで回復する時間）×前記高速遮断システムによる限定された発電機の電圧低下を補償するに足るエネルギー容量以上とすることによって、電力貯蔵媒体３０の出力容量を削減することができ、コストの削減、効率の向上、設置費用の削減、スペースメリットの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる上流開放事故に対応する無停電電源システムの構成を示すブロック図。
【図２】図１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３】図１の無停電電源システムの並列補償コンバータ制御回のより詳細な構成を示すブロック図。
【図４】本発明にかかる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５】本発明にかかる本発明にかかる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８５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６】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７】本発明にかかる無停電電源システムの高速遮断器を用いた実施の形態の構成を示すブロック図。
【図８】図７の無停電電源システムの電力系統短絡事故発生時の電流および電力の流れを説明する図。
【図９】図７の無停電電源システムの高速遮断システム開放直後の電流および電力の流れを説明する図。
【図１０】図７の無停電電源システムの高速遮断システム開放後発電機電圧がある程度（定格の９０％）回復したときの電流および電力の流れを説明する図。
【図１１】図７の無停電電源システムの高速遮断システム開放後発電機電圧が回復（定格の９５％）したときの電流および電力の流れを説明する図。
【図１２】図７の無停電電源システムの高速遮断システム開放後発電機電圧が回復してしばらくたっ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の構成を示すブロック図。
【図１４】図１３の直並列補償方式瞬低対策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１５】図１４の直並列補償方式瞬低対策システムの並列補償コンバータ制御回路のより詳細な構成を示すブロック図。
【図１６】従来のガスエンジンまたはガスタービンで駆動される発電機と組み合わせた直並列補償方式瞬低対策システムの構成を示すブロック図。
【図１７】図１６の直並列補償方式瞬低対策システムにおいて電力系統に短絡事故が発生したときの電流および電力の流れを説明する図。
【図１８】図１６の直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、遮断器開放直後の電流および電力の流れを説明する図。
【図１９】図１６の直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、遮断器開放後発電機電圧がある程度（定格の９０％）回復したときの電流および電力の流れを説明する図。
【図２０】図１６の直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、遮断器開放後発電機電圧が回復（定格の９５％）したときの電流および電力の流れを説明する図。
【図２１】図１６の直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、遮断器開放後発電機電圧が回復してしばらくたったときの電流および電力の流れを説明する図。
【図２２】従来の直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、上流側に開放事故が発生したときの電流および電力の流れを説明する図。
【図２３】従来の直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、上流側に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。
【図２４】図１６の直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、発電機に近い電力系統で短絡事故発生時の電流および電力の流れを説明する図。
【図２５】図１６の直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、発電機が自己防衛機能によりトリップし、発電機保護用の遮断器開放時の電流および電力の流れを説明する図。
【図２６】図１６の直並列補償方式瞬低対策システムにおいて、上流開放モードが発生し、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
５０  直列トランス
６０  電力系統
６３  並列補償コンバータ出力電流検出回路
６５  負荷電流検出回路
６７  入力電圧検出回路
６９  発電機
７０  重要負荷
８０  入力スイッチ
８５  上流開放検出回路
９０  遮断器
９５  瞬低検出回路
９８  高速遮断システム
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
１１１  減算器
１１２  直流中間回路電圧制御回路(ＡＶＲ（ＥＤＣ））
１２０  負荷電流補償電流演算回路
１２１  ３相２相変換回路
１２２  基準信号発生回路
１２３  正相回転座標変換回路
１２４  交流成分抽出回路
１２５  加算器
１２６  正相逆回転座標変換回路
１２７  ２相３相変換回路
１３０  並列補償コンバータ出力電流制御演算回路
１３１Ｒ、１３１Ｔ  減算器
１３２Ｒ，１３２Ｔ  並列補償コンバータ出力流制御回路(ＡＣＲ(ＩＣ))
１３３Ｒ，１３３Ｔ  フィードフォワード電圧出力回路ＦＦ
１３４Ｒ，１３４Ｔ  加算器
１３５  減算器
１４０  並列補償コンバータ出力電圧指令演算回路
１４１  加算器
１５０  ＰＷＭ制御回路
１５５  キャリア信号発生回路
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
１８１  ３相２相変換回路
１８２  入力周波数目標値発生回路
１８３  正相回転座標変換回路
１８４  直流成分抽出回路
１８５  入力電圧目標値発生回路
１８６ｄ、１８６ｑ  減算器
１８７  入力電圧制御回路(ＡＶＲ（ＶＩ）)
１８８  正相逆回転座標変換回路
１８９  ２相３相変換回路
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
１２４１  ローパスフィルタ
１２４２  減算器
【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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【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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