(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統における電圧低下を検出する系統電圧検出部と、該系統電圧検出部からの電圧低下検出信号を入力として電圧補償制御信号を出力する制御部と、上記電力系統に直列に接続され、上記電圧補償制御信号により補償電圧を発生させる補償電圧発生部とを備えて、系統電圧低下時に上記補償電圧発生部にて発生させた上記補償電圧を該系統電圧に重畳して、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、  上記補償電圧発生部が直列接続された上記系統に流れる過電流を検出して過電流検出信号を上記制御部に出力する過電流検出部を備え、
上記制御部では、上記過電流検出信号の入力時には、上記電圧低下検出信号が入力されても上記電圧補償制御信号を出力せず、該電圧補償制御信号の替わりに過電流抑制制御信号を出力し、該過電流抑制制御信号を入力として補償電圧発生部は、上記補償電圧を発生させずに、系統電圧と逆極性の過電流抑制電圧を発生して上記系統電圧に重畳させることを特徴とする電圧変動補償装置。
【請求項２】
補償電圧発生部が直列接続された系統の負荷側に保護遮断器を備え、過電流検出部からの過電流検出信号を保持し、該保持した過電流検出信号により上記保護遮断器を遮断させ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】
補償電圧発生部から発生される過電流抑制電圧は、正常な系統電圧と逆極性でほぼ同じ大きさであることを特徴とする請求項１または２記載の電圧変動補償装置。
【請求項４】
補償電圧発生部は、直流電源と、該直流電源の両側あるいは片側に配されて該直流電源を電力系統に接続し、ダイオードが逆並列に接続された自己消弧型の半導体スイッチング素子とから成り、上記直流電源に接続される上記ダイオードは、該直流電源の正極側では該ダイオードの負極が接続され、該直流電源の負極側では該ダイオードの正極が接続され、制御部から過電流抑制制御信号が入力されると、上記全ての半導体スイッチング素子をオフにして、上記直流電源の電圧を逆極性の過電流抑制電圧として上記ダイオードにより系統電圧に重畳することを特徴とする請求項１または２記載の電圧変動補償装置。
【請求項５】
系統電圧検出部にて電圧低下が検出されない正常時に補償電圧発生部をバイパスするために該補償電圧発生部に並列に接続された短絡スイッチを備え、上記短絡スイッチが閉極状態で、過電流検出信号あるいは電圧低下検出信号が制御部に入力されると、該制御部は、上記短絡スイッチに開極指令を出力し、該短絡スイッチが開極状態になった後、過電流抑制制御信号あるいは電圧補償制御信号を出力して補償電圧発生部にて電圧を発生させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電圧変動補償装置。
【請求項６】
系統電圧検出部にて電圧低下が検出されない正常時に補償電圧発生部をバイパスするために、短絡スイッチを該補償電圧発生部に並列に接続して備え、上記短絡スイッチが閉極状態で、過電流検出信号が制御部に入力されると、該制御部は過電流抑制制御信号を出力せず上記短絡スイッチは閉極状態を維持し、上記短絡スイッチが閉極状態で、過電流検出信号は入力されずに電圧低下検出信号のみ制御部に入力されると、該制御部は、上記短絡スイッチに開極指令を出力して開極した後、電圧補償制御信号を出力することを特徴とする請求項１〜３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。
例えば特開昭６１−１１６９３４号公報に記載された従来の直列接続型電圧変動補償装置は、電力系統に直列に接続し、系統電圧が低下した時に不足電圧分だけを系統電圧に重畳し負荷への供給電圧を一定に保つもので、概略構成図を図１１に示す。
図に示すように、電圧変動補償装置１は系統電圧検出部２、制御部３および補償電圧発生部４から成る。制御部３では系統電圧検出部２にて検出した系統電圧Vrと正常時の系統電圧（系統の定格電圧）を模擬する基準電圧発生部５の電圧Vsとの差異電圧、すなわち系統の不足電圧Viを検出する不足電圧検出部６と、制御信号発生部７とを備える。信号発生部７は、補償電圧発生部４が出力する補償電圧Voが不足電圧検出部６の出力である不足電圧Viになるように、補償電圧発生部４に対して補償制御信号を発生する。
【０００３】
このような電圧変動補償装置１は、電力系統の電源側８と負荷側９との間に補償電圧発生部４を直列接続し、系統の電源側８の地絡事故などで系統電圧Vrが低下すると補償電圧発生部４の出力補償電圧Voを系統電圧Vrに重畳し、（１）式に示すように負荷１０の電圧Vlを基準電圧Vsに保つ。ただし、系統インピーダンスによる電圧降下は無視した。
Vl＝Vr＋Vo＝Vr＋Vi＝Vr＋（Vs−Vr）＝Vs      （１）
この結果、系統電圧が変動しても負荷に一定の電圧を供給することが出来る。
【０００４】
電力系統においては、電圧変動補償装置１の負荷側９での短絡のような事故も起こり得る。このような場合、図１２に示すように、補償電圧発生部４の負荷側９に保護遮断器１１を設置して短絡電流を遮断することにより、系統保護を行っていた。
【０００５】
【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、以上のように構成されているため、系統の負荷側９での事故時に短絡電流のような過電流が流れる場合、以下のような問題が発生するものであった。
電圧変動補償装置１の電源側８のインピーダンスZs、負荷側９の短絡事故点までのインピーダンスZlとする。負荷側９で短絡事故が起こった瞬時では系統電圧は低下するが、未だ電圧変動補償装置１は電圧補償動作をしていない、即ち補償電圧を出力していないため、この短絡事故の発生瞬時に流れる短絡電流Ifは、（２）式となる。
If＝Vs／（Zs＋Zl）        （２）
このとき、電圧変動補償装置１の系統電圧検出部２が検出する系統電圧Vrは、（３）式に示すように系統の基準電圧Vs（定格電圧）から系統電源側８のインピーダンスZsによる電圧降下分を引いた値となる。
Vr＝Vs−Zs・If            （３）
【０００６】
この結果、系統電圧Vrが基準電圧Vsより低下していることが検出され、電圧変動補償装置１は電圧補償動作を開始する。すなわち系統電圧Vrの不足電圧Vi（＝Zs・If）が補償電圧Voとして系統電圧に重畳され、負荷側９の系統電圧は基準電圧Vsに保たれる。この場合の短絡電流Ifａは（４）式となる。
Ifａ＝（Vs＋Vo）／（Zs＋Zl）＞If        （４）
すなわち、負荷側事故時で短絡電流のような過電流が流れる場合、電圧変動補償装置１が電圧補償動作することにより短絡電流が増加する。この短絡電流の増加により系統電圧はさらに低下し、これに伴って出力補償電圧Voも変化し、最終的には
Vo＝Zs・Ifａ
Ifａ＝Vs／Zl
となる。
このように、電圧変動補償装置１が電圧補償動作することにより負荷側事故による過電流を増大させ、過電流による被害の増加や、電圧変動補償装置１自体が過電流により破壊されるという問題点があった。また、負荷側９の系統を保護する保護遮断器１１が過電流を遮断できずに系統保護が出来なくなることもあり、新たな系統保護機器の設置など短絡電流増大対策が必要であった。
【０００７】
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、負荷に供給する電圧低下を補償する電圧変動補償装置において、系統の負荷側事故時に発生する過電流を増大させることなく、過電流による被害を抑制して、電力系統および電圧変動補償装置自身を保護することを目的とする。
【０００８】
【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低下を検出する系統電圧検出部と、該系統電圧検出部からの電圧低下検出信号を入力として電圧補償制御信号を出力する制御部と、上記電力系統に直列に接続され、上記電圧補償制御信号により補償電圧を発生させる補償電圧発生部とを備えて、系統電圧低下時に上記補償電圧発生部にて発生させた上記補償電圧を該系統電圧に重畳して、負荷に供給される電圧変動を抑える装置構成であって、上記補償電圧発生部が直列接続された上記系統に流れる過電流を検出して過電流検出信号を上記制御部に出力する過電流検出部を備え、上記制御部では、上記過電流検出信号の入力時には、上記電圧低下検出信号が入力されても上記電圧補償制御信号を出力せず、該電圧補償制御信号の替わりに過電流抑制制御信号を出力し、該過電流抑制制御信号を入力として補償電圧発生部は、上記補償電圧を発生させずに、系統電圧と逆極性の過電流抑制電圧を発生して上記系統電圧に重畳させるものである。
【０００９】
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、補償電圧発生部が直列接続された系統の負荷側に保護遮断器を備え、過電流検出部からの過電流検出信号を保持し、該保持した過電流検出信号により上記保護遮断器を遮断させるものである。
【００１０】
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または２において、補償電圧発生部から発生される過電流抑制電圧は、正常な系統電圧と逆極性でほぼ同じ大きさである。
【００１１】
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または２において、補償電圧発生部は、直流電源と、該直流電源の両側あるいは片側に配されて該直流電源を電力系統に接続し、ダイオードが逆並列に接続された自己消弧型の半導体スイッチング素子とから成り、上記直流電源に接続される上記ダイオードは、該直流電源の正極側では該ダイオードの負極が接続され、該直流電源の負極側では該ダイオードの正極が接続され、制御部から過電流抑制制御信号が入力されると、上記全ての半導体スイッチング素子をオフにして、上記直流電源の電圧を逆極性の過電流抑制電圧として上記ダイオードにより系統電圧に重畳するものである。
【００１２】
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１〜３のいずれかにおいて、系統電圧検出部にて電圧低下が検出されない正常時に補償電圧発生部をバイパスするために該補償電圧発生部に並列に接続された短絡スイッチを備え、上記短絡スイッチが閉極状態で、過電流検出信号あるいは電圧低下検出信号が制御部に入力されると、該制御部は、上記短絡スイッチに開極指令を出力し、該短絡スイッチが開極状態になった後、過電流抑制制御信号あるいは電圧補償制御信号を出力して補償電圧発生部にて電圧を発生させるものである。
【００１３】
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１〜３のいずれかにおいて、系統電圧検出部にて電圧低下が検出されない正常時に補償電圧発生部をバイパスするために、短絡スイッチを該補償電圧発生部に並列に接続して備え、上記短絡スイッチが閉極状態で、過電流検出信号が制御部に入力されると、該制御部は過電流抑制制御信号を出力せず上記短絡スイッチは閉極状態を維持し、上記短絡スイッチが閉極状態で、過電流検出信号は入力されずに電圧低下検出信号のみ制御部に入力されると、該制御部は、上記短絡スイッチに開極指令を出力して開極した後、電圧補償制御信号を出力するものである。
【００１４】
【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を図について説明する。
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の概略構成図である。
図に示すように、電圧変動補償装置１００は系統電圧検出部２、過電流検出部１２、制御部３１および補償電圧発生部４から成る。制御部３１では系統電圧検出部２にて検出した系統電圧Vrと正常時の系統電圧（系統の定格電圧）を模擬する基準電圧発生部５の電圧Vsとの差異電圧、すなわち系統の不足電圧Viを検出する不足電圧検出部６と、制御信号発生部７とを備え、不足電圧検出部６と信号発生部７との間には信号遮断部１３を設ける。また、補償電圧発生部４は、電力系統の電源側８と負荷側９との間に直列に接続され、制御信号発生部７からの電圧補償制御信号により、補償電圧Voをその大きさが不足電圧Viとなるように出力して系統電圧Vrに重畳し、負荷１０に供給する系統電圧を基準電圧Vsに保つ。また補償電圧発生部４の負荷側９に保護遮断器１１を設置し、短絡電流などの過電流を遮断する。
【００１５】
過電流検出部１２は、補償電圧発生部４が直列接続された系統を流れる過電流を検出すると過電流検出信号を制御部３１の信号遮断部１３に出力する。信号遮断部１３は、過電流検出信号が入力されない場合は不足電圧検出部６の出力を信号発生部７に通し、過電流検出信号が入力された場合は不足電圧検出部６の出力を信号発生部７に通さないように信号路を遮断する。
従って、電源側８の地落事故等により系統電圧が低下した場合は過電流が流れないため不足電圧検出部６の検出した不足電圧Viは、電圧低下検出信号として信号遮断部１３を通り、信号発生部７で補償電圧発生部４の出力補償電圧VoをViにするよう制御する電圧補償制御信号が発生され、電圧変動補償装置１００は系統電圧を補償する。
負荷側９の短絡事故等で過電流が発生して系統電圧が低下した場合、不足電圧検出部６が不足電圧を検出しても、同時に過電流検出部１２が過電流検出信号を信号遮断部１３に送るため、信号遮断部１３は不足電圧検出部６の出力である電圧低下検出信号を遮断し信号発生部７に送らない。この結果、信号発生部７は補償電圧を発生させる電圧補償制御信号を発生しない、即ち不足電圧Vi＝０として補償電圧発生部４の出力補償電圧Voが零になるような指令を補償電圧発生部４に送り、系統電圧に補償電圧が重畳されること無く、過電流は増大しない。
このため、系統電圧の変動を抑制する電圧変動補償装置１００を設置しても、過電流を増大させることがなく、通常の保護遮断器１１以外の新たな系統保護機器の設置など短絡電流増大対策を要することなく、過電流による被害を抑制して、電力系統および電圧変動補償装置自身を保護できる。
【００１６】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、過電流を検出した場合に不足電圧を補償電圧として系統に重畳させないものとしたが、この実施の形態２では、過電流検出時に、正常時の系統電圧（基準電圧Vs）と逆極性の電圧を過電流抑制電圧として系統電圧に重畳して過電流を抑制する。
図２に示すように、制御部３２では、図１での信号遮断部１３の替わりに信号切替部１４および反転増幅部１５を設け、信号発生部７への入力を信号切替部１４によって切り替える。信号切替部１４は２つの入力端子を持ち、不足電圧検出部６の信号あるいは基準電圧発生部５の電圧Vsを反転増幅部１５を通した信号のいずれかを、過電流検出信号の入力により選択する。
過電流検出信号が信号切替部１４に入力されない場合は、不足電圧検出部６の信号は信号切替部１４を介して信号発生部７に入力され、系統電圧低下時には信号発生部７からの電圧補償制御信号により補償電圧発生部４は不足電圧を出力して系統電圧を補償する。
【００１７】
過電流検出器１２が過電流を検出し、過電流検出信号が信号切替部１４に入力されると、信号発生部７には、反転増幅部１５から基準電圧Vsの極性を反転させた信号が信号切替部１４を介して入力される。これにより、信号発生部７は補償電圧発生部４の出力電圧を、正常時の系統電圧と絶対値が等しく極性が逆の過電流抑制電圧とするように制御する過電流抑制制御信号を発生し、補償電圧発生部４から出力される過電流抑制電圧は系統電圧に重畳される。
この時の短絡電流（過電流）Ifｂは、補償電圧発生部４の出力電圧Voを−Vsに等しいと置けば、
Ifｂ＝（Vs＋Vo）／（Zs＋Zl）＝（Vs＋（−Vs））／（Zs＋Zl）＝０ （５）
となり、過電流は零に抑えられる。なお、電圧変動補償装置１の電源側８のインピーダンスZs、負荷側９の短絡事故点までのインピーダンスZlとする。
【００１８】
補償電圧発生部４が発生する過電流抑制電圧は、正常時の系統電圧と絶対値が等しく逆極性の電圧でなくとも、系統電圧と逆極性の電圧であれば、過電流を抑制する効果はある。従って、負荷側事故により系統に流れる過電流を抑制できるため、通常の保護遮断器１１以外の新たな系統保護機器の設置など短絡電流増大対策を要することなく、過電流による電力系統の損傷や事故の被害を低減でき、電圧変動補償装置１００自身の損傷も避けることができる。
なお、正常時の系統電圧と逆極性の過電流抑制電圧を重畳する方式は、補償電圧発生部４の負荷側事故に対してのみ為されるもので、電源側事故には対応できない。
【００１９】
またこの実施の形態では図２に示すように、過電流検出部１２で発生した過電流検出信号を保持し、その信号により負荷側系統９の保護遮断器１１を遮断させる構成にした。負荷側事故による過電流は電圧変動補償装置１００で抑制されるため、保護遮断器１１の過電流リレー（図示せず）が動作しなかったり動作が遅れたりすることがあるが、上述したように、保護遮断器１１を過電流検出信号で遮断させる構成にしたことにより、過電流が抑制されても確実に保護遮断器１１を遮断して事故系統を切り離せる効果を有する。
【００２０】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、過電流検出時に、正常時の系統電圧（基準電圧Vs）と逆極性の電圧を過電流抑制電圧として系統電圧に重畳する電圧変動補償装置１００を示したが、系統電圧と逆極性の過電流抑制電圧を系統電圧に重畳する電圧変動補償装置１００の回路構成の１形態を図３に示す。図に示すように、補償電圧発生部４ａ内のコンデンサ１６などの直流電圧源を系統に直列に挿入して、系統に電圧を重畳する。コンデンサ１６を系統に接続したり、切離したりするために自己消弧型の４個のスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４から成るインバータが用いられる。ここでは、PWMインバータ方式を用い、系統に重畳する電圧を制御するために、制御部３３から各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４のON、OFFを制御するゲート信号Ｇ１〜Ｇ４を出力して、コンデンサ１６を断続的に系統に直列に接続し、接続時間すなわち電圧パルス幅を制御して必要な電圧を重畳する。
なお、複数個のコンデンサ（図示せず）を備えて必要な電圧に応じて直列接続させるコンデンサの組合せを選択し、その出力電圧の総和を系統に重畳する方式を用いても良い。また、この例では補償電圧発生部４ａを直接系統に直列接続しているが、トランスを介して系統に接続しても良い。また高調波除去のためのフィルターは図示を省略した。
いずれの方式でも自己消弧型スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４には逆向きの電流を流せるように逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ４が接続される。これは系統に繋がれている負荷１０が純抵抗の場合は直列に接続されたコンデンサ１６の極性の向き（コンデンサ１６の電圧を重畳する電圧の向き）にしか電流が流れないため必要無いが、負荷１０が純抵抗以外の場合はコンデンサ１６の電圧の向きと電流の向きとが異なる場合があるため、この電流を流すためにスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４には逆並列ダイオードＤ１〜Ｄ４が必要となる。
【００２１】
このように、コンデンサ１６を系統に直列に接続するスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４には逆並列のダイオードＤ１〜Ｄ４が接続されているため、コンデンサ１６は常にダイオードＤ１〜Ｄ４を介して系統に接続される。そしてコンデンサ１６の極性の向きと逆方向の電流を流す向きにダイオードＤ１〜Ｄ４は接続され、すなわち図に示すように、コンデンサ１６の正極はダイオードＤ１、Ｄ４の負極に接続されて系統に繋がれ、コンデンサ１６の負極はダイオードＤ２、Ｄ３の正極に接続されて系統に繋がれて、コンデンサ１６は系統電圧と逆極性になるように接続される。
【００２２】
制御部３３では、信号発生部７の出力と過電流検出部１２の出力の反転信号との論理積を判別部１７にて演算し、各スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４のON、OFFを制御するゲート信号Ｇ１〜Ｇ４を出力する。ここで、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４が「Ｈ」でスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４はON、「Ｌ」でスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４はOFFとし、過電流検出部１２の出力である過電流検出信号は、過電流を検出した場合は「Ｈ」、過電流を検出しない場合は「Ｌ」信号とする。
【００２３】
不足電圧検出部６が系統電圧の不足電圧を検出すると、補償電圧発生部４ａが不足電圧に等しい補償電圧を出力するように信号発生部７が各ゲート信号を発生する。この時に過電流検出部１２が過電流を検出していなければ、過電流検出信号は「Ｌ」であり信号発生部７からのゲート信号はそのまま補償電圧発生部４ａのスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４を制御し、補償電圧を発生する。
一方、過電流を検出すると過電流検出信号は「Ｈ」となり、信号発生部７からの出力が何であれ過電流検出信号の反転信号との論理積は全て「Ｌ」となり、過電流抑制制御信号としてスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４は全てOFFとなる。この場合、系統とコンデンサ１６はダイオードＤ１〜Ｄ４を介して繋がっているが、系統電圧の極性に拘わらず、常にコンデンサ１６が系統に挿入される電圧極性は一定であり、コンデンサ１６を充電する方向、すなわち系統電圧とは逆極性となる。
【００２４】
図４に、負荷側短絡事故時の電圧電流波形を示す。図４（ａ）は過電流抑制電圧を発生させない場合の比較例を示し、負荷側短絡事故により、大きな短絡電流が過電流として流れることが判る。図４（ｂ）はこの実施の形態による電圧変動補償装置１００により過電流抑制電圧を発生させたときの、電圧電流波形である。
以下、図４（ｂ）に基づいて、過電流の抑制動作について説明する。
系統負荷側９の短絡事故等に起因する過電流を検出してスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４が全てOFFになると、補償電圧発生部４ａは、コンデンサ１６のその時点の充電電圧を過電流抑制電圧としてダイオードＤ３、Ｄ４を介して出力する。コンデンサ１６は充電する向きに接続されているため、充電電流が流れるが、コンデンサ１６が充電されるに従って充電電流は減少し、系統正常電圧のピークまでコンデンサ１６が充電されると、流れる充電電流は零となり、即ち、電流は流れず過電流は抑制される。系統電圧が反転した場合は、コンデンサ１６はダイオードＤ１、Ｄ２を介して系統に接続されるが、この向きもコンデンサ１６を充電する向きであり、コンデンサ１６が既に正常電圧ピークまで充電されていれば電流は流れない。
PWMインバータで系統の電圧低下を１００％補償するには、コンデンサ１６の充電電圧はほぼ系統電圧のピーク値が必要であり、従って電流は流れないことになる。コンデンサ１６の充電電圧が系統電圧のピーク値より小さい時でも、上述したように、系統にコンデンサ１６の電圧が過電流抑制電圧として逆極性に重畳され、さらにコンデンサ１６が充電されるに従ってコンデンサ電圧は系統のピーク電圧に近づくため過電流は抑制されることになる。
【００２５】
この実施の形態では、過電流検出で発生された過電流抑制制御信号によりスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４を全てOFFにすることにより、コンデンサ１６の充電電圧が、スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４に逆並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ４を介して系統電圧に逆極性となるように重畳される。即ち、コンデンサ１６の充電電圧を系統電圧と逆極性の過電流抑制電圧として用い、過電流を抑制することができる。
【００２６】
なお、この実施の形態では、補償電圧発生部４ａには、それぞれダイオードＤ１〜Ｄ４が逆並列に接続された４個の半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４から成るフルブリッジインバータを用いたが、これに限るものではない。即ち、ダイオードが逆並列に接続された半導体スイッチング素子をコンデンサの両側あるいは片側に配してコンデンサ１６を電力系統に接続し、コンデンサに接続される上記ダイオードは、コンデンサの正極側であれば負極が、コンデンサの負極側であれば正極が接続されるようにすればよい。
【００２７】
実施の形態４．
次に、この実施の形態４による電圧変動補償装置について図５に基づいて説明する。上記実施の形態２では、過電流検出時に、正常時の系統電圧（基準電圧Vs）と逆極性の電圧を過電流抑制電圧として系統電圧に重畳する電圧変動補償装置１００を示したが、このような電圧変動補償装置１００に、図５に示すように、補償電圧発生部４と並列に接続された短絡スイッチ１８と、この短絡スイッチ１８に流れる電流を検出する電流検出部１９とを設ける。
ところで、直列接続型の電圧変動補償装置１００では、系統電圧に電圧低下が発生しない正常時にも電流を補償電圧発生部４を通すと、補償電圧を発生しなくとも（零電圧を発生）スイッチング素子やダイオードなどの複数の半導体素子を電流が通るため、常時損失が大きい。このため、補償電圧発生部４に短絡スイッチ１８を並列接続して、系統電圧が正常で補償電圧発生部４が補償電圧を発生する必要のない時は、電流を短絡スイッチ１８を介して負荷１０に送り、系統電圧が低下した時に短絡スイッチ１８を遮断し電流を補償電圧発生部４を介して（不足電圧を重畳して）負荷１０に送る。
短絡スイッチ１８として機械式スイッチを用いれば常時の損失はほとんど無く、また半導体スイッチを用いても補償電圧発生部４を通すよりは損失は少なくなる。
【００２８】
短絡スイッチ１８は入力信号によってON、OFFし、過電流検出部１２は短絡スイッチ１８の系統への接続点より外側に配置して、短絡スイッチ１８を通る電流でも補償電圧発生部４を通る電流でも系統を流れる電流を検出する。
正常時は短絡スイッチ１８はONであり、系統電流は短絡スイッチ１８を流れている。系統の負荷側９で短絡事故が発生した場合、過電流検出部１２が過電流を検出し過電流検出信号を制御部３０に送る。制御部３０では過電流検出信号により短絡スイッチ１８に開極指令を送り短絡スイッチ１８をOFFして、流れる電流を遮断する。短絡スイッチ１８の電流が遮断されると系統電流は補償電圧発生部４に転流される。また、短絡スイッチ１８に流れる電流が零になると電流検出部１９が電流零検出信号を制御部３０に送る。制御部３０では電流零検出信号を受けてから、補償電圧発生部４に過電流抑制制御信号を出力し、過電流抑制電圧を発生させるよう制御する。
【００２９】
このように、制御部３０は、短絡スイッチ１８の電流が遮断された後に、補償電圧発生部４に過電流抑制電圧を出力させるため、正常時の電圧変動補償装置１００の損失を低減させる短絡スイッチ１８を用いた場合でも、補償電圧発生部４が発生する過電流抑制電圧が短絡スイッチ１８で短絡されることなく、過大な電流が補償電圧発生部４を流れて素子を損傷させることはない。このため、信頼性良く過電流を抑制することができ、系統の被害を低減できる。
また短絡スイッチ１８として機械式スイッチを採用し、例えば特開平１１−１１１１２３号公報に示す方式で、交流自然電流零点前に強制的に遮断する場合、強制遮断可能な電流値は自然電流零点での遮断可能な電流値より小さい。過電流を検出した時、まず強制遮断を行うように短絡スイッチ１８に指令を出すが遮断電流が強制遮断領域を越えた場合は自然電流零点で遮断することになる。このような場合でも短絡スイッチ１８に流れる電流を検出し短絡スイッチ１８が電流を遮断したことを確認してから過電流抑制電圧を発生させているので、短絡スイッチ１８で過電流抑制電圧が短絡されることは無い。
なお、系統の電源側８の事故により系統電圧が低下した時にも、制御部３０は、短絡スイッチ１８を開極指令により遮断し、電流検出部１９からの電流零検出信号を受けた後、補償電圧発生部４に電圧補償制御信号を出力し、補償電圧を発生させるよう制御する。
【００３０】
実施の形態５．
上記実施の形態４を、図２で示した回路構成に適用した形態例を図６に示す。
図に示すように、この構成では信号切替部１４の出力端子と信号発生部７との間に信号遮断部１３を設け、また不足電圧検出部６の出力を入力する電圧低下検出部２０を設ける。信号遮断部１３には短絡スイッチ１８に流れる電流を検出する電流検出部１９の電流零検出信号が入力される。電流零検出信号は電流が零の時は「Ｈ」、電流が流れている時は「Ｌ」とする。電圧低下検出部２０は不足電圧が設定電圧を超えると電圧低下検出信号として「Ｈ」、電圧低下を検出しなければ「Ｌ」信号を出力する。信号遮断部１３は入力信号「Ｈ」でON、「Ｌ」でOFFとする。系統の過電流を検出する過電流検出部１２は過電流を検出すれば過電流検出信号として「Ｈ」、過電流を検出しなければ「Ｌ」信号を出力する。過電流検出部１２の出力は信号切替部１４の制御入力に入力され、信号切替部１４の出力端子は、制御入力が「Ｈ」の場合は基準電圧Vsの極性を反転させる反転増幅部１５の出力に、制御入力が「Ｌ」の場合は不足電圧検出部６の出力に繋がれる。
過電流検出部１２の出力は同時に信号合成部２１で電圧低下検出部２０の出力と論理和が取られ、信号合成部２１の出力が短絡スイッチ１８の制御入力に入力される。短絡スイッチ１８は制御信号「Ｈ」で開極、「Ｌ」で閉極とする。
【００３１】
系統電圧が正常で負荷１０に電流が流れている場合は電圧低下検出部２０の出力は「Ｌ」、過電流検出部１２の出力も「Ｌ」、電流検出部１９の出力も「Ｌ」であり、信号合成部２１の出力は「Ｌ」のため短絡スイッチ１８は閉極状態で電流は補償電圧発生部４を通らず短絡スイッチ１８を流れる。また信号遮断部１３は制御入力が「Ｌ」のためOFFであるので、信号発生部７には不足電圧が零と入力され補償電圧発生部４は電圧出力しない（零電圧出力）。また信号切替部１４への制御入力は「Ｌ」のため、出力端子は不足電圧検出部６の出力に繋がれている状態である。
系統電源側８で事故が起こり系統電圧が低下すると、電圧低下検出部２０の出力が「Ｈ」となり、信号合成部２１の出力も「Ｈ」、従って短絡スイッチ１８の制御入力が「Ｈ」になるため短絡スイッチ１８は開極し電流遮断を行う。短絡スイッチ１８の電流が遮断され電流零となると電流検出部１９の出力は「Ｈ」となり信号遮断部１３の制御入力が「Ｈ」となるため、信号遮断部１３はONとなる。過電流検出部１２の出力は「Ｌ」のままなので信号切替部１４の出力端子も不足電圧検出部６の出力に繋がれたままで、不足電圧検出部６の出力は信号発生部７に入力され、補償電圧発生部４は不足電圧を補償電圧として発生し、系統電圧が補償される。
【００３２】
一方、系統負荷側９で事故が起こり過電流と系統電圧低下とが発生すると、信号合成部２１の出力が「Ｈ」となり短絡スイッチ１８は開極して電流遮断を行うと共に、信号切替部１４の制御入力も「Ｈ」となり出力端子は基準電圧Vsの極性を反転させる反転増幅部１５の出力に繋がれる。短絡スイッチ１８の電流が遮断され零になると信号遮断部１３は制御入力が「Ｈ」となりONとなるため、信号発生部７には系統定格電圧（基準電圧Vs）に絶対値が等しく極性が逆の電圧が入力される。従って、補償電圧発生部４は系統電圧に対して逆極性の電圧を発生し過電流を抑制できる。この結果、補償電圧発生部４の発生する過電流抑制電圧は短絡スイッチ１８で短絡されることなく、即ち補償電圧発生部４に過大な電流が流れることなく過電流抑制電圧が系統に重畳されるため過電流による被害を低減できる。
【００３３】
なお、短絡スイッチ１８の電流遮断は実際に電流を検出することで確認しているが、予め短絡スイッチ１８の遮断時間を測定しておき、短絡スイッチ１８への開極指令から短絡スイッチ１８の遮断時間経過後に信号遮断部１３にON指令を出力するように構成しても良い。
【００３４】
実施の形態６．
実施の形態３の図３で示した回路構成に、短絡スイッチ１８とこの短絡スイッチ１８に流れる電流を検出する電流検出部１９とを設けたものを図７に示す。
上述したように、過電流を抑制するための過電流抑制電圧の発生は、補償電圧発生部４ａのコンデンサ１６と系統を接続しているスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４を全てOFFにすることで行う。系統電圧がコンデンサ１６の電圧より小さければコンデンサ１６はダイオードＤ１〜Ｄ４の働きにより系統から切離された状態であり、系統電圧がコンデンサ１６の電圧より大きくなると系統電圧と逆極性にコンデンサ１６が系統に接続される。
このような過電流抑制機能を持つ構成の電圧変動補償装置１００に常時損失低減用の短絡スイッチ１８を設けた場合、過電流検出時に短絡スイッチ１８に開極指令と全てのスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４に過電流抑制制御信号となるOFF指令を同時に出しても、短絡スイッチ１８が電流遮断するまでは補償電圧発生部４ａに印加される系統電圧は短絡スイッチ１８で短絡されるためほぼ零となり、コンデンサ１６は系統から切離された状態で不都合は起こらない。短絡スイッチ１８が電流遮断した後に自動的に過電流抑制電圧が系統に重畳されることになる。従って、補償電圧発生部４ａに過電流抑制電圧を発生させるための制御を短絡スイッチ１８の電流遮断に関係無く行うことができ、短絡スイッチ１８が閉極状態では過電流抑制電圧の発生が無く、短絡スイッチ１８が開極状態になると過電流抑制電圧が発生できる。
【００３５】
系統の電源側８の事故で電圧低下が発生した時は、短絡スイッチ１８の電流遮断完了後に補償電圧を重畳しなければならない。しかし、過電流検出部１２が過電流を検出した時は、短絡スイッチ１８に開極指令を出すのと同時にスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４を全てOFFにする指令を出して良い。信号合成部２１で過電流検出信号（過電流検出時「Ｈ」）と電圧低下検出部２０の出力（電圧低下検出時「Ｈ」）との論理和を取り、短絡スイッチ１８の制御信号とすれば良い。
補償電圧発生部４ａがコンデンサ１６とそれぞれダイオードＤ１〜Ｄ４を逆並列されたスイッチング素子Ｔ１〜Ｔ４とから構成されていれば、回路構成に関係なく、短絡スイッチ１８が開極状態になってから自動的に過電流抑制電圧が系統に重畳されることになり、補償電圧発生部４ａに過大な電流が流れることなく過電流抑制ができる。
【００３６】
実施の形態７．
上記実施の形態５、６では、短絡スイッチ１８への開極指令は電圧低下検出部２０の出力信号（電圧低下時「Ｈ」）と過電流検出部１２の出力信号（過電流検出時「Ｈ」）を信号合成部２１で論理和を取り少なくとも一方が起こった時（電圧低下、過電流）に短絡スイッチ１８を遮断するようにしたが、この実施の形態では、短絡スイッチ１８に通電されている状態では、過電流が発生しても短絡スイッチ１８を遮断しないようにするもので、図８に示すような信号合成部２１ａが用いられる。
図に示すように、過電流検出部１２の出力（過電流検出時「Ｈ」）と電圧低下検出部２０の出力（電圧低下検出時「Ｈ」）の論理積と、過電流検出部１２の出力の反転信号と電流検出部１９の出力（電流が流れてない時「Ｈ」）の論理積との論理和を出力とし、短絡スイッチ１８の制御信号とすれば良い。このようにすると、過電流を検出しない時か過電流を検出しても短絡スイッチ１８に電流が流れていない時以外は系統電圧低下を検出しても短絡スイッチ１８へは開極指令が送られない。即ち、短絡スイッチ１８に通電されている状態では、過電流が発生しても短絡スイッチ１８は閉極状態を維持し電流を遮断しないため、過電流遮断能力の無い短絡スイッチ１８でも、遮断不能を起こさずに使用することができる。
【００３７】
また短絡スイッチ１８が開極状態で過電流が流れた時は過電流抑制ができ、閉極状態で過電流が流れた場合でも、少なくとも過電流を増加させるような補償電圧を系統に重畳することは無い。
また、短絡スイッチ１８に過電流遮断能力は有るが、補償電圧発生部４の過電流耐量が小さい場合にも有効であり、以下に説明する。
短絡スイッチ１８に通電されている状態で過電流を検出したときに、短絡スイッチ１８の電流を遮断すると、その後過電流が補償電圧発生部４に転流されてから過電流抑制が始まるまでは抑制されていない過電流が補償電圧発生部４を流れ続ける。この時間は短絡スイッチ１８の遮断時間、電流検出部１９の電流零検出時間、制御部３の制御時間に依存し、短絡スイッチ１８が開極状態で過電流を検出した場合より長くなる。補償電圧発生部４の過電流耐量が小さい場合、過電流が流れる継続時間が長いと補償電圧発生部４が損傷することがある。このため、上述したように、短絡スイッチ１８に通電されている状態では、過電流が発生しても短絡スイッチ１８は閉極状態を維持し過電流を補償電圧発生部４に転流させないように制御することは補償電圧発生部４の保護に有効となる。
【００３８】
実施の形態８．
上記実施の形態７では、短絡スイッチ１８に通電されている状態で過電流が発生しても短絡スイッチ１８を閉極状態に維持させたが、この実施の形態では、過電流が発生した時は直ちに短絡スイッチ１８を閉極状態にし、過電流を補償電圧発生部４に流さないようにするもので、図９に示すような信号合成部２１ｂが用いられる。
図に示すように、電圧低下検出部２０の出力と過電流検出部１２の出力の反転信号との論理積を取り、短絡スイッチ１８の制御信号とすればよい。このように、過電流を補償電圧発生部４に流さないように制御するため、補償電圧発生部４に過電流通電能力の無い場合でも用いることができ、補償電圧発生部４を保護できる。
【００３９】
図９に示す信号合成部２１ｂを適用した電圧変動補償装置１００の構成図を図１０に示す。電源側８、負荷側９が正常な場合は、電圧が低下していないため電圧低下検出部２０の出力は「Ｌ」、過電流が流れていないため過電流検出部１２の出力は「Ｌ」、このため短絡スイッチ１８の制御信号となる信号合成部２１ｂの出力は「Ｌ」となり短絡スイッチ１８は閉極状態となる。したがって正常時には負荷側９への電力は短絡スイッチ１８を介して送られる。
電源側８で事故が発生し系統電圧が低下すると電圧低下検出部２０の出力が「Ｈ」となる。電源側８の事故のため過電流は流れていないため過電流検出部１２の出力は「Ｌ」、したがって信号合成部２１ｂの出力は「Ｈ」となり短絡スイッチ１８は開極し電流遮断を行う。短絡スイッチ１８の電流が遮断されると電流検出部１９からの出力は「Ｈ」となり、信号遮断部１３が「ON」となり不足電圧を補償電圧として系統に重畳するように補償電圧発生部４が制御される。したがって過電流が流れていない状況では系統電圧補償動作を行い負荷１０に正常な電圧を供給することができる。
【００４０】
一方、負荷側９の事故により系統電圧が低下すると電圧低下検出部２０の出力は「Ｈ」、過電流が流れるため過電流検出部１２の出力は「Ｈ」、したがって信号合成部２１ｂの出力は「Ｌ」となり、短絡スイッチ１８は閉極となる。電源側８、負荷側９が正常で短絡スイッチ１８が閉極状態の場合に負荷側９で事故が起こると短絡スイッチ１８は閉極状態を維持し、過電流は短絡スイッチ１８に流れる。
また電源側８の事故により系統電圧が低下し系統電圧補償動作中の場合に負荷側９でも事故が発生し過電流が流れると、過電流検出部１２の出力が「Ｌ」から「Ｈ」になるため短絡スイッチ１８は閉極し過電流は短絡スイッチ１８を流れる。
また短絡スイッチ１８が遮断されないため、電流検出部１９の信号により信号遮断部１３は「OFF」であり過電流を増大させる補償電圧も発生しない。即ち、過電流を検出した時は常に短絡スイッチ１８が閉極状態になるように制御されて、補償電圧発生部４を過電流から保護できる。また少なくとも過電流を増加させるような補償電圧を系統に重畳することは無い。
なお、この場合、補償電圧発生部４ａにPWMインバータを用いた例を示したが、これに限らず、他の回路構成であっても良い。
【００４１】
【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低下を検出する系統電圧検出部と、該系統電圧検出部からの電圧低下検出信号を入力として電圧補償制御信号を出力する制御部と、上記電力系統に直列に接続され、上記電圧補償制御信号により補償電圧を発生させる補償電圧発生部とを備えて、系統電圧低下時に上記補償電圧発生部にて発生させた上記補償電圧を該系統電圧に重畳して、負荷に供給される電圧変動を抑える装置構成であって、上記補償電圧発生部が直列接続された上記系統に流れる過電流を検出して過電流検出信号を上記制御部に出力する過電流検出部を備え、上記制御部では、上記過電流検出信号の入力時には、上記電圧低下検出信号が入力されても上記電圧補償制御信号を出力せず、該電圧補償制御信号の替わりに過電流抑制制御信号を出力し、該過電流抑制制御信号を入力として補償電圧発生部は、上記補償電圧を発生させずに、系統電圧と逆極性の過電流抑制電圧を発生して上記系統電圧に重畳させるため、過電流を抑制でき、過電流による被害が低減でき、電力系統および電圧変動補償装置自身を保護できる。また電圧変動補償装置の設置に伴い新たな系統保護機器などの短絡電流増大対策を要することなく装置構成の簡略化が図れる。
【００４２】
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、補償電圧発生部が直列接続された系統の負荷側に保護遮断器を備え、過電流検出部からの過電流検出信号を保持し、該保持した過電流検出信号により上記保護遮断器を遮断させるため、過電流が抑制されても確実に保護遮断器を遮断して事故系統を切り離せる。
【００４３】
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または２において、補償電圧発生部から発生される過電流抑制電圧は、正常な系統電圧と逆極性でほぼ同じ大きさであるため、過電流を効果的に低減できてほぼ零にでき、過電流による被害をさらに低減できる。
【００４４】
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または２において、補償電圧発生部は、直流電源と、該直流電源の両側あるいは片側に配されて該直流電源を電力系統に接続し、ダイオードが逆並列に接続された自己消弧型の半導体スイッチング素子とから成り、上記直流電源に接続される上記ダイオードは、該直流電源の正極側では該ダイオードの負極が接続され、該直流電源の負極側では該ダイオードの正極が接続され、制御部から過電流抑制制御信号が入力されると、上記全ての半導体スイッチング素子をオフにして、上記直流電源の電圧を逆極性の過電流抑制電圧として上記ダイオードにより系統電圧に重畳するため、過電流発生時に、容易で確実に正常な系統電圧と逆極性の過電流抑制電圧を安定して発生させて系統電圧に重畳でき、効果的に過電流を抑制できる。
【００４５】
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１〜３のいずれかにおいて、系統電圧検出部にて電圧低下が検出されない正常時に補償電圧発生部をバイパスするために該補償電圧発生部に並列に接続された短絡スイッチを備え、上記短絡スイッチが閉極状態で、過電流検出信号あるいは電圧低下検出信号が制御部に入力されると、該制御部は、上記短絡スイッチに開極指令を出力し、該短絡スイッチが開極状態になった後、過電流抑制制御信号あるいは電圧補償制御信号を出力して補償電圧発生部にて電圧を発生させるため、補償電圧発生部が発生する電圧が短絡スイッチで短絡されることなく、補償電圧発生部を保護できる。
【００４６】
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１〜３のいずれかにおいて、系統電圧検出部にて電圧低下が検出されない正常時に補償電圧発生部をバイパスするために、短絡スイッチを該補償電圧発生部に並列に接続して備え、上記短絡スイッチが閉極状態で、過電流検出信号が制御部に入力されると、該制御部は過電流抑制制御信号を出力せず上記短絡スイッチは閉極状態を維持し、上記短絡スイッチが閉極状態で、過電流検出信号は入力されずに電圧低下検出信号のみ制御部に入力されると、該制御部は、上記短絡スイッチに開極指令を出力して開極した後、電圧補償制御信号を出力するため、過電流遮断能力の無い短絡スイッチでも、遮断不能を起こさずに適用できる。また、過電流耐量の小さな補償電圧発生部を適用しても、確実に保護することができる。
【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回路構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態２による電圧変動補償装置の回路構成図である。
【図３】  この発明の実施の形態３による電圧変動補償装置の回路構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態３による系統負荷側事故時の電圧電流波形を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態４による電圧変動補償装置の回路構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態５による電圧変動補償装置の回路構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態６による電圧変動補償装置の回路構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態７による電圧変動補償装置の信号合成部を示す図である。
【図９】  この発明の実施の形態８による電圧変動補償装置の信号合成部を示す図である。
【図１０】  この発明の実施の形態８による電圧変動補償装置の回路構成図である。
【図１１】  従来の電圧変動補償装置の回路構成図である。
【図１２】  従来の電圧変動補償装置の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
２  系統電圧検出部、４，４ａ  補償電圧発生部、７  信号発生部、１０  負荷、
１１  保護遮断器、１２  過電流検出部、１３  信号遮断部、１４  信号切替部、
１６  直流電源としてのコンデンサ、１８  短絡スイッチ、１９  電流検出部、
２１，２１ａ，２１ｂ  信号合成部、３０，３１，３２，３３，３４，３５  制御部、
１００  電圧変動補償装置、Ｔ１〜Ｔ４  半導体スイッチング素子、
Ｄ１〜Ｄ４  ダイオード。
【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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