JP3857167B2 - Voltage fluctuation compensation device - Google Patents
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Description
【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a voltage fluctuation compensator that detects and compensates for voltage fluctuation when the voltage of a power system supplied to a load fluctuates instantaneously.
[0002]
[Prior art]
The voltage of the electric power system is instantaneously reduced by lightning, etc., and precision equipment such as factories malfunctions or is temporarily stopped, which can cause great damage on the production line. In order to prevent such damage, a voltage fluctuation compensator that monitors voltage fluctuation such as instantaneous voltage drop of the power system and compensates for the voltage drop is used.
For example, a conventional series-connected voltage fluctuation compensator described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-116934 is connected in series to an electric power system, and when the system voltage drops, only the insufficient voltage is superimposed on the system voltage and applied to the load. The supply voltage is kept constant, and a schematic configuration diagram is shown in FIG.
As shown in the figure, the voltage fluctuation compensation device 1 includes a
[0003]
In such a voltage fluctuation compensator 1, the
Vl = Vr + Vo = Vr + Vi = Vr + (Vs−Vr) = Vs (1)
As a result, a constant voltage can be supplied to the load even if the system voltage fluctuates.
[0004]
In the electric power system, an accident such as a short circuit on the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional voltage fluctuation compensator is configured as described above, when an overcurrent such as a short-circuit current flows during an accident on the
The impedance Zs on the
If = Vs / (Zs + Zl) (2)
At this time, the system voltage Vr detected by the
Vr = Vs-Zs · If (3)
[0006]
As a result, it is detected that the system voltage Vr is lower than the reference voltage Vs, and the voltage fluctuation compensator 1 starts the voltage compensation operation. That is, the undervoltage Vi (= Zs · If) of the system voltage Vr is superimposed on the system voltage as the compensation voltage Vo, and the system voltage on the
Ifa= (Vs + Vo) / (Zs + Zl)> If (4)
That is, when an overcurrent such as a short-circuit current flows at the time of a load-side accident, the short-circuit current increases as the voltage fluctuation compensator 1 performs a voltage compensation operation. As the short-circuit current increases, the system voltage further decreases, and the output compensation voltage Vo changes accordingly.
Vo = Zs ・ Ifa
Ifa= Vs / Zl
It becomes.
As described above, the voltage fluctuation compensator 1 performs the voltage compensation operation, thereby increasing the overcurrent due to the load side accident, increasing the damage due to the overcurrent, and destroying the voltage fluctuation compensator 1 itself by the overcurrent. was there. Further, the
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and in a voltage fluctuation compensator for compensating for a voltage drop supplied to a load, an overcurrent generated at the time of a load-side fault in a system is increased. The purpose is to protect the power system and the voltage fluctuation compensation device itself without causing damage by overcurrent.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a voltage fluctuation compensator that detects a voltage drop in a power system, and outputs a voltage compensation control signal with a voltage drop detection signal from the system voltage detector as an input. A compensation voltage generator that is connected in series to the power system and generates a compensation voltage in response to the voltage compensation control signal; Is superimposed on the system voltage to suppress voltage fluctuations supplied to the load, and the overvoltage detection unit detects the overcurrent flowing through the system in which the compensation voltage generator is connected in series. It has an overcurrent detection unit that outputs to the control unit,When the overcurrent detection signal is input, the control unit does not output the voltage compensation control signal even if the voltage drop detection signal is input, and outputs an overcurrent suppression control signal instead of the voltage compensation control signal. The compensation voltage generator receives the overcurrent suppression control signal as input and generates an overcurrent suppression voltage having a polarity opposite to that of the system voltage without generating the compensation voltage, and superimposes it on the system voltage.Is.
[0009]
Claims related to this invention2The voltage fluctuation compensation device described in claim1, A protection circuit breaker is provided on the load side of the system in which the compensation voltage generation unit is connected in series, holds an overcurrent detection signal from the overcurrent detection unit, and shuts off the protection circuit breaker by the held overcurrent detection signal It is something to be made.
[0010]
Claims related to this invention3The voltage fluctuation compensation device described in claim1 or 2, The overcurrent suppression voltage generated from the compensation voltage generator is approximately the same magnitude as the normal system voltage with the opposite polarity.
[0011]
Claims related to this invention4The voltage fluctuation compensation device described in claim1 or 2The compensation voltage generator includes a DC power supply, a self-extinguishing semiconductor switching element that is arranged on both sides or one side of the DC power supply, connects the DC power supply to the power system, and has diodes connected in antiparallel. The diode connected to the DC power supply is connected to the negative electrode of the diode on the positive electrode side of the DC power supply, and connected to the positive electrode of the diode on the negative electrode side of the DC power supply. When a control signal is input, all the semiconductor switching elements are turned off, and the voltage of the DC power supply is superimposed on the system voltage by the diode as an overcurrent suppression voltage having a reverse polarity.
[0012]
Claims related to this invention5The voltage fluctuation compensation device described in claim1-3In any of the above, a short-circuit switch connected in parallel to the compensation voltage generator is provided in order to bypass the compensation voltage generator when the voltage drop is not detected by the system voltage detector, and the short-circuit switch is in a closed state When the overcurrent detection signal or the voltage drop detection signal is input to the control unit, the control unit outputs an opening command to the shorting switch, and the overcurrent is detected after the shorting switch is opened. A suppression control signal or a voltage compensation control signal is output and a voltage is generated by the compensation voltage generator.
[0013]
Claims related to this invention6The voltage fluctuation compensation device described in claim1-3In order to bypass the compensation voltage generator when the voltage drop is not detected by the system voltage detector, the short-circuit switch is connected in parallel to the compensation voltage generator, and the short-circuit switch is closed. In this state, when an overcurrent detection signal is input to the control unit, the control unit does not output an overcurrent suppression control signal, the shorting switch maintains a closed state, and the shorting switch is in a closed state. When only a voltage drop detection signal is input to the control unit without inputting a current detection signal, the control unit outputs a voltage opening control command to the shorting switch, and then outputs a voltage compensation control signal. It is.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a voltage fluctuation compensating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
As shown in the figure, the voltage
[0015]
When the
Accordingly, when the system voltage drops due to a ground accident or the like on the
When an overcurrent occurs due to a short circuit accident or the like on the
For this reason, even if the
[0016]
In the first embodiment, when an overcurrent is detected, the undervoltage is not superimposed on the system as a compensation voltage. However, in this second embodiment, when the overcurrent is detected, the normal system voltage (reference voltage Vs ) And a reverse polarity voltage are superimposed on the system voltage as an overcurrent suppression voltage to suppress overcurrent.
As shown in FIG. 2, the control unit 32 includes a
When the overcurrent detection signal is not input to the
[0017]
When the
Short-circuit current (overcurrent) IfbIf the output voltage Vo of the
Ifb= (Vs + Vo) / (Zs + Zl) = (Vs + (− Vs)) / (Zs + Zl) = 0 (5)
Thus, the overcurrent is suppressed to zero. It is assumed that the impedance Zs on the
[0018]
Even if the overvoltage suppression voltage generated by the
Note that the method of superimposing the overcurrent suppression voltage of the reverse polarity with the normal system voltage is performed only for the load side accident of the
[0019]
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the overcurrent detection signal generated by the
[0020]
In the second embodiment, the
A method may be used in which a plurality of capacitors (not shown) are provided and a combination of capacitors connected in series according to a required voltage is selected and the sum of output voltages is superimposed on the system. In this example, the compensation voltage generator 4a is directly connected to the system in series, but may be connected to the system via a transformer. The filter for removing harmonics is not shown.
In any system, diodes D1 to D4 are connected in parallel to the self-extinguishing switching elements T1 to T4 so that a reverse current can flow. This is not necessary because when the
[0021]
As described above, since the anti-parallel diodes D1 to D4 are connected to the switching elements T1 to T4 that connect the
[0022]
In the control unit 33, the
[0023]
When the
On the other hand, when an overcurrent is detected, the overcurrent detection signal becomes “H”, and the logical product of all the outputs from the inversion signal of the overcurrent detection signal becomes “L” whatever the output from the
[0024]
FIG. 4 shows a voltage / current waveform at the time of a load-side short circuit accident. FIG. 4A shows a comparative example when no overcurrent suppression voltage is generated, and it can be seen that a large short-circuit current flows as an overcurrent due to a load-side short circuit accident. FIG. 4B shows a voltage / current waveform when an overcurrent suppression voltage is generated by the
Hereinafter, the overcurrent suppressing operation will be described with reference to FIG.
When an overcurrent caused by a short circuit accident or the like on the
In order to compensate 100% of the voltage drop of the system with the PWM inverter, the charging voltage of the
[0025]
In this embodiment, all the switching elements T1 to T4 are turned OFF by the overcurrent suppression control signal generated by the overcurrent detection, whereby the charging voltage of the
[0026]
In this embodiment, a full-bridge inverter composed of four semiconductor switching elements T1 to T4 each having diodes D1 to D4 connected in antiparallel is used as the compensation voltage generator 4a. However, the present invention is not limited to this. It is not a thing. That is, a semiconductor switching element having a diode connected in antiparallel is arranged on both sides or one side of a capacitor, and the
[0027]
Next, a voltage fluctuation compensating apparatus according to
By the way, in the series connection type
If a mechanical switch is used as the short-
[0028]
The short-
When normal, the short-
[0029]
As described above, the
Further, when a mechanical switch is employed as the short-
Even when the system voltage drops due to an accident on the
[0030]
FIG. 6 shows an example in which the fourth embodiment is applied to the circuit configuration shown in FIG.
As shown in the figure, in this configuration, a
The output of the
[0031]
When the system voltage is normal and current flows through the
When an accident occurs on the system
[0032]
On the other hand, when an accident occurs on the
[0033]
Although the current interruption of the short-
[0034]
FIG. 7 shows a circuit configuration shown in FIG. 3 of the third embodiment, in which a shorting
As described above, the generation of the overcurrent suppression voltage for suppressing the overcurrent is performed by turning off all the switching elements T1 to T4 connecting the
When the
[0035]
When a voltage drop occurs due to an accident on the
If the compensation voltage generator 4a is composed of the
[0036]
In the fifth and sixth embodiments, the opening command to the short-
As shown in the figure, the logical product of the output of the overcurrent detection unit 12 (“H” at the time of overcurrent detection) and the output of the voltage drop detection unit 20 (“H” at the time of voltage drop detection) and the
[0037]
Also, overcurrent can be suppressed when the short-
Further, although the short-
When an overcurrent is detected while the short-
[0038]
In the seventh embodiment, the short-
As shown in the figure, the logical product of the output of the voltage
[0039]
FIG. 10 shows a configuration diagram of the voltage
When an accident occurs on the
[0040]
On the other hand, when the system voltage decreases due to an accident on the
Further, when the system voltage decreases due to an accident on the
Further, since the short-
In this case, an example in which a PWM inverter is used for the compensation voltage generation unit 4a has been described. However, the present invention is not limited to this, and other circuit configurations may be used.
[0041]
【The invention's effect】
According to a first aspect of the present invention, there is provided a voltage fluctuation compensator that detects a voltage drop in a power system, and outputs a voltage compensation control signal with a voltage drop detection signal from the system voltage detector as an input. A compensation voltage generator that is connected in series to the power system and generates a compensation voltage in response to the voltage compensation control signal; Is superimposed on the system voltage to suppress voltage fluctuations supplied to the load, and the overvoltage detection unit detects the overcurrent flowing through the system in which the compensation voltage generator is connected in series. It has an overcurrent detection unit that outputs to the control unit,When the overcurrent detection signal is input, the control unit does not output the voltage compensation control signal even if the voltage drop detection signal is input, and outputs an overcurrent suppression control signal instead of the voltage compensation control signal. The compensation voltage generator receives the overcurrent suppression control signal as input and generates an overcurrent suppression voltage having a polarity opposite to that of the system voltage without generating the compensation voltage, and superimposes it on the system voltage.For,Overcurrent can be suppressed, damage due to overcurrent can be reduced,The power system and the voltage fluctuation compensation device itself can be protected. Further, with the installation of the voltage fluctuation compensation device, the device configuration can be simplified without requiring a countermeasure for increasing the short circuit current such as a new system protection device.
[0042]
Claims related to this invention2The voltage fluctuation compensation device described in claim1, A protection circuit breaker is provided on the load side of the system in which the compensation voltage generation unit is connected in series, holds an overcurrent detection signal from the overcurrent detection unit, and shuts off the protection circuit breaker by the held overcurrent detection signal Therefore, even if the overcurrent is suppressed, the protective circuit breaker can be reliably cut off and the accident system can be disconnected.
[0043]
Claims related to this invention3The voltage fluctuation compensation device described in claim1 or 2In this case, the overcurrent suppression voltage generated from the compensation voltage generator is almost the same magnitude as the reverse polarity of the normal system voltage, so the overcurrent can be effectively reduced to almost zero, and the damage caused by the overcurrent Can be further reduced.
[0044]
Claims related to this invention4The voltage fluctuation compensation device described in claim1 or 2The compensation voltage generator includes a DC power supply, a self-extinguishing semiconductor switching element that is arranged on both sides or one side of the DC power supply, connects the DC power supply to the power system, and has diodes connected in antiparallel. The diode connected to the DC power supply is connected to the negative electrode of the diode on the positive electrode side of the DC power supply, and connected to the positive electrode of the diode on the negative electrode side of the DC power supply. When a control signal is input, all the semiconductor switching elements are turned off, and the voltage of the DC power supply is superimposed on the system voltage by the diode as an overcurrent suppression voltage having a reverse polarity. A normal system voltage and an overcurrent suppression voltage having a reverse polarity can be reliably generated and superimposed on the system voltage, and the overcurrent can be effectively suppressed.
[0045]
Claims related to this invention5The voltage fluctuation compensation device described in claim1-3In any of the above, a short-circuit switch connected in parallel to the compensation voltage generator is provided in order to bypass the compensation voltage generator when the voltage drop is not detected by the system voltage detector, and the short-circuit switch is in a closed state When the overcurrent detection signal or the voltage drop detection signal is input to the control unit, the control unit outputs an opening command to the shorting switch, and the overcurrent is detected after the shorting switch is opened. Since the suppression control signal or the voltage compensation control signal is output and the voltage is generated by the compensation voltage generator, the compensation voltage generator can be protected without the voltage generated by the compensation voltage generator being short-circuited by the short-circuit switch.
[0046]
Claims related to this invention6The voltage fluctuation compensation device described in claim1-3In order to bypass the compensation voltage generator when the voltage drop is not detected by the system voltage detector, the short-circuit switch is connected in parallel to the compensation voltage generator, and the short-circuit switch is closed. In this state, when an overcurrent detection signal is input to the control unit, the control unit does not output an overcurrent suppression control signal, the shorting switch maintains a closed state, and the shorting switch is in a closed state. When only the voltage drop detection signal is input to the control unit without inputting the current detection signal, the control unit outputs a voltage compensation control signal after opening the circuit by outputting an opening command to the shorting switch. Even a short-circuit switch without an overcurrent cutoff capability can be applied without causing inability to shut down. Further, even if a compensation voltage generator having a small overcurrent withstand capability is applied, it can be reliably protected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a voltage fluctuation compensating apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of a voltage fluctuation compensating apparatus according to
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a voltage fluctuation compensating apparatus according to
FIG. 4 is a diagram showing a voltage-current waveform at the time of a system load side accident according to
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a voltage fluctuation compensating apparatus according to
FIG. 6 is a circuit configuration diagram of a voltage fluctuation compensating apparatus according to
FIG. 7 is a circuit configuration diagram of a voltage fluctuation compensating apparatus according to
FIG. 8 is a diagram showing a signal combining unit of a voltage fluctuation compensating apparatus according to
FIG. 9 is a diagram showing a signal combining unit of a voltage fluctuation compensating apparatus according to
FIG. 10 is a circuit configuration diagram of a voltage fluctuation compensator according to an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a circuit configuration diagram of a conventional voltage fluctuation compensator.
FIG. 12 is a diagram illustrating a problem of a conventional voltage fluctuation compensation device.
[Explanation of symbols]
2 system voltage detector, 4, 4a compensation voltage generator, 7 signal generator, 10 load,
11 Protection circuit breaker, 12 Overcurrent detection part, 13 Signal interruption part, 14 Signal switching part,
16 Capacitor as a DC power source, 18 Short-circuit switch, 19 Current detection unit,
21, 21 a, 21 b Signal synthesis unit, 30, 31, 32, 33, 34, 35 control unit,
100 voltage fluctuation compensator, T1-T4 semiconductor switching element,
D1-D4 diode.
Claims (6)
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。 A system voltage detection unit that detects a voltage drop in the power system, a control unit that outputs a voltage compensation control signal with the voltage drop detection signal from the system voltage detection unit as an input, and is connected in series to the power system, the voltage A compensation voltage generator for generating a compensation voltage by a compensation control signal, and the voltage supplied to the load by superimposing the compensation voltage generated by the compensation voltage generator when the system voltage drops on the system voltage In the voltage fluctuation compensator for suppressing fluctuation, the voltage fluctuation compensator includes an overcurrent detection unit that detects an overcurrent flowing through the system in which the compensation voltage generation unit is connected in series and outputs an overcurrent detection signal to the control unit,
When the overcurrent detection signal is input, the control unit does not output the voltage compensation control signal even if the voltage drop detection signal is input, and outputs an overcurrent suppression control signal instead of the voltage compensation control signal. The compensation voltage generator receives the overcurrent suppression control signal as an input, generates an overcurrent suppression voltage having a polarity opposite to that of the system voltage without generating the compensation voltage, and superimposes the overcurrent suppression voltage on the system voltage. Voltage fluctuation compensation device.
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