電力波動補償裝置的製作方法

2023-07-03 01:55:36 2

專利名稱：電力波動補償裝置的製作方法
技術領域：
本發明是有關一種供給負荷的電力系統電壓瞬時性下降時，將其測出並補償電壓下降的電壓波動補償裝置。
背景技術：
因雷電等隨著電力系統的電壓瞬時性下降，工廠等的精密設備等進行誤動作或暫時停止，往往招致生產線上很大的受害。為了防止這樣的損害，監視電力系統的瞬時電壓下降等的電壓波動，並使用補償電壓下降的電壓波動補償裝置。
圖18中示出現有電壓波動補償裝置的示意構成圖。如圖所示，從輸電線1來的電力，用變壓器2降壓，通過電壓波動補償裝置連接到用戶(負載)3並供給電力。電壓波動補償裝置由直流電源4、換流器5、平滑濾波器6和大容量變壓器7構成。
以下，示出有關這種現有電壓波動補償裝置，在系統電壓瞬時下降時(以下，稱為瞬低時)的電壓補償動作。
圖19分別示出系統電壓瞬低時的系統電壓、電壓波動補償電路輸出、和供給用戶3的電壓。如圖所示，一旦系統電壓發生瞬時性電壓下降，在監視電壓波動的檢測部(圖未示出)就測出電壓下降，通過基於此進行供電控制，電壓波動補償裝置中，採用由直流電源4和換流器5發生交流電壓，經過平滑濾波器6和大容量變壓器7跟電力系統串聯連接的辦法，補償電力系統的電壓下降。因此，將電壓波動補償裝置來的輸出電壓加到電壓下降後的系統電壓上，大致以正常的電壓，向用戶3供給電力。

發明內容
現有的電壓波動補償裝置構成如以上那樣，因為系統電壓即使正常時，也通過變壓器7使相當部分的負荷電流流過換流器5，因此，通常時也發生變壓器7和換流器5的損耗，需要大型的冷卻裝置。
並且，系統電壓的瞬低時，由於通過平滑濾波器6和變壓器7向電力系統供給電壓，所以平滑濾波器6或變壓器7的容量將會增大，存在裝置大型化的問題。
本發明就是為了解決上述這個問題而研發的，其目的在於獲得一種能夠在系統電壓瞬低時進行高精度電壓補償，而且裝置全體能以廉價構成小型的電壓波動補償裝置。
本發明的第1方面所述的電壓波動補償裝置是包括對最小充電電壓值(絕對值)約為2K倍(K＝0、1、2、…)，具有各自不同的充電電壓的電容器，在電力系統上串聯連接把向該電容器充電的直流電壓轉換成交流輸出的多個電壓補償電路P、N，將各電壓補償電路內的上述電容器的充電電壓值作為各比特信號的基準值，通過將電力系統的電壓下降量與該基準值對照，A/D變換為二進位數的信號，根據該信號，從多個電壓補償電路之中選擇要求的組合，以其輸出電壓的總和來補償上述電力系統的電壓下降。
並且本發明的第2方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面，由電壓下降量變成A/D變換的基準值的電容器充電電壓值是隨時檢測各電容器電壓的電壓測定值。
並且本發明的第3方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面，從電壓下降量變成A/D變換的基準值的電容器充電電壓值是監視電力系統的系統電流，並基於該電流值通過對各電容器的電壓下降量的預測運算，隨時算出的電壓算出值。
並且本發明的第4方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面～3任一項，由串聯連接的全部的電壓補償電路構成的全補償電路可能最大輸出電壓設定為各電壓補償電路內電容器的充電電壓，使其超過電力系統的最大電壓下降量。
並且本發明的第5方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面～4任一項，各電壓補償電路內電容器的靜電容量是對最小靜電容量大約2K倍(K＝0、1、2、…)或其以上，設定該電容器的充電電壓越大其靜電容量越小。
並且本發明的第6方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面～5任一項，從電壓下降量A/D變換為二進位數的信號之際，由該信號決定的電壓補償電路輸出電壓的總和是從上述電壓下降量減去規定的電壓量的電壓值以下時，上述二進位數的信號加上1，使電容器的最小充電電壓值加到上述輸出電壓的總和上。
並且本發明的第7方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面，電力系統上，具備跟電壓補償電路一起串聯連接，將使電容器充電的直流電壓轉換成交流輸出的下降電壓補償電路，上述電壓補償電路內電容器的電壓下降到規定值以下時，將其測出，使上述下降電壓補償電路動與上述電壓補償電路的動作一致動作，用上述電壓補償電路和上述下降電壓補償電路的輸出電壓之和，補償上述電力系統的電壓下降。
並且本發明的第8方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面，按照二進位數的信號選擇的電壓補償電路，輸出電壓可包含跟電力系統的電壓極性相反極性的，輸出電壓跟上述電力系統同極性的電壓補償電路內電容器在動作時進行放電，相反極性的電壓補償電路內的電容器在動作時進行充電。
並且本發明的第9方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第8方面，從二進位數的信號，把各比特數值轉換成電容器放電時為1、充電時為-1的二進位數值，編成用於選擇電壓補償電路組合的邏輯表，檢測各電壓補償電路內電容器的電壓下降並根據其狀態，從上述邏輯表裡選擇可對該電容器充電的模式的二進位數值，按照該二進位數值的各比特數值選擇的電壓補償電路內電容器，當上述比特數值為1的時候進行放電，為-1的時候進行充電。
並且本發明的第10方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第8方面，一個電壓補償電路的輸出電壓是第1極性，其它全部電壓補償電路的輸出電壓是跟上述第1極性相反的第2極性，上述第1極性的電壓補償電路內電容器的充電電壓跟其它全部第2極性的電壓補償電路內電容器的充電電壓總和絕對值大約相同，電力系統的電壓是第1極性時，選擇上述第2極性的電壓補償電路的要求組合和上述第1極性的電壓補償電路進行動作，上述電力系統的電壓是第2極性時，只選擇上述第2極性的電壓補償電路的組合進行動作。


圖1是本發明實施例1的電壓波動補償裝置構成圖。
圖2表示本發明實施例1的電壓瞬低控制電路的詳細電路圖。
圖3是說明本發明實施例1的電壓波動補償裝置動作波形圖。
圖4是說明本發明實施例1的充電電容器的電壓下降時的動作波形圖。
圖5是表示本發明實施例1的A/D變換器詳細構成圖。
圖6是本發明實施例1的另一例電壓波動補償裝置構成圖。
圖7是本發明實施例1的另一例電壓波動補償裝置構成圖。
圖8是表示本發明實施例2的A/D變換器詳細構成圖。
圖9是表示本發明實施例2的預測運算電路詳細構成圖。
圖10是本發明實施例3的電壓波動補償裝置構成圖。
圖11是說明本發明實施例3的電壓波動補償裝置動作波形圖。
圖12是表示本發明實施例3的電壓波動補償裝置詳細電路圖。
圖13是表示本發明實施例6的A/D變換器詳細構成圖。
圖14是表示本發明實施例7的A/D變換器詳細構造圖。
圖15是本發明實施例8的電壓波動補償裝置構成圖。
圖16是表示本發明實施例8的A/D變換後的二進位信號圖。
圖17是說明本發明實施例8的電壓波動補償裝置動作波形圖。
圖18是現有的電壓波動補償裝置示意構成圖。
圖19是說明現有電壓波動補償裝置的電壓補償動作圖。
具體實施例方式
實施例1以下，詳細說明有關本發明的實施例1。
圖1是本發明實施例1的電壓波動補償裝置構成圖。
從輸電線1來的電力，用變壓器2降壓，經過電壓波動補償裝置100連接到用戶3(負荷)，並供給電力。
關於電壓波動補償裝置100，如圖所示，電力系統上，多個串聯連接有由根據電壓極性選擇的2個電壓補償電路P、N構成的補償單元110。由該串聯連接的多個(這時6個)的電壓補償電路N1、P1、N2、P2、N3、P3構成的全補償電路120，具備高速機械式的穩定短路開關8，其輸出端與全補償電路120並聯。
各電壓補償電路P1～P3、N1～N3內，具備在輸出端並聯具備的瞬低轉換開關9、瞬低補償開關10、作為能量存儲裝置的充電電容器11、和用於給充電電容器11充電的充電用二極體12和充電用變壓器200的次級線圈14，充電電容器11的充電電壓通過串聯連接於該充電電容器11的瞬低補償開關10連到電力系統上。並且，瞬低轉換開關9和瞬低補償開關10由反向並聯連接二極體的半導體開關元件，例如IGBT構成。另外，半導體開關元件就是IGBT以外的自消弧型元件也無妨。
充電電容器11用充電用二極體12和充電用變壓器200的次級線圈14充入電壓，充電用變壓器初級線圈13跟電力系統連接起來。另外，15是充電用變壓器200的鐵芯。
一個補償單元110內的2個電壓補償電路P、N，分別執掌正·負的電壓發生。即，藉助於2個充電二極體12p、12n的作用，利用共同的次級線圈14，各自相反極性的電壓相同大小，向充電電容器11p和充電電容器11n充電。
設定向補償單元110內的充電電容器11(11p1、11n1)(11p2、11n2)(11p3、11n3)充電的電壓比為2的乘方比。即，滿足以下關係。
Vn3＝2×Vn2＝2×2×Vn1(p也同樣)穩定短路開關8、瞬低轉換開關9、瞬低補償開關10連到作為檢測控制部的電壓瞬低控制電路16。並且，系統電壓也輸入到電壓瞬低控制電路16。以下說明有關該電壓瞬低控制電路16和動作。
圖2是表示電壓瞬低控制電路16的詳細電路圖。並且，圖3是表示圖1中示出的電壓波動補償裝置100產生的電壓補償動作與電壓瞬低控制電路16控制動作的關係波形圖。
如圖2所示，系統電壓輸入到電壓瞬低控制電路16並與目標電壓25進行比較。這時目標電壓25，設為正常時的系統電壓。用誤差放大電路26放大兩者之差，進而施行絕對值變換以後，在A/D變換器27轉換成3比特的數位訊號(D1～D3)。當系統電壓與目標電壓25之差變成跟充電電容器11p1的充電電壓Vp1相等時，僅使A/D變換器27來的輸出信號中最低位變成1，即變成「 001」的方式，預先調整誤差放大電路26的增益。
只要D1～D3信號的任何一個變成1，就通過NOR電路28，用信號Z(＝0)斷開穩定短路開關8。
另一方面，輸入電壓瞬低控制電路16的系統電壓也輸入到極性判定電路29，並判定極性。其次，系統電壓的極性按照正·負的情況，經由AND電路30和反相器31，選擇由數位訊號D1～D3變成活動的信號Yp或Yn、Xp或Xn。Xp、Xn都是瞬低補償開關10的驅動信號，Yp、Yn則是瞬低轉換開關9的驅動信號，瞬低轉換開關9和瞬低補償開關10由反相器31構成，往往使其以相反極性動作。
系統電壓正常時，即數位訊號D1～D3全0時，穩定短路開關8處於接通(信號Z為1)、瞬低轉換開關9處於接通(信號Y為1)、瞬低補償開關10處於斷開(信號X為0)狀態，電流流過穩定短路開關8。這時，充電電容器11藉助於充電用變壓器200充電至一定電壓。由於充電用變壓器200隻是對充電電容器11進行充電的工作，所以小容量變壓器就辦得到。
其次，按照圖3說明瞬低時的補償動作。
在時刻t0，假如系統電壓上發生瞬時的電壓下降。時刻t0以後，誤差放大電路26的輸出發生誤差電壓。據此，A/D變換器27的輸出上，對應於該誤差電壓也發生數位訊號D1～D3。與此同時，信號Z變成0，並使穩定短路開關8斷開。
時刻t0～t1，因為系統電壓的極性為正，數位訊號D1～D3分別傳送到p側元件。最低位的信號D1為1時，電壓補償電路P1中，Xp1變成1、Yp1變成0，瞬低補償開關10p1接通，瞬低轉換開關9p1斷開，充電電容器11p1的電壓Vp1由瞬低補償開關10p1輸出。當信號D2為1時，電壓補償電路P2中，Xp2變成1、Yp2變成0，瞬低補償開關10p2接通，瞬低轉換開關9p2斷開，充電電容器11p2的電壓Vp2由瞬低補償開關10p2輸出。同樣，最高位的信號D3為1時，電壓補償電路P3中輸出充電電容器11p3的電壓Vp3。另外，關於各數位訊號D1～D3之中變成0的信號，例如最低位的信號D1為0時，電壓補償電路P1中Xp1為0和Yp1為1，因而隨著瞬低轉換開關9p1，短路其輸出端，電壓補償電路P1來的輸出大約變成0。這些輸出由系統進行組合，可以發生「000」～「111」的8個等級輸出電壓，最大補償電壓變成7×Vp1。
直到t1～t2，系統電壓的極性為負以後，數位訊號D1～D3分別傳送到n側元件，在電壓補償電路N1～N3中，同樣輸出補償電壓，最大補償電壓變成7×Vn1。
儘管，上述說明中，沒有考慮充電電容器11的電壓變化，說明理想狀態的動作，然而實際上電容器容量是有限的，因而充電電容器11上發生下降(電壓的下降)。例如充電電容器11p3的充電電壓Vp3上發生下降時，利用圖2中示出的電壓瞬低控制電路16形成上述哪樣的二進位信號(D1～D3)，使之進行電壓補償動作的話，如圖4所示，藉助於充電電壓Vp3的下降，就會在發生的補償電壓上出現畸變。
因此，考慮上述充電電容器11的下降，用圖2所示的A/D變換器27，進行示出二進位的信號的A/D變換是可取的，對於此，表示如下。
圖5是表示考慮到充電電容器11的電壓下降進行A/D變換的A/D變換器27詳細構成圖。圖中，50(50-1、50-2、50-3)是比較器，51-1、51-2是利用運算處理器等的運算電路。並且，各電壓補償電路P1～P3、N1～N3內的充電電容器11具備電壓檢測器，在監視著電壓，並把電壓檢測值V3、V2、V1輸送給A/D變換器27。另外這時，設定V3、V2、V1分別為p側元件的充電電容器11p3、11p2、11p1的電壓檢測值(參照圖1)。
如圖5所示，首先，用比較器50-3，對誤差放大電路26的輸出V3in和V3的電壓進行比較，設定V3in≥V3時為1，V3in＜V3時為0，並形成D3。其次，在運算電路51-2中，如果D3為1，假定V2in＝V3in-V3，當D3為0時設定V2in＝V3in。在這裡，V2in表示在D3的信號狀態下輸出補償電壓時，已經不能補償的電壓。接著，用比較器50-2對V2in與V2進行比較而輸出D2。然後跟前面同樣在運算電路51-1中，對V1in進行運算。V1in表示表示在D3和D2的信號狀態下輸出補償電壓時的不足補償的電壓。最後，用比較器50-1對V1in與V1進行比較，決定D1。
這樣，利用如圖5所示的A/D變換器27，將放大電力系統的電壓下降量的誤差放大電路26輸出、A/D變換為二進位的信號(D1～D3)之際，跟隨時檢測各充電電容器11電壓的電壓檢測值V3、V2、V1對照來決定二進位信號的各比特信號。為此，根據充電電容器11的狀態，選擇電壓補償電路P1～P3、N1～N3並決定動作的信號，所以能夠實現精度更高的補償。因此，充電電容器11上發生下降時，也不會補償電壓上發生畸變，因而可以階段充電電容器11的靜電容量值。
上述實施例1中，由串聯連接的多個電壓補償電路N1、P1、N2、P2、N3、P3構成的全補償電路120，因為直接與電力系統串聯連接，所以不需要現有的那種大型變壓器。並且，跟全補償電路120並聯，具備高速機械式的穩定短路開關8，系統電壓正常時，穩定短路開關8導通並使電流旁路，因此正常時的裝置損耗幾乎為0，冷卻裝置小容量就行，整個裝置能以廉價小型化。
並且，在系統電壓瞬時下降時，通過數字等級控制，選擇組合具有各自不同充電電壓的充電電容器11的多個電壓補償電路N1、P1、N2、P2、N3、P3，以輸出電壓的總和方式進行電壓補償，因而可能進行極其精細的電壓補償，以至可以不用或用小型輸出濾波器。並且，一般在使用PWM控制等場合，與在輸出濾波器頻帶部分發生相當的響應延遲相比較，控制方式由於是數字等級式控制，所以可實時補償電壓，進而可以更精確補償電壓。
並且，設定對各電壓補償電路P1～P3、N1～N3的充電電容器11充電的電壓為Vn3＝2×Vn2＝2×2×Vn1(p也同樣)，因此可以等間隔高精度按等級控制補償電壓。
而且，充電電容器11通過連到電力系統的充電用變壓器200，系統電壓正常時就能充分充電，因而充電用變壓器200用小容量就足夠，充電電路會變得小型便宜起來。並且，為了自動進行充電，裝置也簡化了。
另外，上述實施例中，A/D變換器27所用的V3、V2、V1分別規定為p側充電電容器11p3、11p2、11p1是電壓檢測值，然而瞬時下降的電壓大小，沒有按照系統電壓的極性而是幾乎一定時，n側元件的各充電電容器11n的電壓也大致與p側元件同樣轉移電壓狀態，因而無論檢測p側還是n側的電壓，也可以使用其絕對值。
並且，也可以具備p側用和n側用的2個A/D變換器27，分別輸入對應充電電容器11的電壓檢測值，發生二進位數的信號(D1～D3)，這時，跟極性判定電路29(參照圖2)的輸出合併，選用2個A/D變換器27的任一輸出信號。因此，能夠實現更高精度的補償。
並且還有，也可以p側用和n側用的雙方都具備電壓檢測器，跟極性判定電路29的輸出合併，任選p側、n側的一個電壓檢測器，使用其電壓檢測值。
另外，在上述實施例1中，在全補償電路120的輸出端，雖然備有一個跟全補償電路120並聯的穩定短路開關8，但是如圖6所示，也可以在各電壓補償電路P1～P3、N1～N3的每個輸出端並聯配備。並且，由一對電壓補償電路P、N構成的補償單元110的每個輸出端，也可以備有穩定短路開關8。這樣，即使備有多個穩定短路開關8，控制方式也與一個的情況同樣，正常時閉合全部的穩定短路開關8，使全部電壓補償電路P1～P3、N1～N3旁路，電力系統的電壓下降時，斷開全部的穩定短路開關8，按照電壓補償電路P1～P3、N1～N3來的電壓輸出，補償電力系統的電壓下降。
並且還有，上述實施例1中，雖然用一對電壓補償電路P、N構成補償單元110，但是如圖7所示，也可以一對電壓補償電路PN構成輸出正負電壓的各個補償單元110。
在圖7(a)示出的例子中，電壓補償電路PN1具備由反向並聯連接二極體的4個半導體開關元件17a～17d構成的全橋式變換器和作為能量存儲裝置的充電電容器18，充電電容器18的充電電壓Vpn1，按照半導體開關元件17a～17d的接通/斷開控制，按正或負的極性連到電力系統上。並且在圖7(b)示出的例子中，電壓補償電路PN1具備由反向並聯連接二極體的2個半導體開關元件19p1、19n1構成的半橋式變換器和由反向並聯連接二極體的2個半導體開關元件20p1、20n1構成，並聯連接電壓補償電路PN1的輸出端的瞬低轉換開關和作為能量存儲裝置的充電電容器21p1、21n1，按照半導體開關元件19、20的接通/斷開控制，輸出正負之一極性的補償電壓。
實施例2
其次，說明有關本發明的實施例2。
圖8是表示本發明實施例2的A/D變換器27詳細構成圖。如圖所示，A/D變換器27具備，預測運算各充電電容器11電壓的預測運算電路52(52-1、52-2、52-3)。並且，監視著電力系統的系統電流，並把系統電流的電流值和作為從該A/D變換器27輸出的各數位訊號(D1～D3)內的對應信號送入各預測運算電路。在各預測運算電路，根據系統電流的電流值和各數位訊號(D1～D3)，預測並運算各充電電容器11的電壓值。運算結果規定作為電壓算出值的電壓預測運算值V1x～V3x進行輸出，並輸入到比較器50(50-1、50-2、50-3)以替代上述實施例1的圖5中示出的電壓檢測值V1～V3，此外，跟上述實施例1的圖5中示出的A/D變換器27同樣動作，示出數位訊號(D1～D3)。
圖9是表示各預測運算電路52的一例。在這裡，典型性示出預測運算充電電容器11p3(或11n3)的電壓的預測運算電路52-3。數位訊號D3為1的期間，電壓補償電路P3輸出從充電電容器11p3來的補償電壓，並將系統電流的電流值輸入到積分電路54，進行積分。其結果，對積分電路54的輸出來說，運算輸出充電電容器11p3的電壓下降量。在減法器中，通過從充電電容器11p3的初期充電電壓設定值Vp3減去積分電路54的輸出，獲得充電電容器11p3的電壓預測運算值V3x。
這樣，採用圖8中所示的A/D變換器27，把電力系統的電壓下降量放大後的誤差放大電路26輸出，A/D變換為二進位數的信號(D1～D3)之際，跟通過預測運算隨時算出充電電容器11上電壓的預測運算值V3x、V2x、V1x對照，決定二進位數的各比特信號。因而，與上述實施例1同樣，可以根據充電電容器11的狀態，選擇電壓補償電路P1～P3、N1～N3並決定使其動作的信號，實現精度良好的補償。因此，即使充電電容器11上發生下降時，補償電壓上也不會發生畸變，因而能夠減少充電電容器11的靜電容量值。並且，利用預測運算充電電容器11上電壓的電壓算出值，因而不需要為各充電電容器11配備電壓檢測器，以便宜的裝置構成獲得上述效果。
實施例3接著，說明有關本發明實施例3。
圖10是本發明實施例3的電壓波動補償裝置構成圖。如圖所示，除用上述實施例3的圖1表示的3個補償單元110以外具備下降補償單元110S。下降補償單元110S的構成與其它補償單元110同樣，分別由掌管發生正負電壓的2個下降電壓補償電路PS、NS構成，各下降電壓補償電路PS、NS具備，在輸出端並聯具備的瞬低轉換開關9、瞬低補償開關10、作為能量存儲裝置的充電電容器11和用於充電電容器11充電的充電用二極體12和充電用變壓器200的次級線圈14，充電電容器11的充電電壓通過串聯連接到該充電電容器11的瞬低補償開關10連到電力系統。
按照圖11說明這種構成的電壓波動補償裝置100的電壓補償動作。圖中，Xps是下降電壓補償電路PS內的瞬低補償開關10ps的驅動信號。
充電電容器11p3的充電電壓Vp3如果發生下降，如上述一樣，補償電壓會發生波形畸變。通過使下降電壓補償電路PS動作，補償因這樣的下降引起的波形畸變。即，圖11中，降低到預先設定Vp3電壓的下降補償轉換電壓以下時，將其測出，驅動信號Xps變成1時，常常下降電壓補償電路PS也輸出補償電壓那樣的驅動信號Xps作為1。下降補償轉換電壓，例如，Vp3的電壓下降量規定為與下降電壓補償電路PS的充電電容器Vps的初期充電電壓一致的點。因此，Vp3的下降要由下降電壓補償電路PS進行補償，補償電壓會成為畸變少的波形。
圖12是說明本發明實施例3的電壓瞬低控制電路16的圖，例如補償Vp3的下降圖。如果Vp3變成了下降補償轉換電壓以下，就藉助於比較器56和「與」電路57，象下降電壓補償電路PS進行電壓補償動作一樣的構成。因此，充電電容器11的電壓即使發生下降，波形畸變也不會發生，可以大幅度減少充電電容器11的靜電容量值。因此，能夠構便宜的裝置。
另外，在上述實施例中，雖然全都說明p側元件，但是對n側元件也同樣，Vn3的下降用下降電壓補償電路NS來補償。
並且，雖然說明補償充電電容器11p3、11n3的電壓下降的情況，但是也可以具備補償其它充電電容器11下降的下降電壓補償電路。
實施例4接著，說明有關本發明的實施例4。本實施例4中，說明有關各電壓波動補償裝置100內充電電容器11的電壓設定方法。
由於充電電容器11隻能具備有限的靜電容量，一定會發生下降。下降一旦增大，可能補償的電壓就會減少。因而，預先給充電電容器11設定很大的充電電壓，使得發生下降也能補償系統電壓的電壓下降量。例如，假定系統電壓的瞬低(規定的連續時間內)的最大電壓下降量為ΔVmax，則設定各電壓如下。
Vp3、Vn3＞(ΔVmax/7)×4Vp2、Vn2＞(ΔVmax/7)×2Vp1、Vn1＞(ΔVmax/7)×1按照設定的方法，各自的電壓關係雖然存在從上述這樣的2K倍(K＝0、1、2)的關係稍有偏差的可能性，然而只要是大約2K倍的關係，就不會降低補償電壓精度。
由於這樣做出電壓設定，充電電容器11上即使發生下降，對電壓下降也能確保充分的補償電壓，因此，可以將充電電容器的靜電容量值設計得很小，實現廉價的裝置。
實施例5接著，說明有關本發明實施例5。本實施例5中，說明有關各電壓波動補償裝置100內充電電容器11的靜電容量值設定方法。
如上述一樣，由於充電電容器11隻能具備有限的靜電容量，一定會發生下降。為此，例如充電電容器11也都選用相同靜電容量值的話，下降大小大致為相同，可是對初期充電的比例不同，因而電壓的大約2K倍關係將變為不完整。因此，選定靜電容量值如下。另外，例如把充電電容器11p1的靜電容量值表示為Cp1。
Cp1(Cn1)2×Cp2(Cn2)Cp2(Cn2)2×Cp3(Cn3)這樣，充電電容器11的靜電容量值，充電電壓越高設定得越小，由於對靜電容量值也帶來大約2K倍的關係，在同一電流流過的情況下，因為對初期充電電壓的下降比例也同樣，發生下降時的各充電電容器11電壓的關係保持大約2K倍的關係。因而，發生電壓下降時，也能實現精度良好的電壓補償。
另外，也可以如下選定各充電電容器11的靜電容量值。
Cp1(Cn1)≥2×Cp2(Cn2)Cp2(Cn2)≥2×Cp3(Cn3)由於這樣，設定靜電容量值，在同一電流流過的情況下，充電電壓但的充電電容器11電壓難以下降，也就難以損害大約2K倍的關係，發生電壓下降時，也能實現精度良好的電壓補償。
實施例6接著，說明有關本發明的實施例6。
一般地說，決定裝置規格時，需要考慮瞬低時用戶3的最大下降電壓保證值。例如，假如電壓下降保證值為Vz，則需要電壓補償，使其向用戶3供電電壓的電壓下降量應低於Vz。
如果把充電電容器11的最小電壓Vp1、Vn1設定得比該電壓下降保證值Vz要大些，在用上述例如圖5所示的A/D變換器27的A/D變換中，決定D2、D3以後，預計的補償電壓的殘餘部分在Vz以上也在V1以下的情況下，D1就不是1。因此，儘管電壓波動補償裝置100有輸出電壓的能力，供給用戶的電壓仍然從正常時下低Vz以上。
為此，以下示出有關把充電電容器11的最小電壓Vp1、Vn1設定得比電壓下降保證值Vz大時的A/D變換。
圖13是表示本實施例6的A/D變換器27詳細構成圖。
如圖所示，用比較器50-3，比較誤差放大電路26的輸出V3in與V3的電壓，規定V3in≥V3時為1，V3in＜V3時為0形成D3a。然後，在運算電路51-1，如果D3a為1，假定V2in＝V3in-V3，D3a為0時假定V2in＝V3in。在這裡，V2in表示在D3a的信號狀態下輸出補償電壓時不可能補償的電壓。接著，在用比較器50-2比較V2in與V2，輸出D2a。然後與前面同樣，在運算電路51-2，運算V1in。V1in表示在D3a和D2a的信號狀態下輸出補償電壓時不足補償的電壓。然後在用比較器50-1比較V1in與V1，決定D1a。
接著，按照這樣決定的數位訊號(D1a～D3a)使各電壓補償電路P、N動作，用運算電路58求出輸出補償電壓時不能補償的電壓ΔV。在運算電路59，當ΔV≥Vz時設定add＝1，在邏輯運算電路60中，與數位訊號(D1a～D3a)的二進位數進行相加。
例如，假如D1a＝1、D2a＝0、D3a＝0，add＝1時，進行如下的邏輯運算。
001+1＝010其結果，輸出D1＝0、D2＝1、D3＝0的信號。
這樣，在運算電路59中，ΔV≥Vz時，由於決定數位訊號(D1～D3)，使其得到對跟充電電容器11的最小電壓Vp1(Vn1)相應的電壓部分相加的補償電壓，所以向用戶3供給電壓的電壓下降量變成小於Vz。
本實施例中，即使設定了充電電容器11的充電電壓的最小電壓比電壓下降保證值Vz大時，也把從正常時的電壓引用Vz的電壓值以上供給用戶3的功能優先作用。因此，可以把個電壓補償電路P、N內充電電容器11的電壓設定得高，並且能夠減少充電電容器11的靜電容量。執行這種控制時，供給用戶3的電壓雖然有時候比正常值增加，但是若電壓的增加量小，就沒有問題。
實施例7接著，說明有關本發明的實施例7。
電力系統的電壓下降量比較小的場合，只有充電電壓小的充電電容器11的電壓補償電路(例如P1、N1)動作，只有這些充電電容器11發生電壓下降，電荷變化迅速。
在本實施例7中，正如上述那樣，就是電壓下降量小的時候，利用充電電壓高的充電電容器11的電荷，抑制充電電壓低的充電電容器11的電壓下降，按照圖14說明如下。
由3比特的數位訊號(D1～D3)現在電壓補償電路P、N進行電壓補償動作時，電壓等級S有1、2、3、4、5、6、7的七種。為了實現該電壓等級指令，把-1、+1雙方都可作為各位的數位訊號(D1～D3)值，作成圖中表示的這種邏輯表62。另外，邏輯表62內的邏輯，+1表示放電動作，-1表示充電動作。例如，用圖1表示的電壓波動補償裝置100中，系統電流的相位和系統電壓的相位為同相位時，需要補償電壓是正的時候，現在電壓補償電路P、N進行動作，使其在邏輯為+1時P側的充電電容器11p放電，在邏輯為-1時N側的充電電容器11n充電。即，輸出電壓對系統電壓同極性的電壓補償電路P的動作為放電動作(+1)，輸出電壓相反極性的電壓補償電路N的動作為(-1)，將放電電壓扣除充電電壓後的電壓，從全補償電路120輸出作為補償電壓。
就是，由邏輯表62可以知道，作為電壓等級S值輸出1時，可以選擇三種的二進位信號。例如，有時用相當於D1的補償單元110(電壓補償電路P1、N1)的電壓充電有時放電。例如，用D1動作的補償單元110叫做單元1、用D2動作的補償單元110(電壓補償電路P2、N2)叫做單元2、用D3動作的補償單元110(電壓補償電路P3、N3)叫做單元3。希望只增加單元1的充電電容器11的電壓時，選定1-②，希望增加單元1和單元2兩者充電電容器11的電壓時，選定1-③。希望減少單元1的充電電容器11的電壓時，選定1-①。在這裡，以V1Δ(單元1)、V2Δ(單元2)表示增加電壓的單元。即，V1Δ為1時，增加單元1的電壓。就是，按照各自的S值和希望增減的單元，通過選定數位訊號(D1、D2、D3)，可以調整單元1、單元2和單元3的電壓。因為補償電壓一定要用交流產生，考慮交流一個周期的話，P側、N側的充電電容器11雙方的電壓都變成能夠調整。
另外，補償單元110，如圖7(a)所示從一個充電電容器18pn輸出正負雙方的電壓時，系統電流的相位與系統電壓的相位同相位的時候，例如需要補償電壓為正的時候，邏輯為+1時充電電容器18pn為放電，-1時充電電容器18pn為充電方式動作。
接著，說明有關從系統電壓的電壓下降量，A/D變換成由上述這種邏輯表62內的(D1～D3)組成的二進位信號。
圖14所示的A/D變換器中，A/D變換器27a進行與圖5示出A/D變換器相同動作，並設定其輸出為D1a、D2a、D3a。在運算電路61，運算由D1a、D2a、D3a產生的電壓等級S值，並輸入邏輯表62。在運算電路61的電壓等級指令運算是S＝D3a×4+D2a×2+D1a。並且，在運算電路63中，根據被監視的電壓V3除以4後的電壓，若V1的電壓小，就把電壓增加信號V1Δ設定為1。並且，根據被監視的電壓V3除以2後的電壓，若V2的電壓小，就把電壓增加信號V2Δ設定為1。即，在V1Δ為1時，單元1充電電容器11的電壓應該比單元3充電電容器11的電壓作為基準的的二進位條件低，需要增加單元1的充電電容器11的電壓。V2Δ為1時，對單元1的充電電容器11也同樣意思。V1Δ和V2Δ的信號輸入到邏輯表62。按邏輯表62，選定符合S值和V1Δ、V2Δ值的欄內二進位信號(D1、D2、D3)。
這樣，可以設定(D1、D2、D3)的信號，使得各充電電容器11的電壓沒有偏離大約2K倍的關係。因此，往往可能進行精度很好的補償。並且，補償電壓在哪個電平的情況下，也不單單使用一部分電壓補償電路P、N的充電電容器11的電荷，而是有效地利用全部的電壓補償電路P、N的充電電容器11的電荷。在低補償電壓長時間繼續時，在長時間期間，準確可以繼續電壓補償。其結果，可以把充電電容器11的靜電容量值設定得小些，構成便宜的裝置。
實施例8
接著，說明有關本發明的實施例8。
圖15是本發明實施例8的電壓波動補償裝置構成圖。如圖所示，將輸出正電壓的3個電壓補償電路P1、P2、P3和輸出負電壓的1個電壓補償電路N0串聯連接到電力系統上。電壓補償電路P1、P2、P與上述實施例1所示的同樣，各充電電容器11具有大約2K倍的關係。電壓補償電路N0輸出跟3個電壓補償電路P1、P2、P的輸出電壓總和幾乎相等的大小而相反極性的電壓。即，各充電電容器22的電壓，取絕對值有以下的關係。
Vp3＝Vp2×2＝Vp1×4Vn0＝(Vp1+Vp2+Vp3)儘管，系統電壓下降時，大體上都是在系統原來的某個地方，因雷電等引起短路或接地的情況，應該補償的電壓是交流電壓。於是，從各電壓補償電路P1～P3、N0輸出補償電壓，以便產生交流的補償電壓。通過這些電壓補償電路P1～P3、N0的組合，就可以產生如下交流電壓。假定Vp1＝1，設定補償輸出從-7～7V時，就可以利用如圖16所示的表中信號。在這裡，D1是使電壓補償電路P1動作的控制信號，在1的場合表示補償電壓輸出狀態。同樣，D2是使電壓補償電路P2動作的控制信號，D3是使電壓補償電路P3動作的控制信號，D0是使電壓補償電路N0動作的控制信號。
以下按照圖17，表示這種電壓波動補償裝置的電壓補償動作。另外，假定系統電壓和系統電流是同相位的狀態。
如圖所示，充電電容器11n0的電壓Vn0，在負電壓的電壓補償動作中電壓下降。然而，充電電容器11p3的電壓Vp3，在正電壓的電壓補償動作中電壓下降，但是在負電壓的電壓補償動作中由於使電壓補償電路P3動作，相反電荷進行充電，使電壓恢復。在充電電容器11p1、11p2的Vp1、Vp2方面也同樣。這樣，除電壓補償電路N0內的充電電容器11n0以外的充電電容器11的電壓如果觀察交流一周期間，就應該說沒有變化。
本實施例中，用輸出正電壓的3個電壓補償電路P1、P2、P3和輸出負電壓的電壓補償電路N0，可進行補償電壓輸出從-7～7為止的等級控制，並能夠以格外簡化的廉價的裝置構成實現高精度的電壓補償。並且電壓補償電路P1、P2、P3內充電電容器11的下降不成為使補償電壓畸變的因素，與具有最大電壓的電壓補償電路N0內充電電容器11n相比，可以充分小地選定這些的靜電容量值，整個裝置將變得便宜起來。
在上述各實施例中雖然各補償裝置內充電電容器的充電電壓比設定為約2的乘方比，但也可使用其它電壓比的組合。電壓比為約2的乘方比，其組合不產生可供給電壓值的重複，最為適合。
在各實施例中，雖然儲能裝置是使用電容器來表示的，但是也可用其它的，例如使用蓄電池等。
說明效果如以上所說，本發明的第1方面所述的電壓波動補償裝置是對最小充電電壓值(絕對值)約2K倍(K＝0、1、2、…)，並具備具有各自不同的充電電壓的電容器，電力系統上串聯連接把向該電容器充電的直流電壓轉換成交流輸出的多個電壓補償電路，將各電壓補償電路內的上述電容器的充電電壓值作為各比特信號的基準值，通過與該基準值對照，把上述電力系統的電壓下降量A/D變換為二進位數的信號，根據該信號，從上述多個電壓補償電路之中選擇要求的組合，以其輸出電壓的總和來補償上述電力系統的電壓下降，因而能廉價促進小型化的裝置構成，按等間隔等級控制補償電壓，極其精細進行高精度的電壓補償。
並且本發明的第2方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面，由電壓下降量變成A/D變換的基準值的電容器充電電壓值是隨時檢測各電容器電壓的電壓測定值，因而可以根據充電電容器的電壓狀態，A/D變換為二進位數的信號，實現精度良好的補償。並且，因此，能夠抑制電壓補償的畸變，減少充電電容器的靜電容量。
並且本發明的第3方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面，從電壓下降量變成A/D變換的基準值的電容器充電電壓值是監視電力系統的系統電流，並通過各電容器的電壓下降量的預測運算之下，隨時算出該電流值的電壓算出值，因而是廉價的裝置構成，根據充電電容器的狀態，能夠A/D變換2為二進位數的信號，實現精度良好的補償，並且，因此，能夠抑制電壓補償的畸變，減少充電電容器的靜電容量。
並且本發明的第4方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面～3任一項，設定由串聯連接的全部的電壓補償電路構成全補償電路的可能最大輸出電壓為各電壓補償電路內電容器的充電電壓，使其超過在電力系統的最大電壓下降量，因而即使充電電容器上發生電壓下降，也能確保補償電壓，可以減少充電電容器的靜電容量。
並且本發明的第5方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面～4任一項，各電壓補償電路內電容器的靜電容量是對最小靜電容量大約2K倍(K＝0、1、2、…)或其以上，設定該電容器的充電電壓越大其靜電容量越小，因而即使充電電容器上發生電壓下降，也能實現精度良好的電壓補償。
並且本發明的第6方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面～5任一項，在從電壓下降量A/D變換為二進位數的信號之際，由該信號決定的電壓補償電路輸出電壓的總和是從上述電壓下降量減去規定的電壓量的電壓值以下時，電容器的最小充電電壓值是上述二進位數的信號加上1，將其跟上述輸出電壓的總和相加，因而可以確保供給負荷的電壓為減去上述規定的電壓裡量後的電壓值以上，並且可以把充電電容器的電壓設定得較高，減少靜電容量。
並且本發明的第7方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面，電力系統上，具備跟電壓補償電路一起串聯連接，將對電容器充電的直流電壓轉換成交流輸出的下降電壓補償電路，上述電壓補償電路內電容器的電壓下降到規定值時，將其測出，使上述下降電壓補償電路與上述電壓補償電路的動作合併動作，用上述電壓補償電路和上述下降電壓補償電路的輸出電壓之和，補償上述電力系統的電壓下降，因而即使充電電容器上發生電壓下降，也能抑制電壓補償的畸變，大大減少充電電容器的靜電容量。
並且本發明的第8方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第1方面，按照二進位數的信號選擇的電壓補償電路，輸出電壓可包含跟電力系統的電壓極性相反極性的，輸出電壓跟上述電力系統同極性的電壓補償電路內電容器在動作時進行放電，相反極性的電壓補償電路內的電容器在動作時進行充電，因而能夠有效地利用充電電容器的電荷，並延長電壓補償可能期間。
並且本發明的第9方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第8方面，由二進位數的信號，把各比特數值轉換成電容器放電時設定為1，充電時設定為-1的二進位數值，編成用於選擇電壓補償電路組合的邏輯表，檢測各電壓補償電路內電容器的電壓下降並根據其狀態，從上述邏輯表裡選擇可對該電容器充電的模式的二進位數值，按照該二進位數值的各比特數值選擇的電壓補償電路內電容器，當上述的比特數值為1的時候進行放電，為-1的時候進行充電，因而往往可以具有精度良好的電壓補償，同時能夠有效地利用充電電容器的電荷，在長時間內準確可能繼續進行電壓補償。並且因此可以減少充電電容器的靜電容量。
並且本發明的第10方面所述的電壓波動補償裝置是，根據第8方面，一個電壓補償電路的輸出電壓是第1極性，其它全部電壓補償電路的輸出電壓是跟上述第1極性相反的第2極性，上述第1極性的電壓補償電路內電容器的充電電壓跟其它全部第2極性的電壓補償電路內電容器的充電電壓總和絕對值大約相同，電力系統的電壓是第1極性時，選擇上述第2極性的電壓補償電路的要求組合和上述第1極性的電壓補償電路進行動作，上述電力系統的電壓是第2極性時，只選擇上述第2極性的電壓補償電路的組合進行動作。
權利要求
1.一種電壓波動補償裝置，包括對電力系統的電壓下降進行監視並基於此進行供電控制的檢測控制部，並抑制供給負荷的電壓波動，其特徵是還包括具有各自不同的存儲電壓的儲能裝置，在所述電力系統上串聯連接把該儲能裝置中存儲的直流電壓轉換為交流輸出的多個電壓補償電路，將各電壓補償電路內的上述該儲能裝置中存儲電壓值作為各比特信號的基準值，通過與該基準值對照，將電力系統的電壓下降量進行A/D變換為二進位數的信號，根據該信號，從所述多個電壓補償電路之中選擇所要求的組合，以其輸出電壓的總和來補償上述電力系統的電壓下降。
2.根據權利要求1所述的電壓波動補償裝置，其特徵是，多個電壓補償電路內的儲能裝置分別存儲的不同電壓的絕對值是相對於最小該電壓補償電路的輸出電壓(絕對值)約為2K倍(K＝0、1、2…)。
3.根據權利要求1所述的電壓波動補償裝置是，其特徵是，儲能裝置是電容器。
4.根據權利要求2所述的電壓波動補償裝置，其特徵是，作為對電壓下降量進行A/D變換的基準值的電容器充電電壓值是隨時檢測各電容器的電壓而得到的電壓測定值。
5.根據權利要求3所述的電壓波動補償裝置是，其特徵是，作為對電壓下降量進行A/D變換的基準值的電容器充電電壓值是監視電力系統的系統電流，並基於該電流值通過對各電容器的電壓下降量的預測運算，隨時算出的電壓算出值。
6.根據權利要求3所述的電壓波動補償裝置，其特徵是，由串聯連接全部電壓補償電路構成全補償電路的可能最大輸出電壓，設定為各電壓補償電路內電容器的充電電壓，使其超過在電力系統的最大電壓下降量。
7.根據權利要求3所述的電壓波動補償裝置，其特徵是，各電壓補償電路內的電容器的靜電電容量設定為該電容器的充電電壓越大其靜電電容量越小。
8.根據權利要求7所述的電壓波動補償裝置，其特徵是，各電壓補償電路內電容器的靜電電容量是對最小靜電電容量大約2K倍(K＝0、1、2、…)或其以上，設定該電容器的充電電壓越大其靜電電容量越小。
9.根據權利要求3所述的電壓波動補償裝置，其特徵是，從電壓下降量進行A/D變換為二進位數的信號之際，由該信號決定的電壓補償電路輸出電壓的總和是從上述電壓下降量減去規定電壓量的電壓值以下時，上述二進位數的信號加1，使電容器的最小充電電壓值加到上述輸出電壓的總和上。
10.根據權利要求3所述的電壓波動補償裝置，其特徵是還包括，與電壓補償電路一起串聯連接在電力系統上、將被電容器充電的直流電壓轉換成交流輸出的下降電壓補償電路，當上述電壓補償電路內電容器的電壓下降到規定值以下時，將其測出並使上述下降電壓補償電路與上述電壓補償電路的動作協同動作，由上述電壓補償電路和上述下降電壓補償電路的輸出電壓之和，來補償上述電力系統的電壓下降。
11.根據權利要求3所述的電壓波動補償裝置，其特徵是，按照二進位數的信號選擇的電壓補償電路，其輸出電壓可包含與電力系統的電壓極性相反極性的，輸出電壓與上述電力系統同極性的電壓補償電路內電容器在工作時進行放電，相反極性的電壓補償電路內電容器在工作時進行充電。
12.根據權利要求11所述的電壓波動補償裝置，其特徵是，由二進位數的信號，把各比特數值轉換成電容器放電時為1、充電時為-1的二進位數值，製成用於選擇電壓補償電路組合的邏輯表，檢測各電壓補償電路內電容器的電壓下降並根據其狀態，從上述邏輯表裡選擇可對該電容器充電的模式的二進位數值，按照該二進位數值的各比特數值選擇的電壓補償電路內電容器，當上述的比特數值為1的時候進行放電，為-1的時候進行充電。
13.根據權利要求11所述的電壓波動補償裝置，其特徵是，一個電壓補償電路的輸出電壓是第1極性，其它全部電壓補償電路的輸出電壓是與上述第1極性相反的第2極性，上述第1極性的電壓補償電路內電容器的充電電壓與其它全部第2極性的電壓補償電路內電容器的充電電壓總和絕對值大約相同，電力系統的電壓是第1極性時，選擇上述第2極性的電壓補償電路的所要求組合和上述第1極性的電壓補償電路進行動作，上述電力系統的電壓是第2極性時，只選擇上述第2極性的電壓補償電路的組合進行動作。
全文摘要
在具有監視電力系統中電壓下降並基於此控制供電的檢測控制部,抑制供給負荷的電壓波動的補償裝置中,以廉價小型化方式,實現高精度的電壓補償。電力系統上串聯連接有把具有各自不同的充電電壓(最小電壓的約文檔編號H02J3/18GK1379522SQ02107689
公開日2002年11月13日 申請日期2002年3月29日 優先權日2001年3月30日
發明者巖田明彥, 鈴木昭弘, 笹尾博之, 小山健一, 菊永敏之, 高橋貢 申請人:三菱電機株式會社