JP2003037938A

JP2003037938A - 電力変換システム

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Publication number: JP2003037938A
Application number: JP2001225462A
Authority: JP
Inventors: Mikisuke Higuchi; 幹祐樋口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2003-02-07
Anticipated expiration: 2021-07-26
Also published as: JP4042092B2

Abstract

(57)【要約】【課題】系統あるいは負荷側のいずれかの電圧が０近
くになる場合の運転に対応すること。【解決手段】電力系統１２から遮断器２０、直列変圧
２４を介して負荷１４に電力を供給しているときに、系
統電圧が喪失されたときには、遮断器２０を開いて短絡
スイッチ２２を投入し、直列変圧器２４の各相の一次側
巻線を互いに短絡し、直列変圧器２４をデルタ−スター
結線の変圧器として用い、エネルギー蓄積要素３０に蓄
積されたエネルギーを直列電力変換器２８、直列変圧器
２４を介して負荷１４に供給し、エネルギー蓄積要素３
０がエネルギーを持続する間、負荷１４の停電を防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換システム
に係り、特に、電力系統から負荷に交流電力を供給する
に際して、必要に応じて負荷に印加する電圧を変化させ
るに好適な電力変換システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電力系統から負荷に電力を供給す
るに際して、電力系統と負荷とを結ぶ回路（配電線）中
に直列変圧器を挿入し、直接変圧器の一次側巻線を電力
系統と負荷に接続し、二次側巻線を直列電力変換器に接
続し、直列電力変換器の出力に応じて直列変圧器の一次
側の電圧を調整し、負荷に印加される電圧を制御する電
力変換システムが採用されている。この場合、直列電力
変換器の直流出力側に、コンデンサなどの直流エネルギ
ー蓄積要素を接続するとともに、並列電力変換器の直流
出力側を接続し、並列電力変換器の交流入力側を並列変
圧器を介して電力系統と並列に接続し、負荷電圧指令値
に基づいて電力変換器制御装置により各電力変換器の電
力変換動作を制御する構成が採用されている。例えば、
直列電力変換器は、負荷電圧と同相の電圧を発生するこ
とで、直列変圧器を介して電圧降下を与え、負荷にかか
る電圧を下げる制御を行う。この場合、負荷が受動負荷
であれば、負荷電圧が下がることによって負荷電流が減
少し、消費電力が低減される。この低減分の電力は、電
圧降下を発生させる直列電力変換器を介して、電力変換
器の直流出力側に流れ、この電力は、並列電力変換器に
よって交流電力に変換されて電力系統に回生され、直流
電圧が一定に維持される。

【０００３】このように構成された電力変換システムに
おいては、電力系統からみると負荷で消費される電力は
直列電力変換器から並列電力変換器を通して回生される
分だけ低減される。また電力系統の電圧は１日の間で時
間帯によって高低が変化し一定ではない。特に、負荷が
受動負荷の場合は、電圧が上昇すればその分だけ余分に
電力を消費するため、電力系統の電圧が上昇する。その
とき、負荷にかかる電圧を電力変換システムで抑えるこ
とで、その分だけ電力が低減される。

【０００４】一方、直列電力変換器から発生する電圧を
負荷電圧と逆相にすれば、直列変圧器を介して負荷電圧
を上昇させることができる。この場合は、直列電力変換
器と並列電力変換器との間の直流回路における電力の流
れは逆となり、並列電力変換器から直列電力変換器を介
して負荷に電力が供給されることになる。

【０００５】以上のことから、電力変換システムでは、
直列電力変換器が発生できる電圧の上限および直列電力
変換器と並列電力変換器が扱うことができる電力によっ
て決まる範囲内において負荷の電圧を上下に自由に制御
することができる。なお、この種のシステムに関連する
ものとしては、例えば、特開平９−７４６７８号公報が
挙げられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術における電力
変換システムは、負荷電圧を下げて節電を図る目的のシ
ステムとして用いられていた。しかし、負荷電圧を自由
に制御できることから、電力変換システムを従来技術と
は異なる機能を有数するシステムとしての応用が期待さ
れ、以下に、２つの応用例を挙げて説明する。

【０００７】１つは、誘導電動機などの始動電圧低減に
関する用途である。大容量の誘導電動機の始動時は、そ
の始動突入電流が大きいため、通常、直入れ始動される
ことはなく、何らかの方法により、起動時の印加電圧を
下げた状態で起動し、回転速度の上昇にしたがって連続
あるいは段階的切替で印加電圧を上昇させる制御が行わ
れる。このような制御を行う場合、交直電力変換器を２
台直列に接続し、一方の電力変換器の交流出力側を交流
系統に接続し、いわゆる順変換器として用い、他方の電
力変換器をいわゆる逆変換器として用い、逆変換器側の
電圧と周波数を可変にして始動する構成が採用されてい
る。この場合、順変換器と逆変換器はそれぞれ対象とな
る誘導電動機と同等の容量が必要となる。また、特に回
路を切替ない限り、始動後も誘導電動機に接続されて正
規電圧での運転が行われる。一方、制御対象の誘導電動
機を速度制御する場合は、逆変換器の周波数を変化させ
て実現するために、常時接続は有用となる。

【０００８】しかし、始動時だけに必要である場合は、
順変換器および逆変換器共に誘導電動機と同等の容量を
備えた設備が遊休することになり、無駄になる。また一
度に複数の誘導電動機を始動する場合は、複数の電動機
の回転速度の上昇が揃わない場合を考えると、周波数制
御は困難である。さらに、回転速度制御の必要性がない
場合、負荷の誘導電動機を電力変換器に常時接続してい
ると、順変換器および逆変換器自身の電力損失が常時生
じることとなり、不経済になる。

【０００９】従来技術における電力変換システムは、定
格周波数の下で電圧を自由に変えられる構成であるた
め、上記順逆変換器に代わるものとして応用が検討され
るようになった。

【００１０】しかし、従来の構成では、負荷電圧は系統
電圧と直列変圧器の電圧降下との差で決まるが、直列変
圧器での電圧降下は、直列電力変換器の出力による励磁
電流の大きさと位相によって決まり、通常、この電流が
定格電流に対して極く小さいため、精度良い制御が困難
である。また系統電圧は常にわずかながら変動している
ため、系統電圧とのベクトル差によって決まる負荷電圧
を精度良く定めることが困難である。

【００１１】一方、もう１つの応用例は、系統電圧の短
時間（数１０ｍｓ）の低下もしくは喪失を補償し、負荷
電圧を維持することに関する用途である。この用途で
は、上述の順逆電力変換器を用い、各電力変換器間の直
流回路の容量を特に大きく取る、つまり、コンデンサを
大容量にする、あるいは電池を用いるなどとしたもの、
いわゆる無停電電源装置として用いることができる。無
停電電源装置を構成した場合でも、順逆電力変換器は負
荷と電力系統との間に常時直列に接続されるので、常時
接続に伴う損失の問題が生じる。

【００１２】従来技術における電力変換システムは、定
格周波数の下で電圧を自由に変えられる構成であるた
め、上記の順逆電力変換器に代わるものとしての応用が
検討されるようになった。

【００１３】しかし、従来の構成では、以下のような問
題点が生じる。

【００１４】（１）系統電圧が喪失した場合のうち、系
統電圧の喪失が回路を開放する形で生じた場合は、直列
変圧器の系統側の回路が開放されるため、三相の回路が
閉じなくなり、開放した相では負荷電流が流れなくな
る。

【００１５】（２）系統電圧が喪失した場合のうち、系
統電圧の喪失が回路の短絡で生じた場合は、直列電力変
換器から出力される電圧は負荷と短絡インピーダンスと
で分圧され、また負荷電流は短絡点を介して流れる。し
たがって、直列電力変換器から発生する電力は負荷と短
絡インピーダンスの両方に供給され、また負荷電流を維
持するためには事故点の除去ができなくなる。

【００１６】本発明の課題は、系統あるいは負荷側のい
ずれかの電圧が０近くになる場合の運転に対応すること
ができる電力変換システムを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、電力系統に並列接続された並列変圧器
と、前記並列変圧器に接続されて電力を変換する並列電
力変換器と、前記電力系統と負荷とを結ぶ回路に挿入さ
れて前記電力系統に直列接続された直列変圧器と、前記
直列変圧器に接続されて電力を変換する直列電力変換器
と、前記並列電力変換器と前記直列電力変換器の直流出
力側において直流エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積
要素と、前記電力系統と前記直列変圧器とを結ぶ回路に
挿入されて前記回路を開閉する遮断器と、前記直列変圧
器の３相巻線のうち前記電力系統に接続された一次側巻
線の各相の電力系統側を互いに短絡する短絡スイッチと
を備えてなる電力変換システムを構成したものである。

【００１８】前記した手段によれば、系統側が短絡した
場合、あるいは系統電圧が喪失したときには、遮断器を
開き、短絡スイッチを投入し、並列電力変換器の出力電
圧を上昇させて負荷電圧を一定に維持し、エネルギー蓄
積要素に蓄積されたエネルギーを基に直列電力変換器の
出力を短絡スイッチを介して負荷に供給し、エネルギー
蓄積要素のエネルギーが持続する間、負荷の停電を防ぐ
ことができる。これにより、系統側あるいは負荷側のい
ずれかの電圧が０近くになった場合の運転に対応するこ
とができる。

【００１９】前記電力変換システムを構成するに際して
は、以下の要素を付加することができる。

【００２０】（１）前記直列変圧器は、オープンデルタ
の変圧器として構成され、前記短絡スイッチにより各相
の一次側巻線が短絡されたときに、デルタ−スター結線
の変圧器として機能してなる。

【００２１】直列変圧器をオープンデルタの変圧器で構
成したときには、短絡スイッチにより各相の一次側巻線
が短絡されたことによって、直列変圧器がデルタ−スタ
ー結線の変圧器として機能し、系統側の短絡時にもエネ
ルギー蓄積要素に蓄積されたエネルギーを短絡スイッチ
を介して負荷に供給することができる。

【００２２】（２）前記遮断器と前記直列変圧器を迂回
し前記電力系統と前記負荷とを結ぶ回路を開閉する補助
短絡スイッチと、前記電力系統の電圧を検出する系統電
圧検出器と、前記負荷の電圧を検出する負荷電圧検出器
と、系統復電時に前記系統電圧検出器の検出出力と前記
負荷電圧検出器の検出電圧を基に前記電力系統の電圧に
同期させて前記補助短絡スイッチを投入するスイッチ投
入制御手段とを備えてなる。

【００２３】この場合、負荷電圧を０から系統電圧相当
まで上昇させる場合あるいは停電していた系統の電圧を
復電する場合、系統電圧と負荷電圧を検出し、検出電圧
を基に系統電圧の電圧に同期させて補助短絡スイッチを
投入することで再閉路動作を円滑に行うことができる。

【００２４】（３）前記電力系統の電圧を検出する系統
電圧検出器と、前記系統電圧検出器により前記電力系統
の電圧が設定電圧より低下したことが検出されたときに
前記並列電力変換器の電力変換動作を停止させ、その
後、前記系統電圧検出器により前記電力系統の電圧が設
定電圧まで回復したことが検出されたときには前記並列
電力変換器を再起動させる電力変換器制御手段とを備え
てなる。

【００２５】この場合、系統電圧喪失時に、並列電力変
換器を一次停止させ、その後、系統電圧が設定電圧まで
回復したときには、並列電力変換器を再起動させること
で直流電圧を維持することができる。これにより、系統
側あるいは負荷側のいずれかの電圧が０近くになった場
合の運転に対応し、且つ通常状態に復旧する電力変換シ
ステムで、特に系統電圧が短絡により喪失した場合でも
運転を継続することができる。

【００２６】（４）前記エネルギー蓄積要素を複数個備
えているとともに、前記複数個のエネルギー蓄積要素を
直列または並列接続する切り替え回路を備えてなる。

【００２７】この場合、系統電圧の喪失に伴って並列電
力変換器の運転が停止され、負荷電圧を直列電力変換器
の出力電圧によって維持するときに、高い電圧が必要に
なったときでも、複数個のエネルギー蓄積要素を直列接
続することで高い電圧を供給することができる。

【００２８】また、本発明は、系統電圧喪失補償用ある
いは誘導電動機始動用のシステムとして、電力系統に並
列接続された並列変圧器と、前記並列変圧器に接続され
て電力を変換する並列電力変換器と、前記電力系統に直
列に接続された負荷に接続されて電力を変換する直列電
力変換器と、前記並列電力変換器と前記直列電力変換器
の直流出力側において直流エネルギーを蓄積するエネル
ギー蓄積要素と、前記電力系統と前記負荷とを結ぶ回路
を開閉する補助短絡スイッチと、前記電力系統の電圧を
検出する系統電圧検出器と、前記負荷の電圧を検出する
負荷電圧検出器と、前記負荷への給電時に前記補助短絡
スイッチを投入し、前記系統電圧検出器により前記電力
系統の電圧喪失が検出されたときには、前記補助短絡ス
イッチを開放し、系統復電時に前記系統電圧検出器の検
出出力と前記負荷電圧検出器の検出電圧を基に前記電力
系統の電圧に同期させて前記補助短絡スイッチを投入す
るスイッチ投入制御手段とを備えてなる電力変換システ
ムを構成したものである。

【００２９】前記した手段によれば、通常時には補助短
絡スイッチを投入することで負荷に電力を供給すること
ができ、系統電圧喪失時には補助短絡スイッチを開放す
ることで負荷電圧を維持することができる。また系統電
圧の復電時には、補助短絡スイッチを投入することで通
常状態に復帰することができる。

【００３０】また、本発明は、系統電圧喪失補償用シス
テムとして、電力系統と負荷とを結ぶ回路を開閉する補
助短絡スイッチと、前記電力系統に前記補助短絡スイッ
チを介して直列に接続された負荷に接続されて電力を変
換する直列電力変換器と、前記直列電力変換器の直流出
力側において直流エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積
要素と、前記電力系統の電圧を検出する系統電圧検出器
と、前記負荷への給電時に前記補助短絡スイッチを投入
し、前記系統電圧検出器により前記電力系統の電圧喪失
が検出されたときには、前記補助短絡スイッチを開放す
るスイッチ投入制御手段とを備えてなる電力変換システ
ムを構成したものである。

【００３１】前記した手段によれば、通常時には補助短
絡スイッチを投入することで負荷への給電が実施され、
系統電圧喪失時には補助短絡スイッチを開放することで
エネルギー蓄積要素に蓄積されたエネルギーを直列電力
変換器を介して負荷に供給することができる。

【００３２】これにより、系統側あるいは負荷側のいず
れかの電圧が０近くになった場合の運転に対応し、且つ
通常状態に復旧する電力変換システムで、特に、系統電
圧が短絡により喪失した場合でも運転を継続することが
できる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す
電力変換システムの全体構成図である。図１において、
電力変換システム１０は、三相の電力系統１２と負荷１
４との間に配置されており、この電力変換システム１０
は、並列変圧器１６、並列電力変換器１８、遮断器２
０、短絡スイッチ２２、直列変圧器２４、計器用変圧器
２６、直列電力変換器２８、エネルギー蓄積要素３０、
制御装置３２、負荷電圧指令設定器３４、計器用変圧器
３６を備えて構成されている。

【００３４】並列変圧器１６は、電力系統１２と並列に
接続され、一次側巻線が電力系統１２に接続され、二次
側巻線が並列電力変換器１８の交流入力側に接続されて
いる。並列電力変換器１８は、例えば、図２に示すよう
に、サイリスタ、ＧＴＯなどのスイッチング素子Ｔｒ１
〜Ｔｒ６、ダイオードＤ１〜Ｄ６を備え、変換器制御装
置３２からの制御信号にしたがって交直変換動作を行
い、交流電力を直流電力にあるいは直流電力を交流電力
に変換するように構成されており、直流出力側がエネル
ギー蓄積要素３０に接続されている。

【００３５】エネルギー蓄積要素３０は、例えば、コン
デンサや電池で構成されており、並列電力変換器１８と
直列電力変換器２８の直流出力側において直流エネルギ
ーを蓄積するように構成されている。

【００３６】一方、遮断器２０は、電力系統１２と負荷
１４とを結ぶ回路（配電線）中に挿入されており、制御
装置３２からの指令にしたがって回路を開閉するように
なっている。

【００３７】直列変圧器２４は、電力系統１２と負荷１
４とを結ぶ回路に挿入されている。この直列変圧器２４
には、図３に示すように、オープンデルタの回路構成が
採用されており、一次側巻線が電力系統１２および負荷
１４に接続され、二次側巻線が直列電力変換器２８の交
流側に接続されている。

【００３８】短絡スイッチ２２は、遮断器２０と直列変
圧器２４との間に設置され、制御装置３２からの投入指
令に応答して、直列変圧器２４の各相の一次側巻線を互
いに短絡するように構成されている。この短絡時には、
直列変圧器２４はデルタ−スタ−結線の変圧器として機
能するようになっている。

【００３９】直列電力変換器２８は、並列電力変換器１
８と同様に、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６、ダイオード
Ｄ１〜Ｄ６を備えて構成されており、制御装置３２から
の制御信号にしたがって電力変換動作を行い、交流電力
を直流電力に、または直流電力を交流電力に変換するよ
うに構成されている。

【００４０】制御装置３２は、負荷１４の電圧を検出す
る負荷電圧検出器としての変圧器２６の出力電圧と、系
統電圧を検出する系統電圧検出器としての変圧器３６の
出力電圧と、負荷電圧指令設定器３４の設定による負荷
電圧指令をそれぞれ取り込み、各出力電圧と負荷電圧指
令を基に各電力変換器１８、２８のスイッチング素子を
制御するための制御信号を生成し、生成した制御信号を
各電力変換器１８、２８に出力し、各電力変換器１８、
２８の電力変換動作を制御する電力変換器制御手段とし
て構成されているとともに、遮断器２０や短絡スイッチ
２２の開閉動作を制御するスイッチ投入制御手段として
構成されている。

【００４１】上記構成において、短絡スイッチ２２が開
放状態にあって、遮断器２０が投入されると、電力系統
１２からの交流電力は遮断器２０、直列変圧器２４を介
して負荷１４に供給される。このとき制御装置３２から
の制御信号にしたがって並列電力変換器１８と直列電力
変換器２８による電力変換動作が行われると、直列電力
変換器２８の出力による励磁電流の大きさと位相によっ
て直列変圧器２４による電圧降下が決定される。このと
き直列電力変換器２８から負荷電圧と同相の電圧が発生
すると、負荷１４にかかる電圧が下がり、負荷１４が受
動負荷であれば、負荷電圧の低下に伴って負荷電流が減
少し、消費電力が低減される。この低減分の電力は直列
電力変換器２８を介してエネルギー蓄積要素３０側に流
れ、並列電力変換器１８、並列変圧器１６を介して電力
系統１２に回生され、直流電圧が一定に維持される。

【００４２】一方、直流電力変換器２８から発生する電
圧が負荷電圧を逆相になると、直列変圧器２４を介して
電圧上昇が与えられ、並列電力変換器１８と直列電力変
換器２８との間の直流回路における電力の流れは逆とな
り、並列電力変換器１８から直列電力変換器２８を介し
て負荷１４に電力が供給される。このように、電力変換
システム１０は負荷１４に印加される電圧を上下に自由
に制御することができる。

【００４３】ここで、負荷電圧を０近辺に制御する運転
を行うときには、図４に示すように、起動前に、遮断器
２０を開放し、短絡スイッチ２２を投入し、直列変圧器
２４の各相の一次側巻線を互いに短絡し、直列変圧器２
４をデルタ−スター結線の変圧器として用いる。直列電
力変換器２８の起動により、負荷電圧を０近辺に制御す
るに際して、直列電力変換器２８から電圧が発生する
と、この電圧は直列変圧器２４を介して負荷１４に供給
される。この供給エネルギーは、一時的にはエネルギー
蓄積要素３０のエネルギーである。このとき電力系統１
２に系統電圧があるときには、並列電力変換器１８を運
転し、消費された分のエネルギーを補充し、一定の直流
電圧を維持することができる。

【００４４】次に、変圧器３６の出力電圧が設定電圧以
下に低下した系統電圧喪失時、例えば、系統電圧が数１
０ｍｓの間０Ｖになったときには、図５に示すように、
系統電圧喪失と同時に遮断器２０を開放するとともに短
絡スイッチ２２を投入する。このとき直列電力変換器２
８は、負荷電圧を一定に維持するように出力電圧を上昇
させる運転が行われ、エネルギー蓄積要素３０に蓄積さ
れたエネルギーが負荷１４に供給され、エネルギー蓄積
要素３０のエネルギーが持続する間、負荷１４の停電を
防止することができる。

【００４５】このように、本実施形態によれば、系統側
あるいは負荷側のいずれかの電圧が０近くになった場合
でも負荷１４に電力を供給することができる。

【００４６】次に、本発明の第２実施形態を図６にした
がって説明する。本実施形態は、遮断器２０と直列変圧
器２４に並列に、遮断器２０と直列変圧器２４を迂回し
電力系統１２と負荷１４とを結ぶ回路を開閉する補助短
絡スイッチ３８を設け、補助短絡スイッチ３８の開閉動
作を制御装置３２によって制御するようにしたものであ
り、他の構成は図１のものと同様である。

【００４７】制御装置３２は、計器用変圧器３６の出力
電圧と計器用変圧器２６の出力電圧を取り込み、負荷電
圧を０から系統電圧相当まで上昇させる場合あるいは停
電していた系統電圧を復電する場合、各変圧器３６、２
６の出力電圧を基に系統電圧と同期させて、例えば、零
クロス点に同期させて補助短絡スイッチ２８を投入する
スイッチ投入制御手段として構成されている。

【００４８】遮断器２０が開放され、短絡スイッチ２２
が投入され、直列電力変換器２８から負荷１４に電力が
供給されている状態で、負荷電圧を０から系統電圧相当
まで上昇させる場合あるいは停電していた系統電圧を復
電する場合について考えると、いずれの場合でも、系統
へ再並列して、系統からの給電を直接受ける正規状態に
復旧させる必要がある。

【００４９】このような場合、図７に示すように、ま
ず、直列電力変換器２８の出力電圧の大きさと位相を調
整し、補助短絡スイッチ３８の投入によって再閉路を実
施する。このとき系統の電圧に同期させて補助短絡スイ
ッチ３８を投入する。次に、短絡スイッチ２２を開放し
て直列電力変換器２８から直列変圧器２４を経由して負
荷１４に供給する電流を０とし、給電経路を完全に系統
側に移行させる。このとき直列電力変換器２８は短絡ス
イッチ２２の開放後に一旦その動作を停止させる。その
後に遮断器２０を投入し、通常状態の回路に復旧する。
この状態で、再び直列電力変換器２８を再起動し、補助
短絡スイッチ３８を開放することで、これ以降は、通常
の負荷電圧制御を行うことができる。

【００５０】本実施形態によれば、系統側あるいは負荷
側のいずれかの電圧が０近くなった場合の運転に対応
し、且つ通常状態に復旧する電力変換システムを実現す
ることができるとともに、復旧動作を円滑に行うことが
できる。

【００５１】次に、本発明の第３実施形態を図８にした
がって説明する。本実施形態は、電力変換器制御手段の
１要素として、変圧器３６と制御装置３２との間に不足
電圧継電器４０を設け、電力系統の電圧が設定電圧より
も低下したこと、例えば、系統の短絡に伴って系統電圧
が喪失したことが検出されたときに、並列電力変換器１
８の電力変換動作を停止させ、その後、電力系統の電圧
が設定電圧まで回復したとき、すなわち系統電圧が復電
したときには、並列電力変換器１８を再起動させるよう
にしたものである。

【００５２】具体的には、系統電圧の喪失が系統の短絡
によって生じた場合、並列電力変換器１８から並列変圧
器１６を介して短絡点に向かって過電流が流れる可能性
がある。この場合、短絡によって、（１）過電流から機
器を保護するためにシステムを停止させることがある、
（２）短絡の過電流によって、直流回路のエネルギーを
放電してしまうことがある、という２つの可能性があ
る。いずれの場合も、並列電力変換器１８側の問題でシ
ステムを停止することとなり、そのままでは停電時に負
荷１４に電力を供給できなくなる。

【００５３】これを回避するために、本実施形態におい
ては、不足電圧継電器４０により系統電圧の喪失が検出
されたときには、制御装置３２からの指令により並列電
力変換器１８の電力変換動作を一旦停止させる。その
後、系統電圧が通常の電圧まで復電したあとは、制御装
置３２からの指令により並列電力変換器１８を再起動し
て直流電圧を一定に維持する制御を行う。

【００５４】本実施形態によれば、系統側あるいは負荷
側のいずれかの電圧が０近くなる場合の運転に対応し、
且つ、通常状態に復旧する電力変換システムで、特に系
統電圧が短絡に喪失した場合でも運転を継続することが
できる。

【００５５】次に、エネルギー要素３０の他の実施形態
を図９にしたがって説明する。本実施形態におけるエネ
ルギー要素３０は、コンデンサや電池などで構成される
エネルギー蓄積要素３０ａ、３０ｂを複数個備えている
とともに、各エネルギー蓄積要素３０ａ、３０ｂを直接
または並列接続するための切替回路４２ａ、４２ｂを備
えて構成されている。

【００５６】系統電圧の喪失が生じた場合、並列電力変
換器１８の電力変換動作を停止し、負荷電圧を直列電力
変換器２８の出力電圧によって維持する制御が行われ
る。この場合、直流回路の電圧としては、直列電力変換
器２８の交流側の出力電圧よりも高い電圧が必要になる
場合がある。例えば、直列電力変換器２８を、図２に示
すように、トランジスタを用いて構成した場合、直列電
力変換器２８の交流出力電圧は、トランジスタを用いて
直流回路の正負の電圧を切替て出力されるため、得られ
る最大電圧は直流電圧に依存する。したがって、系統電
圧喪失時など直列電力変換器２８の出力電圧として高い
電圧を必要とするときに、切替回路４２ａ、４２ｂの切
替により、エネルギー蓄積要素３０ａ、３０ｂを並列接
続から直列接続に切替ることで、エネルギー蓄積要素３
０から直列電力変換器２８の直流側に高い電圧を供給す
ることができる。

【００５７】次に、本発明の第４実施形態を図１０にし
たがって説明する。本実施形態は、電力変換システム１
０を系統電圧喪失補償用あるいは誘導電動機始動用のシ
ステムに用いるために、図８に示す電力変換システム１
０から、遮断器２０、短絡スイッチ２２、直列変圧器２
４を取り除き、直列電力変換器２８の交流側を直接負荷
１４に接続し、補助短絡スイッチ３８を通常時には投入
するようにしたものであり、他の構成は図８のものと同
様である。

【００５８】本実施形態における制御装置３２は、負荷
１４への給電時に補助短絡スイッチ３８を投入し、電力
系統の電圧喪失時には補助短絡スイッチ３８を開放し、
系統復電時には系統電圧と負荷電圧を基に系統電圧の電
圧に同期させて補助短絡スイッチ３８を投入するスイッ
チ投入制御手段として機能するようになっている。な
お、本実施形態においては、直列電力変換器２８の出力
電圧は負荷１４の定格電圧相当に調整する必要がある。

【００５９】系統電圧喪失時には、いかに早く短絡スイ
ッチ２２を短絡するかあるいはその短絡のタイミングと
遮断器２０の開放のタイミングをどのように整合させる
かである。この難しさは、直列電力変換器２８が直列変
圧器２４を介して負荷１４に接続されていることに起因
する。

【００６０】この難しさを解消するために、本実施形態
においては、直列変圧器２４を省略し、直列電力変換器
２８を負荷１４に直接接続することとしており、電力変
換システム１０を系統電圧喪失補償用あるいは誘導電動
機始動用システムに用いることができる。

【００６１】次に、本発明の第５実施形態を図１１にし
たがって説明する。本実施形態は、図８に示す電力変換
システム１０から、並列変圧器１６、並列電力変換器１
８、遮断器２０、短絡スイッチ２２、直列変圧器２４を
取り除き、直列電力変換器２８の交流側を直接負荷１４
に接続し、補助短絡スイッチ３８を通常は閉じるように
したものである。

【００６２】本実施形態における制御装置３２は、負荷
１４への給電時に補助短絡スイッチ３８を投入し、不足
電圧継電器４０によって系統電圧の喪失が検出されたと
きには補助短絡スイッチ３８を開放するスイッチ投入制
御手段として機能することになる。

【００６３】本実施形態によれば、系統電圧喪失補償用
のシステムに特化するならば、直列電力変換器２８に対
するエネルギーの蓄積をエネルギー蓄積要素３０によっ
て行えば良いため、並列電力変換器１８を取り除くこと
ができる。また通常時は補助短絡スイッチ３８を介して
負荷１４に給電されるため、直列電力変換器２８が扱う
電力はエネルギー蓄積要素３０の損失を補う分だけとな
る。

【００６４】本実施形態によれば、系統側あるいは負荷
側のいずれかの電圧が０近くなる場合の運転に対応し、
且つ通常状態に復旧する電力変換システムで、特に、系
統電圧が短絡による喪失した場合でも運転を継続するこ
とができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
系統側が短絡した場合、あるいは系統電圧が喪失した場
合でも、系統側あるいは負荷側のいずれかの電圧が０近
くになった場合の運転に対応することができるととも
に、エネルギー蓄積要素のエネルギーが持続する間、負
荷に給電することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す電力変換システム
のブロック構成図である。

【図２】電力変換器の回路構成図である。

【図３】直列変圧器の回路構成図である。

【図４】図１に示すシステムの負荷電圧を０近辺に制御
するときの作用を説明するためのタイムチャートであ
る。

【図５】図１に示すシステムの系統電圧喪失時における
作用を説明するためのタイムチャートである。

【図６】本発明の第２実施形態を示す電力変換システム
のブロック構成図である。

【図７】図６に示すシステムの作用を説明するためのタ
イムチャートである。

【図８】本発明の第３実施形態を示す電力変換システム
のブロック構成図である。

【図９】エネルギー蓄積要素の他の実施形態を示す回路
構成図である。

【図１０】本発明の第４実施形態を示す電力変換システ
ムのブロック構成図である。

【図１１】本発明の第５実施形態を示す電力変換システ
ムのブロック構成図である。

【符号の説明】

１０電力変換システム１２電力系統１４負荷１６並列変圧器１８並列電力変換器２０遮断器２２短絡スイッチ２４直列変圧器２６計器用変圧器２８直列電力変換器３０エネルギー蓄積要素３２制御装置３４負荷電圧指令設定器３６計器用変圧器３８補助短絡スイッチ４０不足電圧継電器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統に並列接続された並列変圧器
と、前記並列変圧器に接続されて電力を変換する並列電
力変換器と、前記電力系統と負荷とを結ぶ回路に挿入さ
れて前記電力系統に直列接続された直列変圧器と、前記
直列変圧器に接続されて電力を変換する直列電力変換器
と、前記並列電力変換器と前記直列電力変換器の直流出
力側において直流エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積
要素と、前記電力系統と前記直列変圧器とを結ぶ回路に
挿入されて前記回路を開閉する遮断器と、前記直列変圧
器の３相巻線のうち前記電力系統に接続された一次側巻
線の各相の電力系統側を互いに短絡する短絡スイッチと
を備えてなる電力変換システム。
【請求項２】請求項１に記載の電力変換システムにお
いて、前記直列変圧器は、オープンデルタの変圧器とし
て構成され、前記短絡スイッチにより各相の一次側巻線
が短絡されたときに、デルタ−スター結線の変圧器とし
て機能してなることを特徴とする電力変換システム。
【請求項３】請求項１または２に記載の電力変換シス
テムにおいて、前記遮断器と前記直列変圧器を迂回し前
記電力系統と前記負荷とを結ぶ回路を開閉する補助短絡
スイッチと、前記電力系統の電圧を検出する系統電圧検
出器と、前記負荷の電圧を検出する負荷電圧検出器と、
系統復電時に前記系統電圧検出器の検出出力と前記負荷
電圧検出器の検出電圧を基に前記電力系統の電圧に同期
させて前記補助短絡スイッチを投入するスイッチ投入制
御手段とを備えてなることを特徴とする電力変換システ
ム。
【請求項４】請求項１、２または３のうちいずれか１
項に記載の電力変換システムにおいて、前記電力系統の
電圧を検出する系統電圧検出器と、前記系統電圧検出器
により前記電力系統の電圧が設定電圧より低下したこと
が検出されたときに前記並列電力変換器の電力変換動作
を停止させ、その後、前記系統電圧検出器により前記電
力系統の電圧が設定電圧まで回復したことが検出された
ときには前記並列電力変換器を再起動させる電力変換器
制御手段とを備えてなることを特徴とする電力変換シス
テム。
【請求項５】請求項１、２、３または４のうちいずれ
か１項に記載の電力変換システムにおいて、前記エネル
ギー蓄積要素を複数個備えているとともに、前記複数個
のエネルギー蓄積要素を直列または並列接続する切り替
え回路を備えてなることを特徴とする電力変換システ
ム。
【請求項６】電力系統に並列接続された並列変圧器
と、前記並列変圧器に接続されて電力を変換する並列電
力変換器と、前記電力系統に直列に接続された負荷に接
続されて電力を変換する直列電力変換器と、前記並列電
力変換器と前記直列電力変換器の直流出力側において直
流エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積要素と、前記電
力系統と前記負荷とを結ぶ回路を開閉する補助短絡スイ
ッチと、前記電力系統の電圧を検出する系統電圧検出器
と、前記負荷の電圧を検出する負荷電圧検出器と、前記
負荷への給電時に前記補助短絡スイッチを投入し、前記
系統電圧検出器により前記電力系統の電圧喪失が検出さ
れたときには、前記補助短絡スイッチを開放し、系統復
電時に前記系統電圧検出器の検出出力と前記負荷電圧検
出器の検出電圧を基に前記電力系統の電圧に同期させて
前記補助短絡スイッチを投入するスイッチ投入制御手段
とを備えてなる電力変換システム。
【請求項７】電力系統と負荷とを結ぶ回路を開閉する
補助短絡スイッチと、前記電力系統に前記補助短絡スイ
ッチを介して直列に接続された負荷に接続されて電力を
変換する直列電力変換器と、前記直列電力変換器の直流
出力側において直流エネルギーを蓄積するエネルギー蓄
積要素と、前記電力系統の電圧を検出する系統電圧検出
器と、前記負荷への給電時に前記補助短絡スイッチを投
入し、前記系統電圧検出器により前記電力系統の電圧喪
失が検出されたときには、前記補助短絡スイッチを開放
するスイッチ投入制御手段とを備えてなる電力変換シス
テム。