JP2003274559A - 電圧変動補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力系統の各相に直列に接続した各相電圧補
償回路から、各相に備えたコンデンサの電圧を出力して
系統電圧の瞬低時の電圧変動を補償する電圧変動補償装
置において、各相のコンデンサのエネルギを均等に利用
して効率的な電圧補償を行う。 【解決手段】 電力系統の電圧変動時に、各相の出力電
圧を正常電圧に補償するための各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖ
tcに、それぞれ同じ重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して演
算された各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを上記各相電圧
補償回路１１０から出力して、線間電圧の電圧変動を抑
える。また、重畳電圧ベクトルＶ0は各相電圧補償回路
１１０からの出力エネルギが概均等となるように決定す
る。

Description

【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。従来の電圧変動補
償装置の概略構成図を図１２に示す。図に示すように、
送電線１からの電力は、変圧器２により降圧されて、電
圧変動補償装置を介して需要家３（負荷）に接続され、
電力が供給される。電圧変動補償装置は、直流電源４、
インバータ５、平滑フィルタ６および大容量トランス７
で構成される。このような従来の電圧変動補償装置にお
ける、系統電圧の瞬時低下時（以下、瞬低時と称す）の
電圧補償動作について以下に示す。図１３は、系統電圧
の瞬低時の、系統電圧、電圧変動補償装置の補償電圧出
力、および需要家３に供給される電圧をそれぞれ示した
ものである。図に示すように、系統電圧に瞬時的に電圧
低下が発生すると、電圧変動を監視している検出部（図
示せず）にて電圧低下を検出し、それに基づく給電制御
により、電圧変動補償装置では、直流電源４とインバー
タ５とで交流電圧を発生させて、平滑フィルタ６と大容
量のトランス７を介して電力系統に直列に接続すること
により、電力系統の電圧低下を補償する。これにより、
需要家３には、電圧低下した系統電圧に電圧変動補償装
置から出力される補償電圧が加算されてほぼ正常な電圧
で電力が供給される。

【０００３】上記のような電圧変動補償装置は、トラン
ス７を介して電力系統に接続されるものであるが、近
年、直列接続された複数個の電圧補償サブ回路で構成さ
れる電圧変動補償装置を直接電力系統に直列に接続する
ものが開発されており、図１４に基づいて以下に説明す
る。図１４に示すように、送電線１からの電力は、変圧
器２により降圧されて、電圧変動補償装置１００を介し
て需要家３（負荷）に接続され、電力が供給される。電
圧変動補償装置１００は、図に示すように、複数の電圧
補償ユニット１５と制御回路１６とで構成され、正負い
ずれかの極性で補償電圧を出力する電圧補償サブ回路Ｐ
Ｎ１、ＰＮ２、ＰＮ３が電力系統に直列に接続される。
各電圧補償ユニット１５には、ダイオードが逆並列に接
続された４個の半導体スイッチング素子９ｓｗ１１〜９
ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓ
ｗ３４から成るフルブリッジインバータ、およびエネル
ギ蓄積手段としての充電コンデンサ１０ｐｎ１〜１０ｐ
ｎ３で構成される各電圧補償サブ回路ＰＮ（ＰＮ１、Ｐ
Ｎ２、ＰＮ３）と、充電コンデンサ１０（１０ｐｎ１〜
１０ｐｎ３）を充電するための充電ダイオード１１と充
電用トランス１４の２次巻線１３とが備えられる。ま
た、充電コンデンサ１０の充電電圧Ｖ１〜Ｖ３は、半導
体スイッチング素子９（９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓ
ｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４）のオン
／オフ制御により正負いずれかの極性で電力系統に接続
される。また、各電圧補償サブ回路ＰＮの出力端には、
各電圧補償サブ回路ＰＮと並列に高速機械式の定常短絡
スイッチ８が設けられる。充電コンデンサ１０は充電ダ
イオード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３によ
ってそれぞれ異なる電圧が充電され、充電用トランス１
次巻線１２は、電力系統と接続される。各電圧補償サブ
回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内の充電コンデンサ１０に
充電される電圧の比は概ね２のべき乗比に設定されてい
る。つまり、以下の関係を満足させる。 Ｖ３＝２×Ｖ２＝２×２×Ｖ１

【０００４】定常短絡スイッチ８および各半導体スイッ
チング素子９は制御回路１６に接続される。この制御回
路１６の構成および動作について、図１５に基づいて以
下に説明する。図１５に示すように、系統電圧は制御回
路１６に入力され、設定電圧２０と比較される。このと
き設定電圧２０は、正常時の系統電圧とする。両者の差
を誤差増幅器２１にて増幅し、さらに絶対値変換を施し
た後、Ａ/Ｄコンバータ２２にて３ビットのデジタル信
号（Ｄ１〜Ｄ３）に変換する。系統電圧と設定電圧２０
との差が、充電コンデンサ１０ｐｎ１の充電電圧Ｖ１と
等しくなったとき、Ａ/Ｄコンバータ２２からの出力信
号における最下位ビットＤ１のみが１、即ち゛００１゛
となるよう、また、同様に゛０１０゛・・・゛１１１゛
の場合も、充電コンデンサ１０の充電電圧の組み合わせ
と等しくなるように誤差増幅器２１のゲインは予め調整
しておく。Ｄ１〜Ｄ３の信号のいずれかが１となると、
ＮＯＲ回路２３を通して、信号ｚ（＝０）により定常短
絡スイッチ８をオフする。一方、電圧瞬低制御回路１６
に入力された系統電圧は、極性判定回路２４にも入力さ
れ、極性が判定される。２５は、各電圧補償サブ回路Ｐ
Ｎのインバータの駆動信号を発生する駆動信号発生器
で、系統電圧の極性が正・負の場合に応じて、デジタル
信号Ｄ１〜Ｄ３にてアクテイブとなる信号ｇ１１〜ｇ１
４、ｇ２１〜ｇ２４、ｇ３１〜ｇ３４を選択する。

【０００５】例えば、図１４で示す電圧補償サブ回路Ｐ
Ｎ１においては、最下位ビットＤ１＝１のときに、系統
電圧の極性が正の場合、スイッチング素子９ｓｗ１１、
９ｓｗ１４をオンし、スイッチング素子９ｓｗ１２、９
ｓｗ１３をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を正極性
で出力する。また系統電圧の極性が負の場合、スイッチ
ング素子９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオンし、スイッチン
グ素子９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオフすることにより、
充電電圧Ｖ１を負極性で出力する。またＤ１＝０のと
き、スイッチング素子９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、のうち
上アーム側９ｓｗ１２、９ｓｗ１４あるいは下アーム側
９ｓｗ１１、９ｓｗ１３のどちらか一方をオン状態とし
他方をオフ状態として出力端を短絡し、電圧補償サブ回
路ＰＮ１からの出力をほぼゼロとする。通常時、即ちデ
ジタル信号Ｄ１〜Ｄ３が全て０の時は、定常短絡スイッ
チ８はオン状態で、電流は定常短絡スイッチ８を流れ
る。また電力系統の電圧低下時には、誤差電圧に応じて
発生されたデジタル信号Ｄ１〜Ｄ３によって選択された
各電圧補償回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３において、補償
電圧が出力される。これらの出力は、系統にて組み合わ
され、゛０００゛〜゛１１１゛の８階調の電圧出力を発
生することができ、最大の補償電圧は、７×Ｖ１とな
る。

【０００６】このような従来の電圧変動補償装置１００
は、複数の電圧補償サブ回路ＰＮ１〜ＰＮ３を備えて補
償電圧を階調制御により出力するため、系統電圧の瞬低
時における高精度な電圧補償が可能であり、また直接系
統電圧に接続するため装置全体が安価で小型に構成でき
るものである。上記従来の電圧変動補償装置１００の動
作は、系統電圧の１相のみについて説明したが、実際に
は図１６に示すように、３相交流（ａ相、ｂ相、ｃ相）
のそれぞれの相について、コンデンサ１０ａ、１０ｂ、
１０ｃを備えた電圧変動補償装置１００ａ、１００ｂ、
１００ｃを直列に接続して独立に電圧変動を補償してい
る。なお、トランス７を介して電力系統に接続される従
来の電圧変動補償装置についても同様に、各相にそれぞ
れ電圧変動補償装置を備えて独立に電圧変動を補償して
いる。

【０００７】

【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、以上のように系統電圧の各相をそれぞれ独立に補
償しており、図１７のフローチャートに示すように、系
統電圧の変動を検出すると（ｓ１）、各相（ａ相、ｂ
相、ｃ相）にそれぞれ必要な補償電圧（Ｖta、Ｖtb、Ｖ
tc）を演算し、それらが各相の出力可能な電圧、即ちコ
ンデンサの電圧（Ｖa、Ｖb、Ｖc）以下の時（ｓ２）、
各相に補償電圧（Ｖta、Ｖtb、Ｖtc）を出力する（ｓ
３）。ｓ２において、必要な補償電圧がコンデンサの電
圧を越える相が存在すると、電圧変動に対する補償が不
可能となる（ｓ４）。このように、電圧変動補償装置が
出力可能な補償電圧が、必要補償電圧に満たない相が１
相でもあると補償不可となるため、コンデンサの電圧低
下が最も大きい相で補償可能時間が決定され、他の相の
エネルギを有効利用できず補償不可に陥りやすいという
問題点があった。

【０００８】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、電圧系統の各相の電圧
変動を補償する電圧変動補償装置において、各相のエネ
ルギ蓄積手段のエネルギを全体として有効利用し、出力
可能な補償電圧が必要補償電圧に満たない相が存在して
も、継続して電圧補償できることを目的とする。

【０００９】

【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変動
の監視、およびそれに基づく給電制御を行う制御部と、
該電力系統の各相にそれぞれ直列に接続し、エネルギ蓄
積手段に蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する
各相電圧補償回路とを備えて、負荷に供給される電圧変
動を抑える装置構成であって、上記電力系統の電圧変動
時に、各相の出力電圧を正常電圧に補償するための各相
電圧に、それぞれ同じ出力電圧ベクトルを重畳して演算
された各相補償電圧を上記各相電圧補償回路から出力し
て、上記電力系統における線間電圧の電圧変動を抑える
ものである。

【００１０】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、各相電圧補償回路
は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電
圧を出力し、該各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧
ベクトルを、上記各相電圧補償回路からの出力エネルギ
が概均等となるように決定するものである。

【００１１】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において、各相電圧補償回路
は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電
圧を出力し、該各相補償電圧の大きさが概均等となるよ
うに、重畳する出力電圧ベクトルを決定するものであ
る。

【００１２】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において、各相電圧補償回路
は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電
圧を出力し、該各エネルギ蓄積手段をコンデンサで構成
して該各エネルギ蓄積手段の電圧検出手段を備え、上記
各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上
記各エネルギ蓄積手段の検出電圧の差を無くすように決
定するものである。

【００１３】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４において、各エネルギ蓄積手段
の検出電圧の平均値を算出し、該平均値に基づいて上記
各エネルギ蓄積手段の検出電圧の許容範囲を設定し、各
相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルは、上記
許容範囲を越えた相に偏向するように決定するものであ
る。

【００１４】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において、エネルギ蓄積手段
は、複数相の電圧補償回路で共用とするものである。

【００１５】またこの発明に係る請求項７記載の電圧変
動補償装置は、請求項１または６において、各相電圧補
償回路の異常を検出する手段を備え、各相補償電圧演算
時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記手段により異常
検出された電圧補償回路からの補償電圧出力を０とする
ように決定するものである。

【００１６】またこの発明に係る請求項８記載の電圧変
動補償装置は、請求項１において、各相電圧補償回路
は、共用のエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力
し、該エネルギ蓄積手段をコンデンサで構成して該エネ
ルギ蓄積手段の電圧検出手段を備え、電力系統の電圧変
動時に、各相の出力電圧を正常電圧に補償するための各
相電圧が上記エネルギ蓄積手段の検出電圧以下の場合、
重畳する出力電圧ベクトルを０ベクトルとし、該検出電
圧を超える相がある場合、上記各相補償電圧が該検出電
圧以下となるように上記重畳する出力電圧ベクトルを決
定するものである。

【００１７】またこの発明に係る請求項９記載の電圧変
動補償装置は、請求項２〜５のいずれかにおいて、電力
系統の各相にそれぞれ直列に接続される各相電圧補償回
路は、それぞれ異なる電圧が蓄積されてエネルギ蓄積手
段を構成するエネルギ蓄積部を備え該エネルギ蓄積部に
蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する複数の電
圧補償サブ回路を直列に接続して構成され、上記複数の
電圧補償サブ回路内の上記エネルギ蓄積部にそれぞれ蓄
積される異なる電圧の絶対値を、最も小さい電圧（絶対
値）に対して概２^Ｋ倍（Ｋ＝０、１、２、・・・）と
し、上記電圧補償サブ回路をバイパスするための高速機
械式の短絡スイッチを、１つもしくは直列接続された複
数の上記電圧補償サブ回路の出力端毎に備えて、各相補
償電圧出力時には、各相における上記複数の電圧補償サ
ブ回路の中から所望の組み合わせを選択し、その出力電
圧の総和で上記電力系統における線間電圧の電圧変動を
抑えるものである。

【００１８】

【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２００の概略構成図で
ある。図１（ａ）に示すように、送電線１からの電力
は、変圧器２により降圧されて、電圧変動補償装置２０
０を介して需要家３（負荷）に接続され、電力が供給さ
れる。電圧変動補償装置２００は図１（ｂ）に示すよう
に、３相交流（ａ相、ｂ相、ｃ相）のそれぞれの相につ
いて、エネルギ蓄積手段としてのコンデンサ１０ａ、１
０ｂ、１０ｃを備えた各相電圧補償回路１１０ａ、１１
０ｂ、１１０ｃを直列に接続し、制御部として全相で共
通の制御回路３０を備えて、この制御回路３０からの指
令により、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１
０ｃから各相に補償電圧を出力して電圧変動を補償す
る。

【００１９】各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１
１０ｃの詳細な構成は図２に基づいて以下に説明する。
図２に示すように、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０
ｂ、１１０ｃは、複数（この場合３個）の電圧補償ユニ
ット１５で構成され、正負いずれかの極性で補償電圧を
出力する電圧補償サブ回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３が電
力系統に直列に接続される。各電圧補償ユニット１５に
は、ダイオードが逆並列に接続された４個のＩＧＢＴ９
ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ２１〜９ｓｗ２４、９ｓ
ｗ３１〜９ｓｗ３４から成るフルブリッジインバータ、
およびエネルギ蓄積手段としての充電コンデンサ１０ｐ
ｎ１〜１０ｐｎ３で構成される各電圧補償サブ回路ＰＮ
（ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３）と、充電コンデンサ１０
（１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３）を充電するための充電ダイ
オード１１と充電用トランス１４の２次巻線１３とが備
えられる。また、充電コンデンサ１０の充電電圧Ｖ１〜
Ｖ３は、ＩＧＢＴ９（９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、９ｓｗ
２１〜９ｓｗ２４、９ｓｗ３１〜９ｓｗ３４）のオン／
オフ制御により正負いずれかの極性で電力系統に接続さ
れる。充電コンデンサ１０（１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３）
は、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが
備える各コンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ（図１参
照）を詳細に示したものである。

【００２０】また、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０
ｂ、１１０ｃの出力端には、並列に高速機械式の定常短
絡スイッチ８が設けられる。なお、この定常短絡スイッ
チ８は、各電圧補償サブ回路ＰＮと並列に複数個設けて
も良く、１つあるいは直列接続された複数の電圧補償サ
ブ回路ＰＮの出力端毎に設けられていれば良い。また、
フルブリッジインバータはＩＧＢＴ９以外の自己消弧型
半導体スイッチング素子で構成しても良い。充電コンデ
ンサ１０は充電ダイオード１１と充電用トランス１４の
２次巻線１３によってそれぞれ異なる電圧が充電され、
充電用トランス１次巻線１２は、電力系統と接続され
る。各電圧補償サブ回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３内の充
電コンデンサ１０に充電される電圧の比は概ね２のべき
乗比に設定されている。つまり、以下の関係を満足させ
る。 Ｖ３＝２×Ｖ２＝２×２×Ｖ１

【００２１】各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１
１０ｃの定常短絡スイッチ８および各半導体スイッチン
グ素子９は制御回路３０に接続され、制御回路３０から
の指令信号ｚ，ｇ１１〜ｇ１４，ｇ２１ｇ〜２４，ｇ３
１〜ｇ３４により動作する。この制御回路３０の構成お
よび動作について、図３に基づいて以下に説明する。図
３に示すように、電力系統の各相の電流をモニタして観
測される系統電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、系統電流Ｉｘ、Ｉ
ｙ、Ｉｚはそれぞれ制御回路３０に入力され、補償電圧
算出部３３において、系統電圧Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、系統
電流Ｉｘ、Ｉｙ、Ｉｚと、各相の設定電圧３１、設定電
流３２とに基づいて、各線間電圧の電圧変動を補償する
ように各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する。こ
のとき設定電圧３１、設定電流３２は、正常時の系統電
圧および系統電流とする。上記各相の補償電圧Ｖia、Ｖ
ib、Ｖicの算出は、補償電圧算出部３３内の重畳電圧算
出部３４で算出される全相に共通の重畳電圧ベクトルＶ
0を重畳してなされるもので、以下に詳述する。

【００２２】図４は、電力系統の各相の電圧、電流をベ
クトル図で示したもので、図４（ａ）に、正常時の各相
の電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖnc（以下、正常電圧ベク
トルと称す）、電流ベクトルＩna、Ｉnb、Ｉnc（以下、
正常電流ベクトルと称す）、および瞬低による電圧変動
時の各相の電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖsc（以下、瞬低
電圧ベクトルと称す）を示す。なお、θsa、θsb、θsc
は電圧変動時の瞬低電圧ベクトルと正常電流ベクトルと
の位相差を表している。図４（ｂ）に示すように、各相
の瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベクト
ルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電圧Ｖna−Ｖ
sa、Ｖnb−Ｖsb、Ｖnc−Ｖsc（以下、Ｖta、Ｖtb、Ｖtc
と表す）に、それぞれ同じ出力電圧ベクトルである重畳
電圧ベクトルＶ0を重畳（加算）して、図４（ｃ）に示
すように、各相の補償電圧である各相補償電圧ベクトル
Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する。このとき、重畳電圧ベク
トルＶ0は、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１
１０ｃにおける補償電圧出力時の出力エネルギが概均等
になるように重畳電圧算出部３４にて算出され、この算
出方法の詳細については、後述する。このように、各相
の電圧変動によって変動した線間電圧を、概均等の出力
エネルギで補償するように、重畳電圧ベクトルＶ0を重
畳して各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する。

【００２３】各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicが算出さ
れると、図３に示すように、増幅回路３５にて増幅し、
さらに絶対値変換を施した後、Ａ/Ｄコンバータ３６に
て各相毎に３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ３）に変
換する。各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicの大きさが、
充電コンデンサ１０ｐｎ１の充電電圧Ｖ１と等しくなっ
たとき、Ａ/Ｄコンバータ３６からの出力信号における
最下位ビットＤ１のみが１、即ち゛００１゛となるよ
う、また、同様に゛０１０゛・・・゛１１１゛の場合
も、充電コンデンサ１０の充電電圧の組み合わせと等し
くなるように増幅回路３５のゲインは予め調整してお
く。Ｄ１〜Ｄ３の信号のいずれかが１となると、ＮＯＲ
回路３７を通して、信号ｚ（＝０）により各相電圧補償
回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの定常短絡スイッチ
８を全てオフする。なお、ＮＯＲ回路３７は各相毎に複
数個（この場合３個み）備えても良く、その場合、対応
する電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの定常
短絡スイッチ８に対して信号ｚを出力する。

【００２４】一方、算出された各相の補償電圧Ｖia、Ｖ
ib、Ｖicは、極性判定回路３８にも入力され、極性が判
定される。３９ａ、３９ｂ、３９ｃは、各相電圧補償回
路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに対して駆動信号ｇ
ａ、ｇｂ、ｇｃを発生する駆動信号発生器であり、この
各相の駆動信号ｇａ、ｇｂ、ｇｃは、各相電圧補償回路
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ内の複数個の電圧補償サ
ブ回路ＰＮのインバータの１２種の駆動信号ｇ１１〜ｇ
１４，ｇ２１〜ｇ２４，ｇ３１〜ｇ３４でそれぞれ構成
される。この駆動信号発生器３９ａ、３９ｂ、３９ｃに
より、各相の補償電圧Ｖｉａ、Ｖｉｂ、Ｖｉｃの極性が
正・負の場合に応じて、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３にてア
クテイブとなる信号を選択し、各相電圧補償回路１１０
ａ、１１０ｂ、１１０ｃに対し、駆動信号ｇａ、ｇｂ、
ｇｃを発生する。

【００２５】例えば、図２で示す各相電圧補償回路１１
０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ内の電圧補償サブ回路ＰＮ１
においては、最下位ビットＤ１＝１のときに、系統電圧
の極性が正の場合、スイッチング素子９ｓｗ１１、９ｓ
ｗ１４をオンし、スイッチング素子９ｓｗ１２、９ｓｗ
１３をオフすることにより、充電電圧Ｖ１を正極性で出
力する。また系統電圧の極性が負の場合、スイッチング
素子９ｓｗ１２、９ｓｗ１３をオンし、スイッチング素
子９ｓｗ１１、９ｓｗ１４をオフすることにより、充電
電圧Ｖ１を負極性で出力する。またＤ１＝０のとき、ス
イッチング素子９ｓｗ１１〜９ｓｗ１４、のうち上アー
ム側９ｓｗ１２、９ｓｗ１４あるいは下アーム側９ｓｗ
１１、９ｓｗ１３のどちらか一方をオン状態とし他方を
オフ状態として出力端を短絡し、電圧補償サブ回路ＰＮ
１からの出力をほぼゼロとする。他の電圧補償サブ回路
ＰＮ２、ＰＮ３からの出力も、対応するビットのデジタ
ル信号Ｄ２、Ｄ３に応じて同様に行われ、即ち、各相電
圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ内において、
デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３によって選択された各補償サブ
回路ＰＮ１、ＰＮ２、ＰＮ３から補償電圧が出力され
る。これらの出力は、系統にて組み合わされ、゛０００
゛〜゛１１１゛の８階調の電圧出力を各相で発生するこ
とができ、最大の補償電圧は、７×Ｖ１となる。

【００２６】次に、重畳電圧ベクトルＶ0の算出方法の
詳細について説明する。この重畳電圧ベクトルＶ0は、
上述したように、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０
ｂ、１１０ｃにおける補償電圧出力時の出力エネルギが
概均等になるように重畳電圧算出部３４にて算出され
る。図４を用いて説明したように、各相補償電圧ベクト
ルＶia、Ｖib、Ｖicは、各相の瞬低電圧ベクトルＶsa、
Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償
するための各相電圧に、それぞれ同じ出力電圧ベクトル
である重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して、以下の式
（１）（２）（３）のように表される。

【００２７】

【数１】

【００２８】この時、各相電圧補償回路１１０ａ、１１
０ｂ、１１０ｃの出力エネルギＰia、Ｐib、Ｐicは、

【数２】 となる。なお、・は内積を表している。

【００２９】正常時の系統電圧、系統電流はほぼ三相平
衡状態であり、即ち正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖnc
は１２０°づつ位相が異なっており、|Ｖna|＝|Ｖnb|＝
|Ｖnc|＝|Ｖn|、また正常電流ベクトルＩna、Ｉnb、Ｉn
cも１２０°づつ位相が異なっており、|Ｉna|＝|Ｉnb|
＝|Ｉnc|＝|Ｉn|である。このため、任意の定数ｋを使
って、

【数３】 とおくと、

【００３０】式（４）（５）（６）は、

【数４】 となる。

【００３１】式（８）（９）（１０）において、ｋ＝１
とすることにより、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０
ｂ、１１０ｃの出力エネルギＰia、Ｐib、Ｐicをほぼ均
等にすることができる。即ち、ｋ＝１のときの式（７）
で示すＶ0が、求める重畳電圧ベクトルＶ0である。

【００３２】次に、電圧変動補償装置２００全体の動作
について、図５のフローチャートに基づいて、以下に説
明する。制御部３０では、系統電圧変動を監視し（ｔ
１）、通常時（電圧変動が無い時）には、各相のデジタ
ル信号Ｄ１〜Ｄ３は全て０であり、定常短絡スイッチ８
はオン状態で、系統電力は抵抗の小さい定常短絡スイッ
チ８を通して負荷（需要家）３に供給されている。系統
電圧変動が発生すると、各相電圧補償回路１１０ａ、１
１０ｂ、１１０ｃの出力エネルギＰia、Ｐib、Ｐicをほ
ぼ均等にするように重畳電圧ベクトルＶ0を演算し（ｔ
２）、瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベ
クトルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電圧Ｖt
a、Ｖtb、Ｖtcに、それぞれ重畳電圧ベクトルＶ0を重畳
して、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する（ｔ
３）。算出された各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicによる
電圧が、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０
ｃの出力可能な電圧、即ち各相におけるコンデンサ電圧
の総和Ｖa、Ｖb、Ｖc以下の時（ｔ４）、各相電圧補償
回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから各相補償電圧Ｖ
ia、Ｖib、Ｖicを出力することにより、各相の線間電圧
の変動を補償する（ｔ５）。ｔ４において、各相補償電
圧Ｖia、Ｖib、Ｖicがコンデンサ電圧の総和Ｖa、Ｖb、
Ｖcを越える相が存在すると、電圧変動に対する補償が
不可能となる（ｔ６）。

【００３３】この実施の形態では、各相の電圧補償を行
う際に、同じ重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して各相補償
電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出するため、線間電圧の電圧
変動を補償して負荷３への電力供給の信頼性を保ちつ
つ、出力エネルギの各相のバランスを重畳電圧ベクトル
Ｖ0によって調整することが可能になる。この場合、各
相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの出力エ
ネルギをほぼ均等にするように重畳電圧ベクトルＶ0を
演算したため、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、
１１０ｃが個別に備えるコンデンサ１０ａ、１０ｂ、１
０ｃのエネルギをほぼ均等に利用することができる。こ
のため、各相で偏った電圧変動が発生しても、電圧変動
補償装置２００全体のコンデンサのエネルギを有効利用
でき、その結果電圧変動補償可能時間を延長することが
できる。

【００３４】なお、この実施の形態では、重畳電圧ベク
トルＶ0は、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１
１０ｃにおける補償電圧出力時の出力エネルギが概均等
になるように算出したが、電力系統がほぼ三相平衡状態
であれば、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicの電圧の大き
さが概均等になるように、重畳電圧ベクトルＶ0を算出
しても、出力エネルギは概均等となる。このため、制御
を簡略とするため、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicの電
圧の大きさが概均等になるように、重畳電圧ベクトルＶ
0を算出して用いることも可能である。

【００３５】実施の形態２．次に、この発明の実施の形
態２について説明する。この実施の形態においても、上
記実施の形態１で用いた同様の各相電圧補償回路１１０
ａ、１１０ｂ、１１０ｃを用い、各相の電圧補償を行う
際に、同じ重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して各相補償電
圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出するものであるが、この場
合、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが
個別に備えるコンデンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃにおけ
る電圧の差を無くすように重畳電圧ベクトルＶ0を演算
する。図６は、この実施の形態による電圧変動補償装置
が備える、制御部としての制御回路３０ａの構成を示す
図であり、この制御回路３０ａからの指令により、各相
電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃから各相に
補償電圧を出力して電圧変動を補償する。

【００３６】以下、制御回路３０ａの構成および動作に
ついて説明する。図６に示すように、系統電圧Ｖｘ、Ｖ
ｙ、Ｖｚ、および、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０
ｂ、１１０ｃ内の各コンデンサ１０ｐｎ１〜１０ｐｎ３
の電圧をモニタした値Ｖa1〜Ｖa3、Ｖb1〜Ｖb3、Ｖc1〜
Ｖc3はそれぞれ制御回路３０ａに入力される。入力され
たコンデンサ電圧Ｖa1〜Ｖa3、Ｖb1〜Ｖb3、Ｖc1〜Ｖc3
は、電圧加算部４０で各相ごとにコンデンサ総和電圧Ｖ
a、Ｖb、Ｖcが計算される。これらの各相のコンデンサ
総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcは平均値演算部４１にて全相の
コンデンサ平均電圧Ｖaveが計算される。比較演算部４
２にて各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcと全相
のコンデンサ平均電圧Ｖaveとの差をそれぞれ計算し、
計算結果の差の絶対値が、予め設定されたばらつきの許
容値４３以下であるかを電圧ばらつき判定部４４で判定
する。

【００３７】補償電圧算出部３３ａでは、系統電圧Ｖ
ｘ、Ｖｙ、Ｖｚ、正常時の系統電圧である各相の設定電
圧３１、各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖc、全
相のコンデンサ平均電圧Ｖave、および電圧ばらつき判
定部４４の判定結果に基づいて、各線間電圧の電圧変動
を補償するように各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算
出する。上記各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicの算出
は、図４で説明したように、各相の瞬低電圧ベクトルＶ
sa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncに
補償するための各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtc（Ｖna−Ｖs
a、Ｖnb−Ｖsb、Ｖnc−Ｖsc）に、それぞれ同じ出力電
圧ベクトルである重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して、各
相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する。このとき、
重畳電圧ベクトルＶ0は、各相電圧補償回路１１０ａ、
１１０ｂ、１１０ｃにおけるコンデンサ総和電圧Ｖa、
Ｖb、Ｖcのばらつきを無くすように、補償電圧算出部３
３ａ内の重畳電圧算出部３４ａにて算出され、この算出
方法の詳細については、後述する。

【００３８】各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicが算出さ
れると、増幅回路３５にて増幅し、さらに絶対値変換を
施した後、Ａ/Ｄコンバータ３６にて、上記実施の形態
１と同様に各相毎に３ビットのデジタル信号（Ｄ１〜Ｄ
３）に変換する。ＮＯＲ回路３７ａ、３７ｂ、３７ｃは
各相に対して備えられ、Ｄ１〜Ｄ３の信号のいずれかが
１となると、対応する電圧補償回路１１０ａ、１１０
ｂ、１１０ｃの定常短絡スイッチ８に信号ｚ（＝０）を
出力して定常短絡スイッチ８をオフする。一方、算出さ
れた各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicは、極性判定回路
３８で極性が判定され、上記実施の形態１と同様に、駆
動信号発生器３９ａ、３９ｂ、３９ｃにより、各相の補
償電圧Ｖｉａ、Ｖｉｂ、Ｖｉｃの極性が正・負の場合に
応じて、デジタル信号Ｄ１〜Ｄ３にてアクテイブとなる
信号を選択し、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、
１１０ｃに対し、駆動信号ｇａ、ｇｂ、ｇｃを発生す
る。

【００３９】次に、重畳電圧ベクトルＶ0の算出方法の
詳細について説明する。この重畳電圧ベクトルＶ0は、
上述したように、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０
ｂ、１１０ｃにおけるコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖ
cのばらつきを無くすように重畳電圧算出部３４ａにて
算出され、次の式（１１）で表される。 Ｖ0＝Ｓａ_ｋＶna＋Ｓｂ_ｋＶnb＋Ｓｃ_ｋＶnc （１１） なお、Ｓａ_ｋ、Ｓｂ_ｋ、Ｓｃ_ｋの初期値は、Ｓａ_０＝Ｓ
ｂ_０＝Ｓｃ_０＝０で、その時、Ｖ0＝０となる。電圧ば
らつき判定部４４の判定結果が全相においてＧＯ（許容
値以下）であるとき、重畳電圧ベクトルＶ0＝０とな
り、各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicは、各相の瞬低電
圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベクトルＶna、
Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtc
（Ｖna−Ｖsa、Ｖnb−Ｖsb、Ｖnc−Ｖsc）と等しくな
る。

【００４０】電圧ばらつき判定部４４の判定結果がＮＧ
である相があるとき、即ち、各相のコンデンサ総和電圧
Ｖa、Ｖb、Ｖcと全相のコンデンサ平均電圧Ｖaveとの差
が許容値を越える相が存在するとき、式（１１）におけ
るＳａ_ｋ、Ｓｂ_ｋ、Ｓｃ_ｋの値を、ｋ＝１として以下の
ように更新する。コンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcと
全相のコンデンサ平均電圧Ｖaveとの差が許容値を越え
る相をｉ相（ｉはａ、ｂ、ｃのいずれか１つまたは複
数）とし、ｉ相以外の相をｊ相とすると、 Ｓｉ_１＝Ｓｉ_０＋（Ｖi−Ｖave）／|Ｖn| （１２） Ｓｊ_１＝Ｓｊ_０ （１３） これにより得られるＳａ_１、Ｓｂ_１、Ｓｃ_１の値を用い
て、式（１１）から、重畳電圧ベクトルＶ0を求める。
ここでは、コンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcと全相の
コンデンサ平均電圧Ｖaveとの差が許容値を越える相に
ついて、重畳電圧ベクトルＶ0をシフトさせるもので、
コンデンサ総和電圧が、コンデンサ平均電圧Ｖaveより
も大きい場合は当該相の順方向（＋方向）にシフトさ
せ、コンデンサ平均電圧Ｖaveよりも小さいい場合は当
該相の逆方向（−方向）にシフトさせて、重畳電圧ベク
トルＶ0を求める。

【００４１】次に、演算された重畳電圧ベクトルＶ0を
重畳して各相の補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出し、こ
れらの補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicが各相のコンデンサ総
和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖc以下であれば出力可能であるた
め、演算された重畳電圧ベクトルＶ0は採用される。

【００４２】ここで、算出された補償電圧Ｖia、Ｖib、
Ｖicで各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcを越え
る相があるとき、Ｓａ_ｋ、Ｓｂ_ｋ、Ｓｃ_ｋの値を、ｋ＝
２として以下のように更新する。 Ｓａ_２＝Ｓａ_１−（Ｖia＋Ｖ0−Ｖa）／|Ｖn| （１４） Ｓｂ_２＝Ｓｂ_１−（Ｖib＋Ｖ0−Ｖb）／|Ｖn| （１５） Ｓｃ_２＝Ｓｃ_１−（Ｖic＋Ｖ0−Ｖc）／|Ｖn| （１６） なお、式中のＶ0、Ｖia、Ｖib、Ｖicは、ｋ＝１のとき
のＳａ_１、Ｓｂ_１、Ｓｃ_１の値を用いて、式（１１）か
ら得たＶ0と該Ｖ0を用いて算出した補償電圧Ｖia、Ｖi
b、Ｖicの値である。上記式（１４）（１５）（１６）
で得たＳａ_２、Ｓｂ_２、Ｓｃ_２の値を用いて、式（１
１）から、再度重畳電圧ベクトルＶ0を求める。

【００４３】この実施の形態では、各相電圧補償回路１
１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃのコンデンサ総和電圧Ｖ
a、Ｖb、Ｖcのばらつきを無くすように重畳電圧ベクト
ルＶ0を演算し、この重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して各
相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出する。このため、線
間電圧の電圧変動を補償して負荷３への電力供給の信頼
性を保ちつつ、各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖ
cをほぼ均等に低下させることができる。このため、電
圧変動補償装置２００全体のコンデンサのエネルギを有
効利用でき、その結果電圧変動補償可能時間を延長する
ことができる。

【００４４】実施の形態３．なお、上記実施の形態２で
は、Ｓａ_１、Ｓｂ_１、Ｓｃ_１の値を式（１２）により求
めたが、定数βを用いて以下の式により求めても良い。 Ｓｉ_１＝Ｓｉ_０＋β（Ｖi−Ｖave）／|Ｖi−Ｖave| （１７） 同様に、Ｓａ_２、Ｓｂ_２、Ｓｃ_２の値を式（１４）（１
５）（１６）の代わりに、定数γを用いて以下の式によ
り求めても良い。 Ｓａ_２＝Ｓａ_１−γＳａ_１／|Ｓａ_１| （１８） Ｓｂ_２＝Ｓｂ_１−γＳｂ_１／|Ｓｂ_１| （１９） Ｓｃ_２＝Ｓｃ_１−γＳｃ_１／|Ｓｃ_１| （２０） 上記式（１７）〜（２０）を用いることで、補償電圧の
出力により急激に相電圧が変化することが抑制できて、
電圧変動補償補償装置の誤作動などを防止し、電圧補償
の信頼性が向上する。

【００４５】実施の形態４．また、上記実施の形態２で
は、各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖcにばらつ
きが発生すると、ばらつきを無くすように重畳電圧ベク
トルＶ0を演算したが、各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、
Ｖb、Ｖcが一定値（α）以上の電圧であれば、重畳電圧
ベクトルＶ0を０として重畳させず、上記一定値（α）
よりも電圧が低下した時点で、ばらつきを無くすように
重畳電圧ベクトルＶ0を演算して用いても良い。さらに
また、各相の瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常
電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電
圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtc（Ｖna−Ｖsa、Ｖnb−Ｖsb、Ｖnc−
Ｖsc）が、全て、各相のコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、
Ｖc以下であるときは、重畳電圧ベクトルＶ0を０として
重畳させず、上記各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtcのいずれか
がコンデンサ総和電圧Ｖa、Ｖb、Ｖc以上になった時点
で、上記実施の形態と同様に、ばらつきを無くすように
重畳電圧ベクトルＶ0を演算して用いても良い。

【００４６】実施の形態５．上記実施の形態２で用いた
制御回路３０ａの別例を図７に示す。実施の形態２で
は、比較演算部４２にて各相のコンデンサ総和電圧Ｖ
a、Ｖb、Ｖcと全相のコンデンサ平均電圧Ｖaveとの差を
それぞれ計算し、計算結果の差の絶対値が、予め設定さ
れたばらつきの許容値４３以下であるかを電圧ばらつき
判定部４４で判定した。この実施の形態では、電圧ばら
つき判定部４４ａにおいて、ばらつきの許容値を、平均
値演算部４１で求められた全相のコンデンサ平均電圧Ｖ
aveの所定の定数倍とし、この平均電圧Ｖaveにばらつき
許容値を加算した電圧と各相のコンデンサ総和電圧Ｖ
a、Ｖb、Ｖcとで判定させる。このように、常に一定の
割合で電圧ばらつきを許容することから、許容値の不適
切による制御エラーを起こりにくくすることが出来、ま
た、ばらつきの許容値をコンデンサ平均電圧Ｖaveから
容易に設定できるため、制御回路の構成が簡略化でき
る。

【００４７】上記実施の形態１〜５では、図２に示す各
相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを電力系
統の各相に、直接、直列に接続した電圧変動補償装置に
ついて説明したが、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０
ｂ、１１０ｃは、フルブリッジインバータを用いるもの
に限るものではなく、また、トランスを介して電力系統
の各相に直列に接続するもので、一般的なＰＷＭ制御に
より電圧変動を補償する装置であっても良く、上記実施
の形態１〜５と同様に、重畳電圧ベクトルＶ0を演算
し、この重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して算出する各相
補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを用いて、各相の線間電圧の
変動を補償する。

【００４８】実施の形態６．次に、この発明の実施の形
態６による電圧変動補償装置２１０について、図８に基
づいて説明する。図８に示すように、３相交流（ａ相、
ｂ相、ｃ相）のそれぞれの相について、インバータ回路
５３ａ、５３ｂ、５３ｃを備えた各相電圧補償回路１２
０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを、高調波除去用の平滑フィ
ルタ５２ａ、５２ｂ、５２ｃと大容量のトランス５１
ａ、５１ｂ、５１ｃを介して電力系統に接続する。ま
た、エネルギ蓄積手段として全相で共用するコンデンサ
５４と、制御部として全相で共通の制御回路５０とを備
えて、この制御回路５０からの指令により、各相電圧補
償回路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ内のインバータ回
路５３ａ、５３ｂ、５３ｃを駆動することにより、共用
コンデンサ５４に蓄積された電圧から補償電圧を発生さ
せ、電圧変動を補償する。

【００４９】このように構成される電圧変動補装置２１
０の動作を図９のフローチャートに基づいて、以下に説
明する。制御回路５０では、系統電圧変動を監視し（ｕ
１）、通常時（電圧変動が無い時）には、系統電力はそ
のまま負荷（需要家）３に供給されている。また、共用
コンデンサ５４の電圧Ｖabcをモニタした値を制御回路
５０に入力し、ｕ１において、系統電圧変動が発生する
と、瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscを正常電圧ベク
トルＶna、Ｖnb、Ｖncに補償するための各相電圧Ｖta、
Ｖtb、Ｖtcを演算し、この各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtcが
全てコンデンサ電圧Ｖabc以下の時（ｕ２）、各相電圧
補償回路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃから各相補償電
圧としてＶta、Ｖtb、Ｖtcを出力することにより、各相
の電圧変動を補償する（ｕ３）。ｕ２において、各相電
圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtcでコンデンサ電圧Ｖabcを越える相
が存在するとき、次ステップｕ５において算出する各相
補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicが全てコンデンサ電圧Ｖabc
以下となるように、重畳電圧ベクトルＶ0を演算し（ｕ
４）、上記各相電圧Ｖta、Ｖtb、Ｖtcに、それぞれ重畳
電圧ベクトルＶ0を重畳して、各相補償電圧Ｖia、Ｖi
b、Ｖicを算出する（ｕ５）。次に、各相補償電圧Ｖi
a、Ｖib、Ｖicが全てコンデンサ電圧Ｖabc以下であるか
確認し（ｕ６）、各相電圧補償回路１２０ａ、１２０
ｂ、１２０ｃから各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを出力
することにより、各相の線間電圧の変動を補償する（ｕ
７）。ｕ６において、各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicで
コンデンサ電圧Ｖabcを越える相が存在すると、電圧変
動に対する補償が不可能となる（ｕ８）。

【００５０】このような電圧補償を行う電圧変動補償装
置で、例えば３相のうちの１相（ａ相）だけの電圧が大
きく低下した場合で、補償に必要な相電圧Ｖtaがコンデ
ンサ電圧Ｖabcよりも大きい場合の電圧補償動作につい
て、図１０を用いて説明する。図１０は、電力系統の各
相の電圧をベクトル図で示したもので、図１０（ａ）
に、正常電圧ベクトルＶna、Ｖnb、Ｖncを示す。図１０
（ｂ）に示すように、瞬低による電圧変動により発生す
る瞬低電圧ベクトルＶsa、Ｖsb、Ｖscのうち瞬低電圧ベ
クトルＶsaのみが大きく低下し、瞬低電圧ベクトルＶsa
を正常電圧ベクトルＶnaに補償するための電圧Ｖta（Ｖ
na−Ｖsa）がコンデンサ電圧Ｖabcよりも大きくなった
とする。このため、図１０（ｃ）に示すように、各相補
償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicがコンデンサ電圧Ｖabc以下と
なるように、重畳電圧ベクトルＶ0を決定して、算出さ
れた各相補償電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを各相電圧補償回路
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃから出力する。

【００５１】この実施の形態では、各相の電圧補償を行
う際に、同じ重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して各相補償
電圧Ｖia、Ｖib、Ｖicを算出することにより、単相あた
りの系統電圧変動が電圧変動補償装置２１０の共用コン
デンサ５４の電圧よりも大きい時にも対応して補償する
ことができ、線間電圧の電圧変動を補償して負荷３への
電力供給の信頼性を保ちつつ、電圧変動補償装置２１０
の共用コンデンサ５４のエネルギを有効利用でき、その
結果電圧変動補償可能時間を延長することができる。

【００５２】なお、図９で示した補償動作において、ｕ
３にて、各相補償電圧としてＶta、Ｖtb、Ｖtcを出力し
て各相の電圧変動を補償する補償動作途中に、各相電圧
Ｖta、Ｖtb、Ｖtcでコンデンサ電圧Ｖabcを越えるもの
が生じたとき、それを検出して制御回路５０内の制御を
切り換えることにより、ｕ４からの処理に切り換えるよ
うにすれば、継続して電圧変動補償が行える。

【００５３】また、共用コンデンサ５４は全相で共用す
るものとしたが、複数相で共用させるコンデンサを複数
個備えることも可能である。

【００５４】実施の形態７．上記実施の形態１〜６にお
いて、各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ
（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）の異常を検出する手
段を備え、異常が発生した各相電圧補償回路１１０ａ、
１１０ｂ、１１０ｃ（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）
が出力する補償電圧が０となるように、重畳電圧ベクト
ルＶ0を決定して、その他の各相電圧補償回路１１０
ａ、１１０ｂ、１１０ｃ（１２０ａ、１２０ｂ、１２０
ｃ）が出力する各相補償電圧を算出する。これにより、
いずれかの相の各相電圧補償回路１１０ａ、１１０ｂ、
１１０ｃ（１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）が補償不可
能に陥っても、他の相のみで、線間電圧変動の補償を継
続することが可能となる。

【００５５】実施の形態８．ところで、実際の電力系統
では、図１１で示すように、電力系統は分岐されて、例
えば、電圧変動補償装置２００、２１０を直列に接続し
て負荷３に供給する線間電圧の補償を行う配電線以外
に、電圧補償対象外の需要家に供給される系統６１や、
母線零相電圧検出のための系統が存在し、母線零相電圧
検出器６０や配電線零相電流検出器６２を備えて、母線
零相電圧や配電線零相電流を監視し、地絡保護を行って
いる場合がある。このため、上記各実施の形態により電
圧変動の補償動作を行う際、以下のような対応に留意す
る必要がある。 １．母線零相電圧検出器６０または配電線零相電流検出
器６２の異常検出しきい値以下に収まる範囲で、重畳電
圧ベクトルＶ0を制限するか、または電圧変動補償装置
２００、２１０が動作している時には、母線零相電圧検
出器６１の動作を無視する。 ２．電圧変動補償装置２００、２１０に別途母線零相電
圧検出器を組み込み、重畳電圧ベクトルＶ0を常に母線
零相電圧検出器の動作しきい値以下となるように制御す
る。 ３．重畳電圧ベクトルＶ0を重畳して補償電圧を出力す
る時間を母線零相電圧検出器６０の異常判定タイマーの
動作しきい時間以内となるように制御する。 ４．母線零相電圧検出器６０の動作しきい値を、あらか
じめ電圧変動補償装置２００、２１０内の制御回路３
０、５０に設定しておき、重畳電圧ベクトルＶ0ををこ
の値以下となるように制御する。 ５．母線零相電圧検出器６０の動作ステータス信号によ
り、母線零相電圧検出器６０が動作中には、重畳電圧ベ
クトルＶ0を重畳する制御を行わないようにする。

【００５６】例えば、上記実施の形態２、３において重
畳電圧ベクトルＶ0を演算するためのＳａ_ｋ、Ｓｂ_ｋ、
Ｓｃ_ｋの値に、上限を設定できるようにしておくと、上
述した母線零相電圧や配電線零相電流を監視するための
対応が容易に行える。

【００５７】

【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変動の監視、および
それに基づく給電制御を行う制御部と、該電力系統の各
相にそれぞれ直列に接続し、エネルギ蓄積手段に蓄積さ
れた直流電圧を交流に変換して出力する各相電圧補償回
路とを備えて、負荷に供給される電圧変動を抑える装置
構成であって、上記電力系統の電圧変動時に、各相の出
力電圧を正常電圧に補償するための各相電圧に、それぞ
れ同じ出力電圧ベクトルを重畳して演算された各相補償
電圧を上記各相電圧補償回路から出力して、上記電力系
統における線間電圧の電圧変動を抑えるため、線間電圧
の電圧変動を補償して負荷への電力供給の信頼性を保ち
つつ、出力エネルギの各相のバランスを、重畳する出力
電圧ベクトルによって調整することが可能になる。

【００５８】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、各相電圧補償回路
は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電
圧を出力し、該各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧
ベクトルを、上記各相電圧補償回路からの出力エネルギ
が概均等となるように決定するため、各相のエネルギ蓄
積手段のエネルギをほぼ均等に利用することができ、全
体のエネルギを有効利用できて、電圧変動補償可能時間
を延長することができる。

【００５９】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において、各相電圧補償回路
は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電
圧を出力し、該各相補償電圧の大きさが概均等となるよ
うに、重畳する出力電圧ベクトルを決定するため、各相
のエネルギ蓄積手段のエネルギをほぼ均等に利用するこ
とができ、全体のエネルギを容易に有効利用できて、電
圧変動補償可能時間を延長することができる。

【００６０】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において、各相電圧補償回路
は、それぞれ独立したエネルギ蓄積手段から各相補償電
圧を出力し、該各エネルギ蓄積手段をコンデンサで構成
して該各エネルギ蓄積手段の電圧検出手段を備え、上記
各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上
記各エネルギ蓄積手段の検出電圧の差を無くすように決
定するため、各相のコンデンサ電圧をほぼ均等に低下さ
せることができ、全体のコンデンサのエネルギを有効利
用できて、電圧変動補償可能時間を延長することができ
る。

【００６１】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４において、各エネルギ蓄積手段
の検出電圧の平均値を算出し、該平均値に基づいて上記
各エネルギ蓄積手段の検出電圧の許容範囲を設定し、各
相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルは、上記
許容範囲を越えた相に偏向するように決定するため、補
償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、容易で確
実に、各エネルギ蓄積手段の検出電圧の差を無くすよう
に決定できる。

【００６２】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において、エネルギ蓄積手段
は、複数相の電圧補償回路で共用とするため、共用のエ
ネルギ蓄積手段から各相に出力される出力エネルギの各
相のバランスを、重畳する出力電圧ベクトルによって調
整して、電圧変動補償可能時間を延長する。

【００６３】またこの発明に係る請求項７記載の電圧変
動補償装置は、請求項１または６において、各相電圧補
償回路の異常を検出する手段を備え、各相補償電圧演算
時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記手段により異常
検出された電圧補償回路からの補償電圧出力を０とする
ように決定するため、いずれかの相の各相電圧補償回路
に以上が発生しても、線間電圧変動の補償を継続するこ
とが可能となる。

【００６４】またこの発明に係る請求項８記載の電圧変
動補償装置は、請求項１において、各相電圧補償回路
は、共用のエネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力
し、該エネルギ蓄積手段をコンデンサで構成して該エネ
ルギ蓄積手段の電圧検出手段を備え、電力系統の電圧変
動時に、各相の出力電圧を正常電圧に補償するための各
相電圧が上記エネルギ蓄積手段の検出電圧以下の場合、
重畳する出力電圧ベクトルを０ベクトルとし、該検出電
圧を超える相がある場合、上記各相補償電圧が該検出電
圧以下となるように上記重畳する出力電圧ベクトルを決
定するため、単相あたりの電圧変動が共用のコンデンサ
電圧よりも大きい時にも、線間電圧変動の補償を継続す
ることが可能となり、コンデンサのエネルギを有効利用
できて、電圧変動補償可能時間を延長することができ
る。

【００６５】またこの発明に係る請求項９記載の電圧変
動補償装置は、請求項２〜５のいずれかにおいて、電力
系統の各相にそれぞれ直列に接続される各相電圧補償回
路は、それぞれ異なる電圧が蓄積されてエネルギ蓄積手
段を構成するエネルギ蓄積部を備え該エネルギ蓄積部に
蓄積された直流電圧を交流に変換して出力する複数の電
圧補償サブ回路を直列に接続して構成され、上記複数の
電圧補償サブ回路内の上記エネルギ蓄積部にそれぞれ蓄
積される異なる電圧の絶対値を、最も小さい電圧（絶対
値）に対して概２^Ｋ倍（Ｋ＝０、１、２、・・・）と
し、上記電圧補償サブ回路をバイパスするための高速機
械式の短絡スイッチを、１つもしくは直列接続された複
数の上記電圧補償サブ回路の出力端毎に備えて、各相補
償電圧出力時には、各相における上記複数の電圧補償サ
ブ回路の中から所望の組み合わせを選択し、その出力電
圧の総和で上記電力系統における線間電圧の電圧変動を
抑えるため、安価で小型な装置構成で、全体のエネルギ
を有効利用できる効果的で高精度な電圧補償により、線
間電圧変動の補償が可能となる。

【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
装置の概略構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１による各相電圧補償
回路の構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態１による電圧変動補償
装置の制御回路の構成図である。

【図４】 この発明の実施の形態１による電圧変動補償
装置の動作を説明する電圧、電流のベクトル図である。

【図５】 この発明の実施の形態１による電圧変動補償
装置の動作を示すフローチャートである。

【図６】 この発明の実施の形態２による電圧変動補償
装置の制御回路の構成図である。

【図７】 この発明の実施の形態５による電圧変動補償
装置の制御回路の構成図である。

【図８】 この発明の実施の形態６による電圧変動補償
装置の概略構成図である。

【図９】 この発明の実施の形態６による電圧変動補償
装置の動作を示すフローチャートである。

【図１０】 この発明の実施の形態６による電圧変動補
償装置の動作を説明する電圧のベクトル図である。

【図１１】 この発明の実施の形態８による電圧変動補
償装置の動作を説明する図である。

【図１２】 従来の電圧変動補償装置の概略構成図であ
る。

【図１３】 従来の電圧変動補償装置の動作を説明する
図である。

【図１４】 従来の別例による電圧変動補償装置の構成
図である。

【図１５】 図１４における電圧変動補償装置の制御回
路の構成図である。

【図１６】 従来の電圧変動補償装置による３相交流電
圧補償を示す図である。

【図１７】 従来の電圧変動補償装置による３相交流電
圧補償の動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

３ 負荷、８ 短絡スイッチ、１０，１０ａ，１０ｂ，
１０ｃ エネルギ蓄積手段としてのコンデンサ、３０，
３０ａ 制御部としての制御回路、３１ 正常電圧とし
ての設定電圧、３３，３３ａ 補償電圧算出部、３４，
３４ａ 重畳電圧算出部、３９ａ，３９ｂ，３９ｃ 各
相電圧補償回路駆動制御部、４１ 平均値演算部、４
４，４４ａ 電圧ばらつき判定部、５０ 制御部として
の制御回路、５４ 共用のエネルギ蓄積手段としての共
用コンデンサ、１１０ａ〜１１０ｃ，１２０ａ〜１２０
ｃ 各相電圧補償回路、２００，２１０ 電圧変動補償
装置、ＰＮ１，ＰＮ２，ＰＮ３ 電圧補償サブ回路、Ｖ
0 重畳電圧ベクトル、Ｖia，Ｖib，Ｖic 各相補償電
圧ベクトル、Ｖa1〜Ｖa3，Ｖb1〜Ｖb3，Ｖc1〜Ｖc3 コ
ンデンサ検出電圧、Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ 系統電圧。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩田 明彦 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 鈴木 昭弘 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 菊永 敏之 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 高橋 貢 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 笹尾 博之 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 小山 健一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 羽田野 伸彦 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 山本 和生 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 Ｆターム(参考） 5G066 DA07 5H750 AA01 AA02 BA05 CC02 CC06 CC12 CC14 DD14 DD18 DD26 FF05 GG03 GG06

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統における電圧変動の監視、およ
   びそれに基づく給電制御を行う制御部と、該電力系統の
   各相にそれぞれ直列に接続し、エネルギ蓄積手段に蓄積
   された直流電圧を交流に変換して出力する各相電圧補償
   回路とを備えて、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、上記電力系統の電圧変動時
   に、各相の出力電圧を正常電圧に補償するための各相電
   圧に、それぞれ同じ出力電圧ベクトルを重畳して演算さ
   れた各相補償電圧を上記各相電圧補償回路から出力し
   て、上記電力系統における線間電圧の電圧変動を抑える
   ことを特徴とする電圧変動補償装置。
2. 【請求項２】 各相電圧補償回路は、それぞれ独立した
   エネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各相補
   償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクトルを、上記各相
   電圧補償回路からの出力エネルギが概均等となるように
   決定することを特徴とする請求項１記載の電圧変動補償
   装置。
3. 【請求項３】 各相電圧補償回路は、それぞれ独立した
   エネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各相補
   償電圧の大きさが概均等となるように、重畳する出力電
   圧ベクトルを決定することを特徴とする請求項１記載の
   電圧変動補償装置。
4. 【請求項４】 各相電圧補償回路は、それぞれ独立した
   エネルギ蓄積手段から各相補償電圧を出力し、該各エネ
   ルギ蓄積手段をコンデンサで構成して該各エネルギ蓄積
   手段の電圧検出手段を備え、上記各相補償電圧演算時に
   重畳する出力電圧ベクトルを、上記各エネルギ蓄積手段
   の検出電圧の差を無くすように決定することを特徴とす
   る請求項１記載の電圧変動補償装置。
5. 【請求項５】 各エネルギ蓄積手段の検出電圧の平均値
   を算出し、該平均値に基づいて上記各エネルギ蓄積手段
   の検出電圧の許容範囲を設定し、各相補償電圧演算時に
   重畳する出力電圧ベクトルは、上記許容範囲を越えた相
   に偏向するように決定することを特徴とする請求項４記
   載の電圧変動補償装置。
6. 【請求項６】 エネルギ蓄積手段は、複数相の電圧補償
   回路で共用とすることを特徴とする請求項１記載の電圧
   変動補償装置。
7. 【請求項７】 各相電圧補償回路の異常を検出する手段
   を備え、各相補償電圧演算時に重畳する出力電圧ベクト
   ルを、上記手段により異常検出された電圧補償回路から
   の補償電圧出力を０とするように決定することを特徴と
   する請求項１または６記載の電圧変動補償装置。
8. 【請求項８】 各相電圧補償回路は、共用のエネルギ蓄
   積手段から各相補償電圧を出力し、該エネルギ蓄積手段
   をコンデンサで構成して該エネルギ蓄積手段の電圧検出
   手段を備え、電力系統の電圧変動時に、各相の出力電圧
   を正常電圧に補償するための各相電圧が上記エネルギ蓄
   積手段の検出電圧以下の場合、重畳する出力電圧ベクト
   ルを０ベクトルとし、該検出電圧を超える相がある場
   合、上記各相補償電圧が該検出電圧以下となるように上
   記重畳する出力電圧ベクトルを決定することを特徴とす
   る請求項１記載の電圧変動補償装置。
9. 【請求項９】 電力系統の各相にそれぞれ直列に接続さ
   れる各相電圧補償回路は、それぞれ異なる電圧が蓄積さ
   れてエネルギ蓄積手段を構成するエネルギ蓄積部を備え
   該エネルギ蓄積部に蓄積された直流電圧を交流に変換し
   て出力する複数の電圧補償サブ回路を直列に接続して構
   成され、上記複数の電圧補償サブ回路内の上記エネルギ
   蓄積部にそれぞれ蓄積される異なる電圧の絶対値を、最
   も小さい電圧（絶対値）に対して概２^Ｋ倍（Ｋ＝０、
   １、２、・・・）とし、上記電圧補償サブ回路をバイパ
   スするための高速機械式の短絡スイッチを、１つもしく
   は直列接続された複数の上記電圧補償サブ回路の出力端
   毎に備えて、各相補償電圧出力時には、各相における上
   記複数の電圧補償サブ回路の中から所望の組み合わせを
   選択し、その出力電圧の総和で上記電力系統における線
   間電圧の電圧変動を抑えることを特徴とする請求項２〜
   ５のいずれかに記載の電圧変動補償装置。