JP5050742B2 - 瞬時低下電圧補償装置の直流待機電圧補償方法 - Google Patents
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Description
平常時における電気二重層キャパシタへの充電のための直流電圧制御方法としては、(1)交直変換装置を停止する、(2)交直変換装置を浮動充電動作させる、の2通りがある。
すなわち、(1)の方法と(2)の方法ともに電圧一定制御の指令値、及び交直変換装置4が電圧一定制御を開始する電圧は固定となっている。
前記電気二重層キャパシタの経年変化から所定期間後における静電容量Cと内部抵抗Rを求め、この静電容量と内部抵抗を次式の放電時間算出式に代入して瞬低待機中のキャパシタ電圧とすることを特徴としたものである。
tmax=((1−Vr 2 )CVs 2 /2P)−CR[Vr 2 +(Vr 2 RP/2Vs 2 )+
2lnVs−lnVr−ln(Vs 2 +RP)]
ただし、tmax:放電時間、Vr:電圧使用率、Vs:放電開始電圧、P:キャパシタのユニット出力電力、
図6は電気二重層キャパシタ1の構成図を示したもので、電気二重層キャパシタユニット10をn個直列に接続し、この直列接続されたアームがm個並列に接続されて構成される。このように構成された電気二重層キャパシタ1の放電時間は以下のように計算できる。また、計算に使用するパラメータを表1に示す。
放電開始時に、最大電圧Vmaxまで充電されているものと仮定する。図7で示すように、放電開始とともに放電電流I及び内部抵抗による電圧低下により、端子電圧は最大電圧から低下する。このときの端子電圧Vsは(2)式となる。
(数4)
dV 0 /dt=−1/C
(1−RP/V 2 )dV/dt=−P/CV
dt={(−CV/P)+(CR/V)}dV
t=(−CV 2 /2P)+CRlnV+A ……(4)
放電時間tmaxは、装置寿命時間経過した後の静電容量・内部抵抗の値で、瞬低動作時間の仕様以上になるようにしている。これにより、初期状態ではキャパシタ電圧を定格まで上げなくとも、瞬低動作時間の使用を満たすことができる。
本発明でのキャパシタの設計結果によると、表3で示すように15年後において2.5(s)瞬低補償するように設計されたキャパシタで、初期は4.3(s)の補償が可能であり、キャパシタ電圧を定格V1の640Vにまで上げなくとも、2.5(s)の瞬低補償は可能となる。本発明は(7)式をVmaxについて解き、その式を用いて瞬低待機中のキャパシタ電圧を決定する。放電時間tmaxには瞬低補償時間を代入する。
瞬低補償装置は、瞬低補償動作を行った後は、次の瞬低補償動作に備えるために充電を実行する。この実施例は、そのときの充電電流とキャパシタ電圧を利用して瞬低補償動作を行う度に静電容量・内部抵抗を補正し、キャパシタの劣化特性を補正するものである。
R=ΔV/Iで求めることができる。(ただし、Iは定電力充電直前のキャパシタ充電電流である。)
また、Cはキャパシタ電圧の充電カーブから求めることができる。
キャパシタは有効電力を出力するので、放電電力Pを求めるためには負荷の有効電力を求めればよい。有効電力は、d−q変換した系統電圧・負荷電流から
(10)、(11)、及び(12)式によって求めることができる。
一方、交直変換装置4の制御回路は、一定期間後(図2では時刻t2後)のキャパシタの静電容量Cと内部抵抗Rを求め、求めたCRを(7)式に代入することでキャパシタ電圧を決定する。この算出電圧がV3として設定され、時刻t4の充電開始設定電圧値となる。以下同様にして交直変換装置4の停止、運転が繰返えされる。
2… 負荷
3… 高速スイッチ
4… 交直変換装置
5… 系統電源
10… 電気二重層キャパシタユニット
Claims (6)
- 電力系統に交直変換装置を接続し、電力系統の電圧低下時に電気二重層キャパシタを電源とした交直変換装置を介して負荷に電力を供給する瞬時低下電圧補償装置であって、電気二重層キャパシタの瞬低待機中の直流電圧、再充電開始電圧を設定するものにおいて、
前記電気二重層キャパシタの経年変化から所定期間後における静電容量Cと内部抵抗Rを求め、この静電容量と内部抵抗を次式の放電時間算出式に代入して瞬低待機中のキャパシタ電圧とすることを特徴とした瞬時低下電圧補償装置の直流待機電圧補償方法。
tmax=((1−Vr 2 )CVs 2 /2P)−CR[Vr 2 +(Vr 2 RP/2Vs 2 )+
2lnVs−lnVr−ln(Vs 2 +RP)]
ただし、tmax:放電時間、Vr:電圧使用率、Vs:放電開始電圧、P:キャパシタのユニット出力電力、 - 前記電気二重層キャパシタの静電容量と内部抵抗は、前記所定期間内における予め設定した所定時間毎に求め、求めた静電容量,内部抵抗を用いて所定時間毎に瞬低待機中のキャパシタ電圧を変更することを特徴とした請求項1記載の瞬時低下電圧補償装置の直流待機電圧補償方法。
- 前記電気二重層キャパシタの静電容量と内部抵抗は、瞬時低下電圧補償装置の瞬低動作補償後の充電電流とキャパシタ電圧を検出し、内部抵抗Rはキャパシタを定電力充電状態から電流ゼロとしたときの直流電圧低下分ΔVから、R=ΔV/I(ただし、Iは定電力充電前のキャパシタ充電電流)で求め、静電容量はキャパシタ電圧の充電カーブから求めることを特徴とした請求項1又は2記載の瞬時低下電圧補償装置の直流待機電圧補償方法。
- 前記電気二重層キャパシタの静電容量と内部抵抗は、定期的にキャパシタの特性診断を実行し、キャパシタを定電力放電した後に定電力充電行って求めることを特徴とした請求項3記載の瞬時低下電圧補償装置の直流待機電圧補償方法。
- 検出された電力系統の電圧と負荷電流をd−q変換して有効電力を求め、算出された有効電力を、前記放電時間tmaxの算出式のユニット出力電力に代入して瞬低待機中のキャパシタ電圧とすることを特徴とした請求項1乃至4記載の何れかである瞬時低下電圧補償装置の直流待機電圧補償方法。
- 前記請求項1乃至5の何れかによって算出された瞬低待機中のキャパシタ電圧は、平常時に交直変換装置を停止させる制御方式に適用したことを特徴とした請求項1乃至5記載の何れかである瞬時低下電圧補償装置の直流待機電圧補償方法。
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