(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第１交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第２交直変換器の交流側を前記入力端と前記出力端との間に直列接続し、前記第１交直変換器および前記第２交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は前記出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに前記直流電力貯蔵手段を充電しておき、前記外部交流電源の停電時に前記第１交直変換器が前記直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し前記負荷に供給する無停電電源装置において、
前記第１交直変換器の交流側電流を検出する手段と、前記第２交直変換器の直流側電流を検出する手段と、前記直流電力貯蔵手段の充電電流および直流電圧を検出する手段と、前記無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、前記第２交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分を除去する手段とを備え、
前記外部交流電源からの入力電圧と前記第２交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧になるように前記第２交直変換器を制御する手段と、
前記直流電圧の検出値に応じた前記充電電流の指令値を算出し、前記充電電流の指令値と前記充電電流の検出値との誤差成分と前記第２交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波を除去した値との和を前記出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、前記第１交直変換器の交流側電流の指令値とし、前記第１交直変換器の交流側電流の検出値を指令値に追従させる手段とを備えた
ことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第１交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第２交直変換器の交流側を前記入力端と前記出力端との間に直列接続し、前記第１交直変換器および前記第２交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は前記出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに前記直流電力貯蔵手段を充電しておき、前記外部交流電源の停電時に前記第１交直変換器が前記直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し前記負荷に供給する無停電電源装置において、
前記第１交直変換器の直流側電流および交流側電流を検出する手段と、前記第２交直変換器の直流側電流を検出する手段と、前記直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、前記無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、前記第１交直変換器の直流側電流検出値および前記第２交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分をそれぞれ除去する手段とを備え、
前記外部交流電源からの入力電圧と前記第２交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように前記第２交直変換器を制御する手段と、
前記直流電圧の検出値に応じた前記充電電流の指令値を算出し、前記充電電流の指令値および前記第２交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波を除去した値の和と前記第１交直変換器の直流側電流の検出値の高次の高調波を除去した値との差の成分を前記出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、前記第１交直変換器の交流側電流の指令値とし、前記第１交直変換器の交流側電流の検出値を指令値に追従させる手段とを備えた
ことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項３】
入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第１交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第２交直変換器の交流側を前記入力端と前記出力端との間に直列接続し、前記第１交直変換器および前記第２交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は前記出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに前記直流電力貯蔵手段を充電しておき、前記外部交流電源の停電時に前記第１交直変換器が前記直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し前記負荷に供給する無停電電源装置において、
前記第１交直変換器の交流側電流を検出する手段と、前記第２交直変換器の直流側電流を検出する手段と、前記直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、前記無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、前記第２交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分を除去する手段とを備え、
前記外部交流電源からの入力電圧と前記第２交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように前記第２交直変換器を制御する手段と、
前記直流電圧の検出値に応じた前記充電電流の指令値を算出し、前記充電電流の指令値と前記第２交直変換器の直流側電流の検出値の高次の高調波を除去した値との和を前記出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、前記第１交直変換器の交流側電流の指令値とし、前記第１交直変換器の交流側電流の検出値に前記出力電圧の検出値と前記直流電圧の検出値との比を掛けた値を前記第１交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた
ことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項４】
入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第１交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第２交直変換器の交流側を前記入力端と前記出力端との間に直列接続し、前記第１交直変換器および前記第２交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は前記出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに前記直流電力貯蔵手段を充電しておき、前記外部交流電源の停電時に前記第１交直変換器が前記直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し前記負荷に供給する無停電電源装置において、
前記第１交直変換器の交流側電流を検出する手段と、前記第２交直変換器の交流側電流および電圧を検出する手段と、前記直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、前記無停電電源装置の出力電圧を検出する手段とを備え、
前記外部交流電源からの入力電圧と前記第２交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように前記第２交直変換器を制御する手段と、
前記直流電圧の検出値に応じた前記充電電流の指令値を算出し、前記第２交直変換器の交流側電流の検出値に前記第２交直変換器の交流側電圧の検出値と前記直流電圧の検出値との比を掛けて前記第２交直変換器の直流側電流の検出値とし、前記充電電流の指令値と前記第２交直変換器の直流側電流の検出値との和を前記出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、前記第１交直変換器の交流側電流の指令値とし、前記第１交直変換器の交流側電流の検出値に前記出力電圧の検出値と前記直流電圧の検出値との比を掛けた値を前記第１交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた
ことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項５】
入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第１交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第２交直変換器の交流側を前記入力端と前記出力端との間に直列接続し、前記第１交直変換器および前記第２交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は前記出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに前記直流電力貯蔵手段を充電しておき、前記外部交流電源の停電時に前記第１交直変換器が前記直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し前記負荷に供給する無停電電源装置において、
前記第１交直変換器の交流側電流を検出する手段と、前記第２交直変換器の交流側電流を検出する手段と、前記直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、前記無停電電源装置の出力電圧を検出する手段とを備え、
前記外部交流電源からの入力電圧と前記第２交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように前記第２交直変換器を制御する手段と、
前記直流電圧の検出値に応じた前記充電電流の指令値を算出し、前記第２交直変換器の交流側電流の検出値に前記第２交直変換器の交流側電圧の指令値と前記直流電圧の検出値との比を掛けて前記第２交直変換器の直流側電流の検出値とし、前記充電電流の指令値と前記第２交直変換器の直流側電流の検出値との和を前記出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、前記第１交直変換器の交流側電流の指令値とし、前記第１交直変換器の交流側電流の検出値に前記出力電圧の検出値と前記直流電圧の検出値との比を掛けた値を前記第１交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた
ことを特徴とする無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置に係り、特に、負荷に安定した電力を供給するとともに、蓄電池を最適に充電する回路構成に関する。
【従来の技術】
【０００２】
第１交直変換器を出力端に並列接続し、第２交直変換器を入力端と出力端との間に直列接続した無停電電源装置が、IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS,VOL.13,No.3,MAY 1998,"A Novel On-Line UPS with Universal Filtering Capabilities"に記載されている。
【０００３】
図１０は、従来の無停電電源装置の一例の系統構成を示すブロック図である。この無停電電源装置は、第１交直変換器１と第２交直変換器２とを備えている。第１交直変換器１の交流側は、フィルタ用リアクトル１４を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ７も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷１０が接続される。
【０００４】
外部交流電源９が接続されている入力端からは、スイッチ１３を介して、交流電力が導入される。第２交直変換器２の交流側は、巻数比１：ｎ２の変圧器５を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。
【０００５】
第１交直変換器１の直流側には、直流コンデンサ６を並列接続し、蓄電池放電防止用リアクトル１５を介して、蓄電池３を接続してある。
【０００６】
電流検出器１１９は、入力電流Ｉinを検出する。電流検出器１１３は、蓄電池電流Ｉbattを検出する。電流検出器１１０は、出力電流Ｉoutを検出する。電圧検出器１１４は、出力電圧Ｖoutを検出する。制御回路１２は、これらの電流検出値と電圧検出値とに基づき制御演算を実行し、第１，第２交直変換器１，２を制御する。
【０００７】
外部交流電源９が停電した場合は、スイッチ１３を開き、第１交直変換器１で蓄電池３の電力を交流に変換し、負荷１０に交流電力を供給する。
【０００８】
外部交流電源９が正常な通常状態では、制御回路１２は、出力電圧Ｖoutおよび出力電流Ｉoutから負荷１０の平均電力を演算する。第２交直変換器２は、演算された負荷１０への平均電力と蓄電池３への充電電力とを供給し、制御回路１２は、入力電流Ｉinが正弦波となるように、第２交直変換器２の電圧を制御する。制御回路１２は、また、出力電圧Ｖoutと入力電流Ｉin，出力電流Ｉoutとから、完全次元オブザーバにより、第１交直変換器１の入力電流を推定し、有限制定応答制御により、出力電圧Ｖoutを一定に保つように、第１交直変換器１の電圧を制御する。
【０００９】
このように、上記文献の技術を用いれば、入力電源９や負荷１０が急変しても入力電流Ｉinを正弦波に保ち、アクティブフィルタの機能により、負荷１０と蓄電池３とに安定した電力を供給できるとされている。
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
無停電電源装置は、コンピュータ機器に最も広く使用される。これらのコンピュータ機器は、５，７，９，１１次などの低次の高調波を多く含む。
【００１１】
前記従来の無停電電源装置においては、第２交直変換器２が負荷に供給する電力を平均値で計算し、入力電流Ｉinを正弦波に保てば、充電電流が高調波の分だけ減少するとしている。
【００１２】
充電電流が高調波に比べて充分大きければ、問題は無い。しかし、蓄電池３が満充電に近くなると、充電電流を小さくしなければならないので、直流部から負荷１０に高調波成分を含む電力を供給することになる。このとき、蓄電池３を放電させないためには、蓄電池放電防止用リアクトル１５を挿入し、蓄電池３の低次高調波に対するインピーダンスを直流コンデンサ６に対して充分大きくする必要がある。
【００１３】
図１１は、図１０に示した従来の無停電電源装置における電圧電流波形を示す図である。出力電圧Ｖoutと入力電流Ｉinとは、正弦波となるように制御されている。負荷１０は、コンピュータ機器を想定しているので、負荷電流Ｉoutは、低次の高調波を多く含む波形となる。リアクトル１５の働きで、充電電流Ｉbattは、ほぼ直流であるが、直流コンデンサ６の電流ＩCdcとしては、第１交直変換器１のスイッチングに伴う高次の高調波成分の他に、出力電流Ｉoutの低次の高調波成分が流れる。
【００１４】
そこで、直流コンデンサ６のリプル耐量を大きくする必要がある。蓄電池放電防止用リアクトル１５と大きなリプル耐量の直流コンデンサ６とが必要なことから、無停電電源装置の体積が大きくなる。また、制御演算が複雑となるために、高機能のマイクロコンピュータを搭載しなければならない。
【００１５】
本発明の目的は、直流コンデンサのリプル耐量を上げたり、蓄電池放電防止用リアクトルを設けたりせずに、第１交直変換器と第２交直変換器との間で電力を授受するとともに、蓄電池を安定に充電できる無停電電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記目的を達成するために、入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第１交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第２交直変換器の交流側を入力端と出力端との間に直列接続し、第１交直変換器および第２交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに直流電力貯蔵手段を充電しておき、外部交流電源の停電時に第１交直変換器が直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し負荷に供給する無停電電源装置において、第１交直変換器の交流側電流を検出する手段と、第２交直変換器の直流側電流を検出する手段と、直流電力貯蔵手段の充電電流および直流電圧を検出する手段と、無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、第２交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分を除去する手段とを備え、外部交流電源からの入力電圧と第２交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧になるように第２交直変換器を制御する手段と、直流電圧の検出値に応じた充電電流の指令値を算出し、充電電流の指令値と充電電流の検出値との誤差成分と第２交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波を除去した値との和を出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、第１交直変換器の交流側電流の指令値とし、第１交直変換器の交流側電流の検出値を指令値に追従させる手段とを備えた無停電電源装置を提案する。
【００１７】
本発明は、さらに、入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第１交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第２交直変換器の交流側を入力端と出力端との間に直列接続し、第１交直変換器および第２交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに直流電力貯蔵手段を充電しておき、外部交流電源の停電時に第１交直変換器が直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し負荷に供給する無停電電源装置において、第１交直変換器の直流側電流および交流側電流を検出する手段と、第２交直変換器の直流側電流を検出する手段と、直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、第１交直変換器の直流側電流検出値および第２交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分をそれぞれ除去する手段とを備え、外部交流電源からの入力電圧と第２交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように第２交直変換器を制御する手段と、直流電圧の検出値に応じた充電電流の指令値を算出し、充電電流の指令値および第２交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波を除去した値の和と第１交直変換器の直流側電流の検出値の高次の高調波を除去した値との差の成分を出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、第１交直変換器の交流側電流の指令値とし、第１交直変換器の交流側電流の検出値を指令値に追従させる手段とを備えた無停電電源装置を提案する。
【００１８】
本発明は、入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第１交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第２交直変換器の交流側を入力端と出力端との間に直列接続し、第１交直変換器および第２交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに直流電力貯蔵手段を充電しておき、外部交流電源の停電時に第１交直変換器が直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し負荷に供給する無停電電源装置において、第１交直変換器の交流側電流を検出する手段と、第２交直変換器の直流側電流を検出する手段と、直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、第２交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分を除去する手段とを備え、外部交流電源からの入力電圧と第２交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように第２交直変換器を制御する手段と、直流電圧の検出値に応じた充電電流の指令値を算出し、充電電流の指令値と第２交直変換器の直流側電流の検出値の高次の高調波を除去した値との和を出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、第１交直変換器の交流側電流の指令値とし、第１交直変換器の交流側電流の検出値に出力電圧の検出値と直流電圧の検出値との比を掛けた値を第１交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた無停電電源装置を提案する。
【００１９】
本発明は、また、入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第１交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第２交直変換器の交流側を入力端と出力端との間に直列接続し、第１交直変換器および第２交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに直流電力貯蔵手段を充電しておき、外部交流電源の停電時に第１交直変換器が直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し負荷に供給する無停電電源装置において、第１交直変換器の交流側電流を検出する手段と、第２交直変換器の交流側電流および電圧を検出する手段と、直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、無停電電源装置の出力電圧を検出する手段とを備え、外部交流電源からの入力電圧と第２交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように第２交直変換器を制御する手段と、直流電圧の検出値に応じた充電電流の指令値を算出し、第２交直変換器の交流側電流の検出値に第２交直変換器の交流側電圧の検出値と直流電圧の検出値との比を掛けて第２交直変換器の直流側電流の検出値とし、充電電流の指令値と第２交直変換器の直流側電流の検出値との和を出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、第１交直変換器の交流側電流の指令値とし、第１交直変換器の交流側電流の検出値に出力電圧の検出値と直流電圧の検出値との比を掛けた値を第１交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた無停電電源装置を提案する。
【００２０】
本発明は、さらに、入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第１交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第２交直変換器の交流側を入力端と出力端との間に直列接続し、第１交直変換器および第２交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに直流電力貯蔵手段を充電しておき、外部交流電源の停電時に第１交直変換器が直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し負荷に供給する無停電電源装置において、第１交直変換器の交流側電流を検出する手段と、第２交直変換器の交流側電流を検出する手段と、直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、無停電電源装置の出力電圧を検出する手段とを備え、外部交流電源からの入力電圧と第２交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように第２交直変換器を制御する手段と、直流電圧の検出値に応じた充電電流の指令値を算出し、第２交直変換器の交流側電流の検出値に第２交直変換器の交流側電圧の指令値と直流電圧の検出値との比を掛けて第２交直変換器の直流側電流の検出値とし、充電電流の指令値と第２交直変換器の直流側電流の検出値との和を出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、第１交直変換器の交流側電流の指令値とし、第１交直変換器の交流側電流の検出値に出力電圧の検出値と直流電圧の検出値との比を掛けた値を第１交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた無停電電源装置を提案する。
【発明の実施の形態】
【００２１】
《実施例１》
図１は、本発明による無停電電源装置の実施例１の系統構成を示すブロック図である。第１交直変換器１の交流側は、巻数比１：ｎ１の変圧器４を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ７も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷１０が接続される。
【００２２】
外部交流電源９が接続されている入力端からは、スイッチ１３を介して、交流電力が導入される。第２交直変換器２の交流側は、巻数比１：ｎ２の変圧器５を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。変圧器５と並列に、フィルタ用コンデンサ８を接続する。
【００２３】
第１交直変換器１および第２交直変換器２の直流側は、蓄電池３および直流コンデンサ６に並列接続してある。
【００２４】
検出器１１１は、第１交直変換器１の交流側電流Ｉinv1acを検出する。検出器１１２は、第２交直変換器２の直流側電流を検出する。検出器１１３は、蓄電池３の充電電流Ｉbattを検出する。検出器１１４は、出力電圧Ｖoutを検出する。検出器１１５は、直流電圧Ｖdcを検出する。ローパスフィルタ１６１は、直流側電流から高次の高調波成分をカットした直流側電流Ｉinv2dcを出力する。
【００２５】
指令値出力手段１２１は、直流電圧Ｖdcに応じた充電電流指令値Ｉbatt_refを出力する。演算増幅器１２２は、充電電流指令値Ｉbatt_refと充電電流Ｉbattとの誤差を増幅する。
【００２６】
正負極性判定手段１２３は、出力電圧Ｖoutの正負極性を出力する。すなわち、出力電圧Ｖoutが正のとき、１を出力し、負のとき、−１を出力する。
【００２７】
充電電流指令値Ｉbatt_refおよび充電電流Ｉbattの誤差成分と直流側電流Ｉinv2dcとを加算し、正負極性判定手段１２３の出力を掛けると、第１交直変換器１の交流側電流指令値Ｉinv1ac_refとなる。制御手段１２４は、交流側電流Ｉinv1acが交流側電流指令値Ｉinvac_refを追従するように、第１交直変換器１を制御する。
【００２８】
基準値出力手段１２５は、出力電圧基準値Ｖout_refを出力する。指令値出力手段１２６は、出力電圧Ｖoutが出力電圧基準値Ｖout_refとなるように第２交直変換器２の交流側電圧指令値Ｖ2ac_refを出力する。制御手段１２７は、交流側電圧指令値Ｖ2ac_refに基づいて、第２交直変換器２を制御する。
【００２９】
図２は、図１に示した無停電電源装置における電圧電流波形を示す図である。出力電圧Ｖoutは、一定の振幅の正弦波となる。負荷１０が、コンピュータ機器である場合、交流側入力電流Ｉin，交流側出力電流Ｉoutは、低次の高調波を多く含む波形となる。充電電流Ｉbattは、出力電圧Ｖoutの２倍の周波数のリプル電流を含むが、直流コンデンサ６の電流ＩＣdcは、第１交直変換器１のスイッチングに伴う高次の高調波電流のみである。
【００３０】
ここでは、無停電電源装置が、外部交流電源９からの入力電圧Ｖinと第２交直変換器２の交流側電圧との和を出力電圧Ｖoutとする場合の動作を説明した。
【００３１】
第２交直変換器２は、出力電圧Ｖoutを一定にするため、入力電圧Ｖinが低いときは、昇圧し、入力電圧Ｖinが高いときは、降圧する。
【００３２】
外部交流電源９が停電した場合は、スイッチ１３が開き、第１交直変換器１が蓄電池３の電力を交流に変換し、負荷１０に供給する。
【００３３】
本実施例１において、充電電流Ｉbattと直流側電流Ｉinv2dcとを検出すると、Ｖdc＝１とした場合の蓄電池３と第２交直変換器２との瞬時電力をそれぞれ検出していることになる。直流側電流Ｉinv2dcをフィードフォワード項として、充電電流指令値Ｉbatt_refおよび充電電流Ｉbattの誤差成分をゼロとするように、交流側電流指令値Ｉinv1ac_refを制御すると、第１交直変換器１は、蓄電池３の瞬時充電電力と第２交直変換器２の瞬時出力電力とを正確に供給できる。
【００３４】
ローパスフィルタ１６１が、高次の高調波成分をカットするので、第１交直変換器１は、第２交直変換器２が出力する低次の高調波成分のみを供給すればよいことになる。直流コンデンサ６には、高次の高調波は流れるが、低次の高調波と比較して、リプル耐量を小さくできる。
【００３５】
また、入力電圧Ｖinと第２交直変換器２の交流側電圧との和を出力し、入力電圧Ｖinの大小に応じて昇圧または降圧するので、負荷１０に安定した電圧を供給できる。
【００３６】
《実施例２》
図３は、本発明による無停電電源装置の実施例２の系統構成を示すブロック図である。第１交直変換器１の交流側は、巻数比１：ｎ１の変圧器４を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ７も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷１０が接続される。
【００３７】
外部交流電源９が接続されている入力端からは、スイッチ１３を介して、交流電力が導入される。第２交直変換器２の交流側は、巻数比１：ｎ２の変圧器５を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。変圧器５と並列に、フィルタ用コンデンサ８を接続する。
【００３８】
第１交直変換器１および第２交直変換器２の直流側は、蓄電池３および直流コンデンサ６に並列接続してある。
【００３９】
検出器１１１は、第１交直変換器１の交流側電流Ｉinv1acを検出する。検出器１１２は、第２交直変換器２の直流側電流を検出する。検出器１１４は、出力電圧Ｖoutを検出する。検出器１１５は、直流電圧Ｖdcを検出する。検出器１１６は、第１交直変換器１の直流側電流を検出する。ローパスフィルタ１６１は、直流側電流から高次の高調波成分をカットしたＩinv2dcを出力し、ローパスフィルタ１６２は、直流側電流から高次の高調波成分をカットしたＩinv1dcを出力する。
【００４０】
指令値出力手段１２１は、直流電圧Ｖdcに応じた充電電流指令値Ｉbatt_refを出力する。演算増幅器１２２は、充電電流Ｉbattおよび直流側電流Ｉinv2dcの和と直流側電流Ｉinv1dcとの誤差を増幅する手段である。
【００４１】
正負極性判定手段１２３は、Ｖoutの正負極性を出力する。出力電圧Ｖoutが正のとき、１を出力し、負のとき、−１を出力する。
【００４２】
充電電流指令値Ｉbatt_refおよび直流側電流Ｉinv2dcの和と直流側電流Ｉinv1dcとの誤差のＫ2倍の値に、正負極性判定手段１２３の出力を掛けると、第１交直変換器１の交流側電流指令値Ｉinv1ac_refとなる。制御手段１２４は、交流側電流Ｉinv1acが交流側電流指令値Ｉinvac_refを追従するように、第１交直変換器１を制御する。
【００４３】
基準値出力手段１２５は、出力電圧基準値Ｖout_refを出力する。指令値出力手段１２６は、出力電圧Ｖoutが出力電圧基準値Ｖout_refとなるように、第２交直変換器２の交流側電圧指令値Ｖ2ac_refを出力する。制御手段１２７は、交流側電圧指令値Ｖ2ac_refに基づいて、第２交直変換器２を制御する。
【００４４】
ここでは、無停電電源装置が、外部交流電源９からの入力電圧Ｖinと第２交直変換器２の交流側電圧との和を出力電圧Ｖoutとする場合の動作を説明した。
【００４５】
第２交直変換器２は、出力電圧Ｖoutを一定にするため、入力電圧Ｖinが低いときは、昇圧し、入力電圧Ｖinが高いときは、降圧する。
【００４６】
外部交流電源９が停電した場合は、スイッチ１３を開き、第１交直変換器１が蓄電池３の電力を交流に変換し、負荷１０に供給する。
【００４７】
本実施例２において、直流側電流Ｉinv1dcと直流側電流Ｉinv2dcを検出すると、Ｖdc＝１とした場合の第１交直変換器１と第２交直変換器２のそれぞれの瞬時電力を検出したことになる。充電電流指令値Ｉbatt_refおよび直流側電流Ｉinv2dcの和が直流側電流Ｉinv1dcと等しくなるように交流側電圧指令値Ｉinv1ac_refを制御すると、第１交直変換器１は、蓄電池３の瞬時充電電力と第２交直変換器２の瞬時出力電力とを供給できる。
【００４８】
ローパスフィルタ１６１および１６２が、高次の高調波成分をカットするので、第１交直変換器１は、第２交直変換器２が出力する低次の高調波成分のみを供給すればよいことになる。直流コンデンサ６には、高次の高調波は流れるが、低次の高調波と比較して、リプル耐量を小さくできる。
【００４９】
また、入力電圧Ｖinと第２交直変換器２の交流側電圧との和を出力し、入力電圧Ｖinの大小に応じて昇圧または降圧するので、負荷１０に安定した電圧を供給できる。
【００５０】
《実施例３》
図４は、本発明による無停電電源装置の実施例３の系統構成を示すブロック図である。第１交直変換器１の交流側は、巻数比１：ｎ１の変圧器４を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ７も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷１０が接続される。
【００５１】
外部交流電源９が接続されている入力端からは、スイッチ１３を介して、交流電力が導入される。第２交直変換器２の交流側は、巻数比１：ｎ２の変圧器５を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。変圧器５と並列に、フィルタ用コンデンサ８を接続する。
【００５２】
第１交直変換器１および第２交直変換器２の直流側は、蓄電池３および直流コンデンサ６に並列接続してある。
【００５３】
検出器１１１は、第１交直変換器１の交流側電流Ｉinv1acを検出する。検出器１１２は、第２交直変換器２の直流側電流を検出する。検出器１１４は、出力電圧Ｖoutを検出する。検出器１１５は、直流電圧Ｖdcを検出する。ローパスフィルタ１６１は、直流側電流から高次の高調波成分をカットしたＩinv2dcを出力する。
【００５４】
指令値出力手段１２１は、直流電圧Ｖdcに応じた充電電流の指令値Ｉbatt_refを出力する。
【００５５】
正負極性判定手段１２３は、出力電圧Ｖoutの正負極性を出力する。出力電圧Ｖoutが正のとき、１を出力し、負のとき、−１を出力する。
【００５６】
充電電流指令値Ｉbatt_refおよび直流側電流Ｉinv2dcの和に、正負極性判定手段１２３の出力を掛けると、第１交直変換器１の交流側電流指令値Ｉinv1ac_refとなる。演算手段１２８は、出力電圧Ｖoutと直流電圧Ｖdcとの比を求める。すなわち、変圧器４の巻数換算のため、｜Ｖout｜／（n1・Ｖdc）を演算して出力する。制御手段１２４は、交流側電流Ｉinv1acに演算手段１２８の出力を掛けた値が交流側電流指令値Ｉinvac_refを追従するように、第１交直変換器１を制御する。
【００５７】
基準値出力手段１２５は、出力電圧基準値Ｖout_refを出力する。指令値出力手段１２６は、出力電圧Ｖoutが出力電圧基準値Ｖout_refとなるように、第２交直変換器２の交流側電圧指令値Ｖ2ac_refを出力する。制御手段１２７は、交流側電圧指令値Ｖ2ac_refに基づいて、第２交直変換器２を制御する。
【００５８】
ここでは、無停電電源装置が、外部交流電源９からの入力電圧Ｖinと第２交直変換器２の交流側電圧との和を出力電圧Ｖoutとする場合の動作を説明した。
【００５９】
第２交直変換器２は、出力電圧Ｖoutを一定にするため、入力電圧Ｖinが低いときは、昇圧し、入力電圧Ｖinが高いときは、降圧する。
【００６０】
外部交流電源９が停電した場合は、スイッチ１３が開き、第１交直変換器１が蓄電池３の電力を交流に変換し、負荷１０に供給する。
【００６１】
本実施例３において、直流側電流Ｉinv2dcを検出すると、Ｖdc＝１とした場合の第２交直変換器２の瞬時電力を検出したことになる。また、交流側電流Ｉinv1acに出力電圧Ｖoutと直流電圧Ｖdcとの比を掛けて、第１交直変換器１の直流電圧Ｖdc＝１とした場合の瞬時電力を推定する。この第１交直変換器１の推定瞬時電力を交流側電圧指令値Ｉinv1ac_refに追従させるので、第１交直変換器１は、蓄電池３の瞬時充電電力と第２交直変換器２の瞬時出力電力とを供給できる。
【００６２】
ローパスフィルタ１６１は、高次の高調波成分をカットするので、第１交直変換器１は、第２交直変換器２が出力する低次の高調波成分のみを供給すればよいことになる。直流コンデンサ６には、高次の高調波が流れるが、低次の高調波と比較して、リプル耐量を小さくできる。
【００６３】
また、入力電圧Ｖinと第２交直変換器２の交流側電圧との和を出力し、入力電圧Ｖinの大小に応じて昇圧または降圧するので、負荷１０に安定した電圧を供給できる。
【００６４】
《実施例４》
図５は、本発明による無停電電源装置の実施例４の系統構成を示すブロック図である。第１交直変換器１の交流側は、巻数比１：ｎ１の変圧器４を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ７も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷１０が接続される。
【００６５】
第１交直変換器１および第２交直変換器２の直流側は、蓄電池３および直流コンデンサ６に並列に接続してある。
【００６６】
外部交流電源９が接続されている入力端からは、スイッチ１３を介して、交流電力が導入される。第２交直変換器２の交流側は、巻数比１：ｎ２の変圧器５を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。変圧器５と並列に、フィルタ用コンデンサ８を接続する。
【００６７】
検出器１１１は、第１交直変換器１の交流側電流Ｉinv1acを検出する。検出器１１４は、出力電圧Ｖoutを検出する。検出器１１５は、直流電圧Ｖdcを検出する。検出器１１７は、第２交直変換器２の交流側電流Ｉinv2acを検出する。検出器１１８は、第２交直変換器２の交流側電圧Ｖ2acを検出する。
【００６８】
指令値出力手段１２１は、直流電圧Ｖdcに応じた充電電流の指令値Ｉbatt_refを出力する。演算手段１２９は、第２交直変換器２の交流側電圧Ｖ2acと直流電圧Ｖdcとの比を求める。すなわち、Ｖ2ac／（n2・Ｖdc）を演算して出力する。
【００６９】
交流側電流Ｉinv2acと演算手段１２９の出力とを掛けると、等価的に第２交直変換器２の直流側電流をローパスフィルタに通した値となる。
【００７０】
正負極性判定手段１２３は、出力電圧Ｖoutの正負極性を出力する。出力電圧Ｖoutが正のとき、１を出力し、負のとき、−１を出力する。
【００７１】
交流側電流Ｉinv2acに演算手段１２９の出力を掛けた値と充電電流指令値Ｉbatt_refとの和に、正負極性判定手段１２３の出力を掛けると、第１交直変換器１の交流側電流指令値Ｉinv1ac_refとなる。演算手段１２８は、出力電圧Ｖoutと直流電圧Ｖdcとの比を求める。すなわち、変圧器７の巻数換算のため、｜Ｖout｜／（n1・Ｖdc）を演算して出力する。制御手段１２４は、交流側電流Ｉinv1acに演算手段１２８の出力を掛けた値が交流側電流指令値Ｉinvac_refを追従するように、第１交直変換器１を制御する。
【００７２】
基準値出力手段１２５は、出力電圧基準値Ｖout_refを出力する。指令値出力手段１２６は、出力電圧Ｖoutが出力電圧基準値Ｖout_refとなるように、第２交直変換器２の交流側電圧指令値Ｖ2ac_refを出力する。制御手段１２７は、交流側電圧指令値Ｖ2ac_refに基づき、第２交直変換器２を制御する。
【００７３】
ここでは、無停電電源装置が、外部交流電源９からの入力電圧Ｖinと第２交直変換器２の交流側電圧の和を出力電圧Ｖoutとする場合の動作を説明した。
【００７４】
第２交直変換器２は、出力電圧Ｖoutを一定にするため、入力電圧Ｖinが低いときは、昇圧し、入力電圧Ｖinが高いときは、降圧する。
【００７５】
外部交流電源９が停電した場合は、スイッチ１３を開き、第１交直変換器１が蓄電池３の電力を交流に変換し、負荷１０に供給する。
【００７６】
本実施例４は、検出対象が第２交直変換器２の直流側電流Ｉinv2dcであった実施例３とは、第２交直変換器２の交流側電流Ｉinv2acを検出する点で異なるが、実施例３と同様の効果が得られる。
【００７７】
《実施例５》
図６は、本発明による無停電電源装置の実施例５の系統構成を示すブロック図である。第１交直変換器１の交流側は、巻数比１：ｎ１の変圧器４を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ７も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷１０が接続される。
【００７８】
外部交流電源９が接続されている入力端からは、スイッチ１３を介して、交流電力が導入される。第２交直変換器２の交流側は、巻数比１：ｎ２の変圧器５を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。変圧器５と並列に、フィルタ用コンデンサ８を接続する。
【００７９】
第１交直変換器１および第２交直変換器２の直流側は、蓄電池３および直流コンデンサ６に並列接続してある。
【００８０】
検出器１１１は、第１交直変換器１の交流側電流Ｉinv1acを検出する。検出器１１４は、出力電圧Ｖoutを検出する。検出器１１５は、直流電圧Ｖdcを検出する。検出器１１７は、第２交直変換器２の交流側電流Ｉinv2acを検出する。
【００８１】
指令値出力手段１２１は、直流電圧Ｖdcに応じた充電電流の指令値Ｉbatt_refを出力する。演算手段１２９は、第２交直変換器２の交流側電圧と直流電圧Ｖdcとの比を求める。ここでは、第２交直変換器２の交流側電圧を検出せずに、指令値を用いて変圧器８の巻数を換算し、Ｖ2ac_ref／（n2・Ｖdc）を演算して出力する。交流側電流Ｉinv2acに演算手段１２９の出力を掛けると、等価的に第２交直変換器２の直流側電流をローパスフィルタに通した値となる。
【００８２】
正負極性判定手段１２３は、出力電圧Ｖoutの正負極性を出力する。出力電圧Ｖoutが正のとき、１を出力し、負のとき、−１を出力する。
【００８３】
交流側電流Ｉinv2acに演算手段１２９の出力を掛けた値と充電電流指令値Ｉbatt_refとの和に、正負極性判定手段１２３の出力を掛けると、第１交直変換器１の交流側電流指令値Ｉinv1ac_refになる。演算手段１２８は、出力電圧Ｖoutと直流電圧Ｖdcとの比を求める。変圧器７の巻数を換算するため、｜Ｖout｜／（n1・Ｖdc）を演算して出力する。制御手段１２４は、交流側電流Ｉinv1acに演算手段１２８の出力を掛けた値が交流側電流指令値Ｉinvac_refに追従するように、第１交直変換器１を制御する。
【００８４】
基準値出力手段１２５は、出力電圧基準値Ｖout_refを出力する。指令値出力手段１２６は、出力電圧Ｖoutが出力電圧基準値Ｖout_refとなるように、第２交直変換器２の交流側電圧指令値Ｖ2ac_refを出力する。第２交直変換器制御手段１２７は、交流側電圧指令値Ｖ2ac_refにより、第２交直変換器２を制御する。
【００８５】
ここでは、無停電電源装置が、外部交流電源９からの入力電圧Ｖinと第２交直変換器２の交流側電圧との和を出力する場合の動作を説明した。
【００８６】
出力電圧Ｖoutを一定にするため、第２交直変換器２は、入力電圧Ｖinが低いときは、昇圧し、入力電圧Ｖinが高いときは、降圧する。
【００８７】
外部交流電源９が停電した場合は、スイッチ１３を開き、第１交直変換器１が、蓄電池３の電力を交流に変換し、負荷１０に供給する。
【００８８】
本実施例５は、第２交直変換器２の交流側電圧であった実施例３とは、第２交直変換器２の直流側電圧を検出する点で異なるが、実施例３と同様の効果が得られる。検出対象が第２交直変換器２の直流側電流Ｉinv2dcであった実施例３とは、第１交直変換器１の交流側電流Ｉinv１acを検出する点で異なるが、実施例３と同様の効果が得られる。
【００８９】
《第１交直変換器１の実施例１》
図７は、本発明の各実施例における第１交直変換器１および第１交直変換器制御手段１２４の実施例１の回路構成を示す図である。第１交直変換器１は、パワーＭＯＳＦＥＴ１０１〜１０４を用いたフルブリッジ構成である。比例積分演算器１２４１は、交流側電流指令値Ｉinv1ac_refと交流側電流Ｉinv1acとの誤差を比例積分演算する。鋸歯状波発生回路１２４２，１２４３は、それぞれ所定のキャリア周波数を持ち、０〜１および−１〜０で変化する波形を出力する。比較器１２４４は、（１２４１の出力）≧（１２４２の出力）で１を出力し、（１２４１の出力）＜（１２４２の出力）で０を出力する。比較器１２４５は、（１２４１の出力）＜（１２４３の出力）で１を出力し、（１２４１の出力）≧（１２４３の出力）で０を出力する。ゲート駆動回路１２４６１〜１２４６４は、それぞれ１０１〜１０４を駆動する。入力が正のとき、パワーＭＯＳＦＥＴをＯＮさせ、入力が負のとき、パワーＭＯＳＦＥＴをＯＦＦさせる。
【００９０】
《第１交直変換器１の実施例２》
図８は、本発明の各実施例における第１交直変換器１および第１交直変換器制御手段１２４の実施例２の回路構成を示す図である。第１交直変換器１は、パワーＭＯＳＦＥＴ１０１〜１０４を用いたフルブリッジ構成である。比較器１２４７は、ヒステリシス付きの比較器である。すなわち、交流側電流指令値Ｉin1vac_refと交流側電流Ｉinv1acとの大小関係の変化で、１，０を出力する。極性判定回路１２４８は、出力電圧Ｖoutの極性を判定する。出力電圧Ｖoutが正のとき、１を出力し、負のとき、０を出力する。ゲート駆動回路１２４６１〜１２４６４は、それぞれパワーＭＯＳＦＥＴ１０１〜１０４を駆動する。入力が正のとき、パワーＭＯＳＦＥＴをＯＮさせ、入力が負のとき、パワーＭＯＳＦＥＴをＯＦＦさせる。
【００９１】
《第２交直変換器２の実施例》
図９は、本発明の各実施例における第２交直変換器２の回路構成と制御回路の具体例を示す図である。第２交直変換器２は、パワーＭＯＳＦＥＴ２０１〜２０４を用いたフルブリッジ構成である。鋸歯状波発生回路１２７１，１２７２は、それぞれ所定のキャリア周波数で０〜１および−１〜０で変化する波形を出力する。比較器１２７３は、交流側電圧指令値Ｖ2ac_ref≧（１２７１の出力）で１を出力し、交流側電圧指令値Ｖ2ac_ref＜（１２７１の出力）で０を出力する。比較器１２７４は、交流側電圧指令値Ｖ2ac_ref＜（１２７２の出力）で１を出力し、交流側電圧指令値Ｖ2ac_ref≧（１２７２の出力）で０を出力する。ゲート駆動回路１２７５１〜１２７５４は、それぞれパワーＭＯＳＦＥＴ２０１〜２０４を駆動する。入力が正のとき、パワーＭＯＳＦＥＴをＯＮさせ、入力が負のとき、パワーＭＯＳＦＥＴをＯＦＦさせる。
【発明の効果】
【００９２】
本発明によれば、第１交直変換器および第２交直変換器の瞬時電力をそれぞれ検出しまたは推定する手段と、外部交流電源からの入力電圧と第２交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧になるように第２交直変換器を制御する手段と、第２交直変換器が出力する瞬時電力と蓄電池への瞬時充電電力とを供給するように第１交直変換器を制御する手段とを備えたので、直流部分に蓄電池放電防止用リアクトルを接続したり、直流コンデンサのリプル耐量を上げたりせずに、第１交直変換器と第２交直変換器との間で電力を授受して、負荷に所定の電圧を供給するとともに、蓄電池を安定に充電でき、しかも、蓄電池放電防止用リアクトルが不要となりコンデンサを小型化した分だけ、装置全体を小型化しコストダウンできる無停電電源装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明による無停電電源装置の実施例１の系統構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した無停電電源装置における電圧電流波形を示す図である。
【図３】本発明による無停電電源装置の実施例２の系統構成を示すブロック図である。
【図４】本発明による無停電電源装置の実施例３の系統構成を示すブロック図である。
【図５】本発明による無停電電源装置の実施例４の系統構成を示すブロック図である。
【図６】本発明による無停電電源装置の実施例５の系統構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の各実施例における第１交直変換器および第１交直変換器制御手段の実施例１の回路構成を示す図である。
【図８】本発明の各実施例における第１交直変換器および第１交直変換器制御手段の実施例２の回路構成を示す図である。
【図９】本発明の各実施例における第２交直変換器および第２交直変換器制御手段の実施例の回路構成を示す図である。
【図１０】従来の無停電電源装置の一例の系統構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示した従来の無停電電源装置における電圧電流波形を示す図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  第１交直変換器
２  第２交直変換器
３  蓄電池
４  変圧器
５  変圧器
６  直流コンデンサ
７  フィルタ用コンデンサ
８  フィルタ用コンデンサ
９  交流電源
１０  負荷
１２  制御回路
１３  スイッチ
１４  フィルタ用リアクトル
１５  蓄電池放電防止用リアクトル
１０１〜１０４  パワーＭＯＳＦＥＴ
１１０〜１１９  電流および電圧検出器
１２１  蓄電池充電電流指令値出力手段
１２２  演算増幅器
１２３  正負極性判定手段
１２４  第１交直変換器制御手段
１２４１  比例積分演算器
１２４２  鋸歯状波発生器
１２４３  鋸歯状波発生器
１２４４  比較器
１２４５  比較器
１２４６１〜１２４６４  ゲート駆動回路
１２４７  ヒステリシス付き比較器
１２４８  入力正負極性判定手段
１２５  出力電圧基準値出力手段
１２６  交流側電圧指令値制御手段
１２７  第２交直変換器制御手段
１２７１  鋸歯状波発生器
１２７２  鋸歯状波発生器
１２７３  比較器
１２７４  比較器
１２７５１〜１２７５４  ゲート駆動回路
１２８  除算器
１２９  除算器
１６１  ローパスフィルタ
１６２  ローパスフィルタ
２０１〜２０４  パワーＭＯＳＦＥＴ
【図１】
0003632120.tif 000002
【図２】
0003632120.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003632120.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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