(57)【要約】      （修正有）【課題】交流電源停電時においても、別途インバータを設ける事無く、交流側に接続された交流機器を継続して動作させることが可能な３レベル電力変換装置を提供する。【解決手段】無停電電源装置１００は、交流電源１から供給される交流電力を変換し、負荷に直流電力を供給するＰＷＭコンバータ５と、交流電源とＰＷＭコンバータとの間に介挿される開閉器２と、交流電源の交流電力で動作し、開閉器とＰＷＭコンバータとの間に接続される交流機器と、ＰＷＭコンバータの出力側に接続され、交流電源の停電時に負荷７に直流電力を供給する蓄電装置６と、ＰＷＭコンバータ、開閉器及び蓄電装置を制御する制御部と、を備える。制御部は、交流電源の停電が発生した場合、開閉器を開くとともに、ＰＷＭコンバータが蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して交流機器に交流電力を供給するように制御する。【選択図】図１
2019149897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から供給される交流電力を変換し、負荷に直流電力を供給するＰＷＭコンバータと、
前記交流電源と前記ＰＷＭコンバータとの間に介挿される開閉器と、
前記交流電源から供給される交流電力で動作し、前記開閉器と前記ＰＷＭコンバータとの間に接続される交流駆動機器と、
前記ＰＷＭコンバータの出力側に接続され、前記交流電源の停電時に前記負荷に直流電力を供給する蓄電装置と、
前記ＰＷＭコンバータ、前記開閉器および前記蓄電装置を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記交流電源の停電が発生した場合、前記開閉器を開くとともに、前記ＰＷＭコンバータが前記蓄電装置からの直流電力を交流電力に変換して前記交流駆動機器に交流電力を供給するように制御すること
を特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記交流電源に停電を検知した場合は、前記開閉器を遮断し、前記ＰＷＭコンバータの動作を停止し、第１の所定の時間後に前記ＰＷＭコンバータをインバータ動作モードに切り替えて、動作させて前記交流駆動機器に交流電力を供給するように制御すること
を特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、
前記交流電源に停電を検知した場合は、前記開閉器を遮断し、前記ＰＷＭコンバータの動作を停止し、前記交流駆動機器の残留エネルギーが所定の値より低くなったことを確認後に前記ＰＷＭコンバータをインバータ動作モードに切り替えて、動作させて前記交流駆動機器に交流電力を供給するように制御すること
を特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記交流電源が復電を検知した場合は、前記ＰＷＭコンバータのインバータ動作を停止し、第３の所定の時間後にコンバータ動作モードに切り替えて、動作させる
ことを特徴する請求項１から３のいずれか一項に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記交流電源の復電を検知した場合は、前記交流電源の周波数及び位相と同期させた対向電圧を前記ＰＷＭコンバータの入力側に出力するように制御する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の無停電電源装置。
【請求項６】
前記請求項１から５に記載の直流給電型無停電装置は、
前記蓄電装置と前記ＰＷＭコンバータ出力との間に蓄電装置の充放電を制御するための昇降圧チョッパ部をさらに備える。
【請求項７】
前記ＰＷＭコンバータは、
３レベル電力変換回路である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
交流電源から直流負荷へ給電させるための無停電電源装置（以下、直流電源装置）として、図６に示す直流電源装置２００がある。直流電源装置２００は、入力側が交流電源１に、出力側が直流負荷７に接続されている。直流電源装置２００は、開閉器２、交流電力で動作する冷却ファン等の交流駆動機器３、サイリスタ等の半導体素子で構成される電力変換回路を含むコンバータ５、蓄電装置６、制御装置８を含む。交流電源１とコンバータ５の間には、開閉器２が介挿され、開閉器２とコンバータ５との間には、交流駆動機器３が接続されている。また、直流電源装置２００と直流負荷７との間にはバッテリ等の蓄電装置６が接続されている。ここでは交流駆動装置３は、コンバータ５または蓄電装置６を冷却する冷却ファンである。制御装置８は、コンバータ５、開閉器２、交流駆動機器３、蓄電装置６を図示しない信号線にて制御する。
交流電源１が正常な場合、直流電源装置２００は、開閉器２は閉じられ、交流電源１とコンバータ５および交流駆動機器３に交流電力を供給する。コンバータ５は交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置６を充電するとともに直流負荷７に供給する。
交流電源１に停電が発生した場合、直流電源装置２００は、制御装置８で異常発生を判断し、開閉器２を遮断する。またコンバータ５を停止し、蓄電装置６に充電した直流電力を放電し、直流負荷５に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】特開２０１５−１５６７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、交流電源１に停電が発生した場合、交流駆動機器３への電力供給が停止してしまうため、コンバータまたは蓄電装置の冷却ができない状態となってしまう。
これに対して、蓄電装置６から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータを別途設けて交流駆動機器３に供給する手段、または交流駆動機器３を直流対応の機器に変更する等の手段がとられる。しかし、別途インバータを設けてしまうと、直流電源装置２００に新たに設置スペースが必要であり、装置自体が大型化してしまう。さらに別途設けたインバータの冷却も必要となってしまう。また、交流駆動機器３を直流電力対応の機器に変更しても、選択できる機器が限定されてしまい、大容量化が困難となってしまう。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、交流電源停電時においても、別途インバータを設ける事無く交流駆動機器を継続して動作させることが可能な３レベル電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明は以下の技術的特徴を有する。
【０００５】
交流電源から供給される交流電力を変換し、負荷に直流電力を供給するＰＷＭコンバータと、前記交流電源と前記ＰＷＭコンバータとの間に介挿される開閉器と、前記交流電源から供給される交流電力で動作し、前記開閉器と前記ＰＷＭコンバータとの間に接続される交流駆動機器と、前記双方コンバータの出力側に接続され、前記交流電源の停電時に前記負荷に直流電力を供給するバッテリと、前記ＰＷＭコンバータ、前記開閉器および前記バッテリを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記交流電源の停電が発生した場合、前記開閉器を開くとともに、前記ＰＷＭコンバータが前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記交流駆動機器に交流電力を供給するように制御することを特徴とする直流給電型無停電電源装置である。
【発明の効果】
【０００６】
上記のような構成とすることで、交流電源１に異常が発生した場合においても、交流駆動機器に別途インバータを設ける必要がなく、冷却ファン等の交流駆動機器３の継続動作可能となる。また、ＰＷＭコンバータの停止から開閉器の再投入までの間に所定の期間を設けることで、交流駆動機器３内部の残留エネルギーを消費させ、交流電源１への突入電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態による直流電源装置の構成を示した図である。
【図２】本発明の実施形態による直流電源装置の動作波形を示した図である。
【図３】本発明の実施形態による直流電源装置の動作波形を示した図である。
【図４】本発明の実施形態による直流電源装置の動作波形を示した図である。
【図５】本発明の実施形態による直流電源装置の動作波形を示した図である。
【図６】従来の直流電源装置の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１〜図５を参照して、本発明の実施形態による直流電源装置１００の構成について説明する。図７に示した従来の直流電源２００と同様の箇所は、同じ番号を付与している
図１に示すように、直流電源１００は、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６、交流駆動機器３の他に、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、交流フィルタ４、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６、を備える。
【００１０】
ＰＷＭコンバータ５は、入力側が交流電源に接続され、出力側は直流負荷７に接続されている。ＰＷＭコンバータ５と交流電源１との間には、開閉器２が介挿され、開閉器２とＰＷＭコンバータ５との間には交流駆動機器３と入力フィルタ４が接続されている。また、ＰＷＭコンバータ５と直流負荷７との間には、蓄電装置６が接続されている。また、制御装置８は、図示しない信号線により、開閉器２、交流駆動機器３、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６を制御する。開閉器２の交流電源１側には、交流第１の電圧検出部２１が設けられ、他方側には交流第２の電圧検出部２２が設けられている。また入力フィルタ４への入力電流を検出する第１の電流検出部２３が設けられている。加えて蓄電装置６への電流を検出する第２の電流検出部２４、直流負荷７への負荷電流と電圧を検出する第３の電流検出部２６と第３の電圧検出部２５が設けられている。
【００１１】
ＰＷＭコンバータ５はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子を含む電力変換回路を備え、半導体素子のオンオフにより上記電力を変換している。半導体素子のオンオフは後述する制御装置８により制御される。なお、電力変換回路は３レベルの電力変換器であってもよい
交流駆動機器３は、ＰＷＭコンバータ５を冷却するための冷却ファンを含むが、これに限らず交流電力にて動作する装置であればよい。本実施形態では、交流駆動機器３は、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６を冷却するための冷却ファンである。
交流フィルタ４は、リアクトル４ａ、コンデンサ４ｂを備え、交流電源１またはＰＷＭコンバータ５からの高調波電流を低減する。
【００１２】
制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５、開閉器２、交流駆動機器３を制御するように構成されている。本実施形態において、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードとインバータ運転モードに切り替え可能に構成されている。コンバータ運転モードとは交流電源１の交流電力を直流電力へ変換するモードであり、インバータ運転モードとは直流電力を交流電力に変換するモードである。
【００１３】
＜直流電源１００の動作＞
まず交流電源１が健全な場合、直流電源１００は、開閉器２を閉じ、交流電源１から交流電力の供給を受けている。ＰＷＭコンバータ５は、供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を蓄電装置６へ充電するとともに、直流負荷７へ供給する。なお、直流電源１００は、蓄電装置６とＰＷＭコンバータ５の出力線との間に直流-直流変換器を設けても良い。直流-直流変換器は、蓄電装置６の出力電圧を昇圧してＰＷＭコンバータ５の出力側に供給する。また、直流-直流変換器は、ＰＷＭコンバータ５の出力電圧を降圧して、蓄電装置６を充電する。直流-直流変換器を設けることで、ＰＷＭコンバータ５の出力電圧を安定させることができるだけなく、蓄電装置６の容量を小さくすることができるため直流電源１００における蓄電装置６の占有容量を抑制することができる。
【００１４】
制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードで運転する。制御装置８は、第３の電圧検出部２５で検出した出力電圧ＶＤＣまたは第３の電流検出部２６で検出したＩｏｕｔに基づいて、ＰＷＭコンバータ５を制御している。
図２は、交流電源１が健全な場合における第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。
【００１５】
図２は、交流電源１から供給される電流と電圧の各位相と周波数が、同一の場合を示している。このとき制御装置８は、蓄電装置６の充電電流Ｉｂａｔを第２の電流検出部２４による検出結果に基づき一定となるように制御している
次に、交流電源１に停電が発生した場合を説明する。交流電源１に停電が発生した場合、制御装置８は、開閉器２を遮断し、ＰＷＭコンバータ５の動作を停止させる。さらに制御装置８は、蓄電装置６から直流負荷７への電力の供給を開始させる。なお、交流電源１の停電発生は、制御装置８が、電圧検出器２１または２２で検出した電圧が正常範囲から逸脱したか否かで判断する。
【００１６】
図３は、交流電源１に停電が発生したときの第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。
時点ｔ１で交流電源１の停電が発生し、停電発生を検知した制御装置８は、開閉器２へ遮断を指令し、ＰＷＭコンバータ５の動作を停止させるとともに、蓄電装置６から直流負荷７への電力供給を開始させる。さらに制御装置８は、第２の電圧検出部２２にてＶｒｅｃまたは第１の電流検出部２３にてＩｒｅｃが零になった時点ｔ２から、Ｖｒｅｃが第１の所定時間（確認時限）の間で、電圧の極性がなく電圧が印可されていない状態（無電圧）であることを確認する。制御装置８は、Ｖｒｅｃが無電圧であることを確認した後、時点ｔ３において、ＰＷＭコンバータ５をインバータ運転モードに切り替えて、蓄電装置６から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流駆動機器３に交流電力を供給する。これにより交流駆動機器３は動作が再開する。図３では、ＰＷＭコンバータ５は、交流駆動機器３に必要な電力のみ供給するため、時点ｔ３における第１の電流検出部２３の電流波形は逆位相でかつ振幅が小さくなっている。本実施形態では、第１の電流検出部２３の電流波形の振幅は小さくなっているが、交流駆動機器３の必要電力によるため、振幅は大きくなっていても構わない。
【００１７】
このように制御装置８が、ＰＷＭコンバータ５をインバータ運転モードに切り替えて交流電力を供給させることで、交流駆動機器３の運転が再開可能となる。すなわち、交流電源１が停電時においても、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６の冷却の再開が可能となる。
本実施形態では、第１の所定時間である確認時限は、交流電源１の交流電力の周期程度の時間としているが、制御装置８が、交流電源１の停電発生を判別できる時間であれば、これに限らない。
【００１８】
交流電源１の停電発生後は、開閉器２は遮断されているため、ＰＷＭコンバータ５から供給される交流電力が、交流電源１へ逆流することが防止される。このため、交流電源１に接続されている直流電源装置１００とは別個の機器が、交流電源１が復電したと誤判断することがない。また、第１の所定時間を設けることで、交流駆動機器３内の残留エネルギーを消費させることができるため、交流フィルタ４の突入電流を低減することができる。なお、制御装置８は、第２の電圧検出部２２の電圧または第１の電流検出部２３の電流に基づいて、残留エネルギーが消費されたことを確認し、第１の所定時間を終了させる。または制御装置８に、残留エネルギーが消費されるのに十分な時間を、第１の所定時間として予め設定してもよい。
【００１９】
次に、交流電源１が復電した場合の動作を説明する。交流電源１が復電した場合、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５のインバータ運転モード動作を停止させ、交流駆動機器３への電力供給を停止させる。その後、制御装置８は開閉器２を接続状態とし、第３の所定時間（無電圧確認時限）経過後に、蓄電装置６から直流負荷７への電力供給を停止させるとともに、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替えて動作させる。ＰＷＭコンバータ５は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置６に充電するとともに、直流負荷７に供給する。
【００２０】
図４は、交流電源１が復電した場合の第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。
時点ｔ４において、交流電源１が復電した場合、制御装置８は、第２の電圧検出部２２で検出される電圧が、時点ｔ４からｔ５までの第２の所定時間（電圧復帰確認時限）の間で正常範囲である場合に、交流電源１が復電したと判断する。そして時点ｔ５で、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５のインバータ運転モードを停止させる。その後、制御装置８は、第３の所定時間（無電圧確認時限）の間、第２の電圧検出部２２で検出された電圧が無電圧であることを確認し、時点ｔ６において、開閉器２を接続状態とし、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替えるとともに、蓄電装置６から直流負荷７への放電を停止させ、充電動作に切り替える。
【００２１】
次に、図５は、交流電源１が復電した場合の変形例であり、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している
時点ｔ７において交流電源１が復電した場合、制御装置８は、第２の電圧検出部２２で検出された電圧が時点ｔ７から時点ｔ８までの第２の所定時間（電圧復帰確認時限）で正常範囲である場合に、交流電源１が復電したと判断する。その後ｔ８から制御装置８は、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２の検出電圧に基づいて、ＰＷＭコンバータ５から出力される交流電力の周波数と位相を調整し、第１の電圧検出部２１の交流電圧に同期させるよう制御する。時点ｔ８から時点ｔ９の間で交流電源１とＰＷＭコンバータ５から出力される周波数と位相が一致している場合に同期完了したと判断する。そして時点ｔ９から第４の所定時間後、制御装置８は開閉器２を接続状態にするとともに、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替え、蓄電装置６の直流負荷７への放電を停止して、充電動作に切り替える。
【００２２】
これにより、例えば開閉器２と交流駆動機器３の間に変圧器を搭載する場合には、上記方法により励磁電流を印加させた上で開閉器２を投入することができる。そのため変圧器への励磁突入電流を低減させることができる。
以上、本発明を実施形態に沿って説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、変更または改良を加えることが可能であることは当業者には明らかである。
【符号の説明】
【００２３】
１  交流電源
２  開閉器
３、交流駆動機器
４  交流フィルタ
４ａ    リアクトル
４ｂ    コンデンサ
５、ＰＷＭコンバータ
６、蓄電装置
７、直流負荷
２１、第１の電圧検出部      
２２、第２の電圧検出部
２３、第１の電流検出部
２４、第２の電流検出部
２５、第３の電圧検出部
２６、第３の電流検出部
１００、２００、直流電源装置
【図１】
2019149897.tif 000003
【図２】
2019149897.tif 000004
【図３】
2019149897.tif 000005
【図４】
2019149897.tif 000006
【図５】
2019149897.tif 000007
【図６】
2019149897.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月16日(2019.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に直流電力を供給する無停電電源装置（以下、直流電源装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源から直流負荷へ給電させるための無停電電源装置（以下、直流電源装置）として、図６に示す直流電源装置２００がある。直流電源装置２００は、入力側が交流電源１に、出力側が直流負荷７に接続されている。直流電源装置２００は、開閉器２、交流電力で動作する冷却ファン等の交流駆動機器３、サイリスタ等の半導体素子で構成される電力変換回路を含むコンバータ５、蓄電装置６、制御装置８を含む。交流電源１とコンバータ５の間には、開閉器２が介挿され、開閉器２とコンバータ５との間には、交流駆動機器３が接続されている。また、直流電源装置２００と直流負荷７との間にはバッテリ等の蓄電装置６が接続されている。ここでは交流駆動装置３は、コンバータ５または蓄電装置６を冷却する冷却ファンである。制御装置８は、コンバータ５、開閉器２、交流駆動機器３、蓄電装置６を図示しない信号線にて制御する。
【０００３】
交流電源１が正常な場合、直流電源装置２００は、開閉器２は閉じられ、交流電源１とコンバータ５および交流駆動機器３に交流電力を供給する。コンバータ５は交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置６を充電するとともに直流負荷７に供給する。
【０００４】
交流電源１に停電が発生した場合、直流電源装置２００は、制御装置８で異常発生を判断し、開閉器２を遮断する。またコンバータ５を停止し、蓄電装置６に充電した直流電力を放電し、直流負荷５に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１５６７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、交流電源１に停電が発生した場合、交流駆動機器３への電力供給が停止してしまうため、コンバータまたは蓄電装置の冷却ができない状態となってしまう。これに対して、蓄電装置６から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータを別途設けて交流駆動機器３に供給する手段、または交流駆動機器３を直流対応の機器に変更する等の手段がとられる。しかし、別途インバータを設けてしまうと、直流電源装置２００に新たに設置スペースが必要であり、装置自体が大型化してしまう。さらに別途設けたインバータの冷却も必要となってしまう。また、交流駆動機器３を直流電力対応の機器に変更しても、選択できる機器が限定されてしまい、大容量化が困難となってしまう。
【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、交流電源停電時においても、別途インバータを設ける事無く交流駆動機器を継続して動作させることが可能な３レベル電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の技術的特徴を有する。
【０００９】
交流電源から供給される交流電力を変換し、負荷に直流電力を供給するＰＷＭコンバータと、前記交流電源と前記ＰＷＭコンバータとの間に介挿される開閉器と、前記交流電源から供給される交流電力で動作し、前記開閉器と前記ＰＷＭコンバータとの間に接続される交流駆動機器と、前記双方コンバータの出力側に接続され、前記交流電源の停電時に前記負荷に直流電力を供給するバッテリと、前記ＰＷＭコンバータ、前記開閉器および前記バッテリを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記交流電源の停電が発生した場合、前記開閉器を開くとともに、前記ＰＷＭコンバータが前記バッテリからの直流電力を交流電力に変換して前記交流駆動機器に交流電力を供給するように制御することを特徴とする直流給電型無停電電源装置である。
【発明の効果】
【００１０】
上記のような構成とすることで、交流電源１に異常が発生した場合においても、交流駆動機器に別途インバータを設ける必要がなく、冷却ファン等の交流駆動機器３の継続動作可能となる。また、ＰＷＭコンバータの停止から開閉器の再投入までの間に所定の期間を設けることで、交流駆動機器３内部の残留エネルギーを消費させ、交流電源１への突入電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態による直流電源装置の構成を示した図である。
【図２】本発明の実施形態による直流電源装置の動作波形を示した図である。
【図３】本発明の実施形態による直流電源装置の動作波形を示した図である。
【図４】本発明の実施形態による直流電源装置の動作波形を示した図である。
【図５】本発明の実施形態による直流電源装置の動作波形を示した図である。
【図６】従来の直流電源装置の構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１３】
図１〜図５を参照して、本発明の実施形態による直流電源装置１００の構成について説明する。図７に示した従来の直流電源２００と同様の箇所は、同じ番号を付与している
図１に示すように、直流電源１００は、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６、交流駆動機器３の他に、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、交流フィルタ４、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６、を備える。
【００１４】
ＰＷＭコンバータ５は、入力側が交流電源に接続され、出力側は直流負荷７に接続されている。ＰＷＭコンバータ５と交流電源１との間には、開閉器２が介挿され、開閉器２とＰＷＭコンバータ５との間には交流駆動機器３と入力フィルタ４が接続されている。また、ＰＷＭコンバータ５と直流負荷７との間には、蓄電装置６が接続されている。また、制御装置８は、図示しない信号線により、開閉器２、交流駆動機器３、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６を制御する。開閉器２の交流電源１側には、交流第１の電圧検出部２１が設けられ、他方側には交流第２の電圧検出部２２が設けられている。また入力フィルタ４への入力電流を検出する第１の電流検出部２３が設けられている。加えて蓄電装置６への電流を検出する第２の電流検出部２４、直流負荷７への負荷電流と電圧を検出する第３の電流検出部２６と第３の電圧検出部２５が設けられている。
【００１５】
ＰＷＭコンバータ５はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の半導体素子を含む電力変換回路を備え、半導体素子のオンオフにより上記電力を変換している。半導体素子のオンオフは後述する制御装置８により制御される。なお、電力変換回路は３レベルの電力変換器であってもよい交流駆動機器３は、ＰＷＭコンバータ５を冷却するための冷却ファンを含むが、これに限らず交流電力にて動作する装置であればよい。本実施形態では、交流駆動機器３は、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６を冷却するための冷却ファンである。
【００１６】
交流フィルタ４は、リアクトル４ａ、コンデンサ４ｂを備え、交流電源１またはＰＷＭコンバータ５からの高調波電流を低減する。
【００１７】
制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５、開閉器２、交流駆動機器３を制御するように構成されている。本実施形態において、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードとインバータ運転モードに切り替え可能に構成されている。コンバータ運転モードとは交流電源１の交流電力を直流電力へ変換するモードであり、インバータ運転モードとは直流電力を交流電力に変換するモードである。
【００１８】
＜直流電源１００の動作＞
まず交流電源１が健全な場合、直流電源１００は、開閉器２を閉じ、交流電源１から交流電力の供給を受けている。ＰＷＭコンバータ５は、供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を蓄電装置６へ充電するとともに、直流負荷７へ供給する。なお、直流電源１００は、蓄電装置６とＰＷＭコンバータ５の出力線との間に直流-直流変換器を設けても良い。直流-直流変換器は、蓄電装置６の出力電圧を昇圧してＰＷＭコンバータ５の出力側に供給する。また、直流-直流変換器は、ＰＷＭコンバータ５の出力電圧を降圧して、蓄電装置６を充電する。直流-直流変換器を設けることで、ＰＷＭコンバータ５の出力電圧を安定させることができるだけなく、蓄電装置６の容量を小さくすることができるため直流電源１００における蓄電装置６の占有容量を抑制することができる。
【００１９】
制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードで運転する。制御装置８は、第３の電圧検出部２５で検出した出力電圧ＶＤＣまたは第３の電流検出部２６で検出したＩｏｕｔに基づいて、ＰＷＭコンバータ５を制御している。
【００２０】
図２は、交流電源１が健全な場合における第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。
【００２１】
図２は、交流電源１から供給される電流と電圧の各位相と周波数が、同一の場合を示している。このとき制御装置８は、蓄電装置６の充電電流Ｉｂａｔを第２の電流検出部２４による検出結果に基づき一定となるように制御している。
【００２２】
次に、交流電源１に停電が発生した場合を説明する。交流電源１に停電が発生した場合、制御装置８は、開閉器２を遮断し、ＰＷＭコンバータ５の動作を停止させる。さらに制御装置８は、蓄電装置６から直流負荷７への電力の供給を開始させる。なお、交流電源１の停電発生は、制御装置８が、電圧検出器２１または２２で検出した電圧が正常範囲から逸脱したか否かで判断する。
【００２３】
図３は、交流電源１に停電が発生したときの第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。
【００２４】
時点ｔ１で交流電源１の停電が発生し、停電発生を検知した制御装置８は、開閉器２へ遮断を指令し、ＰＷＭコンバータ５の動作を停止させるとともに、蓄電装置６から直流負荷７への電力供給を開始させる。さらに制御装置８は、第２の電圧検出部２２にてＶｒｅｃまたは第１の電流検出部２３にてＩｒｅｃが零になった時点ｔ２から、Ｖｒｅｃが第１の所定時間（確認時限）の間で、電圧の極性がなく電圧が印可されていない状態（無電圧）であることを確認する。制御装置８は、Ｖｒｅｃが無電圧であることを確認した後、時点ｔ３において、ＰＷＭコンバータ５をインバータ運転モードに切り替えて、蓄電装置６から供給される直流電力を交流電力に変換し、交流駆動機器３に交流電力を供給する。これにより交流駆動機器３は動作が再開する。図３では、ＰＷＭコンバータ５は、交流駆動機器３に必要な電力のみ供給するため、時点ｔ３における第１の電流検出部２３の電流波形は逆位相でかつ振幅が小さくなっている。本実施形態では、第１の電流検出部２３の電流波形の振幅は小さくなっているが、交流駆動機器３の必要電力によるため、振幅は大きくなっていても構わない。
【００２５】
このように制御装置８が、ＰＷＭコンバータ５をインバータ運転モードに切り替えて交流電力を供給させることで、交流駆動機器３の運転が再開可能となる。すなわち、交流電源１が停電時においても、ＰＷＭコンバータ５、蓄電装置６の冷却の再開が可能となる。本実施形態では、第１の所定時間である確認時限は、交流電源１の交流電力の周期程度の時間としているが、制御装置８が、交流電源１の停電発生を判別できる時間であれば、これに限らない。
【００２６】
交流電源１の停電発生後は、開閉器２は遮断されているため、ＰＷＭコンバータ５から供給される交流電力が、交流電源１へ逆流することが防止される。このため、交流電源１に接続されている直流電源装置１００とは別個の機器が、交流電源１が復電したと誤判断することがない。また、第１の所定時間を設けることで、交流駆動機器３内の残留エネルギーを消費させることができるため、交流フィルタ４の突入電流を低減することができる。なお、制御装置８は、第２の電圧検出部２２の電圧または第１の電流検出部２３の電流に基づいて、残留エネルギーが消費されたことを確認し、第１の所定時間を終了させる。または制御装置８に、残留エネルギーが消費されるのに十分な時間を、第１の所定時間として予め設定してもよい。
【００２７】
次に、交流電源１が復電した場合の動作を説明する。交流電源１が復電した場合、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５のインバータ運転モード動作を停止させ、交流駆動機器３への電力供給を停止させる。その後、制御装置８は開閉器２を接続状態とし、第３の所定時間（無電圧確認時限）経過後に、蓄電装置６から直流負荷７への電力供給を停止させるとともに、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替えて動作させる。ＰＷＭコンバータ５は、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換して、蓄電装置６に充電するとともに、直流負荷７に供給する。
【００２８】
図４は、交流電源１が復電した場合の第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している。時点ｔ４において、交流電源１が復電した場合、制御装置８は、第２の電圧検出部２２で検出される電圧が、時点ｔ４からｔ５までの第２の所定時間（電圧復帰確認時限）の間で正常範囲である場合に、交流電源１が復電したと判断する。そして時点ｔ５で、制御装置８は、ＰＷＭコンバータ５のインバータ運転モードを停止させる。その後、制御装置８は、第３の所定時間（無電圧確認時限）の間、第２の電圧検出部２２で検出された電圧が無電圧であることを確認し、時点ｔ６において、開閉器２を接続状態とし、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替えるとともに、蓄電装置６から直流負荷７への放電を停止させ、充電動作に切り替える。
【００２９】
次に、図５は、交流電源１が復電した場合の変形例であり、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２、第１の電流検出部２３、第２の電流検出部２４、第３の電圧検出部２５、第３の電流検出部２６の検出波形を示している時点ｔ７において交流電源１が復電した場合、制御装置８は、第２の電圧検出部２２で検出された電圧が時点ｔ７から時点ｔ８までの第２の所定時間（電圧復帰確認時限）で正常範囲である場合に、交流電源１が復電したと判断する。その後ｔ８から制御装置８は、第１の電圧検出部２１、第２の電圧検出部２２の検出電圧に基づいて、ＰＷＭコンバータ５から出力される交流電力の周波数と位相を調整し、第１の電圧検出部２１の交流電圧に同期させるよう制御する。時点ｔ８から時点ｔ９の間で交流電源１とＰＷＭコンバータ５から出力される周波数と位相が一致している場合に同期完了したと判断する。そして時点ｔ９から第４の所定時間後、制御装置８は開閉器２を接続状態にするとともに、ＰＷＭコンバータ５をコンバータ運転モードに切り替え、蓄電装置６の直流負荷７への放電を停止して、充電動作に切り替える。
【００３０】
これにより、例えば開閉器２と交流駆動機器３の間に変圧器を搭載する場合には、上記方法により励磁電流を印加させた上で開閉器２を投入することができる。そのため変圧器への励磁突入電流を低減させることができる。
【００３１】
以上、本発明を実施形態に沿って説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、変更または改良を加えることが可能であることは当業者には明らかである。
【符号の説明】
【００３２】
１  交流電源
２  開閉器
３、交流駆動機器
４  交流フィルタ
４ａ    リアクトル
４ｂ    コンデンサ
５、ＰＷＭコンバータ
６、蓄電装置
７、直流負荷
２１、第１の電圧検出部 
２２、第２の電圧検出部
２３、第１の電流検出部
２４、第２の電流検出部
２５、第３の電圧検出部
２６、第３の電流検出部
１００、２００、直流電源装置