(57)【要約】【課題】インバータとコンバータとの干渉を抑制することができる無停電電源装置を得る。【解決手段】一端が交流電源１に接続され、他端が交流を直流に変換する第１の自励式の変換器３と接続されている第１のスイッチ８と、前記第１の変換器３と、第１の変換器の直流出力を蓄電する蓄電装置４と、蓄電装置のエネルギーを交流に変換する第２の自励式の変換器５と、一端が第２の変換器に接続され、もう一端が負荷に接続されている第２のスイッチ９と、一端が前記交流電源に接続され、他端が負荷に接続されている第３のスイッチ７からなるものにおいて、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、第１の変換器の制御応答速度を下げる手段を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が交流電源に接続され、他端が交流を直流に変換する第１の自励式の変換器と接続されている第１のスイッチと、前記第１の変換器と、第１の変換器の直流出力を蓄電する蓄電装置と、蓄電装置のエネルギーを交流に変換する第２の自励式の変換器と、一端が第２の変換器に接続され、もう一端が負荷に接続されている第２のスイッチと、一端が前記交流電源に接続され、他端が負荷に接続されている第３のスイッチからなる無停電電源装置において、
第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、第１の変換器の制御応答速度を下げる手段を備えたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
一端が交流電源に接続され、他端が交流を直流に変換する第１の自励式の変換器と接続されている第１のスイッチと、前記第１の変換器と、第１の変換器の直流出力を蓄電する蓄電装置と、蓄電装置のエネルギーを交流に変換する第２の自励式の変換器と、一端が第２の変換器に接続され、もう一端が負荷に接続されている第２のスイッチと、一端が前記交流電源に接続され、他端が負荷に接続されている第３のスイッチからなる無停電電源装置において、
第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、第２の変換器の制御応答速度を上げる手段を備えたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項３】
第１の変換器の制御応答速度を下げる手段は、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、第１の変換器の入力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第１の変換器の制御応答速度を下げることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
【請求項４】
第２の変換器の制御応答速度を上げる手段は、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、第２の変換器の出力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第２の変換器の制御応答速度を上げることを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。
【請求項５】
第１の変換器の制御応答速度を下げる手段は、第１の変換器の制御応答速度の下げ幅をリミッタにより制限することを特徴とする請求項３記載の無停電電源装置。
【請求項６】
第２の変換器の制御応答速度を上げる手段は、第２の変換器の制御応答速度の上げ幅をリミッタにより制限することを特徴とする請求項４記載の無停電電源装置。
【請求項７】
第１の変換器の制御応答速度を下げる手段は、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、制御に用いる第１の変換器の入力電圧にローパスフィルタをかけることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
【請求項８】
第２の変換器の制御応答速度を上げる手段は、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、制御に用いる第２の変換器の出力電圧にローパスフィルタをかけることを特徴とする請求項２記載の無停電電源装置。
【請求項９】
一端が交流電源に接続され、他端が交流を直流に変換する第１の自励式の変換器と接続されている第１のスイッチと、前記第１の変換器と、第１の変換器の直流出力を蓄電する蓄電装置と、蓄電装置のエネルギーを交流に変換する第２の自励式の変換器と、一端が第２の変換器に接続され、もう一端が負荷に接続されている第２のスイッチと、一端が前記交流電源に接続され、他端が負荷に接続されている第３のスイッチからなる無停電電源装置において、
第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、第１の変換器の入力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第１の変換器の制御応答速度を下げる手段、及び第２の変換器の出力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第２の変換器の制御応答を上げ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１０】
常時第１の変換器の入力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第１の変換器の制御応答を下げるとともに、第２の変換器の出力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第２の変換器の制御応答を上げるように働かせることを特徴とする請求項９記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無停電電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の無停電電源装置においては、インバータ出力とバイパス入力をラップして切り換える際に、瞬時波形制御部で、出力電圧設定値と出力電圧の差分を補正する制御をなくしたり、平均値制御部で出力電圧設定値とバイパス電圧との差分を出力電圧設定値に加算したりすることで、インバータ出力電圧とバイパス入力の差を小さくし、インバータ−バイパス間に不要な横流が発生するのを抑制している（例えば、特許文献１参照）。
また、インバータ−バイパス間の横流を検出し、横流を抑制する横流制御回路により、インバータ出力電圧を横流が０になるよう制御することでインバータ−バイパス間に不要な横流が発生するのを抑制する手法が記載されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１７８２４２号公報
【特許文献２】特開平１１−４５４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンバータが自励式の無停電電源装置では、インバータ出力とバイパス入力とをラップ切り換えする際に、無停電電源装置のコンバータとインバータが干渉し、入出力電圧が発振するという不具合が発生する場合がある。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためのものであり、インバータとコンバータとの干渉を抑制することができる無停電電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る無停電電源装置は、一端が交流電源に接続され、他端が交流を直流に変換する第１の自励式の変換器と接続されている第１のスイッチと、前記第１の変換器と、第１の変換器の直流出力を蓄電する蓄電装置と、蓄電装置のエネルギーを交流に変換する第２の自励式の変換器と、一端が第２の変換器に接続され、もう一端が負荷に接続されている第２のスイッチと、一端が前記交流電源に接続され、他端が負荷に接続されている第３のスイッチからなるものにおいて、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、第１の変換器の制御応答速度を下げる手段を備えたものである。
【０００７】
また、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、第２の変換器の制御応答速度を上げる手段を備えたものである。
【０００８】
また、第１の変換器の制御応答速度を下げる手段は、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、第１の変換器の入力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第１の変換器の制御応答速度を下げるものである。
【０００９】
また、第２の変換器の制御応答速度を上げる手段は、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、第２の変換器の出力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第２の変換器の制御応答速度を上げるものである。
【００１０】
また、第１の変換器の制御応答速度を下げる手段は、第１の変換器の制御応答速度の下げ幅をリミッタにより制限するものである。
【００１１】
また、第２の変換器の制御応答速度を上げる手段は、第２の変換器の制御応答速度の上げ幅をリミッタにより制限するものである。
【００１２】
また、第１の変換器の制御応答速度を下げる手段は、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、制御に用いる第１の変換器の入力電圧にローパスフィルタをかけるものである。
【００１３】
また、第２の変換器の制御応答速度を上げる手段は、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、制御に用いる第２の変換器の出力電圧にローパスフィルタをかけるものである。
【００１４】
また、第２の変換器から負荷に給電している際に、第３のスイッチを投入し、第１、２のスイッチを開放して、第２の変換器の給電から交流電源の給電に切り換える際に、第１の変換器の入力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第１の変換器の制御応答速度を下げる手段、及び第２の変換器の出力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第２の変換器の制御応答を上げる手段とを備えたものである。
【００１５】
また、常時第１の変換器の入力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第１の変換器の制御応答を下げるとともに、第２の変換器の出力電圧に含まれる高周波成分を検出し、高周波成分量に応じて第２の変換器の制御応答を上げるように働かせるものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、バイパススイッチ投入時のコンバータ−インバータ間の制御干渉による電圧発振を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を説明する。図１はこの発明の前提となるは無停電電源装置の回路構成図である。常時は商用交流電源１が無停電電源装置２に入力され、交流を直流に変換する第１の自励式の変換器であるコンバータ３で直流に変換され、蓄電池４を充電するとともに、再度第２の自励式の変換器であるインバータ５で交流に変換され、負荷６に給電される。無停電電源装置２の故障時、あるいはメンテナンス時にはバイパススイッチ（第３のスイッチ）７を投入し、入力スイッチ（第１のスイッチ）８、出力スイッチ（第２のスイッチ）９を開放することで、負荷６への給電を継続しながら無停電電源装置２の修理、メンテナンスを行う。
コンバータ３は、コンバータ制御ブロック１０内で直流電圧指令１０１（Ｖｄ*）と蓄電池４の電圧の差を加算回路１０２で計算し、その差に応じた制御量を制御系１０３で演算し、求められた制御量をコンバータ３の入力電圧に加算回路１０４で加えることで、コンバータ電圧指令１０５が計算され、コンバータ電圧が指令値１０５になるようスイッチングする。
インバータ５は、インバータ制御ブロック２０内で出力電圧指令２０１（Ｖｉ*）と出力電圧の差を加算回路２０２で計算し、その差に応じた制御量を制御系２０３で演算し、求められた制御量をインバータ５の出力電圧に加算回路２０４で加えることで、インバータ電圧指令２０５が計算され、インバータ電圧が指令値２０５になるようスイッチングする。
コンバータ３の制御系応答速度ωc［rad/s］とインバータ５の制御系応答速度ωi［rad/s］は大きい方が、より高速に制御でき理想的な無停電電源装置２の入出力電圧波形を得ることができる。一般的には、インバータ５の方が高い電圧精度を要求されるため、ωi［rad/s］の方が大きく設定されるのが一般的である。
コンバータ３の制御系応答速度ωc［rad/s］とインバータ５の制御系応答速度ωi［rad/s］が近いときに、バイパススイッチ７を投入してインバータ出力とバイパス入力とをラップ切り換えすると、コンバータ３とインバータ５が制御干渉を起こし、無停電電源装置２の入出力の電圧が発振する場合がある。
【００１８】
図２はこの発明の実施の形態１における無停電電源装置の回路構成図である。図２において、１０６はコンバータ制御ブロック１０内のラップ指令、１０７は切換スイッチ、１０８はラップ時のコンバータ制御系である。
次に、実施の形態１の動作について説明する。図２において、バイパススイッチ７を投入するラップ指令１０６が出力された際には、切換スイッチ１０７を下側に倒し、ラップ時のコンバータ制御系１０８の応答速度ωcr［rad/s］がインバータ５の制御系応答速度ωi［rad/s］よりも十分低い制御系１０８でコンバータ３を動作させる。これにより、コンバータ３とインバータ５が制御干渉を起こすのを回避することができる。
【００１９】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２における無停電電源装置の回路構成図である。図３において、２０６はインバータ制御ブロック２０内のラップ指令、２０７は切換スイッチ、２０８はラップ時のインバータ制御系である。
次に、実施の形態２の動作について説明する。実施の形態１では、コンバータ３の制御系の応答速度を下げたが、インバータ５の制御系の応答速度をコンバータ３の制御系の応答速度ωc［rad/s］よりも十分に高くすることが可能な場合は、図３のように、バイパススイッチ７を投入するラップ指令２０６が出力された際には、切換スイッチ２０７を下側に倒し、ラップ時のインバータ制御系２０８の応答速度ωir［rad/s］がコンバータ３の制御系応答速度ωc［rad/s］よりも十分高い制御系２０８でインバータ５を動作させる。これにより、コンバータ３とインバータ５が制御干渉を起こすのを回避することができる。
【００２０】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３における無停電電源装置の回路構成図である。図４において、１０９はコンバータ制御ブロック２０内の乗算回路、３０はコンバータ制御応答調整回路、３０１はバイパスフィルタ、３０２は絶対値演算回路、３０３は制御ゲイン、３０４は加算回路である。
実施の形態１では、バイパススイッチ７を投入してインバータ出力とバイパス入力とをラップ切換する際には、コンバータ３の制御系応答速度を予め設定したωcr［rad/s］に下げたが、制御上不連続な点を設けるのは望ましくなく、またなるべく制御系応答速度を高い値に維持させたい。そこで、図４のようにコンバータ制御応答調整回路３０を設けて、コンバータ入力電圧に含まれる高周波成分量によってコンバータ制御応答速度の下げ方を調整することで、制御上不連続な点を設けることなく、制御応答速度をできるだけ高い値で維持することができる。
【００２１】
次に実施の形態３の動作について説明する。コンバータ入力電圧をハイパスフィルタ３０１に入力し、ハイパスフィルタ３０１の出力を絶対値演算回路３０２に入力して絶対値を取ることで、コンバータ入力電圧に含まれる高周波成分量を計算できる。高周波成分量にゲイン３０３を乗じた値を加算回路３０４で１から引いた値をもともとのコンバータ制御系応答速度ωcr［rad/s］に乗算回路１０９でかけることで、コンバータ制御応答速度を連続的に変化させることができ、またできるだけ高い値で維持することができる。
【００２２】
実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４における無停電電源装置の回路構成図である。図５において、２０９はインバータ制御ブロック２０内の乗算回路、４０はインバータ制御応答調整回路、４０１はバイパスフィルタ、４０２は絶対値演算回路、４０３は制御ゲイン、４０４は加算回路である。
実施の形態３では、高周波成分量に応じてコンバータ制御応答速度を下げたが、インバータ５の制御応答速度をコンバータ３の制御応答速度ωcよりも十分に高くすることが可能な場合は、図５のように、高周波成分量に応じてインバータ制御応答速度を上げてコンバータ−インバータ間の制御干渉を回避することも可能である。
【００２３】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５における無停電電源装置の回路構成図である。図６において、３０５はリミッタ回路である。
実施の形態３では、高周波成分量に応じてコンバータ制御応答を下げたが、図４の回路だと高周波成分が非常に大きいときには制御応答が負になってしまう可能性がある。少なくとも制御応答を商用周波数を正常に制御できる値以上になるように、リミッタ回路３０５を追加したものを図６に示す。リミッタを追加することで、コンバータ制御応答が不適当に低くなるのを防ぐことができる。
【００２４】
実施の形態６．
図７はこの発明の実施の形態６における無停電電源装置の回路構成図である。図７において、４０５はリミッタ回路である。
実施の形態５と同様に実施の形態４の回路だと、高周波成分が非常に大きいときにはインバータ制御応答が高くなりすぎて、インバータ５のスイッチング周波数とマッチングが取れなくなる可能性があり、実施の形態５と同様に図７に示すようにリミッタ回路４０５を追加することで問題を解決できる。
【００２５】
実施の形態７．
図８はこの発明の実施の形態７における無停電電源装置の回路構成図である。図８において、１１１はローパスフィルタである。
実施の形態３では、コンバータ入力電圧に含まれる高周波成分量によって、コンバータ制御応答を落としたが、入力電圧に高周波成分が含まれる場合、加算回路１０４で加算されるコンバータ入力電圧自体が高周波成分を含むため、コンバータ制御応答をインバータ制御応答に対して十分に低くしても発振を抑制しきれない可能性がある。そこで、図８のようにバイパススイッチ７を投入してインバータ出力とバイパス入力とをラップ切換する際には、入力電圧をローパスフィルタ１１１を通して加算回路１０４に入力することで、高周波成分がコンバータ電圧指令１０５に反映されることが無くなり、電圧の発振をより確実に抑制することが可能となる。
【００２６】
実施の形態８．
図９はこの発明の実施の形態８における無停電電源装置の回路構成図である。図９において、２１１はローパスフィルタである。
実施の形態７と同様にインバータ制御部２０の加算回路２０４で加算されるインバータ出力電圧も図９のようにローパスフィルタ２１１を通して加算回路２０４に入力することで、高周波成分がインバータ電圧指令２０５に反映されることが無くなり、電圧の発振をより確実に抑制することが可能となる。
【００２７】
実施の形態９．
図１０はこの発明の実施の形態９における無停電電源装置の回路構成図である。
以上のように、バイパススイッチ７を投入してインバータ出力とバイパス入力とをラップ切換する際には、コンバータの制御応答速度を下げ、インバータの制御応答速度を上げて、両者の制御応答速度を十分遠い値にすることが有効である。したがって、実施の形態１〜８までを組み合わせることで、電圧の発振をより確実に抑制することが可能となる。図１０は実施の形態１、２を組み合わせた場合の例である。
【００２８】
実施の形態１０．
実施の形態１〜９では、バイパススイッチ７を投入してインバータ出力とバイパス入力とをラップ切換する際に限定して、コンバータの制御応答速度を下げ、インバータの制御応答速度を上げて、両者の制御応答速度を十分遠い値にする方法について論じてきたが、図１１に示すように、無停電電源装置が複数台接続された場合には、発振を抑制しきれない可能性がある。すなわち、無停電電源装置２のバイパススイッチ７を投入してインバータ出力とバイパス入力とをラップ切換する際に、コンバータ３の制御応答速度を下げ、インバータ３の制御応答速度を上げて、両者の制御応答速度を十分離したとしても、無停電電源装置９０にはラップ信号が出力されないため、コンバータ９３の制御応答速度は元のままであり、インバータ５の制御応答とコンバータ９３の制御応答が十分離れないことも考えられるからである。
そこで、図１２のように、高周波成分を検出してコンバータの制御応答速度を下げ、インバータの制御応答速度を上げる、制御応答調整回路を常時働かせておけば、図１１のような場合にも、無停電電源装置９０はコンバータの入力電圧の発振を検出して、コンバータ９３の制御応答速度を下げるので、電圧の発振をより確実に抑制することが可能となる。一般にコンバータとインバータの干渉による電圧の発振は２ｋＨｚ程度の周波数となるため、コンバータ制御応答調整回路３０のハイパスフィルタ３０１の遮断周波数を基本周波数に比べて十分高い値に設定できるので、通常状態での電圧のわずかなひずみで制御応答速度が大きく変わることは無い。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の前提となるは無停電電源装置の回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における無停電電源装置の回路構成図である。
【図３】この発明の実施の形態２における無停電電源装置の回路構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３における無停電電源装置の回路構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４における無停電電源装置の回路構成図である。
【図６】この発明の実施の形態５における無停電電源装置の回路構成図である。
【図７】この発明の実施の形態６における無停電電源装置の回路構成図である。
【図８】この発明の実施の形態７における無停電電源装置の回路構成図である。
【図９】この発明の実施の形態８における無停電電源装置の回路構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態９における無停電電源装置の回路構成図である。
【図１１】無停電電源装置が２台並列接続された場合の主回路構成を示す回路構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態１０における無停電電源装置の回路構成図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  商用交流電源
２  無停電電源装置
３  コンバータ
４  蓄電池
５  インバータ
６  負荷
７  バイパススイッチ
８  入力スイッチ
９  出力スイッチ
１０  コンバータ制御ブロック
２０  インバータ制御ブロック
１０１  直流電圧指令
１０２、１０４  加算回路
１０３  制御系
１０５  コンバータ電圧指令
１０６  ラップ指令
１０７  切換スイッチ
１０８  ラップ時のコンバータ制御系
１０９  乗算回路
１１１  ローパスフィルタ
２０１  出力電圧指令
２０２、２０４  加算回路
２０３  制御系
２０５  インバータ電圧指令
２０６  ラップ指令
２０７  切換スイッチ
２０８  ラップ時のインバータ制御系
２０９  乗算回路
２１１  ローパスフィルタ
３０  コンバータ制御応答調整回路
３０１  バイパスフィルタ
３０２  絶対値演算回路
３０３  制御ゲイン
３０４  加算回路
３０５  リミッタ回路
４０  インバータ制御応答調整回路
４０１  バイパスフィルタ
４０２  絶対値演算回路
４０３  制御ゲイン
４０４  加算回路
４０５  リミッタ回路
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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