(57)【要約】  【課題】自己消弧能力を持たない半導体素子からなる連系スイッチを備えた無停電電源装置において、スイッチの残留電流をゼロとすることで迅速なスイッチ遮断を可能にする。  【解決手段】交流電源から負荷へ繋がれた系統間に、自己消弧能力を持たない半導体で構成されるスイッチと直列変圧器１次巻線とからなる直列回路を備え、直列変圧器２次巻線と前記系統との間に、整流手段と直交変換器とからなる直列回路を備え、かつ前記直列変圧器２次巻線に巻線短絡用スイッチを備えた無停電電源装置の制御方法であって、前記交流電源の異常時に前記巻線短絡用スイッチをオフする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から負荷へ繋がれた系統間に、自己消弧能力を持たない半導体で構成されるスイッチと直列変圧器１次巻線とからなる直列回路を備え、直列変圧器２次巻線と前記系統との間に、整流手段と直交変換器とからなる直列回路を備え、かつ前記直列変圧器２次巻線に巻線短絡用スイッチを備えた無停電電源装置の制御方法であって、
前記交流電源の異常時に前記巻線短絡用スイッチをオフすることを特徴とする無停電電源装置の制御方法。
【請求項２】
前記巻線短絡用スイッチを直列変圧器１次巻線に備えたことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、系統に接続された変換器を備える無停電電源装置に関するものであり、詳しくは、変換器と交流電源との間に備えられる連系スイッチの切り換えに関する。
【背景技術】
【０００２】
系統に連系され、半導体電力変換素子により構成された交直変換器により負荷に電力を供給するシステムは従来から良く知られているが、特に電源装置の効率化や低価格化を目的としてパラレルプロセッシング方式を用いたシステムが考案されている。
ここで、このパラレルプロセッシング方式が如何なるものかを図４にて示すことにする。交流電源4が正常な時は変換器1が蓄電池3の充電制御を行い、交流電源4が停電した時は、交流スイッチ6を開放し、変換器1が蓄電池3の直流電力を交流に変換して負荷5に電力供給する。また、入力力率を１とする目的で負荷5の無効電力を変換器1が供給することもある。
図５に図４の装置における制御概要を示す。蓄電池電圧の指令値Vd＊13と蓄電池の検出電圧値Vd12との偏差を自動調節器14に入力し、変換器1により充電される充電電流指令値Ib＊15を算出する。次にこの充電電流指令値はリミッタLIM16に入力され、許容範囲内となるよう制限された出力電流指令値Iinv17として出力される。この電流指令値17と変換器1の出力電流検出値Iinv10との偏差を自動調節器18に入力し、結果得られた制御信号（λ指令）により変換器１を動作させる。また、入力力率を１として運転する場合、負荷電流検出値IL11から有効成分抽出回路19により負荷の有効電流Ip20を抽出し、負荷電流検出値IL11からこのIp20を差し引くことで無効電流Iq＊を算出する。この無効電流Iq＊21を前述の充電電流指令値Ib＊15に加算することにより変換器1は充電電流と無効電流を負荷に供給することができ、入力力率は１となる。
【０００３】
図６は、図４の装置において交流電源停電時の制御概要をブロック図で示したものである。設定された出力電圧指令値Vout＊21と出力電圧検出値8との偏差を自動調節器23に入力し、出力電圧8を所定の値にするための制御信号を演算し、この値を制御信号として変換器1を動作させる。
上述したような方式においては、交流電源が停電した場合などの電源異常を検出すると、交流スイッチ6には開放信号が与えられて、同時に変換器１は蓄電池への充電を行う充電制御から、負荷への電力供給を行う交流電力出力制御に切り替わり、負荷への出力電圧を一定にするようはたらく。このとき、交流スイッチ6が自己消弧能力を持たないサイリスタ等で構成されていると、交流スイッチ6の開放信号、すなわちゲートオフ信号が与えられてもサイリスタの残留電流が逆極性になるまで短絡状態が継続してしまう。
【０００４】
交流電源電圧の低下による電源異常の場合、変換器出力電圧がサイリスタの残留電流を抑制する方向にはたらく。つまり、交流電源電圧が低下した場合は、変換器が出力する電圧が電源電圧に対し高くなるので、その場合、交流スイッチ6に流れる電流は打ち消され、交流スイッチ6をオフすることに特別の困難性はない。
しかし逆に、交流電源電圧の上昇による電源異常や、３相電源系統における電圧不均衡等を生じた場合、変換器の出力が系統に対して低下するので、交流スイッチを遮断するまでに時間を要することになる。つまり、変換器が出力する電圧が電源電圧に対し低くなるから、変換器によって交流スイッチ6に流れる電流を打ち消すことができない。そうなると、交流電源と変換器出力電圧の位相、振幅の関係によっては過大な横流を発生することにつながる恐れがある。
【０００５】
この問題を解決するため、特許文献１のように、交流スイッチ6の電流を抑制する方向に変換器出力電圧に逆バイアス電圧を印加する方法が提案されている。
【特許文献１】特開2003−87999号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この方法では、交流スイッチ6が遮断されるまでの間は、負荷5には本来供給すべき交流電圧に対して、本来供給すべきではない逆バイアス電圧が加算されることになるから、これが原因となって負荷の電圧歪みが発生してしまう。そこで本発明は、電源異常による運転切り換え時に、負荷に印加する電圧を歪ませることなく、交流電源と変換器間の横流電流を抑制しつつ、交流スイッチを速やかに遮断する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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、交流電源から負荷へ繋がれた系統間に、自己消弧能力を持たない半導体で構成されるスイッチと直列変圧器１次巻線とからなる直列回路を備え、直列変圧器２次巻線と前記系統との間に、整流手段と直交変換器とからなる直列回路を備え、かつ前記直列変圧器２次巻線に巻線短絡用スイッチを備えた無停電電源装置の制御方法であって、前記交流電源の異常時に前記巻線短絡用スイッチをオフするものである。
また、本発明においては、前記巻線短絡用スイッチを直列変圧器１次巻線に備えたものとしてもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、交流電源異常時に短絡スイッチを開放することで交流スイッチの残留電流を整流回路に流すことで、蓄電池の発生する直流電圧が残留電流を打ち消す方向に印加される。このため、自己消弧機能を持たない素子を交流スイッチとして用いても、確実かつ迅速に交流スイッチを遮断することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本願の第１の実施形態を示す図である。ここで従来技術との相違点は、直列変圧器24と、変圧器24の２次巻線を短絡するための短絡スイッチ25と、変圧器24と変換器1との間に接続されたダイオード整流回路2を追加したことである。
図２に、本願を単相回路に適用した例を示す。電源正常時は短絡スイッチ25により変圧器24の２次巻線を短絡しており、変圧器24の１次巻線電流、すなわち負荷電流はダイオード整流回路2に流れることはなく、変圧器24の励磁電圧はゼロとなる。
ここで、交流電源異常により交流スイッチ6に開放指令が与えられ、交直変換器1は交流電源に代わり定電圧源としての動作を開始すると同時に、変圧器24の２次巻線を短絡していた短絡スイッチ25を開放する。これにより、サイリスタの残留電流I1が直列変圧器24を介してダイオード整流回路2に流入する。この電流経路をI2で示すが、この電流経路にて残留電流9が流れる場合には、D1及びD4がオン状態となり、直流電圧12がΔV2の方向に発生し、変圧器24の２次巻線を励磁する。このΔV2により直列変圧器24の１次巻線に発生する電圧ΔV1は交流スイッチ6に流れる残留電流I1を抑制する方向に印加され、残留電流が無くなるまで継続して流れる。
【００１０】
以上の動作により、交流スイッチ6の電流が逆極性になり、交流スイッチ6は遮断される。なお、この一連の制御においては、短絡用スイッチを開放するだけでΔV1が発生することになるが、このΔV1は負荷に一切関与しない電圧であるため、変換器1は従前と変わらず負荷へ同じ電力を供給することになる。言い換えれば、変換器1が交流スイッチ6を迅速に遮断するためだけに特別な制御を行う必要が無くなる。
図３は、本願第２の実施形態を示すもので、ここでは３相にて適用する例を示している。動作については上述と同様であるから、詳述は省略する。
また、図４に本願第３の実施形態を示す。この実施形態では、図１にて示した第１の実施形態と異なり、短絡スイッチ25を直列変圧器24の１次巻線側に備えている。この実施形態における短絡スイッチ25の制御及びその他の制御については、第１の実施形態と同様であるから、動作説明の詳細は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態を示すシステム図である。
【図２】第１実施形態における動作説明を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示すシステム図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示すシステム図である。
【図５】従来技術を示すシステム図である。
【図６】従来技術における蓄電池への充電制御を示すブロック図である。
【図７】従来技術における交流電源停電時の制御を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１２】
１：直交変換器
２：ダイオード整流器
３：電力貯蔵装置（蓄電池）
４：交流電源
５：負荷
６：交流スイッチ
７：交流電源電圧
８：出力電圧
９：入力電流（交流スイッチ残留電流）
１０：直交変換器の出力電流
１１：出力電流
１２：直流電圧
１３：直流電圧指令値
１４：自動調節器
１５：充電電流指令値
１６：リミッタ
１７：直交変換器の出力電流指令
１８：自動調節器
１９：有効成分抽出回路
２０：負荷電流の有効成分
２１：無効電流指令値
２２：出力電圧指令
２３：自動調節器
２４：直列変圧器
２５：短絡スイッチ
２６：直列変圧器２次電流
２７：直列変圧器１次電圧
２８：直列変圧器２次電圧
【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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