(57)【要約】【課題】  入力短絡時にＵＰＳを過電流から保護し、安定した電力を負荷に無停電で供給する。【解決手段】  交流入力電源１から供給される交流電力を直流電力に変換する電力変換装置１０１と、電力貯蔵装置５と、直流電力を交流電力に変換して交流入力電圧の瞬時の電圧低下分を補償する瞬時電圧低下補償装置１０２とを備えたＵＰＳ１００において、電力変換装置１０１に流れる電流が予め定められた電流基準値を越えた場合に、当該電力変換装置１０１の変換動作を停止させる停止手段７を電力変換装置１０１に備えさせる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力電源に開閉器の一端が接続され、前記開閉器の他端と負荷との間に接続配置された無停電電源装置であって、
電力貯蔵装置と、
前記開閉器の他端の電圧を検出し、当該検出電圧値が前記交流入力電源の定格電圧に対応する基準電圧値以上である場合に、前記交流入力電源の電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置に供給し、前記検出電圧値が前記交流入力電源の定格電圧に対応する基準電圧値以下である場合に前記電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する電力変換装置と、
前記負荷への供給電圧を検出し、当該供給電圧が定格電圧を瞬時下回ったとき、その電圧低下分を、前記電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換することにより前記負荷に供給する瞬時電圧低下補償装置と、を備え、
前記電力変換装置は、当該電力変換装置自身に流れる電流が予め定められた過電流基準値を超えた場合に当該電力変換装置の変換動作を停止させる停止手段を有することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
交流入力電源に開閉器の一端が接続され、前記開閉器の他端と負荷との間に接続配置された無停電電源装置であって、
前記開閉器と接続され、前記交流入力電源から供給される交流入力電力を負荷に供給する電源ラインと、
前記開閉器の他端において、前記交流入力電圧を検出する交流入力電圧検出器と、
前記電源ラインに並列に接続され、前記交流入力電力を直流電力に変換し、この直流電力を前記電力貯蔵装置に出力するコンバータ動作と、前記電力貯蔵装置に貯蔵された直流電力を交流電力に変換して前記電源ラインに出力するインバータ動作とを切り換え可能に行う電力変換素子で構成された双方向性コンバータと、
前記電力貯蔵装置に貯蔵された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、
前記電源ラインに直列に接続され、前記インバータから出力される交流電力を前記電源ラインに注入する注入トランスと、
前記負荷に供給される交流電圧を検出する負荷供給電圧検出器と、
前記負荷供給電圧検出器によって検出された前記交流電圧が常に負荷定格電圧となるように、前記インバータの出力を制御するインバータ制御手段と、
前記双方向性コンバータに流れる電流を検出する電流検出器と、
前記交流入力電圧検出器により検出された交流入力電圧が予め定められた基準値以下になって前記開閉器を開放する際に前記電流検出器により検出された電流が予め定められた基準値以上になったとき、前記双方向性コンバータを構成する電力変換素子にゲートブロック信号を供給して双方向性コンバータの動作を停止させる双方向性コンバータ制御手段と、を備えることを特徴とする無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無停電電源装置（以下、ＵＰＳ：Uninterruptible  Power  Supplyという。）に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統では、自然発生的あるいは人為的な原因によって、１線地絡事故や２線短絡事故等が発生し、停電や電圧低下等が起こることがある。停電の発生は、情報の喪失を嫌う情報機器や通信機器、医用電子機器等の重要な負荷に対して重大な影響を与えることになる。このような電源トラブルを回避すべく、多くの大型ビルや公共施設等には停電時や電圧低下時に給電電力を補償するＵＰＳが設置されている。
【０００３】
従来のＵＰＳとして、商用交流入力電源と負荷との間に設けられた電源ラインに並列に挿入された並列トランスと、この並列トランスに接続された並列補償コンバータと、電源ラインに直列に接続された直列トランスと、この直列トランスに接続された直列補償インバータと、並列補償コンバータと直列補償インバータとの間に接続された電力貯蔵装置とから構成されたものが知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００４】
上記従来のＵＰＳは、通常時において、商用交流入力電源から供給される交流電力を直列トランスを介して負荷に供給すると同時に、並列補償コンバータにより入力交流電力を直流電力に変換して電力貯蔵装置に蓄えておき、交流入力電源側に瞬時の電圧低下が発生したとき電力貯蔵装置に蓄えられた直流電力を直列補償インバータにより交流電力に変換して直列トランスに出力し、直列トランスを介して電圧低下分に相当する補償電圧を注入することにより、停電及び電圧の低下を補償するようにしたものである。
【０００５】
上記従来のＵＰＳには、交流入力電源の開放事故等による交流入力電圧の低下または並列補償コンバータの過負荷または過電流を検出したときに、交流入力電源とＵＰＳとの間を遮断する開閉器あるいは遮断スイッチが設けられている。このＵＰＳによれば、停電発生時に遮断スイッチを開放して交流入力電源とＵＰＳとを切り離し、並列補償コンバータを直流電力を交流電力に変換する逆コンバート動作、すなわちインバータ動作に切り替え、負荷に対して給電を行うようになっている。
【特許文献１】特開２００１−１２８３９０号公報
【特許文献２】特開２００１−２８６０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のＵＰＳ（特許文献１および２）に設けられた遮断スイッチは、その動作特性上、電圧低下等を検出してから交流入力電源とＵＰＳとの切り離しを完全に行うまでに数十ｍｓｅｃの遅れ時間を有している。この遅れ時間の間、ＵＰＳと電力系統の地絡事故発生個所あるいは短絡事故発生個所との間の経路は接続状態になり、ＵＰＳ側から地絡事故発生個所あるいは短絡事故発生個所に向かって大電流が流れることになる。その結果、ＵＰＳが過電流にさらされて故障し、円滑な給電補償が行われなくなるおそれがあった。
【０００７】
本発明の課題は、入力短絡時にＵＰＳを過電流から保護するとともに、安定した電力を無停電で負荷に供給することが可能な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】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、交流入力電源（例えば、図１の交流入力電源１）に開閉器（例えば、図１の開閉器３）の一端が接続され、前記開閉器の他端と負荷（例えば図１の負荷２）との間に接続配置された無停電電源装置（例えば、図１のＵＰＳ１００）であって、電力貯蔵装置（例えば、図１の電力貯蔵装置５）と、前記開閉器の他端の電圧を検出し、当該検出電圧値が前記交流入力電源の定格電圧に対応する基準電圧値以上である場合に、前記交流入力電源の電力を直流電力に変換して前記電力貯蔵装置に供給し、前記検出電圧値が前記交流入力電源の定格電圧に対応する基準電圧値以下である場合に前記電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する電力変換装置（例えば、図１の電力変換装置１０１）と、前記負荷への供給電圧を検出し、当該供給電圧が定格電圧を瞬時下回ったとき、その電圧低下分を、前記電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換することにより前記負荷に供給する瞬時電圧低下補償装置（例えば、図１の瞬時電圧低下補償装置１０２）と、を備え、前記電力変換装置は、当該電力変換装置自身に流れる電流が予め定められた過電流基準値を超えた場合に当該電力変換装置の変換動作を停止させる停止手段を有することを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、交流入力電源で２線短絡事故や１線地絡事故等が発生した場合、電力変換装置は電圧低下を検出して電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給しようとする。このとき、無停電電源装置と交流入力電源の地絡発生箇所あるいは短絡発生箇所との間の経路は接続状態となるので、無停電電源装置側から短絡事故発生箇所あるいは地絡事故発生箇所に向かって大電流が流れ、無停電電源装置が故障する恐れがある。しかし、電力変換装置は、停止手段により、当該電力変換装置自身に流れる電流が予め定められた過電流基準値を超えた場合に、当該電力変換装置の変換動作を停止させるので、過電流の発生を防止することができる。したがって、電力変換装置の故障および無停電電源装置の故障を防ぐことができる。この間、瞬時電圧低下補償装置により負荷への供給電圧が補償されるので、交流入力電源の地絡事故や短絡事故による停電時にも安定した電力を無停電で負荷に供給することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、交流入力電源（例えば、図１の交流入力電源１）に開閉器（例えば、図１の開閉器３）の一端が接続され、前記開閉器の他端と負荷（例えば、図１の負荷２）との間に接続配置された無停電電源装置（例えば、図１のＵＰＳ１００）であって、前記開閉器と接続され、前記交流入力電源から供給される交流入力電力を負荷に供給する電源ライン（例えば、図１の電源ライン４）と、前記開閉器の他端において、前記交流入力電圧を検出する交流入力電圧検出器（例えば、図１のコンバータ制御装置７）と、前記電源ラインに並列に接続され、前記交流入力電力を直流電力に変換し、この直流電力を電力貯蔵装置（例えば、図１の電力貯蔵装置５）に出力するコンバータ動作と、前記電力貯蔵装置に貯蔵された直流電力を交流電力に変換して前記電源ラインに出力するインバータ動作とを切り換え可能に行う電力変換素子で構成された双方向性コンバータ（例えば、図１の双方向性コンバータ６）と、前記電力貯蔵装置に貯蔵された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ（例えば、図１のインバータ８）と、前記電源ラインに直列に接続され、前記インバータから出力される交流電力を前記電源ラインに注入する注入トランス（例えば、図１の注入トランス１０）と、前記負荷に供給される交流電圧を検出する負荷供給電圧検出器（例えば、図１のインバータ制御装置９）と、前記負荷供給電圧検出器によって検出された前記交流電圧が常に負荷定格電圧となるように、前記インバータの出力を制御するインバータ制御手段（例えば、図１のインバータ制御装置９）と、前記双方向性コンバータに流れる電流を検出する電流検出器（例えば、図１の電流検出器１３）と、前記交流入力電圧検出器により検出された交流入力電圧が基準値以下になって前記開閉器を開放する際に前記電流検出器により検出された電流が予め定められた基準値以上になったとき、前記双方向性コンバータを構成する電力変換素子にゲートブロック信号を供給して双方向性コンバータの動作を停止させる双方向性コンバータ制御手段（例えば、図１のコンバータ制御装置７）と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、交流入力電源で２線短絡事故や１線地絡事故等が発生した場合、開閉器が完全に開放されて電源ラインと無停電電源装置とが切り離されるまでの間、無停電電源装置と交流入力電源の地絡発生箇所あるいは短絡発生箇所との間の経路は接続状態となるので、無停電電源装置側から短絡事故発生箇所あるいは地絡事故発生箇所に向かって大電流が流れ、無停電電源装置が故障する恐れがある。しかし、双方向性コンバータ制御手段は、電流検出器により予め定められた基準値以上の電流が検出されると双方向性コンバータを構成する電力変換素子にゲートブロック信号を供給して双方向性コンバータの動作を停止させるので、過電流の発生を防止することができる。したがって、双方向性コンバータの故障および無停電電源装置の故障を防ぐことができる。この間、インバータ制御手段によりインバータは注入トランスを介して負荷に負荷定格電圧を供給するので、交流入力電源の地絡事故や短絡事故による停電時にも安定した電力を無停電で負荷に供給することができる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、交流入力電源で２線短絡事故や１線地絡事故等が発生した場合、電力変換装置は電圧低下を検出して電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給しようとする。このとき、無停電電源装置と交流入力電源の地絡発生箇所あるいは短絡発生箇所との間の経路は接続状態となるので、無停電電源装置側から短絡事故発生箇所あるいは地絡事故発生箇所に向かって大電流が流れ、無停電電源装置が故障する恐れがある。しかし、電力変換装置は、停止手段により、当該電力変換装置自身に流れる電流が予め定められた過電流基準値を超えた場合に、当該電力変換装置の変換動作を停止させるので、過電流の発生を阻止することができる。したがって、電力変換装置の故障および無停電電源装置の故障を防ぐことができる。この間、瞬時電圧低下補償装置により負荷への供給電圧が補償されるので、交流入力電源の地絡事故や短絡事故による停電時にも安定した電力を無停電で負荷に供給することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、交流入力電源で２線短絡事故や１線地絡事故等が発生した場合、開閉器が完全に開放されて電源ラインと無停電電源装置とが切り離されるまでの間、無停電電源装置と交流入力電源の地絡発生箇所あるいは短絡発生箇所との間の経路は接続状態となるので、無停電電源装置側から短絡事故発生箇所あるいは地絡事故発生箇所に向かって大電流が流れ、無停電電源装置が故障する恐れがある。しかし、双方向性コンバータ制御手段は、電流検出器により予め定められた基準値以上の電流が検出されると双方向性コンバータを構成する電力変換素子にゲートブロック信号を供給して双方向性コンバータの動作を停止させるので、過電流の発生を阻止することができる。したがって、双方向性コンバータの故障および無停電電源装置の故障を防ぐことができる。この間、インバータ制御手段によりインバータは注入トランスを介して負荷に負荷定格電圧を供給するので、交流入力電源の地絡事故や短絡事故による停電時にも安定した電力を無停電で負荷に供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係るＵＰＳの実施の形態について説明する。
【００１５】
まず、本発明に係るＵＰＳ１００の概要を図１に示す。図１に示すように、電力系統からの交流入力電源１と負荷２との間には、開閉器３が介在されている。開閉器３の一端は交流入力電源１側に接続され、他端は負荷２側に接続されている。以下、この開閉器３と負荷２との間の配線を電源ライン４という。電源ライン４には、電力変換装置１０１と瞬時電圧低下補償装置１０２が接続配置されている。
【００１６】
電力変換装置１０１は、開閉器３を介して交流入力電源１から供給される交流電力を直流電力に変換して電力貯蔵装置５に供給するコンバータ動作と、電力貯蔵装置５の貯蔵電力を交流電力に変換して負荷２に供給するインバータ動作とを切り換え可能に行う電力変換素子で構成された双方向性コンバータ６と、この双方向性コンバータ６を制御するコンバータ制御装置７とを備えている。
【００１７】
また、瞬時電圧低下補償装置１０２は、電力貯蔵装置５の貯蔵電力を交流電圧に変換するインバータ８と、このインバータ８の制御を行うインバータ制御装置９と、インバータ８から出力される交流電圧を所定の巻線比に応じて変圧し、変圧した交流電圧を交流入力電圧に注入して負荷２に供給する注入トランス１０等を備えている。
【００１８】
電力変換装置１０１は、通常時において、交流電源１を負荷２に供給するとともに、電力変換装置１０１により交流電力を直流電力に変換して電力貯蔵装置５に貯蔵する。このときの電源ライン４に生ずる電圧の低下は、瞬時電圧低下補償装置１０２により電力貯蔵装置５の貯蔵電力を交流電力に変換して不足分を補う形で供給され、補償される。
【００１９】
電力系統あるいは交流入力電源１における１線地絡事故や２線短絡事故等の異常時において、電力変換装置１０１は電力貯蔵装置５の貯蔵電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を交流入力電源１に代わって電源ライン４に供給する。このとき開閉器３は開放されるが、開閉器３の動作特性上、切り離しが完了するまでに遅れがあることは先に述べた通りであり、このことに起因して電力変換装置１０１側から交流入力電源１側に過電流が発生しようとする。そこで、本発明に係るＵＰＳ１００では、電力変換装置１０１に設けられた停止手段により効果的に過電流の発生を阻止する構成となっている。その詳細は後述する。
【００２０】
次に、各構成要素について説明する。
【００２１】
開閉器３は例えば電磁接触器またはサイリスタスイッチから構成され、その一端は交流入力電源１に、他端は双方向性コンバータ６の入力端および注入トランス１０の一次側にそれぞれ接続される。
【００２２】
通常時、開閉器３は閉状態であり、交流入力電源１から供給される交流入力電圧Ｖ1は負荷２に注入トランス１０を介して供給される。交流入力電圧Ｖ1が予め設定された基準値以下に下がると、すなわち停電時等には、後述するコンバータ制御装置７から開閉器３に開閉器開放指令信号が供給される。この開放指令信号を受けると、開閉器３は開状態になる。そして、完全に開閉器３が開放されると、開閉器３はコンバータ制御装置７に開閉器開放アンサーバック信号を出力する。
【００２３】
双方向性コンバータ６の主回路デバイス（すなわち、電力変換素子）は、例えばＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）を用いて構成される。双方向性コンバータ６の交流側入出力端はリアクトル１１を介して電源ライン４に接続され、直流側入出力端は電力貯蔵装置５およびインバータ８の入力端と接続されている。
【００２４】
双方向性コンバータ６は、通常時は、上記の様に、交流入力電圧を直流電圧に変換して電力貯蔵装置５またはインバータ８に出力するコンバータ動作を行う。そして、停電時には、双方向性コンバータ６は電力貯蔵装置５に貯蔵された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ動作を行う。変換後の交流電圧はリアクトル１１を介して電源ライン４に供給する。これらのコンバータ動作およびインバータ動作ならびにコンバータ動作とインバータ動作の切り換えは、後述するコンバータ制御装置７によって制御される。
【００２５】
リアクトル１１は限流動作を行うもので、交流入力電源１側で地絡事故や短絡事故が発生したときに、開閉器３が開放されるまでの間、双方向性コンバータ６側から交流入力電源１側に過電流が流れないようにする。
【００２６】
双方向性コンバータ６とリアクトル１１との間には、例えばカレントトランス（ＣＴ）等から構成される電流検出器１３が接続される。この電流検出器１３はリアクトル１１に流れる交流電流Ｉ1を検出するもので、次に説明するコンバータ制御装置７の一構成要素となる。
【００２７】
本実施の形態において、コンバータ制御装置７は、コンピュータ制御により具現化されており、ＲＯM（図示せず。）等の記憶装置に記憶された制御プログラムとCPU（図示せず。）との協働によって双方向性コンバータ６の制御信号を生成する。なお、コンバータ制御装置７は演算増幅器を用いてアナログ制御回路により構成することも可能である。
【００２８】
コンバータ制御装置７は、通常時（コンバータ動作時）と停電もしくは電圧低下時（インバータ動作時）とでは制御内容が異なるので、以下、各動作ごとに分けて説明する。
〔コンバータ制御装置のコンバータ動作時の制御〕
図２に、コンバータ制御装置７のコンバータ動作時における制御要素ブロック図を示す。
【００２９】
図２において、コンバータ制御装置７には交流入力電圧検出信号Ｖ1、交流入力電流検出信号I1及び電力貯蔵装置５の直流電圧検出信号Ｖ5が入力される。交流入力電圧信号Ｖ1は電圧検出端１２から取り込まれ、交流入力電流検出信号I1は電流検出器１３から取り込まれ、直流電圧検出信号Ｖ5は電圧検出端１４から取り込まれる（図１参照）。
【００３０】
電力貯蔵装置５の出力直流電圧Ｖ5は常に一定に保たれなければならないから、コンバータ制御装置７には直流電圧指令値Ｖｒが与えられており、この直流電圧指令値Ｖｒは比較要素７１において、直流電圧検出信号Ｖ5と比較される。その比較出力すなわちＶ5とＶｒとの差分信号Ｖ71は、力率制御及びＶ5定電圧制御要素７２に入力される。
【００３１】
交流入力電圧検出信号Ｖ1は位相検出要素７３に与えられる。位相検出信号Ｖ73は力率制御及びＶ5定電圧制御要素７２に入力される。
【００３２】
力率制御及びＶ5定電圧制御要素７２は、差分信号Ｖ71、位相検出信号Ｖ73及び交流入力電流検出信号I1に基づいて、力率制御及びＶ5定電圧制御信号Ｖ72を生成し、加算要素７４に送る。
【００３３】
加算要素７４は、交流電源電圧Ｖ1と力率制御及びＶ5定電圧制御信号Ｖ72
との加算演算（Ｖ1+Ｖ72）を行い、加算信号を乗算要素７５に送る。
【００３４】
乗算要素７５は、加算演算値（Ｖ1+Ｖ72）に係数要素７６からの係数信号Ｖ76を掛け合わせ（実質的には、直流電圧検出値Ｖ5で割り算し）、その乗算信号Ｖ75をPWM変調器７７に与える。
【００３５】
PWM変調器７７は、乗算信号Ｖ75に基づいて、変調制御信号Ｖ77を生成し、双方向性コンバータ６を構成する電力変換素子のゲートに供給する。その結果、双方向性コンバータ６は適正な電力を電力貯蔵装置５に供給することになる。
【００３６】
一方、コンバータ動作時において、交流入力電圧Ｖ1及び交流入力電流I1は交流入力電圧検出要素７８及び電流検出器１３によって常時監視されており、停電等の異常がない場合には停電短絡検出要素７９からの出力信号は出力されない。したがって、開閉器３は閉じており、ゲートブロック信号Ｖ80も出力されない。
【００３７】
次に、コンバータ制御装置７のインバータ動作時における制御動作を説明する。停電等の異常が発生した場合には停電短絡検出要素７９から開放指令信号Ｖ79が出力されて、開閉器３は開放し、双方向性コンバータ６はインバータ動作を行うことになる。
〔コンバータ制御装置のインバータ動作時の制御〕
ここで、図３に双方向性コンバータ６のインバータ動作時の制御要素ブロック図を示す。図３において、コンバータ制御装置７には電力貯蔵装置５の直流電圧検出信号Ｖ5が入力される。この直流電圧検出信号Ｖ5は、コンバータ動作時と同様に、電圧検出端１４から取り込まれる（図１参照）。
【００３８】
双方向性コンバータ６の出力交流電力は、一定の周波数（例えば、５０Ｈｚ）を有する必要があるので、位相角生成要素８１には発振器８２から入力されるクロックパルス信号Ｖ82が与えられる。位相角生成要素８１は、クロックパルス信号Ｖ82に基づいて位相角生成信号Ｖ81を生成し、正弦波生成要素８３に送る。正弦波生成要素８３は、位相角生成信号Ｖ81に基づいて正弦波生成信号Ｖ83を生成し、乗算要素７５に送る。
【００３９】
乗算要素７５は、正弦波生成信号Ｖ83に係数要素７６からの係数信号Ｖ76'を掛け合わせ、その乗算信号Ｖ75'をPWM変調器７７に与える。ＰＷＭ変調器７７は、乗算信号Ｖ75'に基づいて、負荷２に供給する電力に要求される位相の定電圧に制御するための変調制御信号Ｖ77'を生成し、双方向性コンバータ６を構成する電力変換素子のゲートに供給する。その結果、双方向性コンバータ６は適正な電力を負荷２に供給することになる。
【００４０】
電力貯蔵装置５は、例えば、電気二重層コンデンサや蓄電池等から構成され、双方向性コンバータ６から一定電圧が供給され直流電力を貯蔵している。そして、停電時などにおいては、双方向性コンバータ６の直流側入出力端の電圧レベルが一定以下となるため、貯蔵していた直流電力を放出する。
【００４１】
インバータ８は、入力端が双方向性コンバータ６の直流側入出力端及び電力貯蔵装置５に、出力端が注入トランス１０の一次側にそれぞれ接続される。そして、双方向性コンバータ６または電力貯蔵装置５から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧を注入トランス１０の１次側へ出力する。
【００４２】
インバータ８の主回路デバイス（すなわち、電力変換素子）は、双方向性コンバータ６と同様に、例えばＩＧＢＴを用いて構成される。インバータ８からの出力交流電圧は、インバータ制御装置９によって交流電圧検出端１５を介して検出される負荷側交流電圧Ｖ4が常に負荷定格電圧となるように制御される。
【００４３】
インバータ制御装置９は、本実施の形態において、コンバータ制御装置７と同様に、コンピュータ制御により具現化されており、ＲＯＭ（図示せず。）等の記憶装置に記憶された制御プログラムとＣＰＵ（図示せず。）との協働によってインバータ８の制御信号を生成する。なお、インバータ制御装置９はアナログ制御回路により構成することも可能である。
【００４４】
図４にインバータ制御装置９の制御要素ブロック図を示す。
【００４５】
図４において、インバータ制御装置９には直流電圧検出信号Ｖ5、交流電圧検出信号Ｖ2、交流電圧検出信号Ｖ4が入力される。交流入力電圧信号Ｖ2は位相検出要素９１に与えられ、PWM変調器９２の制御出力Ｖ92に必要とされる位相（例えば、５０Ｈｚ）が検出される。その位相検出信号Ｖ91は正弦波生成要素９３に入力される。正弦波生成要素９３は、入力された位相検出信号Ｖ91に基づいて正弦波生成信号Ｖ93を生成する。
【００４６】
Ｖ4定電圧制御要素９４は、交流電圧検出信号Ｖ2、交流電圧検出信号Ｖ4、正弦波生成信号Ｖ93に基づいてＶ4定電圧制御信号Ｖ94を生成し、乗算要素９５に送る。乗算要素９５は、Ｖ4定電圧制御信号Ｖ94に係数要素Ｖ96を掛け合わせ、その乗算信号Ｖ95をＰＷＭ変調器９２に与える。
【００４７】
ＰＷＭ変調器９２は、乗算信号Ｖ95に基づいて、負荷２に供給する電力に要求される位相の定電圧に制御するための変調信号Ｖ92を生成し、インバータ８を構成する電力変換素子のゲートに供給する。その結果、インバータ８は注入トランス１０を介して適正な電力を負荷２に供給することになる。
【００４８】
注入トランス１０は、一次側がインバータ８の出力端に、二次側が交流電源１と負荷２との間にそれぞれ接続されている。そして、インバータ８の出力電圧を一次側と二次側との巻線比に応じて変圧し、交流入力電源１から供給される交流入力電圧Ｖ1もしくは双方向性コンバータ６から供給されるコンバータ交流側電圧Ｖ2に変圧後の注入電圧Ｖ3を加算し、負荷２に供給する負荷側交流電圧Ｖ4を常時一定レベルに保っている。
【００４９】
次に、ＵＰＳ１００の動作を図５及び図６を参照して説明する。
【００５０】
まず、通常時の動作について説明する。通常時、すなわち、交流入力電源１から電力が供給されている間（図６に示すタイミングＴ1までの間）は、開閉器３は閉状態にあり、交流入力電圧Ｖ1は注入トランス１０を介して負荷２に供給される。このとき、双方向性コンバータ６は、供給された交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力を電力貯蔵装置５に供給する（図１参照）。
【００５１】
この間、交流電圧検出端１５から検出される負荷側交流電圧Ｖ4が交流入力電圧Ｖ1の瞬低や変動等により負荷定格電圧に満たないと、インバータ８は、電力貯蔵装置５から放出される直流電力から不足分に相当する交流電力を生成し、注入トランス１０を介して注入電圧Ｖ3を注入する。したがって、図６に示すように、交流入力電圧Ｖ1に注入電圧Ｖ3が加算され、負荷２に供給される負荷側交流電圧Ｖ4は常に一定に保たれる。それに伴い負荷２に供給される交流負荷電流Ｉ2も常に一定に保たれる。
【００５２】
次に、短絡事故発生等に起因する停電時の動作について説明する。
【００５３】
なお、ここでは図６に示すＴ1のタイミングにおいて、交流入力電源１側で２線短絡事故が発生したとして、以下説明する。
【００５４】
２線短絡事故が発生すると、電圧検出端１２の電圧が低下する。この交流入力電圧Ｖ1の低下は、交流入力電圧検出要素７８により検出される。コンバータ制御装置７は、この検出信号に基づいて停電短絡検出要素７９から開閉器３に開閉器開放指令信号を供給させる（ステップＳ１）。
【００５５】
これと同時に、交流電圧検出端１５から検出される負荷側交流電圧Ｖ4が低下するので、インバータ制御装置９はインバータ８の出力を上げ、注入トランス１０を介して負荷定格電圧に相当する交流電圧を負荷２に供給させる。
【００５６】
次に、ステップＳ２において、コンバータ制御装置７は電流検出器１３により検出される電流が予め定められた過電流基準値を超えるか否かを監視している（図２参照）。ここで、電流Ｉ1が過電流基準値を超えると、すなわち過電流を検出するとステップＳ３に進み、過電流が検出されないとステップＳ５に進む。
【００５７】
なお、図６においては、電流Ｉ1が一瞬大きな値を示すので、過電流が検出されたものとする。
【００５８】
ステップＳ３では、コンバータ制御装置７において、停電短絡検出要素７９はゲートブロック信号Ｖ80を生成し、双方向性コンバータ６のゲート素子にゲートブロック信号Ｖ80を供給する。これにより、双方向性コンバータ６の動作は停止し、図６に示すように電流Ｉ1は遮断される。
【００５９】
次に、ステップＳ４において、開閉器３からのアンサーバック信号に基づいて開閉器３が完全に開放したか否かを確認する。
【００６０】
例えば、図６に示すタイミングＴ2において開閉器３が完全に開放されたことを確認すると（ステップＳ４：Ｙ）、コンバータ制御装置７は双方向性コンバータ６をインバータ動作で起動し、インバータ動作を行わせる（図３参照）。
【００６１】
タイミングＴ2において、双方向性コンバータ６がインバータ動作により起動されると、図６に示す様に、双方向性コンバータ６は徐々に出力電圧（Ｖ2）を上げていく。この出力電圧は電源ライン４を介して負荷２に供給される。これに伴い、インバータ８が注入トランス１０を介して注入する注入電圧Ｖ3は徐々に小さくなる。このように、タイミングＴ1からＴ2の間も、タイミングＴ2以降も、負荷側交流電圧Ｖ4は常に負荷定格電圧となり、負荷２には短絡事故発生前と等しい定格電圧が供給される。
【００６２】
なお、交流入力電圧Ｖ1の低下が検出されても過電流に至らず、電流検出器１３により検出された電流が過電流基準値以下の場合もある（ステップＳ２：Ｎ）。この場合、開閉器３が完全に開放されることを確認すると（ステップＳ５：Ｙ）、コンバータ制御装置７は双方向性コンバータ６の動作をコンバータ動作からインバータ動作に切り換える。これにより、双方向性コンバータ６はインバータ動作を行い、負荷２に交流電力を供給する。
【００６３】
以上説明したＵＰＳ１００によれば、交流入力電源１が短絡事故や地絡事故等に起因して停電が起こった場合、開閉器３が完全に開放されて交流入力電源１とＵＰＳ１００とが切り離されるまでの間、ＵＰＳ１００と交流入力電源１の地絡発生箇所あるいは短絡発生箇所との間の経路は接続状態となるので、ＵＰＳ１００側から短絡事故発生箇所あるいは地絡事故発生箇所に向かって大電流が流れ、ＵＰＳ１００が故障する恐れがある。しかし、コンバータ制御装置７は、電流検出器１３により基準値以上の電流、すなわち過電流が検出されると双方向性コンバータ６を構成する電力変換素子にゲートブロック信号を供給して双方向性コンバータ６の動作を停止させるので、過電流の発生を阻止することができる。したがって、双方向性コンバータ６の故障およびＵＰＳ１００の故障を防ぐことができる。この間、インバータ制御装置９によりインバータ８は注入トランス１０を介して負荷２に負荷定格電圧を供給するので、交流入力電源１の地絡事故や短絡事故による停電時にも安定した電力を無停電で負荷２に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明を適用した実施の形態の無停電電源装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すコンバータ制御装置が双方向性コンバータにコンバータ動作を行わせるときの制御要素ブロック図である。
【図３】図１に示すコンバータ制御装置が双方向性コンバータにインバータ動作を行わせるときの制御要素ブロック図である。
【図４】図１のインバータ制御装置の制御要素ブロック図である。
【図５】図１のコンバータ制御装置が交流入力電源の電圧低下を検出したときの処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す無停電電源装置の各位置における電圧又は電流の波形を示したタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００６５】
１    交流入力電源
２    負荷
３    開閉器
４    電源ライン
５    電力貯蔵装置
６    双方向性コンバータ
７    コンバータ制御装置
８    インバータ
９    インバータ制御装置
１０    注入トランス
１１    リアクトル
１２    交流電圧検出端
１３    電流検出器
１４    直流電圧検出端
１５    交流電圧検出端
１００    無停電電源装置
１０１    電力変換装置
１０２    瞬時電圧低下補償装置
Ｖ1    交流入力電圧
Ｖ2    コンバータ交流側電圧
Ｖ3    注入電圧
Ｖ4    負荷側交流電圧
Ｖ5    直流電圧
【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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