(57)【要約】【課題】無停電電源装置の復電時に、交流電源からの突入電流を抑制し得るようにする。【解決手段】負荷５をスイッチを介して交流電源４に接続し、直流側に電力貯蔵要素３を持ち順逆両方向に電力変換可能な変換器１の交流端子を負荷５と並列に接続して構成される無停電電源装置において、交流電源が停電状態から復帰するときは、変換器１の出力電圧Ｖｏｕｔ８が交流電源電圧Ｖｉｎ７と等しくなるように変換器１を制御した後に、スイッチ６を閉じて変換器１を交流電源が正常な場合の制御へと移行させることにより、交流電源からの突入電流を抑制できるようにする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源にスイッチを介して負荷を接続するとともに、直流側に電力貯蔵装置を持ち順逆両方向に電力変換可能な変換器の交流端子を前記負荷と並列に接続し、前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記電力貯蔵装置に電力を供給するように前記変換器を制御し、交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときはスイッチを開いて負荷に供給する交流電圧が所定の値となるように変換器を制御する無停電電源装置において、
交流電源電圧を検出する第１の電圧検出手段と、スイッチの変換器側の電圧を検出する第２の電圧検出手段とを設け、交流電源が停電状態から復帰（復電）するときは、変換器の出力電圧が交流電源電圧と等しくなるように変換器を制御した後にスイッチを閉じて、変換器を交流電源電圧が正常なときの制御へ移行させることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
交流電源にスイッチを介して負荷を接続するとともに、直流側に電力貯蔵装置を持ち順逆両方向に電力変換可能な変換器の交流端子を前記負荷と並列に接続し、前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記電力貯蔵装置の要求する電力と交流電源を力率１にするための無効電力とを供給するように前記変換器を制御し、交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときはスイッチを開いて負荷に供給する交流電圧が所定の値となるように変換器を制御する無停電電源装置において、
交流電源電圧を検出する第１の電圧検出手段と、スイッチの変換器側の電圧を検出する第２の電圧検出手段とを設け、交流電源が停電状態から復帰（復電）するときは、変換器の出力電圧が交流電源電圧と等しくなるように変換器を制御した後にスイッチを閉じて、変換器を交流電源電圧が正常なときの制御へ移行させることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項３】
交流電源に接続されたスイッチと負荷との間に、直流側に電力貯蔵装置を持ち順逆両方向に電力変換可能な第２の変換器の交流端子を直列に接続し、かつ直流端子が前記第２の変換器の直流端子に接続され順逆両方向に電力変換可能な第１の変換器の交流端子を前記交流負荷と並列に接続し、交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記第２の変換器の出力電圧と前記交流電源電圧との和が所定の値となるように前記第２の変換器を制御するとともに、前記第２の変換器と前記電力貯蔵装置に電力を供給するように前記第１の変換器を制御し、交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときはスイッチを開いて負荷に供給する交流電圧が所定の値となるように第１の変換器を制御する無停電電源装置において、
交流電源電圧を検出する第１の電圧検出手段と、スイッチの第１の変換器側の電圧を検出する第２の電圧検出手段とを設け、交流電源が停電状態から復帰（復電）するときは、第１の変換器を設定された交流電圧を発生するように制御するとともに、第１の変換器の出力電圧と第２の変換器の出力電圧との和が交流電源電圧と等しくなるように第２の変換器を制御した後にスイッチを閉じて、第１および第２の変換器を交流電源電圧が正常なときの制御へ移行させることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項４】
交流電源に接続されたスイッチと負荷との間に、直流側に電力貯蔵装置を持ち順逆両方向に電力変換可能な第２の変換器の交流端子を直列に接続し、かつ直流端子が前記第２の変換器の直流端子に接続され順逆両方向に電力変換可能な第１の変換器の交流端子を前記交流負荷と並列に接続し、交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記第２の変換器の出力電圧と前記交流電源電圧との和が所定の値となるように前記第２の変換器を制御するとともに、前記第２の変換器および前記電力貯蔵装置の要求する電力と交流電源を力率１とするための無効電力とを供給するように前記第１の変換器を制御し、交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときはスイッチを開いて負荷に供給する交流電圧が所定の値となるように第１の変換器を制御する無停電電源装置において、
交流電源電圧を検出する第１の電圧検出手段と、スイッチの第１の変換器側の電圧を検出する第２の電圧検出手段とを設け、交流電源が停電状態から復帰（復電）するときは、第１の変換器を設定された交流電圧を発生するように制御するとともに、第１の変換器の出力電圧と第２の変換器の出力電圧との和が交流電源電圧と等しくなるように第２の変換器を制御した後にスイッチを閉じて、第１および第２の変換器を交流電源電圧が正常なときの制御へ移行させ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】
この発明は、特に復電時における交流電源からの突入電流を抑制することができる無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置の高効率化や低価格化を図るものとして、例えば非特許文献１や特許文献１に開示されているものがある。
図５に非特許文献１に記載のパラレルプロセッシング方式の概要を示す。
これは、入力電源４が正常なときは、入力電源４または負荷５に並列に接続される変換器（並列接続変換器）１が蓄電池３の充電制御を行ない、入力電源４が停電したときはスイッチ６を開放して、変換器１が蓄電池（またはコンデンサ等の電力貯蔵装置）３の直流電力を交流に変換して負荷５に電力を供給する。また、入力力率を1にする目的で、負荷５の無効電力を変換器１が供給する場合もある。
【０００３】
図６に特許文献１に記載の並列補償方式の例を示す。
これは、入力電源４または負荷５に並列に接続される第１の変換器１と、入力電源４と負荷５との間に直列に接続される第２の変換器２（直列接続変換器）とを備え、第１の変換器１にはパラレルプロセッシング方式と同様の機能を持たせ、第２の変換器２には出力電圧Ｖｏｕｔ８を所定値となるように制御する機能を持たせるものである。
【０００４】
ここで、無停電電源装置の交流電源正常時の制御概要（商用給電中の制御）について、図７を参照して説明する。
第１の変換器１の制御動作は図７（ａ）のように、先ず蓄電池電圧の指令値Ｖｄ*１３と検出値Ｖｄ１２との偏差を自動調節器（ＡＶＲ）１４に入力し、必要な充電電流指令Ｉｂ*１５を算出する。次に、その結果が第１の変換器１の許容電流以内となるように制限するリミッタ（ＬＩＭ３）１６に入力し、その出力を第１の変換器１に対する出力電流指令Ｉｉｎｖ*１７とする。この電流指令１７と第１の変換器１の出力電流検出値Ｉｉｎｖ１０との偏差を自動調節器（ＡＣＲ）１８に入力し、得られた制御信号（λ指令）により第１の変換器１を動作させる（充電制御）。
【０００５】
また、入力力率１運転をする場合には、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から有効電流成分Ｉｐ２０を差し引くことにより無効電流成分Ｉｑ*２７を算出する。この値を上記充電電流指令Ｉｂ*１５に加算することにより、第１の変換器１は充電電流と無効電流を負荷に供給し、入力は力率１となる（無効電流補償制御）。
次に、第２の変換器２の制御動作は図７（ｂ）のように、設定された出力電圧指令値Ｖｏｕｔ*２１と出力電圧検出値Ｖｏｕｔ８との偏差を自動調節器（ＡＶＲ１）２２に入力し、出力電圧を所定の値にするために直列補償すべき電圧を出力するための制御信号を演算し、その値で第２の変換器２を動作させる。
【０００６】
次に、交流電源停電時の制御概要（停電中の制御）について、図８を参照して説明する。
第１の変換器１の制御動作は図８（ａ）のように、先ず設定された出力電圧指令値Ｖｏｕｔ*２１と出力電圧検出値Ｖｏｕｔ８との偏差を自動調節器（ＡＶＲ２）２３に入力し、出力電圧を所定の値にするために直列補償すべき電圧を出力するための制御信号を演算し、この値で第１の変換器１を動作させる。停電中はスイッチ６が開放されているため、第２の変換器２は図８（ｂ）のように、停止させるかまたはゼロ電圧制御とする。
【０００７】
【非特許文献１】電気学会技術報告第５９６号「無停電電源システム（ＵＰＳ）の動向」新型電源システム調査専門委員会，１９９６年７月発行，Ｎｏ．ＩＳＳＮ  ０９１９−９１９５，第１３頁  ３．３．１項参照
【特許文献１】特許第３０８２８４９号公報（第６−７頁，図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のような無停電電源装置では、交流電源４が停電状態から正常状態に復帰（復電）したとき、スイッチ６を投入すると同時に第１の変換器１を商用給電制御（電流制御）に切り替えるため、交流電源４から負荷電流１１を急峻に供給することになる。
ところで、交流電源４の停電・復電確認レベルは負荷の許容電圧を考慮して、通常±１０％程度に設定される。従って、復電後の交流電源電圧７は、定格電圧に制御されている無停電電源装置の出力電圧８との間に電位差を生じている可能性が高い。その結果、復電確認後にスイッチ６を投入すると、上記電位差と交流電源インピーダンスによって決まる突入電流が、交流電源から流入することになる。
【０００９】
通常は、電力系統を交流電源４としているため、急峻な電力変動に対して交流電源電圧変動は無視できるレベルであるが、停電期間中に交流電源をディーゼル発電機等の非常電源に切替えて復電した場合には、入力インピーダンスの影響により交流電源電圧が大きく変動してしまうという問題が生じる。
したがって、この発明の課題は、無停電電源装置の復電時に交流電源からの突入電流を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を解決するために、請求項１の発明では、交流電源にスイッチを介して負荷を接続するとともに、直流側に電力貯蔵装置を持ち順逆両方向に電力変換可能な変換器の交流端子を前記負荷と並列に接続し、前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記電力貯蔵装置に電力を供給するように前記変換器を制御し、交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときはスイッチを開いて負荷に供給する交流電圧が所定の値となるように変換器を制御する無停電電源装置において、
交流電源電圧を検出する第１の電圧検出手段と、スイッチの第１の変換器側の電圧を検出する第２の電圧検出手段とを設け、交流電源が停電状態から復帰（復電）するときは、変換器の出力電圧が交流電源電圧と等しくなるように変換器を制御した後にスイッチを閉じて、変換器を交流電源電圧が正常なときの制御へ移行させることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明では、交流電源にスイッチを介して負荷を接続するとともに、直流側に電力貯蔵装置を持ち順逆両方向に電力変換可能な変換器の交流端子を前記負荷と並列に接続し、前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記電力貯蔵装置の要求する電力と交流電源を力率１にするための無効電力とを供給するように前記変換器を制御し、交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときはスイッチを開いて負荷に供給する交流電圧が所定の値となるように変換器を制御する無停電電源装置において、
交流電源電圧を検出する第１の電圧検出手段と、スイッチの第１の変換器側の電圧を検出する第２の電圧検出手段とを設け、交流電源が停電状態から復帰（復電）するときは、変換器の出力電圧が交流電源電圧と等しくなるように変換器を制御した後にスイッチを閉じて、変換器を交流電源電圧が正常なときの制御へ移行させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３の発明では、交流電源に接続されたスイッチと負荷との間に、直流側に電力貯蔵装置を持ち順逆両方向に電力変換可能な第２の変換器の交流端子を直列に接続し、かつ直流端子が前記第２の変換器の直流端子に接続され順逆両方向に電力変換可能な第１の変換器の交流端子を前記交流負荷と並列に接続し、交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記第２の変換器の出力電圧と前記交流電源電圧との和が所定の値となるように前記第２の変換器を制御するとともに、前記第２の変換器と前記電力貯蔵装置に電力を供給するように前記第１の変換器を制御し、交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときはスイッチを開いて負荷に供給する交流電圧が所定の値となるように第１の変換器を制御する無停電電源装置において、
交流電源電圧を検出する第１の電圧検出手段と、スイッチの第１の変換器側の電圧を検出する第２の電圧検出手段とを設け、交流電源が停電状態から復帰（復電）するときは、第１の変換器を設定された交流電圧を発生するように制御するとともに、第１の変換器の出力電圧と第２の変換器の出力電圧との和が交流電源電圧と等しくなるように第２の変換器を制御した後にスイッチを閉じて、第１および第２の変換器を交流電源電圧が正常なときの制御へ移行させることを特徴とする。
【００１３】
さらに、請求項４の発明では、交流電源に接続されたスイッチと負荷との間に、直流側に電力貯蔵装置を持ち順逆両方向に電力変換可能な第２の変換器の交流端子を直列に接続し、かつ直流端子が前記第２の変換器の直流端子に接続され順逆両方向に電力変換可能な第１の変換器の交流端子を前記交流負荷と並列に接続し、交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記第２の変換器の出力電圧と前記交流電源電圧との和が所定の値となるように前記第２の変換器を制御するとともに、前記第２の変換器および前記電力貯蔵装置の要求する電力と交流電源を力率１とするための無効電力とを供給するように前記第１の変換器を制御し、交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときはスイッチを開いて負荷に供給する交流電圧が所定の値となるように第１の変換器を制御する無停電電源装置において、
交流電源電圧を検出する第１の電圧検出手段と、スイッチの第１の変換器側の電圧を検出する第２の電圧検出手段とを設け、交流電源が停電状態から復帰（復電）するときは、第１の変換器を設定された交流電圧を発生するように制御するとともに、第１の変換器の出力電圧と第２の変換器の出力電圧との和が交流電源電圧と等しくなるように第２の変換器を制御した後にスイッチを閉じて、第１および第２の変換器を交流電源電圧が正常なときの制御へ移行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、交流電源の復電を確認し、スイッチの変換器側電圧が交流電源電圧に等しくなった後に、交流電源を無停電電源装置に接続するようにしたので、交流電源からの突入電流を抑制し、交流電源電圧や周波数変動を低減して装置の安全性を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す要部構成図、図２はその動作説明図である。
これは、図８（ａ）に示す従来の制御ブロック図を図１のように変更したものである。
すなわち、交流電源電圧Ｖｉｎ７の復電確認により切替スイッチ（ＳＷ１）２４を用いて、停電期間中の第１の変換器１の出力電圧指令値（Ｖｏｕｔ*：定格電圧）２１を交流電源電圧検出値Ｖｉｎ７に切り替える。これにより、スイッチ６の変換器側電圧Ｖｓｗ２６は図２のように、交流電源電圧７と等しくなるように制御される。
その後、交流電源電圧７とＶｓｗ２６が等しくなったことを確認してスイッチ６を投入し、第１の変換器１を商用給電時の動作に切り替える。なお、図１の方式はスイッチ６を開放し、出力電圧制御している期間中にのみ実行されるので、商用給電中の制御が充電制御の場合、無効電流補償制御の場合のいずれにも適用可能である。
【００１６】
図３はこの発明の第２の実施の形態を示す要部構成図、図４はその動作説明図である。
これは、図８（ｂ）に示す従来の制御ブロック図を図３のように変更したものである。
すなわち、従来は第２の変換器２は商用給電期間中のみ動作しており、このときは定格電圧Ｖｏｕｔ*を指令値として出力電圧検出値８との偏差をとり、この偏差量を自動調節器（ＡＶＲ１）２２に入力して、交流電源電圧７と出力電圧との電位差を補償するように制御している。
【００１７】
これに対し、図３では下記のように変更する。
１）第２の変換器２の動作範囲（ＡＶＲ１動作期間）を、商用給電時から交流電源正常時に変更する。
２）復電確認から商用給電制御切り替えまでの期間（切替準備期間）は、上記ＡＶＲ１の入力を交流電源電圧Ｖｉｎとスイッチ６の変換器側電圧Ｖｓｗとの偏差とする。
その結果、第２の変換器２によりスイッチ６の変換器側電圧Ｖｓｗ２６が、交流電源電圧７と等しくなるように、電圧補償制御が行なわれる。また、このとき第１の変換器１は従来どおり定格電圧を出力するように制御されるため、出力電圧は図４のように変化しない。
【００１８】
その後、交流電源電圧７とＶｓｗ２６が等しくなったことによりスイッチ６を投入し、第１の変換器１を商用給電時の制御に切り替える。この方式は、スイッチ６を開放し出力電圧制御している期間中のみ実行される。従って、商用給電中の制御が充電制御の場合、無効電流補償制御の場合のいずれにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す要部構成図
【図２】図１の動作説明図
【図３】この発明の第２の実施の形態を示す要部構成図
【図４】図３の動作説明図
【図５】パラレルプロセッシング方式無停電電源装置の従来例を示す概要図
【図６】並列補償方式無停電電源装置の従来例を示す概要図
【図７】商用給電中の従来の制御ブロック図
【図８】停電中の従来の制御ブロック図
【符号の説明】
【００２０】
１，２…直交変換器、３…直流電力貯蔵装置（蓄電池，コンデンサ）、４…交流電源、５…負荷、６…スイッチ、７…交流電源電圧、８…出力電圧、９…入力電流、１０，１１…出力電流、１２…直流電圧、１３…直流電圧指令値、１４，１８，２２，２３…自動調節器、１５…充電電流指令値、１６…リミッタ、１９…有効成分抽出回路、２０…負荷電流の有効成分、２１…出力電圧指令、２４，２５…切替スイッチ、２６…スイッチ６の変換器側電圧、２７…無効電流成分。
【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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