(57)【要約】【課題】電力貯蔵器の劣化診断の際、負荷への供給電圧低下の可能性を低減し、給電信頼性の高い無停電電源装置を提供する。【解決手段】蓄電池５の劣化診断の際、リレー２閉、リレー３開、リレー４閉とすると共に、バイパス回路１９を閉することで、インバータ回路１０の出力と系統である交流電源１とを接続し、系統連係を行う。そして系統連係運転中に、出力電流信号Ｓｂおよび蓄電池電圧Ｖｂをもとに蓄電池劣化を判定する。これにより、劣化診断の際、蓄電池５が劣化していた場合でも、交流電源１と系統連係しているため、負荷１３への供給電圧低下は発生しない。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の正常時にはその出力を負荷に与え、交流電源の異常時には予備電源である電力貯蔵器の出力を負荷に与える無停電電源装置において、交流出力を行うインバータと交流電源とを、交流電源についてはバイパス回路を経由した状態で、並列接続し、連係運転しながら電力貯蔵器の放電を行い電力貯蔵器の劣化診断を行うことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記電力貯蔵器の劣化診断の際、前記電力貯蔵器の放電電流を無停電電源装置の定格以下とし、劣化診断時の前記電力貯蔵器の容量消費を抑え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】
前記電力貯蔵器の劣化診断の際、入力系統に潮流しないように前記インバータを制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記電力貯蔵器の劣化診断の際、無停電電源装置の主回路直流電圧が低下しないように出力電流を調整し、出力電流に応じて前記電力貯蔵器の劣化を判定する電気量のレベルを変えることができるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記電力貯蔵器の劣化診断の際、無停電電源装置の主回路直流電圧がある一定の電圧より低下することで劣化診断を停止することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源の正常時にはその出力を負荷に与え、異常時には予備電源である電力貯蔵器の出力を負荷に与える無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無停電電源装置においては、電力貯蔵器の劣化診断を行う場合、一般に、無停電電源装置の出力に接続された機器を負荷として電力貯蔵器の放電を行い、電力貯蔵器の劣化診断を行っている。
【０００３】
また、特許文献１には、電力貯蔵器の劣化診断を行う例が記載されているが、この例でも、電力貯蔵器の劣化診断を行う場合には負荷を交流電源から電力貯蔵器に切換え、劣化診断後負荷を交流電源に切換えている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２３７６４０号公報（第４−５頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにして電力貯蔵器の劣化診断を行う従来の無停電電源装置においては、電力貯蔵器の劣化を検出し、電力貯蔵器放電動作から交流電源を使った負荷給電に切換わる際に主回路直流電圧低下が発生し、出力電圧低下が発生する可能性があった。
【０００６】
本発明は、従来のこのような点に鑑みて為されたもので、電力貯蔵器の劣化診断の際、負荷への供給電圧低下の可能性を低減し、給電信頼性の高い無停電電源装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、交流電源の正常時にはその出力を負荷に与え、交流電源の異常時には予備電源である電力貯蔵器の出力を負荷に与える無停電電源装置において、交流出力を行うインバータと交流電源とを、交流電源についてはバイパス回路を経由した状態で、並列接続し、連係運転しながら電力貯蔵器の放電を行い電力貯蔵器の劣化診断を行うことを特徴とする。
【０００８】
このような構成の本発明によれば、電力貯蔵器の劣化診断の際、電力貯蔵器劣化によりインバータ出力が一時的に低下してもパイパス回路経由で系統から負荷機器への給電を安定して行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について、図１、図３、および図４を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、電力貯蔵器として蓄電池を用いた無停電電源装置の構成を示したものである。同図において、交流電源１、または蓄電池５は電力供給源であり、リレー２、リレー３、リレー４の開閉により、いずれかが、コンデンサ６とリアクトル７から構成される平滑フィルタ回路を介してコンバータ回路８に電力を供給する。コンバータ回路８は、交流電源１または蓄電池５からの電力を平滑コンデンサ９に供給する。平滑コンデンサ９は、インバータ回路１０への電力供給源として動作する。インバータ回路１０は交流電圧を出力する回路として構成されており、リアクトル１１、コンデンサ１２により構成される平滑フィルタで高周波成分を平滑化し、負荷１３に交流電圧を供給する。
【００１２】
コンバータ回路８、およびインバータ回路１０は、図示していないがトランジスタなどのスイッチング素子および還流ダイオードを単相ブリッジ接続した周知の構成の主回路である。
【００１３】
電流センサ１４は電力供給源である交流電源１、または蓄電池５より供給されリアクト７に流れる電流を検出し、検出回路１５はこれを入力電流信号Ｓａに変換する。図示していないが、入力電流信号Ｓａは電力供給源からの供給電流値を監視し、またコンバータ回路８を制御するために使用される。電流センサ１６はインバータ回路１０から供給されリアクトル１１に流れる電流を検出する。
【００１４】
制御回路１８は、図示してないが、入力電源の状態を監視し、リレー２、リレー３、リレー４の開閉をリレー制御信号Ｓｒ１、Ｓｒ２、Ｓｒ３により行い、交流電源１または蓄電池５を電力供給源として選択する。制御回路１８はコンバータ制御信号Ｓｇ１によりコンバータ回路８、インバータ制御信号Ｓｇ２によりインバータ回路１０の動作制御も行う。交流電源１が正常である場合は交流電源１を電力供給源として選択し、コンバータ回路８でＡＣ／ＤＣ変換し、インバータ回路１０ではＤＣ／ＡＣ変換して負荷１３に給電するように各信号を制御する。交流電源１が停電の場合は蓄電池５を電力供給源として選択し、コンバータ回路８でＤＣ／ＤＣ変換し、インバータ回路１０ではＤＣ／ＡＣ変換して負荷１３に給電する。
【００１５】
また制御回路１８は、蓄電池劣化診断実施の際には、リレー２の閉、リレー３の開、リレー４の閉、バイパス回路の閉を行うとともに、制御回路１８に含まれる図３のようなインバータ制御ブロックの電流／電圧制御切換えを行う。
【００１６】
蓄電池劣化診断以外の動作では、制御信号Ｓｒ４により制御切換スイッチ３５を電圧制御用ＰＩ制御器３４側に切換え、電圧制御でインバータ回路１０を動作させる。電圧制御用ＰＩ制御器３４の入力には電圧基準３２と出力電圧検知信号であるＶＬの差分を入力し、さらに電圧基準３２をフィードフォワードゲイン（Ｋｆ）３７でフィードフォワードした構成をとる周知の構成の電圧制御型インバータの制御方法である。
【００１７】
蓄電池劣化診断の際は、制御信号Ｓｒ４により制御スイッチ３５を電流制御用ＰＩ制御器３３側に切換え、電流制御でインバータ回路１０を動作させる。同時にバイパス回路１９を閉することで、インバータ回路１０の出力と系統である交流電源１を接続し、系統連係を行う。電流制御用ＰＩ制御器３３の入力には電流基準３１とインバータ１０の出力電流検知信号Ｓｂの差分を入力し、電流制御用ＰＩ制御器３３の出力に電圧基準３２をフィードフォワードゲイン（Ｋｆ）３７でフィードフォワードした構成をとる周知構成の電流制御型インバータの制御方法である。
【００１８】
この系統連係運転中に、出力電流信号Ｓｂおよび蓄電池電圧Ｖｂをもとに蓄電池劣化を判定する。
【００１９】
蓄電池劣化判定後のインバータ回路１０の電圧型インバータ制御への復帰は、リレー４を開し蓄電池５からコンバータ回路８への電力給電を停止、次にリレー３を閉することで交流電源１からコンバータ回路８への給電を開始した後、平滑コンデンサ９両端の電圧Ｖｄｃが規定の電圧値まで上昇した後にインバータ回路１０を電圧制御に切換える。インバータ回路１０の制御切換えと同時にバイパス回路１９は開とする。
【００２０】
以上のような動作を行うように構成した本実施形態における蓄電池劣化診断の動作について、詳細に説明する。
【００２１】
図４は、本実施形態における無停電電源装置の各構成要素の状態を表したタイミング図である。
【００２２】
図４において、Ｔ０からＴ１は、インバータ回路１０は電圧制御で動作しており、コンバータ回路８は交流電源１の電力をＡＣ／ＤＣ変換し、平滑コンデンサ９経由でインバータ回路１０へ電力供給している（リレー２閉、リレー３閉、リレー４開の状態）。
【００２３】
Ｔ１からＴ４は蓄電池劣化診断を実施する際の状態を表している。Ｔ１にて図３に示す制御切換スイッチ３５を電流制御用ＰＩ制御器３３側に切換え、インバータ回路１０を電流制御に切換える。同時にバイパス回路１９を閉することで系統連係する。コンバータ回路８は交流電源１をＡＣ／ＤＣ変換する交流制御から、蓄電池電力をＤＣ／ＤＣ変換する直流制御に切換える（リレー２閉、リレー３開、リレー４閉の状態に切換え）。
【００２４】
この切換えのＴ１〜Ｔ２の区間、コンバータ回路８は停止するため平滑コンデンサ９の電圧Ｖｄｃが低下しインバータ回路１０の出力電圧が低下する可能性があるが、バイパス回路１９経由で交流電源１と系統連係しているため、インバータ回路１０の出力電圧が低下した場合、交流電源１で負荷への電圧を補償することができる。
【００２５】
Ｔ２からＴ３はコンバータ回路８が蓄電池電力をＤＣ／ＤＣ変換する蓄電池放電動作であり、この期間に出力電流信号Ｓｂおよび蓄電池電圧Ｖｂをもとに周知の蓄電池劣化診断を行う。蓄電池劣化診断が終了すると、インバータ回路１０は通常の電圧制御に復帰する。
【００２６】
Ｔ３からＴ４はコンバータ回路８をＤＣ／ＤＣ変換する直流制御からＡＣ／ＤＣ変換する交流制御に切換えるための休止期間である（リレー２閉、リレー３閉、リレー４開の状態に切換え）。
【００２７】
蓄電池劣化診断を実施することで平滑コンデンサ９の電圧Ｖｄｃが低下し、インバータ回路１０の出力電圧が低下した場合、交流電源１が負荷への電圧を補償する。
【００２８】
コンバータ回路８の制御切換えが終了すると、平滑コンデンサ９の電圧Ｖｄｃが安定し規定の値になるまで、Ｔ４〜Ｔ５の間系統連係を継続した後、Ｔ５にてインバータ回路１０を電圧制御に切換えると同時に、バイパス回路１９を開し、蓄電池劣化診断前の状態に復帰する。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態においては、蓄電池が劣化していた場合、図４のＴ１〜Ｔ５の期間でインバータ回路１０の出力電圧が低下する可能性があるが、バイパス回路１９を介して交流電源１と系統連係しているため交流電源１が正常であれば負荷への電圧低下は発生しない。
【００３０】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、上述の第１の実施形態における蓄電池の劣化診断の際、蓄電池の放電電流を無停電電源装置の定格以下とし、劣化診断時の蓄電池の容量消費を抑えることとしたものである。
【００３１】
本実施形態の動作について、図１、図３、図４を参照して説明する。
【００３２】
蓄電池劣化診断開始前の蓄電池電圧Ｖｂに応じて、蓄電池劣化診断の際の放電電流、つまり図４の電流基準３１を調整する。その他の動作については上述の第１の実施形態と同じである。
【００３３】
蓄電池電圧Ｖｂは蓄電池充電量に相当するため、蓄電池電圧Ｖｂに応じて放電電流を増減することにより、蓄電池劣化診断中の平滑コンデンサ９電圧Ｖｄｃの低下を押さえることができる。このため劣化診断から復帰する際のＴ３〜Ｔ５の時間を短くすることができ、Ｔ３〜Ｔ５の期間に平滑コンデンサ９の電力が低下したことにより連係運転中にインバータ回路１０の出力電圧が低下し、かつ交流電源１に異常が発生し負荷への電圧が低下する危険性を低減できる。
【００３４】
本実施形態においても、蓄電池が劣化していた場合、図４のＴ１〜Ｔ５の期間でインバータ回路１０の出力電圧が低下する可能性があるが、バイパス回路１９を介して交流電源１と系統連係しているため交流電源１が正常であれば負荷への電圧低下は発生しない。
【００３５】
また、上記説明のように、本実施形態においては、劣化診断から復帰する際の負荷への電圧低下の危険性を低減できるため給電の信頼性を高めることができる。
【００３６】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態は、第１または第２の実施形態において、蓄電池の劣化診断の際、入力系統に潮流しないように出力インバータを制御するようにしたものである。
【００３７】
本実施形態は、図２に示すように、図１の構成に負荷電流を検出するための電流センサ２０、電流センサ２０の出力を負荷電流信号Ｓｃに変換する検出回路２１を追加している。
【００３８】
本実施形態の動作を、図２、図３、図４を参照して説明する。
【００３９】
蓄電池劣化診断の動作については第１の実施形態と同じである。更に本実施形態においては、制御回路１８で負荷電流信号Ｓｃと負荷電圧ＶＬをもとに負荷への給電電力を求め、系統連係中のインバータ回路１０の出力電力が、負荷への給電電力を等しくなるように電流基準３１の振幅を調整しインバータから系統である交流電源への潮流を防止する。
【００４０】
上記説明のように、本実施形態においては、系統への潮流が許されない状況でも、第１の実施形態と同じ効果が得られる。
【００４１】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態は、第１または第２の実施形態において、蓄電池の劣化診断の際、無停電電源装置の主回路直流電圧が低下しないように出力電流を調整し、出力電流に応じて蓄電池の劣化を判定する電圧等の電気量のレベルを変えることができるようにしたものである。
【００４２】
本実施形態の動作について、図１、図３、図４を参照して説明する。
【００４３】
蓄電池劣化診断中、平滑コンデンサ９の電圧Ｖｄｃの低下に応じて電流基準３１を調整することで、電圧Ｖｄｃを低下させずに蓄電池電圧Ｖｂおよびその垂下量など周知の蓄電池劣化診断を行う。その他の動作については第１の実施形態と同じである。
【００４４】
本実施形態においても、第１の実施形態と同じ効果が得られる。
【００４５】
一方、本実施形態においては、平滑コンデンサ９の電圧Ｖｄｃが低下しないように蓄電池放電電流を調整するため、蓄電池劣化診断中の平滑コンデンサ９の電圧Ｖｄｃの低下を押さえることができる。このため劣化診断から復帰する際のＴ３〜Ｔ５の時間を短くすることができ、Ｔ３〜Ｔ５の期間に平滑コンデンサ９の電力が低下したことにより連係運転中にインバータ回路１０の出力電圧が低下し、かつ交流電源１に異常が発生し負荷への電圧が低下する危険性を低減できる。
【００４６】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態は、第１、第２、または第３の実施形態において、蓄電池の劣化診断の際、無停電電源装置の主回路直流電圧がある一定の電圧より低下することで劣化診断を停止することとしたものである。
【００４７】
本実施形態の動作について、図１、図３、図４を参照して説明する。
【００４８】
蓄電池劣化診断中、平滑コンデンサ９の電圧Ｖｄｃが一定量以下に低下することで蓄電池劣化と判断し、劣化診断を中止する。その他の動作については第１の実施形態と同じである。
【００４９】
本実施形態においても、第１の実施形態と同じ効果が得られる。
【００５０】
また、本実施形態においては、平滑コンデンサ９の電圧Ｖｄｃが一定量以下に低下した時点で、蓄電池劣化と判断し蓄電池放電を停止するため、蓄電池劣化診断中の平滑コンデンサ９電圧Ｖｄｃの低下を押さえることができる。このため劣化診断から復帰する際のＴ３〜Ｔ５の時間を短くすることができ、Ｔ３〜Ｔ５の連係運転中にインバータ回路１０の出力電圧が低下し、かつ交流電源１に異常が発生し負荷への電圧が低下する危険性を低減できる。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、無停電電源装置の電力貯蔵器の劣化診断中、または電力貯蔵器の劣化診断後、通常の運転に復帰する際の負荷給電の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１、第２、第４、及び第５の実施形態の構成を示す図。
【図２】本発明の第３の実施形態の構成を示す図。
【図３】図１または図２に示す実施形態の一部の更に詳細な構成を示す図。
【図４】本発明の第１〜第５の実施形態における各構成要素の状態を示すタイミング図。
【符号の説明】
１…交流電源
２、３、４…リレー
５…蓄電池
６…コンデンサ
７…リアクトル
８…コンバータ回路
９…平滑コンデンサ
１０…インバータ回路
１１…リアクトル
１２…コンデンサ
１３…負荷
１４、１６、２０…電流センサ
１５、１７、２１…検出回路
１８…制御回路
１９…バイパス回路
３１…電流基準
３２…電圧基準
３３…電流制御用ＰＩ制御器
３４…電圧制御用ＰＩ制御器
３５…制御切換えスイッチ
３６…インバータ回路用ＰＷＭ発生回路
３７…フィードフォワードゲイン
Ｓａ…入力電流信号
Ｓｂ…出力電流信号
Ｓｃ…負荷電流信号
Ｖｂ…蓄電池端子電圧
ＶＬ…負荷電圧
Ｓｒ１、Ｓｒ２、Ｓｒ３…リレー制御信号
Ｓｒ４…制御切換信号
Ｓｇ１…コンバータ制御信号
Ｓｇ２…インバータ制御信号
Ｓｇ３…バイパス制御信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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