(57)【要約】【課題】従来の直列電圧補償式無停電電源装置においては、直列コンバータ及び並列コンバータの制御応答には、遅れが存在している。そのため、予期不可能な外部要因である、負荷の急変時や入力電圧の急変時には、その制御応答の遅れに起因して、僅かではあるが一時的に蓄電池３の充・放電が発生し、その直流電圧が変動するといった問題があった。【解決手段】入力商用電源電圧変動範囲が所定値以内の運転モードで、前記電力貯蔵手段の電圧が予め設定した値よりも高くなった条件で、一時的に直列補償用の直列コンバータ（第１のＤＣ／ＡＣ変換器）の動作を休止させ、電力貯蔵手段からの電力で並列コンバータ（第２のＤＣ／ＡＣ変換器）を介して負荷に電力を供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力端子と交流出力端子との間に直列接続されたトランスと、前記トランスを駆動する第１のＤＣ／ＡＣ変換器と、前記第１のＤＣ／ＡＣ変換器と直流部を共通にした第２のＤＣ／ＡＣ変換器と、前記直流部に接続された電力貯蔵手段とを備え、第２のＤＣ／ＡＣ変換器の交流出力を前記交流出力端子に接続し、入力商用電源電圧変動が所定値以内の場合は、第２のＤＣ／ＡＣ変換器により交流出力端子側から第1のＤＣ／ＡＣ変換器への直流電力の供給又は回生を行い、第１のＤＣ／ＡＣ変換器によりトランス電圧を調整することにより交流出力電圧を安定化し、入力商用電源電圧変動が所定値以上の場合は、電力貯蔵手段から第２のＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する無停電電源装置において、
入力商用電源電圧変動範囲が所定値以内の運転モードで、前記電力貯蔵手段の電圧が予め設定した値よりも高くなった条件で、一時的に第１のＤＣ／ＡＣ変換器の動作を休止させ、電力貯蔵手段からの電力で第２のＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給することを特長とする無停電電源装置。
【請求項２】
交流入力端子と交流出力端子との間に直列接続されたトランスと、前記トランスを駆動する第１のＤＣ／ＡＣ変換器と、前記第１のＤＣ／ＡＣ変換器と直流部を共通にした第２のＤＣ／ＡＣ変換器と、前記直流部に接続された電力貯蔵手段とを備え、第２のＤＣ／ＡＣ変換器の交流出力を前記交流出力端子に接続し、入力商用電源電圧変動が所定値以内の場合は、第２のＤＣ／ＡＣ変換器により交流出力端子側から第1のＤＣ／ＡＣ変換器への直流電力の供給又は回生を行い、第１のＤＣ／ＡＣ変換器によりトランス電圧を調整することにより交流出力電圧を安定化し、入力商用電源電圧変動が所定値以上の場合は、電力貯蔵手段から第２のＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する無停電電源装置において、
入力商用電源電圧変動範囲が所定値以内の運転モードで、前記電力貯蔵手段の電圧が予め設定した値よりも高く、かつ負荷電力が設定された値よりも小さい条件で、一時的に第１のＤＣ／ＡＣ変換器の動作を休止させ、電力貯蔵手段からの電力で第２のＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給することを特長とする無停電電源装置。
【請求項３】
交流入力端子と交流出力端子との間に直列接続された交流入力開閉手段と、直流部に電力貯蔵手段を備えたＤＣ／ＡＣ変換器とを備え、ＤＣ／ＡＣ変換器の交流出力を前記交流出力端子に接続し、入力商用電源電圧変動が所定値以内の場合は、ＤＣ／ＡＣ変換器により交流出力端子側から電力貯蔵手段への直流電力の供給又は回生を行い、入力商用電源電圧変動が所定値以上の場合は、電力貯蔵手段からＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する無停電電源装置において、
入力商用電源電圧変動範囲が所定値以内の運転モードで、前記電力貯蔵手段の電圧が予め設定した値よりも高くなった条件で、一時的に交流入力開閉手段を開路し、電力貯蔵手段からの電力でＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給することを特長とする無停電電源装置。
【請求項４】
交流入力端子と交流出力端子との間に直列接続された交流入力開閉手段と、直流部に電力貯蔵手段を備えたＤＣ／ＡＣ変換器とを備え、ＤＣ／ＡＣ変換器の交流出力を前記交流出力端子に接続し、入力商用電源電圧変動が所定値以内の場合は、ＤＣ／ＡＣ変換器により交流出力端子側から電力貯蔵手段への直流電力の供給又は回生を行い、入力商用電源電圧変動が所定値以上の場合は、電力貯蔵手段からＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する無停電電源装置において、
入力商用電源電圧変動範囲が所定値以内の運転モードで、前記電力貯蔵手段の電圧が予め設定した値よりも高く、かつ負荷電力が設定された値よりも小さい条件で、一時的に交流入力開閉手段を開路し、電力貯蔵手段からの電力でＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給することを特長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、入力商用電源が変動した場合でも、負荷に安定した電源を供給する無停電電源装置に関するもので、詳しくは無停電電源装置の信頼性向上のための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５に従来の直列電圧補償式無停電電源装置の回路構成を示す。図５の回路では、交流入力端子１０ｕと交流出力端子１１Ｕの間の交流母線にＡＣスイッチ４とトランス２の２次巻線が直列に接続され、トランス２の１次巻線には、フィルタコンデンサ７と半導体ブリッジ２０、２１からなる直列コンバータ２４の交流側端子が接続されている。この直列コンバータ２４と直流部を共通とする半導体ブリッジ２２、２３からなる並列コンバータ２５の交流側端子はリアクトル６を介して交流出力端子１１Ｕ、１１Ｖに接続されている。また、直列コンバータ２４及び並列コンバータ２５の直流部には、蓄電池３が接続された構成となっている。
【０００３】
このような回路構成において、交流入力端子１０ｕ、１０ｖに接続される入力商用電源の電源電圧が変動した時、直列コンバータ２４を制御することによりトランス２の２次巻線電圧の調節が可能で、入力商用電源の電圧変動分をこのトランス２の２次巻線電圧で補償することにより、交流出力端子に安定した交流電圧を供給することができる。例えば、入力商用電源の変動が電圧低下であれば、その低下電圧分を補償するためトランス２が低下電圧分を加算するように直列コンバータ２４を制御する。ここで交流母線に負荷電流が流れると、直列コンバータ２４からトランス２を介し交流母線側に電力を注入することになる。そこで必要となるエネルギーは、並列コンバータ２５を順変換動作（ＡＣをＤＣに変換）させることで交流母線から供給される。逆に入力商用電源の変動が電圧上昇であれば、その上昇電圧分を補償するためトランス２が上昇電圧分を減算するように直列コンバータ２４を制御する。ここで交流母線に負荷電流が流れると、直列コンバータ２４がトランス２を介して直流電力を吸収することになる。その直流電力（エネルギー）は並列コンバータ２５を逆変換動作（ＤＣをＡＣに変換）させることで、交流母線に回生される。
【０００４】
この時の各部の電圧波形を図６に示す。入力電圧が低下している期間ではトランス２の２次巻線電圧が同相の電圧となり低下電圧分を補償し、入力電圧が上昇している期間ではトランス２の２次巻線電圧が逆相の電圧となり上昇電圧分を補償していることがわかる。
この様な動作の詳細については、例えば、特許文献1に開示されている。
さらに並列コンバータ２５は、交流出力端子から負荷に流れる無効電流成分補償、いわゆるアクティブフィルタ機能を備え、交流入力端子から装置側に入力される電流が力率１の正弦波となるように動作する。
この様な動作の詳細については、例えば、非特許文献１に開示されている。  
【特許文献１】実登第２５８６９８４号
【非特許文献１】富士時報、vol.77、no.6、2004、p458~p462、                    大容量ＵＰＳ「ＵＰＳ８０００シリーズ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術においては、直列コンバータ２４及び並列コンバータ２５の制御応答には、遅れが存在している。そのため、予期不可能な外部要因である、負荷の急変時や入力電圧の急変時には、その制御応答の遅れに起因して、僅かではあるが一時的に蓄電池３の充・放電が発生し、その直流電圧が変動するといった問題があった。
【０００６】
通常、蓄電池３は満充電状態で保持されているが、この時、上記制御応答の遅れに起因して蓄電池３の放電が発生した場合は、蓄電池３に十分なエネルギーがあるため直流電圧の低下も僅かであり特に問題とならない。しかし、充電が発生した場合は、蓄電池３が過充電となり直流電圧が大きく上昇してしまい、装置保護上の問題となるため、直流電圧の過電圧防止が課題となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明においては、交流入力端子と交流出力端子との間に直列接続されたトランスと、前記トランスを駆動する第１のＤＣ／ＡＣ変換器と、前記第１のＤＣ／ＡＣ変換器と直流部を共通にした第２のＤＣ／ＡＣ変換器と、前記直流部に接続された電力貯蔵手段とを備え、第２のＤＣ／ＡＣ変換器の交流出力を前記交流出力端子に接続し、入力商用電源電圧変動が所定値以内の場合は、第２のＤＣ／ＡＣ変換器により交流出力端子側から第1のＤＣ／ＡＣ変換器への直流電力の供給又は回生を行い、第１のＤＣ／ＡＣ変換器によりトランス電圧を調整することにより交流出力電圧を安定化し、入力商用電源電圧変動が所定値以上の場合は、電力貯蔵手段から第２のＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する無停電電源装置において、入力商用電源電圧変動範囲が所定値以内の運転モードで、前記電力貯蔵手段の電圧が予め設定した値よりも高くなった条件で、一時的に第１のＤＣ／ＡＣ変換器の動作を休止させ、電力貯蔵手段からの電力で第２のＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する。
【０００８】
請求項２の発明においては、交流入力端子と交流出力端子との間に直列接続されたトランスと、前記トランスを駆動する第１のＤＣ／ＡＣ変換器と、前記第１のＤＣ／ＡＣ変換器と直流部を共通にした第２のＤＣ／ＡＣ変換器と、前記直流部に接続された電力貯蔵手段とを備え、第２のＤＣ／ＡＣ変換器の交流出力を前記交流出力端子に接続し、入力商用電源電圧変動が所定値以内の場合は、第２のＤＣ／ＡＣ変換器により交流出力端子側から第1のＤＣ／ＡＣ変換器への直流電力の供給又は回生を行い、第１のＤＣ／ＡＣ変換器によりトランス電圧を調整することにより交流出力電圧を安定化し、入力商用電源電圧変動が所定値以上の場合は、電力貯蔵手段から第２のＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する無停電電源装置において、入力商用電源電圧変動範囲が所定値以内の運転モードで、前記電力貯蔵手段の電圧が予め設定した値よりも高く、かつ負荷電力が設定された値よりも小さい条件で、一時的に第１のＤＣ／ＡＣ変換器の動作を休止させ、電力貯蔵手段からの電力で第２のＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する。
【０００９】
請求項３の発明のおいては、交流入力端子と交流出力端子との間に直列接続された交流入力開閉手段と、直流部に電力貯蔵手段を備えたＤＣ／ＡＣ変換器とを備え、ＤＣ／ＡＣ変換器の交流出力を前記交流出力端子に接続し、入力商用電源電圧変動が所定値以内の場合は、ＤＣ／ＡＣ変換器により交流出力端子側から電力貯蔵手段への直流電力の供給又は回生を行い、入力商用電源電圧変動が所定値以上の場合は、電力貯蔵手段からＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する無停電電源装置において、入力商用電源電圧変動範囲が所定値以内の運転モードで、前記電力貯蔵手段の電圧が予め設定した値よりも高くなった条件で、一時的に交流入力開閉手段を開路し、電力貯蔵手段からの電力でＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する。
【００１０】
請求項４の発明においては、交流入力端子と交流出力端子との間に直列接続された交流入力開閉手段と、直流部に電力貯蔵手段を備えたＤＣ／ＡＣ変換器とを備え、ＤＣ／ＡＣ変換器の交流出力を前記交流出力端子に接続し、入力商用電源電圧変動が所定値以内の場合は、ＤＣ／ＡＣ変換器により交流出力端子側から電力貯蔵手段への直流電力の供給又は回生を行い、入力商用電源電圧変動が所定値以上の場合は、電力貯蔵手段からＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する無停電電源装置において、入力商用電源電圧変動範囲が所定値以内の運転モードで、前記電力貯蔵手段の電圧が予め設定した値よりも高く、かつ負荷電力が設定された値よりも小さい条件で、一時的に交流入力開閉手段を開路し、電力貯蔵手段からの電力でＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給する。
【発明の効果】
【００１１】
入力の商用電源が停電と判定されない通常の運転動作時において、直流電圧の上昇を検出した場合は、一時的に入力商用電源から負荷への電力供給を休止し、並列コンバータの制御動作をアクティブフィルタ動作＋バッテリ充電動作から、蓄電池からのエネルギーで負荷に安定した電力を供給する運転動作に切換えることにより、効果的に直流電圧の上昇を防止することが可能となり、装置の信頼性を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、定常時入力商用電源から負荷に電力を供給し、停電時蓄電池から逆変換器（インバータ）を介して負荷に電力を供給する無停電電源装置において、入力商用電源電圧が所定値内であっても、蓄電池電圧が所定値以上に上昇した場合には、一時的に蓄電池からＤＣ／ＡＣ変換器を介して負荷に電力を供給するようにしたものである。
【実施例１】
【００１３】
本発明の第１の実施例の回路構成を図１に示す。図１の主回路では、交流入力端子１０と交流出力端子１１の間の交流母線にトランス２の２次巻線が直列に接続され、１次巻線には、直列コンバータ２４の交流側端子が接続されている。この直列コンバータ２４と直流部を共通とする、並列コンバータ２５の交流側端子は交流出力端子１１のある交流母線に接続されている。また、直列コンバータ２４．並列コンバータ２５の直流部には蓄電池３が接続されている。ここで、電流検出器４０は交流出力電流Ｉｏｕｔ検出用、電流検出器４１は並列コンバータ２５の出力電流Ｉｉｎｖ検出用、電流検出器４２は蓄電池の充電電流Ｉｂ検出用である。
【００１４】
このような主回路構成において、入力の商用電源の電圧が停電と判定されない範囲における通常の動作として、制御装置３０では、電流検出器ＣＴ４０により交流出力電流Ｉｏｕｔを検出し、そのＩｏｕｔに含まれる無効電流成分Ｉｑをその演算により算出し、並列コンバータ２５がそのＩｑを補償するように、いわゆるアクティブフィルタ制御を行い、同時に電流検出器４２による蓄電池３の充電電流Ｉｂと直流電圧Ｖｄｃの検出から蓄電池充電制御を行っている。さらに交流出力端子１１の電圧Ｖｏｕｔを検出し、このＶｏｕｔが一定の電圧となるように、直列コンバータ２４に対し出力電圧一定制御を行っている。
このような制御動作を行うなかで、入力商用電源電圧の急変や負荷の急変といった予期出来ない外部要因が発生し、制御装置３０の制御応答の遅れにより直流電圧Ｖｄｃが変動して過電圧となった場合、直流電圧判定器３１ではその過電圧を判定し、運転条件判定回路３３、３４に信号を送り、運転方式選択回路３３、３４の出力条件により、制御装置３０では直列コンバータ２４の制御を出力電圧一定制御から全休止のパルスＯＦＦに切換え、並列コンバータ２５の制御をアクティブフィルタ制御＋蓄電池充電制御から出力電圧一定制御に切換える。
【００１５】
この動作により、トランス２の１次巻線に接続されている直列インバータ２４がパルスＯＦＦとなるため、トランス１次側は開放状態と等価になり、入力商用電源から入ってくる交流入力電流Ｉｉｎは零に制限され、代わりに並列コンバータ２５の出力電圧一定制御により、蓄電池３からのエネルギーで負荷に安定した電力を継続して供給することが可能になる。この動作で、蓄電池３のエネルギーを消費し放電するため、自然と直流電圧Ｖｄｃは下がり、元の状態に戻ることが可能になる。
【実施例２】
【００１６】
本発明の第２の実施例の回路構成を図２に示す。第１の実施例である図１との相違点は、直流電圧判定器３１の後段に出力電流判定器３２が追加されている点である。直流電圧判定器３１により、直流電圧Ｖｄｃの過電圧が判定された時、負荷が大きく、電流検出器４０で検出される交流出力電流Ｉｏｕｔが十分に流れていれば、制御装置３０の制御を切換えずに蓄電池充電制御に対し蓄電池放電指令器３５から放電指令を追加することで、蓄電池３に流入した余分なエネルギーを並列コンバータ２５から負荷に対して放電することが可能で、直流電圧Ｖｄｃを元の状態に戻すことが可能になる。しかし、この時交流出力電流Ｉｏｕｔが零で無負荷状態の場合は、蓄電池３の余分なエネルギーを放電する相手が無いため、入力商用電源側にエネルギーを回生する逆潮流となる危険性が生じる。逆潮流は無停電電源装置の性能上、許容されない。そこで、出力電流判定器３２により、出力電流Ｉｏｕｔの大きさを判定し、Ｉｏｕｔが小さい時に限り、制御装置３０の制御を切換えている。
【実施例３】
【００１７】
本発明の第３の実施例の回路構成を図３に示す。第１の実施例である図１との相違点は、その主回路構成において、トランス２と直列コンバータ２４を備えていない一般的な常時商用給電式無停電電源装置となっている点である。そのため、直流電圧Ｖｄｃが過電圧と判定された時に、入力電流Ｉｉｎを零に制限する機能を図１では、トランス１と直列コンバータ２４が果たしていたが、図３の回路では、ＡＣスイッチ４をＯＦＦすることで同等の機能としている。直流電圧が過電圧となった時の並列コンバータ２５の運転切換え制御は図1と同様である。
【実施例４】
【００１８】
本発明の第４の実施例の回路構成を図４に示す。第３の実施例である図３との相違点は、直流電圧判定器３１の後段に出力電流判定器３２が追加されている点である。この第４の実施例は、第３の実施例と第２の実施例の組合せであるため、詳細は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明は、常時商用給電式無停電電源装置の蓄電池の過電圧保護に関するものであるが、電力貯蔵手段を用いたスイッチング電源装置やＤＣ／ＤＣコンバータなどへの適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施例を示す回路構成例
【図２】本発明の第２の実施例を示す回路構成例
【図３】本発明の第３の実施例を示す回路構成例
【図４】本発明の第４の実施例を示す回路構成例
【図５】従来の回路構成例
【図６】図５の動作説明図
【符号の説明】
【００２１】
１・・・商用電源          ２・・・トランス        ３・・・蓄電池
４・・・ＡＣスイッチ      ６・・・リアクトル      ７、８・・・コンデンサ
９・・・負荷              １０、１０ｕ、１０ｖ・・・交流入力端子        
１１、１１Ｕ、１１Ｖ・・・交流出力端子
２０〜２３・・・半導体ブリッジ        ２４・・・直列コンバータ
２５・・・並列コンバータ
３０・・・制御装置        ３１・・・直流電圧判定器          
３２・・・出力電流判定器          ３３、３４・・・運転方式選択回路
３５・・・蓄電池放電指令器        ４０〜４２・・・電流検出器          
【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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