(57)【要約】【課題】無停電電源システムでは、複数台の無停電電源装置が有する電力補償設備の残存容量にばらつきがあっても、電力喪失時には少ない残存容量の無停電電源装置のシステムからの早期解列を防止する。【解決手段】各無停電電源装置に、各々の有効電力検出量と無効電力検出量に応じて周波数指令と電圧振幅指令にレギュレーションをつけた出力電圧指令を求める。この出力電圧指令と各無停電電源装置の出力電圧検出値との偏差に基づいて出力電圧指令を演算する出力電圧指令演算部を設ける。各無停電電源装置に接続された電力補償設備の残存容量を検出し、この残存容量検出値と複数台の無停電電源装置の残存容量平均値との偏差に係数を乗じて残存容量係数を求める。残存容量係数を有効電力検出量と無効電力検出量に各別に加算し、加算値それぞれを前記出力電圧指令演算部に入力して出力電圧指令を補正演算する。【選択図】  図１
2016226182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と負荷間に並列接続された複数台の無停電電源装置を備えた無停電電源システムであって、各無停電電源装置に出力電圧指令演算部を設け、出力電圧指令演算部により各々の有効電力検出量と無効電力検出量に応じて周波数と電圧振幅にレギュレーションをつけた出力電圧指令を求め、この出力電圧指令と各無停電電源装置の出力電圧検出値との偏差に基づいて各無停電電源装置の出力電圧指令を演算する無停電電源装置の制御回路において、
前記各無停電電源装置に接続された電力補償設備の残存容量を検出し、この残存容量検出値と前記各無停電電源装置の残存容量平均値との偏差に係数を乗じて残存容量係数を求め、残存容量係数を前記有効電力検出量と無効電力検出量に各別に加算し、加算値それぞれを前記出力電圧指令演算部に入力して前記各無停電電源装置の出力電圧指令を演算するよう構成したことを特徴とした無停電電源装置。
【請求項２】
前記残存容量係数は、電力補償設備の充放電電流量から算出される電流量に基づく残存容量検出値と前記各無停電電源装置に接続される電力補償設備の接続台数から求められた残存容量平均値との偏差に係数を乗じた値であることを特徴とした請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記残存容量係数は、電力補償設備の開放電圧に基づく電力補償設備電圧検出値と前記各無停電電源装置に接続される電力補償設備の接続台数から求められた電力補償設備電圧平均値との偏差に係数を乗じた値であることを特徴とした請求項１に記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置に係わり、特に無停電電源装置を並列に接続した無停電電源システムにおいて、電力補償設備の残存容量に差異が生じた場合でも各無停電電源装置の停電補償時間のばらつきを抑制する無停電電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置を複数台並列に接続した無停電電源システムにおいては、無停電電源装置の上位側である商用電源の停電などにより電力喪失が生じると、各無停電電源装置の電力補償設備に充電されていた直流電力をインバータにより交流電力に変換し、この交流電力を負荷に供給する。このとき、複数台並列に接続された無停電電源装置のうちで電力補償設備の残存容量が他の無停電電源装置よりも低下したものがあっても、負荷への電力供給は各無停電電源装置で均等に分担されるよう制御される。このため、残存容量が低下している電力補償設備を有する無停電電源装置は、他の並列接続された無停電電源装置よりも早く無停電電源システムから解列されてしまう。
【０００３】
各無停電電源装置が有する電力補償設備の残存容量にばらつきがあっても、各電力補償設備に対する充電時間差を少なくし、また、商用電源の停電などによる電力喪失時に残存容量の低下している電力補償設備があっても、無停電電源システムからの無停電電源装置の早期解列を防止するものとして特許文献１が公知となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−６０４５
【特許文献２】特開２０１４−３６４７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、各無停電電源装置の電力補償設備（蓄電池など）の充電状態をそれぞれ検出し、充電容量の低い電力補償設備を有する無停電電源装置に対しては、負荷への電力供給分担を下げて電力補償設備への充電電流を増加させ、この分担減少分を他の無停電電源装置の分担を上げることで負荷が要求する電力を確保している。その手段として、特許文献１では、直流電圧、直流電流及び無停電電源装置の出力電流を検出し、整流器の充電電力量とインバータの出力電力量を算出するための負荷分担制御部を新たに付け加えている。このため、特許文献１では、無停電電源装置に負荷分担制御部を付加しているため装置コストの上昇や制御系の増設が必要となり、既存の無停電電源装置（並列接続しない通常の無停電電源装置）を並列接続する場合には、制御系の増設とこの増設に伴う制御プログラムの変更など、大幅に改良しなければならない問題を有している。
【０００６】
本発明が目的とするところは、商用電源の停電などによる電力喪失時に残存容量の低下している電力補償設備があっても、既存の制御回路を用いて電力補償設備の残存容量の調整ができる無停電電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、交流電源と負荷間に並列接続された複数台の無停電電源装置を備えた無停電電源システムであって、各無停電電源装置に出力電圧指令演算部を設け、出力電圧指令演算部により各々の有効電力検出量と無効電力検出量に応じて周波数と電圧振幅にレギュレーションをつけた出力電圧指令を求め、この出力電圧指令と各無停電電源装置の出力電圧検出値との偏差に基づいて各無停電電源装置の出力電圧指令を演算する無停電電源装置の制御回路において、
前記各無停電電源装置に接続された電力補償設備の残存容量を検出し、この残存容量検出値と前記各無停電電源装置の残存容量平均値との偏差に係数を乗じて残存容量係数を求め、残存容量係数を前記有効電力検出量と無効電力検出量に各別に加算し、加算値それぞれを前記出力電圧指令演算部に入力して前記各無停電電源装置の出力電圧指令を演算するよう構成したことを特徴としたものである。
【０００８】
本発明における残存容量係数は、電力補償設備の充放電電流量から算出される電流量に基づく残存容量検出値と前記各無停電電源装置に接続される電力補償設備の接続台数から求められた残存容量平均値との偏差に係数を乗じた値であることを特徴としたものである。
【０００９】
また、本発明の残存容量係数は、電力補償設備の開放電圧に基づく電力補償設備電圧検出値と前記各無停電電源装置に接続される電力補償設備の接続台数から求められた電池電圧平均値との偏差に係数を乗じた値であることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
以上のとおり、本発明によれば、無停電電源システムにおいて、複数の無停電電源装置にそれぞれ接続された電力補償設備間の残存容量に差異が生じても、残存容量検出値によって無停電電源装置の出力電圧指令を補正でき、並列接続する無停電電源装置の停電補償時間のばらつきが抑制できる。また、ばらつきを抑制する手段として用いられる電池容量調整部は、無停電電源装置を並列接続した既存の無停電電源システムに適用されている部品のみで構成されるため、新たな部品の追加などを行うことなく、横流の抑制と共に停電補償時間のばらつき抑制ができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明の実施形態を示す構成図。
【図３】本発明に適用される制御回路の構成図。
【図４】有効電力、無効電力検出回路の構成図。
【図５】出力電圧指令演算部の出力特性図で、（ａ）は周波数−有効電力垂下特性図、（ｂ）は電圧振幅−無効電力垂下特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、無停電電源装置の充放電電流を検出する電流検出器を用いて各電力補償設備の残存容量と平均の残存容量との偏差を算出するようにしたもので、以下図に基づいて詳述する。
なお、図１で示す本発明は、既存の技術として特許文献２に記載された無停電電源装置のゲート信号を生成するための制御回路に適用したもので、具体的な本発明の実施例の説明に先立って、特許文献２について説明する。
【００１３】
図３は、特許文献２に記載された制御回路を示したものである。制御回路１０は、並列接続された複数の無停電電源装置にそれぞれ設けられるもので、図３では１台分の無停電電源装置の制御回路１０を示している。並列接続された各無停電電源装置において、各々検出された有効電力検出P-det、無効電力検出Q-detを出力電圧指令演算部１１に入力して出力電圧指令V-refを求める。
【００１４】
図４は有効電力検出P-detと無効電力検出Q-detの検出回路３０を示したもので、計器用変圧器により検出されたＵＰＳの出力相電圧V-detと変流器により検出された出力電流I-detを乗算器３１に入力して乗算し、有効電力検出P-detを求める。また、出力相電圧V-detは移相器３３により−９０゜移相されて乗算器３２に入力され、出力電流I-detと乗算することで無効電力検出Q-detを求める。
【００１５】
出力電圧指令演算部１１は、図５で示すように有効電力検出P-detと無効電力検出Q-detの各検出量に応じて周波数指令と電圧振幅指令にレギュレーションをつけた電圧指令V-refを求める。図５（ａ）は周波数−有効電力の垂下特性図で、検出された有効電力検出Ｐ-detに比例した補正量を差引くもので、有効電力検出Ｐ-detが増加するにしたがって周波数ｆを下げる周波数指令ｆ- refとなる。図５（ｂ）は検出された無効電力検出Ｑ-detに基づく電圧振幅指令Vampの垂下特性図を示し、無効電力検出Ｑ-detに比例した補正量を差引くもので、無効電力検出Ｑ-detが増加するにしたがって電圧振幅指令Vampを下げる電圧振幅指令Vamp-refとなる。
【００１６】
これにより、制御回路１０では、検出された有効電力検出P-detと無効電力検出Q-detに基づいた周波数指令ｆ- refと電圧振幅指令Vamp-refから垂下特性付き電圧指令V-refが得られる。この垂下特性付き電圧指令V-refと検出された無停電電源装置の出力電圧V-detとの偏差を加算器１２で求め、その偏差出力を出力電圧制御器１３に入力して比例積分（ＰＩ）演算される。この演算値と垂下特性付き電圧指令V-refの加算値を当該制御回路１０に対応する無停電電源装置の出力電圧指令V-ref１としてＰＷＭ変調部に入力されてインバータのゲート信号が生成される。
【００１７】
電圧指令補正部２０では、無停電電源システムの出力側に設置された変流器で検出した負荷電流検出値Iload-detを平均電流演算回路２１に入力し、並列接続された無停電電源装置の接続台数Ｎで除算して平均電流I-aveを算出する。算出された平均電流I-aveはばらつき分を算出する加算器２２に入力され、当該無停電電源装置に設置された変流器により検出された出力電流検出値Iups-detとの偏差が求められる。この偏差値は電流のばらつき分として補正項演算回路２３に入力され、所定のゲインＧを掛けて電圧補正ゲインG-revとして加算器２４に入力される。したがって、加算器２４では、加算器１４からの出力である出力電圧指令V-ref１に電圧補正ゲインG-revが加算され、補正後の出力電圧指令V-ref１-revとしてＰＷＭ変調部に入力される。
【００１８】
図３で示す制御回路を各無停電電源装置に設けることで、各無停電電源装置間を流れる横流を抑制した電流分担による無停電電源装置の並列運転を可能としたものである。
本発明は、この既存の無停電電源システムが有する部品のみで停電補償時間のばらつきを抑制するものである。
【実施例１】
【００１９】
図１は無停電電源システムの部分的な構成図を示したもので、交流電源１と負荷２間に並列接続される複数（Ｎ台）の無停電電源装置として、ＵＰＳ１，ＵＰＳ２の２台の例で示したものである（なお、ここでは、制御装置を除いた主回路構成をＵＰＳと呼称する）。各ＵＰＳ１，ＵＰＳ２において、ＡＣＦは交流入力フィルタ、ＲＥＣは整流器で、交流入力を直流電圧に変換する。変換された直流電圧をインバータＩＮＶにより交流に逆変換し、交流出力フィルタＡＣＦを通して負荷２へ交流電力を供給する。整流器ＲＥＣとインバータＩＮＶとの直流回路には、昇降圧チョッパＣＨＰを介して電力補償設備として蓄電池ＢＡＴが接続されており、無停電電源システムの上位側で停電などにより電力喪失が生じると、各ＵＰＳの蓄電池ＢＡＴに充電されていた直流を昇降圧チョッパＣＨＰおよびインバータＩＮＶを介して交流に変換し、交流電力として負荷２に供給する。
【００２０】
４０は電力補償設備容量調整部で、Ｎ台の各ＵＰＳ１，ＵＰＳ２に接続される蓄電池ＢＡＴの残存容量係数Whkを各別に演算する。すなわち、残存容量検出部４１で、変流器ＣＴにより検出された蓄電池ＢＡＴの充放電電流Ahから電流量に基づく残存容量検出値Wh-detを算出する。残存容量平均値演算部４２では、並列接続されたＮ台のＵＰＳの残存容量平均値Wh-aveを算出し、加算器４３で残存容量検出値Wh-detと残存容量平均値Wh-aveとの偏差を求める。偏差分は係数器４４に入力されて係数ｋが乗算され残存容量係数Whkとなる。この残存容量係数Whkは、加算器４５，４６において各別に有効電力検出P-detと無効電力検出Q-detに加算され、図３で示す出力電圧指令演算部１１に入力されて出力電圧指令V-refが求められる。
【００２１】
次に交流電源Vsの停電時における各ＵＰＳ１，ＵＰＳ２の動作を説明する。
各ＵＰＳ１，ＵＰＳ２の制御回路１０の出力電圧指令演算部１１に入力する有効電力検出P-detと無効電力検出Q-detは、残存容量検出値Wh-detの少ないＵＰＳでは、残存容量平均値Wh-aveよりも残存容量検出値Wh-detは少ない。このため、電力補償設備容量調整部４０での加算器４３から出力される偏差は負となる。これにより加算器４５，４６から出力される補正された有効電力検出P-det´と無効電力検出Q-det´は、補正前の有効電力検出P-detと無効電力検出Q-detよりも大きな値に補正される。
【００２２】
出力電圧指令演算部１１は、有効電力検出P-det´と無効電力検出Q-det´の大きくなった値に応じて、残存容量の少ない当該ＵＰＳ１またはＵＰＳ２の周波数指令ｆ-refと電圧振幅指令Vamp-refを減少させる。この結果、垂下特性付き出力電圧指令V-ref１も減少し、残存容量の少ないＵＰＳ１またはＵＰＳ２は、蓄電池ＢＡＴの放電量を減少させる出力電圧指令V-ref１-revに補正されてインバータＩＮＶは制御される。
【００２３】
残存容量検出値Wh-detの多いＵＰＳ１またはＵＰＳ２の場合には上記とは逆になり、残存容量平均値Wh-aveよりも残存容量検出値Wh-detが多くなるので、加算器４３から出力される偏差は正となる。これにより周波数指令ｆ-refと電圧振幅指令Vamp-refが増加し、蓄電池ＢＡＴに対する放電量を増加させる方向に出力電圧指令V-ref１-revが補正される。
【００２４】
この実施例によれば、複数台の無停電電源装置を並列接続した無停電電源システムにおいて、各無停電電源装置の電力補償設備間の残存容量に差異が生じても、残存容量検出値Wh-det によって無停電電源装置の出力電圧指令V-ref１-revを補正でき、並列接続する無停電電源装置の停電補償時間のばらつきが抑制できる。また、ばらつきを抑制する手段として用いられる電力補償設備容量調整部４０は、無停電電源装置を並列接続した既存の無停電電源システムに適用されている部品のみで構成されるため、新たな部品の追加などを行うことなく、横流の抑制と共に停電補償時間のばらつき抑制ができる。
【実施例２】
【００２５】
図２は第２の実施例を示した部分図である。図１と異なる部分は、電力補償設備容量調整部４０ａにおいて、電力補償設備電圧検出部４１ａと電力補償設備電圧平均値演算部４２ａによる残存容量を算出する点であり、他は図１と同様である。すなわち、電力補償設備電圧検出部４１ａは、電力補償設備としての蓄電池ＢＡＴの開放電圧V-openを検出して開放電圧V-openから算出される蓄電池の開放電圧に基づく残存容量検出値Wh-det（電力補償設備電圧検出値）を算出し、その値を加算器４３に出力する。
【００２６】
電力補償設備電圧平均値演算部４２ａは、Ｎ台の無停電電源装置に並列接続された蓄電池ＢＡＴの残存容量平均値Wh-ave（電力補償設備電圧平均値）を算出し、その平均値を加算器４３に出力する。加算器４３では残存容量検出値Wh-detと残存容量平均値Wh-aveとの偏差を求め、偏差分は係数器４４に入力されて係数ｋが乗算されて残存容量係数Whkとなる。残存容量係数Whkは、加算器４５，４６において各別に有効電力検出P-detと無効電力検出Q-detに加算されて図３で示す出力電圧指令演算部１１に入力されて出力電圧指令V-refが求められる。
【００２７】
したがって、この実施例においても、第１の実施例と同様の効果を有するものである。
【符号の説明】
【００２８】
１０…  制御回路
１１…  出力電圧指令演算部
１３…  出力電圧制御器
２０…  電圧指令補正部
４０，４０ａ…  電力補償設備容量調整部
４１…  残存容量検出部
４１ａ…  電力補償設備電圧検出値
４２…  残存容量平均値演算部
４２ａ…  電力補償設備電圧平均値演算部
ＵＰＳ…  無停電電源装置
【図１】
2016226182.tif 000003
【図２】
2016226182.tif 000004
【図３】
2016226182.tif 000005
【図４】
2016226182.tif 000006
【図５】
2016226182.tif 000007