(57)【要約】【課題】進相負荷を接続した場合においても、装置の安定的な運転継続を可能とした無停電電源装置の制御装置を提供する。【解決手段】コンバータ、インバータ、及びバイパス回路を備えた無停電電源装置の制御装置であって、インバータの出力電圧指令を作成する出力電圧指令作成手段１０と、出力電圧指令を補正するための補正量を作成する補正量作成手段２０とを備え、前記補正量により出力電圧指令を補正してインバータに対するスイッチング指令を生成する制御装置において、負荷力率が規定範囲内であるか否かを判定する負荷力率判定手段５０を備え、この手段５０により負荷力率が規定範囲外と判定された時の補正量の設定用ゲインを、負荷力率が規定範囲内と判定された時の設定用ゲインよりも小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源電圧を負荷に供給するバイパス回路と、を備えた無停電電源装置の制御装置であって、前記インバータの出力電圧指令を作成する出力電圧指令作成手段と、前記出力電圧指令を補正するための補正量を作成する補正量作成手段と、を備え、前記補正量により前記出力電圧指令を補正して前記インバータに対するスイッチング指令を生成する制御装置において、
負荷力率が規定範囲内であるか否かを判定する負荷力率判定手段を備え、
前記負荷力率判定手段により前記負荷力率が規定範囲外と判定された時の前記補正量の設定用ゲインを、前記負荷の力率が規定範囲内と判定された時の前記補正量の設定用ゲインよりも小さくしたことを特徴とする無停電電源装置の制御装置。
【請求項２】
（追加）
請求項１に記載した無停電電源装置の制御装置において、
前記補正量作成手段は、前記補正量を、前記インバータの出力側に接続されたフィルタによる電圧降下を考慮して作成することを特徴とする無停電電源装置の制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した無停電電源装置の制御装置において、
前記負荷力率判定手段は、
前記インバータの出力電流を検出する手段と、前記出力電流の検出値をｄｑ座標系の二相成分に変換する変換手段と、を備え、前記変換手段により変換された前記出力電流のｑ軸成分に基づいて、前記負荷の力率が規定範囲内であるか否かを判定することを特徴とする無停電電源装置の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載した無停電電源装置の制御装置において、
前記負荷力率判定手段により前記負荷の力率が規定範囲外と判定された時に、警報を発生する手段を備えたことを特徴とする無停電電源装置の制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載した無停電電源装置の制御装置において、
前記負荷力率判定手段により前記負荷の力率が規定範囲外と判定された時に、その旨を表示する手段を備えたことを特徴とする無停電電源装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置（ＵＰＳ）に規定範囲外の力率を有する負荷が接続された場合でも、装置の安定的な運転を継続可能とした制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
負荷に任意の振幅・周波数の交流電圧を供給するシステムとして、ＰＷＭコンバータ・インバータシステムがある。このシステムは、系統から受電した交流電圧をＰＷＭコンバータにより直流電圧に変換し、その直流電圧をＰＷＭインバータにより所望の交流電圧に変換するものである。このようなシステムは、モータ駆動用インバータやＵＰＳ等に幅広く適用されている。
【０００３】
ＵＰＳにおいて、ＰＷＭインバータは負荷に供給する交流電圧を出力する。ＵＰＳの装置仕様として、通常は負荷の容量・力率が規定されており、その規定範囲内の負荷であれば、いかなる負荷を接続してもＰＷＭインバータは一定の振幅の電圧を出力し、安定した電力供給を継続する必要がある。
【０００４】
ＰＷＭインバータの出力電圧は方形波状であるが、ＵＰＳの負荷となるようなコンピュータシステム等の機器に対しては正弦波状の電圧を供給する必要がある。このため、ＵＰＳにおいては、ＰＷＭインバータの出力側にＬＣフィルタを接続するのが一般的であり、このＬＣフィルタによってＰＷＭインバータの出力電圧から高周波成分を除去し、負荷に正弦波状の交流電圧を供給している。
【０００５】
一方、このようにＬＣフィルタを設置すると、フィルタに流れる電流によって電圧降下が発生するので、ＰＷＭインバータの出力電圧と負荷への供給電圧は一致しなくなる。このことは、負荷への供給電圧を一定にするためには、負荷に応じてＰＷＭインバータの出力電圧を補正する必要があることを意味している。
【０００６】
ここで、図４は一般的なＵＰＳに使用されるＰＷＭインバータの制御ブロック図を示している。
図４において、出力電圧指令作成手段１０は、振幅・周波数設定値に基づいて正弦波状の出力電圧指令を作成する。例えば、制御装置内部に予め用意した正弦波テーブルを順次読み出し、設定された振幅となるようにゲインを乗じて出力電圧の振幅を調整する。
【０００７】
補正量作成手段２０は、ＬＣフィルタにおける電圧降下分や変換器のデッドタイム等の影響を補正するための補正量を作成する。この補正量を加算手段３１にて出力電圧指令に加算することにより、最終的な出力電圧指令が生成される。ＰＷＭ制御手段４０は、出力電圧指令に基づいてスイッチング指令を生成し、このスイッチング指令に従ってインバータの半導体スイッチング素子をオン・オフ制御することにより、出力電圧指令に一致した電圧が負荷に供給される。
なお、インバータの出力電圧を補正するための制御アルゴリズムとしては、各種のものが知られている。
【０００８】
例えば、図５は、特許文献１に記載されたＰＷＭインバータシステムの構成図である。このインバータシステムでは、複数台のインバータを並列運転する際の負荷分担を考慮しながら、予測形瞬時値制御方法により演算したＰＷＭパルスをインバータに与えて出力電圧及び出力電流の瞬時値を制御している。
【０００９】
すなわち、コントローラ２００は、リアクトル１１１及びコンデンサ１１２からなるＬＣフィルタ１１０を含む回路の状態方程式に基づいて、ＰＷＭインバータ１００の入力電圧Ｅ、ＬＣフィルタ１１０の入出力電流Ｉ１，Ｉ２、出力電圧Ｖ、及び、負荷電流指令演算器１３０が演算した分担負荷電流指令値ＩＬを用いて、出力電圧Ｖ及び電流Ｉ１をそれぞれの指令値に一致させるようなＰＷＭパルスＰを予測演算し、インバータ１００を制御している。ここで、出力電圧Ｖについては、コントローラ２００が所定の演算式により求めた補正量を用いて出力電圧指令値を補正し、この指令値に一致するように負荷１２０への出力電圧を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第２９１３８８９号（段落［０００６］〜［００１０］、図１，図２等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に記載された制御方法を実現するためには、ＬＣフィルタ１１０を構成するリアクトル１１１やコンデンサ１１２の定数を正確に把握していることが前提となる。言い換えれば、出力電圧の補正量を算出する演算式において使用するＬＣフィルタ１１０の回路定数と実際の回路定数とが異なる場合、演算により求めた補正量では電圧を正しく補正することができず、出力電圧の精度が悪化してしまう。
【００１２】
ここで、コンデンサを含む負荷がＵＰＳに接続された場合の動作について考察する。
図６は、抵抗１４１及びコンデンサ１４２を有する負荷１４０がＵＰＳ１５０に接続されたシステムを示している。この場合、ＵＰＳ１５０内のＬＣフィルタ１１０のコンデンサ１１２に対して、負荷１４０のコンデンサ１４２が並列に接続された状態となる。
【００１３】
この状態は、ＬＣフィルタ１１０のコンデンサ容量が、本来のコンデンサ１１２の容量とコンデンサ１４２の容量との和に変化したことと等価になる。つまり、制御装置に格納されている補正量算出用の演算式を導出する際に用いたＬＣフィルタ１１０の回路定数と、コンデンサ１４２を含む等価的ＬＣフィルタの回路定数との間に誤差が生じてしまう。
【００１４】
その結果、特許文献１に開示された制御方法によると、コンデンサ等の進相負荷（進み力率負荷）が接続された場合にＵＰＳの出力電圧精度が悪化するだけでなく、ＵＰＳの動作自体が不安定になる可能性もある。また、これらの問題は負荷という外的要因による現象であるため、適切な対処も困難である。
なお、負荷の仕様として進相負荷を許容しているＵＰＳはほとんど存在しておらず、更に、ＵＰＳに進相負荷が接続された場合の制御技術も特に提供されていないため、その実現が強く要請されている。
【００１５】
そこで、本発明の解決課題は、進相負荷のように規定範囲外の力率を有する負荷が接続された場合でも、装置の安定的な運転を継続可能としたＵＰＳの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、交流電源電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源電圧を負荷に供給するバイパス回路と、を備えた無停電電源装置の制御装置であって、前記インバータの出力電圧指令を作成する出力電圧指令作成手段と、前記出力電圧指令を補正するための補正量を作成する補正量作成手段と、を備え、前記補正量により前記出力電圧指令を補正して前記インバータに対するスイッチング指令を生成する制御装置において、
負荷力率が規定範囲内であるか否かを判定する負荷力率判定手段を備え、
前記負荷力率判定手段により前記負荷力率が規定範囲外と判定された時の前記補正量の設定用ゲインを、前記負荷の力率が規定範囲内と判定された時の前記補正量の設定用ゲインよりも小さくしたものである。
【００１７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載した無停電電源装置の制御装置において、前記補正量作成手段は、前記補正量を、前記インバータの出力側に接続されたフィルタによる電圧降下を考慮して作成するものである。
【００１８】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載した無停電電源装置の制御装置において、前記負荷力率判定手段は、前記インバータの出力電流を検出する手段と、前記出力電流の検出値をｄｑ座標系の二相成分に変換する変換手段と、を備え、前記変換手段により変換された前記出力電流のｑ軸成分に基づいて、前記負荷の力率が規定範囲内であるか否かを判定するものである。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載した無停電電源装置の制御装置において、前記負荷力率判定手段により前記負荷の力率が規定範囲外と判定された時に、警報を発生する手段を備えたものである。
【００２０】
請求項５に係る発明は、請求項１〜４の何れか１項に記載した無停電電源装置の制御装置において、前記負荷力率判定手段により前記負荷の力率が規定範囲外と判定された時に、その旨を表示する手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、進相負荷のようにＵＰＳの仕様上、規定範囲外である力率の負荷が接続された場合でも、装置の安定的な運転を継続可能にすると共に、必要に応じて、規定範囲外の負荷が接続されたことをユーザーへ知らせることができる。
これにより、信頼性の高いＵＰＳシステムの実現が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る制御装置の構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態における負荷力率判定手段の構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態を示す構成図である
【図４】一般的なＵＰＳに使用されるＰＷＭインバータの制御ブロック図である。
【図５】特許文献１に記載されたＰＷＭインバータシステムの構成図である。
【図６】進相負荷がＵＰＳに接続されたシステムの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、請求項１，２に相当する本発明の第１実施形態の構成図である。この第１実施形態において、図４と同一の機能を有する部分については同一の参照符号を付して説明を簡略化し、以下では図４と異なる部分を中心に説明する。
【００２４】
ここで、第１実施形態の制御装置によって制御されるＵＰＳは、交流電源電圧（商用電源の電圧）を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、交流電源電圧を負荷に供給するバイパス回路と、を備えており、その給電方式は、いわゆる常時インバータ給電方式または常時商用給電方式の何れであっても良い。
【００２５】
まず、図１に示す制御装置と図４との主な相違点は、図１では、補正量作成手段２０の出力にゲインを乗じた信号を補正量として出力電圧指令に加算するようにし、上記ゲインを負荷力率に応じて変更する点である。
【００２６】
負荷力率判定手段５０は、ＵＰＳに接続された負荷（図示せず）の力率が装置仕様で定められた規定範囲内である場合に、判定信号「Ｔ」を出力して切替手段６０に加える。切替手段６０は、判定信号「Ｔ」が入力された時に正常時のゲイン「１．０」を選択するように端子Ｔ側に切り替わり、それ以外の場合には、負荷力率が規定範囲外である時のゲイン「０．５」を選択するように端子Ｆ側に切り替わる。
なお、負荷力率が規定範囲外である場合のゲインを「０．５」に限定する必要はなく、正常時のゲイン「１．０」より小さい任意の値であれば良い。
【００２７】
この実施形態の動作を説明すると、負荷力率が規定範囲内の時は、上述したように切替手段６０が端子Ｔ側に切り替わるため、補正量作成手段２０の出力側に設けられた乗算手段３２にゲイン「１．０」が入力される。これにより、補正量作成手段２０からの補正量がそのまま加算手段３１により出力電圧指令に加算されてＰＷＭ制御手段４０に入力される。従って、本実施形態の動作は図４と同一となる。
【００２８】
一方、ＵＰＳに接続された負荷の力率が規定範囲外である場合には、負荷力率判定手段５０からの判定信号「Ｔ」が解除されるため、切替手段６０は自動的に端子Ｆ側に切り替わり、乗算手段３２にゲイン「０．５」が入力される。これにより、補正量作成手段２０からの補正量が低減されて加算手段３１に与えられるので、正常時よりも補正量を抑制した出力電圧指令がＰＷＭ制御手段４０に入力されることになる。
【００２９】
すなわち、この実施形態では、ＵＰＳに、仕様範囲外の力率を有するコンデンサ等の進相負荷が接続されると、出力電圧指令に対する補正効果が弱くなるように動作する。
このため、図６に示したように、進相負荷１４０の接続時にＬＣフィルタ１１０の等価的なインピーダンスが変化しているにも関わらず、正常時（負荷力率が規定範囲内の時）の補正動作が行われてＵＰＳの動作が不安定になるのを回避でき、規定範囲外の力率の負荷が接続された場合でも安定した運転を継続することができる。
【００３０】
なお、この実施形態では、負荷の力率に応じて出力電圧指令に加える補正量を抑制するので、ＵＰＳ内のＬＣフィルタによる電圧降下の影響を完全には補償できなくなるが、補正量の抑制動作は装置の負荷力率が規定範囲外となった場合のみであるため、問題は小さい。それよりも、ＵＰＳにおいては給電を安定的に継続することが最重要であり、たとえ力率が規定範囲外の負荷であったとしても、安定した運転を継続可能にする本発明の利点の方が大きく、本発明はＵＰＳに適した技術であると言える。
【００３１】
次に、図２は、請求項３に相当する本発明の第２実施形態を示している。この実施形態は、図１における負荷力率判定手段５０の具体的な構成に関するものである。なお、図２では、ＵＰＳに接続された負荷の力率が遅れ力率である場合を正常時（規定範囲内）、進み力率である場合を規定範囲外とみなしている。
【００３２】
図２において、まず、三相のＵＰＳの各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）の出力電流検出値が、三相電流をｄｑ座標系の二相量に変換するｄｑ変換手段５１に入力されると共に、このｄｑ変換手段５１には、出力電圧指令作成手段１０からｄｑ変換用の基準正弦波として出力電圧指令が入力されている。
このため、ｄｑ変換手段５１によって得られる出力電流のｑ軸成分は、出力電圧と同位相であれば「０」、出力電圧に対して位相が進んでいれば正の値、出力電圧に対して位相が遅れていれば負の値をとる。このｑ軸成分を比較手段５２の負入力端子に加え、その正入力端子に閾値「０」を加えて両入力信号の大小を比較することにより、比較手段５２の出力の論理は、負荷が遅れ力率の時には「１」となり、進み力率の時には「０」となる。従って、論理「１」を図１における正常時の判定信号「Ｔ」に割り当て、論理「０」を「Ｆ」に割り当てれば、前述した第１実施形態の動作を実現することができる。
【００３３】
なお、図２では、ＵＰＳにとって遅れ力率負荷がすべて規定範囲内の正常な負荷として判別しているが、出力電流のｑ軸成分の数値が分かれば、負荷力率がどのような値になるかを計算可能である。よって、比較手段５２の閾値を変更することにより、例えば遅れ力率０．７〜０．９の負荷を正常な負荷と判別する等、負荷力率の正常な範囲は任意に変更・調整することが可能である。
【００３４】
次いで、図３は請求項４，５に相当する本発明の第３実施形態の構成図である。
前述した第１，第２実施形態によれば、ＵＰＳの安定した運転を継続することが可能であるが、負荷力率が規定範囲外である状態で運転を継続することになり、運用上、好ましいものではない。そこで、この第３実施形態は上記の問題を解決するためのものである。
【００３５】
通常、ＵＰＳには、例えば装置前面にタッチパネル式液晶画面等からなるモニタが設置されており、このモニタは、制御装置の機能として装置の状態表示機能や運転操作機能を備えている。また、ＵＰＳに限らず、装置に何らかの異常が発生した場合には、外部に警報を発生してユーザーの注意を喚起できるようにするのが一般的である。
第３実施形態では、上記の点に鑑み、ＵＰＳにとって規定範囲外の力率の負荷が接続された場合に、その旨をユーザーに報知して注意を喚起するようにした。
【００３６】
図３において、負荷力率判定手段５０から出力された判定信号は、警報発生手段７０及び装置状態表示手段８０に入力されている。そして、負荷力率判定手段５０から、負荷力率が規定範囲外である旨の判定信号が入力されると、警報発生手段７０は音声等により警報を発し、装置状態表示手段８０は、負荷力率が規定範囲外であることをモニタ上に視覚的に表示する。
これにより、負荷力率が規定範囲外であることをユーザーに報知できるため、ユーザーが何らかの対策を実施することによってＵＰＳシステムの安定した運用に貢献することができる。
【００３７】
以上のように、第１〜第３実施形態によれば、ＵＰＳに規定範囲外の力率の負荷が接続された場合でも、安定した運転を継続可能となり、装置の信頼性を向上させることができる。また、必要に応じて、規定範囲外の力率の負荷が接続された場合にユーザーへの注意喚起を行うことも可能である。
なお、本発明は、制御装置内部のＣＰＵ等に実装するプログラムを変更すれば容易に実現可能であり、外部回路の追加は不要であるためコスト面でも有利である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の基本原理は、三相出力のＵＰＳに限らず単相出力のＵＰＳにも適用可能であり、また、ＵＰＳの給電方式（常時インバータ給電方式または常時商用給電方式）も特に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３９】
１０：出力電圧指令作成手段
２０：補正量作成手段
３１：加算手段
３２：乗算手段
４０：ＰＷＭ制御手段
５０：負荷力率判定手段
５１：ｄｑ変換手段
５２：比較手段
６０：切替手段
７０：警報発生手段
８０：装置状態表示手段
Ｔ，Ｆ：端子
【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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