(57)【要約】【課題】電源装置に関して、極めて迅速で確実な停電検出を実現する。【解決手段】位相同期ループの機能を有する制御部によって実行される、単相交流の入力電圧の異常検出方法であって、入力電圧と位相同期した模擬電圧波形を、位相同期ループを用いて逐次生成し、生成された前記模擬電圧波形が次に更新されるまでの時間内に、入力電圧の瞬時値を、模擬電圧波形と比較し、入力電圧の瞬時値が、模擬電圧波形に沿っている状態から、沿わなくなる状態に転じた場合に、入力電圧が異常であると判定する、入力電圧の異常検出方法である。【選択図】図３
2017032452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相同期ループの機能を有する制御部によって実行される、単相交流の入力電圧の異常検出方法であって、
前記入力電圧と位相同期した模擬電圧波形を、前記位相同期ループを用いて逐次生成し、
生成された前記模擬電圧波形が次に更新されるまでの時間内に、前記入力電圧の瞬時値を、前記模擬電圧波形と比較し、前記入力電圧の瞬時値が、前記模擬電圧波形に沿っている状態から、沿わなくなる状態に転じた場合に、前記入力電圧が異常であると判定する、
入力電圧の異常検出方法。
【請求項２】
前記入力電圧の瞬時値と前記模擬電圧波形との差電圧が、所定の閾値を超えた場合に、前記模擬電圧波形に沿っている状態ではないとする請求項１に記載の入力電圧の異常検出方法。
【請求項３】
前記差電圧が前記閾値を超える状態が所定時間継続した場合に、前記入力電圧が異常であると判定する、請求項２に記載の入力電圧の異常検出方法。
【請求項４】
装置内で入力端から出力端へ至る単相の交流電路と、
前記入力端での入力電圧を検出する第１電圧センサと、
前記出力端での出力電圧を検出する第２電圧センサと、
前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、
前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、
前記交流電路に対する前記変換部の接続点と前記入力端との間に設けられたＡＣスイッチと、
前記変換部及び前記ＡＣスイッチを制御することにより、前記入力端から、閉路した前記ＡＣスイッチ及び前記交流電路を経て前記出力端に至り、前記出力端に接続される負荷に給電する通電モードと、前記ＡＣスイッチを開路して、前記蓄電池から前記変換部を介して前記負荷に給電する蓄電池放電モードとを有する制御部と、を備え、
前記制御部は、位相同期ループの機能を有し、前記入力電圧と位相同期した模擬電圧波形を、前記位相同期ループを用いて逐次生成し、生成された前記模擬電圧波形が次に更新されるまでの時間内に、前記入力電圧の瞬時値を、前記模擬電圧波形と比較し、前記入力電圧の瞬時値が、前記模擬電圧波形に沿っている状態から、沿わなくなる状態に転じた場合に、前記入力電圧が異常であると判定して、前記通電モードから前記蓄電池放電モードに移行する、電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記入力電圧の瞬時値と前記模擬電圧波形との差電圧が、異常検出用の閾値を超えた場合に、前記模擬電圧波形に沿っている状態ではないと判定する請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記差電圧が前記閾値を超える状態が所定時間継続した場合に、前記入力電圧が異常であると判定する、請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
前記蓄電池放電モードに移行した後、前記入力電圧が回復した場合、前記制御部は、前記位相同期ループを用いて前記変換部の出力電圧を前記入力電圧と位相同期させ、位相同期がとれたら前記蓄電池放電モードから前記通電モードに移行する、請求項５又は請求項６に記載の電源装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記差電圧が、同期検出用の閾値より小さくなった場合に、位相同期がとれたと判定する請求項７に記載の電源装置。
【請求項９】
前記異常検出用の閾値と、前記同期検出用の閾値とは、互いに異なる値である請求項８に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電池に蓄えた電力を交流電力として出力する電源装置に関する。また、主として電源装置に関しての、入力電圧の異常検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば無停電電源装置（ＵＰＳ: Uninterruptible Power Supply)は、通常、商用交流電源により蓄電池を充電しておき、停電時には蓄電池に蓄えられた電力を交流電力に変換して出力する電源装置である。
このような無停電電源装置は、交流電圧の停電を迅速確実に検出する必要がある。停電検出に関しては、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１〜６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２０８３５号公報
【特許文献２】特開平１０−２８５９３２号公報
【特許文献３】特開平１０−２１０６６３号公報
【特許文献４】特開２００１−１３１７５号公報
【特許文献５】特開平１０−９０３１４号公報
【特許文献６】特開平９−２８１１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
停電検出は速いほど良い。例えば、目標として１ｍｓでの停電検出を望んだ場合、前掲の先行技術文献に記載された停電検出の技術ではいずれも、これを実現することは困難である。また、速さのみならず、確実さ（誤検出しないこと）も必要である。
【０００５】
図１１は、比較的速い停電検出手法の一例として、電圧閾値との比較で、停電検出を行う要領を示す波形図である。２つの波形はそれぞれ、６０Ｈｚ（実線）、５０Ｈｚ（点線）の電圧波形である。入力電圧の絶対値が閾値の８０Ｖ（図のｔｈ１，ｔｈ２）以下になることにより停電を検出するとすれば、正常な状態でも瞬時値は８０Ｖ以下になるので、正常な状態との識別が必要となる。正常な状態であれば、６０Ｈｚの場合、絶対値が８０Ｖ以下になるのは、時間にして３．２ｍｓである。また、５０Ｈｚの場合、絶対値が８０Ｖ以下になるのは、時間にして３．８５ｍｓである。
【０００６】
従って、これらの正常な状態を誤検出することなく停電のみを検出するには、若干の余裕時間が必要であり、例えば、絶対値が８０Ｖ以下である状態を、少なくとも５ｍｓ待って確かめる必要がある。ところが、軽負荷の場合、停電しても線路に残る残留電圧が落ちにくく、さらに検出の時間が長くなる。
【０００７】
このように、極めて迅速で（例えば１ｍｓ）確実な停電検出を実現することは困難である。
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、主として電源装置に関して、極めて迅速で確実な停電検出を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、位相同期ループの機能を有する制御部によって実行される、単相交流の入力電圧の異常検出方法であって、前記入力電圧と位相同期した模擬電圧波形を、前記位相同期ループを用いて逐次生成し、生成された前記模擬電圧波形が次に更新されるまでの時間内に、前記入力電圧の瞬時値を、前記模擬電圧波形と比較し、前記入力電圧の瞬時値が、前記模擬電圧波形に沿っている状態から、沿わなくなる状態に転じた場合に、前記入力電圧が異常であると判定する、入力電圧の異常検出方法である。
【０００９】
また、本発明の電源装置は、装置内で入力端から出力端へ至る単相の交流電路と、前記入力端での入力電圧を検出する第１電圧センサと、前記出力端での出力電圧を検出する第２電圧センサと、前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、前記交流電路に対する前記変換部の接続点と前記入力端との間に設けられたＡＣスイッチと、前記変換部及び前記ＡＣスイッチを制御することにより、前記入力端から、閉路した前記ＡＣスイッチ及び前記交流電路を経て前記出力端に至り、前記出力端に接続される負荷に給電する通電モードと、前記ＡＣスイッチを開路して、前記蓄電池から前記変換部を介して前記負荷に給電する蓄電池放電モードとを有する制御部と、を備え、
前記制御部は、位相同期ループの機能を有し、前記入力電圧と位相同期した模擬電圧波形を、前記位相同期ループを用いて逐次生成し、生成された前記模擬電圧波形が次に更新されるまでの時間内に、前記入力電圧の瞬時値を、前記模擬電圧波形と比較し、前記入力電圧の瞬時値が、前記模擬電圧波形に沿っている状態から、沿わなくなる状態に転じた場合に、前記入力電圧が異常であると判定して、前記通電モードから前記蓄電池放電モードに移行する、電源装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、極めて迅速で確実に停電検出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】電源装置の主要部を示す回路図である。
【図２】入力電圧波形（単相交流波形）の一例を示す図である。
【図３】図２における時刻６ｍｓから７ｍｓまでの区間で時間軸を横に引き延ばした図である。
【図４】図１１に示した従来の停電検出の実例を示すオシロスコープの画像である。
【図５】実施形態による停電検出の実例を示すオシロスコープの画像である。
【図６】実施形態による復電時の電源の切り替え動作（モードの移行）の実例を示すオシロスコープの画像である。
【図７】図６の横軸の時間を引き延ばした画像である。
【図８】復電から電源の切り替え（モードの移行）までの入力電圧及び出力電圧の波形の一例を示すオシロスコープの画像である。
【図９】上段のグラフは、Ｖα，Ｖβの波形であり、下段のグラフは、Ｖｄ，Ｖｑの直線波形である。
【図１０】単相交流ＰＬＬとして必要な、Ｖα、Ｖβ以降のＰＬＬの制御ブロック図である。
【図１１】比較的速い停電検出手法の一例として、電圧閾値との比較で、停電検出を行う要領を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施形態の要旨］
本発明の実施形態の要旨としては、少なくとも以下のものが含まれる。
【００１３】
（１）これは、位相同期ループの機能を有する制御部によって実行される、単相交流の入力電圧の異常検出方法であって、前記入力電圧と位相同期した模擬電圧波形を、前記位相同期ループを用いて逐次生成し、生成された前記模擬電圧波形が次に更新されるまでの時間内に、前記入力電圧の瞬時値を、前記模擬電圧波形と比較し、前記入力電圧の瞬時値が、前記模擬電圧波形に沿っている状態から、沿わなくなる状態に転じた場合に、前記入力電圧が異常であると判定する、入力電圧の異常検出方法である。
【００１４】
このような異常検出方法によれば、入力電圧に異常が発生する前の位相同期により、模擬電圧波形を持っておくことができる。そこで、例えば、供給されていた入力電圧が停電すると、入力電圧の瞬時値が模擬電圧波形に沿わなくなる状態に陥るので、これを、停電として極めて迅速で確実に検出することができる。また、一時的な入力電圧の異常についても、同様にして、これを検出することができる。
【００１５】
（２）また、（１）の異常検出方法において、前記入力電圧の瞬時値と前記模擬電圧波形との差電圧が、所定の閾値を超えた場合に、前記模擬電圧波形に沿っている状態ではないとするようにしてもよい。
この場合、差電圧を閾値と比較することで、確実に判定を行うことができる。
【００１６】
（３）また、（２）の異常検出方法において、前記差電圧が前記閾値を超える状態が所定時間継続した場合に、前記入力電圧が異常であると判定することが好ましい。
この場合、瞬時停電や瞬間的な外乱のように迅速に回復する電圧変化については、これらを、入力電圧の異常と判定しないようにすることができる。
【００１７】
（４）一方、これは、装置内で入力端から出力端へ至る単相の交流電路と、前記入力端での入力電圧を検出する第１電圧センサと、前記出力端での出力電圧を検出する第２電圧センサと、前記交流電路に接続され、双方向に電力変換可能な変換部と、前記変換部を介して前記交流電路に接続される蓄電池と、前記交流電路に対する前記変換部の接続点と前記入力端との間に設けられたＡＣスイッチと、前記変換部及び前記ＡＣスイッチを制御することにより、前記入力端から、閉路した前記ＡＣスイッチ及び前記交流電路を経て前記出力端に至り、前記出力端に接続される負荷に給電する通電モードと、前記ＡＣスイッチを開路して、前記蓄電池から前記変換部を介して前記負荷に給電する蓄電池放電モードとを有する制御部と、を備える電源装置であり、前記制御部は、位相同期ループの機能を有し、前記入力電圧と位相同期した模擬電圧波形を、前記位相同期ループを用いて逐次生成し、生成された前記模擬電圧波形が次に更新されるまでの時間内に、前記入力電圧の瞬時値を、前記模擬電圧波形と比較し、前記入力電圧の瞬時値が、前記模擬電圧波形に沿っている状態から、沿わなくなる状態に転じた場合に、前記入力電圧が異常であると判定して、前記通電モードから前記蓄電池放電モードに移行するものである。
【００１８】
このような電源装置では、制御部は、入力電圧に異常が発生する前の位相同期により、模擬電圧波形を持っておくことができる。そこで、例えば、供給されていた入力電圧が停電すると、入力電圧の瞬時値が模擬電圧波形に沿わなくなる状態に陥るので、これを、停電として極めて迅速で確実に検出することができる。また、一時的な入力電圧の異常についても、同様にして、これを検出することができる。入力電圧が異常であると判定した場合は、通電モードから蓄電池放電モードに移行して、負荷への給電を継続することができる。
【００１９】
（５）また、（４）の電源装置において、例えば、前記制御部は、前記入力電圧の瞬時値と前記模擬電圧波形との差電圧が、異常検出用の閾値を超えた場合に、前記模擬電圧波形に沿っている状態ではないと判定することができる。
この場合、差電圧を閾値と比較することで、確実に判定を行うことができる。
【００２０】
（６）また、（５）の電源装置において、前記制御部は、前記差電圧が前記閾値を超える状態が所定時間継続した場合に、前記入力電圧が異常であると判定することが好ましい。
この場合、瞬時停電や瞬間的な外乱のように迅速に回復する電圧変化については、これらを、入力電圧の異常と判定しないようにすることができる。
【００２１】
（７）また、（５）又は（６）の電源装置において、例えば、前記蓄電池放電モードに移行した後、前記入力電圧が回復した場合、前記制御部は、前記位相同期ループを用いて前記変換部の出力電圧を前記入力電圧と位相同期させ、位相同期がとれたら前記蓄電池放電モードから前記通電モードに移行することができる。
この場合、復電後は、変換部の出力電圧の位相を微調整して入力電圧と位相同期し、モードの移行を行うことができる。
【００２２】
（８）また、（７）の電源装置において、前記制御部は、前記差電圧が、同期検出用の閾値より小さくなった場合に、位相同期がとれたと判定するようにしてもよい。
この場合、差電圧を閾値と比較することで、確実に判定を行うことができる。
【００２３】
（９）また、（８）の電源装置において、前記異常検出用の閾値と、前記同期検出用の閾値とは、互いに異なる値であってもよい。
この場合、モードの相互移行が、短時間に頻繁に起こることを抑制できる。
【００２４】
［実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態の詳細について図面を参照して説明する。
【００２５】
《電源装置の回路構成》
図１は、電源装置の主要部を示す回路図である。図において、電源装置１００は、ＡＣ(単相交流)入力用のプラグ１、プラグ１に接続された漏電ブレーカ２、ＡＣ出力コンセント３、電源装置１００内で入力端Ｔｉｎから出力端Ｔｏｕｔへ至る２本の電路である単相の交流電路４、入力端Ｔｉｎでの入力電圧を検出する第１電圧センサ５、出力端Ｔｏｕｔでの出力電圧を検出する第２電圧センサ６、交流電路４に接続され、双方向に電力変換可能な変換部７としての双方向インバータ７ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ７ｂ、変換部７を介して交流電路４に接続される蓄電池８、ＡＣスイッチ９、制御部１０を備えている。変換部７の動作は、制御部１０により制御される。
【００２６】
また、図１では、漏電ブレーカ２の２次側を入力端Ｔｉｎとしたが、漏電ブレーカ２の１次側を入力端Ｔｉｎと考えてもよい。
【００２７】
ＡＣスイッチ９は、交流電路４に対する変換部７の接続点Ｐと、入力端Ｔｉｎとの間にあって、交流電路４の一方の線路に介在するように設けられている。ＡＣスイッチ９は、電磁駆動されるリレー接点９１、及び、このリレー接点９１と並列に接続された双方向性の半導体スイッチ９０とを含んでいる。また、半導体スイッチ９０は、並列ダイオードｄ１，ｄ２を有する一対の半導体スイッチ素子Ｑ１，Ｑ１を互いに逆向きに直列接続して構成されている。
【００２８】
半導体スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）であり、並列ダイオードｄ１，ｄ２は、ボディダイオードである。なお、半導体スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、並列ダイオードｄ１，ｄ２を有するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であってもよい。
上記リレー接点９１、半導体スイッチ素子Ｑ１，Ｑ２は、制御部１０により制御される。また、第１電圧センサ５及び第２電圧センサ６のそれぞれの検出信号は、制御部１０に送られる。
【００２９】
制御部１０は例えば、コンピュータを含み、ソフトウェア（コンピュータプログラム）をコンピュータが実行することで、必要な制御機能を実現する。ソフトウェアは、制御部１０の記憶装置（図示せず。）に格納される。但し、コンピュータを含まないハードウェアのみの回路で制御部１０を構成することも可能ではある。
また、制御部１０は、位相同期ループ（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）１０ｐの機能を搭載している。
なお、電源装置１００内で必要な制御電源電圧は、蓄電池８から得ることができる。
【００３０】
《電源装置の基本動作》
上記電源装置１００では、通常、商用電源等のコンセント１１にプラグ１が接続され、ＡＣ出力コンセント３には負荷となる電気器具（図示せず。）が接続される。
【００３１】
通常は、制御部１０は、外部のコンセント１１から入力された電圧をそのままＡＣ出力コンセント３に出力する「通電モード」を実行している。このとき、リレー接点９１は閉路し、半導体スイッチ９０は開路している。半導体スイッチ９０は、その応答の速さから、ＡＣスイッチ９を閉路するとき及び開路するときに、一時的に使用される。また、制御部１０は、変換部７により交流から直流への電力変換を行い、蓄電池８を充電している。
【００３２】
また、蓄電池８から負荷に電力を供給するときは、制御部１０は、ＡＣスイッチ９を開路させる。また、制御部１０は、変換部７に直流から交流への電力変換を行わせ、蓄電池８の放電電力が負荷に供給される「蓄電池放電モード」を実行する。
【００３３】
電源装置１００を、バックアップ用途で使用する場合、商用電源等の停電又はプラグ１がコンセント１１から抜かれた場合（以下、単に、停電という。）、電源装置１００は停電を検出して通電モードから蓄電池放電モードに移行する。また、その後、復電すれば、電源装置１００は復電を検出して蓄電池放電モードから通電モードに移行する。
以下、停電検出及びそれに対する処理、並びに、復電検出及びそれに対する処理について説明する。
【００３４】
《停電検出及びそれに対する処理》
停電が発生する前の正常な状態では、制御部１０は、入力された電圧を、閉路しているＡＣスイッチ９を介して、そのままＡＣ出力コンセント３に出力する通電モードを実行している。制御部１０は、電圧センサ５の検出信号に基づいて、入力電圧を取得することができる。そこで、制御部１０は、入力電圧と位相同期した模擬電圧波形を、位相同期ループ１０ｐを用いて生成する。
【００３５】
図２は、入力電圧波形（単相交流波形）の一例を示す図である。横軸は時間[ｍｓ]、縦軸は電圧[Ｖ]である。図３は、図２における時刻６ｍｓから７ｍｓまでの区間で時間軸を横に引き延ばした図である。図２において、入力電圧が正常な状態では、入力電圧波形と模擬電圧波形とは互いに一致している。従って、両者の差電圧は０Ｖである。
【００３６】
図３において、例えば６．４ｍｓの時点で停電が発生すると、差電圧が生じ始める。差電圧が生じ始めてから約０．１ｍｓ後、差電圧が閾値（異常検出用の閾値）以上になる。閾値を設けるのは、微小な差電圧を無視するためである。ここで制御部１０は、判定開始すなわち、時間のカウントを開始し、閾値以上の差電圧が所定時間（例えば０．５ｍｓ）継続した時点で、停電と判定する。この例では、停電発生から停電と判定するまでに要する時間は合計約０．６ｍｓである。なお、上記の「閾値以上」は、「閾値を超えた」であってもよい。すなわち、差電圧が閾値に等しい状態を、どちらと判定するかは任意に決め得ることである。
【００３７】
以上のようにして、１ｍｓ以下の時間で停電検出を行うことができる。なお、停電のみならず、その他の一時的な異常、例えば、瞬時停電レベルではない長い時間の電圧低下も同様の要領で、入力電圧の異常と判定することができる。
【００３８】
すなわち、電源装置１００の制御部１０は、又は、制御部１０によって実行される単相交流の入力電圧の異常検出方法は、基本的に、
（１）入力電圧と位相同期した模擬電圧波形を、位相同期ループ１０ｐを用いて逐次生成し、
（２）生成された模擬電圧波形が次に更新されるまでの時間内に、入力電圧の瞬時値を、模擬電圧波形と比較し、入力電圧の瞬時値が、模擬電圧波形に沿っている状態から、沿わなくなる状態に転じた場合に、入力電圧が異常であると判定する。
【００３９】
なお、入力電圧の瞬時値が、模擬電圧波形に沿っている状態か否かは、前述のように、例えば、入力電圧の瞬時値と模擬電圧波形との差電圧が、閾値を超えた場合に、模擬電圧波形に沿っている状態ではないとすることができる。
また、上記の「次に更新されるまでの時間」とは、異常判定に要する時間より長く確保する。従って、模擬電圧波形が更新される前に、入力電圧の異常を検出することができる。また、初期の動作時は、最初の模擬電圧波形が生成されてから異常判定が行われる。従って、最初の模擬電圧波形が生成される前に誤って異常と判定することはない。
【００４０】
このような電源装置１００又は入力電圧の異常検出方法によれば、入力電圧に異常が発生する前の位相同期により、模擬電圧波形を持っておくことができる。そこで、例えば、供給されていた入力電圧が停電すると、入力電圧の瞬時値が模擬電圧波形に沿わなくなる状態に陥るので、これを、停電として迅速に検出することができる。また、一時的な入力電圧の異常についても、同様にして、これを検出することができる。
【００４１】
また、「沿わなくなる状態」が所定時間（上記の例では０．５ｍｓ）継続した場合に、入力電圧が異常であると判定することが好ましい。
これにより、瞬時停電や瞬間的な外乱のように迅速に回復する電圧変化については、これらを、入力電圧の異常と判定しないようにすることができる。
【００４２】
停電等の、入力電圧の異常を検出すると、制御部１０は、変換部７に直流から交流への変換動作を開始させるとともに、ＡＣスイッチ９を開路して、通電モードから蓄電池放電モードへ移行する。
【００４３】
（比較検証）
図４は、図１１に示した従来の停電検出の実例を示すオシロスコープの画像である。上から順に、入力電圧波形、出力電圧波形、停電検出フラグの状態、を示している。この場合、停電発生から停電と判定できるまでに７ｍｓを要する。
一方、図５は、上記実施形態による停電検出の実例を示すオシロスコープの画像である。上から順に、入力電圧波形、出力電圧波形、停電検出フラグの状態、を示している。この場合、停電発生から停電と判定できるまでに要する時間は僅か１ｍｓである。
【００４４】
《復電検出及びそれに対する処理》
蓄電池放電モードを実行中に、外部から供給される入力電圧が回復すると、第１電圧センサ５から検出信号が送られてくる。そこで、制御部１０は、入力電圧がプラス側の絶対値で８０Ｖ以上であるか（ステップ１）、続いて、マイナス側の絶対値で８０Ｖ以上であるか（ステップ２）を確認する。プラス側及びマイナス側共に絶対値が８０Ｖ以上であることが確認できれば、これをもって、復電検出とすることができる。次に、変換部７の出力電圧と入力電圧との位相同期をとってから、入力電圧のゼロクロスで、変換部７の出力を停止すると同時にＡＣスイッチ９を閉路する。位相同期は、位相同期ループ１０ｐを用いて、例えば変換部７の出力の位相を微調整することで、変換部７の出力電圧の位相を、入力電圧の位相に近づけることができる。なお、復電に伴う電源の切り替えは、迅速さはさほど重要ではなく、それよりも、位相を合わせることが重要である。
【００４５】
位相同期の判定では、例えば、入力電圧がマイナスからプラスに変化するときのゼロクロスで変換部７の出力電圧が位相０付近であるか（ステップ３）、かつ、続いて、入力電圧がプラスからマイナスに変化するときのゼロクロスで変換部７の出力電圧が位相π付近であるか（ステップ４）、を判定する。上記ステップ１からステップ４までが続けて成立すれば、制御部１０は、モードの移行とＡＣスイッチ９の閉路とを実行する。成立しない場合、制御部１０は、繰り返し、ステップ１〜４を実行する。
【００４６】
また、位相同期の他の判定手法として、制御部１０は、入力電圧の瞬時値と、記憶している模擬電圧波形との差電圧が、同期検出用の閾値より小さくなった場合に（又は閾値以下になった場合に）、位相同期がとれたと判定するようにしてもよい。この場合、差電圧を当該閾値と比較することで、確実に判定を行うことができる。同期検出用の閾値は、上述の、異常検出用の閾値と異なる値であることが好ましい。例えば、
異常検出用の閾値＞同期検出用の閾値＞０
とすることができる。このように異なる値とすることで、モードの相互移行が、短時間に頻繁に起こることを抑制できる。
【００４７】
（検証）
図６は、上記実施形態による復電時の電源の切り替え動作（モードの移行）の実例を示すオシロスコープの画像である。２つの交流波形のうち上部は、変換部７の出力電圧であり、下部は、入力電圧である。また、画像に写っている４本の直線のうち、上側にある２本の段違いの直線が、半導体スイッチ９０の動作状態（Ｈレベルが閉路、Ｌレベルが開路）を表している。下側にある２本の段違いの直線は、停電判定フラグの状態を示している。半導体スイッチ９０が開路から閉路に動作しても出力電圧の変化は、この画像では見えない。
【００４８】
図７は、図６の横軸の時間を引き延ばした画像である。点線で丸く囲むゼロクロスで、位相同期し、半導体スイッチ９０が閉路する。これにより、出力電圧は、変換器７の出力から、外部の入力電圧に切り替わっている。このように、滑らかに電源の切り替えが行われ、負荷に対して、切り替えによる影響を与えない。
【００４９】
図８は、復電から電源の切り替え（モードの移行）までの入力電圧及び出力電圧の波形の一例を示すオシロスコープの画像である。上段の細密な波形における、四角で囲まれた部分を拡大したのが下段の波形である。下段の波形のうち、上は入力電圧波形、下が出力電圧波形である。制御部１０は、入力電圧の復帰後、この例では４０サイクル程度経って、位相同期を確立すると、変換部７の出力を停止させ（画像では「インバータ停止」と表記している。）、ＡＣスイッチ９を閉路する。
【００５０】
《位相同期ループについての補足》
以下、単相交流ＰＬＬについて補足説明する。
交流ＰＬＬについては、単相交流電圧のゼロクロスを抽出して位相及び周波数を算出するのが一般的である。しかし、入力電圧の波形に歪みが含まれている場合や、ノイズにより測定精度が良くない場合、精度が悪くなる傾向にある。
【００５１】
一方、参考までに、３相交流ＰＬＬの場合、ｕ，ｖ，ｗの各相の電圧をＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗとすると、これらを、以下の式（１）により、３相から２相へ直交座標変換後のα−β座標系の、電圧Ｖα，Ｖβに変換することができる。
【００５２】
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【００５３】
ここからさらに、位相θｒを用いた以下の式（２）により、回転座標であるｄ−ｑ座標系の電圧Ｖｄ，Ｖｑに変換することができる。
【００５４】
2017032452.tif 000004
【００５５】
電圧Ｖｄ，Ｖｑは直線波形であり、ＰＬＬが適切に行われている場合はＶｑ＝０となる。そこで、電圧Ｖｑ＝０となるようにフィードバック制御を行うことで、正確な位相同期を実現することができる。
【００５６】
そこで、単相交流の、位相同期ループ１０ｐとして、３相交流ＰＬＬの考え方を利用した単相交流ＰＬＬについて説明する。単相交流ＰＬＬは、α−β座標系におけるＶαに、単相交流の入力電圧を当てはめる。Ｖβは存在しないが、Ｖαから擬似的に作り出す。
図９上段のグラフは、Ｖα，Ｖβの波形である。これらをさらに、上記の式（２）により、ｄ−ｑ座標系の電圧Ｖｄ，Ｖｑに変換することができる。
【００５７】
図９の下段のグラフは、Ｖｄ，Ｖｑの直線波形であり、ＰＬＬが適切に行われている場合はＶｑ＝０となる。なお、座標軸の取り方次第ではＶｄ＝０にもなり得るが、本質的にはいずれでも同じことである。
【００５８】
図１０は、単相交流ＰＬＬとして必要な、Ｖα、Ｖβ以降のＰＬＬの制御ブロック図である。
図において、α−β座標系の電圧Ｖα，Ｖβは、ｄ−ｑ座標系への変換により、電圧Ｖｄ，Ｖｑとなる。電圧Ｖｑ＝０となるようにフィードバック制御が行われ、周波数ｆ及び位相調整値Δωｔが決まる。このΔωｔを、１ステップ前のωｔに加算し、新たなωｔが決まる。
【００５９】
なお、電圧Ｖβとしては、例えば、Ｖαの微分を利用することができる。
単相交流の周波数をｆ１、時間をｔ、Ｖα＝ｓｉｎθ、Ｖβ＝−ｃｏｓθとすると、Ｖβは、９０度（π／４［ｒａｄ］）遅れたＶαの波形とみなせる。
Ｖα＝Ａｓｉｎ（２πｆ１ｔ）、Ｖβ＝−Ａｃｏｓ（２πｆ１ｔ）とすると、
ｄＶα／ｄｔ＝２πｆ１・Ａｃｏｓ（２πｆ１ｔ）＝−２πｆ１Ｖβ  ・・・（３）
となる。
【００６０】
ここから、
Ｖβ＝−１／（２πｆ１）×ｄＶａ／ｄｔ    ・・・（４）
となり、Ｖαの微分を使った表現ができる。
ソフトウェアによる演算のような離散化した表現では、１サイクルのサンプリング数をＮ、サンプリング周波数をｆｓ（＝Ｎ・ｆ１）、サンプリング周期をΔｔ（＝１／ｆｓ）、Ｎの範囲内の任意の自然数をｎ（≦Ｎ）、ｎ番目のＶαから（ｎ−１）番目のＶαを引いた値をΔＶαとすると、
Ｖβ＝（−１／２πｆ１）×  （ΔＶａ／Δｔ）
＝（−ｆｓ／２πｆ１）×  ΔＶａ      ・・・（５）
但し、ΔＶａ＝Ｖａ（ｎ番目）−Ｖａ（ｎ−１番目）、である。
上記式（４）、（５）によれば、Ｖβの係数にｆ１が入っており、係数がｆ１の関数になっている。従って、位相変動があっても、ｆ１の変化に追随してＶβが変化する。すなわち、位相変動に対する応答性が良い。
【００６１】
《補記》
なお、上記実施形態における入力電圧の異常検出方法は、電源装置１００に関して述べたが、当該異常検出方法は、電源装置に限らず、停電検出等が必要な他の装置にも適用することができる。
また、図１におけるＡＣスイッチ９は、図示の構成例の他、半導体スイッチ９０のみ、又は、リレー接点９１のみの構成も可能である。
【００６２】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６３】
１  プラグ
２  漏電ブレーカ
３  ＡＣ出力コンセント
４  交流電路
５  第１電圧センサ
６  第２電圧センサ
７  変換部
７ａ  双方向インバータ
７ｂ  ＤＣ／ＤＣコンバータ
８  蓄電池
９  ＡＣスイッチ
１０  制御部
１０ｐ  位相同期ループ
１１  コンセント
９０  半導体スイッチ
９１  リレー接点
１００  電源装置
Ｔｉｎ  入力端
Ｔｏｕｔ  出力端
Ｐ  接続点
Ｑ１，Ｑ２  半導体スイッチ素子
ｄ１，ｄ２  並列ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成28年6月10日(2016.6.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
ここから、
Ｖβ＝−１／（２πｆ１）×ｄＶα／ｄｔ    ・・・（４）
となり、Ｖαの微分を使った表現ができる。
ソフトウェアによる演算のような離散化した表現では、１サイクルのサンプリング数をＮ、サンプリング周波数をｆｓ（＝Ｎ・ｆ１）、サンプリング周期をΔｔ（＝１／ｆｓ）、Ｎの範囲内の任意の自然数をｎ（≦Ｎ）、ｎ番目のＶαから（ｎ−１）番目のＶαを引いた値をΔＶαとすると、
Ｖβ＝（−１／２πｆ１）×  （ΔＶα／Δｔ）
＝（−ｆｓ／２πｆ１）×  ΔＶα      ・・・（５）
但し、ΔＶα＝Ｖα（ｎ番目）−Ｖα（ｎ−１番目）、である。
上記式（４）、（５）によれば、Ｖβの係数にｆ１が入っており、係数がｆ１の関数になっている。従って、位相変動があっても、ｆ１の変化に追随してＶβが変化する。すなわち、位相変動に対する応答性が良い。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
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