(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流スイッチを介して電力系統に接続された変換器と、この変換器の直流側に接続された直流電源と、前記交流スイッチと前記変換器との間に接続された負荷と、前記電力系統の正常時に前記交流スイッチを投入し前記電力系統から前記負荷に給電する際に、前記変換器を補助的に制御するとともに、前記電力系統の異常時に前記交流スイッチを遮断し前記直流電源から前記変換器を介して前記負荷に給電するように前記変換器を制御する切替手段とを備えた電力変換装置において、前記交流スイッチへの遮断指令を発した後、前記変換器の定電圧定周波数制御を開始するまでの間に、前記変換器の運転を所定時間停止させる切替判定器を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
交流スイッチを介して電力系統に接続された変換器と、この変換器の直流側に接続された直流電源と、前記交流スイッチと前記変換器との間に接続された第１の負荷及び／又は前記交流スイッチの前記電力系統側に接続された第２の負荷と、前記電力系統の正常時に前記交流スイッチを投入し前記電力系統から流入する電力を所定値以内に抑制するように前記変換器を制御するとともに、前記電力系統の異常時に前記交流スイッチを遮断し前記直流電源から前記変換器を介して前記第１の負荷に給電するように前記変換器を制御する切替手段とを備えた電力変換装置において、前記交流スイッチへの遮断指令を発した後、前記変換器の定電圧定周波数制御を開始するまでの間に、前記変換器の運転を所定時間停止させる切替判定器を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記電力変換器の出力電流が予定値を越えたときこの変換器を電流制御系によって制御し、前記電力変換器の出力電圧が予定値を越えたとき又は所定値を下回ったときこの変換器を電圧制御系によって制御する手段を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記交流スイッチは、サイリスタ又は自己消弧素子を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、前記直流電源は、蓄電池、太陽電池、燃料電池、又は発電機と順変換器を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無停電電源装置（ＵＰＳ）としての運転を行う電力変換装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開昭６２−１８９８０号公報や特開昭６２−２１０８４５号公報には、待機系無停電電源装置を構成する変換器と、通常時の連系制御としてこの変換器を用いて高調波を抑制するアクティブフイルタ技術が開示されている。
【０００３】
また、特許第２５３２０５０号公報には、負荷と変換器を交流スイッチを介して電力系統に接続し、系統正常時は交流スイッチをオン状態にして変換器の電流を零に制御するとともに、系統異常時は交流スイッチをオフ状態にして、定周波数定電圧制御を行う待機系の無停電電源装置が開示されている。
【０００４】
更に、このような無停電電源装置として用いる変換器を、系統正常時の連系制御として、消費電力のピークを抑制するために助勢させるいわゆるピークカット運転に用いることが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の技術は、制御の切替時には、例えばサイリスタを用いた交流スイッチでは、系統と変換器は、サイリスタに逆電圧が印加されるまで連系状態を継続し、最長半周期、すなわち電源周波数５０Ｈｚで１０ｍｓを要する。このため、系統異常信号を受けて、変換器を定周波数定電圧制御に切替えた瞬間、系統に連系されたままであるケースが存在し、変換器が過電流になり、運転を停止してしまう可能性がある。また、サイリスタ式の交流スイッチに限らず、機械式の交流スイッチであっても、信号の伝送遅れのばらつきや、動作のばらつきにより、系統に連系されたまま、変換器が電圧制御に切替わり、過電流を発生して運転を継続できない可能性がある。更に、ＩＧＢＴなどの自己消弧素子を使用した交流スイッチの場合、電流のピーク値を遮断するおそれがあり、これを考慮すると、電圧跳上がりを防止するスナバコンデンサ容量が異常に大きくなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、無停電電源装置として運転する変換器において、系統異常時に連系遮断から変換器のＵＰＳとしての電圧制御を開始する際に、過電流や過電圧を防止できる電力変換装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明はその一面において、電力系統の正常時に交流スイッチを投入して電力系統から負荷に給電するとともに、電力系統の異常時に交流スイッチを遮断し直流電源に接続された変換器を駆動して前記負荷に継続して無停電で給電するようにした電力変換装置において、交流スイッチを遮断するに当り、この交流スイッチに流れる電流を電力系統に抗して減少させるように変換器を制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明は他の一面において、電力系統の正常時に交流スイッチを投入して電力系統から負荷に給電中に、ピークカット運転やアクティブフイルタ運転のように直流電源に接続された変換器を補助的に制御する連系制御を行い、電力系統の異常時には交流スイッチを遮断し前記変換器を主体的に制御して所定の負荷には継続して無停電で給電するようにした電力変換装置において、交流スイッチを遮断するに当り、この交流スイッチに流れる電流を電力系統に抗して減少させるように変換器を制御することを特徴とする。
【０００９】
このとき、変換器は系統の異常時の無停電電源としては定電圧制御系によって制御され、また補助的なピークカットあるいはアクティブフィルタのような連系制御時には電流制御系によって運転される。しかし、交流スイッチを遮断する際に、交流スイッチの電流を変換器を用いて強制的に減少させるには、交流スイッチに流れる電流をほぼゼロに抑えるような電流制御系を備えることが望ましい。
【００１０】
また、交流スイッチの遮断時における変換器の定電圧制御への移行は、交流スイッチの電流のゼロクロスを検出するか、又は交流スイッチへの遮断指令発生後の予定時間の経過を検出して実行することが望ましい。
【００１１】
更に、電力変換器の出力電流が予定値を越えたときは、この変換器を電流制御系に切替えて制御し、電力変換器の出力電圧が予定値を越えたとき又は所定値を下回ったときは、この変換器を電圧制御系に切替えて制御することが望ましい。
【００１２】
本発明は他の一面において、交流スイッチへの遮断指令を発した後、変換器の定電圧定周波数制御を開始する（立ち上げる）までの間に、変換器を一定変調率で制御する期間を備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明は更に他の一面において、交流スイッチへの遮断指令を発した後、変換器の定電圧定周波数制御を開始するまでの間に、変換器を停止させる期間を備えたことを特徴とする。
【００１４】
これらにより、少なくとも無停電電源装置として運転を行う変換器において、系統異常時に交流スイッチを遮断し、ＵＰＳとしての変換器の電圧制御を開始する際に、過電流や過電圧を防止し、円滑な切替えを実現することができる。
【００１５】
本発明のその他の目的や特徴は、以下に実施例の説明の中で明らかにする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施例１：
以下本発明の一実施例について図１から図４を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例による電力変換装置の主回路と制御系の全体構成図である。ここでは、ピークカット運転及び無停電電源（ＵＰＳ）機能を持つ単相電圧形変換器の単線結線図で示している。
【００１７】
まず、主回路と動作の概略を述べる。直流電源としての二次電池ＢａｔはコンデンサＣ１及び変換器１００の直流側に接続されている。変換器１００の交流出力端は、高調波除去用の交流フィルタを介して交流スイッチＡＣＳＷ１に接続される。交流フィルタはリアクトルＬ１、コンデンサＣ２及びリアクトルＬ２からなる。交流スイッチＡＣＳＷ１の他端は、遮断器ＢＲ１を介して電力系統２００に接続される。変換器１００と交流スイッチＡＣＳＷ１の接続点には、無停電電源を必要とする負荷４００ａが接続されている。また、電力系統２００と交流スイッチＡＣＳＷ１の接続点には、電力ピークカットの対象となる負荷４００ｂが接続されている。交流スイッチＡＣＳＷ１は、サイリスタＴｈｙ１とＴｈｙ２を逆並列接続し、その両端にスナバすなわちコンデンサＣ３と抵抗Ｒ１の直列体が接続されている。
【００１８】
これらの交流スイッチＡＣＳＷ１及び遮断器ＢＲ１は、制御装置３００からのオンオフ信号Ｓｅによりオンオフ制御される。電力系統２００が正常であれば、オンオフ信号ＳｅはＳｅ＝０であり、交流スイッチＡＣＳＷ１及び遮断器ＢＲ１をオンさせて、電力系統２００から負荷４００ｂのみならず負荷４００ａにも給電している。このとき直流電源Ｂａｔに余裕があれば、変換器１００は、負荷４００ｂに対して電力ピークカット運転を行う。直流電源Ｂａｔに余裕が無ければ、変換器１００は、電力系統２００から電力を取り込んで直流電源Ｂａｔに充電を行う。これらの制御は系統と連系した中で実行されており、連系制御と呼ばれる。
【００１９】
一方、電力系統２００が異常となれば、オンオフ信号ＳｅはＳｅ＝１となり、交流スイッチＡＣＳＷ１及び遮断器ＢＲ１をオフさせて、電力系統２００から負荷４００ａへの給電を絶つ。しかし、負荷４００ａは無停電電源を必要とするため、変換器１００は、直流電源Ｂａｔのエネルギーにより無停電電源装置（ＵＰＳ）としての運転を行う。この切替え時に本発明の要点がある。詳細は後述する。
【００２０】
さて、制御系について説明すると、交流スイッチＡＣＳＷ１のサイリスタＴｈｙ１とＴｈｙ２は、ドライバ回路５００でオンオフ制御される。このドライバ回路５００は、制御装置３００からオンオフ信号Ｓｅを入力し、サイリスタを動作させるためのゲート信号Ｇ１をサイリスタのゲートに伝送する。また、遮断器ＢＲ１にもオンオフ信号Ｓｅは伝送され、遮断器ＢＲ１を投入、遮断する。
【００２１】
この実施例においては、電力系統２００の正常時に負荷４００ｂに対するピークカット運転を行うため、負荷４００ｂの消費電力を知る必要がある。負荷４００ｂの入力側に設置された電圧検出器ＰＴ３の検出値Ｖａｃ３及び電流検出器ＣＴ３の検出値ＩＬ２は、電力検出器６００に入力される。電力検出器６００は、負荷４００ｂの電力検出値ＰＬ２を制御装置３００に出力する。制御装置３００は、変換器１００にゲート信号ＧＰを与え、負荷４００ｂの電力が予定値を越えないように、直流電源Ｂａｔから変換器１００を介して電力の助勢制御を行う。
【００２２】
制御装置３００は、電力系統２００の異常時に、変換器１００を定電圧定周波数（ＣＶＣＦ）で制御し、無停電電源装置（ＵＰＳ）を構成するために、次の信号を入力している。まず、正常時にリアクトルＬ２を流れる電流を検出する電流検出器ＣＴ１の検出値Ｉｉｎｖと、このリアクトルＬ２の系統側に設置された電圧検出器ＰＴ１の検出値Ｖａｃ１、及び交流スイッチＡＣＳＷ１を流れる電流を検出する電流検出器ＣＴ４の検出値Ｉｓｗである。次に、変換器１００の直流側に設置されたコンデンサＣ１の電圧検出値Ｅｄｃである。また、遮断器ＢＲ１の電力系統２００側に設置された電圧検出器ＰＴ２の検出値Ｖａｃ２と、前記負荷４００ｂの電力値ＰＬ２がある。最後に、運転指令Ｓｒｕｎである。そして、ゲート信号ＧＰを前記変換器１００に出力する。
【００２３】
図２は、図１における制御装置３００の詳細構成ブロック図である。
【００２４】
まず、電力系統の正常時について述べる。前記直流電圧検出値Ｅｄｃは、電池制御器に入力され、前記電池制御器は電池の充放電状態を監視して充放電指令Ｂｓｔを電流指令演算器に出力する。この充放電指令Ｂｓｔが放電を示しておれば、ピークカット運転を行い、充電を示しておれば、二次電池Ｂａｔの充電運転を行う。
【００２５】
次に、電力系統２００の異常の検出について述べる。前記交流電圧検出値Ｖａｃ２は、位相検出器ＰＤ及び電圧異常検出器ＶＡＤに入力される。電圧異常検出器ＶＡＤは、電圧の低下または上昇などの系統電圧異常を検出し、検出結果から異常信号（オンオフ信号Ｓｅ＝１）を出力する。このオンオフ信号Ｓｅは、位相検出器ＰＤから入力される同期信号ＤＫが、異常検知後に系統同期を示した場合クリア（Ｓｅ＝０）され、異常検知後に同期信号ＤＫが非同期を示す場合は、異常状態（オンオフ信号Ｓｅ＝１）を保持する。
【００２６】
次に、制御装置３００における系統２００との位相同期関係について述べる。位相検出器ＰＤは、電圧異常検出器ＶＡＤからの信号Ｓｅを入力し、正常（Ｓｅ＝０）を示すときは入力電圧の位相に追従した振幅“１”の位相信号Ａｓｉｎを出力し、異常（Ｓｅ＝１）を示すときは系統電圧Ｖａｃ２の位相に追従する動作を停止し、内部発信器による固定周波数の振幅“１”の位相信号Ａｓｉｎを出力する。また、系統位相に対して、内部発信器による固定周波数の位相が追従したかどうかを示す同期信号ＤＫを電圧異常検出器ＶＡＤに出力する。
【００２７】
さて、系統２００が正常でオンオフ信号Ｓｅ＝０であり、電池制御器ＢＣが放電を許可している時は、直流電源Ｂａｔから変換器１００を通して出力するピークカット運転の助勢電力の電流指令Ｉｓｙｓ*を（１）式で演算する。
【００２８】
Ｉｓｙｓ*＝（ＰＬ２−Ｐｃ）／Ｖｒｍｓ……………………（１）
すなわち、前記電力検出値ＰＬ２とピークカット電力レベル量Ｐｃの差分から変換器が出力する電力値を計算する。そして電力検出器の設置されている系統の電圧実効値Ｖｒｍｓを用いて、電力系統から負荷４００ｂへ供給される電力を減少させるように電流指令値Ｉｓｙｓ*を演算する。ここでは、Ｉｓｙｓ*＞０が放電を示す。
【００２９】
また、オンオフ信号Ｓｅが正常状態を示しているものの、充放電指令Ｂｓｔが充電を指示している時は、電流指令値Ｉｓｙｓ*は、例えば一定の充電電流指令値（負）を出力する。
【００３０】
次に、オンオフ信号Ｓｅが異常状態（Ｓｅ＝１）を示した時は、交流スイッチＡＣＳＷ１のゼロクロスを検出次第、変換器１００はＵＰＳ運転としての電圧制御に切替えられる。
【００３１】
ここで、本発明の一実施例においては、このゼロクロスへの到達を早めるため、Ｓｅ＝１を検出すると、電圧制御への切替え直前の電流制御系において、充放電指令Ｂｓｔの状態に拘わらず、交流スイッチＡＣＳＷ１に流れる電流を、系統の電圧に抗してでも強制的に零に近づける制御を実行する。
【００３２】
まず、前記負荷４００ａの電流ＩＡを、前記電流Ｉｉｎｖと前記電流検出値Ｉｓｗの差分から求める。異常検知前の電流指令値Ｉｓｙｓ*が放電側（電力を助勢するピークカット運転）で、かつ前記電流ＩＡの実効値の絶対値より大きい時は、変換器側から系統側に向って流れている電流を抑制するために、電流指令値Ｉｓｙｓ*を負荷電流ＩＡ以内に抑制する。
【００３３】
他方、異常検知前の電流指令Ｉｓｙｓ*が放電側で、かつ前記電流ＩＡの実効値の絶対値より小さい場合、及び電流指令が充電側の場合は、系統側から負荷４００ａに流れ込んでいる電流を系統電圧に抗して零に近づけるよう、電流指令値Ｉｓｙｓ*を前記負荷電流ＩＡ以上に増大させるのである。
【００３４】
電流制御系の細部について述べる。電流指令Ｉｓｙｓ*と位相信号Ａｓｉｎは乗算器Ｐｒ１で乗算され、振幅Ｉｓｙｓ*の正弦波状の電流指令値Ｉａ*を出力する。位相信号Ａｓｉｎが系統電圧のａ相に追従した正弦波に調整されていると、電流指令Ｉａ*はａ相の電流指令値となる。電流指令Ｉａ*は乗算器Ｐｒ２と減算器ｄｅｆ３に入力され、乗算器Ｐｒ２は入力値であるＩａ*に“−１”を乗じてｂ相の電流指令値Ｉｂ*を出力する。また、減算器ｄｅｆ３は、電流指令値Ｉａ*と電流検出値のａ相電流Ｉａを入力して差分Ｄｉ１を演算し、制御切替器ＣＳの左側の１入力端子に出力する。同様に、減算器ｄｅｆ４は、電流指令値Ｉｂ*とｂ相電流検出値Ｉｂを入力して差分Ｄｉ２を演算し、制御切替器ＣＳの右側の１入力端子に出力する。
【００３５】
次に、ＵＰＳ電圧制御系について述べる。電圧指令発生器ＶＲＧは、変換器１００が接続されている系統での所定の電圧値Ｖｒｍｓを指令値として乗算器Ｐｒ３に出力する。乗算器Ｐｒ３は、電圧指令Ｖｒｍｓと位相信号Ａｓｉｎを入力して乗算し、振幅Ｖｒｍｓの正弦波状の電圧指令値Ｖａ*を出力する。位相信号Ａｓｉｎが系統電圧のａ相に追従した正弦波に調整されていると、電圧指令Ｖａ*はａ相の電圧指令値となる。電圧指令Ｖａ*は、乗算器Ｐｒ４と減算器ｄｅｆ１と加算器Ａｄ１に入力され、乗算器Ｐｒ４は入力値であるＶａ*に“−１”を乗じてｂ相の電圧指令値Ｖｂ*を出力する。また、減算器ｄｅｆ１は、電圧指令値Ｖａ*とａ相電圧検出値Ｖａを入力して差分Ｄｖ１を演算し、制御切替器ＣＳの左側の０入力端子に出力する。同様に、減算器ｄｅｆ２は、電圧指令値Ｖｂ*とｂ相電圧検出値Ｖｂを入力して差分Ｄｖ２を演算し、制御切替器ＣＳの右側の０入力端子に出力する。
【００３６】
制御切替器ＣＳは、系統正常時の電流制御系と、系統異常時の電圧制御系を切替えるものである。系統正常時及び異常判定直後までは、切替判定器ＳＪからの切替指令Ｓｗｓが状態１を示し電流制御系であり、前記電流差分Ｄｉ１とＤｉ２のそれぞれをＰＩ調整器１ａ及び１ｂに出力する。また、系統異常時には切替判定器ＳＪからの切替指令Ｓｗｓが状態０を示し電圧制御系を構成するように、前記電圧差分Ｄｖ１とＤｖ２のそれぞれをＰＩ調整器１ａ及び１ｂに出力する。前記ＰＩ調整器１ａと１ｂは、それぞれ入力された差分を零とするように、それぞれの出力値Ｖｉａ及びＶｉｂを調整する。各ＰＩ調整器の各出力値は、加算器Ａｄ１とＡｄ２にそれぞれ入力され、加算器Ａｄ１は電圧指令値Ｖａ*と出力値Ｖｉａを加算した結果Ｖａｏ*をＰＷＭ演算器に出力する。また、加算器Ａｄ２は電圧指令値Ｖｂ*と出力値Ｖｉｂを加算した結果Ｖｂｏ*をＰＷＭ演算器に出力する。ＰＷＭ演算器は、入力された各値Ｖａｏ*及びＶｂｏ*を、三角波と比較して単相インバータ（変換器）１００を動作させるゲート信号ＧＰを出力する。切替判定器ＳＪは、図３を参照して次に述べるように、電圧検出値Ｖａｃ１と、電流検出値Ｉｉｎｖと、オンオフ信号Ｓｅと、電流検出値Ｉｓｗを入力し、入力された各状態から制御切替器ＣＳに切替指令Ｓｗｓを出力する。
【００３７】
図３は、本発明の一実施例による切替判定器ＳＪの構成を示している。切替判定器ＳＪは、交流電圧検出値Ｖａｃ１と、電流検出値Ｉｉｎｖと、オンオフ信号Ｓｅ及び電流検出値Ｉｓｗを入力する。オンオフ信号Ｓｅは論理反転器ＮＯＴ１に入力され、信号ＮＳｅを出力し、論理和演算器ＯＲ１に入力される。論理和演算器ＯＲ１は、信号ＮＳｅと、電流制御または電圧制御を示す信号Ｓａｂを入力し、切替信号Ｓｗｓを出力する。切替信号Ｓｗｓは、信号ＮＳｅ＝１の場合（Ｓｅ＝０：系統正常時）、常にＳｗｓ＝１となる。また、信号ＮＳｅ＝０の場合（Ｓｅ＝１：系統異常時）、常にＳｗｓ＝Ｓａｂとなり、信号ＳｗｓはＳａｂに依存した値を示す。
【００３８】
電流検出値Ｉｓｗは電流零クロス検知器に入力され、電流検出値Ｉｓｗの符号が変わった時点、または電流零の時点で信号Ｓｉ０＝１を出力し、また、零クロスを検知していない期間は信号Ｓｉ０＝０を出力する。フリップフロップ回路ＪＫＦＦ１は、信号Ｓｉ０と、信号ＮＳｅを入力する。信号ＮＳｅはフリップフロップ回路のリセット信号に用いられ、ＮＳｅ＝１（系統正常時）の時、フリップフロップ回路ＪＫＦＦ１の出力Ｓｉ０ｆｆは常にＳｉ０ｆｆ＝０を示す。信号ＮＳｅ＝０（系統異常時）の時、信号Ｓｉ０ｆｆは、信号Ｓｉ０が一旦”１”に変化するとその値を信号ＮＳｅ＝１となるまで保持し、Ｓｉ０ｆｆ＝１を示す。信号Ｓｉ０ｆｆは論理反転器ＮＯＴ２に入力され、入力を反転した値ＮＳｉ０ｆｆを論理積演算器ＡＮＤ１に出力する。論理積演算器ＡＮＤ１は信号ＮＳｉ０ｆｆと、切替器ｄｓｗ１の出力である電圧制御または電流制御を示す信号Ｓｏｖｃを入力し、信号ＮＳｉ０ｆｆがＮＳｉｆｆ＝０（零クロス検知後）の時、論理積演算器の出力信号Ｓａｂは常にゼロを示す。また、ＮＳｉ０ｆｆ＝１（零クロス検知前）の時は、出力信号Ｓａｂは、Ｓａｂ＝Ｓｏｖｃに依存した値を示す。
【００３９】
交流電圧検出値Ｖａｃ１は過電圧検出器に入力され、過電圧を検出した時に出力信号ＳｏｖにＳｏｖ＝０を、過電圧を検出していない時はＳｏｖ＝１を、切換器ｄｓｗ１に出力する。また、電流検出値Ｉｉｎｖは過電流検出器に入力され、過電流を検出した時出力信号ＳｏｃにＳｏｃ＝１を、過電流を検出していない時はＳｏｃ＝０を、切換器ｄｓｗ１に出力する。
【００４０】
切換器ｄｓｗ１は、信号ＳｏｖとＳｏｃと、信号Ｓｗｓを入力する。信号Ｓｗｓは系統に異常がなければ電流制御を選択する信号Ｓｗｓ＝１を示しており、この時切換器ｄｓｗ１はＳｏｖを出力信号Ｓｏｖｃに出力する。他方、信号Ｓｗｓ＝０を示している時は切換器ｄｓｗ１はＳｏｃを出力信号Ｓｏｖｃに出力する。
【００４１】
以下に、図４の処理フローを参照して、動作説明を行う。
【００４２】
図４は、切替判定器ＳＪ及び電圧異常検出器ＶＡＤ及び電流指令演算器ＩＲＣの処理フローチャートである。ステップ４０１において、図２におけるオンオフ信号Ｓｅが正常状態（Ｓｅ＝０）を示し、充放電指令Ｂｓｔが放電許可を示している定常状態では、切替判定器ＳＪの出力Ｓｗｓは“１”を示している。したがって、制御切替器ＣＳは図２の状態にあり、電流制御系を構成している。このため、変換器１００は、負荷４００ｂが系統から取る電力のピークカット制御モードであり、ステップ４０２でオーバーしそうな電力消費分をカバーする電流指令値Ｉｓｙｓ*を演算しつつ、電流制御系で運転されている。
【００４３】
この状態において、ステップ４０３において系統異常（Ｓｅ＝１）が検出されると、ステップ４０４において、先に述べた要領で、ゼロクロスを早めるための電流指令値Ｉｓｙｓ*の変更を実施し、電流制御モードでの運転を継続する。すなわち、交流スイッチＡＣＳＷ１に流れる電流を零に近づけるような電流制御系によって変換器１００を制御するのである。これによって、交流スイッチＡＣＳＷ１にサイリスタ等を用いた場合でも、そこを流れる電流は速やかに零クロスするようになり、次に述べるＵＰＳ電圧制御への移行を早め、過電圧や過電流を生じにくくしている。同時に、図２の位相検出器ＰＤは系統位相同期を停止する。
【００４４】
ステップ４０５では、図３で述べた電流零クロスの確認を行う。電流検出値Ｉｓｗのａ相とｂ相の電流零クロスを検知（Ｓｉ０ｆｆ＝１）したときは、ステップ４０６に進んで、常にＳｗｓ＝０となり電圧制御モードが選択され、制御系を電圧制御モードに切替える。したがって、変換器１００はＵＰＳ制御状態となり、負荷４００ａには、継続して定電圧定周波数の電力を供給することができる。
【００４５】
前記ステップ４０５で、まだ、零クロスしないときは、ステップ４０７〜４１１に進んで、過電圧あるいは過電流からの保護動作を行う。すなわち、電流制御モードで運転継続している場合に電圧の異常（過電圧又は保護停止レベル以下）を検知（Ｓｏｖ＝０）したときは電圧制御モードに切替える。また、電圧制御モードで運転継続している場合に過電流を検知（Ｓｏｃ＝１）すると、信号Ｓｗｓ＝１となり、電流制御モードに切替える。
【００４６】
ステップ４１２で、系統異常がなくなった時（Ｓｅ＝０）は、ステップ４１３に進んで、位相検出器ＰＤが系統位相に追従を開始する。そして、系統位相への同期信号ＤＫが同期を示した時点で、ステップ４１４で電流制御モード（ピークカット制御モード）に復帰する。
【００４７】
この実施例においては、サイリスタＴｈｙを用いた交流スイッチＡＣＳＷ１を介して電力系統２００に接続された変換器１００と、この変換器１００の直流側に接続された直流電源としての二次電池Ｂａｔと、前記交流スイッチＡＣＳＷ１と前記変換器１００との間に接続された第１の負荷４００ａ及び前記交流スイッチＡＣＳＷ１の前記電力系統２００側に接続された第２の負荷４００ｂと、前記電力系統２００の正常時に前記交流スイッチＡＣＳＷ１を投入し前記電力系統２００から流入する電力を所定値以内に抑制するように前記変換器１００を制御するとともに、前記電力系統２００の異常時に前記交流スイッチＡＣＳＷ１を遮断し前記直流電源Ｂａｔから前記変換器１００を介して前記第１の負荷４００ａに給電するように前記変換器１００を制御する切替手段ＣＳとを備えた電力変換装置において、前記交流スイッチＡＣＳＷ１を遮断する際に、この交流スイッチＡＣＳＷ１に流れる電流を前記電力系統２００に抗して減少させるように前記変換器１００を制御する制御手段３００（図４のステップ４０４）と、電流ゼロクロス検出手段ＺＣＤにより前記交流スイッチの遮断を検出したとき電圧制御系によって前記変換器１００を制御する手段（ｄｅｆ１，２等）と、前記変換器１００の出力電流が予定値を越えたときこの変換器１００を電流制御系によって制御（ｄｅｆ２，３等）し、前記変換器１００の出力電圧が予定値を越えたとき又は所定値を下回ったときこの変換器１００を電圧制御系（ｄｅｆ１，２等）によって制御する手段を備えて構成している電力変換装置である。
【００４８】
本実施例によれば、系統の異常を検知して、連系制御からＵＰＳ制御に切替える際に、電流制御系の電流指令値を変更し、電力系統に抗して交流スイッチの電流を絞り込むことにより、サイリスタ式半導体交流スイッチを使用した際に、早くサイリスタをオフ状態することができ、切換時に過電圧の発生を防止できる。
【００４９】
また、系統の異常を検知して、連系制御からＵＰＳ制御に切替える際に、電流が大きくなった時は電流制御を選択し、電圧が大きくなった時は電圧制御を選択する手段を持つことにより、制御切替時の過電圧、過電流を防止できる。
【００５０】
更に、交流スイッチの電流零を検知してＵＰＳ電圧制御に切替えることにより、高速に切替えることができ、過電圧を防止できる。
【００５１】
次に、本発明の他の実施例を説明する。なお、各図を通して同等の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明は避ける。
【００５２】
実施例２：
図５は、本発明の第２の実施例による電力変換装置の主回路と制御系の全体構成図である。図１と異るのは、交流スイッチＡＣＳＷ２だけであり、自己消弧素子であるＩＧＢＴとダイオードＤ１〜Ｄ４からなるブリッジを用いている。
【００５３】
本実施例によれば、実施例１の効果に加え、系統の異常を検知した際に、ＩＧＢＴなどの自己消弧素子の採用した場合においても、ＩＧＢＴ式半導体交流スイッチＡＣＳＷ２の電流を減少させることにより、交流スイッチＡＣＳＷ２の両端の跳ね上がり電圧を更に小さく抑えることができる。
【００５４】
また、本実施例では、交流スイッチにダイオードブリッジとＩＧＢＴの構成を示したが、ＩＧＢＴの逆並列接続などの方式でも同様の効果が得られる。
【００５５】
図６は、本発明の第２の実施例の変形例による電力変換装置の全体構成図である。図５と異るのは、交流スイッチＡＣＳＷ３だけであり、自己消弧素子であるＭＯＳとダイオードＤ１〜Ｄ４からなるブリッジを用いている。
【００５６】
本実施例では、図５と同様の効果が得られる。
【００５７】
実施例３：
図７は本発明の第３の実施例による電力変換装置を実現するための切替判定器ＳＪ２を示している。この実施例は、図３と次の点で異っている。フリップフロップ回路ＪＫＦＦ２は、実施例１の零クロス信号Ｓｉ０の代わりに、所定時間Ｔｖ遅れてオンするオンディレイ回路ＤＥＬＡＹ１の出力を入力している。この所定時間Ｔｖは、系統２００の周波数の逆数である一周期の１／２より大きい値、例えば５０Ｈｚの場合は１０ｍ秒より大きい値とする。
【００５８】
本実施例によれば、系統の異常を検知して、連系制御からＵＰＳ制御に切替える際に、第１の実施例と同様に、サイリスタ式交流スイッチを使用した場合でも、早くサイリスタをオフすることができ、過電圧や過電流の発生を防止できる。
【００５９】
このとき、所定時間Ｔｖ経過後にＵＰＳ制御に切替えることにより、交流スイッチの電流検出器を省略することもできる。
【００６０】
また、第１の実施例に加えて、本方式との論理和で制御切替えを行うようにすることもでき、零クロス又は所定時間Ｔｖ経過の早い方で切替えることにより、より的確に切替タイミングが得られるので、更に確実に過電圧や過電流を防止することができる。
【００６１】
実施例４：
図８は、本発明の第４の実施例による電力変換装置を実現する制御装置３００ｂの詳細構成ブロック図である。この実施例では、図２と次の点で異なる。切替判定器ＳＪ２から固定変調波運転指令ＦｒがＰＩ調整器１ｃ及び１ｄの乗算器Ｐｒ９及びＰｒ１０に出力されており、固定変調波運転指令Ｆｒが“０”のとき各ＰＩ調整器１ｃ及び１ｄの出力信号は零になり、一定の電圧指令値（固定変調度）で変換器を動作できる構成としている。固定変調波運転指令Ｆｒが“１”のときは固定変調度運転は不許可である。
【００６２】
図９は、上記図８の実施例における電力変換装置の切換判定制御の処理フローチャートを示している。実施例１の図４と異るのは、ステップ９１０だけであり、切換期間中にステップ４０８で過電圧を検出した際に、ステップ９１０で固定変調度モードを選択している。
【００６３】
本実施例によれば、実施例１と同様の効果に加え、切替中は固定変調率としているため切替中の電圧制御が飽和するなどの不要動作をなくすことができる。
【００６４】
実施例５：
図１０〜図１３は、本発明の第５の実施例による電力変換装置を示している。図１０は、この実施例に用いる制御装置３００ｃの構成図である。図２と異なる点は、切替判定器ＳＪ３の構成であり、オンオフ信号Ｓｅ＝１となってから時間Ｔｖ１の間、出力値Ｓｒｕｎ１＝１（停止）を出力する。
【００６５】
図１１は、上記出力値Ｓｒｕｎ１＝１（停止）を出力する切替判定器ＳＪ３の構成図である。系統２００の異常を示す信号Ｓｅは、フリップフロップ回路ＪＫＦＦ４により、異常がなくなるまで保持され、その出力Ｓｅｆｆは論理反転器ＮＯＴ９と、論理積演算器ＡＮＤ４と、オンディレイ回路ＤＥＬＡＹ２に入力される。前記論理反転器ＮＯＴ９は、制御切換信号Ｓｗｓを出力する。オンディレイ回路ＤＥＬＡＹ２の出力は、入力値にオンディレイ時間Ｔｖ１を付加した信号ＤＳｅｆｆを論理反転器ＮＯＴ８に出力する。この論理反転器ＮＯＴ８の出力は論理積演算器ＡＮＤ４に入力される。論理積演算器ＡＮＤ４は、Ｓｅ＝１となってから時間Ｔｖ１の間、出力値Ｓｒｕｎ１＝１（停止）を出力する。
【００６６】
図１２は、制御装置３００ｃへの入力信号を示す構成図であり、前記出力値Ｓｒｕｎ１の動作を説明するものである。前記出力値Ｓｒｕｎ１は制御装置３００ｃの運転指令Ｓｒｕｎとの論理和を、論理和演算器ＯＲ４で演算し、制御装置３００ｃの運転指令値Ｓｒｕｎ０を制御装置３００ｃに出力する。
【００６７】
図１３は、この第５実施例における前記切換判定器ＳＪ３の処理フローチャートを示している。ステップ１３１の連系運転すなわち変換器１００の電流制御モードにおいて、ステップ１３２で系統異常（Ｓｅ＝１）を検出したあと、ステップ１３３では、期間Ｔｖ１＝１０ｍｓの間変換器１００を停止させる。その後、ステップ１３４で休止時間ＴｖがＴｖ１に達したことを検出すると、ステップ１３５でＵＰＳとしての電圧制御モードで運転を開始する。ステップ１３６で系統の正常復帰を検出（Ｓｅ＝０）すると、ステップ１３７で系統との位相同期を取る。
【００６８】
ここではタイマの値Ｔｖ１の判定値を１０ｍ秒（交流電圧の半周期）としているが、一周期の２０ｍ秒でも良いし、電力変換装置停止後の電流の減衰を実測してその時間を決めてもよい。
【００６９】
本実施例によれば、系統の異常を検知して、連系制御からＵＰＳ制御に切替える際に、変換器を停止させるため、制御切替時の過電圧、過電流を防止することができ、ＩＧＢＴなどの自己消弧素子を交流スイッチに使用した際に、半導体スイッチ両端の跳ね上がり電圧を小さく抑えることができる。
【００７０】
また、交流スイッチが確実に遮断されるまでの時間が確定しないような交流スイッチを用いた場合においても、変換器を停止させるため、制御切替時の過電圧、過電流を防止することが出来る。
【００７１】
更に、電流の零クロスを監視する必要が無く、電流センサの省略が可能である。
【００７２】
実施例６：
図１４は、本発明の第６実施例による電力変換装置における切替判定器ＳＪ４の構成を示している。切替判定器ＳＪ４は、系統の異常を示す信号Ｓｅと、交流スイッチを流れる電流Ｉｓｗを入力する。信号Ｓｅは、フリップフロップ回路ＪＫＦＦ５により、異常がなくなるまで保持され、その出力Ｓｅｆｆは論理反転器ＮＯＴ１２と、論理積演算器ＡＮＤ５に入力される。前記論理反転器ＮＯＴ１２は、制御切換信号Ｓｗｓを出力する。前記電流Ｉｓｗは零クロス検知器ＺＣＤに入力され、その検知信号Ｓｉ０をフリップフロップ回路ＪＫＦＦ６に出力する。このフリップフロップ回路ＪＫＦＦ６は、信号Ｓｉ０と、信号Ｓｅの論理反転器ＮＯＴ１０の出力ＮＳｅを入力する。前記フリップフロップ回路ＪＫＦＦ６は系統異常が検知された後、電流零クロスが検知（Ｓｉ０＝１）されると出力値Ｓｉ０ｆｆ＝１とし、この値を前記オンオフ信号Ｓｅ＝０となるまで保持し続ける。前記信号Ｓｉ０ｆｆは論理反転器ＮＯＴ１１に入力され、その出力ＮＳｉ０ｆｆは、系統異常後電流零クロスが検知されるまでの期間ＮＳｉ０ｆｆ＝１となる。電流零クロス検知後（Ｓｉ０ｆｆ＝１）は、ＮＳｉ０ｆｆ＝０を出力する。前記論理積演算器ＡＮＤ５は、Ｓｅ＝１となってから電流零クロス検知までの間、出力値Ｓｒｕｎ１＝１（停止）を出力する。
【００７３】
図１５は、この第６実施例における切換判定処理フローチャートを示している。図１３との違いは、系統異常を検出したあと、ステップ１５４において、信号Ｓｉｏｆｆ＝１により電流零クロスを検知するまでの期間だけ、変換器１００を停止することである。その他は図１３と全く同様であり、その後、ＵＰＳとしての電圧制御モードで運転を開始するように動作する。
【００７４】
本実施例によれば、系統の異常を検知して、連系制御からＵＰＳ制御に切替える際に、変換器を停止させるため、第５の実施例と同様に、制御切替時の過電圧、過電流を防止することができ、ＩＧＢＴなどの自己消弧素子を交流スイッチに使用した際に、半導体スイッチ両端の跳ね上がり電圧を小さく抑えることができる。
【００７５】
また、交流スイッチが確実に遮断されるまでの時間が確定しないような交流スイッチを用いた場合においても、変換器を停止させるため、制御切替時の過電圧、過電流を防止することができる。
【００７６】
更に、電流の零クロスを監視して停止からＵＰＳ運転に切替えるため、電圧制御で再起動するまでの時間を短縮できる。
【００７７】
実施例７：
図１６は、本発明の第７実施例による電力変換装置の主回路と制御系の概略構成を示している。この実施例では、電力ピークカットの対象となる負荷４００ｂが無く、直流電源Ｂａｔから変換器１００を介して、系統２００に対して充放電する構成としている。このため電力検出器６００ｂは、電流検出器ＣＴ５により検出した電流ＩＬ３を電圧検出値Ｖａｃ２に乗算して、系統から流入する電力そのものＰＬ３を検出している。そして制御装置３００には、図２の構成を使用している。したがって、本実施例では、特定の負荷４００ｂに対するピークカット運転ではなく、この施設全体が系統２００から取り込む電力に対して、変換器１００をピークカット運転させている。このような制御下で充放電する電力変換器１００においても前記系統異常時の切換制御が可能である。
【００７８】
以上の実施例において、直流電源として二次電池Ｂａｔを示したが、太陽光発電装置、燃料電池、あるいは発電機と整流器の組合せなど、如何なる形態の直流電源でも採用可能である。
【００７９】
【発明の効果】
本発明によれば、交流スイッチを遮断しＵＰＳ運転を開始する際に、交流スイッチに流れる電流を電力系統に抗して減少させるように変換器を制御することにより、交流スイッチを速やかにオフ状態にでき、過電圧や過電流の発生を抑制することができる。
【００８０】
また、交流スイッチへの遮断指令を発した後、前記変換器の定電圧定周波数制御を開始するまでの間に、前記変換器を一定変調率で制御する期間を備え束愛には、切替中の電圧制御が飽和するなどの不要動作がなくなる。
【００８１】
更に、系統の異常を検知して交流スイッチへの遮断指令を発した後、変換器の定電圧定周波数制御を開始（立ち上げ）するまでの間に、変換器を停止させる期間を備えた場合には、連系制御からＵＰＳ制御に切替える際に変換器を停止させるため、制御切替時の過電圧、過電流を防止することができ、また、交流スイッチ両端の跳ね上がり電圧を小さく抑えることができる。更に、電流の零クロス監視が不要になり、電流センサの省略が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による電力変換装置の主回路と制御系の全体構成図。
【図２】本発明の一実施例による制御装置３００の詳細構成ブロック図。
【図３】本発明の一実施例による切換判定器ＳＪの詳細構成ブロック図。
【図４】本発明の一実施例による電力変換装置の切換判定制御の処理フローチャート。
【図５】本発明の第２の実施例による電力変換装置の主回路と制御系の全体構成図。
【図６】本発明の第２実施例の変形による電力変換装置主回路と制御系の全体構成図。
【図７】本発明の第３の実施例による電力変換装置を実現する切替判定器の構成図。
【図８】本発明の第４の実施例による制御装置３００ｂの詳細構成ブロック図。
【図９】本発明の第４実施例による電力変換装置の切換判定制御の処理フローチャート。
【図１０】本発明の第５実施例による制御装置３００ｃの詳細構成図。
【図１１】本発明の第５実施例による切替判定器ＳＪ３の詳細構成図。
【図１２】本発明の第５実施例による制御装置３００ｃの入出力構成図。
【図１３】本発明の第５実施例における切換判定処理フローチャート。
【図１４】本発明の第６実施例による電力変換装置における切替判定器ＳＪ４の構成図。
【図１５】本発明の第６実施例における切換判定処理フローチャート。
【図１６】本発明の第７実施例による電力変換装置の主回路と制御系の概略構成図。
【符号の説明】
ＳＪ…切替判定器、ＢＣ…電池制御器、１００…変換器、２００…電力系統、３００…制御装置、４００ａ…無停電対象負荷、４００ｂ…ピークカット対象負荷、５００…ドライバ回路、６００…電力検出器、Ｓｒｕｎ…運転指令、Ｓｅ…オンオフ信号（系統異常信号）、Ｂａｔ…直流電源（二次電池）、ＡＣＳＷ１…交流スイッチ、ＢＲ１…遮断器、Ｔｈｙ１〜Ｔｈｙ２…サイリスタ、Ｂｓｔ…充放電指令、Ｉｓｙｓ*…電流指令値、ＣＳ…制御切替器、ＳＪ…切替判定器、Ｆｒ…固定変調度指令。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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