CN110121825B - 不间断电源系统及不间断电源装置 - Google Patents

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Abstract

在用来向DC负载(4)供给直流电力的不间断电源系统(100)中，第1控制部(40)对第1DC/DC变换器(30)进行控制，以使遵循第1电流指令值的电流从太阳能电池(2)向输出端子(T4)流动。第2控制部(60)对第2DC/DC变换器(50)进行控制，以使遵循第2电流指令值的电流在电力储存装置(3)及输出端子(T4)之间流动。第1控制部(40)构成为基于太阳能电池(2)的输出电压通过最大功率点跟踪控制而成为最优动作电压时的输出电流、和用来从太阳能电池(2)输出直流负载(4)的消耗电流及电力储存装置(3)的充电电流的输出电流中的最小值，生成第1电流指令值。第2控制部(60)构成为生成第2电流指令值以使输出端子(T4)的电压成为参照电压。

Description

不间断电源系统及不间断电源装置
技术领域
本发明涉及不间断电源系统及不间断电源装置。
背景技术
不间断电源装置(Uninterruptible Power Supply：UPS)如例如日本特开2014－7929号公报(专利文献1)所示那样，通常是具有将交流电力变换为直流电力的变换器(converter)、以及将直流电力变换为交流电力的逆变器(inverter)的结构。此外，在上述不间断电源装置上连接着蓄电池及太阳能电池，从该蓄电池及太阳能电池的至少一方向不间断电源装置供给直流电力。
在上述不间断电源装置中，变换器将来自商用交流电源的交流电力变换为直流电力。逆变器将来自变换器的直流电力或来自蓄电池及太阳能电池的直流电力变换为一定频率及一定电压的交流电力，将变换后的交流电力向AC(Alternating Current：交流)负载供给。
此外，在商用交流电源的异常(停电、瞬时电压低下等)发生时，从蓄电池或太阳能电池向逆变器供给直流电力。由此，在商用交流电源的异常发生时，不间断电源装置不间断地向AC负载供给交流电力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014－7929号公报
发明内容
发明要解决的课题
在使用上述不间断电源装置向DC(Direct Current：直流)负载进行供给的情况下，通常采用将由逆变器生成的交流电力用设置在装置外部的AC适配器变换为匹配于DC负载的直流电力、将变换后的直流电力向DC负载供给的结构。但是，在上述结构中，由于在逆变器及AC适配器中分别发生电力损失，所以效率有可能变低。
此外，太阳能电池由于其特性上会发生发电量根据日照强度等而变动，所以在DC负载需要的电力量下降的情况下，有难以以较高的响应性使太阳能电池的发电量下降的课题。结果，如果太阳能电池的剩余电力过大，则向DC负载施加的电压增大，所以DC负载有可能损坏。
此外，在将太阳能电池的剩余电力积蓄到蓄电池中、将来自太阳能电池及蓄电池的直流电力向DC负载供给的结构中，在太阳能电池的剩余电力过大的情况下，有可能蓄电池的端子间电压过大而导致蓄电池损坏。
本发明是为了解决上述那样的课题而做出的，其目的是提供一种能够以较高的效率且较高的可靠性向直流负载供给电力的不间断电源系统。
用来解决课题的手段
根据发明的一技术方案，用来向直流负载供给直流电力的不间断电源系统具备不间断电源装置、太阳能电池和电力储存装置。不间断电源装置连接在商用交流电源与直流负载之间。太阳能电池将太阳光的能量变换为直流电力。电力储存装置储存直流电力。不间断电源装置具备与直流负载连接的输出端子、第1及第2DC/DC变换器、变换器和第1～第3控制部。第1DC/DC变换器构成为，在太阳能电池及输出端子之间执行直流电压变换。第2DC/DC变换器构成为，在电力储存装置及输出端子之间执行直流电压变换。变换器连接在商用交流电源及输出端子之间，构成为将从商用交流电源供给的交流电力变换为直流电力。第1控制部构成为，对第1DC/DC变换器进行控制，以使遵循第1电流指令值的电流从太阳能电池向输出端子流动。第2控制部构成为，对第2DC/DC变换器进行控制，以使遵循第2电流指令值的电流在电力储存装置及输出端子之间流动。第3控制部构成为，对变换器进行控制，以使在从商用交流电源供给交流电力的通常时，输出端子的电压成为参照电压。第1控制部基于太阳能电池的输出电压通过最大功率点跟踪控制而成为最优动作电压时的输出电流、和用来从太阳能电池输出直流负载的消耗电流及电力储存装置的充电电流的输出电流中的最小值，生成第1电流指令值。第2控制部构成为，生成第2电流指令值，以使输出端子的电压成为参照电压。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能以较高的效率且较高的可靠性向直流负载供给电力的不间断电源系统。
附图说明
图1是表示该发明的实施方式的不间断电源系统的结构的电路框图。
图2是表示变换器及斩波器的结构的电路框图。
图3是表示控制部的结构的电路框图。
图4是用来说明平滑电容器的端子间电压与由电压控制器生成的系数的关系的波形图。
图5是表示控制部的结构的电路框图。
图6是用来说明模式A1下的不间断电源系统的动作的图。
图7是用来说明模式A2下的不间断电源系统的动作的图。
图8是用来说明模式A3下的不间断电源系统的动作的图。
图9是用来说明模式B1下的不间断电源系统的动作的图。
图10是用来说明模式B2下的不间断电源系统的动作的图。
图11是用来说明模式B3下的不间断电源系统的动作的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。另外，对于相同或对应的部分赋予相同的标号，不重复其说明。
[实施方式1]
图1是表示本发明的实施方式的不间断电源系统100的结构的电路框图。参照图1，本实施方式的不间断电源系统100构成为，向DC负载4供给直流电力。不间断电源系统100具备太阳能电池2、蓄电池3和不间断电源装置5。不间断电源装置5连接在商用交流电源1及DC负载4之间。
商用交流电源1将商用频率的交流电力向不间断电源装置5供给。太阳能电池2将太阳光的能量变换为直流电力。太阳能电池2的发电量对应于日照强度而增大。蓄电池3是能够进行直流电力的充电及放电的电池。蓄电池3对应于积蓄直流电力的“电力储存装置”的一实施例。DC负载4是由直流电力驱动的电气设备等。
不间断电源装置5在被从商用交流电源1供给交流电力的通常时，将从商用交流电源1供给的交流电力变换为直流电力，将该直流电力向DC负载4供给。此外，不间断电源装置5基于太阳能电池2的输出电压VPV及输出电流IPV进行最大功率点跟踪控制，使电流从太阳能电池2向DC负载4流动，以使太阳能电池2的输出电压VPV成为最优动作电压。
不间断电源装置5还在输出电压VDC比规定的参照电压VDCR(例如400V)高的情况下将来自太阳能电池2的直流电力向蓄电池3供给。另一方面，在输出电压VDC比参照电压VDCR低的情况下，将通过来自商用交流电源1的交流电力生成的直流电力或来自蓄电池3的直流电力向DC负载4供给。
此外，不间断电源装置5将输出电压VDC限制为上限电压VDCH(例如500V)以下，并将蓄电池3的端子间电压VB限制为上限电压VBH(例如300V)以下。
详细地讲，不间断电源装置5具备端子T1～T4、电流传感器6～8、变换器10、斩波器30、50、控制部20、40、60及平滑电容器C0。端子T1～T4分别与商用交流电源1、太阳能电池2、蓄电池3及DC负载4连接。平滑电容器C0连接在端子T4(输出端子)与基准电压(例如接地电压)的线之间。
变换器10连接在端子T1、T4间。变换器10受控制部20(第3控制部)控制。变换器10在通常时，将从商用交流电源1供给的交流电力变换为直流电力，将该直流电力向平滑电容器C0供给。电流传感器6检测从商用交流电源1向变换器10流动的交流电流IC，向控制部20给出表示检测值的信号。
控制部20检测从商用交流电源1供给的交流电压VC与平滑电容器C0的端子间电压VDC，基于它们的检测值和电流传感器6的检测值，对变换器10进行控制。控制部20在通常时对变换器10进行控制，以使平滑电容器C0的端子间电压VDC成为参照电压VDCR。控制部20在从商用交流电源1的交流电力的供给被停止的停电时，使变换器10的运转停止。
斩波器30连接在端子T2、T4间。斩波器30受控制部40(第1控制部)控制。斩波器30将由太阳能电池2生成的直流电力向平滑电容器C0供给。电流传感器7检测从太阳能电池2向斩波器30流动的直流电流IPV，将表示检测值的信号向控制部40给出。斩波器30与“第1DC/DC变换器”的一实施例对应。
控制部40检测太阳能电池2的端子间电压VPV和平滑电容器C0的端子间电压VDC，基于它们的检测值和电流传感器7的检测值，对斩波器30进行控制。控制部40对斩波器30进行控制，以使太阳能电池2的端子间电压VPV成为最优动作电压VDCR。或者，控制部40对斩波器30进行控制，以从太阳能电池2输出相当于DC负载4的消耗电流及蓄电池3的充电电流的合计的直流电流。控制部40还对斩波器30进行控制，以使平滑电容器C0的端子间电压VDC成为上限电压VDCH以下。
斩波器50连接在端子T3、T4间。斩波器50受控制部60(第2控制部)控制。斩波器50从平滑电容器C0向蓄电池3供给直流电力。此外，斩波器50将蓄电池3的直流电力向平滑电容器C0供给。电流传感器8对流到蓄电池3及斩波器50之间的直流电流IB进行检测，向控制部60给出表示检测值的信号。斩波器50与“第2DC/DC变换器”的一实施例对应。
控制部60检测蓄电池3的端子间电压VB与平滑电容器C0的端子间电压VDC，基于它们的检测值和电流传感器8的检测值，对斩波器50进行控制。控制部60对斩波器50进行控制，以使平滑电容器C0的端子间电压VDC成为参照电压VDCR(<VDCH)，并且对斩波器50进行控制，以使蓄电池3的端子间电压VB成为上限电压VBH(例如300V)以下。控制部60还对斩波器50进行控制，以使平滑电容器C0的端子间电压VDC成为上限电压VDCH以下。
图2是表示变换器10及斩波器30、50的结构的电路框图。参照图2，变换器10包括开关元件Q1～Q6、二极管D1～D6、电感器L1及电容器C1。开关元件Q1～Q6例如是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)，但只要是自灭弧型的开关元件就可以，并不限定于此。
开关元件Q1、Q2串联地连接在端子T4与基准电压的线之间。开关元件Q3、Q4串联地连接在端子T4与基准电压的线之间。开关元件Q5、Q6串联地连接在端子T4与基准电压的线之间。二极管D1～D6分别逆并联地连接在开关元件Q1～Q6上。3个电抗器L1分别连接在串联连接的2个开关元件的连接点与端子T1之间。3个电容器C1的一个电极连接在端子T1上，它们的另一个电极被相互连接。开关元件Q1～Q6被控制部20进行PWM(pulse widthmodulation：脉宽调制)控制。
斩波器30包括电容器C2、电感器L2、开关元件Q7及二极管D7、D10。开关元件Q7例如是IGBT。电容器C2连接在端子T2与基准电压的线之间。电感器L2及开关元件Q7串联地连接在端子T2与基准电压的线之间。二极管D7逆并联地连接在开关元件Q7上。二极管D10的阳极连接在开关元件Q7的集电极上，其阴极连接在端子T4上。
开关元件Q7被控制部40进行PWM控制，以规定的周期被开启及关闭。如果使开关元件Q7开启，则电流从太阳能电池2经由电感器L2及开关元件Q7向基准电压的线流动，电磁能量被积蓄在电感器L2中。如果使开关元件Q7关闭，则积蓄在电感器L2中的电磁能量被释放，从电感器L2经由二极管D10向平滑电容器C0流动电流。此时，二极管D10的阳极的电压成为向太阳能电池2的端子间电压VPV加上电感器L2的端子间电压后的电压。
斩波器50包括电容器C3、电感器L3、开关元件Q8、Q9及二极管D8、D9。开关元件Q8、Q9例如是IGBT。电容器C3连接在端子T3与基准电压的线之间。开关元件Q8、Q9串联连接在端子T4与基准电压的线之间。二极管D8、D9分别逆并联地连接在开关元件Q8、Q9上。电感器L3连接在端子T3与开关元件Q8、Q9的连接点之间。
开关元件Q8、Q9被控制部60进行PWM控制。斩波器50将蓄电池3的端子间电压VB升压并向平滑电容器C0供给。此外，斩波器50将平滑电容器C0的端子间电压VDC降压并向蓄电池3供给。
图3是表示控制部40的结构的电路框图。参照图3，控制部40包括MPPT(MaximumPower Point Tracking：最大功率点跟踪)控制器31、减法器32、34、电压控制器33、电流控制器48、PWM控制器49、发电抑制部40A及过电压抑制部40B。
MPPT控制器31进行太阳能电池2的最大功率点跟踪控制，基于太阳能电池2的输出电压VPV及输出电流IPV，求出太阳能电池2的输出为最大的最优动作电压。MPPT控制器31将参照电压VPVR设定为其最优动作电压。
在太阳能电池2中，有如果输出电流IPV增加则端子间电压VPV下降的特性。太阳能电池2的输出对应于端子间电压VPV而沿着平滑的山状的曲线变化。太阳能电池2的输出成为最大的点被称作最大功率点，此时的太阳能电池2的端子间电压VPV被称作最优动作电压。
即，如果将电流IPV取出以使太阳能电池2的端子间电压VPV与最优动作电压一致，则能够从太阳能电池2取出最大功率。如果日照强度变化，则最大功率点及最优动作电压也变化。因此，MPPT控制器31基于太阳能电池2的输出电压VPV及输出电流IPV，对参照电压VPVR进行调整，以使其与最优动作电压一致。
减法器32从太阳能电池2的输出电压VPV的检测值减去由MPPT控制器31生成的参照电压VPVR，将表示减法结果VPV－VPVR的信号向电压控制器33给出。电压控制器33生成用来使VPV－VPVR成为0的电流指令值IPVR2，将该电流指令值IPVR2向发电抑制部40A给出。
发电抑制部40A包括加法器35及选择器36。对于发电抑制部40A，从综合地控制不间断电源系统100的上位控制部给出电流指令值IPVR0及电流指令值IBC。
电流指令值IPVR0是用来将DC负载4需要的电流从太阳能电池2向DC负载4流动的指令值。电流指令值IPVR0基于DC负载4的消耗电力和太阳能电池2的输出电压VPV设定。
如果具体地说明，则如果将从太阳能电池2向DC负载4流动的电流(以下也称作消耗电流)设为IL，则DC负载4的消耗电力由平滑电容器C0的端子间电压VDC与消耗电流IL的积VDC×IL表示。在太阳能电池2的台数是n(n是正整数)的情况下，为了向DC负载4供给电力而1台的太阳能电池2应发电的功率PPV成为VDC×IL/n。用于太阳能电池2发电产生该功率PPV的电流指令值IPVR0可以通过将功率PPV除以太阳能电池2的端子间电压VPV而求出(IPVR0＝PPV/VPV)。
电流指令值IBC是用来使蓄电池3成为规定的满充电状态的充电电流IB的指令值，基于蓄电池3的端子间电压VB设定。具体而言，从相当于规定的满充电状态的端子间电压VBR减去蓄电池3的端子间电压VB的检测值，通过将减法结果VBR－VB除以蓄电池3的内部电阻值，能够求出电流指令值IBC。
加法器35将电流指令值IPVR0与电流指令值IBC相加，生成电流指令值IPVR1。
选择器36如果接受到来自加法器35的电流指令值IPVR1和来自电压控制器33的电流指令值IPVR2，则选择这2个电流指令值IPVR1、IPVR2中的最小值。选择器36将该选择的电流指令值设定为参照电流值IPVR。
即，发电抑制部40A将通过太阳能电池2的最大功率点跟踪控制而生成的电流指令值IPVR2、和基于DC负载4的消耗电流及蓄电池3的充电电流生成的电流指令值IPVR1中的较小者，设定为参照电流值IPVR。
在能够从太阳能电池2取出的最大功率比DC负载4的消耗电力及蓄电池3的充电电力的合计值大的情况下，有为IPVR1>IPVR2的情况。在此情况下，发电抑制部40A将电流指令值IPVR2设定为参照电流值IPVR。通过对太阳能电池2的输出电流IPV进行控制，以使其与所设定的参照电流值IPVR一致，太阳能电池2的输出等于DC负载4的消耗电力及蓄电池3的充电电力的合计值的电力。由此，能够抑制太阳能电池2发电的电力超过DC负载4及蓄电池3需要的电力。因而，在DC负载4及蓄电池3需要的电力减少的情况下，也能够防止太阳能电池2的剩余电力成为过大。由此，能够抑制输出端子T4的电压VDC及蓄电池3的端子间电压VB过大。
过电压抑制部40B构成为，将平滑电容器C0的端子间电压VDC限制为上限电压VDCH以下的电压。具体而言，过电压抑制部40B包括减法器47、电压控制器41、限幅器(limiter)39及乘法器38。减法器47从上限电压VDCH减去平滑电容器C0的端子间电压VDC，将表示其减法结果VDCH－VDC的信号ΔVDC向电压控制器41给出。
电压控制器41为了使VDCH－VDC成为0而生成用来将参照电流值IPVR修正的系数k1，将该系数k1向限幅器39给出。具体而言，电压控制器41包括限幅器46、除法器45、减法器43及滤波器42。
限幅器46在由减法器47求出的信号ΔVDC(＝VDCH－VDC)是上限值ΔVDCH(>0)与作为下限值的0之间的值的情况下使该信号ΔVDC穿过。此外，限幅器46在来自减法器47的信号ΔVDC处于比上限值ΔVDCH靠正侧的情况下，将该信号ΔVDC设定为上限值ΔVDCH。此外，限幅器46在来自减法器47的信号ΔVDC处于比下限值0靠负侧的情况下，将该信号ΔVDC设定为下限值0。即，限幅器46将来自减法器47的信号ΔVDC限制为0以上且上限值ΔVDCH以下的值。
除法器45将来自限幅器46的信号ΔVDC除以上限值ΔVDCH，将表示其除法结果ΔVDC/ΔVDCH的信号向减法器43给出。如上述那样，来自限幅器46的信号ΔVDC被限制为0以上ΔVDCH以下。因而，从除法器45输出的除法结果ΔVDC/ΔVDCH取0以上1以下的值(0≦ΔVDC/ΔVDCH≦1)。
减法器43从值“1”减去来自除法器45的信号ΔVDC/ΔVDCH，将表示其减法结果1－ΔVDC/ΔVDCH的信号作为系数k1向滤波器42给出。在ΔVDC/ΔVDCH＝1的情况下，从减法器43输出的系数1的值为0。此外，在ΔVDC/ΔVDCH＝0的情况下，从减法器43输出的系数k1的值为1。即，从减法器43输出的系数k1为0以上1以下的值。
滤波器42例如是由电阻和电容器构成的RC滤波器。如果系数k1被向滤波器42输入，则系数k1平缓地变化。滤波器42是用来使截止频率以下的低频成分穿过、将高频成分除去的元件。在截止频率fc[Hz]与滤波器42的时间常数τ[sec]间有1＝2πfc×τ的关系。滤波器42构成为，通过系数k1的上升和下降来切换截止频率fc。
详细地讲，在滤波器42中，下降的截止频率fc被设定为比上升的截止频率fc高的值。例如，下降的截止频率fc是2kHz，上升的截止频率fc是1kHz。如果这样，则由于系数k1的下降的时间常数为比系数k1的上升的时间常数小的值，所以下降时间比上升时间短。穿过了滤波器42的系数k1被向限幅器39给出。
限幅器39在来自电压控制器41的系数k1是0以上1以下的情况下使该系数k1穿过，在来自电压控制器41的系数k1不到0的情况下将该系数k1设定为0。
乘法器38通过对来自发电抑制部40A的参照电流值IPVR乘以系数k1，将参照电流值IPVR修正。乘法器38将修正后的参照电流值k1×IPVR向减法器34给出。
减法器34从参照电流值k1×IPVR减去太阳能电池2的输出电流IPV的检测值，将表示其减法结果k1×IPVR－IPV的信号向电流控制器48给出。电流控制器48生成用来流过由减法器34求出的电流k1×IPVR－IPV的电流指令值。PWM控制器49对斩波器30进行控制，以从太阳能电池2向DC负载4流过与来自电流控制器48的电流指令值对应的值的电流。
图4是用来说明平滑电容器C0的端子间电压VDC与由电压控制器41生成的系数k1的关系的波形图。
如图4所示，当VDC≦VDCH时(时刻t0～t1的期间)，系数k1的值为1(k1＝1)。如果在时刻t1成为VDC>VDCH，则系数k1的值下降至不到1(k1<1)。此时的系数k1成为与ΔVDC(＝VDCH－VDC)对应的值。
在时刻t1以后，系数k1的值按照滤波器42的下降的时间常数而从1下降。通过使用系数k1将参照电流值IPVR修正，基于该修正后的参照电流值k1×IPVR对斩波器30进行控制，斩波器30的输出电压VDC开始下降。如果在比时刻t1靠后的时刻t2，输出电压VDC成为上限电压VDCH以下，则系数k1的值从下降转为增加。由于滤波器42的上升的时间常数比下降的时间常数大，所以系数k1平缓地上升。由此，在比时刻t2靠后的时刻t3，输出电压VDC开始增加。如果系数k1的值回到1，则与其相比延迟地，输出电压VDC也收敛于参照电压VDCR。
在平滑电容器C0的端子间电压VDC超过了上限电压VDCH的情况下，为了防止向DC负载4施加的电压过大，需要将端子间电压VDC迅速地限制为上限电压VDCH以下的电压。另一方面，由于太阳能电池2的输出受日照强度等左右，所以是不稳定的，并且控制响应性也较低。通过在电压抑制部40B中使系数k1的下降时间变得比上升时间短，能够使比上限电压VDCH大的端子间电压VDC迅速地下降，并且能够使下降后的端子间电压VDC稳定地回到参照电压VDCR。
图5是表示控制部60的结构的电路框图。参照图5，控制部60包括电压控制部60A、过充电抑制部60B、过电压抑制部60C、减法器54、加法器55、电流控制器68及PWM控制器69。
电压控制部60A构成为，将平滑电容器C0的端子间电压VDC控制为一定电压VDCR。具体而言，电压控制部60A包括减法器65、电压控制器66及限幅器67。减法器65从平滑电容器C0的端子间电压VDC减去参照电压VDCR(例如400V)，将表示其减法结果VDCR－VDC的信号向电压控制器66给出。参照电压VDC被设定为比上限电压VDCH低的电压。电压控制器66生成用来使VDCR－VDC成为0的电流指令值，将该电流指令值向限幅器67给出。
限幅器67在来自电压控制器66的电流指令值是正的上限值与负的上限值之间的值的情况下使该电流指令值穿过。此外，限幅器67在来自电压控制器66的电流指令值处于比正的上限值靠正侧的情况下，将该电流指令值设定为正的上限值。此外，限幅器67在来自电压控制器66的电流指令值处于比负的下限值靠负侧的情况下，将该电流指令值设定为负的下限值。
过充电抑制部60B构成为，将蓄电池3的端子间电压VB限制为上限电压VBH(例如300V)以下的电压。具体而言，过充电抑制部60B包括减法器51、电压控制器52及限幅器53。减法器51从上限电压VBH减去蓄电池3的端子间电压VB，将表示其减法结果VBH－VB的信号向电压控制器52给出。电压控制器52生成用来使VBH－VB成为0的电流指令值，将其电流指令值向限幅器53给出。限幅器53在来自电压控制器52的电流指令值为负的情况下使其电流指令值穿过，在来自电压控制器52的电流指令值为正的情况下将其电流指令值设定为0。
即，在是VB<VBH的情况下，从过充电抑制部60B输出的电流指令值的值为0。另一方面，在是VB>VBH的情况下，从过充电抑制部60B输出的电流指令值成为与VBH－VB对应的值。
加法器55将来自电压控制部60A的电流指令值与来自过充电抑制部60B的电流指令值相加，生成参照电流值IBR。减法器54从参照电流值IBR减去蓄电池3的充电电流IB的检测值，将表示其减法结果IBR－IB的信号向过电压抑制部60C给出。
过电压抑制部60C构成为，将平滑电容器C0的端子间电压VDC限制为上限电压VDCH以下的电压。过电压抑制部60C基本的结构与图3所示的过电压抑制部40B相同。
具体而言，过电压抑制部60C包括减法器64、电压控制器58、限幅器57及乘法器56。减法器64从上限电压VDCH减去平滑电容器C0的端子间电压VDC，将表示其减法结果VDCH－VDC的信号ΔVDC向电压控制器58给出。电压控制器58生成用来将来自减法器54的信号IBR－IB修正的系数k2，将其系数k2向限幅器57给出。
更详细地讲，电压控制器58包括限幅器63、除法器62、减法器61及滤波器59。限幅器63将由减法器64求出的信号ΔVDC(＝VDCH－VDC)限制为0以上且上限值ΔVDCH以下的值。
除法器62将来自限幅器63的信号ΔVDC除以上限值ΔVDCH，将表示其除法结果ΔVDC/ΔVDCH的信号向减法器61给出。减法器61从值“1”减去来自除法器62的信号ΔVDC/ΔVDCH，将表示其减法结果1－ΔVDC/ΔVDCH的信号作为系数k2向滤波器59给出。从减法器61输出的系数k2成为0以上1以下的值。
滤波器59与图3的滤波器42相同，例如是RC滤波器。在滤波器59中，下降的时间常数为比上升的时间常数小的值。因此，穿过滤波器59后的系数k2的下降时间变得比系数k2的上升时间短。
限幅器57在来自电压控制器58的系数k2是0以上1以下的情况下使其系数k2穿过，在来自电压控制器58的系数k2不到0的情况下将其系数k2设定为0。
乘法器56对来自减法器54的信号IBR－IB乘以系数k2，将表示其乘法结果k2×(IBR－IB)的信号向电流控制器66给出。电流控制器66生成用来流过由乘法器56求出的电流k2×(IBR－IB)的电流指令值。PWM控制器67对斩波器50进行控制，以使得从蓄电池3向DC负载4流过与来自电流控制器66的电流指令值对应的值的电流。
(不间断电源系统的第1动作例)
接着，参照图6～图8，对本实施方式的不间断电源系统100的动作的一例进行说明。
本实施方式的不间断电源系统100作为向DC负载4的电力供给源而具有商用交流电源1、太阳能电池2及蓄电池3。这3个电力供给源都因为各种各样的原因(商用系统的异常、日照条件的变动、蓄电池的剩余容量等)可供给的电力会变动。
所以，在本实施方式的不间断电源系统100中，在上述3个电力供给源之间预先设定电力供给的优先顺位，并且在优先顺位较高的电力供给源因某种原因而电力供给成为困难的情况下，使用优先顺位较低的电力供给源进行电力供给。
在以下说明的第1模式(pattern)中，将电力供给的优先顺位由高到低，设为太阳能电池2、商用交流电源1、蓄电池3的顺序。即，主要由太阳能电池2生成的直流电力通过斩波器30向DC负载4供给。并且，如果由太阳能电池2生成的直流电力变得比DC负载4的消耗电力小，则来自商用交流电源1的交流电力被变换器10变换为直流电力而向DC负载4供给。蓄电池3被作为太阳能电池2及商用交流电源1都电力供给变得困难时的后备电源使用。
在第1模式中，不间断电源系统100具有3个模式A1～A3。不间断电源系统100根据太阳能电池2的发电量及商用交流电源1的状态等，以3个模式A1～A3中的某个模式动作。
(1)模式A1：
在太阳能电池2正处于发电中的情况下，如图6所示，不间断电源系统以模式A1动作。在模式A1中，如用箭头201表示那样，由太阳能电池2生成的直流电力通过斩波器30向DC负载4供给。另外，在太阳能电池2的发电量比DC负载4需要的电力量大的情况下，如由箭头203表示那样，剩余电力通过斩波器50向蓄电池3供给。
此时，电流从太阳能电池2经由斩波器30向DC负载4流动。调整太阳能电池2的输出电流IPV，以使其与用来使得太阳能电池2的输出电压VPV成为最优动作电压的电流指令值IPVR2和基于DC负载4的消耗电流及蓄电池3的充电电流的合计值生成的电流指令值IPVR1中的较小者一致。
此外，电流从输出端子T3经由斩波器50向蓄电池3流动，以使不间断电源装置5的输出电压VDC成为参照电压VDCR。例如，在晴天持续而蓄电池3的端子间电压VB达到了上限电压VBH的情况下，斩波器50的运转被停止，蓄电池3的充电被停止。
进而，例如在DC负载4的消耗电力下降而剩余电力增大，不间断电源装置5的输出电压VDC达到了上限电压VDCH的情况下，流到斩波器30中的电流减小。
在从商用交流电源1供给交流电力的通常时，对变换器10进行控制，以使不间断电源装置5的输出电压VDC成为参照电压VDCR。如果这样，则例如在太阳能电池2的发电量下降而变得比DC负载4需要的电力量小的情况下，如用箭头202表示那样，不间断电源装置5能够将来自商用交流电源1的交流电力变换为直流电力并向DC负载4供给。
(2)模式A2：
例如在成为夜间、太阳能电池2的发电量成为0的情况下，如图7所示，不间断电源系统以模式A2动作。在模式A2中，斩波器30的运转被停止。不间断电源装置5如用箭头204表示那样，将来自商用交流电源1的交流电力变换为直流电力并向DC负载4供给。
此时，使电流从商用交流电源1经由变换器10向DC负载4流动，以使不间断电源装置5的输出电压VDC成为参照电压VDCR。在蓄电池3的端子间电压VB比相当于规定的满充电状态的端子间电压VBR低的情况下，由变换器10生成的直流电力被向DC负载4供给，并且通过斩波器50向蓄电池3供给。由此，蓄电池3在被充电为规定的满充电状态后成为待机状态。
(3)模式A3：
在商用交流电源1停电的情况下，如图8所示，不间断电源系统以模式A3动作。在模式A3中，变换器10的运转被停止。如用箭头205表示那样，由太阳能电池2生成的直流电力通过斩波器30向DC负载4供给。
此时，调整太阳能电池2的输出电流IPV，以使其与用来使得太阳能电池2的输出电压VPV成为最优动作电压的电流指令值IPVR2和基于DC负载4的消耗电流及蓄电池3的充电电流的合计值生成的电流指令值IPVR1中的较小者一致。
此外，电流从蓄电池3经由斩波器50向输出端子T3流动，以使不间断电源装置5的输出电压VDC成为参照电压VDCR。由此，在太阳能电池2的发电量比DC负载4需要的电力量小的情况下，将由太阳能电池2生成的直流电力通过斩波器30向DC负载4供给，并且如由箭头206表示那样，将蓄电池3的直流电力通过斩波器50向DC负载4供给。另外，在蓄电池3的端子间电压VB成为下限电压VBL(例如200V)的情况下，为了防止蓄电池3的过放电而将蓄电池3的放电停止。
进而，例如在DC负载4的消耗电力下降而剩余电力增大、不间断电源装置5的输出电压VDC达到了上限电压VDCH的情况下，流到斩波器30、50中的电流减小。由此，能够防止向DC负载4施加的电压及蓄电池3的端子间电压VB成为过大。
(不间断电源系统的第2动作例)
以下说明的第2模式电力供给的优先顺位与上述第1模式不同。在第2模式中，将电力供给的优先顺位由高到低，设为太阳能电池2、蓄电池3、商用交流电源1的顺序。即，由太阳能电池2生成的直流电力被向DC负载4供给。并且，当由太阳能电池2生成的直流电力比DC负载4的消耗电力小时，蓄电池3的直流电力通过斩波器50向DC负载4供给。商用交流电源1当太阳能电池2及蓄电池3都电力供给成为困难时，被用于将不间断电源装置5的输出电压VDC控制为一定电压VDCR。
在第2模式中，不间断电源系统100具有3个模式B1～B3。不间断电源系统100根据太阳能电池2的发电量及商用交流电源1的状态等，以3个模式B1～B3中的某个模式动作。
(4)模式B1：
在太阳能电池2正处于发电中的情况下，如图9所示，不间断电源系统100以模式B1动作。在模式B1中，如用箭头207表示那样，由太阳能电池2生成的直流电力通过斩波器30向DC负载4供给。虽然图示省略，但在太阳能电池2的发电量比DC负载4需要的电力量大的情况下，剩余电力通过斩波器50向蓄电池3供给。
此时，电流从太阳能电池2经由斩波器30向DC负载4流动。调整太阳能电池2的输出电流IPV，以使其与用来使得太阳能电池2的输出电压VPV成为最优动作电压的电流指令值IPVR2和基于DC负载4的消耗电流及蓄电池3的充电电流的合计值生成的电流指令值IPVR1中的较小者一致。
此外，电流从蓄电池3经由斩波器50向输出端子T3流动，以使不间断电源装置5的输出电压VDC成为参照电压VDCR。由此，在太阳能电池2的发电量比DC负载4需要的电力量小的情况下，由太阳能电池2生成的直流电力通过斩波器30向DC负载4供给，并且如用箭头208表示那样，蓄电池3的直流电力通过斩波器50向DC负载4供给。另外，在蓄电池3的端子间电压VB成为下限电压VBL的情况下，为了防止蓄电池3的过放电而停止蓄电池3的放电。
进而，例如在DC负载4的消耗电力下降而剩余电力增大、不间断电源装置5的输出电压VDC到达了上限电压VDCH的情况下，流到斩波器30、50中的电流减小。
在被从商用交流电源1供给了交流电力的通常时，对变换器10进行控制，以使不间断电源装置5的输出电压VDC成为参照电压VDCR。如果这样，则例如在太阳能电池2的发电量下降而比DC负载4需要的电力量小的状况下，在蓄电池3的放电被停止的情况下，如用箭头209表示那样，不间断电源装置5能够将来自商用交流电源1的交流电力变换为直流电力而向DC负载4供给。
(5)模式B2：
例如在成为夜间、太阳能电池2的发电量成为0的情况下，如图10所示，不间断电源系统100以模式B2动作。在模式B2中，斩波器30的运转被停止。不间断电源装置5如用箭头210表示那样，将蓄电池3的直流电力经由斩波器50向DC负载4供给。此时，对斩波器50进行控制，以使不间断电源装置5的输出电压VDC成为参照电压VDCR。
在蓄电池3的端子间电压VB成为下限电压VBL的情况下，为了防止蓄电池3的过放电，蓄电池3的放电被停止。如果蓄电池3的放电被停止，则如用箭头211表示那样，来自商用交流电源1的交流电力被变换器10变换为直流电力并向DC负载4供给。此时，电流从商用交流电源1经由变换器10向DC负载4流动，以使不间断电源装置5的输出电压VDC成为参照电压VDCR。进而，由于蓄电池3的端子间电压VB比相当于规定的满充电状态的端子间电压VBR低，所以如用箭头212表示那样，由变换器10生成的直流电力被向DC负载4供给，并且通过斩波器50向蓄电池3供给。由此，蓄电池3在被充电为规定的满充电状态后成为待机状态。
(6)模式B3：
在商用交流电源1停电的情况下，如图11所示，不间断电源系统100以模式B3动作。模式B3与图8所示的模式A3相同。即，变换器10的运转被停止，如用箭头213表示那样，由太阳能电池2生成的直流电力通过斩波器30向DC负载4供给。
此外，在太阳能电池2的发电量比DC负载4需要的电力量小的情况下，由太阳能电池2生成的直流电力通过斩波器30向DC负载4供给，并且如用箭头214表示那样，蓄电池3的直流电力通过斩波器50向DC负载4供给。另外，在蓄电池3的端子间电压VB成为下限电压VBL的情况下，为了防止蓄电池3的过放电而停止蓄电池3的放电。
进而，例如在DC负载4的消耗电力下降而剩余电力增大、不间断电源装置5的输出电压VDC达到了上限电压VDCH的情况下，流到斩波器30、50中的电流减小。
如以上说明，在该发明的实施方式的不间断电源系统100中，构成为，将来自商用交流电源1的交流电力变换为直流电力而向DC负载4供给，并且将由太阳能电池2生成的直流电力及蓄电池3的直流电力向DC负载4供给。如果这样，则不需要如以往的不间断电源系统那样，设置用来将直流电力变换为交流电力的逆变器、以及用来将由逆变器生成的交流电力进一步变换为与DC负载4匹配的直流电力的AC适配器的设置。因而，在逆变器及AC适配器中发生的电力损失成为0，所以能够减小不间断电源系统整体的电力损失。由此，能够使不间断电源系统的运转效率提高。
此外，在不间断电源系统100中，在太阳能电池2的发电中，对斩波器30进行控制，以使得不会从太阳能电池2向DC负载4流过比与DC负载4的消耗电流及蓄电池3的充电电流对应的值大的值的电流。如果这样，则在DC负载4的消耗电力下降的情况下，流到斩波器30中的电流减小，所以能够防止因太阳能电池2的剩余电力而输出端子T4的电压VDC成为过大。
此外，在太阳能电池2的发电中，在不间断电源装置5的输出电压VDC上升而超过了上限电压VDCH的情况下，使从太阳能电池2经由斩波器30向输出端子T4流动的电流减小。进而，在将蓄电池3的直流电力向DC负载4供给的情况下，当不间断电源装置5的输出电压VDC上升而超过了上限电压VDCH时，使从蓄电池3经由斩波器50流到输出端子T4的电流减少。因而，在DC负载4的消耗电力下降的情况下，也能够抑制输出端子T4的电压VDC过大，所以能够防止DC负载4损坏。
进而，在蓄电池3的端子间电压VB超过了上限电压VBH的情况下，使从输出端子T4经由斩波器50流到蓄电池3的电流减小。因而，即使在太阳能电池2的剩余电力过大的情况下，也能够抑制蓄电池3的端子间电压VB过大，所以能够防止蓄电池3损坏。
此次公开的实施方式是例示，并不仅限定于上述内容。本发明的范围由权利要求书表示，意味着包含与权利要求书等价的意义及范围内的全部变更。
标号说明
1 商用交流电源；2 太阳能电池；3 蓄电池；4 DC负载；5 不间断电源装置；6～8电流传感器；10 变换器；30、50 斩波器；20、40、60 控制部；31 MPPT控制器；32、34、43、47、51、54、61、64 减法器；33、41、52 电压控制器；35、55 加法器；36 选择器；38、56 乘法器；39、46、53、57、63 限幅器、40A 发电抑制部、40B、60C 过电压抑制部；42、59 滤波器；45、62除法器；48、68 电流控制器；49、69 PWM控制器；60A 电压控制部；60B 过充电抑制部；100不间断电源系统；CO～C3 电容器；L1～L3 电抗器；Q1～Q9 开关元件；D1～D10 二极管；T1～T4 端子。

Claims (6)

1.一种不间断电源系统，用来向直流负载供给直流电力，其特征在于，
具备：
不间断电源装置，连接在商用交流电源与上述直流负载之间；
太阳能电池，将太阳光的能量变换为直流电力；以及
电力储存装置，储存直流电力；
上述不间断电源装置包括：
输出端子，与上述直流负载连接；
第1DC/DC变换器，构成为在上述太阳能电池及上述输出端子之间执行直流电压变换；
第2DC/DC变换器，构成为在上述电力储存装置及上述输出端子之间执行直流电压变换；
变换器，连接在上述商用交流电源及上述输出端子之间，构成为将从上述商用交流电源供给的交流电力变换为直流电力；
第1控制部，构成为对上述第1DC/DC变换器进行控制，以使遵循第1电流指令值的电流从上述太阳能电池向上述输出端子流动；
第2控制部，构成为对上述第2DC/DC变换器进行控制，以使遵循第2电流指令值的电流在上述电力储存装置及上述输出端子之间流动；以及
第3控制部，构成为对上述变换器进行控制，以使在从上述商用交流电源供给交流电力的通常时，上述输出端子的电压成为参照电压；
上述第1控制部，基于上述太阳能电池的输出电压通过最大功率点跟踪控制而成为最优动作电压时的输出电流、和用来从上述太阳能电池输出上述直流负载的消耗电流及上述电力储存装置的充电电流的输出电流中的最小值，生成上述第1电流指令值；
上述第2控制部构成为，生成上述第2电流指令值，以使上述输出端子的电压成为上述参照电压。
2.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，
上述第1控制部构成为，在上述输出端子的电压超过了比上述参照电压高的第1上限电压的情况下使上述第1电流指令值减小。
3.如权利要求1所述的不间断电源系统，其特征在于，
上述第2控制部构成为，在上述输出端子的电压超过了比上述参照电压高的第1上限电压的情况下使上述第2电流指令值减小。
4.如权利要求1～3中任一项所述的不间断电源系统，其特征在于，
上述第2DC/DC变换器构成为，将由上述太阳能电池生成的直流电力的剩余电力向上述电力储存装置充电；
上述第2控制部构成为，在上述电力储存装置的充电过程中，在上述电力储存装置的端子间电压超过了比上述参照电压低的第2上限电压的情况下使上述第2电流指令值减小。
5.如权利要求1～4中任一项所述的不间断电源系统，其特征在于，
上述第2控制部构成为，在上述太阳能电池的发电停止时，生成上述第2电流指令值以使上述输出端子的电压成为上述参照电压，并且在上述电力储存装置的剩余容量成为下限容量以下的情况下将上述电力储存装置的放电停止；
上述第3控制部构成为，在上述太阳能电池的发电停止时，对上述变换器进行控制，以使得在上述电力储存装置的放电被停止后，上述输出端子的电压成为上述参照电压。
6.一种不间断电源装置，用来向直流负载供给直流电力，其特征在于，
上述不间断电源装置具备：
输出端子，与上述直流负载连接；
第1DC/DC变换器，构成为在将太阳光的能量变换为直流电力的太阳能电池及上述输出端子之间执行直流电压变换；
第2DC/DC变换器，构成为在储存直流电力的电力储存装置及上述输出端子之间执行直流电压变换；
变换器，连接在商用交流电源及上述输出端子之间，构成为将从上述商用交流电源供给的交流电力变换为直流电力；
第1控制部，构成为对上述第1DC/DC变换器进行控制，以使遵循第1电流指令值的电流从上述太阳能电池向上述输出端子流动；
第2控制部，构成为对上述第2DC/DC变换器进行控制，以使遵循第2电流指令值的电流在上述电力储存装置及上述输出端子之间流动；以及
第3控制部，构成为对上述变换器进行控制，以使在从上述商用交流电源供给交流电力的通常时，上述输出端子的电压成为参照电压；
上述第1控制部，基于上述太阳能电池的输出电压通过最大功率点跟踪控制而成为最优动作电压时的输出电流、和用来从上述太阳能电池输出上述直流负载的消耗电流及上述电力储存装置的充电电流的输出电流中的最小值，生成上述第1电流指令值；
上述第2控制部构成为，生成上述第2电流指令值，以使上述输出端子的电压成为上述参照电压。
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