CN112106273A - 不断电电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种不断电电源装置，也可应对包括瞬时电压下降在内的电压下降及频率变动以外的各种系统异常。一种不断电电源装置100，设置于商用电力系统10与重要负载30之间，对重要负载30供给交流电力，所述不断电电源装置100包括：电源部2，包括与电力线L1连接的电力转换器22及蓄电池21，所述电力线L1是用以自商用电力系统10向重要负载30供电；断路开关3，在电力线L1上设置于较电源部2更靠商用电力系统一侧，使电力线L1断开或闭合；系统异常检测部5，检测系统异常，所述系统异常除了是包括瞬时电压下降在内的电压下降或频率变动中的至少一个以外，也是电压上升、相位变动、电压不平衡、高次谐波异常或闪烁中的至少一个，所述瞬时电压下降是在较断路开关3更靠商用电力系统一侧产生；以及控制部6，当检测到的系统异常是重要负载30或电源部2对系统异常的耐受量以上时，使断路开关3断路，而自电源部2向重要负载30供给交流电力。

Description

不断电电源装置
技术领域
本发明涉及一种经常商用供电方式的不断电电源装置。
背景技术
经常商用供电方式的不断电电源装置是对商用电力系统的系统电压的瞬时电压下降或频率变动进行补偿的装置，例如，如专利文献1所示，将电源部与负载并联连接，在这些构件的上位设置开关而构成，所述电源部包括蓄电池及并联逆变器(inverter)。而且，当商用电力系统的系统电压超过规定的允许电压范围时使开关断路，自蓄电部对负载供电。
但是，在现有的经常商用供电方式的不断电电源装置中，对负载仅可进行瞬时电压下降及频率变动的补偿动作，而无法进行其他系统异常的补偿动作。又，对系统异常的关心也仅针对负载，而对于蓄电部则不予关心。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2005-229662号公报
发明内容
发明所要解决的问题
因此，本发明是为了解决所述问题而完成的，其主要课题在于提供一种不断电电源装置，也可应对包括瞬时电压下降在内的电压下降及频率变动以外的各种系统异常。
解决问题的技术手段
即，本发明的不断电电源装置是设置于商用电力系统与重要负载之间，向所述重要负载供给交流电力的不断电电源装置，其特征在于包括：电源部，包括与电力线连接的电力转换器及蓄电池，所述电力线是用以自所述商用电力系统向所述重要负载供电；断路开关(opening switch)，在所述电力线上设置于较所述电源部更靠所述商用电力系统一侧，使所述电力线断开或闭合；系统异常检测部，检测系统异常，所述系统异常除了是包括瞬时电压下降在内的电压下降或频率变动中的至少一个以外，也是电压上升、相位变动、电压不平衡、高次谐波异常或闪烁(flicker)中的至少一个，所述瞬时电压下降是在较所述断路开关更靠所述商用电力系统一侧产生；以及控制部，当检测到的系统异常是所述重要负载或所述电源部对所述系统异常的耐受量以上时，使所述断路开关断路，自所述电源部向所述重要负载供给交流电力。
若为此种不断电电源装置，则利用系统异常检测部，而检测系统异常，所述系统异常除了是包括瞬时电压下降在内的电压下降或频率变动中的至少一个以外，也是电压上升、相位变动、电压不平衡、高次谐波异常或闪烁中的至少一个，当检测到的系统异常是重要负载或电源部对系统异常的耐受量以上时使断路开关断路，因此也可应对包括瞬时电压下降在内的电压下降及频率变动以外的各种系统异常。又，不仅将重要负载对系统异常的耐受量作为参数，而且将电源部对系统异常的耐受量作为参数而进行断路开关的断路，因此不仅可应对考虑到重要负载的系统异常，而且可应对考虑到电源部的系统异常。
此处，可自互联规则读取出，作为系统异常要素，可考虑所述相位变动、电压不平衡、高次谐波异常或闪烁，但是若进一步在对三相系统电压进行三相-二相转换(α-β-0转换)而成的复数中，表达所述α成分(将其设为实数成分)、β成分(将其设为虚数成分)，则可用数式1表达。
[数式1]
ν＝V1·ej(2πf·t+θ)+Σn≠1νn
此处，各要素如下。
v：系统电压
V1：系统电压振幅
f：系统电压频率
θ：系统电压相位，与相位跳跃的相位变动是所述要素的变化。
Σn≠1vn：基本波正相分以外的成分，有n＝-1的反相成分及|n|≠1的高次谐波成分。
再者，闪烁是V1的数赫兹(Hz)至数十赫兹的低频变动。
所述考察所进行的系统异常要素的追加的结果为，在经常商用供电方式的不断电电源装置中，与更昂贵的经常逆变器供电方式的不断电电源装置同样地，也可应对包括瞬时电压下降在内的电压下降及频率变动以外的电压上升、相位变动、电压不平衡、高次谐波异常或闪烁等系统异常要素。作为其一例，如后述＜第一实施方式的仿真＞所示，可使不断电电源装置的异常(在所述仿真中是带互联逆变器的重要负载因过电流异常而引起的脱落)防止于未然。
作为具体的实施方式，所述电源部理想的是在所述断路开关已断路的状态下，在所述重要负载或所述电源部对所述系统异常的耐受量较小者的界限耐受量的范围内独立运转。
为了减少向运行费用(running cost)高的独立运转的转移频度，所述控制部理想的是在所述系统异常检测部所检测到的系统异常是异常的程度小于所述重要负载或所述电源部对所述系统异常的耐受量的规定的阈值以上时，利用所述电源部而进行针对所述系统异常的补偿动作。
为了应对独立运转时间的长时间化，理想的是包括发电机，所述发电机是与所述电源部另外地连接于所述电力线。
发明的效果
根据如上所述而构成的本发明，可提供一种不断电电源装置，也可应对包括瞬时电压下降在内的电压下降及频率变动以外的各种系统异常。
附图说明
图1是表示第一实施方式的不断电电源装置的构成的示意图。
图2是表示第一实施方式的系统异常时的动作状态的一览的表。
图3是表示相位跳跃时的补偿动作的仿真模型的图。
图4是表示断路开关未动作时的仿真结果的图。
图5是表示断路开关已动作时的仿真结果的图。
图6是表示第二实施方式的不断电电源装置的构成的示意图。
图7是表示第二实施方式的系统异常时的动作状态的一览的表。
图8是表示其他变形实施方式的不断电电源装置的构成的示意图。
具体实施方式
＜第一实施方式＞
以下，参照附图，对本发明的不断电电源装置的第一实施方式进行说明。
第一实施方式的不断电电源装置100如图1所示，是经常商用供电方式的装置，设置于商用电力系统10与重要负载30之间，在商用电力系统10的异常时对重要负载30供给电力。
此处，商用电力系统10是电力公司(供电商)的电力供给网，包括发电站、供电系统及配电系统。又，重要负载20是用以在停电或瞬时降低等系统异常时也应稳定地供给电力的负载，图1中为一个，但也可为多个。
具体而言，不断电电源装置100包括：电源部2；断路开关3，将商用电力系统10与电源部2及重要负载30加以连接；系统侧电压检测部4，检测较断路开关3更靠商用电力系统10一侧的电压；系统异常检测部5，根据系统侧电压检测部4的检测电压检测系统异常；以及控制部6，利用系统异常检测部5的检测信号而使断路开关3断路。
电源部2与电力线L1连接，所述电力线L1是用以自商用电力系统10向重要负载30供电。所述电源部2是与商用电力系统10互联的构件，包括二次电池(蓄电池)等电力存储装置(蓄电器件)21及电力转换器(电力调节器(power conditioner))22。
断路开关3是在电力线L1上设置于较电源部2的连接点更靠商用电力系统10一侧而使电力线L1断开或闭合的构件，例如可使用半导体开关或混合式开关(hybrid switch)等能够高速切换的无瞬断开关，所述混合式开关是使半导体开关与机械式开关组合而成。例如在使用半导体开关的情况下，可将切换时间设为两毫秒以下，不论零点而进行切断。又，在使用混合式开关的情况下，不但可将切换时间设为两毫秒以下，可不论零点而进行切断，而且可将通电损耗设为零。再者，所述断路开关3是利用控制部6来断开或闭合控制。
系统侧电压检测部4是经由仪表用变压器41而检测在电力线L1上较断路开关3更靠商用电力系统10一侧的电压的构件。具体而言，系统侧电压检测部4是经由仪表用变压器41而连接于较断路开关3及更靠商用电力系统10一侧。
系统异常检测部5是根据系统侧电压检测部4所检测到的检测电压，检测出较断路开关3更靠商用电力系统10一侧的各系统异常的构件。本实施方式的系统异常是包括瞬时降低在内的电压下降、电压上升、频率变动、相位变动、电压不平衡、异常高次谐波、闪烁。
因此，系统异常检测部5包括：电压下降检测部51，检测包括瞬时降低在内的电压下降；频率变动检测部52，检测频率变动；电压上升检测部53，检测电压上升；相位变动检测部54，检测相位变动；电压不平衡检测部55，检测电压不平衡；异常高次谐波检测部56，检测异常高次谐波；以及闪烁检测部57，检测闪烁。
电压下降检测部51是通过对系统侧电压检测部4的检测电压与规定的设定值进行比较而检测电压下降的构件。此处，用以检测电压下降的设定值是用以检测瞬时降低的电压值，例如是剩余电压20％。
频率变动检测部52是根据系统侧电压检测部4的检测电压，检测频率变动(频率上升(on frequency，OF)、频率下降(under frequency，UF)的构件。再者，频率变动例如是步进上升或倾斜上升与下降。
电压上升检测部53是通过对系统侧电压检测部4的检测电压与规定的设定值进行比较，而检测电压上升的构件。此处，用以检测电压上升的设定值是相对于系统电压例如为107％的电压。
相位变动检测部54是根据系统侧电压检测部4的检测电压的相位，检测例如10°的相位跳跃等相位变动的构件。
电压不平衡检测部55是根据系统侧电压检测部4的检测电压，检测三相间的振幅的大小或相位差120°呈不同的状态的构件。
异常高次谐波检测部56是根据系统侧电压检测部4的检测电压，检测高次谐波电压的构件。闪烁检测部57是根据系统侧电压检测部4的检测电压，检测电压变动(闪烁)的构件。
控制部6是基于系统异常检测部5所检测到的各检测信号，对断路开关3输出控制信号而使断路开关3断路的构件。本实施方式的控制部6接收来自各检测部51～检测部57的检测信号，当任一个检测信号满足规定的条件(或(OR)条件)时，使断路开关3断路。
具体而言，控制部6在各检测部51～检测部57所检测到的各系统异常中的至少一个为重要负载30或电源部2的对各系统异常的耐受量以上时，使断路开关3断路。
参照图2，与控制部6的具体的断路开关3的断开或闭合控制一并说明电源部2的动作。
不断电电源装置100在通常时，使断路开关3闭合，电源部2及重要负载30处于经由断路开关3而与商用电力系统10连接的状态。
(1)当检测到的各系统异常小于电源部2及重要负载30的系统异常耐受量之中较小者的系统异常耐受量时(图2(1))，控制部6维持使断路开关3接通的状态。此时，电源部2追随于商用电力系统10的系统异常而继续运转。
(2)当检测到的系统异常为电源部2及重要负载30的系统异常耐受量之中较小者的系统异常耐受量以上时(图2(2))，控制部6使断路开关3断路。在所述状态下，电源部2在重要负载30或电源部2的系统异常耐受量较小者的界限耐受量的范围内继续运转(电源部2的独立运转)。
再者，各检测部51～检测部57不论断路开关3的断开或闭合，均检测商用电力系统10的各系统异常，控制部6在商用电力系统10的各系统异常未达所述较小者的系统异常耐受量时，使断路开关3闭合。
＜第一实施方式的仿真＞
已仿真作为系统异常的一例，在商用电力系统存在相位跳跃(10°的相位跳跃)的情况对电源部的影响。图3表示所述仿真的系统模型、及开关输出点的电压v的相位跳跃Δθ的监视控制模型。
图4表示不使断路开关动作时的开关输出点的电压v、电流i及相位跳跃Δθ。
在时刻0.5秒在商用电力系统产生有10°的相位跳跃，紧跟其后在流向重要负载的换极开关(pole-changing switch，PCS)的电流i产生有恒定振幅的两倍的过电流。
图5表示使断路开关动作时的开关输出点的电压v、电流i及相位跳跃Δθ。
在时刻0.5秒在商用电力系统产生有10°的相位跳跃，通过检测到所述相位跳跃而在两毫秒后使断路开关断路。再者，在开关断路过程中是设为不进行相位跳跃检测的控制。
由以上的仿真结果可知，产生相位跳跃时的电压变动是电压振幅的10％左右，但产生过电流。在此种情况下，只要监视相位跳跃，在大幅进行相位跳跃之前使断路开关断路，即可在重要负载的PCS(逆变器)的过电流耐受量为两倍以下的情况下，防止重要负载因过电流而断路(脱落)(反而言之，若不进行所述对应，便会使重要负载因过电流而脱落)。
由所述仿真结果可知，相位跳跃检测是有效的，仅利用包括瞬时电压下降在内的电压下降检测功能，无法应对系统异常。
＜第一实施方式的效果＞
根据如上所述而构成的第一实施方式的不断电电源装置100，利用系统异常检测部，而检测系统异常，所述系统异常除了是包括瞬时电压下降在内的电压下降或频率变动中的至少一个以外，也是电压上升、相位变动、电压不平衡、高次谐波异常或闪烁中的至少一个，当检测到的系统异常为重要负载30或电源部2的对系统异常的耐受量以上时使断路开关3断路，因此也可应对包括瞬时电压下降在内的电压下降及频率变动以外的各种系统异常。又，不仅将重要负载对系统异常的耐受量作为参数，而且将电源部2对系统异常的耐受量作为参数而进行断路开关3的断路，因此不仅可应对考虑到重要负载30的系统异常，而且可应对考虑到电源部2的系统异常。
＜第二实施方式＞
其次，说明本发明的不断电电源装置的第二实施方式。
第二实施方式的不断电电源装置如图6所示，控制部6的构成及电源部2的动作与以上所述的实施方式不同。
即，第二实施方式的控制部6除了以上所述的实施方式以外，在各检测部51～检测部57所检测到的各系统异常中的至少一个为小于重要负载30或电源部2的系统异常耐受量的规定的阈值以上时，不使断路开关3断路，而利用电源部2来进行针对各系统异常的补偿动作。
参照图7，与控制部6的具体的断路开关3的断开或闭合控制一并说明电源部2的动作。
不断电电源装置100在通常时，使断路开关3闭合，电源部2及重要负载30是经由断路开关3而与商用电力系统10连接的状态。
(1)当检测到的系统异常小于所述规定的阈值时(图7(1))，控制部6维持使断路开关3接通的状态。此时，电源部2追随于商用电力系统10的系统异常而继续运转。
(2)当检测到的系统异常为所述规定的阈值以上时(图7(2))，控制部6维持使断路开关3接通的状态。此时，电源部2进行针对商用电力系统的系统异常的补偿动作(系统异常的变化减轻动作)。再者，此时，前提是检测到的系统异常小于电源部2及重要负载30的系统异常耐受量。
(3)当检测到的系统异常为电源部2及重要负载30的系统异常耐受量之中较小者的系统异常耐受量以上时(图7(3))，控制部7使断路开关3断路。在所述状态下，电源部2在重要负载30或电源部2的系统异常耐受量较小者的界限耐受量的范围内继续运转(独立运转)。
＜第二实施方式的效果＞
根据如上所述而构成的第二实施方式的不断电电源装置100，除了所述第一实施方式的效果以外，也可减少向运行费用高的独立运转的转移频度。
＜其他变形实施方式＞
再者，本发明并不限于所述实施方式。
例如，如图8所示，也可包括发电机7，所述发电机7是与电源部2另外地连接于电力线L1。所述发电机7与较断路开关3更靠重要负载30一侧连接。若为所述构成，则可应对独立运转时间的长时间化(系统停电时)。
又，在所述各实施方式中，是在系统异常中的任一个满足条件时使断路开关3断路，但也可设为在两个以上的系统异常的组合满足规定条件时使断路开关3断路。
此外，毋庸置言，本发明并不限于所述实施方式，在不脱离其主旨的范围内可进行各种变形。
符号的说明
100：不断电电源装置
10：商用电力系统
30：重要负载
L1：电力线
2：分散型电源
3：断路开关
4：系统侧电压检测部
5：系统异常检测部
51：电压下降检测部
52：频率变动检测部
53：电压上升检测部
54：相位变动检测部
55：电压不平衡检测部
56：异常高次谐波检测部
57：闪烁检测部
6：控制部
7：发电机

Claims (4)

1.一种不断电电源装置，设置于商用电力系统与重要负载之间，对所述重要负载供给交流电力，所述不断电电源装置包括：
电源部，包括与电力线连接的电力转换器及蓄电池，所述电力线是用以自所述商用电力系统向所述重要负载供电；
断路开关，在所述电力线上设置于较所述电源部更靠所述商用电力系统一侧，使所述电力线断开或闭合；
系统异常检测部，检测系统异常，所述系统异常除了是包括瞬时电压下降在内的电压下降或频率变动中的至少一个以外，也是电压上升、相位变动、电压不平衡、高次谐波异常或闪烁中的至少一个，所述瞬时电压下降是在较所述断路开关更靠所述商用电力系统一侧产生；以及
控制部，当检测到的系统异常是所述重要负载或所述电源部对所述系统异常的耐受量以上时，使所述断路开关断路，而自所述电源部向所述重要负载供给交流电力。
2.根据权利要求1所述的不断电电源装置，其中所述电源部是在所述断路开关已断路的状态下，在所述重要负载或所述电源部的对所述系统异常的耐受量较小者的界限耐受量的范围内独立运转。
3.根据权利要求1或2所述的不断电电源装置，其中所述控制部在所述系统异常检测部所检测到的系统异常是异常的程度小于所述重要负载或所述电源部对所述系统异常的耐受量的阈值以上时，利用所述电源部而进行针对所述系统异常的补偿动作。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的不断电电源装置，包括：发电机，与所述电源部另外地连接于所述电力线。
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