CN1722565A - 无停电电源装置 - Google Patents
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Abstract
在由并联变换器和串联变换器构成串并联回路方式的现有无停电电源装置中，PWM控制串联侧变换器，使输出电压Vout在输入电压Vin为VL2≤Vin＜VL1时为VL1，在VU1＜Vin≤VU2时为VU1。因此在过负荷电平附近的运转中，输入电压急剧变化，增加无停电电源装置的输出电力。输入电压在VU1＜Vin≤VU2的范围内，存在不管构成串联侧变换器的半导体开关职责增加或者负荷是否相同，进行和不进行过负荷检测的情况。本发明在这三个范围内，使输出电压目标值Vout*为相同的目标值来抑制在这三个范围内因输入电压引起的输出电力变动，可抑制串联侧变换器的半导体开关的职责的增加。
Description
技术领域
本发明涉及从交流电源向负荷供给稳定的电力，同时，当交流电源异常时，通过积蓄在能量积蓄装置中的能量来向负荷供给电力的所谓的无停电电源装置的输出电压补偿方式。
背景技术
图3表示的是专利文献1中所揭示的无停电电源装置的现有例。它是使用与交流电源并联连接的并联变换器和与交流电源串联连接的串联变换器所构成的串并联电路方式的无停电电源装置。
在图3中，并联侧变换器1的交流侧通过开闭开关9，与交流电源5并联连接；串联侧变换器2的交流侧通过开闭开关9和切换开关10，与交流电源5和负荷6之间串联连接；并联侧变换器1以及串联侧变换器2的直流侧与能量积蓄装置3连接。另外，控制装置4控制并联侧变换器1、串联侧变换器2、开闭开关9以及切换开关10。控制装置4基于由输入电压检测器7检测的输入电压值Vin以及由直流电压检测器12检测的直流电压值Vd，进行将能量积蓄装置3的电压维持在规定电压的控制，同时，基于输入电压值Vin以及由输出电压检测器8检测的输出电压值Vout，进行施加在负荷上的电压、即输出电压的控制。
接着，对动作的详细过程进行说明。如图4所示，在图3的无停电电源装置中，通过设置在控制装置4上的输出电压指令切换部13，根据输入电压值Vin来切换输出电压目标值Vout*。
当输入电压值Vin在输出电压允许值的下限值(以下，称为VL1)以上且输出电压允许值的上限值(以下，称为VU1)以下的情况下(VL1≤Vin≤VU1)，关闭开闭开关9，将切换开关10投入到旁通回路11侧。即，进行直接输出输入电压的商用给电运转。然后，通过停止串联侧变换器2而能够实现装置的低损失化。并联侧变换器1基于来自控制装置4的并联侧输出电压指令Vpara*进行整流器动作，使能量积蓄装置3的直流电压值Vd成为规定电压。
当输入电压值Vin在输入电压降低检测电平(以下，称为VL2)以上、且比VL1小的情况下(VL2≤Vin＜VL1)，以输出电压目标值Vout*作为VL1，通过PWM控制来输出输入电压的不足部分(VL1-Vin)，使串联侧变换器2的输出电压为VL1。此时，并联侧变换器1基于来自控制装置4的并联侧输出电压指令Vpara*进行整流器动作，使能量积蓄装置3的直流电压值Vd为规定电压。
当输入电压值Vin比VU1大、且在输入电压上升检测电平(以下称为VU2)以下的情况下(VU1＜Vin≤VU2)，以输出电压目标值Vout*作为VU1，通过PWM控制输出输入电压的过剩部分(VU1-Vin)，使串联侧变换器2的输出电压为VU1。并联侧变换器1基于来自控制装置4的并联侧输出电压指令Vpara*进行整流器动作，使能量积蓄装置3的直流电压值Vd为规定电压。
当输入电压值Vin比VL2小、或者比VU2大的情况下(Vin＜VL2或者VU2＜Vin)，判断输入电压异常，无停电电源装置进行后备(backup)运转。通过后备动转，使串联侧变换器2停止，同时，使输出电压目标值Vout*为Vr。并联侧变换器1基于输出电压目标值Vout*进行变换器动作，使输出电压为规定电压Vr，并且使用能量积蓄装置3的能量，继续向负荷供给电力。
专利文献1：特开2000-184622号公报(第五页，图1，图2)。
发明内容
在现有例中，对串联侧变换器进行PWM控制，使得当输入电压Vin为VL2≤Vin＜VL1的情况下，输出电压Vout为VL1，而在VU1＜Vin≤VU2的情况下，输出电压Vout*成为VU1。因此，在过负荷电平附近的运转中，输入电压急变。在从VL2≤Vin＜VL1的范围变成VU1＜Vin≤VU2的范围的情况下，由于输出电压目标值Vout从VL1切换至VU1，所以无停电电源装置的输出电力增加。其结果，在VU1＜Vin≤VU2范围内，构成串联侧变换器的半导体开关的职责增加，最坏时甚至会导致装置的破损。
另外，在现有例中，在PWM控制的三个输入电压范围(VL2≤Vin＜VL1，VU1＜Vin≤VU2，Vin＜VL2或者VU2＜Vin)中切换输出电压目标值。因此，不但控制顺序复杂，而且因输入电压使输出电力不同，即使在同一负荷下也产生进行过负荷检测和不进行的情况的问题。而且，在输入电压的范围内为VL2≤Vin＜VL1或者VU1＜Vin≤VU2的情况下，由于输出允许下限电压或者允许上限电压，若在该状态下输入电压急变，则由于控制滞后不能进行补偿动作，产生在某个时间输出电压超过允许范围的问题。
本发明的目的在于实现解决这些问题的无停电电源装置。
在输入电压在VU1＜Vin≤VU2的范围内，构成串联侧变换器的半导体开关的职责增加，或者不论负荷是否相同，存在进行过负荷检测的情况和不进行的情况。在PWM控制的三个输入电压范围(VL2≤Vin＜VL1，VU1＜Vin≤VU2，Vin＜VL2或者VU2＜Vin)内，输出电压目标值Vout*不同。
本发明着眼于在上述三个输入电压范围内，通过使输出目标值Vout*为相同的目标值，在上述三个输入电压范围内，可以抑制由输入电压引起的输出电力变动，同时，可以抑制串联侧变换器的半导体开关的职责的增加。
本发明的第一方面是在PWM控制的上述三个输入电压范围内，通过使输出电压目标值为相同的规定电压值，抑制由输入电压引起的输出电力变动，同时，在输入电压范围VU1＜Vin≤VU2时，抑制串联侧变换器的半导体开关的职责的增加。
本发明的二个方面是在第一方面中，不采用在输入电压范围VL1≤Vin≤VU1的商用给电，而是通过使构成串联侧变换器的半导体开关与电源的极性一致，利用电源频率进行切换，通过半导体开关，直接输出输入电压，以减少损失。
发明的效果
采用本发明，在PWM控制的上述三个输入电压范围内，由于使输出电压目标值为相同的目标值，所以在上述三个输入电压范围内，可将无停电电源装置的输出电压维持为规定值，可以抑制因输入电压引起的输出电力变动，同时，可以抑制串联侧变换器的半导体开关的职责的增加。
此外，在输入电压范围VL1≤Vin≤VU1内，由于利用电源频率、通过切换的半导体开关来输出输入电压，因此可以不切换成商用给电，能够减少装置的损失。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的动作图形。
图2是串并联回路方式的无停电电源装置的回路例。
图3是无停电电源装置的现有例。
图4是现有无停电电源装置的动作图形。
符号说明
1：并联侧变换器，
2：串联侧变换器，
3：能量积蓄装置，
4：控制装置，
5：交流电源，
6：负荷，
7：输入电压检测器，
8：输出电压检测器，
9：开关，
10：切换开关，
11：旁通回路，
12：直流电压检测器，
13：输出电压指令切换部，
33、34：电容器，
40、41：电抗线圈，
100：并联侧变换器，
101：串联侧变换器，
200：并联腿
201：公共腿
202：串联腿
102～107：半导体开关，
108～113：二极管。
具体实施方式
(实施例1)
基于图1说明本发明的第一实施例。无停电电源装置的结构与现有例的图3相同，不同点为，通过图1所示的输出电压图形取代图4的输出电压图形来进行输出电压控制。
在输入电压值Vin为VL2≤Vin＜VL1的情况下，取输出电压目标值Vout*为Vr，通过PWM控制来输出输入电压的不足部分(Vr-Vin)，使串联侧变换器2的输出电压为Vr。并联侧变换器1基于来自控制装置4的并联侧输出电压指令Vpara*进行整流器动作，使能量积蓄装置3的直流电压值Vd为规定电压。
当输入电压值Vin为VU1＜Vin≤VU2的情况下，取输出电压目标值Vout*为Vr，利用PWM控制来输出输入电压的过剩部分(Vr-Vin)，使串联侧变换器2的输出电压为Vr。并联侧变换器1基于来自控制装置4的并联侧输出电压指令Vpara*进行整流器动作，使能量积蓄装置3的直流电压值Vd为规定电压。
其他输入电压范围的动作，与现有例相同。
如上所述，在PWM控制的三个输入电压范围(VL2≤Vin＜VL1，VU1＜Vin≤VU2，Vin＜VL2或者VU2＜Vin)内，通过使输入电压目标值为相同的目标值，在上述三个输入电压范围内，使无停电电源装置的输出电压维持为规定值，可以抑制由输入电压引起的输出电力变动，同时，可以抑制串联侧变换器的半导体开关的职责的增加。
(实施例2)
基于图2说明本发明的第二个实施例。与图3相同的零件标注相同的标号，省略其说明。
图2与现有例相同，是串并联回路方式的无停电电源装置，它是串联侧变换器比并联侧变换器更靠近负荷连接的例子。如图2所示，无停电电源装置由并联侧变换器100、串联侧变换器101、能量积蓄装置3、输入滤波器电容33、输出滤波器电容34、输入滤波器电抗线圈40以及输出滤波器电抗线圈41构成。并联侧变换器100包括：由半导体开关102、103和与其反并联连接的二极管108、109所构成的并联腿200，以及由半导体开关104、105和与其反并联连接的二极管110、111所构成的公共腿201。串联侧变换器101包括：由半导体开关106、107和与其反并联连接的二极管112、113所构成的串联腿202以及公共腿201。公共腿201由并联侧变换器100和串联侧变换器101共同使用，并联腿200和公共腿201的线间电压为并联侧变换器100的输出电压，串联腿202和公共腿201的线间电压为串联侧变换器101的输出电压。
接着，对动作的详细过程进行说明。
当输入电压值为VL1≤Vin≤VU1的情况下，当输入电压为正时(Vin≥0)，使半导体开关104、106接通，当输入电压为负时(Vin＜0)，使半导体开关105、107接通，通过半导体开关以及二极管输出输入电压。
当输入电压值Vin为Vin＜VL2或者VU2＜Vin的情况下，判断输入电压异常，进行后备运转。在后备运转中，由并联腿200和串联腿202构成变换器，将输出电压维持为规定电压Vr。
其他输入电压范围的动作与第一个实施例相同。
如上所述，在输入电压值Vin为VL1≤Vin≤VU1的情况下，由于与输入电压的极性一致，可以利用输入电压的频率来切换串联侧变换器2的半导体开关，因此，与PWM控制时相比，可以减少切换损失。另外，由于不是如现有例那样切换至旁通回路，因此不会产生伴随着切换开关的动作的输出电压的混乱。
其中，在实施例中，当输入电压为正时(Vin≥0)，使半导体开关104、106接通，当输入电压为负时(Vin＜0)，使半导体开关105、107接通。相反，当输入电压为正时，使半导体开关105、107接通，当输入电压为负时，使半导体开关104、106接通，同样也可以输出电压。
产业上的可利用性
本发明不仅在输入输出为单相交流的情况下，而且在输入为三相交流、输出为单相交流的情况下，或者输入输出为三相交流的情况下，都可以利用。
Claims (2)
1.一种无停电电源装置，其特征在于：
包括：与电源系统并联连接的第一变换器，与电源系统串联连接的第二变换器，在所述第一变换器和所述第二变换器之间、配置成能够电力融通的能量积蓄装置，以及控制所述第一变换器和所述第二变换器的控制装置，其中，
在所述控制装置内设置有输出电压指令切换装置，
设定包含基准电压值的第一下限电压值以上且第一上限电压值以下的第一电压范围，
比所述第一下限电压值低且在第二下限电压值以上的第二电压范围，
比所述第一上限电压值高且在第二上限电压值以下的第三电压范围，
比所述第二下限电压值低的第四电压范围，以及
比所述第二上限电压值高的第五电压范围，
当所述电源系统的电压在所述第一电压范围内时，直接输出所述系统电压；当所述电源系统的电压在所述第二或者所述第三电压范围内时，通过所述第二变换器来补偿所述电源系统的电压，输出所述基准电压值；
当所述电源系统的电压在所述第四或者所述第五电压范围内时，通过所述第一变换器来输出所述基准电压值。
2.一种无停电电源装置，其特征在于：
包括：与电源系统并联连接的第一变换器，与电源系统串联连接的第二变换器，在所述第一变换器和所述第二变换器之间、配置成能够电力融通的能量积蓄装置，以及控制所述第一变换器和所述第二变换器的控制装置，其中，
在所述控制装置内设置有输出电压指令切换装置，
设定包含基准电压值的第一下限电压值以上且第一上限电压值以下的第一电压范围，
比所述第一下限电压值低且在第二下限电压值以上的第二电压范围，
比所述第一上限电压值高且在第二上限电压值以下的第三电压范围，
比所述第二下限电压值低的第四电压范围，以及
比所述第二上限电压值高的第五电压范围，
当所述电源系统的电压在所述第一电压范围内时，在所述第二变换器中进行使其输出成短路状态的动作，直接输出所述系统电压；
当所述电源系统的电压在所述第二或者所述第三电压范围内时，通过所述第二变换器来补偿所述电源系统的电压，输出所述基准电压值；
当所述电源系统的电压在所述第四或者所述第五电压范围内时，通过所述第一变换器和所述第二变换器，输出所述基准电压值。
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