JP2000193686A - 交流電圧の異常を検出する電圧検出方法 - Google Patents

交流電圧の異常を検出する電圧検出方法

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JP2000193686A
JP2000193686A JP10370668A JP37066898A JP2000193686A JP 2000193686 A JP2000193686 A JP 2000193686A JP 10370668 A JP10370668 A JP 10370668A JP 37066898 A JP37066898 A JP 37066898A JP 2000193686 A JP2000193686 A JP 2000193686A
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voltage
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Atsuyuki Hirao
敬幸 平尾
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流電圧の異常を瞬時に検出する電圧検出方
法を実現する。 【解決手段】 交流電源1からの交流電圧を電圧変成器
2を介して入力し、A/D変換回路3によってディジタ
ル変換した信号波形をCPU4にとりこみ、CPU4に
格納してあるソフトプログラムによって異常電圧を検出
し、スイッチ制御回路5によってスイッチ7をオフとす
ると共に、双方向コンバータ制御回路6によって双方向
コンバータ8をインバータ運転に切り換え、蓄電池7を
交流変換して負荷10へ交流電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、交流入力電圧の異
常を検出する電圧検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】常時商用給電方式のUPSにおいては、
商用給電からインバータ給電へ高速で切り換えることが
肝要である。平常時においては、交流電源101からの
交流入力はスイッチ110を介して負荷111に供給さ
れており、スイッチ110の負荷側には双方向コンバー
タ112が並列接続してあり、双方向コンバータ112
の直流出力側には蓄電池113が接続してある。交流電
源101に停電等の異常が発生した場合には、電圧変成
器102を介して電圧検出回路109に異常電圧が進入
する。電圧検出回路109は整流回路103とローパス
フィルタ104によって構成しており、入力電圧の平均
値を求めてその異常を検出していた。即ち、ローパスフ
ィルタ104の出力はコンパレータ105と106に入
力し、それぞれのコンパレータに備えてある基準電圧レ
ベルの異なる基準電圧 ref,refと比較される。コ
ンパレータ105と106によって異常を検出されたそ
れぞれの検出信号は、スイッチ制御回路107と双方向
コンバータ制御回路108に入力し、スイッチ107を
オフとすると共に、双方向コンバータ112をインバー
タ運転に切り換えることによって蓄電池113の直流電
力を交流変換して負荷111に供給していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記電圧検出回路10
9にはローパスフィルタ104が直列接続してあるの
で、このローパスフィルタ4の動作特性により電圧検出
速度に限界が生じ、瞬時の異常検出ができなかった。こ
のために、スイッチ110の切換操作と双方向コンバー
タ112の並入による負荷111への交流電力の供給も
遅れてしまう欠点があり、安定した電力供給に支障を来
していた。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、瞬時停電発生
時における電源切り換えの遅れによる給電支障を生じさ
せないように、瞬停を高速で検出可能な電圧検出回路を
設け、この電圧検出回路に内蔵するコンピュータの高速
演算処理機能により、電源電圧の異常を瞬時検出させよ
うとするものである。即ち、入力した異常波形を有する
交流電圧をA/D変換したディジタル信号波形と、該信
号波形の位相をπだけシフトした信号波形との差を求め
て偶数調波成分と直流成分とを消去した信号波形を生成
する第1のステップと、該第1のステップにより得られ
た信号波形の位相をπ/2だけシフトした信号波形を生
成する第2のステップと、第1のステップと第2のステ
ップとにおいて得られた信号波形をそれぞれ2乗したう
えで加算して、直流成分と第4調波以上の交流成分より
成る信号波形を生成する第3のステップと、該第3のス
テップにより生成した信号波形の1サイクル前の信号波
形と、第3のステップにより生成した信号波形をローパ
スフィルタ処理した信号波形との差を演算して交流成分
を取り出す第4のステップと、第3のステップにより得
られた信号波形と第4のステップにより得られた信号波
形との差を演算して異常成分を含んだ直流成分を取り出
す第5のステップとによって電圧検出アルゴリズムを構
成し、さらに、第5のステップにより取り出した異常成
分を含んだ直流成分をコンパレータに入力させて基準電
圧と比較し、入力した交流電圧の異常を瞬時に検出する
ようにした。
【0005】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。図1は本発明による電圧検出機能
を備えたUPSの回路構成を示すブロック図、図2は異
常電圧検出アルゴリズムを説明するためのブロック線
図、図3はブロック線図上における波形図である。
【0006】平常時においては、交流電源1はスイッチ
7を介して商用交流電力を負荷10に供給されており、
スイッチ7の負荷側には直流出力側に蓄電池9を備えた
双方向コンバータ8が並列接続してある。また、電圧変
成器2を介して電圧検出回路12に入力した交流電圧
は、A/D変換回路3によってディジタル信号に変換さ
れ、CPU4に格納してあるプログラム11に基づいて
演算処理される。交流電源1において発生した瞬停はC
PU4によって瞬時に検出され、スイッチ制御回路5を
介してスイッチ7をオフとすると同時に、双方向コンバ
ータ制御回路6を介して双方向コンバータ8をインバー
タ運転に切り換え、蓄電池9からの直流電力を交流変換
して負荷10に供給する。
【0007】以下、CPU4に格納してあるプログラム
による異常電圧検出アルゴリズムを図2を参照しながら
説明する。
【0008】一般に、商用電源電圧波形はフーリエ級数
によって表示できる。
【0009】第1のステップとして、入力信号波形と、
その信号波形の位相をπだけシフトした信号波形との差
の演算を行うと、(3)式に示すように、偶数調波成分
と直流成分とを消去した信号波形が得られる。 (1)式と(2)式の差をとると
【0010】第2のステップとして、第1のステップに
より得られた信号波形の位相をπ/2だけシフトした信
号波形を求める。(3)式の位相をπ/2だけシフトし
た信号波形は
【0011】第3のステップとして、第1のステップに
よって得られた信号波形と第2のステップによって得ら
れた信号波形とを、それぞれ2乗演算したうえで加算す
ると、直流成分と第4調波以上の交流成分より成る信号
波形が得られる。即ち、(5)式における第1項は直流
成分であり、第2項以下は凡て第4調波以上の交流成分
となる。
【0012】 ここで、 (5)式は直流成分と第4調波以上の交流成分であるか
ら、第4調波以上の交流成分を消去できると、(5)式
より交流入力電圧を直流量として検出できる。
【0013】瞬停発生前における電圧波形は定常状態を
維持しているものと考えると、(5)式の値は定常状態
においては1サイクル前と変化していない。従って、第
4のステップとして、第3のステップによって得られた
信号波形の1サイクル前の信号波形ν(−nT)と、ロ
ーパスフィルタ18によって処理した第3ステップによ
る信号波形νdcとの差を求めると、交流成分{ν(−
nT)−νdc}が得られる。
【0014】第5のステップとして、第3のステップに
より得られた信号波形と第4のステップにより得られた
信号波形との差を求めると、入力信号の直流成分が取り
出せる。
【0015】第5のステップにより取り出した直流成分
をコンパレータ22と23に入力して、それぞれの基準
電圧 ref, refと比較する。コンパレータ22は瞬
停検出用、コンパレータ23は過電圧検出用となるよう
に基準電圧 ref, refを設定しておく。また、コン
パレータ22と23の出力信号は、それぞれスイッチ制
御回路5と双方向コンバータ制御回路6に入力して、ス
イッチ7のオン・オフ制御と双方向コンバータ8の蓄電
池充電制御と蓄電池放電(インバータ運転)制御の切り
換えを制御する。
【0016】図2に示すブロック線図上における信号波
形は、図3に示すようになる。A/D変換回路3へ入力
する異常成分を含んだ交流電圧波形は〔A〕によって示
される。第1のステップと第2のステップを介して、第
3のステップによって生成された直流成分と第4調波以
上の交流成分より成る信号波形は〔B〕によって示され
る。また、第3のステップによる信号波形を2πだけシ
フトした1サイクル前の信号ν(−nT)の波形は
〔C〕となり、ローパスフィルタ18の出力信号νdc
は〔D〕となる。従って、第4のステップによる信号波
形{ν(−nT)−νdc}は〔E〕となる。さらに、
第5のステップによって得られた信号波形は〔F〕であ
って、異常パルス成分を含んだ直流成分より成る信号波
形が得られ、この異常パルスの中の第1発目の信号で異
常を検出する。
【0017】
【発明の効果】本発明による異常電圧検出方法は、A/
D変換した信号波形をCPUに格納してある異常電圧検
出アルゴリズムにより極めて高速で検出できる。従っ
て、商用給電からインバータ給電への切り換えも高速と
なり、安定したUPSによる電力供給も実現可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電圧検出機能を備えたUPSの回
路構成を示すブロック図。
【図2】異常電圧検出アルゴリズムを示すブロック線
図。
【図3】波形図。
【図4】従来技術によるUPSの回路構成を示すブロッ
ク図。
【符号の説明】
1 交流電源 2 電圧変成器 3 A/D変換器 4 CPU 5 スイッチ制御回路 6 双方向コンバータ制御回路 7 スイッチ 8 双方向コンバータ 9 蓄電池 10 負荷
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02H 3/50 H02H 3/50 D

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電圧変成器を介して入力した交流電圧を
    A/D変換させたディジタル信号波形と、該信号波形の
    位相をπだけシフトした信号波形との差を演算して偶数
    調波成分と直流成分とを消去した信号波形を生成する第
    1のステップと、 該第1のステップにより生成した信号波形の位相をπ/
    2だけシフトした信号波形を生成する第2のステップ
    と、 前記第1のステップにより生成した信号波形と第2のス
    テップにより生成した信号波形とを、それぞれ2乗演算
    したうえで加算して直流成分と第4調波以上の交流成分
    より成る信号波形を生成する第3のステップと、 該第3のステップにより生成した信号波形における1サ
    イクル前の信号波形と、第3のステップにより生成した
    信号波形をローパスフィルタ処理した信号波形との差を
    演算して交流成分を取り出す第4のステップと、 前記第3のステップにより生成した信号波形と第4のス
    テップにより取り出した交流成分との差を演算して直流
    成分を取り出す第5のステップと、 によって電圧検出アルゴリズムを構成し、さらに、第5
    のステップにより取り出した直流成分をコンパレータに
    入力させて基準電圧と比較し、入力した交流電圧の異常
    を検出するようにしたことを特徴とする交流電圧の異常
    を検出する電圧検出方法。
  2. 【請求項2】 異なる基準電圧を備えた複数のコンパレ
    ータを設け、前記第5のステップにより取り出した直流
    成分と前記基準電圧との比較により、入力した交流電圧
    の瞬時低下もしくは過電圧を検出するようにしたことを
    特徴とする請求項1に記載の交流電圧の異常を検出する
    電圧検出方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN109643886A (zh) * 2016-08-31 2019-04-16 泰连公司 配置为确定交流电力线中的直流分量何时超过指定阈值的控制电路

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