JP2004260953A

JP2004260953A - Power supply for emergency

Info

Publication number: JP2004260953A
Application number: JP2003050191A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tajiri; 浩一田尻
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2004-09-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power supply for emergency capable of smoothly switching power supply from an inverter 6 to a generator 11, even if the voltage waveform of the generator 11 is distorted. <P>SOLUTION: The power supply for emergency is composed of an uninterruptible power supply comprising a charger 4, a battery 5, the inverter 6, a UPS switch 8, and a CPU1, as well as the generator 11. Just after blackout, the power from the battery 5 is converted into an AC power with the inverter 6, and then the generator 11 is activated. The CPU1 measures the output waveform from the inverter 6 and that from the generator 11. If the output waveforms are not synchronized with each other, it controls the inverter 6 for synchronization. If the output waveform of the inverter 6 is not synchronized with that of the generator 11 after a prescribed period, the output from the inverter 6 is shielded for a prescribed period by the UPS switch 8, and then switched to the output from the generator 11. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非常用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
商用電源に停電が発生したときの対策として、バッテリを内蔵する無停電電源装置の使用が普及している。しかしながら、バッテリの容量には限りがあるため、長時間におよぶ停電には対応できないという問題点がある。すなわち、無停電電源装置に内蔵されているバッテリの容量を超える電力量を負荷に供給することはできない。そこで、無停電電源装置の入力側に、商用電源と発電機とを切り換える切換スイッチを設けて、停電後にバッテリからの給電が停止する前に、発電機を起動させて切り換える手法が用いられている。
【０００３】
図５は、従来から使用されている非常用電源装置のブロック図である。すなわち、充電器４、バッテリ５、インバータ６、停電検出回路７及びＵＰＳスイッチ８より構成される無停電電源装置１３と発電機１１とで構成されており、通常運転時には商用電源１０を切換スイッチ１２とＵＰＳスイッチ８を介して負荷９に供給するとともに、充電器４でバッテリ５を充電する。
【０００４】
無停電電源装置の入力部は、商用電源１０と発電機１１とを切換スイッチ１２を介して切り換えられる。なお、通常は、切換スイッチ１２は商用電源１０側に接続されている。
【０００５】
一方、商用電源１０が停電した場合には、ＵＰＳスイッチ８を切り換えて、バッテリ５、インバータ６から負荷９への給電を行う。その後、手動または自動で発電機１１を起動した後、切換スイッチ１２を発電機１１側に切り換える。そして、負荷９への給電は、ＵＰＳスイッチ８によって、インバータ６から発電機１１へと切り換える。
【０００６】
ここで、インバータ６による給電から、発電機１１による給電に切り換えるには、一般的には次の３つの条件が必要とされる。
（１）発電機１１による電圧が９０Ｖ〜１１０Ｖの範囲内であること。
（２）商用の周波数が５０Ｈｚ±１．５Ｈｚ以内（又は、６０Ｈｚ±１．５Ｈｚ以内。）であること。
（３）インバータ６による給電の正弦波の波形と、発電機１１による給電の正弦波の波形が同期していること。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発電機１１からの電圧波形は、図２（ｂ）に示されるように歪んでいる場合が多い。このような場合には、図２（ｂ）に示されるように、交流電圧が０Ｖとクロスする部分で不安定なため、コンパレータ７ｂからの出力は、５０Ｈｚ（または、６０Ｈｚ）よりも高い周波数であるとＣＰＵ１は認識する。
【０００８】
このような場合には、切換えスイッチ１２を用いて発電機１１に接続しても、ＣＰＵ１は発電機１１からの出力が同期していないと判断して、インバータ６の出力を負荷９に給電することを継続する。そして、バッテリ５を必要以上に放電してしまうという問題点があった。
【０００９】
一方、インバータ６からの出力は、図２（ａ）に示されるようにきれいな正弦波となっており、コンパレータ７ａからの出力も安定しているとＣＰＵ１は判断する。
本発明の目的は、上記したような発電機１１からの出力のような電圧波形の歪んだ場合でも、バッテリ５を必要以上に放電することがなく、インバータ６による給電から、発電機１１による給電にスムーズに切り換えることができる非常用電源装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係わる非常用電源装置では、発電機からの出力波形をソフトウエア的なフィルタを用いて処理するとともに、インバータから発電機への切換えをスムーズに行うものである。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明では、充電器、バッテリ、インバータ、ＵＰＳスイッチ及びＣＰＵを含んで構成される無停電電源装置と発電機を有しており、停電直後には前記バッテリからの電力を前記インバータで交流電力に変換して負荷に供給した後に、前記負荷に供給する前記交流電力を前記発電機からの出力に切換える非常用電源装置において、前記ＣＰＵは、前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形とを比較し、前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形の位相が許容範囲内で同期している場合には、前記インバータからの前記負荷への出力を前記発電機からの出力に切り換え、前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形の位相が許容範囲内で同期していない場合には、双方の出力波形の位相が同期するようにインバータを制御し、その後、一定期間が経過しても前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形の位相が許容範囲内で同期していない場合には、前記インバータからの前記負荷への出力を所定時間にわたり遮断した後に、前記負荷への出力を前記発電機からの出力に切り換えることを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、ＣＰＵは、前記発電機からの出力波形の測定には、所定の周波数以上の高周波をカットして行うことを特徴としている。
【００１３】
【実施例】
１．非常用電源装置の概要
図５は、非常用電源装置のブロック図である。すなわち、充電器４、バッテリ５、インバータ６、停電検出回路７及びＵＰＳスイッチ８より構成される無停電電源装置１３と発電機１１とで構成されており、通常運転時には商用電源１０を切換スイッチ１２とＵＰＳスイッチ８を介して負荷９に供給するとともに、充電器４でバッテリ５を充電する。
【００１４】
無停電電源装置の入力部は、商用電源１０と発電機１１とを切換スイッチ１２を介して切り換えられる。なお、通常は、切換スイッチ１２は商用電源１０側に接続されている。一方、商用電源１０が停電した場合には、ＵＰＳスイッチ８を切り換えて、バッテリ５、インバータ６から負荷９への給電を行う。その後、手動または自動で発電機１１を起動した後、切換スイッチ１２を発電機１１側に切り換える。そして、負荷９への給電は、ＣＰＵ１によって発電機１１の出力が安定していることを確認した後に、ＵＰＳスイッチ８によって、インバータ６から発電機１１へと切り換える。
２．本発明に係わる非常用電源装置の制御方式
発電機１１からの電圧波形は、図５に示すようにコンパレータ７ｂを解してデジタル変換されたパルス信号としてＣＰＵ１に取り込まれる。そして、ＣＰＵ１ではカウンタ機能によって、パルスの立ち上がりエッジから立ち上がりエッジまでの時間をカウントすることにより、発電機１１の周波数や位相の状態を測定・演算する。
【００１５】
ここで、発電機１１からの電圧波形が、きれいな正弦波である場合には図２（ａ）に示されるように、電圧が正の場合にはコンパレータ７ｂから‘ｈｉｇｈ’レベルの出力となり、電圧が負の場合にはコンパレータ７ｂから‘ｌｏｗ’レベルの出力となる。そして、通常はこれら‘ｈｉｇｈ’レベルの出力及び‘ｌｏｗ’レベルの出力が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚで繰り返される。
同様にインバータ６からの出力波形も、コンパレータ７ａを解してデジタル変換されてパルス信号としてＣＰＵ１に取り込まれる。なお、インバータ６からの出力波形は、図２（ａ）に示されるようにきれいな正弦波であり、通常は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚで繰り返される。そして、５０Ｈｚの場合には、立ち上がりから、次の立ち上がりまでの時間は２０ｍｓである。
３．本発明に係わる非常用電源装置の動作方式
以下に、図１のフローチャートを用いて本発明に係わる非常用電源装置の動作状況について説明する。ここでステップ１０では、発電機１１及びインバータ６からの出力波形がコンパレータ７ａ，ｂによって、デジタル変換されてパルス信号としてＣＰＵ１に読み込まれる。
ここで、発電機１１からの出力波形に乱れがあるような場合には、図２（ｂ）に示されるように、出力電圧が負から正に変化する場合や、その逆の正から負へ変化する際、いわゆる電圧が０Ｖをクロスする際に、コンパレータ７ｂの出力が‘ｈｉｇｈ’レベルと‘ｌｏｗ’レベルとの出力が短時間に繰り返される場合が認められる。
そこで、本発明ではステップ２０で、ソフトウェア的なフィルターを通すようにした。すなわち、ステップ２０では、‘ｈｉｇｈ’レベルと‘ｌｏｗ’レベルでの期間が、１ｍｓ以下の場合には後述する周波数や位相の測定から省くようにした。ここで、これらの測定誤差を少なくするために、それぞれ１０周期連続して、ステップ１０のパルス読み込みを行って、その値を平均するようにした。
【００１６】
ステップ３０では、発電機１１からの出力波形の位相とインバータ６からの出力波形の位相の同期が正常な許容範囲かどうかが比較・判断される。そして、図３に示されるように、それぞれの位相がほぼ一致している場合には、ステップ４０で、ＣＰＵ１はＵＰＳスイッチ８を作動させて、０Ｖ付近の電圧で負荷９への電力の供給をインバータ６から発電機１１へ切換えるようにした。
【００１７】
なお、図４に示されるように、それぞれの位相が９０度程度ずれているような場合には、ステップ３０で同期が正常な許容範囲にないと判断されて次のように制御される。
【００１８】
ステップ５０で、インバータ６からの負荷９への供給時間が一定時間、例えば２０秒を経過していない場合には、ステップ７０でＣＰＵ１はインバータ６を発電機１１と同期するような制御をしてステップ１０へもどるようにした。
【００１９】
ステップ５０で、インバータ６からの負荷９への供給時間が一定時間、例えば２０秒を経過している場合には、ステップ６０で、インバータ６から負荷９への電力の供給を短時間、たとえば１０ｍｓｅｃ停止させた後に、ステップ４０で負荷９への電力の供給を発電機１１へ切換えるようにした（図４）。
【００２０】
すなわち、本発明を用いると、ステップ７０によるインバータ６の位相制御にもかかわらず、発電機１１からの出力波形の位相とインバータ６からの出力波形の位相とが一致していない場合でも、発電機１１が立ち上がってからバッテリ５の放電は２０秒以内に抑えることができる。
【００２１】
したがって、停電時に出力波形に乱れのある発電機が接続された場合でも、バッテリ５が深く放電されることがなく、その寿命に大きな影響をなくすることができる。加えて、位相の同期がとれないために、インバータ６から発電機１１へ切換わらず、そのままバッテリ５が放電して負荷９への交流電力の供給が停止することもない。
【００２２】
【発明の効果】
上述したように本発明を用いると、停電時に出力波形に乱れのある発電機が接続された場合でも、バッテリが過度に放電されることがない。また、負荷に悪影響を与えない範囲で、インバータによる給電から発電機による給電に切換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる非常用電源装置のフローチャートである。
【図２】インバータ及び発電機の出力波形の概略図である。
【図３】インバータ及び発電機が同期している場合の出力波形の概略図である。
【図４】インバータ及び発電機が同期していない場合の出力波形の概略図である。
【図５】非常用電源装置のブロック図である。
【符号の説明】
１：ＣＰＵ、４：充電器、５：バッテリ、６：インバータ、
７ａ，ｂ：コンパレータ、８：ＵＰＳスイッチ、９：負荷、１０：商用電源、
１１：発電機、１２：切換スイッチ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an emergency power supply.
[0002]
[Prior art]
As a countermeasure when a power failure occurs in the commercial power supply, use of an uninterruptible power supply device having a built-in battery has become widespread. However, since the capacity of the battery is limited, there is a problem that it cannot cope with a long-term power failure. That is, it is impossible to supply a load with an amount of power exceeding the capacity of the battery built in the uninterruptible power supply. Therefore, a method of providing a changeover switch for switching between the commercial power supply and the generator on the input side of the uninterruptible power supply, and starting and switching the generator before the power supply from the battery is stopped after the power failure is used. .
[0003]
FIG. 5 is a block diagram of a conventional emergency power supply device. That is, it comprises an uninterruptible power supply device 13 composed of a charger 4, a battery 5, an inverter 6, a power failure detection circuit 7, and a UPS switch 8, and a generator 11. And the load 9 via the UPS switch 8, and the battery 5 is charged by the charger 4.
[0004]
The input unit of the uninterruptible power supply is switched between a commercial power supply 10 and a generator 11 via a changeover switch 12. Normally, the changeover switch 12 is connected to the commercial power supply 10 side.
[0005]
On the other hand, when the commercial power supply 10 is out of power, the UPS switch 8 is switched to supply power from the battery 5 and the inverter 6 to the load 9. Then, after starting the generator 11 manually or automatically, the changeover switch 12 is switched to the generator 11 side. The power supply to the load 9 is switched by the UPS switch 8 from the inverter 6 to the generator 11.
[0006]
Here, switching from the power supply by the inverter 6 to the power supply by the generator 11 generally requires the following three conditions.
(1) The voltage generated by the generator 11 is in the range of 90V to 110V.
(2) The commercial frequency is within 50 Hz ± 1.5 Hz (or within 60 Hz ± 1.5 Hz).
(3) The waveform of the sine wave supplied by the inverter 6 and the waveform of the sine wave supplied by the generator 11 are synchronized.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the voltage waveform from the generator 11 is often distorted as shown in FIG. In such a case, as shown in FIG. 2B, the output from the comparator 7b is output at a frequency higher than 50 Hz (or 60 Hz) because the AC voltage is unstable at a portion where the AC voltage crosses 0V. The CPU 1 recognizes that there is.
[0008]
In such a case, even if the changeover switch 12 is used to connect to the generator 11, the CPU 1 determines that the output from the generator 11 is not synchronized and supplies the output of the inverter 6 to the load 9. Continue to do that. Then, there is a problem that the battery 5 is discharged more than necessary.
[0009]
On the other hand, the output from the inverter 6 is a clear sine wave as shown in FIG. 2A, and the CPU 1 determines that the output from the comparator 7a is also stable.
An object of the present invention is to prevent the battery 5 from being unnecessarily discharged even when the voltage waveform such as the output from the generator 11 is distorted, and to reduce the power supply from the inverter 6 to the power supply from the generator 11. It is intended to provide an emergency power supply device capable of smoothly switching.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the emergency power supply device according to the present invention processes the output waveform from the generator using a software filter, and smoothly switches from the inverter to the generator. is there.
[0011]
That is, the invention according to claim 1 includes an uninterruptible power supply device including a charger, a battery, an inverter, a UPS switch, and a CPU, and a generator. In an emergency power supply device that converts the AC power supplied to the load to an output from the generator after converting the AC power to the load and supplying the load to the load by the inverter, the CPU includes an output waveform from the inverter and the power generation. Comparing the output waveform from the inverter and the output waveform from the inverter and the output waveform from the generator are synchronized within an allowable range, the output from the inverter to the load is If the output waveform from the inverter and the phase of the output waveform from the generator are not synchronized within the allowable range, both outputs are switched to the output from the generator. If the inverter is controlled such that the phases of the waveforms are synchronized, and then the phase of the output waveform from the inverter and the phase of the output waveform from the generator are not synchronized within an allowable range even after a certain period of time, After the output from the inverter to the load is interrupted for a predetermined time, the output to the load is switched to the output from the generator.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the CPU measures an output waveform from the generator by cutting a high frequency equal to or higher than a predetermined frequency.
[0013]
【Example】
1. Overview of Emergency Power Supply FIG. 5 is a block diagram of the emergency power supply. That is, it comprises an uninterruptible power supply device 13 including a charger 4, a battery 5, an inverter 6, a power failure detection circuit 7, and a UPS switch 8, and a generator 11. And the load 9 via the UPS switch 8, and the battery 5 is charged by the charger 4.
[0014]
The input unit of the uninterruptible power supply is switched between a commercial power supply 10 and a generator 11 via a changeover switch 12. Normally, the changeover switch 12 is connected to the commercial power supply 10 side. On the other hand, when the commercial power supply 10 is out of power, the UPS switch 8 is switched to supply power from the battery 5 and the inverter 6 to the load 9. Then, after starting the generator 11 manually or automatically, the changeover switch 12 is switched to the generator 11 side. The power supply to the load 9 is switched from the inverter 6 to the generator 11 by the UPS switch 8 after the CPU 1 confirms that the output of the generator 11 is stable.
2. As shown in FIG. 5, the voltage waveform from the control type generator 11 of the emergency power supply device according to the present invention is taken into the CPU 1 as a digitally converted pulse signal through the comparator 7b. The CPU 1 measures and calculates the frequency and phase state of the generator 11 by counting the time from the rising edge of the pulse to the rising edge by the counter function.
[0015]
Here, when the voltage waveform from the generator 11 is a clean sine wave, as shown in FIG. 2A, when the voltage is positive, the comparator 7b outputs a "high" level, and the voltage is high. Is negative, the comparator 7b outputs a "low" level signal. Normally, the output of the “high” level and the output of the “low” level are repeated at 50 Hz or 60 Hz.
Similarly, the output waveform from the inverter 6 is converted into a digital signal through the comparator 7a and is taken into the CPU 1 as a pulse signal. The output waveform from the inverter 6 is a clean sine wave as shown in FIG. 2A, and is usually repeated at 50 Hz or 60 Hz. In the case of 50 Hz, the time from one rise to the next rise is 20 ms.
3. Operation Mode of Emergency Power Supply Device According to the Present Invention Hereinafter, the operation status of the emergency power supply device according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. Here, in step 10, the output waveforms from the generator 11 and the inverter 6 are digitally converted by the comparators 7a and 7b and read into the CPU 1 as pulse signals.
Here, when the output waveform from the generator 11 is disturbed, as shown in FIG. 2B, the output voltage changes from negative to positive, or vice versa. At the time of the change, when the so-called voltage crosses 0 V, it is recognized that the output of the high level and the low level of the output of the comparator 7b are repeated in a short time.
Therefore, in the present invention, in step 20, a software-like filter is passed. That is, in step 20, when the periods at the 'high' level and the 'low' level are 1 ms or less, the measurement is omitted from the frequency and phase measurement described later. Here, in order to reduce these measurement errors, the pulse reading in step 10 was performed continuously for ten periods, and the values were averaged.
[0016]
In step 30, it is determined whether or not the synchronization of the phase of the output waveform from the generator 11 with the phase of the output waveform from the inverter 6 is within a normal allowable range. Then, as shown in FIG. 3, when the respective phases are substantially coincident with each other, in step 40, the CPU 1 operates the UPS switch 8 to supply power to the load 9 at a voltage near 0V. The inverter 6 is switched to the generator 11.
[0017]
As shown in FIG. 4, when the phases are shifted by about 90 degrees, it is determined in step 30 that the synchronization is not within the normal allowable range, and the control is performed as follows.
[0018]
In step 50, if the supply time from the inverter 6 to the load 9 has not passed a predetermined time, for example, 20 seconds, the CPU 1 performs control to synchronize the inverter 6 with the generator 11 in step 70. Returned to Step 10.
[0019]
If it is determined in step 50 that the supply time from the inverter 6 to the load 9 has passed a predetermined time, for example, 20 seconds, in step 60, the supply of power from the inverter 6 to the load 9 is short-time, for example, 10 msec. After the stop, the supply of power to the load 9 is switched to the generator 11 in step 40 (FIG. 4).
[0020]
That is, according to the present invention, even if the phase of the output waveform from the generator 11 does not match the phase of the output waveform from the inverter 6 despite the phase control of the inverter 6 in step 70, The discharge of the battery 5 can be suppressed within 20 seconds after the start-up of the battery 11.
[0021]
Therefore, even when a generator having a distorted output waveform is connected at the time of a power failure, the battery 5 is not deeply discharged, and the life of the battery 5 can be largely prevented. In addition, since the phases are not synchronized, the battery 5 is not discharged and the supply of AC power to the load 9 is not stopped without switching from the inverter 6 to the generator 11.
[0022]
【The invention's effect】
As described above, when the present invention is used, the battery is not excessively discharged even when a generator having a distorted output waveform is connected during a power failure. In addition, it is possible to switch from power supply by the inverter to power supply by the generator within a range that does not adversely affect the load.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart of an emergency power supply device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of output waveforms of an inverter and a generator.
FIG. 3 is a schematic diagram of an output waveform when an inverter and a generator are synchronized.
FIG. 4 is a schematic diagram of an output waveform when an inverter and a generator are not synchronized.
FIG. 5 is a block diagram of an emergency power supply device.
[Explanation of symbols]
1: CPU, 4: Charger, 5: Battery, 6: Inverter,
7a, b: comparator, 8: UPS switch, 9: load, 10: commercial power supply,
11: generator, 12: changeover switch

Claims

It has an uninterruptible power supply including a charger, a battery, an inverter, a UPS switch, and a CPU, and a generator. Immediately after a power failure, the inverter converts the power from the battery into AC power and loads the AC power. In the emergency power supply device that switches the AC power supplied to the load to the output from the generator after being supplied to the load, the CPU compares an output waveform from the inverter with an output waveform from the generator. When the phase of the output waveform from the inverter and the phase of the output waveform from the generator are synchronized within an allowable range, the output from the inverter to the load is switched to the output from the generator, If the phase of the output waveform from the inverter and the phase of the output waveform from the generator are not synchronized within an allowable range, the phase of both output waveforms is synchronized. If the phase of the output waveform from the inverter and the phase of the output waveform from the generator are not synchronized within a permissible range even after a certain period of time, the inverter controls the load from the inverter. An emergency power supply device, wherein the output to the load is switched to the output from the generator after the output of the power supply is cut off for a predetermined time.

2. The emergency power supply device according to claim 1, wherein the CPU measures the output waveform from the generator by cutting off a high frequency higher than a predetermined frequency.