JP2004320950A - 常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】停電をバックアップする電源の電圧立ち上がりを素早く行い、且つ急激な電圧変動に耐えるようにすることにある。
【解決手段】商用電源１と負荷８の間に挿入した電源開閉器２の負荷側に、バッテリー３が給電する電力変換装置９（昇降圧チョッパ４，インバータ５，直流中間コンデンサ７で構成）を接続する。商用電源１の停電時には電源開閉器２を開路し、昇降圧チョッパ４の出力電圧をコンデンサ７に定めた所定電圧よりも高い電圧目標値に向かって立ち上げてコンデンサを充電してその電圧が所定値を上回れば充電を中断し、コンデンサ電圧が所定値以下になれば充電を再開するオン−オフ動作を繰り返させる。更にインバータ５はその交流出力電圧を平均値制御により電圧制御させる。
【選択図】 図１
【解決手段】商用電源１と負荷８の間に挿入した電源開閉器２の負荷側に、バッテリー３が給電する電力変換装置９（昇降圧チョッパ４，インバータ５，直流中間コンデンサ７で構成）を接続する。商用電源１の停電時には電源開閉器２を開路し、昇降圧チョッパ４の出力電圧をコンデンサ７に定めた所定電圧よりも高い電圧目標値に向かって立ち上げてコンデンサを充電してその電圧が所定値を上回れば充電を中断し、コンデンサ電圧が所定値以下になれば充電を再開するオン−オフ動作を繰り返させる。更にインバータ５はその交流出力電圧を平均値制御により電圧制御させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、停電時にバッテリーから電力変換装置を介して出力する交流電力を急速に立ち上げることができる常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は常時商用給電方式無停電電源装置の回路構成の一般的な例を示した主回路接続図である。
この図２において、商用電源１からの交流電力は、電源開閉器２を介して負荷８へ供給されるが、商用電源１が停電すれば負荷８への電力の供給は断たれる。そこで商用電源１が停電しても負荷８の運転を継続できるようにするために、例えば常時商用給電方式無停電電源装置（以下では単に無停電電源装置と略称する）１０を設置する。この無停電電源装置１０はバッテリー３と電力変換装置９および前述の電源開閉器２で構成しているが、この電力変換装置９は第１電力変換器としての昇降圧チョッパ４と、第２電力変換器としてのインバータ５と、これら両変換器の直流側同士を結合した直流中間回路に接続している直流中間コンデンサ７ならびに昇降圧チョッパ４とインバータ５を制御する制御回路６とで構成している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
商用電源１からの交流電力は通常は電源開閉器２を経て負荷８へ供給されるのであるが、この交流電力を入力して整流器としての動作をするインバータ５が、交流電力を直流電力に変換して直流中間コンデンサ７を充電する。また昇降圧チョッパ４はこの直流中間回路の電圧をバッテリー３に適した電圧に変換（降圧することが多い）してバッテリー３を充電する。
ここで商用電源１が停電すると、図示していない停電検出器がこの停電を検出して電源開閉器２に開路指令を与えるが、これと同時に昇降圧チョッパ４はバッテリー３からの直流電力を直流中間回路電圧へ昇圧させる動作を開始する。次いでインバータ５を始動してこの直流中間回路電圧を負荷８に適した電圧と周波数の交流電力に変換することで、商用電源１の停電をバックアップしている。このとき、これら昇降圧チョッパ４とインバータ５は定電圧制御されており、直流中間回路電圧と負荷８に印加される交流電圧は一定値を維持している。このときの定電圧制御は比例積分制御とするのが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８４６８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、停電時に商用電源１からバックアップ電源へ切り換えるにあたっては、インバータ５の始動に先立って、必ず電源開閉器２を開路しておく必要がある。さもないと、インバータ５の出力が電源開閉器２を介して商用電源１側へ流入してインバータ５を過電流トリップさせることになり、商用電源１の停電をバックアップできなくなるからである。このように商用電源１が停電した場合には、無停電電源装置１０がバックアップ動作を開始する際に、短時間ではあるが負荷８への印加電圧が零ボルトになってしまうのが欠点である。
【０００６】
このような事態を生じている時間を極力短縮するためには、インバータ５の出力電圧を零ボルトから定格値まで急速に立ち上げる必要があり、そのためには、昇降圧チョッパ４とインバータ５の制御指令値の初期値を高くしなければならないが、通常の比例積分制御では、初期値を高くすると、軽い負荷の場合に出力電圧のオーバーシュートが大きくなってしまう不具合がある。そこでこのような不具合を回避するべく制御指令値の初期値を低くすると、重負荷の場合に出力電圧のアンダーシュートが大きくなって、負荷８に対して悪影響を及ぼすことになる不具合を生じる恐れがある。
【０００７】
このような不具合を回避するためには、負荷量の大小に対応して制御指令値の初期値を変化させる方法もあるが、負荷８が例えば定電力負荷の場合は、商用電源１からバックアップ電源である電力変換装置９へ切り換える際の短時間停電中は電流を供給できないので、インバータ５が起動した瞬間に停電中の不足分を補充しようとして大電流が流れ、インバータ５の出力電圧を大幅に低下させてしまう不具合を生じることもある。
そこでこの発明の目的は、停電をバックアップする電源の電圧立ち上がりを素早く行い、且つ急激な電圧変動に耐えるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法は、
商用電源と負荷との間に挿入している電源開閉器の負荷側に、バッテリーからの直流電力を所望電圧の直流電力に変換する第１電力変換器とこの直流電力を交流電力に変換する第２電力変換器とをコンデンサを介して接続した構成の電力変換装置を接続し、常時は前記電源開閉器を閉路して前記商用電源から前記負荷へ電力を供給すると共に、当該商用電源は前記電力変換装置を介して前記バッテリーを充電する常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法において、
前記商用電源の停電時には前記電源開閉器を開路すると共に前記電力変換装置へ起動指令を与え、前記第１電力変換器はその出力電圧を前記コンデンサに定めた所定電圧よりも高く設定した電圧目標値に向かって立ち上げて当該コンデンサの充電を開始し、該コンデンサの電圧が前記所定値を上回れば当該第１電力変換器は前記コンデンサの充電を中断し、該コンデンサの電圧が前記所定値を下回ればこのコンデンサの充電を再開する動作を繰り返す。
【０００９】
前記第２電力変換器はその交流出力電圧を平均値制御により電圧制御する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例を表したフローチャートであって、図２で既述の主回路接続図に対応している。すなわち、停電検出器が商用電源１の停電を検出（処理１１，判断２１）すると、電源開閉器２へ開路指令（処理１２）が与えられる。この開路指令に従って電源開閉器２が開路したことを確認（判断２２）すると、第１電力変換器としての昇降圧チョッパ４へ始動指令（処理１３）が与えられる。これの始動時に直流中間コンデンサ７を充電するべく昇降圧チョッパ４が出力する直流電圧の目標値は、直流中間回路に定めている所定電圧よりも高く設定（処理１４）しているから、直流中間コンデンサ７の電圧がこの所定電圧に到達するまでの時間は、電圧目標値を通常の値に設定している場合よりも短縮することができる。
【００１１】
直流中間回路電圧はこの所定電圧を越えてそれよりも高い目標電圧へ上昇しようとするのであるが、所定電圧に到達したことを検出（判断２３）すると、昇降圧チョッパ４へは直流中間コンデンサ７の充電を中断する指令（処理１５）が与えられる。この充電中断指令と同時に第２電力変換器としてのインバータ５へは始動指令（処理１６）が与えられ、インバータ５は始動を開始する。インバータ５が始動して負荷８へ交流電力の供給を開始することにより直流中間コンデンサ７の電荷が消費されて、その電圧は低下を始める。直流中間回路電圧が前記の所定値（実際には所定値よりも下側に定めた値）を下回ったことを検出（判断２４）すれば、当該昇降圧チョッパ４は再び前述の高い電圧目標値に向かって直流中間コンデンサ７の充電を開始（処理１４）する。この電圧が所定値まで上昇すれば充電を中断し、充電中断中に電圧が所定値まで低下すれば再び充電を開始するといういわゆるオン−オフ制御動作を、この昇降圧チョッパ４はインバータ５の始動が完了するまで繰り返す。
【００１２】
また、電力変換装置９を構成している第２電力変換器としてのインバータ５は、比例積分制御による平均値電圧制御を行うことにより、その出力電圧は急激な負荷変動の影響を受け難くすることができる。すなわちバッテリー３を電源とする昇降圧チョッパ４をオン−オフ制御動作とし、この昇降圧チョッパ４の直流出力を交流電力に変換するインバータ５を平均値電圧制御とする組み合わせた無停電電源装置１０である。
かくして商用電源１が停電したときのバックアップを素早く行うと共に、負荷８の影響で交流電圧が大きく低下するのを回避することができる。
【００１３】
【発明の効果】
従来の常時商用給電方式無停電電源装置は、商用電源が停電してからバックアップ電源が立ち上がるまでに、いくらかの時間がかかっていたことと、負荷が定電力負荷などの場合にはこのバックアップ電源が立ち上がった瞬間に過大な電流が流れて装置を破損させたり、電圧が大幅に低下するなどの不具合を生じる恐れがあった。これに対して本発明では、バックアップ電源を構成している第１電力変換器の出力電圧目標値を実際よりも高く設定しておいてオン−オフ制御動作をさせると共に、第２電力変換器を平均値電圧制御させることでその出力電圧が負荷変動の影響を受け難いようにしている。それ故、商用電源が停電したときのバックアップを素早く行うことができる効果が得られるし、負荷変動の影響で交流電圧が大きく低下するのを回避することができる効果も合わせて得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を表したフローチャート
【図２】常時商用給電方式無停電電源装置の回路構成の一般的な例を示した主回路接続図
【符号の説明】
１ 商用電源
２ 電源開閉器
３ バッテリー
４ 第１電力変換器としての昇降圧チョッパ
５ 第２電力変換器としてのインバータ
６ 制御回路
７ 直流中間コンデンサ
８ 負荷
９ 電力変換装置
１０ 無停電電源装置
１１〜１６ 処理
２１〜２５ 判断
【発明の属する技術分野】
この発明は、停電時にバッテリーから電力変換装置を介して出力する交流電力を急速に立ち上げることができる常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は常時商用給電方式無停電電源装置の回路構成の一般的な例を示した主回路接続図である。
この図２において、商用電源１からの交流電力は、電源開閉器２を介して負荷８へ供給されるが、商用電源１が停電すれば負荷８への電力の供給は断たれる。そこで商用電源１が停電しても負荷８の運転を継続できるようにするために、例えば常時商用給電方式無停電電源装置（以下では単に無停電電源装置と略称する）１０を設置する。この無停電電源装置１０はバッテリー３と電力変換装置９および前述の電源開閉器２で構成しているが、この電力変換装置９は第１電力変換器としての昇降圧チョッパ４と、第２電力変換器としてのインバータ５と、これら両変換器の直流側同士を結合した直流中間回路に接続している直流中間コンデンサ７ならびに昇降圧チョッパ４とインバータ５を制御する制御回路６とで構成している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
商用電源１からの交流電力は通常は電源開閉器２を経て負荷８へ供給されるのであるが、この交流電力を入力して整流器としての動作をするインバータ５が、交流電力を直流電力に変換して直流中間コンデンサ７を充電する。また昇降圧チョッパ４はこの直流中間回路の電圧をバッテリー３に適した電圧に変換（降圧することが多い）してバッテリー３を充電する。
ここで商用電源１が停電すると、図示していない停電検出器がこの停電を検出して電源開閉器２に開路指令を与えるが、これと同時に昇降圧チョッパ４はバッテリー３からの直流電力を直流中間回路電圧へ昇圧させる動作を開始する。次いでインバータ５を始動してこの直流中間回路電圧を負荷８に適した電圧と周波数の交流電力に変換することで、商用電源１の停電をバックアップしている。このとき、これら昇降圧チョッパ４とインバータ５は定電圧制御されており、直流中間回路電圧と負荷８に印加される交流電圧は一定値を維持している。このときの定電圧制御は比例積分制御とするのが一般的である。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８４６８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、停電時に商用電源１からバックアップ電源へ切り換えるにあたっては、インバータ５の始動に先立って、必ず電源開閉器２を開路しておく必要がある。さもないと、インバータ５の出力が電源開閉器２を介して商用電源１側へ流入してインバータ５を過電流トリップさせることになり、商用電源１の停電をバックアップできなくなるからである。このように商用電源１が停電した場合には、無停電電源装置１０がバックアップ動作を開始する際に、短時間ではあるが負荷８への印加電圧が零ボルトになってしまうのが欠点である。
【０００６】
このような事態を生じている時間を極力短縮するためには、インバータ５の出力電圧を零ボルトから定格値まで急速に立ち上げる必要があり、そのためには、昇降圧チョッパ４とインバータ５の制御指令値の初期値を高くしなければならないが、通常の比例積分制御では、初期値を高くすると、軽い負荷の場合に出力電圧のオーバーシュートが大きくなってしまう不具合がある。そこでこのような不具合を回避するべく制御指令値の初期値を低くすると、重負荷の場合に出力電圧のアンダーシュートが大きくなって、負荷８に対して悪影響を及ぼすことになる不具合を生じる恐れがある。
【０００７】
このような不具合を回避するためには、負荷量の大小に対応して制御指令値の初期値を変化させる方法もあるが、負荷８が例えば定電力負荷の場合は、商用電源１からバックアップ電源である電力変換装置９へ切り換える際の短時間停電中は電流を供給できないので、インバータ５が起動した瞬間に停電中の不足分を補充しようとして大電流が流れ、インバータ５の出力電圧を大幅に低下させてしまう不具合を生じることもある。
そこでこの発明の目的は、停電をバックアップする電源の電圧立ち上がりを素早く行い、且つ急激な電圧変動に耐えるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法は、
商用電源と負荷との間に挿入している電源開閉器の負荷側に、バッテリーからの直流電力を所望電圧の直流電力に変換する第１電力変換器とこの直流電力を交流電力に変換する第２電力変換器とをコンデンサを介して接続した構成の電力変換装置を接続し、常時は前記電源開閉器を閉路して前記商用電源から前記負荷へ電力を供給すると共に、当該商用電源は前記電力変換装置を介して前記バッテリーを充電する常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法において、
前記商用電源の停電時には前記電源開閉器を開路すると共に前記電力変換装置へ起動指令を与え、前記第１電力変換器はその出力電圧を前記コンデンサに定めた所定電圧よりも高く設定した電圧目標値に向かって立ち上げて当該コンデンサの充電を開始し、該コンデンサの電圧が前記所定値を上回れば当該第１電力変換器は前記コンデンサの充電を中断し、該コンデンサの電圧が前記所定値を下回ればこのコンデンサの充電を再開する動作を繰り返す。
【０００９】
前記第２電力変換器はその交流出力電圧を平均値制御により電圧制御する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例を表したフローチャートであって、図２で既述の主回路接続図に対応している。すなわち、停電検出器が商用電源１の停電を検出（処理１１，判断２１）すると、電源開閉器２へ開路指令（処理１２）が与えられる。この開路指令に従って電源開閉器２が開路したことを確認（判断２２）すると、第１電力変換器としての昇降圧チョッパ４へ始動指令（処理１３）が与えられる。これの始動時に直流中間コンデンサ７を充電するべく昇降圧チョッパ４が出力する直流電圧の目標値は、直流中間回路に定めている所定電圧よりも高く設定（処理１４）しているから、直流中間コンデンサ７の電圧がこの所定電圧に到達するまでの時間は、電圧目標値を通常の値に設定している場合よりも短縮することができる。
【００１１】
直流中間回路電圧はこの所定電圧を越えてそれよりも高い目標電圧へ上昇しようとするのであるが、所定電圧に到達したことを検出（判断２３）すると、昇降圧チョッパ４へは直流中間コンデンサ７の充電を中断する指令（処理１５）が与えられる。この充電中断指令と同時に第２電力変換器としてのインバータ５へは始動指令（処理１６）が与えられ、インバータ５は始動を開始する。インバータ５が始動して負荷８へ交流電力の供給を開始することにより直流中間コンデンサ７の電荷が消費されて、その電圧は低下を始める。直流中間回路電圧が前記の所定値（実際には所定値よりも下側に定めた値）を下回ったことを検出（判断２４）すれば、当該昇降圧チョッパ４は再び前述の高い電圧目標値に向かって直流中間コンデンサ７の充電を開始（処理１４）する。この電圧が所定値まで上昇すれば充電を中断し、充電中断中に電圧が所定値まで低下すれば再び充電を開始するといういわゆるオン−オフ制御動作を、この昇降圧チョッパ４はインバータ５の始動が完了するまで繰り返す。
【００１２】
また、電力変換装置９を構成している第２電力変換器としてのインバータ５は、比例積分制御による平均値電圧制御を行うことにより、その出力電圧は急激な負荷変動の影響を受け難くすることができる。すなわちバッテリー３を電源とする昇降圧チョッパ４をオン−オフ制御動作とし、この昇降圧チョッパ４の直流出力を交流電力に変換するインバータ５を平均値電圧制御とする組み合わせた無停電電源装置１０である。
かくして商用電源１が停電したときのバックアップを素早く行うと共に、負荷８の影響で交流電圧が大きく低下するのを回避することができる。
【００１３】
【発明の効果】
従来の常時商用給電方式無停電電源装置は、商用電源が停電してからバックアップ電源が立ち上がるまでに、いくらかの時間がかかっていたことと、負荷が定電力負荷などの場合にはこのバックアップ電源が立ち上がった瞬間に過大な電流が流れて装置を破損させたり、電圧が大幅に低下するなどの不具合を生じる恐れがあった。これに対して本発明では、バックアップ電源を構成している第１電力変換器の出力電圧目標値を実際よりも高く設定しておいてオン−オフ制御動作をさせると共に、第２電力変換器を平均値電圧制御させることでその出力電圧が負荷変動の影響を受け難いようにしている。それ故、商用電源が停電したときのバックアップを素早く行うことができる効果が得られるし、負荷変動の影響で交流電圧が大きく低下するのを回避することができる効果も合わせて得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を表したフローチャート
【図２】常時商用給電方式無停電電源装置の回路構成の一般的な例を示した主回路接続図
【符号の説明】
１ 商用電源
２ 電源開閉器
３ バッテリー
４ 第１電力変換器としての昇降圧チョッパ
５ 第２電力変換器としてのインバータ
６ 制御回路
７ 直流中間コンデンサ
８ 負荷
９ 電力変換装置
１０ 無停電電源装置
１１〜１６ 処理
２１〜２５ 判断
Claims (2)
- 商用電源と負荷との間に挿入している電源開閉器の負荷側に、バッテリーからの直流電力を所望電圧の直流電力に変換する第１電力変換器とこの直流電力を交流電力に変換する第２電力変換器とをコンデンサを介して接続した構成の電力変換装置を接続し、常時は前記電源開閉器を閉路して前記商用電源から前記負荷へ電力を供給すると共に、当該商用電源は前記電力変換装置を介して前記バッテリーを充電する常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法において、
前記商用電源の停電時には前記電源開閉器を開路すると共に前記電力変換装置へ起動指令を与え、前記第１電力変換器はその出力電圧を前記コンデンサに定めた所定電圧よりも高く設定した電圧目標値に向かって立ち上げて当該コンデンサの充電を開始し、該コンデンサの電圧が前記所定値を上回れば当該第１電力変換器は前記コンデンサの充電を中断し、該コンデンサの電圧が前記所定値を下回ればこのコンデンサの充電を再開する動作を繰り返すことを特徴とする常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法。 - 請求項１に記載の常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法において、
前記第２電力変換器は、その交流出力電圧を平均値制御により電圧制御することを特徴とする常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003114306A JP2004320950A (ja) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | 常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003114306A JP2004320950A (ja) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | 常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004320950A true JP2004320950A (ja) | 2004-11-11 |
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ID=33473946
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003114306A Pending JP2004320950A (ja) | 2003-04-18 | 2003-04-18 | 常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004320950A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008278549A (ja) * | 2007-04-25 | 2008-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
| CN102347632A (zh) * | 2010-07-30 | 2012-02-08 | 炬力集成电路设计有限公司 | 一种电源切换装置及其切换方法 |
| CN109188122A (zh) * | 2018-08-11 | 2019-01-11 | 武汉盛硕电子有限公司 | 一种用于充电桩的掉电记忆方法 |
| JP2019187155A (ja) * | 2018-04-13 | 2019-10-24 | 株式会社豊田自動織機 | 車載ｄｃ−ａｃインバータ |
-
2003
- 2003-04-18 JP JP2003114306A patent/JP2004320950A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008278549A (ja) * | 2007-04-25 | 2008-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | 電力変換装置 |
| CN102347632A (zh) * | 2010-07-30 | 2012-02-08 | 炬力集成电路设计有限公司 | 一种电源切换装置及其切换方法 |
| JP2019187155A (ja) * | 2018-04-13 | 2019-10-24 | 株式会社豊田自動織機 | 車載ｄｃ−ａｃインバータ |
| CN109188122A (zh) * | 2018-08-11 | 2019-01-11 | 武汉盛硕电子有限公司 | 一种用于充电桩的掉电记忆方法 |
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