JP2005229662A - 無停電電源装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】無停電電源装置の過負荷耐量を高められるようにする。
【解決手段】交流電源4の電圧が正常な場合にはスイッチ6を閉じ、蓄電器3に電力を供給するように変換器1を制御し、交流電源4の電圧が許容電圧範囲を逸脱した場合にはスイッチ6を開き、負荷5に印加する電圧が所定値となるよう変換器1を制御し、交流電源4電圧の正常時に無停電電源装置の出力電流が所定値を逸脱した場合(過負荷状態)には、入力電流が許容値以下となるように、蓄電器3から変換器1を介して負荷5に電力を供給するよう変換器1を制御する。つまり、過負荷電流を入力電源4とこれに並列に接続される並列接続変換器1とで分担することにより、過負荷耐量を向上させる。
【選択図】図5

Description

この発明は、過負荷耐量を上げることが可能な無停電電源装置に関する。
無停電電源装置の高効率化や低価格化を図るものとして、例えば非特許文献1や特許文献1に開示されているものがある。
図5に非特許文献1に記載のパラレルプロセッシング方式の概要を示す。
これは、入力電源4が正常なときは、入力電源4または負荷5に並列に接続される変換器(並列接続変換器)1が蓄電池3の充電制御を行ない、入力電源4が停電したときはスイッチ6を開放して、変換器1が蓄電池3の直流電力を交流に変換して負荷5に電力を供給する。また、入力力率を1にする目的で、負荷5の無効電力を変換器1が供給する場合もある。
図6に特許文献1に記載の並列補償方式の例を示す。
これは、入力電源4または負荷5に並列に接続される第1の変換器1と、入力電源4と負荷5との間に直列に接続される第2の変換器2とを備え、第1の変換器1にはパラレルプロセッシング方式と同様の機能を持たせ、第2の変換器2には出力電圧Voutを所定値となるように制御する機能を持たせるものである。
電気学会技術報告第596号「無停電電源システム(UPS)の動向」新型電源システム調査専門委員会,1996年7月発行,No.ISSN 0919−9195,第13頁3.3.1項参照 特許第3082849号公報(第6−7頁,図1)
上述のような無停電電源装置では、その出力可能な電流は、入力電流Iinの許容値と並列接続された変換器1の許容値Iinvの和となるが、入力電源4が正常な場合には、並列接続変換器は充電電流または充電電流と負荷5の無効電流のみを出力するよう制御するため、基本的に入力電源4が負荷5に電力を供給することになる。したがって、無停電電源装置の過負荷耐量は入力電流Iinの許容値によって決まってしまう。また、蓄電池3の充電制御のみ行なっている場合、並列接続変換器は、通常時(バッテリが満充電状態)で数%の利用率となっているので、過負荷耐量は無停電電源装置の出力可能な電流に対して低くなってしまうという問題がある。
したがって、この発明の課題は、無停電電源装置の過負荷耐量を高くすることにある。
このような課題を解決するため、請求項1の発明では、直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
前記交流電源の電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記直流電力貯蔵装置に電力を供給するように前記変換器を制御し、前記交流電源の電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記変換器を制御し、
交流電源の電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から変換器を介して負荷に電力を供給するよう変換器を制御することを特徴とする。
請求項2の発明では、直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記直流電力貯蔵装置に電力を供給するとともに、入力電源が力率が1となるように無効電力を供給するように前記変換器を制御し、前記交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記変換器を制御し、
交流電源電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から変換器を介して負荷に電力を供給するよう変換器を制御することを特徴とする。
請求項3の発明では、直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記直流電力貯蔵装置に電力を供給するとともに、入力電源が力率が1となるように無効電力を供給するように前記変換器を制御し、前記交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記変換器を制御し、
交流電源電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力力率1を維持しつつ入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から変換器を介して負荷に電力を供給するよう変換器を制御することを特徴とする。
請求項4の発明では、直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な第1の変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、このスイッチと負荷との間にその交流出力側を直列接続され順逆両方向に電力変換可能な第2の変換器と、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて前記第2の変換器の交流出力電圧と前記交流電源電圧との和が所定の値になるように第2の変換器を制御するとともに、第2の変換器および前記直流電力貯蔵装置に電力を供給するように前記第1の変換器を制御し、前記交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記第1の変換器を制御し、
交流電源電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から第1の変換器を介して負荷に電力を供給するよう第1の変換器を制御することを特徴とする。
請求項5の発明では、直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な第1の変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、このスイッチと負荷との間にその交流出力側を直列接続され順逆両方向に電力変換可能な第2の変換器と、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて前記第2の変換器の交流出力電圧と前記交流電源電圧との和が所定の値になるように第2の変換器を制御するとともに、第2の変換器および前記直流電力貯蔵装置に電力を供給し、かつ、入力電源が力率1となるように無効電力を供給するように前記第1の変換器を制御し、前記交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記第1の変換器を制御し、
交流電源電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から第1の変換器を介して負荷に電力を供給するよう第1の変換器を制御することを特徴とする。
請求項6の発明では、直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な第1の変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、このスイッチと負荷との間にその交流出力側を直列接続され順逆両方向に電力変換可能な第2の変換器と、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて前記第2の変換器の交流出力電圧と前記交流電源電圧との和が所定の値になるように第2の変換器を制御するとともに、第2の変換器および前記直流電力貯蔵装置に電力を供給し、かつ、入力電源が力率1となるように無効電力を供給するように前記第1の変換器を制御し、前記交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記第1の変換器を制御し、
交流電源電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力力率1を維持しつつ入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から第1の変換器を介して負荷に電力を供給するよう第1の変換器を制御することを特徴とする。
この発明によれば、過負荷電流を入力電源とこれに並列に接続される並列接続変換器とで分担することにより、許容可能な過負荷耐量は無停電電源装置の出力可能な入力電流許容値と上記並列接続変換器の許容値の和とし、過負荷耐量を上げられるようにする。
図1はこの発明の実施の形態を示す構成図である。図1を説明する前に、図7を参照して従来の制御概要につき説明する。なお、図7(a)は変換器(並列INV)1の制御回路例を示す。
すなわち、直流電力貯蔵装置としての蓄電池3の電圧指令値Vd*と検出値Vdの偏差を電圧調節器(AVR)14に入力し、必要な充電電流指令Ib*を算出する。次に、この結果が変換器1の許容電流以内になるように設定したリミッタ(LIM3)16に入力し、その出力を変換器1の出力電流指令Iinv*とする。この電流指令と変換器1の出力電流検出値Iinvとの偏差を電流調節器(ACR)18に入力し、これから得られた制御信号(λ指令)により変換器1を動作させる。
また、入力力率1運転をする場合は、負荷電流検出値ILから有効成分抽出回路19により負荷の有効電流成分IPを抽出し、負荷電流検出値ILから有効電流成分IPを差し引くことにより、無効電流指令Iq*を算出する。この値を上記の充電電流指令Ib*に加算することにより、変換器1は充電電流と無効電流を負荷に供給し、入力は力率1となる。
図7(b)に第2の変換器(並列INV)2の制御回路を示す。ここでは、設定された出力電圧指令Vout*と出力電圧検出値Voutとの偏差をAVR22に入力し、出力電圧を所定の値にするための制御信号を得る。この信号には入力電圧が含まれているため、入力電圧Viを上記制御信号から差し引くことにより、変換器2の制御信号として動作させる。
図1にこの発明の実施の形態を示す。これは、図7(a)のような構成に対し点線で囲った回路を付加したもので、充電電流指令Ib*に対し無効電流指令Iq*を加算する代わりに、一定の入力電流許容値IinLIMと負荷電流ILとの偏差を、入力が正極性のときのみ入力値を通過させるリミッタ(LIM1)24に入力し、上記Ib*に加算するものである。
図2は以上のように制御した場合の入力電流Iinと変換器1の出力電流Iinvの関係を説明する説明図で、過負荷許容レベルがIL1からIL2に上がった様子を示す。つまり、負荷電流ILが入力電流許容値IinLIM以下であれば、負荷電流ILとその許容値IinLIMとの偏差は負極性となり、変換器1の出力電流指令は充電電流指令Ib*のみとなり、負荷電流ILは入力電源4から供給される。
これに対し、負荷電流ILが入力電流許容値を上回ると、両者の偏差は正極性に転じるため、充電電流指令Ib*に加算される。その結果、入力電流許容値IinLIMを上回る電流分は、蓄電池3から変換器1を介して負荷5に供給される。さらに、負荷電流ILが増加すると変換器1の負担分が増加し、変換器1の出力電流許容値に到達すると、再び入力電流Iinが増加しこれを検出して装置は停止する。
この方式は、並列接続変換器のみを対象とするため、図5,6のようなパラレルプロセッシング方式,直並列補償方式のいずれにも適用することができる。
図3にこの発明の別の実施の形態を示し、図7(a)のような構成に対し点線で囲った回路を付加したものである。すなわち、入力電流許容値IinLIMに対する入力電流の偏差を積分型調節器25に入力し、その出力信号が正極性のときはゼロリミッタ、負極性のときは−100%リミッタとするリミッタ26に入力する。さらに、リミッタ26通過後の調節器出力に100%を加算する。つまりリミッタ26から出力される信号Gpは、入力電流Iinが入力電流許容値内であれば100%を継続し、入力電流許容値を上回ると0%方向に減衰する。このように算出される信号Gpを負荷電流ILから抽出した有効成分に掛け合わせることにより、過負荷時に負荷電流の有効成分Ipが変換器1から出力されることになる。
図4は以上のように制御した場合の入力電流Iinと変換器1の出力電流Iinvの関係を説明する説明図で、過負荷許容レベルがIL1からIL2に上がった様子を示す。つまり、変換器1は入力力率1を実現するため、負荷電流ILから有効成分Ipを減算することにより無効電流成分Iqを抽出し、この値を指令値として動作している。そして、負荷電流ILが入力電流許容値IinLIM以下であれば、追加の点線回路の出力Gpは100%となり、入力電源4は負荷電流の有効成分のみを供給し、変換器1は無効成分を供給する。
入力電流が入力電流許容値を上回ると、点線回路の出力Gpは0%方向に推移するため、無効電流で決まる電流指令値に有効成分が加算される。その結果、入力電流許容値を上回る負荷の有効電流成分は、蓄電池3から変換器1を介して負荷5に供給される。さらに、入力電流が増加すると変換器1の負担分が増加し、変換器1の出力電流許容値に到達すると、再び入力電流が増加しこれを検出して装置は停止する。
この方式も、並列接続変換器のみを対象とするため、図5,6のようなパラレルプロセッシング方式,直並列補償方式のいずれにも適用可能である。
この発明の実施の形態を示すブロック図 図1のような制御をする場合の入力電流および並列変換器の出力電流の関係を説明する説明図 この発明の別の実施の形態を示すブロック図 図3のような制御をする場合の入力電流および並列変換器の出力電流の関係を説明する説明図 無停電電源装置の第1の従来例を示す構成図 無停電電源装置の第2の従来例を示す構成図 図5,6の制御回路の従来例を示すブロック図
符号の説明
1…第1の変換器(並列INV)、2…第2の変換器(直列INV)、3…蓄電池、4…入力電源、5…負荷、6…スイッチ、14,22…電圧調節器(AVR)、16,24,26…リミッタ(LIM)、18…電流調節器(ACR)、19…有効成分抽出回路、25…積分型調節器。

Claims (6)

  1. 直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
    前記交流電源の電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記直流電力貯蔵装置に電力を供給するように前記変換器を制御し、前記交流電源の電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記変換器を制御し、
    交流電源の電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から変換器を介して負荷に電力を供給するよう変換器を制御することを特徴とする無停電電源装置。
  2. 直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
    前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記直流電力貯蔵装置に電力を供給するとともに、入力電源が力率が1となるように無効電力を供給するように前記変換器を制御し、前記交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記変換器を制御し、
    交流電源電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から変換器を介して負荷に電力を供給するよう変換器を制御することを特徴とする無停電電源装置。
  3. 直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
    前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて、前記直流電力貯蔵装置に電力を供給するとともに、入力電源が力率が1となるように無効電力を供給するように前記変換器を制御し、前記交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記変換器を制御し、
    交流電源電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力力率1を維持しつつ入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から変換器を介して負荷に電力を供給するよう変換器を制御することを特徴とする無停電電源装置。
  4. 直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な第1の変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、このスイッチと負荷との間にその交流出力側を直列接続され順逆両方向に電力変換可能な第2の変換器と、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
    前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて前記第2の変換器の交流出力電圧と前記交流電源電圧との和が所定の値になるように第2の変換器を制御するとともに、第2の変換器および前記直流電力貯蔵装置に電力を供給するように前記第1の変換器を制御し、前記交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記第1の変換器を制御し、
    交流電源電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から第1の変換器を介して負荷に電力を供給するよう第1の変換器を制御することを特徴とする無停電電源装置。
  5. 直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な第1の変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、このスイッチと負荷との間にその交流出力側を直列接続され順逆両方向に電力変換可能な第2の変換器と、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
    前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて前記第2の変換器の交流出力電圧と前記交流電源電圧との和が所定の値になるように第2の変換器を制御するとともに、第2の変換器および前記直流電力貯蔵装置に電力を供給し、かつ、入力電源が力率1となるように無効電力を供給するように前記第1の変換器を制御し、前記交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記第1の変換器を制御し、
    交流電源電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から第1の変換器を介して負荷に電力を供給するよう第1の変換器を制御することを特徴とする無停電電源装置。
  6. 直流電力貯蔵装置と、負荷に並列に接続され順逆両方向に電力変換可能な第1の変換器と、交流電源に接続されてその開閉を行なうスイッチと、このスイッチと負荷との間にその交流出力側を直列接続され順逆両方向に電力変換可能な第2の変換器と、入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、入力電流を検出する入力電流検出手段と、出力電流を検出する出力電流検出手段と、変換器の出力電流を検出する変換器出力電流検出手段とを備え、
    前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じて前記第2の変換器の交流出力電圧と前記交流電源電圧との和が所定の値になるように第2の変換器を制御するとともに、第2の変換器および前記直流電力貯蔵装置に電力を供給し、かつ、入力電源が力率1となるように無効電力を供給するように前記第1の変換器を制御し、前記交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときは前記スイッチを開き、前記負荷に印加する交流電圧が所定の値になるように前記第1の変換器を制御し、
    交流電源電圧が正常時に無停電電源装置の出力電流が所定の値を逸脱した(過負荷状態)ときは、入力力率1を維持しつつ入力電流が許容値以下となるように、直流電力貯蔵装置から第1の変換器を介して負荷に電力を供給するよう第1の変換器を制御することを特徴とする無停電電源装置。

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