JP2005229664A

JP2005229664A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2005229664A
Application number: JP2004033246A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Fujimoto; 久藤本
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】無停電電源装置が停電状態から正常状態に復電するときの、入力電源からの突入電流を抑制し電圧変動，周波数変動を生じさせないようにする。
【解決手段】直流電力貯蔵装置を持ち交流電源と接続されて負荷に交流電力を供給する無停電電源装置の、負荷と並列に接続される電力変換器の制御回路を図示のような構成とすること、すなわち、復電信号２９を受けた復電直後には全負荷電流ＩＬが直流電力貯蔵装置から供給され、その後はこれを徐々に減少させるリミッタＬＩＭ３０からなる回路（点線参照）を付加することにより、負荷への電力供給を直流電力貯蔵装置から交流入力電源へと緩やかに切り替わるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は無停電電源装置、特に復電時に入力電源からの突入電流を防止する機能を備えた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は、入力電源４が正常なときは蓄電池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（並列接続変換器）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．ＩＳＳＮ０９１９−９１９５，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において、入力電源が停電状態から正常状態に復帰（復電）した際に、上記スイッチを短絡すると同時に並列接続変換器を充電電流制御（電流制御）に切り替えるため、入力電源から負荷電流を急峻に供給することになる。通常は、電力系統を入力電源としているため、急峻な電力変動に対して入力電圧変動は無視できるレベルにあるが、停電期間中に入力電源をディーゼル発電機等の非常用電源に切り替えて復電すると、入力インピーダンスの影響により入力電圧が大きく変動するという問題がある。
したがって、この発明の課題は、無停電電源装置の復電時に入力電源からの突入電流を抑制することにある。

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場合は、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場合は、前記スイッチを開いて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、
前記交流電源が停電状態から復電したときは前記スイッチを閉じるとともに、全負荷電流が前記直流電力貯蔵装置から供給されるように前記変換器を制御し、その後徐々に前記変換器の出力電流を減少させて行くことにより、復電時の交流電源変動を防止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、
前記交流電源の電圧が正常な場合は、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場合は、前記スイッチを開いて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、
前記交流電源が停電状態から復電したときは前記スイッチを閉じるとともに、全負荷電流が前記直流電力貯蔵装置から供給されるように前記変換器を制御し、その後前記変換器の出力電流のうちの有効電力成分を徐々に減少させて行くことにより、復電時の交流電源変動を防止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が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、第１の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場合は、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の電圧との和が所定の値になるように前記第２の変換器を制御するとともに、前記第２の変換器と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、前記交流電源の電圧が許容電圧範囲を逸脱した場合は、前記スイッチを開いて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、
前記交流電源が停電状態から復電したときは前記スイッチを閉じるとともに、全負荷電流が前記直流電力貯蔵装置から供給されるように前記第１の変換器を制御し、その後徐々に前記第１の変換器の出力電流を減少させて行くことにより、復電時の交流電源変動を防止することを特徴とする。

上記請求項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が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、第１の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場合は、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の電圧との和が所定の値になるように前記第２の変換器を制御するとともに、前記第２の変換器と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、前記交流電源の電圧が許容電圧範囲を逸脱した場合は、前記スイッチを開いて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、
前記交流電源が停電状態から復電したときは前記スイッチを閉じるとともに、全負荷電流が前記直流電力貯蔵装置から供給されるように前記第１の変換器を制御し、その後前記第１の変換器の出力電流のうちの有効電力成分を徐々に減少させて行くことにより、復電時の交流電源変動を防止することを特徴とする。

この発明によれば、負荷への電力供給を直流電力貯蔵装置から入力電力へと緩やかに切り替わるようにしたので、入力電源から突入電流による電圧変動や周波数変動を低減することが可能となる。

図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。図１の説明をする前に、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、リミッタ１６の出力を変換器１の出力電流指令Ｉｉｎｖ^*とする。さらに、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Ｉ_Pを抽出し、負荷電流検出値ＩＬから有効電流成分Ｉ_P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（直列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にこの発明の第１の実施形態を示す。これは、図７（ａ）のような構成に点線で囲った回路を付加したもので、入力電圧が復電したことにより発生する復電信号をリミッタ回路（ＬＩＭ１０）３０に入力する。リミッタ回路３０は、入力電圧正常時には０を出力し、停電時には１を出力する。また、正常から停電への切り替わり時には瞬時に０→１に切り替わるが、停電から復電への切り替わり時には適当な傾きをもって１→０に切り替わる。リミッタ回路３０の出力は、負荷電流ＩＬを入力とする乗算器に入力され、ここで負荷電流検出値ＩＬと掛け合わされる。この乗算器出力を、上記変換器（並列ＩＮＶ）１に対する出力電流指令に加算する。

図２は図１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の関係を示すグラフである。つまり、通常期間はスイッチ６をオンし、入力電源側から充電電流を含む負荷電流を供給している。このとき、変換器（並列ＩＮＶ）１は出力電流制御を行なっている。停電期間中は入力電源を開閉するスイッチ６をオフし、変換器（並列ＩＮＶ）１を出力電圧一定制御で動作させ、直流電力貯蔵装置３から負荷５に電力を供給する。停電から復電に切り替える際には、上記スイッチ６をオンにするとともに、変換器（並列ＩＮＶ）１を出力電流制御に切り替える。このときの電流指令値は、図１に点線で示す付加回路で決められるため、負荷への電力供給が直流電力貯蔵装置３から入力電力へと緩やかに切り替わる。
図１の方式は並列接続される変換器の制御のみに関わるため、パラレルプロセッシング方式，直並列方式のいずれにも適用することができる。

図３はこの発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
これも、図７（ａ）のような構成に点線で囲った回路を付加したもので、入力電圧が復電したことにより発生する復電信号をリミッタ回路（ＬＩＭ１１）３１に入力する。リミッタ回路３１は、入力電圧正常時には１を出力し、停電時には０を出力する。また、正常から停電への切り替わり時には瞬時に１→０に切り替わるが、停電から復電への切り替わり時には適当な傾きをもって０→１に切り替わる。上記変換器（並列ＩＮＶ）１は入力力率１運転をするために、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Ｉｐを抽出し、負荷電流検出値ＩＬから有効電流Ｉｐを差し引くことにより無効電流指令Ｉｑを算出する。そして、リミッタ回路３１の出力を有効成分抽出回路１９の後段に設けた乗算器に入力することにより、復電直後は変換器（並列ＩＮＶ）１が全負荷電流を供給し、その後負荷への電力供給が直流電力貯蔵装置３から入力電力へと緩やかに切り替わる。また、このとき切り替わる電力は有効成分のみとなるため、入力力率１を常時実現できる。

図４は図３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の関係を示すグラフである。
すなわち、通常期間はスイッチ６をオンし、入力電源側から充電電流を含む負荷電流を供給している。このとき、変換器（並列ＩＮＶ）１は出力電流制御を行なっている。停電期間中は入力電源を開閉するスイッチ６をオフし、変換器（並列ＩＮＶ）１を出力電圧一定制御で動作させ、直流電力貯蔵装置３から負荷５に電力を供給する。停電から復電に切り替える際には、上記スイッチ６をオンにするとともに、変換器（並列ＩＮＶ）１を出力電流制御に切り替える。このときの電流指令値は、図３に点線で示す付加回路で決められるため、負荷への電力供給が直流電力貯蔵装置３から入力電力へと緩やかに切り替わる。
図３の方式は並列接続される変換器の制御のみに関わるため、パラレルプロセッシング方式，直並列方式のいずれにも適用することができる。

この発明の実施の形態を示す構成図図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を示す波形図この発明の別の実施の形態を示す構成図図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を示す波形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で用いられる制御回路の従来例を示す構成図

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…直流電力貯蔵装置（蓄電池）、４…入力電源、５…負荷、６…スイッチ、１４，２２…電圧調節器（ＡＶＲ）、１６，３０，３１…リミッタ（ＬＩＭ）、１８…電流調節器（ＡＣＲ）、１９…有効成分（Ｐ）抽出回路、２９…復電信号。

Claims

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場合は、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場合は、前記スイッチを開いて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、
前記交流電源が停電状態から復電したときは前記スイッチを閉じるとともに、全負荷電流が前記直流電力貯蔵装置から供給されるように前記変換器を制御し、その後徐々に前記変換器の出力電流を減少させて行くことにより、復電時の交流電源変動を防止することを特徴とする無停電電源装置。
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場合は、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場合は、前記スイッチを開いて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、
前記交流電源が停電状態から復電したときは前記スイッチを閉じるとともに、全負荷電流が前記直流電力貯蔵装置から供給されるように前記変換器を制御し、その後前記変換器の出力電流のうちの有効電力成分を徐々に減少させて行くことにより、復電時の交流電源変動を防止することを特徴とする無停電電源装置。
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が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、第１の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場合は、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の電圧との和が所定の値になるように前記第２の変換器を制御するとともに、前記第２の変換器と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、前記交流電源の電圧が許容電圧範囲を逸脱した場合は、前記スイッチを開いて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、
前記交流電源が停電状態から復電したときは前記スイッチを閉じるとともに、全負荷電流が前記直流電力貯蔵装置から供給されるように前記第１の変換器を制御し、その後徐々に前記第１の変換器の出力電流を減少させて行くことにより、復電時の交流電源変動を防止することを特徴とする無停電電源装置。
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が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、第１の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場合は、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の電圧との和が所定の値になるように前記第２の変換器を制御するとともに、前記第２の変換器と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、前記交流電源の電圧が許容電圧範囲を逸脱した場合は、前記スイッチを開いて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、
前記交流電源が停電状態から復電したときは前記スイッチを閉じるとともに、全負荷電流が前記直流電力貯蔵装置から供給されるように前記第１の変換器を制御し、その後前記第１の変換器の出力電流のうちの有効電力成分を徐々に減少させて行くことにより、復電時の交流電源変動を防止することを特徴とする無停電電源装置。