JP2006304440A - 無停電電源装置の切換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無停電電源とバイパス電源との切換時に、電圧ずれに起因する横流電流流れる。
【解決手段】無停電電源の検出電圧とバイパス電源の検出電圧をバンドパスフィルタを介して全波整流器で整流した後、出力電圧設定値との差分を得るよう構成したことにより基本波成分のずれを防止した。また、無停電電源の三相の検出電圧とバイパス電源の三相の検出電圧をｄ−ｑ座標変換器で２軸の直流電圧に変換し、ローパスフィルタを通過させた後に出力電圧設定値との差分を得るよう構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無停電電源装置の切換装置に係り、特に切換時の横流電流を抑制した切換装置に関するものである。

図３は無停電電源システムの構成図を示したものである。無停電電源システムにおける無停電電源は、インバータ１とリアクトルＬとコンデンサＣを有し、その出力は切換器２の一方の端子を通って負荷に給電される。切換器２の他方の端子はバイパス電源となる商用電源に接続され、この切換器２は半導体スイッチ３を介して切換制御される。

常時のインバータ１は、バイパスの商用電源周波数と同期した固定電圧・固定周波数の正弦波を出力するように制御される。リアクトルＬとコンデンサＣからなるＬＣフィルタは、インバータ電圧からスイッチングに起因する高周波成分を除去する。切換器２は通常時には無停電電源側に接続されて電力を負荷に供給する状態に維持され、無停電電源の故障やメンテナンス等によって給電不能となった時にバイパス側に切り換えられ、バイバス電源から負荷に給電される。

半導体スイッチ３は切換器２の動作時に通電し、無停電電源とバイパス電源を一時的に並列接続することにより切換器動作中でも負荷に無瞬断で電力を供給する。半導体スイッチ３の投入時は、無停電電源とバイパス電源が並列接続されるため、無停電電源の電圧をバイパス電源の電圧に同期させ、さらに、無停電電源とバイパス電源との間に横流が発生しないよう無停電電源の電圧をバイパス電源の電圧に合わせる平均値制御が行われている。このような制御方法は特許文献１によって公知となっている。

図４は特許文献１のよる切換制御のブロック図を示したものである。同図において、４と５はそれぞれ全波整流回路、６は第１の自動制御器、７は第２の自動制御器である。

常時は、検出された無停電電源の出力電圧を整流回路４で整流し、この出力電圧検出値とインバータの出力電圧設定値との差分をとり、この差分に基づいて第１の自動制御器６が演算処理を実行してインバータ１に対する出力電圧指令としている。

バイパス電源への切換時には、整流回路５で整流されたバイパス電源の電圧とインバータの出力電圧設定値との差分をとり、この信号を切換時に投入されるスイッチ８、及び第２の自動制御器７を介して第１の自動制御器６に加算して平均電圧制御信号とすることにより、無停電電源の平均出力電圧をバイパス電源電圧に合わせている。
特開平１１−１７８２４２号公報

上記手段による切換の場合、バイパス電源電圧に電圧歪み成分が含まれないときには、無停電電源の電圧とバイパス電源電圧が一致して横流が流れることなく切換動作が可能となる。しかし、バイパス電源電圧に歪み成分が含まれる場合、次のような問題が発生する。
（１）電圧の平均値（全波整流値）を用いて電圧合わせ制御を行っているが、歪み成分を含んだ電圧の平均値と含まない場合の平均値との不一致により、高調波歪みのみならず、基本波成分にも差が生じる。
（２）無停電電源の電圧とバイパス電源の電圧との差により、横流がながれる。この横流電流は、無停電電源のＬＣフィルタのインダクタンスをＬ、電位差の周波数をｆとすると、（無停電電源電圧−バイパス電源電圧）／２πｆ・Ｌとなる。電圧差に高次の歪み成分があっても、横流電流はｆに反比例して小さくなり、実用上の問題はない。一方、基本波成分は周波数が低いためインピーダンスが小さく、大きな横流が流れることになる。

よって本発明が目的とするとこは、電源切換時の横流を抑制する切換装置を提供することにある。

本発明の第１は、無停電電源とバイパス電源とを切換え、この切換時に両電源を一時的に並列接続する無停電電源システムであって、無停電電源とバイパス電源の電圧を検出し、常時は無停電電源の検出電圧値と出力電圧設定値との差分を基に第１の自動制御器にて出力電圧指令を得ると共に、電源切換時にはバイパス電源の検出電圧と出力電圧設定値との差分を切換時に投入されるスイッチ、第２の自動制御器を経て１の自動制御器にて出力電圧指令を得る切換装置において、
前記無停電電源の検出電圧とバイパス電源の検出電圧をそれぞれバンドパスフィルタを介して全波整流器で整流した後、それぞれ前記出力電圧設定値との差分を得るよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の第２は、無停電電源とバイパス電源とを切換え、この切換時に両電源を一時的に並列接続する無停電電源システムであって、無停電電源とバイパス電源の電圧を検出し、常時は無停電電源の検出電圧値と出力電圧設定値との差分を基に第１の自動制御器にて出力電圧指令を得ると共に、電源切換時にはバイパス電源の検出電圧と出力電圧設定値との差分を切換時に投入されるスイッチ、第２の自動制御器を経て１の自動制御器にて出力電圧指令を得る切換装置において、前記無停電電源の三相の検出電圧とバイパス電源の三相の検出電圧をそれぞれｄ−ｑ座標変換器で２軸の直流電圧に変換し、ローパスフィルタを通過させた後にそれぞれ前記出力電圧設定値との差分を得るよう構成したことを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、無停電電源電圧とバイパス電源電圧の基本波成分とを一致させることが可能となって横流電流の抑制ができる。また、ｄ−ｑ座標変換器で２軸の直流電圧に変換したことにより、周波数変動が大きい場合でも横流電流の抑制効果を高めることができる。

図１は、本発明の実施例を示す無停電電源システムにおける切換制御ブロック図を示したもので、図３と同一部分若しくは相当部分に同一符号を付している。
図３と異なる部分は、全波整流回路４、５の前段にそれぞれ基本波成分のみを通過させるバンドパスフィルタ１０、１１を設けたことである。

このように構成することにより、全波整流回路４、５には高調波歪みの含まない基本波成分のみが入力され、平均値による電圧合わせも基本波成分のずれを生じさせることなく可能となる。

すなわち、通常時での検出された無停電電源の出力電圧は、バンドパスフィルタ１０において高調波歪みが除去され、基本波成分のみが全波整流回路４に入力されて平均化され、この出力電圧値とインバータの出力電圧設定値との差分が演算されて第１の自動制御器６に入力され、出力電圧指令としてインバータに出力される。

バイパス電源への切換時には、検出されたバイパス電源の電圧は、バンドパスフィルタ１１において高調波歪みが除去され、基本波成分のみが全波整流回路５に入力されて平均化される。この電圧値は加算部においてインバータの出力電圧設定値との差分が演算され、切換時に投入されるスイッチ８、及び第２の自動制御器７を介して第１の自動制御器６に加算入力する。自動制御器６に入力される信号は、高調波歪みのない基本波成分に基づくことで電圧合わせにおける基本波成分のずれのない信号とすることができる。

したがって、この発明によれば、切換時に無停電電源の出力電圧とバイパス電源の電圧とのずれが生じることに起因する、特に、横流電流の主要成分である基本波成分の一致制御が可能となるので、横流電流が抑制される。

図２は他の実施例を示した無停電電源システムにおける切換制御ブロック図を示したものである。１２、１３はそれぞれｄ-ｑ座標変換部で、このｄ-ｑ座標変換部１２、１３は、三相電圧をｄ軸とｑ軸の２軸座標に変換する周知の座標変換器が用いられる。１４、１５はそれぞれ高調波成分を除去するためのローパスフィルタで、他は図１と同様に構成される。

検出された無停電電源の三相の出力電圧は、ｄ-ｑ座標変換部１２によって２軸の直流に変換された後、ローパスフィルタ１４において高調波成分の除去された基本波成分の直流信号として加算部に印加される。加算部では、インバータの出力電圧設定値との偏差信号が算出され、自動制御器６に出力されて出力指令値が生成される。

次に、バイパス電源への切換時には、検出されたバイパス電源の電圧は、ｄ-ｑ座標変換部１３によって２軸の直流に変換されたてローパスフィルタ１５において高調波成分の除去され、基本波成分の直流信号として加算部に印加される。加算部ではインバータの出力電圧設定値との偏差信号が算出され、切換時に投入されるスイッチ８、及び第２の自動制御器７を介して第１の自動制御器６に加算入力する。

したがって、この実施例によれば自動制御器６と７に入力される電圧信号は、ｄ-ｑ変換され、且つローパスフィルタによって高調波成分の除去された直流信号であるので、横流電流を発生させることなく電源の切換が可能なる。なお、この実施例の場合には、三相無停電電源システムのみでの適用となるが、装置としてはｄ-ｑ座標変換部の他に全波整流器を不要としたローパスフィルタのみで実現できる。また、図１で示す実施例の場合、電源周波数変動が大きいとバンドパスフィルタの効果が悪化する可能性があるが、図２の実施例の場合には、電源周波数変動が大きい場合でも適用できる効果がある。

本発明の実施形態を示す切換制御ブロック図。 本発明の他の実施形態を示す切換制御ブロック図。 無停電電源システムの構成図。 従来の無停電電源システムにおける切換制御ブロック図。

符号の説明

１… インバータ
２… 切換器
３… 半導体スイッチ
４、５… 全波整流器
６… 第１の自動制御器
７… 第２の自動制御器
８… 切換スイッチ
１０、１１… バンドパスフィルタ
１２、１３… ｄ-ｑ座標変換部
１４、１５… ローパスフィルタ

Claims (2)

1. 無停電電源とバイパス電源とを切換え、この切換時に両電源を一時的に並列接続する無停電電源システムであって、無停電電源とバイパス電源の電圧を検出し、常時は無停電電源の検出電圧値と出力電圧設定値との差分を基に第１の自動制御器にて出力電圧指令を得ると共に、電源切換時にはバイパス電源の検出電圧と出力電圧設定値との差分を切換時に投入されるスイッチ、第２の自動制御器を経て１の自動制御器にて出力電圧指令を得る切換装置において、
   前記無停電電源の検出電圧とバイパス電源の検出電圧をそれぞれバンドパスフィルタを介して全波整流器で整流した後、それぞれ前記出力電圧設定値との差分を得るよう構成したことを特徴とした無停電電源システムの切換装置。
2. 無停電電源とバイパス電源とを切換え、この切換時に両電源を一時的に並列接続する無停電電源システムであって、無停電電源とバイパス電源の電圧を検出し、常時は無停電電源の検出電圧値と出力電圧設定値との差分を基に第１の自動制御器にて出力電圧指令を得ると共に、電源切換時にはバイパス電源の検出電圧と出力電圧設定値との差分を切換時に投入されるスイッチ、第２の自動制御器を経て１の自動制御器にて出力電圧指令を得る切換装置において、
   前記無停電電源の三相の検出電圧とバイパス電源の三相の検出電圧をそれぞれｄ−ｑ座標変換器で２軸の直流電圧に変換し、ローパスフィルタを通過させた後にそれぞれ前記出力電圧設定値との差分を得るよう構成したことを特徴とした無停電電源システムの切換装置。
   

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