JP2009124836A - 無停電電源システムの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】PWMインバータの出力とは非絶縁のバイパス回路とを備え、前記PWMインバータの出力とバイパス回路を介した交流入力とを切換えて負荷に給電可能とした無停電電源システムを提供する。
【解決手段】制御装置51を用いた無停電システム3において、PWMインバータ40からの給電モードと前記バイパス回路からの給電モードとの切換えに伴う両出力のラップ時には、切換スイッチ56はF系横流補正値側に閉路することにより、コンバータPLL制御回路52を形成するPLL回路の出力の位相角指令値に、インバータ横流演算器57からの位相補正値を加算した新たな位相角指令値により、各相の基本交流指令値を生成することで、PWMコンバータ35及びPWMインバータ40のPWM制御に対する信号波間の位相差をほぼ零にする補正動作を行うことができ、従って、横流以外の電流が抑制され、PWMコンバータ35及びPWMインバータ40の制御動作の擾乱も解消される。
【選択図】 図1

Description

この発明は、交流入力を整流して直流に変換するPWMコンバータと、このPWMコンバータの出力により充電されるコンデンサ及び蓄電池と、前記PWMコンバータの出力に接続されて直流を交流に変換するPWMインバータと、このPWMインバータの出力とは非絶縁のバイパス回路とを備え、前記PWMインバータの出力とバイパス回路を介した前記交流入力とを切換えて負荷に給電可能とした無停電電源システムの制御装置に関する。
図2はこの種の無停電電源システムの回路構成図を示し、この図において、1は商用電源などの交流電源、2は交流電源1に停電が発生した時などに無停電電源システム3を介して図示の負荷への給電を継続するための蓄電池である。
この無停電電源システム3は交流入力としての交流電源1の電圧を検出する交流電圧検出器31と、交流電源1から無停電電源システム3のPWMコンバータ35側に流れる電流を検出する交流電流検出器32と、図示しない無停電電源システム3の運転シーケンス回路からの指令により動作するコンタクタ33と、PWMコンバータ35の入力リアクトルの機能を兼ねる入力フィルタ34と、IGBTなどの自己消弧形半導体素子とダイオードの逆並列回路をブリッジ接続してなるPWMコンバータ35と、この無停電電源システム3の通常運転時は蓄電池2を定電圧・定電流充電にて制御し、交流電源1の停電時には直流中間電圧すなわちコンデンサ38の両端電圧を定電圧にて制御する双方向チョッパ36と、前記運転シーケンス回路からの指令により動作するコンタクタ37と、PWMコンバータ35の整流電圧を平滑するコンデンサ38と、コンデンサ38の両端電圧を検出する直流電圧検出器39と、IGBTなどの自己消弧形半導体素子とダイオードの逆並列回路をブリッジ接続してなるPWMインバータ40と、PWMインバータ40の出力電圧の高調波成分を除去する出力フィルタ41と、PWMインバータ40からの電流を検出する交流電流検出器42と、PWMインバータ40の出力フィルタ41を介した電圧を検出する交流電圧検出器43と、前記運転シーケンス回路からの指令により動作するコンタクタ44と、バイパス回路を形成するコンタクタ45及びサイリスタスイッチ46と、無停電電源システム3の出力電流を検出する交流電流検出器47と、PWMコンバータ35及びPWMインバータ40を所望の状態に制御する制御装置50または制御装置51のいずれかとから構成されている。
図2にからも明らかなように、この無停電電源システム3はトランスレスの回路構成にすることにより、システム全体の質量,体積,発生損失の低減が計られている。
以下に、制御装置50による従来の無停電システム3の基本的な給電動作を説明する。
先ず通常時の動作として、交流電源1が健全なときには、前記運転シーケンス回路からの指令によりコンタクタ33及びコンタクタ44が閉路、コンタクタ45及びサイリスタスイッチ46が開路の状態にあり、このときには、交流電源1の電圧が入力フィルタ34とPWMコンバータ35とにより交流電源1の電圧振幅より昇圧した所望の直流電圧に変換される。この直流電圧がPWMインバータ40と出力フィルタ41により所望の振幅,周波数の交流電圧に変換され、この交流電圧を負荷に給電している。
上述の通常動作時には、PWMコンバータ35は制御装置50での制御動作により交流電源1から見た力率がほぼ1になるようにしつつ、変換動作を行っており、また、PWMインバータ40は、出力フィルタ41を介したその出力電圧が制御装置50での制御動作により交流電源1の電圧位相に同期させつつ変換動作を行っている。
前記通常時の動作から前記バイパス回路からの給電に手動で切換えるときには、コンタクタ44を閉路のまま、前記運転シーケンス回路からの指令によりコンタクタ45及びサイリスタスイッチ46が閉路の状態に切換えるとともに、PWMインバータ40から負荷への電流が徐々に減少させて零に到達させ、この時点で前記運転シーケンス回路からの指令によりコンタクタ44を開路することで切換え動作が完了する。
特開平4−17533号公報
制御装置50を用いた従来の無停電システム3において、PWMインバータ40からの給電モードと前記バイパス回路からの給電モードとの切換えに伴う両出力のラップ時に、前記バイパス回路からPWMインバータ40側への横流により生じる恐れがあるコンデンサ38の両端電圧の上昇に対しては、例えば特許文献1に開示されている方法により、PWMコンバータ35に回生動作をさせて抑制することが可能であるが、後述の如く、前記横流以外の電流も流れ、この電流は無停電電源システム3がトランスレスの回路構成であることに起因してより増大し、その結果、PWMコンバータ35及びPWMインバータ40それそれの制御動作に擾乱が発生する恐れもあった。
図3は上記横流以外の電流を説明するための回路構成図であり、PWMインバータ40からの給電モードと前記バイパス回路からの給電モードとの切換えに伴う両出力のラップ時の動作説明をより簡単にするために、単相入力、単相出力の無停電電源システムの回路構成にしており、従って、参照符号の末尾にaを付している。
すなわち、図3において、例えば交流電源1aのU相が+極性,V相が−極性のときには、PWMコンバータ35aのS1,S3がオン、S2,S4がオフ状態や、PWMコンバータ35aのS1,S4がオン、S2,S3がオフ状態の他に、PWMコンバータ35aのS2,S3がオン、S1,S4がオフ状態で、PWMインバータ40aのS5,S8がオン、S6,S7がオフ状態のときがあり、このときには交流電源1aのU相→コンタクタ33a→入力フィルタ34a→S2→Nライン→D8→出力フィルタ41a→コンタクタ44a→コンタクタ45a→交流電源1aのV相の経路で、上述の横流以外の電流が流れる。
この発明の目的は、上記横流以外の電流を抑制できる無停電電源システムの制御装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、交流入力を整流して直流に変換するPWMコンバータと、このPWMコンバータの出力により充電されるコンデンサ及び蓄電池と、前記PWMコンバータの出力に接続されて直流を交流に変換するPWMインバータと、このPWMインバータの出力とは非絶縁のバイパス回路とを備え、前記PWMインバータの出力とバイパス回路を介した前記交流入力とを切換えて負荷に給電可能とした無停電電源システムにおいて、
前記PWMコンバータ及びPWMインバータを所望の状態に制御する制御装置には、前記PWMインバータ給電モードとバイパス給電モードとの切換えに伴う両出力のラップ時に、前記PWMコンバータ及びPWMインバータそれぞれのPWM制御に対する信号波の位相差を零にする位相補正手段を付加したことを特徴とする。
また請求項2に記載の発明は、前記請求項1に記載の無停電電源システムの制御装置において、前記PWMコンバータ及びPWMインバータそれぞれのPWM制御に対して共通の搬送波を発生するキャリア信号発生器を備えることを特徴とする。
この発明は、この種の従来の無停電電源システムではPWMコンバータの変換動作とPWMインバータの変換動作とが連携無く行われていたことに起因して、それぞれのPWM制御に対する信号波間に位相差が生じ、この位相差により先述の横流以外の電流が流れることに着目してなされたものである。
すなわち、PWMコンバータ及びPWMインバータそれぞれのPWM制御に対する信号波の位相差を零にする手段を設けることにより、上記横流以外の電流を抑制し、その結果、PWMコンバータ及びPWMインバータそれそれの制御動作の擾乱も解消できる。
さらに、PWMコンバータ及びPWMインバータそれぞれのPWM制御に対して共通の搬送波を使用することにより、オンタイミングのずれを軽減することができる。
図1はこの発明の実施例を示し、図2に示した無停電電源システム3の制御装置51の詳細回路構成図である。
この制御装置51には、コンバータPLL(Phase−Locked Loop)制御回路52と、PWM指令値演算器53と、PWMパルス演算器54と、キャリア信号発生器55と、切換スイッチ56と、インバータ横流演算器57と、インバータ制御回路58とを備えている。
以下に、この発明の無停電電源システム3の制御装置51の動作を説明する。
交流電源1が健全な通常動作時には、前記運転シーケンス回路からの切換指令により切換スイッチ56は図示の「0」側に閉路しており、このときにはコンバータPLL制御回路52を形成するPLL回路により、交流電圧検出器31からの入力交流電圧の位相に同期した各相の基本交流指令値を生成している。PWM指令値演算器53では直流電圧検出器33により検出されたPWMコンバータ35の出力である中間直流電圧が所望の値になるように調節演算を行い、この調節演算値と前記各相の基本交流指令値との積を各相の交流入力電流設定値としている。さらに、PWM指令値演算器53では前記各相の交流入力電流設定値と、交流電源1からPWMコンバータ35側に流れる電流を検出する交流電流検出器32の各相の検出値との偏差をそれぞれ零にする調節演算を行い、この演算結果を各相のPWM指令値として出力している。PWMパルス演算器54では前記各相のPWM指令値と、キャリア信号発生器55からのキャリア信号とによるPWM演算を行い、それそれの演算結果はPWMコンバータ35を形成するIGBTなどの自己消弧形半導体素子への駆動信号としている。その結果、PWMコンバータ35は交流電源1から見た力率がほぼ1になるようにしつつ、変換動作を行っている。
一方、インバータ制御回路58では、周知の技術を用いて、交流電圧検出器31からの入力交流電圧の位相に同期しつつ、PWMインバータ40の出力フィルタ41を介した電圧を検出する交流電圧検出器43の検出値が所望の値になるようにPWMコンバータ35を形成するIGBTなどの自己消弧形半導体素子への駆動信号を生成している。
ここでインバータ横流演算器57は、図2に示した無停電電源システム3と同様構成の無停電電源システムと負荷に対して並列給電するときには、PWMインバータ40からの電流を検出する交流電流検出器42の検出値と、前記他の無停電電源システムからの負荷への電流とから、この無停電電源システム3への横流成分に対応した位相補正値(F系横流補正値)と電圧補正値(V系横流補正値)とを抽出し、これらの補正値によりインバータ制御回路58では交流電圧検出器31からの入力交流電圧の位相に同期しつつ、PWMインバータ40の出力フィルタ41を介した電圧を所望の振幅,周波数の交流電圧に調整している。
また、制御装置51を用いたこの発明の無停電システム3において、PWMインバータ40からの給電モードと前記バイパス回路からの給電モードとの切換えに伴う両出力のラップ時には、前記運転シーケンス回路からの切換指令により切換スイッチ56は図示の「F系横流補正値」側に閉路するとともに、インバータ横流演算器57ではPWMインバータ40からの電流を検出する交流電流検出器42の検出値と、無停電電源システム3の出力電流を検出する交流電流検出器47の検出値に基づく値とからPWMインバータ40への横流成分に対応した位相補正値と電圧補正値とを抽出している。これらの補正値によりインバータ制御回路58では交流電圧検出器31からの入力交流電圧の位相に同期しつつ、PWMインバータ40の出力フィルタ41を介した電圧を所望の振幅,周波数の交流電圧に調整しながら、前記運転シーケンス回路からの切換指令により、PWMインバータ40からの電流を徐々に減少させている。
一方、コンバータPLL制御回路52では、この回路を形成するPLL回路の出力の位相角指令値に前記位相補正値(F系横流補正値)を加算した新たな位相角指令値により、各相の基本交流指令値を生成している。
その結果、この制御装置51を用いた無停電電源システム3では、PWMコンバータ35及びPWMインバータ40それぞれのPWM制御に対して共通の搬送波を発生するキャリア信号発生器55を備えることで、前述のIGBTなどの自己消弧形半導体素子のオンタイミングのずれを軽減すると共に、PWMインバータ40からの給電モードと前記バイパス回路からの給電モードとの切換えに伴う両出力のラップ時には、PWMコンバータ35及びPWMインバータ40それぞれのPWM制御に対する信号波間の位相差をほぼ零にする補正動作を行うことができ、従って、先述の横流以外の電流が抑制され、PWMコンバータ35及びPWMインバータ40それそれの制御動作の擾乱も解消される。
この発明の実施例を示す回路構成図 無停電電源システムの回路構成図 図2の動作を説明する回路構成図
符号の説明
1…交流電源、2…蓄電池、3…無停電電源システム、31…交流電圧検出器、32…交流電流検出器、33…コンタクタ、34…入力フィルタ、35…PWMコンバータ、36…双方向チョッパ、37…コンタクタ、38…コンデンサ、39…直流電圧検出器、40…PWMインバータ、41…出力フィルタ、42…交流電流検出器、43…交流電圧検出器、44,45…コンタクタ、46…サイリスタスイッチ、47…交流電流検出器、50,51…制御装置、52…コンバータPLL制御回路、53…PWM指令値演算器、54…PWMパルス演算器、55…キャリア信号発生器、56…切換スイッチ、57…インバータ横流演算器、58…インバータ制御回路。

Claims (2)

  1. 交流入力を整流して直流に変換するPWMコンバータと、このPWMコンバータの出力により充電されるコンデンサ及び蓄電池と、前記PWMコンバータの出力に接続されて直流を交流に変換するPWMインバータと、このPWMインバータの出力とは非絶縁のバイパス回路とを備え、前記PWMインバータの出力とバイパス回路を介した前記交流入力とを切換えて負荷に給電可能とした無停電電源システムにおいて、
    前記PWMコンバータ及びPWMインバータを所望の状態に制御する制御装置には、
    前記PWMインバータ給電モードとバイパス給電モードとの切換えに伴う両出力のラップ時に、前記PWMコンバータ及びPWMインバータそれぞれのPWM制御に対する信号波の位相差を零にする位相補正手段を付加したことを特徴とする無停電電源システムの制御装置。
  2. 請求項1に記載の無停電電源システムの制御装置において、
    前記PWMコンバータ及びPWMインバータそれぞれのPWM制御に対して共通の搬送波を発生するキャリア信号発生器を備えることを特徴とする無停電電源システムの制御装置。
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