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

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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