JP2009254192A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流電源の復電時の突入電流による負荷電圧の変動を抑止し、装置の安全性を向上する。
【解決手段】交流電源１が正常なときはスイッチ２を閉じて交流電源１から負荷３に電力を供給するとともに、インバータ５は停止させるか又は電力貯蔵装置４に電力を供給し、交流電源１が停電したときは、スイッチ２を開くとともに、インバータ５は電力貯蔵装置４の直流を交流に変換して所定の交流電圧を負荷３に供給する。交流電減１が復電したときは、電源電圧と負荷電圧を一致させるとともに、それぞれの位相を一致させた後、スイッチ２を閉じ、インバータ５の出力電圧位相を交流電源１の電圧位相と一致させた後、インバータ５を停止又は電力貯蔵装置４への充電に移行させる。
【選択図】図３

Description

この発明は、復電時に商用電源又はディーゼル発電機電源等への切換をするとき、電源からの突入電流による大きな電圧低下の発生を防止する機能を備えた無停電電源装置に関するものである。

図３及び図４は特許文献１に示された従来の無停電電源装置の構成図及び制御ブロック図を示し、交流電源１にはスイッチ２を介して負荷３を接続し、直流側に蓄電池等の電力貯蔵装置４を有する順逆両方向に電力変換可能なインバータ５の交流端子をフィルタ用のリアクトル６を介して負荷３と並列に接続する。なお、Ｖｉｎは交流電源１の電圧、θｉｎは交流電源１の電圧位相、Ｉｉｎは交流電源１の電流、Ｖｓｗはスイッチ２のインバータ５側電圧、Ｖｄは直流電圧即ち電力貯蔵装置４の充電電圧、Ｖｉｎｖはインバータ５の出力電圧、θｉｎｖはインバータ５の出力電圧位相、Ｉｉｎｖはインバータ５の出力電流、Ｖｏｕｔは負荷電圧、ＩＬは負荷電流、θｏｕｔは負荷電圧位相である。

前記構成において、交流電源１が正常なときはスイッチ２を閉じて、交流電源１から負荷３に電力を供給するとともに、インバータ５は電力貯蔵装置４に電力を供給して充電するか又は停止させる。交流電源１の電圧が停電等により許容電圧範囲を逸脱したときは、スイッチ２を開くとともに、第１の切換スイッチ７を定格電圧Ｖｏｕｔ*側に閉じ、定格電圧Ｖｏｕｔ*と負荷電圧Ｖｏｕｔとの偏差を自動調節器９に入力し、自動調節器９はインバータ５への出力制御信号を出力する。これにより、インバータ５は電力貯蔵装置４の直流電力を交流に変換し、負荷３に供給する交流電圧が所定の値、即ち定格電圧Ｖｏｕｔ*となるように制御される。

又、交流電源電圧Ｖｉｎを検出する第１の電圧検出手段を設けるとともに、負荷電圧Ｖｏｕｔを検出する第２の電圧検出手段を設け、さらにスイッチ２のインバータ５側電圧Ｖｓｗを検出する第３の電圧検出手段を設け、交流電源１が停電状態から復帰（復電）したときは、第１の切換スイッチ７を交流電源電圧Ｖｉｎ側に切り換え、復電確認から交流電源１への切換までの切換準備期間は交流電源電圧Ｖｉｎと負荷電圧Ｖｏｕｔとの偏差を自動調節器９に入力し、自動調節器９の出力でインバータ５の出力電圧を制御し、負荷電圧Ｖｏｕｔが交流電源１の電圧と等しくなるようにインバータ５を制御した後に、スイッチ２を閉じ、インバータ５を交流電源１の電圧が正常なときの制御へ移行させる。

このように、負荷３への電力は常時は商用電源である交流電源１から供給し、停電時のみインバータ５から供給する。そして、交流電源１が停電状態から復帰（復電）したときは、負荷電圧が交流電源１の電圧と等しくなるようにインバータ５を制御した後、スイッチ２を閉じると同時に、インバータ５を電源電圧１が正常なときの制御、即ちインバータ５を停止又は充電電流制御に切り換える。

なお、この出願の発明に関連する他の先行技術文献情報としては、特許文献２，３がある。
特開２００５−２６９８１７号公報 特開平８−１５４３４８号公報 特開２０００−１４０４１号公報

しかしながら、前記した従来の無停電電源装置においては、交流電源１が停電状態から正常状態に復帰（復電）した際に、スイッチ２を閉じると同時にインバータ５を停止させるか又は充電電流制御に切り換えるため、交流電源１から負荷電流ＩＬを急峻に供給することになる。交流電源１が商用電源の場合でも電源インピーダンスが大きい場合には、急峻な電力変動に対して電圧変動を無視できないこともあり、特に停電期間中に交流電源１をディーゼル発電機等の非常電源に切り換えて復電すると、電源インピーダンスの影響により負荷電圧が大きく変動するとともに、負荷に悪影響を及ぼす可能性もあるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、交流電源の復電時の突入電流による負荷電圧の大きな変動等を抑止し、装置の安全性を向上することができる無停電電源装置を得ることを目的とする。

この発明の請求項１に係る無停電電源装置は、交流電源にスイッチを介して負荷を接続するとともに、直流側に電力貯蔵装置を有する順逆両方向に電力変換可能なインバータの交流端子を前記負荷と並列に接続し、前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じるとともに、前記電力貯蔵装置に電力を供給するか又は停止させるように前記インバータを制御し、交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときはスイッチを開くとともに、負荷に供給する交流電圧が所定値になるようインバータを制御するようにした無停電電源装置において、交流電源が停電状態から復帰したときは、交流電源電圧と負荷電圧とが等しくなるとともに、交流電源電圧の位相と負荷電圧の位相が一致するようにインバータを制御した後に、前記スイッチを閉じ、インバータの出力電圧位相を交流電源電圧の位相と一致させた後、インバータを停止又は電力貯蔵装置への充電へ移行させるものである。

以上のようにこの発明の請求項１によれば、交流電源が復電した後に電源電圧と負荷電圧及びそれぞれの位相を一致させた後、スイッチを閉じ、移行期間ではインバータの出力位相を徐々に交流電源の電圧位相に一致させており、負荷電流をインバータ側から徐々に交流電源（商用電源又は発電機電源等）側に移行させることにより、交流電源からの突入電流による負荷電圧の変動等を抑止し、交流電源の電圧変動や周波数変動を低減させることができ、装置の安全性を向上することができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態を図面とともに説明する。図１はこの発明の実施最良形態による無停電電源装置の制御ブロック図、図２はその動作説明図である。なお、図３の従来の無停電電源装置の構成図もそのまま用いられ、第１〜第３の電圧検出手段も設けられている。まず、交流電源１が正常なときはスイッチ２を閉じて商用給電期間となり、交流電源１から負荷３へ電力が供給される。インバータ５の出力は停止又は電力貯蔵装置４への充電が行われる。ここで、交流電源１が停電等したときは、スイッチ２を開き、停電期間に入る。このとき、第１の切換スイッチ７を作動させ、定格電圧Ｖｏｕｔ*側が閉じて交流電源電圧Ｖｉｎ側が開く。これにより、定格電圧の出力電圧指令値Ｖｏｕｔ*と負荷電圧検出値Ｖｏｕｔとの偏差を減算器８により演算し、この偏差を自動調節器（ＡＶＲ）９に入力し、波形生成器１０を介してインバータ５に制御信号を出力する。この結果、停電期間中はインバータ５は電力貯蔵装置４の直流電力を交流に変換し、負荷３へ所定値（定格電圧Ｖｏｕｔ*）の交流電力を供給する。

次に、第１の電圧検出手段により交流電源電圧Ｖｉｎを検出し、交流電源１の復電を確認した後、第１の切換スイッチ７を切り換えて、定格電圧Ｖｏｕｔ*側を開き、交流電源電圧Ｖｉｎ側を閉じる。これにより、同期合わせ期間に入り、交流電源電圧Ｖｉｎと負荷電圧Ｖｏｕｔとの偏差を減算器８により演算し、この偏差に基づいて自動調節器（ＡＶＲ）９及び波形生成器１０を介してインバータ５に制御信号を出力し、交流電源電圧Ｖｉｎと負荷電圧Ｖｏｕｔとが一致するように制御する。又、第２の切換スイッチ１１を負荷電圧位相θｏｕｔ側に切り換え、この負荷電圧位相θｏｕｔを電源電圧位相θＩｎと共にＰＬＬ回路（位相同期ループ回路）１２に入力し、ＰＬＬ回路１２の出力を波形生成器１０を介してインバータ５の制御信号として出力し、負荷電圧の位相θｏｕｔが電源電圧１の位相θｉｎと一致するように制御し、スイッチ２を投入する。このとき、交流電源１の電圧Ｖｉｎとインバータ５側電圧Ｖｓｗとは一致しているが、負荷３とインバータ５とを接続するために挿入されているリアクトル６に負荷電流ＩＬが流れているために、インバータ５の出力電圧Ｖｉｎｖは交流電源電圧Ｖｉｎと位相がずれた電圧となっている。
スイッチ２の投入により移行期間に入り、移行期間では、第２の切換スイッチ１１をインバータ５の出力電圧位相θｉｎｖ側に切り換え、インバータ５の出力電圧位相θｉｎｖと電源電圧位相θｉｎとを一致させる。この時点で移行完了となり、負荷３への給電は交流電源１からのみとなり、商用給電期間となり、インバータ５は動作を停止させるか、電力貯蔵装置４への充電動作に切り換える。又、第２の切換スイッチ１１を負荷電圧位相θｏｕｔ側に切り換える。

前記した実施最良形態においては、交流電源１が正常状態に復帰したときは、交流電源電圧Ｖｉｎを負荷電圧Ｖｏｕｔと一致させるとともに、それぞれの位相θｉｎ，θｏｕｔを一致させた後、スイッチ２を閉じ、インバータ５の出力電圧位相θｉｎｖを交流電源１の電圧位相θｉｎと一致させた後、インバータ５を停止又は電力貯蔵装置４への充電へ移行させるようにしており、復電後、スイッチ２を投入して交流電源１に接続後に、インバータ５の出力位相θｉｎｖを徐々に交流電源１の電圧位相θｉｎに一致させることにより、負荷電流ＩＬをインバータ５側から徐々に交流電源１側に移行させており、交流電源１からの突入電流による負荷電圧の大きな変動やインバータ５と交流電源１との間の電流分担比率の急変を抑止し、交流電源１の電圧変動や周波数変動を低減させることができ、装置の安全性を向上することができる。

この発明の実施最良形態による無停電電源装置の制御ッブロック図である。 実施最良形態による無停電電源装置の動作説明図である。 特許文献１に示された従来及びこの発明の実施最良形態による無停電電源装置の構成図である。 特許文献１に示された従来の無停電電源装置の制御ブロック図である。

符号の説明

１…交流電源
２…スイッチ
３…負荷
４…電力貯蔵装置
５…インバータ
６…リアクトル
７，１１…切換スイッチ
８…減算器
９…自動調節器
１０…波形生成器
１２…ＰＬＬ回路

Claims (1)

1. 交流電源にスイッチを介して負荷を接続するとともに、直流側に電力貯蔵装置を有する順逆両方向に電力変換可能なインバータの交流端子を前記負荷と並列に接続し、前記交流電源電圧が正常なときは前記スイッチを閉じるとともに、前記電力貯蔵装置に電力を供給するか又は停止させるように前記インバータを制御し、交流電源電圧が許容電圧範囲を逸脱したときはスイッチを開くとともに、負荷に供給する交流電圧が所定値になるようインバータを制御するようにした無停電電源装置において、交流電源が停電状態から復帰したときは、交流電源電圧と負荷電圧とが等しくなるとともに、交流電源電圧の位相と負荷電圧の位相が一致するようにインバータを制御した後に、前記スイッチを閉じ、インバータの出力電圧位相を交流電源電圧の位相と一致させた後、インバータを停止又は電力貯蔵装置への充電へ移行させることを特徴とする無停電電源装置。

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