JP2012075274A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で長時間バックアップする機能と負荷からの回生電力を吸収できる機能とを有する無停電電源装置を提供する。
【解決手段】無停電電源装置１０に設けられた蓄電手段１９は、第１のエネルギー蓄積貯蔵要素２２と、第２の電力変換器２３を介して第１のエネルギー蓄積貯蔵要素２２と並列に接続された回生電力を吸収するための第２のエネルギー蓄積貯蔵要素２４と、当該蓄電手段に流れる電流を検出する電流検出手段２５と、電流検出手段２５からの検出電流に基づいて第２の電力変換器２３を制御する第２の制御手段２７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、無停電電源装置に関し、特に、長時間バックアップする機能と負荷からの回生電力を吸収できる機能とを有する無停電電源装置に関するものである。

無停電電源装置（ＵＰＳ）は、交流電源の電圧低下又は停電あるいは瞬時電圧低下又は瞬時停電（以下、停電等という）発生時に、無瞬断でバックアップ電源に切り替えることにより、安定した電力を負荷に供給するものである。このバックアップ電源である蓄電媒体としては、蓄電池（主に、鉛蓄電池）が使用されている。また、蓄電媒体として電気二重層コンデンサを用いた無停電電源装置もある。さらに、蓄電池と電気二重層コンデンサとを用いた無停電電源装置がある（例えば、特許文献１，２参照）。

図７は、従来の常時商用給電方式の無停電電源装置の構成を示す図である。図７に示す無停電電源装置１００は、電力変換器１０１と電圧検出回路１０２と交流スイッチ１０３とを備えたＵＰＳユニット１０４と、蓄電池または電気二重層コンデンサからなる蓄電部１０５とを有する。

交流スイッチ１０３は、交流入力端子ＡＣＩＮと交流出力端子ＡＣＯＵＴとの間に設けられている。交流スイッチ１０３は、交流入力端子ＡＣＩＮに接続された商用系統の交流電源１０６が正常である通常時ではオン状態であり、電圧検出回路１０２からの検出信号に基づき、商用系統の交流電源１０６が停電等した異常時ではオフ状態となる。

電力変換器１０１は、蓄電部１０５と交流出力端子ＡＣＯＵＴとの間で双方向に電力を供給するための機能を有し、蓄電部１０５に対して充電及び放電を行う。

図８は、無停電電源装置１００の動作を説明する図である。図８（ａ）は、商用系統の交流電源１０６が正常のときの動作を示す図であり、図８（ｂ）は、商用系統の交流電源１０６が異常のときの動作を示す図である。図８（ａ）に示すように、無停電電源装置１００の交流入力端子ＡＣＩＮに接続された交流電源１０６が正常時は、矢印１０７，１０８で示す方向に、図７で示した交流スイッチ１０３を介して、交流電源１０６から負荷１０９に交流電力が送られる。このとき、図７で示した電力変換器１０１は、蓄電部１０５を充電する整流器として動作する。

図８（ｂ）に示すように、無停電電源装置１００の交流入力端子ＡＣＩＮに接続された交流電源１０６が停電（図中、符号Ｓで示す）等で異常となった場合、図７で示した交流スイッチ１０３がオフとなり、電力変換器１０１は、蓄電部１０５の直流電力を交流電力に変換し負荷１０９に供給するインバータとして動作をする。そして、矢印１１０，１１１で示す方向に電力が送られる。

ここで、負荷１０９が誘導電動機等の誘導性負荷の場合、負荷１０９は電力を消費する力行時と回生電力を発生する回生時とがある。交流電源１０６が正常時、誘導電動機等の負荷１０９で回生電力が発生した場合、図８（ａ）に示すように回生電力は、矢印１１２，１１３で示す方向に送られる。そして、商用系統の交流電源１０６がこの回生電力を吸収するため問題はない。一方、図８（ｂ）に示すように交流電源１０６が異常時、図７で示した電力変換器１０１がインバータとして動作している場合、負荷１０９で回生電力が発生すると、矢印１１４，１１５で示す方向に回生電力が送られ、蓄電池または電気二重層コンデンサからなる蓄電部１０５が充電される。ただし、蓄電部１０５において、蓄電池の代わりに電気二重層コンデンサを用いれば、急速放電、急速充電ができるので、あらかじめ回生電力の吸収分だけ、電圧を下げて充電をすればよい。

また、特許文献１に開示された蓄電池と電気二重層コンデンサとを用いた無停電電源装置では、停電等の検出をしたとき、放電指令により、電気二重層コンデンサが接続された第１の電力変換器は、蓄電池ではなくて、電気二重層コンデンサの電力を放電する。そして、第１の電力変換器は、電気二重層コンデンサの電力または電圧が規定レベル以下になった場合に、放電を停止する。また、第１の電力変換器が停止することにより、今度は、蓄電池が接続された第２の電力変換器によって、蓄電池から放電が行われる。さらに、停電等が解除されたとき、充電指令により、蓄電池、電気二重層コンデンサともにそれぞれ第２の電力変換器、第１の電力変換器を使用して充電される。

特開２０１０−１６９９６号公報 特開２００９−２０１２０８号公報

しかしながら、従来の無停電電源装置において蓄電部に蓄電池を使用した場合、蓄電池は急速放電ができるが、急速充電ができないため、負荷で回生電力が多く発生した場合、蓄電池の電圧が急激に上昇し、保護機能により直流過電圧で停止してしまう可能性があるという問題がある。また、蓄電部に電気二重層コンデンサを使用した場合、電気二重層コンデンサは、蓄電池に比べて容量が小さいため、停電等した場合、補償時間が短くなる。補償時間を長くするために、電気二重層コンデンサの容量を増やすとコストアップにつながるという問題がある。

また、従来の蓄電池と電気二重層コンデンサとを用いた無停電電源装置の場合、停電等の検出をしたとき、放電指令により、第１の電力変換器は、蓄電池ではなくて、電気二重層コンデンサの電力を放電するため、電気二重層コンデンサによって所定の時間バックアップさせる必要があり、さらに、回生電力を吸収させる必要がある。そのときの電気二重層コンデンサに必要な容量は、例えば、次のようにして計算することができる。

例えば、電気二重層コンデンサに、８０ｋＷの電力を５秒間放電させる能力を持たせるとともに、負荷からの４０ｋＷの回生電力を２秒間吸収できる能力を持たせることを考える。このとき、電気二重層コンデンサの使用電圧範囲は４００Ｖ〜３００Ｖとする。

この場合、放電エネルギーは、８０ｋＷ×５ｓｅｃ＝４００ｋＪと計算され、また、吸収エネルギーは、４０ｋＷ×２ｓｅｃ＝８０ｋＪと計算される。

電気二重層コンデンサが４０ｋＷの回生電力を２秒間吸収する前に８０ｋＷの電力を５秒間放電する場合と、電気二重層コンデンサが８０ｋＷの電力を５秒間放電する前に４０ｋＷの回生電力を２秒間吸収する場合とがあるため、４００Ｖ〜３００Ｖの使用電圧範囲内に電気二重層コンデンサが蓄えることができるエネルギーＥを、Ｅ＝４００ｋＪ＋８０ｋＪ＝４８０ｋＪとなるようにする必要がある。このとき、必要な電気二重層コンデンサの容量をＣとすると、４８０ｋ＝０．５Ｃ（４００＾２ー３００＾２）が成り立ち、容量Ｃについて解くと、Ｃ＝４８０ｋ×２÷（４００＾２−３００＾２）＝１３．７Ｆとなる。このような使用電圧範囲が４００Ｖ〜３００Ｖで１３．７Ｆの容量を有する電気二重層コンデンサは、現在、５００万円程度し、高価なものとなっている。

上記のように、従来の無停電電源装置では、長時間バックアップさせ、また、回生電力を吸収させるようなものにするためには、高価なものとなってしまうという問題点がある。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、安価で長時間バックアップする機能と負荷からの回生電力を吸収できる機能とを有する無停電電源装置を提供することにある。

本発明に係る無停電電源装置は、上記の目的を達成するため、次のように構成される。
第１の無停電電源装置（請求項１に対応）は、交流電源を接続するための交流入力端子と、負荷を接続するための交流出力端子と、交流入力端子と交流出力端子との間に接続された交流スイッチと、交流端子と直流端子とを有し、交流端子が交流出力端子側で交流スイッチに接続された第１の電力変換器と、第１の電力変換器の直流端子に接続された蓄電手段と、交流入力端子から入力された交流電圧が異常か否かを検出する異常検出手段と、異常検出手段が異常を検出すると、交流スイッチをオフ状態にし、第１の電力変換器を制御する第１の制御手段と、を備え、蓄電手段は、第１のエネルギー蓄積貯蔵要素と、第２の電力変換器を介して第１のエネルギー蓄積貯蔵要素と並列に接続された回生電力を吸収するための第２のエネルギー蓄積貯蔵要素と、当該蓄電手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段からの検出電流に基づいて第２の電力変換器を制御する第２の制御手段と、を備えることを特徴とする。
第２の無停電電源装置（請求項２に対応）は、交流電源を接続するための交流入力端子と、負荷を接続するための交流出力端子と、交流入力端子から入力された交流電力を直流電力に変換して直流リンク部に出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、直流リンク部から入力された直流電力を別の交流電力に変換して交流出力端子に出力するＤＣ／ＡＣコンバータと、第１の直流端子と第２の直流端子とを有し、第１の直流端子が直流リンク部に接続された第１の電力変換器と、第１の電力変換器の第２の直流端子に接続された蓄電手段と、交流入力端子から入力された交流電圧が異常か否かを検出する異常検出手段と、異常検出手段が異常を検出すると、ＡＣ／ＤＣコンバータをオフ状態にし、第１の電力変換器を制御する第１の制御手段と、を備え、蓄電手段は、第１のエネルギー蓄積貯蔵要素と、第２の電力変換器を介して第１のエネルギー蓄積貯蔵装置と並列に接続された回生電力を吸収するための第２のエネルギー蓄積貯蔵要素と、当該蓄電手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、電流検出手段からの検出電流に基づいて第２の電力変換器を制御する第２の制御手段と、を備えることを特徴とする。
第３の無停電電源装置（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第２の制御手段は、異常検出手段が異常を検出し、かつ電流検出手段からの検出電流が負荷から蓄電手段への充電を示すとき、第２のエネルギー蓄積貯蔵要素を充電させるように第２の電力変換器を制御することを特徴とする。
第４の無停電電源装置（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第２の制御手段は、電流検出手段からの検出電流が蓄電手段から負荷への放電を示すとき、第２のエネルギー蓄積貯蔵要素の充電電圧を所定値になるまで放電させるように第２の電力変換器を制御することを特徴とする。
第５の無停電電源装置（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは、蓄電手段は、電流検出手段としての第１の電流検出器と、第２のエネルギー蓄積貯蔵要素に流れる電流を検出する第２の電流検出器とを備え、第２の制御手段は、異常検出手段が異常を検出し、かつ第１の電流検出器からの検出電流が負荷から蓄電手段への充電を示すとき、第２のエネルギー蓄積貯蔵要素を充電させるために、第１の電流検出器からの検出電流と、第２の電流検出器からの検出電流との差がゼロになるように第２の電力変換器を制御することを特徴とする。
第６の無停電電源装置（請求項６に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第２の制御手段は、電流検出手段としての第１の電流検出器からの検出電流が蓄電手段から負荷への放電を示すとき、第２のエネルギー蓄積貯蔵要素の充電電圧を所定値になるまで放電させるように第２の電力変換器を制御することを特徴とする。
第７の無停電電源装置（請求項７に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第１のエネルギー蓄積貯蔵要素は、蓄電池であることを特徴とする。
第８の無停電電源装置（請求項８に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第２のエネルギー蓄積貯蔵要素は、電気二重層コンデンサであることを特徴とする。
第９の無停電電源装置（請求項９に対応）は、上記の構成において、好ましくは、第２のエネルギー蓄積貯蔵要素は、フライホイール式電力貯蔵装置であることを特徴とする。

本発明によれば、安価で長時間バックアップする機能と負荷からの回生電力を吸収できる機能とを有する無停電電源装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る無停電電源装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る無停電電源装置の蓄電部を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る無停電電源装置の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る無停電電源装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る無停電電源装置の動作を説明するフローチャートである。 フライホイール式電力貯蔵装置を示す図である。 従来の常時商用給電方式の無停電電源装置の構成を示す図である。 従来の無停電電源装置の動作を説明する図であり、（ａ）は、商用系統の交流電源が正常のときの動作を示す図であり、（ｂ）は、商用系統の交流電源が異常のときの動作を示す図である。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る無停電電源装置の構成を示すブロック図である。無停電電源装置１０は、交流電源１１の正常時には交流電源１１の交流電力を負荷１３に供給する常時商用給電方式である。無停電電源装置１０は、交流電源１１を接続するための交流入力端子１２と、負荷１３を接続するための交流出力端子１４と、交流入力端子１２と交流出力端子１４との間に接続された交流スイッチ１５と、交流端子１６と直流端子１７とを有し、交流端子１６が交流出力端子１４側で交流スイッチ１５に接続された第１の電力変換器１８と、第１の電力変換器１８の直流端子１７に接続された蓄電手段としての蓄電部１９と、交流入力端子１２から入力された交流電源１１の交流電圧が異常か否かを検出する異常検出手段としての異常検出部２０と、異常検出部２０が異常を検出すると、交流スイッチ１５をオフ状態にし、第１の電力変換器１８を制御する第１の制御手段としての第１の制御部２１と、を備えている。

第１の制御部２１は、異常検出部２０が交流電源１１の停電等の異常を検出すると、検出信号を交流スイッチ１５及び第１の電力変換器１８に送出する。

交流スイッチ１５は、サイリスタ等からなる双方向スイッチであり、交流入力端子１２と交流出力端子１４との間に接続され、交流電源１１が正常である通常時ではオン状態で、交流電源１１が停電等した異常時では、第１の制御部２１からの検出信号に基づき、オフ状態となる。

第１の電力変換器１８は、蓄電部１９と交流出力端子１４（負荷１３）との間で双方向に電力を供給するための機能を有する。交流電源１１が停電等した場合、第１の制御部２１からの制御信号に基づき、第１の電力変換部１８は、蓄電部１９から交流出力端子１４に放電するように切り替え、蓄電部１９に蓄積された直流電力を交流電力に変換して交流出力端子１４に供給する。第１の電力変換器１８は、インバータとして動作する。

交流電源１１が復電した場合又は電圧低下が回復した場合、第１の制御部２１からの制御信号に基づき、第１の電力変換器１８は、蓄電部１９からの放電を蓄電部１９への充電に切り替える。第１の電力変換器１８は、蓄電部１９を充電する整流器として動作する。

蓄電部１９は、第１のエネルギー蓄積貯蔵要素としての蓄電池２２と、第２の電力変換器２３を介して蓄電池２２と並列に接続された回生電力を吸収するための第２のエネルギー蓄積貯蔵要素としての電気二重層コンデンサ２４と、蓄電部１９に流れる電流を検出する電流検出手段としての第１の電流検出器２５と、電気二重層コンデンサ２４に流れる電流を検出する第２の電流検出器２６と、第１の電流検出器２５と第２の電流検出器２６とによって検出された電流に基づいて第２の電力変換器２３を制御する第２の制御部２７と、を備えている。

蓄電池２２は、鉛蓄電池以外に、リチウムイオン、ニッケル水素などの蓄電池でも良い。

第２の電力変換器２３は、電気二重層コンデンサ２４と第１の電力変換器１８を介しての負荷１３との間で双方向に電力を供給するための機能を有する。第２の電力変換器２３は、後で詳述するように第２の制御部２７により制御される。

上記構成において、第１の電力変換器１８の直流端子１７に蓄電池２２と並列に第２の電力変換器２３を介して回生電力を吸収するための電気二重層コンデンサ２４とを接続している。第１の電力変換器１８がインバータ運転中、負荷１３からの回生電力が発生すると、蓄電池２２の電圧が上昇するため、第２の電力変換器２３はその電圧上昇を抑えるように電気二重層コンデンサ２４に回生電力を吸収させる。

第２の制御部２７は、第１の電流検出器２５で検出される電流と第２の電流検出器２６で検出される電流の差分から蓄電池２２に流出入する電流を計算する。そして、電気二重層コンデンサ２４の電力を使用して、上記計算した電流を出力するように第２の電力変換器２３を動作させる。すなわち、第２の制御部２７による制御動作は次のようになる。
（１）停電等の異常を検出してバックアップ運転状態になると、第１、第２の電流検出器２５，２６により蓄電池２２に流れる電流を検出する。
（２）第１の電流検出器２５によって検出された電流が充電方向の場合、第２の電力変換器２３は、蓄電池２２への充電電流がゼロになるように急速充電可能な電気二重層コンデンサ２４へ電流を流す。
（３）第１の電流検出器２５によって検出された電流が放電方向の場合、かつ、急速充電可能な電気二重層コンデンサ２４が規定量よりも充電されている場合、第２の電力変換器２３は、電気二重層コンデンサ２４の電力を規定量まで放電させる。
（４）停電等が回復して通常運転になると、第２の電力変換器２３は、電気二重層コンデンサ２４の電力を規定量まで放電させる。
なお、第２の制御部２７は、異常検出部２０が異常を検出し、かつ第１の電流検出器２５で検出される電流が負荷１３から蓄電部１９への充電を示すとき、電気二重層コンデンサ２４を充電させるように第２の電力変換器２３を制御しても良い。また、第２の制御部２７は、第１の電流検出器２５で検出される電流が蓄電部１９から負荷１３への放電を示すとき、電気二重層コンデンサ２４の充電電圧を所定値になるまで放電させるように第２の電力変換器２３を制御しても良い。

以上、本実施形態によれば、急速充電可能な電気二重層コンデンサ２４の容量は、バックアップ運転中における充電分のみ持てばよいので、約半分に低減することができる。それにより、急速充電ができない蓄電池２２の欠点を急速充電可能な電気二重層コンデンサ２４を接続することで、克服することができる。また、急速充電可能な電気二重層コンデンサ２４の容量を低減し、コストダウンと小型化を図ることができる。

図２は、蓄電部１９を示すブロック図である。蓄電部１９は、第１の電力変換器１８の直流側に接続する接続端子３０，３１と接続端子３０からの配線３２と接続端子３１からの配線３３を備えており、配線３２と配線３３には蓄電池２２が接続されている。また、配線３２は、第２の電力変換器２３の接続端子３４に接続されており、配線３３は、第２の電力変換器２３の接続端子３５に接続されている。第２の電力変換器２３の接続端子３６，３７には、電気二重層コンデンサ２４が接続されている。また、配線３２には、配線３２に流れる電流、すなわち、蓄電部１９に流れる電流を検出する第１の電流検出器２５が設けられており、蓄電池２２と接続端子３４の間には電気二重層コンデンサ２４に流れる電流を検出する第２の電流検出器２６が設けられている。

蓄電部１９は、第２の制御部２７を備えている。第２の制御部２７は、第１の電流検出器２５で検出される電流値と第２の電流検出器２６で検出される電流値との偏差を演算する偏差演算部３８と、その偏差に基づいてＰＩ制御を行うＰＩ制御部３９と、電気二重層コンデンサ２４の電圧を検出する電圧検出部４０とその電圧検出部４０によって検出される電圧値と基準電圧Ｖｃとの偏差を演算する偏差演算部４１と、その偏差に基づいてＰＩ制御を行うＰＩ制御部４２とを備えている。また、第２の制御部２７は、第１の電流検出器２５によって検出した電流値に基づいて電流が蓄電部１９から放電している方向か充電している方向かを検出し、それに基づいてＰＩ制御部３９からの出力をＰＷＭ制御部４３に接続するかＰＩ制御部４２からの出力をＰＷＭ制御部４３に接続するかを選択するスイッチ４４を制御するスイッチ制御部４５を備えている。

第２の電力変換器２３は、リアクトル４６とダイオードを備えたスイッチング素子４７，４８からなり、昇圧又は降圧を行う双方向チョッパ回路を構成している。この第２の電力変換器２３では、ＰＷＭ制御部４３からの信号に基づいてスイッチング素子４７，４８のオンオフを制御することにより、電気二重層コンデンサ２４から負荷１３への放電か負荷１３から電気二重層コンデンサ２４への充電かを制御する。

上記第２の制御部２７による本実施形態に係る無停電電源装置での具体的な制御法を示す。
（１）第１の電流検出器２５によって第１の電力変換器１８の直流側へ接続されるラインの電流を検出し、第２の電流検出器２６によって第２の電力変換器２３に流れる電流を検出して、偏差演算部３８によって蓄電池２２に流れる電流を演算する。
（２）スイッチ制御部４５は、バックアップ運転（停電等を検出した場合）中、かつ、第１の電流検出器２５によって検出された電流が充電方向であることを検出して、スイッチ４４を１に接続する。
（３）ＰＩ制御部３９は、偏差演算部３８によって演算された偏差がゼロになるように第２の電力変換器２３と電気二重層コンデンサ２４を利用して電流を流す。
（４）第１の電流検出器２５によって検出された電流が放電方向を検出した場合、スイッチ制御部４５は、スイッチ４４を２に接続する。
（５）ＰＩ制御部４２は、電気二重層コンデンサ２４の電圧検出部４０によって検出された電圧と規定量Ｖｃとの偏差を偏差演算部４１によって演算し、その偏差がゼロになるように制御し、第２の電力変換器２３を利用して電気二重層コンデンサ２４の電圧を所定値Ｖｃまで放電させる。
（６）スイッチ制御部４５が、通常運転（停電等が回復した場合）を検出した場合も（５）と同様の動作となる。

次に、このように構成された第１実施形態に係る無停電電源装置の動作を図３に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

ステップＳ１１：まず、交流電源１１が正常である通常時には、交流スイッチ１５を介して交流電力が負荷１３に供給される。
ステップＳ１２：次に、異常検出部２０は、交流電源１１が停電等したか否かの交流電源１１の異常を判定する。
ステップＳ１３：交流電源１１が停電等となった場合には、第１の制御部２１は、検出信号を交流スイッチ１５と第１の電力変換器１８に送出する。
ステップＳ１４：交流スイッチ１５をオフする。
ステップＳ１５：第１の電力変換器１８は、第１の制御部２１からの制御信号に基づき、蓄電部１９を放電させる。このとき、蓄電部１９は第１の制御部２１により制御される。これにより、第１の電力変換器１８は、負荷１３に安定した交流電力を供給し続ける。また、負荷１３からの回生電力があるときは、第１の電力変換部１８は、その回生電力を蓄電部１９に供給する。
ステップＳ１６：異常検出部２０は、交流電源１１が正常か否か判定する。正常ではないとき、ステップＳ１５を持続する。正常の判定でステップＳ１１に戻る。

次に、コストを比較すると従来装置よりも発明装置のほうが約半分で回生電力を吸収できる機能を付加できることを説明する。

条件として８０ｋＷ５秒間放電させる能力を持つとともに４０ｋＷ２秒間の回生電力を吸収できる能力を持つものを考える。このとき、本実施形態では、第２の電力変換器２３を備えているため、電気二重層コンデンサの使用電圧範囲は、従来の４００Ｖ〜３００Ｖよりも幅を持たせることができ、４００Ｖ〜２００Ｖとする。エネルギー計算を行うと、放電エネルギー８０ｋＷ×５ｓｅｃ＝４００ｋＪとなり、吸収エネルギー４０ｋＷ×２ｓｅｃ＝８０ｋＪとなる。

本実施形態の無停電電源装置１０では、放電エネルギー４００ｋＪは蓄電池２２から供給されるので電気二重層コンデンサの４００Ｖ〜２００Ｖの使用電圧範囲に蓄えることができるエネルギーを８０ＫＪにすればよい。したがって、必要な容量は、従来のものと異なり、８０ｋ＝０．５Ｃ（４００＾２−２００＾２）、Ｃ＝８０ｋ×２÷（４００＾２−２００＾２）＝１．３３Ｆですむことになる。それゆえ、コストは、４００Ｖ〜２００Ｖ、１．３Ｆの電気二重層コンデンサは、５０万円程度、鉛蓄電池５０万円、第２の電力変換器２３は、１００万円となり、合計２００万円ですむことになる。

以上のように、安価で長時間バックアップする機能と負荷からの回生電力を吸収できる機能とを有する無停電電源装置を提供することができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る無停電電源装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態の第１の実施形態と異なる点は、常時インバータ給電方式であることであり、第１の実施形態と同一の構成要素には、同一の符号を付し、説明を省略する。無停電電源装置５０は、交流電源１１を接続するための交流入力端子１２と、負荷１３を接続するための交流出力端子１４と、交流電源１１から供給される交流電力を直流電力に変換して直流リンク部５２に供給するＡＣ／ＤＣコンバータ５１と、直流リンク部５２に第１の電力変換器（双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ）５７を介して接続された蓄電部１９と、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１、蓄電部１９から第１の電力変換器５７を介して直流リンク部５２に供給される直流電力を所望の交流電力に変換して負荷１３に供給するＤＣ／ＡＣコンバータ５３と、交流入力端子１２から入力された交流電源１１の交流電圧が異常か否かを検出する異常検出部２０と、異常検出部２０が異常を検出したときにＡＣ／ＤＣコンバータ５１をオフ状態にし、第１の電力変換器５７を制御する第１の制御部５４と、を備えている。

蓄電部１９は、第１の実施形態で説明したものと同様の装置を備えている。

ＡＣ／ＤＣコンバータ５１は、交流電源１１から供給される交流電力を直流電力に変換して直流リンク部５２に供給する。ＤＣ／ＡＣコンバータ５３は、直流リンク部５２に供給される直流電力を所望の交流電力に変換して負荷１３に供給する。

第１の電力変換器５７の第１の直流端子５５は、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１の直流出力端とＤＣ／ＡＣコンバータ５３の直流入力端とを接続する直流リンク部５２に接続されている。第１の電力変換器５７の第２の直流端子５６には蓄電部１９が接続され、第１の電力変換器５７は、蓄電部１９と直流リンク部５６との間で双方向に電力を供給するための機能を有し、蓄電部１９に対して充電及び放電を行う。

第１の制御部５４は、異常検出部２０が、交流電源１１の停電等の異常を検出すると、検出信号をＡＣ／ＤＣコンバータ５１及び第１の電力変換器５７に送出する。

第１の電力変換器５７は、第１の制御部５４からの制御信号に基づき、交流電源１１が停電等した場合には、蓄電部１９を充電から放電に切り替え、蓄電部１９に蓄積された電力を直流リンク部５２に供給する。また、負荷１３からの回生電力を蓄電部１９に供給する。

次に、このように構成された第２実施形態に係る無停電電源装置の動作を図５に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する。

ステップＳ２１：まず、交流電源１１が正常である通常時には、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１に交流電力が入力され、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１により交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をＤＣ／ＡＣコンバータ５３により所望の交流電力に変換して負荷１３に供給する。
ステップＳ２２：次に、異常検出部２０は、交流電源１１が停電等したか否か交流電源１１の異常を判定する。
ステップＳ２３：交流電源１１が停電等した場合には、第１の制御部５４は、検出信号をＡＣ／ＤＣコンバータ５１及び第１の電力変換器５７に送出する。
ステップＳ２４：ＡＣ／ＤＣコンバータ５１は、動作を停止する。
ステップＳ２５：第１の電力変換器５７は、交流電源１１が停電等した場合には、第１の制御部５４からの制御信号に基づき、蓄電部１９を充電から放電に切り替え、蓄電部１９に蓄積された電力を直流リンク部５２に供給する。これにより、ＤＣ／ＡＣコンバータ５３は、負荷１３に安定した交流電力を供給し続ける。また、負荷１３からの回生電力があるときは、第１の電力変換器５７は、その回生電力を蓄電部１９に供給する。
ステップＳ２６：異常検出部２０は、交流電源１１が正常か否か判定する。交流電源１１が異常のときは、ステップＳ２５を持続する。正常の判定でステップＳ２１に戻る。

このように、第２実施形態に係る無停電電源装置５０によれば、安価で長時間バックアップする機能と負荷からの回生電力を吸収できる機能とを有する無停電電源装置を提供することができる。

なお、上記実施形態では、第２のエネルギー蓄積貯蔵要素は、電気二重層コンデンサ２４であるとして説明したが、フライホイール式電力貯蔵装置を用いることができる。図６は、フライホイール式電力貯蔵装置を示す図である。これを用いるときは、図２で示した第２の電力変換器２３の接続端子３６，３７に接続端子６２，６３を備えたインバータ６１を接続し、そのインバータ６１に接続されたフライホイール式電力貯蔵装置６０を接続する。これにより、電気二重層コンデンサを用いたときと同様の効果を得ることができる。このとき用いるインバータは、従来のトランジスタ等の半導体スイッチング素子を使った３相ブリッジ構成のスイッチング回路として構成することができる。

また、上記実施形態では、第１の制御部２１と第２の制御部２７を設けて説明したが、第１の制御部２１の機能と第２の制御部２７の機能を一つの制御部によって持たせるようにしてもよい。

さらに、第２実施形態において、第１の電力変換器５７を設けているが、第１の電力変換器５７を設けず、蓄電部１９を直接直流リンク部５２に接続するようにしてもよい。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ５１は、ブリッジ構成のダイオード整流回路であってもよい。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）等については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

本発明に係る無停電電源装置は、モータ等を駆動する無停電電源装置として利用される。

１０ 無停電電源装置
１１ 交流電源
１２ 交流入力端子
１３ 負荷
１４ 交流出力端子
１５ 交流スイッチ
１６ 交流端子
１７ 直流端子
１８ 第１の電力変換器
１９ 蓄電部
２０ 異常検出部
２１ 第１の制御部
２２ 蓄電池
２３ 第２の電力変換器
２４ 電気二重層コンデンサ
２５ 第１の電流検出器
２６ 第２の電流検出器
２７ 第２の制御部

Claims (9)

1. 交流電源を接続するための交流入力端子と、
   負荷を接続するための交流出力端子と、
   前記交流入力端子と前記交流出力端子との間に接続された交流スイッチと、
   交流端子と直流端子とを有し、前記交流端子が前記交流出力端子側で前記交流スイッチに接続された第１の電力変換器と、
   前記第１の電力変換器の前記直流端子に接続された蓄電手段と、
   前記交流入力端子から入力された交流電圧が異常か否かを検出する異常検出手段と、
   前記異常検出手段が異常を検出すると、前記交流スイッチをオフ状態にし、前記第１の電力変換器を制御する第１の制御手段と、を備え、
   前記蓄電手段は、第１のエネルギー蓄積貯蔵要素と、第２の電力変換器を介して前記第１のエネルギー蓄積貯蔵要素と並列に接続された回生電力を吸収するための第２のエネルギー蓄積貯蔵要素と、当該蓄電手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段からの検出電流に基づいて前記第２の電力変換器を制御する第２の制御手段と、を備えることを特徴とする無停電電源装置。
2. 交流電源を接続するための交流入力端子と、
   負荷を接続するための交流出力端子と、
   前記交流入力端子から入力された交流電力を直流電力に変換して直流リンク部に出力するＡＣ／ＤＣコンバータと、
   前記直流リンク部から入力された直流電力を別の交流電力に変換して前記交流出力端子に出力するＤＣ／ＡＣコンバータと、
   第１の直流端子と第２の直流端子とを有し、前記第１の直流端子が前記直流リンク部に接続された第１の電力変換器と、
   前記第１の電力変換器の前記第２の直流端子に接続された蓄電手段と、
   前記交流入力端子から入力された交流電圧が異常か否かを検出する異常検出手段と、
   前記異常検出手段が異常を検出すると、前記ＡＣ／ＤＣコンバータをオフ状態にし、前記第１の電力変換器を制御する第１の制御手段と、を備え、
   前記蓄電手段は、第１のエネルギー蓄積貯蔵要素と、第２の電力変換器を介して前記第１のエネルギー蓄積貯蔵要素と並列に接続された回生電力を吸収するための第２のエネルギー蓄積貯蔵要素と、当該蓄電手段に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段からの検出電流に基づいて前記第２の電力変換器を制御する第２の制御手段と、を備えることを特徴とする無停電電源装置。
3. 前記第２の制御手段は、前記異常検出手段が異常を検出し、かつ前記電流検出手段からの検出電流が前記負荷から前記蓄電手段への充電を示すとき、前記第２のエネルギー蓄積貯蔵要素を充電させるように前記第２の電力変換器を制御することを特徴とする請求項１または２記載の無停電電源装置。
4. 前記第２の制御手段は、前記電流検出手段からの検出電流が前記蓄電手段から前記負荷への放電を示すとき、前記第２のエネルギー蓄積貯蔵要素の充電電圧を所定値になるまで放電させるように前記第２の電力変換器を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
5. 前記蓄電手段は、前記電流検出手段としての第１の電流検出器と、前記第２のエネルギー蓄積貯蔵要素に流れる電流を検出する第２の電流検出器とを備え、
   前記第２の制御手段は、前記異常検出手段が異常を検出し、かつ前記第１の電流検出器からの検出電流が前記負荷から前記蓄電手段への充電を示すとき、前記第２のエネルギー蓄積貯蔵要素を充電させるために、前記第１の電流検出器からの検出電流と、前記第２の電流検出器からの検出電流との差がゼロになるように前記第２の電力変換器を制御することを特徴とする請求項１または２記載の無停電電源装置。
6. 前記第２の制御手段は、前記電流検出手段としての第１の電流検出器からの検出電流が前記蓄電手段から前記負荷への放電を示すとき、前記第２のエネルギー蓄積貯蔵要素の充電電圧を所定値になるまで放電させるように前記第２の電力変換器を制御することを特徴とする請求項１，２，５のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
7. 前記第１のエネルギー蓄積貯蔵要素は、蓄電池であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
8. 前記第２のエネルギー蓄積貯蔵要素は、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
9. 前記第２のエネルギー蓄積貯蔵要素は、フライホイール式電力貯蔵装置であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の無停電電源装置。

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