JP2021040398A - Uninterruptible power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、商用電源が停電した場合に負荷への給電回路を切り換える無停電電源装置に関するものである。 The present disclosure relates to an uninterruptible power supply that switches a power supply circuit to a load when a commercial power supply fails.
従来より、商用電源が停電した場合に蓄電装置より電力を負荷へ供給する無停電電源装置が知られている(特許文献1)。 Conventionally, an uninterruptible power supply device that supplies electric power to a load from a power storage device when a commercial power supply fails has been known (Patent Document 1).
この点で、負荷の変動に応じて蓄電装置への蓄電電流を調整可能な構成が示されている。負荷の変動状況を常時監視して調整する場合には制御が複雑となる可能性がある。 In this respect, a configuration is shown in which the storage current in the power storage device can be adjusted according to the fluctuation of the load. Control can be complicated when constantly monitoring and adjusting load fluctuations.
一方で、負荷の変動はある程度予測が可能でありその予測に基づいて調整することも可能である。 On the other hand, load fluctuations can be predicted to some extent and can be adjusted based on the predictions.
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、簡易な方式で蓄電装置への蓄電電流を調整することが可能な無停電電源装置を提供する。 The present disclosure has been made to solve the above problems, and provides an uninterruptible power supply capable of adjusting the stored current in the power storage device by a simple method.
ある局面に従う無停電電源装置は、交流電圧を直流電圧に変換する交流直流変換器と、直流電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給する直流交流変換器と、直流交流変換器と並列に接続され、直流電圧を蓄電して、交流負荷に電力を供給するための蓄電装置と、交流負荷に応じて蓄電装置への蓄電電流を制御するコントローラとを備える。コントローラは、時間帯に従って変動する交流負荷を予測する複数の電力運用パターンが記憶された記憶部と、記憶部に記憶された電力運用パターンに従って蓄電装置への蓄電電流を制御する電流制御部とを含む。 A non-disruptive power supply device that follows a certain aspect is an AC-DC converter that converts AC voltage to DC voltage, a DC-AC converter that converts DC voltage to AC voltage and supplies it to an AC load, and a DC-AC converter in parallel. It is provided with a power storage device that is connected and stores DC voltage to supply power to an AC load, and a controller that controls the storage current in the power storage device according to the AC load. The controller has a storage unit that stores a plurality of power operation patterns that predict an AC load that fluctuates according to the time zone, and a current control unit that controls the storage current in the power storage device according to the power operation pattern stored in the storage unit. Including.
好ましくは、電流制御部は、交流直流変換器を調整して蓄電装置への蓄電電流を制御する。 Preferably, the current control unit adjusts the AC / DC converter to control the stored current in the power storage device.
好ましくは、直流交流変換器と蓄電装置との間に接続され、直流電圧の電圧レベルを調整するチョッパ回路を備える。電流制御部は、チョッパ回路を調整して蓄電電流を制御する。 Preferably, a chopper circuit is provided which is connected between the DC AC converter and the power storage device and adjusts the voltage level of the DC voltage. The current control unit adjusts the chopper circuit to control the stored current.
好ましくは、複数の電力運用パターンは、時間帯に従って最大交流負荷がそれぞれ異なるように設定され、曜日に応じて複数の電力運用パターンのうちの1つが割り当てられる。 Preferably, the plurality of power operation patterns are set so that the maximum AC load differs depending on the time zone, and one of the plurality of power operation patterns is assigned according to the day of the week.
好ましくは、電流制御部は、電力運用パターンに従って蓄電装置への蓄電電流の最大値を設定する。 Preferably, the current control unit sets the maximum value of the stored current in the power storage device according to the power operation pattern.
一実施例によれば、無停電電源装置は、蓄電装置を安全に復旧させることが可能である。 According to one embodiment, the uninterruptible power supply can safely restore the power storage device.
本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。 This embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals and the description thereof will not be repeated.
図1は、実施形態に基づく無停電電源装置10の構成を説明する図である。
図1に示されるように、無停電電源装置10は、交流入力電源3および負荷20に接続される。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an uninterruptible
As shown in FIG. 1, the
交流入力電源3は、無停電電源装置10に交流電力を供給する交流電源である。入力電源は、たとえば商用交流電源もしくは自家用発電機等によって構成される。
The AC
入力交流電源の一例として三相三線(3φ3W)式を示す。ただし、入力交流電源の種類は三相三線式に限定されず、たとえば三相四線式の電源でもよいし、単相三線式の電源でもよい。 A three-phase three-wire (3φ3W) type is shown as an example of an input AC power supply. However, the type of input AC power supply is not limited to the three-phase three-wire system, and may be, for example, a three-phase four-wire power supply or a single-phase three-wire power supply.
無停電電源装置10は、コンバータ5と、蓄電装置30と、インバータ7と、チョッパ回路6と、無停電電源装置10全体を制御するコントローラ4とを備える。
The
コンバータ5と、インバータ7とは、交流入力電源3と負荷20との間に直列に接続される。
The
蓄電装置30は、インバータ7と並列にチョッパ回路6を介してコンバータ5と接続される。
The
コンバータ5は、交流入力電源3から供給される交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ7は、コンバータ5により変換された直流電圧を交流電圧に変換する。
The
チョッパ回路6は、直流電圧の電圧レベルを変換して蓄電装置30に供給する。
なお、コンバータ5、チョッパ回路6およびインバータ7の各々は、コントローラ4によって制御される。
The
Each of the
蓄電装置30は、スイッチ32と、2次電池34とを含む。
蓄電装置30は、交流入力電源3が交流電圧を供給できないとき(たとえば停電時)において、インバータ7に直流電圧を供給するための装置である。なお、スイッチ32は導通しており、コンバータ5から2次電池34に対する充電が行われている。
The
The
交流入力電源3から交流電力を供給されている通常時には、コンバータ5によって生成された直流電圧が蓄電装置30に蓄電されるとともに、インバータ7によって交流電圧に変換されて負荷20に供給される。一方、交流入力電源3からの交流電圧の供給が停止した停電時には、コンバータ5の運転が停止され、蓄電装置30に蓄えられた直流電圧がインバータ7によって交流電圧に変換されて負荷20に供給される。したがって、無停電電源装置によれば、停電時でも蓄電装置30に蓄えられた電力を用いて負荷20の運転を継続することができる。
Normally, when AC power is supplied from the AC
コントローラ4は、通常時および停電時において、負荷20に供給する交流電圧を発生させるために、コンバータ5、チョッパ回路6、蓄電装置30およびインバータ7を制御するための制御装置であり、一例として、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などの記憶部とを含むマイクロコンピュータを主体として構成される。そして、コントローラ4は、予めROMなどに格納されたプログラムをCPUがRAMに読出して実行することによって、コンバータ5、チョッパ回路6、蓄電装置30およびインバータ7等を制御する。
The
なお、コントローラ4の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
At least a part of the
コントローラ4は、蓄電装置30の2次電池34を充電するための蓄電電流を制御するための電流制御部40と、記憶部42とを含む。
The
図2は、実施形態に基づく記憶部42に格納されている電力運用パターンについて説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a power operation pattern stored in the
図2に示されるように、記憶部42には、複数の電力運用パターンが記憶されている。
本例においては、電力運用パターンA〜Cが設けられている。
As shown in FIG. 2, a plurality of electric power operation patterns are stored in the
In this example, power operation patterns A to C are provided.
各電力運用パターンは、時間帯に従って変動する交流負荷の予測量が設定されている。
一例として、電力運用パターンAは、通常時の電力運用パターンであり、一例として「0:00〜9:00」の時間帯は、「30%」に設定されている。「9:00〜19:00」の時間帯は、「70%」に設定されている。「19:00〜24:00」の時間帯は、「30%」に設定されている。
For each power operation pattern, the predicted amount of AC load that fluctuates according to the time zone is set.
As an example, the electric power operation pattern A is a normal electric power operation pattern, and as an example, the time zone of "0:00 to 9:00" is set to "30%". The time zone of "9:00 to 19:00" is set to "70%". The time zone of "19:00 to 24:00" is set to "30%".
ここでの予測量は、無停電電源装置10が交流電圧の入力を受けて負荷20に対して供給可能な最大の電力量に対する割合を示している。
The predicted amount here indicates the ratio of the
例えば、無停電電源装置10が200kWを供給可能な場合には、70%は、140kWになる。なお、本例においては、割合が設定される場合について説明するが、特に割合に限られず電力量でも良いし、その他の値を用いることも可能である。
For example, if the
電力運用パターンBは、深夜に運転する場合の電力運用パターンであり、一例として「0:00〜1:00」の時間帯は、「30%」に設定されている。「1:00〜2:00」の時間帯は、「100%」に設定されている。電力運用パターンAは、「2:00〜24:00」の時間帯は、「30%」に設定されている。 The electric power operation pattern B is an electric power operation pattern in the case of operating at midnight, and as an example, the time zone of "0:00 to 1:00" is set to "30%". The time zone of "1:00 to 2:00" is set to "100%". In the power operation pattern A, the time zone of "2:00 to 24:00" is set to "30%".
電力運用パターンCは、休日に運転する場合の電力運用パターンであり、「0:00〜24:00」の時間帯は、「30%」に設定されている。 The electric power operation pattern C is an electric power operation pattern when operating on a holiday, and the time zone of "0:00 to 24:00" is set to "30%".
また、記憶部42には、各曜日毎に当該電力運用パターンがそれぞれ割り当てられている場合が示されている。
Further, the
具体的には、日曜日〜土曜日までそれぞれ電力運用パターンが割り当てられている。例えば、日曜日、月曜日、火曜日、水曜日、木曜日、金曜日、土曜日は、それぞれ電力運用パターン「C」、「A」、「B」、「A」、「A」、「B」、「B」に割り当てられている場合が示されている。 Specifically, power operation patterns are assigned from Sunday to Saturday. For example, Sunday, Monday, Tuesday, Wednesday, Thursday, Friday, and Saturday are assigned to power operation patterns "C", "A", "B", "A", "A", "B", and "B", respectively. The case is shown.
図3は、実施形態に基づく電流制御部40の制御について説明するフロー図である。
図3に示されるように、電流制御部40は、電力運用パターンを取得する(ステップS2)。具体的には、記憶部42に格納されている複数の電力運用パターンのうちの曜日に合わせた電力運用パターンを取得する。
FIG. 3 is a flow chart illustrating control of the
As shown in FIG. 3, the
本例においては、例えば、電力運用パターン「A」を取得する。
次に、電流制御部40は、計画最大負荷量を取得する(ステップS4)。
In this example, for example, the power operation pattern "A" is acquired.
Next, the
具体的には、当該電力運用パターンのうちの時間帯に応じた計画最大負荷量を取得する。 Specifically, the planned maximum load amount according to the time zone in the power operation pattern is acquired.
本例においては、「9:00〜19:00」の時間帯の「70%」を取得する。例えば、無停電電源装置10が200kWを供給可能な場合には、70%は、140kWになる。
In this example, "70%" of the time zone of "9:00 to 19:00" is acquired. For example, if the
次に、電流制御部40は、最大リミット充電量を算出する(ステップS6)。具体的には、電流制御部40は、計画最大負荷量と、供給可能な電力量とに基づいて最大リミット充電量を算出する。例えば、200kW−140kW=60kWが蓄電装置30を蓄電するために用いることが可能な電力量になる。
Next, the
電流制御部40は、当該電力量に基づいて最大リミット充電量を算出する。
次に、電流制御部40は、負荷情報を取得する(ステップS8)。
The
Next, the
具体的には、電流制御部40は、無停電電源装置10から負荷20に実際に供給されている電流量を計測して負荷情報を取得する。
Specifically, the
次に、電流制御部40は、充電可能電流量を算出する(ステップS10)。
具体的には、電流制御部40は、計測された実際の負荷情報に基づいて充電可能電流量を算出する。例えば、実際の負荷20の負荷量が計画最大負荷量を超えている場合には、充電可能電流量は小さくなる。一方、実際の負荷20の負荷量が計画最大負荷量を超えていない場合には、充電可能電流量は大きくなる。
Next, the
Specifically, the
次に、電流制御部40は、充電可能電流量が最大リミット充電量以内であるか否かを判断する(ステップS12)。
Next, the
電流制御部40は、充電可能電流量が最大リミット充電量以内であると判断した場合(ステップS12においてYES)には、蓄電電流の電流量を充電可能電流量に設定する(ステップS14)。具体的には、電流制御部40は、チョッパ回路6に指示して蓄電電流の電流量を調整する。例えば、チョッパ回路6で変換する電圧レベルを調整することにより蓄電電流の電流量を調整することが可能である。
When the
そして、処理を終了する(エンド)。
一方、電流制御部40は、充電可能電流量が最大リミット充電量以内でないと判断した場合(ステップS12においてNO)には、蓄電電流の電流量を最大リミット充電量に設定する(ステップS14)。具体的には、電流制御部40は、チョッパ回路6に指示して蓄電電流の電流量を調整する。例えば、チョッパ回路6で変換する電圧レベルを調整することにより蓄電電流の電流量を調整することが可能である。
Then, the process ends (end).
On the other hand, when the
そして、処理を終了する(エンド)。
充電可能電流量が最大リミット充電量以内であると判断した場合には、蓄電電流の電流量を充電可能電流量に設定することにより定格以上に無停電電源装置10から負荷20に電力を供給することを抑制することが可能である。
Then, the process ends (end).
When it is determined that the chargeable current amount is within the maximum limit charge amount, power is supplied from the
充電可能電流量が最大リミット充電量以内でない、すなわち充電可能電流量が最大リミット充電量よりも大きいと判断した場合には、蓄電電流の電流量を最大リミット充電量に設定する。最大リミット充電量に制限することにより、負荷が変動した場合であっても定格以上に無停電電源装置10から負荷20に電力を供給することを抑制することが可能である。また、蓄電電流が増加して過充電となることを抑制することも可能である。当該方式により、記憶部42に格納された電力運用パターンに従って簡易な方式で蓄電装置30への蓄電電流を調整することが可能である。
When it is determined that the chargeable current amount is not within the maximum limit charge amount, that is, the chargeable current amount is larger than the maximum limit charge amount, the current amount of the stored current is set to the maximum limit charge amount. By limiting the amount of charge to the maximum limit, it is possible to suppress the supply of electric power from the
図4は、従来の無停電電源装置の充電方式について説明する図である。
図4に示されるように、蓄電装置30に充電する蓄電電流の電流量が一定の場合には蓄電装置30の充電が完了するまでの時間が掛かっていた。
FIG. 4 is a diagram illustrating a charging method of a conventional uninterruptible power supply.
As shown in FIG. 4, when the amount of the storage current for charging the
図5は、本実施形態に従う無停電電源装置10の充電方式について説明する図である。
図5に示されるように、負荷に従って蓄電電流の電流量を変化させることにより蓄電装置30の充電が完了するまでの時間を大幅に短縮することが可能である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a charging method of the
As shown in FIG. 5, it is possible to significantly shorten the time until the charging of the
これにより充電中に停電が生じた場合でも放電可能時間を長く確保することが可能である。 As a result, even if a power failure occurs during charging, it is possible to secure a long dischargeable time.
なお、本例においては、一例としてチョッパ回路6に指示して蓄電電流の電流量を調整する場合について説明したが、チョッパ回路6を調整するのではなく、例えば、コンバータ5に直接指示して変換する電力量を調整して蓄電電流の電流量を調整することも可能である。また、当該構成においてチョッパ回路6を設けない構成とすることも可能である。
In this example, the case where the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
3 交流入力電源、4 コントローラ、5 コンバータ、6 チョッパ回路、7 インバータ、10 無停電電源装置、20 負荷、40 電流制御部、42 記憶部。 3 AC input power supply, 4 controller, 5 converter, 6 chopper circuit, 7 inverter, 10 uninterruptible power supply, 20 load, 40 current control unit, 42 storage unit.
Claims (5)
前記直流電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給する直流交流変換器と、
前記直流交流変換器と並列に接続され、前記直流電圧を蓄電して、前記交流負荷に電力を供給するための蓄電装置と、
前記交流負荷に応じて前記蓄電装置への蓄電電流を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、
時間帯に従って変動する前記交流負荷を予測する複数の電力運用パターンが記憶された記憶部と、
前記記憶部に記憶された電力運用パターンに従って前記蓄電装置への蓄電電流を制御する電流制御部とを含む、無停電電源装置。 An AC-DC converter that converts AC voltage to DC voltage,
A DC AC converter that converts the DC voltage into an AC voltage and supplies it to an AC load.
A power storage device connected in parallel with the DC AC converter to store the DC voltage and supply power to the AC load.
A controller for controlling the storage current in the power storage device according to the AC load is provided.
The controller
A storage unit that stores a plurality of power operation patterns that predict the AC load that fluctuates according to the time zone, and
An uninterruptible power supply including a current control unit that controls a storage current in the power storage device according to a power operation pattern stored in the storage unit.
前記電流制御部は、前記チョッパ回路を調整して蓄電電流を制御する、請求項1記載の無停電電源装置。 A chopper circuit connected between the DC AC converter and the power storage device and adjusting the voltage level of the DC voltage is provided.
The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein the current control unit adjusts the chopper circuit to control the stored current.
曜日に応じて前記複数の電力運用パターンのうちの1つが割り当てられる、請求項1記載の無停電電源装置。 The plurality of power operation patterns are set so that the maximum AC load differs depending on the time zone.
The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein one of the plurality of power operation patterns is assigned according to the day of the week.
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