JP3632120B2 - Uninterruptible power system - Google Patents

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【発明の属する技術分野】
【0001】
本発明は、無停電電源装置に係り、特に、負荷に安定した電力を供給するとともに、蓄電池を最適に充電する回路構成に関する。
【従来の技術】
【0002】
第1交直変換器を出力端に並列接続し、第2交直変換器を入力端と出力端との間に直列接続した無停電電源装置が、IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS,VOL.13,No.3,MAY 1998,"A Novel On-Line UPS with Universal Filtering Capabilities"に記載されている。
【0003】
図10は、従来の無停電電源装置の一例の系統構成を示すブロック図である。この無停電電源装置は、第1交直変換器1と第2交直変換器2とを備えている。第1交直変換器1の交流側は、フィルタ用リアクトル14を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ7も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷10が接続される。
【0004】
外部交流電源9が接続されている入力端からは、スイッチ13を介して、交流電力が導入される。第2交直変換器2の交流側は、巻数比1:n2の変圧器5を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。
【0005】
第1交直変換器1の直流側には、直流コンデンサ6を並列接続し、蓄電池放電防止用リアクトル15を介して、蓄電池3を接続してある。
【0006】
電流検出器119は、入力電流Iinを検出する。電流検出器113は、蓄電池電流Ibattを検出する。電流検出器110は、出力電流Ioutを検出する。電圧検出器114は、出力電圧Voutを検出する。制御回路12は、これらの電流検出値と電圧検出値とに基づき制御演算を実行し、第1,第2交直変換器1,2を制御する。
【0007】
外部交流電源9が停電した場合は、スイッチ13を開き、第1交直変換器1で蓄電池3の電力を交流に変換し、負荷10に交流電力を供給する。
【0008】
外部交流電源9が正常な通常状態では、制御回路12は、出力電圧Voutおよび出力電流Ioutから負荷10の平均電力を演算する。第2交直変換器2は、演算された負荷10への平均電力と蓄電池3への充電電力とを供給し、制御回路12は、入力電流Iinが正弦波となるように、第2交直変換器2の電圧を制御する。制御回路12は、また、出力電圧Voutと入力電流Iin,出力電流Ioutとから、完全次元オブザーバにより、第1交直変換器1の入力電流を推定し、有限制定応答制御により、出力電圧Voutを一定に保つように、第1交直変換器1の電圧を制御する。
【0009】
このように、上記文献の技術を用いれば、入力電源9や負荷10が急変しても入力電流Iinを正弦波に保ち、アクティブフィルタの機能により、負荷10と蓄電池3とに安定した電力を供給できるとされている。
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
無停電電源装置は、コンピュータ機器に最も広く使用される。これらのコンピュータ機器は、5,7,9,11次などの低次の高調波を多く含む。
【0011】
前記従来の無停電電源装置においては、第2交直変換器2が負荷に供給する電力を平均値で計算し、入力電流Iinを正弦波に保てば、充電電流が高調波の分だけ減少するとしている。
【0012】
充電電流が高調波に比べて充分大きければ、問題は無い。しかし、蓄電池3が満充電に近くなると、充電電流を小さくしなければならないので、直流部から負荷10に高調波成分を含む電力を供給することになる。このとき、蓄電池3を放電させないためには、蓄電池放電防止用リアクトル15を挿入し、蓄電池3の低次高調波に対するインピーダンスを直流コンデンサ6に対して充分大きくする必要がある。
【0013】
図11は、図10に示した従来の無停電電源装置における電圧電流波形を示す図である。出力電圧Voutと入力電流Iinとは、正弦波となるように制御されている。負荷10は、コンピュータ機器を想定しているので、負荷電流Ioutは、低次の高調波を多く含む波形となる。リアクトル15の働きで、充電電流Ibattは、ほぼ直流であるが、直流コンデンサ6の電流ICdcとしては、第1交直変換器1のスイッチングに伴う高次の高調波成分の他に、出力電流Ioutの低次の高調波成分が流れる。
【0014】
そこで、直流コンデンサ6のリプル耐量を大きくする必要がある。蓄電池放電防止用リアクトル15と大きなリプル耐量の直流コンデンサ6とが必要なことから、無停電電源装置の体積が大きくなる。また、制御演算が複雑となるために、高機能のマイクロコンピュータを搭載しなければならない。
【0015】
本発明の目的は、直流コンデンサのリプル耐量を上げたり、蓄電池放電防止用リアクトルを設けたりせずに、第1交直変換器と第2交直変換器との間で電力を授受するとともに、蓄電池を安定に充電できる無停電電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明は、上記目的を達成するために、入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第1交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第2交直変換器の交流側を入力端と出力端との間に直列接続し、第1交直変換器および第2交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに直流電力貯蔵手段を充電しておき、外部交流電源の停電時に第1交直変換器が直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し負荷に供給する無停電電源装置において、第1交直変換器の交流側電流を検出する手段と、第2交直変換器の直流側電流を検出する手段と、直流電力貯蔵手段の充電電流および直流電圧を検出する手段と、無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、第2交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分を除去する手段とを備え、外部交流電源からの入力電圧と第2交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧になるように第2交直変換器を制御する手段と、直流電圧の検出値に応じた充電電流の指令値を算出し、充電電流の指令値と充電電流の検出値との誤差成分と第2交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波を除去した値との和を出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、第1交直変換器の交流側電流の指令値とし、第1交直変換器の交流側電流の検出値を指令値に追従させる手段とを備えた無停電電源装置を提案する。
【0017】
本発明は、さらに、入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第1交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第2交直変換器の交流側を入力端と出力端との間に直列接続し、第1交直変換器および第2交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに直流電力貯蔵手段を充電しておき、外部交流電源の停電時に第1交直変換器が直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し負荷に供給する無停電電源装置において、第1交直変換器の直流側電流および交流側電流を検出する手段と、第2交直変換器の直流側電流を検出する手段と、直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、第1交直変換器の直流側電流検出値および第2交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分をそれぞれ除去する手段とを備え、外部交流電源からの入力電圧と第2交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように第2交直変換器を制御する手段と、直流電圧の検出値に応じた充電電流の指令値を算出し、充電電流の指令値および第2交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波を除去した値の和と第1交直変換器の直流側電流の検出値の高次の高調波を除去した値との差の成分を出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、第1交直変換器の交流側電流の指令値とし、第1交直変換器の交流側電流の検出値を指令値に追従させる手段とを備えた無停電電源装置を提案する。
【0018】
本発明は、入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第1交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第2交直変換器の交流側を入力端と出力端との間に直列接続し、第1交直変換器および第2交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに直流電力貯蔵手段を充電しておき、外部交流電源の停電時に第1交直変換器が直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し負荷に供給する無停電電源装置において、第1交直変換器の交流側電流を検出する手段と、第2交直変換器の直流側電流を検出する手段と、直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、第2交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分を除去する手段とを備え、外部交流電源からの入力電圧と第2交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように第2交直変換器を制御する手段と、直流電圧の検出値に応じた充電電流の指令値を算出し、充電電流の指令値と第2交直変換器の直流側電流の検出値の高次の高調波を除去した値との和を出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、第1交直変換器の交流側電流の指令値とし、第1交直変換器の交流側電流の検出値に出力電圧の検出値と直流電圧の検出値との比を掛けた値を第1交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた無停電電源装置を提案する。
【0019】
本発明は、また、入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第1交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第2交直変換器の交流側を入力端と出力端との間に直列接続し、第1交直変換器および第2交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに直流電力貯蔵手段を充電しておき、外部交流電源の停電時に第1交直変換器が直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し負荷に供給する無停電電源装置において、第1交直変換器の交流側電流を検出する手段と、第2交直変換器の交流側電流および電圧を検出する手段と、直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、無停電電源装置の出力電圧を検出する手段とを備え、外部交流電源からの入力電圧と第2交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように第2交直変換器を制御する手段と、直流電圧の検出値に応じた充電電流の指令値を算出し、第2交直変換器の交流側電流の検出値に第2交直変換器の交流側電圧の検出値と直流電圧の検出値との比を掛けて第2交直変換器の直流側電流の検出値とし、充電電流の指令値と第2交直変換器の直流側電流の検出値との和を出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、第1交直変換器の交流側電流の指令値とし、第1交直変換器の交流側電流の検出値に出力電圧の検出値と直流電圧の検出値との比を掛けた値を第1交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた無停電電源装置を提案する。
【0020】
本発明は、さらに、入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第1交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第2交直変換器の交流側を入力端と出力端との間に直列接続し、第1交直変換器および第2交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに直流電力貯蔵手段を充電しておき、外部交流電源の停電時に第1交直変換器が直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し負荷に供給する無停電電源装置において、第1交直変換器の交流側電流を検出する手段と、第2交直変換器の交流側電流を検出する手段と、直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、無停電電源装置の出力電圧を検出する手段とを備え、外部交流電源からの入力電圧と第2交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように第2交直変換器を制御する手段と、直流電圧の検出値に応じた充電電流の指令値を算出し、第2交直変換器の交流側電流の検出値に第2交直変換器の交流側電圧の指令値と直流電圧の検出値との比を掛けて第2交直変換器の直流側電流の検出値とし、充電電流の指令値と第2交直変換器の直流側電流の検出値との和を出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、第1交直変換器の交流側電流の指令値とし、第1交直変換器の交流側電流の検出値に出力電圧の検出値と直流電圧の検出値との比を掛けた値を第1交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた無停電電源装置を提案する。
【発明の実施の形態】
【0021】
《実施例1》
図1は、本発明による無停電電源装置の実施例1の系統構成を示すブロック図である。第1交直変換器1の交流側は、巻数比1:n1の変圧器4を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ7も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷10が接続される。
【0022】
外部交流電源9が接続されている入力端からは、スイッチ13を介して、交流電力が導入される。第2交直変換器2の交流側は、巻数比1:n2の変圧器5を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。変圧器5と並列に、フィルタ用コンデンサ8を接続する。
【0023】
第1交直変換器1および第2交直変換器2の直流側は、蓄電池3および直流コンデンサ6に並列接続してある。
【0024】
検出器111は、第1交直変換器1の交流側電流Iinv1acを検出する。検出器112は、第2交直変換器2の直流側電流を検出する。検出器113は、蓄電池3の充電電流Ibattを検出する。検出器114は、出力電圧Voutを検出する。検出器115は、直流電圧Vdcを検出する。ローパスフィルタ161は、直流側電流から高次の高調波成分をカットした直流側電流Iinv2dcを出力する。
【0025】
指令値出力手段121は、直流電圧Vdcに応じた充電電流指令値Ibatt_refを出力する。演算増幅器122は、充電電流指令値Ibatt_refと充電電流Ibattとの誤差を増幅する。
【0026】
正負極性判定手段123は、出力電圧Voutの正負極性を出力する。すなわち、出力電圧Voutが正のとき、1を出力し、負のとき、−1を出力する。
【0027】
充電電流指令値Ibatt_refおよび充電電流Ibattの誤差成分と直流側電流Iinv2dcとを加算し、正負極性判定手段123の出力を掛けると、第1交直変換器1の交流側電流指令値Iinv1ac_refとなる。制御手段124は、交流側電流Iinv1acが交流側電流指令値Iinvac_refを追従するように、第1交直変換器1を制御する。
【0028】
基準値出力手段125は、出力電圧基準値Vout_refを出力する。指令値出力手段126は、出力電圧Voutが出力電圧基準値Vout_refとなるように第2交直変換器2の交流側電圧指令値V2ac_refを出力する。制御手段127は、交流側電圧指令値V2ac_refに基づいて、第2交直変換器2を制御する。
【0029】
図2は、図1に示した無停電電源装置における電圧電流波形を示す図である。出力電圧Voutは、一定の振幅の正弦波となる。負荷10が、コンピュータ機器である場合、交流側入力電流Iin,交流側出力電流Ioutは、低次の高調波を多く含む波形となる。充電電流Ibattは、出力電圧Voutの2倍の周波数のリプル電流を含むが、直流コンデンサ6の電流ICdcは、第1交直変換器1のスイッチングに伴う高次の高調波電流のみである。
【0030】
ここでは、無停電電源装置が、外部交流電源9からの入力電圧Vinと第2交直変換器2の交流側電圧との和を出力電圧Voutとする場合の動作を説明した。
【0031】
第2交直変換器2は、出力電圧Voutを一定にするため、入力電圧Vinが低いときは、昇圧し、入力電圧Vinが高いときは、降圧する。
【0032】
外部交流電源9が停電した場合は、スイッチ13が開き、第1交直変換器1が蓄電池3の電力を交流に変換し、負荷10に供給する。
【0033】
本実施例1において、充電電流Ibattと直流側電流Iinv2dcとを検出すると、Vdc=1とした場合の蓄電池3と第2交直変換器2との瞬時電力をそれぞれ検出していることになる。直流側電流Iinv2dcをフィードフォワード項として、充電電流指令値Ibatt_refおよび充電電流Ibattの誤差成分をゼロとするように、交流側電流指令値Iinv1ac_refを制御すると、第1交直変換器1は、蓄電池3の瞬時充電電力と第2交直変換器2の瞬時出力電力とを正確に供給できる。
【0034】
ローパスフィルタ161が、高次の高調波成分をカットするので、第1交直変換器1は、第2交直変換器2が出力する低次の高調波成分のみを供給すればよいことになる。直流コンデンサ6には、高次の高調波は流れるが、低次の高調波と比較して、リプル耐量を小さくできる。
【0035】
また、入力電圧Vinと第2交直変換器2の交流側電圧との和を出力し、入力電圧Vinの大小に応じて昇圧または降圧するので、負荷10に安定した電圧を供給できる。
【0036】
《実施例2》
図3は、本発明による無停電電源装置の実施例2の系統構成を示すブロック図である。第1交直変換器1の交流側は、巻数比1:n1の変圧器4を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ7も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷10が接続される。
【0037】
外部交流電源9が接続されている入力端からは、スイッチ13を介して、交流電力が導入される。第2交直変換器2の交流側は、巻数比1:n2の変圧器5を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。変圧器5と並列に、フィルタ用コンデンサ8を接続する。
【0038】
第1交直変換器1および第2交直変換器2の直流側は、蓄電池3および直流コンデンサ6に並列接続してある。
【0039】
検出器111は、第1交直変換器1の交流側電流Iinv1acを検出する。検出器112は、第2交直変換器2の直流側電流を検出する。検出器114は、出力電圧Voutを検出する。検出器115は、直流電圧Vdcを検出する。検出器116は、第1交直変換器1の直流側電流を検出する。ローパスフィルタ161は、直流側電流から高次の高調波成分をカットしたIinv2dcを出力し、ローパスフィルタ162は、直流側電流から高次の高調波成分をカットしたIinv1dcを出力する。
【0040】
指令値出力手段121は、直流電圧Vdcに応じた充電電流指令値Ibatt_refを出力する。演算増幅器122は、充電電流Ibattおよび直流側電流Iinv2dcの和と直流側電流Iinv1dcとの誤差を増幅する手段である。
【0041】
正負極性判定手段123は、Voutの正負極性を出力する。出力電圧Voutが正のとき、1を出力し、負のとき、−1を出力する。
【0042】
充電電流指令値Ibatt_refおよび直流側電流Iinv2dcの和と直流側電流Iinv1dcとの誤差のK2倍の値に、正負極性判定手段123の出力を掛けると、第1交直変換器1の交流側電流指令値Iinv1ac_refとなる。制御手段124は、交流側電流Iinv1acが交流側電流指令値Iinvac_refを追従するように、第1交直変換器1を制御する。
【0043】
基準値出力手段125は、出力電圧基準値Vout_refを出力する。指令値出力手段126は、出力電圧Voutが出力電圧基準値Vout_refとなるように、第2交直変換器2の交流側電圧指令値V2ac_refを出力する。制御手段127は、交流側電圧指令値V2ac_refに基づいて、第2交直変換器2を制御する。
【0044】
ここでは、無停電電源装置が、外部交流電源9からの入力電圧Vinと第2交直変換器2の交流側電圧との和を出力電圧Voutとする場合の動作を説明した。
【0045】
第2交直変換器2は、出力電圧Voutを一定にするため、入力電圧Vinが低いときは、昇圧し、入力電圧Vinが高いときは、降圧する。
【0046】
外部交流電源9が停電した場合は、スイッチ13を開き、第1交直変換器1が蓄電池3の電力を交流に変換し、負荷10に供給する。
【0047】
本実施例2において、直流側電流Iinv1dcと直流側電流Iinv2dcを検出すると、Vdc=1とした場合の第1交直変換器1と第2交直変換器2のそれぞれの瞬時電力を検出したことになる。充電電流指令値Ibatt_refおよび直流側電流Iinv2dcの和が直流側電流Iinv1dcと等しくなるように交流側電圧指令値Iinv1ac_refを制御すると、第1交直変換器1は、蓄電池3の瞬時充電電力と第2交直変換器2の瞬時出力電力とを供給できる。
【0048】
ローパスフィルタ161および162が、高次の高調波成分をカットするので、第1交直変換器1は、第2交直変換器2が出力する低次の高調波成分のみを供給すればよいことになる。直流コンデンサ6には、高次の高調波は流れるが、低次の高調波と比較して、リプル耐量を小さくできる。
【0049】
また、入力電圧Vinと第2交直変換器2の交流側電圧との和を出力し、入力電圧Vinの大小に応じて昇圧または降圧するので、負荷10に安定した電圧を供給できる。
【0050】
《実施例3》
図4は、本発明による無停電電源装置の実施例3の系統構成を示すブロック図である。第1交直変換器1の交流側は、巻数比1:n1の変圧器4を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ7も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷10が接続される。
【0051】
外部交流電源9が接続されている入力端からは、スイッチ13を介して、交流電力が導入される。第2交直変換器2の交流側は、巻数比1:n2の変圧器5を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。変圧器5と並列に、フィルタ用コンデンサ8を接続する。
【0052】
第1交直変換器1および第2交直変換器2の直流側は、蓄電池3および直流コンデンサ6に並列接続してある。
【0053】
検出器111は、第1交直変換器1の交流側電流Iinv1acを検出する。検出器112は、第2交直変換器2の直流側電流を検出する。検出器114は、出力電圧Voutを検出する。検出器115は、直流電圧Vdcを検出する。ローパスフィルタ161は、直流側電流から高次の高調波成分をカットしたIinv2dcを出力する。
【0054】
指令値出力手段121は、直流電圧Vdcに応じた充電電流の指令値Ibatt_refを出力する。
【0055】
正負極性判定手段123は、出力電圧Voutの正負極性を出力する。出力電圧Voutが正のとき、1を出力し、負のとき、−1を出力する。
【0056】
充電電流指令値Ibatt_refおよび直流側電流Iinv2dcの和に、正負極性判定手段123の出力を掛けると、第1交直変換器1の交流側電流指令値Iinv1ac_refとなる。演算手段128は、出力電圧Voutと直流電圧Vdcとの比を求める。すなわち、変圧器4の巻数換算のため、|Vout|/(n1・Vdc)を演算して出力する。制御手段124は、交流側電流Iinv1acに演算手段128の出力を掛けた値が交流側電流指令値Iinvac_refを追従するように、第1交直変換器1を制御する。
【0057】
基準値出力手段125は、出力電圧基準値Vout_refを出力する。指令値出力手段126は、出力電圧Voutが出力電圧基準値Vout_refとなるように、第2交直変換器2の交流側電圧指令値V2ac_refを出力する。制御手段127は、交流側電圧指令値V2ac_refに基づいて、第2交直変換器2を制御する。
【0058】
ここでは、無停電電源装置が、外部交流電源9からの入力電圧Vinと第2交直変換器2の交流側電圧との和を出力電圧Voutとする場合の動作を説明した。
【0059】
第2交直変換器2は、出力電圧Voutを一定にするため、入力電圧Vinが低いときは、昇圧し、入力電圧Vinが高いときは、降圧する。
【0060】
外部交流電源9が停電した場合は、スイッチ13が開き、第1交直変換器1が蓄電池3の電力を交流に変換し、負荷10に供給する。
【0061】
本実施例3において、直流側電流Iinv2dcを検出すると、Vdc=1とした場合の第2交直変換器2の瞬時電力を検出したことになる。また、交流側電流Iinv1acに出力電圧Voutと直流電圧Vdcとの比を掛けて、第1交直変換器1の直流電圧Vdc=1とした場合の瞬時電力を推定する。この第1交直変換器1の推定瞬時電力を交流側電圧指令値Iinv1ac_refに追従させるので、第1交直変換器1は、蓄電池3の瞬時充電電力と第2交直変換器2の瞬時出力電力とを供給できる。
【0062】
ローパスフィルタ161は、高次の高調波成分をカットするので、第1交直変換器1は、第2交直変換器2が出力する低次の高調波成分のみを供給すればよいことになる。直流コンデンサ6には、高次の高調波が流れるが、低次の高調波と比較して、リプル耐量を小さくできる。
【0063】
また、入力電圧Vinと第2交直変換器2の交流側電圧との和を出力し、入力電圧Vinの大小に応じて昇圧または降圧するので、負荷10に安定した電圧を供給できる。
【0064】
《実施例4》
図5は、本発明による無停電電源装置の実施例4の系統構成を示すブロック図である。第1交直変換器1の交流側は、巻数比1:n1の変圧器4を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ7も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷10が接続される。
【0065】
第1交直変換器1および第2交直変換器2の直流側は、蓄電池3および直流コンデンサ6に並列に接続してある。
【0066】
外部交流電源9が接続されている入力端からは、スイッチ13を介して、交流電力が導入される。第2交直変換器2の交流側は、巻数比1:n2の変圧器5を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。変圧器5と並列に、フィルタ用コンデンサ8を接続する。
【0067】
検出器111は、第1交直変換器1の交流側電流Iinv1acを検出する。検出器114は、出力電圧Voutを検出する。検出器115は、直流電圧Vdcを検出する。検出器117は、第2交直変換器2の交流側電流Iinv2acを検出する。検出器118は、第2交直変換器2の交流側電圧V2acを検出する。
【0068】
指令値出力手段121は、直流電圧Vdcに応じた充電電流の指令値Ibatt_refを出力する。演算手段129は、第2交直変換器2の交流側電圧V2acと直流電圧Vdcとの比を求める。すなわち、V2ac/(n2・Vdc)を演算して出力する。
【0069】
交流側電流Iinv2acと演算手段129の出力とを掛けると、等価的に第2交直変換器2の直流側電流をローパスフィルタに通した値となる。
【0070】
正負極性判定手段123は、出力電圧Voutの正負極性を出力する。出力電圧Voutが正のとき、1を出力し、負のとき、−1を出力する。
【0071】
交流側電流Iinv2acに演算手段129の出力を掛けた値と充電電流指令値Ibatt_refとの和に、正負極性判定手段123の出力を掛けると、第1交直変換器1の交流側電流指令値Iinv1ac_refとなる。演算手段128は、出力電圧Voutと直流電圧Vdcとの比を求める。すなわち、変圧器7の巻数換算のため、|Vout|/(n1・Vdc)を演算して出力する。制御手段124は、交流側電流Iinv1acに演算手段128の出力を掛けた値が交流側電流指令値Iinvac_refを追従するように、第1交直変換器1を制御する。
【0072】
基準値出力手段125は、出力電圧基準値Vout_refを出力する。指令値出力手段126は、出力電圧Voutが出力電圧基準値Vout_refとなるように、第2交直変換器2の交流側電圧指令値V2ac_refを出力する。制御手段127は、交流側電圧指令値V2ac_refに基づき、第2交直変換器2を制御する。
【0073】
ここでは、無停電電源装置が、外部交流電源9からの入力電圧Vinと第2交直変換器2の交流側電圧の和を出力電圧Voutとする場合の動作を説明した。
【0074】
第2交直変換器2は、出力電圧Voutを一定にするため、入力電圧Vinが低いときは、昇圧し、入力電圧Vinが高いときは、降圧する。
【0075】
外部交流電源9が停電した場合は、スイッチ13を開き、第1交直変換器1が蓄電池3の電力を交流に変換し、負荷10に供給する。
【0076】
本実施例4は、検出対象が第2交直変換器2の直流側電流Iinv2dcであった実施例3とは、第2交直変換器2の交流側電流Iinv2acを検出する点で異なるが、実施例3と同様の効果が得られる。
【0077】
《実施例5》
図6は、本発明による無停電電源装置の実施例5の系統構成を示すブロック図である。第1交直変換器1の交流側は、巻数比1:n1の変圧器4を介して、出力端に並列接続してあり、フィルタ用コンデンサ7も、出力端に並列接続してある。この出力端には、負荷10が接続される。
【0078】
外部交流電源9が接続されている入力端からは、スイッチ13を介して、交流電力が導入される。第2交直変換器2の交流側は、巻数比1:n2の変圧器5を介して、入力端と出力端との間に直列接続してある。変圧器5と並列に、フィルタ用コンデンサ8を接続する。
【0079】
第1交直変換器1および第2交直変換器2の直流側は、蓄電池3および直流コンデンサ6に並列接続してある。
【0080】
検出器111は、第1交直変換器1の交流側電流Iinv1acを検出する。検出器114は、出力電圧Voutを検出する。検出器115は、直流電圧Vdcを検出する。検出器117は、第2交直変換器2の交流側電流Iinv2acを検出する。
【0081】
指令値出力手段121は、直流電圧Vdcに応じた充電電流の指令値Ibatt_refを出力する。演算手段129は、第2交直変換器2の交流側電圧と直流電圧Vdcとの比を求める。ここでは、第2交直変換器2の交流側電圧を検出せずに、指令値を用いて変圧器8の巻数を換算し、V2ac_ref/(n2・Vdc)を演算して出力する。交流側電流Iinv2acに演算手段129の出力を掛けると、等価的に第2交直変換器2の直流側電流をローパスフィルタに通した値となる。
【0082】
正負極性判定手段123は、出力電圧Voutの正負極性を出力する。出力電圧Voutが正のとき、1を出力し、負のとき、−1を出力する。
【0083】
交流側電流Iinv2acに演算手段129の出力を掛けた値と充電電流指令値Ibatt_refとの和に、正負極性判定手段123の出力を掛けると、第1交直変換器1の交流側電流指令値Iinv1ac_refになる。演算手段128は、出力電圧Voutと直流電圧Vdcとの比を求める。変圧器7の巻数を換算するため、|Vout|/(n1・Vdc)を演算して出力する。制御手段124は、交流側電流Iinv1acに演算手段128の出力を掛けた値が交流側電流指令値Iinvac_refに追従するように、第1交直変換器1を制御する。
【0084】
基準値出力手段125は、出力電圧基準値Vout_refを出力する。指令値出力手段126は、出力電圧Voutが出力電圧基準値Vout_refとなるように、第2交直変換器2の交流側電圧指令値V2ac_refを出力する。第2交直変換器制御手段127は、交流側電圧指令値V2ac_refにより、第2交直変換器2を制御する。
【0085】
ここでは、無停電電源装置が、外部交流電源9からの入力電圧Vinと第2交直変換器2の交流側電圧との和を出力する場合の動作を説明した。
【0086】
出力電圧Voutを一定にするため、第2交直変換器2は、入力電圧Vinが低いときは、昇圧し、入力電圧Vinが高いときは、降圧する。
【0087】
外部交流電源9が停電した場合は、スイッチ13を開き、第1交直変換器1が、蓄電池3の電力を交流に変換し、負荷10に供給する。
【0088】
本実施例5は、第2交直変換器2の交流側電圧であった実施例3とは、第2交直変換器2の直流側電圧を検出する点で異なるが、実施例3と同様の効果が得られる。検出対象が第2交直変換器2の直流側電流Iinv2dcであった実施例3とは、第1交直変換器1の交流側電流Iinv1acを検出する点で異なるが、実施例3と同様の効果が得られる。
【0089】
《第1交直変換器1の実施例1》
図7は、本発明の各実施例における第1交直変換器1および第1交直変換器制御手段124の実施例1の回路構成を示す図である。第1交直変換器1は、パワーMOSFET101〜104を用いたフルブリッジ構成である。比例積分演算器1241は、交流側電流指令値Iinv1ac_refと交流側電流Iinv1acとの誤差を比例積分演算する。鋸歯状波発生回路1242,1243は、それぞれ所定のキャリア周波数を持ち、0〜1および−1〜0で変化する波形を出力する。比較器1244は、(1241の出力)≧(1242の出力)で1を出力し、(1241の出力)<(1242の出力)で0を出力する。比較器1245は、(1241の出力)<(1243の出力)で1を出力し、(1241の出力)≧(1243の出力)で0を出力する。ゲート駆動回路12461〜12464は、それぞれ101〜104を駆動する。入力が正のとき、パワーMOSFETをONさせ、入力が負のとき、パワーMOSFETをOFFさせる。
【0090】
《第1交直変換器1の実施例2》
図8は、本発明の各実施例における第1交直変換器1および第1交直変換器制御手段124の実施例2の回路構成を示す図である。第1交直変換器1は、パワーMOSFET101〜104を用いたフルブリッジ構成である。比較器1247は、ヒステリシス付きの比較器である。すなわち、交流側電流指令値Iin1vac_refと交流側電流Iinv1acとの大小関係の変化で、1,0を出力する。極性判定回路1248は、出力電圧Voutの極性を判定する。出力電圧Voutが正のとき、1を出力し、負のとき、0を出力する。ゲート駆動回路12461〜12464は、それぞれパワーMOSFET101〜104を駆動する。入力が正のとき、パワーMOSFETをONさせ、入力が負のとき、パワーMOSFETをOFFさせる。
【0091】
《第2交直変換器2の実施例》
図9は、本発明の各実施例における第2交直変換器2の回路構成と制御回路の具体例を示す図である。第2交直変換器2は、パワーMOSFET201〜204を用いたフルブリッジ構成である。鋸歯状波発生回路1271,1272は、それぞれ所定のキャリア周波数で0〜1および−1〜0で変化する波形を出力する。比較器1273は、交流側電圧指令値V2ac_ref≧(1271の出力)で1を出力し、交流側電圧指令値V2ac_ref<(1271の出力)で0を出力する。比較器1274は、交流側電圧指令値V2ac_ref<(1272の出力)で1を出力し、交流側電圧指令値V2ac_ref≧(1272の出力)で0を出力する。ゲート駆動回路12751〜12754は、それぞれパワーMOSFET201〜204を駆動する。入力が正のとき、パワーMOSFETをONさせ、入力が負のとき、パワーMOSFETをOFFさせる。
【発明の効果】
【0092】
本発明によれば、第1交直変換器および第2交直変換器の瞬時電力をそれぞれ検出しまたは推定する手段と、外部交流電源からの入力電圧と第2交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧になるように第2交直変換器を制御する手段と、第2交直変換器が出力する瞬時電力と蓄電池への瞬時充電電力とを供給するように第1交直変換器を制御する手段とを備えたので、直流部分に蓄電池放電防止用リアクトルを接続したり、直流コンデンサのリプル耐量を上げたりせずに、第1交直変換器と第2交直変換器との間で電力を授受して、負荷に所定の電圧を供給するとともに、蓄電池を安定に充電でき、しかも、蓄電池放電防止用リアクトルが不要となりコンデンサを小型化した分だけ、装置全体を小型化しコストダウンできる無停電電源装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0093】
【図1】本発明による無停電電源装置の実施例1の系統構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示した無停電電源装置における電圧電流波形を示す図である。
【図3】本発明による無停電電源装置の実施例2の系統構成を示すブロック図である。
【図4】本発明による無停電電源装置の実施例3の系統構成を示すブロック図である。
【図5】本発明による無停電電源装置の実施例4の系統構成を示すブロック図である。
【図6】本発明による無停電電源装置の実施例5の系統構成を示すブロック図である。
【図7】本発明の各実施例における第1交直変換器および第1交直変換器制御手段の実施例1の回路構成を示す図である。
【図8】本発明の各実施例における第1交直変換器および第1交直変換器制御手段の実施例2の回路構成を示す図である。
【図9】本発明の各実施例における第2交直変換器および第2交直変換器制御手段の実施例の回路構成を示す図である。
【図10】従来の無停電電源装置の一例の系統構成を示すブロック図である。
【図11】図10に示した従来の無停電電源装置における電圧電流波形を示す図である。
【符号の説明】
【0094】
1 第1交直変換器
2 第2交直変換器
3 蓄電池
4 変圧器
5 変圧器
6 直流コンデンサ
7 フィルタ用コンデンサ
8 フィルタ用コンデンサ
9 交流電源
10 負荷
12 制御回路
13 スイッチ
14 フィルタ用リアクトル
15 蓄電池放電防止用リアクトル
101〜104 パワーMOSFET
110〜119 電流および電圧検出器
121 蓄電池充電電流指令値出力手段
122 演算増幅器
123 正負極性判定手段
124 第1交直変換器制御手段
1241 比例積分演算器
1242 鋸歯状波発生器
1243 鋸歯状波発生器
1244 比較器
1245 比較器
12461〜12464 ゲート駆動回路
1247 ヒステリシス付き比較器
1248 入力正負極性判定手段
125 出力電圧基準値出力手段
126 交流側電圧指令値制御手段
127 第2交直変換器制御手段
1271 鋸歯状波発生器
1272 鋸歯状波発生器
1273 比較器
1274 比較器
12751〜12754 ゲート駆動回路
128 除算器
129 除算器
161 ローパスフィルタ
162 ローパスフィルタ
201〜204 パワーMOSFET
BACKGROUND OF THE INVENTION
[0001]
The present invention relates to an uninterruptible power supply, and more particularly to a circuit configuration for supplying stable power to a load and optimally charging a storage battery.
[Prior art]
[0002]
An uninterruptible power supply unit in which the first AC / DC converter is connected in parallel to the output end and the second AC / DC converter is connected in series between the input end and the output end is IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL.13, No.3 , MAY 1998, “A Novel On-Line UPS with Universal Filtering Capabilities”.
[0003]
FIG. 10 is a block diagram showing a system configuration of an example of a conventional uninterruptible power supply. The uninterruptible power supply device includes a first AC / DC converter 1 and a second AC / DC converter 2. The AC side of the first AC / DC converter 1 is connected in parallel to the output end via the filter reactor 14, and the filter capacitor 7 is also connected in parallel to the output end. A load 10 is connected to the output end.
[0004]
AC power is introduced through the switch 13 from the input end to which the external AC power source 9 is connected. The AC side of the second AC / DC converter 2 is connected in series between the input end and the output end via the transformer 5 having a turns ratio of 1: n2.
[0005]
A DC capacitor 6 is connected in parallel to the DC side of the first AC / DC converter 1, and the storage battery 3 is connected via a storage battery discharge prevention reactor 15.
[0006]
The current detector 119 detects the input current Iin. The current detector 113 detects the storage battery current Ibatt. The current detector 110 detects the output current Iout. The voltage detector 114 detects the output voltage Vout. The control circuit 12 executes a control calculation based on the detected current value and the detected voltage value, and the first circuit , Second The AC / DC converters 1 and 2 are controlled.
[0007]
When the external AC power supply 9 fails, the switch 13 is opened, the power of the storage battery 3 is converted into AC by the first AC / DC converter 1, and AC power is supplied to the load 10.
[0008]
In a normal state where the external AC power supply 9 is normal, the control circuit 12 calculates the average power of the load 10 from the output voltage Vout and the output current Iout. The second AC / DC converter 2 supplies the calculated average power to the load 10 and charging power to the storage battery 3, Control circuit 12 Controls the voltage of the second AC / DC converter 2 so that the input current Iin becomes a sine wave. The control circuit 12 also estimates the input current of the first AC / DC converter 1 from the output voltage Vout, the input current Iin, and the output current Iout by a complete dimension observer, and makes the output voltage Vout constant by finite establishment response control. The voltage of the 1st AC / DC converter 1 is controlled so that it may be kept at.
[0009]
As described above, if the technique of the above-mentioned document is used, even if the input power supply 9 or the load 10 changes suddenly, the input current Iin is maintained as a sine wave, and stable power is supplied to the load 10 and the storage battery 3 by the function of the active filter. It is supposed to be possible.
[Problems to be solved by the invention]
[0010]
Uninterruptible power supplies are most widely used in computer equipment. These computer devices contain many low-order harmonics such as the fifth, seventh, ninth and eleventh orders.
[0011]
In the conventional uninterruptible power supply, if the power supplied to the load by the second AC / DC converter 2 is calculated as an average value and the input current Iin is maintained as a sine wave, the charging current is reduced by the amount of harmonics. It is said.
[0012]
If the charging current is sufficiently larger than the harmonics, there is no problem. However, when the storage battery 3 is nearly fully charged, the charging current must be reduced, so that power including harmonic components is supplied from the direct current portion to the load 10. At this time, in order not to discharge the storage battery 3, it is necessary to insert a storage battery discharge preventing reactor 15 and make the impedance of the storage battery 3 with respect to the lower harmonics sufficiently larger than the DC capacitor 6.
[0013]
FIG. 11 is a diagram showing a voltage-current waveform in the conventional uninterruptible power supply shown in FIG. The output voltage Vout and the input current Iin are controlled to be a sine wave. Since the load 10 is assumed to be a computer device, the load current Iout has a waveform including many low-order harmonics. The charging current Ibatt is substantially DC due to the action of the reactor 15, but the current ICdc of the DC capacitor 6 includes the output current Iout in addition to the higher-order harmonic components accompanying the switching of the first AC / DC converter 1. Low-order harmonic components flow.
[0014]
Therefore, it is necessary to increase the ripple tolerance of the DC capacitor 6. Since the storage battery discharge preventing reactor 15 and the DC capacitor 6 having a large ripple resistance are required, the volume of the uninterruptible power supply increases. In addition, since the control calculation becomes complicated, a high-function microcomputer must be installed.
[0015]
The object of the present invention is to transfer power between the first AC / DC converter and the second AC / DC converter without increasing the ripple tolerance of the DC capacitor or providing a reactor for preventing the battery discharge, and The object is to provide an uninterruptible power supply that can be stably charged.
[Means for Solving the Problems]
[0016]
In order to achieve the above object, the present invention introduces AC power from an external AC power source connected to the input end, connects the AC side of the first AC / DC converter in parallel to the output end, and sets the AC of the second AC / DC converter. Side is connected in series between the input end and output end, DC power storage means and DC capacitor are connected in parallel on the DC side of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter, and normally connected to the output end AC power is supplied to the load and the DC power storage means is charged, and the first AC / DC converter converts the DC power of the DC power storage means to AC power and supplies it to the load when the external AC power supply fails In the power supply device, means for detecting the AC side current of the first AC / DC converter, means for detecting the DC side current of the second AC / DC converter, means for detecting the charging current and DC voltage of the DC power storage means, Check the output voltage of the UPS And means for removing higher-order harmonic components of the DC-side current detection value of the second AC / DC converter, and the sum of the input voltage from the external AC power supply and the AC-side voltage of the second AC / DC converter Means for controlling the second AC / DC converter so that becomes a predetermined output voltage, a command value for the charging current according to the detected value of the DC voltage is calculated, and the command value of the charging current and the detected value of the charging current are The sum of the error component and the value obtained by removing high-order harmonics of the DC side current detection value of the second AC / DC converter is inverted depending on whether the detected value of the output voltage is positive or negative, and the first AC / DC converter's Proposed is an uninterruptible power supply comprising a command value for an alternating current and a means for causing the detected value of the alternating current of the first AC / DC converter to follow the command value.
[0017]
The present invention further introduces AC power from an external AC power source connected to the input terminal, connects the AC side of the first AC / DC converter in parallel to the output terminal, and outputs the AC side of the second AC / DC converter to the input terminal and the output terminal. DC power storage means and a DC capacitor are connected in parallel to the DC side of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter, and AC power is normally supplied to the load connected to the output terminal. In the uninterruptible power supply apparatus, the first AC / DC converter converts the DC power of the DC power storage means into AC power and supplies it to the load at the time of power failure of the external AC power supply. Means for detecting the DC side current and AC side current of the AC / DC converter, means for detecting the DC side current of the second AC / DC converter, means for detecting the DC voltage of the DC power storage means, and an uninterruptible power supply Means for detecting the output voltage; Means for removing high-order harmonic components of the DC-side current detection value of the AC / DC converter and the DC-side current detection value of the second AC / DC converter, respectively, and an input voltage from the external AC power source and the second AC / DC converter Means for controlling the second AC / DC converter so that the sum of the AC voltage and the AC side voltage becomes a predetermined output voltage, and calculates a charging current command value corresponding to the detected value of the DC voltage, and the charging current command value and The difference between the sum of the values obtained by removing high-order harmonics of the DC side current detection value of the second AC / DC converter and the value obtained by removing high-order harmonics of the DC side current detection value of the first AC / DC converter The component is inverted depending on whether the detected value of the output voltage is positive or negative, and is used as the command value for the AC side current of the first AC / DC converter, and the detected value of the AC side current of the first AC / DC converter is made to follow the command value. An uninterruptible power supply with means is proposed.
[0018]
The present invention introduces AC power from an external AC power source connected to the input end, connects the AC side of the first AC / DC converter in parallel to the output end, and connects the AC side of the second AC / DC converter to the input end and the output end. Are connected in series, DC power storage means and a DC capacitor are connected in parallel on the DC side of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter, and AC power is supplied to a load connected to the output terminal in normal times. In the uninterruptible power supply, the DC power storage means is charged and the first AC / DC converter converts the DC power of the DC power storage means into AC power and supplies it to the load at the time of power failure of the external AC power supply. Means for detecting the AC side current of the converter, means for detecting the DC side current of the second AC / DC converter, means for detecting the DC voltage of the DC power storage means, means for detecting the output voltage of the uninterruptible power supply And the DC side current of the second AC / DC converter And a second AC / DC converter so that the sum of the input voltage from the external AC power source and the AC side voltage of the second AC / DC converter becomes a predetermined output voltage. The charging current command value corresponding to the DC voltage detection value is calculated, and the higher harmonics of the charging current command value and the DC current detection value of the second AC / DC converter are removed. The sum of the detected value and the detected value of the output voltage is inverted depending on whether the detected value of the output voltage is positive or negative, and used as the command value for the AC side current of the first AC / DC converter, and output to the AC side current detected value of the first AC / DC converter Proposed is an uninterruptible power supply comprising means for causing a value obtained by multiplying a ratio of a detected value of voltage to a detected value of DC voltage to follow a command value of an AC side current of a first AC / DC converter.
[0019]
The present invention also introduces AC power from an external AC power source connected to the input terminal, connects the AC side of the first AC / DC converter in parallel to the output terminal, and outputs the AC side of the second AC / DC converter to the input terminal and the output terminal. DC power storage means and a DC capacitor are connected in parallel to the DC side of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter, and AC power is normally supplied to the load connected to the output terminal. In the uninterruptible power supply apparatus, the first AC / DC converter converts the DC power of the DC power storage means into AC power and supplies it to the load at the time of power failure of the external AC power supply. Means for detecting AC side current of AC / DC converter, means for detecting AC side current and voltage of second AC / DC converter, means for detecting DC voltage of DC power storage means, output voltage of uninterruptible power supply And means for detecting the external Means for controlling the second AC / DC converter so that the sum of the input voltage from the AC power source and the AC side voltage of the second AC / DC converter becomes a predetermined output voltage, and a charging current corresponding to the detected value of the DC voltage. The command value is calculated, and the detected value of the AC side current of the second AC / DC converter is multiplied by the ratio of the detected value of the AC side voltage of the second AC / DC converter and the detected value of the DC voltage to obtain the DC of the second AC / DC converter. The first AC / DC converter converts the detected value of the output current to the sum of the command value of the charging current and the detected value of the DC side current of the second AC / DC converter depending on whether the detected value of the output voltage is positive or negative. The AC side current of the first AC / DC converter is a value obtained by multiplying the detected value of the AC side current of the first AC / DC converter by the ratio of the detected value of the output voltage and the detected value of the DC voltage. An uninterruptible power supply device having means for following the command value is proposed.
[0020]
The present invention further introduces AC power from an external AC power source connected to the input terminal, connects the AC side of the first AC / DC converter in parallel to the output terminal, and outputs the AC side of the second AC / DC converter to the input terminal and the output terminal. DC power storage means and a DC capacitor are connected in parallel to the DC side of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter, and AC power is normally supplied to the load connected to the output terminal. In the uninterruptible power supply apparatus, the first AC / DC converter converts the DC power of the DC power storage means into AC power and supplies it to the load at the time of power failure of the external AC power supply. Means for detecting AC side current of AC / DC converter, means for detecting AC side current of second AC / DC converter, means for detecting DC voltage of DC power storage means, and detecting output voltage of uninterruptible power supply And an external AC power source Means for controlling the second AC / DC converter so that the sum of the input voltage and the AC side voltage of the second AC / DC converter becomes a predetermined output voltage, and a charging current command value corresponding to the detected value of the DC voltage Is calculated by multiplying the detected value of the AC side current of the second AC / DC converter by the ratio of the command value of the AC side voltage of the second AC / DC converter and the detected value of the DC voltage, and the DC side current of the second AC / DC converter. The positive / negative is inverted depending on whether the detected value of the output voltage is positive or negative, and the sum of the command value of the charging current and the detected value of the DC side current of the second AC / DC converter is AC of the first AC / DC converter The command value of the AC current of the first AC / DC converter is obtained by multiplying the detected value of the AC side current of the first AC / DC converter by the ratio of the detected value of the output voltage and the detected value of the DC voltage. An uninterruptible power supply with a means for following the value is proposed.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[0021]
Example 1
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of Embodiment 1 of the uninterruptible power supply according to the present invention. The AC side of the first AC / DC converter 1 is connected in parallel to the output end via the transformer 4 having a turns ratio of 1: n1, and the filter capacitor 7 is also connected in parallel to the output end. A load 10 is connected to the output end.
[0022]
AC power is introduced through the switch 13 from the input end to which the external AC power source 9 is connected. The AC side of the second AC / DC converter 2 is connected in series between the input end and the output end via the transformer 5 having a turns ratio of 1: n2. A filter capacitor 8 is connected in parallel with the transformer 5.
[0023]
The DC side of the first AC / DC converter 1 and the second AC / DC converter 2 is connected in parallel to the storage battery 3 and the DC capacitor 6.
[0024]
The detector 111 detects the AC side current Iinv1ac of the first AC / DC converter 1. The detector 112 detects the direct current on the second AC / DC converter 2. The detector 113 detects the charging current Ibatt of the storage battery 3. The detector 114 detects the output voltage Vout. The detector 115 detects a DC voltage Vdc. The low-pass filter 161 outputs a direct current Iinv2dc obtained by cutting high-order harmonic components from the direct current.
[0025]
The command value output means 121 outputs a charging current command value Ibatt_ref corresponding to the DC voltage Vdc. The operational amplifier 122 amplifies an error between the charging current command value Ibatt_ref and the charging current Ibatt.
[0026]
The positive / negative polarity determining means 123 outputs the positive / negative polarity of the output voltage Vout. That is, when the output voltage Vout is positive, 1 is output, and when it is negative, -1 is output.
[0027]
When the charging current command value Ibatt_ref and the error component of the charging current Ibatt are added to the direct current Iinv2dc and multiplied by the output of the positive / negative polarity determination means 123, the alternating current command value Iinv1ac_ref of the first AC / DC converter 1 is obtained. The control means 124 controls the first AC / DC converter 1 so that the AC side current Iinv1ac follows the AC side current command value Iinvac_ref.
[0028]
The reference value output means 125 outputs the output voltage reference value Vout_ref. The command value output means 126 outputs the AC side voltage command value V2ac_ref of the second AC / DC converter 2 so that the output voltage Vout becomes the output voltage reference value Vout_ref. The control means 127 controls the second AC / DC converter 2 based on the AC side voltage command value V2ac_ref.
[0029]
FIG. 2 is a diagram showing a voltage-current waveform in the uninterruptible power supply shown in FIG. The output voltage Vout is a sine wave having a constant amplitude. When the load 10 is a computer device, the AC-side input current Iin and the AC-side output current Iout have waveforms that contain many low-order harmonics. The charging current Ibatt includes a ripple current having a frequency twice that of the output voltage Vout, but the current ICdc of the DC capacitor 6 is only a high-order harmonic current associated with the switching of the first AC / DC converter 1.
[0030]
Here, the operation when the uninterruptible power supply apparatus uses the sum of the input voltage Vin from the external AC power supply 9 and the AC side voltage of the second AC / DC converter 2 as the output voltage Vout has been described.
[0031]
In order to keep the output voltage Vout constant, the second AC / DC converter 2 increases the voltage when the input voltage Vin is low, and decreases the voltage when the input voltage Vin is high.
[0032]
When the external AC power supply 9 fails, the switch 13 is opened, and the first AC / DC converter 1 converts the electric power of the storage battery 3 into AC and supplies it to the load 10.
[0033]
In the first embodiment, when the charging current Ibatt and the DC side current Iinv2dc are detected, the instantaneous powers of the storage battery 3 and the second AC / DC converter 2 when Vdc = 1 are detected. When the AC side current command value Iinv1ac_ref is controlled so that the error component of the charging current command value Ibatt_ref and the charging current Ibatt is zero using the DC side current Iinv2dc as a feedforward term, the first AC / DC converter 1 The instantaneous charging power and the instantaneous output power of the second AC / DC converter 2 can be accurately supplied.
[0034]
Since the low-pass filter 161 cuts higher-order harmonic components, the first AC / DC converter 1 only needs to supply the lower-order harmonic components output by the second AC / DC converter 2. Although higher-order harmonics flow through the DC capacitor 6, the ripple tolerance can be reduced as compared with the lower-order harmonics.
[0035]
In addition, the sum of the input voltage Vin and the AC side voltage of the second AC / DC converter 2 is output, and the voltage is stepped up or down according to the magnitude of the input voltage Vin, so that a stable voltage can be supplied to the load 10.
[0036]
Example 2
FIG. 3 is a block diagram showing a system configuration of Embodiment 2 of the uninterruptible power supply according to the present invention. The AC side of the first AC / DC converter 1 is connected in parallel to the output end via the transformer 4 having a turns ratio of 1: n1, and the filter capacitor 7 is also connected in parallel to the output end. A load 10 is connected to the output end.
[0037]
AC power is introduced through the switch 13 from the input end to which the external AC power source 9 is connected. The AC side of the second AC / DC converter 2 is connected in series between the input end and the output end via the transformer 5 having a turns ratio of 1: n2. A filter capacitor 8 is connected in parallel with the transformer 5.
[0038]
The DC side of the first AC / DC converter 1 and the second AC / DC converter 2 is connected in parallel to the storage battery 3 and the DC capacitor 6.
[0039]
The detector 111 detects the AC side current Iinv1ac of the first AC / DC converter 1. The detector 112 detects the direct current on the second AC / DC converter 2. The detector 114 detects the output voltage Vout. The detector 115 detects a DC voltage Vdc. The detector 116 detects the direct current on the first AC / DC converter 1. The low-pass filter 161 outputs Iinv2dc obtained by cutting high-order harmonic components from the direct current, and the low-pass filter 162 outputs Iinv1dc obtained by cutting high-order harmonic components from the direct current.
[0040]
The command value output means 121 outputs a charging current command value Ibatt_ref corresponding to the DC voltage Vdc. The operational amplifier 122 is means for amplifying an error between the sum of the charging current Ibatt and the DC side current Iinv2dc and the DC side current Iinv1dc.
[0041]
The positive / negative polarity determining means 123 outputs the positive / negative polarity of Vout. When the output voltage Vout is positive, 1 is output, and when it is negative, -1 is output.
[0042]
By multiplying the value of K2 times the error between the sum of the charging current command value Ibatt_ref and the DC side current Iinv2dc and the DC side current Iinv1dc by the output of the positive / negative polarity determining means 123, the AC side current command value of the first AC / DC converter 1 is obtained. Iinv1ac_ref. The control means 124 controls the first AC / DC converter 1 so that the AC side current Iinv1ac follows the AC side current command value Iinvac_ref.
[0043]
The reference value output means 125 outputs the output voltage reference value Vout_ref. The command value output means 126 outputs the AC side voltage command value V2ac_ref of the second AC / DC converter 2 so that the output voltage Vout becomes the output voltage reference value Vout_ref. The control means 127 controls the second AC / DC converter 2 based on the AC side voltage command value V2ac_ref.
[0044]
Here, the operation when the uninterruptible power supply apparatus uses the sum of the input voltage Vin from the external AC power supply 9 and the AC side voltage of the second AC / DC converter 2 as the output voltage Vout has been described.
[0045]
In order to keep the output voltage Vout constant, the second AC / DC converter 2 increases the voltage when the input voltage Vin is low, and decreases the voltage when the input voltage Vin is high.
[0046]
When the external AC power supply 9 fails, the switch 13 is opened, and the first AC / DC converter 1 converts the electric power of the storage battery 3 into AC and supplies it to the load 10.
[0047]
In the second embodiment, when the DC side current Iinv1dc and the DC side current Iinv2dc are detected, the instantaneous powers of the first AC / DC converter 1 and the second AC / DC converter 2 when Vdc = 1 are detected. . When the AC side voltage command value Iinv1ac_ref is controlled so that the sum of the charging current command value Ibatt_ref and the DC side current Iinv2dc becomes equal to the DC side current Iinv1dc, the first AC / DC converter 1 causes the instantaneous charging power of the storage battery 3 and the second AC / DC The instantaneous output power of the converter 2 can be supplied.
[0048]
Since the low-pass filters 161 and 162 cut high-order harmonic components, the first AC / DC converter 1 need only supply the low-order harmonic components output by the second AC / DC converter 2. . Although higher-order harmonics flow through the DC capacitor 6, the ripple tolerance can be reduced as compared with the lower-order harmonics.
[0049]
In addition, the sum of the input voltage Vin and the AC side voltage of the second AC / DC converter 2 is output, and the voltage is stepped up or down according to the magnitude of the input voltage Vin, so that a stable voltage can be supplied to the load 10.
[0050]
Example 3
FIG. 4 is a block diagram showing a system configuration of Embodiment 3 of the uninterruptible power supply according to the present invention. The AC side of the first AC / DC converter 1 is connected in parallel to the output end via the transformer 4 having a turns ratio of 1: n1, and the filter capacitor 7 is also connected in parallel to the output end. A load 10 is connected to the output end.
[0051]
AC power is introduced through the switch 13 from the input end to which the external AC power source 9 is connected. The AC side of the second AC / DC converter 2 is connected in series between the input end and the output end via the transformer 5 having a turns ratio of 1: n2. A filter capacitor 8 is connected in parallel with the transformer 5.
[0052]
The DC side of the first AC / DC converter 1 and the second AC / DC converter 2 is connected in parallel to the storage battery 3 and the DC capacitor 6.
[0053]
The detector 111 detects the AC side current Iinv1ac of the first AC / DC converter 1. The detector 112 detects the direct current on the second AC / DC converter 2. The detector 114 detects the output voltage Vout. The detector 115 detects a DC voltage Vdc. The low-pass filter 161 outputs Iinv2dc obtained by cutting high-order harmonic components from the direct current.
[0054]
The command value output means 121 outputs a command value Ibatt_ref of the charging current corresponding to the DC voltage Vdc.
[0055]
The positive / negative polarity determining means 123 outputs the positive / negative polarity of the output voltage Vout. When the output voltage Vout is positive, 1 is output, and when it is negative, -1 is output.
[0056]
When the sum of the charging current command value Ibatt_ref and the DC side current Iinv2dc is multiplied by the output of the positive / negative polarity determining means 123, the AC side current command value Iinv1ac_ref of the first AC / DC converter 1 is obtained. The computing means 128 obtains the ratio between the output voltage Vout and the DC voltage Vdc. That is, in order to convert the number of turns of the transformer 4, | Vout | / (n1 · Vdc) is calculated and output. The control unit 124 controls the first AC / DC converter 1 so that the value obtained by multiplying the AC side current Iinv1ac by the output of the calculation unit 128 follows the AC side current command value Iinvac_ref.
[0057]
The reference value output means 125 outputs the output voltage reference value Vout_ref. The command value output means 126 outputs the AC side voltage command value V2ac_ref of the second AC / DC converter 2 so that the output voltage Vout becomes the output voltage reference value Vout_ref. The control means 127 controls the second AC / DC converter 2 based on the AC side voltage command value V2ac_ref.
[0058]
Here, the operation when the uninterruptible power supply apparatus uses the sum of the input voltage Vin from the external AC power supply 9 and the AC side voltage of the second AC / DC converter 2 as the output voltage Vout has been described.
[0059]
In order to keep the output voltage Vout constant, the second AC / DC converter 2 increases the voltage when the input voltage Vin is low, and decreases the voltage when the input voltage Vin is high.
[0060]
When the external AC power supply 9 fails, the switch 13 is opened, and the first AC / DC converter 1 converts the electric power of the storage battery 3 into AC and supplies it to the load 10.
[0061]
In the third embodiment, when the DC side current Iinv2dc is detected, the instantaneous power of the second AC / DC converter 2 when Vdc = 1 is detected. Further, the instantaneous power is estimated when the DC voltage Vdc of the first AC / DC converter 1 is set to 1 by multiplying the AC side current Iinv1ac by the ratio of the output voltage Vout and the DC voltage Vdc. Since the estimated instantaneous power of the first AC / DC converter 1 is made to follow the AC side voltage command value Iinv1ac_ref, the first AC / DC converter 1 calculates the instantaneous charging power of the storage battery 3 and the instantaneous output power of the second AC / DC converter 2. Can supply.
[0062]
Since the low-pass filter 161 cuts high-order harmonic components, the first AC / DC converter 1 needs to supply only the low-order harmonic components output by the second AC / DC converter 2. Although higher-order harmonics flow through the DC capacitor 6, the ripple tolerance can be reduced as compared with the lower-order harmonics.
[0063]
In addition, the sum of the input voltage Vin and the AC side voltage of the second AC / DC converter 2 is output, and the voltage is stepped up or down according to the magnitude of the input voltage Vin, so that a stable voltage can be supplied to the load 10.
[0064]
Example 4
FIG. 5 is a block diagram showing a system configuration of embodiment 4 of the uninterruptible power supply according to the present invention. The AC side of the first AC / DC converter 1 is connected in parallel to the output end via the transformer 4 having a turns ratio of 1: n1, and the filter capacitor 7 is also connected in parallel to the output end. A load 10 is connected to the output end.
[0065]
The DC side of the first AC / DC converter 1 and the second AC / DC converter 2 is connected in parallel to the storage battery 3 and the DC capacitor 6.
[0066]
AC power is introduced through the switch 13 from the input end to which the external AC power source 9 is connected. The AC side of the second AC / DC converter 2 is connected in series between the input end and the output end via the transformer 5 having a turns ratio of 1: n2. A filter capacitor 8 is connected in parallel with the transformer 5.
[0067]
The detector 111 detects the AC side current Iinv1ac of the first AC / DC converter 1. The detector 114 detects the output voltage Vout. The detector 115 detects a DC voltage Vdc. The detector 117 detects the AC side current Iinv2ac of the second AC / DC converter 2. The detector 118 detects the AC side voltage V2ac of the second AC / DC converter 2.
[0068]
The command value output means 121 outputs a command value Ibatt_ref of the charging current corresponding to the DC voltage Vdc. The calculating means 129 calculates the ratio between the AC side voltage V2ac and the DC voltage Vdc of the second AC / DC converter 2. That is, V2ac / (n2 · Vdc) is calculated and output.
[0069]
When the AC side current Iinv2ac is multiplied by the output of the calculation means 129, the DC side current of the second AC / DC converter 2 is equivalently passed through a low-pass filter.
[0070]
The positive / negative polarity determining means 123 outputs the positive / negative polarity of the output voltage Vout. When the output voltage Vout is positive, 1 is output, and when it is negative, -1 is output.
[0071]
When the output of the positive / negative polarity judging means 123 is multiplied by the sum of the value obtained by multiplying the AC side current Iinv2ac by the output of the computing means 129 and the charging current command value Ibatt_ref, the AC side current command value Iinv1ac_ref of the first AC / DC converter 1 is obtained. Become. The computing means 128 obtains the ratio between the output voltage Vout and the DC voltage Vdc. That is, in order to convert the number of turns of the transformer 7, | Vout | / (n1 · Vdc) is calculated and output. The control unit 124 controls the first AC / DC converter 1 so that the value obtained by multiplying the AC side current Iinv1ac by the output of the calculation unit 128 follows the AC side current command value Iinvac_ref.
[0072]
The reference value output means 125 outputs the output voltage reference value Vout_ref. The command value output means 126 outputs the AC side voltage command value V2ac_ref of the second AC / DC converter 2 so that the output voltage Vout becomes the output voltage reference value Vout_ref. The control means 127 controls the second AC / DC converter 2 based on the AC side voltage command value V2ac_ref.
[0073]
Here, the operation when the uninterruptible power supply apparatus uses the sum of the input voltage Vin from the external AC power supply 9 and the AC side voltage of the second AC / DC converter 2 as the output voltage Vout has been described.
[0074]
In order to keep the output voltage Vout constant, the second AC / DC converter 2 increases the voltage when the input voltage Vin is low, and decreases the voltage when the input voltage Vin is high.
[0075]
When the external AC power supply 9 fails, the switch 13 is opened, and the first AC / DC converter 1 converts the electric power of the storage battery 3 into AC and supplies it to the load 10.
[0076]
The fourth embodiment is different from the third embodiment in which the detection target is the DC side current Iinv2dc of the second AC / DC converter 2, but is different in that the AC side current Iinv2ac of the second AC / DC converter 2 is detected. The same effect as 3 is obtained.
[0077]
Example 5
FIG. 6 is a block diagram showing a system configuration of embodiment 5 of the uninterruptible power supply according to the present invention. The AC side of the first AC / DC converter 1 is connected in parallel to the output end via the transformer 4 having a turns ratio of 1: n1, and the filter capacitor 7 is also connected in parallel to the output end. A load 10 is connected to the output end.
[0078]
AC power is introduced through the switch 13 from the input end to which the external AC power source 9 is connected. The AC side of the second AC / DC converter 2 is connected in series between the input end and the output end via the transformer 5 having a turns ratio of 1: n2. A filter capacitor 8 is connected in parallel with the transformer 5.
[0079]
The DC side of the first AC / DC converter 1 and the second AC / DC converter 2 is connected in parallel to the storage battery 3 and the DC capacitor 6.
[0080]
The detector 111 detects the AC side current Iinv1ac of the first AC / DC converter 1. The detector 114 detects the output voltage Vout. The detector 115 detects a DC voltage Vdc. The detector 117 detects the AC side current Iinv2ac of the second AC / DC converter 2.
[0081]
The command value output means 121 outputs a command value Ibatt_ref of the charging current corresponding to the DC voltage Vdc. The calculating means 129 calculates | requires ratio of the alternating current side voltage of the 2nd AC / DC converter 2, and DC voltage Vdc. Here, without detecting the AC side voltage of the second AC / DC converter 2, the number of turns of the transformer 8 is converted using the command value, and V2ac_ref / (n2 · Vdc) is calculated and output. When the AC side current Iinv2ac is multiplied by the output of the computing means 129, the DC side current of the second AC / DC converter 2 is equivalently passed through a low-pass filter.
[0082]
The positive / negative polarity determining means 123 outputs the positive / negative polarity of the output voltage Vout. When the output voltage Vout is positive, 1 is output, and when it is negative, -1 is output.
[0083]
When the sum of the value obtained by multiplying the AC side current Iinv2ac by the output of the computing means 129 and the charging current command value Ibatt_ref is multiplied by the output of the positive / negative polarity determining means 123, the AC side current command value Iinv1ac_ref of the first AC / DC converter 1 is obtained. Become. The computing means 128 obtains the ratio between the output voltage Vout and the DC voltage Vdc. In order to convert the number of turns of the transformer 7, | Vout | / (n1 · Vdc) is calculated and output. The control unit 124 controls the first AC / DC converter 1 so that a value obtained by multiplying the AC side current Iinv1ac by the output of the calculation unit 128 follows the AC side current command value Iinvac_ref.
[0084]
The reference value output means 125 outputs the output voltage reference value Vout_ref. The command value output means 126 outputs the AC side voltage command value V2ac_ref of the second AC / DC converter 2 so that the output voltage Vout becomes the output voltage reference value Vout_ref. The second AC / DC converter control means 127 controls the second AC / DC converter 2 based on the AC side voltage command value V2ac_ref.
[0085]
Here, the operation when the uninterruptible power supply outputs the sum of the input voltage Vin from the external AC power supply 9 and the AC side voltage of the second AC / DC converter 2 has been described.
[0086]
In order to make the output voltage Vout constant, the second AC / DC converter 2 increases the voltage when the input voltage Vin is low, and decreases the voltage when the input voltage Vin is high.
[0087]
When the external AC power supply 9 fails, the switch 13 is opened, and the first AC / DC converter 1 converts the power of the storage battery 3 into AC and supplies it to the load 10.
[0088]
The fifth embodiment is different from the third embodiment that is the AC side voltage of the second AC / DC converter 2 in that the DC side voltage of the second AC / DC converter 2 is detected, but the same effect as the third embodiment. Is obtained. The third embodiment is different from the third embodiment in which the object to be detected is the DC side current Iinv2dc of the second AC / DC converter 2, but is different in that the AC side current Iinv1ac of the first AC / DC converter 1 is detected. can get.
[0089]
<< Example 1 of the first AC / DC converter 1 >>
FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration of the first embodiment of the first AC / DC converter 1 and the first AC / DC converter control means 124 in each embodiment of the present invention. The first AC / DC converter 1 has a full bridge configuration using power MOSFETs 101 to 104. The proportional-plus-integral calculator 1241 performs a proportional-integral calculation on the error between the AC-side current command value Iinv1ac_ref and the AC-side current Iinv1ac. The sawtooth wave generation circuits 1242 and 1243 each have a predetermined carrier frequency and output a waveform that varies between 0 and 1 and -1 to 0. The comparator 1244 outputs 1 when (output of 1241) ≧ (output of 1242), and outputs 0 when (output of 1241) <(output of 1242). The comparator 1245 outputs 1 when (output of 1241) <(output of 1243), and outputs 0 when (output of 1241) ≧ (output of 1243). Gate drive circuits 12461 to 12464 drive 101 to 104, respectively. When the input is positive, the power MOSFET is turned on. When the input is negative, the power MOSFET is turned off.
[0090]
<< Embodiment 2 of the first AC / DC converter 1 >>
FIG. 8 is a diagram showing a circuit configuration of the second embodiment of the first AC / DC converter 1 and the first AC / DC converter control means 124 in each embodiment of the present invention. The first AC / DC converter 1 has a full bridge configuration using power MOSFETs 101 to 104. The comparator 1247 is a comparator with hysteresis. That is, 1 and 0 are output by the change in the magnitude relationship between the AC side current command value Iin1vac_ref and the AC side current Iinv1ac. The polarity determination circuit 1248 determines the polarity of the output voltage Vout. When the output voltage Vout is positive, 1 is output, and when it is negative, 0 is output. Gate drive circuits 12461 to 12464 drive power MOSFETs 101 to 104, respectively. When the input is positive, the power MOSFET is turned on. When the input is negative, the power MOSFET is turned off.
[0091]
<< Example of Second AC / DC Converter 2 >>
FIG. 9 is a diagram showing a specific example of the circuit configuration and control circuit of the second AC / DC converter 2 in each embodiment of the present invention. The second AC / DC converter 2 has a full bridge configuration using power MOSFETs 201 to 204. The sawtooth wave generation circuits 1271 and 1272 output waveforms that change from 0 to 1 and −1 to 0 at predetermined carrier frequencies, respectively. The comparator 1273 outputs 1 when the AC side voltage command value V2ac_ref ≧ (1271 output) and outputs 0 when the AC side voltage command value V2ac_ref <(1271 output). The comparator 1274 outputs 1 when the AC side voltage command value V2ac_ref <(1272 output), and outputs 0 when the AC side voltage command value V2ac_ref ≧ (1272 output). Gate drive circuits 12751 to 12754 drive power MOSFETs 201 to 204, respectively. When the input is positive, the power MOSFET is turned on. When the input is negative, the power MOSFET is turned off.
【The invention's effect】
[0092]
According to the present invention, the means for detecting or estimating the instantaneous power of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter, respectively, the sum of the input voltage from the external AC power source and the AC side voltage of the second AC / DC converter The first AC / DC converter is controlled so as to supply means for controlling the second AC / DC converter so that the voltage becomes a predetermined output voltage, and the instantaneous power output from the second AC / DC converter and the instantaneous charging power to the storage battery. Therefore, without connecting a storage battery discharge prevention reactor to the DC part or increasing the ripple resistance of the DC capacitor, power is supplied between the first AC / DC converter and the second AC / DC converter. An uninterruptible power supply that can supply and receive a specified voltage to the load, stably charge the storage battery, and eliminate the need for a battery discharge prevention reactor, reducing the overall size of the device and reducing costs. Location can be obtained.
[Brief description of the drawings]
[0093]
FIG. 1 is a block diagram showing a system configuration of embodiment 1 of an uninterruptible power supply according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a voltage / current waveform in the uninterruptible power supply shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing a system configuration of embodiment 2 of the uninterruptible power supply according to the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a system configuration of embodiment 3 of the uninterruptible power supply according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a system configuration of embodiment 4 of the uninterruptible power supply according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a system configuration of embodiment 5 of the uninterruptible power supply according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a circuit configuration of the first embodiment of the first AC / DC converter and the first AC / DC converter control means in each embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a circuit configuration of a second embodiment of the first AC / DC converter and the first AC / DC converter control means in each embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a circuit configuration of an embodiment of a second AC / DC converter and second AC / DC converter control means in each embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing a system configuration of an example of a conventional uninterruptible power supply.
11 is a diagram showing a voltage / current waveform in the conventional uninterruptible power supply shown in FIG.
[Explanation of symbols]
[0094]
1 1st AC / DC converter
2 Second AC / DC converter
3 storage battery
4 transformers
5 transformers
6 DC capacitor
7 Filter capacitors
8 Filter capacitors
9 AC power supply
10 Load
12 Control circuit
13 switch
14 Reactor for filter
15 Reactor for preventing battery discharge
101-104 Power MOSFET
110-119 Current and voltage detector
121 Storage battery charging current command value output means
122 operational amplifier
123 Positive / negative polarity judging means
124 1st AC / DC converter control means
1241 Proportional integral calculator
1242 sawtooth generator
1243 sawtooth generator
1244 Comparator
1245 comparator
12461-12464 gate drive circuit
1247 Comparator with hysteresis
1248 Input positive / negative polarity judging means
125 Output voltage reference value output means
126 AC side voltage command value control means
127 Second AC / DC converter control means
1271 sawtooth wave generator
1272 Sawtooth Wave Generator
1273 comparator
1274 comparator
12751-12754 gate drive circuit
128 Divider
129 Divider
161 Low-pass filter
162 Low-pass filter
201-204 Power MOSFET

Claims (5)

入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第1交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第2交直変換器の交流側を前記入力端と前記出力端との間に直列接続し、前記第1交直変換器および前記第2交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は前記出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに前記直流電力貯蔵手段を充電しておき、前記外部交流電源の停電時に前記第1交直変換器が前記直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し前記負荷に供給する無停電電源装置において、
前記第1交直変換器の交流側電流を検出する手段と、前記第2交直変換器の直流側電流を検出する手段と、前記直流電力貯蔵手段の充電電流および直流電圧を検出する手段と、前記無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、前記第2交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分を除去する手段とを備え、
前記外部交流電源からの入力電圧と前記第2交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧になるように前記第2交直変換器を制御する手段と、
前記直流電圧の検出値に応じた前記充電電流の指令値を算出し、前記充電電流の指令値と前記充電電流の検出値との誤差成分と前記第2交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波を除去した値との和を前記出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、前記第1交直変換器の交流側電流の指令値とし、前記第1交直変換器の交流側電流の検出値を指令値に追従させる手段とを備えた
ことを特徴とする無停電電源装置。
AC power is introduced from an external AC power source connected to the input end, the AC side of the first AC / DC converter is connected in parallel to the output end, and the AC side of the second AC / DC converter is connected between the input end and the output end. Are connected in series, and DC power storage means and a DC capacitor are connected in parallel to the DC side of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter, and AC power is supplied to the load connected to the output terminal in normal times. And the DC power storage means is charged, and the first AC / DC converter converts the DC power of the DC power storage means into AC power and supplies it to the load at the time of a power failure of the external AC power supply. In
Means for detecting an AC side current of the first AC / DC converter, means for detecting a DC side current of the second AC / DC converter, means for detecting a charging current and a DC voltage of the DC power storage means, Means for detecting the output voltage of the uninterruptible power supply, and means for removing higher-order harmonic components of the DC-side current detection value of the second AC / DC converter,
Means for controlling the second AC / DC converter so that the sum of the input voltage from the external AC power source and the AC side voltage of the second AC / DC converter becomes a predetermined output voltage;
A command value of the charging current is calculated according to the detected value of the DC voltage, and an error component between the command value of the charging current and the detected value of the charging current and a DC-side current detected value of the second AC / DC converter are calculated. The first AC / DC conversion is performed by inverting the positive / negative depending on whether the detected value of the output voltage is positive or negative, and using the sum of the value obtained by removing higher-order harmonics as a command value of the AC side current of the first AC / DC converter An uninterruptible power supply comprising: means for causing the detected value of the AC side current of the battery to follow the command value.
入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第1交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第2交直変換器の交流側を前記入力端と前記出力端との間に直列接続し、前記第1交直変換器および前記第2交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は前記出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに前記直流電力貯蔵手段を充電しておき、前記外部交流電源の停電時に前記第1交直変換器が前記直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し前記負荷に供給する無停電電源装置において、
前記第1交直変換器の直流側電流および交流側電流を検出する手段と、前記第2交直変換器の直流側電流を検出する手段と、前記直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、前記無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、前記第1交直変換器の直流側電流検出値および前記第2交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分をそれぞれ除去する手段とを備え、
前記外部交流電源からの入力電圧と前記第2交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように前記第2交直変換器を制御する手段と、
前記直流電圧の検出値に応じた前記充電電流の指令値を算出し、前記充電電流の指令値および前記第2交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波を除去した値の和と前記第1交直変換器の直流側電流の検出値の高次の高調波を除去した値との差の成分を前記出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、前記第1交直変換器の交流側電流の指令値とし、前記第1交直変換器の交流側電流の検出値を指令値に追従させる手段とを備えた
ことを特徴とする無停電電源装置。
AC power is introduced from an external AC power source connected to the input end, the AC side of the first AC / DC converter is connected in parallel to the output end, and the AC side of the second AC / DC converter is connected between the input end and the output end. Are connected in series, and DC power storage means and a DC capacitor are connected in parallel to the DC side of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter, and AC power is supplied to the load connected to the output terminal in normal times. And the DC power storage means is charged, and the first AC / DC converter converts the DC power of the DC power storage means into AC power and supplies it to the load at the time of a power failure of the external AC power supply. In
Means for detecting the DC side current and AC side current of the first AC / DC converter, means for detecting the DC side current of the second AC / DC converter, means for detecting the DC voltage of the DC power storage means, The means for detecting the output voltage of the uninterruptible power supply, and the higher-order harmonic components of the DC side current detection value of the first AC / DC converter and the DC side current detection value of the second AC / DC converter are respectively removed. Means and
Means for controlling the second AC / DC converter so that the sum of the input voltage from the external AC power source and the AC side voltage of the second AC / DC converter becomes a predetermined output voltage;
A command value of the charging current corresponding to the detected value of the DC voltage is calculated, and a sum of values obtained by removing the higher harmonics of the command value of the charging current and the detected DC side current of the second AC / DC converter And the component of the difference between the detected value of the DC voltage of the first AC / DC converter and the value obtained by removing higher harmonics is inverted depending on whether the detected value of the output voltage is positive or negative, An uninterruptible power supply comprising: a command value for the AC side current of the AC / DC converter, and means for causing the detected value of the AC side current of the first AC / DC converter to follow the command value.
入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第1交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第2交直変換器の交流側を前記入力端と前記出力端との間に直列接続し、前記第1交直変換器および前記第2交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は前記出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに前記直流電力貯蔵手段を充電しておき、前記外部交流電源の停電時に前記第1交直変換器が前記直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し前記負荷に供給する無停電電源装置において、
前記第1交直変換器の交流側電流を検出する手段と、前記第2交直変換器の直流側電流を検出する手段と、前記直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、前記無停電電源装置の出力電圧を検出する手段と、前記第2交直変換器の直流側電流検出値の高次の高調波成分を除去する手段とを備え、
前記外部交流電源からの入力電圧と前記第2交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように前記第2交直変換器を制御する手段と、
前記直流電圧の検出値に応じた前記充電電流の指令値を算出し、前記充電電流の指令値と前記第2交直変換器の直流側電流の検出値の高次の高調波を除去した値との和を前記出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、前記第1交直変換器の交流側電流の指令値とし、前記第1交直変換器の交流側電流の検出値に前記出力電圧の検出値と前記直流電圧の検出値との比を掛けた値を前記第1交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた
ことを特徴とする無停電電源装置。
AC power is introduced from an external AC power source connected to the input end, the AC side of the first AC / DC converter is connected in parallel to the output end, and the AC side of the second AC / DC converter is connected between the input end and the output end. Are connected in series, and DC power storage means and a DC capacitor are connected in parallel to the DC side of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter, and AC power is supplied to the load connected to the output terminal in normal times. And the DC power storage means is charged, and the first AC / DC converter converts the DC power of the DC power storage means into AC power and supplies it to the load at the time of a power failure of the external AC power supply. In
Means for detecting an AC side current of the first AC / DC converter, means for detecting a DC side current of the second AC / DC converter, means for detecting a DC voltage of the DC power storage means, and the uninterruptible power supply Means for detecting the output voltage of the device, and means for removing higher-order harmonic components of the DC-side current detection value of the second AC / DC converter,
Means for controlling the second AC / DC converter so that the sum of the input voltage from the external AC power source and the AC side voltage of the second AC / DC converter becomes a predetermined output voltage;
The charge current command value corresponding to the detected value of the DC voltage is calculated, and the charge current command value and a value obtained by removing higher-order harmonics of the detected value of the DC side current of the second AC / DC converter; Is inverted depending on whether the detected value of the output voltage is positive or negative, and is used as a command value for the AC side current of the first AC / DC converter, and the detected value of the AC side current of the first AC / DC converter is An uninterruptible power supply comprising: means for causing a value obtained by multiplying a ratio between a detected value of the output voltage and a detected value of the DC voltage to follow a command value of the AC side current of the first AC / DC converter .
入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第1交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第2交直変換器の交流側を前記入力端と前記出力端との間に直列接続し、前記第1交直変換器および前記第2交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は前記出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに前記直流電力貯蔵手段を充電しておき、前記外部交流電源の停電時に前記第1交直変換器が前記直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し前記負荷に供給する無停電電源装置において、
前記第1交直変換器の交流側電流を検出する手段と、前記第2交直変換器の交流側電流および電圧を検出する手段と、前記直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、前記無停電電源装置の出力電圧を検出する手段とを備え、
前記外部交流電源からの入力電圧と前記第2交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように前記第2交直変換器を制御する手段と、
前記直流電圧の検出値に応じた前記充電電流の指令値を算出し、前記第2交直変換器の交流側電流の検出値に前記第2交直変換器の交流側電圧の検出値と前記直流電圧の検出値との比を掛けて前記第2交直変換器の直流側電流の検出値とし、前記充電電流の指令値と前記第2交直変換器の直流側電流の検出値との和を前記出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、前記第1交直変換器の交流側電流の指令値とし、前記第1交直変換器の交流側電流の検出値に前記出力電圧の検出値と前記直流電圧の検出値との比を掛けた値を前記第1交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた
ことを特徴とする無停電電源装置。
AC power is introduced from an external AC power source connected to the input end, the AC side of the first AC / DC converter is connected in parallel to the output end, and the AC side of the second AC / DC converter is connected between the input end and the output end. Are connected in series, and DC power storage means and a DC capacitor are connected in parallel to the DC side of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter, and AC power is supplied to the load connected to the output terminal in normal times. And the DC power storage means is charged, and the first AC / DC converter converts the DC power of the DC power storage means into AC power and supplies it to the load at the time of a power failure of the external AC power supply. In
Means for detecting the AC side current of the first AC / DC converter, means for detecting the AC side current and voltage of the second AC / DC converter, means for detecting the DC voltage of the DC power storage means, Means for detecting the output voltage of the power failure power supply,
Means for controlling the second AC / DC converter so that the sum of the input voltage from the external AC power source and the AC side voltage of the second AC / DC converter becomes a predetermined output voltage;
A command value of the charging current according to the detected value of the DC voltage is calculated, and the detected value of the AC side voltage of the second AC / DC converter and the DC voltage are detected as the detected value of the AC side current of the second AC / DC converter. To the detected value of the DC side current of the second AC / DC converter, and the sum of the charging current command value and the detected value of the DC side current of the second AC / DC converter is output. Depending on whether the detection value of the voltage is positive or negative, the positive / negative is inverted to obtain a command value of the AC side current of the first AC / DC converter, and the detection value of the output voltage is detected as the AC side current detection value of the first AC / DC converter And a means for causing a value obtained by multiplying a ratio of the detected value of the DC voltage to a command value of the AC side current of the first AC / DC converter.
入力端に接続した外部交流電源から交流電力を導入し、第1交直変換器の交流側を出力端に並列接続し、第2交直変換器の交流側を前記入力端と前記出力端との間に直列接続し、前記第1交直変換器および前記第2交直変換器の直流側に直流電力貯蔵手段および直流コンデンサを並列接続し、通常時は前記出力端に接続された負荷に交流電力を供給するとともに前記直流電力貯蔵手段を充電しておき、前記外部交流電源の停電時に前記第1交直変換器が前記直流電力貯蔵手段の直流電力を交流電力に変換し前記負荷に供給する無停電電源装置において、
前記第1交直変換器の交流側電流を検出する手段と、前記第2交直変換器の交流側電流を検出する手段と、前記直流電力貯蔵手段の直流電圧を検出する手段と、前記無停電電源装置の出力電圧を検出する手段とを備え、
前記外部交流電源からの入力電圧と前記第2交直変換器の交流側電圧との和が所定の出力電圧となるように前記第2交直変換器を制御する手段と、
前記直流電圧の検出値に応じた前記充電電流の指令値を算出し、前記第2交直変換器の交流側電流の検出値に前記第2交直変換器の交流側電圧の指令値と前記直流電圧の検出値との比を掛けて前記第2交直変換器の直流側電流の検出値とし、前記充電電流の指令値と前記第2交直変換器の直流側電流の検出値との和を前記出力電圧の検出値が正か負かにより正負を反転させ、前記第1交直変換器の交流側電流の指令値とし、前記第1交直変換器の交流側電流の検出値に前記出力電圧の検出値と前記直流電圧の検出値との比を掛けた値を前記第1交直変換器の交流側電流の指令値に追従させる手段とを備えた
ことを特徴とする無停電電源装置。
AC power is introduced from an external AC power source connected to the input end, the AC side of the first AC / DC converter is connected in parallel to the output end, and the AC side of the second AC / DC converter is connected between the input end and the output end. Are connected in series, and DC power storage means and a DC capacitor are connected in parallel to the DC side of the first AC / DC converter and the second AC / DC converter, and AC power is supplied to the load connected to the output terminal in normal times. And the DC power storage means is charged, and the first AC / DC converter converts the DC power of the DC power storage means into AC power and supplies it to the load at the time of a power failure of the external AC power supply. In
Means for detecting an AC side current of the first AC / DC converter, means for detecting an AC side current of the second AC / DC converter, means for detecting a DC voltage of the DC power storage means, and the uninterruptible power supply Means for detecting the output voltage of the device,
Means for controlling the second AC / DC converter so that the sum of the input voltage from the external AC power source and the AC side voltage of the second AC / DC converter becomes a predetermined output voltage;
A command value of the charging current according to the detected value of the DC voltage is calculated, and the command value of the AC side voltage of the second AC / DC converter and the DC voltage are added to the detected value of the AC side current of the second AC / DC converter. To the detected value of the DC side current of the second AC / DC converter, and the sum of the charging current command value and the detected value of the DC side current of the second AC / DC converter is output. Depending on whether the detection value of the voltage is positive or negative, the positive / negative is inverted to obtain a command value of the AC side current of the first AC / DC converter, and the detection value of the output voltage is detected as the AC side current detection value of the first AC / DC converter And a means for causing a value obtained by multiplying a ratio of the detected value of the DC voltage to a command value of the AC side current of the first AC / DC converter.
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