JP3818302B2 - Uninterruptible power system - Google Patents

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Description

本発明は、商用電源において瞬時電圧低下や停電などの電圧低下事故が発生したときに、負荷電圧の低下を抑制する無停電電源装置に関する。   The present invention relates to an uninterruptible power supply that suppresses a decrease in load voltage when a voltage drop accident such as an instantaneous voltage drop or a power failure occurs in a commercial power supply.

半導体製造装置などの装置やネットワークサーバを備えたコンピュータシステムでは、停電や瞬時電圧低下(以下、瞬低と称する。)などの電源事故が発生すると重大なダメージを受けることがある。そのため、近時、上記のような装置やシステムには、予備電源として無停電電源装置が使用されることが多くなっている。一般的な無停電電源装置は、バッテリ(蓄電池)を備えており、電源正常時(平常時)にはバッテリの充電を行い、電源トラブル発生時にはこのバッテリから装置やシステムに対して電力を供給して、装置やシステムの停止や誤動作を防止して正常に機能させたり、安全にシステムをシャットダウンさせたりすることができる。   In a computer system equipped with a device such as a semiconductor manufacturing device or a network server, a power failure such as a power failure or instantaneous voltage drop (hereinafter referred to as “instantaneous drop”) may cause serious damage. Therefore, recently, an uninterruptible power supply is often used as a standby power supply in the above devices and systems. A general uninterruptible power supply is equipped with a battery (storage battery). When the power is normal (normal), the battery is charged, and when a power failure occurs, the battery or device is supplied with power. Thus, it is possible to prevent the device or the system from being stopped or malfunctioning, and to function normally, or to safely shut down the system.

また、無停電電源装置には、バッテリに代えてフライホイールを蓄電手段として使用したものもある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2001−178023公報
Some uninterruptible power supplies use a flywheel as a power storage means instead of a battery (see, for example, Patent Document 1).
JP 2001-178023 A

従来の無停電電源装置は、商用電源において瞬低や停電などの電源事故が発生すると、無停電電源装置は内部の制御回路で電圧低下を検出して速やかに高速遮断器をOFFして系統を解列するとともにコンバータを起動して、負荷に対して電力を供給する。   In the conventional uninterruptible power supply, if a power supply accident such as a voltage sag or a power failure occurs in the commercial power supply, the uninterruptible power supply detects the voltage drop in the internal control circuit and quickly turns off the high-speed circuit breaker. Disconnect and start the converter to supply power to the load.

しかし、従来の無停電電源装置においては、制御回路の電圧低下検出までの遅延時間(数msec以内)の間は補償電圧が存在せず、高速遮断器がOFFするまでの数msec間に負荷電圧が低下し、最悪の場合、負荷電圧が100%低下する可能性があった。また、前記のネットワークサーバや半導体製造装置などの場合、負荷電圧の低下が50%程度であっても、装置やシステムが停止したり、製造中の製品がダメージを受けてしまったりする可能性があった。   However, in the conventional uninterruptible power supply, there is no compensation voltage during the delay time (within several msec) until the voltage drop is detected in the control circuit, and the load voltage is several msec until the high-speed circuit breaker is turned off. In the worst case, the load voltage may be reduced by 100%. In addition, in the case of the network server or the semiconductor manufacturing apparatus, there is a possibility that the apparatus or the system may be stopped or the product being manufactured may be damaged even if the load voltage decreases by about 50%. there were.

そのため、ネットワークサーバや半導体製造装置など電源事故に敏感な装置に対しては、従来、運転効率が90%程度で効率があまり良くなく高価な常時インバータ方式の無停電電源装置しか予備電源として使用できないという問題があった。   Therefore, for devices that are sensitive to power supply accidents such as network servers and semiconductor manufacturing devices, conventionally, only an inverter-less uninterruptible power supply with an operating efficiency of about 90% and not very efficient can be used as a standby power supply. There was a problem.

そこで、本発明は、商用電源において事故が発生して高速遮断器がOFFするまでの間に、負荷電圧の低下を抑制できる無停電電源装置を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the uninterruptible power supply device which can suppress the fall of load voltage before the accident occurs in a commercial power source and a high-speed circuit breaker turns off.

この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。   The present invention has the following configuration as means for solving the above problems.

(1)商用電源の電圧が低下する異常を検出する事故検出手段と、
前記商用電源から配電された高電圧を、負荷に対して配電する低電圧に変圧する配電用変圧器と、
商用電源で異常が発生した際に電流を制限する限流リアクトルと、前記商用電源の正常時に前記商用電源と前記負荷とを、前記限流リアクトルを介して接続し、前記事故検出手段が前記商用電源における異常を検出すると前記商用電源と前記負荷との接続を遮断する高速開閉手段と、前記商用電源で異常が発生した際及び前記高速開閉手段が遮断後に前記限流リアクトルに流れている電流を還流させる還流手段と、を含み、前記配電用変圧器の低電圧側に接続された高速限流遮断手段と、
前記高速限流遮断手段と前記負荷との間に前記負荷と並列に接続された連系変圧器と、
商用電源の異常時に前記負荷へ供給する電力を蓄える蓄電手段と、
前記連系変圧器と前記蓄電手段との間に接続され、前記商用電源の異常発生直後から、前記蓄電手段の蓄電電力を交流電力に変換して前記連系変圧器に配電する電力変換手段と、を備え、
前記配電用変圧器の漏れインピーダンスと前記連系変圧器の漏れインピーダンスとの和と、前記連系変圧器の漏れインピーダンスと、の比を、前記負荷電圧の許容低下率以下に設定したことを特徴とする。
(1) Accident detection means for detecting an abnormality in which the voltage of the commercial power supply decreases;
A distribution transformer that transforms a high voltage distributed from the commercial power source into a low voltage that is distributed to a load;
A current-limiting reactor that limits current when an abnormality occurs in the commercial power source, and the commercial power source and the load are connected via the current-limiting reactor when the commercial power source is normal. A high-speed switching means for cutting off the connection between the commercial power supply and the load when an abnormality is detected in the power supply; and a current flowing through the current-limiting reactor when an abnormality occurs in the commercial power supply and after the high-speed switching means is cut off. Recirculation means for recirculation, and high-speed current limiting interrupting means connected to the low voltage side of the distribution transformer,
An interconnection transformer connected in parallel with the load between the high-speed current limiting interrupting means and the load;
Power storage means for storing electric power to be supplied to the load when the commercial power supply is abnormal;
Power conversion means connected between the interconnection transformer and the power storage means, and immediately after the occurrence of an abnormality in the commercial power supply, converts the stored power of the power storage means into AC power and distributes the power to the interconnection transformer; With
The ratio of the sum of the leakage impedance of the distribution transformer and the leakage impedance of the interconnection transformer and the leakage impedance of the interconnection transformer is set to be equal to or less than an allowable reduction rate of the load voltage. And

この構成においては、無停電電源装置は限流リアクトルを備えており、配電用変圧器の漏れインピーダンスと連系変圧器の漏れインピーダンスとの和と、連系変圧器の漏れインピーダンスと、の比が、前記負荷電圧の許容低下率以下に設定されている。そのため、商用電源において異常が発生した直後には限流リアクトルに電圧が発生して電流の増加を抑制するとともに、負荷電圧の低下を抑制する効果が得られ、配電用変圧器の漏れインピーダンスと限流リアクトルのインピーダンスとにより、負荷電圧の低下を抑制することができる。また、交流側の電流がピークを過ぎて、限流リアクトル及び還流手段において電流の還流が生じ、限流リアクトル電圧が零となる期間が生じた場合には、限流リアクトルのインピーダンスは見かけ上零となるが、配電用変圧器の漏れインピーダンスにより負荷電圧の低下を抑制することができ、配電用変圧器の漏れインピーダンスと連系変圧器の漏れインピーダンスとの和と、連系変圧器の漏れインピーダンスと、の比が、負荷電圧の許容低下率以下に設定されているので、負荷電圧が許容低下率を超えて低下するのを抑制することができる。   In this configuration, the uninterruptible power supply has a current limiting reactor, and the ratio of the sum of the leakage impedance of the distribution transformer and the leakage impedance of the interconnection transformer and the leakage impedance of the interconnection transformer is The load voltage is set to be equal to or less than an allowable decrease rate. Therefore, immediately after an abnormality occurs in the commercial power supply, a voltage is generated in the current-limiting reactor to suppress an increase in current and an effect of suppressing a decrease in load voltage. The drop in the load voltage can be suppressed by the impedance of the flow reactor. In addition, when the current on the AC side passes the peak and current recirculation occurs in the current limiting reactor and the recirculation means, and a period in which the current limiting reactor voltage is zero occurs, the impedance of the current limiting reactor is apparently zero. However, the decrease in load voltage can be suppressed by the leakage impedance of the distribution transformer, the sum of the leakage impedance of the distribution transformer and the leakage impedance of the interconnection transformer, and the leakage impedance of the interconnection transformer Is set to be equal to or less than the allowable decrease rate of the load voltage, and thus it is possible to suppress the load voltage from decreasing beyond the allowable decrease rate.

例えば、負荷電圧の許容低下率が40%であり、配電用変圧器と連系変圧器の容量が同じで、漏れインピーダンスの値が2:1の場合には、双方向コンバータ17の電圧との関係から、限流リアクトル電圧が零となる期間が生じても、負荷電圧の低下率を許容低下率以下の値である約33%に維持できる。また、限流リアクトル電圧が零になるまでは、限流リアクトル電圧の電圧を上乗せすることができるので、事故時における負荷電圧の低下をさらに抑制することができる。   For example, when the allowable drop rate of the load voltage is 40%, the capacity of the distribution transformer and the interconnection transformer are the same, and the value of the leakage impedance is 2: 1, the voltage of the bidirectional converter 17 is From the relationship, even when a period in which the current-limiting reactor voltage becomes zero occurs, the load voltage decrease rate can be maintained at about 33%, which is a value equal to or less than the allowable decrease rate. Moreover, since the voltage of the current-limiting reactor voltage can be increased until the current-limiting reactor voltage becomes zero, it is possible to further suppress a decrease in load voltage at the time of an accident.

また、無停電電源装置は、配電用変圧器を予め備えた構成であるので、無停電電源装置の設置環境(系統条件)を予め細かく調査しなくても、負荷が負荷電圧の低下を何%まで許容できるかという仕様である負荷電圧の許容低下率に基づいて設計することが可能となる。また、無停電電源装置を現地に設置した際に調整がほとんど不要となる。さらに、無停電電源装置のユーザが負荷に応じた配電用変圧器を用意する必要がなくなる。したがって、無停電電源装置の汎用性が高くなり、標準化することが可能となる。   In addition, the uninterruptible power supply has a configuration that includes a distribution transformer in advance, so even if the installation environment (system conditions) of the uninterruptible power supply is not investigated in advance, the load will reduce the load voltage by what percentage. It is possible to design based on the allowable reduction rate of the load voltage, which is a specification of whether or not it is acceptable. In addition, almost no adjustment is required when the uninterruptible power supply is installed on site. Furthermore, it is not necessary for the user of the uninterruptible power supply to prepare a distribution transformer according to the load. Therefore, the versatility of the uninterruptible power supply is increased and can be standardized.

(2)前記電力変換手段は、前記商用電源の正常時に、前記負荷の無効電力を打ち消す無効電力を供給することを特徴とする。   (2) The power conversion means supplies reactive power that cancels reactive power of the load when the commercial power supply is normal.

一般的に、配電用変圧器の漏れインピーダンスが大きいと電圧降下も大きくなって、通常時に問題が発生することがある。この構成においては、電力変換手段から負荷の無効電力を打ち消す無効電力を供給するので、配電用変圧器の無効電力はほぼ零になって、漏れインピーダンスによる電圧低下を防止できる。これにより、漏れインピーダンスの値を大きくしたことによる配電用変圧器の電圧降下分を補償し、かつ受電力率を改善することができる。   In general, if the leakage impedance of the distribution transformer is large, the voltage drop also increases, which may cause problems during normal times. In this configuration, since the reactive power for canceling the reactive power of the load is supplied from the power conversion means, the reactive power of the distribution transformer becomes almost zero, and voltage drop due to leakage impedance can be prevented. As a result, it is possible to compensate for the voltage drop of the distribution transformer caused by increasing the value of the leakage impedance, and to improve the power reception rate.

(3)前記高速限流遮断手段は、前記高速開閉手段である一対のサイリスタと、前記還流手段である一対のダイオードと、を含む単相整流ブリッジ回路の2つの直流端子間に、前記限流リアクトルを接続した構成であることを特徴とする。   (3) The high-speed current limiting interrupting means includes a pair of thyristors as the high-speed switching means and a pair of diodes as the reflux means between two DC terminals of a single-phase rectifier bridge circuit. It is the structure which connected the reactor.

この構成においては、商用電源における異常を検出すると、一対のサイリスタに対して出力していた点弧信号をOFFすることで、負荷電流が零になった時点でサイリスタを消弧させることができるので、短時間で商用電源と負荷との接続を遮断することができる。   In this configuration, when an abnormality in the commercial power supply is detected, the thyristor can be extinguished when the load current becomes zero by turning off the ignition signal output to the pair of thyristors. The connection between the commercial power source and the load can be cut off in a short time.

(4)前記高速限流遮断手段は、単相整流ブリッジ回路の2つの直流端子間に、前記限流リアクトル及び前記高速開閉手段である自己消弧型スイッチング素子が直列に接続されるとともに、前記還流手段である還流ダイオードが前記限流リアクトルに対して並列に接続された構成であることを特徴とする。   (4) In the high-speed current limiting interrupting means, the current-limiting reactor and the self-extinguishing switching element that is the high-speed switching means are connected in series between two DC terminals of the single-phase rectifier bridge circuit, A reflux diode as a reflux means is connected in parallel to the current limiting reactor.

この構成においては、高速限流遮断手段は、高速開閉手段として自己消弧型のスイッチング素子を備えているので、このスイッチング素子をオフする信号を出力すると、すぐに商用電源と負荷との間の接続を遮断することができる。したがって、商用電源における異常を検出してから発生商用電源と負荷との間の接続を遮断するまでの時間を、(3)の構成よりもさらに短くすることができる。また、より高速に遮断できるため、直流リアクトルやダイオードなどの構成部材を流れる電流を抑制できるので、各構成部材などの電流容量を小さく設定することができる。   In this configuration, the high-speed current limiting interrupting means includes a self-extinguishing type switching element as a high-speed opening / closing means. Therefore, when a signal for turning off the switching element is output, the commercial power supply and the load are immediately connected. The connection can be cut off. Therefore, the time from detection of an abnormality in the commercial power supply to disconnection of the connection between the generated commercial power supply and the load can be further shortened compared to the configuration of (3). Moreover, since it can interrupt | block more rapidly, since the electric current which flows through structural members, such as a DC reactor and a diode, can be suppressed, the current capacities of each structural member etc. can be set small.

また、直流リアクトルに対して並列に還流ダイオードを設けることにより、直流リアクトルに流れている電流を還流することができ、直流リアクトルにおける過電圧を抑制することができる。   In addition, by providing the reflux diode in parallel with the DC reactor, the current flowing through the DC reactor can be refluxed, and an overvoltage in the DC reactor can be suppressed.

(5)前記高速開閉手段には、限流抵抗またはコンデンサが並列に接続されたことを特徴とする。   (5) The high-speed switching means is characterized in that a current limiting resistor or a capacitor is connected in parallel.

この構成においては、高速限流遮断手段により商用電源と負荷との接続を完全に遮断することはできないが、電流を抑制することができるので、無停電電源装置により負荷に対する瞬時電圧低下を防止することが可能となる。   In this configuration, although the connection between the commercial power supply and the load cannot be completely cut off by the high-speed current limiting cut-off means, the current can be suppressed, so that an uninterruptible power supply device prevents an instantaneous voltage drop with respect to the load. It becomes possible.

(6)前記配電用変圧器に代えて、限流リアクトルを設けたことを特徴とする。   (6) A current-limiting reactor is provided in place of the distribution transformer.

この構成においては、配電用変圧器に代えて限流リアクトルを設けたことにより、無停電電源装置を設置する系統フィーダに予め配電用変圧器が用意されていた場合であっても、異常時の負荷電圧の低下を抑制することができる。また、商用電源側の事故発生箇所によっては、配電用変圧器の漏れインピーダンスを負荷電圧の低下防止に使用できるので、さらに異常時の負荷電圧の低下を抑制することが可能となる。   In this configuration, by providing a current-limiting reactor instead of the distribution transformer, even if the distribution transformer is prepared in advance in the system feeder where the uninterruptible power supply is installed, A decrease in load voltage can be suppressed. In addition, depending on the location of an accident on the commercial power supply side, the leakage impedance of the distribution transformer can be used to prevent the load voltage from being lowered, so that it is possible to further suppress the drop in the load voltage during an abnormality.

本発明によれば、商用電源において異常が発生した直後には限流リアクトルに電圧が発生して電流の増加を抑制するとともに、負荷電圧の低下を抑制する効果が得られ、配電用変圧器の漏れインピーダンスと限流リアクトルのインピーダンスとにより、負荷電圧の低下を抑制することができる。また、交流側の電流がピークを過ぎて、限流リアクトル及び還流手段において電流の還流が生じ、限流リアクトル電圧が零となる期間が生じた場合には、限流リアクトルのインピーダンスは見かけ上零となるが、配電用変圧器の漏れインピーダンスにより負荷電圧の低下を抑制することができ、配電用変圧器の漏れインピーダンスと連系変圧器の漏れインピーダンスとの和と、連系変圧器の漏れインピーダンスと、の比が、負荷電圧の許容低下率以下に設定されているので、負荷電圧が許容低下率を超えて低下するのを抑制することができる。   According to the present invention, immediately after an abnormality occurs in the commercial power supply, a voltage is generated in the current limiting reactor to suppress an increase in current and an effect of suppressing a decrease in load voltage. The decrease in the load voltage can be suppressed by the leakage impedance and the impedance of the current-limiting reactor. In addition, when the current on the AC side passes the peak and current recirculation occurs in the current limiting reactor and the recirculation means, and a period in which the current limiting reactor voltage is zero occurs, the impedance of the current limiting reactor is apparently zero. However, the decrease in load voltage can be suppressed by the leakage impedance of the distribution transformer, the sum of the leakage impedance of the distribution transformer and the leakage impedance of the interconnection transformer, and the leakage impedance of the interconnection transformer Is set to be equal to or less than the allowable decrease rate of the load voltage, and thus it is possible to suppress the load voltage from decreasing beyond the allowable decrease rate.

また、無停電電源装置は、配電用変圧器を予め備えた構成であるので、無停電電源装置の設置環境(系統条件)を予め細かく調査しなくても、負荷が負荷電圧の低下を何%まで許容できるかという仕様である負荷電圧の許容低下率に基づいて設計することができる。また、無停電電源装置を現地に設置した際に調整がほとんど不要となり、無停電電源装置のユーザが負荷に応じた配電用変圧器を用意する必要がなくなるので、無停電電源装置の汎用性が高くなり、標準化することができる。   In addition, the uninterruptible power supply has a configuration that includes a distribution transformer in advance, so even if the installation environment (system conditions) of the uninterruptible power supply is not investigated in advance, the load will reduce the load voltage by what percentage. It is possible to design based on the allowable reduction rate of the load voltage, which is a specification of whether or not it is acceptable. In addition, when an uninterruptible power supply is installed in the field, almost no adjustment is required, and the user of the uninterruptible power supply does not need to prepare a distribution transformer according to the load. Can be high and standardized.

[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係る無停電電源装置の概略構成図及び等価回路図である。図2は、商用電源側での事故発生前後における各部の電流及び電圧の変化を示す波形図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram and an equivalent circuit diagram of the uninterruptible power supply according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a waveform diagram showing changes in current and voltage of each part before and after the occurrence of an accident on the commercial power supply side.

無停電電源装置1は、計器用変圧器11、制御部12、配電用変圧器13、遮断器14、限流回路15、バッテリ16、双方向コンバータ17、連系変圧器18、遮断器19、及び電源出力測定部20を備えており、入力端子2に商用電源5が接続され、出力端子3に負荷6が接続されている。また、商用電源5から負荷6までの間の配電線を系統フィーダ4と称する。   The uninterruptible power supply 1 includes an instrument transformer 11, a control unit 12, a distribution transformer 13, a circuit breaker 14, a current limiting circuit 15, a battery 16, a bidirectional converter 17, an interconnection transformer 18, a circuit breaker 19, And a power output measuring unit 20, a commercial power supply 5 is connected to the input terminal 2, and a load 6 is connected to the output terminal 3. Further, the distribution line from the commercial power source 5 to the load 6 is referred to as a system feeder 4.

計器用変圧器11は、商用電源5から配電された交流電圧を測定して電源事故の発生を検出するためのものであり、測定結果を制御部12へ出力する。   The instrument transformer 11 is for measuring the AC voltage distributed from the commercial power supply 5 to detect the occurrence of a power supply accident, and outputs the measurement result to the control unit 12.

制御部12は、計器用変圧器11から出力された商用電源5の電圧測定結果に基づいて、限流回路15の高速開閉手段の開閉動作や双方向コンバータ17の充電や出力動作を制御する。また、制御部12は、電源出力測定部20の測定結果に基づいて双方向コンバータ17の出力電力を制御する。   The control unit 12 controls the opening / closing operation of the high-speed opening / closing means of the current limiting circuit 15 and the charging and output operation of the bidirectional converter 17 based on the voltage measurement result of the commercial power supply 5 output from the instrument transformer 11. Further, the control unit 12 controls the output power of the bidirectional converter 17 based on the measurement result of the power output measurement unit 20.

配電用変圧器13は、商用電源5から給電された電圧を負荷6に配電する電圧に変圧する。   The distribution transformer 13 transforms the voltage supplied from the commercial power supply 5 into a voltage to be distributed to the load 6.

遮断器14は、無停電電源装置1のメンテナンス時などに商用電源5と負荷6との接続を遮断するためのものである。なお、遮断器14は入力端子2と配電用変圧器13の間に設けた構成であっても良い。   The circuit breaker 14 is for cutting off the connection between the commercial power supply 5 and the load 6 during maintenance of the uninterruptible power supply 1. The circuit breaker 14 may have a configuration provided between the input terminal 2 and the distribution transformer 13.

限流回路15は、高速開閉手段である2個の(一対の)サイリスタ21a,21bと、2個の(一対の)ダイオード21c,21dと、を有し、2つの交流端子21a1,21a2と、2つの直流端子21d1,21d2と、を備えている。交流端子21a1には、サイリスタ21aのアノードとサイリスタ21bのカソードが接続され、交流端子21a2には、ダイオード21cのカソードとダイオード21dのアノードが接続されている。また、直流端子21d1には、サイリスタ21aのカソードとダイオード21dのカソードが接続され、直流端子21d2には、サイリスタ21bのアノードとダイオード21cのアノードが接続されている。さらに、直流端子21d1と直流端子21d2との間には、直流リアクトル22が接続されている。加えて、交流端子21a1には遮断器14が接続され、交流端子21a2には電源出力測定部20が接続されている。   The current limiting circuit 15 includes two (a pair of) thyristors 21a and 21b, which are high-speed switching means, and two (a pair of) diodes 21c and 21d, and two AC terminals 21a1 and 21a2. Two DC terminals 21d1, 21d2 are provided. The AC terminal 21a1 is connected to the anode of the thyristor 21a and the cathode of the thyristor 21b, and the AC terminal 21a2 is connected to the cathode of the diode 21c and the anode of the diode 21d. The DC terminal 21d1 is connected to the cathode of the thyristor 21a and the cathode of the diode 21d, and the DC terminal 21d2 is connected to the anode of the thyristor 21b and the anode of the diode 21c. Further, a DC reactor 22 is connected between the DC terminal 21d1 and the DC terminal 21d2. In addition, the circuit breaker 14 is connected to the AC terminal 21a1, and the power output measuring unit 20 is connected to the AC terminal 21a2.

なお、限流回路15において、交流端子21a1を電源出力測定部20に接続し、交流端子21a2を遮断器14に接続するようにしても良い。   In the current limiting circuit 15, the AC terminal 21 a 1 may be connected to the power output measuring unit 20, and the AC terminal 21 a 2 may be connected to the circuit breaker 14.

直流リアクトル22は、商用電源5において電源事故発生時に、双方向コンバータ17から商用電源5に対して流れる電流を制限する限流リアクトルである。   The DC reactor 22 is a current-limiting reactor that limits the current flowing from the bidirectional converter 17 to the commercial power supply 5 when a power failure occurs in the commercial power supply 5.

バッテリ16は、商用電源5において停電や瞬低など電圧が低下する異常が発生した際に、負荷6へ供給する電力(電気エネルギ)を蓄積している。なお、バッテリ16に代えて、フライホイールやキャパシタなどの蓄電手段を使用することも可能である。   The battery 16 stores electric power (electric energy) to be supplied to the load 6 when an abnormality occurs in the commercial power source 5 such as a power failure or instantaneous voltage drop. Note that power storage means such as a flywheel or a capacitor may be used instead of the battery 16.

双方向コンバータ17は、商用電源5側が正常時にはバッテリ16を充電する充電器として動作し、商用電源5側の電圧が低下したり商用電源5側に事故が発生したりしたときにはインバータ動作に切替わり、バッテリ16の電力を交流電力に変換して無瞬断で負荷6に供給する連系運転を常時行っており、電圧源として動作する。   The bi-directional converter 17 operates as a charger that charges the battery 16 when the commercial power supply 5 side is normal, and switches to inverter operation when the voltage on the commercial power supply 5 side decreases or an accident occurs on the commercial power supply 5 side. In addition, a continuous operation is performed in which the power of the battery 16 is converted into AC power and supplied to the load 6 without interruption, and operates as a voltage source.

連系変圧器18は、系統フィーダ4の電圧を所定の電圧に降圧して双方向コンバータ17へ配電する。また、双方向コンバータ17の出力電圧を系統フィーダ4と同じ電圧に昇圧して系統フィーダ4へ配電する。   The interconnection transformer 18 steps down the voltage of the system feeder 4 to a predetermined voltage and distributes it to the bidirectional converter 17. Further, the output voltage of the bidirectional converter 17 is boosted to the same voltage as that of the system feeder 4 and distributed to the system feeder 4.

遮断器19は、無停電電源装置1のメンテナンス時などに、負荷6に並列に接続された連系変圧器18の1次側を系統フィーダ4から切り離すためのものである。   The circuit breaker 19 is for disconnecting the primary side of the interconnection transformer 18 connected in parallel to the load 6 from the system feeder 4 at the time of maintenance of the uninterruptible power supply 1.

電源出力測定部20は、交流計測用変流器20a,20a2と交流計器用変圧器20vとを備え、インバータ電流、負荷電流及び負荷電圧を測定して、その結果を制御部12へ出力する。   The power supply output measuring unit 20 includes AC measuring current transformers 20 a and 20 a 2 and an AC measuring instrument transformer 20 v, measures the inverter current, the load current, and the load voltage, and outputs the results to the control unit 12.

図1(A)に示す無停電電源装置1の等価回路は、図1(B)に示すようになる。すなわち、配電用変圧器13の漏れインピーダンスjXtと直流リアクトル22のインダクタンスLdcとが直列に接続された商用電源5と、連系変圧器18の漏れインピーダンスjXcが直列に接続されたコンバータ電源(バッテリ16及び双方向コンバータ17と等価な電源)17aと、が負荷6に対して並列に接続される。   An equivalent circuit of the uninterruptible power supply 1 shown in FIG. 1A is as shown in FIG. That is, the commercial power supply 5 in which the leakage impedance jXt of the distribution transformer 13 and the inductance Ldc of the DC reactor 22 are connected in series, and the converter power supply (battery 16) in which the leakage impedance jXc of the interconnection transformer 18 is connected in series. And a power source equivalent to the bidirectional converter 17) 17a are connected in parallel to the load 6.

図1(B)において、商用電源5の電源電圧をVS、コンバータ電源17aのコンバータ電圧をVC・コンバータ電流をIC、負荷6の負荷電圧をVL、配電用変圧器13の漏れインピーダンスをjXt・配電用変圧器13の電圧(電圧降下分)をΔVt、直流リアクトルのインダクタンスをLdc・直流リアクトルの電圧(電圧降下分)をΔVdc・直流リアクトルを流れる電流をIdc、連系変圧器18の漏れインピーダンス(連系インダクタンス)をjXcとする。   In FIG. 1B, the power supply voltage of the commercial power supply 5 is VS, the converter voltage of the converter power supply 17a is VC / converter current IC, the load voltage of the load 6 is VL, and the leakage impedance of the distribution transformer 13 is jXt / distribution. The voltage (voltage drop) of the transformer 13 is ΔVt, the inductance of the DC reactor is Ldc, the voltage (voltage drop) of the DC reactor is ΔVdc, the current flowing through the DC reactor is Idc, and the leakage impedance of the interconnection transformer 18 ( (Linkage inductance) is assumed to be jXc.

図2に示すように、通常時(t0以前)には電源電流はほとんど変化しない。そのため、限流回路15の整流素子であるサイリスタ21a,21b、ダイオード21c,21dによって整流された直流リアクトルの電流Idcは、ほぽ一定の直流電流となる。つまり、直流リアクトルの電圧△Vdc≒0となる。   As shown in FIG. 2, the power supply current hardly changes at the normal time (before t0). Therefore, the DC reactor current Idc rectified by the thyristors 21a and 21b and the diodes 21c and 21d, which are rectifying elements of the current limiting circuit 15, becomes a substantially constant DC current. That is, the DC reactor voltage ΔVdc≈0.

一方、無停電電源装置1は、商用電源5側で瞬低・停電等の事故が発生すると(t0)、内部の制御部12で電圧低下を検出して速やかにサイリスタ21a,21bをOFFして系統を解列する動作を行う。しかし、サイリスタ21a,21bは、点弧信号がOFFされても負荷電流が零にならないとOFF(消弧)しないため、制御部12が電圧低下を検出してサイリスタ21a,21bをOFFするまで(t0〜t3)に数msecの時間が必要である。そのため、無停電電源装置1では、この遅延時間(数msec以内)の間に負荷電圧VLの低下がある値を下回らないように構成している。   On the other hand, the uninterruptible power supply 1 detects a voltage drop by the internal control unit 12 and immediately turns off the thyristors 21a and 21b when an accident such as a momentary voltage drop or a power failure occurs on the commercial power supply 5 side (t0). The operation to disconnect the system is performed. However, since the thyristors 21a and 21b are not turned off (extinguish) unless the load current becomes zero even when the ignition signal is turned off, until the control unit 12 detects a voltage drop and turns off the thyristors 21a and 21b ( A time of several msec is required from t0 to t3). Therefore, the uninterruptible power supply 1 is configured so that the load voltage VL does not fall below a certain value during this delay time (within several msec).

商用電源5側で瞬低・停電等の事故が発生すると、電源電圧VSは瞬時に低下して負荷6側(すなわちコンバータ電源17a側)から系統事故地点に向かって過大な電流が流れようとする(t0〜t1)。このとき、無停電電源装置1には、限流回路15として直流リアクトル22を設けているので、限流回路15の整流素子を介して直流リアクトル電流Idcが増加して、直流リアクトル22に電圧△Vdcが発生して電流の増加を抑制するとともに、負荷電圧VLの低下を抑制する効果が得られる。そして、配電用変圧器13と連系変圧器18の漏れインピーダンスの比に応じて生じる残存電圧ΔVtと、限流回路の電圧△Vdcと、を合算した電圧が負荷電圧VLとして負荷に供給される。   When an accident such as a momentary voltage drop or a power failure occurs on the commercial power supply 5 side, the power supply voltage VS decreases instantaneously and an excessive current tends to flow from the load 6 side (that is, the converter power supply 17a side) toward the system fault point. (T0 to t1). At this time, since the uninterruptible power supply 1 is provided with the DC reactor 22 as the current limiting circuit 15, the DC reactor current Idc increases via the rectifying element of the current limiting circuit 15, and the voltage Δ is applied to the DC reactor 22. The effect of suppressing the decrease in the load voltage VL can be obtained while Vdc is generated to suppress the increase in current. A voltage obtained by adding the residual voltage ΔVt generated according to the ratio of the leakage impedance between the distribution transformer 13 and the interconnection transformer 18 and the voltage ΔVdc of the current limiting circuit is supplied to the load as the load voltage VL. .

続いて、交流側の電流がピークを過ぎると、直流リアクトル22及びダイオード21c,21dにおいて電流の還流が生じるので、直流リアクトル電圧△Vdcは、△Vdc≒0となる期間が生じる(t2以降)。そのため、配電用変圧器13を備えていない従来の無停電電源装置では、この間は補償電圧が存在せず、最悪の場合、負荷電圧が100%低下する可能性があった。   Subsequently, when the current on the AC side passes the peak, current recirculation occurs in the DC reactor 22 and the diodes 21c and 21d, so that the DC reactor voltage ΔVdc has a period in which ΔVdc≈0 (after t2). Therefore, in the conventional uninterruptible power supply device that does not include the distribution transformer 13, there is no compensation voltage during this period, and in the worst case, the load voltage may be reduced by 100%.

そこで、無停電電源装置1には、この対策として限流回路15の1次側に配電用変圧器13を設けており、この配電用変圧器13の漏れインピーダンスjXtを負荷電圧VLの低下抑制のために利用する。   Therefore, the uninterruptible power supply 1 is provided with a distribution transformer 13 on the primary side of the current limiting circuit 15 as a countermeasure, and the leakage impedance jXt of the distribution transformer 13 is controlled to suppress a decrease in the load voltage VL. For use.

すなわち、限流回路15だけでは残存電圧が低下してしまうため、無停電電源装置1のシステムに組み込まれている配電用変圧器13に関して、配電用変圧器13と連系変圧器18の漏れインピーダンスの値を調整して、残存電圧のベース電圧を得る。例えば、配電用変圧器13と連系変圧器18の容量が同じで漏れインピーダンスの値も同じであれば、双方向コンバータ17の電圧との関係から、△Vdc≒0となる期間が生じても、負荷電圧VLのベース残存電圧を最低でも約50%に維持できる。また、△Vdc≒0となるまでは、直流リアクトル22の電圧△Vdcを上乗せすることができるので、事故時の負荷電圧VLの低下をさらに抑制することができる。この関係を式で表すと以下のようになる。   That is, since the residual voltage is lowered only by the current limiting circuit 15, the leakage impedance of the distribution transformer 13 and the interconnection transformer 18 with respect to the distribution transformer 13 incorporated in the system of the uninterruptible power supply 1. Is adjusted to obtain the base voltage of the residual voltage. For example, if the distribution transformer 13 and the interconnection transformer 18 have the same capacity and the same leakage impedance value, a period of ΔVdc≈0 may occur due to the voltage of the bidirectional converter 17. The base residual voltage of the load voltage VL can be maintained at about 50% at the minimum. Further, since the voltage ΔVdc of the DC reactor 22 can be added until ΔVdc≈0, it is possible to further suppress the decrease in the load voltage VL at the time of an accident. This relationship is expressed as follows.

無停電電源装置1では、双方向コンバータが連系運転しており、例えば最悪条件としてVS=0の場合を考えると、負荷電圧VLは、
VL=VC−jXc・IC
≒−(△Vt+△Vdc)
=−(jXt・IS)−Ldc{d(Idc)/dt}
となる。
In the uninterruptible power supply 1, the bidirectional converter operates in an interconnected manner. For example, when considering the case where VS = 0 as the worst condition, the load voltage VL is
VL = VC-jXc · IC
≒-(△ Vt + △ Vdc)
= − (JXt · IS) −Ldc {d (Idc) / dt}
It becomes.

負荷電圧VLの残存率は、配電用変圧器13のインピーダンスと限流回路15に設けた直流リアクトル22の直流過渡インピーダンスの設定によって変化するが、配電用変圧器13の漏れインピーダンスと連系変圧器18の漏れインピーダンスとの和と、連系変圧器18の漏れインピーダンスと、の比を、負荷電圧の許容低下率以下に設定することで、事故発生時に、商用電源5と負荷6との間を遮断するまでの間に、負荷電圧が許容低下率を超えた値になるのを確実に防止することができる。   The residual rate of the load voltage VL varies depending on the impedance of the distribution transformer 13 and the DC transient impedance of the DC reactor 22 provided in the current limiting circuit 15, but the leakage impedance of the distribution transformer 13 and the interconnection transformer By setting the ratio of the sum of the leakage impedance of 18 and the leakage impedance of the interconnecting transformer 18 to be equal to or less than the allowable reduction rate of the load voltage, when the accident occurs, the ratio between the commercial power source 5 and the load 6 is reduced. It is possible to reliably prevent the load voltage from reaching a value exceeding the allowable decrease rate before the interruption.

例えば、負荷電圧の許容低下率が40%であり、配電用変圧器と連系変圧器の容量が同じで、漏れインピーダンスの値が2:1の場合には、双方向コンバータ17の電圧との関係から、限流リアクトル電圧が零となる期間が生じても、負荷電圧の低下率を許容低下率以下の値である約33%に維持できる。また、限流リアクトル電圧が零になるまでは、限流リアクトル電圧の電圧を上乗せすることができるので、事故時における負荷電圧の低下をさらに抑制することができる。   For example, when the allowable drop rate of the load voltage is 40%, the capacity of the distribution transformer and the interconnection transformer are the same, and the value of the leakage impedance is 2: 1, the voltage of the bidirectional converter 17 is From the relationship, even when a period in which the current-limiting reactor voltage becomes zero occurs, the load voltage decrease rate can be maintained at about 33%, which is a value equal to or less than the allowable decrease rate. Moreover, since the voltage of the current-limiting reactor voltage can be increased until the current-limiting reactor voltage becomes zero, it is possible to further suppress a decrease in load voltage at the time of an accident.

したがって、系統側の事故発生時には、コンバータ電圧VCを基にして、両方の変圧器の漏れインピーダンスの比に応じて生じる残存電圧か、またはこの残存電圧と限流回路の電圧△Vdcとを合算した電圧を、負荷電圧VLとして負荷に供給することができる。   Therefore, when a fault occurs on the system side, based on the converter voltage VC, the residual voltage generated according to the ratio of the leakage impedances of both transformers, or the residual voltage and the voltage ΔVdc of the current limiting circuit are added together. The voltage can be supplied to the load as a load voltage VL.

また、通常時においては、負荷電圧VLは、以下の式に表すような関係となる。すなわち、
VL=VC−jXc・IC
≒−(△Vt+△Vdc)
=−(jXt・IS)−Ldc{d(Idc)/dt}
=−jXt・IS
∵定常状態のd(Idc)/dt≒0
となり、配電用変圧器の漏れインピーダンスの値に比例して電圧降下が発生する。
Further, in normal times, the load voltage VL has a relationship represented by the following expression. That is,
VL = VC-jXc · IC
≒-(△ Vt + △ Vdc)
= − (JXt · IS) −Ldc {d (Idc) / dt}
= -JXt · IS
∵d (Idc) / dt≈0 in steady state
Thus, a voltage drop occurs in proportion to the value of the leakage impedance of the distribution transformer.

そこで、配電用変圧器13の漏れインピーダンスを大きな値に設定したことにより、通常時における電圧降下の影響が大きい場合には、双方向コンバータ17から無効電力(通常は進相無効電力)を出力するように設定して、配電用変圧器13の漏れインピーダンスによる電圧低下を低減する。すなわち、配電用変圧器13の仕様として巻線抵抗を小さく(%Zで数%以内)して、一方の漏れインダクタンスを大きくした上で、負荷電力の無効電力をキャンセルするように高速制御する。このように設定することで、電圧変動は巻線抵抗と有効電力による電圧降下分(数%)だけに低減できる。   Therefore, by setting the leakage impedance of the distribution transformer 13 to a large value, reactive power (usually phase-advanced reactive power) is output from the bidirectional converter 17 when the influence of a voltage drop during normal operation is large. Thus, the voltage drop due to the leakage impedance of the distribution transformer 13 is reduced. That is, as a specification of the distribution transformer 13, the winding resistance is reduced (within% Z, within several percent), one leakage inductance is increased, and then high-speed control is performed so as to cancel the reactive power of the load power. By setting in this way, the voltage fluctuation can be reduced only to the voltage drop (several%) due to the winding resistance and the active power.

例えば、配電用変圧器13の漏れインピーダンスjXtを連系変圧器の漏れインピーダンスjXcの2倍とすると、系統事故時の負荷電圧VLのベース残存電圧は約67%まで向上する。この場合、双方向コンバータ17から無効電力を出力するように設定しなければ、通常時の負荷電圧VLの電圧低下は最大20%となるが、上記のように無効電力を出力するように設定することで、無効電力をキャンセルして通常時の電圧低下を抑制することができる。   For example, if the leakage impedance jXt of the distribution transformer 13 is set to twice the leakage impedance jXc of the interconnection transformer, the base residual voltage of the load voltage VL at the time of a system fault is improved to about 67%. In this case, if the reactive converter 17 is not set to output reactive power from the bidirectional converter 17, the voltage drop of the load voltage VL at the normal time is 20% at maximum, but is set to output reactive power as described above. Thus, it is possible to cancel the reactive power and suppress the voltage drop at the normal time.

また、無停電電源装置1は、上記のように配電用変圧器13を予め備えた構成であるので、無停電電源装置1の設置環境(系統条件)を予め細かく調査しなくても、負荷6が負荷電圧VLの低下を何%まで許容できるかという仕様である負荷電圧の許容低下率に基づいて設計することが可能となる。また、無停電電源装置1を現地に設置した際に調整がほとんど不要となる。さらに、無停電電源装置1のユーザが負荷に応じた配電用変圧器を用意する必要がなくなる。したがって、無停電電源装置1の汎用性が高くなり、標準化することが可能となる。   Moreover, since the uninterruptible power supply 1 has a configuration including the distribution transformer 13 in advance as described above, the load 6 can be obtained even if the installation environment (system condition) of the uninterruptible power supply 1 is not investigated in advance. Therefore, it is possible to design based on the allowable decrease rate of the load voltage which is a specification of how much the decrease in the load voltage VL can be tolerated. Moreover, adjustment is almost unnecessary when the uninterruptible power supply 1 is installed in the field. Furthermore, it is not necessary for the user of the uninterruptible power supply 1 to prepare a distribution transformer according to the load. Therefore, the versatility of the uninterruptible power supply 1 is increased and can be standardized.

なお、今回提案する方式の無停電電源装置は、限流回路の付加分だけ若干(2%程度)損失が増加するが、常時インバータ方式の装置よりも高効率化が図れる。   Note that the uninterruptible power supply of the method proposed this time increases the loss slightly (about 2%) by the addition of the current-limiting circuit, but can achieve higher efficiency than the constant inverter type device.

次に、図3及び図4に基づいて無停電電源装置1全体の動作を説明する。図3は、電源電圧VS、コンバータ電圧VC、及び負荷電圧VLの変化の推移を示す波形図である。図4は、無停電電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。   Next, operation | movement of the uninterruptible power supply 1 whole is demonstrated based on FIG.3 and FIG.4. FIG. 3 is a waveform diagram showing the transition of changes in the power supply voltage VS, the converter voltage VC, and the load voltage VL. FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the uninterruptible power supply.

無停電電源装置1の双方向コンバータ17は、商用電源5側における瞬低・停電などの事故発生の有無に関わらず連系運転しており、通常時(ta〜tb)には商用電源5から負荷に対して電力を供給している(s1)。商用電源5側において事故が発生すると(s2,tb)、コンバータ電圧VCを基にして、配電用変圧器13と連系変圧器18の漏れインピーダンスの比に応じて生じる残存電圧ΔVtと、限流回路の電圧△Vdcと、を合算した電圧が負荷電圧VLとして負荷に供給し、△Vdc≒0となる期間には、配電用変圧器13と連系変圧器18の漏れインピーダンスの比に応じて生じる残存電圧ΔVtを負荷電圧VLとして負荷に供給する(s3,tb〜tc)。   The bidirectional converter 17 of the uninterruptible power supply 1 operates in an interconnected manner regardless of whether an accident such as a momentary voltage drop or a power failure occurs on the commercial power supply 5 side, and from the commercial power supply 5 during normal times (ta to tb). Electric power is supplied to the load (s1). When an accident occurs on the commercial power source 5 side (s2, tb), based on the converter voltage VC, the residual voltage ΔVt generated according to the ratio of the leakage impedance of the distribution transformer 13 and the interconnection transformer 18, The voltage obtained by adding the circuit voltage ΔVdc is supplied to the load as the load voltage VL. During the period when ΔVdc≈0, the ratio of the leakage impedance of the distribution transformer 13 and the interconnection transformer 18 depends on the ratio. The resulting residual voltage ΔVt is supplied to the load as the load voltage VL (s3, tb to tc).

無停電電源装置1は内部の制御部12によって数msec以内の遅延で電圧低下を検出すると(s4)、速やかに限流回路のサイリスタ21a,21bをOFFして系統を解列する(s5)。このとき、直流リアクトル22及びダイオード21c,21dにおいて電流の還流が生じる。   When the uninterruptible power supply 1 detects a voltage drop with a delay within several msec by the internal control unit 12 (s4), it immediately turns off the thyristors 21a and 21b of the current limiting circuit and disconnects the system (s5). At this time, current recirculation occurs in the DC reactor 22 and the diodes 21c and 21d.

また、無停電電源装置1は、商用電源5側で事故が発生してから再びサイリスタがONするまでの間には、双方向コンバータ17から負荷6の全電力を供給する(s6,tc〜te)。   Further, the uninterruptible power supply 1 supplies the full power of the load 6 from the bidirectional converter 17 during the period from when the accident occurs on the commercial power supply 5 side until the thyristor is turned on again (s6, tc to te). ).

一方、商用電源5において系統事故から復旧して復電すると(s7,td)、制御部12は系統フィーダ4の電圧回復を検出して、コンバータ電圧VCを電源電圧VSの位相に合わせる位相調整制御を行う(s8)。そして、制御部12は、コンバータ電圧VCと電源電圧VSの位相が合った段階で、サイリスタ21a,21bをONして商用電源5と負荷6を接続する(s9,te)。また、制御部12は、双方向コンバータ17を連系運転に切り換えて(s10)、通常運転を行い、次の瞬低や停電の補償に備える(s1)。   On the other hand, when the commercial power source 5 recovers from a system fault and recovers power (s7, td), the control unit 12 detects the voltage recovery of the system feeder 4 and adjusts the converter voltage VC to the phase of the power source voltage VS. (S8). Then, the controller 12 turns on the thyristors 21a and 21b to connect the commercial power supply 5 and the load 6 at the stage where the converter voltage VC and the power supply voltage VS are in phase (s9, te). Moreover, the control part 12 switches the bidirectional | two-way converter 17 to a grid operation (s10), performs a normal operation, and prepares for compensation of the next instantaneous voltage drop or a power failure (s1).

[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る無停電電源装置について説明する。図5は、本発明の第2実施形態に係る無停電電源装置の概略構成を示すブロック図である。
[Second Embodiment]
Next, an uninterruptible power supply according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of the uninterruptible power supply according to the second embodiment of the present invention.

図5に示す無停電電源装置7は、無停電電源装置1の限流回路15を限流回路31に置き換えたものであり、他の構成は無停電電源装置1と全く同じである。したがって、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。   The uninterruptible power supply 7 shown in FIG. 5 is obtained by replacing the current limiting circuit 15 of the uninterruptible power supply 1 with a current limiting circuit 31, and the other configuration is exactly the same as the uninterruptible power supply 1. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

限流回路31は、4個の(二対の)ダイオード32a,32b,32c,32dを有し、2つの交流端子32a1,32a2と、2つの直流端子32d1,32d2と、を備えている。交流端子32a1には、ダイオード32aのアノードとダイオード32bのカソードが接続され、交流端子32a2には、ダイオード32cのカソードとダイオード32dのアノードが接続されている。また、直流端子32d1には、ダイオード32aのカソードとダイオード32dのカソードが接続され、直流端子32d2には、ダイオード32bのアノードとダイオード32cのアノードが接続されている。さらに、直流端子32d1と直流端子32d2との間には、直流リアクトル33及びスイッチング素子であるトランジスタ34が直列接続されている。また、カソードを直流端子32d1に接続されたダイオード35が、直流リアクトル33と並列に接続されている。   The current limiting circuit 31 includes four (two pairs) diodes 32a, 32b, 32c, and 32d, and includes two AC terminals 32a1 and 32a2 and two DC terminals 32d1 and 32d2. The anode of the diode 32a and the cathode of the diode 32b are connected to the AC terminal 32a1, and the cathode of the diode 32c and the anode of the diode 32d are connected to the AC terminal 32a2. Further, the cathode of the diode 32a and the cathode of the diode 32d are connected to the DC terminal 32d1, and the anode of the diode 32b and the anode of the diode 32c are connected to the DC terminal 32d2. Further, a DC reactor 33 and a transistor 34 as a switching element are connected in series between the DC terminal 32d1 and the DC terminal 32d2. A diode 35 whose cathode is connected to the DC terminal 32d1 is connected in parallel with the DC reactor 33.

無停電電源装置7においては、スイッチング素子として自己消弧型素子であるトランジスタを使用しているので、図1に示した自己消弧能力の無いサイリスタを使用した限流回路15のように、点弧信号がOFFされても負荷電流が零になり消弧するまでの時間が不要である。したがって、商用電源5側における事故を検出してから、限流回路31のトランジスタ34をOFFして系統を解列するまでの時間をさらに短くすることができる。また、これにより、直流リアクトルやダイオードなどの構成部材を流れる電流を抑制できるので、各構成部材やバッテリ16、双方向コンバータ17などの電流容量を小さく設定することができる。   Since the uninterruptible power supply 7 uses a transistor, which is a self-extinguishing element, as a switching element, a point limiting circuit 15 using a thyristor having no self-extinguishing capability shown in FIG. Even when the arc signal is turned OFF, the load current becomes zero and no time is required until the arc is extinguished. Therefore, it is possible to further shorten the time from detection of an accident on the commercial power supply 5 side to turning off the transistor 34 of the current limiting circuit 31 and disconnecting the system. Moreover, since the electric current which flows through structural members, such as a DC reactor and a diode, can be suppressed by this, current capacity of each structural member, the battery 16, the bidirectional | two-way converter 17, etc. can be set small.

また、直流リアクトル33に対して並列にダイオード35を設けることにより、トランジスタ34をOFFにした際にも直流リアクトル33に流れていた電流Idcを還流することができるので、直流リアクトル33における過電圧を抑制することができる。   Further, by providing the diode 35 in parallel with the DC reactor 33, the current Idc flowing through the DC reactor 33 can be returned even when the transistor 34 is turned off, so that overvoltage in the DC reactor 33 is suppressed. can do.

ここで、図5に示した限流回路31においては、トランジスタ34を使用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの構成に限るものではなく、自己消弧型のスイッチング素子であれば、他のスイッチング素子を使用することも可能である。例えば、トランジスタに代えて、FET・GTO・IGBT・IEGT・IGCTなどを使用すれば良い。   Here, in the current limiting circuit 31 shown in FIG. 5, the case where the transistor 34 is used has been described as an example. However, the present invention is not limited to this configuration, and may be a self-extinguishing type switching element. For example, other switching elements can be used. For example, FET, GTO, IGBT, IEGT, IGCT or the like may be used instead of the transistor.

図6は、限流回路の別の構成を示した回路図である。無停電電源装置を設ける目的が負荷6に対する瞬時電圧低下の防止である場合には、限流回路31により完全に電流を遮断できなくても良い。この場合には、図6(A)に示すように、トランジスタ34に並列に抵抗(限流抵抗)Rを設けるか、または図6(B)に示すようにトランジスタ34に並列にコンデンサCを設けた構成とする。そして、瞬時電圧低下を検出すると同時に、トランジスタ34を開放して、直流リアクトル33と抵抗R、または直流リアクトル33とコンデンサCにより電流Idcを限流して瞬時電圧低下を防止する。   FIG. 6 is a circuit diagram showing another configuration of the current limiting circuit. If the purpose of providing the uninterruptible power supply is to prevent an instantaneous voltage drop with respect to the load 6, the current limiting circuit 31 may not be able to completely cut off the current. In this case, a resistor (current limiting resistor) R is provided in parallel with the transistor 34 as shown in FIG. 6A, or a capacitor C is provided in parallel with the transistor 34 as shown in FIG. 6B. The configuration is as follows. Simultaneously with detecting the instantaneous voltage drop, the transistor 34 is opened, and the current Idc is limited by the DC reactor 33 and the resistor R or the DC reactor 33 and the capacitor C to prevent the instantaneous voltage drop.

[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る無停電電源装置について説明する。図7は、本発明の第3実施形態に係る無停電電源装置の概略構成を示すブロック図である。
[Third Embodiment]
Next, an uninterruptible power supply according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration of the uninterruptible power supply according to the third embodiment of the present invention.

図7に示す無停電電源装置8は、無停電電源装置1の配電用変圧器13を交流リアクトル41に置き換えたものであり、他の構成は無停電電源装置1と全く同じである。したがって、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。   An uninterruptible power supply 8 shown in FIG. 7 is obtained by replacing the distribution transformer 13 of the uninterruptible power supply 1 with an AC reactor 41, and the other configuration is exactly the same as the uninterruptible power supply 1. Therefore, the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted.

図7に示すように、商用電源5側にユーザが配電用変圧器9を用意している場合には、図1に示した無停電電源装置1を使用することができない。このような場合には、限流回路15の1次側に交流リアクトル41を設けた構成の無停電電源装置8を使用することで、第1実施形態と同様の効果が得られる。すなわち、無停電電源装置8の交流リアクトル41として、交流インピーダンスがjXtのものを設けることで、商用電源5側の事故発生時には、コンバータ電圧VCを基にして、交流リアクトル41の交流インピーダンスと連系変圧器18の漏れインピーダンスの比に応じて生じる残存電圧ΔVtか、残存電圧ΔVtと限流回路の電圧△Vdcとを合算した電圧が負荷電圧VLとして負荷に供給することができる。また、商用電源5側の事故発生箇所によっては、ユーザが用意した配電用変圧器9の漏れインピーダンスを負荷電圧VLの低下防止に使用できるので、事故時の負荷電圧VLの低下をさらに抑制することが可能となる。   As shown in FIG. 7, when the user prepares the distribution transformer 9 on the commercial power supply 5 side, the uninterruptible power supply device 1 shown in FIG. 1 cannot be used. In such a case, the same effect as that of the first embodiment can be obtained by using the uninterruptible power supply 8 having the configuration in which the AC reactor 41 is provided on the primary side of the current limiting circuit 15. That is, by providing an AC reactor having an AC impedance of jXt as the AC reactor 41 of the uninterruptible power supply 8, when an accident occurs on the commercial power supply 5 side, the AC impedance of the AC reactor 41 is linked to the AC voltage based on the converter voltage VC. The residual voltage ΔVt generated according to the ratio of the leakage impedance of the transformer 18 or a voltage obtained by adding the residual voltage ΔVt and the voltage ΔVdc of the current limiting circuit can be supplied to the load as the load voltage VL. In addition, depending on the location of the accident on the commercial power supply 5 side, the leakage impedance of the distribution transformer 9 prepared by the user can be used to prevent the load voltage VL from being lowered. Is possible.

なお、無停電電源装置8は、図7に示した構成に限るものではなく、例えば、限流回路15に代えて無停電電源装置7の限流回路31を使用した構成であっても良い。また、この構成の場合、トランジスタ34に代えて、前記のように他の自己消弧型スイッチング素子を使用する構成であっても良い。   The uninterruptible power supply 8 is not limited to the configuration shown in FIG. 7. For example, a configuration using the current limiting circuit 31 of the uninterruptible power supply 7 instead of the current limiting circuit 15 may be used. In the case of this configuration, instead of the transistor 34, another self-extinguishing switching element may be used as described above.

本発明の第1実施形態に係る無停電電源装置の概略構成図及び等価回路図である。It is a schematic block diagram and an equivalent circuit diagram of the uninterruptible power supply according to the first embodiment of the present invention. 商用電源側での事故発生前後における各部の電流及び電圧の変化を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the change of the electric current and voltage of each part before and behind the occurrence of the accident by the commercial power source side. 電源電圧VS、コンバータ電圧VC、及び負荷電圧VLの変化の推移を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows transition of the change of the power supply voltage VS, the converter voltage VC, and the load voltage VL. 無停電電源装置の動作を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating operation | movement of an uninterruptible power supply. 本発明の第2実施形態に係る無停電電源装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the uninterruptible power supply which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 限流回路の別の構成を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed another structure of the current limiting circuit. 本発明の第3実施形態に係る無停電電源装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the uninterruptible power supply which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,7,8−無停電電源装置 2−入力端子 3−出力端子
4−系統フィーダ 5−商用電源 6−負荷
9,13−配電用変圧器 11−計器用変圧器 12−制御部
14−遮断器 15−限流回路 16−バッテリ
17−双方向コンバータ 18−連系変圧器 19−遮断器
1,7,8-Uninterruptible power supply 2-input terminal 3-output terminal 4-system feeder 5-commercial power supply 6-load 9,13-distribution transformer 11-instrument transformer 12-control unit 14-cut off 15-current limiting circuit 16-battery 17-bidirectional converter 18-interconnection transformer 19-breaker

Claims (6)

商用電源の電圧が低下する異常を検出する事故検出手段と、
前記商用電源から配電された高電圧を、負荷に対して配電する低電圧に変圧する配電用変圧器と、
商用電源で異常が発生した際に電流を制限する限流リアクトルと、前記商用電源の正常時に前記商用電源と前記負荷とを、前記限流リアクトルを介して接続し、前記事故検出手段が前記商用電源における異常を検出すると前記商用電源と前記負荷との接続を遮断する高速開閉手段と、前記商用電源で異常が発生した際及び前記高速開閉手段が遮断後に前記限流リアクトルに流れている電流を還流させる還流手段と、を含み、前記配電用変圧器の低電圧側に接続された高速限流遮断手段と、
前記高速限流遮断手段と前記負荷との間に前記負荷と並列に接続された連系変圧器と、
商用電源の異常時に前記負荷へ供給する電力を蓄える蓄電手段と、
前記連系変圧器と前記蓄電手段との間に接続され、前記商用電源の異常発生直後から、前記蓄電手段の蓄電電力を交流電力に変換して前記連系変圧器に配電する電力変換手段と、を備え、
前記配電用変圧器の漏れインピーダンスと前記連系変圧器の漏れインピーダンスとの和と、前記連系変圧器の漏れインピーダンスと、の比を、前記負荷電圧の許容低下率以下に設定したことを特徴とする無停電電源装置。
Accident detection means for detecting an abnormality in which the voltage of the commercial power supply decreases,
A distribution transformer that transforms a high voltage distributed from the commercial power source into a low voltage that is distributed to a load;
A current-limiting reactor that limits current when an abnormality occurs in the commercial power source, and the commercial power source and the load are connected via the current-limiting reactor when the commercial power source is normal. A high-speed switching means for cutting off the connection between the commercial power supply and the load when an abnormality is detected in the power supply; and a current flowing through the current-limiting reactor when an abnormality occurs in the commercial power supply and after the high-speed switching means is cut off. Recirculation means for recirculation, and high-speed current limiting interrupting means connected to the low voltage side of the distribution transformer,
An interconnection transformer connected in parallel with the load between the high-speed current limiting interrupting means and the load;
Power storage means for storing electric power to be supplied to the load when the commercial power supply is abnormal;
Power conversion means connected between the interconnection transformer and the power storage means, and immediately after the occurrence of an abnormality in the commercial power supply, converts the stored power of the power storage means into AC power and distributes the power to the interconnection transformer; With
The ratio of the sum of the leakage impedance of the distribution transformer and the leakage impedance of the interconnection transformer and the leakage impedance of the interconnection transformer is set to be equal to or less than an allowable reduction rate of the load voltage. An uninterruptible power supply.
前記電力変換手段は、前記商用電源の正常時に、前記負荷の無効電力を打ち消す無効電力を供給する請求項1に記載の無停電電源装置。   The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein the power conversion means supplies reactive power that cancels reactive power of the load when the commercial power supply is normal. 前記高速限流遮断手段は、前記高速開閉手段である一対のサイリスタと、前記還流手段である一対のダイオードと、を含む単相整流ブリッジ回路の2つの直流端子間に、前記限流リアクトルを接続した構成である請求項1または2に記載の無停電電源装置。   The high-speed current limiting interrupting means connects the current-limiting reactor between two DC terminals of a single-phase rectifier bridge circuit including a pair of thyristors as the high-speed switching means and a pair of diodes as the reflux means. The uninterruptible power supply according to claim 1 or 2, which has a configuration as described above. 前記高速限流遮断手段は、単相整流ブリッジ回路の2つの直流端子間に、前記限流リアクトル及び前記高速開閉手段である自己消弧型スイッチング素子が直列に接続されるとともに、前記還流手段である還流ダイオードが前記限流リアクトルに対して並列に接続された構成である請求項1または2に記載の無停電電源装置。   The high-speed current limiting interrupting means is configured such that the current-limiting reactor and the self-extinguishing switching element as the high-speed switching means are connected in series between two DC terminals of the single-phase rectifier bridge circuit, The uninterruptible power supply according to claim 1 or 2, wherein a certain reflux diode is connected in parallel to the current-limiting reactor. 前記高速開閉手段には、限流抵抗またはコンデンサが並列に接続された請求項4に記載の無停電電源装置。   The uninterruptible power supply according to claim 4, wherein a current limiting resistor or a capacitor is connected in parallel to the high-speed switching means. 前記配電用変圧器に代えて、限流リアクトルを設けた請求項1乃至5のいずれかに記載の無停電電源装置。   The uninterruptible power supply according to any one of claims 1 to 5, wherein a current-limiting reactor is provided in place of the distribution transformer.
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