JP5379985B2 - 電力変換システム - Google Patents

Description

本発明は、交流出力を得る複数の電力変換器と、バックアップ用の商用交流電源とを共通の出力母線に接続し、各電力変換器が正常なとき各電力変換器を並列運転して共通の出力母線に電力を供給し、前記各電力変換器が故障したとき商用交流電源に切換えて運転して出力母線に電力を供給する電力変換システムに関する。

インバータを使用した無停電電源装置では、大容量化や高信頼性の要求が高まるにつれ、複数台のインバータを並列運転し、かつバックアップとして商用交流電源に無瞬断で切り換えるための切換回路を備えた電力変換システムが増加してきている。

図５は、この一例である特許文献１に記載された内容を説明するためのブロック図である。これは複数の無停電電源装置（ＵＳＰ）２ａ、２ｂと、無停電電源装置２ａ、２ｂの出力を共通母線７に接続すると共に、共通母線７に切換回路４を介して負荷５に接続し、切換回路４にバックアップとしての商用交流電源（以下バイパス電源と称する）３を接続したものである。

切換回路４は、バイパス電源３及び無停電電源装置２ａ、２ｂの出力を切換える切換スイッチ４０１、４０２と、バイパス電源３及び無停電電源装置２ａ、２ｂの出力周波数の差を検出する周波数差検出回路４０４とからなっている。

なお、無停電電源装置２ａ、２ｂは、いずれも交流入力１ａ、１ｂをそれぞれ直流に変換するコンバータ２ａｃ、２ｂｃと、各コンバータ２ａｃ、２ｂｃにより変換された直流を交流に変換するインバータ２ａｉ、２ｂｉと、図示しない蓄電池等を備えている。

このような電力変換システムにおいては、各インバータ２ａｉ、２ｂｉの出力電圧の位相を一致させ、各インバータ２ａｉ、２ｂｉ間の横流を抑制するとともに、各インバータ２ａｉ、２ｂｉの出力電圧の位相とバイパス電源３の位相が一致していることが必要である。

この条件を満足するものとして、各インバータ２ａｉ、２ｂｉの主回路素子制御回路に、図６に示す基準発振器２１と、極性判別回路２２と、制御量検出回路２３と、乗算器２４と、加算器２５からなる位相一致回路２０Ｂを設けることが考えられる。発振器２１は、所定周波数の交流波形を出力する。極性判別回路２２は、図５の周波数差検出回路４０４からの周波数差検出信号６（バイパス電源３の周波数と、インバータの出力周波数の差を検出した信号）を取り込み、これから図７の６ｂに示すような＋（プラス）、−（マイナス）極性を判別する。制御量検出回路２３は、図５の周波数差検出回路４０４からの周波数差検出信号６を取り込み、これから図７の６ａに示すようなパルス制御量を検出する。乗算器２４は、極性判別回路２２の出力（図７の６ｂに示すもの）と、制御量検出回路２３の出力は、極性判別回路２２の出力（図７の６ａに示すもの）との乗算を行い、極性付き制御量に変換する。加算器２５は、乗算器２４の出力である極性付き制御量と、発振器２１からの交流波形とを加算する。

このように、図６に示す位相一致回路２０Ｂにより、各インバータ２ａｉ、２ｂｉの出力電圧の位相を一致させることができ、また各インバータ２ａｉ、２ｂｉ間の横流を抑制するとともに、各インバータ２ａｉ、２ｂｉの出力電圧の位相とバイパス電源３の位相を一致させることができる。
特開２００２−２７６８４

前述の図５において、並列運転される無停電電源装置２ａ、２ｂ内の制御回路、具体的には位相一致回路２０Ｂに対して与える、周波数差検出回路４０４からの周波数差検出信号６を伝送する信号伝送路８を、電気信号伝送路例えば電線とした場合には、電気信号ノイズが発生し、ノイズ耐量が低下するという問題がある。このノイズ耐量の向上を図るため、信号伝送路８を光信号伝送路例えば光ファイバで構成する場合があるが、光信号伝送路に図７に示す極性信号６ｂを送信した場合には、連続発光する場合があり、光信号伝送路、これを含む光部品の寿命が短くなるといった問題があった。しかも、極性信号６ｂを伝送する信号系の異常を検出できず、制御信号系の異常検出を行う際に時間がかかるといった問題があった。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、制御信号伝送用の光信号伝送路の寿命を長寿命化でき、また、信号系が異常になった場合でも速やかに異常を検出することができる電力変換システムを得ることを自的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、交流出力を得る複数の電力変換器と、バックアップ用の商用交流電源とを共通の出力母線に接続し、前記各電力変換器が正常なとき前記各電力変換器を並列運転して前記共通の出力母線に電力を供給し、前記各電力変換器が故障したとき前記商用交流電源に切換えて運転して前記出力母線に電力を供給する電力変換システムにおいて、前記商用交流電源の周波数と前記電力変換器の出力周波数を比較し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より高いとき、プラス極性の制御信号を出力し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より低いとき、マイナス極性の制御信号を出力する制御回路と、前記各電力変換器の主回路素子をオンオフ制御する制御回路と前記制御回路との間に配設し、前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号をそれぞれ独立に伝送可能な光信号伝送路と、前記光信号伝送路からの前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号に基づき前記商用交流電源の位相と、前記各電力変換器の出力電圧の位相を一致させるための位相一致回路とを備えたことを特徴とする電力変換システムである。

前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、交流出力を得る複数の電力変換器と、バックアップ用の商用交流電源とを共通の出力母線に接続し、前記各電力変換器が正常なとき前記各電力変換器を並列運転して前記共通の出力母線に電力を供給し、前記各電力変換器が故障したとき前記商用交流電源に切換えて運転して前記出力母線に電力を供給する電力変換システムにおいて、前記商用交流電源の周波数と前記電力変換器の出力周波数を比較し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より高いとき、プラス極性の制御信号を出力し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より低いとき、マイナス極性の制御信号を出力する制御回路と、前記各電力変換器の主回路素子をオンオフ制御する制御回路と前記制御回路との間に配設し、前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号をそれぞれ独立に伝送可能な光信号伝送路と、前記光信号伝送路からの前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号に基づき前記商用交流電源の位相と、前記各電力変換器の出力電圧の位相を一致させるための位相一致回路と、前記プラス極性の制御信号の絶対値と前記マイナス極性の制御信号の絶対値を同時に受信したとき前記制御信号が異常であることを判別する異常検出回路とを備えたことを特徴とする電力変換システムである。

本発明によれば、制御信号伝送用の光信号伝送路の寿命を長寿命化でき、また、信号系が異常になった場合でも速やかに異常を検出することができる電力変換システムを提供できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態を説明するための概略構成図であり、図２は本発明の第１の実施形態を説明するためのものであって、図１の位相一致回路２０を説明するための図である。

本発明の実施形態の前提は、図１に示すように交流出力を得る複数の電力変換器例えば無停電電源装置２ａ、２ｂと、バックアップ用の商用交流電源（以下バイパス電源と称する）３と共通の出力母線７に接続し、各無停電電源装置２ａ、２ｂが正常なとき各無停電電源装置２ａ、２ｂを並列運転して共通の出力母線７に接続されている負荷５に電力を供給し、各無停電電源装置２ａ、２ｂが故障したとき切換回路４に有する切換スイッチ４０１、４０２によりバイパス電源３に切換えて運転して負荷５に電力を供給する電力変換システムである。

なお、無停電電源装置２ａは、コンバータ２ａｃ及びインバータ２ａｉ並びに蓄電池（図示せず）と、コンバータ２ａｃ及びインバータ２ａｉの主回路素子をオンオフ制御する主回路素子制御回路（図示せず）等を備え、また無停電電源装置２ｂは、コンバータ２ｂｃ及びインバータ２ｂｉ並びに蓄電池（図示せず）と、コンバータ２ｂｃ及びインバータ２ｂｉの主回路素子をオンオフ制御する主回路素子制御回路（図示せず）等を備えている。

そして、バイパス電源３の周波数と無停電電源装置２ａ、２ｂの出力周波数を比較し、バイパス電源３の周波数が無停電電源装置２ａ、２ｂの出力周波数より高いとき、図３のプラス極性の制御信号６ｃを出力し、バイパス電源３の周波数が無停電電源装置２ａ、２ｂの出力周波数より低いとき、図３のマイナス極性の制御信号６ｄを出力する制御回路４０３（これは切換回路４内に有する）と、無停電電源装置２ａ、２ｂのインバータの主回路素子をオンオフ制御する制御回路（図示せず）と制御回路４０３との間に配設し、プラス極性の制御信号６ｃ及びマイナス極性の制御信号６ｄをそれぞれ独立に伝送可能な光信号伝送路８ｃ、８ｄと、光信号伝送路８ｃ、８ｄからのプラス極性の制御信号６ｃ及びマイナス極性６ｄの制御信号に基づきバイパス電源３の位相と、無停電電源装置２ａ、２ｂのインバータの出力電圧の位相を一致させるためのものであって、図２の基準発振器２１と、制御量検出回路２３、２３ａと、加算器２５、２５ａを備えた位相一致回路２０を具備している。

以上述べた本発明の第１の実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。バイパス電源３の周波数が高く、無停電電源装置２ａ、２ｂの周波数を高くする必要がある場合は、制御回路４０３から図３に示す制御信号６ｃのみが、位相一致回路２０の制御量検出回路２３ａに送信される。また、バイパス電源３の周波数が低く、無停電電源装置２ａ、２ｂの周波数を低くする必要がある場合は、制御回路４０３から図３に示す制御信号６ｄのみが、位相一致回路２０の制御量検出回路２３に送信される。

制御量検出回路２３ａ、２３が受信した制御量は加算器２５ａにより、＋、一制御量を加味した制御量に変換される。加算器２５ａにより、変換された制御量は、基準発振器２１の出力に加算器２５により加減算される。加減算２５の出力が無停電電源装置２ａ、２ｂの出力周波数２６となり、結果として無停電電源装置２ａ、２ｂはバイパス電源３に同期した電圧を出力する。本実施形態では上記のような構成を備えているので、制御回路４０３から光信号を用いた場合でも連続発光となることがなく、光信号伝送路の寿命を損なうことがないといった利点がある。

図４は、本発明の第２の実施形態を説明するためのであり、前述した第１の実施形態に新たに異常検出回路２７を追加した点のみが異なる。異常検出回路２７は、プラス極性の制御信号６ｃの絶対値とマイナス極性の制御信号６ｄの絶対値を同時に受信したとき制御信号６ｃ、６ｄが異常であることが判別できるものである。

本実施形態も第１の実施形態と同一の作用効果が得られるばかりでなく、次のような作用効果も得られる。すなわち、制御信号（制御量）６ｃ、６ｄは＋極性時、一極性時しか制御信号を送信しないので、同時に制御量が出力されることはない。このことから、同時に制御信号（制御量）を受信した場合は、光信号伝送路８ｃ、８ｄの異常として検出することが可能である。このような構成を備えているので、信号伝送系の異常を早急に検出できるといった利点がある。

（変形例）
前述の実施形態において、電力変換器として無停電電源装置を例にあげて説明したが、交流出力が得られる電力変換器なら何でもよい。

本発明による電力変換システムの第１の実施形態を説明するための概略構成図。 図１の位相一致回路を説明するための図。 図１の制御回路を説明するためのタイムチャート。 本発明による電力変換システムの第２の実施形態を説明するためのものであって、位相一致回路の概略構成図。 従来の電力変換システムの一例を説明するための概略構成図。 図５の位相一致回路を説明するための図。 図５の周波数差検出回路を説明するためのタイムチャート。

符号の説明

１ａ、１ｂ…交流入力、 ２ａ、２ｂ…無停電電源装置、 ２ａｃ、２ｂｃ…コンバータ、 ２ａｉ、２ｂｉ…インバータ、 ３…商用交流電源（バイパス電源）、 ４…切換回路、 ５…負荷、 ６ｃ、６ｄ…制御信号、 ７…出力母線、 ８…信号伝送路、 ８ｃ、８ｄ…光信号伝送路、 ２０Ｂ…位相一致回路、 ２０…位相一致回路、 ２１…基準発振器、 ２２…極性判別回路、 ２３…制御量検出回路、 ２３、２３ａ…制御量検出回路、 ２４…乗算器、 ２５…加算器、 ２５、２５ａ…加算器、 ２７…異常検出回路、 ４０１、４０２…切換スイッチ、 ４０３…制御回路、 ４０４…周波数差検出回路。

Claims (2)

1. 交流出力を得る複数の電力変換器と、バックアップ用の商用交流電源とを共通の出力母線に接続し、前記各電力変換器が正常なとき前記各電力変換器を並列運転して前記共通の出力母線に電力を供給し、前記各電力変換器が故障したとき前記商用交流電源に切換えて運転して前記出力母線に電力を供給する電力変換システムにおいて、
   前記商用交流電源の周波数と前記電力変換器の出力周波数を比較し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より高いとき、プラス極性の制御信号を出力し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より低いとき、マイナス極性の制御信号を出力する制御回路と、
   前記各電力変換器の主回路素子をオンオフ制御する主回路素子制御回路と前記制御回路との間に配設し、前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号をそれぞれ独立に伝送可能な光信号伝送路と、
   前記光信号伝送路からの前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号に基づき前記商用交流電源の位相と、前記各電力変換器の出力電圧の位相を一致させるための位相一致回路と、
   を備えたことを特徴とする電力変換システム。
2. 交流出力を得る複数の電力変換器と、バックアップ用の商用交流電源とを共通の出力母線に接続し、前記各電力変換器が正常なとき前記各電力変換器を並列運転して前記共通の出力母線に電力を供給し、前記各電力変換器が故障したとき前記商用交流電源に切換えて運転して前記出力母線に電力を供給する電力変換システムにおいて、
   前記商用交流電源の周波数と前記電力変換器の出力周波数を比較し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より高いとき、プラス極性の制御信号を出力し、前記商用交流電源の周波数が前記電力変換器の出力周波数より低いとき、マイナス極性の制御信号を出力する制御回路と、
   前記各電力変換器の主回路素子をオンオフ制御する主回路素子制御回路と前記制御回路との間に配設し、前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号をそれぞれ独立に伝送可能な光信号伝送路と、
   前記光信号伝送路からの前記プラス極性の制御信号及び前記マイナス極性の制御信号に基づき前記商用交流電源の位相と、前記各電力変換器の出力電圧の位相を一致させるための位相一致回路と、
   前記プラス極性の制御信号の絶対値と前記マイナス極性の制御信号の絶対値を同時に受信したとき前記制御信号が異常であることを判別する異常検出回路と、
   を備えたことを特徴とする電力変換システム。

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