JP5457963B2

JP5457963B2 - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP5457963B2
Application number: JP2010164528A
Authority: JP
Inventors: 博昭宮田; 秀明国貞; 文敏江村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: JP2012029420A

Description

本発明は、高い健全性を有する無停電電源装置に関するものである。

停電が発生したときにも運用を継続する必要がある計算機や通信のシステムにおいては、蓄電池などの電力を使用して負荷装置への給電を継続させる無停電電源装置を使用することが多い。無停電電源装置１は、常時は、図１２に示すように交流入力電力を整流器２とインバータ３で電力変換した交流出力電力、または交流入力電力を負荷装置４に供給している。それと同時に、蓄電池５などにエネルギーを蓄えている。６は直送給電切換器、７は停電検出器、８は無停電電源装置１の上記各構成要素を制御する制御装置である。

停電が発生したときには、図１３に示すように蓄電池５のエネルギーを電力変換した交流出力電力を負荷装置４に供給する。図１４に示す例のように、整流器１は直流電圧一定制御手段９、交流電流（電力）制御手段１０により、直流電圧出力を一定にするように入力電力を調整する制御を行い、インバータ３はその交流電圧出力を交流出力電圧制御手段１１により一定振幅の所定の波形にするように制御を行うことが多い。

ここで、整流器の直流電圧制御の応答は、入力電源側のインピーダンスや入力電力変動に対する電源電圧変動など、入力電源側の回路応答に依存するものとなる。また、インバータの交流電圧制御の応答は、負荷装置側のインピーダンスや出力電圧変動に対する負荷装置側のインピーダンス特性変化など、負荷装置側の回路応答に依存するものとなる。

すなわち、無停電電源装置の制御応答は、入力電源側や負荷装置側の状態に依存して変化するということであり、無停電電源装置外部の状態によっては制御が不安定になるということである。

無停電電源装置では、負荷装置の増設などによって負荷装置側の状態が運用開始後に変化することが想定される。また、他装置の接続などによって入力電源側の状態が運用開始後に変化することも定される。これらの変化によって、整流器やインバータの制御が不安定となった場合、過電流や過電圧などの健全運転を妨げる事象が発生することが想定される。

特許文献１には、ＡＣ/ＤＣコンバータとＤＣ/ＤＣコンバータとスイッチング手段と昇降圧チョッパを備え、スイッチング手段をオフしてバックアップ電源の自己診断をおこなう直流バックアップ電源が開示されている。

特開２００３−３０９９３４号公報

無停電電源装置では必要に応じて自己診断を実行することに加え、無停電電源装置の制御の安定性を定期的に判定することによって、過電流や過電圧などの健全運転を妨げる事象が発生する前に、未然に対策を講じることができるようにする必要がある。

本発明は、商用交流電源を整流して直流変換する整流器と、蓄電池と、前記整流器または蓄電池の直流を交流変換するインバータと、各構成要素の動作を制御する制御装置を有し、商用交流電源の停電時に蓄電池から負荷に給電を行う無停電電源装置において、インバータの交流出力電圧振幅の指令値をステップ状に変化させる交流出力電圧指令手段を設け、負荷と無停電電源装置との間に生じる相互作用としての電気的特性値の回路応答を検出する応答検出手段を設け、これにより無停電電源装置の安定性を診断することを特徴とする。

また、無停電電源装置において、回路応答は無停電電源装置の電気的特性値またはその変動率であることを特徴とする。

また、無停電電源装置において、電気的特性値は交流出力電圧であり、応答検出手段は交流出力電圧応答検出手段であることを特徴とする。

また、無停電電源装置において、電気的特性値は交流出力電流であり、応答検出手段は交流出力電流応答検出手段であることを特徴とする。

また、無停電電源装置において、電気的特性値は無停電電源装置の内部直流電圧であり、応答検出手段は直流電圧応答検出手段であることを特徴とする。

また、無停電電源装置において、電気的特性値は交流入力電圧であり、応答検出手段は交流入力電圧応答検出手段であることを特徴とする。

また、無停電電源装置において、電気的特性値は交流入力電流であり、応答検出手段は交流入力電流応答検出手段であることを特徴とする。

さらに、無停電電源装置において、予め設定された時間毎に、定期的に無停電電源装置の安定性を診断することを特徴とする。

さらに、無停電電源装置において、遠隔操作によって無停電電源装置の安定性を診断することを特徴とする。

本発明は、整流器と、蓄電池と、インバータと、上記各構成要素の動作を制御する制御装置を有し、商用交流電源の停電時に蓄電池から負荷に給電を行う無停電電源装置において、インバータの交流出力電圧振幅の指令値をステップ状に変化させる交流出力電圧指令手段を設け、負荷と無停電電源装置との間に生じる相互作用としての電気的特性値の回路応答を検出する応答検出手段を設け、これにより無停電電源装置の安定性を診断することによって、過電流や過電圧などの健全運転を妨げる事象が発生する前に、対策を講じることができるようにすることができる。

本発明の実施例１の無停電電源装置の構成を示す回路図本発明の実施例１の交流出力電圧指令値を示すグラフ本発明の実施例１の交流出力電圧を示すグラフ本発明の実施例１の交流出力電流を示すグラフ本発明の実施例２の無停電電源装置の構成を示す回路図本発明の実施例２の交流出力電圧を示すグラフ本発明の実施例２の直流出力電圧を示すグラフ本発明の実施例３の無停電電源装置の構成を示す回路図本発明の実施例３の交流入力電圧を示すグラフ本発明の実施例４の無停電電源装置の構成を示す回路図本発明の実施例４の交流入力電流を示すグラフ従来の無停電電源装置の構成を示す回路図従来の無停電電源装置の構成を示す回路図従来の無停電電源装置の構成を示す回路図

以下に本発明の実施の形態を、実施例により説明する。

図１は本発明の実施例１を示す。無停電電源装置１は、交流出力電圧指令手段１２を有し、交流出力電圧制御手段１１に対し、インバータ３にステップ状に変化する交流出力電圧を生成するよう指示する。１３は、インバータ３により生成した実際の交流出力電圧を検出する交流出力電圧応答検出手段である。１４は同じくインバータ３により生成した実際の交流出力電流を検出する交流出力電流応答検出手段である。

図２に示す様に、インバータ３の交流出力電圧指令値（電圧振幅）は、予め設定された時間毎に定期的にまたは遠隔操作によってＶ１〜Ｖ３とステップ状に変化する。インバータ３の交流出力電圧指令値をステップ状に変化させると、負荷装置４側の変化に依存して図３に示す様に交流出力電圧（電圧振幅）が変化する。すなわち、負荷装置４と無停電電源装置１との間に生じる相互作用としての電気的特性値が変化する。

負荷装置４側の状態の変化に起因して無停電電源装置１の制御系が不安定になると、交流出力電圧振幅は振動的になるなど応答の変化が生じる。交流出力電圧の応答およびその変動率を交流出力電圧応答検出手段１３で測定・判定することによって、これらが所定値を超えた場合に不安定状態と判断して、無停電電源装置１のインバータ３の制御安定性を判定することができる。

また、インバータ３の交流出力電圧指令値をステップ状に変化させると、負荷装置４側の変化に依存して図４に示す様に交流出力電流（電流振幅）も変化する。負荷装置側の状態の変化に起因して無停電電源装置１の制御系が不安定になると、交流出力電流は振動的になるなど応答の変化が生じる。このように、交流出力電圧の代わりに交流出力電流の応答を測定・判定することによっても、無停電電源装置１の制御の安定性を判定することができる。

図５は本発明の実施例２を示す。無停電電源装置１はさらに、無停電電源装置１の内部直流電圧を検出する直流電圧応答検出手段１５を有する。

インバータ３の交流出力電圧指令値を、交流出力電圧指令手段１２によりステップ状に変化させて交流出力電圧を変化させると、それに応じて図６に示す様に交流出力電力が変化する。この変化によって、図７に示す様に無停電電源装置１の内部直流電圧が変化する。無停電電源装置１の制御系が不安定になると内部直流電圧は振動的になるなど応答の変化が生じる。従って、直流電圧応答検出手段１５によって、交流出力電圧指令値変化時の無停電電源装置１の内部直流電圧の応答を測定・判定することによって、無停電電源装置１の制御の安定性を判定することができる。

図８は本発明の実施例３を示す。１６は無停電電源装置１の交流入力電圧を検出する交流入力電圧応答検出手段である。

インバータ３の交流出力電圧指令値を、交流出力電圧指令手段１２によりステップ状に変化させて交流出力電圧を変化させると、それに応じて前述の図６に示す様に交流出力電力が変化する。この変化によって図９に示す様に無停電電源装置１の交流入力電圧（電圧振幅）が変化する。制御系が不安定になると交流入力電圧は振動的になるなど応答の変化が生じる。従って、交流入力電圧応答検出手段１６によって、交流出力電圧指令値変化時の交流入力電圧の応答を測定・判定することによって、無停電電源装置１の制御の安定性を判定することができる。

図１０は本発明の実施例４を示す。１７は無停電電源装置１の交流入力電流を検出する交流入力電流検出手段である。

インバータの交流出力電圧指令値を、交流出力電圧指令手段１２によりステップ状に変化させて交流出力電圧を変化させると、それに応じて図６に示す様に交流出力電力が変化する。この変化によって図１１に示す様に交流入力電流も変化する。制御系が不安定になると交流入力電流（電流振幅）は振動的になるなど応答の変化が生じる。従って、交流入力電流応答検出手段１７によって、交流出力電圧指令値変化時の交流入力電流の応答を測定・判定することによって、無停電電源装置１の制御の安定性を判定することができる。

１：無停電電源装置
２：整流器
３：インバータ
４：負荷装置
５：蓄電池
６：直送給電切換器
７：停電検出器
８：制御装置
９：直流電圧一定制御手段
１０：交流電流（電力）制御手段
１１：交流出力電圧制御手段
１２：交流出力電圧指令手段
１３：交流出力電圧応答検出手段
１４：交流出力電流応答検出手段
１５：直流電圧応答検出手段
１６：交流入力電圧応答検出手段
１７：交流入力電流検出手段

Claims

商用交流電源を整流して直流変換する整流器と、蓄電池と、前記整流器または蓄電池の直流を交流変換するインバータと、各構成要素の動作を制御する制御装置を有し、商用交流電源の停電時に蓄電池から負荷に給電を行う無停電電源装置において、
前記インバータの交流出力電圧振幅の指令値をステップ状に変化させる交流出力電圧指令手段を設け、該交流出力電圧指令手段によりステップ状に変化された前記インバータの交流出力電圧によって、前記負荷と前記無停電電源装置との間に生じる相互作用としての出力電圧または出力電流の少なくとも１つを含む電気的特性値の回路応答を検出する応答検出手段を設け、該応答検出手段により前記無停電電源装置の安定性を診断することを特徴とする無停電電源装置。
請求項１に記載された無停電電源装置において、前記回路応答は前記無停電電源装置の電気的特性値の変動率であることを特徴とする無停電電源装置。
請求項１又は２に記載された無停電電源装置において、前記電気的特性値は交流出力電圧であり、前記応答検出手段は交流出力電圧応答検出手段であることを特徴とする無停電電源装置。
請求項１又は２に記載された無停電電源装置において、前記電気的特性値は交流出力電流であり、前記応答検出手段は交流出力電流応答検出手段であることを特徴とする無停電電源装置。
請求項１又は２に記載された無停電電源装置において、前記電気的特性値は前記無停電電源装置の内部直流電圧であり、前記応答検出手段は直流電圧応答検出手段であることを特徴とする無停電電源装置。
請求項１又は２に記載された無停電電源装置において、前記電気的特性値は交流入力電圧であり、前記応答検出手段は交流入力電圧応答検出手段であることを特徴とする無停電電源装置。
請求項１又は２に記載された無停電電源装置において、前記電気的特性値は交流入力電流であり、前記応答検出手段は交流入力電流応答検出手段であることを特徴とする無停電電源装置。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載された無停電電源装置において、予め設定された時間毎に、定期的に前記無停電電源装置の安定性を診断することを特徴とする無停電電源装置。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載された無停電電源装置において、遠隔操作によって、前記無停電電源装置の安定性を診断することを特徴とする無停電電源装置。