JPH0715892A - 無停電電源装置の制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄電池電圧の異常低下を防止し、かつコンバ
ータ間の電流分担をバランスさせることが可能な無停電
電源装置の制御回路を実現すること。 【構成】 本発明の無停電電源装置の制御回路は、加算
器２３、２４、２５、電流制御回路２６、２７、２８か
らなる電圧指令生成手段、及び電圧指令出力手段として
の信号選択回路２２により得られるコンバータの電圧制
御機能及び電流制御機能のうち電圧制御機能により蓄電
池電圧の異常低下は防止され、充電電流は放電電流とバ
ランスするまで増加する。また、上記電流制御機能によ
り各コンバータの直流出力電流は、共に過電流に至らな
い範囲でバランスする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、並列冗長システム構成
の無停電電源装置のための制御回路に係り、特にコンバ
ータの並列運転時に各コンバータ間の電流分担をバラン
スさせ、無停電電源装置を安定に運転するのに好適な無
停電電源装置の制御回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、並列冗長システム構成の無停電電
源装置における各コンバータの制御回路は、特開平１ー
２９５６３１に述べられているように、定格直流電圧を
指定する電圧制御手段と、直流出力から蓄電池への接続
線を流れる充電電流を抑制する電流制御手段のみで構成
していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成からなる無停
電電源装置の制御回路にあっては、充電電流が増加しよ
うとすると直流電圧が無制限に低下する。このため、コ
ンバータの１台が故障停止した状態で、故障コンバータ
と対のインバータが、定格運転を継続し蓄電池からの電
力供給で運転を続けた場合、他の健全なコンバータから
の充電電流は定格電流の１／１０程度に抑制されるた
め、蓄電池から上記インバータに流れる放電電流の方が
充電電流よりも大きくなり蓄電池電圧が低下していく。
そして、ついには蓄電池電圧の異常低下でシステム停止
に至るという問題があった。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、並列冗長システム構成の無停電電源装置に
おいて一部のコンバータが停止時に発生する蓄電池電圧
の異常低下を防止し、かつ複数のコンバータ間の電流分
担をバランスさせることが可能な無停電電源装置の制御
回路を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の無停電電源装置
の制御回路は、商用系統からの交流電力を直流電力に変
換するコンバータと、該コンバータが出力する直流電力
を負荷の要求する周波数及び電圧値の交流電力に変換し
負荷に供給するインバータから成る電力変換装置を複数
台備え、各コンバータの直流出力を共通の蓄電池に接続
し、通常は各コンバータの出力する直流電力により各イ
ンバータを駆動すると共に蓄電池を充電し、商用系統の
停電時は蓄電池を直流電力源として各インバータを駆動
する無停電電源装置の制御回路において、コンバータの
直流出力電流を検出する直流電流検出手段と、蓄電池に
流入する充電電流を検出する充電電流検出手段と、商用
系統のコンバータへの交流入力電流を検出する交流入力
電流検出手段と、コンバータの直流出力電圧を検出する
直流電圧検出手段と、商用系統の交流出力電圧を検出す
る交流電圧検出手段と、コンバータの直流電流出力を許
容値以内に抑制するための第１の電流指令値、蓄電池を
放電させない程度に蓄電池を充電させるための第２の電
流指令値及びコンバータの直流側電力が商用系統に逆流
するのを抑制するための第３の電流指令値を取り込み、
前記第１の電流指令値と前記直流電流検出手段の検出出
力の偏差、前記第２の電流指令値と前記充電電流検出手
段の検出出力との偏差及び前記第３の電流指令値と前記
直流電流検出手段の検出出力との偏差にそれぞれ、基づ
いて第１、第２、第３の電圧指令値を生成する電圧指令
生成手段と、前記蓄電池を放電させないレベルの直流電
圧を前記コンバータに出力させるための第４の電圧指令
値、前記コンバータの定格運転時の直流出力電圧を指定
する第５の電圧指令値及び前記電圧指令生成手段の電圧
指令値出力を取り込み、前記第４、第５の電圧指令値と
前記電圧指令生成手段から出力される第１、第２、第３
の電圧指令値との大小比較結果に基づいてコンバータの
出力電圧が前記第５の電圧指令値に一致するように最終
的な電圧指令を出力する電圧指令出力手段と、前記直流
電圧検出手段、交流電圧検出手段、交流入力電流検出手
段及び電圧指令出力手段の出力を取り込み、コンバータ
の交流入力電流を制御する電流制御信号を出力する電流
制御手段とを有することを特徴とする。

【０００６】また本発明の無停電電源装置の制御回路
は、商用系統からの交流電力を直流電力に変換するコン
バータと、該コンバータが出力する直流電力を負荷の要
求する周波数及び電圧値の交流電力に変換し負荷に供給
するインバータから成る電力変換装置を複数台備え、各
コンバータの直流出力を共通の蓄電池に接続し、通常は
各コンバータの出力する直流電力により各インバータを
駆動すると共に蓄電池を充電し、商用系統の停電時は蓄
電池を直流電力源として各インバータを駆動する無停電
電源装置の制御回路において、蓄電池に流入する充電電
流を検出する充電電流検出手段と、商用系統のコンバー
タへの交流入力電流を検出する交流入力電流検出手段
と、コンバータの直流出力電圧を検出する直流電圧検出
手段と、商用系統の交流出力電圧を検出する交流電圧検
出手段と、前記充電電流検出手段の検出出力を取り込
み、該検出出力に応じて０乃至ΔＶの範囲の電圧指令補
正値を出力する第１のリミッタと、前記コンバータの定
格運転時の直流出力電圧を指定する電圧指令値と前記第
１のリミッタの電圧指令値との偏差を算出し、該偏差を
最終的な電圧指令値として出力する加算器と、前記直流
電圧検出手段、交流電圧検出手段、交流入力電流検出手
段及び前記加算器の出力を取り込み、コンバータの交流
入力電流を制御する電流制御信号を出力する電流制御手
段とを有し、該電流制御手段は、前記加算手段から出力
された電圧指令値に基づいて生成される電流指令値をコ
ンバータの直流側電力が商用系統に逆流するのを抑制す
るための第１の電流設定値とコンバータの直流電流出力
を許容値以内に抑制するための第２の電流設定値との範
囲で制限する第２のリミッタを含んで構成されることを
特徴とする。

【０００７】

【作用】上記構成の無停電電源装置の制御回路では、前
記電圧指令生成手段及び電圧指令出力手段により得られ
るコンバータの電圧制御機能及び電流制御機能のうち電
圧制御機能により蓄電池電圧の異常低下は防止され、充
電電流は放電電流とバランスするまで増加する。

【０００８】また、上記電流制御機能により各コンバー
タの直流出力電流は、共に過電流に至らない範囲でバラ
ンスする。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１には本発明に係る無停電電源装置の制御回路
の一実施例の構成が示されている。図１は並列冗長シス
テム構成の無停電電源装置に本発明を適用した場合の概
略構成図である。

【００１０】同図において主回路は、商用系統１、交流
リアクトル２、３、コンバータ４、５、蓄電池６、イン
バータ７、８、出力トランス９、１０、フィルタコンデ
ンサ１１、１２、スイッチ１３、１４、及び負荷１５か
ら構成されている。ここで、コンバータ４、５は商用系
統１からの交流電力を直流電力に変換し、それぞれイン
バータ７、８を駆動すると共に蓄電池６を充電する。イ
ンバータ７、８はそれぞれコンバータ４、５が出力する
直流電力を負荷１５の要求する周波数及び電圧値の交流
電力に変換し、負荷１５に供給する。また、蓄電池６は
商用系統の停電時にインバータ７、８を駆動する直流電
力源となる。

【００１１】コンバータ４の制御回路は、商用系統１の
交流出力電圧を検出する交流電圧検出器１６と、コンバ
ータ４の直流出力電圧を検出する直流電圧検出器１７
と、商用系統１のコンバータへの交流入力電流を検出す
る交流入力電流検出器１８と、コンバータの直流出力電
流を検出する直流電流検出器１９と、蓄電池６に流入す
る充電電流を検出する充電電流検出器２０と、コンバー
タ４の運転状態を制御する基本制御回路２１と、信号選
択回路２２と、加算器２３、２４、２５と、電流制御回
路２６、２７、２８で構成されている。

【００１２】基本制御回路２１は、コンバータ４の直流
出力電圧Ｖｄｃ１を信号選択回路２２の出力として得ら
れる電圧指令値に近付けるように電圧制御回路２１ｆ、
加算器２１ｃで構成される直流電圧制御系により交流入
力電流Ｉａｃ１の波形指令を操作する。ここで、交流入
力電流Ｉａｃ１の波形指令は、交流電圧Ｖａｃと同期し
た一定振幅の正弦波形信号を生成する正弦波形発生回路
２１ａの出力に電圧制御回路２１ｆの出力を乗算器２１
ｄにより乗じて得られる。

【００１３】また、加算器２１ｂと電流制御回路２１ｅ
から成る電流制御系は乗算器２１ｃの出力として得られ
る電流波形指令に従って交流入力電流Ｉａｃ１を制御す
る。一方、加算器２３と電流制御回路２６から成る電流
制御系１はコンバータ４の直流出力電流Ｉｄｃ１を電流
指令Ｉ１に一致させるための操作信号を出力し、加算器
２４と電流制御回路２７から成る電流制御系２は蓄電池
６の充電電流Ｉｂ１を電流指令Ｉ２に一致させるための
操作信号を出力する。

【００１４】更に加算器２５と電流制御回路２８から成
る電流制御系３はコンバータ４の直流出力電流Ｉｄｃ１
を電流指令Ｉ３に一致させるための操作信号を出力す
る。

【００１５】信号選択回路２２は入力信号の中で値が最
も小さいものを選択し出力する最小値選択回路２２ａ、
２２ｃと入力信号の中で値が最も大きいものを選択し出
力する最大値選択回路２２ｂ、２２ｄで構成されてお
り、電流制御回路２６、２７、２８の出力及び直流電圧
指令値Ｖ１、Ｖ２を入力として、コンバータ４の直流出
力特性を図２のようにするための直流電圧指令値を選択
的に出力する。このような特性にすると、並列冗長シス
テム構成の無停電電源装置においてコンバータを安定に
運転することができ、さらに、コンバータが１台停止し
た場合の蓄電池電圧異常低下を防止出来る。

【００１６】以下、コンバータ単体の電圧電流特性、及
びコンバータ並列運転時の動作特性をそれぞれ図２、図
３〜図６により説明する。

【００１７】図２は、図１に示す制御回路を備えたコン
バータの直流出力側電圧電流特性である。コンバータ
は、交流線間電圧よりも直流側電圧値が高い状態で正常
な動作が可能であり、また、電圧型インバータ回路を適
用しているためにダイオード整流器を含んだ構成となっ
ている。したがって、まず、交流電圧のダイオード整流
電圧に相当する主回路特性で決まる電圧リミッタ特性が
存在する。電圧リミッタ値よりも直流電圧が上がると、
制御可能な領域に入り、図１の加算器２３と電流制御回
路２６から成る電流制御系１による電圧電流特性１が現
れる。

【００１８】更に電圧が上昇すると、電流制御系１の出
力も同時に大きくなっていき、電圧指令値Ｖ１よりも大
きくなった時点で、電圧指令値Ｖ１で決定される電圧制
御特性１が現れる。また、直流電圧がさらに上昇する
と、加算器２４と電流制御回路２７から成る電流制御系
２の出力が選択され、電流制御特性２となる。同様の動
作で、次に電圧指令値Ｖ１で決定される電圧制御特性
１、及び加算器２５と電流制御回路２８から成る電流制
御系３による電流制御特性３が現れる。ここで、電流制
御特性１はコンバータの過大な電流出力を防止する機能
を、電流制御特性３は、直流系から商用系統への過大な
電力逆流を防止する機能を、電圧制御特性２は直流電圧
の定格運転値を指定する機能を果たすものである。

【００１９】また電流制御特性２は、コンバータの安定
な並列運転を可能にすると同時に、通常運転時において
蓄電池の充電電流を最小限に抑制し蓄電池の寿命を長く
する目的のものであり、電圧制御特性１は、装置異常時
において、蓄電池の不要な放電を防止する機能を果たす
ものである。

【００２０】図３は、コンバータ４（ＣＯＮＶ１）とコ
ンバータ５（ＣＯＮＶ２）の電圧電流特性を１つの図に
示したものであり、互いの僅かな電圧差で生じる図３に
示す安定動作点で、コンバータ４とコンバータ５の並列
運転を行うことができる。

【００２１】図３はコンバータ４の電圧値の方が高い場
合であり、同図における符号Ｖ２１はコンバータ４の定
格電圧値、また符号Ｖ２２はコンバータ５の定格電圧値
を表している。図４は、コンバータ５の電圧値の方が高
い場合であり、このときも図４に示す安定動作点が存在
する。

【００２２】図５、図６は、蓄電池６の電圧が変動した
場合の動作を示しており、蓄電池電圧が、各コンバータ
の定格運転電圧より低いとき、図５に示すようにコンバ
ータ４、コンバータ５は共に電流制御特性で出力電流が
制限され、それぞれ動作点１、動作点２で運転される。
このため、充電電流により蓄電池電圧がしだいに上昇
し、図３の安定動作点に落ち着く。

【００２３】図６は蓄電池電圧が各コンバータ４、５の
定格運転電圧より高い場合であり、各コンバータ４、５
は、それぞれ図６における動作点１、２で運転される。
したがって、放電電流により蓄電池電圧が低下し、最終
的には図３における安定動作点に落ち着く。

【００２４】次に本発明に係る無停電電源装置の制御回
路の他の実施例を図７に示す。本実施例は図１に示した
制御回路の構成を変えたものである。具体的には、基本
制御回路２１の電圧制御回路２１ｆと乗算器２１ｄの間
にリミッタ回路２１ｇを設け、基本制御回路２１の入力
となる電圧指令信号をリミッタ回路３１と加算器３２で
作成している。

【００２５】リミッタ回路２１ｇは電圧制御回路２１ｆ
の出力として得られる電流指令信号（電流指令値）の大
きさをコンバータ４の直流側電力が商用系統１に逆流す
るのを抑制するための第１の電流設定値である電流設定
値Ｉ３からコンバータ４の直流電流出力を許容値以内に
抑制するための第２の電流設定値である電流設定値Ｉ１
の範囲に制限する。

【００２６】またリミッタ回路３１はコンバータ４の定
格運転時の直流出力電圧を指定する電圧指令値Ｖ２を０
からΔＶの範囲で補正するための電圧指令補正値を加算
器３２に出力する。ここで、Ｖ１＝Ｖ２ーΔＶとすれ
ば、コンバータ４の直流出力は図２の電圧電流特性とな
る。

【００２７】コンバータの並列運転時は、図２における
電流制御特性２により安定運転を確保しているので、装
置信頼性の点で図７における充電電流検出器２０が故障
した場合の安定動作も確保する必要がある。充電電流検
出器２０が故障し、その出力信号が０あるいは飽和する
と、リミッタ回路３１の出力は０またはΔＶとなる。こ
の時、コンバータの直流側電圧電流特性は、それぞれ図
８、図９に示すようになる。このことから、図３の運転
状態で検出器２０が故障すると図１０あるいは図１１に
示す動作特性となり、また図４の運転状態で検出器２０
が故障すると図１２あるいは図１３の動作特性となる。
したがって、いずれの場合も安定動作点が存在する。た
だし、図１１、図１３に示すコンバータの運転状態で蓄
電池電圧が低下しすぎないように、図７におけるリミッ
タ回路３１のリミッタ値ΔＶを選定する必要がある。

【００２８】本発明は、３台以上のコンバータを並列運
転する場合も適用できる。図１４は、交流リアクトル４
１、コンバータ４２、インバータ４３、出力トランス４
４、フィルタコンデンサ４５、スイッチ４６を追加した
３台並列構成であり、この場合も、図１５に示すように
安定運転が可能である。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、蓄電池電圧の異常低下
は防止され、また、各コンバータの直流出力電流は、共
に過電流に至らない範囲でバランスする。したがって、
並列冗長システム構成の無停電電源装置においてコンバ
ータが１台停止した場合の蓄電池電圧の異常低下を防止
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る無停電電源装置の制御回路の一実
施例の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コンバー
タ単体の直流出力側の電圧電流特性を示す特性図であ
る。

【図３】図１に示した無停電電源装置における２台のコ
ンバータの直流出力側の電圧電流特性を１つの図にまと
めて示したものであり、一方のコンバータの定格運転電
圧値が他方のコンバータの定格運転電圧値より高い場合
を示す特性図である。

【図４】図３の特性と逆に他方のコンバータの定格運転
電圧値が一方のコンバータの定格運転電圧値より高い場
合を示す特性図である。

【図５】蓄電池電圧が各コンバータの定格運転電圧値よ
り低いときの各コンバータの直流出力側の電圧電流特性
を示す特性図である。

【図６】蓄電池電圧が各コンバータの定格運転電圧値よ
り高いときの各コンバータの直流出力側の電圧電流特性
を示す特性図である。

【図７】本発明に係る無停電電源装置の制御回路の他の
実施例の構成を示すブロック図である。

【図８】図７に示す無停電電源装置において蓄電池の充
電電流を検出する電流検出器が故障した場合のコンバー
タの直流側電圧電流特性の一例を示す特性図である。

【図９】図７に示す無停電電源装置において蓄電池の充
電電流を検出する電流検出器が故障した場合のコンバー
タの直流側電圧電流特性の一例を示す特性図である。

【図１０】図７に示す無停電電源装置において図３に示
す運転状態で蓄電池の充電電流を検出する電流検出器が
故障した場合のコンバータの直流側電圧電流特性の一例
を示す特性図である。

【図１１】図７に示す無停電電源装置において図３に示
す運転状態で蓄電池の充電電流を検出する電流検出器が
故障した場合のコンバータの直流側電圧電流特性の一例
を示す特性図である。

【図１２】図７に示す無停電電源装置において図４に示
す運転状態で蓄電池の充電電流を検出する電流検出器が
故障した場合のコンバータの直流側電圧電流特性の一例
を示す特性図である。

【図１３】図７に示す無停電電源装置において図４に示
す運転状態で蓄電池の充電電流を検出する電流検出器が
故障した場合のコンバータの直流側電圧電流特性の一例
を示す特性図である。

【図１４】本発明を３台以上のコンバータを並列運転す
る無停電装置に適用した場合の実施例を示す構成図であ
る。

【図１５】図１４に示す無停電装置を構成する各コンバ
ータの直流側電圧電流特性の特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 商用系統 ２ 交流リアクトル ３ 交流リアクトル ４ コンバータ ５ コンバータ ６ 蓄電池 ７ インバータ ８ インバータ ９ 出力トランス １０ 出力トランス １１ フィルタコンデンサ １２ フィルタコンデンサ １３ スイッチ １４ スイッチ １５ 負荷 １６ 交流電圧検出器 １７ 直流電圧検出器 １８ 交流入力電流検出器 １９ 直流出力電流検出器 ２０ 充電電流検出器 ２１ 基本制御回路 ２２ 信号選択回路 ２３ 加算器 ２４ 加算器 ２５ 加算器 ２６ 電流制御回路 ２７ 電流制御回路 ２８ 電流制御回路

フロントページの続き (72)発明者 犬飼 悟 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 美濃 知章 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用系統からの交流電力を直流電力に変
   換するコンバータと、該コンバータが出力する直流電力
   を負荷の要求する周波数及び電圧値の交流電力に変換し
   負荷に供給するインバータから成る電力変換装置を複数
   台備え、各コンバータの直流出力を共通の蓄電池に接続
   し、通常は各コンバータの出力する直流電力により各イ
   ンバータを駆動すると共に蓄電池を充電し、商用系統の
   停電時は蓄電池を直流電力源として各インバータを駆動
   する無停電電源装置の制御回路において、 コンバータの直流出力電流を検出する直流電流検出手段
   と、 蓄電池に流入する充電電流を検出する充電電流検出手段
   と、 商用系統のコンバータへの交流入力電流を検出する交流
   入力電流検出手段と、 コンバータの直流出力電圧を検出する直流電圧検出手段
   と、 商用系統の交流出力電圧を検出する交流電圧検出手段
   と、 コンバータの直流電流出力を許容値以内に抑制するため
   の第１の電流指令値、蓄電池を放電させない程度に蓄電
   池を充電させるための第２の電流指令値及びコンバータ
   の直流側電力が商用系統に逆流するのを抑制するための
   第３の電流指令値を取り込み、前記第１の電流指令値と
   前記直流電流検出手段の検出出力の偏差、前記第２の電
   流指令値と前記充電電流検出手段の検出出力との偏差及
   び前記第３の電流指令値と前記直流電流検出手段の検出
   出力との偏差にそれぞれ、基づいて第１、第２、第３の
   電圧指令値を生成する電圧指令生成手段と、 前記蓄電池を放電させないレベルの直流電圧を前記コン
   バータに出力させるための第４の電圧指令値、前記コン
   バータの定格運転時の直流出力電圧を指定する第５の電
   圧指令値及び前記電圧指令生成手段の電圧指令値出力を
   取り込み、前記第４、第５の電圧指令値と前記電圧指令
   生成手段から出力される第１、第２、第３の電圧指令値
   との大小比較結果に基づいてコンバータの出力電圧が前
   記第５の電圧指令値に一致するように最終的な電圧指令
   を出力する電圧指令出力手段と、 前記直流電圧検出手段、交流電圧検出手段、交流入力電
   流検出手段及び電圧指令出力手段の出力を取り込み、コ
   ンバータの交流入力電流を制御する電流制御信号を出力
   する電流制御手段とを有することを特徴とする無停電電
   源装置の制御回路。
2. 【請求項２】 商用系統からの交流電力を直流電力に変
   換するコンバータと、該コンバータが出力する直流電力
   を負荷の要求する周波数及び電圧値の交流電力に変換し
   負荷に供給するインバータから成る電力変換装置を複数
   台備え、各コンバータの直流出力を共通の蓄電池に接続
   し、通常は各コンバータの出力する直流電力により各イ
   ンバータを駆動すると共に蓄電池を充電し、商用系統の
   停電時は蓄電池を直流電力源として各インバータを駆動
   する無停電電源装置の制御回路において、 蓄電池に流入する充電電流を検出する充電電流検出手段
   と、 商用系統のコンバータへの交流入力電流を検出する交流
   入力電流検出手段と、 コンバータの直流出力電圧を検出する直流電圧検出手段
   と、 商用系統の交流出力電圧を検出する交流電圧検出手段
   と、 前記充電電流検出手段の検出出力を取り込み、該検出出
   力に応じて０乃至ΔＶの範囲の電圧指令補正値を出力す
   る第１のリミッタと、 前記コンバータの定格運転時の直流出力電圧を指定する
   電圧指令値と前記第１のリミッタの電圧指令値との偏差
   を算出し、該偏差を最終的な電圧指令値として出力する
   加算器と、 前記直流電圧検出手段、交流電圧検出手段、交流入力電
   流検出手段及び前記加算器の出力を取り込み、コンバー
   タの交流入力電流を制御する電流制御信号を出力する電
   流制御手段とを有し、 該電流制御手段は、前記加算手段から出力された電圧指
   令値に基づいて生成される電流指令値をコンバータの直
   流側電力が商用系統に逆流するのを抑制するための第１
   の電流設定値とコンバータの直流電流出力を許容値以内
   に抑制するための第２の電流設定値との範囲で制限する
   第２のリミッタを含んで構成されることを特徴とする無
   停電電源装置の制御回路。