JPWO2018163397A1 - Uninterruptible power supply and test method for uninterruptible power supply - Google Patents
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Abstract
第4の端子(T4)に負荷が接続されていない状態で無停電電源装置(100)の電気試験を行なう場合において、制御装置(4)は、第1および第2のスイッチ(S2,S3)をオンさせるとともに、インバータ(2)の出力電流を電流指令値に従って制御するように構成される。制御装置(4)は、電流指令値を座標変換したd軸電流指令値およびq軸電流指令値と、出力電流を座標変換したd軸電流値およびq軸電流値との偏差に基づいて電圧指令値を生成する。制御装置は、電圧指令値に基づいてインバータ(2)の制御信号を生成する。制御装置は、制御信号に従ってインバータ(2)により生成される交流電圧の位相が交流電源(5)の位相に同期するように、制御信号の周波数を制御する。When performing an electric test of the uninterruptible power supply (100) in a state where no load is connected to the fourth terminal (T4), the control device (4) includes the first and second switches (S2, S3). Is turned on, and the output current of the inverter (2) is controlled according to the current command value. The control device (4) is configured to execute a voltage command based on a deviation between the d-axis current command value and the q-axis current command value obtained by performing coordinate conversion on the current command value and the d-axis current value and the q-axis current value obtained by performing coordinate conversion on the output current. Generate a value. The control device generates a control signal for the inverter (2) based on the voltage command value. The control device controls the frequency of the control signal such that the phase of the AC voltage generated by the inverter (2) according to the control signal is synchronized with the phase of the AC power supply (5).
Description
この発明は、無停電電源装置および無停電電源装置の試験方法に関する。 The present invention relates to an uninterruptible power supply and a method for testing the uninterruptible power supply.
無停電電源装置に対する信頼性の要求に応えるため、無停電電源装置の性能を確認するための電気試験が行なわれている。たとえば特開2009−232541号公報(特許文献1)には、交流出力端子に模擬負荷機器を接続することなく、無停電電源装置の電気試験を行なう試験方法が開示されている。 In order to meet the demand for reliability of the uninterruptible power supply, an electric test for confirming the performance of the uninterruptible power supply is performed. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2009-232541 (Patent Document 1) discloses a test method for performing an electrical test of an uninterruptible power supply without connecting a simulated load device to an AC output terminal.
特許文献1に記載される無停電電源装置の試験方法では、模擬負荷機器を使用せず、インバータで生成された交流電力を、バイパス回路を経由して交流電源に回生させる。これにより、電気試験に要する電力を上記の電力ルート内に発生する損失に抑えることができる。
In the test method of the uninterruptible power supply described in
一方、特許文献1に記載される試験方法では、インバータから出力される三相交流電流の検出値が電流指令値に一致するようにインバータを制御している。この電流制御における制御ゲインには三相交流電流の定格周波数が重畳されるため、制御ゲインは高ゲインである必要がある。したがって、高速応答性および高い制御精度を実現するためには、制御が複雑化するという問題がある。
On the other hand, in the test method described in
それゆえに、この発明の主たる目的は、容易な制御により、高速応答性および高い制御精度で電気試験を行なうことができる無停電電源装置および無停電電源装置の試験方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, a main object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply and a test method of the uninterruptible power supply capable of performing an electrical test with high speed response and high control accuracy by easy control.
この発明のある局面によれば、無停電電源装置は、交流電源に接続される第1および第2の端子と、蓄電装置に接続される第3の端子と、第4の端子と、コンバータと、インバータと、第1および第2のスイッチと、制御装置とを備える。コンバータは、交流電源から第1の端子を介して供給される交流電力を直流電力に変換するように構成される。インバータは、コンバータによって生成された直流電力または蓄電装置の直流電力を交流電力に変換するように構成される。第1のスイッチは、インバータの出力ノードと第4の端子との間に接続される。第2のスイッチは、第2の端子と第4の端子との間に接続される。第4の端子に負荷が接続されていない状態で無停電電源装置の電気試験を行なう場合において、制御装置は、第1および第2のスイッチをオンさせるとともに、インバータの出力電流を電流指令値に従って制御するように構成される。制御装置は、電流指令値を座標変換したd軸電流指令値およびq軸電流指令値と、出力電流を座標変換したd軸電流値およびq軸電流値との偏差に基づいて電圧指令値を生成する。制御装置は、電圧指令値に基づいてインバータの制御信号を生成する。制御装置は、制御信号に従ってインバータにより生成される交流電圧の位相が交流電源の位相に同期するように、制御信号の周波数を制御する。 According to one aspect of the present invention, an uninterruptible power supply includes a first terminal connected to an AC power supply, a second terminal connected to an AC power supply, a third terminal connected to the power storage device, a fourth terminal, a converter, , An inverter, first and second switches, and a control device. The converter is configured to convert AC power supplied from the AC power supply via the first terminal to DC power. The inverter is configured to convert DC power generated by the converter or DC power of the power storage device into AC power. The first switch is connected between an output node of the inverter and a fourth terminal. The second switch is connected between the second terminal and the fourth terminal. When performing an electric test of the uninterruptible power supply with no load connected to the fourth terminal, the control device turns on the first and second switches and adjusts the output current of the inverter according to the current command value. Configured to control. The controller generates a voltage command value based on a deviation between the d-axis current command value and the q-axis current command value obtained by performing coordinate conversion on the current command value and the d-axis current value and the q-axis current value obtained by performing coordinate conversion on the output current. I do. The control device generates a control signal for the inverter based on the voltage command value. The control device controls the frequency of the control signal such that the phase of the AC voltage generated by the inverter according to the control signal is synchronized with the phase of the AC power supply.
この発明によれば、容易な制御により、高速応答性および高い制御精度で無停電電源装置の電気試験を行なうことができる。 According to the present invention, the electric test of the uninterruptible power supply can be performed with easy control and high-speed response and high control accuracy.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.
図1は、この発明の実施の形態による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。商用交流電源5は、商用周波数の交流電力を無停電電源装置100に供給する。無停電電源装置100は、実際には、商用交流電源5から三相交流電力を受けるが、図面および説明の簡単化を図るため、図1では一相分の回路のみが示されている。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of an uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention. The commercial
無停電電源装置100は、入力端子T1、バイパス端子T2、バッテリ端子T3および出力端子T4を備える。入力端子T1およびバイパス端子T2は商用交流電源5に接続されている。出力端子T4は図示しない負荷に接続され得る。負荷は、無停電電源装置100から供給される商用周波数の交流電力によって駆動される。
The
バッテリ端子T3は蓄電池6に接続される。蓄電池6は、直流電力の充電および放電が可能な電池である。蓄電池6は、直流電力を蓄える「電力貯蔵装置」の一実施例に対応する。バッテリ端子T3には、蓄電池6の代わりに、コンデンサ(電気二重層コンデンサ、電解コンデンサなど)が接続されていても構わない。
Battery terminal T3 is connected to
無停電電源装置100は、さらに、スイッチS1〜S3、リアクトルL1,L2、コンバータ1、コンデンサC1,C2、双方向チョッパ3、電流検出器CD1,CD2、電圧検出器VD1〜VD5、および制御装置4を備える。スイッチS1、リアクトルL1、コンバータ1、インバータ2、リアクトルL2およびスイッチS2は、入力端子T1と出力端子T4との間に直列に接続される。
The
スイッチS1の一方端子は入力端子T1に接続され、その他方端子はリアクトルL1を介してコンバータ1の入力ノードに接続される。コンデンサC1は、スイッチS1の他方端子に接続される。コンバータ1の出力ノードは、直流母線7を介してインバータ2の入力ノードに接続されるとともに、双方向チョッパ3を介してバッテリ端子T3に接続される。コンデンサC3は直流母線7に接続される。
Switch S1 has one terminal connected to input terminal T1, and the other terminal connected to an input node of
インバータ2の出力ノードはリアクトルL2を介してスイッチS2の一方端子に接続され、スイッチS2の他方端子は出力端子T4に接続される。コンデンサC2はスイッチS2の一方端子に接続される。
The output node of
スイッチS1は、商用交流電源5から交流電力が正常に供給されている通常時は閉成(オン)され、たとえば無停電電源装置100のメンテナンス時に開放(オフ)される。スイッチS1のオンオフは制御装置4によって制御される。
The switch S1 is normally closed (ON) when AC power is normally supplied from the commercial
コンデンサC1およびリアクトルL1は、交流フィルタF1を構成する。交流フィルタF1はローパスフィルタであり、商用交流電源から供給される商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータで発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。 The capacitor C1 and the reactor L1 constitute an AC filter F1. The AC filter F1 is a low-pass filter that allows the passage of AC power of a commercial frequency supplied from a commercial AC power supply and cuts off a signal of a switching frequency generated by the converter.
コンバータ1は、商用交流電源5から交流電力が供給されている通常時は、商用交流電源5から供給される交流電力を直流電力に変換するように構成される。コンバータ1で生成された直流電力は直流母線7に出力される。このとき、コンバータ1は、直流母線7の電圧V3が所定の基準電圧V3Rになるように、直流電流を直流母線7に出力する。コンバータ1における電力変換は制御装置4によって制御される。商用交流電源5からの交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ1の運転は停止される。コンバータ1は制御装置4によって制御される。コンデンサC3は、直流母線7の電圧V3を平滑化する。
双方向チョッパ3は、双方向の直流電圧変換(昇圧および降圧)を実行するように構成される。双方向チョッパ3は、通常時、コンバータ1によって生成された直流電力を蓄電池6に蓄える。停電時、双方向チョッパ3は、蓄電池6の直流電力を直流母線7に供給する。双方向チョッパ3は制御装置4によって制御される。双方向チョッパ3は「DC/DCコンバータ」の一実施例に対応する。
The
インバータ2は、通常時、コンバータ1によって生成された直流電力を商用周波数の交流電力に変換するように構成される。停電時、インバータ2は、蓄電池6の直流電力を商用周波数の交流電力に変換するように構成される。インバータ2は制御装置4によって制御される。
コンバータ1およびインバータ2は、半導体スイッチング素子により構成される。半導体スイッチング素子としては、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が適用される。半導体スイッチング素子の制御方式として、PWM(Pulse Width Modulation)制御を適用することができる。
リアクトルL2およびコンデンサC2は交流フィルタF2を構成する。交流フィルタF2は、ローパスフィルタであり、インバータ2によって生成された商用流波数の交流電力を通過させ、インバータ2で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。換言すると、交流フィルタF2は、インバータ2の出力電圧の波形を正弦波に変換する。
Reactor L2 and capacitor C2 constitute AC filter F2. The AC filter F <b> 2 is a low-pass filter, and passes the AC power of the commercial wave number generated by the
スイッチS2(第1のスイッチ)は、バイパス給電モード時にはオフされ、インバータ給電モード時にはオンされる。バイパス給電モードは、商用交流電源5からの交流電力を負荷に供給するモードである。バイパス端子T2と出力端子T4とを接続する回路を「バイパス回路」とも称する。インバータ給電モードは、インバータ2によって生成された交流電力を負荷に供給するモードである。
The switch S2 (first switch) is turned off in the bypass power supply mode and turned on in the inverter power supply mode. The bypass power supply mode is a mode in which AC power from the commercial
スイッチS3(第2のスイッチ)は、バイパス給電モード時にはオンされ、インバータ給電モード時にはオフされる。スイッチS2,S3のオンオフは制御装置4によって制御される。
The switch S3 (second switch) is turned on in the bypass power supply mode and turned off in the inverter power supply mode. The on / off of the switches S2 and S3 is controlled by the
電圧検出器VD1は、入力端子T1の交流電圧V1(すなわち商用交流電源5から供給される交流電圧)の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御装置4に与える。制御装置4は、電圧検出器VD1の出力信号に基づいて、商用交流電源5から交流電力が正常に供給されているか否か(すなわち停電が発生したか否か)を判定する。
電流検出器CD1は、リアクトルL1に流れる交流電流I1(すなわちコンバータ1の入力電流)の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御装置4に与える。電圧検出器VD3は、直流母線7の直流電圧V3の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御装置4に与える。
Current detector CD1 detects an instantaneous value of alternating current I1 flowing through reactor L1 (that is, an input current of converter 1), and supplies a signal indicating the detected value to control
制御装置4は、電圧検出器VD1,VD3および電流検出器CD1の出力信号に基づいて、コンバータ1を制御する。換言すると、コンバータ1は、通常時は、直流母線7の直流電圧V3が基準電圧V3Rになるように直流母線7に直流電力を供給する。停電時には、コンバータ1の運転は停止される。
電圧検出器VD4は、バッテリ端子T3の直流電圧V4(すなわち蓄電池6の端子間電圧)の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御装置4に与える。制御装置4は、電圧検出器VD3,VD4の出力信号に基づいて双方向チョッパ3を制御する。換言すると、双方向チョッパ3は、通常時は、バッテリ端子T3の直流電圧が所定の目標バッテリ電圧になるように蓄電池6に直流電力を供給する。停電時は、双方向チョッパ3は、直流母線7の直流電圧V3が基準電圧V3Rになるように直流母線7に直流電力を供給する。
Voltage detector VD4 detects an instantaneous value of DC voltage V4 at battery terminal T3 (that is, a voltage between terminals of storage battery 6), and provides
電圧検出器VD2は、バイパス端子T2の交流電圧V2(すなわち商用交流電源5から供給される交流電圧)の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御装置4に与える。電圧検出器VD4は、出力端子T4の交流電圧V4の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御装置4に与える。
Voltage detector VD2 detects an instantaneous value of AC voltage V2 at bypass terminal T2 (that is, an AC voltage supplied from commercial AC power supply 5), and provides a signal indicating the detected value to control
電流検出器CD2は、リアクトルL2に流れる電流I2(すなわちインバータ2の出力電流)の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御装置4に与える。制御装置4は、電圧検出器VD2,VD4および電流検出器CD2の出力信号に基づいてインバータ2を制御する。
Current detector CD2 detects an instantaneous value of current I2 flowing through reactor L2 (that is, an output current of inverter 2), and supplies a signal indicating the detected value to control
特に、制御装置4は、インバータ給電モード時には、電圧検出器VD2の検出値V2(すなわち商用交流電源5から供給される交流電圧)に基づいて電圧指令値を生成し、その電圧指令値に電圧検出器VD5の検出値V5(すなわち出力端子T4の交流電圧)が一致するようにインバータ2を電圧フィードバック制御するとともに、電流検出器CD2の検出値の電流(負荷電流)を供給するようにインバータ2を電流フィードフォワード制御する。
In particular, in the inverter power supply mode,
[無停電電源装置の電気試験]
無停電電源装置100の信頼性を保つために、無停電電源装置100の性能を確認するための電気試験が行なわれる。無停電電源装置100の電気試験を行なう場合、負荷もしくは摸擬負荷を使用せずに、無停電電源装置100を運転する。具体的には、図1に示すように、出力端子T4に負荷を接続しない状態で、制御装置4はコンバータ1およびインバータ2を運転させる。図1において、電気試験時の電力の流れを破線矢印を用いて示す。[Electrical test of uninterruptible power supply]
In order to maintain the reliability of the
このとき、制御装置4は、スイッチS2,S3をともにオンさせることにより、インバータ2から供給された交流電力をバイパス回路を経由して商用交流電源5に回生させる。このようにすると、電気試験に要する電力は、図1に示した電力ルート内に発生する損失のみとなるので、商用交流電源5から与えられる電力をこの損失分に抑えることができる。
At this time, the
図2は、制御装置4のうちのコンバータ1の制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。図2は、電気試験時におけるコンバータ1の制御を示したものである。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a portion of
電気試験時には、制御装置4は、インバータ給電モード時と同様に、電圧検出器VD1,VD3および電流検出器CD1の出力信号に基づいて、コンバータ1を制御する。換言すると、コンバータ1は、直流母線7の直流電圧V3が基準電圧V3Rになるように直流母線7に直流電力を供給する。
At the time of the electrical test,
具体的には、制御装置4は、図2に示すように、電圧基準生成部10、電圧制御部12、電流制御部14、減算器11,13、およびPWM制御部15を含む。電圧基準生成部10は、直流母線7の目標直流電圧である基準電圧V3Rを生成する。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
減算器11は、基準電圧V3Rから直流電圧V3(電圧検出器VD3の検出値)を減算して、V3RとV3との偏差V3R−V3を求める。
The
電圧制御部12は、偏差V3R−V3が0になるように電流指令値I1*を生成する。電圧制御部12は、たとえば比例要素(P:proportional element)および積分要素(I:integral element)を少なくとも含み、偏差V3R−V3を入力として比例積分演算を行なう。電圧制御部12は、その演算結果として電流指令値I1*を生成する。
減算器13は、電流指令値I1*から電流I1(電流検出器CD1の検出値)を減算して、I1*とI1との偏差I1*−I1を求める。
The
電流制御部14は、偏差I1*−I1が0になるように電圧指令値V*を生成する。電流制御部14は、たとえば比例要素および積分要素を含み、偏差I1*−I1を入力として比例積分演算を行なう。電流制御部14は、その演算結果として電圧指令値V*を生成する。
なお、本実施の形態では、電圧制御および電流制御にPI制御を用いているが、比例要素(P)、積分要素(I)および微分要素(D:derivative element)を含むPID制御を用いてもよい。または、これに代えて、その他一般的な制御手法を用いてもよい。 In the present embodiment, the PI control is used for the voltage control and the current control, but the PID control including the proportional element (P), the integral element (I), and the differential element (D: derivative element) may be used. Good. Alternatively, other general control methods may be used instead.
PWM制御部15は、電流制御部14から電圧指令値V*を受けると、電圧指令値V*と三角波のキャリア信号とを比較することによって、コンバータ1の半導体スイッチング素子をオンオフするための制御信号を生成する。PWM制御部15によって生成された制御信号はコンバータ1に与えられる。
When receiving the voltage command value V * from the
図3は、制御装置4のうちのインバータ2の制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。図3は、電気試験時におけるインバータ2の制御を示したものである。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a portion related to control of
電気試験時には、制御装置4は、無停電電源装置100が出力すべき皮相電力S[VA]および力率φについて予め設定された目標値に基づいて、電流指令値Irを生成する。制御装置4は、生成した電流指令値Irに電流検出器CD2の検出値(すなわちインバータ2の出力電流I2)が一致するようにインバータ2を電流フィードバック制御する。
At the time of the electric test, the
具体的には、図3を参照して、制御装置4は、d軸電流指令生成部20、q軸電流指令生成部21、電流制御部24,25、座標変換部26,31、電圧制御部27、PWM制御部28、周波数制御部29、および同期制御部30を含む。
Specifically, referring to FIG. 3,
d軸電流指令生成部20は、電流指令値Irのd軸成分であるd軸電流指令値Idrを生成する。q軸電流指令生成部21は、電流指令値Irのq軸成分であるq軸電流指令値Iqrを生成する。
The d-axis current
具体的には、電流指令値Irは、たとえば、無停電電源装置100の定格電力である最大皮相電力S[VA]に基づいて設定することができる。最大皮相電力S[VA]は、無停電電源装置100から出力される交流電圧(すなわち出力端子T4の交流電圧V5)の実効値をVとし、電流指令値Irの実効値をIとすると、S=V×Iで表される。
Specifically, current command value Ir can be set, for example, based on maximum apparent power S [VA], which is the rated power of
なお、インバータ給電モード時、出力端子T4の交流電圧V5は、商用交流電源5から供給される交流電圧V1に同期している。すなわち、最大皮相電力S[VA]は商用交流電源5から供給される交流電圧(交流電源電圧)V1の実効値Vと電流指令値Irの基本波実効値Iとの積で表される。したがって、最大皮相電力S[VA]および交流電源電圧V1の実効値Vに基づいて、電流指令値Irを演算することができる。
In the inverter power supply mode, the AC voltage V5 at the output terminal T4 is synchronized with the AC voltage V1 supplied from the commercial
次に、無停電電源装置100の力率φが設定される。力率φは、たとえば、出力端子T4に接続が予定されている負荷の力率に設定することができる。このようにすると、実質的に出力端子T4に負荷が接続されている状態での無停電電源装置100の性能を確認することができる。あるいは、予め複数の力率を設定しておき、力率φを切り替えて電気試験を行なうことも可能である。なお、最大皮相電力S[VA]に力率φを乗じたもの(S×φ)が無停電電源装置100の最大有効電力となる。
Next, the power factor φ of the
力率φが設定されると、図4に示すように、電流指令値Irは、力率φを用いて、d軸電流指令値Idrおよびq軸電流指令値Iqrに変換することができる。d軸電流指令値Idrおよびq軸電流指令値Iqrはそれぞれ、下記式(1),(2)で与えられる。 When the power factor φ is set, as shown in FIG. 4, the current command value Ir can be converted into a d-axis current command value Idr and a q-axis current command value Iqr using the power factor φ. The specified d-axis current value Idr and the specified q-axis current value Iqr are given by the following equations (1) and (2), respectively.
Idr=Ir×cosφ …(1)
Iqr=Ir×sinφ …(2)
d軸電流指令生成部20は、電流指令値Irおよび力率φが与えられると、式(1)を用いてd軸電流指令値Idrを生成する。生成されたd軸電流指令値Idrは減算器22に与えられる。q軸電流指令値21は、電流指令値Irおよび力率φが与えられると、式(2)を用いてq軸電流指令値Iqrを生成する。生成されたq軸電流指令値Iqrは減算器23に与えられる。Idr = Ir × cos φ (1)
Iqr = Ir × sinφ (2)
Given the current command value Ir and the power factor φ, the d-axis current
電流指令値Irをd軸電流指令値Idrおよびq軸電流指令値Iqrに変換したことによって、制御装置4は、インバータ2の出力電流I2のd軸成分Idおよびq軸成分Iqが、それぞれ、d軸電流指令値Idrおよびq軸電流指令値Iqrに一致するように、インバータ2を電流フィードバック制御する。
By converting the current command value Ir into a d-axis current command value Idr and a q-axis current command value Iqr, the
ここで、従来の電流フィードバック制御では、電流検出器CD2の検出値I2(三相交流電流)が電流指令値Irに一致するように、インバータ2を制御する。したがって、フィードバック制御の制御ゲインには、交流電流の定格周波数が重畳される。図1の場合、商用交流電源5の周波数(たとえば、50Hz)に基づき、制御ループの応答角周波数にはωc=314rad/secが重畳する。このため、制御ループにおけるゲインは高ゲインである必要がある。具体的には、少なくともωcよりも1桁大きいゲイン(すなわち3140rad/sec以上)が必要となる。なお、この電流フィードバック制御により生成された電圧指令値に従った電圧制御(PWM制御)においては、さらに1桁大きいゲイン(すなわち31400rad/sec)が必要となる。そのため、高速応答性および高い制御精度を実現するためには、複雑な制御が必要となるという問題があった。
Here, in the conventional current feedback control, the
これに対して、本実施の形態では、上述したように、電流フィードバック制御において、d軸電流Idおよびq軸電流Iqをそれぞれ独立に制御することができる。各成分の電流フィードバック制御においては、電流指令値を直流量として扱うことができるため、交流電流の定格周波数(すなわち、ωc)を除去することができる。よって、制御ループにおけるゲインを低ゲインにすることができる。したがって、高速応答性および高い制御精度を容易に実現することができる。 On the other hand, in the present embodiment, as described above, the d-axis current Id and the q-axis current Iq can be independently controlled in the current feedback control. In the current feedback control of each component, since the current command value can be treated as a DC amount, the rated frequency of the AC current (that is, ωc) can be eliminated. Therefore, the gain in the control loop can be reduced. Therefore, high-speed response and high control accuracy can be easily realized.
以下、図3を用いて、制御装置4における電流フィードバック制御について詳細に説明する。
Hereinafter, the current feedback control in the
同期制御部30は、電圧検出器VD1の検出値(すなわち商用交流電源5から供給される交流電圧V1)に基づいて、交流電源電圧V1の位相θを検出する。同期制御部30は、たとえばPLL(Phase Locked Loop)回路であり、インバータ2の出力電圧V5と交流電源電圧V1との位相差が0になるように制御する。インバータ2の出力電圧V2の位相を交流電源電圧V1の位相と同期させることで、図1に示したように、インバータ2から供給された交流電力をバイパス回路を経由して商用交流電源5に回生させることができる。
座標変換部31は、同期制御部30によって検出された位相θを用いた座標変換(三相/二相変換)により、電流検出器CD2の検出値(すなわちインバータ2の出力電流I2)を基に、d軸電流Idおよびq軸電流Iqを算出する。
The coordinate
減算器22は、d軸電流指令生成部20によって生成されたd軸電流指令値Idrからd軸電流Idを減算して、IdrとIdとのの偏差ΔIdを求める。減算器23は、q軸電流指令生成部21によって生成されたq軸電流指令値Iqrからq軸電流Iqを減算して、IqrとIqとの偏差ΔIqを求める。
The
電流制御部24は、偏差ΔIdが0になるようにd軸電圧指令値Vd*を生成する。具体的には、電流制御部24は、偏差ΔIdについて、所定ゲインによる比例積分演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたd軸電圧指令値Vd*を生成する。
The
電流制御部25は、偏差ΔIqが0になるようにq軸電圧指令値Vq*を生成する。具体的には、電流制御部25は、偏差ΔIqについて、所定ゲインによる比例積分演算を行なって制御偏差を求め、この制御偏差に応じたq軸電圧指令値Vq*を生成する。
座標変換部26は、交流電源電圧の位相θを用いた座標変換(三相/二相変換)により、d軸電圧指令値Vd*およびq軸電圧指令値Vq*をU相、V相、W相の各相電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*に変換する。交流電圧指令値Vo*は、Vu*,Vv*,Vw*を包括的に示すものである。
The coordinate
このように、電流フィードバック制御によって電圧指令値Vo*が生成される。したがって、電圧指令値Vo*に従ってインバータ2をPWM制御することにより、インバータ2の出力電流I2を電流指令値Irに一致させることができる。
Thus, the voltage command value Vo * is generated by the current feedback control. Therefore, by performing PWM control on
しかしながら、電気試験のために無停電電源装置100(インバータ2)を起動させる際、電圧指令値Vo*の実効値が0から急激に立ち上がるため、制御が追従できず、インバータ2の出力電圧V2の実効値が電圧指令値Vo*の実効値に達した後に行き過ぎるオーバーシュートや、出力電圧V2の実効値が電圧指令値Vo*の実効値のまわりで振動するハンチングが発生する可能性がある。その結果、無停電電源装置100を起動してから出力電圧V2が安定するまでの期間、電気試験を行なうことができないという不具合が生じる。
However, when starting the uninterruptible power supply 100 (inverter 2) for the electric test, the effective value of the voltage command value Vo * rapidly rises from 0, so that the control cannot follow, and the output voltage V2 of the
なお、出力電圧V2のオーバーシュートやハンチングを防ぐためには、無停電電源装置100の起動時、電圧指令値Vo*の実効値を0から本来の目標電圧まで徐々に増加させる手法を採ることができる。これによれば、出力電圧V2の実効値を電圧指令値Vo*の実効値に追従させることが可能となる。しかしながら、その一方で、電圧指令値Vo*の実効値を増加させている期間は、インバータ2の出力電流I2の実効値も電流指令値Irの実効値より低くなるため、電気試験を行なうことができないという不具合は解消されずに残ってしまう。
In order to prevent overshoot and hunting of the output voltage V2, a method of gradually increasing the effective value of the voltage command value Vo * from 0 to the original target voltage when the
そこで、本実施の形態においては、無停電電源装置100の起動時には、電圧指令値Vo*の実効値を0から線形的に増加させるとともに、インバータ2の出力周波数を増加させる。
Therefore, in the present embodiment, when starting
具体的には、図3を参照して、周波数制御部29は、同期制御部30から交流電源電圧V1の位相θを示す信号を受けるとともに、無停電電源装置100の起動指令STを受ける。起動指令STは、無停電電源装置100のコンバータ1およびインバータ2を起動するための指令である。電気試験を行なう場合において図示しない操作部がオン操作されたときに、H(論理ハイ)レベルに活性化された起動指令STが制御装置4に対して発せられる。
Specifically, referring to FIG. 3,
周波数制御部29は、Hレベルに活性化された起動指令STを受けると、商用交流電源5の定格周波数f*に基づいて、周波数指令f♯を生成する。具体的には、周波数制御部29は、周波数指令f♯を0から定格周波数f*まで増加させる。周波数制御部29は、生成した周波数指令f♯を電圧制御部27およびPWM制御部28に与える。
Receiving start command ST activated to the H level,
電圧制御部27は、座標変換部26によって生成された電圧指令値Vo*および周波数指令f♯に基づいて、PWM制御部28に与える電圧指令値Vo♯を生成する。電圧制御部27は、電圧指令値Vo♯の実効値を0からVo*まで増加させる。これにより、インバータ2の出力周波数fとインバータ2の出力電圧V5の実効値とを同時に増加させることができる。
PWM制御部28は、周波数指令f♯に基づいて、三角波のキャリア信号を生成する。PWM制御部28は、電圧制御発振器(VCO)を含んで構成される。電圧制御発振器は、周波数指令f♯の整数倍となるように三角波のキャリア信号の周波数を調整する。
The
PWM制御部28は、電圧指令値Vo♯と三角波のキャリア信号とを比較することによって、インバータ2の半導体スイッチング素子をオンオフするための制御信号を生成する。PWM制御部28によって生成された制御信号はインバータ2に与えられる。
The
図5は、電気試験時におけるインバータ2の制御を説明するための波形図である。図5には、起動指令ST、電圧指令Vo♯の実効値、およびインバータ2の出力電流I2の実効値の関係が示されている。
FIG. 5 is a waveform diagram for explaining control of
図5を参照して、時刻t1にて起動指令STがL(論理ロー)レベルからHレベルに活性化されると、制御装置4は、スイッチS2,S3をともにオンさせるとともに、電流指令値Irおよび力率φに基づいて電圧指令値Vo*を生成する。制御装置4はさらに、商用交流電源5の定格周波数f*に基づいて周波数指令f♯を生成する。
Referring to FIG. 5, when start command ST is activated from L (logic low) level to H level at time t1,
制御装置4は、時刻t1を起点として、周波数指令f♯を所定の変化率で増加させる。周波数指令f♯は定格周波数f*に到達する。このとき、制御装置4は、時刻t1を起点として、電圧指令値Vo♯の実効値を0から増加させる。電圧指令値Vo♯の実効値は増加し、時刻t2にてVo*に到達する。
このようにすると、時刻t1〜t2の間、インバータ2の出力周波数と出力電圧V5とは変化する。上述したように、単に出力電圧V5だけを低下させると、インバータ2の出力電流I2が低下する。そこで、出力電圧V5に対応して出力周波数も低下させる。これにより、出力電圧V5のオーバーシュートおよびハンチングを生じさせることなく、無停電電源装置100を起動させた後、迅速かつ安定的に電気試験を行なうことができる。
By doing so, the output frequency of the
なお、本実施の形態による無停電電源装置100によれば、商用交流電源5からの交流電力の供給が停止された場合を想定した電気試験を行なうことも可能である。図6に示すように、出力端子T4に負荷を接続しない状態で、制御装置4はインバータ2を運転させる。このとき、制御装置4はコンバータ1を停止させる。図6において、電気試験時の電力の流れを破線矢印を用いて示す。
According to uninterruptible
制御装置4は、起動指令STがHレベルに活性化されると、スイッチS2,S3をともにオンさせるとともに、上記実施の形態と同様に、電圧指令値Vo♯の実効値を0から線形的に増加させるとともに、インバータ2の周波数指令f♯を増加させる。
When the activation command ST is activated to the H level, the
制御装置4は、また、電圧検出器VD3,VD4の出力信号に基づいて双方向チョッパ3を制御する。双方向チョッパ3は、直流母線7の直流電圧V3が基準電圧V3Rになるように直流母線7に直流電力を供給する。
The
これにより、蓄電池6から供給された直流電力はインバータ2によって交流電力に変換された後、バイパス回路を経由して商用交流電源5に回生される。この場合においても、電気試験に要する電力は、図6に示した電力ルート内に発生する損失のみとなるので、商用交流電源5から与えられる電力をこの損失分に抑えることができる。
Thus, the DC power supplied from the
以上説明したように、この発明の実施の形態による無停電電源装置によれば、電気試験時の電流フィードバック制御において電流指令値を直流量として扱うことができるため、容易な制御により、高速応答性および高い制御精度で無停電電源装置の電気試験を行なうことができる。 As described above, according to the uninterruptible power supply according to the embodiment of the present invention, the current command value can be treated as a DC amount in the current feedback control at the time of the electric test, and therefore, the high-speed response can be achieved by the easy control. Also, an electrical test of the uninterruptible power supply can be performed with high control accuracy.
さらに、電気試験のために無停電電源装置を起動させた直後からインバータの出力電流を電流指令値に一致させることができる。したがって、無停電電源装置の起動後、迅速かつ安定的に電気試験を行なうことができる。 Further, the output current of the inverter can be made to match the current command value immediately after starting the uninterruptible power supply for the electric test. Therefore, after starting the uninterruptible power supply, the electric test can be performed quickly and stably.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 コンバータ、2 インバータ、3 双方向チョッパ、4 制御装置、5 商用交流電源、10 電圧基準生成部、11,13 減算器、12,27 電圧制御部、14 電流制御部、15,28 PWM制御部、20 d軸電流指令生成部、21 q軸電流指令生成部、24,25 電流制御部、26,31 座標変換部、29 周波数制御部、30 同期制御部、100 無停電電源装置、T1 入力端子、T2 バイパス端子、T3 バッテリ端子、T4 出力端子、VD1〜VD3 電圧検出器、CD1,CD2 電流検出器。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
交流電源に接続される第1および第2の端子と、
蓄電装置に接続される第3の端子と、
第4の端子と、
前記交流電源から前記第1の端子を介して供給される交流電力を直流電力に変換するように構成されたコンバータと、
前記コンバータによって生成された直流電力または前記蓄電装置の直流電力を交流電力に変換するように構成されたインバータと、
前記インバータの出力ノードと前記第4の端子との間に接続される第1のスイッチと、
前記第2の端子と前記第4の端子との間に接続される第2のスイッチと、
前記第4の端子に負荷が接続されていない状態で前記無停電電源装置の電気試験を行なう場合において、前記第1および第2のスイッチをオンさせるとともに、前記インバータの出力電流を電流指令値に従って制御するように構成された制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記電流指令値を所定の力率を用いて座標変換したd軸電流指令値およびq軸電流指令値と、前記出力電流を前記交流電源の電圧の位相を用いて座標変換したd軸電流値およびq軸電流値との偏差に基づいて電圧指令値を生成し、かつ、
前記電圧指令値に基づいて前記インバータの制御信号を生成するように構成される、無停電電源装置。An uninterruptible power supply,
First and second terminals connected to an AC power supply;
A third terminal connected to the power storage device;
A fourth terminal;
A converter configured to convert AC power supplied from the AC power supply via the first terminal to DC power;
An inverter configured to convert DC power generated by the converter or DC power of the power storage device to AC power,
A first switch connected between an output node of the inverter and the fourth terminal;
A second switch connected between the second terminal and the fourth terminal;
When performing an electrical test of the uninterruptible power supply in a state where no load is connected to the fourth terminal, the first and second switches are turned on, and the output current of the inverter is changed according to a current command value. A control device configured to control,
The control device includes:
A d-axis current command value and a q-axis current command value obtained by performing coordinate conversion on the current command value using a predetermined power factor, and a d-axis current value obtained by performing a coordinate conversion on the output current using a phase of a voltage of the AC power supply. A voltage command value is generated based on a deviation from the q-axis current value, and
An uninterruptible power supply configured to generate a control signal for the inverter based on the voltage command value.
前記無停電電源装置は、
交流電源に接続される第1および第2の端子と、
蓄電装置に接続される第3の端子と、
第4の端子と、
前記交流電源から前記第1の端子を介して供給される交流電力を直流電力に変換するように構成されたコンバータと、
前記コンバータによって生成された直流電力または前記蓄電装置の直流電力を交流電力に変換するように構成されたインバータと、
前記インバータの出力ノードと前記第4の端子との間に接続される第1のスイッチと、
前記第2の端子と前記第4の端子との間に接続される第2のスイッチとを含み、
前記第4の端子に前記負荷が接続されていない状態で前記無停電電源装置の電気試験を行なう場合において、前記試験方法は、
前記第1および第2のスイッチをオンするステップと、
電流指令値を所定の力率を用いて座標変換したd軸電流指令値およびq軸電流指令値と、前記インバータの出力電流を前記交流電源の電圧の位相を用いて座標変換したd軸電流値およびq軸電流値との偏差に基づいて、電圧指令値を生成するステップと、
前記電圧指令値に基づいて前記インバータの制御信号を生成するステップとを備える、無停電電源装置の試験方法。An uninterruptible power supply test method,
The uninterruptible power supply,
First and second terminals connected to an AC power supply;
A third terminal connected to the power storage device;
A fourth terminal;
A converter configured to convert AC power supplied from the AC power supply via the first terminal to DC power;
An inverter configured to convert DC power generated by the converter or DC power of the power storage device to AC power,
A first switch connected between an output node of the inverter and the fourth terminal;
A second switch connected between the second terminal and the fourth terminal,
When performing an electric test of the uninterruptible power supply in a state where the load is not connected to the fourth terminal, the test method includes:
Turning on the first and second switches;
A d-axis current command value and a q-axis current command value obtained by performing coordinate conversion on a current command value using a predetermined power factor, and a d-axis current value obtained by performing coordinate conversion on the output current of the inverter using the phase of the voltage of the AC power supply. And generating a voltage command value based on a deviation from the q-axis current value.
Generating a control signal for the inverter based on the voltage command value.
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