WO2016051466A1

WO2016051466A1 - 無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法

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Publication number: WO2016051466A1
Application number: PCT/JP2014/075902
Authority: WO
Inventors: 良平宮川; 智道伊藤; 智教市川
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2014-09-29
Publication date: 2016-04-07

Abstract

無停電電源装置（２）の異常発生時と復電時の切り換えにおいて、差電圧による突入電流を抑制する。無停電電源装置（２）は、商用電源（１）を直流に変換するコンバータ（４１）と、直流ノードに印加された直流電圧を平滑化する直流コンデンサ（Ｃ４）と、ＤＣ－ＤＣコンバータ（４２）と、直流を交流に変換するインバータ（４３）と、連系スイッチ（２１）と、フィルタ回路（３）と、フィルタ回路（３）のコンデンサの正極と蓄電池の正極との間を開閉する切換スイッチ（ＳＷ１）と、制御回路（８）とを備える。商用電源（１）の異常発生時に、制御回路（８）は、連系スイッチ（２１）で商用電源（１）と解列し、フィルタ回路（３）のコンデンサの電圧を蓄電池（７０）の電圧に近づけるように充放電した後に、切換スイッチ（ＳＷ１）を閉じて蓄電池（７０）の電力をコンバータ（４１）に供給して少なくとも一相分のアームに昇圧チョッパ動作を行わせる。

Description

無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法

　本発明は、無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法に関する。

　無停電電源装置は、商用電源の異常時に安定した電圧源として負荷に電力を供給するためのものである。すなわち、商用電源に異常が発生した場合、コンバータを即座に停止して、この商用電源に代わって蓄電池から負荷に電力を供給する。商用電源が正常の場合、異常時に備えて蓄電池を充電する。この蓄電池に関する充電回路および放電回路の構成は様々である。

　従来の無停電電源装置は、整流した直流電圧部に蓄電池を接続している。このように接続するためには、多数の蓄電池を直列に接続する必要がある。また、蓄電池の電圧は、満充電時と放電終止時で差が大きい。そのため、従来の無停電電源装置では、蓄電池の電圧変動に対応可能とするため、大きな定格電圧を有するスイッチング素子を選定する必要があった。

　最近の無停電電源装置は、ＤＣ－ＤＣコンバータを介して蓄電池に直流電圧を供給する構成が多くなってきた。この構成において蓄電池は、ＤＣ－ＤＣコンバータで降圧した直流電圧によって充電される。これにより、スイッチング素子に印加される電圧は、より狭い範囲となるため、定格電圧の制限が緩和される。
　このような無停電電源装置の商用電源異常時の蓄電池の放電運転には、大別して以下の二通りの方法が存在する。

　第１の方法は、ＤＣ－ＤＣコンバータを充電と放電の双方向ＤＣ－ＤＣコンバータ回路として構成し、商用電源異常時には、このＤＣ－ＤＣコンバータを昇圧チョッパのスイッチング回路として動作させる方法である。
　第２の方法は、コンバータの入力接続先を蓄電池または商用電源に切り換え可能として構成し、商用電源異常時には、このコンバータを昇圧チョッパのスイッチング回路として動作させる方法である。第２の方法は、ハーフブリッジ変換器またはフルブリッジ変換器を使用した無停電電源装置で採用されている。
　第１の方法では、ＤＣ－ＤＣコンバータを昇圧チョッパのスイッチング回路として動作させる。そのため、ＤＣ－ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子は、負荷を駆動可能な大容量のものでなければならず、大型で価格が高いものとなる。これに対して第２の方法は、コンバータを昇圧チョッパのスイッチング回路として動作させる方法である。コンバータは、当初から負荷を駆動可能な大容量のスイッチング素子が使用されている。よって、ＤＣ－ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子は小容量のものでよく、小型で低価格なものが使用可能となる。

　第２の方法の例としては、特許文献１に記載の発明がある。特許文献１の要約の課題には、「商用電源異常時にＤＣ－ＤＣコンバータに流れる放電電流を低減し、無停電電源装置を低コスト・小型化する。」と記載され、解決手段には、「通常蓄電池を充電するＤＣ－ＤＣコンバータ５は、商用電源異常時に蓄電池７を昇圧して放電しインバータ３へ直流電力を供給する。商用電源正常時に交流を直流に変換するコンバータ２を、商用電源１に異常が発生した場合にコンバータ動作を停止し、切換器１３はコンバータ２と蓄電池７を接続した状態にする。この状態で、コンバータ２のスイッチング素子２２がＤＣ－ＤＣコンバータ５と同様の動作をすることにより、蓄電池７よりインバータ３への電力供給を可能とする。この手段により、商用電源異常時に動作するＤＣ－ＤＣコンバータが複数構成になり、ＤＣ－ＤＣコンバータ５に流れる電流は低減し、使用するスイッチング素子２１，２２の低価格化や員数低減が可能であり、ＤＣ－ＤＣコンバータ用リアクトルの小型化が可能となる。」と記載されている。

特開２００９－１３１１２２号公報

　無停電電源装置のコンバータの前段には、交流ラインの各相間の高周波成分を除去するＬＣで構成されたフィルタ回路が設けられる。インバータとコンバータの直流部分と筐体との間の浮遊容量と、インバータまたはコンバータの半導体スイッチの高周波スイッチングとにより、交流ラインと直流ラインとの間に漏れ電流が流れる。この漏れ電流を抑制するために、フィルタ回路のコンデンサは、一端が直流ラインの負極側に接続される。

　このような無停電電源装置に第２の方法を適用し、商用電源異常時にコンバータの入力を商用電源側から蓄電池側に切換えた場合、商用電源で充電していたフィルタ回路のコンデンサと、直流電圧の蓄電池電圧の差の電圧により、突入電流が流れるおそれがある。
　商用電源の復電時にコンバータの入力を蓄電池側から商用電源側に切換えた場合、直流電圧で充電されたフィルタ回路のコンデンサ電圧と商用電源電圧との差の電圧により、突入電流が流れる。この突入電流によって、フィルタコンデンサや蓄電池が寿命低下し、または破損するおそれがある。また、商用電源に対して電圧変動などの影響を与えるおそれがある。
　そこで、本発明は、商用電源異常時と復電時の切り換えにおいて、差電圧によって発生する突入電流を抑制することが可能な無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法を提供することを課題とする。

　前記した課題を解決するため、第１の発明では、商用電源を直流に変換して直流ノードに出力するコンバータと、前記直流ノードに印加された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータで変換された直流電圧を降圧して蓄電池を充電すると共に、前記商用電源が異常状態ならば前記蓄電池の電力を昇圧して前記直流ノードに直流電力を供給するＤＣ－ＤＣコンバータと、前記平滑コンデンサで平滑された直流電圧を交流電圧に変換し、負荷に電力を供給するインバータと、前記商用電源と前記コンバータとを連系する連系スイッチと、前記直流ノードの負極側に一端が接続されたコンデンサおよびリアクトルを含んで構成され、前記コンバータの前記商用電源側に接続されるフィルタ回路と、前記フィルタ回路のコンデンサの商用電源側の端子と前記蓄電池の正極との間を開閉する切換スイッチと、前記商用電源が正常状態から異常状態に遷移した際に、前記連系スイッチで前記商用電源と前記コンバータとを解列し、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧を前記蓄電池の電圧に近づけるように充放電した後に、前記切換スイッチを閉じて前記蓄電池の電力を前記コンバータに供給し、前記コンバータの少なくとも一相分のアームに昇圧チョッパ動作を行わせる制御手段と、を備えることを特徴とする無停電電源装置とした。

　第２の発明では、商用電源を直流に変換して直流ノードに出力するコンバータと、前記直流ノードに印加された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータで変換された直流電圧を降圧して蓄電池を充電すると共に、前記商用電源が異常状態ならば前記蓄電池の電力を昇圧して前記直流ノードに直流電力を供給するＤＣ－ＤＣコンバータと、前記平滑コンデンサで平滑された直流電圧を交流電圧に変換し、負荷に電力を供給するインバータと、前記商用電源と前記コンバータとを連系する連系スイッチと、前記直流ノードの負極側に一端が接続されたコンデンサおよびリアクトルを含んで構成され、前記コンバータの前記商用電源側に接続されるフィルタ回路と、前記フィルタ回路のコンデンサの前記商用電源側の端子と前記蓄電池の正極との間を開閉する切換スイッチと、制御手段と、を備える無停電電源装置の制御方法である。前記制御手段は、前記商用電源が正常状態から異常状態に遷移したことを検知したならば、前記コンバータを停止するステップと、前記連系スイッチを解放して前記商用電源と前記コンバータとを解列した後に再度上記コンバータの少なくとも１相をスイッチングするステップと、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧を前記蓄電池の電圧に近づけるように充放電するステップと、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧が前記蓄電池の電圧に近づいたならば、前記切換スイッチを閉じた後、前記コンバータの少なくとも一相分のアームに昇圧チョッパ動作を行わせるステップとを実行する。
　その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。

　本発明によれば、商用電源異常時と復電時の切り換えにおいて、差電圧によって発生する突入電流を抑制することが可能な無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法を提供することができる。

第１の実施形態における無停電電源装置を示す概略の回路図である。商用電源異常時直前のフィルタコンデンサの電圧と蓄電池の電圧の波形図である。商用電源異常から正常に復電した直後の商用電源の電圧とフィルタコンデンサの電圧の波形図である。第１の実施形態における商用電源異常から正常に復電するまでの各部のタイムチャートである。第１の実施形態における商用電源異常後のコンバータの電圧制御処理を示すフローチャートである。第１の実施形態における復電処理を示すフローチャートである。第２の実施形態における商用電源異常から正常に復電するまでの各部のタイムチャートである。第２の実施形態における復電処理を示すフローチャートである。

　以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
　図１は、第１の実施形態における無停電電源装置２を示す概略の回路図である。
　無停電電源装置２は、連系スイッチ２１と、フィルタ回路３と、コンバータ４１と、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２と、直流コンデンサＣ４と、インバータ４３と、フィルタ回路５とを含んで構成される。更に無停電電源装置２は、リアクトルＬ７と、蓄電池７０と、電圧センサ６１～６３と、切換スイッチＳＷ１と、初充電スイッチ２２と、初充電抵抗Ｒ１～Ｒ３とを含んで構成される。この無停電電源装置２は、商用電源１から負荷９に電力を供給し、商用電源１の異常時には蓄電池７０から負荷９に電力を供給する。

　連系スイッチ２１は、商用電源１とフィルタ回路３との間に接続されて、商用電源１をコンバータ４１と連系させるか否かを切り換える。
　初充電スイッチ２２は、初充電抵抗Ｒ１～Ｒ３を介して商用電源１とフィルタ回路３との間に接続されて、後記するフィルタコンデンサＣ１～Ｃ３を初充電するか否かを切り換える。この初充電スイッチ２２と初充電抵抗Ｒ１～Ｒ３とは、連系スイッチ２１と並列に接続される。
　フィルタ回路３は、Ｕ相に接続されたリアクトルＬ１，Ｌ４と、Ｖ相に接続されたリアクトルＬ２，Ｌ５と、Ｗ相に接続されたリアクトルＬ３，Ｌ６と、フィルタコンデンサＣ１～Ｃ３を含んで構成される。フィルタ回路３は、コンバータ４１の商用電源１側に接続される。
　フィルタコンデンサＣ１は、リアクトルＬ１，Ｌ４の接続ノードと直流ノードＮ（負極）との間に接続される。フィルタコンデンサＣ２は、リアクトルＬ２，Ｌ５の接続ノードと直流ノードＮ（負極）との間に接続される。フィルタコンデンサＣ３は、リアクトルＬ３，Ｌ６の接続ノードと、直流ノードＮ（負極）との間に接続される。
　フィルタ回路３は、コンバータ４１から発生する高調波を除去する。また無停電電源装置２がコンバータ４１またはインバータ４３のスイッチング素子Ｑ１～Ｑ１４を高周波スイッチングすると、コンバータ４１とインバータ４３の直流部分と筐体との間の浮遊容量により、交流ラインと直流ラインとの間に漏れ電流が流れる。フィルタコンデンサＣ１～Ｃ３は、この漏れ電流を抑制する。

　コンバータ４１は、Ｕ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、Ｖ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４と、Ｗ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６とを含んで構成される。商用電源１が正常な場合、コンバータ４１は、商用電源１の交流を直流に変換して直流ノードＰ，Ｎ間に出力する。コンバータ４１は、交流を直流に変換する動作と、直流を昇圧する動作と、フィルタコンデンサＣ１～Ｃ３の電圧を調整する動作とが可能である。
　商用電源１の三相交流のＵ相は、連系スイッチ２１と、リアクトルＬ１，Ｌ４を介して、コンバータ４１のＵ相アームのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の接続中点に接続される。Ｕ相アームのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、直流ノードＰと直流ノードＮとの間に接続される。
　商用電源１の三相交流のＶ相は、連系スイッチ２１と、リアクトルＬ２，Ｌ５を介して、コンバータ４１のＶ相アームのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の接続中点に接続される。Ｖ相アームのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４は、直流ノードＰと直流ノードＮとの間に接続される。
　商用電源１の三相交流のＷ相は、連系スイッチ２１と、リアクトルＬ３，Ｌ６を介して、コンバータ４１のＷ相アームのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の接続中点に接続される。Ｗ相アームのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６は、直流ノードＰと直流ノードＮとの間に接続される。
　これらのスイッチング素子Ｑ１～Ｑ６は、制御回路８からの信号によって駆動される。

　直流ノードＰと直流ノードＮとの間には更に、直流コンデンサＣ４が接続される。直流コンデンサＣ４は、直流ノードＰと直流ノードＮとの間に印加される電圧を平滑化する。この直流コンデンサＣ４の直流電圧は、蓄電池７０の電圧よりも高い電圧を維持する。
　直流ノードＰと直流ノードＮとの間には更に、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２と、インバータ４３を構成する各アームが接続される。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は、スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８を含んで構成される。スイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の接続中点は、直流リアクトルＬ７と直流スイッチＳＷ２とを介して蓄電池７０の正極に接続される。直流ノードＮは、蓄電池７０の負極に接続される。これらのスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８も、制御回路８からの信号によって駆動される。
　ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は、直流ノードＰと直流ノードＮとの間の電圧を降圧して蓄電池７０を充電する動作と、蓄電池７０の電圧を昇圧して直流ノードＰと直流ノードＮとの間に供給（放電）する動作とが可能である。商用電源１が正常な場合、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は、コンバータ４１で変換された直流電圧を降圧して蓄電池７０を充電する。商用電源１が異常な場合、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は、蓄電池７０の電力を昇圧して直流ノードＰ，Ｎ間に直流電力を供給する

　インバータ４３は、Ｒ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０と、Ｓ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２と、Ｔ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４とを含んで構成される。インバータ４３は、直流を交流に変換する動作が可能である。インバータ４３は、直流コンデンサＣ４で平滑化された直流電圧を交流電圧に変換し、負荷９に電力を供給する。
　Ｒ相アームのスイッチング素子Ｑ９，Ｑ１０の接続中点は、フィルタ回路５を介して負荷９のＲ相に接続される。Ｓ相アームのスイッチング素子Ｑ１１，Ｑ１２の接続中点は、フィルタ回路５を介して負荷９のＳ相に接続される。Ｔ相アームのスイッチング素子Ｑ１３，Ｑ１４の接続中点は、フィルタ回路５を介して負荷９のＴ相に接続される。
　これらのスイッチング素子Ｑ９～Ｑ１４も、制御回路８からの信号によって駆動される。
　スイッチング素子Ｑ１～Ｑ１４は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、これに限定されない。

　切換スイッチＳＷ１の一端は、リアクトルＬ１とリアクトルＬ４の接続中点、すなわちフィルタコンデンサＣ１の商用電源１側の端子に接続される。切換スイッチＳＷ１の他端は、蓄電池７０の正極に接続される。切換スイッチＳＷ１は、フィルタ回路３のフィルタコンデンサＣ１の商用電源１側の端子と蓄電池７０の正極との間を開閉する。
　初充電スイッチ２２と、連系スイッチ２１と、切換スイッチＳＷ１と、直流スイッチＳＷ２も、制御回路８からの信号によって駆動される。
　制御回路８（制御手段）は、この無停電電源装置２の各部を統括制御する。
　電圧センサ６１（第１のセンサ）は、フィルタ回路３内のフィルタコンデンサＣ１の電圧を検出する。電圧センサ６２（第２のセンサ）は、蓄電池７０の電圧を検出する。
　制御回路８は、電圧センサ６１が検知したフィルタコンデンサ電圧Ｖｃと電圧センサ６２が検知した蓄電池電圧Ｖｂとの差により、フィルタ回路３のフィルタコンデンサＣ１の電圧が蓄電池７０の電圧に近づいたことを判断する。
　電圧センサ６３（第３のセンサ）は、商用電源１のＵ相とＶ相との間の電圧を検出する。制御回路８は、電圧センサ６３により、商用電源１が異常であるか否かを判断する。

　以上の構成を有する無停電電源装置２の起動時において、直流コンデンサＣ４およびフィルタコンデンサＣ１～Ｃ３への突入電流の防止のため、制御回路８は、初充電スイッチ２２を閉じて直流コンデンサＣ４およびフィルタコンデンサＣ１～Ｃ３を充電する。直流コンデンサＣ４およびフィルタコンデンサＣ１～Ｃ３を充電したならば、制御回路８は、連系スイッチ２１を閉じると共に初充電スイッチ２２を開く。これにより、コンバータ４１は、連系スイッチ２１とフィルタ回路３とを介して、商用電源１に接続される。
　商用電源１が正常な場合、コンバータ４１は、商用電源１の交流を直流に変換し、インバータ４３は直流を交流に逆変換し、フィルタ回路５を介して負荷９に電力を供給する。ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は降圧チョッパ回路として動作し、直流リアクトルＬ７を介して蓄電池７０を充電する。

　商用電源１が異常な場合、一旦コンバータ４１は停止し、充放電用のＤＣ－ＤＣコンバータ４２が昇圧チョッパ回路として動作する。これにより、蓄電池７０からインバータ４３に直流電力を供給することができる。
　制御回路８は更に、連系スイッチ２１を開放し、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃが蓄電池電圧Ｖｂに近づくように、コンバータ４１による電圧制御運転を行う。フィルタコンデンサ電圧Ｖｃと蓄電池電圧Ｖｂとの差電圧が所定値以下になったならば、制御回路８は、切換スイッチＳＷ１を閉じて、コンバータ４１のＵ相アームのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を制御して、昇圧チョッパ回路として動作させる。これにより、蓄電池７０からインバータ４３に直流電力を供給することができる。コンバータ４１のＵ相アームが昇圧チョッパ動作するので、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２に流れる電流は低減する。これにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２を構成するスイッチング素子Ｑ７，Ｑ８の低価格化や個数低減が可能であり、リアクトルＬ７の小型化が可能となる。

　商用電源１が異常状態から正常状態に復電した場合、一旦コンバータ４１は停止する。切換スイッチＳＷ１は開き、初充電スイッチ２２は閉じる。これにより、初充電抵抗Ｒ１～Ｒ３を介してフィルタコンデンサＣ１～Ｃ３の電圧を、商用電源１の電圧と同期させることができる。
　制御回路８は、連系スイッチ２１を閉じ、初充電スイッチ２２を開く。コンバータ４１は、連系スイッチ２１とリアクトルＬ１～Ｌ３とリアクトルＬ４～Ｌ６とを介して商用電源１に接続する。
　コンバータ４１は、商用電源１の交流を直流に変換する。この直流はさらにインバータ４３で交流に逆変換され、フィルタ回路５を介して負荷９に電力を供給する。

　以下、第１の実施形態の無停電電源装置２の動作を、適宜図１を参照し、図２から図６を用いて詳細に説明する。
　図２は、商用電源１の異常時直前のフィルタコンデンサ電圧Ｖｃと蓄電池電圧Ｖｂの波形図である。図２において、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃは、実線で示している。蓄電池電圧Ｖｂは、一点鎖線で示している。
　フィルタコンデンサ電圧Ｖｃは、商用電源電圧Ｖａｃと連系しているので、略正弦波状の波形である。これに対して蓄電池電圧Ｖｂは、所定電圧を保つ。
　商用電源１（図１参照）に異常が発生した場合、制御回路８が連系スイッチ２１をオフし、コンバータ４１を停止させ、切換スイッチＳＷ１を投入（オン）する。切換スイッチＳＷ１を投入（オン）したときには、フィルタ回路３のフィルタコンデンサＣ１と蓄電池７０との間の差電圧が所定値以上であると、突入電流が流れる。
　例えば時刻Ｔ１，Ｔ３，Ｔ５において商用電源１に異常が発生し、切換スイッチＳＷ１を投入したならば、蓄電池電圧Ｖｂとフィルタコンデンサ電圧Ｖｃとの差電圧により、フィルタコンデンサＣ１から蓄電池７０へ突入電流が流れる。
　例えば時刻Ｔ２，Ｔ４において商用電源１に異常が発生し、切換スイッチＳＷ１を投入したならば、蓄電池電圧Ｖｂとフィルタコンデンサ電圧Ｖｃとの差電圧により、蓄電池７０からフィルタコンデンサＣ１へ突入電流が流れる。
　第１の実施形態では、後記する図５に示した電圧制御処理により、突入電流を抑制している。

　図３は、商用電源１の異常から正常に復電した直後の商用電源電圧Ｖａｃとフィルタコンデンサ電圧Ｖｃの波形図である。図３において、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃは、実線で示している。商用電源電圧Ｖａｃは、破線で示している。
　フィルタコンデンサ電圧Ｖｃは、蓄電池電圧Ｖｂを保つ。これに対して商用電源電圧Ｖａｃは、略正弦波状の波形である。例えば、時刻Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８，Ｔ９，Ｔ１０において、切換スイッチＳＷ１を開いて連系スイッチ２１を閉じたならば、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃと商用電源電圧Ｖａｃとの間の差電圧により、突入電流が流れるおそれがある。
　第１の実施形態では、後記する図６に示した同期処理により、突入電流を抑制している。

　図４は、本実施形態における商用電源１の異常から正常に復電するまでの各部のタイムチャートである。このタイムチャートは、商用電源１の状態と、連系スイッチ２１のオンオフと、初充電スイッチ２２のオンオフと、切換スイッチＳＷ１のオンオフと、コンバータ４１の駆動状態と、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２の駆動状態と、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃ（実線）と蓄電池電圧Ｖｂ（一点鎖線）とを示している。

（商用電源１に異常が発生したときの電圧制御処理）
　時刻Ｔ１１以前において、商用電源１は、正常状態である。このとき連系スイッチ２１はオンしており、商用電源１とコンバータ４１とを連系している。コンバータ４１は、交流／直流変換動作を実施している。これにより、インバータ４３は直流を交流に逆変換し、フィルタ回路５を介して負荷９に電力を供給することができる。ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は、降圧チョッパ動作を行い、直流リアクトルＬ７を介して蓄電池７０を充電する。フィルタコンデンサ電圧Ｖｃは、略正弦波状である。
　時刻Ｔ１１において、商用電源１に異常が発生する。このとき、連系スイッチ２１はオフする。コンバータ４１は、いったん動作を停止する。ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は、昇圧チョッパ動作に切り替わり、蓄電池７０からインバータ４３に直流電力を供給する。フィルタコンデンサ電圧Ｖｃは、蓄電池電圧Ｖｂよりも高い電圧を保つ。

　時刻Ｔ１２において、コンバータ４１は電圧制御運転を開始し、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃを蓄電池電圧Ｖｂに近づける。具体的には、スイッチング素子Ｑ２を所定時間だけオンして、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃを次第に減少させる。コンバータ４１のスイッチング素子Ｑ２のオン時間は、フィルタコンデンサＣ１の容量と、リアクトルＬ４の抵抗成分によって算出可能である。
　時刻Ｔ１３において、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃを蓄電池電圧Ｖｂに十分に近づく。コンバータ４１は動作を停止する。
　時刻Ｔ１４において、切換スイッチＳＷ１がオンする。コンバータ４１は、Ｕ相アームによる昇圧動作に切り替わる。これにより、無停電電源装置２は、蓄電池７０から負荷９に十分な電力を供給できる。時刻Ｔ１４以降、商用電源１が復電するまで、この状態を継続する。
　時刻Ｔ１１～Ｔ１４における電圧制御処理は、後記する図５で詳細に説明する。

（商用電源１が異常時から正常時に復電したときの同期動作）
　時刻Ｔ２１において、商用電源１が異常状態から正常状態に遷移する。これにより、切換スイッチＳＷ１はオフし、コンバータ４１は、いったん動作を停止する。
　時刻Ｔ２２において、コンバータ４１のＵ相アームが同期運転を開始する。これにより、フィルタコンデンサＣ１～Ｃ３の電圧は、商用電源１の電圧に同期する。これ以降フィルタコンデンサ電圧Ｖｃは、略正弦波状となる。
　時刻Ｔ２３において、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃの位相と振幅とが商用電源電圧Ｖａｃに十分に近づく。連系スイッチ２１が投入されて、コンバータ４１は商用電源１に連系する。コンバータ４１は、交流／直流変換動作を実施する。ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は、降圧チョッパ動作を行い、直流リアクトルＬ７を介して蓄電池７０を充電する。時刻Ｔ２３以降、商用電源１に異常が発生するまで、この状態を継続する。
　時刻Ｔ２１～Ｔ２３における同期処理は、後記する図６で詳細に説明する。

　図５は、商用電源１の異常後のコンバータ４１による電圧制御処理を示すフローチャートである。
　商用電源１が正常な場合、制御回路８は、コンバータ４１に交流／直流変換動作を実施させ、インバータ４３に直流／交流逆変換動作を実施させ、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２に降圧チョッパ動作を実施させる。このとき、制御回路８は、以下の処理を行う。
　ステップＳ１０において、制御回路８は、商用電源１の異常を検出したか否かを判断する。制御回路８は、商用電源１の異常を検出したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１の処理に進み、商用電源１の異常を検出しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ１０の処理に戻る。

　ステップＳ１１において、制御回路８は、コンバータ４１を停止させる。
　ステップＳ１２において、制御回路８は、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２を昇圧チョッパ回路として運転し、昇圧チョッパ回路として動作させる。
　ステップＳ１３において、制御回路８は、連系スイッチ２１をオフする。これにより、商用電源１とコンバータ４１とは、解列する。
　ステップＳ１４において、制御回路８は、蓄電池電圧Ｖｂからフィルタコンデンサ電圧Ｖｃを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路８は、この差電圧が設定電圧を超えているならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１５の処理に進み、この差電圧が設定電圧を超えていないならば（Ｎｏ）、ステップＳ１６の処理に進む。

　ステップＳ１５において、制御回路８は、コンバータ４１のＵ相上アームのスイッチング素子Ｑ１をオンする。これにより、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃは増加して、蓄電池電圧Ｖｂに近づく。ステップＳ１５の処理が終了すると、ステップＳ１４の処理に戻る。
　ステップＳ１６において、制御回路８は、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃから蓄電池電圧Ｖｂを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路８は、この差電圧が設定電圧を超えているならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１７の処理に進み、この差電圧が設定電圧を超えていないならば（Ｎｏ）、ステップＳ２０の処理に進む。ステップＳ２０の処理に進むのは、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃと蓄電池電圧Ｖｂと差電圧の絶対値が、設定電圧以下におさまる場合である。

　ステップＳ１７において、制御回路８は、コンバータ４１のＵ相下アームのスイッチング素子Ｑ２をオンする。これにより、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃは減少して、蓄電池電圧Ｖｂに近づく。
　ステップＳ１８において、制御回路８は、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃから蓄電池電圧Ｖｂを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路８は、この差電圧が設定電圧を超えているならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１６の処理に戻り、この差電圧が設定電圧を超えていないならば（Ｎｏ）、ステップＳ１９の処理に進む。
　ステップＳ１９において、制御回路８は、蓄電池電圧Ｖｂからフィルタコンデンサ電圧Ｖｃを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路８は、この差電圧が設定電圧を超えているならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１４の処理に戻り、この差電圧が設定電圧を超えていないならば（Ｎｏ）、ステップＳ２０の処理に進む。ステップＳ２０の処理に進むのは、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃと蓄電池電圧Ｖｂと差電圧の絶対値が、設定電圧以下におさまる場合である。

　ステップＳ２０において、制御回路８は、コンバータ４１のＵ相上アームのスイッチング素子Ｑ１と、Ｕ相下アームのスイッチング素子Ｑ２とをオフする。
　ステップＳ２１において、制御回路８は、切換スイッチＳＷ１をオンし、図５の処理を終了する。

　制御回路８は、商用電源１の異常時の切り換えにおいて、コンバータ４１を停止し、連系スイッチ２１で商用電源１とコンバータ４１とを解列した後に再度コンバータ４１のＵ相をスイッチングして、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃを調整して蓄電池電圧Ｖｂに十分に近づけた後に、切換スイッチＳＷ１をオンしている。制御回路８は、コンバータ４１のＵ相アームを構成するスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のいずれかをオンオフすることにより、フィルタコンデンサＣ１を充放電し、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃを調整して蓄電池電圧Ｖｂに近づける。よって、無停電電源装置２は、差電圧によって発生する突入電流を抑制できる。

　図６は、第１の実施形態における復電処理（同期処理）を示すフローチャートである。
　商用電源１が異常な場合、制御回路８は、コンバータ４１のＵ相アームに昇圧チョッパ回路として動作させ、インバータ４３に直流／交流の逆変換動作を実施させ、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２に昇圧チョッパ回路として動作させる。このとき、制御回路８は、以下の処理を行う。

　ステップＳ３０において、制御回路８は、商用電源１の復電を検出したか否かを判断する。制御回路８は、商用電源１の復電を検出したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ３１の処理に進み、商用電源１の復電を検出しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ３０の処理に戻る。

　ステップＳ３１において、制御回路８は、一旦コンバータ４１を停止させる。
　ステップＳ３２において、制御回路８は、切換スイッチＳＷ１をオフする。
　ステップＳ３３において、制御回路８は、商用電源電圧Ｖａｃとフィルタコンデンサ電圧Ｖｃとが同期しているか否かを判断する。制御回路８は、商用電源電圧Ｖａｃとフィルタコンデンサ電圧Ｖｃとが同期していたならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ３５の処理に進み、同期してなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ３４の処理に進む。フィルタコンデンサ電圧Ｖｃと商用電源電圧Ｖａｃとの同期判定は、位相および振幅が近づいたか否かによって行う。

　ステップＳ３４において、制御回路８は、コンバータ４１の各相アームを制御して、フィルタコンデンサＣ１～Ｃ３の電圧を商用電源１の電圧と同期させるように運転する。ステップＳ３４の処理が終了すると、ステップＳ３３の処理に戻る。
　ステップＳ３５において、制御回路８は、連系スイッチ２１をオン（投入）する。これにより、商用電源１とコンバータ４１とは連系する。このとき、商用電源電圧Ｖａｃとフィルタコンデンサ電圧Ｖｃとは同期しているので、突入電流は流れない。

　ステップＳ３６において、制御回路８は、コンバータ４１に交流／直流変換運転を実施させる。これにより、インバータ４３は、直流／交流の逆変換を実施し、フィルタ回路５を介して負荷９に電力を供給することができる。
　ステップＳ３７において、制御回路８は、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２に降圧チョッパ運転させる。これにより、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は、蓄電池７０を充電する。
　ステップＳ３７の処理が終了すると、制御回路８は、図６の処理を終了する。

　制御回路８は、商用電源１の復電時の切り換えにおいて、切換スイッチＳＷ１を開放（オフ）し、コンバータ４１の各相アームを制御してフィルタコンデンサ電圧Ｖｃを商用電源電圧Ｖａｃに十分に同期させた後に、連系スイッチ２１を投入している。よって、無停電電源装置２は、商用電源１とコンバータ４１とを連系させる際、差電圧によって発生する突入電流を抑制できる。

（第２の実施形態）
　第２の実施形態の無停電電源装置２について、図７と図８と用いて、適宜図１から図６を参照して説明する。第２の実施形態の無停電電源装置２の構成は、図１に示す第１実施形態と同様であるため省略する。商用電源１の異常状態から正常状態に復電するまでの動作についても、図４と図５に示す第１の実施形態と同じであるため省略する。
　第２の実施形態の無停電電源装置２は、復電の際に初充電スイッチ２２を投入する点が、第１の実施形態とは異なる。

　図７は、第２の実施形態における商用電源１の異常から正常に復電するまでの各部のタイムチャートである。このタイムチャートは、商用電源１の状態と、連系スイッチ２１のオンオフと、初充電スイッチ２２のオンオフと、切換スイッチＳＷ１のオンオフと、コンバータ４１の駆動状態と、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２の駆動状態と、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃ（実線）と蓄電池電圧Ｖｂ（一点鎖線）とを示している。

　時刻Ｔ１１～Ｔ１４における商用電源１に異常が発生したときの電圧制御処理は、第１の実施形態と同様である。

（商用電源１が異常時から正常時に復電したときの初充電動作）
　時刻Ｔ３１において、商用電源１が異常状態から正常状態に遷移する。これにより、切換スイッチＳＷ１はオフし、コンバータ４１は、いったん動作を停止する。
　時刻Ｔ３２において、初充電スイッチ２２が投入される。これにより、初充電抵抗Ｒ１～Ｒ３を介してフィルタコンデンサＣ１～Ｃ３が充電されて、商用電源１に同期する。このときフィルタコンデンサ電圧Ｖｃは、略正弦波状である。
　時刻Ｔ３３において、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃの位相と振幅とが商用電源１に十分に近づく。連系スイッチ２１が投入されて、コンバータ４１は商用電源１に連系する。コンバータ４１は、交流／直流変換動作を実施する。ＤＣ－ＤＣコンバータ４２は、降圧チョッパ動作を行い、直流リアクトルＬ７を介して蓄電池７０を充電する。
　時刻Ｔ３４において、初充電スイッチ２２が開く。時刻Ｔ３４以降、商用電源１に異常が発生するまで、この状態を継続する。
　時刻Ｔ３１～Ｔ３４における初充電処理（復電処理）は、後記する図８で詳細に説明する。

　図８は、第２の実施形態における復電処理（初充電処理）を示すフローチャートである。図６に示す第１の実施形態の復電処理と同一の要素には、同一の符号を付与している。
　商用電源１が異常な場合、制御回路８は、コンバータ４１のＵ相に昇圧チョッパ回路として動作させ、インバータ４３に直流／交流の逆変換動作を実施させ、ＤＣ－ＤＣコンバータ４２に昇圧チョッパ回路として動作させる。このとき、制御回路８は、以下の処理を行う。

　ステップＳ３０～Ｓ３３の処理は、図６に示すステップＳ３０～Ｓ３３の各処理と同様である。

　ステップＳ３４Ａにおいて、制御回路８は、初充電スイッチ２２を投入する。これにより、初充電抵抗Ｒ１～Ｒ３を介してフィルタコンデンサＣ１～Ｃ３は、商用電源１と同期する。ステップＳ３４Ａの処理が終了すると、ステップＳ３３の処理に戻る。
　ステップＳ３５～Ｓ３７の処理は、図６に示すステップＳ３５～Ｓ３７の各処理と同様である。
　ステップＳ３８において、制御回路８は、初充電スイッチ２２をオフし、図８の処理を終了する。

　制御回路８は、商用電源１の復電時の切り換えにおいて、切換スイッチＳＷ１を開放し、初充電スイッチ２２を投入してフィルタコンデンサ電圧Ｖｃを商用電源電圧Ｖａｃに十分に同期させた後に、連系スイッチ２１を投入している。フィルタコンデンサ電圧Ｖｃと商用電源電圧Ｖａｃとの同期判定は、位相および振幅が近づいたか否かによって行う。よって、無停電電源装置２は、商用電源１とコンバータ４１とを連系させる際、差電圧によって発生する突入電流を抑制できる。

（変形例）
　本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
　上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
　各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

　本発明の変形例として、例えば、次の（ａ）～（ｄ）のようなものがある。
（ａ）　商用電源１は、３相交流に限られず、例えば２相交流またはそれ以外であってもよい。
（ｂ）　切換スイッチＳＷ１の接続先は、Ｕ相に限定されず、Ｖ相またはＷ相でもよい。
（ｃ）　商用電源１の異常時に駆動させるコンバータのアームは、１相に限定されず、２相以上であってもよい。
（ｄ）　第２実施形態の復電時の処理において、初充電スイッチ２２を投入したのち、所定時間が経過したならば、フィルタコンデンサ電圧Ｖｃと商用電源電圧Ｖａｃとが同期したと見なして、連系スイッチ２１を投入してもよい。

１　商用電源
２　無停電電源装置
２１　連系スイッチ
２２　初充電スイッチ
３　フィルタ回路
４１　コンバータ
４２　ＤＣ－ＤＣコンバータ
４３　インバータ
５　フィルタ回路
６１　電圧センサ　（第１のセンサ）
６２　電圧センサ　（第２のセンサ）
６３　電圧センサ　（第３のセンサ）
７０　蓄電池
８　制御回路　（制御手段）
９　負荷
Ｃ１～Ｃ３　フィルタコンデンサ
Ｃ４　直流コンデンサ
Ｌ１～Ｌ６　リアクトル
Ｌ７　直流リアクトル
Ｑ１～Ｑ１４　スイッチング素子
Ｒ１～Ｒ３　初充電抵抗
ＳＷ１　切換スイッチ
ＳＷ２　直流スイッチ
Ｖａｃ　商用電源電圧
Ｖｂ　蓄電池電圧
Ｖｃ　フィルタコンデンサ電圧

Claims

　商用電源を直流に変換して直流ノードに出力するコンバータと、
　前記直流ノードに印加された直流電圧を平滑化する直流コンデンサと、
　前記コンバータで変換された直流電圧を降圧して蓄電池を充電すると共に、前記商用電源が異常状態ならば前記蓄電池の電力を昇圧して前記直流ノードに直流電力を供給するＤＣ－ＤＣコンバータと、
　前記直流コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換し、負荷に電力を供給するインバータと、
　前記商用電源と前記コンバータとを連系する連系スイッチと、
　前記直流ノードの負極側に一端が接続されたコンデンサおよびリアクトルを含んで構成され、前記コンバータの前記商用電源側に接続されるフィルタ回路と、
　前記フィルタ回路のコンデンサの前記商用電源側の端子と前記蓄電池の正極との間を開閉する切換スイッチと、
　前記商用電源が正常状態から異常状態に遷移した際に、前記連系スイッチで前記商用電源と前記コンバータとを解列し、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧を前記蓄電池の電圧に近づけるように充放電した後に、前記切換スイッチを閉じて前記蓄電池の電力を前記コンバータに供給し、前記コンバータの少なくとも一相分のアームに昇圧チョッパ動作を行わせる制御手段と、
　を備えることを特徴とする無停電電源装置。
　前記フィルタ回路内のコンデンサの電圧を検出する第１のセンサと、
　前記蓄電池の電圧を検出する第２のセンサと、
　を備えており、
　前記制御手段は、前記第１のセンサが検知した電圧と前記第２のセンサが検知した電圧との差により、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧が前記蓄電池の電圧に近づいたことを判断する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
　前記商用電源の電圧を検出する第３のセンサを備えており、
　前記制御手段は、前記第３のセンサにより、前記商用電源の状態を判断する、
　ことを特徴とする請求項２に記載の無停電電源装置。
　前記制御手段は、
　前記コンバータのアームを構成するスイッチング素子をオンオフすることにより、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧を前記蓄電池の電圧に近づけるように充放電する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
　前記制御手段は、前記商用電源が異常状態から正常状態に復電したならば、前記蓄電池と前記フィルタ回路のコンデンサとを接続している前記切換スイッチを開放し、前記コンバータで前記フィルタ回路内のコンデンサ電圧を充放電させ、当該コンデンサの電圧が前記商用電源の位相および振幅に近づいたならば前記連系スイッチを投入して前記商用電源と前記コンバータとを連系する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
　前記商用電源と前記フィルタ回路とを抵抗器を介して接続する初充電回路を備えており、
　前記制御手段は、前記商用電源が異常状態から正常状態に復電したならば、前記蓄電池と前記フィルタ回路のコンデンサとを接続している前記切換スイッチを開放し、
　前記初充電回路により前記フィルタ回路のコンデンサを充放電し、当該コンデンサの電圧が前記商用電源の位相および振幅に近づいたならば前記連系スイッチを投入して前記商用電源と前記コンバータとを連系する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
　商用電源を直流に変換して直流ノードに出力するコンバータと、
　前記直流ノードに印加された直流電圧を平滑化する直流コンデンサと、
　前記コンバータで変換された直流電圧を降圧して蓄電池を充電すると共に、前記商用電源が異常状態ならば前記蓄電池の電力を昇圧して前記直流ノードに直流電力を供給するＤＣ－ＤＣコンバータと、
　前記直流コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換し、負荷に電力を供給するインバータと、
　前記商用電源と前記コンバータとを連系する連系スイッチと、
　前記直流ノードの負極側に一端が接続されたコンデンサおよびリアクトルを含んで構成され、前記コンバータの前記商用電源側に接続されるフィルタ回路と、
　前記フィルタ回路のコンデンサの前記商用電源側の端子と前記蓄電池の正極との間を開閉する切換スイッチと、
　制御手段と、
　を備えており、
　前記制御手段は、前記商用電源が正常状態から異常状態に遷移したことを検知したならば、前記コンバータを停止するステップと、
　前記連系スイッチを解放して前記商用電源と前記コンバータとを解列した後に再度上記コンバータの少なくとも１相をスイッチングするステップと、
　前記フィルタ回路のコンデンサの電圧を前記蓄電池の電圧に近づけるように充放電するステップと、
　前記フィルタ回路のコンデンサの電圧が前記蓄電池の電圧に近づいたならば、前記切換スイッチを閉じた後、前記コンバータの少なくとも一相分のアームに昇圧チョッパ動作を行わせるステップと、
　を実行することを特徴とする無停電電源装置の制御方法。
　前記制御手段は、前記商用電源が異常状態から正常状態に復電したならば、前記蓄電池と前記フィルタ回路のコンデンサとを接続している前記切換スイッチを開放するステップと、
　前記フィルタ回路内のコンデンサの電圧を前記商用電源の位相および振幅に近づけにように充放電するステップと、
　当該コンデンサの電圧が前記商用電源の位相および振幅に近づいたならば、前記商用電源と前記コンバータとを連系する前記連系スイッチを投入した後、前記コンバータを交流／直流変換モードで駆動するステップと、
　を実行することを特徴とする請求項７に記載の無停電電源装置の制御方法。