WO2024003991A1 - 無停電電源装置 - Google Patents

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WO2024003991A1
WO2024003991A1 PCT/JP2022/025595 JP2022025595W WO2024003991A1 WO 2024003991 A1 WO2024003991 A1 WO 2024003991A1 JP 2022025595 W JP2022025595 W JP 2022025595W WO 2024003991 A1 WO2024003991 A1 WO 2024003991A1
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voltage
power
power supply
reference voltage
converter
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PCT/JP2022/025595
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English (en)
French (fr)
Inventor
涼 村田
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東芝三菱電機産業システム株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems

Definitions

  • the present disclosure relates to an uninterruptible power supply, and particularly relates to an uninterruptible power supply that converts AC power supplied from an AC power source into DC power, converts the DC power into AC power, and supplies the AC power to a load.
  • Patent Document 1 discloses an uninterruptible power supply including a first power converter, a capacitor, a second power converter, a third power converter, and a control device. has been done.
  • the first power converter converts AC power supplied from the AC power source into DC power and supplies the DC power to the DC line when the AC power source is healthy.
  • the capacitor is connected to the DC line.
  • the second power converter supplies DC power supplied from the DC power source to the DC line during a power outage of the AC power source.
  • the third power converter converts the DC power received from the DC line into AC power and supplies it to the load.
  • the control device controls the first power converter so that the DC voltage of the DC line becomes the first reference voltage when the AC power supply is healthy, and when the AC power supply is out of order, the DC voltage of the DC line becomes the first reference voltage.
  • the second power converter is controlled to reach the reference voltage. Therefore, even in the event of a power outage of the AC power supply, operation of the load can be continued.
  • the main objective of the present disclosure is to provide an uninterruptible power supply that can prevent the DC voltage of a DC line from dropping below the lower limit voltage in the event of an AC power outage even when using a small capacitor. It is to be.
  • the uninterruptible power supply includes a first power converter, a capacitor, a second power converter, a third power converter, and a control device.
  • the first power converter converts AC power supplied from the AC power source into DC power and supplies the DC power to the DC line when the AC power source is healthy.
  • the capacitor is connected to the DC line.
  • the second power converter supplies DC power supplied from the DC power source to the DC line during a power outage of the AC power source.
  • the third power converter converts the DC power received from the DC line into AC power and supplies it to the load.
  • the control device controls the first power converter so that the DC voltage of the DC line becomes the first reference voltage when the AC power supply is healthy, and when the AC power supply is out of order, the DC voltage of the DC line becomes the first reference voltage.
  • the second power converter is controlled so that the DC voltage of the DC line becomes the first reference voltage.
  • the uninterruptible power supply at the time of a power outage of the AC power supply, after controlling the second power converter so that the DC voltage of the DC line becomes the second reference voltage higher than the first reference voltage, The second power converter is controlled so that the DC voltage of the DC line becomes the first reference voltage. Therefore, when a power outage occurs in the AC power supply, the DC output current of the second power converter can be increased more than usual, and even if a small capacitor is used, the DC voltage on the DC line will not drop below the lower limit voltage. can be prevented.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of an uninterruptible power supply according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • 2 is a time chart for explaining problems that occur when a small capacitor is used in a conventional uninterruptible power supply.
  • 2 is a block diagram showing the configuration of a portion of the control device shown in FIG. 1 related to control of a converter.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a control circuit shown in FIG. 3.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a portion of the control device shown in FIG. 1 related to control of a bidirectional chopper.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of a control circuit 32 shown in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a time chart showing the operation of the control circuit shown in FIG. 6.
  • FIG. 7 is another time chart showing the operation of the control circuit shown in FIG. 6.
  • FIG. 2 is a block diagram showing main parts of an uninterruptible power supply that is a comparative example of the first embodiment.
  • 10 is a time chart showing the operation of the control circuit shown in FIG. 9.
  • FIG. FIG. 2 is a circuit block diagram showing the configuration of an uninterruptible power supply according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of an uninterruptible power supply according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • this uninterruptible power supply includes an input terminal T1, a DC terminal T2, an output terminal T3, a converter 1, current detectors CD1 to CD3, DC lines L1 to L3, capacitors C1 to C4, a bidirectional chopper 2, and an inverter. 3, an operating section 4, and a control device 5.
  • the input terminal T1 receives an AC voltage VI from the commercial AC power supply 6.
  • the instantaneous value of the AC voltage VI is detected by the control device 5. Based on the instantaneous value of the AC voltage VI, it is determined whether a power outage has occurred or not.
  • the DC terminal T2 is connected to the battery 7 (DC power supply, power storage device). Battery 7 stores DC power. A capacitor may be connected instead of the battery 7. The instantaneous value of the DC voltage VB of the DC terminal T2 (that is, the inter-terminal voltage VB of the battery 7) is detected by the control device 5.
  • the output terminal T3 is connected to the load 8.
  • the load 8 is driven by AC power supplied from the uninterruptible power supply.
  • the instantaneous value of the alternating current voltage VO appearing at the output terminal T3 is detected by the control device 5.
  • this uninterruptible power supply receives three-phase AC voltage from a commercial AC power supply 6 and supplies the three-phase AC voltage to the load 8, but for simplicity of drawing and explanation, one-phase AC voltage is shown in FIG. Only the minute circuit is shown.
  • the converter 1 (first power converter) has an AC terminal 1a, a positive voltage terminal 1b, a neutral voltage terminal 1c, and a negative voltage terminal 1d.
  • the bidirectional chopper 2 (second power converter) has a DC terminal 2a, a positive voltage terminal 2b, a neutral voltage terminal 2c, and a negative voltage terminal 2d.
  • the inverter 3 (third power converter) has an AC terminal 3a, a positive voltage terminal 3b, a neutral voltage terminal 3c, and a negative voltage terminal 3d.
  • the AC terminal 1a of the converter 1 is connected to the input terminal T1.
  • the current detector CD1 detects the instantaneous value of the current Ii flowing between the input terminal T1 and the AC terminal 1a, and provides the control device 5 with a signal Iif indicating the detected value.
  • the DC terminal 2a of the bidirectional chopper 2 is connected to the DC terminal T2.
  • Current detector CD2 detects the instantaneous value of DC current IB flowing between DC terminal T2 and DC terminal 2a, and provides signal IBf indicating the detected value to control device 5.
  • the AC terminal 3a of the inverter 3 is connected to the output terminal T3.
  • Current detector CD3 detects the instantaneous value of current Io flowing between AC terminal 3a and output terminal T3, and provides control device 5 with signal Iof indicating the detected value.
  • One terminal of the DC lines L1 to L3 is connected to a positive voltage terminal 1b, a neutral voltage terminal 1c, and a negative voltage terminal 1d of the converter 1, respectively.
  • the other terminals of the DC lines L1 to L3 are connected to a positive voltage terminal 3b, a neutral voltage terminal 3c, and a negative voltage terminal 3d of the inverter 3, respectively.
  • the DC lines L1 and L3 are connected to the positive voltage terminal 2a and the negative voltage terminal 2d of the bidirectional chopper 2, respectively.
  • the capacitor C1 is connected between the DC lines L1 and L2, and stabilizes and smoothes the DC voltage Ep between the DC lines L1 and L2.
  • Capacitor C2 is connected between DC lines L2 and L3, and stabilizes and smoothes the DC voltage En between DC lines L2 and L3.
  • Capacitor C3 is connected between terminals 2b and 2c of bidirectional chopper 2, and stabilizes and smoothes the DC voltage between terminals 2b and 2c.
  • Capacitor C4 is connected between terminals 2c and 2d of bidirectional chopper 2, and stabilizes and smoothes the DC voltage between terminals 2c and 2d.
  • the first embodiment in order to reduce the size of the device, smaller capacitors C1 to C4 are used than conventional ones, and the capacitances of capacitors C1 to C4 are smaller than conventional ones. If the capacitances of the capacitors C1 to C4 are insufficient, there is a possibility that the DC voltage VD will drop below the lower limit voltage VDL when a power outage occurs. This first embodiment attempts to solve this problem.
  • the converter 1 is controlled by the control device 5, and when the AC voltage VI is normally supplied from the commercial AC power source 6 (that is, when the commercial AC power source 6 is healthy), the converter 1 connects the input terminal T1 from the commercial AC power source 6.
  • AC voltage VI is not normally supplied from commercial AC power supply 6 (that is, at the time of power outage of commercial AC power supply 6), operation of converter 1 is stopped.
  • the control device 5 can typically be configured by a microcomputer in which a predetermined program is stored in advance.
  • the control device 5 is configured to include a CPU (Central Processing Unit), a memory, and an input/output circuit.
  • a program is stored in advance in a partial area of the memory, and the functions shown in FIGS. 3 to 6 can be realized by the CPU executing the program.
  • the bidirectional chopper 2 is controlled by a control device 5.
  • bidirectional chopper 2 stores DC power supplied from converter 1 via DC lines L1 and L3 in battery 7.
  • the bidirectional chopper 2 converts the DC voltage VB of the battery 7 into three levels of DC voltages V1 to V3, and connects them to the positive voltage terminal 2b, neutral voltage terminal 2c, and negative voltage terminal, respectively. Output to 2d.
  • DC voltages V1 and V3 are applied to DC lines L1 and L3, respectively.
  • the DC voltage V2 of the DC line L2 is supplied to the inverter 3.
  • the control device 5 controls the bidirectional chopper 2 so that the DC voltage VB becomes the reference voltage VBR (third reference voltage).
  • VBR third reference voltage
  • the control device 5 sets the DC voltage VD between the DC lines L1 and L3 to a reference voltage VDR2 (second reference voltage) higher than the reference voltage VDR1 for a predetermined time Tc.
  • the bidirectional chopper 2 is controlled so that the DC voltage VD becomes the reference voltage VDR1.
  • the inverter 3 is controlled by the control device 5. When commercial AC power supply 6 is healthy, inverter 3 converts three levels of DC voltages V1 to V3 supplied from converter 1 via DC lines L1 to L3 into AC voltage VO and supplies it to load 8.
  • the inverter 3 converts the three-level DC voltages V1 to V3 supplied from the battery 7 via the bidirectional chopper 2 and the DC lines L1 to L3 into AC voltage VO, and supplies the AC voltage to the load 8. supply
  • the output voltage VO of the inverter 3 can be controlled to a desired value.
  • the control device 5 controls the inverter 3 so that the AC output voltage VO becomes a sinusoidal reference voltage VOR.
  • the operation unit 4 includes a plurality of buttons operated by the user of the uninterruptible power supply, an image display unit that displays various information, and the like. By operating the operation unit 4, the user can turn on and off the power of the uninterruptible power supply and set various information.
  • the user of the uninterruptible power supply uses the operation unit 4 to set each of the reference voltages VDR1, VDR2, VBR, and VOR and the predetermined time Tc.
  • the operation unit 4 outputs signals DB, D1, D2, DO indicating the set reference voltages VDR1, VDR2, VBR, VOR, respectively, and a signal DT indicating the set predetermined time Tc to the control device 5.
  • the control device 5 also receives AC input voltage VI, AC input current Ii, DC voltages Ep, En, VB, DC current IB, AC output voltage VO, AC output current Io, and signals DB, D1, D2 from the operation unit 4. , DO, DT, etc. to control the entire uninterruptible power supply.
  • the bidirectional chopper 2 is controlled so that the DC voltage VD between the DC lines L1 and L3 becomes a reference voltage VDR2 higher than the reference voltage VDR1 for a predetermined time Tc. Later, the bidirectional chopper 2 is controlled so that the DC voltage VD becomes the reference voltage VDR1. This prevents the DC voltage VD from falling below the lower limit.
  • FIG. 2 is a time chart for explaining problems that occur when small capacitors C1 to C4 are used in a conventional uninterruptible power supply.
  • converter 1 and bidirectional chopper 2 are controlled so that DC voltage VD always becomes reference voltage VDR1.
  • FIG. 2 shows the waveforms of the AC output voltages VR, VS, and VT of the inverter 3, and (B) shows the waveform of the inter-terminal voltage Ep of the capacitor C1.
  • This uninterruptible power supply actually receives three-phase AC voltages VU, VV, VW from a commercial AC power supply 6 and supplies three-phase AC voltages VR, VS, VT to the load 8, but in FIG. To simplify the explanation, only one phase circuit is shown.
  • the AC voltage VI supplied from the commercial AC power supply 6 corresponds to any one AC voltage (for example, VU) among the three-phase AC voltages VU, VV, and VW, and is the AC voltage supplied to the load 8.
  • VO corresponds to any one of the three-phase AC voltages VR, VS, and VT (for example, VR).
  • each of the AC voltages VR, VS, and VT is generated in a sinusoidal waveform by the inverter 3, as shown in FIG. 2(A).
  • the amplitudes of the AC voltages VR, VS, and VT are set to the lower limit voltage VL of each of the DC voltages Ep and En.
  • the 0V to VL part of the AC voltages VR, VS, and VT is generated based on the DC voltage Ep, and the -VL to 0V part of the AC voltages VR, VS, and VT is generated based on the DC voltage En. Ru.
  • the DC voltage Bidirectional chopper 2 is controlled so that VD becomes reference voltage VDR1.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a portion of control device 5 related to control of converter 1.
  • control device 5 includes a power outage detector 10, an adder 11, a subtracter 12, and a control circuit 13.
  • the power outage detector 10 detects whether a power outage has occurred in the commercial AC power source 6 based on the AC voltage VI supplied from the commercial AC power source 6, and outputs a signal ⁇ F indicating the detection result.
  • the power failure detection signal ⁇ F is set to the inactivation level "L”.
  • the power outage detection signal ⁇ F is set to the "H" level of the activation level. For example, the power outage detector 10 determines that a power outage of the commercial AC power supply 6 has occurred when the AC voltage VI has decreased below the lower limit value.
  • the control circuit 13 When the power failure detection signal ⁇ F is at the “L” level, the control circuit 13 operates based on the AC voltage VI, the AC current Ii, the DC voltages VD and ⁇ E, and the signal D1 from the operation unit 4 (FIG. 1). , the converter 1 is controlled so that the DC voltage VDC becomes the reference voltage VDR1 and the DC voltage ⁇ E becomes 0V.
  • the control circuit 13 stops the operation of the converter 1.
  • the operation of converter 1 is stopped, all of the plurality of switching elements included in converter 1 are turned off, and input terminal T1 and DC lines L1 to L3 are electrically disconnected.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the control circuit 13.
  • the control circuit 13 includes a reference voltage generation section 20, subtracters 21 and 25, a DC voltage control section 22, a sine wave generation section 23, a multiplier 24, a current control section 26, adders 27 and 29, and balance control. 28, and a PWM (Pulse Width Modulation) control section 30.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the reference voltage generation section 20 generates the reference voltage VDR1 indicated by the signal D1 from the operation section 4 (FIG. 1).
  • DC voltage control section 22 determines a current command value IDc for controlling the current flowing to the input side of converter 1 so that voltage ⁇ VD1 becomes zero.
  • the DC voltage control unit 22 obtains the current command value IDc by, for example, performing a proportional calculation or a proportional integral calculation on ⁇ VD1.
  • the sine wave generator 23 outputs a sine wave signal that is in phase with the AC voltage VI supplied from the commercial AC power supply 6.
  • Multiplier 24 multiplies current command value IDc by a sine wave signal to generate current command value Iic.
  • a current command value Iic that is in phase with the AC voltage VI supplied from the commercial AC power supply 6 is generated.
  • the current control unit 26 generates the voltage command value VIAc so that ⁇ Ii becomes 0.
  • the current control unit 26 generates the voltage command value VIAc by, for example, amplifying ⁇ Ii according to proportional control or proportional-integral control.
  • Adder 27 adds voltage command value VIAc and AC voltage VI to generate voltage command value VI0c.
  • Adder 29 adds voltage command values VI0c and V1c to generate voltage command value VIc.
  • the PWM control unit 30 issues a sinusoidal voltage command.
  • Converter 1 is controlled based on value VIc.
  • the PWM control unit 30 stops the operation of the converter 1 when the power outage detection signal ⁇ F is at the activation level of "H" (at the time of a power outage of the commercial AC power supply 6). As a result, the input terminal T1 and the DC lines L1 to L3 are electrically disconnected.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of a portion of the control device 5 related to control of the bidirectional chopper 2.
  • control device 5 includes control circuits 31 and 32.
  • the control circuit 31 is activated when the power failure detection signal ⁇ F is at the inactivation level "L" level, and controls the DC voltages VD, VB and the DC current IB indicated by the output signal IBf of the current detector CD2. Based on the signal DB from the operation unit 4, the converter 1 is controlled so that the DC voltage VB becomes the reference voltage VBR.
  • the control circuit 32 is activated when the power failure detection signal ⁇ F is at the activation level "H" level, and controls the DC voltages VD and VB, the DC current IB, and the signals D1, D2, and DT from the operation unit 4.
  • the bidirectional chopper 2 is controlled based on the following.
  • the control circuit 32 causes the DC voltage VD to increase as indicated by the signal D1 for a predetermined time Tc indicated by the signal DT.
  • the bidirectional chopper 5 is controlled so that the DC voltage VD becomes the reference voltage VDR1 indicated by the signal D1.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the control circuit 32.
  • the control circuit 32 includes a timer 40, a selector 41, a reference voltage generator 42, subtracters 43, 45, a voltage controller 44, a current controller 46, and a PWM controller 47.
  • the timer 40 outputs a signal ⁇ 40 in response to the power outage detection signal ⁇ F and the signal DT from the operation unit 4.
  • the timer 40 raises the signal ⁇ 40 from the “L” level to the “H” level and starts timing. starts, and when time Tc indicated by signal DT elapses or power failure detection signal ⁇ F falls from “H” level to “L” level, signal ⁇ 40 falls from "H” level to “L” level. Lower it.
  • the selector 41 receives signals D1 and D2 from the operation unit 4, outputs the signal D1 when the output signal ⁇ 40 of the timer 40 is at the "L” level, and outputs the signal D1 when the output signal ⁇ 40 of the timer 40 is at the "H” level. outputs signal D2.
  • the reference voltage generation unit 42 generates a reference voltage VDR1 when the signal D1 is output from the selector 41, and generates a reference voltage VDR2 when the signal D2 is output from the selector 41.
  • the reference voltage generator 42 outputs the reference voltage VDR1 when the commercial AC power source 6 is healthy, and when a power outage occurs in the commercial AC power source 6, the reference voltage generator 42 outputs the reference voltage VDR2 for a predetermined time Tc, and then outputs the reference voltage VDR1. Output VDR1. Further, the reference voltage generation unit 42 outputs the reference voltage VDR2, and outputs the reference voltage VDR1 when the commercial AC power supply 6 is restored to a healthy state from a power outage state even before the predetermined time Tc has elapsed. .
  • the voltage control unit 44 (first control unit) determines a current command value IBc at a level corresponding to the voltage ⁇ VD based on the inter-terminal voltage VB of the battery 7.
  • the voltage control unit 44 obtains the current command value IBc, for example, by performing a proportional integral calculation on ⁇ VD.
  • the current control unit 46 (second control unit) generates the voltage command value VDc based on the deviation ⁇ IB between the current command value IBc and the DC current IB.
  • the current control unit 46 obtains the voltage command value VDc, for example, by performing a proportional integral calculation on ⁇ IB.
  • the PWM control unit 47 (third control unit) is activated when the power failure detection signal ⁇ F is at the activation level "H" level (during a power failure of the commercial AC power supply 6), and is activated based on the voltage command value VDc. , controls the bidirectional chopper 2.
  • Bidirectional chopper 2 supplies DC power from battery 7 to inverter 3 .
  • the PWM control unit 47 is deactivated when the power outage detection signal ⁇ F is at the deactivation level "L" (when the commercial AC power supply 6 is healthy), and does not perform PWM control of the bidirectional chopper 2. Note that when the commercial AC power supply 6 is healthy, the bidirectional chopper 2 is controlled by the control circuit 31 (FIG. 5) and stores DC power in the battery 7.
  • FIG. 7 is a time chart showing the operation of the control circuit 32 shown in FIG. 6.
  • (A) shows the waveform of the power failure detection signal ⁇ F
  • (B) shows the waveform of the output signal ⁇ 40 of the timer 40
  • (C) shows the waveform of the output voltage VDR of the reference voltage generator 42.
  • the power outage detection signal ⁇ F is raised from the inactivated “L” level to the activated “H” level.
  • the timer 40 starts timing, and the signal ⁇ 40 is raised from the “L” level to the “H” level.
  • the selector 41 selects the signal D2, and the reference voltage generator 42 outputs the reference voltage VDR2.
  • the timer 40 lowers the signal ⁇ 40 from the “H” level to the “L” level.
  • the selector 41 selects the signal D1
  • the reference voltage generator 42 outputs the reference voltage VDR1 (time t2).
  • the power outage detection signal ⁇ F is lowered from the activation level "H” level to the inactivation level “L” level, and the timer 40 is reset to its initial state. Further, the signal D1 continues to be selected by the selector 41, and the reference voltage generation section 42 continues to output the reference voltage VDR1.
  • FIG. 8 is another time chart showing the operation of the control circuit 32 shown in FIG. 6.
  • (A) shows the waveforms of the three-phase AC voltages VR, VS, VT output from the inverter 3, and (B) shows the waveforms of the three-phase AC currents IU, IV, IW supplied from the commercial AC power supply 6.
  • (C) shows the waveform of the voltage Ep between the terminals of the capacitor C1
  • (D) shows the waveform of the current IB flowing between the battery 7 and the bidirectional chopper 2
  • (E) shows the waveform of the voltage Ep flowing between the terminals of the capacitor C1.
  • the waveform of the output voltage VDR of the section 42 is shown.
  • the alternating current Ii (FIG. 1) supplied from the commercial alternating current power supply 6 corresponds to any one alternating current (for example, IU) of the three-phase alternating currents IU, IV, and IW, and corresponds to the alternating current voltage supplied to the load 8.
  • VO (FIG. 1) corresponds to any one of the three-phase AC voltages VR, VS, and VT (for example, VR).
  • the waveforms of the AC voltages VR, VS, and VT are sinusoidal, and the AC currents IU, Each of the waveforms of IV and IW is sinusoidal.
  • the phases of the three-phase AC currents IU, IV, and IW are shifted by 120 degrees and match the phases of the three-phase AC voltages VU, VV, and VW supplied from the commercial AC power supply 6, respectively.
  • the phases of the three-phase AC voltages VR, VS, and VT match the phases of the three-phase AC currents IU, IV, and IW, respectively.
  • the amplitudes of the AC voltages VR, VS, and VT are set to the lower limit voltage VL of each of the DC voltages Ep and En, as shown in FIG.
  • the 0V to VL part of the AC voltages VR, VS, and VT is generated based on the DC voltage Ep, and the -VL to 0V part of the AC voltages VR, VS, and VT is generated based on the DC voltage En. Ru.
  • the battery 7 is fully charged and the current IB is 0A.
  • the output voltage VDR of the reference voltage generating section 42 (FIG. 6) is the reference voltage VDR1.
  • the output voltage VDR of the reference voltage generator 42 increases from the reference voltage VDR1 to the reference voltage VDR2.
  • Upper limit voltage VDH is a predetermined DC voltage higher than reference voltage VDR1.
  • FIG. 9 is a block diagram showing main parts of an uninterruptible power supply as a comparative example of the first embodiment, and is a diagram to be compared with FIG. 6.
  • the comparative example differs from the first embodiment in that control circuit 32 is replaced with control circuit 50.
  • the control circuit 50 differs from the control circuit 32 in that the timer 40 and selector 41 are removed, and the signal D1 from the operation section 4 is directly given to the reference voltage generation section 42. Therefore, the output voltage VDR of the reference voltage generator 42 is always the reference voltage VDR1 indicated by the signal D1.
  • FIG. 10 is a time chart showing the operation of the control circuit 50 shown in FIG. 9, and is a diagram to be compared with FIG. 8.
  • FIG. 10 shows the waveforms of the three-phase AC voltages VR, VS, VT output from the inverter 3, and
  • B shows the waveforms of the three-phase AC currents IU, IV, IW supplied from the commercial AC power supply 6.
  • C shows the waveform of the voltage Ep between the terminals of the capacitor C1
  • D shows the waveform of the current IB flowing between the battery 7 and the bidirectional chopper 2
  • (E) shows the waveform of the voltage Ep flowing between the terminals of the capacitor C1.
  • the waveform of the output voltage VDR of the section 42 is shown.
  • the operation of the control circuit 50 when the commercial AC power supply 6 is healthy (times t0 to t2) is the same as the operation of the control circuit 32.
  • time t2 when a power outage occurs in the commercial AC power supply 6 and the operation of the converter 1 is stopped, as shown in FIG. 8(C), the three-phase AC currents IU, IV, and IW from the commercial AC power supply 6 are At the same time as the supply is stopped, the control circuit 50 is activated, and the DC power of the battery 7 (FIG. 1) is supplied to the inverter 3 via the bidirectional chopper 2 and the DC lines L1 to L3, and is converted into AC power. It is supplied to load 8.
  • the voltage between the terminals of the capacitors C1 to C4 gradually decreases, and the DC voltage VD gradually decreases.
  • the voltage Ep between the terminals of the capacitor C1 gradually decreases as shown in FIG. 10(C).
  • the output voltage VDR of the reference voltage generator 42 is always the reference voltage VDR1
  • the DC current IB gradually increases as shown in FIG.
  • the DC voltage Ep ends up lower than the lower limit voltage VL. Therefore, as shown in FIG. 10(A), it is no longer possible to make the waveforms of each of the AC voltages VR, VS, and VT sinusoidal.
  • the DC voltage VD between the DC lines L1 and L3 becomes the reference voltage VDR2 higher than the reference voltage VDR1 for a predetermined time Tc.
  • FIG. 11 is a circuit block diagram showing the configuration of an uninterruptible power supply according to Embodiment 2 of the present disclosure, and is a diagram compared with FIG. 1.
  • this uninterruptible power supply is different from the uninterruptible power supply in FIG. The point is that the capacitors C5 and C6 are substituted, and the DC line L2 is removed.
  • Converter 51 (first power converter) has an AC terminal 51a, a positive voltage terminal 51b, and a negative voltage terminal 51c.
  • Bidirectional chopper 52 (second power converter) has a DC terminal 52a, a positive voltage terminal 52b, and a negative voltage terminal 52c.
  • Inverter 53 (third power converter) has an AC terminal 53a, a positive voltage terminal 53b, and a negative voltage terminal 53c.
  • the AC terminal 51a of the converter 51 is connected to the input terminal T1.
  • the current detector CD1 detects the instantaneous value of the current Ii flowing between the input terminal T1 and the AC terminal 51a, and provides the control device 54 with a signal Iif indicating the detected value.
  • the DC terminal 52a of the bidirectional chopper 52 is connected to the DC terminal T2.
  • Current detector CD2 detects the instantaneous value of DC current IB flowing between DC terminal T2 and DC terminal 52a, and provides signal IBf indicating the detected value to control device 54.
  • the AC terminal 53a of the inverter 53 is connected to the output terminal T3.
  • Current detector CD3 detects the instantaneous value of current Io flowing between AC terminal 53a and output terminal T3, and provides control device 54 with signal Iof indicating the detected value.
  • DC lines L1 and L3 are connected to positive voltage terminal 51b and negative voltage terminal 51c of converter 51, respectively.
  • the other terminals of DC lines L1 and L3 are connected to positive voltage terminal 53b and negative voltage terminal 53c of inverter 53, respectively.
  • the DC lines L1 and L3 are respectively connected to a positive voltage terminal 52a and a negative voltage terminal 52d of the bidirectional chopper 52.
  • the capacitor C5 is connected between the DC lines L1 and L3, and stabilizes and smoothes the DC voltage VD between the DC lines L1 and L3.
  • the instantaneous value of the direct current voltage VDC is detected by the control device 5.
  • Capacitor C6 is connected between terminals 52b and 52c of bidirectional chopper 52, and stabilizes and smoothes the DC voltage between terminals 52b and 52c.
  • the converter 51 is controlled by the control device 54, and when the commercial AC power supply 6 is healthy, converts the AC voltage VI supplied from the commercial AC power supply 6 through the input terminal T1 into a DC voltage VD, and connects the DC lines L1 and L3. output in between.
  • the control device 54 controls the control device 54, and when the commercial AC power supply 6 is healthy, converts the AC voltage VI supplied from the commercial AC power supply 6 through the input terminal T1 into a DC voltage VD, and connects the DC lines L1 and L3. output in between.
  • operation of converter 51 is stopped.
  • the control device 54 controls the converter 51 so that the DC voltage VD between the DC lines L1 and L3 becomes the reference voltage VDR1 (first reference voltage).
  • the control device 54 stops the operation of the converter 51.
  • the bidirectional chopper 52 is controlled by a control device 54.
  • bidirectional chopper 52 stores DC power supplied from converter 51 via DC lines L1 and L3 in battery 7.
  • the bidirectional chopper 52 converts the DC voltage VB of the battery 7 into a DC voltage VD and outputs it between the positive voltage terminal 52b and the negative voltage terminal 52c.
  • the control device 54 controls the bidirectional chopper 52 so that the DC voltage VB becomes the reference voltage VBR (third reference voltage).
  • VBR third reference voltage
  • the control device 54 sets the DC voltage VD between the DC lines L1 and L3 to a reference voltage VDR2 (second reference voltage) higher than the reference voltage VDR1 for a predetermined time Tc.
  • VDR2 second reference voltage
  • the inverter 53 is controlled by a control device 54.
  • the inverter 53 converts the DC voltage VD supplied from the converter 51 via the DC lines L1 and L3 into an AC voltage VO, and supplies the AC voltage VO to the load 8.
  • the inverter 53 converts the DC voltage VD supplied from the battery 7 via the bidirectional chopper 52 and the DC lines L1 and L3 into an AC voltage VO, and supplies the AC voltage VO to the load 8.
  • the output voltage VO of the inverter 53 can be controlled to a desired value.
  • the control device 54 controls the inverter 53 so that the AC output voltage VO becomes a sinusoidal reference voltage VOR.
  • the control device 54 outputs AC input voltage VI, AC input current Ii, DC voltages VD, VB, DC current IB, AC output voltage VO, AC output current Io, and signals DB, D1, D2, DO, DT from the operation unit 4.
  • the entire uninterruptible power supply is controlled based on the following information.
  • the operation of the converter 51 is stopped, the commercial AC power supply 6 is electrically disconnected from the DC lines L1 and L3, and the DC power of the battery 7 is transferred to the bidirectional chopper 52.
  • the power is then supplied to the inverter 53 via the DC lines L1 and L3, where it is converted into AC power and supplied to the load 8. Therefore, even if a power outage occurs in the commercial AC power source 6, the load 8 can continue to operate while the DC power is stored in the battery 7.
  • the bidirectional chopper 52 is controlled so that the DC voltage VD between the DC lines L1 and L3 becomes a reference voltage VDR2 higher than the reference voltage VDR1 for a predetermined time Tc. Later, the bidirectional chopper 52 is controlled so that the DC voltage VD becomes the reference voltage VDR1. Thereby, even if the capacitances of capacitors C5 and C6 are insufficient, it is possible to prevent the DC voltage VD from falling below the lower limit voltage VDL and to prevent the waveform of the AC output voltage VO from being distorted.

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Abstract

この無停電電源装置では、商用交流電源（６）の停電時には、所定時間（Ｔｃ）だけ直流ライン（Ｌ１，Ｌ３）間の直流電圧（ＶＤ）が第１の参照電圧（ＶＤＲ１）よりも高い第２の参照電圧（ＶＤＲ２）になるように双方向チョッパ（２）を制御した後、直流電圧が第１の参照電圧になるように双方向チョッパ（２）を制御する。したがって、停電発生時にバッテリ電流（ＩＢ）を一時的に通常よりも増大させることができ、小型のコンデンサ（Ｃ１～Ｃ４）を使用した場合でも、直流電圧が下限電圧（ＶＤＬ）よりも低下することを防止できる。

Description

無停電電源装置
　本開示は、無停電電源装置に関し、特に、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する無停電電源装置に関する。
　たとえば国際公開２０２０／０２６４３０号（特許文献１）には、第１の電力変換器、コンデンサ、第２の電力変換器、第３の電力変換器、および制御装置を備えた無停電電源装置が開示されている。第１の電力変換器は、交流電源の健全時に、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインに供給する。コンデンサは、直流ラインに接続されている。第２の電力変換器は、交流電源の停電時に、直流電源から供給される直流電力を直流ラインに供給する。第３の電力変換器は、直流ラインから受ける直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。
　制御装置は、交流電源の健全時には、直流ラインの直流電圧が第１の参照電圧になるように第１の電力変換器を制御し、交流電源の停電時には、直流ラインの直流電圧が第１の参照電圧になるように第２の電力変換器を制御する。したがって、交流電源の停電時でも、負荷の運転を継続することができる。
国際公開２０２０／０２６４３０号
　このような無停電電源装置では、装置寸法の小型化を図るため、コンデンサの小型化が求められている。しかし、コンデンサを小型化してコンデンサの容量が不足すると、交流電源の停電時に、直流ラインの直流電圧が下限電圧よりも低下し、第３の電力変換器の交流出力電圧の波形が歪むという問題がある。
　それゆえに、本開示の主たる目的は、小型のコンデンサを使用した場合でも、交流電源の停電時に直流ラインの直流電圧が下限電圧よりも低下することを防止することが可能な無停電電源装置を提供することである。
　本開示に係る無停電電源装置は、第１の電力変換器、コンデンサ、第２の電力変換器、第３の電力変換器、および制御装置を備える。第１の電力変換器は、交流電源の健全時に、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインに供給する。コンデンサは、直流ラインに接続されている。第２の電力変換器は、交流電源の停電時に、直流電源から供給される直流電力を直流ラインに供給する。第３の電力変換器は、直流ラインから受ける直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。
　制御装置は、交流電源の健全時には、直流ラインの直流電圧が第１の参照電圧になるように第１の電力変換器を制御し、交流電源の停電時には、直流ラインの直流電圧が第１の参照電圧よりも高い第２の参照電圧になるように第２の電力変換器を制御した後、直流ラインの直流電圧が第１の参照電圧になるように第２の電力変換器を制御する。
　本開示に係る無停電電源装置では、交流電源の停電時には、直流ラインの直流電圧が第１の参照電圧よりも高い第２の参照電圧になるように第２の電力変換器を制御した後、直流ラインの直流電圧が第１の参照電圧になるように第２の電力変換器を制御する。したがって、交流電源の停電発生時に第２の電力変換器の直流出力電流を通常よりも増大させることができ、小型のコンデンサを使用した場合でも、直流ラインの直流電圧が下限電圧よりも低下することを防止することができる。
本開示の実施の形態１に従う無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。 従来の無停電電源装置において小型のコンデンサを使用した場合に発生する問題点を説明するためのタイムチャートである。 図１に示す制御装置のうちのコンバータ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に示す制御回路の構成を示すブロック図である。 図１に示す制御装置のうちの双方向チョッパ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５に示す制御回路３２の構成を示すブロック図である。 図６に示す制御回路の動作を示すタイムチャートである。 図６に示す制御回路の動作を示す他のタイムチャートである。 実施の形態１の比較例となる無停電電源装置の要部を示すブロック図である。 図９に示す制御回路の動作を示すタイムチャートである。 本開示の実施の形態２に従う無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
　［実施の形態１］
　図１は、本開示の実施の形態１に従う無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この無停電電源装置は、入力端子Ｔ１、直流端子Ｔ２、出力端子Ｔ３、コンバータ１、電流検出器ＣＤ１～ＣＤ３、直流ラインＬ１～Ｌ３、コンデンサＣ１～Ｃ４、双方向チョッパ２、インバータ３、操作部４、および制御装置５を備える。
　入力端子Ｔ１は、商用交流電源６から交流電圧ＶＩを受ける。交流電圧ＶＩの瞬時値は、制御装置５によって検出される。交流電圧ＶＩの瞬時値に基づいて、停電の発生の有無などが判別される。
　直流端子Ｔ２は、バッテリ７（直流電源、電力貯蔵装置）に接続される。バッテリ７は、直流電力を蓄える。バッテリ７の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。直流端子Ｔ２の直流電圧ＶＢ（すなわち、バッテリ７の端子間電圧ＶＢ）の瞬時値は、制御装置５によって検出される。
　出力端子Ｔ３は、負荷８に接続される。負荷８は、無停電電源装置から供給される交流電力によって駆動される。出力端子Ｔ３に現れる交流電圧ＶＯの瞬時値は、制御装置５によって検出される。
　なお、この無停電電源装置は、商用交流電源６から三相交流電圧を受け、負荷８に三相交流電圧を供給するものであるが、図面および説明の簡単化のため、図１では一相分の回路のみが示されている。
　コンバータ１（第１の電力変換器）は、交流端子１ａ、正電圧端子１ｂ、中性電圧端子１ｃ、および負電圧端子１ｄを有する。双方向チョッパ２（第２の電力変換器）は、直流端子２ａ、正電圧端子２ｂ、中性電圧端子２ｃ、および負電圧端子２ｄを有する。インバータ３（第３の電力変換器）は、交流端子３ａ、正電圧端子３ｂ、中性電圧端子３ｃ、および負電圧端子３ｄを有する。
　コンバータ１の交流端子１ａは、入力端子Ｔ１に接続される。電流検出器ＣＤ１は、入力端子Ｔ１と交流端子１ａの間に流れる電流Ｉｉの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｆを制御装置５に与える。
　双方向チョッパ２の直流端子２ａは、直流端子Ｔ２に接続される。電流検出器ＣＤ２は、直流端子Ｔ２と直流端子２ａの間に流れる直流電流ＩＢの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＩＢｆを制御装置５に与える。
　インバータ３の交流端子３ａは、出力端子Ｔ３に接続される。電流検出器ＣＤ３は、交流端子３ａと出力端子Ｔ３の間に流れる電流Ｉｏの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号Ｉｏｆを制御装置５に与える。
　直流ラインＬ１～Ｌ３の一方端子は、それぞれコンバータ１の正電圧端子１ｂ、中性電圧端子１ｃ、および負電圧端子１ｄに接続される。直流ラインＬ１～Ｌ３の他方端子は、それぞれインバータ３の正電圧端子３ｂ、中性電圧端子３ｃ、および負電圧端子３ｄに接続される。また、直流ラインＬ１，Ｌ３は、それぞれ双方向チョッパ２の正電圧端子２ａおよび負電圧端子２ｄにそれぞれ接続される。
　コンデンサＣ１は、直流ラインＬ１，Ｌ２間に接続され、直流ラインＬ１，Ｌ２間の直流電圧Ｅｐを安定化および平滑化させる。コンデンサＣ２は、直流ラインＬ２，Ｌ３間に接続され、直流ラインＬ２，Ｌ３間の直流電圧Ｅｎを安定化および平滑化させる。コンデンサＣ１，Ｃ２は、直流ラインＬ１，Ｌ３間に直列接続され、直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎを安定化および平滑化させる。直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの各々の瞬時値は、制御装置５によって検出される。
　コンデンサＣ３は、双方向チョッパ２の端子２ｂ，２ｃ間に接続され、端子２ｂ，２ｃ間の直流電圧を安定化および平滑化させる。コンデンサＣ４は、双方向チョッパ２の端子２ｃ，２ｄ間に接続され、端子２ｃ，２ｄ間の直流電圧を安定化および平滑化させる。コンデンサＣ３，Ｃ４は、双方向チョッパ２の端子２ｂ，２ｄ間に直列接続され、端子２ｂ，２ｄ間の直流電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎを安定化および平滑化させる。
　本実施の形態１では、装置寸法の小型化を図るため、従来よりも小型のコンデンサＣ１～Ｃ４が使用されており、コンデンサＣ１～Ｃ４の容量は従来よりも小さい。コンデンサＣ１～Ｃ４の容量が不足していると、停電発生時に直流電圧ＶＤが下限電圧ＶＤＬよりも低下する恐れがある。本実施の形態１では、この問題の解決が図られる。
　コンバータ１は、制御装置５によって制御され、商用交流電源６から交流電圧ＶＩが正常に供給されている場合（すなわち、商用交流電源６の健全時）には、商用交流電源６から入力端子Ｔ１を介して供給される交流電圧ＶＩを３レベルの直流電圧Ｖ１～Ｖ３に変換して、それぞれ直流ラインＬ１～Ｌ３に出力する。すなわち、Ｅｐ＝Ｖ１－Ｖ２、Ｅｎ＝Ｖ２－Ｖ３である。商用交流電源６から交流電圧ＶＩが正常に供給されていない場合（すなわち、商用交流電源６の停電時）には、コンバータ１の運転は停止される。
　制御装置５は、代表的には、所定のプログラムが予め記憶されたマイクロコンピュータによって構成することができる。例えば、制御装置５は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）と、メモリと、入出力回路とを含むように構成される。メモリの一部領域にはプログラムが予め格納されており、ＣＰＵが当該プログラムを実行することで、図３から図６に示される機能を実現することができる。
　制御装置５は、商用交流電源６の健全時には、直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎが参照電圧ＶＤＲ１（第１の参照電圧）になり、かつ直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの差ΔＥ＝Ｅｐ－Ｅｎが０になるようにコンバータ１を制御する。商用交流電源６の停電時には、制御装置５は、コンバータ１の運転を停止させる。
　双方向チョッパ２は、制御装置５によって制御される。商用交流電源６の健全時には、双方向チョッパ２は、コンバータ１から直流ラインＬ１，Ｌ３を介して供給される直流電力をバッテリ７に蓄える。
　商用交流電源６の停電時には、双方向チョッパ２は、バッテリ７の直流電圧ＶＢを３レベルの直流電圧Ｖ１～Ｖ３に変換して、それぞれ正電圧端子２ｂ、中性電圧端子２ｃ、および負電圧端子２ｄに出力する。
　直流電圧Ｖ１，Ｖ３は、それぞれ直流ラインＬ１，Ｌ３に与えられる。直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧（Ｖ１－Ｖ３）がコンデンサＣ１，Ｃ２によって分圧され、直流ラインＬ２に中性電圧Ｖ２＝（Ｖ１－Ｖ３）／２が発生する。直流ラインＬ２の直流電圧Ｖ２は、インバータ３に供給される。
　制御装置５は、商用交流電源６の健全時には、直流電圧ＶＢが参照電圧ＶＢＲ（第３の参照電圧）になるように双方向チョッパ２を制御する。商用交流電源６の停電が発生した場合には、制御装置５は、所定時間Ｔｃだけ直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１よりも高い参照電圧ＶＤＲ２（第２の参照電圧）になるように双方向チョッパ２を制御した後に、直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１になるように双方向チョッパ２を制御する。
　これにより、停電発生時に、バッテリ７から双方向チョッパ２を介して直流ラインＬ１～Ｌ３に流れる電流ＩＢを一時的に増大させ、直流電圧ＶＤが下限電圧ＶＤＬよりも低下することを防止することが可能となっている。
　インバータ３は、制御装置５によって制御される。商用交流電源６の健全時には、インバータ３は、コンバータ１から直流ラインＬ１～Ｌ３を介して供給される３レベルの直流電圧Ｖ１～Ｖ３を交流電圧ＶＯに変換して負荷８に供給する。
　商用交流電源６の停電時には、インバータ３は、バッテリ７から双方向チョッパ２および直流ラインＬ１～Ｌ３を介して供給される３レベルの直流電圧Ｖ１～Ｖ３を交流電圧ＶＯに変換して負荷８に供給する。インバータ３の出力電圧ＶＯは所望の値に制御可能になっている。制御装置５は、交流出力電圧ＶＯが正弦波状の参照電圧ＶＯＲになるようにインバータ３を制御する。
　操作部４は、無停電電源装置の使用者によって操作される複数のボタン、種々の情報を表示する画像表示部などを含む。使用者が操作部４を操作することにより、無停電電源装置の電源をオンおよびオフしたり、種々の情報を設定することが可能となっている。
　無停電電源装置の使用者は、操作部４を使用して、上記参照電圧ＶＤＲ１，ＶＤＲ２，ＶＢＲ，ＶＯＲと上記所定時間Ｔｃの各々を設定する。操作部４は、それぞれ設定された参照電圧ＶＤＲ１，ＶＤＲ２，ＶＢＲ，ＶＯＲを示す信号ＤＢ，Ｄ１，Ｄ２，ＤＯと、設定された所定時間Ｔｃを示す信号ＤＴとを制御装置５に出力する。
　また、制御装置５は、交流入力電圧ＶＩ、交流入力電流Ｉｉ、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎ，ＶＢ、直流電流ＩＢ、交流出力電圧ＶＯ、交流出力電流Ｉｏ、操作部４からの信号ＤＢ，Ｄ１，Ｄ２，ＤＯ，ＤＴなどに基づいて無停電電源装置全体を制御する。
　次に、この無停電電源装置の動作について説明する。商用交流電源６の健全時には、商用交流電源６から供給される交流電力がコンバータ１によって直流電力に変換される。この直流電力の一部は、直流ラインＬ１，Ｌ３および双方向チョッパ２を介してバッテリ７に蓄えられる。また、コンバータ１によって生成された直流電力の他の部分は、直流ラインＬ１～Ｌ３を介してインバータ３に供給され、交流電力に変換されて負荷８に供給される。
　商用交流電源６の停電が発生した場合には、コンバータ１の運転が停止されて商用交流電源６と直流ラインＬ１～Ｌ３とが電気的に切り離されるとともに、バッテリ７の直流電力が双方向チョッパ２および直流ラインＬ１～Ｌ３を介してインバータ３に供給され、交流電力に変換されて負荷８に供給される。したがって、商用交流電源６の停電が発生した場合でも、バッテリ７に直流電力が蓄えられている期間は負荷８の運転を継続することができる。
　また、商用交流電源６の停電が発生した場合には、所定時間Ｔｃだけ直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１よりも高い参照電圧ＶＤＲ２になるように双方向チョッパ２を制御した後に、直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１になるように双方向チョッパ２を制御する。これにより、直流電圧ＶＤが下限値よりも低下することが防止される。
　以下、本実施の形態１について、より詳細に説明する。図２は、従来の無停電電源装置において小型のコンデンサＣ１～Ｃ４を使用した場合に発生する問題点を説明するためのタイムチャートである。従来の無停電電源装置では、直流電圧ＶＤは常に参照電圧ＶＤＲ１になるように、コンバータ１および双方向チョッパ２が制御される。
　図２において、（Ａ）はインバータ３の交流出力電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの波形を示し、（Ｂ）はコンデンサＣ１の端子間電圧Ｅｐの波形を示している。この無停電電源装置は、実際には商用交流電源６から三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを受け、負荷８に三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを供給するが、図１では、図面および説明の簡単化のため一相分の回路のみを示している。
　図１において、商用交流電源６から供給される交流電圧ＶＩは三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷのうちのいずれか１つの交流電圧（たとえばＶＵ）に対応し、負荷８に供給される交流電圧ＶＯは三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴのうちのいずれか１つの交流電圧（たとえばＶＲ）に対応している。
　商用交流電源６の健全時（時刻ｔ０～ｔ２）には、図２（Ａ）に示すように、交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの各々は、インバータ３によって正弦波状に生成されている。このとき、交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの振幅は、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの各々の下限電圧ＶＬに設定されている。交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴのうちの０Ｖ～ＶＬの部分は直流電圧Ｅｐに基づいて生成され、交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴのうちの－ＶＬ～０Ｖの部分は直流電圧Ｅｎに基づいて生成される。
　また図２（Ｂ）に示すように、直流電圧Ｅｐが、参照電圧ＶＤＲ１の１／２倍の参照電圧ＥＲ＝ＶＤＲ１／２になるようにコンバータ１が制御される。このとき、直流電圧Ｅｎが参照電圧ＥＲ＝ＶＤＲ１／２になるようにコンバータ１が制御される。
　時刻ｔ２において、商用交流電源６の停電が発生すると、コンバータ１の運転が停止されるとともに、直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１になるように双方向チョッパ２が制御される。このとき、コンデンサＣ１～Ｃ４の容量が不足しているので、図２（Ｂ）に示すように、直流電圧ＶＤすなわち直流電圧Ｅｐが下降する（時刻ｔ２～ｔ４）。
　直流電圧Ｅｐが下限電圧ＶＬよりも低下すると、三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの各々のピーク値付近の波形を正弦波状にすることができなくなり、三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの波形が歪む。三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの波形が歪むと、負荷８に悪影響が発生する恐れがある。
　そこで、本実施の形態１では、停電が発生してから所定時間Ｔｃが経過するまで直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１よりも高い参照電圧ＶＤＲ２になるように双方向チョッパ２を制御した後、直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１になるように双方向チョッパ２を制御する。これにより、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの各々が下限電圧ＶＬよりも低下することを防止し、かつ直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの各々が過大になることを防止することができる。
　なお、参照電圧ＥＲと直流電圧Ｅｐの差が増大すると、双方向チョッパ２の出力電流が増大し、直流電圧Ｅｐは上昇し始める（時刻ｔ４～ｔ５）。
　次に、このように直流電圧ＶＤＣを制御する構成について説明する。図３は、制御装置５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３において、制御装置５は、停電検出器１０、加算器１１、減算器１２、および制御回路１３を含む。
　停電検出器１０は、商用交流電源６から供給される交流電圧ＶＩに基づいて、商用交流電源６の停電が発生したか否かを検出し、検出結果を示す信号φＦを出力する。商用交流電源６の健全時には、停電検出信号φＦは非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。商用交流電源６の停電が発生した場合には、停電検出信号φＦは活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。たとえば、停電検出器１０は、交流電圧ＶＩが下限値よりも低下した場合に商用交流電源６の停電が発生したと判別する。
　加算器１１は、直流ラインＬ１，Ｌ２間の直流電圧（すなわち、コンデンサＣ１の端子間電圧）Ｅｐと、直流ラインＬ２，Ｌ３間の直流電圧（すなわち、コンデンサＣ２の直流電圧）Ｅｎとを加算して、直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎを求める。減算器１２は、直流電圧Ｅｐから直流電圧Ｅｎを減算して直流電圧ΔＥ＝Ｅｐ－Ｅｎを求める。
　制御回路１３は、停電検出信号φＦが「Ｌ」レベルである場合には、交流電圧ＶＩと、交流電流Ｉｉと、直流電圧ＶＤ，ΔＥと、操作部４（図１）からの信号Ｄ１に基づき、直流電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＲ１となり、かつ直流電圧ΔＥが０Ｖになるように、コンバータ１を制御する。
　停電が発生して停電検出信号φＦが「Ｈ」レベルになった場合には、制御回路１３は、コンバータ１の運転を停止させる。コンバータ１の運転が停止されると、コンバータ１に含まれる複数のスイッチング素子の全てがオフ状態にされ、入力端子Ｔ１と直流ラインＬ１～Ｌ３とが電気的に切り離される。
　図４は、制御回路１３の構成を示すブロック図である。図４において、制御回路１３は、参照電圧発生部２０、減算器２１，２５、直流電圧制御部２２、正弦波発生部２３、乗算器２４、電流制御部２６、加算器２７，２９、バランス制御部２８、およびＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）制御部３０を含む。
　参照電圧発生部２０は、操作部４（図１）からの信号Ｄ１によって示される参照電圧ＶＤＲ１を生成する。減算器２１は、参照電圧ＶＤＲ１と、加算器１１（図２）からの直流電圧ＶＤとの差の電圧ΔＶＤ１＝ＶＤＲ１－ＶＤを求める。直流電圧制御部２２は、電圧ΔＶＤ１が０になるようにコンバータ１の入力側に流れる電流を制御するための電流指令値ＩＤｃを求める。直流電圧制御部２２は、たとえば、ΔＶＤ１を比例演算または比例積分演算することにより電流指令値ＩＤｃを求める。
　正弦波発生部２３は、商用交流電源６から供給される交流電圧ＶＩと同相の正弦波信号を出力する。乗算器２４は、電流指令値ＩＤｃに正弦波信号を乗算して電流指令値Ｉｉｃを生成する。これにより商用交流電源６から供給される交流電圧ＶＩと同相の電流指令値Ｉｉｃが生成される。減算器２５は、電流指令値Ｉｉｃと電流検出器ＣＤ１の出力信号Ｉｉｆによって示される交流電流Ｉｉとの差ΔＩｉ＝Ｉｉｃ－Ｉｉを求める。
　電流制御部２６は、ΔＩｉが０になるように電圧指令値ＶＩＡｃを生成する。電流制御部２６は、たとえばΔＩｉを比例制御または比例積分制御に従って増幅することにより電圧指令値ＶＩＡｃを生成する。加算器２７は、電圧指令値ＶＩＡｃと交流電圧ＶＩを加算して電圧指令値ＶＩ０ｃを生成する。
　バランス制御部２８は、減算器１２（図３）からの直流電圧ΔＥ＝Ｅｐ－Ｅｎに基づいて、電圧指令値Ｖ１ｃを生成する。たとえばバランス制御回路２８は、ΔＥを比例演算または比例積分演算することにより電圧指令値Ｖ１ｃを生成する。ΔＥ＝Ｅｐ－Ｅｎ＞０である場合には、コンデンサＣ１の充電時間がコンデンサＣ２の充電時間よりも短くなるように、電圧指令値Ｖ１ｃが生成される。ΔＥ＝Ｅｐ－Ｅｎ＜０である場合には、コンデンサＣ１の充電時間がコンデンサＣ２の充電時間よりも長くなるように、電圧指令値Ｖ１ｃが生成される。
　加算器２９は、電圧指令値ＶＩ０ｃ，Ｖ１ｃを加算して電圧指令値ＶＩｃを生成する。ＰＷＭ制御部３０は、停電検出器１０(図２）からの停電検出信号φＦが非活性化レベルの「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源６の健全時）には、正弦波状の電圧指令値ＶＩｃに基づいてコンバータ１を制御する。これにより、直流電圧ＶＤ＝Ｅｐ＋Ｅｎは参照電圧ＶＤＲ１に維持されるとともに、直流電圧ΔＥは０Ｖに維持される。
　また、ＰＷＭ制御部３０は、停電検出信号φＦが活性化レベルの「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源６の停電時）には、コンバータ１の運転を停止させる。これにより、入力端子Ｔ１と直流ラインＬ１～Ｌ３とが電気的に切り離される。
　図５は、制御装置５のうちの双方向チョッパ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５において、制御装置５は、制御回路３１，３２を含む。
　制御回路３１は、停電検出信号φＦが非活性化レベルの「Ｌ」レベルである場合に活性化され、直流電圧ＶＤ，ＶＢと、電流検出器ＣＤ２の出力信号ＩＢｆによって示される直流電流ＩＢと、操作部４からの信号ＤＢとに基づき、直流電圧ＶＢが参照電圧ＶＢＲとなるように、コンバータ１を制御する。
　制御回路３２は、停電検出信号φＦが活性化レベルの「Ｈ」レベルである場合に活性化され、直流電圧ＶＤ，ＶＢと、直流電流ＩＢと、操作部４からの信号Ｄ１，Ｄ２，ＤＴとに基づいて双方向チョッパ２を制御する。
　すなわち、制御回路３２は、停電検出信号φＦが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられたことに応じて、信号ＤＴによって示される所定時間Ｔｃだけ直流電圧ＶＤが、信号Ｄ１によって示される参照電圧ＶＤＲ２になるように双方向チョッパ５を制御した後に、直流電圧ＶＤが信号Ｄ１によって示される参照電圧ＶＤＲ１になるように双方向チョッパ５を制御する。
　図６は、制御回路３２の構成を示すブロック図である。図６において、制御回路３２は、タイマー４０、セレクタ４１、参照電圧発生部４２、減算器４３，４５、電圧制御部４４、電流制御部４６、ＰＷＭ制御部４７を含む。
　タイマー４０は、停電検出信号φＦと操作部４からの信号ＤＴとに応答して、信号φ４０を出力する。停電検出信号φＦが非活性化レベルの「Ｌ」レベルから活性化レベルの「Ｈ」レベルに立ち上げられると、タイマー４０は、信号φ４０を「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げるとともに計時を開始し、信号ＤＴによって示される時間Ｔｃが経過するか、停電検出信号φＦが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられると、信号φ４０を「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げる。
　セレクタ４１は、操作部４から信号Ｄ１，Ｄ２を受け、タイマー４０の出力信号φ４０が「Ｌ」レベルである場合は信号Ｄ１を出力し、タイマー４０の出力信号φ４０が「Ｈ」レベルである場合は信号Ｄ２を出力する。
　参照電圧発生部４２は、セレクタ４１から信号Ｄ１が出力されている場合には参照電圧ＶＤＲ１を生成し、セレクタ４１から信号Ｄ２が出力されている場合には参照電圧ＶＤＲ２を生成する。
　したがって、参照電圧発生部４２は、商用交流電源６の健全時には参照電圧ＶＤＲ１を出力し、商用交流電源６の停電が発生した場合には、所定時間Ｔｃだけ参照電圧ＶＤＲ２を出力した後に、参照電圧ＶＤＲ１を出力する。また、参照電圧発生部４２は、参照電圧ＶＤＲ２を出力し、所定時間Ｔｃが経過する前であっても商用交流電源６が停電状態から健全状態に復旧した場合には、参照電圧ＶＤＲ１を出力する。
　減算器４３は、参照電圧発生部４２の出力電圧ＶＤＲと加算器１１（図２）によって求められた直流電圧ＶＤとの差の電圧ΔＶＤ＝ＶＤＲ－ＶＤを求める。電圧制御部４４（第１の制御部）は、バッテリ７の端子間電圧ＶＢに基づいて、電圧ΔＶＤに応じたレベルの電流指令値ＩＢｃを求める。電圧制御部４４は、たとえば、ΔＶＤを比例積分演算することにより電流指令値ＩＢｃを求める。
　減算器４５は、電圧制御部４４により生成された電流指令値ＩＢｃと電流検出器ＣＤ２（図１）の出力信号ＩＢｆによって示される直流電流ＩＢとの偏差ΔＩＢ＝ＩＢｃ－ＩＢを求める。電流制御部４６（第２の制御部）は、電流指令値ＩＢｃと直流電流ＩＢとの偏差ΔＩＢに基づいて電圧指令値ＶＤｃを生成する。電流制御部４６は、たとえば、ΔＩＢを比例積分演算することにより電圧指令値ＶＤｃを求める。
　ＰＷＭ制御部４７（第３の制御部）は、停電検出信号φＦが活性化レベルの「Ｈ」レベルである場合（商用交流電源６の停電時）に活性化され、電圧指令値ＶＤｃに基づいて、双方向チョッパ２を制御する。双方向チョッパ２は、バッテリ７の直流電力をインバータ３に供給する。
　ＰＷＭ制御部４７は、停電検出信号φＦが非活性化レベルの「Ｌ」レベルである場合（商用交流電源６の健全時）に非活性化され、双方向チョッパ２のＰＷＭ制御を行なわない。なお、商用交流電源６の健全時には、双方向チョッパ２は制御回路３１（図５）によって制御され、バッテリ７に直流電力を蓄える。
　図７は、図６に示した制御回路３２の動作を示すタイムチャートである。図７において、（Ａ）は停電検出信号φＦの波形を示し、（Ｂ）はタイマー４０の出力信号φ４０の波形を示し、（Ｃ）は参照電圧発生部４２の出力電圧ＶＤＲの波形を示している。
　図７の時刻ｔ０では、商用交流電源６（図１）は健全であり、停電検出信号φＦは非活性化レベルの「Ｌ」レベルであるものとする。このとき、タイマー４０の出力信号φ４０は「Ｌ」レベルとなり、セレクタ４１によって信号Ｄ１が選択され、参照電圧発生部４２は参照電圧ＶＤＲ１を出力する。
　時刻ｔ１において、商用交流電源６の停電が発生すると、停電検出信号φＦは非活性化レベルの「Ｌ」レベルから活性化レベルの「Ｈ」レベルに立ち上げられる。停電検出信号φＦが「Ｈ」レベルに立ち上げられると、タイマー４０が計時を開始するとともに、信号φ４０を「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げる。信号φ４０が「Ｈ」レベルにされると、セレクタ４１によって信号Ｄ２が選択され、参照電圧発生部４２は参照電圧ＶＤＲ２を出力する。
　停電検出信号φＦが「Ｈ」レベルに立ち上げられてから、信号ＤＴによって示される所定時間Ｔｃが経過すると、タイマー４０は信号φ４０を「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げる。信号φ４０が「Ｌ」レベルにされると、セレクタ４１によって信号Ｄ１が選択され、参照電圧発生部４２は参照電圧ＶＤＲ１を出力する（時刻ｔ２）。
　時刻ｔ３において、商用交流電源６が停電状態から健全状態に復旧されると、停電検出信号φＦは活性化レベルの「Ｈ」レベルから非活性化レベルの「Ｌ」レベルに立ち下げられ、タイマー４０は初期状態にリセットされる。また、セレクタ４１によって信号Ｄ１が選択され続け、参照電圧発生部４２は参照電圧ＶＤＲ１の出力を継続する。
　図８は、図６に示した制御回路３２の動作を示す他のタイムチャートである。図８において、（Ａ）はインバータ３から出力される三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの波形を示し、（Ｂ）は商用交流電源６から供給される三相交流電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの波形を示し、（Ｃ）はコンデンサＣ１の端子間電圧Ｅｐの波形を示し、（Ｄ）はバッテリ７と双方向チョッパ２との間に流れる電流ＩＢの波形を示し、（Ｅ）は参照電圧発生部４２の出力電圧ＶＤＲの波形を示している。
　商用交流電源６から供給される交流電流Ｉｉ（図１）は三相交流電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷのうちのいずれか１つの交流電流（たとえばＩＵ）に対応し、負荷８に供給される交流電圧ＶＯ（図１）は三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴのうちのいずれか１つの交流電圧（たとえばＶＲ）に対応している。
　商用交流電源６の健全時（時刻ｔ０～ｔ２）には、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの各々の波形は正弦波状にされ、交流電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの各々の波形は正弦波状にされている。三相交流電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの位相は、１２０度ずつずれており、商用交流電源６から供給される三相交流電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷの位相にそれぞれ一致している。三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの位相は、それぞれ三相交流電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの位相に一致している。
　このとき、交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの振幅は、図２で示したように、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎの各々の下限電圧ＶＬに設定されている。交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴのうちの０Ｖ～ＶＬの部分は直流電圧Ｅｐに基づいて生成され、交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴのうちの－ＶＬ～０Ｖの部分は直流電圧Ｅｎに基づいて生成される。
　また図８（Ｃ）に示すように、直流電圧Ｅｐが、参照電圧ＶＤＲ１の１／２倍の参照電圧ＥＲ＝ＶＤＲ１／２になるようにコンバータ１が制御される。このとき、直流電圧Ｅｎが参照電圧ＥＲ＝ＶＤＲ１／２になるようにコンバータ１が制御される。
　また図８（Ｄ）に示すように、バッテリ７が満充電状態にされており、電流ＩＢは０Ａになっている。また図８（Ｅ）に示すように、参照電圧発生部４２（図６）の出力電圧ＶＤＲは参照電圧ＶＤＲ１になっている。
　時刻ｔ２において、商用交流電源６の停電が発生してコンバータ１の運転が停止されると、図８（Ｂ）に示すように、商用交流電源６からの三相交流電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの供給が停止されるとともに、制御回路３２が活性化され、バッテリ７（図１）の直流電力が双方向チョッパ２および直流ラインＬ１～Ｌ３を介してインバータ３に供給され、交流電力に変換されて負荷８に供給される。
　また、停電が発生したことに応じて、図８（Ｅ）に示すように、参照電圧発生部４２の出力電圧ＶＤＲが参照電圧ＶＤＲ１から参照電圧ＶＤＲ２に上昇する。これにより、減算器４３によって求められる電圧ΔＶＤがＶＤＲ２とＶＤＲ１の差の電圧ΔＶＤＲ＝ＶＤＲ２－ＶＤＲ１だけ上昇し、それに応じて電流指令値ＩＢｃが上昇し、図８（Ｄ）に示すように、直流電流ＩＢが増大する。
　このとき、直流電流ＩＢが増大するので、図８（Ｃ）に示すように、直流電圧Ｅｐの低下は小さく抑制され、下限電圧ＶＬよりも高い値に維持される。したがって、コンデンサＣ１～Ｃ４の容量が小さく設定されていても、図８（Ａ）に示すように、交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの各々の波形は正弦波状に維持される。
　停電が発生してから所定時間Ｔｃが経過すると（時刻ｔ３）、図８（Ｅ）に示すように、参照電圧発生部４２の出力電圧ＶＤＲが参照電圧ＶＤＲ２から参照電圧ＶＤＲ１に低下する。これにより、減算器４３によって求められる電圧ΔＶＤがＶＤＲ２とＶＤＲ１の差の電圧ΔＶＤＲ＝ＶＤＲ２－ＶＤＲ１だけ低下し、それに応じて電流指令値ＩＢｃが少し低下し、図８（Ｄ）に示すように、直流電流ＩＢが少し減少する。このとき、直流電圧Ｅｐ，Ｅｎ，ＶＤの低下は小さく抑制されているので、直流電流ＩＢの変化も小さい。時刻ｔ３以降も直流電圧Ｅｐの低下は小さく抑制され、下限電圧ＶＬよりも高い値に維持され、交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの各々の波形は正弦波状に維持される。
　なお、所定時間Ｔｃが長すぎると、直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１を超えてしまう。そこで、所定時間Ｔｃは、直流電圧ＶＤが上限電圧ＶＤＨを超えないように実験により決定される。上限電圧ＶＤＨは、参照電圧ＶＤＲ１よりも高い所定の直流電圧である。
　［比較例］
　図９は、実施の形態１の比較例となる無停電電源装置の要部を示すブロック図であって、図６と対比される図である。図９を参照して、比較例が実施の形態１と異なる点は、制御回路３２が制御回路５０で置換されている点である。
　制御回路５０が制御回路３２と異なる点は、タイマー４０およびセレクタ４１が除去され、操作部４からの信号Ｄ１が参照電圧発生部４２に直接与えられる点である。したがって、参照電圧発生部４２の出力電圧ＶＤＲは、常に、信号Ｄ１によって示される参照電圧ＶＤＲ１となる。
　図１０は、図９に示した制御回路５０の動作を示すタイムチャートであって、図８と対比される図である。図１０において、（Ａ）はインバータ３から出力される三相交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの波形を示し、（Ｂ）は商用交流電源６から供給される三相交流電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの波形を示し、（Ｃ）はコンデンサＣ１の端子間電圧Ｅｐの波形を示し、（Ｄ）はバッテリ７と双方向チョッパ２との間に流れる電流ＩＢの波形を示し、（Ｅ）は参照電圧発生部４２の出力電圧ＶＤＲの波形を示している。
　商用交流電源６の健全時（時刻ｔ０～ｔ２）における制御回路５０の動作は、制御回路３２の動作と同じである。時刻ｔ２において、商用交流電源６の停電が発生してコンバータ１の運転が停止されると、図８（Ｃ）に示すように、商用交流電源６からの三相交流電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの供給が停止されるとともに、制御回路５０が活性化され、バッテリ７（図１）の直流電力が双方向チョッパ２および直流ラインＬ１～Ｌ３を介してインバータ３に供給され、交流電力に変換されて負荷８に供給される。
　このとき、コンデンサＣ１～Ｃ４の容量が不足しているので、コンデンサＣ１～Ｃ４の端子間電圧が徐々に下降し、直流電圧ＶＤが徐々に下降する。たとえばコンデンサＣ１の端子間電圧Ｅｐは、図１０（Ｃ）に示すように、徐々に下降する。
　このとき、参照電圧発生部４２の出力電圧ＶＤＲは常に参照電圧ＶＤＲ１であるので、減算器４３によって求められる電圧ΔＶＤ＝ＶＤＲ１－ＶＤが徐々に増大する。電圧ΔＶＤが徐々に増大するに従って、図１０（Ｄ）に示すように、直流電流ＩＢが徐々に増大するが、コンデンサＣ１～Ｃ４の端子間電圧の下降を小さく抑制することができず、図１０（Ｃ）に示すように、直流電圧Ｅｐは下限電圧ＶＬよりも低下してしまう。このため、図１０（Ａ）に示すように、交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴの各々の波形を正弦波状にすることができなくなる。
　以上のように、この実施の形態１では、商用交流電源６の停電時には、所定時間Ｔｃだけ直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１よりも高い参照電圧ＶＤＲ２になるように双方向チョッパ２を制御した後、直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１になるように双方向チョッパ２を制御する。したがって、停電発生時にバッテリ電流ＩＢを一時的に通常よりも増大させることができ、小型のコンデンサＣ１～Ｃ４を使用した場合でも、直流電圧ＶＤが下限電圧ＶＤＬ＝２×ＶＬよりも低下することを防止することができる。このため、直流電圧ＶＤが下限電圧ＶＤＬ＝２×ＶＬよりも低下して交流出力電圧ＶＯの波形が歪むことを防止することができる。
　［実施の形態２］
　図１１は、本開示の実施の形態２に従う無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図１１において、この無停電電源装置が図１の無停電電源装置と異なる点は、コンバータ１、双方向チョッパ２、インバータ３、コンデンサＣ１～Ｃ４がそれぞれコンバータ５１、双方向チョッパ５２、インバータ５３、コンデンサＣ５，Ｃ６で置換され、直流ラインＬ２が除去されている点である。
　コンバータ５１（第１の電力変換器）は、交流端子５１ａ、正電圧端子５１ｂ、および負電圧端子５１ｃを有する。双方向チョッパ５２（第２の電力変換器）は、直流端子５２ａ、正電圧端子５２ｂ、および負電圧端子５２ｃを有する。インバータ５３（第３の電力変換器）は、交流端子５３ａ、正電圧端子５３ｂ、および負電圧端子５３ｃを有する。
　コンバータ５１の交流端子５１ａは、入力端子Ｔ１に接続される。電流検出器ＣＤ１は、入力端子Ｔ１と交流端子５１ａの間に流れる電流Ｉｉの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｆを制御装置５４に与える。
　双方向チョッパ５２の直流端子５２ａは、直流端子Ｔ２に接続される。電流検出器ＣＤ２は、直流端子Ｔ２と直流端子５２ａの間に流れる直流電流ＩＢの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＩＢｆを制御装置５４に与える。
　インバータ５３の交流端子５３ａは、出力端子Ｔ３に接続される。電流検出器ＣＤ３は、交流端子５３ａと出力端子Ｔ３の間に流れる電流Ｉｏの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号Ｉｏｆを制御装置５４に与える。
　直流ラインＬ１，Ｌ３の一方端子は、それぞれコンバータ５１の正電圧端子５１ｂおよび負電圧端子５１ｃに接続される。直流ラインＬ１，Ｌ３の他方端子は、それぞれインバータ５３の正電圧端子５３ｂおよび負電圧端子５３ｃに接続される。また、直流ラインＬ１，Ｌ３は、それぞれ双方向チョッパ５２の正電圧端子５２ａおよび負電圧端子５２ｄにそれぞれ接続される。
　コンデンサＣ５は、直流ラインＬ１，Ｌ３間に接続され、直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤを安定化および平滑化させる。直流電圧ＶＤＣの瞬時値は、制御装置５によって検出される。コンデンサＣ６は、双方向チョッパ５２の端子５２ｂ，５２ｃ間に接続され、端子５２ｂ，５２ｃ間の直流電圧を安定化および平滑化させる。
　本実施の形態２では、装置寸法の小型化を図るため、従来よりも小型のコンデンサＣ５，Ｃ６が使用されており、コンデンサＣ５，Ｃ６の容量は従来よりも小さい。コンデンサＣ５，Ｃ６の容量が不足していると、停電発生時に直流電圧ＶＤＣが下限電圧ＶＤＬよりも低下する恐れがある。本実施の形態２では、この問題の解決が図られる。
　コンバータ５１は、制御装置５４によって制御され、商用交流電源６の健全時には、商用交流電源６から入力端子Ｔ１を介して供給される交流電圧ＶＩを直流電圧ＶＤに変換して、直流ラインＬ１，Ｌ３間に出力する。商用交流電源６の停電時には、コンバータ５１の運転は停止される。
　制御装置５４は、商用交流電源６の健全時には、直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１（第１の参照電圧）になるようにコンバータ５１を制御する。商用交流電源６の停電時には、制御装置５４は、コンバータ５１の運転を停止させる。
　双方向チョッパ５２は、制御装置５４によって制御される。商用交流電源６の健全時には、双方向チョッパ５２は、コンバータ５１から直流ラインＬ１,Ｌ３を介して供給される直流電力をバッテリ７に蓄える。商用交流電源６の停電時には、双方向チョッパ５２は、バッテリ７の直流電圧ＶＢを直流電圧ＶＤに変換して正電圧端子５２ｂおよび負電圧端子５２ｃ間に出力する。
　制御装置５４は、商用交流電源６の健全時には、直流電圧ＶＢが参照電圧ＶＢＲ（第３の参照電圧）になるように双方向チョッパ５２を制御する。商用交流電源６の停電が発生した場合には、制御装置５４は、所定時間Ｔｃだけ直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１よりも高い参照電圧ＶＤＲ２（第２の参照電圧）になるように双方向チョッパ５２を制御した後に、直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１になるように双方向チョッパ５２を制御する。これにより、コンデンサＣ５，Ｃ６の容量が不足しているために、直流電圧ＶＤが下限電圧ＶＤＬ＝２×ＶＬよりも低下することを防止することができる。
　インバータ５３は、制御装置５４によって制御される。商用交流電源６の健全時には、インバータ５３は、コンバータ５１から直流ラインＬ１，Ｌ３を介して供給される直流電圧ＶＤを交流電圧ＶＯに変換して負荷８に供給する。
　商用交流電源６の停電時には、インバータ５３は、バッテリ７から双方向チョッパ５２および直流ラインＬ１，Ｌ３を介して供給される直流電圧ＶＤを交流電圧ＶＯに変換して負荷８に供給する。インバータ５３の出力電圧ＶＯは所望の値に制御可能になっている。制御装置５４は、交流出力電圧ＶＯが正弦波状の参照電圧ＶＯＲになるようにインバータ５３を制御する。
　制御装置５４は、交流入力電圧ＶＩ、交流入力電流Ｉｉ、直流電圧ＶＤ，ＶＢ、直流電流ＩＢ、交流出力電圧ＶＯ、交流出力電流Ｉｏ、操作部４からの信号ＤＢ，Ｄ１，Ｄ２，ＤＯ，ＤＴなどに基づいて無停電電源装置全体を制御する。
　次に、この無停電電源装置の動作について説明する。商用交流電源６の健全時には、商用交流電源６から供給される交流電力がコンバータ５１によって直流電力に変換される。この直流電力の一部は、直流ラインＬ１，Ｌ３および双方向チョッパ５２を介してバッテリ７に蓄えられる。また、コンバータ５１によって生成された直流電力の他の部分は、直流ラインＬ１，Ｌ３を介してインバータ５３に供給され、交流電力に変換されて負荷８に供給される。
　商用交流電源６の停電が発生した場合には、コンバータ５１の運転が停止されて商用交流電源６と直流ラインＬ１，Ｌ３とが電気的に切り離されるとともに、バッテリ７の直流電力が双方向チョッパ５２および直流ラインＬ１，Ｌ３を介してインバータ５３に供給され、交流電力に変換されて負荷８に供給される。したがって、商用交流電源６の停電が発生した場合でも、バッテリ７に直流電力が蓄えられている期間は負荷８の運転を継続することができる。
　また、商用交流電源６の停電が発生した場合には、所定時間Ｔｃだけ直流ラインＬ１，Ｌ３間の直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１よりも高い参照電圧ＶＤＲ２になるように双方向チョッパ５２を制御した後に、直流電圧ＶＤが参照電圧ＶＤＲ１になるように双方向チョッパ５２を制御する。これにより、コンデンサＣ５，Ｃ６の容量が不足している場合でも、直流電圧ＶＤが下限電圧ＶＤＬよりも低下することを防止し、交流出力電圧ＶＯの波形が歪むことを防止することができる。
　他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。この実施の形態２でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
　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。
　Ｔ１　入力端子、Ｔ２　直流端子、Ｔ３　出力端子、１，５１　コンバータ、ＣＤ１～ＣＤ３　電流検出器、Ｌ１～Ｌ３　直流ライン、Ｃ１～Ｃ６　コンデンサ、２，５２　双方向チョッパ、３，５３　インバータ、４　操作部、５，５４　制御装置、６　商用交流電源、７　バッテリ、８　負荷、１０　停電検出器、１１，２７，２９　加算器、１２，２１，２５，４３，４５　減算器、１３，３１，３２，５０　制御回路、２０，４２　参照電圧発生部、２２　直流電圧制御部、２３　正弦波発生部、２４　乗算器、２６，４６　電流制御部、２８　バランス制御部、３０，４７　ＰＷＭ制御部、４０　タイマー、４１　セレクタ、４４　電圧制御部。

Claims (6)

  1. 　交流電源の健全時に、前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して直流ラインに供給する第１の電力変換器と、
    　前記直流ラインに接続されたコンデンサと、
    　前記交流電源の停電時に、直流電源から供給される直流電力を前記直流ラインに供給する第２の電力変換器と、
    　前記直流ラインから受ける直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する第３の電力変換器と、
    　前記交流電源の健全時には、前記直流ラインの直流電圧が第１の参照電圧になるように前記第１の電力変換器を制御し、前記交流電源の停電時には、前記直流ラインの直流電圧が前記第１の参照電圧よりも高い第２の参照電圧になるように前記第２の電力変換器を制御した後、前記直流ラインの直流電圧が前記第１の参照電圧になるように前記第２の電力変換器を制御する制御装置とを備える、無停電電源装置。
  2. 　前記制御装置は、前記交流電源の停電が発生した場合に、前記直流ラインの直流電圧が前記第２の参照電圧になるように前記第２の電力変換器を制御して、前記直流電源の出力電流を増大させることにより、前記直流電圧が下限電圧よりも低下することを防止する、請求項１に記載の無停電電源装置。
  3. 　前記制御装置は、前記交流電源の停電が発生したことに応じて、予め定められた時間だけ前記直流ラインの直流電圧が前記第２の参照電圧になるように前記第２の電力変換器を制御した後、前記直流ラインの直流電圧が前記第１の参照電圧になるように前記第２の電力変換器を制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。
  4. 　前記予め定められた時間は、前記直流ラインの直流電圧が上限電圧を超えないように設定されている、請求項３に記載の無停電電源装置。
  5. 　前記制御装置は、
    　前記交流電源の停電が発生したことに応じて、前記予め定められた時間だけ前記第２の参照電圧を出力した後、前記第１の参照電圧を出力する参照電圧発生部と、
    　前記直流電源の出力電流を検出する電流検出器と、
    　前記参照電圧発生部の出力電圧と前記直流ラインの直流電圧との差に応じた値の電流指令値を生成する第１の制御部と、
    　前記電流指令値と前記直流電源の出力電流との差に応じた値の電圧指令値を生成する第２の制御部と、
    　前記電圧指令値に基づいて前記第２の電力変換器を制御する第３の制御部とを含む、請求項３に記載の無停電電源装置。
  6. 　前記直流電源は、直流電力を蓄える電力貯蔵装置であり、
    　前記第２の電力変換器は、前記交流電源の健全時には、前記第１の電力変換器によって生成される直流電力を前記電力貯蔵装置に蓄え、前記交流電源の停電時には、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記直流ラインに供給し、
    　前記制御装置は、前記交流電源の健全時には、前記電力貯蔵装置の直流電圧が第３の参照電圧になるように前記第２の電力変換器を制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。
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