JP2003087976A - 無停電電源装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 稼働率の向上等による有効利用を促進し、無
停電電源装置及びこれを用いるシステムの全体的なコス
トの低減を図り得る無停電電源装置を提供する。 【解決手段】 負荷設備７に供給される負荷電流ＩL の
高調波成分を補償するよう、またこの負荷電流ＩL の無
効電流を補償するよう補償電流指令値演算部５で演算し
た補償電流指令信号Ｓ2 を、本来の無停電電源装置とし
て機能させるためのゲート信号Ｓ0 を形成する電流指令
信号Ｓ1 に重畳することにより前記無停電電源装置主回
路１の整流器１ａを介して負荷設備７に補償電流を供給
するように構成した。
停電電源装置及びこれを用いるシステムの全体的なコス
トの低減を図り得る無停電電源装置を提供する。 【解決手段】 負荷設備７に供給される負荷電流ＩL の
高調波成分を補償するよう、またこの負荷電流ＩL の無
効電流を補償するよう補償電流指令値演算部５で演算し
た補償電流指令信号Ｓ2 を、本来の無停電電源装置とし
て機能させるためのゲート信号Ｓ0 を形成する電流指令
信号Ｓ1 に重畳することにより前記無停電電源装置主回
路１の整流器１ａを介して負荷設備７に補償電流を供給
するように構成した。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は無停電電源装置（Ｕ
ＰＳ）に関し、特に当該無停電電源装置を多機能化を図
る場合に適用して有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】無停電電源装置は、一般に、交流を受電
して直流に変換する整流器、停電時に電力を供給する蓄
電池及び直流を交流に変換するインバータで構成され、
停電時のバックアップ電源として汎用されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上記無停電電源装置
は、その性質上、非常に稼働率が低い施設である。例え
ば、常時商用方式（商用電源をメインとし、無停電電源
装置はバックアップ電源として位置づけられる方式。）
の無停電電源装置では、停電時以外の待機時には、入力
側の整流器及び出力側のインバータは何れも負荷を負っ
ていない状態となる。また、常時インバータ方式（無停
電電源装置をベースに運転する方式。）の無停電電源装
置では、入力側の整流器及び出力側のインバータに待機
時にも常時電流が流れている状態となるが、この状態で
は、整流器及びインバータの能力に余裕があることが多
い。また、信頼性が要求されるシステムでは、無停電電
源装置の一台が故障しても、無停電電源システムとして
の機能を損なわないようにシステムを冗長化することが
多いが、この場合には、さらに待機時の能力的な余裕が
増すことになる。さらに、何れの方式でも、待機時には
蓄電池は満充電された状態であり、充放電は殆ど行われ
ていない。 【０００４】そこで、無停電電源装置の稼働率の向上等
による有効利用を促進し、当該無停電電源装置及びこれ
を用いる無停電電源システムのコストの低減を図り得る
技術の出現が待望されている。 【０００５】本発明は、上記従来技術に鑑み、稼働率の
向上等による有効利用を促進し、無停電電源装置及びこ
れを用いるシステムの全体的なコストの低減を図り得る
無停電電源装置を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、次の点を特徴とする。 【０００７】１） 入力側に自己消弧形のスイッチング
素子で構成した整流回路及び蓄電池等の直流電源を有す
るとともに、前記整流回路の各スイッチング素子のＯＮ
／ＯＦＦのタイミングを制御することによりその出力を
制御するように構成した無停電電源装置において、当該
無停電電源装置の入力側で、この無停電電源装置と同一
の交流系統に並列に接続された負荷設備に供給される電
流及び前記交流系統の電圧、又はこれら電流及び電圧の
何れか一方を検出し、この検出値に基づき前記負荷設備
に供給する電流を補償するよう前記整流回路を制御する
ように構成したこと。 【０００８】２） 上記１）に記載する無停電電源装置
において、負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備
に供給する負荷電流の高調波を低減するため、この高調
波を打ち消す補償電流を整流回路を介して供給する補償
であること。 【０００９】３） 上記１）に記載する無停電電源装置
において、負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備
に供給する無効電流を整流回路を介して供給する無効電
流補償であること。 【００１０】４） 入力側に自己消弧形のスイッチング
素子で構成した整流回路及び蓄電池等の直流電源を有す
るとともに、前記電流回路の各スイッチング素子のＯＮ
／ＯＦＦのタイミングを制御することによりその出力を
制御するように構成した無停電電源装置において、当該
無停電電源装置の入力側で、この無停電電源装置と同一
の交流系統に並列に接続された負荷設備に供給される電
力の一部を賄うよう、当該無停電電源装置の蓄電池等の
直流電源の充電電力を整流回路を介して放電するように
構成したこと。 【００１１】５） 上記４）に記載する無停電電源装置
において、整流回路を介する充放電は、交流系統の電力
量を検出し、この電力量に応じて制御するようにしたこ
と。 【００１２】６） 上記４）に記載する無停電電源装置
において、整流回路を介する充放電は、日負荷特性等に
基づき予め設定したプログラムに基づき所定の時間を定
めて行うようにしたこと。 【００１３】７） 入力側に自己消弧形のスイッチング
素子で構成した整流回路及び蓄電池等の直流電源を有す
るとともに、前記整流回路の各スイッチング素子のＯＮ
／ＯＦＦのタイミングを制御することによりその出力を
制御するように構成した無停電電源装置において、当該
無停電電源装置の入力側で、この無停電電源装置と同一
の交流系統に並列に接続された負荷設備に供給される電
流及び前記交流系統の電圧、又はこれら電流及び電圧の
何れか一方を検出し、この検出値に基づき前記負荷設備
に供給する電流を補償するよう前記整流回路を制御する
とともに、前記負荷設備と同様に当該無停電電源装置と
同一の交流系統に並列に接続された負荷設備に供給され
る電力の一部を賄うよう、当該無停電電源装置の蓄電池
等の直流電源の充電電力を整流回路を介して放電するよ
うに構成したこと。 【００１４】８） 上記７）に記載する無停電電源装置
において、負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備
に供給する負荷電流の高調波を低減するため、この高調
波を打ち消す補償電流を整流回路を介して供給する補償
であること。 【００１５】９） 上記７）に記載する無停電電源装置
において、負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備
に供給する無効電流を整流回路を介して供給する無効電
流補償であること。 【００１６】１０） 上記７）に記載する無停電電源装
置において、整流回路を介する充放電は、交流系統の電
力量を検出し、この電力量に応じて制御するようにした
こと。 【００１７】１１） 上記７）に記載する無停電電源装
置において、整流回路を介する充放電は、日負荷特性等
に基づき予め設定したプログラムに基づき所定の時間を
定めて行うようにしたこと。 【００１８】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００１９】＜第１の実施の形態＞本形態は、無停電電
源装置に系統障害電力の補償機能を付加したものであ
る。無停電電源装置の入力側の整流器としては、従来は
ダイオード整流器や、サイリスタ整流器が多く用いられ
ていたが、近年では高調波の流出を抑制するため、高速
スイッチングが可能な自己消弧形素子を用いた高力率の
整流回路を用いることが多くなった。このような整流回
路としては様々な方式のものが提案されているが、特に
汎用されているものにＰＷＭ方式の整流回路がある。 【００２０】図１は、この種のＰＷＭ整流回路を示す回
路図で、（ａ）は三相ＰＷＭ整流回路、（ｂ）は単相Ｐ
ＷＭ整流回路をそれぞれ示す。両図において、ＳＷはス
イッチング素子で、両図ではＩＧＢＴの回路記号で示し
てあるが、他の自己消弧形素子であっても、勿論良い。
また、Ｄは帰還ダイオード及びＣは平滑用のコンデンサ
である。当該ＰＷＭ整流回路は、整流作用だけでなく、
交流側に電力を回生すること、すなわちインバータとし
て機能させることも可能である。整流回路として用いる
際は通常、交流入力電流が商用周波数の正弦波となるよ
うに電流制御を行うが、より高い周波数の電流を流す能
力を有しているのが一般的である。ちなみに、どの程度
の周波数まで電流を流す能力があるかは、スイッチング
素子のスイッチング周波数によって異なる。 【００２１】本形態は、この種の整流回路が回生可能な
点及び高い周波数の電流を流すことができる点に着目
し、無停電電源装置の入力側の整流回路の余剰能力を活
かして交流系統の障害電力を補償する機能を追加したも
のである。具体的には次の通りである。 【００２２】図２は本形態に係る無停電電源装置を示す
ブロック線図である。同図において、交流系統は単線で
示してあるが単相交流又は三相交流を想定するものとす
る。本形態に係る無停電電源装置Ｉは、無停電電源装置
主回路１及びその制御系を含む周辺回路からなる。無停
電電源装置主回路１は、図１に示すＰＷＭ整流回路で構
成した入力側の整流器１ａ及び蓄電池（図示せず。）等
の直流電源（電気二重層キャパシタ等も含む。以下、同
じ）を有しており、前記整流器１ａの余剰能力を活かし
て交流系統２の障害電力を補償する。ここで、整流器１
ａはゲート信号Ｓ0 でその各スイッチング素子のＯＮ／
ＯＦＦのタイミングを制御することによりその出力が制
御される。 【００２３】本形態に係る無停電電源装置Ｉを通常の無
停電電源装置、すなわち従来と同様の無停電電源装置と
して機能させる場合には、電流指令値演算部３で演算し
た電流指令値を表す電流指令信号Ｓ1 に基づき電流制御
部４で所定のゲート信号Ｓ0を作り、このゲート信号Ｓ
0 で前記整流器１ａの各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦ
Ｆのタイミングを制御する。すなわち、この電流指令値
演算部３は、当該無停電電源装置Ｉが本来の無停電電源
装置としての機能を維持するためのものであり、その電
流指令値は所定の正弦波の指令値となっている。 【００２４】本形態では、さらに所定の補償機能を発揮
させるべく、補償電流指令値演算部５で演算した補償電
流指令値を表す補償電流指令信号Ｓ2 を、加算器６で前
記電流指令信号Ｓ1 に重畳して電流指令信号Ｓ3 を形成
し、この電流指令信号Ｓ3 を電流制御部４に供給する。
かくして、電流制御部４は整流器１ａが交流系統２に所
定の補償電流も供給し得るように整流器１ａの各スイッ
チング素子のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御する。 【００２５】負荷設備７は、当該無停電電源装置Ｉの入
力側で、この無停電電源装置Ｉと同一の交流系統２に並
列に接続されている。本形態に係る無停電電源装置Ｉ
は、この負荷設備７に供給する負荷電流ＩL を補償する
ものである。 【００２６】電流検出部８は前記負荷電流ＩL を検出す
る。電圧検出部９は負荷設備７に印加される交流系統２
の電圧Ｖを検出する。ここで、本形態における負荷電流
ＩLの補償は、具体的には高調波成分の除去及び無効電
流の供給等が考えられる。前者の場合、整流器１ａから
は負荷電流ＩL の高調波成分をキャンセルするような補
償電流を供給し、また後者の場合には、整流器１ａから
無効電流を供給する。 【００２７】ここで、無効電流補償を行う場合には、電
圧検出部９を設け、交流系統２の電圧Ｖを検出すること
が必須である。無効電流は電圧信号の位相を基準として
相対的に決定するからである。これに対し、高調波成分
の補償の場合には、当該無停電電源装置Ｉの回路方式等
にもよるが、電圧検出部９を省略しても良い場合があ
る。何れにしても、補償電流指令値演算部５は、電流検
出部８及び／又は電圧検出部９の検出結果に基づいて整
流器１ａに所定の補償電流を発生させるべく所定の補償
電流指令信号Ｓ3 を送出する。 【００２８】電流検出部１０は、無停電電源装置主回路
１に供給される交流入力の電流を検出するもので、電流
制御部４では電流検出部１０で検出した電流信号に基づ
きこの電流に同期させてゲート信号Ｓ0 を作っている。
負荷設備１１は、当該無停電電源装置Ｉの本来的な負
荷、すなわち無停電電源装置主回路１の出力である交流
出力が供給される負荷である。 【００２９】かかる無停電電源装置Ｉにおいては、補償
電流指令値演算部５で補償電流を演算し、これと本来の
無停電電源装置の動作に必要な入力電流を加算したもの
を入力側の整流器１ａの電流指令値とする構成としてい
る。補償電流指令値演算部５は、補償対象となる負荷設
備７の発生する障害電力を検出し、これを打ち消す電流
指令値を発生する。補償する障害電力としては無効電力
・高調波電流等を想定している。停電時には障害電力補
償機能は停止するものとし、通常の無停電電源装置とし
て機能させる。 【００３０】これにより、無停電電源装置Ｉの待機時の
余剰能力を用いて無効電力補償機能やアクティブフィル
タ機能を実現することが可能となる。したがって、無停
電電源装置Ｉとこれらの補償装置を個別に設置する場合
に比較して一台で複数の機能を実現できることからコス
トダウン・設置スペースの減少等を実現できる。 【００３１】＜第２の実施の形態＞本形態は、無停電電
源装置IIに電力ピークカットの機能を付加したものであ
る。一般に電力会社と需要家との間の契約においては、
契約電力が決められており、これを超えると通常より高
い電力料金を支払う必要がある。本形態は、無停電電源
装置IIに蓄えられたエネルギーを有効に活用し、無停電
電源装置IIで電力ピークカット機能を実現するものであ
る。これにより、例えば夏場の電力ピーク時に契約電力
を超えそうになった場合に、無停電電源装置IIに蓄えら
れているエネルギーを放出して契約電力を超えるを防ぐ
ことが可能になる。また、無停電電源装置IIの蓄電池、
電気二重層キャパシタ等で構成する直流電源を増加する
ことで、一日の電力負荷を平準化する機能を持たせるこ
とも可能である。これにより、安価な夜間電力の有効利
用が可能になる上、契約電力を小さくすることができ
る。このための具体的な構成は次の通りである。 【００３２】図３は本形態に係る無停電電源装置を示す
ブロック線図である。同図に示すように、本形態に係る
無停電電源装置IIは、図２に示す補償電流指令値演算部
５で演算して形成した電流指令信号Ｓ3 の代わりに、ピ
ークカット機能電流指令値演算部１５の出力信号である
電力ピークカットに関するピークカット電流指令信号Ｓ
4 を電流指令信号Ｓ1 に重畳するように構成したもので
あり、その他の構成は、図２と同様である。そこで、図
２と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略
する。 【００３３】通常、無停電電源装置IIの出力インイバー
タ（図示はしないが、無停電電源装置主回路１に含まれ
る。）はＣＶＣＦインバータであり電流制御を行うこと
はできないため、入力側の整流器１ａの入力電流をピー
クカット機能で決定した放電量分だけ減らすことで放電
を行う構成としている。すなわち、ピークカット機能電
流指令値演算部１５では、まず電流・電圧をもとに電力
を求め、これを基に無停電電源装置主回路１に含まれる
蓄電池等の直流電源からの放電量を決定する。その放電
量に応じた入力側の整流器１ａのピークカット電流指令
信号Ｓ4 （力率１の正弦波で交流系統２に電力を回生す
る方向の電流指令）をピークカット機能電流指令値演算
部１５の出力信号とし、このピークカット電流指令信号
Ｓ4 に通常の無停電電源装置機能の電流指令信号Ｓ1 を
加算したものを整流器１ａの電流指令信号Ｓ5 とする。
このため、電流検出部１８は交流系統２において、ピー
クカットした電力を供給する負荷設備２７に分岐する前
の当該系統の全負荷電流を検出している。 【００３４】当該ピークカット機能は無停電電源装置II
の蓄電池等の直流電源から放電する機能なので、制限な
く用いた場合、前記直流電源に蓄えられたエネルギーを
全て放出してしまい、無停電電源装置IIとしての動作に
支障を来すことになる。このため、無停電電源装置IIと
しての機能を損なわない程度に放電量を制限することが
肝要である。ピークカット機能での放電量の限度は蓄電
池の容量や停電の危険性を基に判断するが、蓄電池等の
直流電源の容量が不足する場合には、並列に接続する蓄
電池の数を適宜増加して使用するようにすれば良い。か
くして、電圧検出部９及び電流検出部１８の出力信号に
基づき演算した負荷電力に基づき、これが所定値を超え
る場合にそれに見合う電力を当該無停電電源装置IIから
放電するとともに、所定値未満の場合にそれに見合う電
力を当該無停電電源装置IIに充電する。 【００３５】なお、図３に示す上記実施の形態ではピー
クカット機能電流指令値演算部１５では、電圧検出部９
及び電流検出部１８の出力信号に基づき演算した負荷電
力に基づき無停電電源装置IIに対する充放電電力量を決
めているが、これに限るものではない。例えば、負荷設
備２７の日負荷特性に合わせて重負荷になる昼間等の所
定の時間になれば放電、軽負荷になる夜間等の所定の時
間になれば充電を行うよう充放電モードをプログラムし
ておき、このプログラムに基づきピークカット機能電流
指令値演算部１５を制御して所定のピークカット電流指
令信号Ｓ4 を出力するように構成しても勿論良い。 【００３６】＜第３の実施の形態＞本形態は、通常の無
停電電源装置に系統障害電力の補償機能及び電力ピーク
カットの機能を付加したものである。すなわち、図４に
示すように、本形態に係る無停電電源装置III は、図２
に示す第１の実施の形態と図３に示す第２の実施の形態
とを併せたものである。ここで、ピークカット機能電流
指令値演算部１５は交流系統２の全負荷電流と電圧Ｖに
基づき全電力を検出すべく当該無停電電源装置IIに供給
される交流入力の負荷電流と負荷設備７、２７に供給さ
れる負荷電流ＩL とを加算器３１で加算して用いてい
る。この場合、図３に示す第２の実施の形態の場合と同
様に、充放電モードをプログラムしておき、このプログ
ラムに基づきピークカット機能電流指令値演算部１５を
制御して所定のピークカット電流指令信号Ｓ4 を出力す
るように構成しても勿論良い。 【００３７】かかる本形態によれば、第１の実施の形態
の系統障害電力の補償機能と、第２の実施の形態の電力
ピークカット機能とを兼備した無停電電源装置とするこ
とができる。 【００３８】 【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
た通り、本発明によれば、無停電電源装置の待機時に無
停電電源装置としての機能以外の動作をさせ、待機時に
使われていない能力を有効に活用し得る。すなわち、障
害電力補償機能、ピークカット機能等の機能を追加して
多機能化することができるため、一台の装置で複数の機
能を実現でき、コトスの低減を図り得るばかりでなく、
省スペース化も実現し得る。
ＰＳ）に関し、特に当該無停電電源装置を多機能化を図
る場合に適用して有用なものである。 【０００２】 【従来の技術】無停電電源装置は、一般に、交流を受電
して直流に変換する整流器、停電時に電力を供給する蓄
電池及び直流を交流に変換するインバータで構成され、
停電時のバックアップ電源として汎用されている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】上記無停電電源装置
は、その性質上、非常に稼働率が低い施設である。例え
ば、常時商用方式（商用電源をメインとし、無停電電源
装置はバックアップ電源として位置づけられる方式。）
の無停電電源装置では、停電時以外の待機時には、入力
側の整流器及び出力側のインバータは何れも負荷を負っ
ていない状態となる。また、常時インバータ方式（無停
電電源装置をベースに運転する方式。）の無停電電源装
置では、入力側の整流器及び出力側のインバータに待機
時にも常時電流が流れている状態となるが、この状態で
は、整流器及びインバータの能力に余裕があることが多
い。また、信頼性が要求されるシステムでは、無停電電
源装置の一台が故障しても、無停電電源システムとして
の機能を損なわないようにシステムを冗長化することが
多いが、この場合には、さらに待機時の能力的な余裕が
増すことになる。さらに、何れの方式でも、待機時には
蓄電池は満充電された状態であり、充放電は殆ど行われ
ていない。 【０００４】そこで、無停電電源装置の稼働率の向上等
による有効利用を促進し、当該無停電電源装置及びこれ
を用いる無停電電源システムのコストの低減を図り得る
技術の出現が待望されている。 【０００５】本発明は、上記従来技術に鑑み、稼働率の
向上等による有効利用を促進し、無停電電源装置及びこ
れを用いるシステムの全体的なコストの低減を図り得る
無停電電源装置を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の構成は、次の点を特徴とする。 【０００７】１） 入力側に自己消弧形のスイッチング
素子で構成した整流回路及び蓄電池等の直流電源を有す
るとともに、前記整流回路の各スイッチング素子のＯＮ
／ＯＦＦのタイミングを制御することによりその出力を
制御するように構成した無停電電源装置において、当該
無停電電源装置の入力側で、この無停電電源装置と同一
の交流系統に並列に接続された負荷設備に供給される電
流及び前記交流系統の電圧、又はこれら電流及び電圧の
何れか一方を検出し、この検出値に基づき前記負荷設備
に供給する電流を補償するよう前記整流回路を制御する
ように構成したこと。 【０００８】２） 上記１）に記載する無停電電源装置
において、負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備
に供給する負荷電流の高調波を低減するため、この高調
波を打ち消す補償電流を整流回路を介して供給する補償
であること。 【０００９】３） 上記１）に記載する無停電電源装置
において、負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備
に供給する無効電流を整流回路を介して供給する無効電
流補償であること。 【００１０】４） 入力側に自己消弧形のスイッチング
素子で構成した整流回路及び蓄電池等の直流電源を有す
るとともに、前記電流回路の各スイッチング素子のＯＮ
／ＯＦＦのタイミングを制御することによりその出力を
制御するように構成した無停電電源装置において、当該
無停電電源装置の入力側で、この無停電電源装置と同一
の交流系統に並列に接続された負荷設備に供給される電
力の一部を賄うよう、当該無停電電源装置の蓄電池等の
直流電源の充電電力を整流回路を介して放電するように
構成したこと。 【００１１】５） 上記４）に記載する無停電電源装置
において、整流回路を介する充放電は、交流系統の電力
量を検出し、この電力量に応じて制御するようにしたこ
と。 【００１２】６） 上記４）に記載する無停電電源装置
において、整流回路を介する充放電は、日負荷特性等に
基づき予め設定したプログラムに基づき所定の時間を定
めて行うようにしたこと。 【００１３】７） 入力側に自己消弧形のスイッチング
素子で構成した整流回路及び蓄電池等の直流電源を有す
るとともに、前記整流回路の各スイッチング素子のＯＮ
／ＯＦＦのタイミングを制御することによりその出力を
制御するように構成した無停電電源装置において、当該
無停電電源装置の入力側で、この無停電電源装置と同一
の交流系統に並列に接続された負荷設備に供給される電
流及び前記交流系統の電圧、又はこれら電流及び電圧の
何れか一方を検出し、この検出値に基づき前記負荷設備
に供給する電流を補償するよう前記整流回路を制御する
とともに、前記負荷設備と同様に当該無停電電源装置と
同一の交流系統に並列に接続された負荷設備に供給され
る電力の一部を賄うよう、当該無停電電源装置の蓄電池
等の直流電源の充電電力を整流回路を介して放電するよ
うに構成したこと。 【００１４】８） 上記７）に記載する無停電電源装置
において、負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備
に供給する負荷電流の高調波を低減するため、この高調
波を打ち消す補償電流を整流回路を介して供給する補償
であること。 【００１５】９） 上記７）に記載する無停電電源装置
において、負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備
に供給する無効電流を整流回路を介して供給する無効電
流補償であること。 【００１６】１０） 上記７）に記載する無停電電源装
置において、整流回路を介する充放電は、交流系統の電
力量を検出し、この電力量に応じて制御するようにした
こと。 【００１７】１１） 上記７）に記載する無停電電源装
置において、整流回路を介する充放電は、日負荷特性等
に基づき予め設定したプログラムに基づき所定の時間を
定めて行うようにしたこと。 【００１８】 【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。 【００１９】＜第１の実施の形態＞本形態は、無停電電
源装置に系統障害電力の補償機能を付加したものであ
る。無停電電源装置の入力側の整流器としては、従来は
ダイオード整流器や、サイリスタ整流器が多く用いられ
ていたが、近年では高調波の流出を抑制するため、高速
スイッチングが可能な自己消弧形素子を用いた高力率の
整流回路を用いることが多くなった。このような整流回
路としては様々な方式のものが提案されているが、特に
汎用されているものにＰＷＭ方式の整流回路がある。 【００２０】図１は、この種のＰＷＭ整流回路を示す回
路図で、（ａ）は三相ＰＷＭ整流回路、（ｂ）は単相Ｐ
ＷＭ整流回路をそれぞれ示す。両図において、ＳＷはス
イッチング素子で、両図ではＩＧＢＴの回路記号で示し
てあるが、他の自己消弧形素子であっても、勿論良い。
また、Ｄは帰還ダイオード及びＣは平滑用のコンデンサ
である。当該ＰＷＭ整流回路は、整流作用だけでなく、
交流側に電力を回生すること、すなわちインバータとし
て機能させることも可能である。整流回路として用いる
際は通常、交流入力電流が商用周波数の正弦波となるよ
うに電流制御を行うが、より高い周波数の電流を流す能
力を有しているのが一般的である。ちなみに、どの程度
の周波数まで電流を流す能力があるかは、スイッチング
素子のスイッチング周波数によって異なる。 【００２１】本形態は、この種の整流回路が回生可能な
点及び高い周波数の電流を流すことができる点に着目
し、無停電電源装置の入力側の整流回路の余剰能力を活
かして交流系統の障害電力を補償する機能を追加したも
のである。具体的には次の通りである。 【００２２】図２は本形態に係る無停電電源装置を示す
ブロック線図である。同図において、交流系統は単線で
示してあるが単相交流又は三相交流を想定するものとす
る。本形態に係る無停電電源装置Ｉは、無停電電源装置
主回路１及びその制御系を含む周辺回路からなる。無停
電電源装置主回路１は、図１に示すＰＷＭ整流回路で構
成した入力側の整流器１ａ及び蓄電池（図示せず。）等
の直流電源（電気二重層キャパシタ等も含む。以下、同
じ）を有しており、前記整流器１ａの余剰能力を活かし
て交流系統２の障害電力を補償する。ここで、整流器１
ａはゲート信号Ｓ0 でその各スイッチング素子のＯＮ／
ＯＦＦのタイミングを制御することによりその出力が制
御される。 【００２３】本形態に係る無停電電源装置Ｉを通常の無
停電電源装置、すなわち従来と同様の無停電電源装置と
して機能させる場合には、電流指令値演算部３で演算し
た電流指令値を表す電流指令信号Ｓ1 に基づき電流制御
部４で所定のゲート信号Ｓ0を作り、このゲート信号Ｓ
0 で前記整流器１ａの各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦ
Ｆのタイミングを制御する。すなわち、この電流指令値
演算部３は、当該無停電電源装置Ｉが本来の無停電電源
装置としての機能を維持するためのものであり、その電
流指令値は所定の正弦波の指令値となっている。 【００２４】本形態では、さらに所定の補償機能を発揮
させるべく、補償電流指令値演算部５で演算した補償電
流指令値を表す補償電流指令信号Ｓ2 を、加算器６で前
記電流指令信号Ｓ1 に重畳して電流指令信号Ｓ3 を形成
し、この電流指令信号Ｓ3 を電流制御部４に供給する。
かくして、電流制御部４は整流器１ａが交流系統２に所
定の補償電流も供給し得るように整流器１ａの各スイッ
チング素子のＯＮ／ＯＦＦのタイミングを制御する。 【００２５】負荷設備７は、当該無停電電源装置Ｉの入
力側で、この無停電電源装置Ｉと同一の交流系統２に並
列に接続されている。本形態に係る無停電電源装置Ｉ
は、この負荷設備７に供給する負荷電流ＩL を補償する
ものである。 【００２６】電流検出部８は前記負荷電流ＩL を検出す
る。電圧検出部９は負荷設備７に印加される交流系統２
の電圧Ｖを検出する。ここで、本形態における負荷電流
ＩLの補償は、具体的には高調波成分の除去及び無効電
流の供給等が考えられる。前者の場合、整流器１ａから
は負荷電流ＩL の高調波成分をキャンセルするような補
償電流を供給し、また後者の場合には、整流器１ａから
無効電流を供給する。 【００２７】ここで、無効電流補償を行う場合には、電
圧検出部９を設け、交流系統２の電圧Ｖを検出すること
が必須である。無効電流は電圧信号の位相を基準として
相対的に決定するからである。これに対し、高調波成分
の補償の場合には、当該無停電電源装置Ｉの回路方式等
にもよるが、電圧検出部９を省略しても良い場合があ
る。何れにしても、補償電流指令値演算部５は、電流検
出部８及び／又は電圧検出部９の検出結果に基づいて整
流器１ａに所定の補償電流を発生させるべく所定の補償
電流指令信号Ｓ3 を送出する。 【００２８】電流検出部１０は、無停電電源装置主回路
１に供給される交流入力の電流を検出するもので、電流
制御部４では電流検出部１０で検出した電流信号に基づ
きこの電流に同期させてゲート信号Ｓ0 を作っている。
負荷設備１１は、当該無停電電源装置Ｉの本来的な負
荷、すなわち無停電電源装置主回路１の出力である交流
出力が供給される負荷である。 【００２９】かかる無停電電源装置Ｉにおいては、補償
電流指令値演算部５で補償電流を演算し、これと本来の
無停電電源装置の動作に必要な入力電流を加算したもの
を入力側の整流器１ａの電流指令値とする構成としてい
る。補償電流指令値演算部５は、補償対象となる負荷設
備７の発生する障害電力を検出し、これを打ち消す電流
指令値を発生する。補償する障害電力としては無効電力
・高調波電流等を想定している。停電時には障害電力補
償機能は停止するものとし、通常の無停電電源装置とし
て機能させる。 【００３０】これにより、無停電電源装置Ｉの待機時の
余剰能力を用いて無効電力補償機能やアクティブフィル
タ機能を実現することが可能となる。したがって、無停
電電源装置Ｉとこれらの補償装置を個別に設置する場合
に比較して一台で複数の機能を実現できることからコス
トダウン・設置スペースの減少等を実現できる。 【００３１】＜第２の実施の形態＞本形態は、無停電電
源装置IIに電力ピークカットの機能を付加したものであ
る。一般に電力会社と需要家との間の契約においては、
契約電力が決められており、これを超えると通常より高
い電力料金を支払う必要がある。本形態は、無停電電源
装置IIに蓄えられたエネルギーを有効に活用し、無停電
電源装置IIで電力ピークカット機能を実現するものであ
る。これにより、例えば夏場の電力ピーク時に契約電力
を超えそうになった場合に、無停電電源装置IIに蓄えら
れているエネルギーを放出して契約電力を超えるを防ぐ
ことが可能になる。また、無停電電源装置IIの蓄電池、
電気二重層キャパシタ等で構成する直流電源を増加する
ことで、一日の電力負荷を平準化する機能を持たせるこ
とも可能である。これにより、安価な夜間電力の有効利
用が可能になる上、契約電力を小さくすることができ
る。このための具体的な構成は次の通りである。 【００３２】図３は本形態に係る無停電電源装置を示す
ブロック線図である。同図に示すように、本形態に係る
無停電電源装置IIは、図２に示す補償電流指令値演算部
５で演算して形成した電流指令信号Ｓ3 の代わりに、ピ
ークカット機能電流指令値演算部１５の出力信号である
電力ピークカットに関するピークカット電流指令信号Ｓ
4 を電流指令信号Ｓ1 に重畳するように構成したもので
あり、その他の構成は、図２と同様である。そこで、図
２と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略
する。 【００３３】通常、無停電電源装置IIの出力インイバー
タ（図示はしないが、無停電電源装置主回路１に含まれ
る。）はＣＶＣＦインバータであり電流制御を行うこと
はできないため、入力側の整流器１ａの入力電流をピー
クカット機能で決定した放電量分だけ減らすことで放電
を行う構成としている。すなわち、ピークカット機能電
流指令値演算部１５では、まず電流・電圧をもとに電力
を求め、これを基に無停電電源装置主回路１に含まれる
蓄電池等の直流電源からの放電量を決定する。その放電
量に応じた入力側の整流器１ａのピークカット電流指令
信号Ｓ4 （力率１の正弦波で交流系統２に電力を回生す
る方向の電流指令）をピークカット機能電流指令値演算
部１５の出力信号とし、このピークカット電流指令信号
Ｓ4 に通常の無停電電源装置機能の電流指令信号Ｓ1 を
加算したものを整流器１ａの電流指令信号Ｓ5 とする。
このため、電流検出部１８は交流系統２において、ピー
クカットした電力を供給する負荷設備２７に分岐する前
の当該系統の全負荷電流を検出している。 【００３４】当該ピークカット機能は無停電電源装置II
の蓄電池等の直流電源から放電する機能なので、制限な
く用いた場合、前記直流電源に蓄えられたエネルギーを
全て放出してしまい、無停電電源装置IIとしての動作に
支障を来すことになる。このため、無停電電源装置IIと
しての機能を損なわない程度に放電量を制限することが
肝要である。ピークカット機能での放電量の限度は蓄電
池の容量や停電の危険性を基に判断するが、蓄電池等の
直流電源の容量が不足する場合には、並列に接続する蓄
電池の数を適宜増加して使用するようにすれば良い。か
くして、電圧検出部９及び電流検出部１８の出力信号に
基づき演算した負荷電力に基づき、これが所定値を超え
る場合にそれに見合う電力を当該無停電電源装置IIから
放電するとともに、所定値未満の場合にそれに見合う電
力を当該無停電電源装置IIに充電する。 【００３５】なお、図３に示す上記実施の形態ではピー
クカット機能電流指令値演算部１５では、電圧検出部９
及び電流検出部１８の出力信号に基づき演算した負荷電
力に基づき無停電電源装置IIに対する充放電電力量を決
めているが、これに限るものではない。例えば、負荷設
備２７の日負荷特性に合わせて重負荷になる昼間等の所
定の時間になれば放電、軽負荷になる夜間等の所定の時
間になれば充電を行うよう充放電モードをプログラムし
ておき、このプログラムに基づきピークカット機能電流
指令値演算部１５を制御して所定のピークカット電流指
令信号Ｓ4 を出力するように構成しても勿論良い。 【００３６】＜第３の実施の形態＞本形態は、通常の無
停電電源装置に系統障害電力の補償機能及び電力ピーク
カットの機能を付加したものである。すなわち、図４に
示すように、本形態に係る無停電電源装置III は、図２
に示す第１の実施の形態と図３に示す第２の実施の形態
とを併せたものである。ここで、ピークカット機能電流
指令値演算部１５は交流系統２の全負荷電流と電圧Ｖに
基づき全電力を検出すべく当該無停電電源装置IIに供給
される交流入力の負荷電流と負荷設備７、２７に供給さ
れる負荷電流ＩL とを加算器３１で加算して用いてい
る。この場合、図３に示す第２の実施の形態の場合と同
様に、充放電モードをプログラムしておき、このプログ
ラムに基づきピークカット機能電流指令値演算部１５を
制御して所定のピークカット電流指令信号Ｓ4 を出力す
るように構成しても勿論良い。 【００３７】かかる本形態によれば、第１の実施の形態
の系統障害電力の補償機能と、第２の実施の形態の電力
ピークカット機能とを兼備した無停電電源装置とするこ
とができる。 【００３８】 【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明し
た通り、本発明によれば、無停電電源装置の待機時に無
停電電源装置としての機能以外の動作をさせ、待機時に
使われていない能力を有効に活用し得る。すなわち、障
害電力補償機能、ピークカット機能等の機能を追加して
多機能化することができるため、一台の装置で複数の機
能を実現でき、コトスの低減を図り得るばかりでなく、
省スペース化も実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な整流回路を示す回路図で、（ａ）は三
相ＰＷＭ整流回路、（ｂ）は単相ＰＷＭ整流回路をそれ
ぞれ示す。 【図２】本発明の第１の実施の形態に係る無停電電源装
置を示すブロック線図である。 【図３】本発明の第２の実施の形態に係る無停電電源装
置を示すブロック線図である。 【図４】本発明の第３の実施の形態に係る無停電電源装
置を示すブロック線図である。 【符号の説明】 Ｉ、II、III 無停電電源装置 １ 無停電電源装置主回路 １ａ 整流器 ２ 交流系統 ５ 補償電流指令値演算部 ７、２７ 負荷設備 ８、１０ 電流検出部 ９ 電圧検出部 １５ ピークカット機能電流指令値演算部
相ＰＷＭ整流回路、（ｂ）は単相ＰＷＭ整流回路をそれ
ぞれ示す。 【図２】本発明の第１の実施の形態に係る無停電電源装
置を示すブロック線図である。 【図３】本発明の第２の実施の形態に係る無停電電源装
置を示すブロック線図である。 【図４】本発明の第３の実施の形態に係る無停電電源装
置を示すブロック線図である。 【符号の説明】 Ｉ、II、III 無停電電源装置 １ 無停電電源装置主回路 １ａ 整流器 ２ 交流系統 ５ 補償電流指令値演算部 ７、２７ 負荷設備 ８、１０ 電流検出部 ９ 電圧検出部 １５ ピークカット機能電流指令値演算部
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(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｈ０２Ｍ 7/219 Ｈ０２Ｍ 7/219
Ｆターム(参考） 5G015 FA08 GA01 HA16 JA15 JA21
JA34 JA35 JA52
5G066 EA03 FA02 FB15 HA19 HB09
JA05
5H006 CA01 CB01 CB08 CC02 DA02
DB01 DC02 DC05
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 入力側に自己消弧形のスイッチング素子
で構成した整流回路及び蓄電池等の直流電源を有すると
ともに、前記整流回路の各スイッチング素子のＯＮ／Ｏ
ＦＦのタイミングを制御することによりその出力を制御
するように構成した無停電電源装置において、 当該無停電電源装置の入力側で、この無停電電源装置と
同一の交流系統に並列に接続された負荷設備に供給され
る電流及び前記交流系統の電圧、又はこれら電流及び電
圧の何れか一方を検出し、この検出値に基づき前記負荷
設備に供給する電流を補償するよう前記整流回路を制御
するように構成したことを特徴とする無停電電源装置。 【請求項２】 〔請求項１〕に記載する無停電電源装置
において、 負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備に供給する
負荷電流の高調波を低減するため、この高調波を打ち消
す補償電流を整流回路を介して供給する補償であること
を特徴とする無停電電源装置。 【請求項３】 〔請求項１〕に記載する無停電電源装置
において、 負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備に供給する
無効電流を整流回路を介して供給する無効電流補償であ
ることを特徴とする無停電電源装置。 【請求項４】 入力側に自己消弧形のスイッチング素子
で構成した整流回路及び蓄電池等の直流電源を有すると
ともに、前記電流回路の各スイッチング素子のＯＮ／Ｏ
ＦＦのタイミングを制御することによりその出力を制御
するように構成した無停電電源装置において、 当該無停電電源装置の入力側で、この無停電電源装置と
同一の交流系統に並列に接続された負荷設備に供給され
る電力の一部を賄うよう、当該無停電電源装置の蓄電池
等の直流電源の充電電力を整流回路を介して放電するよ
うに構成したことを特徴とする無停電電源装置。 【請求項５】 〔請求項４〕に記載する無停電電源装置
において、 整流回路を介する充放電は、交流系統の電力量を検出
し、この電力量に応じて制御するようにしたことを特徴
とする無停電電源装置。 【請求項６】 〔請求項４〕に記載する無停電電源装置
において、 整流回路を介する充放電は、日負荷特性等に基づき予め
設定したプログラムに基づき所定の時間を定めて行うよ
うにしたことを特徴とする無停電電源装置。 【請求項７】 入力側に自己消弧形のスイッチング素子
で構成した整流回路及び蓄電池等の直流電源を有すると
ともに、前記整流回路の各スイッチング素子のＯＮ／Ｏ
ＦＦのタイミングを制御することによりその出力を制御
するように構成した無停電電源装置において、 当該無停電電源装置の入力側で、この無停電電源装置と
同一の交流系統に並列に接続された負荷設備に供給され
る電流及び前記交流系統の電圧、又はこれら電流及び電
圧の何れか一方を検出し、この検出値に基づき前記負荷
設備に供給する電流を補償するよう前記整流回路を制御
するとともに、 前記負荷設備と同様に当該無停電電源装置と同一の交流
系統に並列に接続された負荷設備に供給される電力の一
部を賄うよう、当該無停電電源装置の蓄電池等の直流電
源の充電電力を整流回路を介して放電するように構成し
たことを特徴とする無停電電源装置。 【請求項８】 〔請求項７〕に記載する無停電電源装置
において、 負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備に供給する
負荷電流の高調波を低減するため、この高調波を打ち消
す補償電流を整流回路を介して供給する補償であること
を特徴とする無停電電源装置。 【請求項９】 〔請求項７〕に記載する無停電電源装置
において、 負荷設備に対する電流補償は、この負荷設備に供給する
無効電流を整流回路を介して供給する無効電流補償であ
ることを特徴とする無停電電源装置。 【請求項１０】 〔請求項７〕に記載する無停電電源装
置において、 整流回路を介する充放電は、交流系統の電力量を検出
し、この電力量に応じて制御するようにしたことを特徴
とする無停電電源装置。 【請求項１１】 〔請求項７〕に記載する無停電電源装
置において、 整流回路を介する充放電は、日負荷特性等に基づき予め
設定したプログラムに基づき所定の時間を定めて行うよ
うにしたことを特徴とする無停電電源装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001277531A JP2003087976A (ja) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | 無停電電源装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001277531A JP2003087976A (ja) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | 無停電電源装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003087976A true JP2003087976A (ja) | 2003-03-20 |
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ID=19102044
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001277531A Pending JP2003087976A (ja) | 2001-09-13 | 2001-09-13 | 無停電電源装置 |
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|---|---|
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