JP2011055570A

JP2011055570A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2011055570A
Application number: JP2009199196A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Miyata; 博昭宮田; Hideaki Kunisada; 秀明国貞
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-08-31
Filing date: 2009-08-31
Publication date: 2011-03-17

Abstract

【課題】本発明は無効電力補償機器を付加することなく、設備全体の入力力率を１にする無停電電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明では正弦波の電圧・電流を入力とする整流器（コンバータ）を備えた無停電電源装置において、入力無効電力を可変としたことを特徴とするものである。
【効果】本発明の無停電電源装置によれば、無停電電源装置の無効電力入力を可変とすることによって、無停電電源装置の入力側に並列に接続されている負荷機器の無効電力を補償して、設備全体の入力力率を調整することが実現できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、交流の電圧・電流を入力する無停電電源装置に関するものである。

正弦波の電圧・電流を入力として、この交流電力を直流電力に変換する整流器（コンバータ）と、直流電力を更に交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置では、無停電電源装置の負荷力率にかかわらず無停電電源装置の入力力率を任意の値とすることができる。これは、整流器とインバータの間の直流回路では有効電力のみが伝達されて、無停電電源装置の入力側の無効電力は整流器の運転のみに、無停電電源装置の負荷側の無効電力はインバータの運転のみに依存するためである。

このような無停電電源装置では、整流器（コンバータ）の入力力率が１となるように制御することが多い。これは、入力皮相電力を最小、すなわち入力電流を負荷に対して供給する必要がある有効電力相当分のみとして最小にすることで、無停電電源装置の入力側の機器の設備容量や電流に依存する損失を極力低減するためである。

一方で、無停電電源装置の入力側に並列接続された他の負荷機器を考えると、動力負荷等の遅れ力率の機器や、ダイオード整流器と平滑コンデンサの組み合わせ等の進み力率の機器が存在することから、設備全体の入力力率は必ずしも１にはならず、入力皮相電力は必要な有効電力と比べて大きくなる。

図１は、従来の無停電電源装置を含む設備の例である。この従来例では入力電源１，入力側配電機器２，無停電電源装置３，整流器４，インバータ５，無停電電源装置の負荷６，無停電電源装置と並列に接続された負荷機器７を示している。無停電電源装置３の整流器４の入力力率は１、無停電電源装置３と並列に接続された負荷機器７の入力力率は進みとなっており、設備全体の入力力率は進みとなっている。

図２は、入力電源１や入力側配電機器２の設備容量を低減したり、入力側配電機器２の損失を低減したりするために、図１の回路構成に対して、設備全体の入力力率を１にするための無効電力補償用リアクトル８を付加した設備の例である。無停電電源装置３の整流器４の入力力率は１、無停電電源装置３と並列に接続された負荷機器７の入力力率は進みとなっているのに対して、無効電力補償用リアクトル８によって負荷機器７の無効電力を打ち消すように無効電力補償しているため、設備全体の入力力率は１に近づいている。

図２の例では、力率調整のために無効電力補償用リアクトル８を付加しているが、無効電力補償用コンデンサや半導体電力変換装置で構成された無効電力補償装置等を付加することもある。

特開平２−１００１１６号公報

上記の従来技術では、設備全体の入力力率を１にするために、設備に対して無効電力補償機器を付加する必要があった。この場合、無効電力補償機器分の機器コストアップや、設置スペースの拡大，無効電力補償機器分の損失といった問題が発生する。

本発明の目的は、無効電力補償機器を付加することなく、設備全体の入力力率を１にすることにある。

上記課題を達成するために、本発明は交流の電圧・電流を入力とするコンバータを備えた無停電電源装置おいて、入力無効電力を可変にしたことを特徴とするものである。

更に、本発明は無停電電源装置において、無停電電源装置と無停電電源装置の入力側に並列接続された他の負荷機器からなる設備全体の入力皮相電力が最小になるように、無停電電源装置の入力無効電力を自動的に調整することを特徴とするものである。

更に、本発明は無停電電源装置において、制御装置を備え、該制御装置が無停電電源装置に流入する電流、および器（コンバータの入力電圧から入力電力を算出して、無効電力分が最小になるように無停電電源装置の無効電力入力を調整することを特徴とするものである。

本発明の無停電電源装置によれば、無停電電源装置の無効電力入力を可変とすることによって、無停電電源装置の入力側に並列に接続されている負荷機器の無効電力を補償して、設備全体の入力力率を調整することが実現できる。

更に、本発明の無停電電源装置によれば、設備全体の無効電力入力の合計が最小になるように、無停電電源装置の無効電力入力を自動的に変更することによって、設備全体の力率を１として、入力電源や入力側配電機器の設備容量を低減し、入力側配電機器の損失を低減することが実現できる。

従来の無停電電源装置を含む設備の例である。図１の回路構成に対して無効電力補償用のリアクトル８を付加した設備の例である。本発明の請求項１の実施例で、設備全体の無効電力が最小になるように無停電電源装置で無効電力補償する例である。無停電電源装置の整流器（コンバータ）の例とその等価回路である。図４の整流器（コンバータ）の各動作における電圧，電流，電力の関係である。本発明の請求項２の実施例で、設備全体の無効電力が最小になるように自動的に無停電電源装置で無効電力補償する設備の例である。

図３は、本発明の第１の実施例である。

この実施例において、入力電源１，入力側配電機器２，無停電電源装置３，整流器４，インバータ５，無停電電源装置の負荷６，無停電電源装置と並列に接続された負荷機器７を示している。この実施例では、無停電電源装置と並列に接続された負荷機器の入力力率は進みとなっている。無停電電源装置は、並列に接続された負荷機器７の無効電力と進み遅れが逆で同じ大きさの無効電力を流すような運転を行っている。この結果、設備全体の入力力率は１に近づいており、入力電源１や入力側配電機器２の設備容量をより小さくすることを実現している。

図４は、本発明の実施例の無停電電源装置の整流器（コンバータ）の構成例およびその等価回路を示したものである。

この整流器（コンバータ）は、リアクトルと正弦波電圧源の組み合わせであり、正弦波電圧源の位相や振幅を調整することによって有効電力や無効電力を調整する機能を備える。

また、図５は、図４の整流器（コンバータ）の各動作における電圧，電流，電力の例を示したものである。

図５（ａ）は有効電力のみを入力としているものであり、図５（ｂ）は無効電力のみを入力としているものである。

従来の整流器（コンバータ）では、この回路構成に対して無効電力を流さず有効電力のみを流すような制御を行っていたが、制御点を変更するだけで同じハードウェアの回路構成のまま無効電力を調整することが実現できる。すなわち、ハードウェアの機器を特に追加することなく、無効電力補償を行うことを実現している。

図６は、本発明の第２の実施例で、設備全体の無効電力が最小になるように自動的に無停電電源装置で無効電力補償する設備の例である。設備全体の入力に対して、電流検出要素９を設けて、制御装置１０がこの部分の電流および無停電電源装置の整流器（コンバータ）の入力電圧から入力電力を算出して、このうちの無効電力分が最小になるように無停電電源装置の無効電力入力を調整する。これにより、設備全体の無効電力は最小となる。

本例では、設備全体の電力を検出しているが、無停電電源装置と並列に接続された負荷機器の電力を検出する電力検出手段を備えて、検出した電力状態から無停電電源装置の無効電力入力を調整することでもよい。また、電力を算出するための電圧検出については、無停電電源装置と独立した電圧検出器を用いても実現できる。

１入力電源
２入力側配電機器
３無停電電源装置
４整流器
５インバータ
６無停電電源装置の負荷
７負荷機器
８無効電力補償用リアクトル
９電流検出要素
１０制御装置

Claims

交流の電圧・電流を入力とするコンバータを備えた無停電電源装置おいて、
入力無効電力を可変にしたことを特徴とする無停電電源装置。
請求項１の無停電電源装置において、
無停電電源装置と無停電電源装置の入力側に並列接続された他の負荷機器からなる設備全体の入力皮相電力が最小になるように、無停電電源装置の入力無効電力を自動的に調整することを特徴とする無停電電源装置。
請求項２の無停電電源装置において、
制御装置を備え、該制御装置が無停電電源装置に流入する電流、および器（コンバータの入力電圧から入力電力を算出して、無効電力分が最小になるように無停電電源装置の無効電力入力を調整することを特徴とする無停電電源装置。