JP4069896B2

JP4069896B2 - Uninterruptible power system

Info

Publication number: JP4069896B2
Application number: JP2004108733A
Authority: JP
Inventors: 誠谷津
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-04-01
Filing date: 2004-04-01
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2024-04-01
Also published as: JP2005295717A

Description

本発明は、交流入力電圧が変動した場合でも、負荷に安定した交流電圧を供給可能とした無停電電源装置に関し、詳しくは、いわゆる直列電圧補償式の無停電電源装置において、電圧補償性能の向上及び装置の小形化を図るための技術に関するものである。 The present invention relates to an uninterruptible power supply capable of supplying a stable alternating voltage to a load even when the AC input voltage fluctuates, and more specifically, in a so-called series voltage compensation type uninterruptible power supply, the voltage compensation performance is improved. And a technique for miniaturizing the apparatus.

以下、交流電源が単相の場合について説明するが、三相の場合についても同様である。
図７は、この種の無停電電源装置の従来技術を示す回路図である。
図７において、単相交流電源に接続される交流入力端子ｕと交流出力端子Ｕとの間の交流母線には、２個の半導体スイッチング素子を逆並列接続した交流スイッチ４を介して直列補償用のトランス１の二次巻線１ｂが直列に接続され、その一次巻線１ａの両端にはフィルタ用コンデンサ７が接続されていると共に、半導体ブリッジ２０，２１からなる第１のＤＣ／ＡＣ変換器２４の交流側端子が接続されている。ここで、半導体ブリッジ２０，２１は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの逆並列回路を２個直列に接続して構成されている。 Hereinafter, the case where the AC power source is a single phase will be described, but the same applies to the case where the AC power source is a three phase.
FIG. 7 is a circuit diagram showing the prior art of this type of uninterruptible power supply.
In FIG. 7, an AC bus between an AC input terminal u and an AC output terminal U connected to a single-phase AC power source is connected for series compensation via an AC switch 4 in which two semiconductor switching elements are connected in antiparallel. The first winding 1b of the transformer 1 is connected in series, the filter capacitor 7 is connected to both ends of the primary winding 1a, and the first DC / AC converter including the semiconductor bridges 20 and 21 is connected. 24 AC side terminals are connected. Here, the semiconductor bridges 20 and 21 are configured by connecting two anti-parallel circuits of a semiconductor switching element such as an IGBT and a free wheel diode in series.

上記ＤＣ／ＡＣ変換器２４と直流部を共通にして、半導体ブリッジ２２，２３からなる第２のＤＣ／ＡＣ変換器２５が設けられており、これらの半導体ブリッジ２２，２３も半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの逆並列回路を２個直列に接続して構成されている。第１、第２のＤＣ／ＡＣ変換器２４，２５の直流部には、直流電力貯蔵手段としての蓄電池３が接続され、この蓄電池３は交流電源の健全時に第１のＤＣ／ＡＣ変換器２４を介して充電可能となっている。 The DC / AC converter 24 and the DC portion are shared, and a second DC / AC converter 25 including semiconductor bridges 22 and 23 is provided. These semiconductor bridges 22 and 23 are also connected to the semiconductor switching element and the reflux circuit. Two anti-parallel circuits with a diode are connected in series. A storage battery 3 serving as a DC power storage means is connected to the direct current portions of the first and second DC / AC converters 24 and 25. The storage battery 3 is connected to the first DC / AC converter 24 when the AC power supply is healthy. It is possible to charge through.

また、ＤＣ／ＡＣ変換器２５の交流側端子は、リアクトル６を介して交流出力端子Ｕ，Ｖに接続され、これらの交流出力端子Ｕ，Ｖ間には、フィルタ用コンデンサ８が接続されている。
なお、図示されていないが、交流入力電圧及び交流出力電圧を検出し、これらの電圧に応じてＤＣ／ＡＣ変換器２４，２５の各半導体ブリッジ２０〜２３の半導体スイッチング素子をオン、オフ制御するための制御回路が設けられている。 Further, the AC side terminal of the DC / AC converter 25 is connected to the AC output terminals U and V via the reactor 6, and the filter capacitor 8 is connected between these AC output terminals U and V. .
Although not shown, an AC input voltage and an AC output voltage are detected, and on / off control of the semiconductor switching elements of the semiconductor bridges 20 to 23 of the DC / AC converters 24 and 25 is performed according to these voltages. A control circuit is provided.

上記構成の無停電電源装置は、常時商用給電方式に電圧変動を抑制する機能を付加した直列電圧補償式の無停電電源装置として知られており、交流スイッチ４をオンにした状態で交流入力端子ｕ，ｖに接続される商用電源の電圧が変動した場合、第１のＤＣ／ＡＣ変換器２４の制御によりトランス１の一次側電圧の調節が可能であるため、商用電源の電圧変動分をこのトランス１の二次側電圧で補償することにより、交流出力端子Ｕ，Ｖに安定した交流電圧を供給することが可能になる。 The uninterruptible power supply having the above configuration is known as a series voltage compensation type uninterruptible power supply in which a function for suppressing voltage fluctuation is added to a constant commercial power supply system, and an AC input terminal with the AC switch 4 turned on. When the voltage of the commercial power supply connected to u and v varies, the primary side voltage of the transformer 1 can be adjusted by the control of the first DC / AC converter 24. Compensating with the secondary side voltage of the transformer 1 makes it possible to supply a stable AC voltage to the AC output terminals U and V.

例えば、商用電源の変動が電圧低下であれば、トランス１では電圧加算で負荷電流を流すために電力を注入することになり、そのエネルギーは、ＤＣ／ＡＣ変換器２５をコンバータ動作（整流器動作）させることで交流母線から供給される。逆に、商用電源の変動が電圧上昇であれば、トランス１では電圧減算で負荷電流を流すため、電力を吸収することになり、そのエネルギーは、ＤＣ／ＡＣ変換器２５をインバータ動作させることで、交流母線に回生される。 For example, if the fluctuation of the commercial power supply is a voltage drop, the transformer 1 injects electric power in order to cause a load current to flow by voltage addition, and the energy of the DC / AC converter 25 is converted into a converter (rectifier operation). Is supplied from the AC bus. On the other hand, if the fluctuation of the commercial power supply is a voltage rise, the transformer 1 causes the load current to flow by voltage subtraction, so that power is absorbed, and the energy is obtained by operating the DC / AC converter 25 as an inverter. , I am revived to an AC bus.

図８は、入力電圧が正常な期間、低下した期間、上昇した期間のトランス１の二次側電圧及び交流出力端子Ｕ，Ｖの出力電圧を示したものであり、入力電圧低下期間におけるトランス１の電力注入動作、入力電圧上昇期間における電力吸収動作により、出力電圧が一定に保たれる様子を示している。 FIG. 8 shows the secondary side voltage of the transformer 1 and the output voltage of the AC output terminals U and V during a period when the input voltage is normal, dropped, and raised, and the transformer 1 during the input voltage drop period. This shows how the output voltage is kept constant by the power injection operation and the power absorption operation during the input voltage increase period.

また、商用電源の停電時には、交流スイッチ４をオフして商用電源を交流母線から切り離し、蓄電池３の直流電力をＤＣ／ＡＣ変換器２５により交流に変換して負荷に安定した交流電力を供給する。
このような無停電電源装置の詳細な動作については、後述する特許文献１の“ACTIVE POWER CONDITIONER SYSTEM”や、特許文献２の「非常用電源装置」に開示されている。 Further, when the commercial power supply fails, the AC switch 4 is turned off to disconnect the commercial power supply from the AC bus, and the DC power of the storage battery 3 is converted to AC by the DC / AC converter 25 to supply stable AC power to the load. .
The detailed operation of such an uninterruptible power supply is disclosed in “ACTIVE POWER CONDITIONER SYSTEM” of Patent Document 1 and “Emergency Power Supply” of Patent Document 2 described later.

さて、この種の無停電電源装置では、直列補償用のトランス１の小形化と電圧補償性能の向上が大きな課題となっている。
図７に示す従来技術では、商用電源が停電となる前の電圧変動補償範囲を、一般的な無停電電源装置に要求されている範囲である±１５％程度に想定している。この場合、入力電圧が規定範囲内にあり、トランス１に電圧が印加されていない状態から入力電圧が急激に±１５％以内の範囲で大きく変動した場合には、トランス１によってその変動分を吸収するために、第１のＤＣ／ＡＣ変換器２４により前記変動に見合った電圧がトランス１の一次巻線１ａに対して急激に印加されることになる。 In this type of uninterruptible power supply, downsizing of the series compensation transformer 1 and improvement of voltage compensation performance are major issues.
In the prior art shown in FIG. 7, the voltage fluctuation compensation range before the commercial power supply fails is assumed to be about ± 15%, which is a range required for a general uninterruptible power supply. In this case, when the input voltage is within the specified range and the input voltage suddenly fluctuates greatly within a range of ± 15% from the state where no voltage is applied to the transformer 1, the variation is absorbed by the transformer 1. Therefore, a voltage corresponding to the fluctuation is suddenly applied to the primary winding 1a of the transformer 1 by the first DC / AC converter 24.

このとき、トランス１が一般的な特性を持った商用周波数対応のトランスであるとすると、トランス１に励磁突入電流が流れるため、ＤＣ／ＡＣ変換器２４の過電流制限にかかってしまう事態を生じる。ここで、トランスの励磁突入電流は、一般的にそのトランスの定格電流の１０〜２０倍であることがよく知られている。 At this time, if the transformer 1 is a commercial frequency compatible transformer having general characteristics, an excitation inrush current flows through the transformer 1, which may cause the DC / AC converter 24 to be overcurrent limited. . Here, it is well known that the magnetizing inrush current of the transformer is generally 10 to 20 times the rated current of the transformer.

上記の点に鑑み、例えば下記の特許文献３には、系統側の電源電圧の変動分に相当する補償電圧を発生するインバータを設け、その出力端子に結合トランスの一次巻線を接続すると共に、結合トランスの二次巻線を系統側電源から負荷への給電経路中に直列に接続した直列補償型電圧変動補償装置において、結合トランスに磁気飽和が発生した場合に、前記インバータの過電流を検出してインバータから結合トランスに印加する補償電圧を強制的に零に絞り、その後、徐々に元に戻すことにより、負荷投入時などの過渡期における結合トランスの飽和によるインバータの過電流状態を防止することが記載されている。 In view of the above points, for example, in Patent Document 3 below, an inverter that generates a compensation voltage corresponding to the fluctuation of the power supply voltage on the system side is provided, and the primary winding of the coupling transformer is connected to its output terminal. In a series-compensated voltage fluctuation compensator where the secondary winding of the coupling transformer is connected in series in the power supply path from the power supply to the load on the system side, when the magnetic saturation occurs in the coupling transformer, the overcurrent of the inverter is detected Then, the compensation voltage applied from the inverter to the coupling transformer is forcibly reduced to zero, and then gradually restored to the original state, thereby preventing an overcurrent state of the inverter due to the saturation of the coupling transformer during a transient period such as when a load is applied. It is described.

米国特許第４６５１２６５号明細書US Pat. No. 4,651,265 特許第３３９００７号公報Japanese Patent No. 339007 特許第２５１８４４１号公報（請求項１、第２頁左欄第３行〜第１７行、第１図、第２図等）Japanese Patent No. 2518441 (Claim 1, page 2, left column, lines 3 to 17, lines 1, 2, etc.)

上記特許文献３に記載された従来技術によれば、インバータの過電流は防止できるものの、電圧変動補償動作が一時的に不完全なものとなり、電圧補償の即応性が損なわれるという問題がある。
従って、図７におけるトランス１への励磁突入電流の発生を防止しつつ所望の電圧変動補償機能を満足させるためには、大形で高価な特殊トランスを用いるか、あるいはその励磁突入電流を許容できる程度にＤＣ／ＡＣ変換器２４を大容量化するといった対策が考えられる。しかしながら、これらの方法はコストの増加や装置全体の大形化を招くことになり、何れにしても、電圧補償性能の向上と装置の小形化、低価格化はいわゆるトレードオフの関係にあるため、両者を同時に満足することは困難であった。
そこで本発明の課題は、電圧補償性能が高く、しかも装置の小形化、低価格化が可能な無停電電源装置の運転方法を提供することにある。 According to the prior art described in the above-mentioned Patent Document 3, overcurrent of the inverter can be prevented, but there is a problem that the voltage fluctuation compensation operation becomes temporarily incomplete and the responsiveness of voltage compensation is impaired.
Accordingly, in order to satisfy the desired voltage fluctuation compensation function while preventing the occurrence of the magnetizing inrush current in the transformer 1 in FIG. 7, a large and expensive special transformer can be used, or the magnetizing inrush current can be allowed. A measure to increase the capacity of the DC / AC converter 24 to an extent can be considered. However, these methods increase the cost and increase the size of the entire device, and in any case, there is a trade-off between improving the voltage compensation performance and reducing the size and cost of the device. It was difficult to satisfy both at the same time.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for operating an uninterruptible power supply apparatus that has high voltage compensation performance, and that can reduce the size and cost of the apparatus.

一般的な商用トランスの運転開始時に生じる励磁突入電流は鉄心の磁気飽和によるものであり、その大きな原因の一つは、前回の運転停止時に残った鉄心の磁化現象による残留磁束が影響している。この残留磁束の向きと運転開始時に印加される磁束の向きとが一致すると、トランスは簡単に磁気飽和してしまい、大きな励磁突入電流を発生させることになる。
そこで本発明では、直列補償用のトランスの鉄心を所定のタイミングで消磁することを要旨とし、これによって励磁突入電流の発生を未然に防止するようにしたものである。 The inrush current generated at the start of operation of a general commercial transformer is due to the magnetic saturation of the iron core, and one of the major causes is the residual magnetic flux due to the magnetization phenomenon of the iron core left at the previous stoppage. . If the direction of the residual magnetic flux coincides with the direction of the magnetic flux applied at the start of operation, the transformer is easily magnetically saturated, and a large excitation inrush current is generated.
Therefore, the gist of the present invention is to demagnetize the iron core of the transformer for series compensation at a predetermined timing, thereby preventing the occurrence of an inrush current.

すなわち、請求項１に記載した発明は、交流入力端子と交流出力端子との間の交流母線に直列に接続されたトランスと、このトランスに交流端子が接続された第１のＤＣ／ＡＣ変換器と、交流出力端子に交流端子がそれぞれ接続され、かつ、直流部が第１のＤＣ／ＡＣ変換器に共通接続された第２のＤＣ／ＡＣ変換器と、前記直流部に接続された直流電力貯蔵手段と、を備え、
前記交流入力端子に加えられる入力電圧が規定範囲内にある場合に、第１のＤＣ／ＡＣ変換器の運転を停止して前記入力電圧を前記交流出力端子からそのまま出力させる第１運転モードと、
前記入力電圧が変動して規定範囲外になった場合に、第１のＤＣ／ＡＣ変換器の動作により前記トランスの出力側に補償電圧を発生させて前記入力電圧の電圧変動分を補償すると共に、第２のＤＣ／ＡＣ変換器の動作により第１のＤＣ／ＡＣ変換器と前記交流母線との間で電力を授受させる第２運転モードと、
入力電源の停電時に、前記直流電力貯蔵手段の電力を用いて第２のＤＣ／ＡＣ変換器の動作により前記交流出力端子から交流電圧を出力させる第３運転モードと、
を選択可能とした無停電電源装置において、
この無停電電源装置の起動時または運転停止時、もしくは第１運転モード期間の何れかのタイミングで、第１のＤＣ／ＡＣ変換器を一時的に動作させて前記トランスに交流電力を供給することにより前記トランスの鉄心を消磁するものである。 That is, the invention described in claim 1 is a transformer connected in series to an AC bus between an AC input terminal and an AC output terminal, and a first DC / AC converter in which the AC terminal is connected to the transformer. A second DC / AC converter having an AC terminal connected to the AC output terminal and a DC unit commonly connected to the first DC / AC converter, and a DC power connected to the DC unit. A storage means,
A first operation mode in which when the input voltage applied to the AC input terminal is within a specified range, the operation of the first DC / AC converter is stopped and the input voltage is directly output from the AC output terminal;
When the input voltage fluctuates and falls outside the specified range, a compensation voltage is generated on the output side of the transformer by the operation of the first DC / AC converter to compensate for the voltage fluctuation of the input voltage. A second operation mode in which power is transferred between the first DC / AC converter and the AC bus by the operation of the second DC / AC converter;
A third operation mode for outputting an AC voltage from the AC output terminal by the operation of the second DC / AC converter using the power of the DC power storage means at the time of a power failure of the input power supply;
In the uninterruptible power supply that can be selected,
The AC power is supplied to the transformer by temporarily operating the first DC / AC converter at the timing of starting or stopping the uninterruptible power supply or at the timing of the first operation mode period. Thus, the iron core of the transformer is demagnetized.

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した無停電電源装置の運転方法において、
第１運転モード期間に第１のＤＣ／ＡＣ変換器を一時的に動作させて前記トランスに交流電力を供給する際に前記トランスを介して前記入力電圧に重畳される電圧を、前記入力電圧と同一周波数で位相が直交した電圧とするものである。 The invention described in claim 2 is the operation method of the uninterruptible power supply device described in claim 1,
When the first DC / AC converter is temporarily operated during the first operation mode period to supply AC power to the transformer, a voltage superimposed on the input voltage through the transformer is defined as the input voltage. The voltages are the same frequency and orthogonal in phase.

請求項３に記載した発明は、前記第１〜第３運転モードを選択可能とした無停電電源装置において、
第１運転モード期間中の入力電圧の急激な変動時に、第２運転モードへ移行する前に一旦、第３運転モードによる運転を行うと共に第１のＤＣ／ＡＣ変換器を一時的に動作させて前記トランスに交流電力を供給することにより前記トランスの鉄心を消磁するものである。 The invention described in claim 3 is an uninterruptible power supply that can select the first to third operation modes.
When the input voltage suddenly fluctuates during the first operation mode, the operation in the third operation mode is once performed and the first DC / AC converter is temporarily operated before the transition to the second operation mode. The transformer core is demagnetized by supplying AC power to the transformer.

本発明によれば、無停電電源装置の起動時または運転停止時、第１運転モード期間中または第３運転モード期間における入力電圧の変動時に、第１のＤＣ／ＡＣ変換器を運転してトランスの鉄心を消磁することにより励磁突入電流を抑制し、トランスやＤＣ／ＡＣ変換器の大形化、大容量化を回避しつつ所望の電圧補償機能を果たす無停電電源装置を実現することができる。
特に、入力電圧の急激な変動時には、トランスを直ちに駆動するのではなく、停電時の第３運転モードに移行しつつトランスを消磁することで、トランスの負担を小さくすることが可能である。
総じて本発明によれば、電圧補償性能の向上と装置の小形化、低価格化というトレードオフの問題を解決することができる。 According to the present invention, when the uninterruptible power supply is started up or stopped, the first DC / AC converter is operated to change the input voltage during the first operation mode period or the third operation mode period. By demagnetizing the iron core, it is possible to suppress an inrush current and to realize an uninterruptible power supply that performs a desired voltage compensation function while avoiding an increase in size and capacity of a transformer or a DC / AC converter. .
In particular, when the input voltage suddenly fluctuates, it is possible to reduce the burden on the transformer by demagnetizing the transformer while shifting to the third operation mode at the time of power failure instead of driving the transformer immediately.
In general, according to the present invention, it is possible to solve the trade-off problem of improving the voltage compensation performance, downsizing the device, and reducing the price.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。ここでは、交流電源が単相の場合について説明するが、三相の場合についても同様である。
まず、図１は実施形態が適用される無停電電源装置の回路構成図である。従来技術である図７との相違点を中心に説明すると、図１では、交流入力端子ｕとトランス１の二次巻線１ｂとの間に交流スイッチ４１が接続され、前記二次巻線１ｂと交流出力端子Ｕとの間に交流スイッチ４４が接続されている。また、トランス１の一次巻線１ａに並列接続されたフィルタ用コンデンサ７に並列に短絡用スイッチ４２が接続され、その一端とＤＣ／ＡＣ変換器２４内の半導体ブリッジ２１の内部接続点との間には、リアクトル５が接続されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a case where the AC power source is a single phase will be described, but the same applies to a case where the AC power source is a three phase.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an uninterruptible power supply to which the embodiment is applied. Description will be made centering on the difference from FIG. 7 which is the prior art. In FIG. 1, an AC switch 41 is connected between the AC input terminal u and the secondary winding 1b of the transformer 1, and the secondary winding 1b. And an AC output terminal U is connected with an AC switch 44. Further, a shorting switch 42 is connected in parallel to the filter capacitor 7 connected in parallel to the primary winding 1 a of the transformer 1, and between one end thereof and the internal connection point of the semiconductor bridge 21 in the DC / AC converter 24. Is connected to the reactor 5.

更に、交流入力端子ｕ，ｖの相互間には、スイッチ９１を介して整流器９２、抵抗９３、スイッチ４３及び蓄電池３が接続されており、上記スイッチ９１、整流器９２及び抵抗９３は初期充電回路９を構成している。この初期充電回路９の出力側の両端は、ＤＣ／ＡＣ変換器２４，２５の共通の直流部に接続されている。 Further, a rectifier 92, a resistor 93, a switch 43 and the storage battery 3 are connected between the AC input terminals u and v via a switch 91. The switch 91, the rectifier 92 and the resistor 93 are connected to the initial charging circuit 9. Is configured. Both ends on the output side of the initial charging circuit 9 are connected to a common DC portion of the DC / AC converters 24 and 25.

次に、この無停電電源装置を起動する際にトランス１を消磁する場合のタイムチャートを図２に示す。
図２において、まず外部運転指令がオンになると、初期充電回路９のスイッチ９１がオンして初期充電が開始され、ＤＣ／ＡＣ変換器２４，２５の直流部が徐々に充電される。この直流部の電圧が一定値以上になると入力側の交流スイッチ４１と蓄電池３に接続されたスイッチ４３の双方が投入され、初期充電が完了する。 Next, FIG. 2 shows a time chart when the transformer 1 is demagnetized when starting the uninterruptible power supply.
In FIG. 2, when the external operation command is first turned on, the switch 91 of the initial charging circuit 9 is turned on to start the initial charging, and the DC portions of the DC / AC converters 24 and 25 are gradually charged. When the voltage of the DC section becomes a certain value or more, both the input side AC switch 41 and the switch 43 connected to the storage battery 3 are turned on, and the initial charging is completed.

次いで、外部運転指令がオンする前からトランス１の一次巻線１ａを短絡していたスイッチ４２が開放され、ＤＣ／ＡＣ変換器２４の直流／交流変換動作により、トランス１を消磁するための消磁電圧がトランス１の一次巻線１ａに印加される。この電圧は、図２に示す如く徐々に振幅を大きくした後、徐々に振幅を小さくする電圧としており、この消磁電圧の印加終了後に、前記スイッチ４２が復帰してトランス１の一次巻線１ａを再び短絡する。
この消磁が終わった後に、出力側の交流スイッチ４４を投入することにより、無停電電源装置の起動を完了する。 Next, the switch 42 that has short-circuited the primary winding 1a of the transformer 1 before the external operation command is turned on is opened, and the demagnetization for demagnetizing the transformer 1 by the DC / AC conversion operation of the DC / AC converter 24 is opened. A voltage is applied to the primary winding 1 a of the transformer 1. As shown in FIG. 2, this voltage is a voltage that gradually increases in amplitude and then gradually decreases in amplitude. After the application of the demagnetizing voltage is completed, the switch 42 returns and the primary winding 1a of the transformer 1 is turned on. Short circuit again.
After the demagnetization is completed, the AC switch 44 on the output side is turned on to complete the startup of the uninterruptible power supply.

図３は、無停電電源装置を停止する際にトランス１の消磁を実施する場合のタイミングチャートである。
この場合には、外部運転指令のオフと同時に出力側の交流スイッチ４４がオフし、無停電電源装置の出力電圧を遮断する。その後、短絡用のスイッチ４２がオフし、前記同様にＤＣ／ＡＣ変換器２４により消磁電圧がトランス１の一次巻線１ａに印加される。この消磁電圧の波形は図２と同様である。そして、消磁電圧印加後にスイッチ４２が復帰してトランス１の一次巻線１ａを再び短絡する。次いで、交流スイッチ４１及びスイッチ４３がオフすることにより、無停電電源装置の運転を停止する。 FIG. 3 is a timing chart when the demagnetization of the transformer 1 is performed when the uninterruptible power supply is stopped.
In this case, the output side AC switch 44 is turned off simultaneously with the turning off of the external operation command, and the output voltage of the uninterruptible power supply is cut off. Thereafter, the shorting switch 42 is turned off, and the demagnetizing voltage is applied to the primary winding 1a of the transformer 1 by the DC / AC converter 24 in the same manner as described above. The waveform of this demagnetizing voltage is the same as in FIG. Then, after the demagnetizing voltage is applied, the switch 42 returns to short-circuit the primary winding 1a of the transformer 1 again. Next, the AC switch 41 and the switch 43 are turned off to stop the operation of the uninterruptible power supply.

次に、図４は、無停電電源装置の運転中にトランス１の消磁を実施する場合の動作を示すタイミングチャートである。
図４において、期間ａでは、入力電圧が規定範囲内にあって正常と判断されているため、出力側の交流スイッチ４４が投入されていると共にスイッチ４２がオンしていてトランス１が短絡状態にあり、無停電電源装置は入力電圧＝出力電圧の第１運転モードで運転されている。 Next, FIG. 4 is a timing chart showing an operation when demagnetizing the transformer 1 during operation of the uninterruptible power supply.
In FIG. 4, since it is determined that the input voltage is within the specified range and is normal in the period a, the output-side AC switch 44 is turned on, the switch 42 is turned on, and the transformer 1 is short-circuited. Yes, the uninterruptible power supply is operated in the first operation mode of input voltage = output voltage.

期間ｂでは、入力電圧が低下して規定範囲以下となったため、交流スイッチ４４が開放されると共にスイッチ４２がオフし、ＤＣ／ＡＣ変換器２４によりトランス１の一次巻線１ａに電圧が印加される。これにより、出力電圧は入力電圧とトランス１の二次巻線１ｂの電圧（補償電圧）との和になる。なお、この補償電圧は一次巻線１ａの電圧とトランス１の変圧比とによって決まる電圧である。
この運転モードは、ＤＣ／ＡＣ変換器２４の動作により出力電圧を定電圧化する第２運転モードである。 In period b, since the input voltage has fallen below the specified range, the AC switch 44 is opened and the switch 42 is turned off, and a voltage is applied to the primary winding 1a of the transformer 1 by the DC / AC converter 24. The As a result, the output voltage is the sum of the input voltage and the voltage (compensation voltage) of the secondary winding 1b of the transformer 1. This compensation voltage is determined by the voltage of the primary winding 1a and the transformation ratio of the transformer 1.
This operation mode is a second operation mode in which the output voltage is made constant by the operation of the DC / AC converter 24.

期間ｃでは、入力電圧が復帰して規定範囲内に戻ったため第１運転モードになり、ＤＣ／ＡＣ変換器２４の出力は一旦絞られるが、すぐにトランス１を消磁するために、ＤＣ／ＡＣ変換器２４からトランス１の一次巻線１ａに電圧が印加される。
このとき、装置の出力電圧＝入力電圧＋トランス１の二次巻線１ｂの電圧（消磁電圧）の関係がある。なお、この消磁電圧は一次巻線１ａの電圧とトランス１の変圧比とによって決まる電圧である。
このため、前記消磁電圧により装置の出力電圧が大きくなり過ぎないように、消磁電圧としては、図５のベクトル図に示すように入力電圧と同一周波数で位相が直交した電圧を印加するようにして、出力電圧への影響を回避している。
また、図４の期間ｃにおいて消磁が終了した後は、図２と同様に出力側の交流スイッチ４４をオンして通常の運転に移行する。 In the period c, since the input voltage is restored and returned to within the specified range, the first operation mode is entered, and the output of the DC / AC converter 24 is temporarily reduced. However, in order to immediately demagnetize the transformer 1, the DC / AC A voltage is applied from the converter 24 to the primary winding 1a of the transformer 1.
At this time, there is a relationship of output voltage of the device = input voltage + voltage of the secondary winding 1b of the transformer 1 (demagnetization voltage). This demagnetizing voltage is a voltage determined by the voltage of the primary winding 1a and the transformation ratio of the transformer 1.
Therefore, in order to prevent the output voltage of the device from becoming too large due to the demagnetization voltage, as the demagnetization voltage, a voltage having the same frequency as the input voltage and a phase orthogonal to each other is applied as shown in the vector diagram of FIG. , Avoiding the effect on the output voltage.
Further, after the demagnetization is completed in the period c in FIG. 4, the output-side AC switch 44 is turned on as in FIG. 2 to shift to a normal operation.

期間ｄでは、入力電圧が上昇して規定範囲以上となったため、期間ｂと同様に交流スイッチ４４が開放されると共にスイッチ４２がオフし、ＤＣ／ＡＣ変換器２４によりトランス１の一次巻線１ａに入力電圧とは逆位相の電圧が印加される。これにより、出力電圧は入力電圧にトランス１の二次巻線１ｂの電圧（補償電圧）を重畳した電圧となって一定値に保たれることになる。
すなわち、この期間ｄも、ＤＣ／ＡＣ変換器２４の動作により出力電圧を定電圧化する第２運転モードとなる。 In the period d, since the input voltage has risen to the specified range or more, the AC switch 44 is opened and the switch 42 is turned off as in the period b, and the DC / AC converter 24 causes the primary winding 1a of the transformer 1 to be turned off. A voltage having a phase opposite to that of the input voltage is applied. As a result, the output voltage becomes a voltage obtained by superimposing the voltage (compensation voltage) of the secondary winding 1b of the transformer 1 on the input voltage, and is maintained at a constant value.
That is, the period d is also the second operation mode in which the output voltage is made constant by the operation of the DC / AC converter 24.

なお、図示されていないが、交流電源の停電時には、第３運転モードとして、蓄電池３の電力を用いて第２のＤＣ／ＡＣ変換器２５をインバータ動作させ、交流スイッチ４４をオンした状態で単相交流出力端子Ｕ，Ｖから負荷に一定の交流電圧を出力させるものである。 Although not shown, when the AC power supply is interrupted, the second DC / AC converter 25 is inverter-operated using the power of the storage battery 3 as the third operation mode, and the AC switch 44 is turned on. A constant AC voltage is output from the phase AC output terminals U and V to the load.

次いで、図６は他の動作例を示すタイムチャートであり、詳しくは、無停電電源装置を運転中に入力電圧が急変した際に、第１運転モードから第２運転モードに移行させる過程で一旦、第３運転モードを挿入すると同時にトランス１を消磁するようにした動作例を示している。
まず、期間ａでは、入力電圧が規定範囲内にあって正常と判断されているため、交流スイッチ４４が投入されていると共にスイッチ４２がオンしていてトランス１が短絡状態にあり、無停電電源装置は入力電圧＝出力電圧の第１運転モードで運転されている。
このとき、第２のＤＣ／ＡＣ変換器２５の運転モードは、第１のＤＣ／ＡＣ変換器２４への直流電力供給・回生モードである。 Next, FIG. 6 is a time chart showing another example of operation. Specifically, when the input voltage suddenly changes during operation of the uninterruptible power supply, it is once changed from the first operation mode to the second operation mode. An operation example is shown in which the transformer 1 is demagnetized simultaneously with the insertion of the third operation mode.
First, in period a, since the input voltage is determined to be normal within the specified range, the AC switch 44 is turned on, the switch 42 is turned on, and the transformer 1 is in a short-circuited state. The device is operated in a first operating mode with input voltage = output voltage.
At this time, the operation mode of the second DC / AC converter 25 is a DC power supply / regeneration mode to the first DC / AC converter 24.

期間ｂでは、入力電圧が低下（停電も含む）して規定範囲以下となったため、入力側の交流スイッチ４１が一旦開放されると共に、ＤＣ／ＡＣ変換器２５は、第１運転モードにおける直流電力供給・回生動作から、蓄電池３をエネルギー源とした出力インバータ動作に切り替わる。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換器２５は、例えば停電時には無停電電源装置の交流出力全部を作り出し、出力電圧＝ＤＣ／ＡＣ変換器２５の電圧となる第３運転モードで運転される。
また、この期間ｂでは、スイッチ４２をオフにし、ＤＣ／ＡＣ変換器２４が交流電圧を徐々にトランス１の一次巻線１ａに印加して消磁することで、トランス１の励磁突入電流を抑制する。
そして、トランス１の二次巻線１ｂの電圧が大きくなり、入力電圧＋トランス１の二次巻線１ｂの電圧≒交流出力電圧の関係になったところで、期間ｃに移行する。 In the period b, since the input voltage is reduced (including a power failure) and falls below the specified range, the AC switch 41 on the input side is once opened, and the DC / AC converter 25 is connected to the DC power in the first operation mode. The supply / regenerative operation is switched to the output inverter operation using the storage battery 3 as an energy source. Thereby, the DC / AC converter 25 produces all the AC outputs of the uninterruptible power supply, for example, at the time of a power failure, and is operated in the third operation mode in which the output voltage = the voltage of the DC / AC converter 25.
In this period b, the switch 42 is turned off, and the DC / AC converter 24 gradually applies an alternating voltage to the primary winding 1a of the transformer 1 to demagnetize it, thereby suppressing the magnetizing inrush current of the transformer 1. .
Then, when the voltage of the secondary winding 1b of the transformer 1 increases and the relation of input voltage + voltage of the secondary winding 1b of the transformer 1≈AC output voltage is reached, the period shifts to the period c.

期間ｃでは、交流スイッチ４１を再投入し、かつ、ＤＣ／ＡＣ変換器２４による補償電圧の出力により、入力電圧＋トランス１の二次巻線１ｂの電圧＝交流出力電圧として、ＤＣ／ＡＣ変換器２４の調節により出力電圧を定電圧化する第２運転モードで運転する。この時、ＤＣ／ＡＣ変換器２５の運転モードは、期間ａと同様にＤＣ／ＡＣ変換器２４への直流電力供給・回生モードに戻している。
そして、期間ｄでは、期間ａと同様に入力電圧正常時の第１運転モードに移行する。 In period c, the AC switch 41 is turned on again, and the output of the compensation voltage by the DC / AC converter 24 causes the DC / AC conversion as follows: input voltage + voltage of the secondary winding 1b of the transformer 1 = AC output voltage. The operation is performed in the second operation mode in which the output voltage is made constant by adjusting the device 24. At this time, the operation mode of the DC / AC converter 25 is returned to the DC power supply / regeneration mode to the DC / AC converter 24 as in the period a.
In the period d, as in the period a, the operation mode shifts to the first operation mode when the input voltage is normal.

以上のように、図６の動作では、停電や電圧低下等によって入力電圧に急激な変動があった場合に、図４のように第１運転モードから直ちに第２運転モードへ移行するのではなく、図６の期間ｂに示す第３運転モード（ＤＣ／ＡＣ変換器２５の出力インバータ運転、及び、ＤＣ／ＡＣ変換器２４が交流電圧を徐々にトランス１に印加して消磁する運転モード）を経由することにより、トランスの負担を小さくすると同時に励磁突入電流を抑制することが可能となる。 As described above, in the operation of FIG. 6, when the input voltage changes suddenly due to a power failure, voltage drop, or the like, the first operation mode is not immediately shifted to the second operation mode as shown in FIG. 4. 6, the third operation mode (the output inverter operation of the DC / AC converter 25 and the operation mode in which the DC / AC converter 24 gradually applies an AC voltage to the transformer 1 to demagnetize) shown in the period b of FIG. 6. By going through, it is possible to reduce the burden on the transformer and simultaneously suppress the magnetizing inrush current.

本発明の実施形態が適用される回路構成図である。1 is a circuit configuration diagram to which an embodiment of the present invention is applied. 本発明の実施形態における起動時の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation | movement at the time of starting in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における停止時の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation | movement at the time of a stop in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における運転中の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation | movement in the driving | operation in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における入出力電圧と消磁電圧との関係を示すベクトル図である。It is a vector diagram which shows the relationship between the input / output voltage and demagnetizing voltage in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における運転中の動作を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operation | movement in the driving | operation in embodiment of this invention. 従来技術を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a prior art. 図７の動作波形図である。FIG. 8 is an operation waveform diagram of FIG. 7.

符号の説明Explanation of symbols

１：トランス
１ａ：一次巻線
１ｂ：二次巻線
２０〜２３：半導体ブリッジ
２４，２５：ＤＣ／ＡＣ変換器
３：蓄電池
４１，４２，４３，４４，９１：スイッチ
５，６：リアクトル
７，８：コンデンサ
９：初期充電回路
９２：整流器
９３：抵抗
ｕ，ｖ：交流入力端子
Ｕ，Ｖ：交流出力端子 1: Transformer 1a: Primary winding 1b: Secondary winding 20-23: Semiconductor bridge 24, 25: DC / AC converter 3: Storage batteries 41, 42, 43, 44, 91: Switch 5, 6: Reactor 7, 8: Capacitor 9: Initial charging circuit 92: Rectifier 93: Resistance u, v: AC input terminal U, V: AC output terminal

Claims

交流入力端子と交流出力端子との間の交流母線に直列に接続されたトランスと、このトランスに交流端子が接続された第１のＤＣ／ＡＣ変換器と、交流出力端子に交流端子がそれぞれ接続され、かつ、直流部が第１のＤＣ／ＡＣ変換器に共通接続された第２のＤＣ／ＡＣ変換器と、前記直流部に接続された直流電力貯蔵手段と、を備え、
前記交流入力端子に加えられる入力電圧が規定範囲内にある場合に、第１のＤＣ／ＡＣ変換器の運転を停止して前記入力電圧を前記交流出力端子からそのまま出力させる第１運転モードと、
前記入力電圧が変動して規定範囲外になった場合に、第１のＤＣ／ＡＣ変換器の動作により前記トランスの出力側に補償電圧を発生させて前記入力電圧の電圧変動分を補償すると共に、第２のＤＣ／ＡＣ変換器の動作により第１のＤＣ／ＡＣ変換器と前記交流母線との間で電力を授受させる第２運転モードと、
入力電源の停電時に、前記直流電力貯蔵手段の電力を用いて第２のＤＣ／ＡＣ変換器の動作により前記交流出力端子から交流電圧を出力させる第３運転モードと、
を選択可能とした無停電電源装置において、
この無停電電源装置の起動時または運転停止時、もしくは第１運転モード期間の何れかのタイミングで、第１のＤＣ／ＡＣ変換器を一時的に動作させて前記トランスに交流電力を供給することにより前記トランスの鉄心を消磁することを特徴とする無停電電源装置の運転方法。 A transformer connected in series to an AC bus between an AC input terminal and an AC output terminal, a first DC / AC converter having an AC terminal connected to the transformer, and an AC terminal connected to the AC output terminal A second DC / AC converter having a direct current section commonly connected to the first DC / AC converter, and direct current power storage means connected to the direct current section,
A first operation mode in which when the input voltage applied to the AC input terminal is within a specified range, the operation of the first DC / AC converter is stopped and the input voltage is directly output from the AC output terminal;
When the input voltage fluctuates and falls outside the specified range, a compensation voltage is generated on the output side of the transformer by the operation of the first DC / AC converter to compensate for the voltage fluctuation of the input voltage. A second operation mode in which power is transferred between the first DC / AC converter and the AC bus by the operation of the second DC / AC converter;
A third operation mode for outputting an AC voltage from the AC output terminal by the operation of the second DC / AC converter using the power of the DC power storage means at the time of a power failure of the input power supply;
In the uninterruptible power supply that can be selected,
The AC power is supplied to the transformer by temporarily operating the first DC / AC converter at the timing of starting or stopping the uninterruptible power supply or at the timing of the first operation mode period. The operation method of the uninterruptible power supply characterized by demagnetizing the iron core of the transformer by the above.

請求項１に記載した無停電電源装置の運転方法において、
第１運転モード期間に第１のＤＣ／ＡＣ変換器を一時的に動作させて前記トランスに交流電力を供給する際に前記トランスを介して前記入力電圧に重畳される電圧を、前記入力電圧と同一周波数で位相が直交した電圧とすることを特徴とする無停電電源装置の運転方法。 In the operation method of the uninterruptible power supply according to claim 1,
When the first DC / AC converter is temporarily operated during the first operation mode period to supply AC power to the transformer, a voltage superimposed on the input voltage through the transformer is defined as the input voltage. A method of operating an uninterruptible power supply, characterized in that the voltages have the same frequency and orthogonal phases.

交流入力端子と交流出力端子との間の交流母線に直列に接続されたトランスと、このトランスに交流端子が接続された第１のＤＣ／ＡＣ変換器と、交流出力端子に交流端子がそれぞれ接続され、かつ、直流部が第１のＤＣ／ＡＣ変換器に共通接続された第２のＤＣ／ＡＣ変換器と、前記直流部に接続された直流電力貯蔵手段と、を備え、
前記交流入力端子に加えられる入力電圧が規定範囲内にある場合に、第１のＤＣ／ＡＣ変換器の運転を停止して前記入力電圧を前記交流出力端子からそのまま出力させる第１運転モードと、
前記入力電圧が変動して規定範囲外になった場合に、第１のＤＣ／ＡＣ変換器の動作により前記トランスの出力側に補償電圧を発生させて前記入力電圧の電圧変動分を補償すると共に、第２のＤＣ／ＡＣ変換器の動作により第１のＤＣ／ＡＣ変換器と前記交流母線との間で電力を授受させる第２運転モードと、
入力電源の停電時に、前記直流電力貯蔵手段の電力を用いて第２のＤＣ／ＡＣ変換器の動作により前記交流出力端子から交流電圧を出力させる第３運転モードと、
を選択可能とした無停電電源装置において、
第１運転モード期間中の入力電圧の急激な変動時に、第２運転モードへ移行する前に一旦、第３運転モードによる運転を行うと共に第１のＤＣ／ＡＣ変換器を一時的に動作させて前記トランスに交流電力を供給することにより前記トランスの鉄心を消磁することを特徴とする無停電電源装置の運転方法。 A transformer connected in series to an AC bus between an AC input terminal and an AC output terminal, a first DC / AC converter having an AC terminal connected to the transformer, and an AC terminal connected to the AC output terminal A second DC / AC converter having a direct current section commonly connected to the first DC / AC converter, and direct current power storage means connected to the direct current section,
A first operation mode in which when the input voltage applied to the AC input terminal is within a specified range, the operation of the first DC / AC converter is stopped and the input voltage is directly output from the AC output terminal;
When the input voltage fluctuates and falls outside the specified range, a compensation voltage is generated on the output side of the transformer by the operation of the first DC / AC converter to compensate for the voltage fluctuation of the input voltage. A second operation mode in which power is transferred between the first DC / AC converter and the AC bus by the operation of the second DC / AC converter;
A third operation mode for outputting an AC voltage from the AC output terminal by the operation of the second DC / AC converter using the power of the DC power storage means at the time of a power failure of the input power supply;
In the uninterruptible power supply that can be selected,
When the input voltage suddenly fluctuates during the first operation mode, the operation in the third operation mode is once performed and the first DC / AC converter is temporarily operated before the transition to the second operation mode. A method of operating an uninterruptible power supply, wherein the transformer core is demagnetized by supplying AC power to the transformer.