KR20210055727A - 전원 장치 및 교류 전원의 이상 검출 방법 - Google Patents

전원 장치 및 교류 전원의 이상 검출 방법 Download PDF

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Abstract

스위치(10)는, 교류 전원(1) 및 부하(2)의 사이에 접속된다. 제어 장치(40)는, 스위치(10)의 온 시, 교류 전원(1)으로부터 공급되는 삼상 교류 전압의 순시값을 검출하는 것에 의해, 교류 전원(1)의 이상을 검출하도록 구성된다. 제어 장치(40)는, 제 1 시각에서 검출되는 삼상 교류 전압의 순시값과, 삼상 교류 전압의 피크값에 대해서 미리 설정된 제 1 임계값에 근거하여, 제 1 시각과 소정의 시간차를 갖는 제 2 시각에 있어서의 삼상 교류 전압의 순시값에 대한 제 2 임계값을 추정한다. 제어 장치(40)는, 추정된 제 2 임계값과, 제 2 시각에서 검출되는 삼상 교류 전압의 순시값을 비교하는 것에 의해, 교류 전원(1)의 이상을 검출한다. 제어 장치(40)는, 교류 전원(1)의 이상이 검출된 경우, 스위치(10)를 오프시킨다.

Description

전원 장치 및 교류 전원의 이상 검출 방법
이 발명은, 전원 장치 및 교류 전원의 이상(異常) 검출 방법에 관한 것이다.
일본 특허공개 평5-137277호 공보(특허문헌 1)에는, 교류 입력 전원의 전압 저하를 검출하는 정전 검출 제어 회로를 갖는 무정전 전원 장치가 개시된다. 정전 검출 제어 회로는, 교류 입력 전압의 실효값이 정격 전압(100%)보다도 낮은 정전 검출 레벨(예를 들어 85%) 이하가 되었을 때에, 교류 입력 전원의 전압 저하를 검출하도록 구성된다. 특허문헌 1에서는, 교류 입력 전원의 전압 저하가 검출되면, 인버터 장치는, 축전지의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 부하에 공급한다.
일본 특허공개 평5-137277호 공보
특허문헌 1에 기재되는 정전 검출 제어 회로에 있어서는, 교류 입력 전압에 급준한 전압 변동이 생긴 경우, 전압 변동 후에 교류 입력 전압의 피크값이 저하되고, 그에 수반하여 교류 입력 전압의 실효값도 저하된다. 그 때문에, 교류 입력 전압의 변동이 생긴 타이밍부터 교류 입력 전압의 실효값이 정전 검출 레벨 이하가 되는 타이밍까지 시간차가 생겨 버린다. 이에 의하면, 축전지의 직류 전력이 인버터 장치에 의해 교류 전력으로 변환되어 부하에 공급되기까지의 기간 중, 부하에의 공급 전압이 일시적으로 저하되어 버릴 우려가 염려된다.
이 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 그 목적은, 교류 전원의 이상을 신속히 검출할 수 있는 전원 장치 및 교류 전원의 이상 검출 방법을 제공하는 것이다.
이 발명의 어느 국면에 의하면, 전원 장치는, 교류 전원 및 부하의 사이에 접속되는 스위치와, 스위치의 온 오프를 제어하는 제어 장치를 구비한다. 제어 장치는, 이상 검출부와, 스위치 제어부를 포함한다. 이상 검출부는, 스위치의 온 시, 교류 전원으로부터 공급되는 삼상 교류 전압의 순시값을 검출하는 것에 의해, 교류 전원의 이상을 검출하도록 구성된다. 스위치 제어부는, 교류 전원의 이상이 검출된 경우, 스위치를 오프시키도록 구성된다. 이상 검출부는, 제 1 시각에서 검출되는 삼상 교류 전압의 순시값과, 삼상 교류 전압의 피크값에 대해서 미리 설정된 제 1 임계값에 근거하여, 제 1 시각과 소정의 시간차를 갖는 제 2 시각에 있어서의 삼상 교류 전압의 순시값에 대한 제 2 임계값을 추정한다. 이상 검출부는, 추정된 제 2 임계값과, 제 2 시각에서 검출되는 삼상 교류 전압의 순시값을 비교하는 것에 의해, 교류 전원의 이상을 검출한다.
이 발명에 의하면, 교류 전원의 이상을 신속히 검출할 수 있는 전원 장치 및 교류 전원의 이상 검출 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 실시형태에 의한 전원 장치의 구성예를 나타내는 회로 블럭도이다.
도 2는 비교예에 따른 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 실시형태에 의한 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 시간차 dt의 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시형태에 의한 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 제어 장치의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 제어 장치에 의해 실행되는 제어 처리의 순서를 나타내는 플로 차트이다.
도 8은 실시형태에 의한 전원 장치의 다른 구성예를 나타내는 회로 블럭도이다.
이하에, 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 한편, 이하에서는 도면 중의 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 그의 설명은 원칙적으로 반복하지 않는 것으로 한다.
(무정전 전원 장치의 구성)
도 1은, 실시형태에 의한 전원 장치의 구성예를 나타내는 회로 블럭도이다. 이 전원 장치는, 삼상 교류 전력을 부하에 공급하는 것이지만, 도면 및 설명의 간단화를 위해, 도 1에서는 일상(一相)에 관련되는 부분만이 나타나 있다. 또, 이와 같은 전원 장치는, 순저 보상 장치(瞬低補償裝置)라고도 불린다.
도 1을 참조하면, 순저 보상 장치(5)는, 교류 입력 단자 T1, 교류 출력 단자 T2, 스위치(10), 전류 검출기 CT, 인버터(쌍방향 컨버터)(20), 배터리(30), 및 제어 장치(40)를 구비한다. 교류 입력 단자 T1은, 교류 전원(1)으로부터 상용 주파수의 교류 전압 VI를 받는다. 교류 전압 VI의 순시값은, 제어 장치(40)에 의해 검출된다. 제어 장치(40)는, 교류 전압 VI의 순시값에 근거하여, 교류 전원(1)으로부터 교류 전압 VI가 정상적으로 공급되고 있는지 여부를 판정한다. 제어 장치(40)는, 후술하는 방법에 의해, 교류 전압 VI의 순시값에 근거하여, 교류 전원(1)의 순시 전압 저하 및 과전압을 검출한다. 한편, 본원 명세서에 있어서, 교류 전원(1)의 순시 전압 저하는, 교류 전원(1)의 정전을 포함한다.
교류 출력 단자 T2는, 부하(2)에 접속된다. 부하(2)는, 무정전 전원 장치로부터 공급되는 교류 전력에 의해 구동된다. 교류 출력 단자 T2에 나타나는 교류 전압 VO의 순시값은, 제어 장치(40)에 의해 검출된다.
스위치(10)의 한쪽 단자(10a)는 교류 입력 단자 T1에 접속되고, 다른 쪽 단자(10b)는 교류 출력 단자 T2에 접속된다. 스위치(10)는, 예를 들어, 한쪽 단자(10a) 및 다른 쪽 단자(10b)의 사이에 역병렬로 접속되는 사이리스터(11, 12)를 갖는 사이리스터 스위치이다. 교류 전원(1)으로부터 교류 전압 VI가 정상적으로 공급되고 있는 경우(교류 전원(1)의 건전 시)에는, 스위치(10)는 온 상태로 된다. 교류 전원(1)으로부터 교류 전압 VI가 정상적으로 공급되지 않게 된 경우(교류 전원(1)의 순시 전압 저하 또는 과전압의 발생 시)에는, 스위치(10)는 오프된다.
스위치(10)는, 제어 장치(40)에 의해 제어된다. 구체적으로는, 사이리스터(11, 12)는, 제어 장치(40)로부터 입력되는 게이트 신호에 응답하여 온(도통)된다. 그리고, 온된 사이리스터(11, 12)는, 게이트 신호가 차단된 상태에 있어서, 교류 전압 VI가 제로 크로스함에 따라 오프(차단)된다.
전류 검출기 CT는, 스위치(10)의 다른 쪽 단자(10b)로부터 교류 출력 단자 T2에 흐르는 교류 전류(부하 전류) IO의 순시값을 검출하고, 그 검출값을 나타내는 신호를 제어 장치(40)에 준다.
인버터(20)는, 스위치(10)의 다른 쪽 단자(10b)와 배터리(30)의 사이에 접속되고, 제어 장치(40)에 의해 제어된다. 인버터(20)는, 반도체 스위칭 소자에 의해 구성된다. 반도체 스위칭 소자로서는, 예를 들어, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 이용된다. 또, 반도체 스위칭 소자의 제어 방식으로서, PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 적용할 수 있다.
인버터(20)는, 교류 전원(1)의 건전 시에는, 교류 전원(1)으로부터 스위치(10)를 통하여 공급되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 배터리(30)에 축적한다. 이때 제어 장치(40)는, 배터리(30)의 단자간 전압 VB가 참조 전압 VBr이 되도록 인버터(20)를 제어한다. 한편, 배터리(30) 대신에 콘덴서가 인버터(20)에 접속되어 있어도 된다. 배터리(30)는 「전력 저장 장치」의 일 실시예에 대응한다.
또, 인버터(20)는, 교류 전원(1)의 이상 시(순시 전압 저하 또는 과전압의 발생 시)에는, 배터리(30)의 직류 전력을 상용 주파수의 교류 전력으로 변환하여 부하(2)에 공급한다. 이때 제어 장치(40)는, 교류 전압 VO 및 교류 전류 IO에 근거하여, 교류 전압 VO가 참조 전압 VOr이 되도록 인버터(20)를 제어한다. 제어 장치(40)는, 배터리(30)의 단자간 전압 VB가 저하되어 하한 전압에 도달한 경우에는, 인버터(20)의 운전을 정지시킨다.
제어 장치(40)는, 예를 들어 마이크로컴퓨터 등으로 구성할 수 있다. 일례로서, 제어 장치(40)는, 도시하지 않은 메모리 및 CPU(Central Processing Unit)를 내장하고, 메모리에 미리 저장된 프로그램을 CPU가 실행하는 것에 의한 소프트웨어 처리에 의해, 후술하는 이상 검출을 포함하는 제어 동작을 실행할 수 있다. 또는, 당해 제어 동작의 일부 또는 전부에 대해, 소프트웨어 처리 대신에, 내장된 전용의 전자 회로 등을 이용한 하드웨어 처리에 의해 실현되는 것도 가능하다.
다음에, 무정전 전원 장치의 동작에 대해 설명한다.
교류 전원(1)의 건전 시에는, 스위치(10)가 온되고, 교류 전원(1)으로부터 스위치(10)를 통하여 부하(2)에 교류 전력이 공급되고, 부하(2)가 운전된다. 또, 교류 전원(1)으로부터 스위치(10)를 통하여 인버터(20)에 교류 전력이 공급되고, 그 교류 전력이 직류 전력으로 변환되어 배터리(30)에 축적된다.
한편, 교류 전원(1)의 이상 시(순시 전압 저하 또는 과전압의 발생 시)에는, 스위치(10)가 순식간에 오프됨과 더불어, 배터리(30)의 직류 전력이 인버터(20)에 의해 교류 전력으로 변환되어 부하(2)에 공급된다. 따라서, 교류 전원(1)의 이상이 발생한 경우에도, 배터리(30)에 직류 전력이 축적되어 있는 기간은, 부하(2)의 운전을 계속할 수 있다.
(교류 전원의 이상 검출 방법)
다음에, 교류 전원(1)의 이상을 검출하는 방법에 대해 설명한다. 최초로, 도 2를 이용하여, 비교예에 의한 이상 검출 방법과 그의 과제에 대해 설명한다. 비교예에 의한 이상 검출 방법의 일 태양으로서, 교류 전원(1)의 과전압을 검출하는 방법을 설명한다.
(비교예에 의한 이상 검출 방법)
도 2는, 비교예에 따른 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2(A)에는, 교류 전원(1)으로부터 공급되는 교류 전압 VI(U상 전압 Vu, V상 전압 Vv, W상 전압 Vw)의 파형이 나타난다. 도 2(B)에는, 도 2(A)에 나타나는 교류 전압 VI를 전파(全波) 정류한 값 Vp의 파형이 나타난다.
도 2(A)에 나타나는 바와 같이, U상 전압 Vu, V상 전압 Vv 및 W상 전압 Vw의 파형은 서로 120°씩 어긋나 있다. 도 2(B)에 나타나는 전파 정류값 Vp는, 각 상 전압(相電壓)의 피크값의 크기에 의해 정해진다.
여기에서, 시각 t1에서 교류 전원(1)에 과전압이 생긴 경우를 상정한다. 도 2(A)에서는, 시각 t1에서 U상 전압 Vu 및 V상 전압 Vv에 급준한 변동이 생겨 있다. 시각 t1 이후, 각 상 전압의 피크값이 증가하는 것에 의해, 전파 정류값 Vp도 증가하고 있다.
도 2(C)는, 시각 t1 부근의 교류 전압 VI의 파형을 확대한 도면이고, 도 2(D)는, 시각 t1 부근의 전파 정류값의 파형을 확대한 도면이다. 비교예에 따른 이상 검출 방법은, 교류 전압 VI의 전파 정류값 Vp에 근거하여, 교류 전원(1)의 과전압을 검출하도록 구성된다.
구체적으로는, 도 2(D)에 나타내는 바와 같이, 전파 정류값 Vp에는, 과전압을 검출하기 위한 임계값 VthH가 미리 설정되어 있다. 교류 전압 VI의 전파 정류값 Vp가 이 임계값 VthH를 초과한 경우, 교류 전원(1)에 과전압이 생겼다고 판정된다. 도 2(D)의 예에서는, 시각 t1보다 후의 시각 t2에서, 전파 정류값 Vp가 임계값 VthH를 초과하는 것에 의해, 과전압이 검출된다.
이와 같이, 비교예에 따른 이상 검출 방법에서는, 교류 전압 VI가 급준하게 변동한 타이밍(시각 t1)부터 교류 전압 VI의 전파 정류값 Vp가 임계값 VthH를 초과하는 타이밍(시각 t2)까지는 시간차가 생긴다. 이 시간차는, 최대로 교류 전압 VI의 1/6 주기에 상당하는 길이가 될 수 있다. 교류 전압 VI의 1/6 주기는, 전파 정류값 Vp가 최소값부터 최대값까지 변화하는 데 걸리는 시간에 상당한다.
한편, 과전압 검출용의 임계값 VthH를 보다 낮은 값으로 설정하면, 전파 정류값 Vp가 임계값 VthH를 초과하는 타이밍이 앞당겨지기 때문에, 이 시간차를 짧게 할 수 있다. 단, 임계값 VthH를 저하시키는 것에 의해, 노이즈에 의한 순간적인 전압 상승을 잘못하여 과전압으로 판정해 버리는 폐해가 염려된다.
도 2(D)에서는, 시각 t2에서 과전압이 검출되면, 스위치(10)의 사이리스터(11, 12)에 입력되는 게이트 신호가 차단된다. 사이리스터(11, 12)는, 게이트 신호가 차단되면, 교류 전압 VI가 제로 크로스하는 타이밍에서 오프된다. 즉, 게이트 신호가 차단되는 타이밍으로부터 지연되어 스위치(10)가 오프되게 된다. 이에 의하면, 게이트 신호가 차단되는 타이밍에서의 교류 전압 VI의 위상에 의해서는, 교류 전압 VI가 급준하게 변동한 타이밍(시각 t1)부터 실제로 스위치(10)가 오프되는 타이밍까지의 시간차가 확대되는 경우가 일어날 수 있다. 이 경우, 스위치(10)가 오프되기까지의 기간 중, 부하(2)에 과전압이 인가되어 버릴 우려가 염려된다.
따라서, 부하(2)에 과전압이 인가되는 것을 방지하기 위해서는, 교류 전압 VI가 급준하게 변동한 타이밍(시각 t1)부터 스위치(10)가 오프되는 타이밍까지의 시간차를 줄이는 것이 필요해진다.
본 실시형태에서는, 비교예에 의한 이상 검출 방법에 비해, 과전압을 검출하는 타이밍을 앞당길 수 있는 이상 검출 방법을 제안한다. 이것에 의하면, 교류 전압 VI가 급준하게 변동한 타이밍부터 과전압을 검출하는 타이밍까지의 시간차를 줄일 수 있기 때문에, 결과적으로 교류 전압 VI가 급준하게 변동한 타이밍부터 스위치(10)가 오프되는 타이밍까지의 시간차를 줄일 수 있다. 따라서, 부하(2)에 과전압이 인가될 가능성을 저감할 수 있다.
(본 실시형태에 의한 과전압 검출 방법)
도 3은, 본 실시형태에 의한 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 이용하여, 본 실시형태에 의한 이상 검출 방법의 일 태양으로서, 교류 전원(1)의 과전압을 검출하는 방법에 대해 설명한다.
도 3(A)에는, 제어 장치(40)에 의해 검출되는 교류 전압 VI 중 U상 전압 Vu의 파형이 나타난다. 도시는 생략하지만, V상 전압 Vv 및 W상 전압 Vw의 파형은, U상 전압 Vu의 파형에 대해서 120° 어긋나 있다.
U상 전압 Vu는, 도 3(A) 중에 굵은 실선 L1로 나타나 있다. 도 3(A)의 예에서는, U상 전압 Vu에는, 시각 t0 부근에서 급준한 변동이 생겨 있다. 변동 직전의 시각 t0에서의 U상 전압 Vu를 Vu0으로 하고, 변동 직후의 시각 t1에서의 U상 전압 Vu를 Vu1로 한다. 시각 t1은, 시각 t0과의 사이에 시간차 dt를 갖는다(t1=t0+dt).
도 3(A)에는, 또한, 피크값이 서로 상이한 3종류의 파형 k1∼k3이 나타나 있다. 파형 k1은, 교류 전원(1)의 건전 시에 있어서의 U상 전압 Vu의 파형을 나타내고 있다. 파형 k2는, 피크값이 임계값 VthH와 동등할 때의 U상 전압 Vu의 파형을 나타내고 있다. 파형 k3은, 교류 전원(1)의 이상 시(즉, 전압 변동의 발생 후)에 있어서의 U상 전압 Vu의 파형을 나타내고 있다. 굵은 실선 L1로 나타나는 U상 전압 Vu는, 시각 t0 이전(전압 변동의 발생 전)에는 파형 k1을 따라 변화하고 있지만, 시각 t1 이후(전압 변동의 발생 후)에는 파형 k3을 따라 변화하고 있다.
도 3(B)에는, 교류 전압 VI의 피크값 Vp의 파형이 나타나 있다. 피크값 Vp는, 예를 들어, 교류 전압 VI를 전파 정류하는 것에 의해 산출할 수 있다. 또는, 피크값 Vp는, 교류 전압 VI를 이동 평균하는 것에 의해 산출할 수 있다.
도 3(B)에 나타내는 바와 같이, 피크값 Vp는, 전압 변동 직전의 시각 t0(즉, 교류 전원(1)의 건전 시)에서는, 임계값 VthH보다도 작은 값 V0을 나타내고 있다(V0<VthH). 전압 변동 직후의 시각 t1 이후, 피크값 Vp는 점차 증가하고, 시각 t1보다 후의 시각 t2에 있어서, 피크값 Vp는 임계값 VthH를 초과하고 있다. 한편, 도 2에 나타낸 비교예에 의한 이상 검출 방법에 의하면, 피크값 Vp가 임계값 VthH를 초과한 시각 t2에서, 과전압이 검출되게 된다.
본 실시형태에 의한 이상 검출 방법은, 개념적으로는, 시각 t0 직후에 전압 변동이 발생한 경우를 가정하고, 전압 변동 직후의 시각 t1에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값에 대한 임계값 Vuth1을 추정하도록 구성된다. 이 임계값 Vuth1은, 피크값 Vp가 임계값 VthH와 동등할 때의 U상 전압 Vu의 파형 k2 상에 위치하고 있다. 즉, U상 전압 Vu의 순시값이 파형 k1 상을 시간적으로 변화하면, U상 전압 Vu의 순시값의 임계값 Vuth1도 파형 k2 상을 시간적으로 변화하게 된다.
본 실시형태에 의한 이상 검출 방법은, 상기 구성에 있어서, 시각 t1에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값 Vu1이 임계값 Vuth1을 초과하고 있는 경우에, 과전압을 검출하도록 구성된다. 도 3(A)의 예에서는, 시각 t1에서의 U상 전압 Vu의 순시값 Vu1은, 임계값 Vuth1을 초과하고 있다(Vu1>Vuth1). 따라서, 시각 t1에 있어서 과전압이 검출되게 된다. 이에 의하면, 교류 전압 VI의 피크값 Vp가 임계값 VthH를 초과하는 타이밍(시각 t2)에 비해, 보다 빠른 타이밍에서 과전압을 검출하는 것이 가능하게 된다.
한편, 도시는 생략하지만, V상 전압 Vv 및 W상 전압 Vw에 대해서도, 전술한 방법에 의해, 시각 t1에 있어서의 순시값에 대한 임계값을 추정할 수 있다. 그리고, 시각 t1에 있어서의 U상 전압 Vu, V상 전압 Vv 및 W상 전압 Vw의 순시값 중 적어도 1개가 임계값을 초과하고 있는 경우, 과전압을 검출할 수 있다.
(임계값 Vuth1의 추정 방법)
다음에, 과전압 검출용의 임계값 Vuth1의 추정 방법에 대해 상세하게 설명한다.
전술한 바와 같이, 임계값 Vuth1은, 피크값 Vp가 임계값 VthH와 동등한 U상 전압 Vu의 파형 k2 상의 시각 t1에 해당하는 점이다. 이 임계값 Vuth1은, 시각 t0에 있어서의 U상 전압 Vu의 위상 ωt0과, 피크값 Vp의 임계값 VthH를 이용하여 추정할 수 있다. ω는 각속도이다.
구체적으로는, 시각 t0에 있어서의 U상 전압 Vu의 위상 ωt0은, 시각 t0에 있어서의 V상 전압 Vv의 순시값 및 W상 전압 Vw의 순시값과, 시각 t0에서의 교류 전압 VI의 피크값 V0을 이용하여, 이하의 수법에 의해 산출할 수 있다.
교류 전원(1)으로부터 공급되는 교류 전압 VI(U상 전압 Vu, V상 전압 Vv, W상 전압 Vw)는, 다음 식(1)∼(3)으로 주어진다.
Vu=V0×sin(ωt) (1)
Vv=V0×sin(ωt+120°) (2)
Vw=V0×sin(ωt+240°) (3)
식(2), (3)에 의하면, V상 전압 Vv와 W상 전압 Vw의 관계는 다음 식(4)로 주어진다.
Vv-Vw=√3×V0×cos(ωt) (4)
이 식(4)을 변형하는 것에 의해, U상 전압 Vu의 위상 ωt는, 다음 식(5)에서 나타내는 바와 같이, Vv, Vw, V0의 함수로 표시할 수 있다.
ωt=arccos{(Vv-Vw)/√3×V0} (5)
식(5)에 의하면, 시각 t0에 있어서의 U상 전압 Vu의 위상 ωt0은, 시각 t0에서의 V상 전압 Vv의 순시값 및 W상 전압 Vw의 순시값과, 시각 t0에서의 피크값 V0에 근거하여 산출할 수 있다.
그리고, 이 시각 t0에 있어서의 위상 ωt0을 이용하여, 시각 t1(=t0+dt)에 있어서의 U상 전압 Vu의 위상 ω(t0+dt)를 산출한다. 산출한 위상 ω(t0+dt)와, 피크값 Vp의 임계값 VthH를 식(1)에 대입하는 것에 의해, 시각 t1에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값의 임계값 Vuth1을 산출할 수 있다. 즉, 시각 t1에 있어서의 임계값 Vuth1은, 다음 식(6)으로 주어진다.
Vuth1=VthH×sin{ω(t0+dt)} (6)
식(6)으로 주어지는 임계값 Vuth1과, 시각 t1에서 검출되는 U상 전압 Vu의 순시값 Vu1을 비교하고, 순시값 Vu1이 임계값 Vuth1을 초과하고 있는 경우, 과전압을 검출할 수 있다.
(시간차 dt의 설정 방법)
전술한 바와 같이, 본 실시형태에 의한 이상 검출 방법은, 시각 t0에서, 시각 t1에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값에 대한 임계값 Vuth1을 추정하도록 구성된다. 이 이상 검출 방법을 이용하여 교류 전압 VI의 급준한 변동을 검출하기 위해서는, 전압 변동의 직전의 시각 t0과 전압 변동의 직후의 시각 t1의 시간차 dt를 어떠한 크기로 할지가 중요해진다.
이하, 도 4를 이용하여, 시간차 dt의 결정 방법에 대해 설명한다.
도 4는, 도 3과 동일하고, U상 전압 Vu의 파형(도 4(A))과, 교류 전압 VI의 피크값 Vp의 파형(도 4(B))을 나타내고 있다.
과전압을 검출하기 위해서는, 시각 t1에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값 Vu1이, 시각 t1에 있어서의 임계값 Vuth1을 초과하고 있는지 여부가 판정된다. 이 임계값 Vuth1을 어떤 타이밍에서의 V상 전압 Vv 및 W상 전압 Vw의 순시값, 및 피크값 Vp를 이용하여 산출하면 되는지, 즉, 어떤 타이밍을 전압 변동 직전의 시각 t0로 설정해야 할지를 고려할 필요가 있다.
구체적으로는, 시각 t1에서 순시값 Vu1이 임계값 Vuth1을 초과하고 있는지 여부를 정확하게 판정하기 위해서는, 실제로 전압 변동이 생기고 나서 U상 전압 Vu의 순시값 Vu1이 임계값 Vuth1을 초과하는 데 필요로 하는 시간(도면 중의 dtr에 상당)에 비해, 시각 t0 및 시각 t1간의 시간차 dt를 길게 할 필요가 있다. 이것은, 시간차 dt가 dtr보다도 짧게 한 경우에는, 시각 t0에서는 이미 전압 변동이 시작되고 있기 때문에, 변동 중의 V상 전압 Vv 및 W상 전압 Vw의 순시값, 및 피크값을 이용하여 U상 전압 Vu의 위상 ωt0을 산출하게 되기 때문이다. 이 경우, 정확한 위상 ωt0을 산출할 수 없기 때문에, 임계값 Vuth1을 정밀도 좋게 산출하는 것이 곤란해진다.
도 2에 나타낸 비교예에 의한 이상 검출 방법에서는, 교류 전압 VI가 급준하게 변동한 타이밍으로부터 최대로 교류 전압 VI의 1/6 주기에 상당하는 시간차에서, 과전압이 검출된다. 한편, 교류 전압 VI의 1/6 주기는, 교류 전압 VI의 전파 정류값이 최소값으로부터 최대값으로 변화하는 데 걸리는 시간에 상당한다.
본 실시형태에 의한 이상 검출 방법은, 전압 변동의 발생 후에 전파 정류값이 임계값 VthH에 도달하는 타이밍보다도 빠른 타이밍에서 과전압을 검출하는 것을 목적으로 하고 있다. 그 때문에, 실제로 U상 전압 Vu에 전압 변동이 생기고 나서 순시값 Vu1이 임계값 Vuth1을 초과하는 데 필요로 하는 시간 dtr이, 교류 전압 VI의 1/6 주기분보다도 짧은 경우를 상정하고 있다. 바꾸어 말하면, 실제의 시간 dtr이 교류 전압 VI의 1/6 주기분보다도 긴 경우에는, 비교예에 의한 이상 검출 방법으로 과전압을 검출해도 문제가 없다.
이에 의하면, 도 4의 시간 dtr은, 최대로 교류 전압 VI의 1/6 주기분을 상정하면 되기 때문에, 결과적으로 시간차 dt는 교류 전압 VI의 1/6 주기분보다도 길어지도록 설정하면 되게 된다.
(본 실시형태에 의한 순시 전압 저하 검출 방법)
도 5는, 본 실시형태에 의한 이상 검출 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 이용하여, 본 실시형태에 의한 이상 검출 방법의 다른 태양으로서, 교류 전원(1)의 순시 전압 저하를 검출하는 방법에 대해 설명한다.
도 5(A)에는, 제어 장치(40)에 의해 검출되는 교류 전압 VI 중 U상 전압 Vu의 파형이 나타난다. 도시는 생략하지만, V상 전압 Vv 및 W상 전압 Vw의 파형은, U상 전압 Vu의 파형에 대해서 120° 어긋나 있다.
U상 전압 Vu는, 도 5(A) 중에 굵은 실선 L2로 나타나 있다. 도 5(A)의 예에서는, U상 전압 Vu에는, 시각 t0 부근에서 급준한 변동(저하)이 생겨 있다. 변동 직전의 시각 t0에서의 U상 전압 Vu를 Vu0으로 하고, 변동 직후의 시각 t1에서의 U상 전압 Vu를 Vu1로 한다. 시각 t1은, 시각 t0과의 사이에 시간차 dt를 갖는다(t1=t0+dt).
도 5(A)에는, 또한, 피크값이 서로 상이한 3종류의 파형 k1, k4, k5가 나타나 있다. 파형 k1은, 교류 전원(1)의 건전 시에 있어서의 U상 전압 Vu의 파형을 나타내고 있다. 파형 k4는, 피크값이 전압 저하 검출용의 임계값 VthL과 동등할 때의 U상 전압 Vu의 파형을 나타내고 있다. 파형 k5는, 교류 전원(1)의 이상 시(즉, 전압 변동의 발생 후)에 있어서의 U상 전압 Vu의 파형을 나타내고 있다. 굵은 실선 L1로 나타나는 U상 전압 Vu는, 시각 t0 이전(전압 변동의 발생 전)에는 파형 k1을 따라 변화하고 있지만, 시각 t1 이후(전압 변동의 발생 후)에는 파형 k5를 따라 변화하고 있다.
도 5(B)에는, 교류 전압 VI의 피크값 Vp의 파형이 나타나 있다. 피크값 Vp는, 전압 변동 직전의 시각 t0에서는, 임계값 VthL보다도 큰 값 V0을 나타내고 있다(V0>VthL). 전압 변동 직후의 시각 t1 이후, 피크값 Vp는 점차 저하되고, 시각 t1보다 후의 시각 t3에 있어서, 임계값 VthL을 하회하고 있다. 한편, 도 2에 나타낸 비교예에 의한 이상 검출 방법에 의하면, 피크값 Vp가 임계값 VthL을 하회한 시각 t3에서, 순시 전압 저하가 검출되게 된다.
본 실시형태에 의한 이상 검출 방법은, 전술한 바와 같이, 시각 t0 직후에 전압 변동이 발생한 경우를 가정하고, 전압 변동 직후의 시각 t1에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값에 대한 임계값 Vuth2를 추정하도록 구성된다. 이 임계값 Vuth2는, 피크값 Vp가 임계값 VthL과 동등할 때의 U상 전압 Vu의 파형 k4 상에 위치하고 있다. 즉, U상 전압 Vu의 순시값이 파형 k1 상을 시간적으로 변화하면, U상 전압 Vu의 순시값의 임계값 Vuth2도 파형 k4 상을 시간적으로 변화하게 된다.
본 실시형태에 의한 이상 검출 방법은, 상기 구성에 있어서, 시각 t1에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값 Vu1이 임계값 Vuth2를 하회하고 있는 경우에, 순시 전압 저하를 검출하도록 구성된다. 도 5(A)의 예에서는, 시각 t1에서의 U상 전압 Vu의 순시값 Vu1은, 임계값 Vuth2를 하회하고 있다(Vu1<Vuth2). 따라서, 시각 t1에 있어서 순시 전압 저하가 검출되게 된다. 이에 의하면, 교류 전압 VI의 피크값 Vp가 임계값 VthL을 하회하는 타이밍(시각 t3)에 비해, 보다 빠른 타이밍에서 순시 전압 저하를 검출하는 것이 가능하게 된다.
한편, 도시는 생략하지만, V상 전압 Vv 및 W상 전압 Vw에 대해서도, 전술한 방법에 의해, 시각 t1에 있어서의 순시값에 대한 임계값을 추정할 수 있다. 그리고, 시각 t1에 있어서의 U상 전압 Vu, V상 전압 Vv 및 W상 전압 Vw의 순시값 중 적어도 1개가 임계값을 하회하고 있는 경우, 순시 전압 저하를 검출할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의한 이상 전압 방법은, 현재의 타이밍에서 교류 전압 VI에 전압 변동이 발생한 경우를 가정하고, 전압 변동 직후의 타이밍에 있어서의 교류 전압 VI의 순시값에 대한 임계값 Vuth1, Vuth2를 추정하고, 추정한 임계값 Vuth1, Vuth2와, 전압 변동 직후의 타이밍에서의 실제의 교류 전압 VI의 순시값을 비교하는 것에 의해, 교류 전원(1)의 이상을 검출하도록 구성된다. 이에 의하면, 교류 전압 VI의 전파 정류값에 근거한 비교예에 의한 이상 검출 방법에 비해, 전압 변동 직후의 보다 빠른 타이밍에서 교류 전원(1)의 이상을 검출할 수 있다.
(제어 장치의 구성)
전술한 본 실시형태에 의한 이상 검출 방법은, 순저 보상 장치(5)의 제어 장치(40)가, 도시하지 않은 기억부에 기억되어 있는 프로그램에 따라 동작하는 것에 의해 실현될 수 있다. 다음에, 도 6을 이용하여, 제어 장치(40)의 기능적 구성에 대해 설명한다.
도 6은, 제어 장치(40)의 기능적 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제어 장치(40)는, 순시값 검출부(42), 피크값 연산부(44), 임계값 추정부(46, 48), 기억부(49), 이상 검출부(52), 스위치 제어부(54), 및 인버터 제어부(56)를 포함한다.
순시값 검출부(42)는, 교류 전원(1)으로부터 공급되는 교류 전압 VI(U상 전압 Vu, V상 전압 Vw, W상 전압 Vw)의 순시값을 검출한다. 피크값 연산부(44)는, 교류 전압 VI를 전파 정류(또는 이동 평균)하는 것에 의해, 교류 전압 VI의 피크값 Vp를 연산한다.
임계값 추정부(46)는, 과전압 검출용의 임계값 Vuth1을 연산한다. 임계값 Vuth1은, 시각 t+dt에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값의 임계값이다. 구체적으로는, 임계값 추정부(46)는, 순시값 검출부(42)에 의해 검출된 V상 전압 Vv의 순시값 및 W상 전압 Vw의 순시값과, 피크값 연산부(44)에 의해 연산된 피크값 Vp를 식(5)에 대입하는 것에 의해, 현재의 타이밍(시각 t로 함)에 있어서의 U상 전압 Vu의 위상 ωt를 연산한다. 계속해서, 임계값 추정부(46)는, 현재의 타이밍으로부터 시간차 dt분 지연된 타이밍(시각 t+dt)에 있어서의 U상 전압 Vu의 위상 ω(t+dt)와, 피크값 Vp의 임계값 VthH를 식(6)에 대입하는 것에 의해, 시각 t+dt에 있어서의 교류 전압 VI의 순시값의 임계값 Vuth1을 연산한다.
임계값 추정부(46)는, 마찬가지의 수법을 이용하여, 과전압 검출용의 임계값 Vvth1, Vwth1을 연산한다. 임계값 Vvth1은, 시각 t+dt에 있어서의 V상 전압 Vv의 순시값의 임계값이다. 임계값 Vwth1은, 시각 t+dt에 있어서의 W상 전압 Vw의 순시값의 임계값이다.
임계값 추정부(48)는, 순시 전압 저하 검출용의 임계값 Vuth2를 연산한다. 임계값 Vuth2는, 시각 t+dt에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값의 임계값이다. 구체적으로는, 임계값 추정부(48)는, 순시값 검출부(42)에 의해 검출된 V상 전압 Vv의 순시값 및 W상 전압 Vw의 순시값과, 피크값 연산부(44)에 의해 연산된 피크값 Vp를 식(5)에 대입하는 것에 의해, 현재의 타이밍(시각 t)에 있어서의 U상 전압 Vu의 위상 ωt를 연산한다. 계속해서, 임계값 추정부(48)는, 현재의 타이밍으로부터 시간차 dt분 지연된 타이밍(시각 t+dt)에 있어서의 U상 전압 Vu의 위상 ω(t+dt)와, 피크값 Vp의 임계값 VthL을 식(6)에 대입하는 것에 의해, 시각 t+dt에 있어서의 교류 전압 VI의 순시값의 임계값 Vuth2를 연산한다.
임계값 추정부(48)는, 마찬가지의 수법을 이용하여, 순시 전압 저하 검출용의 임계값 Vvth2, Vwth2를 연산한다. 임계값 Vvth2는, 시각 t+dt에 있어서의 V상 전압 Vv의 순시값의 임계값이다. 임계값 Vwth2는, 시각 t+dt에 있어서의 W상 전압 Vw의 순시값의 임계값이다.
임계값 추정부(46, 48)는, 각각 연산한 임계값 Vuth1, Vuth2를 기억부(49)에 저장한다. 임계값 추정부(46, 48)는 또한, 임계값 Vvth1, Vvth2, Vwth1, Vwth2를 기억부(49)에 저장한다.
이상 검출부(52)는, 순시값 검출부(42)에 의해 검출되는 U상 전압 Vu의 순시값과, 기억부(49)로부터 판독한 임계값 Vuth1, Vuth2에 근거하여, 교류 전원(1)의 이상을 검출한다. 구체적으로는, 이상 검출부(52)는, 순시값 검출부(42)로부터 시각 t+dt에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값을 받으면, 시각 t+dt에 있어서의 임계값 Vuth1, Vuth2를 비교한다. U상 전압 Vu의 순시값이 임계값 Vuth1을 초과하는 경우, 이상 검출부(52)는, 교류 전원(1)의 과전압을 검출한다. 한편, U상 전압 Vu의 순시값이 임계값 Vuth2를 하회하는 경우에는, 이상 검출부(52)는, 교류 전원(1)의 순시 전압 저하를 검출한다.
이상 검출부(52)는, 마찬가지의 수법을 이용하여, 순시값 검출부(42)에 의해 검출되는 V상 전압 Vv의 순시값과, 기억부(49)로부터 판독한 임계값 Vvth1, Vvth2에 근거하여, 교류 전원(1)의 이상을 검출한다. 이상 검출부(52)는, 마찬가지의 수법을 이용하여, 순시값 검출부(42)에 의해 검출되는 W상 전압 Vw의 순시값과, 기억부(49)로부터 판독한 임계값 Vwth1, Vwth2에 근거하여, 교류 전원(1)의 이상을 검출한다.
이상 검출부(52)는, 검출 결과를 나타내는 신호를 스위치 제어부(54) 및 인버터 제어부(56)에 출력한다.
스위치 제어부(54)는, 스위치(10)의 온 오프를 제어한다. 구체적으로는, 스위치 제어부(54)는, 스위치(10)를 구성하는 사이리스터(11, 12)에 게이트 신호를 출력한다. 스위치 제어부(54)는, 이상 검출부(52)로부터 교류 전원(1)의 이상 검출을 나타내는 신호를 받으면, 게이트 신호를 차단한다. 사이리스터(11, 12)는, 게이트 신호가 차단된 상태에 있어서, 교류 전압 VI가 제로 크로스함에 따라 오프된다.
인버터 제어부(56)는, 인버터(20)를 제어한다. 구체적으로는, 인버터 제어부(56)는, 이상 검출부(52)로부터 교류 전원(1)의 이상 검출을 나타내는 신호를 받으면, 인버터(20)의 운전을 개시한다. 인버터 제어부(56)는, 교류 전압 VO 및 교류 전류 IO에 근거하여, 교류 전압 VO가 참조 전압 VOr이 되도록 인버터(20)를 제어한다. 인버터 제어부(56)는, 배터리(30)의 단자간 전압 VB가 저하되어 하한 전압에 도달한 경우에는, 인버터(20)의 운전을 정지시킨다.
도 7은, 제어 장치(40)에 의해 실행되는 제어 처리의 순서를 나타내는 플로 차트이다. 도 7에 나타나는 제어 처리를 소정 주기로 제어 장치(40)가 실행하는 것에 의해, 도 6에 나타낸 제어 장치(40)의 기능이 실현된다. 도 7에서는, 대표적으로, U상 전압 Vu의 순시값을 이용하여 교류 전원(1)의 이상을 검출하는 처리가 나타난다.
도 7을 참조하면, 제어 장치(40)는, 스텝 S01에 의해, 스위치(10)가 온 상태인지 여부를 판정한다. 스위치(10)가 오프 상태이면(S01에서 NO), 이후의 스텝 S02∼S11의 처리는 스킵된다.
스위치(10)가 온 상태이면(S01에서 YES), 제어 장치(40)는, 스텝 S02에 의해, 교류 전원(1)으로부터 교류 입력 단자 T1에 공급되는 교류 전압 VI(U상 전압 Vu, V상 전압 Vv, W상 전압 Vw)의 순시값을 검출한다.
제어 장치(40)는, 스텝 S03에서, 검출된 교류 전압 VI의 피크값 Vp를 산출한다. 제어 장치(40)는, 교류 전압 VI를 전파 정류(또는 이동 평균)하는 것에 의해, 교류 전압 VI의 피크값 Vp를 연산한다.
계속해서, 제어 장치(40)는, 스텝 S04에서, 스텝 S02에서 검출된 교류 전압 VI의 순시값 및 스텝 S03에서 산출된 피크값 Vp에 근거하여, 현재의 타이밍(시각 t로 함)에 있어서의 U상 전압 Vu의 위상 ωt를 산출한다.
제어 장치(40)는, 스텝 S05에 의해, 현재의 타이밍으로부터 시간차 dt분 지연된 타이밍(시각 t+dt)에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값의 임계값 Vuth1, Vuth2를 추정한다. 이하의 설명에서는, 시각 t+dt에 있어서의 임계값 Vuth1을 Vuth1(t+dt)로 표기하고, 시각 t+dt에 있어서의 임계값 Vuth2를 Vuth2(t+dt)로도 표기한다.
제어 장치(40)는, 스텝 S06에 의해, 추정한 임계값 Vuth1(t+dt), Vuth2(d+dt)를 기억부(49)(도 6 참조)에 저장한다.
제어 장치(40)는, 현재의 타이밍(시각 t)에 있어서의 교류 전압 VI의 순시값에 근거하여, 교류 전원(1)의 이상을 검출한다.
구체적으로는, 최초로, 제어 장치(40)는, 스텝 S07에 의해, 현재의 타이밍(시각 t)에 있어서의 U상 전압 Vu의 순시값의 임계값 Vuth1, Vuth2를 기억부(49)로부터 판독한다. 이하의 설명에서는, 시각 t에 있어서의 임계값 Vuth1을 Vuth1(t)로 표기하고, 시각 t에 있어서의 임계값 Vuth2를 Vuth2(t)로도 표기한다. 임계값 Vuth1(t), Vuth2(t)는, 시각 t보다도 시간차 dt분 소급한 타이밍(시각 t-dt)에 있어서, 그 타이밍에서의 교류 전압 VI의 순시값을 이용하여 추정되고, 기억부(49)에 저장된 것이다.
제어 장치(40)는, 스텝 S08에서, 현재의 타이밍(시각 t)에 있어서의 U상 전압의 순시값 Vu(t)와, 시각 t에 있어서의 U상 전압 Vu의 임계값 Vuth1(t)를 비교한다. 순시값 Vu(t)가 임계값 Vuth1(t)보다 큰 경우(S08에서 YES), 제어 장치(40)는, 스텝 S09에 의해, 교류 전원(1)의 과전압을 검출한다.
이에 비해서, 순시값 Vu(t)가 임계값 Vuth1(t) 이하인 경우(S08에서 NO), 제어 장치(40)는, 스텝 S10에 의해, 순시값 Vu(t)와 임계값 Vuth2(t)를 비교한다. 순시값 Vu(t)가 임계값 Vuth2(t)보다 작은 경우(S10에서 YES), 제어 장치(40)는, 스텝 S11에 의해, 교류 전원(1)의 순시 전압 저하를 검출한다. 순시값 Vu(t)가 임계값 Vuh2(t) 이상인 경우(S10에서 NO), 제어 장치(40)는, 교류 전원(1)이 정상이라고 판단하고, 처리를 종료한다.
스텝 S09에서 교류 전원(1)의 과전압이 검출된 경우, 또는, 스텝 S11에서 교류 전원(1)의 순시 전압 저하가 검출된 경우, 제어 장치(40)는, 스텝 S12로 진행되고, 스위치(10)에 입력되는 게이트 신호를 차단한다. 이에 의해, 스위치(10)를 구성하는 사이리스터(11, 12)는, 게이트 신호가 차단된 상태에 있어서, 교류 전압 VI가 제로 크로스함에 따라 오프된다.
제어 장치(40)는, 스텝 S13에 의해, 인버터(20)를 운전시킨다. 이에 의해, 배터리(30)의 직류 전력이 인버터(20)에 의해 교류 전력으로 변환되어 부하(2)에 공급된다. 배터리(30)에 직류 전력이 축적되어 있는 기간은, 부하(2)의 운전을 계속할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 교류 전원의 이상 검출 방법에 의하면, 교류 전원의 피크값에 근거한 교류 전원의 이상 검출 방법에 비해, 전압 변동 직후의 보다 빠른 타이밍에서 교류 전원의 이상을 검출할 수 있다. 이것에 의하면, 교류 전원의 이상을 신속히 검출함으로써, 단시간에 스위치를 오프시켜 인버터에 의한 급전으로 전환할 수 있기 때문에, 부하에 공급되는 교류 전압이 변동하는 것을 억제할 수 있다.
(그 밖의 구성예)
본 실시형태에 의한 교류 전원(1)의 이상 검출 방법이 적용되는 전원 장치에는, 도 1에 나타낸 순저 보상 장치(5) 이외에, 도 8에 나타나는 무정전 전원 장치(6)를 포함시킬 수 있다.
도 8은, 실시형태에 의한 무정전 전원 장치의 구성을 나타내는 회로 블럭도이다. 이 무정전 전원 장치(6)는, 삼상 교류 전력을 부하에 공급하는 것이지만, 도면 및 설명의 간단화를 위해, 도 8에서는 일상에 관련되는 부분만이 나타나 있다.
도 8을 참조하면, 무정전 전원 장치(6)는, 교류 입력 단자 T1 및 교류 출력 단자 T2를 구비한다. 교류 입력 단자 T1은, 교류 전원(1)으로부터 상용 주파수의 교류 전압 VI를 받는다. 교류 출력 단자 T2는, 부하(2)에 접속된다. 교류 출력 단자 T2에 나타나는 교류 전압 VO의 순시값은, 제어 장치(40)에 의해 검출된다.
무정전 전원 장치(6)는, 스위치 S1, S2, 리액터 L3, L4, 콘덴서 C1∼C3, 컨버터(50), 쌍방향 초퍼(60), 인버터(20), 스위치(10) 및 제어 장치(40)를 더 구비한다.
스위치 S1 및 리액터 L3은, 교류 입력 단자 T1과 컨버터(50)의 입력 노드의 사이에 직렬 접속된다. 콘덴서 C1은, 스위치 S1 및 리액터 L3의 사이의 노드 N1에 접속된다. 스위치 S1은, 무정전 전원 장치(6)의 사용 시에 온되고, 예를 들어 무정전 전원 장치(6)의 메인터넌스 시에 오프된다.
노드 N1에 나타나는 교류 전압 VI의 순시값은, 제어 장치(40)에 의해 검출된다. 제어 장치(40)는, 전술한 이상 검출 방법에 의해, 교류 전압 VI의 순시값에 근거하여, 교류 전원(1)의 순시 전압 저하 및 과전압을 검출한다.
콘덴서 C1 및 리액터 L3은, 저역 통과 필터를 구성하고, 교류 전원(1)으로부터 컨버터(50)에 상용 주파수의 교류 전력을 통과시키고, 컨버터(50)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호가 교류 전원(1)에 전파(propagation)하는 것을 방지한다.
컨버터(50)는, 제어 장치(40)에 의해 제어되고, 교류 전원(1)의 건전 시에는, 삼상 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류 라인(55)에 출력한다. 교류 전원(1)의 이상 시(순시 전압 저하 또는 과전압의 발생 시)에는, 컨버터(50)의 운전은 정지된다.
콘덴서 C2는, 직류 라인(55)에 접속되고, 직류 라인(55)의 전압을 평활화시킨다. 직류 라인(55)에 나타나는 직류 전압의 순시값 VDC는 제어 장치(40)에 의해 검출된다. 직류 라인(55)은 쌍방향 초퍼(60)의 고전압측 노드에 접속되고, 쌍방향 초퍼(60)의 저전압측 노드는 배터리(30)에 접속된다. 배터리(30)의 단자간 전압 VB의 순시값은 제어 장치(40)에 의해 검출된다.
쌍방향 초퍼(60)는, 제어 장치(40)에 의해 제어되고, 교류 전원(1)의 건전 시에는, 컨버터(50)에 의해 생성된 직류 전력을 배터리(30)에 축적하고, 교류 전원(1)의 이상 시에는, 배터리(30)의 직류 전력을, 직류 라인(55)을 통하여 인버터(20)에 공급한다.
인버터(20)는, 제어 장치(40)에 의해 제어되고, 컨버터(50) 또는 쌍방향 초퍼(60)로부터 직류 라인(55)을 통하여 공급되는 직류 전력을 상용 주파수의 삼상 교류 전력으로 변환하여 출력한다. 인버터(20)는, 교류 전원(1)의 건전 시에는 컨버터(50)로부터 직류 라인(55)을 통하여 공급되는 직류 전력을 삼상 교류 전력으로 변환하고, 교류 전원(1)의 이상 시에는 배터리(30)로부터 쌍방향 초퍼(60)를 통하여 공급되는 직류 전력을 삼상 교류 전력으로 변환한다.
인버터(20)의 출력 노드는 리액터 L4의 한쪽 단자에 접속되고, 리액터 L4의 다른 쪽 단자는 스위치 S2를 통하여 교류 출력 단자 T2에 접속된다. 콘덴서 C3은 리액터 L4와 스위치 S2의 사이의 노드 N2에 접속된다. 리액터 L4 및 콘덴서 C3은, 저역 통과 필터를 구성하고, 인버터(20)에서 생성된 상용 주파수의 교류 전력을 교류 출력 단자 T2에 통과시키고, 인버터(20)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호가 교류 출력 단자 T2에 전파하는 것을 방지한다.
스위치 S2는, 제어 장치(40)에 의해 제어되고, 인버터(20)에 의해 생성된 교류 전력을 부하(2)에 공급하는 「인버터 급전 모드」 시에는 온되고, 교류 전원(1)으로부터 스위치(10)를 통하여 교류 전력을 부하(2)에 공급하는 「바이패스 급전 모드」 시에는 오프된다.
스위치(10)는, 도 1의 순저 보상 장치(5)에 있어서의 스위치(10)와 동일한 구성을 갖는다. 스위치(10)는, 제어 장치(40)에 의해 제어되고, 바이패스 급전 모드 시에는 온되고, 인버터 급전 모드 시에는 오프된다.
제어 장치(40)는, 무정전 전원 장치(6)가 인버터 급전 모드 및 바이패스 급전 모드를 선택적으로 실행하도록, 스위치(10)의 온 오프와, 컨버터(50) 및 인버터(20)에 있어서의 전력 변환을 제어하도록 구성된다.
구체적으로는, 바이패스 급전 모드 중, 제어 장치(40)는, 전술한 이상 검출 방법에 의해, 교류 전압 VI의 순시값에 근거하여, 교류 전원(1)의 순시 전압 저하 및 과전압을 검출한다. 교류 전원(1)의 이상이 검출되면, 제어 장치(40)는, 무정전 전원 장치(6)를 바이패스 급전 모드로부터 인버터 급전 모드로 전환한다. 구체적으로는, 제어 장치(40)는, 스위치(10)를 오프함과 더불어, 배터리(30)의 직류 전력을 인버터(20)에 의해 교류 전력으로 변환하여 부하(2)에 공급한다. 따라서, 교류 전원(1)의 이상이 발생한 경우에도, 배터리(30)에 직류 전력이 축적되어 있는 기간은, 부하(2)의 운전을 계속할 수 있다.
도 8에 나타내는 무정전 전원 장치(6)에 있어서도, 바이패스 급전 모드 중, 전압 변동 직후의 보다 빠른 타이밍에서 교류 전원의 이상을 검출할 수 있다. 이것에 의하면, 전압 변동의 발생 후 신속히 인버터 급전 모드로 전환할 수 있기 때문에, 부하에 공급되는 교류 전압이 변동하는 것을 억제할 수 있다.
이번 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1: 교류 전원, 2: 부하, 5: 순저 보상 장치, 6: 무정전 전원 장치, 10, S1, S2: 스위치, 11, 12: 사이리스터, 20: 인버터, 30: 배터리, 40: 제어 장치, 42: 순시값 검출부, 44: 피크값 연산부, 46, 48: 임계값 추정부, 49: 기억부, 50: 컨버터, 52: 이상 검출부, 54: 스위치 제어부, 55: 직류 라인, 56: 인버터 제어부, 60: 쌍방향 초퍼, C1∼C3: 콘덴서, L3, L4: 리액터.

Claims (8)

  1. 교류 전원 및 부하의 사이에 접속되는 스위치와,
    상기 스위치의 온 오프를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는,
    상기 스위치의 온 시, 상기 교류 전원으로부터 공급되는 삼상 교류 전압의 순시값을 검출하는 것에 의해, 상기 교류 전원의 이상(異常)을 검출하는 이상 검출부와,
    상기 교류 전원의 이상이 검출된 경우, 상기 스위치를 오프시키는 스위치 제어부를 포함하고,
    상기 이상 검출부는,
    제 1 시각에서 검출되는 삼상 교류 전압의 순시값과, 삼상 교류 전압의 피크값에 대해서 미리 설정된 제 1 임계값에 근거하여, 상기 제 1 시각과 소정의 시간차를 갖는 제 2 시각에 있어서의 삼상 교류 전압의 순시값에 대한 제 2 임계값을 추정하고,
    추정된 상기 제 2 임계값과, 상기 제 2 시각에서 검출되는 삼상 교류 전압의 순시값을 비교하는 것에 의해, 상기 교류 전원의 이상을 검출하는, 전원 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 임계값은, 상기 교류 전원의 과전압을 검출하기 위한 피크값의 임계값을 포함하고,
    상기 이상 검출부는, 상기 제 2 시각에서 검출되는 삼상 교류 전압의 순시값이 상기 제 2 임계값보다 클 때, 상기 교류 전원의 과전압을 검출하는, 전원 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 임계값은, 상기 교류 전원의 순시 전압 저하를 검출하기 위한 피크값의 임계값을 포함하고,
    상기 이상 검출부는, 상기 제 2 시각에서 검출되는 삼상 교류 전압의 순시값이 상기 제 2 임계값보다 작을 때, 상기 교류 전원의 순시 전압 저하를 검출하는, 전원 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이상 검출부는, 상기 제 1 시각에서 검출되는 제 1 상 및 제 2 상의 전압의 순시값과, 상기 제 1 시각에 있어서의 삼상 교류 전압의 피크값에 근거하여, 상기 제 1 시각에 있어서의 제 3 상의 전압의 위상을 산출하고,
    상기 제 1 시각에 있어서의 상기 제 3 상의 전압의 위상에 근거하여, 상기 제 2 시각에 있어서의 상기 제 3 상의 전압의 위상을 산출하고,
    상기 제 2 시각에 있어서의 상기 제 3 상의 전압의 위상과, 상기 제 1 임계값에 근거하여, 상기 제 2 임계값을 추정하는, 전원 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치는, 역병렬 접속되는 제 1 및 제 2 사이리스터를 갖는, 전원 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소정의 시간차는, 상기 교류 전원으로부터 공급되는 삼상 교류 전압의 1/6 주기분보다도 길어지도록 설정되는, 전원 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전력 저장 장치의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 부하에 공급하도록 구성된 인버터를 더 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 교류 전원의 이상이 검출된 경우, 상기 인버터를 기동시키는 인버터 제어부를 더 포함하는, 전원 장치.
  8. 교류 전원의 이상 검출 방법으로서,
    상기 교류 전원으로부터 공급되는 삼상 교류 전압의 순시값을 검출하는 스텝과,
    상기 검출하는 스텝에 의해 제 1 시각에서 검출되는 삼상 교류 전압의 순시값과, 삼상 교류 전압의 피크값에 대해서 미리 설정된 제 1 임계값에 기초하여, 상기 제 1 시각과 소정의 시간차를 갖는 제 2 시각에 있어서의 삼상 교류 전압의 순시값에 대한 제 2 임계값을 추정하는 스텝과,
    상기 추정하는 스텝에 의해 추정된 상기 제 2 임계값과, 상기 제 2 시각에서 검출되는 삼상 교류 전압의 순시값을 비교하는 것에 의해, 상기 교류 전원의 이상을 검출하는 스텝을 구비하는, 교류 전원의 이상 검출 방법.
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