WO2016051466A1 - 無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法 - Google Patents
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- 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 invention relates to an uninterruptible power supply and a method for controlling the uninterruptible power supply.
- the uninterruptible power supply is for supplying power to the load as a stable voltage source when the commercial power supply is abnormal. That is, when an abnormality occurs in the commercial power supply, the converter is immediately stopped and power is supplied from the storage battery to the load in place of the commercial power supply. When the commercial power supply is normal, the storage battery is charged in preparation for an abnormality.
- the charging circuit and the discharging circuit relating to the storage battery.
- the conventional uninterruptible power supply has a storage battery connected to the rectified DC voltage section. In order to connect in this way, it is necessary to connect many storage batteries in series. Moreover, the voltage of the storage battery has a large difference between full charge and discharge end. Therefore, in the conventional uninterruptible power supply, it is necessary to select a switching element having a large rated voltage in order to be able to cope with the voltage fluctuation of the storage battery.
- uninterruptible power supplies have been increasingly configured to supply a direct voltage to a storage battery via a DC-DC converter.
- the storage battery is charged with a DC voltage stepped down by the DC-DC converter.
- the restriction on the rated voltage is relaxed.
- the first method is a method in which the DC-DC converter is configured as a bidirectional DC-DC converter circuit for charging and discharging, and when the commercial power supply is abnormal, this DC-DC converter is operated as a switching circuit for the step-up chopper.
- the second method is a method in which the input connection destination of the converter can be switched to a storage battery or a commercial power source, and when the commercial power source is abnormal, this converter is operated as a switching circuit for the boost chopper.
- the second method is employed in an uninterruptible power supply using a half-bridge converter or a full-bridge converter. In the first method, the DC-DC converter is operated as a switching circuit for the boost chopper.
- the switching elements constituting the DC-DC converter must have a large capacity capable of driving a load, and are large and expensive.
- the second method is a method in which the converter is operated as a switching circuit of the boost chopper.
- the converter uses a large-capacity switching element that can drive a load from the beginning. Therefore, the switching element constituting the DC-DC converter may have a small capacity, and a small and low-priced element can be used.
- Patent Document 1 An example of the second method is the invention described in Patent Document 1.
- the summary problem of Patent Document 1 is described as “reducing the discharge current flowing through the DC-DC converter when the commercial power supply is abnormal, thereby reducing the cost and size of the uninterruptible power supply”.
- the DC-DC converter 5 that charges the normal storage battery boosts and discharges the storage battery 7 when the commercial power supply is abnormal and supplies DC power to the inverter 3.
- the converter 2 that converts alternating current into direct current is connected to the commercial power supply 1.
- the switcher 13 is connected to the converter 2 and the storage battery 7. In this state, the switching element 22 of the converter 2 performs the same operation as the DC-DC converter 5.
- a filter circuit composed of an LC that removes high-frequency components between the phases of the AC line is provided in front of the converter of the uninterruptible power supply.
- a leakage current flows between the AC line and the DC line due to the stray capacitance between the DC part of the inverter and the converter and the housing and the high frequency switching of the semiconductor switch of the inverter or converter.
- one end of the capacitor of the filter circuit is connected to the negative electrode side of the DC line.
- the present invention provides an uninterruptible power supply apparatus and a control method for the uninterruptible power supply apparatus that can suppress an inrush current generated due to a differential voltage in switching between a commercial power supply abnormality and a power recovery.
- a converter that converts a commercial power source into a direct current and outputs the direct current to a direct current node, a smoothing capacitor that smoothes a direct current voltage applied to the direct current node, and the converter
- a DC-DC converter that steps down the converted DC voltage to charge the storage battery, boosts the power of the storage battery and supplies DC power to the DC node if the commercial power supply is in an abnormal state, and a smoothing capacitor
- An inverter that converts a smoothed DC voltage into an AC voltage and supplies power to a load, an interconnection switch that links the commercial power supply and the converter, and a capacitor having one end connected to the negative electrode side of the DC node
- a changeover switch that opens and closes between a terminal on the commercial power supply side and the positive electrode of the storage battery, and the commercial power supply and the converter are disconnected by the interconnection switch when the commercial
- a converter for converting a commercial power source into a direct current and outputting it to a direct current node, a smoothing capacitor for smoothing a direct current voltage applied to the direct current node, and a direct current voltage converted by the converter are stepped down.
- a DC-DC converter that charges the storage battery and boosts the power of the storage battery to supply DC power to the DC node if the commercial power source is in an abnormal state, and converts the DC voltage smoothed by the smoothing capacitor into an AC voltage
- an inverter for supplying power to a load, an interconnection switch linking the commercial power supply and the converter, and a capacitor and a reactor having one end connected to the negative electrode side of the DC node,
- a filter circuit connected to the commercial power supply side of the converter; a terminal on the commercial power supply side of the capacitor of the filter circuit;
- a changeover switch for opening and closing between the positive electrode of the pond is a control method for an uninterruptible power supply and a control means.
- the control means when detecting that the commercial power source has transitioned from a normal state to an abnormal state, stops the converter, and releases the interconnection switch to disconnect the commercial power source and the converter. And then switching again at least one phase of the converter, charging and discharging the capacitor voltage of the filter circuit so as to approach the voltage of the storage battery, and the voltage of the capacitor of the filter circuit to the voltage of the storage battery.
- the step of causing the arm for at least one phase of the converter to perform a boost chopper operation is executed.
- Other means will be described in the embodiment for carrying out the invention.
- an uninterruptible power supply apparatus and a control method for the uninterruptible power supply apparatus that can suppress an inrush current generated by a differential voltage in switching between a commercial power supply abnormality and a power recovery.
- FIG. 1 is a schematic circuit diagram showing the uninterruptible power supply 2 in the first embodiment.
- the uninterruptible power supply 2 includes an interconnection switch 21, a filter circuit 3, a converter 41, a DC-DC converter 42, a DC capacitor C4, an inverter 43, and a filter circuit 5. Further, the uninterruptible power supply 2 includes a reactor L7, a storage battery 70, voltage sensors 61 to 63, a changeover switch SW1, an initial charge switch 22, and initial charge resistors R1 to R3.
- the uninterruptible power supply 2 supplies power from the commercial power source 1 to the load 9 and supplies power from the storage battery 70 to the load 9 when the commercial power source 1 is abnormal.
- the interconnection switch 21 is connected between the commercial power supply 1 and the filter circuit 3 and switches whether the commercial power supply 1 is linked to the converter 41.
- the initial charge switch 22 is connected between the commercial power supply 1 and the filter circuit 3 via the initial charge resistors R1 to R3, and switches whether or not filter capacitors C1 to C3 described later are initially charged.
- the initial charge switch 22 and the initial charge resistors R1 to R3 are connected in parallel with the interconnection switch 21.
- Filter circuit 3 includes reactors L1 and L4 connected to the U phase, reactors L2 and L5 connected to the V phase, reactors L3 and L6 connected to the W phase, and filter capacitors C1 to C3. Is done.
- the filter circuit 3 is connected to the commercial power supply 1 side of the converter 41.
- Filter capacitor C1 is connected between a connection node of reactors L1 and L4 and DC node N (negative electrode).
- Filter capacitor C2 is connected between a connection node of reactors L2 and L5 and DC node N (negative electrode).
- Filter capacitor C3 is connected between a connection node of reactors L3 and L6 and DC node N (negative electrode).
- the filter circuit 3 removes harmonics generated from the converter 41. Further, when the uninterruptible power supply 2 switches the switching elements Q1 to Q14 of the converter 41 or the inverter 43 at high frequency, the stray capacitance between the DC portion of the converter 41 and the inverter 43 and the casing causes a gap between the AC line and the DC line. Leak current. The filter capacitors C1 to C3 suppress this leakage current.
- Converter 41 includes switching elements Q1, Q2 constituting a U-phase arm, switching elements Q3, Q4 constituting a V-phase arm, and switching elements Q5, Q6 constituting a W-phase arm.
- converter 41 converts the alternating current of commercial power source 1 into a direct current and outputs it between direct current nodes P and N.
- the converter 41 can perform an operation for converting alternating current to direct current, an operation for boosting direct current, and an operation for adjusting the voltages of the filter capacitors C1 to C3.
- the three-phase AC U phase of the commercial power source 1 is connected to the connection midpoint of the switching elements Q1 and Q2 of the U-phase arm of the converter 41 via the interconnection switch 21 and the reactors L1 and L4.
- Switching elements Q1, Q2 of the U-phase arm are connected between DC node P and DC node N.
- the three-phase AC V phase of the commercial power source 1 is connected to the connection midpoint of the switching elements Q3 and Q4 of the V phase arm of the converter 41 via the interconnection switch 21 and the reactors L2 and L5.
- V-phase arm switching elements Q3 and Q4 are connected between DC node P and DC node N.
- the three-phase AC W phase of the commercial power source 1 is connected to the connection midpoint of the switching elements Q5 and Q6 of the W-phase arm of the converter 41 via the interconnection switch 21 and the reactors L3 and L6.
- W-phase arm switching elements Q5 and Q6 are connected between DC node P and DC node N.
- a DC capacitor C4 is further connected between the DC node P and the DC node N.
- DC capacitor C4 smoothes the voltage applied between DC node P and DC node N.
- the DC voltage of the DC capacitor C4 maintains a voltage higher than the voltage of the storage battery 70.
- a DC-DC converter 42 and each arm constituting the inverter 43 are further connected.
- the DC-DC converter 42 includes switching elements Q7 and Q8. The midpoint of connection of switching elements Q7 and Q8 is connected to the positive electrode of storage battery 70 via DC reactor L7 and DC switch SW2.
- DC node N is connected to the negative electrode of storage battery 70.
- the DC-DC converter 42 steps down the voltage between the direct current node P and the direct current node N to charge the storage battery 70, and boosts the voltage of the storage battery 70 between the direct current node P and the direct current node N. Supply (discharge) operation is possible.
- the DC-DC converter 42 steps down the DC voltage converted by the converter 41 and charges the storage battery 70.
- the DC-DC converter 42 boosts the power of the storage battery 70 and supplies DC power between the DC nodes P and N.
- Inverter 43 includes switching elements Q9 and Q10 that constitute an R-phase arm, switching elements Q11 and Q12 that constitute an S-phase arm, and switching elements Q13 and Q14 that constitute a T-phase arm.
- the inverter 43 can operate to convert direct current into alternating current.
- the inverter 43 converts the DC voltage smoothed by the DC capacitor C4 into an AC voltage and supplies power to the load 9.
- the connection midpoint of the switching elements Q9 and Q10 of the R-phase arm is connected to the R-phase of the load 9 via the filter circuit 5.
- the connection midpoint of the switching elements Q11 and Q12 of the S phase arm is connected to the S phase of the load 9 via the filter circuit 5.
- the midpoint of connection between the switching elements Q13 and Q14 of the T-phase arm is connected to the T-phase of the load 9 via the filter circuit 5.
- These switching elements Q9 to Q14 are also driven by signals from the control circuit 8.
- the switching elements Q1 to Q14 are, for example, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), but are not limited thereto.
- the changeover switch SW1 is connected to the midpoint of connection between the reactor L1 and the reactor L4, that is, the terminal on the commercial power supply 1 side of the filter capacitor C1.
- the other end of the changeover switch SW1 is connected to the positive electrode of the storage battery 70.
- the changeover switch SW ⁇ b> 1 opens and closes between the terminal on the commercial power supply 1 side of the filter capacitor C ⁇ b> 1 of the filter circuit 3 and the positive electrode of the storage battery 70.
- the initial charge switch 22, the interconnection switch 21, the changeover switch SW ⁇ b> 1, and the DC switch SW ⁇ b> 2 are also driven by signals from the control circuit 8.
- the control circuit 8 (control means) performs overall control of each part of the uninterruptible power supply 2.
- the voltage sensor 61 (first sensor) detects the voltage of the filter capacitor C1 in the filter circuit 3.
- the voltage sensor 62 (second sensor) detects the voltage of the storage battery 70.
- the control circuit 8 determines that the voltage of the filter capacitor C1 of the filter circuit 3 has approached the voltage of the storage battery 70 based on the difference between the filter capacitor voltage Vc detected by the voltage sensor 61 and the storage battery voltage Vb detected by the voltage sensor 62. To do.
- the voltage sensor 63 (third sensor) detects a voltage between the U phase and the V phase of the commercial power supply 1. The control circuit 8 determines whether or not the commercial power source 1 is abnormal by using the voltage sensor 63.
- the control circuit 8 closes the initial charge switch 22 to prevent the inrush current from flowing into the DC capacitor C4 and the filter capacitors C1 to C3. Capacitors C1 to C3 are charged. When the DC capacitor C4 and the filter capacitors C1 to C3 are charged, the control circuit 8 closes the interconnection switch 21 and opens the initial charge switch 22. Thereby, the converter 41 is connected to the commercial power source 1 via the interconnection switch 21 and the filter circuit 3. When the commercial power source 1 is normal, the converter 41 converts the alternating current of the commercial power source 1 into direct current, and the inverter 43 reversely converts the direct current into alternating current, and supplies power to the load 9 via the filter circuit 5.
- the DC-DC converter 42 operates as a step-down chopper circuit, and charges the storage battery 70 via the DC reactor L7.
- the converter 41 When the commercial power source 1 is abnormal, the converter 41 is temporarily stopped and the charge / discharge DC-DC converter 42 operates as a step-up chopper circuit. Thereby, DC power can be supplied from the storage battery 70 to the inverter 43.
- the control circuit 8 further opens the interconnection switch 21 and performs a voltage control operation by the converter 41 so that the filter capacitor voltage Vc approaches the storage battery voltage Vb.
- the control circuit 8 closes the changeover switch SW1 and controls the switching elements Q1 and Q2 of the U-phase arm of the converter 41. And operate as a boost chopper circuit. Thereby, DC power can be supplied from the storage battery 70 to the inverter 43.
- the U-phase arm of the converter 41 operates as a step-up chopper, the current flowing through the DC-DC converter 42 is reduced. Thereby, the price and the number of switching elements Q7 and Q8 constituting the DC-DC converter 42 can be reduced, and the reactor L7 can be reduced in size.
- the converter 41 When the commercial power source 1 recovers from the abnormal state to the normal state, the converter 41 temporarily stops.
- the changeover switch SW1 is opened and the initial charge switch 22 is closed.
- the control circuit 8 closes the interconnection switch 21 and opens the initial charge switch 22.
- Converter 41 is connected to commercial power source 1 via interconnection switch 21, reactors L1 to L3, and reactors L4 to L6.
- Converter 41 converts the alternating current of commercial power source 1 into a direct current. This direct current is further inversely converted into alternating current by the inverter 43, and power is supplied to the load 9 through the filter circuit 5.
- FIG. 2 is a waveform diagram of the filter capacitor voltage Vc and the storage battery voltage Vb immediately before the commercial power supply 1 is abnormal.
- the filter capacitor voltage Vc is indicated by a solid line.
- the storage battery voltage Vb is indicated by a one-dot chain line. Since the filter capacitor voltage Vc is linked to the commercial power supply voltage Vac, it has a substantially sinusoidal waveform. On the other hand, the storage battery voltage Vb maintains a predetermined voltage.
- the control circuit 8 turns off the linkage switch 21, stops the converter 41, and turns on (turns on) the changeover switch SW1.
- the changeover switch SW1 is turned on (on)
- an inrush current flows if the voltage difference between the filter capacitor C1 of the filter circuit 3 and the storage battery 70 is equal to or greater than a predetermined value. For example, if an abnormality occurs in the commercial power source 1 at time T1, T3, T5 and the changeover switch SW1 is turned on, an inrush current is generated from the filter capacitor C1 to the storage battery 70 due to the difference voltage between the storage battery voltage Vb and the filter capacitor voltage Vc. Flowing.
- an inrush current flows from the storage battery 70 to the filter capacitor C1 due to the difference voltage between the storage battery voltage Vb and the filter capacitor voltage Vc.
- the inrush current is suppressed by a voltage control process shown in FIG.
- FIG. 3 is a waveform diagram of the commercial power supply voltage Vac and the filter capacitor voltage Vc immediately after normal recovery from the abnormality of the commercial power supply 1.
- the filter capacitor voltage Vc is indicated by a solid line.
- the commercial power supply voltage Vac is indicated by a broken line.
- the filter capacitor voltage Vc maintains the storage battery voltage Vb.
- the commercial power supply voltage Vac has a substantially sinusoidal waveform. For example, at time T6, T7, T8, T9, and T10, if the changeover switch SW1 is opened and the interconnection switch 21 is closed, the inrush current is caused by the difference voltage between the filter capacitor voltage Vc and the commercial power supply voltage Vac. May flow. In the first embodiment, the inrush current is suppressed by a synchronization process shown in FIG.
- FIG. 4 is a time chart of each part from the abnormality of the commercial power source 1 to normal power recovery in the present embodiment.
- This time chart shows the state of the commercial power source 1, the on / off state of the interconnection switch 21, the on / off state of the initial charge switch 22, the on / off state of the changeover switch SW1, the driving state of the converter 41, and the driving state of the DC-DC converter 42.
- a filter capacitor voltage Vc solid line
- Vb one-dot chain line
- converter 41 starts voltage control operation, and brings filter capacitor voltage Vc closer to storage battery voltage Vb. Specifically, the switching element Q2 is turned on for a predetermined time, and the filter capacitor voltage Vc is gradually decreased.
- the on-time of the switching element Q2 of the converter 41 can be calculated from the capacitance of the filter capacitor C1 and the resistance component of the reactor L4.
- the filter capacitor voltage Vc is sufficiently close to the storage battery voltage Vb.
- Converter 41 stops operating.
- the changeover switch SW1 is turned on. Converter 41 switches to the step-up operation by the U-phase arm. Thereby, the uninterruptible power supply 2 can supply sufficient power from the storage battery 70 to the load 9. After time T14, this state is continued until the commercial power source 1 recovers.
- the voltage control process at times T11 to T14 will be described in detail with reference to FIG.
- the DC-DC converter 42 performs a step-down chopper operation and charges the storage battery 70 via the DC reactor L7. After time T23, this state is continued until an abnormality occurs in the commercial power source 1.
- the synchronization processing at times T21 to T23 will be described in detail with reference to FIG.
- FIG. 5 is a flowchart showing a voltage control process by the converter 41 after the abnormality of the commercial power supply 1.
- the control circuit 8 causes the converter 41 to perform an AC / DC conversion operation, causes the inverter 43 to perform a DC / AC reverse conversion operation, and causes the DC-DC converter 42 to perform a step-down chopper operation. .
- the control circuit 8 performs the following processing.
- step S10 the control circuit 8 determines whether or not an abnormality of the commercial power source 1 has been detected. If the control circuit 8 detects an abnormality in the commercial power supply 1 (Yes), the control circuit 8 proceeds to the process of step S11. If no abnormality is detected in the commercial power supply 1 (No), the control circuit 8 returns to the process of step S10.
- step S11 the control circuit 8 stops the converter 41.
- step S12 the control circuit 8 operates the DC-DC converter 42 as a boost chopper circuit and operates as a boost chopper circuit.
- step S13 the control circuit 8 turns off the interconnection switch 21. Thereby, the commercial power source 1 and the converter 41 are disconnected.
- step S14 the control circuit 8 determines whether or not the difference voltage obtained by subtracting the filter capacitor voltage Vc from the storage battery voltage Vb exceeds a predetermined set voltage. If the difference voltage exceeds the set voltage (Yes), the control circuit 8 proceeds to step S15. If the difference voltage does not exceed the set voltage (No), the control circuit 8 proceeds to step S16. .
- step S15 control circuit 8 turns on switching element Q1 of the U-phase upper arm of converter 41. As a result, the filter capacitor voltage Vc increases and approaches the storage battery voltage Vb.
- step S16 the control circuit 8 determines whether or not the difference voltage obtained by subtracting the storage battery voltage Vb from the filter capacitor voltage Vc exceeds a predetermined set voltage. If the difference voltage exceeds the set voltage (Yes), the control circuit 8 proceeds to the process of step S17. If the difference voltage does not exceed the set voltage (No), the control circuit 8 proceeds to the process of step S20. . The process proceeds to step S20 when the absolute values of the filter capacitor voltage Vc, the storage battery voltage Vb, and the differential voltage fall below the set voltage.
- step S ⁇ b> 17 control circuit 8 turns on switching element Q ⁇ b> 2 of the U-phase lower arm of converter 41. As a result, the filter capacitor voltage Vc decreases and approaches the storage battery voltage Vb.
- step S18 the control circuit 8 determines whether or not the difference voltage obtained by subtracting the storage battery voltage Vb from the filter capacitor voltage Vc exceeds a predetermined set voltage. If the difference voltage exceeds the set voltage (Yes), the control circuit 8 returns to the process of step S16. If the difference voltage does not exceed the set voltage (No), the control circuit 8 proceeds to the process of step S19. .
- step S19 the control circuit 8 determines whether or not the difference voltage obtained by subtracting the filter capacitor voltage Vc from the storage battery voltage Vb exceeds a predetermined set voltage. If the difference voltage exceeds the set voltage (Yes), the control circuit 8 returns to the process of step S14. If the difference voltage does not exceed the set voltage (No), the control circuit 8 proceeds to the process of step S20. . The process proceeds to step S20 when the absolute values of the filter capacitor voltage Vc, the storage battery voltage Vb, and the differential voltage fall below the set voltage.
- control circuit 8 turns off switching element Q1 of the U-phase upper arm and switching element Q2 of the U-phase lower arm of converter 41.
- control circuit 8 turns on the changeover switch SW1, and ends the process of FIG.
- the control circuit 8 stops the converter 41 when the commercial power supply 1 is switched to an abnormal state, and after switching the commercial power supply 1 and the converter 41 with the interconnection switch 21, switches the U phase of the converter 41 again. After the capacitor voltage Vc is adjusted and sufficiently close to the storage battery voltage Vb, the changeover switch SW1 is turned on. Control circuit 8 turns on or off one of switching elements Q1, Q2 constituting the U-phase arm of converter 41 to charge / discharge filter capacitor C1 and adjust filter capacitor voltage Vc to approach storage battery voltage Vb. Therefore, the uninterruptible power supply 2 can suppress the inrush current generated by the differential voltage.
- FIG. 6 is a flowchart showing power recovery processing (synchronization processing) in the first embodiment.
- the control circuit 8 causes the U-phase arm of the converter 41 to operate as a step-up chopper circuit, causes the inverter 43 to perform a DC / AC reverse conversion operation, and causes the DC-DC converter 42 to perform a step-up chopper circuit. To act as. At this time, the control circuit 8 performs the following processing.
- step S30 the control circuit 8 determines whether or not the commercial power supply 1 has been restored. If the control circuit 8 detects the power recovery of the commercial power supply 1 (Yes), the control circuit 8 proceeds to the process of step S31. If the control circuit 8 does not detect the power recovery of the commercial power supply 1 (No), the control circuit 8 returns to the process of step S30. .
- step S31 the control circuit 8 once stops the converter 41.
- step S32 the control circuit 8 turns off the changeover switch SW1.
- step S33 the control circuit 8 determines whether or not the commercial power supply voltage Vac and the filter capacitor voltage Vc are synchronized. If the commercial power supply voltage Vac and the filter capacitor voltage Vc are synchronized (Yes), the control circuit 8 proceeds to the process of step S35, and if not synchronized (No), proceeds to the process of step S34. .
- the synchronization determination between the filter capacitor voltage Vc and the commercial power supply voltage Vac is performed depending on whether the phase and the amplitude are close to each other.
- step S34 the control circuit 8 controls each phase arm of the converter 41 so as to synchronize the voltages of the filter capacitors C1 to C3 with the voltage of the commercial power source 1.
- step S35 the control circuit 8 turns on (turns on) the interconnection switch 21. Thereby, the commercial power source 1 and the converter 41 are linked. At this time, since the commercial power supply voltage Vac and the filter capacitor voltage Vc are synchronized, no inrush current flows.
- step S36 the control circuit 8 causes the converter 41 to perform an AC / DC conversion operation.
- the inverter 43 can perform reverse DC / AC conversion and supply power to the load 9 via the filter circuit 5.
- step S37 the control circuit 8 causes the DC-DC converter 42 to perform a step-down chopper operation. As a result, the DC-DC converter 42 charges the storage battery 70.
- the control circuit 8 opens (turns off) the changeover switch SW1 and switches the phase arm of the converter 41 to sufficiently synchronize the filter capacitor voltage Vc with the commercial power supply voltage Vac when switching the commercial power supply 1 when the power is restored. After that, the interconnection switch 21 is turned on. Therefore, when the uninterruptible power supply 2 connects the commercial power supply 1 and the converter 41, the inrush current generated by the differential voltage can be suppressed.
- the uninterruptible power supply 2 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 6 as appropriate with reference to FIGS.
- the configuration of the uninterruptible power supply 2 of the second embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIG. Since the operation from the abnormal state of the commercial power supply 1 to the restoration of the normal state is the same as that of the first embodiment shown in FIGS.
- the uninterruptible power supply 2 of the second embodiment is different from the first embodiment in that the initial charge switch 22 is turned on when power is restored.
- FIG. 7 is a time chart of each part from the abnormality of the commercial power source 1 to normal power recovery in the second embodiment.
- This time chart shows the state of the commercial power source 1, the on / off state of the interconnection switch 21, the on / off state of the initial charge switch 22, the on / off state of the changeover switch SW1, the driving state of the converter 41, and the driving state of the DC-DC converter 42.
- a filter capacitor voltage Vc solid line
- Vb one-dot chain line
- the voltage control process when an abnormality occurs in the commercial power source 1 at times T11 to T14 is the same as that in the first embodiment.
- the DC-DC converter 42 performs a step-down chopper operation and charges the storage battery 70 via the DC reactor L7.
- the initial charge switch 22 is opened. After time T34, this state is continued until an abnormality occurs in the commercial power source 1.
- the initial charging process (power recovery process) at times T31 to T34 will be described in detail with reference to FIG.
- FIG. 8 is a flowchart illustrating power recovery processing (initial charging processing) in the second embodiment.
- the control circuit 8 operates the U phase of the converter 41 as a step-up chopper circuit, causes the inverter 43 to perform a DC / AC reverse conversion operation, and causes the DC-DC converter 42 to operate as a step-up chopper circuit. Make it work. At this time, the control circuit 8 performs the following processing.
- steps S30 to S33 are the same as the processes in steps S30 to S33 shown in FIG.
- step S34A the control circuit 8 turns on the initial charge switch 22.
- the filter capacitors C1 to C3 are synchronized with the commercial power supply 1 via the initial charging resistors R1 to R3.
- step S34A ends, the process returns to step S33.
- steps S35 to S37 are the same as the processes in steps S35 to S37 shown in FIG.
- step S38 the control circuit 8 turns off the initial charge switch 22, and ends the process of FIG.
- the control circuit 8 opens the changeover switch SW1 and switches on the initial charge switch 22 to sufficiently synchronize the filter capacitor voltage Vc with the commercial power supply voltage Vac when switching the commercial power supply 1 when the power is restored.
- the switch 21 is turned on.
- the synchronization determination between the filter capacitor voltage Vc and the commercial power supply voltage Vac is performed depending on whether the phase and the amplitude are close to each other. Therefore, when the uninterruptible power supply 2 connects the commercial power supply 1 and the converter 41, the inrush current generated by the differential voltage can be suppressed.
- the present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications.
- the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described.
- a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
- a part or all of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware such as an integrated circuit.
- control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
- the commercial power source 1 is not limited to a three-phase AC, and may be, for example, a two-phase AC or other.
- the connection destination of the changeover switch SW1 is not limited to the U phase, and may be the V phase or the W phase.
- the converter arm to be driven when the commercial power source 1 is abnormal is not limited to one phase, and may be two or more phases.
- D In the process at the time of power recovery in the second embodiment, if a predetermined time has elapsed after the initial charging switch 22 is turned on, it is assumed that the filter capacitor voltage Vc and the commercial power supply voltage Vac are synchronized, and The system switch 21 may be turned on.
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Abstract
無停電電源装置(2)の異常発生時と復電時の切り換えにおいて、差電圧による突入電流を抑制する。無停電電源装置(2)は、商用電源(1)を直流に変換するコンバータ(41)と、直流ノードに印加された直流電圧を平滑化する直流コンデンサ(C4)と、DC-DCコンバータ(42)と、直流を交流に変換するインバータ(43)と、連系スイッチ(21)と、フィルタ回路(3)と、フィルタ回路(3)のコンデンサの正極と蓄電池の正極との間を開閉する切換スイッチ(SW1)と、制御回路(8)とを備える。商用電源(1)の異常発生時に、制御回路(8)は、連系スイッチ(21)で商用電源(1)と解列し、フィルタ回路(3)のコンデンサの電圧を蓄電池(70)の電圧に近づけるように充放電した後に、切換スイッチ(SW1)を閉じて蓄電池(70)の電力をコンバータ(41)に供給して少なくとも一相分のアームに昇圧チョッパ動作を行わせる。
Description
本発明は、無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法に関する。
無停電電源装置は、商用電源の異常時に安定した電圧源として負荷に電力を供給するためのものである。すなわち、商用電源に異常が発生した場合、コンバータを即座に停止して、この商用電源に代わって蓄電池から負荷に電力を供給する。商用電源が正常の場合、異常時に備えて蓄電池を充電する。この蓄電池に関する充電回路および放電回路の構成は様々である。
従来の無停電電源装置は、整流した直流電圧部に蓄電池を接続している。このように接続するためには、多数の蓄電池を直列に接続する必要がある。また、蓄電池の電圧は、満充電時と放電終止時で差が大きい。そのため、従来の無停電電源装置では、蓄電池の電圧変動に対応可能とするため、大きな定格電圧を有するスイッチング素子を選定する必要があった。
最近の無停電電源装置は、DC-DCコンバータを介して蓄電池に直流電圧を供給する構成が多くなってきた。この構成において蓄電池は、DC-DCコンバータで降圧した直流電圧によって充電される。これにより、スイッチング素子に印加される電圧は、より狭い範囲となるため、定格電圧の制限が緩和される。
このような無停電電源装置の商用電源異常時の蓄電池の放電運転には、大別して以下の二通りの方法が存在する。
このような無停電電源装置の商用電源異常時の蓄電池の放電運転には、大別して以下の二通りの方法が存在する。
第1の方法は、DC-DCコンバータを充電と放電の双方向DC-DCコンバータ回路として構成し、商用電源異常時には、このDC-DCコンバータを昇圧チョッパのスイッチング回路として動作させる方法である。
第2の方法は、コンバータの入力接続先を蓄電池または商用電源に切り換え可能として構成し、商用電源異常時には、このコンバータを昇圧チョッパのスイッチング回路として動作させる方法である。第2の方法は、ハーフブリッジ変換器またはフルブリッジ変換器を使用した無停電電源装置で採用されている。
第1の方法では、DC-DCコンバータを昇圧チョッパのスイッチング回路として動作させる。そのため、DC-DCコンバータを構成するスイッチング素子は、負荷を駆動可能な大容量のものでなければならず、大型で価格が高いものとなる。これに対して第2の方法は、コンバータを昇圧チョッパのスイッチング回路として動作させる方法である。コンバータは、当初から負荷を駆動可能な大容量のスイッチング素子が使用されている。よって、DC-DCコンバータを構成するスイッチング素子は小容量のものでよく、小型で低価格なものが使用可能となる。
第2の方法は、コンバータの入力接続先を蓄電池または商用電源に切り換え可能として構成し、商用電源異常時には、このコンバータを昇圧チョッパのスイッチング回路として動作させる方法である。第2の方法は、ハーフブリッジ変換器またはフルブリッジ変換器を使用した無停電電源装置で採用されている。
第1の方法では、DC-DCコンバータを昇圧チョッパのスイッチング回路として動作させる。そのため、DC-DCコンバータを構成するスイッチング素子は、負荷を駆動可能な大容量のものでなければならず、大型で価格が高いものとなる。これに対して第2の方法は、コンバータを昇圧チョッパのスイッチング回路として動作させる方法である。コンバータは、当初から負荷を駆動可能な大容量のスイッチング素子が使用されている。よって、DC-DCコンバータを構成するスイッチング素子は小容量のものでよく、小型で低価格なものが使用可能となる。
第2の方法の例としては、特許文献1に記載の発明がある。特許文献1の要約の課題には、「商用電源異常時にDC-DCコンバータに流れる放電電流を低減し、無停電電源装置を低コスト・小型化する。」と記載され、解決手段には、「通常蓄電池を充電するDC-DCコンバータ5は、商用電源異常時に蓄電池7を昇圧して放電しインバータ3へ直流電力を供給する。商用電源正常時に交流を直流に変換するコンバータ2を、商用電源1に異常が発生した場合にコンバータ動作を停止し、切換器13はコンバータ2と蓄電池7を接続した状態にする。この状態で、コンバータ2のスイッチング素子22がDC-DCコンバータ5と同様の動作をすることにより、蓄電池7よりインバータ3への電力供給を可能とする。この手段により、商用電源異常時に動作するDC-DCコンバータが複数構成になり、DC-DCコンバータ5に流れる電流は低減し、使用するスイッチング素子21,22の低価格化や員数低減が可能であり、DC-DCコンバータ用リアクトルの小型化が可能となる。」と記載されている。
無停電電源装置のコンバータの前段には、交流ラインの各相間の高周波成分を除去するLCで構成されたフィルタ回路が設けられる。インバータとコンバータの直流部分と筐体との間の浮遊容量と、インバータまたはコンバータの半導体スイッチの高周波スイッチングとにより、交流ラインと直流ラインとの間に漏れ電流が流れる。この漏れ電流を抑制するために、フィルタ回路のコンデンサは、一端が直流ラインの負極側に接続される。
このような無停電電源装置に第2の方法を適用し、商用電源異常時にコンバータの入力を商用電源側から蓄電池側に切換えた場合、商用電源で充電していたフィルタ回路のコンデンサと、直流電圧の蓄電池電圧の差の電圧により、突入電流が流れるおそれがある。
商用電源の復電時にコンバータの入力を蓄電池側から商用電源側に切換えた場合、直流電圧で充電されたフィルタ回路のコンデンサ電圧と商用電源電圧との差の電圧により、突入電流が流れる。この突入電流によって、フィルタコンデンサや蓄電池が寿命低下し、または破損するおそれがある。また、商用電源に対して電圧変動などの影響を与えるおそれがある。
そこで、本発明は、商用電源異常時と復電時の切り換えにおいて、差電圧によって発生する突入電流を抑制することが可能な無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法を提供することを課題とする。
商用電源の復電時にコンバータの入力を蓄電池側から商用電源側に切換えた場合、直流電圧で充電されたフィルタ回路のコンデンサ電圧と商用電源電圧との差の電圧により、突入電流が流れる。この突入電流によって、フィルタコンデンサや蓄電池が寿命低下し、または破損するおそれがある。また、商用電源に対して電圧変動などの影響を与えるおそれがある。
そこで、本発明は、商用電源異常時と復電時の切り換えにおいて、差電圧によって発生する突入電流を抑制することが可能な無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法を提供することを課題とする。
前記した課題を解決するため、第1の発明では、商用電源を直流に変換して直流ノードに出力するコンバータと、前記直流ノードに印加された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータで変換された直流電圧を降圧して蓄電池を充電すると共に、前記商用電源が異常状態ならば前記蓄電池の電力を昇圧して前記直流ノードに直流電力を供給するDC-DCコンバータと、前記平滑コンデンサで平滑された直流電圧を交流電圧に変換し、負荷に電力を供給するインバータと、前記商用電源と前記コンバータとを連系する連系スイッチと、前記直流ノードの負極側に一端が接続されたコンデンサおよびリアクトルを含んで構成され、前記コンバータの前記商用電源側に接続されるフィルタ回路と、前記フィルタ回路のコンデンサの商用電源側の端子と前記蓄電池の正極との間を開閉する切換スイッチと、前記商用電源が正常状態から異常状態に遷移した際に、前記連系スイッチで前記商用電源と前記コンバータとを解列し、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧を前記蓄電池の電圧に近づけるように充放電した後に、前記切換スイッチを閉じて前記蓄電池の電力を前記コンバータに供給し、前記コンバータの少なくとも一相分のアームに昇圧チョッパ動作を行わせる制御手段と、を備えることを特徴とする無停電電源装置とした。
第2の発明では、商用電源を直流に変換して直流ノードに出力するコンバータと、前記直流ノードに印加された直流電圧を平滑化する平滑コンデンサと、前記コンバータで変換された直流電圧を降圧して蓄電池を充電すると共に、前記商用電源が異常状態ならば前記蓄電池の電力を昇圧して前記直流ノードに直流電力を供給するDC-DCコンバータと、前記平滑コンデンサで平滑された直流電圧を交流電圧に変換し、負荷に電力を供給するインバータと、前記商用電源と前記コンバータとを連系する連系スイッチと、前記直流ノードの負極側に一端が接続されたコンデンサおよびリアクトルを含んで構成され、前記コンバータの前記商用電源側に接続されるフィルタ回路と、前記フィルタ回路のコンデンサの前記商用電源側の端子と前記蓄電池の正極との間を開閉する切換スイッチと、制御手段と、を備える無停電電源装置の制御方法である。前記制御手段は、前記商用電源が正常状態から異常状態に遷移したことを検知したならば、前記コンバータを停止するステップと、前記連系スイッチを解放して前記商用電源と前記コンバータとを解列した後に再度上記コンバータの少なくとも1相をスイッチングするステップと、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧を前記蓄電池の電圧に近づけるように充放電するステップと、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧が前記蓄電池の電圧に近づいたならば、前記切換スイッチを閉じた後、前記コンバータの少なくとも一相分のアームに昇圧チョッパ動作を行わせるステップとを実行する。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
本発明によれば、商用電源異常時と復電時の切り換えにおいて、差電圧によって発生する突入電流を抑制することが可能な無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法を提供することができる。
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
図1は、第1の実施形態における無停電電源装置2を示す概略の回路図である。
無停電電源装置2は、連系スイッチ21と、フィルタ回路3と、コンバータ41と、DC-DCコンバータ42と、直流コンデンサC4と、インバータ43と、フィルタ回路5とを含んで構成される。更に無停電電源装置2は、リアクトルL7と、蓄電池70と、電圧センサ61~63と、切換スイッチSW1と、初充電スイッチ22と、初充電抵抗R1~R3とを含んで構成される。この無停電電源装置2は、商用電源1から負荷9に電力を供給し、商用電源1の異常時には蓄電池70から負荷9に電力を供給する。
図1は、第1の実施形態における無停電電源装置2を示す概略の回路図である。
無停電電源装置2は、連系スイッチ21と、フィルタ回路3と、コンバータ41と、DC-DCコンバータ42と、直流コンデンサC4と、インバータ43と、フィルタ回路5とを含んで構成される。更に無停電電源装置2は、リアクトルL7と、蓄電池70と、電圧センサ61~63と、切換スイッチSW1と、初充電スイッチ22と、初充電抵抗R1~R3とを含んで構成される。この無停電電源装置2は、商用電源1から負荷9に電力を供給し、商用電源1の異常時には蓄電池70から負荷9に電力を供給する。
連系スイッチ21は、商用電源1とフィルタ回路3との間に接続されて、商用電源1をコンバータ41と連系させるか否かを切り換える。
初充電スイッチ22は、初充電抵抗R1~R3を介して商用電源1とフィルタ回路3との間に接続されて、後記するフィルタコンデンサC1~C3を初充電するか否かを切り換える。この初充電スイッチ22と初充電抵抗R1~R3とは、連系スイッチ21と並列に接続される。
フィルタ回路3は、U相に接続されたリアクトルL1,L4と、V相に接続されたリアクトルL2,L5と、W相に接続されたリアクトルL3,L6と、フィルタコンデンサC1~C3を含んで構成される。フィルタ回路3は、コンバータ41の商用電源1側に接続される。
フィルタコンデンサC1は、リアクトルL1,L4の接続ノードと直流ノードN(負極)との間に接続される。フィルタコンデンサC2は、リアクトルL2,L5の接続ノードと直流ノードN(負極)との間に接続される。フィルタコンデンサC3は、リアクトルL3,L6の接続ノードと、直流ノードN(負極)との間に接続される。
フィルタ回路3は、コンバータ41から発生する高調波を除去する。また無停電電源装置2がコンバータ41またはインバータ43のスイッチング素子Q1~Q14を高周波スイッチングすると、コンバータ41とインバータ43の直流部分と筐体との間の浮遊容量により、交流ラインと直流ラインとの間に漏れ電流が流れる。フィルタコンデンサC1~C3は、この漏れ電流を抑制する。
初充電スイッチ22は、初充電抵抗R1~R3を介して商用電源1とフィルタ回路3との間に接続されて、後記するフィルタコンデンサC1~C3を初充電するか否かを切り換える。この初充電スイッチ22と初充電抵抗R1~R3とは、連系スイッチ21と並列に接続される。
フィルタ回路3は、U相に接続されたリアクトルL1,L4と、V相に接続されたリアクトルL2,L5と、W相に接続されたリアクトルL3,L6と、フィルタコンデンサC1~C3を含んで構成される。フィルタ回路3は、コンバータ41の商用電源1側に接続される。
フィルタコンデンサC1は、リアクトルL1,L4の接続ノードと直流ノードN(負極)との間に接続される。フィルタコンデンサC2は、リアクトルL2,L5の接続ノードと直流ノードN(負極)との間に接続される。フィルタコンデンサC3は、リアクトルL3,L6の接続ノードと、直流ノードN(負極)との間に接続される。
フィルタ回路3は、コンバータ41から発生する高調波を除去する。また無停電電源装置2がコンバータ41またはインバータ43のスイッチング素子Q1~Q14を高周波スイッチングすると、コンバータ41とインバータ43の直流部分と筐体との間の浮遊容量により、交流ラインと直流ラインとの間に漏れ電流が流れる。フィルタコンデンサC1~C3は、この漏れ電流を抑制する。
コンバータ41は、U相アームを構成するスイッチング素子Q1,Q2と、V相アームを構成するスイッチング素子Q3,Q4と、W相アームを構成するスイッチング素子Q5,Q6とを含んで構成される。商用電源1が正常な場合、コンバータ41は、商用電源1の交流を直流に変換して直流ノードP,N間に出力する。コンバータ41は、交流を直流に変換する動作と、直流を昇圧する動作と、フィルタコンデンサC1~C3の電圧を調整する動作とが可能である。
商用電源1の三相交流のU相は、連系スイッチ21と、リアクトルL1,L4を介して、コンバータ41のU相アームのスイッチング素子Q1,Q2の接続中点に接続される。U相アームのスイッチング素子Q1,Q2は、直流ノードPと直流ノードNとの間に接続される。
商用電源1の三相交流のV相は、連系スイッチ21と、リアクトルL2,L5を介して、コンバータ41のV相アームのスイッチング素子Q3,Q4の接続中点に接続される。V相アームのスイッチング素子Q3,Q4は、直流ノードPと直流ノードNとの間に接続される。
商用電源1の三相交流のW相は、連系スイッチ21と、リアクトルL3,L6を介して、コンバータ41のW相アームのスイッチング素子Q5,Q6の接続中点に接続される。W相アームのスイッチング素子Q5,Q6は、直流ノードPと直流ノードNとの間に接続される。
これらのスイッチング素子Q1~Q6は、制御回路8からの信号によって駆動される。
商用電源1の三相交流のU相は、連系スイッチ21と、リアクトルL1,L4を介して、コンバータ41のU相アームのスイッチング素子Q1,Q2の接続中点に接続される。U相アームのスイッチング素子Q1,Q2は、直流ノードPと直流ノードNとの間に接続される。
商用電源1の三相交流のV相は、連系スイッチ21と、リアクトルL2,L5を介して、コンバータ41のV相アームのスイッチング素子Q3,Q4の接続中点に接続される。V相アームのスイッチング素子Q3,Q4は、直流ノードPと直流ノードNとの間に接続される。
商用電源1の三相交流のW相は、連系スイッチ21と、リアクトルL3,L6を介して、コンバータ41のW相アームのスイッチング素子Q5,Q6の接続中点に接続される。W相アームのスイッチング素子Q5,Q6は、直流ノードPと直流ノードNとの間に接続される。
これらのスイッチング素子Q1~Q6は、制御回路8からの信号によって駆動される。
直流ノードPと直流ノードNとの間には更に、直流コンデンサC4が接続される。直流コンデンサC4は、直流ノードPと直流ノードNとの間に印加される電圧を平滑化する。この直流コンデンサC4の直流電圧は、蓄電池70の電圧よりも高い電圧を維持する。
直流ノードPと直流ノードNとの間には更に、DC-DCコンバータ42と、インバータ43を構成する各アームが接続される。
DC-DCコンバータ42は、スイッチング素子Q7,Q8を含んで構成される。スイッチング素子Q7,Q8の接続中点は、直流リアクトルL7と直流スイッチSW2とを介して蓄電池70の正極に接続される。直流ノードNは、蓄電池70の負極に接続される。これらのスイッチング素子Q7,Q8も、制御回路8からの信号によって駆動される。
DC-DCコンバータ42は、直流ノードPと直流ノードNとの間の電圧を降圧して蓄電池70を充電する動作と、蓄電池70の電圧を昇圧して直流ノードPと直流ノードNとの間に供給(放電)する動作とが可能である。商用電源1が正常な場合、DC-DCコンバータ42は、コンバータ41で変換された直流電圧を降圧して蓄電池70を充電する。商用電源1が異常な場合、DC-DCコンバータ42は、蓄電池70の電力を昇圧して直流ノードP,N間に直流電力を供給する
直流ノードPと直流ノードNとの間には更に、DC-DCコンバータ42と、インバータ43を構成する各アームが接続される。
DC-DCコンバータ42は、スイッチング素子Q7,Q8を含んで構成される。スイッチング素子Q7,Q8の接続中点は、直流リアクトルL7と直流スイッチSW2とを介して蓄電池70の正極に接続される。直流ノードNは、蓄電池70の負極に接続される。これらのスイッチング素子Q7,Q8も、制御回路8からの信号によって駆動される。
DC-DCコンバータ42は、直流ノードPと直流ノードNとの間の電圧を降圧して蓄電池70を充電する動作と、蓄電池70の電圧を昇圧して直流ノードPと直流ノードNとの間に供給(放電)する動作とが可能である。商用電源1が正常な場合、DC-DCコンバータ42は、コンバータ41で変換された直流電圧を降圧して蓄電池70を充電する。商用電源1が異常な場合、DC-DCコンバータ42は、蓄電池70の電力を昇圧して直流ノードP,N間に直流電力を供給する
インバータ43は、R相アームを構成するスイッチング素子Q9,Q10と、S相アームを構成するスイッチング素子Q11,Q12と、T相アームを構成するスイッチング素子Q13,Q14とを含んで構成される。インバータ43は、直流を交流に変換する動作が可能である。インバータ43は、直流コンデンサC4で平滑化された直流電圧を交流電圧に変換し、負荷9に電力を供給する。
R相アームのスイッチング素子Q9,Q10の接続中点は、フィルタ回路5を介して負荷9のR相に接続される。S相アームのスイッチング素子Q11,Q12の接続中点は、フィルタ回路5を介して負荷9のS相に接続される。T相アームのスイッチング素子Q13,Q14の接続中点は、フィルタ回路5を介して負荷9のT相に接続される。
これらのスイッチング素子Q9~Q14も、制御回路8からの信号によって駆動される。
スイッチング素子Q1~Q14は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であるが、これに限定されない。
R相アームのスイッチング素子Q9,Q10の接続中点は、フィルタ回路5を介して負荷9のR相に接続される。S相アームのスイッチング素子Q11,Q12の接続中点は、フィルタ回路5を介して負荷9のS相に接続される。T相アームのスイッチング素子Q13,Q14の接続中点は、フィルタ回路5を介して負荷9のT相に接続される。
これらのスイッチング素子Q9~Q14も、制御回路8からの信号によって駆動される。
スイッチング素子Q1~Q14は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であるが、これに限定されない。
切換スイッチSW1の一端は、リアクトルL1とリアクトルL4の接続中点、すなわちフィルタコンデンサC1の商用電源1側の端子に接続される。切換スイッチSW1の他端は、蓄電池70の正極に接続される。切換スイッチSW1は、フィルタ回路3のフィルタコンデンサC1の商用電源1側の端子と蓄電池70の正極との間を開閉する。
初充電スイッチ22と、連系スイッチ21と、切換スイッチSW1と、直流スイッチSW2も、制御回路8からの信号によって駆動される。
制御回路8(制御手段)は、この無停電電源装置2の各部を統括制御する。
電圧センサ61(第1のセンサ)は、フィルタ回路3内のフィルタコンデンサC1の電圧を検出する。電圧センサ62(第2のセンサ)は、蓄電池70の電圧を検出する。
制御回路8は、電圧センサ61が検知したフィルタコンデンサ電圧Vcと電圧センサ62が検知した蓄電池電圧Vbとの差により、フィルタ回路3のフィルタコンデンサC1の電圧が蓄電池70の電圧に近づいたことを判断する。
電圧センサ63(第3のセンサ)は、商用電源1のU相とV相との間の電圧を検出する。制御回路8は、電圧センサ63により、商用電源1が異常であるか否かを判断する。
初充電スイッチ22と、連系スイッチ21と、切換スイッチSW1と、直流スイッチSW2も、制御回路8からの信号によって駆動される。
制御回路8(制御手段)は、この無停電電源装置2の各部を統括制御する。
電圧センサ61(第1のセンサ)は、フィルタ回路3内のフィルタコンデンサC1の電圧を検出する。電圧センサ62(第2のセンサ)は、蓄電池70の電圧を検出する。
制御回路8は、電圧センサ61が検知したフィルタコンデンサ電圧Vcと電圧センサ62が検知した蓄電池電圧Vbとの差により、フィルタ回路3のフィルタコンデンサC1の電圧が蓄電池70の電圧に近づいたことを判断する。
電圧センサ63(第3のセンサ)は、商用電源1のU相とV相との間の電圧を検出する。制御回路8は、電圧センサ63により、商用電源1が異常であるか否かを判断する。
以上の構成を有する無停電電源装置2の起動時において、直流コンデンサC4およびフィルタコンデンサC1~C3への突入電流の防止のため、制御回路8は、初充電スイッチ22を閉じて直流コンデンサC4およびフィルタコンデンサC1~C3を充電する。直流コンデンサC4およびフィルタコンデンサC1~C3を充電したならば、制御回路8は、連系スイッチ21を閉じると共に初充電スイッチ22を開く。これにより、コンバータ41は、連系スイッチ21とフィルタ回路3とを介して、商用電源1に接続される。
商用電源1が正常な場合、コンバータ41は、商用電源1の交流を直流に変換し、インバータ43は直流を交流に逆変換し、フィルタ回路5を介して負荷9に電力を供給する。DC-DCコンバータ42は降圧チョッパ回路として動作し、直流リアクトルL7を介して蓄電池70を充電する。
商用電源1が正常な場合、コンバータ41は、商用電源1の交流を直流に変換し、インバータ43は直流を交流に逆変換し、フィルタ回路5を介して負荷9に電力を供給する。DC-DCコンバータ42は降圧チョッパ回路として動作し、直流リアクトルL7を介して蓄電池70を充電する。
商用電源1が異常な場合、一旦コンバータ41は停止し、充放電用のDC-DCコンバータ42が昇圧チョッパ回路として動作する。これにより、蓄電池70からインバータ43に直流電力を供給することができる。
制御回路8は更に、連系スイッチ21を開放し、フィルタコンデンサ電圧Vcが蓄電池電圧Vbに近づくように、コンバータ41による電圧制御運転を行う。フィルタコンデンサ電圧Vcと蓄電池電圧Vbとの差電圧が所定値以下になったならば、制御回路8は、切換スイッチSW1を閉じて、コンバータ41のU相アームのスイッチング素子Q1,Q2を制御して、昇圧チョッパ回路として動作させる。これにより、蓄電池70からインバータ43に直流電力を供給することができる。コンバータ41のU相アームが昇圧チョッパ動作するので、DC-DCコンバータ42に流れる電流は低減する。これにより、DC-DCコンバータ42を構成するスイッチング素子Q7,Q8の低価格化や個数低減が可能であり、リアクトルL7の小型化が可能となる。
制御回路8は更に、連系スイッチ21を開放し、フィルタコンデンサ電圧Vcが蓄電池電圧Vbに近づくように、コンバータ41による電圧制御運転を行う。フィルタコンデンサ電圧Vcと蓄電池電圧Vbとの差電圧が所定値以下になったならば、制御回路8は、切換スイッチSW1を閉じて、コンバータ41のU相アームのスイッチング素子Q1,Q2を制御して、昇圧チョッパ回路として動作させる。これにより、蓄電池70からインバータ43に直流電力を供給することができる。コンバータ41のU相アームが昇圧チョッパ動作するので、DC-DCコンバータ42に流れる電流は低減する。これにより、DC-DCコンバータ42を構成するスイッチング素子Q7,Q8の低価格化や個数低減が可能であり、リアクトルL7の小型化が可能となる。
商用電源1が異常状態から正常状態に復電した場合、一旦コンバータ41は停止する。切換スイッチSW1は開き、初充電スイッチ22は閉じる。これにより、初充電抵抗R1~R3を介してフィルタコンデンサC1~C3の電圧を、商用電源1の電圧と同期させることができる。
制御回路8は、連系スイッチ21を閉じ、初充電スイッチ22を開く。コンバータ41は、連系スイッチ21とリアクトルL1~L3とリアクトルL4~L6とを介して商用電源1に接続する。
コンバータ41は、商用電源1の交流を直流に変換する。この直流はさらにインバータ43で交流に逆変換され、フィルタ回路5を介して負荷9に電力を供給する。
制御回路8は、連系スイッチ21を閉じ、初充電スイッチ22を開く。コンバータ41は、連系スイッチ21とリアクトルL1~L3とリアクトルL4~L6とを介して商用電源1に接続する。
コンバータ41は、商用電源1の交流を直流に変換する。この直流はさらにインバータ43で交流に逆変換され、フィルタ回路5を介して負荷9に電力を供給する。
以下、第1の実施形態の無停電電源装置2の動作を、適宜図1を参照し、図2から図6を用いて詳細に説明する。
図2は、商用電源1の異常時直前のフィルタコンデンサ電圧Vcと蓄電池電圧Vbの波形図である。図2において、フィルタコンデンサ電圧Vcは、実線で示している。蓄電池電圧Vbは、一点鎖線で示している。
フィルタコンデンサ電圧Vcは、商用電源電圧Vacと連系しているので、略正弦波状の波形である。これに対して蓄電池電圧Vbは、所定電圧を保つ。
商用電源1(図1参照)に異常が発生した場合、制御回路8が連系スイッチ21をオフし、コンバータ41を停止させ、切換スイッチSW1を投入(オン)する。切換スイッチSW1を投入(オン)したときには、フィルタ回路3のフィルタコンデンサC1と蓄電池70との間の差電圧が所定値以上であると、突入電流が流れる。
例えば時刻T1,T3,T5において商用電源1に異常が発生し、切換スイッチSW1を投入したならば、蓄電池電圧Vbとフィルタコンデンサ電圧Vcとの差電圧により、フィルタコンデンサC1から蓄電池70へ突入電流が流れる。
例えば時刻T2,T4において商用電源1に異常が発生し、切換スイッチSW1を投入したならば、蓄電池電圧Vbとフィルタコンデンサ電圧Vcとの差電圧により、蓄電池70からフィルタコンデンサC1へ突入電流が流れる。
第1の実施形態では、後記する図5に示した電圧制御処理により、突入電流を抑制している。
図2は、商用電源1の異常時直前のフィルタコンデンサ電圧Vcと蓄電池電圧Vbの波形図である。図2において、フィルタコンデンサ電圧Vcは、実線で示している。蓄電池電圧Vbは、一点鎖線で示している。
フィルタコンデンサ電圧Vcは、商用電源電圧Vacと連系しているので、略正弦波状の波形である。これに対して蓄電池電圧Vbは、所定電圧を保つ。
商用電源1(図1参照)に異常が発生した場合、制御回路8が連系スイッチ21をオフし、コンバータ41を停止させ、切換スイッチSW1を投入(オン)する。切換スイッチSW1を投入(オン)したときには、フィルタ回路3のフィルタコンデンサC1と蓄電池70との間の差電圧が所定値以上であると、突入電流が流れる。
例えば時刻T1,T3,T5において商用電源1に異常が発生し、切換スイッチSW1を投入したならば、蓄電池電圧Vbとフィルタコンデンサ電圧Vcとの差電圧により、フィルタコンデンサC1から蓄電池70へ突入電流が流れる。
例えば時刻T2,T4において商用電源1に異常が発生し、切換スイッチSW1を投入したならば、蓄電池電圧Vbとフィルタコンデンサ電圧Vcとの差電圧により、蓄電池70からフィルタコンデンサC1へ突入電流が流れる。
第1の実施形態では、後記する図5に示した電圧制御処理により、突入電流を抑制している。
図3は、商用電源1の異常から正常に復電した直後の商用電源電圧Vacとフィルタコンデンサ電圧Vcの波形図である。図3において、フィルタコンデンサ電圧Vcは、実線で示している。商用電源電圧Vacは、破線で示している。
フィルタコンデンサ電圧Vcは、蓄電池電圧Vbを保つ。これに対して商用電源電圧Vacは、略正弦波状の波形である。例えば、時刻T6,T7,T8,T9,T10において、切換スイッチSW1を開いて連系スイッチ21を閉じたならば、フィルタコンデンサ電圧Vcと商用電源電圧Vacとの間の差電圧により、突入電流が流れるおそれがある。
第1の実施形態では、後記する図6に示した同期処理により、突入電流を抑制している。
フィルタコンデンサ電圧Vcは、蓄電池電圧Vbを保つ。これに対して商用電源電圧Vacは、略正弦波状の波形である。例えば、時刻T6,T7,T8,T9,T10において、切換スイッチSW1を開いて連系スイッチ21を閉じたならば、フィルタコンデンサ電圧Vcと商用電源電圧Vacとの間の差電圧により、突入電流が流れるおそれがある。
第1の実施形態では、後記する図6に示した同期処理により、突入電流を抑制している。
図4は、本実施形態における商用電源1の異常から正常に復電するまでの各部のタイムチャートである。このタイムチャートは、商用電源1の状態と、連系スイッチ21のオンオフと、初充電スイッチ22のオンオフと、切換スイッチSW1のオンオフと、コンバータ41の駆動状態と、DC-DCコンバータ42の駆動状態と、フィルタコンデンサ電圧Vc(実線)と蓄電池電圧Vb(一点鎖線)とを示している。
(商用電源1に異常が発生したときの電圧制御処理)
時刻T11以前において、商用電源1は、正常状態である。このとき連系スイッチ21はオンしており、商用電源1とコンバータ41とを連系している。コンバータ41は、交流/直流変換動作を実施している。これにより、インバータ43は直流を交流に逆変換し、フィルタ回路5を介して負荷9に電力を供給することができる。DC-DCコンバータ42は、降圧チョッパ動作を行い、直流リアクトルL7を介して蓄電池70を充電する。フィルタコンデンサ電圧Vcは、略正弦波状である。
時刻T11において、商用電源1に異常が発生する。このとき、連系スイッチ21はオフする。コンバータ41は、いったん動作を停止する。DC-DCコンバータ42は、昇圧チョッパ動作に切り替わり、蓄電池70からインバータ43に直流電力を供給する。フィルタコンデンサ電圧Vcは、蓄電池電圧Vbよりも高い電圧を保つ。
時刻T11以前において、商用電源1は、正常状態である。このとき連系スイッチ21はオンしており、商用電源1とコンバータ41とを連系している。コンバータ41は、交流/直流変換動作を実施している。これにより、インバータ43は直流を交流に逆変換し、フィルタ回路5を介して負荷9に電力を供給することができる。DC-DCコンバータ42は、降圧チョッパ動作を行い、直流リアクトルL7を介して蓄電池70を充電する。フィルタコンデンサ電圧Vcは、略正弦波状である。
時刻T11において、商用電源1に異常が発生する。このとき、連系スイッチ21はオフする。コンバータ41は、いったん動作を停止する。DC-DCコンバータ42は、昇圧チョッパ動作に切り替わり、蓄電池70からインバータ43に直流電力を供給する。フィルタコンデンサ電圧Vcは、蓄電池電圧Vbよりも高い電圧を保つ。
時刻T12において、コンバータ41は電圧制御運転を開始し、フィルタコンデンサ電圧Vcを蓄電池電圧Vbに近づける。具体的には、スイッチング素子Q2を所定時間だけオンして、フィルタコンデンサ電圧Vcを次第に減少させる。コンバータ41のスイッチング素子Q2のオン時間は、フィルタコンデンサC1の容量と、リアクトルL4の抵抗成分によって算出可能である。
時刻T13において、フィルタコンデンサ電圧Vcを蓄電池電圧Vbに十分に近づく。コンバータ41は動作を停止する。
時刻T14において、切換スイッチSW1がオンする。コンバータ41は、U相アームによる昇圧動作に切り替わる。これにより、無停電電源装置2は、蓄電池70から負荷9に十分な電力を供給できる。時刻T14以降、商用電源1が復電するまで、この状態を継続する。
時刻T11~T14における電圧制御処理は、後記する図5で詳細に説明する。
時刻T13において、フィルタコンデンサ電圧Vcを蓄電池電圧Vbに十分に近づく。コンバータ41は動作を停止する。
時刻T14において、切換スイッチSW1がオンする。コンバータ41は、U相アームによる昇圧動作に切り替わる。これにより、無停電電源装置2は、蓄電池70から負荷9に十分な電力を供給できる。時刻T14以降、商用電源1が復電するまで、この状態を継続する。
時刻T11~T14における電圧制御処理は、後記する図5で詳細に説明する。
(商用電源1が異常時から正常時に復電したときの同期動作)
時刻T21において、商用電源1が異常状態から正常状態に遷移する。これにより、切換スイッチSW1はオフし、コンバータ41は、いったん動作を停止する。
時刻T22において、コンバータ41のU相アームが同期運転を開始する。これにより、フィルタコンデンサC1~C3の電圧は、商用電源1の電圧に同期する。これ以降フィルタコンデンサ電圧Vcは、略正弦波状となる。
時刻T23において、フィルタコンデンサ電圧Vcの位相と振幅とが商用電源電圧Vacに十分に近づく。連系スイッチ21が投入されて、コンバータ41は商用電源1に連系する。コンバータ41は、交流/直流変換動作を実施する。DC-DCコンバータ42は、降圧チョッパ動作を行い、直流リアクトルL7を介して蓄電池70を充電する。時刻T23以降、商用電源1に異常が発生するまで、この状態を継続する。
時刻T21~T23における同期処理は、後記する図6で詳細に説明する。
時刻T21において、商用電源1が異常状態から正常状態に遷移する。これにより、切換スイッチSW1はオフし、コンバータ41は、いったん動作を停止する。
時刻T22において、コンバータ41のU相アームが同期運転を開始する。これにより、フィルタコンデンサC1~C3の電圧は、商用電源1の電圧に同期する。これ以降フィルタコンデンサ電圧Vcは、略正弦波状となる。
時刻T23において、フィルタコンデンサ電圧Vcの位相と振幅とが商用電源電圧Vacに十分に近づく。連系スイッチ21が投入されて、コンバータ41は商用電源1に連系する。コンバータ41は、交流/直流変換動作を実施する。DC-DCコンバータ42は、降圧チョッパ動作を行い、直流リアクトルL7を介して蓄電池70を充電する。時刻T23以降、商用電源1に異常が発生するまで、この状態を継続する。
時刻T21~T23における同期処理は、後記する図6で詳細に説明する。
図5は、商用電源1の異常後のコンバータ41による電圧制御処理を示すフローチャートである。
商用電源1が正常な場合、制御回路8は、コンバータ41に交流/直流変換動作を実施させ、インバータ43に直流/交流逆変換動作を実施させ、DC-DCコンバータ42に降圧チョッパ動作を実施させる。このとき、制御回路8は、以下の処理を行う。
ステップS10において、制御回路8は、商用電源1の異常を検出したか否かを判断する。制御回路8は、商用電源1の異常を検出したならば(Yes)、ステップS11の処理に進み、商用電源1の異常を検出しなかったならば(No)、ステップS10の処理に戻る。
商用電源1が正常な場合、制御回路8は、コンバータ41に交流/直流変換動作を実施させ、インバータ43に直流/交流逆変換動作を実施させ、DC-DCコンバータ42に降圧チョッパ動作を実施させる。このとき、制御回路8は、以下の処理を行う。
ステップS10において、制御回路8は、商用電源1の異常を検出したか否かを判断する。制御回路8は、商用電源1の異常を検出したならば(Yes)、ステップS11の処理に進み、商用電源1の異常を検出しなかったならば(No)、ステップS10の処理に戻る。
ステップS11において、制御回路8は、コンバータ41を停止させる。
ステップS12において、制御回路8は、DC-DCコンバータ42を昇圧チョッパ回路として運転し、昇圧チョッパ回路として動作させる。
ステップS13において、制御回路8は、連系スイッチ21をオフする。これにより、商用電源1とコンバータ41とは、解列する。
ステップS14において、制御回路8は、蓄電池電圧Vbからフィルタコンデンサ電圧Vcを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路8は、この差電圧が設定電圧を超えているならば(Yes)、ステップS15の処理に進み、この差電圧が設定電圧を超えていないならば(No)、ステップS16の処理に進む。
ステップS12において、制御回路8は、DC-DCコンバータ42を昇圧チョッパ回路として運転し、昇圧チョッパ回路として動作させる。
ステップS13において、制御回路8は、連系スイッチ21をオフする。これにより、商用電源1とコンバータ41とは、解列する。
ステップS14において、制御回路8は、蓄電池電圧Vbからフィルタコンデンサ電圧Vcを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路8は、この差電圧が設定電圧を超えているならば(Yes)、ステップS15の処理に進み、この差電圧が設定電圧を超えていないならば(No)、ステップS16の処理に進む。
ステップS15において、制御回路8は、コンバータ41のU相上アームのスイッチング素子Q1をオンする。これにより、フィルタコンデンサ電圧Vcは増加して、蓄電池電圧Vbに近づく。ステップS15の処理が終了すると、ステップS14の処理に戻る。
ステップS16において、制御回路8は、フィルタコンデンサ電圧Vcから蓄電池電圧Vbを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路8は、この差電圧が設定電圧を超えているならば(Yes)、ステップS17の処理に進み、この差電圧が設定電圧を超えていないならば(No)、ステップS20の処理に進む。ステップS20の処理に進むのは、フィルタコンデンサ電圧Vcと蓄電池電圧Vbと差電圧の絶対値が、設定電圧以下におさまる場合である。
ステップS16において、制御回路8は、フィルタコンデンサ電圧Vcから蓄電池電圧Vbを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路8は、この差電圧が設定電圧を超えているならば(Yes)、ステップS17の処理に進み、この差電圧が設定電圧を超えていないならば(No)、ステップS20の処理に進む。ステップS20の処理に進むのは、フィルタコンデンサ電圧Vcと蓄電池電圧Vbと差電圧の絶対値が、設定電圧以下におさまる場合である。
ステップS17において、制御回路8は、コンバータ41のU相下アームのスイッチング素子Q2をオンする。これにより、フィルタコンデンサ電圧Vcは減少して、蓄電池電圧Vbに近づく。
ステップS18において、制御回路8は、フィルタコンデンサ電圧Vcから蓄電池電圧Vbを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路8は、この差電圧が設定電圧を超えているならば(Yes)、ステップS16の処理に戻り、この差電圧が設定電圧を超えていないならば(No)、ステップS19の処理に進む。
ステップS19において、制御回路8は、蓄電池電圧Vbからフィルタコンデンサ電圧Vcを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路8は、この差電圧が設定電圧を超えているならば(Yes)、ステップS14の処理に戻り、この差電圧が設定電圧を超えていないならば(No)、ステップS20の処理に進む。ステップS20の処理に進むのは、フィルタコンデンサ電圧Vcと蓄電池電圧Vbと差電圧の絶対値が、設定電圧以下におさまる場合である。
ステップS18において、制御回路8は、フィルタコンデンサ電圧Vcから蓄電池電圧Vbを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路8は、この差電圧が設定電圧を超えているならば(Yes)、ステップS16の処理に戻り、この差電圧が設定電圧を超えていないならば(No)、ステップS19の処理に進む。
ステップS19において、制御回路8は、蓄電池電圧Vbからフィルタコンデンサ電圧Vcを減じた差電圧が、所定の設定電圧を超えているか否かを判断する。制御回路8は、この差電圧が設定電圧を超えているならば(Yes)、ステップS14の処理に戻り、この差電圧が設定電圧を超えていないならば(No)、ステップS20の処理に進む。ステップS20の処理に進むのは、フィルタコンデンサ電圧Vcと蓄電池電圧Vbと差電圧の絶対値が、設定電圧以下におさまる場合である。
ステップS20において、制御回路8は、コンバータ41のU相上アームのスイッチング素子Q1と、U相下アームのスイッチング素子Q2とをオフする。
ステップS21において、制御回路8は、切換スイッチSW1をオンし、図5の処理を終了する。
ステップS21において、制御回路8は、切換スイッチSW1をオンし、図5の処理を終了する。
制御回路8は、商用電源1の異常時の切り換えにおいて、コンバータ41を停止し、連系スイッチ21で商用電源1とコンバータ41とを解列した後に再度コンバータ41のU相をスイッチングして、フィルタコンデンサ電圧Vcを調整して蓄電池電圧Vbに十分に近づけた後に、切換スイッチSW1をオンしている。制御回路8は、コンバータ41のU相アームを構成するスイッチング素子Q1,Q2のいずれかをオンオフすることにより、フィルタコンデンサC1を充放電し、フィルタコンデンサ電圧Vcを調整して蓄電池電圧Vbに近づける。よって、無停電電源装置2は、差電圧によって発生する突入電流を抑制できる。
図6は、第1の実施形態における復電処理(同期処理)を示すフローチャートである。
商用電源1が異常な場合、制御回路8は、コンバータ41のU相アームに昇圧チョッパ回路として動作させ、インバータ43に直流/交流の逆変換動作を実施させ、DC-DCコンバータ42に昇圧チョッパ回路として動作させる。このとき、制御回路8は、以下の処理を行う。
商用電源1が異常な場合、制御回路8は、コンバータ41のU相アームに昇圧チョッパ回路として動作させ、インバータ43に直流/交流の逆変換動作を実施させ、DC-DCコンバータ42に昇圧チョッパ回路として動作させる。このとき、制御回路8は、以下の処理を行う。
ステップS30において、制御回路8は、商用電源1の復電を検出したか否かを判断する。制御回路8は、商用電源1の復電を検出したならば(Yes)、ステップS31の処理に進み、商用電源1の復電を検出しなかったならば(No)、ステップS30の処理に戻る。
ステップS31において、制御回路8は、一旦コンバータ41を停止させる。
ステップS32において、制御回路8は、切換スイッチSW1をオフする。
ステップS33において、制御回路8は、商用電源電圧Vacとフィルタコンデンサ電圧Vcとが同期しているか否かを判断する。制御回路8は、商用電源電圧Vacとフィルタコンデンサ電圧Vcとが同期していたならば(Yes)、ステップS35の処理に進み、同期してなかったならば(No)、ステップS34の処理に進む。フィルタコンデンサ電圧Vcと商用電源電圧Vacとの同期判定は、位相および振幅が近づいたか否かによって行う。
ステップS32において、制御回路8は、切換スイッチSW1をオフする。
ステップS33において、制御回路8は、商用電源電圧Vacとフィルタコンデンサ電圧Vcとが同期しているか否かを判断する。制御回路8は、商用電源電圧Vacとフィルタコンデンサ電圧Vcとが同期していたならば(Yes)、ステップS35の処理に進み、同期してなかったならば(No)、ステップS34の処理に進む。フィルタコンデンサ電圧Vcと商用電源電圧Vacとの同期判定は、位相および振幅が近づいたか否かによって行う。
ステップS34において、制御回路8は、コンバータ41の各相アームを制御して、フィルタコンデンサC1~C3の電圧を商用電源1の電圧と同期させるように運転する。ステップS34の処理が終了すると、ステップS33の処理に戻る。
ステップS35において、制御回路8は、連系スイッチ21をオン(投入)する。これにより、商用電源1とコンバータ41とは連系する。このとき、商用電源電圧Vacとフィルタコンデンサ電圧Vcとは同期しているので、突入電流は流れない。
ステップS35において、制御回路8は、連系スイッチ21をオン(投入)する。これにより、商用電源1とコンバータ41とは連系する。このとき、商用電源電圧Vacとフィルタコンデンサ電圧Vcとは同期しているので、突入電流は流れない。
ステップS36において、制御回路8は、コンバータ41に交流/直流変換運転を実施させる。これにより、インバータ43は、直流/交流の逆変換を実施し、フィルタ回路5を介して負荷9に電力を供給することができる。
ステップS37において、制御回路8は、DC-DCコンバータ42に降圧チョッパ運転させる。これにより、DC-DCコンバータ42は、蓄電池70を充電する。
ステップS37の処理が終了すると、制御回路8は、図6の処理を終了する。
ステップS37において、制御回路8は、DC-DCコンバータ42に降圧チョッパ運転させる。これにより、DC-DCコンバータ42は、蓄電池70を充電する。
ステップS37の処理が終了すると、制御回路8は、図6の処理を終了する。
制御回路8は、商用電源1の復電時の切り換えにおいて、切換スイッチSW1を開放(オフ)し、コンバータ41の各相アームを制御してフィルタコンデンサ電圧Vcを商用電源電圧Vacに十分に同期させた後に、連系スイッチ21を投入している。よって、無停電電源装置2は、商用電源1とコンバータ41とを連系させる際、差電圧によって発生する突入電流を抑制できる。
(第2の実施形態)
第2の実施形態の無停電電源装置2について、図7と図8と用いて、適宜図1から図6を参照して説明する。第2の実施形態の無停電電源装置2の構成は、図1に示す第1実施形態と同様であるため省略する。商用電源1の異常状態から正常状態に復電するまでの動作についても、図4と図5に示す第1の実施形態と同じであるため省略する。
第2の実施形態の無停電電源装置2は、復電の際に初充電スイッチ22を投入する点が、第1の実施形態とは異なる。
第2の実施形態の無停電電源装置2について、図7と図8と用いて、適宜図1から図6を参照して説明する。第2の実施形態の無停電電源装置2の構成は、図1に示す第1実施形態と同様であるため省略する。商用電源1の異常状態から正常状態に復電するまでの動作についても、図4と図5に示す第1の実施形態と同じであるため省略する。
第2の実施形態の無停電電源装置2は、復電の際に初充電スイッチ22を投入する点が、第1の実施形態とは異なる。
図7は、第2の実施形態における商用電源1の異常から正常に復電するまでの各部のタイムチャートである。このタイムチャートは、商用電源1の状態と、連系スイッチ21のオンオフと、初充電スイッチ22のオンオフと、切換スイッチSW1のオンオフと、コンバータ41の駆動状態と、DC-DCコンバータ42の駆動状態と、フィルタコンデンサ電圧Vc(実線)と蓄電池電圧Vb(一点鎖線)とを示している。
時刻T11~T14における商用電源1に異常が発生したときの電圧制御処理は、第1の実施形態と同様である。
(商用電源1が異常時から正常時に復電したときの初充電動作)
時刻T31において、商用電源1が異常状態から正常状態に遷移する。これにより、切換スイッチSW1はオフし、コンバータ41は、いったん動作を停止する。
時刻T32において、初充電スイッチ22が投入される。これにより、初充電抵抗R1~R3を介してフィルタコンデンサC1~C3が充電されて、商用電源1に同期する。このときフィルタコンデンサ電圧Vcは、略正弦波状である。
時刻T33において、フィルタコンデンサ電圧Vcの位相と振幅とが商用電源1に十分に近づく。連系スイッチ21が投入されて、コンバータ41は商用電源1に連系する。コンバータ41は、交流/直流変換動作を実施する。DC-DCコンバータ42は、降圧チョッパ動作を行い、直流リアクトルL7を介して蓄電池70を充電する。
時刻T34において、初充電スイッチ22が開く。時刻T34以降、商用電源1に異常が発生するまで、この状態を継続する。
時刻T31~T34における初充電処理(復電処理)は、後記する図8で詳細に説明する。
時刻T31において、商用電源1が異常状態から正常状態に遷移する。これにより、切換スイッチSW1はオフし、コンバータ41は、いったん動作を停止する。
時刻T32において、初充電スイッチ22が投入される。これにより、初充電抵抗R1~R3を介してフィルタコンデンサC1~C3が充電されて、商用電源1に同期する。このときフィルタコンデンサ電圧Vcは、略正弦波状である。
時刻T33において、フィルタコンデンサ電圧Vcの位相と振幅とが商用電源1に十分に近づく。連系スイッチ21が投入されて、コンバータ41は商用電源1に連系する。コンバータ41は、交流/直流変換動作を実施する。DC-DCコンバータ42は、降圧チョッパ動作を行い、直流リアクトルL7を介して蓄電池70を充電する。
時刻T34において、初充電スイッチ22が開く。時刻T34以降、商用電源1に異常が発生するまで、この状態を継続する。
時刻T31~T34における初充電処理(復電処理)は、後記する図8で詳細に説明する。
図8は、第2の実施形態における復電処理(初充電処理)を示すフローチャートである。図6に示す第1の実施形態の復電処理と同一の要素には、同一の符号を付与している。
商用電源1が異常な場合、制御回路8は、コンバータ41のU相に昇圧チョッパ回路として動作させ、インバータ43に直流/交流の逆変換動作を実施させ、DC-DCコンバータ42に昇圧チョッパ回路として動作させる。このとき、制御回路8は、以下の処理を行う。
商用電源1が異常な場合、制御回路8は、コンバータ41のU相に昇圧チョッパ回路として動作させ、インバータ43に直流/交流の逆変換動作を実施させ、DC-DCコンバータ42に昇圧チョッパ回路として動作させる。このとき、制御回路8は、以下の処理を行う。
ステップS30~S33の処理は、図6に示すステップS30~S33の各処理と同様である。
ステップS34Aにおいて、制御回路8は、初充電スイッチ22を投入する。これにより、初充電抵抗R1~R3を介してフィルタコンデンサC1~C3は、商用電源1と同期する。ステップS34Aの処理が終了すると、ステップS33の処理に戻る。
ステップS35~S37の処理は、図6に示すステップS35~S37の各処理と同様である。
ステップS38において、制御回路8は、初充電スイッチ22をオフし、図8の処理を終了する。
ステップS35~S37の処理は、図6に示すステップS35~S37の各処理と同様である。
ステップS38において、制御回路8は、初充電スイッチ22をオフし、図8の処理を終了する。
制御回路8は、商用電源1の復電時の切り換えにおいて、切換スイッチSW1を開放し、初充電スイッチ22を投入してフィルタコンデンサ電圧Vcを商用電源電圧Vacに十分に同期させた後に、連系スイッチ21を投入している。フィルタコンデンサ電圧Vcと商用電源電圧Vacとの同期判定は、位相および振幅が近づいたか否かによって行う。よって、無停電電源装置2は、商用電源1とコンバータ41とを連系させる際、差電圧によって発生する突入電流を抑制できる。
(変形例)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。
各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
本発明の変形例として、例えば、次の(a)~(d)のようなものがある。
(a) 商用電源1は、3相交流に限られず、例えば2相交流またはそれ以外であってもよい。
(b) 切換スイッチSW1の接続先は、U相に限定されず、V相またはW相でもよい。
(c) 商用電源1の異常時に駆動させるコンバータのアームは、1相に限定されず、2相以上であってもよい。
(d) 第2実施形態の復電時の処理において、初充電スイッチ22を投入したのち、所定時間が経過したならば、フィルタコンデンサ電圧Vcと商用電源電圧Vacとが同期したと見なして、連系スイッチ21を投入してもよい。
(a) 商用電源1は、3相交流に限られず、例えば2相交流またはそれ以外であってもよい。
(b) 切換スイッチSW1の接続先は、U相に限定されず、V相またはW相でもよい。
(c) 商用電源1の異常時に駆動させるコンバータのアームは、1相に限定されず、2相以上であってもよい。
(d) 第2実施形態の復電時の処理において、初充電スイッチ22を投入したのち、所定時間が経過したならば、フィルタコンデンサ電圧Vcと商用電源電圧Vacとが同期したと見なして、連系スイッチ21を投入してもよい。
1 商用電源
2 無停電電源装置
21 連系スイッチ
22 初充電スイッチ
3 フィルタ回路
41 コンバータ
42 DC-DCコンバータ
43 インバータ
5 フィルタ回路
61 電圧センサ (第1のセンサ)
62 電圧センサ (第2のセンサ)
63 電圧センサ (第3のセンサ)
70 蓄電池
8 制御回路 (制御手段)
9 負荷
C1~C3 フィルタコンデンサ
C4 直流コンデンサ
L1~L6 リアクトル
L7 直流リアクトル
Q1~Q14 スイッチング素子
R1~R3 初充電抵抗
SW1 切換スイッチ
SW2 直流スイッチ
Vac 商用電源電圧
Vb 蓄電池電圧
Vc フィルタコンデンサ電圧
2 無停電電源装置
21 連系スイッチ
22 初充電スイッチ
3 フィルタ回路
41 コンバータ
42 DC-DCコンバータ
43 インバータ
5 フィルタ回路
61 電圧センサ (第1のセンサ)
62 電圧センサ (第2のセンサ)
63 電圧センサ (第3のセンサ)
70 蓄電池
8 制御回路 (制御手段)
9 負荷
C1~C3 フィルタコンデンサ
C4 直流コンデンサ
L1~L6 リアクトル
L7 直流リアクトル
Q1~Q14 スイッチング素子
R1~R3 初充電抵抗
SW1 切換スイッチ
SW2 直流スイッチ
Vac 商用電源電圧
Vb 蓄電池電圧
Vc フィルタコンデンサ電圧
Claims (8)
- 商用電源を直流に変換して直流ノードに出力するコンバータと、
前記直流ノードに印加された直流電圧を平滑化する直流コンデンサと、
前記コンバータで変換された直流電圧を降圧して蓄電池を充電すると共に、前記商用電源が異常状態ならば前記蓄電池の電力を昇圧して前記直流ノードに直流電力を供給するDC-DCコンバータと、
前記直流コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換し、負荷に電力を供給するインバータと、
前記商用電源と前記コンバータとを連系する連系スイッチと、
前記直流ノードの負極側に一端が接続されたコンデンサおよびリアクトルを含んで構成され、前記コンバータの前記商用電源側に接続されるフィルタ回路と、
前記フィルタ回路のコンデンサの前記商用電源側の端子と前記蓄電池の正極との間を開閉する切換スイッチと、
前記商用電源が正常状態から異常状態に遷移した際に、前記連系スイッチで前記商用電源と前記コンバータとを解列し、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧を前記蓄電池の電圧に近づけるように充放電した後に、前記切換スイッチを閉じて前記蓄電池の電力を前記コンバータに供給し、前記コンバータの少なくとも一相分のアームに昇圧チョッパ動作を行わせる制御手段と、
を備えることを特徴とする無停電電源装置。 - 前記フィルタ回路内のコンデンサの電圧を検出する第1のセンサと、
前記蓄電池の電圧を検出する第2のセンサと、
を備えており、
前記制御手段は、前記第1のセンサが検知した電圧と前記第2のセンサが検知した電圧との差により、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧が前記蓄電池の電圧に近づいたことを判断する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無停電電源装置。 - 前記商用電源の電圧を検出する第3のセンサを備えており、
前記制御手段は、前記第3のセンサにより、前記商用電源の状態を判断する、
ことを特徴とする請求項2に記載の無停電電源装置。 - 前記制御手段は、
前記コンバータのアームを構成するスイッチング素子をオンオフすることにより、前記フィルタ回路のコンデンサの電圧を前記蓄電池の電圧に近づけるように充放電する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無停電電源装置。 - 前記制御手段は、前記商用電源が異常状態から正常状態に復電したならば、前記蓄電池と前記フィルタ回路のコンデンサとを接続している前記切換スイッチを開放し、前記コンバータで前記フィルタ回路内のコンデンサ電圧を充放電させ、当該コンデンサの電圧が前記商用電源の位相および振幅に近づいたならば前記連系スイッチを投入して前記商用電源と前記コンバータとを連系する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無停電電源装置。 - 前記商用電源と前記フィルタ回路とを抵抗器を介して接続する初充電回路を備えており、
前記制御手段は、前記商用電源が異常状態から正常状態に復電したならば、前記蓄電池と前記フィルタ回路のコンデンサとを接続している前記切換スイッチを開放し、
前記初充電回路により前記フィルタ回路のコンデンサを充放電し、当該コンデンサの電圧が前記商用電源の位相および振幅に近づいたならば前記連系スイッチを投入して前記商用電源と前記コンバータとを連系する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無停電電源装置。 - 商用電源を直流に変換して直流ノードに出力するコンバータと、
前記直流ノードに印加された直流電圧を平滑化する直流コンデンサと、
前記コンバータで変換された直流電圧を降圧して蓄電池を充電すると共に、前記商用電源が異常状態ならば前記蓄電池の電力を昇圧して前記直流ノードに直流電力を供給するDC-DCコンバータと、
前記直流コンデンサで平滑化された直流電圧を交流電圧に変換し、負荷に電力を供給するインバータと、
前記商用電源と前記コンバータとを連系する連系スイッチと、
前記直流ノードの負極側に一端が接続されたコンデンサおよびリアクトルを含んで構成され、前記コンバータの前記商用電源側に接続されるフィルタ回路と、
前記フィルタ回路のコンデンサの前記商用電源側の端子と前記蓄電池の正極との間を開閉する切換スイッチと、
制御手段と、
を備えており、
前記制御手段は、前記商用電源が正常状態から異常状態に遷移したことを検知したならば、前記コンバータを停止するステップと、
前記連系スイッチを解放して前記商用電源と前記コンバータとを解列した後に再度上記コンバータの少なくとも1相をスイッチングするステップと、
前記フィルタ回路のコンデンサの電圧を前記蓄電池の電圧に近づけるように充放電するステップと、
前記フィルタ回路のコンデンサの電圧が前記蓄電池の電圧に近づいたならば、前記切換スイッチを閉じた後、前記コンバータの少なくとも一相分のアームに昇圧チョッパ動作を行わせるステップと、
を実行することを特徴とする無停電電源装置の制御方法。 - 前記制御手段は、前記商用電源が異常状態から正常状態に復電したならば、前記蓄電池と前記フィルタ回路のコンデンサとを接続している前記切換スイッチを開放するステップと、
前記フィルタ回路内のコンデンサの電圧を前記商用電源の位相および振幅に近づけにように充放電するステップと、
当該コンデンサの電圧が前記商用電源の位相および振幅に近づいたならば、前記商用電源と前記コンバータとを連系する前記連系スイッチを投入した後、前記コンバータを交流/直流変換モードで駆動するステップと、
を実行することを特徴とする請求項7に記載の無停電電源装置の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2014/075902 WO2016051466A1 (ja) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | 無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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PCT/JP2014/075902 WO2016051466A1 (ja) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | 無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2016051466A1 true WO2016051466A1 (ja) | 2016-04-07 |
Family
ID=55629566
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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PCT/JP2014/075902 WO2016051466A1 (ja) | 2014-09-29 | 2014-09-29 | 無停電電源装置および無停電電源装置の制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
WO (1) | WO2016051466A1 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109075600A (zh) * | 2016-09-30 | 2018-12-21 | 株式会社自动网络技术研究所 | 车辆用电源装置 |
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2014
- 2014-09-29 WO PCT/JP2014/075902 patent/WO2016051466A1/ja active Application Filing
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