JP4054749B2 - Uninterruptible power system - Google Patents
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Description
本発明は無停電電源装置(以下、UPS:Uninterruptible Power Supplyという。)に関する。 The present invention relates to an uninterruptible power supply (hereinafter referred to as UPS: Uninterruptible Power Supply).
電力系統では、自然発生的あるいは人為的な原因によって、短絡事故や開放事故等が発生し、停電や電圧低下等が起こることがある。停電の発生は、情報の喪失を嫌う情報機器や通信機器、医用電子機器等の重要な負荷に対して重大な影響を与えることになる。このような電源トラブルを回避すべく、多くの大型ビルや公共施設等には停電時や電圧低下時に給電電力を補償するUPSが設置されている。 In a power system, a short circuit accident or an open accident may occur due to a natural or human cause, and a power failure or a voltage drop may occur. The occurrence of a power failure has a significant impact on important loads such as information equipment, communication equipment, medical electronic equipment, etc. that dislike information loss. In order to avoid such power supply troubles, many large buildings, public facilities, etc. are provided with UPSs that compensate the power supply at the time of power failure or voltage drop.
従来のUPSとして、商用交流入力電源と負荷との間に設けられた電源ラインに並列に挿入された並列トランスと、この並列トランスに接続された並列補償コンバータと、電源ラインに直列に接続された直列トランスと、この直列トランスに接続された直列補償インバータと、並列補償コンバータと直列補償インバータとの間に接続された電力貯蔵装置とから構成されたものが知られている(例えば、特許文献1及び2参照)。 As a conventional UPS, a parallel transformer inserted in parallel to a power supply line provided between a commercial AC input power supply and a load, a parallel compensation converter connected to the parallel transformer, and a power supply line connected in series 2. Description of the Related Art A series transformer is known which includes a series transformer, a series compensation inverter connected to the series transformer, and a power storage device connected between the parallel compensation converter and the series compensation inverter (for example, Patent Document 1). And 2).
上記従来のUPSは、通常時において、商用交流入力電源から供給される交流電力を直列トランスを介して負荷に供給すると同時に、並列補償コンバータにより入力交流電力を直流電力に変換して電力貯蔵装置に蓄えておき、交流入力電源側に瞬時の電圧低下が発生したとき電力貯蔵装置に蓄えられた直流電力を直列補償インバータにより交流電力に変換して直列トランスに出力し、直列トランスを介して電圧低下分に相当する補償電圧を注入することにより、停電及び電圧の低下を補償するようにしたものである。 The conventional UPS supplies AC power supplied from a commercial AC input power source to a load via a series transformer at the same time, and at the same time converts the input AC power into DC power by a parallel compensation converter and serves as a power storage device. When the voltage drop occurs instantaneously on the AC input power supply side, the DC power stored in the power storage device is converted into AC power by the series compensation inverter and output to the series transformer, and the voltage drops via the series transformer. By injecting a compensation voltage corresponding to a minute, a power failure and a voltage drop are compensated.
上記従来のUPSには、交流入力電源の短絡事故や開放事故等による交流入力電圧の低下または並列補償コンバータの過負荷または過電流を検出したときに、交流入力電源とUPSとの間を遮断する開閉器あるいは遮断スイッチが設けられている。このUPSによれば、停電発生時に遮断スイッチを開放して交流入力電源とUPSとを切り離し、並列補償コンバータを直流電力を交流電力に変換する逆コンバータ動作、すなわちインバータ動作に切り換え、負荷に対して給電を行うようになっている。
しかしながら、上記従来のUPS(特許文献1及び2)に設けられた遮断スイッチは、その動作特性上、電圧低下等を検出してから交流入力電源とUPSとの切り離しを完全に行うまでに数十msecの遅れ時間を有している。この遅れ時間の間、UPSと電力系統の短絡事故発生個所との間の経路は接続状態になり、UPS側から短絡事故発生個所に向かって大電流が流れることになる。その結果、UPSが過電流にさらされて停止し、円滑な給電補償が行われなくなるおそれがあった。これを防止するためにサイリスタ等の高速スイッチを設ける方法もあるが、定常時に電力損失が生じ、また高価である。
However, the cut-off switch provided in the conventional UPS (
本発明の課題は、入力短絡時に高速スイッチを用いなくてもUPSを過電流から保護するとともに、安定した電力を無瞬断で負荷に供給することが可能な無停電電源装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply capable of protecting a UPS from an overcurrent without using a high-speed switch when an input is short-circuited and capable of supplying stable power to a load without instantaneous interruption. is there.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、交流入力電源(例えば、図1の交流入力電源1)に開閉器(例えば、図1の開閉器3)の一端が接続され、前記開閉器の他端と負荷(例えば、図1の負荷2)との間に接続配置された無停電電源装置(例えば、図1のUPS100)であって、電力貯蔵装置(例えば、図1の電力貯蔵装置5)と、前記開閉器と接続され、前記交流入力電源から供給される交流入力電力を負荷に供給する電源ライン(例えば、図1の電源ライン4)と、前記開閉器の他端において、前記交流入力電圧を検出する交流入力電圧検出器(例えば図1のコンバータ制御装置7)と、前記電源ラインにリアクトル(例えば図1のリアクトル11)を介して接続され、前記交流入力電力を直流電力に変換し、この直流電力を電力貯蔵装置に出力するコンバータ動作と、前記電力貯蔵装置に貯蔵された直流電力を交流電力に変換して前記電源ラインに出力するインバータ動作とを切り換え可能に行う電力変換素子で構成された双方向性コンバータ(例えば、図1の双方向性コンバータ6)と、前記電力貯蔵装置に貯蔵された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ(例えば、図1のインバータ8)と、前記電源ラインに直列に接続され、前記インバータから出力される交流電力を前記電源ラインに注入する注入トランス(例えば、図1のトランス10)と、前記負荷に供給される交流電圧を検出する負荷供給電圧検出器(例えば、図1のインバータ制御装置9)と、前記負荷供給電圧検出器によって検出された前記交流電圧が常に負荷定格電圧となるように、前記インバータの出力を制御するインバータ制御手段(例えば、図1のインバータ制御装置9)と、前記双方向性コンバータの交流側に流れる電流を検出する電流検出器(例えば、図1の電流検出器13)と、入力短絡時に前記開閉器が開放するまでの間、前記双方向性コンバータの交流側出力電圧(例えば、図1のV2)を交流入力電圧(例えば、図1の電圧検出端12における電圧)に応じて絞り込むことにより双方向性コンバータから交流入力電源に向かって過電流が流れることを防ぎ、前記開閉器の解放後、前記インバータ動作をソフトスタートで行うように前記双方向性コンバータを制御する双方向性コンバータ制御手段と(例えば、図1のコンバータ制御装置7)と、を備え、入力短絡時に負荷(例えば、図1の負荷2)に無瞬断で電力を供給することを特徴とする。
In order to solve the above problem, the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、双方向性コンバータは、過電流を検出した際に、コンバータ制御手段が双方向性コンバータの交流側出力電圧が交流入力電圧と等しくなるようなコンバータ指令値を直流電圧と交流電圧から算出し、双方向性コンバータに制御指令値を与えることにより過電流の発生を阻止することができる。このため、交流入力電源で短絡事故が発生した場合、無停電電源装置と交流入力電源の短絡発生箇所との間の経路において接続状態となっても、無停電電源装置側から短絡事故発生箇所に向かって大電流が流れることを阻止し、無停電電源装置の停止を防止することができる。また、この間、インバータ制御手段によりインバータは注入トランスを介して負荷に負荷定格電圧を供給するので、交流入力電源の短絡事故による停電時にも安定した電力を無停電で負荷に供給することができる。 According to the first aspect of the present invention, when the bidirectional converter detects an overcurrent, the converter control means causes the converter command value so that the AC output voltage of the bidirectional converter becomes equal to the AC input voltage. Is calculated from the DC voltage and the AC voltage, and the control command value is given to the bidirectional converter, thereby preventing the occurrence of overcurrent. For this reason, when a short-circuit accident occurs in the AC input power supply, even if a connection state is established in the path between the uninterruptible power supply and the AC input power supply short-circuit occurrence location, the uninterruptible power supply side changes from Therefore, it is possible to prevent a large current from flowing and prevent the uninterruptible power supply from being stopped. During this time, the inverter supplies the load rated voltage to the load via the injection transformer by the inverter control means, so that stable power can be supplied to the load without power failure even in the event of a power failure due to a short-circuit accident of the AC input power supply.
以下、図面を参照して本発明に係るUPSの実施の形態について説明する。
まず、本発明に係るUPS100の概要を図1に示す。図1に示すように、電力系統からの交流入力電源1と負荷2との間には、開閉器3が介在されている。開閉器3の一端は交流入力電源1側に接続され、他端は負荷2側に接続されている。以下、この開閉器3と負荷2との間の配線を便宜的に電源ライン4という。電源ライン4には、電力変換装置101と瞬時電圧低下補償装置102が接続配置されている。
Embodiments of a UPS according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, an outline of the UPS 100 according to the present invention is shown in FIG. As shown in FIG. 1, a switch 3 is interposed between an AC
電力変換装置101は、開閉器3を介して交流入力電源1から供給される交流電圧を直流電圧に変換して電力貯蔵装置5に供給するコンバータ動作と、電力貯蔵装置5の貯蔵電力を交流電力に変換して負荷2に供給するインバータ動作とを切り換え可能に行う電力変換素子で構成された双方向性コンバータ6と、この双方向性コンバータ6を制御するコンバータ制御装置7とを備えている。
The
また、瞬時電圧低下補償装置102は、電力貯蔵装置5の貯蔵電力を交流電圧に変換するインバータ8と、このインバータ8の制御を行うインバータ制御装置9と、インバータ8から出力される交流電圧を所定の巻線比に応じて変圧し、変圧した交流電圧を交流入力電圧に注入して負荷2に供給する注入トランス10等を備えている。
The instantaneous
電力変換装置101は、通常時において、交流電源1を負荷2に供給するとともに、電力変換装置101により交流電力を直流電力に変換して電力貯蔵装置5に貯蔵する。このときの電源ライン4に生ずる電圧の低下は、瞬時電圧低下補償装置102により電力貯蔵装置5の貯蔵電力を交流電力に変換して不足分を補う形で供給され、補償される。
The
電力系統あるいは交流入力電源1における短絡事故等の異常時において、電力変換装置101は電力貯蔵装置5の貯蔵電力を交流電力に変換し、変換された交流電力を交流入力電源1に代わって電源ライン4に供給する。このとき開閉器3は開放されるが、開閉器3の動作特性上、切り離しが完了するまでに遅れがあることは先に述べた通りであり、このことに起因して電力変換装置101側から交流入力電源1側に過電流が発生しようとする。そこで、本発明に係るUPS100では、電力変換装置101に設けられたコンバータ制御装置7により効果的に過電流の発生を阻止する構成となっている。その詳細は後述する。
When an abnormality such as a short circuit accident occurs in the power system or the AC
次に、UPS100の各構成要素について説明する。
開閉器3は例えば電磁接触器またはサイリスタスイッチから構成され、その一端は交流入力電源1に、他端は双方向性コンバータ6の入力端及び注入トランス10の一次側にそれぞれ接続される。
通常時、開閉器3は閉状態であり、交流入力電源1から供給される交流入力電圧V1は負荷2に注入トランス10を介して供給される。
Next, each component of the UPS 100 will be described.
The switch 3 is composed of, for example, an electromagnetic contactor or a thyristor switch, one end of which is connected to the AC
Normally, the switch 3 is closed, and the AC input voltage V 1 supplied from the AC
また、交流入力電圧V1が予め設定された基準値以下に下がると、後述するコンバータ制御装置7から開閉器3に開閉器開放指令信号が供給される。この開放指令信号を受けると、開閉器3は開状態になる。そして、完全に開閉器3が開放されると、開閉器3はコンバータ制御装置7に開閉器開放アンサーバック信号を出力する。 Further, when the AC input voltage V 1 falls below a preset reference value, a switch opening command signal is supplied to the switch 3 from the converter control device 7 described later. When this opening command signal is received, the switch 3 is opened. When the switch 3 is completely opened, the switch 3 outputs a switch open answerback signal to the converter control device 7.
双方向性コンバータ6の主回路デバイス(すなわち、電力変換素子)は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を用いて構成される。双方向性コンバータ6の交流側入出力端はリアクトル11を介して電源ライン4に並列に接続され、直流側入出力端は電力貯蔵装置5及びインバータ8の入力端と接続されている。
A main circuit device (that is, a power conversion element) of the
双方向性コンバータ6は、通常時は、電力貯蔵装置5の電圧が一定となるように制御されて交流入力電圧を直流電圧に変換して電力貯蔵装置5またはインバータ8に出力するコンバータ動作を行う。そして、電圧検出端12を介して検出される交流入力電圧V1が予め定められた基準値以下に低下すると、双方向性コンバータ6は過電流保護により停止することなく電流をおさえるように制御され、開閉器3が開放したことを確認した後に、電力貯蔵装置5に貯蔵された直流電圧を交流電圧に変換するインバータ動作をソフトスタートで行う。変換後の交流電圧はリアクトル11を介して電源ライン4に供給する。これらのコンバータ動作及びインバータ動作ならびにコンバータ動作とインバータ動作の切り換えは、後述するコンバータ制御装置7によって制御される。
The
双方向性コンバータ6とリアクトル11との間には、例えばカレントトランス(CT)等から構成される電流検出器13が接続される。この電流検出器13はリアクトル11に流れる交流電流I1を検出するもので、次に説明するコンバータ制御装置7の一構成要素となる。
Between the
本実施の形態において、コンバータ制御装置7は、コンピュータ制御により具現化されており、ROM(図示せず。)等の記憶装置に記憶された制御プログラムとCPU(図示せず。)との協働によって双方向性コンバータ6の制御信号を生成する。なお、コンバータ制御装置7は演算増幅器を用いてアナログ制御回路により構成することも可能である。
In the present embodiment, converter control device 7 is realized by computer control, and cooperation between a control program stored in a storage device such as ROM (not shown) and a CPU (not shown). To generate a control signal for the
コンバータ制御装置7は、通常時(コンバータ動作時)と停電もしくは電圧低下時(インバータ動作時)とでは制御内容が異なるので、以下、各動作ごとに分けて説明する。 Since the control content of the converter control device 7 is different between a normal time (converter operation) and a power failure or voltage drop (inverter operation), the following description will be made separately for each operation.
図2に、コンバータ制御装置7のコンバータ動作時における制御要素ブロック図を示す。図2において、コンバータ制御装置7には交流入力電圧検出信号V1、交流入力電流検出信号I1及び電力貯蔵装置5の直流電圧検出信号V5が入力される。交流入力電圧信号V1は電圧検出端12から取り込まれ、交流入力電流検出信号I1は電流検出器13から取り込まれ、直流電圧検出信号V5は電圧検出端14から取り込まれる(図1参照)。
FIG. 2 shows a control element block diagram of the converter control device 7 during the converter operation. In FIG. 2, an AC input voltage detection signal V 1 , an AC input current detection signal I 1, and a DC voltage detection signal V 5 of the power storage device 5 are input to the converter control device 7. The AC input voltage signal V 1 is captured from the
電力貯蔵装置5の出力直流電圧V5は常に一定に保たれなければならないから、コンバータ制御装置7には直流電圧指令値Vrが与えられており、この直流電圧指令値Vrは比較要素71において、直流電圧検出信号V5と比較される。その比較出力すなわちV5とVrとの差分信号V71は、力率制御及びV5定電圧制御要素72に入力される。
Since the output DC voltage V 5 of the electric
交流入力電圧検出信号V1は位相検出要素73に与えられる。位相検出信号V73は力率制御及びV5定電圧制御要素72に入力される。
力率制御及びV5定電圧制御要素72は、差分信号V71、位相検出信号V73及び交流入力電流検出信号I1に基づいて、力率制御及びV5定電圧制御信号V72を生成し、加算要素74に送る。
The AC input voltage detection signal V 1 is given to the
The power factor control and V 5 constant
加算要素74は、交流電源電圧V1と力率制御及びV5定電圧制御信号V72との加算演算(V1+V72)を行い、加算信号を乗算要素75に送る。
乗算要素75は、加算演算値(V1+V72)に係数要素76からの係数信号V76を掛け合わせ(実質的には、直流電圧検出値V5で割り算し)、その乗算信号V75をPWM変調器77に与える。
The
The
PWM変調器77は、乗算信号V75に基づいて、変調制御信号V77を生成し、双方向性コンバータ6を構成する電力変換素子のゲートに供給する。その結果、双方向性コンバータ6は適正な電力を電力貯蔵装置5に供給することになる。
The
一方、コンバータ動作時において、交流入力電圧V1及び交流入力電流I1は交流入力電圧検出要素78及び電流検出器13によって常時監視されており、停電もしくは電圧低下等の異常がない場合は停電短絡検出要素79からの信号の出力はない。したがって、開閉器3は閉じており、短絡検出信号V80も出力されない。
On the other hand, during the converter operation, the AC input voltage V 1 and the AC input current I 1 are constantly monitored by the AC input
交流電圧検出端12から検出される交流電圧検出信号V1が基準値を下回ると、すなわち停電等の異常が発生した場合には停電短絡検出要素79から開放指令信号V79が出力されて、開閉器3は開放する。また、電流検出器13により基準値以上の電流I1が検出されると、やはり停電短絡検出要素79から開閉器3に開放指令信号V79が出力されて、開閉器3は開放する。そして、開閉器3が開放すると、双方向性コンバータ6はインバータ動作を行うことになる。
When the AC voltage detection signal V 1 detected from the AC
ここで、図3に、双方向性コンバータ6のインバータ動作時の制御要素ブロック図を示す。図3において、コンバータ制御装置7には電力貯蔵装置5の直流電圧検出信号V5が入力される。この直流電圧検出信号V5は、コンバータ動作時と同様に、電圧検出端14から取り込まれる(図1参照)。
Here, FIG. 3 shows a control element block diagram of the
位相角生成要素81は発振器82から入力されるクロックパルス信号V82に基づいて位相角生成信号V81を生成し、正弦波生成要素83に送る。正弦波生成要素83は、位相角生成信号V81に基づいて正弦波生成信号V83を生成し、乗算要素75に送る。
The phase
乗算要素75は、正弦波生成信号V83に係数要素76からの係数信号V76'を掛け合わせ、その乗算信号V75'をPWM変調器77に与える。PWM変調器77は、乗算信号V75'に基づいて、変調制御信号V77'を生成し、双方向性コンバータ6を構成する電力変換素子のゲートに供給する。
The
電力貯蔵装置5は、例えば、電気二重層コンデンサや蓄電池等から構成され、双方向性コンバータ6から一定電圧が供給され直流電力を貯蔵している。そして、停電時などにおいては、双方向性コンバータ6のインバータ動作により、貯蔵していた直流電力を放出する。
The
インバータ8は、入力端が双方向性コンバータ6の直流側入出力端及び電力貯蔵装置5に、出力端が注入トランス10の一次側にそれぞれ接続される。そして、双方向性コンバータ6または電力貯蔵装置5から供給される直流電圧を交流電圧に変換し、変換後の交流電圧を注入トランス10の1次側へ出力する。
The
インバータ8の主回路デバイス(すなわち、電力変換素子)は、双方向性コンバータ6と同様に、例えばIGBTを用いて構成される。インバータ8の動作はインバータ制御装置9により制御され、交流電圧検出端15を介して検出される負荷側交流電圧V4が常に負荷定格電圧となるように、インバータ8の出力が制御される。
The main circuit device (that is, the power conversion element) of the
インバータ制御装置9は、本実施の形態において、コンバータ制御装置7と同様に、コンピュータ制御により具現化されており、ROM(図示せず。)等の記憶装置に記憶された制御プログラムとCPU(図示せず。)との協働によってインバータ8の制御信号を生成する。なお、インバータ制御装置9はアナログ制御回路により構成することも可能である。
In the present embodiment, the inverter control device 9 is embodied by computer control in the same manner as the converter control device 7, and includes a control program and a CPU (see FIG. 5) stored in a storage device such as a ROM (not shown). The control signal of the
図4にインバータ制御装置9の制御要素ブロック図を示す。
図4において、インバータ制御装置9には直流電圧検出信号V5、交流電圧検出信号V2、交流電圧検出信号V4が入力される。交流入力電圧信号V2は位相検出要素91に与えられ、PWM変調器92の制御出力V92に必要とされる位相(例えば、50Hz)が検出される。その位相検出信号V91は正弦波生成要素93に入力される。正弦波生成要素93は、入力された位相検出信号V91に基づいて正弦波生成信号V93を生成する。
FIG. 4 shows a control element block diagram of the inverter control device 9.
In FIG. 4, a DC voltage detection signal V 5 , an AC voltage detection signal V 2 , and an AC voltage detection signal V 4 are input to the inverter control device 9. The AC input voltage signal V 2 is supplied to the
V4定電圧制御要素94は、交流電圧検出信号V2、交流電圧検出信号V4、正弦波生成信号V93に基づいてV4定電圧制御信号V94を生成し、乗算要素95に送る。乗算要素95は、V4定電圧制御信号V94に係数要素V96を掛け合わせ、その乗算信号V95をPWM変調器92に与える。
The V 4 constant
PWM変調器92は、乗算信号V95に基づいて、負荷2に供給する電力に要求される位相の定電圧に制御するための変調信号V92を生成し、インバータ8を構成する電力変換素子のゲートに供給する。その結果、インバータ8は注入トランス10を介して適正な電力を負荷2に供給することになる。
Based on the multiplication signal V 95 , the
注入トランス10は、一次側がインバータ8の出力端に、二次側が交流電源1と負荷2との間にそれぞれ接続されている。そして、インバータ8の出力電圧を一次側と二次側との巻線比に応じて変圧し、交流入力電源1から供給される交流入力電圧V1もしくは双方向性コンバータ6から供給されるコンバータ交流側電圧V2に変圧後の注入電圧V3を加算し、負荷2に供給する負荷側交流電圧V4を常時一定レベルに保っている。
The injection transformer 10 has a primary side connected to the output terminal of the
次に、UPS100の動作を図5及び図6を参照して説明する。
まず、通常時の動作について説明する。通常時、すなわち、交流入力電源1から電力が供給されている間(図6に示すタイミングT1までの間)は、開閉器3は閉状態にあり、交流入力電圧V1は注入トランス10を介して負荷2に供給される。このとき、双方向性コンバータ6は供給された交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力を電力貯蔵装置5に供給する(図1参照)。
Next, the operation of the
First, the normal operation will be described. During normal times, that is, while power is being supplied from the AC input power supply 1 (until timing T 1 shown in FIG. 6), the switch 3 is in a closed state, and the AC input voltage V 1 is applied to the injection transformer 10. To the load 2. At this time, the
この間、交流電圧検出端15から検出される負荷側交流電圧V4が交流入力電圧V1の瞬低や変動等により負荷定格電圧に満たないと、インバータ8は、電力貯蔵装置5から放出される直流電力から不足分に相当する交流電力を生成し、注入トランス10を介して注入電圧V3を注入する。交流入力電圧V1に注入電圧V3が加算され、図6に示すように、負荷2に供給される負荷側交流電圧V4は常に一定に保たれる。それに伴い負荷2に供給される交流負荷電流I2も常に一定に保たれる。
During this time, if the load-side AC voltage V 4 detected from the AC
次に、短絡事故発生等に起因する停電時の動作について説明する。
なお、ここでは図6に示すT1のタイミングにおいて、交流入力電源1側で2線短絡事故が発生したとして、以下説明する。
Next, the operation at the time of a power failure caused by the occurrence of a short circuit accident or the like will be described.
Here, at the timing of T 1 shown in FIG. 6, as a two-wire short-circuit fault in the AC
2線短絡事故が発生すると、電圧検出端12の電圧が低下する。この交流入力電圧V1の低下は、交流入力電圧検出要素78により検出される。コンバータ制御装置7はこの検出信号に基づいて停電短絡検出要素79から開閉器3に開閉器開放指令信号を供給させる(ステップS1)。
When a two-wire short circuit accident occurs, the voltage at the
これと同時に、交流電圧検出端15から検出される負荷側交流電圧V4が低下するので、インバータ制御装置9はインバータ8の出力を上げ、注入トランス10を介して負荷定格電圧に相当する交流電圧を負荷2に供給させる。
At the same time, since the load side AC voltage V 4 detected from the AC
この間に双方向性コンバータ6側から交流入力電源1側に向かって流れる交流電流I1が基準値を超える(ステップS2:Y)と、双方向性コンバータ6から出力されるコンバータ交流側電圧V2を交流電圧検出端12において検出した交流入力電圧に応じて絞り込むことにより交流入力電源1に向かって双方向性コンバータ6から過電流が流れることを防ぐ。具体的には、停電短絡検出要素79から力率制御及びV5定電圧制御要素72に短絡検出信号V80が供給され、力率制御及びV5定電圧制御要素72は力率制御およびV5定電圧制御を停止し(ステップS3)、力率制御及びV5定電圧制御信号V72を零にする。これにより双方向性コンバータ6は交流電源電圧V1と等しくなるようなコンバータ交流側電圧V2を出力し、電流I1はほぼ零になる。この結果、図6に示すように電流I1の過電流を防止することができる。
During this time, if the alternating current I 1 flowing from the
次に、ステップS4において、開閉器3からのアンサーバック信号に基づいて開閉器3が完全に開放したか否かを確認する。例えば、図6に示すタイミングT2において開閉器3が完全に開放されたことを確認すると(ステップS4:Y)、コンバータ制御装置7は双方向性コンバータ6をインバータ動作に変更し、インバータ動作を行わせる(図3参照)。
Next, in step S4, based on the answerback signal from the switch 3, it is confirmed whether or not the switch 3 is completely opened. For example, when the switch 3 at the timing T 2 shown in FIG. 6 verify that it is fully opened (step S4: Y), converter control unit 7 changes the
タイミングT2において、双方向性コンバータ6がインバータ動作により起動されると、図6に示す様に、双方向性コンバータ6はコンバータ制御装置7によるソフトスタート制御により、徐々に出力電圧(V2)を上げていく。この出力電圧は電源ライン4を介して負荷2に供給される。これに伴い、インバータ8が注入トランス10を介して注入する注入電圧V3は徐々に小さくなる。このように、タイミングT1からT2の間も、タイミングT2以降も、負荷側交流電圧V4は常に負荷定格電圧となり、負荷2には短絡事故発生前と等しい定格電圧が供給される。
When the
なお、交流入力電圧V1の低下が検出されても過電流に至らず、過電流が検出されない場合もある(ステップS2:N)。この場合、開閉器3が完全に開放されることを確認すると(ステップS5:Y)、コンバータ制御装置7は双方向性コンバータ6の動作をコンバータ動作からインバータ動作に切り換える。これにより、双方向性コンバータ6はインバータ動作を行い、負荷2に交流電力を供給する。
Note that even if a decrease in the AC input voltage V 1 is detected, an overcurrent is not reached, and an overcurrent may not be detected (step S2: N). In this case, when it is confirmed that the switch 3 is completely opened (step S5: Y), the converter control device 7 switches the operation of the
以上説明したUPS100によれば、双方向性コンバータ6は、過電流を検出した際に、コンバータ制御装置7が双方向性コンバータ6から出力されるコンバータ交流側電圧V2が交流入力電圧V1と等しくなるようなコンバータ指令値を直流電圧と交流電圧から算出し、双方向性コンバータ6に制御指令値を与えることにより過電流の発生を阻止することができる。このため、交流入力電源1で短絡事故が発生した場合、UPS100と交流入力電源1側の短絡発生箇所との間の経路において接続状態となっても、コンバータ制御装置7により、UPS100側から短絡事故発生箇所に向かって大電流が流れることを阻止し、UPS100の停止を防止することができる。また、この間、インバータ制御装置9によりインバータ8は注入トランス10を介して負荷2に負荷定格電圧を供給するので、交流入力電源1の短絡事故による停電時にも安定した電力を無瞬断で負荷2に供給することができる。
According to the
1 交流入力電源
2 負荷
3 開閉器
4 電源ライン
5 電力貯蔵装置
6 双方向性コンバータ
7 コンバータ制御装置
8 インバータ
9 インバータ制御装置
10 注入トランス
11 リアクトル
12 交流電圧検出端
13 電流検出器
14 直流電圧検出端
15 交流電圧検出端
100 無停電電源装置
101 電力変換装置
102 瞬時電圧低下補償装置
V1 交流入力電圧
V2 コンバータ交流側電圧
V3 注入電圧
V4 負荷側交流電圧
V5 直流電圧
DESCRIPTION OF
Claims (1)
電力貯蔵装置と、
前記開閉器と接続され、前記交流入力電源から供給される交流入力電力を負荷に供給する電源ラインと、
前記開閉器の他端において、前記交流入力電圧を検出する交流入力電圧検出器と、
前記電源ラインにリアクトルを介して接続され、前記交流入力電力を直流電力に変換し、この直流電力を前記電力貯蔵装置に出力するコンバータ動作と、前記電力貯蔵装置に貯蔵された直流電力を交流電力に変換して前記電源ラインに出力するインバータ動作とを切り換え可能に行う電力変換素子で構成された双方向性コンバータと、
前記電力貯蔵装置に貯蔵された直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、
前記電源ラインに直列に接続され、前記インバータから出力される交流電力を前記電源ラインに注入する注入トランスと、
前記負荷に供給される交流電圧を検出する負荷供給電圧検出器と、
前記負荷供給電圧検出器によって検出された前記交流電圧が常に負荷定格電圧となるように、前記インバータの出力を制御するインバータ制御手段と、
前記双方向性コンバータの交流側に流れる電流を検出する電流検出器と、
入力短絡時に前記開閉器が開放するまでの間、前記双方向性コンバータの交流側出力電圧を交流入力電圧に応じて絞り込むことにより双方向性コンバータから交流入力電源に向かって過電流が流れることを防ぎ、前記開閉器の解放後、前記インバータ動作をソフトスタートで行うように前記双方向性コンバータを制御する双方向性コンバータ制御手段と、
を備え、
入力短絡時に負荷に無瞬断で電力を供給することを特徴とする無停電電源装置。 An uninterruptible power supply device in which one end of a switch is connected to an AC input power source and connected between the other end of the switch and a load,
A power storage device;
A power line connected to the switch and supplying AC input power supplied from the AC input power source to a load;
An AC input voltage detector for detecting the AC input voltage at the other end of the switch;
A converter operation connected to the power supply line via a reactor, converting the AC input power into DC power, and outputting the DC power to the power storage device, and the DC power stored in the power storage device as AC power A bidirectional converter composed of a power conversion element capable of switching between an inverter operation to be converted into an output to the power supply line, and
An inverter that converts DC power stored in the power storage device into AC power and outputs the AC power;
An injection transformer connected in series to the power supply line and injecting AC power output from the inverter into the power supply line;
A load supply voltage detector for detecting an alternating voltage supplied to the load;
Inverter control means for controlling the output of the inverter so that the AC voltage detected by the load supply voltage detector is always a load rated voltage;
A current detector for detecting a current flowing on the AC side of the bidirectional converter;
Until the switch is opened in the event of an input short circuit, overcurrent flows from the bidirectional converter toward the AC input power supply by narrowing the AC output voltage of the bidirectional converter according to the AC input voltage. A bidirectional converter control means for controlling and controlling the bidirectional converter to perform the inverter operation with a soft start after releasing the switch;
With
An uninterruptible power supply that supplies power to a load without interruption in the event of an input short circuit.
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