JP6989032B2 - 無停電電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、無停電電源装置に関する。

従来、非接地の交流電源の交流電力を直流電力に変換する整流器と、整流器が出力する直流電力を交流電力に変換するインバータと、整流器の直流側とインバータの直流側との間の直流中間回路に接続された蓄電池とを備える無停電電源装置が知られている。このような無停電電源装置において、整流器の交流側に、交流回路の１線と大地との間を接続する接地コンデンサと、地絡電流を検出する変流器とを設けることで、蓄電池の地絡故障を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１４６３２１号公報

地絡故障が発生すると、地絡故障点と接地コンデンサとの間に地絡電流が流れる。従来の地絡検出回路は、この地絡電流が流れることにより生ずる異常な電流を変流器で検出することによって、地絡故障の発生を検出する。

しかしながら、交流電源の中性点が接地されている形態では、グランドを介して電流が流れる閉ループ経路が交流電源と接地コンデンサとの間に形成されるので、変流器に流れる電流が減少し、異常な電流を変流器で検出できない場合がある。例えば、変流器に流れる電流の大きさが変流器の検出レベルに達しなければ、異常な電流を検出できない。また、変流器の検出レベルを下げると（変流器の検出感度を上げると）、非故障時の電流を異常な電流と誤検出するおそれがある。このように、従来の技術では、交流電源の中性点が接地されている形態では、地絡等の故障を検出できないおそれがある。

そこで、本開示は、中性点が接地された交流電源から交流電力が入力される入力線に異常な電圧を生じさせる故障を検出可能な無停電電源装置を提供する。

本開示は、
中性点が接地された交流電源から交流電力が入力される入力線と、
前記入力線の交流電力を直流電力に変換して中間線に出力するコンバータと、
前記中間線に接続された蓄電部と、
前記中間線の直流電力を交流電力に変換して出力線に出力するインバータと、
前記入力線とグランドとの間に接続された接地コンデンサと、
前記入力線とグランドとの間の相電圧を検出する相電圧検出部と、
前記相電圧検出部により検出された前記相電圧の変動を監視することによって、前記入力線に異常な電流を流す故障を検出する制御部とを備える、無停電電源装置を提供する。

本開示の技術によれば、中性点が接地された交流電源から交流電力が入力される入力線に異常な電圧を生じさせる故障を検出可能な無停電電源装置を提供できる。

本開示に係る無停電電源装置の構成例を示すブロック図である。 直流地絡時の波形を例示する図である。 フィルタコンデンサの故障時の波形を例示する図である。 故障検出部の構成を例示するブロック図である。 サンプリングモニタ期間を例示する図である。

以下、本開示に係る実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、一実施形態における無停電電源装置の構成を例示する図である。図１に示す無停電電源装置１は、交流電源１０の停電や瞬停などの電源停止障害が発生した際に、蓄電部４３に蓄えられた電力をインバータ５０を介して負荷６２に供給し続けることによって、電源停止障害から負荷６２を守るＵＰＳ装置である。

交流電源１０は、接地部１２でグランドに接地された中性点１１を有する。交流電源１０は、例えば、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力を出力する三相交流電源である。交流電源１０は、例えば商用電源であるが、これに限られない。

無停電電源装置１は、入力線２０、コンバータ３０、蓄電部４３、インバータ５０、相電圧検出部８０、線間電圧検出部９０及び制御部１００とを備える。

入力線２０は、中性点１１が接地された交流電源１０から交流電力が入力される三相の電流経路である。入力線２０は、交流電源１０とコンバータ３０との間に接続される。入力線２０は、接地コンデンサ２１、フィルタリアクトル２２、フィルタコンデンサ２３及び入力コンタクタ２４とを有する。

接地コンデンサ２１は、入力線２０とグランドとの間に接続される。接地コンデンサ２１は、一端が入力線２０の各線にそれぞれ接続され、他端が接地部２５でグランドに共通接続される三相分の容量素子を有する。接地コンデンサ２１は、交流電源１０とフィルタコンデンサ２３との間に設置される。

フィルタリアクトル２２は、入力線２０に直列に挿入される。フィルタリアクトル２２は、入力線２０の各線にそれぞれ直列に挿入される三相分のリアクトル素子を有する。フィルタリアクトル２２は、接地コンデンサ２１とフィルタコンデンサ２３との間に設置されているが、フィルタコンデンサ２３とコンバータ３０との間に設置されてもよい。

フィルタコンデンサ２３は、入力線２０にスター結線で接続される。フィルタコンデンサ２３は、一端が入力線２０の各線にそれぞれ接続され、他端が他の容量素子の他端に共通接続される三相分の容量素子を有する。フィルタコンデンサ２３は、接地コンデンサ２１とコンバータ３０との間に設置される。

入力コンタクタ２４は、入力線２０に直列に挿入される。入力コンタクタ２４は、入力線２０の各線にそれぞれ直列に挿入される三相分の入力コンタクタ部を有する。入力コンタクタ２４は、フィルタコンデンサ２３とコンバータ３０との間に設置される。

コンバータ３０は、制御部１００から供給されるパルス幅変調されたコンバータ制御信号に従って、入力線２０の交流電力を直流電力に変換して中間線４０に出力する交流−直流変換部である。コンバータ３０は、例えば、ダイオードが逆並列に接続された複数のスイッチング素子を三相ブリッジで接続された構成を有する。スイッチング素子の具体例として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などが挙げられる。

中間線４０は、コンバータ３０から直流電力が供給される一対の配線であり、ＤＣリンクと称されることがある。中間線４０は、プラス側配線とマイナス側配線とを有する。

蓄電部４３は、中間線４０に接続され、コンバータ３０から出力された変換後の直流電力を蓄える。蓄電部４３は、中間線４０から供給される直流電力を蓄え、蓄えた直流電力を中間線４０に放出する。蓄電部４３は、中間線４０のプラス側配線に接続される正極と、中間線４０のマイナス側配線に接続される負極とを有する。つまり、蓄電部４３の負極は、グランドに接地するように配線されていない。蓄電部４３は、蓄電部４３と中間線４０との間で流れる電流を遮断するための中間コンタクタ４２を介して、中間線４０に接続されてもよい。また、蓄電部４３は、充放電コンバータ４１を介して中間線４０に接続されてもよい。

充放電コンバータ４１は、制御部１００から供給されるパルス幅変調された充放電制御信号に従って、中間線４０と蓄電部４３との間の充放電を行う直流−直流変換部である。

インバータ５０は、制御部１００から供給されるパルス幅変調されたインバータ制御信号に従って、中間線４０の直流電力を交流電力に変換して出力線６０に出力する直流−交流変換部である。インバータ５０は、例えば、ダイオードが逆並列に接続された複数のスイッチング素子を三相ブリッジで接続された構成を有する。スイッチング素子の具体例として、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなどが挙げられる。

出力線６０は、インバータ５０から交流電力が供給される三相の電流経路である。出力線６０は、インバータ５０と負荷６２との間に接続される。出力線６０は、出力コンタクタ６１を有する。無停電電源装置１から出力線６０を介して出力される交流電力は、負荷６２に供給される。

出力コンタクタ６１は、出力線６０に直列に挿入される。出力コンタクタ６１は、出力線６０の各線にそれぞれ直列に挿入される三相分の出力コンタクタ部を有する。出力コンタクタ６１は、インバータ５０の交流出力部と、バイパス回路７０と出力線６０との接続部との間に設置される。

バイパス回路７０は、フィルタコンデンサ２３とコンバータ３０と中間線４０とインバータ５０とを迂回する三相の電流経路である。バイパス回路７０は、一端が交流電源１０とフィルタコンデンサ２３との間で入力線２０に接続され、他端がインバータ５０と負荷６２との間で出力線６０に接続される。バイパス回路７０は、バイパス回路７０を開閉するためのバイパスコンタクタ７１を有する。バイパスコンタクタ７１は、バイパス回路７０の各線にそれぞれ直列に挿入される三相分のバイパスコンタクタ部を有する。

相電圧検出部８０は、入力線２０とグランドとの間の相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを検出し、検出した相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの各電圧値に応じた三相分の相電圧検出信号を出力するセンサ部である。相電圧Ｖｕは、入力線２０のＵ相線と接地部２５との間の電位差であり、相電圧Ｖｖは、入力線２０のＶ相線と接地部２５との間の電位差であり、相電圧Ｖｗは、入力線２０のＷ相線と接地部２５との間の電位差である。

線間電圧検出部９０は、入力線２０の線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕを検出し、検出した線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕの各電圧値に応じた三つ分の線間電圧検出信号を出力するセンサ部である。線間電圧Ｖｕｖは、入力線２０のＵ相線とＶ相線との間の電位差であり、線間電圧Ｖｖｗは、入力線２０のＶ相線とＷ相線との間の電位差であり、線間電圧Ｖｗｕは、入力線２０のＷ相線とＵ相線との間の電位差である。

制御部１００は、無停電電源装置１の各部の電圧及び電流の検出値に基づいて、コンバータ３０、インバータ５０及び充放電コンバータ４１のそれぞれの電力変換動作を制御する。制御部１００は、例えば、入力線２０における交流電圧及び交流電流の検出値と、中間線４０における直流電圧の検出値と、出力線６０における交流電圧及び交流電流の検出値とに基づいて、それらの電力変換動作を所望の状態にパルス幅変調を用いて制御する。なお、入力線２０における交流電圧の検出値は、相電圧検出部８０により取得される。

制御部１００は、所定のキャリア周波数Ｆｃ（例えば、５ｋＨｚ）の搬送波と、中間線４０における直流電圧を目標電圧Ｖｃに収束させる電圧指令とを比較することにより、パルス幅変調されたコンバータ制御信号を生成する。制御部１００は、コンバータ３０内の複数のスイッチング素子をコンバータ制御信号によりスイッチング動作させることによって、中間線４０に出力する直流電力の電圧を目標電圧Ｖｃに調整する。

制御部１００は、コンバータ３０用のキャリア周波数Ｆｃよりも高いキャリア周波数（例えば、２５ｋＨｚ）の搬送波と、蓄電部４３に印加する直流電圧を目標電圧Ｖｓに収束させる電圧指令とを比較することにより、パルス幅変調された充放電制御信号を生成する。制御部１００は、充放電コンバータ４１内の複数のスイッチング素子を充放電制御信号によりスイッチング動作させることによって、蓄電部４３に印加する直流電圧を目標電圧Ｖｓに調整する。

制御部１００は、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障を検出する機能を有する。次に、この故障検出機能について説明する。

無停電電源装置１の非故障時（通常時）、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕは、いずれも、コンバータ３０用のキャリア周波数Ｆｃを含む周波数成分による脈動を持たない。

しかしながら、蓄電部４３がグランドに地絡部４４で直流地絡する故障が発生した場合、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕは、図２のような電圧波形になる。つまり、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗには、キャリア周波数Ｆｃを含む周波数成分による脈動が現れるが、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕには、キャリア周波数Ｆｃを含む周波数成分による脈動が現れない。

蓄電部４３の直流地絡には、蓄電部４３の漏液による地絡故障や、蓄電部４３に接続される配線の地絡故障などがある。

蓄電部４３がグランドに地絡部４４で直流地絡すると、交流電源１０、接地コンデンサ２１、接地部２５、グランド、地絡部４４、中間線４０、コンバータ３０、入力線２０、交流電源１０の順路又はその逆の順路で、異常な電流が流れる。このような異常な交流電流が接地コンデンサ２１を経由して流れるので、キャリア周波数Ｆｃを含む周波数成分による脈動が重畳した波形が相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに現れる。一方、蓄電部４３がグランドに地絡部４４で直流地絡しても、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕは、互いに等しくなるように制御部１００がコンバータ３０を制御するので、キャリア周波数Ｆｃを含む周波数成分による脈動は、線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕには現れない。

一方、フィルタコンデンサ２３がショート又はオープン故障した場合、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕは、図３のような電圧波形になる。つまり、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕとのいずれにも、キャリア周波数Ｆｃを含む周波数成分による脈動が現れる。

フィルタコンデンサ２３がショート又はオープン故障すると、キャリア周波数Ｆｃを含む周波数成分による脈動がフィルタコンデンサ２３で抑制しきれなくなる。その結果、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕとのいずれにも、キャリア周波数Ｆｃを含む周波数成分による脈動が現れる。

このように、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障が発生すると、図２，３に示すように、相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに異常な脈動が現れる。したがって、制御部１００は、相電圧検出部８０により検出された各相電圧の変動を監視することによって、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障を検出できる。例えば、制御部１００は、相電圧検出部８０により検出された各相電圧にコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視することによって、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障を検出する。制御部１００は、相電圧検出部８０により検出された各相電圧にコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じている場合、当該故障が発生したと判定する（図２，３参照）。制御部１００は、相電圧検出部８０により検出された各相電圧にコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じていない場合、当該故障の発生がないと判定してもよい。

また、制御部１００は、相電圧検出部８０により検出された各相電圧の変動と線間電圧検出部９０により検出された各線間電圧の変動とを監視することによって、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障を検出できる。例えば、制御部１００は、相電圧検出部８０により検出された各相電圧にコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否か、及び、線間電圧検出部９０により検出された各線間電圧にコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する。制御部１００は、その監視結果に基づいて、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障を検出する。

具体的には、制御部１００は、相電圧検出部８０により検出された各相電圧にコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じており、線間電圧検出部９０により検出された各線間電圧にコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じていないと判断したとする（図２参照）。この場合、制御部１００は、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障は蓄電部４３の地絡故障と判定する。一方、制御部１００は、相電圧検出部８０により検出された各相電圧にコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じており、線間電圧検出部９０により検出された各線間電圧にコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じていないと判断したとする（図３参照）。この場合、制御部１００は、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障はフィルタコンデンサ２３の故障と判定する。

制御部１００は、例えば、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障を蓄電部４３の地絡故障と判定した場合、蓄電部４３と中間線４０との接続を中間コンタクタ４２により遮断する。これにより、中間線４０と地絡部４４との間に異常な交流電流が流れることを防止できる。

制御部１００は、例えば、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障を蓄電部４３の地絡故障と判定した場合、コンバータ３０への交流電力の入力を入力コンタクタ２４により遮断する。これにより、交流電源１０からの交流電力がコンバータ３０を介して中間線４０に供給されることを防止できる。この場合、制御部１００は、コンバータ３０への交流電力の入力を遮断するとともに、バイパスコンタクタ７１をオンにすることによって、交流電源１０からの交流電力をバイパス回路７０を介して出力線６０に出力させてもよい。これにより、蓄電部４３が地絡故障しても、交流電源１０から出力される交流電力をバイパス回路７０を経由して負荷６２に供給できる。

制御部１００は、例えば、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障をフィルタコンデンサ２３の故障と判定した場合、フィルタコンデンサ２３を迂回する経路で、電力を出力線６０に出力させる。これにより、フィルタコンデンサ２３が故障しても、交流電源１０から出力される交流電力を、フィルタコンデンサ２３を迂回する経路を経由して負荷６２に供給できる。例えば、制御部１００は、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障をフィルタコンデンサ２３の故障と判定した場合、コンバータ３０への交流電力の入力を入力コンタクタ２４により遮断し、蓄電部４３の電力をインバータ５０を介して出力線６０に出力させる。これにより、フィルタコンデンサ２３が故障しても、蓄電部４３に蓄えられた電力をインバータ５０を経由して負荷６２に供給できる。あるいは、制御部１００は、入力線２０に異常な電圧を生じさせる故障をフィルタコンデンサ２３の故障と判定した場合、コンバータ３０への交流電力の入力を遮断し、バイパス回路７０を介して、交流電源１０からの交流電力を出力線６０に出力させる。例えば、制御部１００は、入力コンタクタ２４をオフにし、且つ、バイパスコンタクタ７１をオンにする。これにより、フィルタコンデンサ２３が故障しても、交流電源１０から出力される交流電力を、フィルタコンデンサ２３を迂回するバイパス回路７０を経由して負荷６２に供給できる。

制御部１００は、例えば、入力線２０に入力される交流電力の所定の周期の間、入力線２０とグランドとの間の各相の相電圧の少なくとも一つの相電圧に、コンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する。これにより、所定の周期の間以外の期間における相電圧を監視することにより、当該変動の発生有無を誤って監視する可能性を低減できる。

制御部１００は、例えば、入力線２０に入力される交流電力の所定の周期の間、各相の線間電圧の少なくとも一つの線間電圧に、コンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する。これにより、所定の周期の間以外の期間における線間電圧を監視することにより、当該変動の発生有無を誤って監視する可能性を低減できる。

図４は、制御部１００内の故障検出部の構成を例示するブロック図である。図４に示す故障検出部１４０は、検出された各相電圧のうち少なくとも一つにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じており、検出された各線間電圧のうちいずれにもコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じていない場合、蓄電部４３の直流地絡と判定する。一方、故障検出部１４０は、検出された各相電圧のうち少なくとも一つにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じており、検出された各線間電圧のうち少なくとも一つにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じている場合、フィルタコンデンサ２３の故障と判定する。

故障検出部１４０は、相電圧検出部８０により検出された各相電圧を高速フーリエ変換するＦＦＴ部１０１，１０２，１０３と、線間電圧検出部９０により検出された各線間電圧を高速フーリエ変換するＦＦＴ部１０４，１０５，１０６とを有する。ＦＦＴは、高速フーリエ変換の略語である。ＦＦＴ部１０１〜１０６は、それぞれ、対象の電圧を１／４周期（図５参照）でＦＦＴを行うことにより、各電圧の周波数成分を測定する。

故障検出部１４０は、ＦＦＴ部１０１により測定された相電圧Ｖｕの各周波数成分の中から、キャリア周波数Ｆｃを含む周波数成分を抽出する抽出部１１１と、抽出部１１１により抽出された周波数成分を閾値ＴＨ１と比較する比較部１２１とを有する。故障検出部１４０は、比較部１２１による比較を行うことによって、相電圧検出部８０により検出された相電圧Ｖｕにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する。

同様に、故障検出部１４０は、抽出部１１２及び比較部１２２を用いて、相電圧検出部８０により検出された相電圧Ｖｖにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する。同様に、故障検出部１４０は、抽出部１１３及び比較部１２３を用いて、相電圧検出部８０により検出された相電圧Ｖｗにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する。故障検出部１４０は、検出された相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗのうち少なくとも一つにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを判断する論理和ゲート１３１を有する。

一方、故障検出部１４０は、ＦＦＴ部１０４により測定された線間電圧Ｖｕｖの各周波数成分の中から、キャリア周波数Ｆｃを含む周波数成分を抽出する抽出部１１４と、抽出部１１４により抽出された周波数成分を閾値ＴＨ２と比較する比較部１２４とを有する。故障検出部１４０は、比較部１２４による比較を行うことによって、線間電圧検出部９０により検出された線間電圧Ｖｕｖにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する。

同様に、故障検出部１４０は、抽出部１１５及び比較部１２５を用いて、線間電圧検出部９０により検出された線間電圧Ｖｖｗにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する。同様に、故障検出部１４０は、抽出部１１６及び比較部１２６を用いて、線間電圧検出部９０により検出された線間電圧Ｖｗｕにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する。故障検出部１４０は、検出された線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕのうち少なくとも一つにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを判断する論理和ゲート１３２を有する。

論理和ゲート１３１の出力は、論理積ゲート１３４，１３５のそれぞれの一方の入力部に入力される。論理和ゲート１３２の出力は、論理積ゲート１３４の他方の入力部に入力され、否定ゲート１３３を介して論理積ゲート１３５の他方の入力部に入力される。

故障検出部１４０は、検出された各相電圧のうち少なくとも一つにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じており、検出された各線間電圧のうちいずれにもコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じていない場合、論理積ゲート１３５からハイレベルの判定信号を出力する。論理積ゲート１３５から出力されるハイレベルの判定信号は、蓄電部４３の直流地絡と判定したことを表す。なお、故障検出部１４０は、蓄電部４３の直流地絡の誤判定を防止するため、論理積ゲート１３５の出力信号がハイレベルの状態で所定の遅延時間継続した後に、蓄電部４３の直流地絡という判定結果を確定させる遅延回路１３７を有してもよい。

一方、故障検出部１４０は、検出された各相電圧のうち少なくとも一つにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じており、検出された各線間電圧のうち少なくとも一つにコンバータ３０のキャリア周波数成分の変動が生じている場合、論理積ゲート１３４からハイレベルの判定信号を出力する。論理積ゲート１３４から出力されるハイレベルの判定信号は、フィルタコンデンサ２３の故障と判定したこと表す。なお、故障検出部１４０は、蓄電部４３の直流地絡の誤判定を防止するため、論理積ゲート１３４の出力信号がハイレベルの状態で所定の遅延時間継続した後に、フィルタコンデンサ２３の故障という判定結果を確定させる遅延回路１３６を有してもよい。

なお、制御部１００の各機能は、メモリに読み出し可能に記憶されるプログラムによってＣＰＵ等のプロセッサが動作することにより実現される。

以上、無停電電源装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、交流電力の相数は、三相に限られない。

本国際出願は、２０１９年４月１７日に出願した日本国特許出願第２０１９−０７８７３０号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１９−０７８７３０号の全内容を本国際出願に援用する。

１ 無停電電源装置
１０ 交流電源
１１ 中性点
２０ 入力線
２１ 接地コンデンサ
２３ フィルタコンデンサ
３０ コンバータ
４０ 中間線
４１ 充放電コンバータ
４３ 蓄電部
５０ インバータ
６０ 出力線
７０ バイパス回路
８０ 相電圧検出部
９０ 線間電圧検出部
１００ 制御部
１４０ 故障検出部

Claims (19)

1. 中性点が接地された交流電源から交流電力が入力される入力線と、
   前記入力線の交流電力を直流電力に変換して中間線に出力するコンバータと、
   前記中間線に接続された蓄電部と、
   前記中間線の直流電力を交流電力に変換して出力線に出力するインバータと、
   前記入力線とグランドとの間に接続された接地コンデンサと、
   前記入力線とグランドとの間の相電圧を検出する相電圧検出部と、
   前記相電圧検出部により検出された前記相電圧の変動を監視することによって、前記入力線に異常な電圧を生じさせる故障を検出する制御部とを備える、無停電電源装置。
2. 前記制御部は、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視することによって、前記故障を検出する、請求項１に記載の無停電電源装置。
3. 前記制御部は、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じている場合、前記故障が発生したと判定する、請求項２に記載の無停電電源装置。
4. 前記制御部は、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧を高速フーリエ変換することにより測定された各周波数成分の中からキャリア周波数を含む周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を閾値と比較することによって、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する、請求項２に記載の無停電電源装置。
5. 前記制御部は、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧を高速フーリエ変換することにより測定された各周波数成分の中からキャリア周波数を含む周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を閾値と比較することによって、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する、請求項３に記載の無停電電源装置。
6. 前記入力線の線間電圧を検出する線間電圧検出部を備え、
   前記制御部は、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧の変動と前記線間電圧検出部により検出された前記線間電圧の変動とを監視することによって、前記故障を検出する、請求項１に記載の無停電電源装置。
7. 前記制御部は、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じているか否か、及び、前記線間電圧検出部により検出された前記線間電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視することによって、前記故障を検出する、請求項６に記載の無停電電源装置。
8. 前記制御部は、前記線間電圧検出部により検出された前記線間電圧を高速フーリエ変換することにより測定された各周波数成分の中からキャリア周波数を含む周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分を閾値と比較することによって、前記線間電圧検出部により検出された前記線間電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する、請求項７に記載の無停電電源装置。
9. 前記制御部は、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じており、前記線間電圧検出部により検出された前記線間電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じていない場合、前記故障は前記蓄電部の地絡故障と判定する、請求項７に記載の無停電電源装置。
10. 前記制御部は、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じており、前記線間電圧検出部により検出された前記線間電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じていない場合、前記故障は前記蓄電部の地絡故障と判定する、請求項８に記載の無停電電源装置。
11. 前記制御部は、前記故障を前記蓄電部の地絡故障と判定した場合、前記蓄電部と前記中間線との接続を遮断する、請求項９に記載の無停電電源装置。
12. 前記制御部は、前記故障を前記蓄電部の地絡故障と判定した場合、前記コンバータへの交流電力の入力を遮断する、請求項９に記載の無停電電源装置。
13. 前記制御部は、前記故障は前記蓄電部の地絡故障と判定した場合、前記コンバータと前記中間線と前記インバータとを迂回するバイパス回路を介して、前記交流電源からの交流電力を前記出力線に出力させる、請求項１２に記載の無停電電源装置。
14. 前記入力線にスター結線で接続されたフィルタコンデンサを備え、
    前記制御部は、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じており、前記線間電圧検出部により検出された前記線間電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じている場合、前記故障は前記フィルタコンデンサの故障と判定する、請求項７に記載の無停電電源装置。
15. 前記入力線にスター結線で接続されたフィルタコンデンサを備え、
    前記制御部は、前記相電圧検出部により検出された前記相電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じており、前記線間電圧検出部により検出された前記線間電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じている場合、前記故障は前記フィルタコンデンサの故障と判定する、請求項９に記載の無停電電源装置。
16. 前記制御部は、前記故障を前記フィルタコンデンサの故障と判定した場合、前記フィルタコンデンサを迂回する経路で、電力を前記出力線に出力させる、請求項１４に記載の無停電電源装置。
17. 前記制御部は、前記故障を前記フィルタコンデンサの故障と判定した場合、前記コンバータへの交流電力の入力を遮断し、前記蓄電部の電力を前記インバータを介して前記出力線に出力させる、請求項１６に記載の無停電電源装置。
18. 前記制御部は、前記故障を前記フィルタコンデンサの故障と判定した場合、前記コンバータへの交流電力の入力を遮断し、前記フィルタコンデンサと前記コンバータと前記中間線と前記インバータとを迂回するバイパス回路を介して、前記交流電源からの交流電力を前記出力線に出力させる、請求項１６に記載の無停電電源装置。
19. 前記交流電源は、三相交流電源であって、
    前記制御部は、所定の周期の間、前記入力線とグランドとの間の各相の相電圧の少なくとも一つの相電圧に前記コンバータのキャリア周波数成分の変動が生じているか否かを監視する、請求項１に記載の無停電電源装置。

Images